胡耀飛, 沈軍輝, 聶德新
(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,四川 成都 610059;2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610072)
牙根水電工程壩址區(qū)基巖為燕山早期茨瑪絨侵入體,巖體巖石類型簡(jiǎn)單,由二長(zhǎng)花崗巖組成,具似斑狀~中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀~片麻狀構(gòu)造,成分比較穩(wěn)定?;◢弾r中除部分發(fā)育連續(xù)性較差的平緩構(gòu)造面外,變形構(gòu)造類型表現(xiàn)為脆性斷裂,但規(guī)模不大,以節(jié)理、小斷層和擠壓帶為主。巖石自身抗風(fēng)化的能力中等,巖體風(fēng)化以裂隙式風(fēng)化和夾層狀風(fēng)化為主要特點(diǎn),巖石以弱風(fēng)化為主。兩岸岸坡巖體卸荷極不對(duì)稱,右岸巖體卸荷明顯強(qiáng)于左岸,右岸強(qiáng)卸荷最大深度為207 m,弱卸荷最大深度為216 m,左岸強(qiáng)、弱卸荷深度均在數(shù)十米以內(nèi)。
針對(duì)牙根壩址區(qū)右岸拉裂松動(dòng)巖體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出拉裂松動(dòng)巖體的定義:拉裂松動(dòng)巖體是指晚更新世以來(lái),在外動(dòng)力地質(zhì)作用下,由于應(yīng)力調(diào)整,在特定的岸坡結(jié)構(gòu)的地質(zhì)背景下,巖體結(jié)構(gòu)面普遍張開,巖體強(qiáng)烈松弛,巖體密度顯著下降,巖體整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度急劇降低的一類具有特殊工程地質(zhì)性狀的巖體。壩區(qū)右岸分布三處拉裂松動(dòng)巖體 (見圖1):1號(hào)拉裂松動(dòng)巖體主要分布于Ⅰ~Ⅴ勘線范圍內(nèi),體積約808萬(wàn)m3;2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體主要分布于Ⅶ~Ⅹ勘線下游側(cè)約130 m,體積為400萬(wàn)m3;3號(hào)拉裂松動(dòng)巖體分布于ⅩⅢ勘線PD55平硐附近,體積約為50 萬(wàn) m3。
谷坡巖體的卸荷及重力場(chǎng)作用下的變形破裂方式受巖體結(jié)構(gòu)的控制。在河谷下切過(guò)程中,右岸拉裂松動(dòng) (松弛)巖體的變形破裂模式主要為:①沿緩傾角結(jié)構(gòu)面的差異回彈錯(cuò)動(dòng);②中陡傾角結(jié)構(gòu)面的離面卸荷拉裂;③滑移剪張型;④蠕滑拉裂及滑移壓致拉裂型;⑤傾倒彎曲拉裂型;⑥滑移彎折型。
通過(guò)各種測(cè)試及綜合地質(zhì)分析,平硐揭示的拉裂松動(dòng)巖體有以下特點(diǎn):①各方向結(jié)構(gòu)面均松弛張開,不僅順河向中、緩傾角結(jié)構(gòu)面普遍拉裂松動(dòng),而且近橫河向結(jié)構(gòu)面也明顯拉裂松動(dòng);②可見呈鋸齒狀或不規(guī)則狀新生拉裂撕裂現(xiàn)象;③部分順坡向拉裂結(jié)構(gòu)面顯示上盤下錯(cuò)現(xiàn)象,巖體內(nèi)見有因松動(dòng)壓剪產(chǎn)生的片狀碎屑,局部巖塊突點(diǎn)接觸處壓碎呈粉末狀;④作為部分底界面的f5-1和f1-6緩傾坡外的小斷層帶內(nèi)物質(zhì)被壓剪擠入上盤裂隙內(nèi),局部可見石英脈體強(qiáng)烈擾動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)跡象;⑤拉裂松動(dòng)巖體內(nèi)裂面多無(wú)泥充填,巖體干燥,地下水不活躍。
鉆孔揭示的拉裂松動(dòng)巖體有以下特點(diǎn):①拉裂松動(dòng)巖體巖芯呈碎塊狀為主,局部碎片狀,巖芯RQD多小于15%,表明松動(dòng)巖體內(nèi)局部存在相對(duì)較大的巖塊;②松動(dòng)巖體處于弱風(fēng)化上段及下段內(nèi);③壓水試驗(yàn)不起壓,強(qiáng)烈漏水;④孔內(nèi)局部出現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象,且一般掉鉆深度在數(shù)cm以內(nèi);⑤鉆孔聲波縱波速Vp多小于2 000 m/s,且表部因漏水強(qiáng)烈多無(wú)測(cè)試資料。
從國(guó)內(nèi)各水電工程巖體分類來(lái)看,Ⅴ2類巖體一般多指構(gòu)造帶及其影響帶。結(jié)合本工程巖體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),綜合分析聲波測(cè)試、錘擊法地震連續(xù)波、地震層析成像、巖體氡氣測(cè)試等成果,將拉裂松動(dòng)巖體劃分為Ⅴ2類巖體,與規(guī)范規(guī)定的巖體特性部分吻合,與一般的壩基巖體分類差別明顯,從而形成了牙根水電站的特殊巖類。拉裂松動(dòng)巖體對(duì)工程的適宜性是本工程重大的工程地質(zhì)問(wèn)題。
圖1 牙根水電站右岸拉裂松動(dòng)巖體分布
針對(duì)拉裂松動(dòng)巖體這一特殊巖體的工程適宜性分析結(jié)果如下:
(1)拉裂松動(dòng)巖體僅分布于右岸,不連續(xù)分布,主要發(fā)育在強(qiáng)卸荷帶淺表部,且以1、2號(hào)規(guī)模為大。其中1、2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體之間間距為200~350 m,兩者間巖體主要為強(qiáng)卸荷上段巖體 (Ⅳ類巖體),水平深度為45~130 m;3號(hào)拉裂松動(dòng)巖體僅分布在高程2 550~2 680 m的淺表地帶,強(qiáng)卸荷上段巖體(Ⅳ類巖體)水平深度為14~85 m。
(2)針對(duì)壩址區(qū)右岸特殊巖類的分布,選擇了大壩及主要建筑物以避讓或基本避讓拉裂松動(dòng)巖體的原則進(jìn)行樞紐布置。因此,初步將壩軸線布置在2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體的下游區(qū)域,將1、2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體置于壩前。而對(duì)大壩可能涉及的小規(guī)模的3號(hào)拉裂松動(dòng)巖體,因其體積不大,采取全部挖除的工程措施。
(3)結(jié)合壩址區(qū)各剖面可能的滑移模式,采用摩根斯坦-普萊斯法來(lái)計(jì)算各個(gè)剖面在各種工況下的穩(wěn)定安全系數(shù),見圖2~4(以橫Ⅳ勘線為例)。1、2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體,在未開挖 (原始)工況下,穩(wěn)定安全系數(shù)為1.067,處于基本穩(wěn)定狀態(tài);但在 “天然+暴雨工況”、蓄水工況、 “蓄水+暴雨工況”和水位驟降工況下,穩(wěn)定安全系數(shù)分別為0.957、0.939、0.915、0.910,局部可能出現(xiàn)失穩(wěn),為潛在不穩(wěn)定狀態(tài);在地震工況下穩(wěn)定安全系數(shù)為0.829,容易失穩(wěn)。而在開挖蓄水工況下,穩(wěn)定安全系數(shù)在1.272~1.530之間,處于穩(wěn)定狀態(tài),且在坡腳處的坡度較緩的沖積層處安全系數(shù)也達(dá)1.160,說(shuō)明該剖面總體處于穩(wěn)定狀態(tài);但在開挖蓄水并疊加地震力作用下,穩(wěn)定安全系數(shù)在0.928~1.253之間,局部處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài),且表現(xiàn)為表部有失穩(wěn)的可能。綜合壩址區(qū)其他各剖面的穩(wěn)定性分析成果表明,地震力對(duì)拉裂松動(dòng)巖體的穩(wěn)定性起控制作用,為保證壩前1、2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體的穩(wěn)定,必須采取適宜工程措施。采取削坡減載的同時(shí),加強(qiáng)支護(hù),確保拉裂松動(dòng)巖體的穩(wěn)定性,并將工程處理后的開挖料作為堆石料及混凝土骨料加以綜合利用。
圖2 拉裂松動(dòng)巖體未處理工況下穩(wěn)定性分析
(4)通過(guò)工程處理后,壩前1、2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體可以保持穩(wěn)定狀態(tài),可滿足規(guī)范要求。考慮到拉裂松動(dòng)巖體的特殊性,大壩布置在2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體的下游區(qū)域是為了充分適應(yīng)壩區(qū)的地質(zhì)條件的最適宜的工程布置格局。本工程將導(dǎo)流洞、引水洞、大型地下廠房全部布置于左岸,對(duì)面板壩壩型則由于左岸地形的限制,右岸布置了開敞式溢洪道,僅在溢洪道閘室段發(fā)育3號(hào)拉裂松動(dòng)巖體,因其體積不大,全部挖除;而對(duì)于重力壩壩型則通過(guò)壩身泄洪,右岸除大壩右壩肩外無(wú)其他工程布置。
圖3 拉裂松動(dòng)巖體開挖后蓄水工況下穩(wěn)定性分析
圖4 拉裂松動(dòng)巖體開挖后地震工況下穩(wěn)定性分析
雅礱江牙根水電站壩址區(qū)右岸發(fā)育的三處拉裂松動(dòng)巖體是本工程成立與否的關(guān)鍵的工程地質(zhì)問(wèn)題。通過(guò)本文的分析,主要有以下結(jié)論:
(1)水電水利工程中Ⅴ2類巖體一般多指構(gòu)造帶及其影響帶,本工程對(duì)拉裂松動(dòng)巖體巖類的劃分,有別于水電水利工程的壩基巖體分類,從而形成了本工程巖體劃分的特色。
(2)結(jié)合壩址區(qū)右岸拉裂松動(dòng)巖體的分布特點(diǎn),以避讓或基本避讓拉裂松動(dòng)巖體的原則進(jìn)行樞紐布置,將1、2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體置于壩前,壩軸線布置在2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體的下游區(qū)域。該區(qū)域僅發(fā)育有小規(guī)模的3號(hào)拉裂松動(dòng)巖體,且分布于近壩頂以上的區(qū)域,工程上全部挖除。
(3)壩址區(qū)各剖面拉裂松動(dòng)巖體穩(wěn)定性分析表明,地震力為控制壩前拉裂松動(dòng)巖體穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。為保證壩前1、2號(hào)拉裂松動(dòng)巖體的穩(wěn)定,采取削坡減載措施的同時(shí)加強(qiáng)支護(hù),尤其是加強(qiáng)開挖后坡的支護(hù)以及坡面表部未開挖的拉裂松動(dòng)巖體的支護(hù),并將工程處理后的開挖料作為堆石料及混凝土骨料加以綜合利用。
(4)為適應(yīng)右岸發(fā)育拉裂松動(dòng)巖體的特殊地質(zhì)條件,本工程將導(dǎo)流洞、引水洞、大型地下廠房全部布置于左岸。重力壩由于壩身泄洪,右岸除大壩右壩肩外無(wú)其他工程布置;而面板壩則由于左岸地形的限制,右岸布置了開敞式溢洪道,僅在溢洪道閘室段發(fā)育3號(hào)拉裂松動(dòng)巖體,而泄槽段沒(méi)有拉裂松動(dòng)巖體發(fā)育。這兩種樞紐布置方案均是結(jié)合本工程特色的最適宜的工程布置格局。
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