大橋水庫主要工程地質(zhì)問題分析評(píng)價(jià)

1、大橋水庫主要工程地質(zhì)問題分析評(píng)價(jià)辜 明 清四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院四川郫縣 611731摘要：大橋水庫工程地質(zhì)條件復(fù)雜。本文根據(jù)勘察、施工及運(yùn)行資料，對(duì)大橋水庫主要工程地質(zhì)問題分析評(píng)價(jià)（區(qū)域穩(wěn)定評(píng)價(jià)，水庫誘發(fā)地震，副壩昔格達(dá)巖組建壩條件，“三洞”進(jìn)口邊坡穩(wěn)定分析評(píng)價(jià)和引水隧洞圍巖分類及穩(wěn)定評(píng)價(jià)）為在高烈度地震區(qū)和復(fù)雜地質(zhì)條件環(huán)境修建水利水電工程提供借鑒和有益的啟迪無疑具有現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：區(qū)域穩(wěn)定、水庫誘發(fā)地震、昔格達(dá)巖組、邊坡穩(wěn)定、圍巖分類1、工程概況大橋水庫工程位于四川省涼山州冕寧縣境內(nèi)，是安寧河流域水資源總體規(guī)劃確定的第一期開發(fā)的骨干工程和龍頭水庫。主要水工建筑物有：主壩、副

2、壩、溢洪道、導(dǎo)流、放空隧洞、發(fā)電引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和發(fā)電廠房。水庫正常蓄水位2020m，總庫容6.58×108m3，主壩最大壩高93m，副壩最大壩高29.4m，電站裝機(jī)4×2.25MW。大橋水庫于1993年11月15日開工興建，1999年6月19日水庫下閘蓄水，2000年6月28日通水發(fā)電。2、工程區(qū)地質(zhì)概況工程區(qū)內(nèi)出露的巖石以印支期中酸性混染巖為主，少量華力西期輝長巖和下更新統(tǒng)昔格達(dá)組（Q1x）的半膠結(jié)的砂巖、泥巖。工程區(qū)處于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶之安寧河斷裂帶北段，主、副壩、發(fā)電引水隧洞及廠房均位于安寧河斷裂帶之東、西支兩條斷裂之間。兩條斷裂相距8-10km，主壩距東、

3、西兩條斷裂垂直最近距離分別為1.6km和0.5km。西支斷裂被水庫庫水淹浸長度為5.0km，東支斷裂在苗沖河支庫尾段淹浸長度約2.2km（見圖1）。地震地質(zhì)研究表明：第四紀(jì)以來，東、西兩條斷裂活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的差異，西支斷裂活動(dòng)微弱，很少有地震活動(dòng)；東支斷裂在活動(dòng)時(shí)空，強(qiáng)度上具有明顯的分段性。西昌冕寧段為活動(dòng)強(qiáng)烈地段；冕寧紫馬垮段（工程區(qū)所處地段）為中、強(qiáng)活動(dòng)段；紫馬垮田灣 段全新世以來活動(dòng)強(qiáng)度較南段弱。本工程地震基本烈度經(jīng)四川省地震局復(fù)核，國家地震局審定為8度，工程設(shè)防烈度經(jīng)水規(guī)總院審查批準(zhǔn)為8.5度。3、主要工程地質(zhì)問題分析評(píng)價(jià)3.1 區(qū)域穩(wěn)定評(píng)價(jià) 斷裂構(gòu)造格架及安寧河斷裂帶的活動(dòng)特征

4、斷裂構(gòu)造格架特征本區(qū)處于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶之安寧河斷裂帶的北段，西部以錦屏山斷裂為界，與金河弧形構(gòu)造帶相鄰，東部與涼山坳褶斷帶相接。自前震旦紀(jì)晉寧運(yùn)動(dòng)以來，本區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，成生和發(fā)展了以南北向構(gòu)造為主體，并兼有北西向，北東向構(gòu)造。它們互相穿插交切，共同組成了以斷裂構(gòu)造及其所分割的斷塊構(gòu)造為基本牲的構(gòu)造格架（見圖2）。 安寧河斷裂帶的活動(dòng)特征安寧河斷裂帶主要由東、西支兩條斷裂組成。第四紀(jì)以來，東西兩支斷裂活動(dòng)強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的差異，西支斷裂活動(dòng)微弱，很少有地震活動(dòng)。東支斷裂活動(dòng)具明顯的分段性。西昌冕寧段為活動(dòng)強(qiáng)烈地段。該段南起西昌西寧，北至冕寧馬尿河附近，全長65Km。段內(nèi)斷錯(cuò)地貌及晚更新世晚

5、期以來的沉積物中斷層發(fā)育。歷史地震記載，1536年段內(nèi)新華曾發(fā)生一次7.5級(jí)地震，之后450余年間先后發(fā)生過6次4.7級(jí)以上地震，其中最大的一次是1952年石龍6.7級(jí)地震，說明強(qiáng)震活動(dòng)與斷裂在全新世以來的強(qiáng)烈活動(dòng)是一致的。19671984年6期地形變形觀測(cè)資料表明，年平均上升速率約為2mm，其中禮州松林間為最大上升區(qū)，年平均速率為+2（±0.39）mm，而冕寧瀘沽一帶為1.64（±0.48）mm，西昌會(huì)理一段無明顯變化。冕寧紫馬垮段。該段南起冕寧，北至紫馬垮以北，全長40Km。根據(jù)斷層的幾何形態(tài)、組合形式及活動(dòng)性差異將本段分成小鹽井、野雞洞、紫馬垮三個(gè)活動(dòng)亞段。段與段之間

6、地面活動(dòng)斷層有明顯的間距，紫馬垮與野雞洞段相隔10Km，野雞洞與小鹽井段相隔5Km。各段內(nèi)斷層崖都呈規(guī)律性的組合排列，紫馬垮和小鹽井呈右階羽列，野雞洞呈左階羽列。這種組合型式的差異和空間的不連續(xù)性表明它們是不同的時(shí)期，不同破壞機(jī)制和不同運(yùn)動(dòng)方式下形成的。垂直位移由南向北逐漸變大，由小鹽井的10.02m至野雞洞為17m，紫馬垮達(dá)20m，水平位錯(cuò)則相反，由北而南有不斷增大的趨勢(shì)，小鹽井達(dá)30m，野雞洞為10m，紫馬垮無明顯水平位移。古地震強(qiáng)度野雞洞最大為7級(jí)，其余兩段為66.5級(jí)。根據(jù)各段內(nèi)最新斷裂破碎帶物質(zhì)的年齡測(cè)定資料，紫馬震，小鹽井兩段的新斷裂是最晚更新世早期的產(chǎn)物，而野雞洞則是全新世中后期

7、形成的。紫馬垮田灣段，該段北起田灣，南至麂子坪，全長45Km。該斷層在晚更新世中期曾有過明顯的活動(dòng)，并以蠕滑為主。沿?cái)嗔褞?nèi)中小地震頻率高，較大的是1951年新民5.1級(jí)和1989年石灰窯5.3級(jí)地震，表明段內(nèi)斷裂在全新世以來活動(dòng)強(qiáng)度較其南段弱。 外圍歷史地震對(duì)工程區(qū)的影響據(jù)四川地震資料，在距工程區(qū)50Km范圍內(nèi)共發(fā)生中、強(qiáng)地震（M4.7級(jí)）3次，在距工程區(qū)100Km范圍內(nèi)共發(fā)生中、強(qiáng)地震14次，對(duì)工程區(qū)影響烈度達(dá)度以上者共7次，其特征見表1。表1工程區(qū)內(nèi)外圍中、強(qiáng)地震一覽表序號(hào)發(fā)震時(shí)間震中位置震級(jí)震中烈度震中距(km)影響烈度1西昌附近6.7802西昌北7.5603瀘定磨西北7.71104西

8、昌、普格間7.511551913.6冕寧小鹽井6261923.8冕寧小鹽井5.527冕寧石龍6.7303.1.3 地震危險(xiǎn)區(qū)的劃分四川省地震局根據(jù)地震危險(xiǎn)區(qū)劃分原則和方法，結(jié)合未來百年內(nèi)區(qū)內(nèi)地震危險(xiǎn)性統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)結(jié)果，對(duì)工程區(qū)外圍沿主要活動(dòng)斷裂圈定了四個(gè)地震危險(xiǎn)區(qū)（見表2）。表2 地震危險(xiǎn)區(qū)一覽表序號(hào)地震危險(xiǎn)區(qū)名 稱震級(jí)震中烈度距工程區(qū)距離(Km)對(duì)工程區(qū)最大影響烈度1楊福山區(qū)7.541692小鹽井區(qū)66.51.45.253野雞洞區(qū)6.579244紫馬垮區(qū)66.53042備注表內(nèi)距離系指距工程區(qū)最近和最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離 地震危險(xiǎn)性分析及區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性評(píng)價(jià)工程區(qū)位于上述四個(gè)地震危險(xiǎn)區(qū)的長軸方向上，按西南

9、地區(qū)地震衰減規(guī)律，未來100年內(nèi)對(duì)工程區(qū)最大影響烈度為度，經(jīng)國家地震局審定震發(fā)防（1990）548號(hào)文大橋水庫工程區(qū)地震基本烈度為度。四川省地震局按已劃出的潛在震源區(qū)及其震級(jí)上限，經(jīng)計(jì)算給出了50年超越概率63%、10%、3%三種概率水平下的地震烈度和基巖水平峰值加速度（見表3）表3 壩址給定超越概率的地震烈度和基巖水平峰值加速度表50年超越概率地震動(dòng)63%10%3%烈 度6.98.38.6基巖水平峰值加速度（g）0.150.330.43根據(jù)區(qū)域深部構(gòu)造背景，全新世以來斷層活動(dòng)程度及地震危險(xiǎn)性分析成果，工程區(qū)處于石棉一冕寧次穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。壩址區(qū)內(nèi)巖性單一，主要為印支期中酸性混染巖，發(fā)育不同方向的斷

10、層規(guī)模小，最長不超過2.8km，且斷層活動(dòng)主要是中更新世到晚更新世中。早期，晚更新世以來已停止活動(dòng)，故工程區(qū)內(nèi)斷裂不具備發(fā)生中、強(qiáng)地震的條件，在該區(qū)內(nèi)修建100m左右抗震性能高 的當(dāng)?shù)夭牧蠅问强尚械摹?.2 水庫誘發(fā)地震評(píng)價(jià)3.2.1 大橋水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)條件水庫區(qū)處于大橋斷陷盆地中，庫水逕流來源于安寧河上游支流北徑河和主流苗沖河，壩址以上控制流域面積796Km2。根據(jù)庫容和回水長度的不同，特將北徑河庫段劃為主庫段，把苗沖河庫段劃為支庫段。當(dāng)正常蓄水位為2020m高程時(shí)，水庫回水面積23.50km2，回水長度北徑河主庫10.5km，苗沖河支庫6.05km，總庫容6.58×108m3

11、，死庫容0.59×108m3。大橋橋頭至兩河匯口約540m的北徑河段為主庫的庫首段，兩岸谷坡陡峻，基巖大部裸露，由輝長巖和中酸性混染巖組成，河谷呈“V”型，為峽谷地貌景觀。水庫區(qū)內(nèi)安寧河西支斷裂（F3）呈南北向縱貫主庫區(qū)，淹沒長度5.0km，東支斷裂（F6）在苗沖河支庫尾段通過，淹沒長度約2.2km。北徑河主庫地形上為山間盆地，河谷開闊，最寬達(dá)3km。庫盆基巖主要為燕山期鉀長花崗巖，北山關(guān)一帶水庫周邊及庫底為厚25150m的冰水、冰三層覆蓋，大橋橋頭至黃坡山一帶庫岸為昔格達(dá)組地層。苗沖河支庫呈北東向展布，呈條帶狀，正常蓄水位處水面寬度，索橋至腳底段為1.01.3km，腳底以上至庫尾段

12、為100300m。右岸主要由澄江期花崗巖組成，左岸由白果灣群地層組成，索橋至馬爾堡子段兩岸庫岸均由昔格達(dá)組地層組成。東支斷裂（F6）由野海子經(jīng)苗沖河左岸向南延伸，其西側(cè)的F8斷層以北20°30°東方向的馬爾堡子和小鹽井間與F6斜接。上述條件表明：組成庫盆、庫底巖石為堅(jiān)硬的花崗巖類，東支斷裂在庫區(qū)段第四系以來活動(dòng)性較強(qiáng)，因此，從巖性條件和地震活動(dòng)性均有利于水庫誘發(fā)地震大橋水庫庫區(qū)內(nèi)，庫水覆蓋的巖性以帶節(jié)理裂隙發(fā)育的巖漿巖為主，同時(shí)在蓄水以后也淹沒了安寧河?xùn)|，西支斷裂帶的一部分。因此，可以認(rèn)為在水庫蓄水后，庫水的滲透情況較好，在被淹沒的安寧河?xùn)|，西支斷裂部位，水的滲透情況會(huì)更好

13、。為將來水庫蓄水后誘發(fā)水庫地震提供良好的先決條件。因此，從水庫規(guī)模、庫區(qū)構(gòu)造，巖性及水文地質(zhì)條件地震活動(dòng)性分析認(rèn)為大橋水庫具備發(fā)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)背景。3.2.2 水庫誘發(fā)地震預(yù)測(cè)分析評(píng)價(jià) 根據(jù)庫區(qū)構(gòu)造，巖性、水文地質(zhì)條件水庫地震誘發(fā)因素的分析，水庫蓄水后在壩址大橋甘家墳山段和苗沖河馬爾堡子段有產(chǎn)生誘發(fā)地震的可能（見圖3）。3 水庫誘發(fā)地震危險(xiǎn)性的定量評(píng)價(jià) 用水庫要素綜合參數(shù)估算水庫地震震級(jí)水庫地震震級(jí)M與水庫綜合參數(shù)E的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式：M=18.419-14.891E+4.697E2-0.445E3±0.946式中E=大橋水庫面積W=21×166m2庫水深Hmax=80m庫

14、容V=6.58×108m3計(jì)算得E=3.023 Ms=5.0根據(jù)我國淺源地震震中烈度0與震級(jí)M的關(guān)系0=因此，大橋水庫誘發(fā)地震震級(jí)為5級(jí)，震中烈度為6度。3 模式識(shí)別方法用享明方法分析該水庫蓄水后誘發(fā)震級(jí)Ms5.0；用k-近鄰法對(duì)大橋水庫的識(shí)別結(jié)果，為可能誘發(fā)3.0Ms5.0級(jí)的水庫地震，用費(fèi)歇線性分類器識(shí)別結(jié)果為大橋水庫蓄水后誘發(fā)地震最大震級(jí)Ms5.0級(jí)。 灰色局勢(shì)決策法對(duì)大橋水庫進(jìn)行決策評(píng)價(jià)表明：水庫蓄水后可能誘發(fā)OMs5.0級(jí)的水庫地震。綜上所述：庫壩區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的光彈模擬試驗(yàn)及有限元計(jì)算得出，在北西西向構(gòu)造應(yīng)力作用下，安寧河斷裂呈出現(xiàn)與該斷裂現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)一致的特征，即以左旋走

15、滑為主兼具傾滑的錯(cuò)動(dòng)特征，給出了在該應(yīng)力場作用下最大剪應(yīng)力分布。有限元計(jì)算還給出了考慮水的軟化作用（巖石彈性模量降低20%）情況下，庫區(qū)及鄰區(qū)的應(yīng)力場分布，由此推斷，從大橋到安寧河西支斷裂與野雞洞斷裂交匯處，是可能發(fā)生水庫地震的地段。從地質(zhì)類比出發(fā)，討論了大橋水庫地震的可能性，劃出了三個(gè)可能發(fā)生水庫地震的地段，即安寧河?xùn)|、西支斷裂與庫水直接接觸段及其鄰區(qū)和擬建壩址至大橋段。采用模式模式識(shí)別法，灰色局勢(shì)決策法和用水庫要素綜合參數(shù)估計(jì)了大橋水庫水庫誘發(fā)地震的震級(jí)，并根據(jù)我國淺源地震震級(jí)和震中烈度的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到相應(yīng)的震中烈度，結(jié)果是震級(jí)M5，震中烈度和對(duì)壩址影響的烈度均為度，低于壩區(qū)的地震基本烈度。

16、 水庫誘發(fā)地震的地震監(jiān)測(cè)資料分析評(píng)價(jià)根據(jù)四川省地震局水庫地震研究所1999年4月20日提交的大橋水利水電樞紐水庫誘發(fā)地震監(jiān)測(cè)研究報(bào)告大橋水庫遙測(cè)地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)臺(tái)網(wǎng)于1993年4月6月開展勘選測(cè)試，7月提交了六個(gè)子臺(tái)和三個(gè)中斷站的定址報(bào)告，1996年4月1日正式投入測(cè)試。大橋地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)四年的本底地震觀測(cè)資料分析研究認(rèn)為：安寧河?xùn)|支段裂的淹沒段（馬爾堡子大干河地段）為可能誘發(fā)上限震級(jí)為5.5級(jí)誘震區(qū)，安寧河西支斷裂的淹沒段（甘家墳山大橋地段）為可能誘發(fā)地震上限震級(jí)為4.5級(jí)的誘震區(qū)。按震級(jí)（M）與震中烈度（0度）關(guān)系式M=0.660+0.98計(jì)算；4級(jí)地震的震中烈度可達(dá)4.6度，4.7級(jí)地震的震中

17、烈度可達(dá)5.6度，5級(jí)地震的震中烈度可達(dá)6度，5.5級(jí)地震的震中烈度可達(dá)7度，6級(jí)地震的震中烈度可達(dá)7.6度。因此，大橋水庫地區(qū)未來發(fā)生的水庫誘發(fā)地震最高烈度為度。綜上所述，大橋水庫誘發(fā)地震從地質(zhì)類比預(yù)測(cè)分析結(jié)果與地震監(jiān)測(cè)資料綜合分析評(píng)價(jià)認(rèn)為：水庫區(qū)區(qū)域斷裂發(fā)育，具有產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的地質(zhì)背景，根據(jù)水庫要求及計(jì)算表明，壩址大橋甘家墳山段和苗沖河馬爾堡子段有產(chǎn)生水庫誘發(fā)地震的可能，誘發(fā)地震震級(jí)小于4.55.5級(jí)，震中烈度最高為7度，小于壩區(qū)地震基本烈度（度）。3.3 副壩昔格達(dá)巖組建壩條件 冕寧大橋水庫可行性研究階段推薦壩址方案相應(yīng)在副壩溝修筑一副壩擋水，并擬定上、下兩個(gè)壩址進(jìn)行比較。通過初步設(shè)

18、計(jì)階段地勘工作選定上副壩方案，擬建碎石土心墻壩，最大壩高29.4m。上副壩地基巖石為第四系下更新統(tǒng)昔格達(dá)組（Q1x）的砂、泥巖、巖性軟弱。因此，在昔格達(dá)組砂、泥巖上能否筑壩，必須全面認(rèn)識(shí)其工程物理力學(xué)特征，并論證在昔格達(dá)巖組上建壩條件。 昔格達(dá)組巖石工程物理力學(xué)特征研究 研究方法鉆孔取樣，為了保持天然含水量和巖樣原有結(jié)構(gòu)，巖心采取后立即用高分子樹脂膠液涂刷兩遍，再加塑料薄膜包裝封，然后裝箱，專車運(yùn)送。對(duì)試樣分別以土工，巖石兩種方法對(duì)砂、泥巖進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。在號(hào)滑坡的豎井中，取滑帶土進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。用室內(nèi)化學(xué)分析試驗(yàn)與用掃描電鏡分析、紅外分析、X射線分析及TG-DTA分析進(jìn)行檢測(cè)確定昔格達(dá)組巖石的粘

19、土礦物成份。通過膨脹、收縮、崩解等試驗(yàn)，根據(jù)干燥飽和吸水率、膠結(jié)系數(shù)、膠結(jié)程度等論證巖石的脹縮性和軟弱特征。通過直剪試驗(yàn)（飽和快剪、飽和固塊、飽和固結(jié)慢剪）和三軸試驗(yàn)，用峰值強(qiáng)度、穩(wěn)定值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度等綜合論證巖石的剪切強(qiáng)度特征。用室內(nèi)滲透變形試驗(yàn)與野外試坑注水試驗(yàn)對(duì)比，確定巖石的透水性特征。對(duì)褐黃色、灰黑色兩種巖體進(jìn)行原位載荷試驗(yàn)。為達(dá)到上述目的，進(jìn)行了大量的勘探試驗(yàn)工作，其主要工作量有：機(jī)動(dòng)巖心鉆探1088.6m/26孔，巖石室內(nèi)試驗(yàn)62組（其中巖石試驗(yàn)41組，土工方法試驗(yàn)21組），巖石滲透試驗(yàn)室內(nèi)4組，現(xiàn)場3組，滑動(dòng)帶土抗剪試驗(yàn)2組，泥巖粘土礦物分析3組，巖石化學(xué)分析7組，脹縮特性、膠結(jié)

20、程度試驗(yàn)15組，原位載荷試驗(yàn)4組。 昔格達(dá)組巖石的工程地質(zhì)特性評(píng)價(jià) 巖石物理力學(xué)特性指標(biāo)見表4、表5、表6、表7、表8、表9、表10表4 昔格達(dá)組泥巖粘土礦物分析成果表試樣編號(hào)電鏡掃描分析紅外分析X射線粉晶衍射TG-DTA分析大ZK16ZH水云母、少量高嶺石，蒙脫石不明顯水云母，綠泥石，蒙脫石，碳酸鹽，石英水云母47%，綠泥石15%，蒙脫石2%，石英15%，長石6%，方解石5%碳酸鹽(774.9吸熱為分解反應(yīng)同時(shí)失重)，石英(573吸熱相變)，有機(jī)碳(200500緩慢放熱)，粘土(可能是蒙脫石)100以下脫出附水，64脫羥基水的吸熱反應(yīng)，并有失重。大ZK16ZH同上同上同上大ZK16ZH水水云

21、母、少量高嶺石，含石英、碳酸鹽顆粒水云母為主，含蒙脫石，綠泥石，碳酸鹽占10%，石英<5%同上表5 昔格達(dá)組巖石化學(xué)分析成果表項(xiàng)目2粒粗化學(xué)成分%有機(jī)質(zhì)(%)可溶鹽(%)PH值Sio2Fe2O3Al2O3CaOMgO灼減SiO2/Al2O3試驗(yàn)組數(shù)6666666777最大值56.247.7125.400.963.547.244.331.070.117.3最小值52.507.1722.060.772.816.143.620.740.077.3平均值54.477.3823.490.863.216.803.950.950.087.3表6 昔格達(dá)巖組脹縮特性膠結(jié)程度評(píng)價(jià)表 項(xiàng)目類型膨脹收縮崩角評(píng)

22、價(jià)自由膨脹率膨脹率膨脹力體縮率崩解類型干燥-飽和吸水率膨脹勢(shì)膠結(jié)系數(shù)膠結(jié)程度%Pa%砂巖4.00.522.40.6537.5弱0.68弱弱膠結(jié)弱膨脹粉砂質(zhì)泥巖00.242.31.53-42.6弱0.88弱弱膠結(jié)弱膨脹泥巖6.80.834.31.37-33.3弱1.27中等中等膠結(jié)弱膨脹表7 昔格達(dá)組巖石抗壓強(qiáng)度和變形成果表項(xiàng)目巖性抗壓強(qiáng)度變形試驗(yàn)原狀樣飽和烘干破壞強(qiáng)度B50MPaMPa102MPa砂 巖1.070.783.830.44粉砂質(zhì)泥巖1.070.8913.20.874.690.31泥巖1.730.7913.41.605.420.30表8 昔格達(dá)組巖石滲透試驗(yàn)成果表項(xiàng)目巖性室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)場

23、試坑注水初裂坡降破壞坡降滲透系數(shù)滲透系數(shù)KKB %×10-4cm/s×10-4cm/s砂 巖22.553.11.045.01泥 巖25.350.10.5290.17表9 昔格達(dá)組巖石抗剪強(qiáng)度成果匯總表 參數(shù)巖性飽和快剪飽固快飽固慢含義五次反復(fù)剪殘強(qiáng)三軸試驗(yàn)CCCCCKpa度Kpa度Kpa度Kpa度Kpa度砂巖2734°233°1*37°3峰值732°12穩(wěn)定值粉砂質(zhì)泥巖3730°584331°173831°17峰值24263644°1847°3740*21°554025

24、76;10穩(wěn)定值10316536°4835°15泥巖150*38°527739°5662*39°542峰值1223°22025°502031°4穩(wěn)定值823°31注：*為一組成果，*為平均值；泥巖的摩擦系數(shù)為0.630.81.表9（續(xù)） 滑坡滑帶土的抗剪強(qiáng)度飽和快剪C（Kpa）18.4（度）26°36固結(jié)快剪C（Kpa）14.1（度）28°05表10 昔格達(dá)組巖體載荷試驗(yàn)成果表試驗(yàn)編號(hào)副SK1-1副SK1-2副SK1-3副SK1-4巖石名稱褐黃色泥質(zhì)粉砂巖類灰色泥質(zhì)粉砂巖褐黃色泥質(zhì)粉砂

25、巖及部分褐黃色泥巖弱膠結(jié)灰色泥質(zhì)粉砂巖弱膠結(jié)灰色粉砂質(zhì)泥巖試驗(yàn)最大應(yīng)力(Mpa)1.0141.1831.1831.352比例極限(Mpa)0.500.500.850.70出現(xiàn)首條徑向裂隙應(yīng)力(Mpa)0.670.6761.1831.014破壞極限(Mpa)1.1831.3523.3.2.2.2 昔格達(dá)組巖石的工程地質(zhì)特征及評(píng)價(jià)根據(jù)上述試驗(yàn)成果，從物理力學(xué)指標(biāo)較全面反映了副壩區(qū)昔格達(dá)組巖石的工程地質(zhì)特征。（1）組成巖石的礦物成分和化學(xué)成分昔格達(dá)組巖石以水云母為主，礦物中的Si常被FeAl置換，剩余電荷較多，而吸引較多的正電荷（主要是K+）加強(qiáng)晶胞間聯(lián)結(jié)作用。因此，它們的晶格活動(dòng)性較弱。這一特征決

26、定巖石的脹、縮性較弱。昔格達(dá)組巖石不屬膨脹巖類，與試驗(yàn)成果相符；其巖石中裂隙不發(fā)育（除兩組構(gòu)造裂隙）與地質(zhì)測(cè)繪資料相同?；瘜W(xué)分析成果表明：SiO2含量達(dá)52.5%56.24 %.PH值為7.3 ，表明巖石沉積在弱堿生的環(huán)境中成巖。（2）巖石的抗壓強(qiáng)度特征試驗(yàn)成果表明，巖石天然狀態(tài)下含水量為1724.6%，飽和度為85%100%，其抗壓強(qiáng)度為1.071.73MPa，烘干狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度13.213.4MPa，飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度為0.790.89MPa，反映了不同含水量狀態(tài)下巖石的抗壓強(qiáng)度差值較大。在飽和狀態(tài)下強(qiáng)度低。這和巖石的膠結(jié)程度為弱中等膠結(jié)和遇水崩解快的特征相吻合。從室內(nèi)試驗(yàn)試件加工均由車

27、床中工而言，昔格達(dá)組巖石具有一定的強(qiáng)度。巖石試件尺寸為5×5cm，對(duì)于這種膠結(jié)弱的軟弱巖石，這種試件與天然巖體有較大的區(qū)別。對(duì)天然巖體來講，尺寸和圍壓與其力學(xué)指標(biāo)影響很大。三軸抗剪試驗(yàn)指標(biāo)高于其它方法試驗(yàn)指標(biāo)就是證明。因此，天然昔格達(dá)組巖體是具有一定的強(qiáng)度和承載力的。（3）巖石的抗剪強(qiáng)度土工試驗(yàn)成果表明：同類巖石不同剪切方法對(duì)抗剪強(qiáng)度影響不明顯，這與土的抗剪強(qiáng)度曲線有明顯的區(qū)別。因此，昔格達(dá)組巖石具有一定的成巖條件，為半成巖的巖石，有一定的抗剪強(qiáng)度。表6中的成果表明：除三軸試驗(yàn)的峰值強(qiáng)度較高外，其它方法測(cè)定的抗剪強(qiáng)度無明顯差異，其tg=0.600.80，殘余抗剪強(qiáng)度與滑帶土的抗剪強(qiáng)度

28、接近，相當(dāng)于峰值強(qiáng)度的0.60.7倍，表現(xiàn)了抗剪強(qiáng)度相對(duì)（相對(duì)于軟巖）較高的特點(diǎn)。（4）巖石的透水性室內(nèi)滲透試驗(yàn)和現(xiàn)場試坑注水試驗(yàn)成果表明，昔格達(dá)組砂巖滲透系數(shù)k=1.045.01×10-4cm/s，泥巖的滲透系數(shù)為k=1.75.29×10-5 cm/s。昔格達(dá)組砂、泥巖均屬極微透水巖石。巖 石的初裂坡降大于21.1，破壞坡降大于50.3，大大高于一般土的臨界坡降，表現(xiàn)了昔格組砂、泥巖具有較高的抗?jié)B性能。（5）巖體載荷試驗(yàn)成果表明：褐黃色砂、沉巖比例極限確定的地基承載力為0.5MPa，灰黑色砂、泥巖比例極限確定的地基承載力為 0.70.85MPa.副壩昔格達(dá)巖組建壩條件評(píng)價(jià)

29、副壩區(qū)昔格達(dá)組砂、沉巖，其粘土礦物以水方田為主，含少量蒙脫石，高嶺石及多水高嶺石，總量小于5%；巖石具有密度小，弱膨脹，低壓縮，抗?jié)B強(qiáng)度高，有一定的強(qiáng)度和較高的抗剪強(qiáng)度，其地基承載力、變形等均可滿足30m左右高的當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚囊?。抗剪試?yàn)反映了褐黃色砂、泥巖、抗剪指標(biāo)低于灰黑色砂、泥巖。因此，心墻及心墻齒槽嵌入灰黑色砂、沉巖中一定深度可滿足壩基抗滑穩(wěn)定要求。因此，副壩昔格巖組具備修建30m左右高的當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚慕▔螚l件。3.4“三洞”進(jìn)口邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)3.4.1 評(píng)價(jià)“三洞”進(jìn)口邊坡穩(wěn)定的必要性大橋水庫的導(dǎo)流隧洞，放空隧洞，引水發(fā)電隧洞（簡稱“三洞”）進(jìn)口均布置在壩前200m處的北莖河右岸坡

30、，“三洞”進(jìn)口在平面上相距10.0m和55m，在垂直方向上、高差分別為3.5m、20.3m和23.8m。進(jìn)口邊坡坡頂高程2140m，最大坡高180m，高程1966-2020m坡角為600-680，2020m以上為480-510。邊坡巖體斷層，裂隙發(fā)育，巖體中分布19條斷層，規(guī)模較在的有f105、f136（斷層破碎厚分別為5.0-8.0m和，延伸長度分別為2500m和400-600m）。邊坡巖體風(fēng)化、卸荷作用強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化帶厚21-35m，卸荷帶垂直厚度為17.5-27.45m。邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，一旦邊坡失穩(wěn)，將直接影響，導(dǎo)流，放空，引水洞運(yùn)行。因此，研究三洞進(jìn)口段高陡邊坡在發(fā)生地震為控制工況的穩(wěn)

31、定分析，采用可靠的治理措施，以保證邊坡長期穩(wěn)定和安全運(yùn)行是十分必要的。3.4.2“三洞”進(jìn)口邊坡穩(wěn)定分析評(píng)價(jià)3 穩(wěn)定分析的邊界條件3.4.2.1.1 邊坡穩(wěn)定分析分區(qū)根據(jù)三洞進(jìn)口邊坡測(cè)繪資料，按地形坡度，巖體風(fēng)化程度，結(jié)構(gòu)面組合情況，從上到下將邊坡巖體分為三個(gè)區(qū)：A區(qū)：高程2090m以上，岸坡及坡頂?shù)匦纹骄?，由全、?qiáng)風(fēng)化巖體組成，呈散體結(jié)構(gòu)，以強(qiáng)風(fēng)化巖體的抗剪強(qiáng)度控制邊坡穩(wěn)定。B區(qū)：高程2020-2090m，卸荷帶底界坡度較陡，下部為f105斷層橫切邊坡，邊坡穩(wěn)定受卸荷帶底界與f105斷層控制；C區(qū)：高程2020m以下，邊坡坡角600-800，卸荷帶在坡腳1966m大部被挖穿，該段卸荷巖體呈倒

32、三角形，卸荷巖體臨空，其邊坡穩(wěn)定受卸荷帶底界面控制。3 潛在危險(xiǎn)滑移面分析根據(jù)“三洞”進(jìn)口邊坡巖體中分布的斷層，裂隙組合赤平投影分析，邊坡巖體中不存在形成控制邊坡整體穩(wěn)定的不利組結(jié)構(gòu)面，其不利組合主要是形成局部的不穩(wěn)定楔形塊體。邊坡巖體卸荷界面帶的變形摸量值根據(jù)85段（每段5m）鉆孔聲波測(cè)試成果和多類巖石的變形摸量分析統(tǒng)計(jì)建立的回歸方程：Eo=-0.03132e0.0013VP（Eo變形模量，VP巖石縱波速度m/s，相關(guān)系數(shù)為0.902）計(jì)算，其卸荷界面帶變形摸量低值小于200MPa，力學(xué)強(qiáng)度低，而卸荷界面帶以較陡傾角（420-460）傾向坡外，因此，卸荷界面帶是控制邊坡穩(wěn)定的潛在危險(xiǎn)滑移面。

33、3.4.2.1.3 邊坡巖體及控制結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)全風(fēng)化巖體及強(qiáng)風(fēng)化上部巖體。f=0.58(=300)c=0.10MPa，強(qiáng)風(fēng)化下部巖體，f=0.9(420)c=0.15MPa卸荷帶界面結(jié)構(gòu)面，f=0.6(310)c=0.1MPa卸荷帶界面綜合抗剪強(qiáng)度，按卸荷帶界面貫通率50%加權(quán)平均，即考慮50%強(qiáng)風(fēng)化下部巖體強(qiáng)度，50%為界面結(jié)構(gòu)面指標(biāo)的平均值即：f=,C=，f105斷層破碎帶，=280 C=0.005Mpa 邊坡穩(wěn)定性分析3 邊坡穩(wěn)定分析方法“三洞”進(jìn)口邊坡穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法，計(jì)算公式選用推力系數(shù)傳遞法，計(jì)算時(shí)采用分段條分法。 分析計(jì)算工況分析計(jì)算按兩種工況考慮：即8.5度地震

34、作用和庫水驟降。3.4.3.3 邊坡穩(wěn)定分析成果見表11表11 邊坡穩(wěn)定分析成果表計(jì)算剖面編號(hào)8.50地震工況庫水驟降安全系數(shù)K滑動(dòng)力 T抗滑力 T安全系數(shù)I3488.323496.761.0021.190II2194.042232.741.0181.284III1905.782205.671.1571.161IV2144.461942.820.9661.182V4442.044835.071.0881.268VI1558.991600.601.0271.104VII1491.671552.791.0211.0923.4.4“三洞”進(jìn)口邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 穩(wěn)定計(jì)算成果表明，邊坡在水庫庫水驟降時(shí)安全

35、系數(shù)除在局部地段為1.0921.104外，其余地段均大于1.15 ,因此，邊坡是穩(wěn)定的。邊坡在8.5度地震作用下大部分地段安全系數(shù)小于1.05；邊坡穩(wěn)定性差。應(yīng)進(jìn)行工程處理。建議根據(jù)各剖面計(jì)算剩余下滑力進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索加固處理。3.5 引水隧洞圍巖分類及圍巖穩(wěn)定評(píng)價(jià)3.5.1 引水隧洞圍巖分類大橋水庫引水隧洞總體上沿四川西南部安寧河?xùn)|、西兩支斷裂帶之間的條形山脊布置，近南北走向。洞身圍巖主要為印支期中酸性混染巖。斜長花崗巖和第四系（Q1X）昔格達(dá)組的砂、泥巖。地質(zhì)條件十分復(fù)雜，斷層裂隙發(fā)育，巖石破碎。引水隧洞設(shè)計(jì)洞徑5.0m的園形有壓隧洞，承擔(dān)向水壓力60-90m水頭。隧洞總長6574.34m。

36、根據(jù)施工地質(zhì)開挖揭露的情況：（1）昔格達(dá)組地層洞段增長140m；（1）洞室圍巖中有霏細(xì)巖、凝灰?guī)r、熔凝灰?guī)r捕虜體分布；（3）輝綠巖捕虜體洞段增長11.5%.（4）揭露斷層共722條，裂隙統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)方向主要為近SW、NE、NW和近EW；（5）洞室穿過古風(fēng)化殼（斜長花崗巖與昔格達(dá)組地層的接觸帶）。變形監(jiān)測(cè)資料：斷層破碎帶及影響帶組成的洞段，在支護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)度不足，永久結(jié)構(gòu)襯砌又沒有跟上情況下，在開挖20天后出現(xiàn)邊墻大面積變形最大變形達(dá)246mm/d；昔格達(dá)組圍巖地段，變形速率達(dá)24.60199.22mm/d最大變形達(dá)555mm , 造成初期支護(hù)破壞。將引水隧洞圍巖分為三大類，五個(gè)亞類（見表12）表12

37、引水隧洞圍巖分類及巖體力學(xué)參數(shù)建議值表圍巖類型巖體結(jié)構(gòu)類型圍巖巖體基本特征巖體力學(xué)參數(shù)建議值各類圍巖長度占隧洞總長度的百分?jǐn)?shù)%彈摸E×104 MPa變摸Eo×104 MPa巖體抗剪斷F1C(Mpa)鑲嵌狀結(jié)構(gòu)為主微風(fēng)化巖體，4組構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖石塊徑0.1-0.3m，RQD值45-70%，地下水一般潮濕滴水。沿?cái)鄬佑芯€狀流水，巖體縱波速3000-4000m/s1.51.00.70.51.41.01.00.88.1碎裂狀結(jié)構(gòu)為主強(qiáng)、弱風(fēng)化帶巖體，巖石塊么5-15cm，RQD值25-50%，裂隙有碎屑或粘土充填，地下水量滴水一線流狀，巖體縱波速2000-3000m/s0.60.40.30.11.00.70.80.619.8VV1V11散體結(jié)構(gòu)強(qiáng)風(fēng)化卸荷巖體，一般為斷層破碎帶，裂隙密集帶，RQD<25%地下水呈滴水，巖體縱波速<2000m/s0.10.050.050.010.50.40.10.361.4V12散體結(jié)構(gòu)較大的斷層破碎帶，地下水豐富0.050.080.050.350.40.10.3V13碎屑狀結(jié)構(gòu)大斷層破碎帶，全風(fēng)化土，主要為碎屑