孟底沟水电站坝址区蚀变岩工程地质特性研究

摘要

蚀变岩的发育受结构面、（气）热液性质及其与围岩物理化学性质差异性等的控制，常形成由不同类型蚀变岩组合成的、具有较为明显分带性的蚀变岩带。由于蚀变作用对岩石物理力学性质常起到劣化作用，蚀变岩带常成为主要工程地质缺陷。孟底沟水电站坝址区花岗闪长岩体中普遍发育有热液蚀变作用形成的蚀变岩带，且蚀变岩带受后期构造活动改造，形成了坝址区主要的断层构造，致使蚀变岩带成为坝址区的主要工程地质问题。本文以该水电站坝址区蚀变岩体为研究对象，在分析蚀变岩带发育特征基础上，采用宏观与微观相结合的方法，研究了蚀变岩带的分带特性及其岩石学特征，采用物理力学测试手段研究了不同类型蚀变岩岩石的物理力学性质，进而划分了蚀变岩带的工程性状类型，并运用多种方法研究了不同类型蚀变岩（带）的力学特性。在此基础上，建立了蚀变岩体的工程地质分类方案，初步分析了建基面蚀变岩带的可利用性。取得了如下主要研究成果。
　　(1)在对坝址区蚀变岩地质背景分析及蚀变岩带系统调研基础上，将蚀变岩带按产出特征划分为断层型和裂隙型两大类，并将裂隙型蚀变岩带进一步划分为“带状”蚀变、“似层状”蚀变、单条“脉状”蚀变、“网格状”蚀变和“树枝状”蚀变等五亚类。研究确定了坝址区8条断层型蚀变带(AZ)和5条“裂隙密集型”蚀变带(ACZ)的空间展布及地质特征。
　　(2)蚀变岩岩石矿物学研究表明，蚀变岩带由中心向两侧具有不同程度的高岭石化、伊利石化、绿泥石化、绢云母化、硅化和碳酸盐化等，且由中心向两侧粘土化有逐渐增强的特征。据此，结合蚀变岩带的宏观地质特征，将蚀变岩带由中心向两侧依次划分为强交代弱粘土化带、弱交代强粘土化带和热接触软化带三个分带。并从工程地质角度，将蚀变岩分别称为花岗闪长岩、强交代弱粘土化蚀变岩、弱交代强粘土化蚀变岩和粘土化蚀变岩。
　　(3)采用物理力学试验方法，较系统地获得了不同类型蚀变岩的物理力学特性。结果表明，具轻微交代蚀变作用的花岗闪长岩物理力学特性主要受风化影响，弱风化～微新岩石物理力学特性较好-良好，饱和单轴抗压强度分别为67.7MPa和92.0MPa，强风化岩石物理力学特性差，饱和单轴抗压强度21.8MPa;各蚀变带岩石主要受交代蚀变作用影响，物理力学特性随粘土矿物增加、长石及重结晶石英减少而降低，弱风化强交代弱粘土化蚀变岩物理力学特性较好，饱和单轴抗压强度45.7MPa;弱风化弱交代强粘土化和强风化强交代弱粘土化蚀变岩物理力学特性差，饱和单轴抗压强度分别为19.9MPa和16.7MPa;粘土化蚀变岩矿物学特征和物理力学特性均与断层泥质物具有等同性。并通过回弹测试与单轴抗压强度、点荷载强度间良好的函数关系式，厘定了回弹值划分蚀变岩软硬程度的标准。
　　(4)结合蚀变岩带的地质分带模式，及各蚀变带岩石物理力学特性与蚀变岩带综合强度，将蚀变岩带工程性状类型划分为四类(S1～S4)，并系统地研究了各类蚀变岩带及花岗闪长岩的力学特性，其中，S1类蚀变岩带综合回弹值大于42、综合回弹饱和抗压强度大于60MPa、对穿孔波速大于4500m/s、变形模量大于10GPa;S2类蚀变岩带综合回弹值35～42、综合回弹饱和抗压强度45～60MPa、对穿孔波速3800～4500m/s、变形模量4.5～8.0GPa;S3类蚀变岩带综合回弹值27～35、综合回弹饱和抗压强度30～45MPa、对穿孔波速3200～3800m/s、变形模量3.0～4.5GPa;S4类蚀变岩带综合回弹值小于27、综合回弹饱和抗压强度小于30MPa、对穿孔波速小于3200m/s、变形模量小于2.0GPa;且S1～S4类蚀变岩带物理力学特性分别与微新次块状结构、镶嵌结构、块裂-碎裂结构和碎裂-散体结构花岗闪长岩具有较一致的对应性。
　　(5)针对蚀变岩带发育特征、分带性，及工程性状类型与花岗闪长岩结构类型及力学特性的对应性，选取饱和单轴抗压强度、岩体完整程度及蚀变岩带工程性状类型作为蚀变岩带岩体质量评价主要指标，建立了蚀变岩体工程地质分类方案。确定左岸微新风化带内断层型蚀变带(AZ)岩体质量为Ⅳ类岩体;通过对右岸“裂隙密集型”蚀变带综合变形模量、综合对穿孔波速的评价，将微新、无卸荷带内ACZ01～ACZ04和ACZ05“裂隙密集型”蚀变带分别综合划分为Ⅲ1和Ⅳ类岩体。并初步分析了建基面左、右岸断层型蚀变带和“裂隙密集型”蚀变带的可利用性。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 蚀变岩工程地质特性研究现状

1．2．2 岩体力学参数研究现状

1．2．3 岩体质量评价研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 研究思路及技术路线

1．5 论文主要创新点

第2章 研究区地质条件

2．1 区域地质条件

2．1．1 区域构造背景

2．1．2 区域地层、岩浆岩及蚀变岩

2．1．3 区域地质构造演化

2．2 坝址区地质条件

2．2．1 地形地貌

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 地应力场特征

2．2．5 水文地质条件

2．2．6 风化卸荷特征

第3章 岩体蚀变特征研究

3．1 概述

3．2 坝址区蚀变岩带发育分布特征

3．2．1 蚀变岩带规模特征

3．2．1 蚀变岩带产状特征

3．2．3 蚀变岩带类型

3．2．4 蚀变带空间展布特征

3．3 蚀变岩带分带特性及岩石学研究

3．3．1 蚀变岩带分带特性

3．3．2 蚀变岩岩石矿物学特征

3．4 小结

第4章 蚀变岩岩石物理力学特性试验研究

4．1 蚀变岩物理特性测试研究

4．1．1 蚀变岩物理特性测试及成果分析

4．1．2 粘土化蚀变岩物理特性及其与断层泥质物的对比分析

4．2 蚀变岩力学特性试验研究

4．2．1 蚀变岩单轴抗压强度试验研究

4．2．2 蚀变岩抗压强度间接试验研究

4．2．3 蚀变岩变形特性试验研究

4．2．4 粘土化蚀变岩、断层泥质物力学特性试验研究

4．3 蚀变岩软硬程度简易划分标准研究

4．3．1 蚀变岩软硬程度厘定

4．3．2 蚀变岩软硬程度简易划分标准

4．4 蚀变对岩石物理力学特性的影响分析

4．5 小结

第5章 蚀变岩带力学特性研究

5．1 蚀变岩带强度特性及工程性状类型划分

5．1．1 蚀变岩带强度回弹测试及性状分类指标选取

5．1．2 蚀变岩带工程性状类型划分及强度特性研究

5．2 蚀变岩体纵波速度特征研究

5．2．1 蚀变岩体典型平硐波速特征

5．2．2 蚀变岩带波速特征

5．3 蚀变岩体剪切特性试验研究

5．3．1 岩体剪切破坏类型

5．3．2 不同类型蚀变岩体剪切特性试验研究

5．4 蚀变岩体变形特性试验研究

5．4．1 试验方法及试点制备

5．4．2 不同类型蚀变岩体变形特性

5．4．3 蚀变岩体变形模量与波速的相关性

5．4．4 不同工程性状类型蚀变岩带综合特性

5．5 蚀变岩体综合变形模量研究

5．5．1 基于变形模量与波速经验关系对蚀变岩体综合变形模量的预测

5．5．2 基于“似层状岩体”变形模量解析解对蚀变岩体综合变形模量的预测研究

5．6 小结

第6章 蚀变岩工程地质分类研究

6．1 岩体工程地质分类概述

6．2 蚀变岩体工程地质分类指标及方案的建立

6．2．1 蚀变岩体工程地质分类影响因素

6．2．2 蚀变岩体工程地质分类指标选取及其对应性

6．2．3 坝基蚀变岩体工程地质分类方案

6．3 蚀变岩体工程地质分类成果

6．3．1 左岸断层型蚀变带工程地质分类成果

6．3．2 右岸“裂隙密集型”蚀变带工程地质分类成果

6．4 蚀变岩体物理力学参数取值

6．5 小结

第7章 建基面蚀变带可利用性初步分析

7．1 拱坝对建基面岩体的要求及可利用岩体的确定

7．2 孟底沟水电站拱坝坝基建基面拟定

7．3 建基面蚀变带可利用性初步分析

7．3．1 建基面蚀变带分布特征

7．3．2 蚀变带对坝基变形稳定性影响分析

7．3．3 蚀变带对坝基抗滑稳定性影响分析

7．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果