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美姑河坪头电站岸坡特殊地质现象与地下工程

崔杰  
【摘要】: 当今人类地下工程活动与山坡地质环境关系日益紧密,山坡结构对地下工程则起到控制性影响。由于山坡自然演化过程受许多外部因素影响,在坡体内部形成一些复杂结构与现象。以往工程实践表明,忽略对山坡结构的分析与研究,往往导致严重的工程地质问题甚至灾难性后果。因此,开展地下工程活动必须重视对坡体内部结构的分析,将地下工程活动与山坡地质环境有机地结合起来。 研究区暨美姑河流域坪头电站厂区岸坡,是由厚层灯影组白云岩构成的典型层状结构顺向坡,但在隧洞开挖中却揭示出岸坡内部存在一系列特殊地质现象,由此引发重大工程地质问题,对该电站地下工程的安全与施工造成明显不利的影响。本文将其分为顺层岸坡深部变形破坏现象与深部白云岩岩溶砂化现象,并针对两类特殊地质现象进行系统研究:利用岸坡内多条已开挖硐室的调查,一方面对特殊岩溶砂化结构类型、空间展布特征与宏观演化模式进行了调查与论述,通过试验手段阐述岩溶砂化作用的微观机理与演化模式;另一方面,通过对岸坡深部变形破坏现象的空间结构进行了分析,论证了顺层结构岸坡产生深部滑坡的成因模式,分析其稳定性;通过对岸坡特殊地质现象的系统研究,与地下工程与相互作用的阐述,提出该水电地下工程的可行性要求。 对本文主要研究工作与取得的成果论述如下: (1)以大量已开挖硐室的调查统计为基础,分析了白云岩岩溶砂化现象的发育特征,将白云岩宏观岩溶砂化结构进行了划分,提出了岩溶砂化岩体结构分级的概念,将宏观岩溶砂化结构演化过程定义为轻微→中等→强烈→破坏四阶段演化模式;通过分析岸坡岩溶砂化作用的空间展布规律,阐述了岩溶砂化现象与岩性、地下水、岸坡地质构造及区域河谷地貌等影响因素的相关性; (2)对岩溶砂化物质结构与组分分析,认为岩溶砂化具有典型的基岩—砂化溶虑层—粘土层的物质结构;通过地球化学方法,选取各分层进行岩溶砂化过程中的化学组分迁移规律分析,认为白云岩的岩溶砂化演化过程,首先是从基岩溶蚀形成白云岩砂开始,之后是富Si、Al、Fe、Mn的地下水直接沉淀生成粘土矿物或者交代白云石矿物形成粘土矿物并最终形成粘土夹层的发展过程; (3)在对宏观岩溶砂化现象研究的基础上,通过白云岩岩溶砂化结构微观试验研究,发现白云岩微观溶蚀特征主要受白云石成岩类型与矿物微结构所控制,认为原生白云石及其构成的岩石微观结构类型,其岩溶砂化发育程度明显低于次生白云石矿物及其构成的岩石微观结构类型; (4)利用高压岩石渗透试验研究,阐述了灯影组主要白云岩类型的岩石渗透性规律,表明白云石矿物类型与微结构特征控制了岩石的孔隙结构及其渗透性的大小;通过分析与对比显示,矿物组分均一的粒状结构、砂屑结构、微晶结构,其岩石渗透性大小依此降低;模拟了在岸坡卸荷条件下的白云岩渗透性规律,并阐述了岸坡内部的宏观岩溶砂化发育的基本分布规律及其影响控制机理; (5)对岸坡深部变形破坏现象进行了详细调查分析,从滑坡内部破坏结构、物质组成、滑坡空间形态等方面,阐述了岸坡深部古滑坡的基本特征;通过三维楔形体计算方法,反演分析了造成岸坡破坏的水动力条件和边界条件,推断该滑坡为发生顺向结构岸坡深部的后缘拉裂充水型暴雨式滑坡的破坏模式; (6)分析了岸坡深部滑坡形成的主要影响与控制因素,尤其是末次冰期气候条件下,岸坡表部深厚的冰水成因堆积层的形成演化对岸坡体结构演化的意义;并且对岸坡岩体的岩溶作用与滑坡破坏的关系进行了阐述,认为岸坡深部变形破坏过程中,冰期气候、地下水与岩溶砂化作用对岸坡深部变形破坏形成演化具有重要的意义; 由于白云岩在我国南方地区分布广泛,对白云岩构成的不同结构类型岸坡来说,美姑河坪头电站厂址区岸坡深部出现的两类特殊地质现象绝非是孤立存在的,应该与区域性的构造背景与古气候特征的演化相一致,具有代表性和典型的研究意义,因此本论文为在类似条件下的山区地质环境中开展人类工程活动,提供了一个可供借鉴与参考的典型实例。


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1 崔杰;美姑河坪头电站岸坡特殊地质现象与地下工程[D];成都理工大学;2009年
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