构造体系复合区域岩体渗透性规律认识.pdf

年第 期水利技术监督理论研究:/构造体系复合区域岩体渗透性规律认识张定彪 苏正猛 张学辉 王 菁(云南省水利水电勘测设计研究院 云南 昆明)摘要:在漫长的地质历史中 地壳经历了加里东、海西、燕山和喜马拉雅等多期次构造运动 在同一区域 通常先后经历两个以上不同期的构造体系发生 从而使得研究区域内构造更加的复杂化 相应的岩体渗透性和规律性也趋于复杂化 文章就滇中构造复合区域内兴建的某水库工程岩体渗透特性进行分析研究 寻求其规律性 为类似地区水源工程选址及水库防渗处理方案选择提供参考关键词:构造体系复合 构造应力 透水性 渗透性规律中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:张定彪(年)男 正高级工程师:构造体系复合也称构造复合 系指同一地域或场区内受到两期(次)以上的构造应力作用后区内构造形态、构造力学、构造量级、构造主次、构造时序以及构造复合带块等形成归并、交接、包容或重叠关系 经受多期构造影响和改造区域的工程岩体 渗透性和规律性也趋于复杂化 笔者通过对省内数座渗漏病险水库统计发现 因勘察前期对工程区域构造体系复合影响认识不到位 导致工程选址或防渗设计方案失败的案例占比较高 通过区域构造形迹发育和交接关系 采用地应力(构造应力)场法进行分析 可找出构造应力集中部位 从而划分构造影响量级 结合结构面、含(透)水层介质、岩溶水文系统等诸因素在构造复合区的分布发育情况 可宏观分析判断出水库建筑物区岩体透水性及库盆封闭条件 因此 对构造体系复合特征研究在水库规划选址或建设中上具有重要意义 文章以笔者亲历的水库勘察为例 对构造复合区岩体渗透性的认识进行了总结 构造体系复合的特点云南某水库建于南岭构造带与川滇经向构造带交接区的金殿 呈贡东西向构造与南北向的白邑村 龙潭箐大断层交界处 区内构造运动频度高 受其强大的南北向构造运动影响 东西向构造形迹均不同程度受到破坏 呈不连续、分段出露于南北向构造线之间 两者多属截接或交接关系库盆区分布东西向和南北向两组构造线如图 所示 其中东部以南北向断层和背斜构造形迹为主 是压应力迹线 西部以东西向褶皱构造线为主 是南北向压应力形迹 向的平推逆断层()是区内最大剪应力迹线 根据应力网络和构造形迹 可以将其划分为南北向和东西向两种构造体系 南北向构造体系形成于东西向构造体系之后 并造成对东西向构造体系被改造 水库枢纽地处两种构造体系交接处 形成截接关系 地质构造与地层岩性如图 所示 在南北向偏心压力作用下 产生了倾伏背斜()、向斜()和其他断裂(有 等)第二次受力是东西向的压应力 在枢纽区东部产生了横向褶皱(、)与东西向褶皱(、)轴线直交 枢纽区主要受北西和南东一对最大剪应力影响 南西盘向南东方向推移将背斜()和向斜()东端向南弯曲 背斜北翼显凸侧 容易形成应力集中 在南东方向的拉应力下 产生了 张扭性断层 然后使原有的东西向断层复活(有、等)其二 在向斜东南端 被 切割 断层互相交错 综上 水库工程区具有如下构造复合特征()背斜北东翼属应力集中区 断层发育密集 形成构造破碎区域 断层规模较大 断层破碎带宽达 余米 张扭性断裂发育 延伸长张开宽达 余厘米 裂隙率 条/()沿/不整合面环绕 倾伏端的外理论研究水利技术监督 年第 期图 区域地质构造示意图 枢纽区 坝轴线 背斜及编号 向斜及编号 断层及编号图 枢纽区地质构造示意图 背斜编号 向斜编号 、断层编号 砂页岩 泥岩 泥灰岩 灰岩 、砂岩 灰岩 地层界限与假整合线 钻孔弧圈 形成破碎接触带 相连两构造层经受两次以上的应力作用 在这种情况下 其应力较易集中垂直层面的张性、张扭性裂隙和层面裂隙极其发育 裂隙密度约 条/()背斜倾伏端马鞍型张扭性裂隙发育 多呈楔形并向核部尖灭形态产出 裂隙密度由外弧带向内弧带减弱 内弧带裂隙多闭 合 密 度 条/()背斜南翼向北凹 主要发育东西向压性结构面 张裂隙弱发育 不发育()向斜东南扬起端断裂构造互切 构造复杂 向斜深度很深 张裂隙很发育()向斜与背斜间产生南北向横跨褶皱()两组褶皱受挤压强烈 在隆起部位拉张裂隙较发育 岩体透水性与漏水点分布 各构造部位的岩体透水性岩体透水性通常与岩性相关 但是在构造复合区域往往受控于构造发育和影响程度()在地层破碎接触带(/)岩体透水性极严重 透水率呈规律性变化 在、砂岩中 透水率随着深度增大而增大 如图 所示而不整合面以下 灰岩 岩石透水性随深度增大而降低 如图 所示图 岩组透水率()与 深度()关系散点图()在断层发育密集的背斜北翼 通常断层间断块岩体极为破碎 开口裂隙普遍 透水性极强()而断层自身随断层性质而异压性断层多为阻水断层(例如 断层带 /)张性和张扭性断层多为导水断层(例如 断层带 /)总之 背斜凸翼受 到 张 性 断 裂 结 构 面 的 影 响 岩 体 透 水 性较强()背斜倾伏端外弧带 张性、张扭性断裂密集发育 岩体透水性强烈()背 年第 期水利技术监督理论研究图 灰岩透水率()与 深度()关系散点图斜核部岩石(内弧带)透水性减弱()而软岩 较软岩裂隙微张 闭合 透水性较弱()()向斜构造带 位于核部的上覆岩层灰岩 除顶、底板接触带强岩溶区透水性较强外 通常透水性不大 但是 在下伏砂岩地层、中 岩体透水性随着深度的增大而增大 并且上部砂岩多属相对隔水层 究其原因 为向斜上部岩石受压 中下部岩石受张拉 致使岩体中开口裂隙发育 透水性强()南北向横跨褶皱构造区 因两期构造力组合影响形成轴向直交的两个褶皱 轴部隆起部位产生张 裂 隙 所 以 岩 石 透 水 性 较 强(平 均 )而在凹槽区 两次受压 裂隙多闭合通常岩体透水性相对较差(/的漏水点(段)对岩体渗透系数进行统计 并绘制出分布曲线 如图 所示()勘探查明 工程区岩体漏水点主要集中在 高程区域 漏水点频率高 空间上/假整合面位于此高程 而 顶界为一古侵蚀面 具有很强的渗透性 高程在时间上 属区域一级剥蚀面的水平岩溶发育期 所以 灰岩岩溶较发育、岩体透水性强烈 在钻孔揭穿上覆 砂岩层时 孔内干燥无水 变为干孔由此可见 不管受构造影响如何 碎屑岩与碳酸盐岩的假整合古侵蚀面附近岩体渗透性都很强烈 同时岩溶也十分发育 因此 工程场址对地层假整合面的研究有重要的价值和意义()背斜倾伏区部位 沿/破碎接触带呈弧形分布 在不整合面以上、砂岩岩石完整性较差 透水性强 漏水段分布频率高 占总漏水段的 不整合面以下 灰岩岩溶极发育 所以背斜外弧带中 灰岩漏水量频率最高 占比达 所以沿此破碎接触带中的 灰岩形成集中渗漏通道的可能性最大、风险最高 通过连通试验 也证实了它的连通性较好 地下水力比降为 平均流速达/分析表明 由于受构造的影响 古侵蚀面上的透水性和岩溶发育程度也有较大的差别()向斜内 灰岩顶部水交替循环强烈 漏水段主要集中在灰岩顶部()岩溶发育区 透水率高达 但不是在整个灰岩岩层中分布 灰岩中下部裂隙及岩溶均不发育属中等透水层 岩体透水率 图 钻孔漏水点及其频率分布图(下转第 页)年第 期水利技术监督理论研究图 不同施工阶段既有隧道沉降结果 结语文章依托某新建隧道下穿既有大直径盾构隧道工程 分析新建隧道对既有隧道的变形影响 结果表明新建隧道的沉降曲线呈“”型分布 受新建隧道影响 既有隧道的拱顶最大位移为 变形满足规范的安全性要求 管片接缝处会有较大的应力集中现象 因此 施工中要严格控制该软弱处的变形 以防意外出现 数值模拟表明 受新建隧道影响 既有隧道拱顶位移大于拱底 管片拱顶向内侧位移 管片腰向外侧位移 拱底接缝处有张开趋势 由于数值模拟结果可能与实际情况存在一定偏差 新建隧洞施工应加强对既有管线实时监测 交涉扰动 确保施工安全参考文献 林世奇 王海君 郑晓光.新建地铁盾构下穿既有江心洲的隧道管片受力安全分析.建筑技术开发 ():.王京涛 王宁青 翟红侠 等.新建隧道下穿运营线对地表及既有隧道影响模型试验研究.安徽建筑 ():.钟彦之.新建高速公路隧道下穿既有铁路隧道施工影响分析.四川建筑 ():.甘晓露 俞建霖 龚晓南 等.考虑上浮效应的盾构下穿对既有隧道影响研究.土木工程学报 ():.付春青 张功 张雯超 等.盾构法近距离下穿施工对既有盾构隧道的影响.科学技术与工程 ():.周中 张俊杰 丁昊晖 等.基于 的盾构隧道下穿既有隧道沉降预测模型/.岩石力学与工程学报:.黄春峰 赵苏文 孙淼军 等.基于 的新建下穿隧道对既有隧道的影响分析.水力发电 ():.刘杰.输水隧洞穿越节理破碎岩洞段大变形控制方案比选研究.水利技术监督():.(上接第 页)()向斜凹槽带 岩层两次受压 开口裂隙少见 漏水段分布少 尽管呈一地下水低槽 但未必能构成地下水的集中渗漏通道 所以 在地下水低槽中 是否能够形成集中渗漏 应该对其形成条件和所处构造部位进行具体分析 岩体渗透性规律综合以上分析 该水库坝址区岩溶渗透性 在某种程度上反映了地质构造复合区域的渗透性规律 也反映出在构造复合应力集中区域岩体渗透性强烈的特征 它既有特殊性规律 也有普遍性规律 所以 分析总结有如下的认识()不管构造影响程度如何 在碎屑岩系和碳酸盐岩系假整合接触古侵蚀面附近岩体 具有强烈渗透性规律 岩溶也十分发育 且在应力集中的假整合构造破碎带内 更容易形成集中渗漏通道()构造复合应力集中区域(背斜凸翼)断层密集 但岩体透水性差别较大 张性、张扭性断层渗透性较强 压性、压扭性断层渗透性较差()通常情况下 岩体透水性随着深度的增大而降低 但是在应力集中的两构造层破碎带中 在界面以上覆盖层的岩体透水性随深度的增大而增大 在向斜槽部的一定深度范围中 如图 所示(向斜 深度)的岩体透水性也随着深度的增大而增大()不对称或对称性差的倾伏背斜中 凹翼透水性弱、凸翼透水性强 倾伏端内弧带透水性弱、外弧带透水性强()横跨褶皱凹部透水性较差、隆起部位透水性较强 结语()构造体系复合区域分布的古侵蚀面 通常会形成水库渗漏通道()在构造体系复合的应力集中部位 含水层与隔水层划分必须以岩性为基础 以构造为条件综合判定()在多期应力集中形成的向斜构造或破碎带中 岩体透水性随深度增加而增大()本文对构造复合地区岩体渗透性规律分析研究成果在其它工程实践中已经(下转第 页)年第 期水利技术监督理论研究头损失增大 防渗效果较好 渗流对大坝边坡的稳定性影响减小 有利于提高大坝安全性 加固前后稳定性安全系数大坝加固前、后稳定性安全系数如图 所示由图 可以发现大坝除险加固前稳定系数 不符合规范要求的 大坝虽处于基本稳定 但失稳的风险较大 具有一定的安全隐患 经过防渗墙加固防渗施工后其稳定系数提高到 稳图 大坝加固前、后稳定性安全系数定性满足相关规范要求 结语本文依托郎溪县龙须湖水库除险加固工程 对防渗加固处理方案进行比选 采用数值模拟法分析加固后坝基稳定性 得到以下结论:()综合对比高压喷射灌浆防渗技术和混凝土防渗墙技术 混凝土防渗墙虽然工程投资较高 但对于龙须湖大坝的地层适应能力更强 防渗效果和耐久性好 因此选用混凝土防渗墙技术()通过加固前后的数值模拟计算 分析了渗流流量、流线、稳定安全系数在加固前后的变化计算结果表明混凝土防渗墙达到了预期效果 安全系数得到大幅提升()由于模拟计算的结果可能与实际存在一定的偏差 因此建议加固工程完成后 加强对水库的安全监测及定期复核 保障水库运行安全参考文献 张向勇.水库除险加固安全评价中坝体渗流的稳定性分析.水利科技与经济 ():.朱祖友.水库大坝除险加固防渗设计处理分析.黑龙江水利科技 ():.赵丹丹.九家湾水库除险加固设计洪水分析.河南水利与南水北调():.吕晓薇.宝鸡市钓鱼台水库除险加固坝体防渗方案浅析.地下水 ():.林志远.曹玲水库除险加固存在的问题及对策.河南水利与南水北调():.许树春.小型水利工程质量监督管理探讨.水利技术监督():.傅军 徐煜佳 马甜伟.基于水淋法测试技术的墙体抗渗性能综合评价体系研究与构建.水利规划与设计():.(上接第 页)得到尝试和验证 在无勘探、试验地区 可通过地质测绘 结合构造复合特征分析预判水库成库条件效果十分显著 不足之处是缺乏地质力学建模研究数据进一步分析验证参考文献 薛伟 袁宗峰 周密.西南地区某岩溶水库渗漏分析.中国岩溶 ():.冯志刚 刘谢伶.构造条件对水库岩溶渗漏的影响研究.红水河():.刘浪 李致伟 邵俊琦 等.滇东北会泽地区叠加褶皱特征及构造演化.地球科学与环境学报():.余达远 田优平 毕青 等.滇中地区区域应力场研究.云南大学学报(自然科学版)():.张电吉 白世伟 杨春和.裂隙岩体渗透性分析研究.勘察科学技术():.李东旭 温长顺.构造复合系统分析.地球科学():.邹福华.某水库防渗墙设计及地质构造影响下的渗透与应力特性研究.水利技术监督():.徐庆功.基于示踪试验的水库渗漏检测应用研究.水利技术监督():.张文双.水库大坝地质条件分析及渗漏量计算研究.水利技术监督():.刘茂 周义波 刘军.岩溶洼地成库地质论证及防渗处理.水利规划与设计():.