如美水电站右岸坝基岩体质量评价及建基面选择研究

摘要

近年来，随着我国社会经济的发展以及对环境保护的日益重视，西南地区水电资源被大力开发利用。拟建的如美水电站最大坝高达315m，是我国乃至世界上最高的土石坝之一，坝址区结构面非常发育，岩体结构非常复杂。因此，基于地质过程机制分析—量化评价学术思想和系统工程地质学原理，在查明坝址区工程地质条件的基础上，基于现场调查成果，首先分析右岸坝基岩体结构特征;结合结构面成因分析，确定斜坡表生改造特征、岩体结构参数、和岩体结构空间变化特征等;结合平硐声波资料、现场试验点回弹值测量成果，分析右岸坝基岩体质量特征及相应的力学参数;结合高堆石坝对坝基要求特点，提出右岸侧建基面选择建议。
　　本文在查明如美水电站工程地质条件的基础上，建立起如美坝区岩体风化卸荷带划分的量化指标。在对岩体风化特征量化分析时，提出了结构面风化回弹指数RHI这一新的指标来对岩体风化特征来进行分带。根据岩体的风化特征，将岩体主要分为强风化、弱上风化、弱下风化、微新岩体;根据岩体的卸荷特征，将岩体主要分为强卸荷、弱上卸荷、弱下卸荷、未卸荷。
　　对如美右岸Ⅲ级和Ⅳ结构面的发育特征进行了分析，根据Ⅲ级结构面的产状将其分为4组，第一组为NNW组，此组最为发育，约占总数的31％，第二组为SN组，约占总数的15％，第三组为NNE组，约占总数的23％，第四组为NWW组，约占总数的28％;根据Ⅳ级结构面的产状将其分为4组，第一组为NW-NWW组，此组最为发育，约占总数的69.8％，第二组为NNE组，约占总数的4.7％，第三组为NEE组，约占总数的7.9％，第四组为NWW组，约占总数的17.5％。
　　通过采用RQD、RBI与RSI指标对如美坝区岩体结构进行划分，得知:坝址区岩体结构主要以碎嵌结构、镶嵌结构、层状结构和次块状结构为主，局部为碎裂结构，坝址区岩体结构较为复杂，不同岩体结构类型在空间上往往交替出现;此外，强卸荷带岩体主要为块裂结构、碎裂结构和碎嵌结构为主;弱卸荷带岩体以碎嵌结构、镶嵌结构与似薄层状结构为主;微新-未卸荷带岩体以互层状结构和块状结构为主;对比RQD、RBI和RSI指标，得知RSI指标可以更好的表征坝基岩体不同部位岩体结构，并得出岩体结构类型与上述指标的对应关系。
　　室内实验主要进行了花岗岩和英安岩的单轴压缩、常规三轴以及三轴卸荷实验，得出了不同实验方案下岩石的变形参数和强度参数。为模拟坝基岩体开挖回填过程中岩石的响应情况，通过卸荷实验，分析对比了岩石弹性阶段、卸荷阶段以及再加载阶段变形参数的变化规律;结合现场原位试验得出了不同风化卸荷条件下岩体的力学参数和变形参数的对应关系;根据岩体质量综合分级结果，结合原位试验成果和规范中坝基岩体力学参数取值，给出了坝址区岩各级体抗剪（断）强度参数建议值。Ⅳ2级岩体的取值范围（岩/岩）f'=0.55～0.65/c'=0.2～0.5MPa;Ⅳ1级岩体取值范围（岩/岩）f'=0.65～0.8/c'=0.5～0.7MPa;Ⅲ2级岩体按风化卸荷状态的不同分为两类，弱上-未卸荷岩体作为Ⅲ2A，它的取值（岩/岩）为f'=0.8～1.05/c'=0.7～1.1MPa，弱下-未卸荷岩体作为Ⅲ2B，弱下-未卸荷岩体的取值（岩/岩）为f'=1.05～1.15/c'=1.1～1.3MPa;Ⅲ1级岩体主要对应微新-未卸荷岩体，它的取值范围（岩/岩）为f'=1.15～1.25/c'=1.3～1.5MPa。
　　运用现场定性分级、BQ分级、RMR分级、HC分级、RMY分级以及相应的改进修正等方法对岩体质量进行评价，得出了坝基岩体不同部位的岩体质量等级。综合分级后发现:以RMR原方法修正得出的岩体质量最好，结果最为乐观，HC法的两种分级结果次之，RMR原方法分级结果最为保守;将综合分级结果与岩体风化卸荷特征进行对比分析后发现Ⅳ级岩体主要位于强卸荷带、弱卸荷上带、裂隙密集发育带及挤压错动带，Ⅲ级岩体主要位于弱下风化—未卸荷带、弱上—未卸荷以及微新岩体中。
　　通过总结分析土石坝选择原则及依据，按坝基岩体的可利用性初步将如美坝址区岩体分为五类，包括优良岩体（Ⅱ类）、中等岩体(Ⅲ1-Ⅲ2类)、差岩体（Ⅳ1类）、软弱岩体（Ⅳ2类）、劣质岩体（Ⅴ类）等。其中劣质岩体需开挖清除;差岩体、软弱岩体一般不应作为大坝基础;中等岩体一般不宜作为高坝坝基，若需利用，应作专门处理;优良岩体可以直接利用。结合岩体质量的综合分类成果，初步给出右岸坝轴线各平碉岩体可利用范围的建议值。
　　在完成上述工作的基础上，结合高土石坝对坝基岩体的要求，进行坝基岩体可利用性评判，提出中坝址右岸侧建基面的选择建议。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外高坝及高土石坝建设概况

1．2．2 岩体结构特征研究现状

1．2．3 坝基岩体质量评价

1．2．4 建基面选择研究

1．3 研究内容、研究思路和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路及技术路线

第2章 研究区工程地质环境条件

2．1 区域地质背景概述

2．1．1 区域地貌

2．1．2 区域构造

2．1．3 新构造运动及地震

2．2 坝区工程地质条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 水文地质条件

第3章 坝基岩体风化卸荷特征研究

3．1 坝基岩体风化特征研究

3．1．1 岩体风化及分带的方法

3．1．2 坝基岩体风化特征调查及定性分带

3．1．3 坝基岩体风化带定量划分

3．2 坝基岩体卸荷特征研究

3．2．1 岩体卸荷及分带方法

3．2．2 坝区岩体卸荷分带定量划分

3．3 坝区风化卸荷综合分带

3．4 本章小结

第4章 右岸坝基岩体结构特征分析

4．1 Ⅲ级和Ⅳ级结构面发育特征

4．1．2 右岸Ⅳ级结构面发育特征

4．2 Ⅴ级结构面发育特征

4．2．1 缓裂发育特征

4．2．2 陡倾结构面发育特征

4．3 岩体结构特征量化分析

4．3．1 右岸英安岩岩体结构特征定性描述

4．3．2 典型岩体结构量化特征分析

4．3．3 RSI与RBI、RQD指标相关性分析

第5章 岩体物理力学特征分析

5．1 岩块物理力学实验

5．1．1 试验方案

5．1．2 岩石物理性质

5．1．3 三轴压缩全过程变形试验

5．1．4 岩石三轴卸荷实验

5．1．5 岩石三轴卸荷再加载实验

5．2 小结

第6章 坝基岩体质量分级

6．1 岩体质量现场定性分级

6．2 岩体质量定量分级

6．2．1 岩体完整性系数(Kv)与岩体结构量化分析

6．2．2 岩体质量定量分级方法及改进

6．2．3 具体分级结果及评价

6．3 岩体质量综合分级结果

6．4 岩体力学参数取值分析

6．4．1 岩体强度参数取值分析

6．4．2 岩体强度参数综合取值分析

6．5 本章小结

第7章 如美水电站右岸侧建基面选择研究

7．1 土石坝建基面选择原则及依据

7．2 坝基岩体可利用性评判

7．3 建基面选择综合分析

7．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间学术成果