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四川盆地红层岩体渗透特性及对水利工程的控制作用

张颖  
【摘要】: 四川盆地及盆地边缘地区红层分布极为广泛,出露总面积约为16.5万km2,其中四川省境内约为12万km2,占全省总面积的25%左右。红层主要为侏罗纪和白垩纪地层,岩性较软弱,工程地质特性较差。该区内水资源时空分布不均,需要建设水利工程实现调节。已建及在建的多个水利工程存在的工程地质问题日益凸显,坝基岩体渗漏是主要问题之一。探讨四川盆地红层岩体渗透特性,对水利工程建设的可持续发展有着重要意义。 基于四川盆地红层岩体的地形地貌、地质构造、沉积背景、地层岩性、水文地质特征,将四川盆地划分为盆西北区、盆中区、盆南区三个工程地质区。以二十一个水利工程勘察数据为依托,系统地读取了300个钻孔的4,300组数据,重点探讨了四个和岩体渗透性具有较强相关性的影响因素:岩性因素、风化因素、构造因素、易溶组分因素对渗透性的控制作用。详细分析了各水利工程和工程地质区内红层岩体的渗透特性。 统计分析结果表明,岩体透水性与各因素之间呈现一定的规律性,各工程地质区内地质特征的差异也导致岩体渗透性在空间上分布各不相同。具体成果如下: (1)岩性因素为控制岩体渗透性最重要的因素。在新鲜岩体中,砂岩夹泥岩类透水率为8~12Lu,泥岩夹砂岩类透水率为2~8Lu,互层类透水率为0~5Lu,泥岩类透水率为0~1Lu。 (2)在风化影响下,强风化岩体透水率常达到100Lu以上,弱风化岩体透水率为5~100Lu,新鲜岩体透水率多为10Lu以下。 (3)三种源于构造作用的软弱夹层在不同岩性组合的钻孔试段中透水率范围不尽相同。在岩性组合为砂岩夹泥岩类的试段中,岩块岩屑型层间错动带透水率在10~53Lu之间,岩屑夹泥型层间错动带透水率在4~22Lu之间,泥夹岩屑型层间错动带透水率均在2~4.25Lu之间。在岩性组合为泥岩夹砂岩类的试段中,岩块岩屑型层间错动带透水率在6~29Lu之间,岩屑夹泥型层间错动带透水率在2.6~15Lu之间,泥夹岩屑型层间错动带透水率均在1~4Lu之间。在岩性组合为互层类的试段中,岩块岩屑型层间错动带透水率在5~22Lu之间,岩屑夹泥型层间错动带透水率在1.5~13Lu之间,泥夹岩屑型层间错动带透水率均在0.9~3.4Lu之间。在岩性组合为泥岩类的试段中,岩块岩屑型层间错动带透水率在2~15Lu之间,岩屑夹泥型层间错动带透水率在1.8~7Lu之间,泥夹岩屑型层间错动带透水率均在0.25~1.4Lu之间。 (4)易溶组分溶蚀形成孔洞,造成地下水渗流量增加。易溶组分含量与岩体透水率呈正比。 (5)盆西北区渗透特性主控因素为岩性因素和易溶组分因素,盆中区渗透特性主控因素为岩性因素和风化因素,盆南区渗透特性主控因素为岩性因素和构造因素。 (6)建立地下水渗流有限元模型对地下水运动情况进行模拟,得出红层地区水利工程坝基岩体渗流问题的产生模式和影响程度,实现岩体渗透特性对水利工程的控制作用。


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