楼盘水电工程包工价格_岩体卸荷与水电工程

发布时间：2016-12-13 22:16

本文关键词：岩体卸荷与水电工程，由笔耕文化传播整理发布。

JournalofEngineering；Geology工程地质学报1004-9665/2；岩体卸荷与水电工程；王兰生李文纲孙云志；(①成都理工大学成都610059)(③长江水利委；①②③；(②中国水电顾问集团成都勘测设计研究院成都610；摘要根据20世纪70,讨论了水电工程建设中岩体卸；ROCKMASSUNLOADINGINHYDRO；WANGLanshe

JournalofEngineering

Geology　　工程地质学报　　1004-9665/2008/16(02)20145210　

岩体卸荷与水电工程

王兰生　李文纲　孙云志

(①成都理工大学　成都　610059)(③长江水利委员会　武汉　430025)

①②③

(②中国水电顾问集团成都勘测设计研究院　成都　610027)

摘　要　根据20世纪70,讨论了水电工程建设中岩体卸荷的地质现象和工程地质问题。,提出以卸荷裂隙力学机制类型作为卸荷带划分的参照依据,,提出我国深裂缝和深卸荷,讨论了岩体卸荷在水电工程实践应用中的一些问题。关键词　卸荷裂隙　深裂缝　水电工程　西南山区中图分类号:TV6　　文献标识码:A

ROCKMASSUNLOADINGINHYDROELECTRICPROJECT

WANGLansheng　LIWengang　SUNYunzhi

(①ChengduUniversityofTechnology,Chengdu　610059)

(②ChengduInstituteofSurvey,DesignandResearch,ChinaHydroelectricAdviserGroup,Chengdu　610027)(③YangtzeRiverWaterConservancyCommittee,Wuhan　430025)

①

②

③

Abstract　Thegeologicalphenomenonofrock-massunloadinganditsengineeringgeologicalproblemsduringthehydroelectricprojectconstructionarediscussioninthispaper.Thediscussionisbasedontheengineeringpracticesofmanyhighdamconstructionprojectsinthemountainousareaofsouth-westChinaoverlast40years.Theprocessofcognitiveontherock-massunloadinggeologicalphenomenaandengineeringpracticeexperienceintheengineeringgeologyareaofthiscountryareintroducingbriefly.Asystematicrockmassrelaxedzoneaccordingtothemechanisticmechanismtypesofunloadingfissuresissuggested.Therelaxedfissuresanddepthunloadingzonecanbediscoveredbehindthenormalunloadingzone.Thiszoneisnamedasa"depthfissuresanddepthrelaxedzone".Itisalsodiscussedonthebasisofaseriestypicalexamples.Amechanisticmechanismmodelforthe"depthfissuresanddepthrelaxedzone"issuggested.Somepracticeproblemsofhydroelectricprojectconstructioninconnectionwithrock-massunloadingarediscussedtoo.

Keywords　Relaxedfissures,Depthrelaxedfissure,Hydroelectricproject,South-westChina,mountainousar2ea

3收稿日期:2007-11-20;收到修改稿日期:2007-12-30.

基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(2004616012).

第一作者简介:王兰生,主要从事工程地质与环境地质方面的教学与研究工作.Email:wls@cdut.edu.

146JournalofEngineeringGeology　工程地质学报　

2008

1引　言

剪裂面(图1中9、10)、陡倾坡内层状体斜坡差异回弹造成的剪裂面(图1中11)等。一些典型实例证明,这类破裂面波及影响深度可达到数十米乃至百米更深处。

斜坡岩土体中因卸荷回弹形成的上述表生结构面,在重力场条件下可继续发生变形与破坏,成为斜坡演化进程中具有重要控制作用的结构面

。

[1,4]

　　岩体卸荷发生的部位,广义上涵盖了地壳的浅表部,水电工程实践中更为关注的是河谷岸坡和谷底部位的岩体卸荷。有关谷坡岸边裂隙,原苏联学

(波波夫“者称之为“岸边剪切裂隙”工程地质学”,

1950),我国水电工程部门根据工程实践认识到,用“剪切裂隙”描述出现在岸坡表部的裂隙是不够确切的,在实践中将这些裂隙笼统称之为卸荷(风化)

[1～4]

裂隙。20世纪70年代中期,国外岩石力学学者对岩石在卸荷状态下的变形破裂机制开展了较系

[1,5～8]

统的研究。实际上,20世纪50年代以来,[1,识,[1,2,4,9]

布规律和工程力学性能。岩体卸荷,系指天然地质作用或人类工程减载卸荷造成临空面附近岩体内部应力应变场的重分布和调整过程,这一过程可以造成局部应力集中和松弛效应,并且还可因为差异回弹而在岩体中形成一个

[1,4]。

被约束的残余应力体系。岩体在卸荷过程中的变形与破裂正是由于应力应变场的这两方面的变化所引起的,因而就卸荷带的变形破裂机制而言,可分为“应力分异破裂面”和“差异回弹破裂面”两大类

[1]

型(图1)。这些卸荷破裂面大多沿着或追踪岩体中原有的原生或(和)构造结构面生成,也有部分可形成新的裂缝。1.1　应力分异破裂面

图1　岩体中卸荷回弹表生结构面形成机制分类图(1979)[1]

Fig.1　Classificationofformationmechanismsforrelaxing

andunloadingfissuresinrockmass

应力分异所造成的变形破裂与岩体在拉应力、压应力和剪应力条件下的变形破裂相当。按应力分异后的受力状况和破裂机制可分为拉裂面(图1中1、2),压致拉裂面(图1中3～6)和剪裂面(图1中7)等3类。

1.2　差异回弹破裂面

2　谷坡岩体卸荷的分带特征

　　水电工程实践中,按卸荷发育程度进行分带,一

般分为强卸荷和弱卸荷两个带;在卸荷带内侧有时存在一个相当于应力增高带的紧密挤压带。20世纪90年代后期,我国西南山区水电工程实践中又发现在紧密挤压带内有时出现深裂缝和深卸荷带(1995)[10～18]。卸荷带划分依据主要考虑卸荷裂隙的规模、密集程度、次生充填及岩体松弛特性等(表

差异回弹破裂面也可按破裂机制分为拉裂面和

剪裂面(图1中8～11)。其中拉裂面是大体平行临空面的离面卸荷拉裂破裂面(图1中8),它与应力分异型的压致拉裂面(图1中3、4)往往是相互联系或共生的;差异回弹剪裂面可有多种表现形式,如平缓层状体斜坡中沿平缓软弱结构面产生的差异回弹

16(2)　王兰生等:岩体卸荷与水电工程147

1)。划分中可辅助参照一些测试数据,如声波测

试、地应力测试、点荷载试验、氡气测试等。实践证明,调查人员地质对比的实践经验,往往是起关键性

表1

作用的。

卸荷带的界定和鉴别,还可从岸坡地应力场的变化和卸荷裂隙破裂机制(图1)加以区分。

卸荷带分带划分依据

Table1　Foundationofclassificationfortherelaxedzoneinrockmass

划分依据

强卸荷带

卸荷裂隙发育较密集,普遍张开,一般开度为几厘米至几十厘米,多充填次生泥及岩屑、岩块,有架空现象,部分可看到明显的松动或变位错落,卸荷裂隙多沿原有结构面张开。岩体多呈整体松弛。

间隙性含水、滴水、线状或股状出水;出水程度与降雨相关;雨后或旱季无水

应力明显降低带,全部释放,碎裂～块裂Ⅴ～Ⅵ

弱卸荷带

卸荷裂隙发育较稀疏,开度一般

为几个毫米,多有次生泥充填,卸荷裂隙分布不均匀,常呈间隔带状发育,构面张开。紧密挤压带

深卸荷带

深部裂缝松弛段与相对完整段相间出现,成带发育,,一般无充填,少数深裂缝带中可能出现地下水;相对完整段干燥无水整体与正常地应力场相当,在相对完整段与深裂缝之间有所起伏波动

块裂与镶嵌～块状体相间;Ⅳ与≥Ⅲ相间出现

主要地质特征

岩体紧密,

呈挤压致密状

地下水地应力场岩体结构类型,岩体质量等级

地应力增高带镶嵌～块状≥Ⅲ

块裂～镶嵌Ⅳ～Ⅲ

参照国家标准《水力发电工程地质勘察规范》,适当补充

2.1　强卸荷带

　　该带出现的卸荷裂隙以应力分异破裂面为主及

强烈差异回弹破裂面为主要特征。由于强卸荷带部位在卸荷回弹后构造残余应力已近全部释放,岩体多呈整体松弛,地应力场主要受岩体重力场控制,最大主应力与重力方向或坡面方向近于平行。卸荷带中出现的裂隙主要以与应力场相应的应力分异型破裂面,如拉裂面、压致拉裂面和应力分异剪裂面等。因而可以认为这些类型破裂面的出现,是界定强卸荷带的重要标志。2.2　弱卸荷带

临空面控制带卸荷带,相当于应力降低带,其后果是

将地应力向内转移,在其内侧和谷底形成一应力增高带。在高地应力地区

,尤其当最大主应力方向与河谷近于正交时,岩体足够坚硬的部位有时可能出现片帮和谷底的岩芯饼裂等高地应力破裂现象。这一特征已为不少工程实践所证实,如二滩水电站(1978)[1],官地水电站(1997)[12],锦屏水电站(2002)[4,15,16,18]等。应力增高带内侧为应力稳定带。

2.4　深卸荷带

　　该带出现的卸荷裂隙主要以差异回弹破裂面为

主。岩体部分松弛,仍保持有一定的构造残余应力,以差异回弹造成的拉裂或(和)剪裂破裂面为主。2.3　紧密挤压带

　　实践证明,一些高山峡谷、尤其是高地应力区,

在正常的卸荷带以内,也即在紧密挤压带以里,还可

[10～15]

能出现张性的破裂面,这些破裂面大多呈带状产出,破裂带之间为相对完整的岩体。就力学机制而言,它们是河谷下切演化过程中早期谷底地应力释放山体回弹卸荷形成的破裂面,属差异回弹卸荷破裂面。

　　卸荷带与内部岩体之间有时存在一紧密挤压带,它相当于应力增高带,表现为岩体较内部的新鲜岩体更为致密,岩体干燥无水;地应力测试显示这一带地应力往往高于内部的正常地应力。紧密挤压带的形成与卸荷带的形成相联系,岸坡和谷底受河谷

3　岸坡岩体卸荷发育分布与河谷地质

环境的相关性

　　根据不完全的统计资料,有以下值得注意的相关性(表2)。

表2　我国长江流域部分水电工程边坡卸荷带发育特征统计一览表

Table2　CharacteristicsofunloadingzonesonthehydroelectricengineeringslopeinYangtzeRiverareaofChina基本信息

序号

工程名称

地点

地层岩性

边坡基本特征谷坡特征

)H/m,α/(°

岩体结

构类型

地应力场/

MPa

正常卸荷带发育特征强卸荷带弱卸荷带深/m深/m

紧密挤压

带深Sj、宽kj/m

Sj:40～90,

深卸荷特征

S1:出现深度S2:最大深

度/m

1③

锦屏一期坝址区

雅砻江

三叠系杂谷纵向、峡谷,脑组浅变质H:1400～大理岩、砂1500,α:50板岩等～80左岸:逆向

与河谷近正

层状体坡,

交,σ1:20

右岸:顺向

～40

层状体坡

5～2020～100

拉裂缝,带状,

Kj:10～S1:50～135,

S2:100～500104

2③

溪洛渡

水电站坝址区

左岸:块状、

纵向峡谷,

似层状和板

金沙江溪二叠系峨眉H:340～

裂状体坡右

洛渡峡谷山玄武岩510,α:25

岸:块状、似

～75

层状体坡

与河谷小角度相交

(10°～～151:3015j50,Kj50

S1:50～75,S2:135～255

3②

官地水电站坝址区

横向、峡谷,

雅砻江官二叠系玄武H:交N地岩:左,σ1:13

～32

纵向、峡谷,

H:400～变质玄武岩600,α:40

～50

左岸:顺向

与河谷近正

层状体坡,

交,σ01:10

右岸:逆向

～28

层状体坡

20～4028～80

Sj:50～80,Kj:30～50

拉裂,次生夹泥,S1:60～

100,S2:135

4③

瀑布沟坝址区

12～7052～90

Sj:70,Kj:

拉裂缝,带状,

S1:98,S2:

102

5①

构皮滩水电站

左岸:顺向与河谷走向

横向峡谷,

二叠系、志层状岩体边大角度相交

乌江构皮H:120～

留系灰岩与坡,右岸:逆(45°～5～25

滩150,α:30)σ1:砂页岩向层状岩体75°

～75

边坡不详与河谷小角

横向、峡谷,

度相交中元古界会

金沙江乌H:300～陡倾上游层(10°～5.3～18理群浅变质东德400,α:60状体切向坡),σ1:15°碳酸盐岩

～75

4～14白垩系下统横向峡谷,

长江葛州

五龙组粘土H:5～54,

坝

α:10～30岩与砂岩

左岸:近水与坝轴线大

平层状体边角度相交

坡右岸:近(25°～0～7

),σ1:水平层状体55°

边坡1～3与船闸轴线左岸:块状

小角度相交

体边坡右(

0°～0～8

岸:块状体),σ1:26°边坡

9～12

25～35

Sj:35～40,Kj:5

6③

乌东德坝址区

16～51

Sj:50～80,Kj:30～40

7①

葛州坝水电站人工基坑边坡三峡工程永久船闸高边坡

7～17

Sj:18～37,Kj:19

8①

人工开挖边

前震旦纪闪

长江三斗坡,H:15

云斜长花岗

坪～175,α:

岩

45～90

8～29

Sj:29～40,Kj:11

资料来源:①长江水利委员会;②中国水电顾问集团成都勘察设计院;③成都理工大学

3.1　与谷坡外形特征的相关性

3.1.1　谷坡高程的影响

岸坡的高度和陡度,决定了岸坡应力场的分布状况,显而易见,高陡的岸坡岩体卸荷的深度和强度要大于低缓的岸坡,表2统计资料显示了这一规律。但是由于岸坡的外形是谷坡形成演化历史的记载,处在不同高程的和不同部位的岸坡,它们有着不同的经历,反映在岩体卸荷方面很可能具有更为重要的差别,至少有以下值得注意的差别。

河流从夷平面下切形成河谷,两岸保存的阶地记载了不同高程岸坡的经历。长江上游的某些河流,如金沙江、雅砻江、岷江、大渡河等,在1600～2000m高程以上岸坡上,还保留着早期冰川或冰水作用改造的谷坡,或积雪地和粒雪地改造的岸[19]

坡。这一带河流表现为早期的U型谷中叠置近期强烈下切的V型峡谷。河流岸坡的这一形成演化经历,使河谷岩体卸荷深度由谷底向高高程有逐渐加深、加宽的趋势;较高的部位还可能保存早期的

强卸荷风化壳。3.1.2　谷坡外形的影响

谷坡坡面的起伏特征和沟壑发育状况对卸荷深度也有一定影响,坡面上沟谷侵蚀造成的山梁和山嘴,由于增加了临空面,卸荷深度相对要更深一些。3.1.3　河流演化经历的影响

形破裂体。一旦卸荷岩体发生了进一步变形,它们

的变形模式与斜坡岩体结构特征相联系,在一定条

[1]

件下,按变形破裂模式向可能的破坏方式发展。3.4　与谷坡地应力环境的相关性

许多工程实例显示,在初始地应力较高的河谷地区,往往岸坡岩体卸荷深度和强度较大,这可能是作为广义“荷载”的高地应力,在河谷下切演化过程中,回弹及差异回弹卸荷作用更为强烈的缘故。深(表2中1～4)。

山区河流,在分析判断岩体卸荷发育发布状况时还需要考虑河道的弯道效应。根据阶地分布状况和河流形态,河流演化过程中的冲刷岸或凹岸是岩体卸荷保存较薄的部位;相反,堆积岸或凸岸岩体卸荷保存较厚的部位。其次值得注意的是,我国山区河流由于地球自转所引起的科里欧立(Coriolis)力的作用,造成向右岸的冲刷,。3.2　3.2.1　4.工程实践证明,一些高山峡谷、尤其是高地应力

区,在正常的卸荷带以内,也即在紧密挤压带以内,还可能出现张性破裂面,并且在谷底还可以出现与紧密挤压带相联系的“岩芯饼裂带”。我国水电部门将这种发育在正常卸荷带以内的张性破裂面,称其为“深裂缝”。比较典型的实例有:雅砻江锦屏水

[11,13,15][12]

电站一级;官地水电站;北龙江苗家坝水电站等。有关深裂缝的成因,至今仍有不同的解释,有构造成因说,即认为它们是构造改造的产物;地震成因说,即认为它们是历史地震的产物;卸荷成因说,即认为它们是岩体卸荷的产物,但对卸荷方式的解释有不同的认识。一种认识建立在河谷形成过程中岸坡应力场转化为主要受重力场控制的卸荷产物;另一种认识建立在河谷地貌形成过程中,处于地壳浅表部位的岩体随着应力场的变化,岩体内部储存的应变能的不断释放而形成的系列破裂结构,为区别于与岸坡应力场相联系的卸荷裂隙,将这类破裂结构称之为“浅生时效结构或构造”。雅砻江锦屏一级电站峡谷谷坡中的深裂缝具有典型意义,可以该典型实例对深裂缝的形成机制做一说明。4.2　深裂缝的典型实例

[10,17]

一般情况下,岩体材质(岩性)强度和刚度高的岩体,相对于强度偏低、偏软的岩体,卸荷带发育深度要深一些,这可能与岩体储存弹性应变能的高低有关,影响了卸荷波及的深度。强度高的岩体,如岩浆岩、火山岩,沉积岩中的碳酸盐岩、硅质砂岩,以及变质岩中的混合岩、大理岩等,卸荷带的深度有的可以达到50～100m,并且往往在这类岸坡中,存在有与应力增高带相当的紧密挤压带;而强度相对较低的岩体,如砂、页岩等,卸荷带的深度较前者浅,并且较

少出现紧密挤压带(表2)。3.2.2　岩性抗风化能力的影响

岩性抗风化能力也对卸荷深度有一定影响,通常抗风化能力弱的岩体,卸荷带的深度大于较强者,这可能是因为风化作用使岩体强度弱化。如表2中建在古生代千枚岩中的电站,固然岸坡高陡是造成卸荷带深的重要原因之一,但千枚岩抗风化能力弱,具有较深的强风化带,也是这一带卸荷深度较深的另一重要原因。

3.3　与谷坡岩体结构特征的相关性

雅砻江锦屏一级高拱坝电站坝址区勘探中发现了“深裂缝”

[11,13,15,17]

图1表明,岩体结构特征对岩体卸荷的影响是十分明显的,它在很大程度上决定了岸坡岩体应力分布状况;确定了岸坡岩体卸荷过程变形破裂机制,控制了岸坡卸荷岩体发展演变趋势。按照斜坡岩体结构类型,经卸荷的斜坡岩体,在其尚未形成明显的变形破裂前,通常可称之为“卸荷岩体”,它既区别于完整的岩体,也区别于具有一定范围和边界的变

。该坝段地处青藏断块东部

边缘地带,出露地层为中、上三叠统杂谷脑组浅变质

的碎屑岩及碳酸盐岩(大理岩),河流与左岸一同斜倒转向斜轴平行,两翼地层倾向左岸,产状N15°～80°E,NW∠15°～45°,轴部地层为T2-3Z3(6)的中厚-3

巨厚层变质细砂岩及中粗砂岩,两翼对称出露T2-3z3的砂板岩和T2-3z2的大理岩,使左岸边坡具有坡脚为

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