本文關(guān)鍵詞：巖體卸荷與水電工程，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

JournalofEngineering；Geology工程地質(zhì)學報1004-9665/2；巖體卸荷與水電工程；王蘭生李文綱孫云志；(①成都理工大學成都610059)(③長江水利委；①②③；(②中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院成都610；摘要根據(jù)20世紀70,討論了水電工程建設(shè)中巖體卸；ROCKMASSUNLOADINGINHYDRO；WANGLanshe

JournalofEngineering

Geology　　工程地質(zhì)學報　　1004-9665/2008/16(02)20145210　

巖體卸荷與水電工程

王蘭生　李文綱　孫云志

(①成都理工大學　成都　610059)(③長江水利委員會　武漢　430025)

3

①②③

(②中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院　成都　610027)

摘　要　根據(jù)20世紀70,討論了水電工程建設(shè)中巖體卸荷的地質(zhì)現(xiàn)象和工程地質(zhì)問題。,提出以卸荷裂隙力學機制類型作為卸荷帶劃分的參照依據(jù),,提出我國深裂縫和深卸荷,討論了巖體卸荷在水電工程實踐應用中的一些問題。關(guān)鍵詞　卸荷裂隙　深裂縫　水電工程　西南山區(qū)中圖分類號:TV6　　文獻標識碼: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.

基金項目:高等學校博士學科點專項科研基金資助項目(2004616012).

第一作者簡介:王蘭生,主要從事工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)方面的教學與研究工作.Email:wls@cdut.edu.

cn

146JournalofEngineeringGeology　工程地質(zhì)學報　

2008

1引　言

剪裂面(圖1中9、10)、陡傾坡內(nèi)層狀體斜坡差異回彈造成的剪裂面(圖1中11)等。一些典型實例證明,這類破裂面波及影響深度可達到數(shù)十米乃至百米更深處。

斜坡巖土體中因卸荷回彈形成的上述表生結(jié)構(gòu)面,在重力場條件下可繼續(xù)發(fā)生變形與破壞,成為斜坡演化進程中具有重要控制作用的結(jié)構(gòu)面

。

[1,4]

　　巖體卸荷發(fā)生的部位,廣義上涵蓋了地殼的淺表部,水電工程實踐中更為關(guān)注的是河谷岸坡和谷底部位的巖體卸荷。有關(guān)谷坡岸邊裂隙,原蘇聯(lián)學

(波波夫“者稱之為“岸邊剪切裂隙”工程地質(zhì)學”,

1950),我國水電工程部門根據(jù)工程實踐認識到,用“剪切裂隙”描述出現(xiàn)在岸坡表部的裂隙是不夠確切的,在實踐中將這些裂隙籠統(tǒng)稱之為卸荷(風化)

[1～4]

裂隙。20世紀70年代中期,國外巖石力學學者對巖石在卸荷狀態(tài)下的變形破裂機制開展了較系

[1,5～8]

統(tǒng)的研究。實際上,20世紀50年代以來,[1,識,[1,2,4,9]

布規(guī)律和工程力學性能。巖體卸荷,系指天然地質(zhì)作用或人類工程減載卸荷造成臨空面附近巖體內(nèi)部應力應變場的重分布和調(diào)整過程,這一過程可以造成局部應力集中和松弛效應,并且還可因為差異回彈而在巖體中形成一個

[1,4]。

被約束的殘余應力體系。巖體在卸荷過程中的變形與破裂正是由于應力應變場的這兩方面的變化所引起的,因而就卸荷帶的變形破裂機制而言,可分為“應力分異破裂面”和“差異回彈破裂面”兩大類

[1]

型(圖1)。這些卸荷破裂面大多沿著或追蹤巖體中原有的原生或(和)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面生成,也有部分可形成新的裂縫。1.1　應力分異破裂面

圖1　巖體中卸荷回彈表生結(jié)構(gòu)面形成機制分類圖(1979)[1]

Fig.1　Classificationofformationmechanismsforrelaxing

andunloadingfissuresinrockmass

應力分異所造成的變形破裂與巖體在拉應力、壓應力和剪應力條件下的變形破裂相當。按應力分異后的受力狀況和破裂機制可分為拉裂面(圖1中1、2),壓致拉裂面(圖1中3～6)和剪裂面(圖1中7)等3類。

1.2　差異回彈破裂面

2　谷坡巖體卸荷的分帶特征

　　水電工程實踐中,按卸荷發(fā)育程度進行分帶,一

般分為強卸荷和弱卸荷兩個帶;在卸荷帶內(nèi)側(cè)有時存在一個相當于應力增高帶的緊密擠壓帶。20世紀90年代后期,我國西南山區(qū)水電工程實踐中又發(fā)現(xiàn)在緊密擠壓帶內(nèi)有時出現(xiàn)深裂縫和深卸荷帶(1995)[10～18]。卸荷帶劃分依據(jù)主要考慮卸荷裂隙的規(guī)模、密集程度、次生充填及巖體松弛特性等(表

差異回彈破裂面也可按破裂機制分為拉裂面和

剪裂面(圖1中8～11)。其中拉裂面是大體平行臨空面的離面卸荷拉裂破裂面(圖1中8),它與應力分異型的壓致拉裂面(圖1中3、4)往往是相互聯(lián)系或共生的;差異回彈剪裂面可有多種表現(xiàn)形式,如平緩層狀體斜坡中沿平緩軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的差異回彈

16(2)　王蘭生等:巖體卸荷與水電工程147

1)。劃分中可輔助參照一些測試數(shù)據(jù),如聲波測

試、地應力測試、點荷載試驗、氡氣測試等。實踐證明,調(diào)查人員地質(zhì)對比的實踐經(jīng)驗,往往是起關(guān)鍵性

表1

作用的。

卸荷帶的界定和鑒別,還可從岸坡地應力場的變化和卸荷裂隙破裂機制(圖1)加以區(qū)分。

卸荷帶分帶劃分依據(jù)

Table1　Foundationofclassificationfortherelaxedzoneinrockmass

劃分依據(jù)

強卸荷帶

卸荷裂隙發(fā)育較密集,普遍張開,一般開度為幾厘米至幾十厘米,多充填次生泥及巖屑、巖塊,有架空現(xiàn)象,部分可看到明顯的松動或變位錯落,卸荷裂隙多沿原有結(jié)構(gòu)面張開。巖體多呈整體松弛。

間隙性含水、滴水、線狀或股狀出水;出水程度與降雨相關(guān);雨后或旱季無水

應力明顯降低帶,全部釋放,碎裂～塊裂Ⅴ～Ⅵ

弱卸荷帶

卸荷裂隙發(fā)育較稀疏,開度一般

為幾個毫米,多有次生泥充填,卸荷裂隙分布不均勻,常呈間隔帶狀發(fā)育,構(gòu)面張開。緊密擠壓帶

深卸荷帶

深部裂縫松弛段與相對完整段相間出現(xiàn),成帶發(fā)育,,一般無充填,少數(shù)深裂縫帶中可能出現(xiàn)地下水;相對完整段干燥無水整體與正常地應力場相當,在相對完整段與深裂縫之間有所起伏波動

塊裂與鑲嵌～塊狀體相間;Ⅳ與≥Ⅲ相間出現(xiàn)

主要地質(zhì)特征

巖體緊密,

呈擠壓致密狀

地下水地應力場巖體結(jié)構(gòu)類型,巖體質(zhì)量等級

地應力增高帶鑲嵌～塊狀≥Ⅲ

塊裂～鑲嵌Ⅳ～Ⅲ

參照國家標準《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》,適當補充

2.1　強卸荷帶

　　該帶出現(xiàn)的卸荷裂隙以應力分異破裂面為主及

強烈差異回彈破裂面為主要特征。由于強卸荷帶部位在卸荷回彈后構(gòu)造殘余應力已近全部釋放,巖體多呈整體松弛,地應力場主要受巖體重力場控制,最大主應力與重力方向或坡面方向近于平行。卸荷帶中出現(xiàn)的裂隙主要以與應力場相應的應力分異型破裂面,如拉裂面、壓致拉裂面和應力分異剪裂面等。因而可以認為這些類型破裂面的出現(xiàn),是界定強卸荷帶的重要標志。2.2　弱卸荷帶

臨空面控制帶卸荷帶,相當于應力降低帶,其后果是

將地應力向內(nèi)轉(zhuǎn)移,在其內(nèi)側(cè)和谷底形成一應力增高帶。在高地應力地區(qū)

,尤其當最大主應力方向與河谷近于正交時,巖體足夠堅硬的部位有時可能出現(xiàn)片幫和谷底的巖芯餅裂等高地應力破裂現(xiàn)象。這一特征已為不少工程實踐所證實,如二灘水電站(1978)[1],官地水電站(1997)[12],錦屏水電站(2002)[4,15,16,18]等。應力增高帶內(nèi)側(cè)為應力穩(wěn)定帶。

2.4　深卸荷帶

　　該帶出現(xiàn)的卸荷裂隙主要以差異回彈破裂面為

主。巖體部分松弛,仍保持有一定的構(gòu)造殘余應力,以差異回彈造成的拉裂或(和)剪裂破裂面為主。2.3　緊密擠壓帶

　　實踐證明,一些高山峽谷、尤其是高地應力區(qū),

在正常的卸荷帶以內(nèi),也即在緊密擠壓帶以里,還可

[10～15]

能出現(xiàn)張性的破裂面,這些破裂面大多呈帶狀產(chǎn)出,破裂帶之間為相對完整的巖體。就力學機制而言,它們是河谷下切演化過程中早期谷底地應力釋放山體回彈卸荷形成的破裂面,屬差異回彈卸荷破裂面。

　　卸荷帶與內(nèi)部巖體之間有時存在一緊密擠壓帶,它相當于應力增高帶,表現(xiàn)為巖體較內(nèi)部的新鮮巖體更為致密,巖體干燥無水;地應力測試顯示這一帶地應力往往高于內(nèi)部的正常地應力。緊密擠壓帶的形成與卸荷帶的形成相聯(lián)系,岸坡和谷底受河谷

3　岸坡巖體卸荷發(fā)育分布與河谷地質(zhì)

環(huán)境的相關(guān)性

　　根據(jù)不完全的統(tǒng)計資料,有以下值得注意的相關(guān)性(表2)。

表2　我國長江流域部分水電工程邊坡卸荷帶發(fā)育特征統(tǒng)計一覽表

Table2　CharacteristicsofunloadingzonesonthehydroelectricengineeringslopeinYangtzeRiverareaofChina基本信息

序號

工程名稱

地點

地層巖性

邊坡基本特征谷坡特征

)H/m,α/(°

巖體結(jié)

構(gòu)類型

地應力場/

MPa

正常卸荷帶發(fā)育特征強卸荷帶弱卸荷帶深/m深/m

緊密擠壓

帶深Sj、寬kj/m

Sj:40～90,

深卸荷特征

S1:出現(xiàn)深度S2:最大深

度/m

1③

錦屏一期壩址區(qū)

雅礱江

三疊系雜谷縱向、峽谷,腦組淺變質(zhì)H:1400～大理巖、砂1500,α:50板巖等～80左岸:逆向

與河谷近正

層狀體坡,

交,σ1:20

右岸:順向

～40

層狀體坡

5～2020～100

拉裂縫,帶狀,

Kj:10～S1:50～135,

S2:100～500104

2③

溪洛渡

水電站壩址區(qū)

左岸:塊狀、

縱向峽谷,

似層狀和板

金沙江溪二疊系峨眉H:340～

裂狀體坡右

洛渡峽谷山玄武巖510,α:25

岸:塊狀、似

～75

層狀體坡

與河谷小角度相交

(10°～～151:3015j50,Kj50

S1:50～75,S2:135～255

3②

官地水電站壩址區(qū)

橫向、峽谷,

雅礱江官二疊系玄武H:交N地巖:左,σ1:13

～32

縱向、峽谷,

H:400～變質(zhì)玄武巖600,α:40

～50

左岸:順向

與河谷近正

層狀體坡,

交,σ01:10

右岸:逆向

～28

層狀體坡

20～4028～80

Sj:50～80,Kj:30～50

拉裂,次生夾泥,S1:60～

100,S2:135

4③

瀑布溝壩址區(qū)

12～7052～90

Sj:70,Kj:

拉裂縫,帶狀,

S1:98,S2:

20

102

5①

構(gòu)皮灘水電站

左岸:順向與河谷走向

橫向峽谷,

二疊系、志層狀巖體邊大角度相交

烏江構(gòu)皮H:120～

留系灰?guī)r與坡,右岸:逆(45°～5～25

灘150,α:30)σ1:砂頁巖向?qū)訝顜r體75°

～75

邊坡不詳與河谷小角

橫向、峽谷,

度相交中元古界會

金沙江烏H:300～陡傾上游層(10°～5.3～18理群淺變質(zhì)東德400,α:60狀體切向坡),σ1:15°碳酸鹽巖

～75

4～14白堊系下統(tǒng)橫向峽谷,

長江葛州

五龍組粘土H:5～54,

壩

α:10～30巖與砂巖

左岸:近水與壩軸線大

平層狀體邊角度相交

坡右岸:近(25°～0～7

),σ1:水平層狀體55°

邊坡1～3與船閘軸線左岸:塊狀

小角度相交

體邊坡右(

0°～0～8

岸:塊狀體),σ1:26°邊坡

9～12

25～35

Sj:35～40,Kj:5

6③

烏東德壩址區(qū)

16～51

Sj:50～80,Kj:30～40

7①

葛州壩水電站人工基坑邊坡三峽工程永久船閘高邊坡

7～17

Sj:18～37,Kj:19

8①

人工開挖邊

前震旦紀閃

長江三斗坡,H:15

云斜長花崗

坪～175,α:

巖

45～90

8～29

Sj:29～40,Kj:11

資料來源:①長江水利委員會;②中國水電顧問集團成都勘察設(shè)計院;③成都理工大學

3.1　與谷坡外形特征的相關(guān)性

3.1.1　谷坡高程的影響

岸坡的高度和陡度,決定了岸坡應力場的分布狀況,顯而易見,高陡的岸坡巖體卸荷的深度和強度要大于低緩的岸坡,表2統(tǒng)計資料顯示了這一規(guī)律。但是由于岸坡的外形是谷坡形成演化歷史的記載,處在不同高程的和不同部位的岸坡,它們有著不同的經(jīng)歷,反映在巖體卸荷方面很可能具有更為重要的差別,至少有以下值得注意的差別。

河流從夷平面下切形成河谷,兩岸保存的階地記載了不同高程岸坡的經(jīng)歷。長江上游的某些河流,如金沙江、雅礱江、岷江、大渡河等,在1600～2000m高程以上岸坡上,還保留著早期冰川或冰水作用改造的谷坡,或積雪地和粒雪地改造的岸[19]

坡。這一帶河流表現(xiàn)為早期的U型谷中疊置近期強烈下切的V型峽谷。河流岸坡的這一形成演化經(jīng)歷,使河谷巖體卸荷深度由谷底向高高程有逐漸加深、加寬的趨勢;較高的部位還可能保存早期的

強卸荷風化殼。3.1.2　谷坡外形的影響

谷坡坡面的起伏特征和溝壑發(fā)育狀況對卸荷深度也有一定影響,坡面上溝谷侵蝕造成的山梁和山嘴,由于增加了臨空面,卸荷深度相對要更深一些。3.1.3　河流演化經(jīng)歷的影響

形破裂體。一旦卸荷巖體發(fā)生了進一步變形,它們

的變形模式與斜坡巖體結(jié)構(gòu)特征相聯(lián)系,在一定條

[1]

件下,按變形破裂模式向可能的破壞方式發(fā)展。3.4　與谷坡地應力環(huán)境的相關(guān)性

許多工程實例顯示,在初始地應力較高的河谷地區(qū),往往岸坡巖體卸荷深度和強度較大,這可能是作為廣義“荷載”的高地應力,在河谷下切演化過程中,回彈及差異回彈卸荷作用更為強烈的緣故。深(表2中1～4)。

山區(qū)河流,在分析判斷巖體卸荷發(fā)育發(fā)布狀況時還需要考慮河道的彎道效應。根據(jù)階地分布狀況和河流形態(tài),河流演化過程中的沖刷岸或凹岸是巖體卸荷保存較薄的部位;相反,堆積岸或凸岸巖體卸荷保存較厚的部位。其次值得注意的是,我國山區(qū)河流由于地球自轉(zhuǎn)所引起的科里歐立(Coriolis)力的作用,造成向右岸的沖刷,。3.2　3.2.1　4.工程實踐證明,一些高山峽谷、尤其是高地應力

區(qū),在正常的卸荷帶以內(nèi),也即在緊密擠壓帶以內(nèi),還可能出現(xiàn)張性破裂面,并且在谷底還可以出現(xiàn)與緊密擠壓帶相聯(lián)系的“巖芯餅裂帶”。我國水電部門將這種發(fā)育在正常卸荷帶以內(nèi)的張性破裂面,稱其為“深裂縫”。比較典型的實例有:雅礱江錦屏水

[11,13,15][12]

電站一級;官地水電站;北龍江苗家壩水電站等。有關(guān)深裂縫的成因,至今仍有不同的解釋,有構(gòu)造成因說,即認為它們是構(gòu)造改造的產(chǎn)物;地震成因說,即認為它們是歷史地震的產(chǎn)物;卸荷成因說,即認為它們是巖體卸荷的產(chǎn)物,但對卸荷方式的解釋有不同的認識。一種認識建立在河谷形成過程中岸坡應力場轉(zhuǎn)化為主要受重力場控制的卸荷產(chǎn)物;另一種認識建立在河谷地貌形成過程中,處于地殼淺表部位的巖體隨著應力場的變化,巖體內(nèi)部儲存的應變能的不斷釋放而形成的系列破裂結(jié)構(gòu),為區(qū)別于與岸坡應力場相聯(lián)系的卸荷裂隙,將這類破裂結(jié)構(gòu)稱之為“淺生時效結(jié)構(gòu)或構(gòu)造”。雅礱江錦屏一級電站峽谷谷坡中的深裂縫具有典型意義,可以該典型實例對深裂縫的形成機制做一說明。4.2　深裂縫的典型實例

[10,17]

一般情況下,巖體材質(zhì)(巖性)強度和剛度高的巖體,相對于強度偏低、偏軟的巖體,卸荷帶發(fā)育深度要深一些,這可能與巖體儲存彈性應變能的高低有關(guān),影響了卸荷波及的深度。強度高的巖體,如巖漿巖、火山巖,沉積巖中的碳酸鹽巖、硅質(zhì)砂巖,以及變質(zhì)巖中的混合巖、大理巖等,卸荷帶的深度有的可以達到50～100m,并且往往在這類岸坡中,存在有與應力增高帶相當?shù)木o密擠壓帶;而強度相對較低的巖體,如砂、頁巖等,卸荷帶的深度較前者淺,并且較

少出現(xiàn)緊密擠壓帶(表2)。3.2.2　巖性抗風化能力的影響

巖性抗風化能力也對卸荷深度有一定影響,通常抗風化能力弱的巖體,卸荷帶的深度大于較強者,這可能是因為風化作用使巖體強度弱化。如表2中建在古生代千枚巖中的電站,固然岸坡高陡是造成卸荷帶深的重要原因之一,但千枚巖抗風化能力弱,具有較深的強風化帶,也是這一帶卸荷深度較深的另一重要原因。

3.3　與谷坡巖體結(jié)構(gòu)特征的相關(guān)性

雅礱江錦屏一級高拱壩電站壩址區(qū)勘探中發(fā)現(xiàn)了“深裂縫”

[11,13,15,17]

圖1表明,巖體結(jié)構(gòu)特征對巖體卸荷的影響是十分明顯的,它在很大程度上決定了岸坡巖體應力分布狀況;確定了岸坡巖體卸荷過程變形破裂機制,控制了岸坡卸荷巖體發(fā)展演變趨勢。按照斜坡巖體結(jié)構(gòu)類型,經(jīng)卸荷的斜坡巖體,在其尚未形成明顯的變形破裂前,通�？煞Q之為“卸荷巖體”,它既區(qū)別于完整的巖體,也區(qū)別于具有一定范圍和邊界的變

。該壩段地處青藏斷塊東部

邊緣地帶,出露地層為中、上三疊統(tǒng)雜谷腦組淺變質(zhì)

的碎屑巖及碳酸鹽巖(大理巖),河流與左岸一同斜倒轉(zhuǎn)向斜軸平行,兩翼地層傾向左岸,產(chǎn)狀N15°～80°E,NW∠15°～45°,軸部地層為T2-3Z3(6)的中厚-3

巨厚層變質(zhì)細砂巖及中粗砂巖,兩翼對稱出露T2-3z3的砂板巖和T2-3z2的大理巖,使左岸邊坡具有坡腳為

3

3

　

　

下載地址：巖體卸荷與水電工程_圖文35.Doc

　　【】

最新搜索

巖體卸荷與水電工程_圖文

紀委實行誡勉談話制度的規(guī)定

城市社區(qū)治理中的集體行動困境及其解決

人教版高中英語必修四 unit 4 reading 課件

環(huán)衛(wèi)工人陳阿姨遭到大媽的辱罵作文

《城市環(huán)境藝術(shù)》_圖文

教學頂崗實習協(xié)議書

A Guide to Reading and Writing

相關(guān)成本分析法主要應用于零部件自制或外購的決策

32史上最震撼人心十句話

  本文關(guān)鍵詞：巖體卸荷與水電工程，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：212246