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大岗山拱坝坝基(肩)控制性岩体结构的系统工程地质研究

【摘要】: 拱坝坝基(肩)的抗滑稳定和变形稳定性问题是引发拱坝安全事故的主要原因,对坝基岩体的工程地质特征,尤其是对影响坝基(肩)抗滑稳定和变形稳定性的“控制性岩体结构”的系统工程地质研究是拱坝设计和各项基础处理技术的关键。 拟建的大渡河大岗山拱坝,设计最大高度210m,总装机容量为2600MW。坝区及其区域工程地质条件复杂,坝基花岗岩体内缓倾断裂极为发育,而且还穿插多条辉绿岩脉。缓裂和陡倾的辉绿岩脉及其组合特征是控制坝基(肩)抗滑稳定和变形稳定的“控制性岩体结构”。 本文通过对大岗山拱坝坝基“控制性岩体结构”进行系统的工程地质研究,在把握其建造—改造过程的基础上,按照改造机制和程度对其中的缓裂和辉绿岩脉主控裂面进行工程地质分类,讨论其工程地质特性,评价其对坝肩抗滑稳定性的影响;根据辉绿岩脉的变形破坏特征,讨论岩脉的岩体结构类型及其工程地质特性,评价其对坝基变形稳定性的影响。通过这一系统研究,以期得到一套可为相似的或其它复杂地质条件下的工程地质问题研究提供理论指导和实践借鉴的分析评价方法。 本论文对大岗山拱坝坝基中缓裂和辉绿岩脉及其组合形成的“控制性岩体结构”的系统工程地质研究主要取得以下认识和成果: (1)坝区区域地质构造背景复杂,先后经历了地槽、地台及地台活化三个阶段。坝区花岗岩体形成于地槽期,强烈改造于地台活化期。中、新生代的地台活化期,长期受劳亚陆块、羌塘—昌都陆块和扬子陆块不均匀的联合作用,构造—热液活动复杂。地壳强烈隆升,花岗岩上覆地层及其本身遭受巨厚剥蚀。 (2)坝区花岗岩位于黄草山花岗岩体的过渡相带,侵入成岩期的应力环境复杂,既有区域的水平挤压应力,还受到底部岩浆自下而上的多期脉动式不均匀推挤作用,故花岗岩体内部结构构造复杂,各种原生节理发育,是控制坝区花岗岩内缓裂发育的主要因素。 (3)通过对坝区缓裂的分布规律、几何形态和运动学特征等的构造解析,查明坝区缓裂的成因—改造机制和过程。其总的成因机制主要有:原生建造、构造作用和浅表生作用等机制,各大类中还可细分为几种具体的力学机制。其中,原生建造是主要成因类型,控制缓裂的发育程度;构造和浅表生改造也可形成部分缓裂,但主要是起到“改造”的作用,体现在缓裂规模的加大、力学性质的复合及性状的变化等,是控制坝区缓裂工程地质特征的主要因素。 (4)浅成的辉绿岩脉在快速冷凝中,内部矿物结晶习性不同,造成结构构造的不均匀,受同期热液及后期构造动力蚀变作用强烈改造,形成绿泥石化蚀变岩,后期吸水软化,形成坝基岩体中的软弱面(夹层),控制拱坝坝基(肩)抗滑稳定性和变形稳定性。 (5)系统的研究了各类缓倾结构面和辉绿岩脉的工程地质特征,分别从“结构面”和“岩体结构”的角度对其力学性状进行研究。 (6)对坝肩抗滑稳定性进行计算评价,结果表明坝区辉绿岩脉和缓倾结构面对坝肩抗滑稳定性具有重要影响,主要体现在右坝肩内存在三个块体,其剪摩抗滑稳定系数为2.81、2.76和3.45,低于规范要求的3.5,须作适当处理,保证右坝肩岩体的整体稳定。相对而言左岸稍好。 (7)通过三维有限元(ANSYS)模拟分析坝肩岩体的变形稳定性,结果表明辉绿岩脉对拱坝荷载作用下的坝肩变形稳定性也有重要影响,具体体现如下: ①辉绿岩脉β_4自身的变形量占右岸最大位移量的32.9%。 ②坝下穿过的辉绿岩脉β_8内产生拉张应力,必然对拱坝的应力分布造成影响,需对其进行一定的工程措施,确保拱坝的安全稳定。

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