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

论文摘要

拟建的金沙江白鹤滩水电站位于金沙江攀枝花至宜宾段，是金沙江下游梯级开发中的第二级。大坝河段为一套二叠系上统峨眉山玄武岩，地层产状总体平缓，坝区未见区域性大断层，工程地质条件总体较好，两岸山体雄厚，岩石坚硬，具有修建高双曲拱坝的地质条件。但坝区玄武岩柱状节理发育，对坝区岩体结构和质量分级有重要的控制作用，为白鹤滩拱坝建设的主要工程地质问题之一。因而针对白鹤滩水电站坝址发育的柱状节理展布规律、岩体结构进行研究，探讨适合白鹤滩水电站柱状节理玄武岩特点的岩体质量分类方法，无疑具有重要意义。通过细致的现场调查和综合分析，得到如下成果：（1）研究白鹤滩坝区柱状节理玄武岩空间展布规律，得出柱状节理主要分布在坝址区二叠系上统峨眉山组玄武岩11个岩流层中的P2β22、P2β23、P2β32、P2β33、P2β41、P2β61、P2β71、P2β82等8个亚层内，其中P2β32、P2β33柱状节理玄武岩厚度分别为34～59m、43～76m，且两亚层分布在河床及两岸低高程坝基范围内，对建基面选择的意义重大。柱状节理玄武岩柱体截面以不规则的五边形和四边形为主，柱面大多起伏或扭曲，较粗糙，镶嵌紧密。（2）研究柱状节理玄武岩风化的表观特征、矿物特征、化学特征。综合地震波波速、声波波速、回弹值等将风化带划分为弱风化上段、弱风化下段、微风化及新鲜岩体。风化主要表现为沿构造结构面、柱状节理面的风化，其次为沿柱体内微裂隙的风化。柱状节理玄武岩的风化特征与非柱状节理玄武岩相比，在相同的风化带其分化指数不同，柱状结理玄武岩风化指数在微新段、弱风化段均相对较高；回弹值非柱状节理玄武岩均较高。（3）选取柱状节理岩体变形参数以及抗剪强度参数。得出变形模量试验成果统计直方图呈现近似正态分布，且水平向6～18GPa，铅直向4～12 GPa，水平向明显高于铅直向，说明岩体从在明显的各向异性。对坝区非柱状节理玄武岩以及柱状节理玄武岩的物理力学性质、变形特性进行对比研究，Ⅱ级岩体水平向以及铅直向变形模量几乎相同，对于Ⅲ级柱状节理岩体来说变形模量相差较大，岩体变形模量比非柱状节理玄武岩小，岩体较易变形，抗剪能力较弱。（4）鉴于该坝区柱状节理玄武岩是一种特殊类型的柱状碎裂．柱状镶嵌结构岩体，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）。提出适合白鹤滩水电站工程特点的岩体质量分类方法。（5）应用柱状节理玄武岩岩体质量分级的成果，建议建基面选在Ⅲ1级岩体内，即微新柱状节理玄武岩内；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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩体结构研究历史及现状
• 1.2.2 岩体质量分级研究历史及现状
• 1.2.3 柱状节理玄武岩岩体结构及岩体质量研究存在的问题
• 1.3 研究思路与技术路线
• 1.3.1 研究思路与内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 坝区工程地质条件
• 2.1 区域地质背景
• 2.2 地形地貌
• 2.3 地层岩性
• 2.4 地质构造
• 2.5 水文地质条件
• 2.6 坝区结构面工程地质分级
• 第3章 坝区柱状节理玄武岩岩体结构特性研究
• 3.1 柱状节理玄武岩基本特征及分区
• 3.1.1 柱状节理玄武岩的空间分布
• 3.1.2 柱状节理玄武岩基本特征
• 3.2 柱状节理玄武岩岩体结构特征
• 3.3 柱状节理玄武岩岩体结构的分形研究
• 3.4 小结
• 第4章 坝区柱状节理玄武岩风化特征研究
• 4.1 岩体风化特征
• 4.1.1 岩石风化表观特征
• 4.1.2 柱状节理玄武岩矿物风化特征
• 4.1.3 柱状节理玄武岩化学风化特征
• 4.1.4 柱状节理面及微裂隙的风化特征
• 4.1.5 柱状节理玄武岩各风化带的回弹值与波速值
• 4.2 岩体风化带划分
• 4.3 柱状节理玄武岩与非柱状节理玄武岩风化特征比较分析
• 4.4 小结
• 第5章 坝区柱状节理玄武岩岩体试验参数研究
• 5.1 柱状节理玄武岩物理性质及参数取值
• 5.1.1 柱状节理玄武岩物理性质及强度
• 5.1.2 岩体变形特性及参数选取
• 5.1.3 岩体抗剪强度特性及参数选取
• 5.2 柱状节理玄武岩与非柱状解理玄武岩力学特性比较分析研究
• 5.2.1 岩体物理性质及强度比较分析
• 5.2.2 岩体力学参数的比较分析
• 5.2.2.1 岩体变形参数的比较分析
• 5.2.2.2 岩体抗剪参数的比较分析
• 第6章 坝区柱状节理玄武岩质量分级及坝基建基面选择
• 6.1 现行岩体质量分级的适用性分析
• 6.1.1 水利水电围岩工程地质分类（GB50287-99）
• 6.1.2 RMR分类（Bieniawski，1973）
• 6.1.3 岩体基本质量分级
• 6.1.4 常规方法下柱状节理岩体质量分级
• 6.2 柱状节理玄武岩岩体质量分级
• 6.2.1 柱状节理玄武岩质量分级因素
• 6.2.2 柱状节理玄武岩岩体结构及质量分级
• 6.3 柱状节理玄武岩分级与常规分级的比较分析
• 6.4 坝基建基面选择
• 6.4.1 按风化分带选择建基面
• 6.4.2 按坝基透水率（吕荣值）选择建基面
• 6.4.3 按岩体质量级别及岩体力学参数选择建基面
• 6.4.4 建基面的综合选择
• 结论
• 致谢
• 参考文献