中国西南水电工程区峨眉山玄武岩岩体结构特性及其工程应用研究

摘要

川滇地区二叠系上统峨眉山玄武岩分布范围为一近南北向的菱形，覆盖面积约30×10<'4> km<'2>，露头面积约37538km<'2>，平均厚度达705m，具有南西厚、北东薄的特点，且为多个喷发旋回。根据喷出相与岩石组合系列等时空变化的规律性，将玄武岩划为三个分区：东岩区、中岩区、西岩区。金沙江白鹤滩水电站、溪洛渡水电站、以及大渡河铜街子水电站处于东岩区；雅砻江二滩水电站处于中岩区；雅砻江官地水电站、金沙江龙开口水电站、金安桥水电站处于西岩区。本文以白鹤滩水电站坝区岩体结构特性为研究主线，结合其它水电工程岩体结构特性的研究成果，开展中国西南已有水电工程区峨眉山玄武岩岩体结构特性的研究，在理论和工程实践均具有重要意义。考虑到岩体结构对岩体风化、卸荷所起的控制作用，论文中对岩体的风化、卸荷进行了专题研究，并取得了以下主要研究成果： (1)从原生建造、构造改造和表生改造三方面研究了白鹤滩坝区岩体结构的成因；通过对柱状节理玄武岩的岩浆喷出环境、柱状外形态、裂隙面粗糙度的现场调查和玄武岩的化学成分分析，表明柱状节理是由于岩浆的冷却收缩作用形成。在演化过程中，经历了多期次的构造改造，和河谷下切时的卸荷回弹作用，从而形成现今的柱状节理形态。 (2)通过对不同风化程度玄武岩的表观特征、矿物特征、化学特征的研究，表明峨眉山玄武岩岩体的风化作用是沿各类结构面向岩体内部发展，以物理风化为主，化学风化不明显。通过对白鹤滩水电站坝区岩体风化界限的划分，结合溪洛渡、铜街子、官地等水电站坝区岩体风化界限的划分标准，提出了峨眉山玄武岩岩体风化带划分的量化指标。 (3)峨眉山玄武岩的岩体结构体系通常为层间错动带、层内错动带、基体裂隙和柱状节理，层间、层内错动带和断层控制了岩体的宏观结构，构成了工程岩体结构的骨架，节理裂隙影响了岩体的局部结构及完整性。而白鹤滩水电站坝区岩体结构与同区其它坝区相比，有其特殊性，除发育上述结构面外，还发育陡倾角断层。按照结构面的规模作为分级依据，即层间错动带、控制性断层为Ⅱ类结构面，层内错动带、一般性断层作为Ⅲ级结构面，挤压带、小断层为Ⅳ级结构面，基体裂隙、柱状节理为Ⅴ级结构面。 (4)通过大量资料统计，提出了白鹤滩坝区岩体结构划分方案，将裂隙间距作为控制性指标，裂隙条数作为参考指标。结合溪洛渡水电站、金安桥水电站、二滩水电站坝区岩体结构类型的划分方案，建立了玄武岩地区划分岩体结构类型的量化指标。 (5)根据对白鹤滩坝区玄武岩卸荷分带的量化指标研究，结合溪洛渡、龙开口、官地等水电工程区岩体卸荷带的划分标准，以及相关文献中岩体卸荷带量化指标的研究成果，提出了峨眉山玄武岩岩体卸荷分带的量化指标。 (6)应用岩体质量分级的最新成果(修正的Q系统，2002)，综合考虑白鹤滩坝区层间、层内错动带及断层等构造形迹，风化、卸荷界限等地质因素，得出了符合实际情况的岩体质量分级结果。对于柱状节理玄武岩分别运用：RMR分类和《工程岩体分级标准》(GB50218-94)进行岩体质量分级，结果表明：按BQ值划分的岩体质量级别较按RMR划分的岩体质量类别高，说明对于坝基柱状节理玄武岩的岩体质量综合分级的指标应有别于非柱状节理玄武岩，即柱状节理玄武岩应重点考虑其力学完整性，而非柱状节理玄武岩不仅考虑其力学完整性，还应考虑其几何完整性。 (7)白鹤滩水电站坝区非柱状节理玄武岩岩体质量分级主要通过岩体纵波波速、完整性系数以及岩石质量指标(RQD)来量化；鉴于该坝区柱状节理玄武岩是一种特殊类型的碎裂．镶嵌结构岩体，其外观表现破碎，确定岩体质量级别时，其量化指标选择了岩体的纵波波速、完整性系数、岩体的透水率(吕容值)。并从坝基岩体风化分带、岩体质量类别以及岩体渗透性三个方面综合确定了白鹤滩高拱坝建基面的位置。 (8)以白鹤滩水电站高拱坝为例，选择了各拱圈有代表性的块体，并分别计算了稳定性系数，结果表明：坝肩抗力体无论是在一般荷载还是特殊荷载作用下，其稳定性系数均满足设计要求，且具有一定的安全储备。

目录

文摘

英文文摘

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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岩体结构的研究现状

1.2.2岩体风化分带的研究现状

1.2.3岩体卸荷分带的研究现状

1.2.4岩体结构特性工程应用的研究现状

1.3研究内容及技术路线

第2章　研究区工程地质环境条件

2.1峨眉山玄武岩的地质背景

2.2白鹤滩坝区区域地质背景

2.3白鹤滩坝区的工程地质环境条件

2.3.1坝区地形地貌

2.3.2地层岩性

2.3.3地质构造

2.3.4地应力

2.3.5水文地质条件

第3章　岩体结构的形成演化特征研究

3.1岩体结构面成因概述

3.2白鹤滩坝区岩体结构面成因研究

3.2.1白鹤滩玄武岩的建造特征

3.2.2白鹤滩玄武岩的构造改造

3.2.3白鹤滩岩体结构的表生改造

3.3白鹤滩坝区柱状节理玄武岩成因研究

3.4峨眉山玄武岩岩体结构的形成演化特征

3.5小结

第4章　岩体结构面的工程地质分级、分类及特性研究

4.1同区其它水电工程坝区结构面的工程地质分级方案

4.2白鹤滩坝区结构面的工程地质分级、分类

4.3白鹤滩坝区Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级软弱结构面的工程地质特性

4.3.1 Ⅱ级结构面的工程地质特性

4.3.2 Ⅲ级结构面的工程地质特性

4.3.3Ⅳ级结构面工程地质特征研究

4.4白鹤滩坝区Ⅴ级结构面的工程地质特性

4.4.1基体裂隙的工程地质特性

4.4.2基体裂隙的连通率分析

4.5小结

第5章　岩体结构分类及结构参数研究

5.1同区其它水电工程岩体结构分类方案

5.2岩体结构分类指标

5.3白鹤滩岩体结构分类方案的提出

5.3.1概述

5.3.1单指标划分Ⅰ勘线岩体结构类型

5.3.2 Ⅰ勘线岩体结构类型及岩体结构分类方案

5.4白鹤滩坝区Ⅰ2、Ⅰ3线岩体结构及岩体结构空间变化特征

5.4.1 Ⅰ2、Ⅰ3线岩体结构类型的划分

5.4.2岩体结构的空间变化特征

5.5柱状节理对岩体结构类型的影响

5.6小结

第6章　岩体风化分类及量化指标研究

6.1玄武岩岩体风化特征研究

6.2同区其它水电工程岩体风化分带标准

6.3白鹤滩坝区岩体风化界限的划分

6.3.1风化界限划分标准的提出

6.3.2用确定标准划分的风化界线

6.4峨眉山玄武岩岩体风化界限的划分标准

第7章　岩体卸荷分带及量化指标研究

7.1岩体卸荷分带的研究概况

7.2其它水电工程的卸荷带划分方案

7.3白鹤滩水电站岩体卸荷带划分指标的选择

7.4岩体卸荷带划分方法

7.5白鹤滩坝区岩体卸荷带划分

7.5.1坝址Ⅰ线平硐裂隙统计结果

7.5.2坝址Ⅰ2线平硐裂隙统计结果

7.5.3坝址Ⅰ3线平硐裂隙统计结果

7.5.4卸荷带划分结果

7.5.5白鹤滩岩体卸荷带划分的量化标准

7.6峨眉山玄武岩卸荷带划分的量化标准

第8章　白鹤滩岩体质量分级及岩体力学参数研究

8.1岩体质量的分级标准

8.2现场岩体质量分级

8.3岩体质量综合分级

8.4柱状节理对岩体质量的影响

8.5岩体力学参数研究

8.6 小结

第9章　白鹤滩坝基岩体质量分级及建基面选择研究

9.1坝基岩体质量分级研究现状

9.2白鹤滩坝基岩体质量分级

9.3白鹤滩拱坝建基面选择研究

9.3.1按风化分带选择建基面

9.3.2按坝基透水率(吕荣值)选择建基面

9.3.3按岩体质量级别及岩体力学参数选择建基面

9.3.4建基面的综合选择

9.4 小结

第10章　白鹤滩高拱坝坝肩抗滑稳定性研究

10.1坝肩抗滑稳定的基本模式

10.2坝肩抗力体底滑(面)边界分析

10.3坝肩抗力体侧裂(面)边界分析

10.4坝肩抗力体稳定性评价

10.5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士期间发表论文及科研成果