1、多断层作为叶巴滩水电站坝址区一类典型的地质缺陷,对高拱坝坝基变形、抗滑稳定的影响不容忽视。本文基于坝区断层的发育情况及基本特征,提出了多断层的概念,并从动力运动学角度分析建基岩体多断层之间的地质力学形成机制及其空间展布特征,得出叶巴滩水电站坝址区多断层的 3 种基本组合模式:平行雁列型、共轭剪切型、主次共生型,将建基岩体复杂的断层情况化繁为简,并结合现场勘察数据,采用定性和定量相结合的方法,对比分析了不同组合模式下断层对建基岩体质量的劣化程度,其中:共轭剪切型、主次共生型断层组合模式对岩体的劣化程度强烈,使岩体质量下降一级;平行雁列型断层组合模式对岩体的劣化程度一般,使岩体质量下降半级。同时,
2、讨论了不同模式下断层影响途径与劣化程度的关系。研究成果为叶巴滩水电站建基岩体的开挖处理和风险防控提供了技术支撑。关键词断层;组合模式;建基岩体;岩体质量;叶巴滩水电站中图分类号:P642.4文献标识码:Adoi:1013544/jcnkijeg20220169*收稿日期:20220409;修回日期:20230320基金项目:国家自然科学基金面上项目(资助号:41272333),国家重点基础研究发展计划(资助号:2011CB013501)This research is supported by the National Natural Science Foundation of China(G
3、rant No 41272333)and National Key Basic esearch Develop-ment Plan(Grant No 2011CB013501)第一作者简介:赵其华(1965),男,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程、工程地质等方面的教学科研工作 E-mail:zhqh163com通讯作者简介:韩刚(1978),男,博士,高级工程师,主要从事边坡工程等方面的教学科研工作 E-mail:gang_han 126comMULTI-FAULT COMBINATION PATTEN AND ENGINEEING IMPACTOF FOUNDATION CONSTU
4、CTION OCKMASS AT YEBATAN HYDO-POWE STATIONZHAO QihuaKUANG HongwenPENG SheqinJIANG JunfengPENG YiHAN Gang(State Key Laboratory of Geo-hazard Prevention and Geo-environment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)(Sichuan Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration an
5、d Development Bureau 106 Geological Team,Chengdu 611130,China)AbstractAs a typical geological defect in Yebatan hydropower dam site area,the impact of multi-faults on the de-formation and anti-slip stability of the high arch dam base cannot be ignored Based on the development and distri-bution of fa
6、ults in the dam area and their basic characteristics,this paper proposes the concept of multiple faults,and analyzes the geomechanical formation mechanism and spatial distribution characteristics of multiple faults in thefoundation rock from the perspective of dynamic kinematics It comes up with thr
7、ee basic combination patterns ofmultiple faults in the Yebatan hydropower dam site area They are the parallel arrangement type,the conjugateshear type,and the primary secondary intergrowth type,which simplifies the complex fault situation in the foun-dation rock The combination of qualitative and qu
8、antitative methods is used to compare and analyze the degradationdegree of faults on the quality of the foundation rock under different combination patterns The degradation degree ofthe conjugate shear type and the primary secondary intergrowth type is stronger,which degrades the quality of therock
9、body by one grade The degradation degree of the parallel arrangement type is more general,which degradesthe quality of the rock body by half grade The relationship between the influence path of faults and the degradationdegree under different patterns is discussed The research results provide techni
10、cal support for the excavation treat-ment and risk prevention and control of the foundation rock of Yebatan Hydropower StationKey wordsFault;Combination mode;Foundation rock mass;ock mass;Yebatan Hydropower Station0引言叶巴滩水电站最大坝高 217 m,是目前我国在建的第二高拱坝,拱端推力较大,对拱坝坝基及抗力体的变形稳定、抗滑稳定要求较高。坝区位于金沙江断裂带内,深切峡谷地貌发育,
11、地形切割强烈,岸坡陡峻,其特殊的地形地质条件、复杂的构造背景及河谷演化过程使得坝区岩体显示出复杂而独特的结构特征。与以往特高拱坝工程相比,叶巴滩水电站建基岩体广泛发育级断层,纵横交错、错综复杂,有 EW、NE、NW 等多个优势方向,以陡倾角为主,且多为走滑性质。断层复杂的发育分布情况,及其派生的一系列次级结构面,易形成不稳定滑块,劣化建基岩体结构,降低建基岩体的质量。因此,建立叶巴滩水电站多断层的组合模式,分析各模式下多断层对建基岩体的影响途径及程度,对大坝的修建及抗滑稳定都具有重要意义。在断层组合模式方面,李东安(1992)提出一种以三维断层组合为基础的构造解释方法,通过断点的闭合、组合,确
12、定断层的空间形态与交切关系,可以有效地减少断层组合过程中的多解性;陈军(2013)归纳提出双正断层存在相交、切割和封闭等3 类 10 种组合模式,并建立了断层组合的立体、平面、剖面对应关系;许顺山等(2017)根据物理模型试验和数值模型对里德尔剪切的断裂组合与走滑盆地的组合形式进行分析,提出了 6 种与里德尔剪切有关的走滑断裂构造组合;李鹏(2017)在对扎哈淖尔露天矿多断层条件下三维地质建模及应用研究中,将多断层在剖面上的组合形式分为阶梯状、地堑、X 交叉型、Y 型,在平面上的组合形式分为斜交型、X 交叉型、马尾型。在断层对岩体的影响方面,蒋建平等(2003)依据断层优势指标综合值 i 的量
13、化比较,得出断层与岩体质量好坏有密切关系;Soliemani et al(2008)使用 MS 软件建模得出断层的体积规模会影响围岩的孔隙度、含水饱和度;黄达等(2009)通过数值计算及三峡工程地下厂房变形监测分析表明,断层的存在严重恶化了围岩的应力及变形分布;余伟健等(2013)采用数理统计方法分析不同影响区域的岩体节理密度和分布情况,表明从断层带至节理带,其岩体受构造影响程度逐渐减小;雷光伟等(2017)在深入分析传统的岩体质量评价方法基础上,建立了一种考虑裂隙密集度和断层密度的多维度、多尺度结构面综合指标 SCE 的岩体质量评价方法;冯雪磊等(2021)采用多物理场耦合方法,研究储层水力
14、压裂过程中断层以及封闭顶板中水力破坏区域的产生与演化机理,结果表明断层改变储层水力破坏区域形态并且扩展了水力压裂破坏空间;邓龙传等(2021)针对北山场址区坚硬完整、地应力不是很高的花岗岩体,分析了断层的导水特性与围岩变形和失稳模式的关系;严鸿川等(2021)对白鹤滩水电站右岸地下厂房洞室群施工期围岩力学参数进行反演分析发现,开挖卸荷过程中厂区上游侧围岩变形受断层影响较大。上述学者专家提出了不同条件下断层的组合模式,但多局限于单一断层如正断层模式下的模型分析,对大型水电站工程实况中复杂的多条断层集中发育情况,难以形成典型模式进行化繁为简的分析;在断层对岩体的影响方面,大多数研究仅限于单条断层,
15、关于复杂的多条断层组合对岩体影响的研究少之甚少。因此,开展复杂构造背景下多条断层间的组合模式研究,分析典型断层组合模式对建基岩体的影响,是十分必要的。本文基于大量的现场勘察及数据分析工作,总结了叶巴滩水电站开挖面断层的基本特征,提出了建基岩体 3 种典型的断层组合模式,对比分析了各组合模式下断层对建基岩体的影响途径及劣化程36531(2)赵其华等:叶巴滩水电站建基岩体多断层组合模式及工程影响度,为叶巴滩水电站建基岩体的开挖处理提供指导意见。图 1坝区构造平面分布图Fig 1Distribution map of structure planes in the dam area1工程地质背景叶巴
16、滩水电站坝址区自元古代以来经历了多期次的构造运动,特别是晚古生代至三叠纪期间,经受了古特提斯复杂的演化过程。在古特提斯的消减封闭期,经历了以断裂为主的印支运动,奠定了 NWW-SEE 及 NNW-SSE 的构造线方向。古特提斯闭合后,先遭受了来自怒江缝合带以南的新特提斯演化的强烈影响,随后又经历了发生于中生代的燕山运动和新生代的喜马拉雅运动。燕山期构造应力场为近 EW 向,在其作用下,区域上形成了一系列 NNWNS 向区域性断裂带,以及与之配套的 NE、NW 向结构面,并在几何学上呈平面“X”型式;喜马拉雅期以来,随着印度板块的向北推进,属于欧亚大陆西南部的坝区外围区域,处于隆升拉张环境中,产
17、生 NW向的张性深断裂和走滑断层,早期断裂重新活化。在长期的造山运动中,伴随金沙江构造带的强烈抬升,具有多期活动的金沙江断裂带总体以压性逆冲运动为主,剪切走滑运动为辅,形成一系列走滑性质断层。根据中华人民共和国国家标准编写组(2016)中结构面分级标准,坝址区破碎带宽度大于1 m 的级断层主要有 F1、F2、F3、F4等 4 条,延伸长度大于 1000 m;破碎带宽度 0.1 1 m 的级断层共 77 条,延伸长度一般数百米,破碎带宽度小于0.1 m 的级断层共揭示 379 条,延伸长度一般数十米至百米,主要地质构造分布如图 1 所示。断层以中陡倾为主,按优势发育方向主要可分为 EW、NE、N
18、W、NEE 4 个方向,断面上多见擦痕、阶步,擦痕的侧伏角一般都小于 20,多为走滑性质,且断层间的交切错动距离很小,甚者错动距离几乎不可见。从图 1 中可以看出,左右岸建基岩体主要控制断层分别为三级断层 f9 和 f28,f9 产状与 F1近于平行,属于 F1派生的次级雁列断层;f8 为端部受限于 F3的次级断层,两者近于垂直相交。2开挖面断层基本特征根据现场开挖资料显示,从坝顶 2893.7 m 到河床 2677 m,两岸建基面共揭露断层 63 条。左岸级断层 8 条,级断层 23 条,右岸级断层 10 条,级断层 22 条,分布情况如图 2、图 3 所示,主要级断层性状见表 1、表 2。
19、左岸除控制性断层 f9 外,发育一系列与 f9 近于平行的次级断层及端部受限于 f9 的断层如 f56、f60;右岸控制性断层 f28 贯穿整个建基面,并呈马尾状派生出一系列次级断层。级断层发育较广泛,而其延伸长度、破碎带及影响带宽度较小,单条的级断层对建基岩体影响有限,但465Journal of Engineering Geology工程地质学报2023图 2左岸断层分布图Fig 2Distribution of faults on the left bank其常与级断层叠加作用,形成不同模式的断层组合,对建基岩体的影响不容忽视。对开挖面左右岸发育断层产状进行赤平投影分析,结果如图 4、图
20、 5 所示。由赤平投影图可以看出,左右岸发育断层都具有两个优势方向:左岸优势方向 为 近 EW/S 50 70、NE50 80/NW6580;右岸优势方向为近 EW/S55 75,NW4045/NE7075。基于相交断层间的产状关系进行分析,相交断层之间的夹角在 0 90均有分布,但主要集中在030,断层间的夹角平分线以 NEE 向或近 EW 为主,与坝址区最大主应力方向一致。图 6 为坝址区横穿拱坝的工程地质剖面图,从图中可以看出,建基岩体发育断层不仅在平面上呈现“X”型破裂,在剖图 3右岸断层分布图Fig 3Distribution of faults on the right bank面
21、上也符合“X”型破裂关系。根据一系列现场勘查、定量分析、对比总结,我们将间距小于 10 m,对岩体性能如岩体结构、岩体紧密程度、风化卸荷状态等产生一定影响的两条(至少有一条级断层)及两条以上的断层组合称为多断层现象,并对多断层的组合模式及其对岩体性能的影响进一步分析。3建基岩体断层组合模式3.1平行雁列型断层组合模式在同向走滑断层带中,断层间的次世代雁行破裂构成应力集中区的边界条件,Gamond(1987)将这种受次世代雁行破裂边界条件控制的应力集中区称56531(2)赵其华等:叶巴滩水电站建基岩体多断层组合模式及工程影响表 1左岸级断层性状表(据赵其华等(2023)Table 1Charac
22、teristics of grade faults on the left bank(according to Zhao et al(2023)编号产状带宽/cm延伸长度/m物质组成起伏和擦痕影响带特征级别 性状分类f21EW/S5560104020由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩组成,加剧风化呈褐黄色,高岭土化,遇水泥化、软化平直-起伏岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带不明显,下盘影响带与上游侧 f24 组成共同影响带,宽度较大岩屑夹泥型f23N7085E/NW7585104020破碎带主要由方解石脉、碎粒及碎粉组成,28552835 m 梯段局部较宽为 4080 cm,加剧风化呈褐黄色,高岭土化
23、,遇水泥化、软化,干燥起伏岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带宽 0.1 0.5 m,下盘 影 响 带 宽 0.3 0.5 m,2855 2835 m 梯段受 f21 影响,下盘影响带宽度较大泥夹岩屑型岩屑夹泥型f24N6575E/NW7082306010主要由岩块、岩屑及 2 6 cm宽的断层泥组成,风化加剧,局部强锈染呈黄褐色,干燥,泥质胶结松散起伏岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带宽 0.1 0.3 m,下盘影 响 带 宽 0 1 m,局 部 宽06 m岩屑夹泥型f9近 EW/S5568520局部 304530由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩组成,夹少量泥,强风化,高岭土化,严重锈染呈黄褐色,
24、胶结紧密,错动距离小,未见明显劈理平直粗糙上盘 影 响 带 0 1 0 6 m,2785 2775 m 梯段受 f56、f60影响,局部影响带较宽;下盘影响 01 08 m,局部影响带不明显岩屑夹泥型f60N6585E/SE5575520局部 4020由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩、泥组成,强风化,强锈染呈褐黄色,胶结紧密起伏粗糙上盘影响带 0.30.8 m;下盘影响带 0305 m岩屑夹泥型f56N4560E/SE404551515由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩、泥组成,强风化,强锈染起伏上盘影响带 01 02 m;下盘影响带 05 m,2785 2775 m梯段受 f9 影响,局部影响带较宽 23 m
25、岩屑夹泥型f8N3050W/NE556082010由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩组成,弱上风化,干燥起伏粗糙上盘影响带 4050 cm,下盘影响带 2030 cm,局部 100 cm岩块岩屑型f7N7080E/NW758037,局部 1510由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩、泥组成,整体锈染严重,局部高岭土化呈灰白色平直粗糙上盘影响带局部 20 40 cm;下盘影响带 2030 cm岩屑夹泥型为构造桥,并将构造桥分为压性桥和张性桥。基于此理论基础,将建基岩体中符合该条件的系列平行走滑断层划分为平行雁列型断层组合模式,并根据断层走滑方向及雁列裂隙的发育方向分为左阶右行、右阶左行、左阶左行、右阶右行 4 种亚类
26、。该模式断层组合主要分布在左岸的中高高程,右岸中高程少量分布,其中:左岸 2875 2865 m 高程梯段断层组合尤为典型,如图 7、图 8 所示。该梯段发育两组平行雁列型断层组合,其中左阶右行式组合由 f22、fLB-2 及其间的左阶雁列节理裂隙 J1 构成,J1 产状近 EW/S5075,与断层斜交,为右行断层间的次级左阶雁列破裂列,断层带受构造应力作用总体滑移过程中,J1 受带动也朝着同一指向滑移,并在端部形成张性桥,使其间的岩体拉张破裂,呈镶嵌结构,裂隙发育,岩体强度降低;右阶右行式组合由 f23、fLB-3 及其间的次级右阶雁列节理裂隙 J2 构成,与左阶右行式组合不同的是,右阶右行
27、式断层组合除了派生的次级破裂列方向相反外,雁列裂隙端部的构造桥性质也不同,为压性桥,桥内岩体受压破裂呈镶嵌结构,岩体质量较差、强度较低。3.2共轭剪切型断层组合模式里德尔剪切破裂作为走滑断裂带一种特殊的剪切破裂方式,在非理想状态下共轭里德尔剪切是较不发育的(Asaoka et al,2016;许顺山等,2017;Luoet al,2020),而从建基岩体发育断层整体上看,右行的 NE、NEE 向断层发育程度明显优于近 EW 向左行断层,且其间的雁行破裂列也证实了建基岩体中断层的发育符合里德尔剪切破裂关系。共轭剪切型断层组合模式由一组受剪切作用呈锐夹角相交的平移性质断层组合而成,锐夹角平分线方向
28、指示最大主应力方向,断层交汇部位为应力集中区域,岩体较为破碎,常形成断层间的共同影响带。该模式主要分布在左岸的高高程及右岸的中高程部位,其中:典型的左岸 2875 2865 m 高程梯段断层组合模式如图 9、图 10 所示。该梯段除平行雁列型的 f22、fLB-2 之外,相交断665Journal of Engineering Geology工程地质学报2023表 2右岸级断层性状表(据赵其华等(2023)Table 2Properties of grade faults on the right bank(according to Zhao et al(2023)编号产状带宽/cm延伸长度/
29、m物质组成起伏和擦痕影响带特征级别 性状分类f28N2045E/NW75853060,局部10050主要由角砾、碎粒、碎粉及局部少量泥组成,弱风化,干燥起伏岩体较破碎,呈块裂-碎裂结构,上盘影响带宽 0.51.5 m,EL2885 2875 m 建基面不明显;下 盘 影 响 带 宽 0.3 0.4 m,EL2875 2865 m、EL2855 2845 m 建基面不明显;其中 f28 与 fB-7 交汇处影响带宽 053 m岩屑夹泥型f9N86E/SE56102020由角砾、碎粒、碎粉岩、泥组成,强风化起伏上盘影响带 02 04 m;下盘影响带 0508 m岩屑夹泥型f29N4050W/NE6
30、5754015由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩组成,加剧风化呈褐黄色,高岭土化,遇水泥化、软化平直岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带 0.2 m,下盘影响带宽 043 m泥夹岩屑型f74N4050W/NE70801234由碎粒岩、碎粉岩组成,加剧风化呈褐黄色,高岭土化,遇水泥化、软化起伏岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带宽 0.2 m,下盘影响带与 f85 组成共同影响带,宽度 019 m泥夹岩屑型f85N45W/NE762010由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩组成,加剧风化呈褐黄色,擦痕水平起伏岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带与 f74 组成共同影响带,宽度 0.19 m,下盘影响带宽 032 m岩
31、屑夹泥型fB-2N80W/SW253053010由碎粒岩,碎粉岩组成,夹少量泥,弱下风化,干燥,结构紧密平直起伏岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带宽 0.5 1 m,下盘影响带宽 05 m岩屑夹泥型f28-1N4050W/NE65754015由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩组成,加剧风化呈褐黄色,高岭土化,遇水泥化、软化平直岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带 0.2 m,下盘影响带宽 043 m泥夹岩屑型f70N5262W/NE7981102010由角砾岩、碎粒岩、碎粉岩组成,强风化,局部高岭土化,胶结紧密起伏上盘影响带 0.3 05 m,下盘影响带 02 m岩屑夹泥型fB-3N75E/SE655
32、3510由碎粒岩,碎粉岩组成,夹少量泥,弱下风化,干燥,结构紧密平直-起伏岩体较破碎,以块裂状为主,上盘影响带宽 0.51 m,下盘影响带宽 05 m岩屑夹泥型fB-11N3545W/NE757941220主要由角砾、碎粒、碎粉、少量泥组 成,加 剧 风 化(弱 上 风化),强锈染呈褐黄色,干燥起伏岩体较破碎,以镶嵌状为主,上盘影响带宽 0.1 03 m,下盘影响带不明显岩屑夹泥型图 4左岸断层产状赤平投影(上半球)Fig 4Stereographic projection of stratigraphic occurrencein the left bank segment图 5右岸断层产状
33、赤平投影(上半球)Fig 5Stereographic projection of stratigraphic occurrencein the right bank segment76531(2)赵其华等:叶巴滩水电站建基岩体多断层组合模式及工程影响图 6坝区横工程地质剖面图Fig 6Engineering geological profile of transverse in the dam area图 7左岸 28752865 m 梯段平行雁列型断层素描图Fig 7Sketch map of the parallel geese-shaped fault inthe 28752865 m
34、 ladder section on the left bank层间也形成了共轭剪切破裂关系。其中 f23 为里德尔剪裂面(),f22 与 f24 为里德尔剪切中的雁列式压剪性断裂(P),共轭里德尔剪裂面()不发育,仅在 28452835 m 梯段可见左行的 EW 向 f21 与 f23形成共轭剪切破裂关系,J1 为近 EW 向的张裂面(T),与最大主应力方向相同,指示最大主应力方向为 NE8090之间。f23 与主滑面低角度相交且与主滑面滑动方向一致,主滑面 M 在后期连接贯通。此外根据里德尔剪切破裂关系分析,各断层形成先图 8左岸 28752865 m 梯段平行雁列型断层平面示意图Fig
35、8Plan view of the parallel geese-type fault inthe 28752865 m ladder section on the left bank后顺序为:f23f22、f24。在 f23 与 f22、f24 的交汇部位形成高应力集中区,次级结构面 J1 密集发育,岩体破碎呈碎裂结构,质量较差。3.3主次共生型断层组合模式该组合模式除一条大规模的主断层外,在主断层的周围还常常发育着许多规模较小的断层,他们的活动幅度和穿透深度均小于主断层,其延展方向大都与主断层不同,这些小断层称为次级断层或分叉断层(Maerten et al,2002;董森等,2019),
36、一般865Journal of Engineering Geology工程地质学报2023图 9左岸 28752865 m 梯段共轭剪切型断层素描图Fig 9Sketch map of the conjugate shear fault inthe 28752865 m ladder section on the left bank图 10左岸 28752865 m 梯段共轭剪切型断层平面示意图Fig 10Plane schematic diagram of the conjugate shear faultin the 28752865 m ladder section on the lef
37、t bank认为,主断层及其共轭断层是在同一构造应力作用下产生的,而次级断层则是主断层形成后引起应力重分布的直接产物(马宝军,2005),主要是主断层的末 端 效 应 引 起 的(Anderson,1951;欧 作 畿,2004;贾晓亮,2010;宋彦琦等,2019)。根据现场勘察、统计分析得出主次共生型断层组合模式主要分布在左岸的高高程,右岸整体上符合该模式,由一条贯穿建基面的级断层 f28 作为主断层,随着断层 f28 的延伸,派生出一系列 NE 向次级断层。其中:典型的左岸 28652855 m 高程梯段断层组合模式如图 11、图 12 所示。其中 f23、f24 为主断层,皆为右行断层
38、,fLB-4、fLB-6 为主断层端部发育的次级断层,fLB-4 发育于f24 的下盘,端部受限于 f24,在主断层端部上游侧还发育一系列雁行节理裂隙 J2,较为密集,间距在 520 cm,岩体十分破碎,呈碎裂结构,为类岩体;fLB-6 发育于 f23 的上盘,端部受限于 f23,近 EW 向的节理裂隙 J1 呈裂隙密集带的形式发育在断层交汇锐夹角内,该包夹区域岩体破碎,呈碎裂结构,为主次断层的共同影响带,岩体质量明显较差,为类岩体。图 11左岸 28652855 m 梯段主次共生型断层素描图Fig 11Sketch map of the primary and secondary symbi
39、oticfaults in the 28652855 m ladder section on the left bank图 12左岸 28652855 m 梯段主次共生型断层平面示意图Fig 12Plan view of the primary and secondary symbiotic faultsin the 28652855 m ladder section on the left bank4不同组合模式断层对建基岩体的影响4.1平行雁列型断层组合模式的影响该模式下的多断层主要通过平行断层间的次生雁列节理裂隙来劣化岩体结构,且对岩体结构的劣化程度,往往跟平行断层间的距离、规模有关,而
40、建基岩体断层以级为主,该模式影响程度有限,对岩体结构的劣化程度常在半级左右。如图 13 所示,该梯段发育两组近于平行的断层:f22 和 fLB-2;f23 和 fLB-3。在平行断层中间部位,形成了雁列式的节理裂隙 J1 和 J2,J1 近 EW/S5075,延伸 211 m,裂面平直粗糙,间距 20200 cm;J2 产状 NE30 60/SE(NW)70 85,延伸 29 m,裂面平直粗糙,间距 10140 cm;受构造影响,部分裂隙之间岩体较破碎,呈岩块、岩屑,且较为紧密。在断层交汇部位 QD=68.2%,Jv=96531(2)赵其华等:叶巴滩水电站建基岩体多断层组合模式及工程影响图 1
41、3左岸 28752865 m 梯段岩体分级图Fig 13Grading diagram of rock mass at 28752865 mladder section on the left bank15条m3,属于两类岩体,与围岩1 类岩体相比岩体质量下降半级,岩体结构也由镶嵌结构劣化到镶嵌碎裂结构。该梯段岩体强度较高,抗变形性能受结构面、岩块嵌合能力控制,可灌性较好,局部受多断层影响的裂隙密集区域,建议采用固结灌浆等工程处理,以达到施工要求。4.2共轭剪切型断层组合模式的影响该模式下的多断层主要通过两个方面来影响建基岩体,一是共轭剪切断层在交切部位形成应力集中区域,构成共同影响带,共同影
42、响带相对于单条断层的影响带宽度得到增加,带内岩体呈碎裂结构,较影响区域外岩体结构受劣化降低一级左右;二是共轭剪切断层派生的与断层产状斜交的次级结构面,为风、地下水等营力提供通道,造成风化作用顺着次级结构面加剧,产生差异风化,影响局部岩体质量。图 14 中 fLB-8 与 fLB-9、fLB-10 与 J3 构成共轭剪切破裂关系,fLB-8、fLB-9、fLB-10 都是规模较小的断层,破碎带宽 24 cm,上下盘影响带都不明显,延伸长度小于 20 m,与长大结构面 J3 规模相似,J3 也同断层构成了共轭剪切破裂关系,推测该梯段共轭剪切断层是由共轭 X 剪节理演变而来。在共轭剪切破裂关系形成的
43、共同影响带中(图中深蓝色部分),岩体呈碎裂结构,风化呈黄褐色且见局部锈染,QD=47.9%,Jv=21 条m3,属于类岩体,较围岩质量下降一级。在 fLB-8 的下游侧发育有受限于断层的 J2,为风化作用的地质营力提供通道,造成下游侧局部岩体加剧风化(图中浅蓝色部分),QD=77.75%,JV=16.65 条m3,属于 2 类岩图 14左岸 28352825 m 梯段局部岩体分级图Fig 14Grading diagram of local rock mass inthe 28352825 m ladder section on the left bank体,较围岩质量下降半级。该梯段岩体强度
44、整体较高,局部偏弱,风化状态较差,对于多断层影响下的局部偏弱岩体,建议采用开挖后混凝土回填的方法处理,以达到施工要求。图 15右岸 28552845 m 梯段局部岩体分级图Fig 15Grading diagram of local rock mass inthe 28552845 m ladder section on the right bank4.3主次共生型断层组合模式的影响在该模式下,由于主断层的端部效应,在端部形成应力集中区域,派生出次级构造如断层、节理裂隙等。主次断层间形成共同影响带,宽度可达 2 m,远大于单条断层的影响带宽度,次级结构面如节理裂隙等,劣化岩体结构,造成建基岩体
45、质量下降一级左右。图 15 中 f28 为主断层,fB-8、fB-9 为次级断层,就单条断层而言,影响带宽度不明显,但在主次075Journal of Engineering Geology工程地质学报2023表 3不同组合模式断层劣化岩体程度分级表Table 3Grading table of the degree of fault-degraded rock mass in different combination modes组合模式岸向发育梯段影响途径岩体质量劣化岩体结构劣化综合劣化程度平行雁列型左岸28752865 m派生次级节理裂隙半级半级一般28152805 m派生次级节理裂隙不
46、明显半级轻微28052785 m派生次级节理裂隙半级半级一般27852775 m派生次级节理裂隙,局部裂隙密集带半级半级一般27752765 m派生次级节理裂隙半级半级一般右岸27852765 m派生次级节理裂隙半级半级一般共轭剪切型左岸28752865 m形成共同影响带一级一级强烈28552835 m形成共同影响带一级一级强烈28552835 m影响风化卸荷半级不明显轻微28352825 m形成共同影响带一级一级强烈28352825 m影响风化卸荷半级不明显轻微右岸28052795 m形成共同影响带一级一级强烈27852775 m形成共同影响带一级一级强烈主次共生型左岸28652855 m形
47、成共同影响带一级一级强烈28352825 m影响风化卸荷半级不明显轻微右岸28942885 m形成共同影响带一级一级强烈28852875 m形成共同影响带一级一级强烈28652855 m形成共同影响带一级一级强烈28552845 m形成共同影响带一级一级强烈28252815 m形成共同影响带一级一级强烈27652755 m形成共同影响带一级一级强烈断层交汇部位,形成宽 2 m 左右的共同影响带,带内岩体呈碎裂结构,QD=42.9%,Jv=19.51 条m3,属于类岩体,较围岩质量下降一级。此外,有一系列次生节理裂隙 J1、J2 伴生在 f28 上游侧且端部受限于 f28,密集区域间距 13 c
48、m,对岩体结构劣化程度较大。该梯段岩体主要受 f28 影响,主次断层交汇处岩体较破碎,质量较差,建议采用开挖后混凝土回填的方法处理,以达到施工要求。根据表 3 统计分析表明多断层对叶巴滩建基岩体的影响主要体现在以下几个方面:(1)多断层影响周围岩体部位的风化卸荷分布情况,常贯通连接的断裂带,以及派生的次级结构面为风化作用营力提供介质通道,使局部岩体呈现差异风化,降低局部岩体质量;(2)多断层发育部位由于受构造应力场影响,甚者多期次应力场叠加,致使岩体破裂程度较高,节理裂隙较为发育,间距较小,密集程度较高,使岩体质量降低;(3)多断层交汇部位形成高应力集中区,使包夹带内一定范围内岩体受力破碎,岩体完整性降低,呈碎裂结构,形成多断层共同影响带或使单一断层影响带局部加宽,造成建基岩体质量局部下降。5结论(1)针对叶巴滩水电站坝址区复杂的构造背景及断层的广泛发育情况