岩体蚀变特征及工程地质特性影响研究——以大岗山坝区岩体为例

摘要

蚀变岩体（带）是水电工程坝基岩体的主要地质缺陷，往往构成大型水电工程的主要工程地质问题。大渡河大岗山水电站坝基岩体地质背景复杂，岩体蚀变类型复杂多样，蚀变程度强烈，对拱坝坝基岩体的稳定性产生重大影响，是坝基岩体的主要工程地质问题。作者以该水电站坝基岩体为研究对象，在岩体蚀变背景条件分析基础上，采用宏观与微观相结合的方法研究了岩体的蚀变特征及其蚀变机理，并采用岩石（体）力学测试试验手段研究了蚀变对岩体物理力学性质的影响，进而评价了蚀变岩体的质量及其可利用性。取得如下主要成果。
　　(1)在岩体蚀变背景条件分析及蚀变特征系统调研基础上，划分了坝基花岗岩体的蚀变类型，蚀变类型划分为热液蚀变（包括钾长石化蚀变及绢云母-绿泥石化蚀变）、构造动力蚀变（石英，绿帘石化蚀变）及风化蚀变（全风化蚀变岩、强风化蚀变岩、弱上风化蚀变岩、弱下风化蚀变岩。根据蚀变的空间产出等宏观特征结合微观岩石学特征，分析研究了各类蚀变岩的形成机制，系统研究了不同蚀变类型和蚀变程度下花岗岩的微观岩石学特征的变化规律。
　　(2)划分了坝区辉绿岩的构造蚀变程度等级，分为块状-次块状辉绿岩—碎裂化辉绿岩—碎块状辉绿岩—片理化辉绿岩—泥化蚀变岩。研究了不同蚀变程度辉绿岩的岩体结构特征及微观岩石矿物学特征的变化规律，发现构造动力蚀变作用下辉绿岩均发生了较强的绿泥石化，同时还有绢云母和伊利石的生成。蚀变矿物含量随蚀变程度的增强而增大，片理化辉绿岩和泥化岩蚀变矿物含量可达59％和76％。根据现场定性判断和室内颗分试验系统划分了各组岩脉及泥化带的工程地质类别，SN和NE向岩脉为B2和B3型性状较差的结构面，NW-NWW和EW向岩脉则多为B1型岩块岩屑型结构面，泥化蚀变带属于B4型泥型结构面。
　　(3)提出了辉绿岩的构造动力蚀变机制，根据蚀变辉绿岩的微观岩石矿物学特征的变化规律、辉绿岩的蚀变空间变化及动力条件分析了辉绿岩的构造动力蚀变机制及泥化带的形成机制。构造动力蚀变机制主要为动力碎裂作用和动力变质作用，富含辉石等暗色矿物和热液交代、多期次的构造挤压错动及后期地下水作用构成岩脉蚀变泥化的主要原因。
　　(4)在蚀变岩微观特征及机制分析基础上，结合室内外物理力学试验手段，系统地研究了蚀变对坝区岩体物理力学特性的影响，得出了各类蚀变岩的物理水理特性、强度特性及变形特性。结果表明蚀变岩石（体）的物理力学性质主要受控于结构构造和矿物组成，其物理水理、强度、变形特性受蚀变类型和蚀变程度地影响。热液蚀变绢云母-绿泥石化相对于钾长石化蚀变软弱矿物含量较高，密度、回弹值、饱和单轴抗压强度和变形模量均较低;石英-绿帘石化由于石英和绿帘石矿物的富集导致导致结构面抗剪（断）强度明显降低;风化蚀变花岗岩和构造蚀变辉绿岩表现出相同的规律:随着蚀变程度的增强，岩石含水率、吸水率、孔隙度及孔隙比逐渐增大，强度特性和变形模量则逐渐降低。
　　(5)采用刚性承压板对碎裂化辉绿岩和软弱岩带进行压缩蠕变试验，研究了蚀变辉绿岩的蠕变特性，建立了蠕变本构模型，并从微观岩石学特征及结构特征分析入手，分析了蚀变程度对辉绿岩蠕变特性的影响。构造蚀变程度较大的软弱岩带相对于碎裂化辉绿岩，具有变形量值较大，长期压缩蠕变强度、瞬时模量和长期蠕变变形模量低的特点。
　　(6)分析蚀变对岩体质量的影响，建立了坝区蚀变岩的岩体质量分析系统，简要评价了蚀变岩的可利用性。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 蚀变作用类型研究

1．2．2 蚀变岩石矿物学研究

1．2．3 蚀变岩工程地质特性研究

1．2．4 岩体流变特性的研究

1．2．5 存在问题及创新点

1．3 主要研究内容

1．4 研究思路和技术路线

第2章 研究区地质环境条件

2．1 区域地质背景

2．1．1 大地构造部位

2．1．2 区域构造格局

2．1．3 区域地层及岩浆岩

2．1．4 区域地质构造演化

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 地应力条件

2．2．5 水文地质条件

2．3 蚀变环境研究

第3章 坝区岩体原生建造特征

3．1 花岗岩建造特征

3．1．1 花岗岩类型及分布特征

3．1．2 岩石学特征

3．2 辉绿岩建造特征

3．2．1 岩脉分布及成生环境

3．2．2 岩石学特征

第4章 坝区花岗岩蚀变特征研究

4．1 花岗岩热液蚀变特征研究

4．1．1 钾长石化蚀变

4．1．2 绢云母～绿泥石化蚀变

4．1．3 热液蚀变岩岩石矿物学差异分析

4．2 花岗岩动力构造蚀变特征研究

4．2．1 断层发育特征

4．2．2 断层带的石英～绿帘石化蚀变

4．3 花岗岩风化蚀变特征研究

4．3．1 坝区风化作用类型及控制因素

4．3．2 坝区风化蚀变岩发育分布特征

4．3．3 风化蚀变花岗岩的岩石学特征研究

4．4 小结

第5章 坝区辉绿岩脉蚀变特征研究

5．1 辉绿岩蚀变程度划分及岩石学特征研究

5．1．1 蚀变程度划分

5．1．2 岩石学特征研究

5．2 岩脉式断层发育及性状特征研究

5．2．1 岩脉式断层发育特征研究

5．2．2 空间展布对岩脉性状的影响

5．3 辉绿岩构造蚀变及蚀变泥化带形成机制

5．3．1 动力构造蚀变机制

5．3．2 泥化带成因机制

5．4 蚀变辉绿岩的工程地质分类

5．4．1 各组岩脉工程类别

5．4．2 泥化带工程类别

5．5 小结

第6章 蚀变对岩石(体)物理力学特性影响研究

6．1 蚀变对岩石物理水理性质的影响

6．1．1 热液蚀变花岗岩物理水理特性

6．1．2 风化蚀变花岗岩物理水理特性

6．1．3 构造蚀变辉绿岩物理水理特性

6．1．4 构造蚀变石英-绿帘石化花岗岩物理水理特性

6．2 蚀变对岩石(体)强度特性的影响

6．2．1 试验手段及方法

6．2．2 热液蚀变花岗岩强度特性

6．2．3 风化蚀变花岗岩强度特性

6．2．4 构造蚀变辉绿岩强度特性

6．2．5 构造蚀变石英-绿帘石化花岗岩及蚀变带强度特性

6．3 蚀变对岩体变形特性的影响

6．3．1 热液蚀变花岗岩体变形特性

6．3．2 风化蚀变花岗岩体变形特性

6．3．3 构造蚀变辉绿岩体变形特性

6．4 小结

第7章 蚀变辉绿岩蠕变特性研究

7．1 概述

7．2 试验设备、方法及成果计算

7．2．1 试验设备

7．2．2 试验方法

7．2．3 试验成果计算

7．3 碎裂化辉绿岩压缩蠕变试验

7．3．1 试验点地质条件

7．3．2 变形～时间关系曲线分析

7．3．3 长期压缩蠕变强度

7．3．4 变形模量分析

7．3．5 蠕变本构模型

7．4 软弱岩带压缩蠕变试验

7．4．1 试验点地质条件

7．4．2 变形～时间关系曲线分析

7．4．3 长期压缩蠕变强度

7．4．4 变形模量分析

7．4．5 蠕变本构模型

7．5 蠕变特性差异研究

7．5．1 蚀变差异分析

7．5．2 蠕变特性差异分析

7．6 小结

第8章 蚀变岩岩体质量分级及可利用性研究

8．1 岩体质量分级标准

8．2 蚀变岩岩体质量分级指标

8．2．1 蚀变岩岩石强度

8．2．2 蚀变岩岩体结构特征

8．2．3 岩体纵波速及完整性系数

8．2．4 蚀变岩体质量综合分级

8．3 蚀变岩体力学参数取值

8．4 蚀变岩体可利用性研究

8．4．1 岩体可利用性依据

8．4．2 蚀变岩体可利用性分析

8．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果