金沙江其宗水電站高堆石壩建設(shè)適宜性的工程地質(zhì)工程.pdf

1、我國(guó)西部地區(qū)水能資源豐富，建設(shè)大型水利樞紐工程，開發(fā)西部山區(qū)的水能資源，已成為保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展和縮小東西部差距的關(guān)鍵措施之一。但西部地區(qū)，尤其是西南山區(qū)水利樞紐的建設(shè)場(chǎng)地多處于地質(zhì)條件復(fù)雜、巖土體工程特性不良的地質(zhì)環(huán)境，水利建設(shè)存在著如何適應(yīng)復(fù)雜場(chǎng)地的適宜性問題。擬建的金沙江其宗水電站壩址區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，工程開挖邊坡高度大，地下洞室密集，河床覆蓋層厚度大，采用高心墻堆石壩方案及其配套建筑物存在的主要工程地質(zhì)問題包括壩址區(qū)千枚巖

2、邊坡、洞室的穩(wěn)定性問題與壩址區(qū)河床深厚覆蓋層的工程特性問題。本文針對(duì)其宗水電站壩址主要工程地質(zhì)問題，以千枚巖與河床深厚覆蓋層的工程特性研究為核心，從工程地質(zhì)角度，評(píng)價(jià)該水電站建設(shè)高堆石壩的適宜性，同時(shí)在千枚巖與深厚覆蓋層的理論研究與工程運(yùn)用方面取得了一定的認(rèn)識(shí)。論文主要工作與成果包括：
　　 （1）論文將千枚巖巖石微結(jié)構(gòu)特征、微觀破裂機(jī)理分析與巖體結(jié)構(gòu)特征研究相結(jié)合，采用以各向異性特征分析為核心的研究方法，取得了千枚巖工程特性的

3、規(guī)律性認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用多種手段對(duì)千枚巖工程邊坡與洞室的失穩(wěn)模式與穩(wěn)定性進(jìn)行研究，探討在千枚巖中進(jìn)行大面積人工高邊坡與大型地下洞室建設(shè)的適宜性。同時(shí)，論文系統(tǒng)分析和總結(jié)了我國(guó)西部水電工程河床深厚覆蓋層的工程特征，豐富和發(fā)展了河床深厚覆蓋層的成因類型，形成了河床深厚覆蓋層建壩適宜性評(píng)價(jià)的技術(shù)與方法。
　　 （2）通過壩址區(qū)工程地質(zhì)條件調(diào)查，掌握壩址區(qū)千枚巖空間分布特征及變化規(guī)律，初步建立了千枚巖的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)、微觀破裂機(jī)理與礦

4、物成分之間的關(guān)系。千枚巖巖石礦物成分與微觀斷裂機(jī)理分析結(jié)果表明：一般絹云母與綠泥石含量高的巖石具鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片理面發(fā)育，千枚狀構(gòu)造或定向構(gòu)造特征明顯，在外力作用下易產(chǎn)生剪破裂。而石英含量較高的千枚巖，其微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)細(xì)粒狀，多形成微觀脆性破裂形態(tài)，在外力作用下往往產(chǎn)生拉破裂。
　　 （3）通過一系列巖體物理力學(xué)試驗(yàn)研究，重點(diǎn)分析了性狀差別較大的絹云母千枚巖與硅質(zhì)板狀千枚巖的各向異性特征，指出千枚巖的各向異性特征的評(píng)價(jià)應(yīng)基于巖石強(qiáng)

5、度相對(duì)于定位角的變化，采用各向異性率定量評(píng)價(jià)各向異性的程度，提出千枚巖應(yīng)區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的軟巖的觀點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，選取有代表性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與相關(guān)的千枚巖環(huán)境條件下的工程進(jìn)行類比研究，總結(jié)其宗水電站千枚巖的工程特性，提出巖體物理力學(xué)參數(shù)的建議值，為準(zhǔn)確分析工程邊坡與地下洞室圍巖的穩(wěn)定性提供依據(jù)。
　　 （4）根據(jù)其宗水電站水工建筑布置方案，采用室內(nèi)數(shù)值模擬的方法，選擇了壩址典型的工程邊坡與地下洞室群進(jìn)行變形穩(wěn)定性分析，模擬工程建設(shè)

6、后邊坡與洞室?guī)r體的應(yīng)力與變形的特征。提出其宗水電站壩址千枚巖強(qiáng)度相對(duì)較高，在其范圍內(nèi)開挖工程邊坡產(chǎn)生坡體整體失穩(wěn)的可能性很小，千枚巖具備大面積開挖的地質(zhì)條件。但洞室的開挖受巖體各向異性特征的影響較大，目前水工設(shè)計(jì)的洞室軸向?qū)Χ词覈鷰r的穩(wěn)定是不利的，須合理布置，加強(qiáng)支護(hù)。
　　 （5）通過對(duì)壩址河床深厚覆蓋層的組成及空間分布特征的研究，論文建立了壩址區(qū)覆蓋層的空間形態(tài)與結(jié)構(gòu)關(guān)系，進(jìn)一步發(fā)展了河床深厚覆蓋層成因的理論研究。論文提出河

7、床深厚覆蓋層的形成，適宜的地質(zhì)環(huán)境是先決條件，復(fù)雜的區(qū)域構(gòu)造演變、區(qū)域第四系氣候和河谷形成演化歷史是根本原因。深厚覆蓋層是在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候變化共同作用下形成的，氣候因素占主導(dǎo)地位。覆蓋層下部的沖積和冰水堆積并非形成于現(xiàn)代，河床深厚覆蓋層的成因復(fù)雜，并非由單一的河流沖積物組成，其主體應(yīng)是末次冰期間冰段河谷的產(chǎn)物，覆蓋層之所以深厚，是因?yàn)榇嬖诜呛恿鞒梢蚨逊e物的加積作用的結(jié)果。
　　 從目前深厚覆蓋層建壩的工程經(jīng)驗(yàn)分析，其宗水電站

8、壩址河床深厚覆蓋層的物理力學(xué)參數(shù)與西部其它水電工程的取值相差不大，其粗粒土具有干密度較大，承載力較高的優(yōu)勢(shì)，壩基覆蓋層的工程特性符合建高堆石壩的力學(xué)條件。
　　 （6）通過對(duì)壩址河床深厚覆蓋層的穩(wěn)定性計(jì)算與分析認(rèn)為，壩址覆蓋層深厚，以粗顆粒的卵礫石層為主，組織結(jié)構(gòu)較密實(shí)，具有較高的強(qiáng)度，壩基產(chǎn)生淺層或深層滑動(dòng)的可能性較?。坏?，壩址覆蓋層中③-1 層和①層由粗粒土組成，滲透系數(shù)較大，具備發(fā)生管涌的條件；③-2 層、②-2 層以砂

9、土及粉砂土為主，而②-1 層夾細(xì)砂，這些部位具備發(fā)生流土的條件，壩基整體滲透變形問題比較突出；另外，壩址覆蓋層中③-2 層、②-2 層數(shù)目眾多的砂層透鏡體，其厚度變化較大，埋深不一，強(qiáng)度相對(duì)較低，不但壩基不均勻沉降問題較嚴(yán)重，而且壩基承載力與液化問題也比較突出。
　　 （7）其宗水電站壩址地形條件對(duì)布置當(dāng)?shù)夭牧蠅屋^為有利，經(jīng)合理布置并加強(qiáng)支護(hù)，右岸橫向山梁具備修建大型開敞式溢洪道、引水、泄洪、導(dǎo)流隧洞和地面廠房的條件；
　

10、　 覆蓋層壩基整體穩(wěn)定性較好，但存在滲透變形、不均勻沉降和淺部砂層液化問題。建議挖除淺部砂層透鏡體，對(duì)壩基土體進(jìn)行加密、固結(jié)灌漿與夯實(shí)等措施。經(jīng)妥善處理后河床覆蓋層具備修建高心墻堆石壩的工程地質(zhì)條件，壩址修建高心墻堆石壩是適宜的。
　　 本論文的研究成果達(dá)到了高壩建設(shè)適宜性工程地質(zhì)研究的目標(biāo)，在千枚巖各向異性的力學(xué)特征、河床深厚覆蓋層的成因、工程地質(zhì)特性等方面取得了一定的理論成果與規(guī)律性認(rèn)識(shí)，對(duì)在千枚巖地區(qū)開挖大型工程邊坡與地