王吉亮 許 琦 郝文忠 黃孝泉 魏雨軍 周炳強(qiáng) 徐 磊

WANG Jiliang①② XU Qi①② HAO Wenzhong①② HUANG Xiaoquan①② WEI Yujun①② ZHOU Bingqiang①② XU Lei①②

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烏東德水電站左岸拱座長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)特征及其影響研究*

王吉亮①②許 琦①②郝文忠①②黃孝泉①②魏雨軍①②周炳強(qiáng)①②徐 磊①②

拱壩所承受的荷載大部分都通過(guò)拱的作用傳到兩岸拱座巖體，拱壩所具有的一切優(yōu)點(diǎn)都是建立在拱座穩(wěn)定的基礎(chǔ)上的，因此拱座是確定拱壩穩(wěn)定的關(guān)鍵部位，拱座變形及抗滑穩(wěn)定問(wèn)題是拱壩建設(shè)中的關(guān)鍵工程地質(zhì)問(wèn)題之一。烏東德水電站左岸拱座在開(kāi)挖過(guò)程中揭露兩條長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面。本文從工程地質(zhì)條件著手，在可研階段的研究基礎(chǔ)上，布置專項(xiàng)勘探，并充分利用施工揭露，查明了結(jié)構(gòu)面的空間分布特征； 利用大比例尺編錄及物探測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)面充填物性狀的定量化研究； 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程地質(zhì)評(píng)價(jià)及數(shù)值計(jì)算分析結(jié)構(gòu)面對(duì)拱座穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明，這兩條結(jié)構(gòu)面為典型灰?guī)r地區(qū)后期溶蝕作用改造前期構(gòu)造痕跡形成的溶蝕性小斷層，充填物以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，膠結(jié)緊密，局部溶蝕性狀較差，充填物中軟弱物質(zhì)斷續(xù)分布，多為堅(jiān)硬巖體直接接觸； 受其空間分布特征影響，結(jié)構(gòu)面會(huì)引起拱座巖體局部應(yīng)力集中，但對(duì)拱座抗滑穩(wěn)定性無(wú)影響。所獲得的成果基本形成了拱座巖體長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)特征及其影響研究的系統(tǒng)方法，可應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程，對(duì)拱壩的勘測(cè)、設(shè)計(jì)等具有重要的理論和實(shí)踐意義。

烏東德水電站 拱座 長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面 空間分布 工程地質(zhì)特性 影響性評(píng)價(jià)

WANG Jiliang①②XU Qi①②HAO Wenzhong①②HUANG Xiaoquan①②WEI Yujun①②ZHOU Bingqiang①②XU Lei①②

0 引 言

巖體中結(jié)構(gòu)面的存在，使工程巖體失去其連續(xù)性和完整性，導(dǎo)致工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，常常構(gòu)成影響工程穩(wěn)定的地質(zhì)缺陷。高拱壩拱座中的斷層、裂隙、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的地質(zhì)缺陷常威脅大壩的安全，研究其工程地質(zhì)特征及其對(duì)拱壩和壩肩巖體穩(wěn)定性的影響是拱壩設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題(王思敬等， 1990； AI-Homoud， et al.，1995; 汝乃華等， 1995； Vallejo et al.，1996; 萬(wàn)宗禮等， 2009)。實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)面的力學(xué)效應(yīng)及其對(duì)工程巖體穩(wěn)定性的影響主要受控于結(jié)構(gòu)面的規(guī)模和工程地質(zhì)性狀，查明各種類型結(jié)構(gòu)面的空間延伸規(guī)模及工程地質(zhì)特征對(duì)分析工程巖體穩(wěn)定性至關(guān)重要(黃潤(rùn)秋等， 2004， 2014； 滿作武等， 2008； 劉明， 2010； 王勝， 2010； 王雙龍， 2012)。

本文針對(duì)烏東德水電站左岸拱座揭露的長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面，在把握研究區(qū)工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，從工程地質(zhì)角度出發(fā)，利用鉆孔、平洞及施工開(kāi)挖面，采取大比例尺編錄，結(jié)合鉆孔聲波及彩電等手段，從結(jié)構(gòu)面空間展布特征、充填物厚度及物質(zhì)組成、工程地質(zhì)性狀等特征對(duì)其進(jìn)行深入系統(tǒng)研究，而后采用工程地質(zhì)評(píng)價(jià)和數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的方式對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行定性和定量評(píng)價(jià)。本文旨在建立針對(duì)拱座內(nèi)地質(zhì)軟弱結(jié)構(gòu)面的調(diào)查、描述及評(píng)價(jià)的系統(tǒng)方法，為后續(xù)設(shè)計(jì)施工提供指導(dǎo)，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況與基本地質(zhì)條件

1.1 工程概況

在建烏東德水電站是金沙江下游河段4個(gè)梯級(jí)中的第一個(gè)梯級(jí)電站，工程開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪。電站裝機(jī)容量10200MW，年發(fā)電量389.3億kWh。設(shè)計(jì)采用混凝土雙曲拱壩，拱壩壩頂高程988m，建基面最低高程718m，最大壩高270m(李會(huì)中等， 2015)。

1.2 基本地質(zhì)條件

圖1 大壩工程地質(zhì)圖

以室內(nèi)試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)， 根據(jù)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50287-2006)“附錄D巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)取值”的規(guī)定，巖石的密度和飽和單軸抗壓強(qiáng)度采用試驗(yàn)成果的算術(shù)平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值； 以現(xiàn)場(chǎng)剛性承壓板法試驗(yàn)值的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值，參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定巖體變形模量參數(shù)； 以抗剪斷峰值強(qiáng)度小值平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值，參考國(guó)標(biāo)、同類工程經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮壩址區(qū)地質(zhì)條件，確定巖體抗剪強(qiáng)度。拱座主要巖體物理力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表1(李會(huì)中等， 2015； 王吉亮等， 2015)。

表1 拱座巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值

Table1 The suggested values of physical and mechanical parameters for dam abutment rock mass

巖性卸荷區(qū)巖體質(zhì)量容重γ/kN·m-3飽和抗壓強(qiáng)度Rc/MPa變形模量E0/GPa泊松比μ抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)c/MPa左岸Pt3-12lPt3-32l非Ⅱ126.99527.50.221.51.9微Ⅱ28522.50.241.31.6弱Ⅲ2607.50.290.90.85右岸Pt3-12lPt3-42lPt3-52lPt4-22lPt62l右岸Pt102l非Ⅱ227.18522.50.241.31.6微Ⅲ180200.251.11.3弱Ⅲ2607.50.290.90.85Pt3-22l非Ⅲ127.270160.261.11.3微Ⅲ265150.270.951.15弱Ⅲ2607.50.290.90.85左岸Pt4-12l非Ⅳ127.35540.320.750.55微Ⅳ1503.50.330.650.5弱Ⅳ2351.50.340.60.3右岸Pt4-12l非Ⅳ227.3451.50.340.60.3微Ⅴ350.550.36<0.5<0.2弱Ⅴ300.550.37<0.5<0.2Pt52l非Ⅳ127.05040.320.750.55微Ⅴ350.550.36<0.5<0.2弱Ⅴ300.550.37<0.5<0.2Pt72l、左岸Pt82l、Pt92l、左岸Pt102l非Ⅲ127.07190.261.11.1微Ⅲ26017.50.270.951.05弱Ⅳ1504.50.290.80.7右岸Pt82l非Ⅱ226.99222.50.241.31.6微Ⅲ180200.251.11.3弱Ⅲ2607.50.290.90.85

圖2 左岸壩肩高程988m工程地質(zhì)平切圖

2 施工期揭露長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)特征研究

烏東德水電站左岸拱座在施工期開(kāi)挖過(guò)程中揭露兩條長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面，分別為Ztf1和Ztf2，其中Ztf1于大壩建基面出露，Ztf2出露于壩后水墊塘邊坡(壩頂高程988m處距離下游拱端54.5m)，由于這兩條結(jié)構(gòu)面出露位置較為關(guān)鍵，擔(dān)心其對(duì)拱座穩(wěn)定構(gòu)成一定的影響，故對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)研究，以確保大壩安全。對(duì)這兩條結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)特性研究是在研究區(qū)整體構(gòu)造格局和結(jié)構(gòu)面發(fā)育總體特征的指導(dǎo)下展開(kāi)的，充分利用各個(gè)工程邊坡、施工支洞、地下硐室的已開(kāi)挖部分及可研階段勘探平洞、鉆孔資料，另外布置專項(xiàng)勘察鉆孔，在不同高程及距邊坡不同深度形成控制網(wǎng)，對(duì)這兩條結(jié)構(gòu)面的空間分布、充填物性狀等開(kāi)展研究。

2.1 結(jié)構(gòu)面空間分布

按照“產(chǎn)狀相似、性狀相似、空間對(duì)應(yīng)”的原則，對(duì)不同高程、不同深度揭露的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行反復(fù)對(duì)比，確定了這兩條長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面的空間分布情況。

2.2 結(jié)構(gòu)面性狀

結(jié)構(gòu)面的性狀研究是其影響性宏觀定性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，亦是其力學(xué)特性認(rèn)識(shí)的根本，從而影響計(jì)算定量評(píng)價(jià)結(jié)果。這兩條結(jié)構(gòu)面性狀不均一，軟弱充填物、硬性充填物以及巖體直接接觸的無(wú)充填情況均有分布，這給結(jié)構(gòu)面性狀研究工作帶來(lái)了很大的困難。本文通過(guò)對(duì)不同高程、不同深度揭露點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)面大比例尺編錄，獲取結(jié)構(gòu)面充填物組成定量化信息，進(jìn)而對(duì)編錄結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取結(jié)構(gòu)面性狀的規(guī)律性特征，并通過(guò)聲波測(cè)試，定量判斷充填物巖體質(zhì)量，為后續(xù)結(jié)構(gòu)面參數(shù)研究提供依據(jù)。

圖3 左岸壩肩高程945m工程地質(zhì)平切圖

2.2.1 結(jié)構(gòu)面性狀調(diào)查

利用不同高程、不同深度的勘探控制點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了精度為1︰10的地質(zhì)編錄，對(duì)充填物物質(zhì)組成進(jìn)行了詳細(xì)劃分，通過(guò)編錄發(fā)現(xiàn)，這兩條長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面充填物主要為強(qiáng)風(fēng)化碎裂巖、弱風(fēng)化碎裂巖、微風(fēng)化碎裂巖、碎屑夾泥、泥夾碎屑及泥質(zhì) (圖4)。

對(duì)已揭露Ztf1的壩頂平臺(tái)、高程945m灌漿平洞、高程988～865m段大壩建基面出露的結(jié)構(gòu)面寬度和性狀進(jìn)行1︰10的高精度工程地質(zhì)編錄，其中構(gòu)造巖按地質(zhì)宏觀判斷的巖體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)與劃分，含泥物質(zhì)單獨(dú)劃分 (圖5)。根據(jù)編錄結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)面充填物物質(zhì)組成進(jìn)行定量化統(tǒng)計(jì) (表2)，統(tǒng)計(jì)中某段結(jié)構(gòu)面分布有多類構(gòu)造巖時(shí)，以該段性狀最差構(gòu)造巖長(zhǎng)度計(jì)。

表2 壩頂平臺(tái)高程987.65m處Ztf1充填物分布長(zhǎng)度 和所占百分比統(tǒng)計(jì)成果一覽表

Table2 The distribution length and percentage of filling at Ztf1 (dam crest of 987.65m elevation)

物質(zhì)組成強(qiáng)風(fēng)化碎裂巖碎屑夾泥泥夾碎屑泥長(zhǎng)度/m0.91.14.50.7比例/%12.515.362.59.7

對(duì)已揭露Ztf2的壩頂平臺(tái)、水墊塘邊坡(高程988～960m)、高程990m順江平洞PD41-1、高程945m施工支洞GJ1-A出露的結(jié)構(gòu)面寬度和性狀進(jìn)行1︰10的工程地質(zhì)編錄，其中構(gòu)造巖按地質(zhì)宏觀判斷的巖體質(zhì)量對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)與劃分，含泥物質(zhì)單獨(dú)劃分 (圖6)。根據(jù)編錄結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)面充填物物質(zhì)組成進(jìn)行定量化統(tǒng)計(jì) (表3)，統(tǒng)計(jì)中某段結(jié)構(gòu)面分布有多類構(gòu)造巖時(shí)，以該段性狀最差構(gòu)造巖長(zhǎng)度計(jì)。

表3 壩頂平臺(tái)高程987.65m處Ztf2充填物分布長(zhǎng)度 和所占百分比統(tǒng)計(jì)成果一覽表

Table3 The distribution length and percentage of fillings at Ztf2 (dam crest of 987.65m elevation)

物質(zhì)組成微風(fēng)化碎裂巖弱風(fēng)化碎裂巖強(qiáng)風(fēng)化碎裂巖碎屑夾泥泥夾碎屑泥長(zhǎng)度/m3.50.50.62.41.92.3比例/%31.254.465.3621.4316.9620.54

2.2.2 結(jié)構(gòu)面充填物性狀概化分段

基于以上不同高程、不同深度揭露點(diǎn)的工程地質(zhì)編錄成果，根據(jù)寬度及性狀特征的不同，Ztf1從高至低可概化為5段(表4)。

根據(jù)性狀特征的不同，Ztf2從高至低可概化為2大段，分為高程1045～990m和高程990～740m，其中990～740m根據(jù)結(jié)構(gòu)面寬度不同，可概化為3個(gè)亞段，各高程分段特征(表5)。

2.2.3 結(jié)構(gòu)面充填物聲波測(cè)試

為實(shí)現(xiàn)充填物巖體質(zhì)量的定量化判定，對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了聲波測(cè)試及全孔高清錄像，聲波測(cè)試成果顯示，各充填物巖體質(zhì)量不同，縱波波速差異明顯，其中強(qiáng)風(fēng)化碎裂巖為Ⅴ級(jí)巖體、弱風(fēng)化碎裂巖為Ⅳ2級(jí)巖體、微風(fēng)化碎裂巖為Ⅲ2級(jí)巖體，含泥物質(zhì)的巖體質(zhì)量低于Ⅴ級(jí)巖體。典型鉆孔彩電及聲波測(cè)試曲線(圖7， 圖8)。

2.3 結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)

圖4 典型充填物現(xiàn)場(chǎng)照片

圖5 壩頂平臺(tái)高程987.65m處Ztf1工程地質(zhì)編錄圖

圖6 壩頂平臺(tái)高程987.65m處Ztf2工程地質(zhì)編錄圖

結(jié)構(gòu)面Ztf1及Ztf2性狀變化大、規(guī)模大，很難通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)獲取其綜合力學(xué)參數(shù)，此次研究以結(jié)構(gòu)面充填物物質(zhì)組成高程概化分段為基礎(chǔ)，每個(gè)分段中按組成物質(zhì)的變形模量及其相應(yīng)寬度，根據(jù)變形等效原則計(jì)算結(jié)構(gòu)面的綜合變形模量，單層物質(zhì)的變形模量(表6)根據(jù)可研階段試驗(yàn)成果(李會(huì)中等，2015)，參考《水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊(cè)》及《工程地質(zhì)手冊(cè)》確定。結(jié)構(gòu)面的綜合變形模量計(jì)算公式如下：

(1)

式中，E0為結(jié)構(gòu)面的綜合變形模量； h0為結(jié)構(gòu)面的總寬度； E1、E2分別為兩種充填物的變形模量； h1、h2分別為兩種充填物的寬度。

由于結(jié)構(gòu)面的剪切變形一般出現(xiàn)于結(jié)構(gòu)面中性狀較差部位，結(jié)構(gòu)面的抗剪斷強(qiáng)度按充填物中性狀較差的抗剪斷強(qiáng)度提出。Ztf1、Ztf2力學(xué)參數(shù)建議值(表6)。

表4 Ztf1充填物按高程分段特征

Table4 Characteristics of Ztf1 fillings at different elevation

分段高程/m寬度/cm性狀特征1048～99010起伏稍粗,附1～2cm厚泥質(zhì),其余為鈣質(zhì)膠結(jié)碎裂巖990～97020～30平直粗糙,面上多分布寬1～5cm的碎屑夾泥,其余主要為鈣質(zhì)膠結(jié)的微風(fēng)化角礫巖及碎裂巖,局部溶蝕呈約寬10～20cm縫狀970～93110平直粗糙,面附近多分布0.5～2cm的碎屑夾泥等軟弱物質(zhì),其余主要為鈣質(zhì)膠結(jié)的微風(fēng)化角礫巖及碎裂巖931～9005平直粗糙,主要為鈣質(zhì)膠結(jié)的微風(fēng)化角礫巖及碎裂巖,局部見(jiàn)碎屑夾泥900～8755多起伏稍粗,附泥鈣膜,其余多為方解石及鈣質(zhì)膠結(jié)的碎裂巖

表5 Ztf2充填物按高程分段特征

Table5 Characteristics of Ztf2 fillings at different elevation

分段高程/m寬度/cm性狀特征1045～99030一般寬約30cm,在高程990m局部最寬處約60cm;一般平直稍粗,多附0.5～1cm厚的泥質(zhì);其余構(gòu)造巖主要為結(jié)構(gòu)松散的碎石、碎屑或角礫夾泥,碎石、碎屑、角礫多呈微風(fēng)化狀。主斷面附近偶見(jiàn)洞徑一般為10～20cm的溶洞990～88020斷面一般平直粗糙,多附泥鈣質(zhì)膜,局部呈裂隙狀880～80015構(gòu)造巖多為微風(fēng)化碎裂巖,局部為強(qiáng)-弱風(fēng)化狀800～74010較少斷面附近見(jiàn)碎屑夾泥、泥夾碎屑及泥質(zhì)

圖7 ZYT-955-4揭露Ztf1彩電及聲波(高程955m)

圖8 SPZK14揭露Ztf2彩電及聲波(高程943m)

表6 Ztf1、Ztf2力學(xué)參數(shù)建議值

Table6 Suggested values of the mechanical parameters for Ztf1 and Ztf2

“—”表示結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖體直接接觸，無(wú)充填

表7 Ztf1在建基面高程988～875m段不同性狀 構(gòu)造巖分布長(zhǎng)度和所占百分比統(tǒng)計(jì)成果一覽表

Table7 Distribution length and percentage of structure rocks with different traits of Ztf1 on the dam foundation surface (988m to 875m elevation)

高程分段/m巖體質(zhì)量Ⅲ2Ⅳ2Ⅴ碎屑夾泥泥夾碎屑泥988～970長(zhǎng)度/m0001800比例/%00010000970～931長(zhǎng)度/m10201224比例/%2.605.1030.861.5931～900長(zhǎng)度/m1401.27.808.0比例/%45.103.925.2025.8900～875長(zhǎng)度/m15100000比例/%60400000合計(jì)長(zhǎng)度/m30103.225.812.032.0比例/%26.58.92.822.810.728.3

圖9 數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格

3 結(jié)構(gòu)面影響地質(zhì)宏觀定性評(píng)價(jià)

Ztf1于拱肩槽內(nèi)出露，結(jié)構(gòu)面走向與拱推力方向近平行，部分高程段性狀較差，性狀總體隨高程愈往下愈好 (表7)，宏觀判斷其對(duì)拱座局部變形可能有一定的不利影響。Ztf1可能作為拱座抗滑穩(wěn)定上游脫開(kāi)面，但其附近其他結(jié)構(gòu)面多為短小的硬性結(jié)構(gòu)面，連通率低，且無(wú)貫穿性側(cè)向結(jié)構(gòu)面及底滑面與之組合，故其對(duì)拱座抗滑穩(wěn)定無(wú)影響。

Ztf2雖位于拱座抗力體內(nèi)，但其距拱距離較遠(yuǎn)，最近為47.5m； 充填物中不含泥(包括碎屑夾泥、泥夾碎屑及泥)的斷層帶長(zhǎng)度平均占68.8%(表8)； 其中Ⅲ2級(jí)巖體直接接觸的平均占39.8%； 壩頂高程988m以下僅局部含泥，厚度約1～2cm； 性狀隨高程愈往下愈好，故宏觀判斷其對(duì)拱座變形穩(wěn)定不構(gòu)成影響。Ztf2寬度總體有限，不可能構(gòu)成拱座滑移下游臨空面，其附近其他結(jié)構(gòu)面多為短小的硬性結(jié)構(gòu)面，連通率低，且無(wú)貫穿性側(cè)向結(jié)構(gòu)面及底滑面與之組合，故其對(duì)拱座抗滑穩(wěn)定性無(wú)影響。

表8 Ztf2不同性狀充填物分布長(zhǎng)度和所占百分比統(tǒng)計(jì)成果一覽表

Table8 Distribution length and percentage of different fillings at Ztf2

部位微風(fēng)化方解石膠結(jié)碎裂巖(Ⅲ2級(jí))弱風(fēng)化方解石膠結(jié)碎裂巖(Ⅳ2級(jí))強(qiáng)風(fēng)化碎裂巖(Ⅴ級(jí))碎屑夾泥泥夾碎屑泥水墊塘邊坡988～960m長(zhǎng)度/m10.061.547.052.972.733.92比例/%35.595.4524.9410.519.6613.87壩頂平臺(tái)987.65m長(zhǎng)度/m3.50.50.62.41.92.3比例/%31.254.465.3621.4316.9620.54順江平洞PD41-1(990m)長(zhǎng)度/m2.530.3501.1901.36比例/%46.596.450.0021.920.0025.05施工支洞ZGJ1-A(945m)長(zhǎng)度/m8.96.12.100.80比例/%49.7234.0811.730.004.470.00合計(jì)合計(jì)/m24.998.499.756.565.437.58比例/%39.7913.5215.5310.458.6512.07

4 結(jié)構(gòu)面影響數(shù)值計(jì)算定量評(píng)價(jià)

4.1 計(jì)算模型與工況

采用三維有限元對(duì)結(jié)構(gòu)面的影響進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算(周華等， 2016)，三維模型以壩軸線為中心，計(jì)算范圍為上游近1倍壩高，下游近2.5倍壩高，左右兩岸近2倍壩高，壩基模擬深度約1倍壩高，三維模型尺寸為1350m×930m×660m，模擬了計(jì)算域內(nèi)的各地層、斷層、壩肩結(jié)構(gòu)面等。網(wǎng)格主要采用八節(jié)點(diǎn)六面體單元，單元總數(shù)94142，節(jié)點(diǎn)總數(shù)107677，計(jì)算整體網(wǎng)格(圖9)。

材料非線性特性采用帶抗拉強(qiáng)度的Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則模擬，結(jié)構(gòu)面采用薄層實(shí)體單元模擬，按等效模量取值。計(jì)算中主要考慮的荷載有：壩體和巖體自重、溫降荷載、正常蓄水位的水沙作用，計(jì)算基本工況為：壩體自重+上游正常蓄水位+相應(yīng)下游水位+泥沙壓力+溫降荷載。

4.2 抗力體變形及應(yīng)力分布規(guī)律

計(jì)算結(jié)果 (圖10、圖11)表明，Ztf1因其走向與拱端推力方向呈小角度相交，抗力巖體在拱端推力作用下沿結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)微弱的剪切變形，受其剪切作用影響，拱端推力在壩肩巖體內(nèi)傳遞不均勻，結(jié)構(gòu)面附近存在少量應(yīng)力集中現(xiàn)象，兩側(cè)巖體應(yīng)力不甚連續(xù)。Ztf2走向近橫河向分布，與拱端推力方向斜交，但其距離拱端較遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)面部位未出現(xiàn)明顯的錯(cuò)動(dòng)變形，雖結(jié)構(gòu)面附近出現(xiàn)一定的應(yīng)力集中、兩側(cè)巖體應(yīng)力不連續(xù)，其對(duì)拱端推力向下游傳遞影響不大。

圖10 高程900m平切面壩肩巖體位移云圖

圖11 高程900m平切面壩肩巖體最小主應(yīng)力云圖

5 結(jié) 論

(1)Ztf1于拱肩槽建基面出露，其走向與拱肩槽邊坡近直交，水平向延伸長(zhǎng)度約100m，鉛直向延伸長(zhǎng)度約173m； Ztf2距下游拱端最近距離為47.5m，與水墊塘邊坡大角度相交，水平向延伸長(zhǎng)度約254m，鉛直向延伸長(zhǎng)約305m。這兩條長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面寬度及性狀變化較大，構(gòu)造巖不穩(wěn)定，為典型灰?guī)r地區(qū)后期溶蝕改造前期構(gòu)造痕跡形成的溶蝕性小斷層，軟弱物質(zhì)斷續(xù)分布，總體上，高程愈低、寬度愈窄、性狀愈好。

(2)綜合宏觀地質(zhì)分析與三維有限元數(shù)值模擬計(jì)算成果，Ztf1對(duì)拱座局部變形有一定的影響，對(duì)拱座抗滑穩(wěn)定無(wú)影響，在拱端推力作用下沿Ztf1可能出現(xiàn)一定的剪切變形，結(jié)構(gòu)面附近存在少量應(yīng)力集中現(xiàn)象，兩側(cè)巖體應(yīng)力不甚連續(xù)； Ztf2對(duì)拱座變形和拱座抗滑均無(wú)影響，雖結(jié)構(gòu)面附近出現(xiàn)一定的應(yīng)力集中、兩側(cè)巖體應(yīng)力不連續(xù)，其對(duì)拱端推力向下游傳遞影響不大。

(3)本文以不同高程、不同深度的勘探控制為基礎(chǔ)，以“產(chǎn)狀相似、性狀相似、空間對(duì)應(yīng)”的原則研究結(jié)構(gòu)面的空間分布規(guī)律，通過(guò)大比例尺編錄獲取結(jié)構(gòu)面充填物定量化信息，而后對(duì)結(jié)構(gòu)面性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)概化分段，并提出各段對(duì)應(yīng)物理力學(xué)參數(shù)，以工程地質(zhì)定性評(píng)價(jià)和三維數(shù)值模擬定量計(jì)算相結(jié)合的手段，對(duì)長(zhǎng)大結(jié)構(gòu)面的影響進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。研究成果對(duì)設(shè)計(jì)方案的制定和工程的順利推進(jìn)具有重要指導(dǎo)意義，對(duì)類似工程具有借鑒意義。

致 謝 感謝參與本次研究工作的曹去修、周華等，以及三峽院烏東德勘察項(xiàng)目部全體同仁，特此致謝!

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JournalofEngineeringGeology工程地質(zhì)學(xué)報(bào) 1004-9665/2016/24(5)- 0833- 14

GEOLOGICAL CHARACTERISTICS OF DISCONTINUITIES AT LEFT BUTMENT SLOPE AND IMPACT EVALUATION TO DAM OF WUDONGDE HYDROPOWER STATION

The load on the arch dam mostly applies on the abutment rock mass of both sides of dam. Dam abutment is key part to maintain stability of arch dam and its stability is one of the important engineering geology factors in the process of arch dam construction. Two geological discontinuities with long persistence are found during the excavation of slope at left abutment of Wudongde hydropower station. According to the engineering geological conditions and data of feasibility study， in combination with special exploration and exposure of excavation surface， the distribution of discontinuities is obtained. The quantitative research about the physical composition and character of infillings of discontinuities is achieved through field investigation in detail and geophysical exploration test. Based on the results， the adverse impact of discontinuities to the stability of abutment is researched through engineering geological evaluation and numerical analysis. The results show that these discontinuities are two tectonic faults formed in the earlier stage and superimpose the modification of dissolution later. It is a typical phenomenon in limestone zone. Most of the infillings exist with calcium cementation. Partial infillings are poorer because of dissolution. Thus， the distribution of soft material of infillings is discontinuous. Hard rocks contact each other directly. The discontinuities have no impact on the abutment stability， but may cause the stress concentration in abutment rock mass partly. The developed approach is scientific and comprehensive. It can be applied to study the engineering geological characteristics of discontinuities and evaluate their impact to the stability of abutment rock mass in the process of dam construction. It also provides theoretical and practical significance to the survey and design of arch dam project．

Wudongde hydropower station， Abutment， Discontinuity with long persistence， Space distribution， Geological characteristic， Impact evaluation

10.13544/j.cnki.jeg.2016.05.012

2016-06-17;

2016-07-27.

王吉亮(1982-)，男， 博士，博士后，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作. Email: 39128518@qq.com

P642

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