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《成都理工大学》 2011年
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四川盆地红层岩体主要水利水电工程地质问题系统研究

王子忠  
【摘要】:红层分布于世界各地,中国境内的红层主要是分布于西北、西南及华南地区,尤以四川盆地分布最为广泛,也最为连续和典型。四川盆地人口密集,工农业等十分发达。然而,四川盆地红层地区水资源总量不足,径流时程分布不均,干旱、洪涝灾害频发;就水能资源而言,虽然盆地区弱于川西高原地区,但其距离用电负荷中心近、交通发达,开发条件良好。四川盆地红层区已有了众多的水利水电工程实践,积累了大量成功的工程实例和经验,同时也存在诸如黑龙滩水库坝基岩体滑动、高凤山电站坝基石膏溶蚀、回龙宫隧洞膨胀岩等工程地质问题。目前四川盆地红层地区水能资源开发只完成资源总量的近50%、水利工程灌面建成率仅为11.5%,因而未来四川盆地红层区的水利、水电工程建设存在广阔发展前景。 因此,对四川盆地红层岩体特性及其水利水电工程地质问题进行系统、深入地归纳、分析与研究,在研究基础上有重多的工程实践经验和教训,在工程实践中有广泛的实际需求,在成果应用上具有广阔的前景。为此,作者二十年多年100余项四川盆地红层地区大中型水利水电工程实践为依托,结合国内外相关资料,对四川盆地红层岩体的主要水利水电工程地质问题进行系统研究,以为在四川盆地红层区实施的“再造一个都江堰”的水利发展战略,合理、有效地开发、保护水能和水利资源,提供一定的理论支撑和方法依据。 本文在对四川盆地红层建造-改造特征研究的基础上,总结了盆地红层岩性、岩相以及红层岩性组合特征在盆地上的分布规律;通过对四川盆地红层区岩体物理力学试验数据的分析,得出了红层岩石及岩体的物理力学参数,同时还从沉积建造、构造与表生改造方面分析论述了四川盆地红层岩体的结构特征,然后对其进行了工程地质分区。在此基础上,对水利水电工程建坝的红层岩体稳定问题及渗漏问题进行了分析研究;论文最后研究了与红层岩体类岩溶及膨胀相关的水利水电工程地质问题。论文的主要成果如下: (1)依托100余项四川盆地红层地区的水利水电工程实例,论文系统分析总结了红层岩体的物理力学和岩体结构特征,以及相应的水利水电工程地质问题,提出了红层坝基岩体变形、抗滑、渗漏问题的基本模式和相应工程地质问题的评价方法,为系统分析、评价红层岩体水利水电工程地质问题提供了基本的思路和方法。 (2)通过对从侏罗纪到第三纪红层沉积相、岩性组合随地质时代的变化及其在盆地空间上的展布特征研究,得到了四川盆地红层岩石的建造特征。 (3)基于四川盆地红层岩石近800余组试验资料的分类、统计、分析,得到了四川盆地红层岩石总体上属于软岩,其中,砂岩类岩石属于较软岩(15~31Mpa),泥质岩类岩石属于软岩(5~15MPa)或极软岩(小于5Mpa);红层岩体总体上质地软弱,结构上为软硬相间的层状岩体,软弱夹层大多沿砂泥岩界面或在泥质岩类软岩中作顺层分布。虽然四川盆地红层岩石总体上属于软岩范畴,但少数红层砂岩类岩石属于中硬~坚硬岩石,泥质岩类岩石则属于较软岩~中硬岩;这类强度较高的红层主要分布于四川盆地周边的西北部地区;红层岩石强度在盆地空间上的这种分布特点与其沉积环境的差别有关。 (4)根据红层岩石建造及构造改造主控因素,结合地貌、水文地质条件等,将四川盆地红层岩体划分为3个工程地质分区,即盆西北区(Ⅰ)、盆中区(Ⅱ)、盆东区(Ⅲ),其中盆西北区(Ⅰ)又分为盆东亚区(Ⅰ-1)及盆北亚区(Ⅰ-2),并分析评价了各区的主要工程地质问题。 (5)基于红层岩体结构特征,提出了红层坝基岩体变形的9中类别及抗滑稳定的9种模式。论文归纳总结了影响每一类坝基岩体变形及抗滑的主要地质要素,并提出了相关问题的工程地质评价要点。 (6)通过对红层岩体透水带形成的地质过程分析,依据近4000组压水试验数据的统计、分析成果,提出了红层岩体渗透特性能主要受风化、卸荷等表生改造作用控制的观点。采用数值模拟分析了红层地区坝基、坝肩渗漏的基本规律,提出了红层坝基渗流控制的主要对象是透水的风化带岩体,即防渗帷幕长度穿过风化带进入新鲜岩体适当深度即可。 (7)基于铜头电站工程实例分析,得到了砾岩类岩溶发育强度小于常规灰岩岩溶强度的原因是其可溶性组分(CaO/MgO)差异决定的;基于四川盆地白垩系含膏盐红层类岩溶的分析,提出用K=(ABS(Vp_(类岩溶)-Vp_(新鲜))/Vp_(新鲜))×100%来作为类岩溶强度评价因子;通过岩体声波Vp与岩体工程力学指标的回归关系,提出用类岩溶岩体声波Vp值来定量评价类岩溶弱化作用对岩体力学指标影响的初步方法。 (8)以回龙宫隧洞围岩膨胀导致衬砌变形破坏机制的定性及数值模拟分析为典型实例,提出了膨胀岩隧洞施工、设计要点。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TV221.2

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【参考文献】
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