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。 【关键词】：峨眉山玄武岩 岩体结构特性 岩体结构类型 风化界限 卸荷界限 建基面选择 坝肩抗滑稳定
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P642.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 前言13-28
• 1.1 选题依据及研究意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-23
• 1.2.1 岩体结构的研究现状15-18
• 1.2.2 岩体风化分带的研究现状18-20
• 1.2.3 岩体卸荷分带的研究现状20
• 1.2.4 岩体结构特性工程应用的研究现状20-23
• 1.3 研究内容及技术路线23-28
• 第一篇 基础篇——水电工程区峨眉山玄武岩岩体结构特性28-130
• 2 研究区工程地质环境条件28-41
• 2.1 峨眉山玄武岩的地质背景28-30
• 2.2 白鹤滩坝区区域地质背景30-34
• 2.3 白鹤滩坝区的工程地质条件34-41
• 2.3.1 坝区地形地貌34-35
• 2.3.2 地层岩性35-36
• 2.3.3 地质构造36-39
• 2.3.4 地应力39-40
• 2.3.5 水文地质条件40-41
• 3 岩体结构的形成演化特征研究41-70
• 3.1 岩体结构面成因的研究现状41
• 3.2 白鹤滩坝区岩体结构面成因研究41-52
• 3.2.1 白鹤滩玄武岩的建造特征41-48
• 3.2.2 白鹤滩玄武岩的构造改造48-50
• 3.2.3 白鹤滩岩体结构的表生改造50-52
• 3.3 白鹤滩坝区柱状节理玄武岩成因研究52-58
• 3.4 峨眉山玄武岩岩体结构的形成演化特征58-69
• 3.5 小结69-70
• 4 结构面的工程地质分级、分类及特性研究70-87
• 4.1 同区其它水电工程坝区结构面的工程地质分级方案70-73
• 4.2 白鹤滩坝区结构面的工程地质分级、分类73-75
• 4.3 白鹤滩Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级软弱结构面的工程地质特性75-82
• 4.3.1 Ⅱ级结构面的工程地质特性75-79
• 4.3.2 Ⅲ级结构面的工程地质特性79-81
• 4.3.3 Ⅳ级结构面工程地质特征研究81-82
• 4.4 白鹤滩Ⅴ级裂隙类结构面的工程地质特性82-86
• 4.4.1 基体裂隙的工程地质特性82-83
• 4.4.2 基体裂隙的连通率分析83-86
• 4.5 小结86-87
• 5 岩体结构分类及结构参数研究87-102
• 5.1 同区其它水电工程岩体结构分类方案87-88
• 5.2 岩体结构分类指标88-90
• 5.3 岩体结构分类方案的提出90-97
• 5.3.1 单指标划分Ⅰ勘线岩体结构类型90-96
• 5.3.2 Ⅰ勘线岩体结构类型及岩体结构分类方案96-97
• 5.4 坝区Ⅰ2、Ⅰ3线岩体结构及岩体结构空间变化特征97-99
• 5.4.1 Ⅰ2、Ⅰ3线岩体结构划分97-98
• 5.4.2 岩体结构的空间变化特征98-99
• 5.5 柱状节理对岩体结构类型的影响99-100
• 5.6 小结100-102
• 6 岩体风化分类及量化指标研究102-119
• 6.1 玄武岩岩体风化特征研究102-107
• 6.2 同区其它水电工程岩体风化分带标准107-112
• 6.3 白鹤滩坝区岩体风化界限的划分112-117
• 6.3.1 风化界限划分标准的提出112-113
• 6.3.2 用确定标准划分的风化界线113-117
• 6.4 峨眉山玄武岩风化界限的划分标准117-119
• 7 岩体卸荷分带及量化指标研究119-130
• 7.1 岩体卸荷分带的研究现状119
• 7.2 其它水电工程的卸荷带划分方案119-121
• 7.3 白鹤滩水电站岩体卸荷带划分指标的选择121-122
• 7.4 白鹤滩卸荷带划分方法122-123
• 7.5 白鹤滩坝区岩体卸荷带划分123-129
• 7.5.1 坝址Ⅰ线平硐裂隙统计结果123-124
• 7.5.2 坝址Ⅰ2线平硐裂隙统计结果124-125
• 7.5.3 坝址Ⅰ3线平硐裂隙统计结果125-126
• 7.5.4 卸荷带划分结果126-127
• 7.5.5 白鹤滩岩体卸荷带划分的量化标准127-129
• 7.6 峨眉山玄武岩卸荷分带的量化标准129-130
• 第二篇 工程应用篇——白鹤滩坝区岩体结构特性应用130-174
• 8 白鹤滩工程区岩体质量分级及岩体力学参数研究130-150
• 8.1 岩体质量的分级标准130-134
• 8.2 现场岩体质量分级134-135
• 8.3 岩体质量综合分级135-141
• 8.4 柱状节理对岩体质量的影响141-142
• 8.5 岩体力学参数研究142-149
• 8.6 小结149-150
• 9 白鹤滩坝基岩体质量分级及建基面选择研究150-164
• 9.1 坝基岩体质量分级研究现状150-151
• 9.2 白鹤滩坝基岩体质量分级151-157
• 9.3 白鹤滩拱坝建基面选择研究157-163
• 9.3.1 按规范要求根据风化分带选择建基面157-159
• 9.3.2 按坝基透水率(吕荣值)选择建基面159-160
• 9.3.3 按照岩体质量级别及岩体力学参数选择建基面160-161
• 9.3.4 建基面的综合选择161-163
• 9.4 小结163-164
• 10 白鹤滩高拱坝坝肩抗滑稳定性研究164-174
• 10.1 坝肩抗滑稳定的基本模式164-165
• 10.2 坝肩抗力体底滑(面)边界分析165-167
• 10.3 坝肩侧裂(面)边界分析167-169
• 10.4 坝肩抗力体稳定性评价169-173
• 10.5 小结173-174
• 结论174-177
• 论文的主要结论174-176
• 论文的主要创新点176-177
• 致谢177-178
• 参考文献178-183
• 攻读博士期间发表论文及科研成果183

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金平—黑水河裂谷基性—超基性岩特征、成矿系列及成矿预测    张学书

中国川滇黔交界地区密西西比型（MVT）铅锌矿床成矿模型    张长青

四川盐源地区峨眉山玄武岩岩石学及地球化学特征研究    孙晓旭

香格里拉县九龙地区峨眉山玄武岩特征及成因    龚婷婷

峨眉山玄武岩大规模高速远程崩滑流事件多因素复合约束机制    王红晓

峨眉山高钛和低钛玄武岩的岩石成因    姜寒冰

滇黔相邻地区峨眉山玄武岩地球化学特征及其成自然铜矿作用    许连忠

滇东北与二叠纪玄武岩有关的铜矿床    唐冬梅

金沙江白鹤滩水电站柱状节理玄武岩岩体结构及质量分级研究    张春芳

黔西南与玄武岩有关的铜矿及其表生成矿过程的实验研究    黄艳

黔西南二叠系龙潭组含金建造的初步研究    黄建国

贵州西部二叠系玄武岩风化壳及其中稀土富集规律研究    王伟