揭秘白鶴灘水電站的柱狀節(jié)理玄武巖結(jié)構(gòu)特性

白鶴灘水電站壩址區(qū)的柱狀節(jié)理玄武巖結(jié)構(gòu)特性相當(dāng)獨(dú)特，這些特性對(duì)水電站的設(shè)計(jì)、施工以及長(zhǎng)期的安全運(yùn)營(yíng)都有著重要的影響。

1、壩址區(qū)地形地貌

白鶴灘水電站壩址區(qū)屬高山峽谷地貌，地勢(shì)南高北低，向東傾斜。河谷因河流深切成不對(duì)稱(chēng)的“V”字型，右岸為藥山山脈的西坡，山頂高程在3000m以上，其中1000-1400m高程往下主要為陡崖地形，以上地段為呈現(xiàn)緩坡的臺(tái)地；左岸為大涼山山脈的東南坡，山頂高程約2600m，其中900-1100m高程往下為陡崖地形，左岸邊坡總體上為向河谷傾斜的斜坡。總體上，右岸地形較陡峻，左岸稍緩，如圖1所示。

圖1 白鶴灘水電站壩址區(qū)地形地貌情況（lin P, et al. 2019）

2、壩址區(qū)柱狀節(jié)理玄武巖空間分布情況

壩址區(qū)主要出露二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖（P2β）與三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組砂頁(yè)巖（T1f），河床及緩坡臺(tái)地上分布有第四系松散堆積物。與拱壩安全穩(wěn)定性直接相關(guān)的是二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖（P2β）。電建華東院關(guān)于白鶴灘水電站的研究報(bào)告中明確指出，由于冷卻收縮作用，位于壩址區(qū)范圍內(nèi)的玄武巖第三層中部柱狀節(jié)理發(fā)育，密集發(fā)育的柱狀節(jié)理將巖體切切割成不連續(xù)的柱體，加上玄武巖塊體內(nèi)部原生隱裂隙發(fā)育，使得柱狀節(jié)理巖體強(qiáng)度、變形特性研究與工程巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)等對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)與施工具有重要意義。

實(shí)際地址調(diào)查發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)柱狀節(jié)理主要在以下8個(gè)亞層內(nèi)發(fā)育，即：P2β22、P2β23、P2β32、P2β33、P2β41、P2β61、P2β71與P2β82。各層內(nèi)柱狀節(jié)理發(fā)育不均，柱體直徑與長(zhǎng)度各異。其中，P2β22、P2β23主要分布在壩址下游及河床深部，P2β61、P2β71與P2β82主要分布在壩址右岸較高高程處，其分布特征對(duì)實(shí)際工程影響較?。籔2β41塊體直徑較大，結(jié)構(gòu)性好，可當(dāng)做一般玄武巖體處理；P2β3巖流層內(nèi)P2β32、P2β33主要分布在兩岸底高程及河床壩址范圍內(nèi)，柱狀節(jié)理在此處最發(fā)育，是影響大壩、地下硐室與高邊坡穩(wěn)定性的主要因素。

白鶴灘水電站壩址區(qū)地質(zhì)剖面簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 壩址區(qū)地質(zhì)剖面簡(jiǎn)圖（榮冠等, 2009）

3、柱狀節(jié)理玄武巖柱內(nèi)原生節(jié)理面

白鶴灘水電站工程巖體P2β32與P2β33亞層除發(fā)育柱狀節(jié)理外，內(nèi)部微裂隙發(fā)育也較明顯。對(duì)工程性狀影響較明顯的為：近似平行于柱軸方向的陡傾角原生節(jié)理面與垂直于柱軸方向的緩傾角節(jié)理面。郝憲杰等探究了柱狀節(jié)理玄武巖隧洞的破壞模式與破壞機(jī)制，文中隧洞穿過(guò)的P2β32亞層主要是第二類(lèi)柱狀節(jié)理玄武巖，P2β33亞層主要為第一類(lèi)柱狀節(jié)理玄武巖。郝憲杰等指出沿節(jié)理面滑移，是最常見(jiàn)破壞模式之一，同時(shí)柱狀節(jié)理巖體內(nèi)部存在著多組節(jié)理面，多方向的節(jié)理面相互切割導(dǎo)致實(shí)際工程柱狀節(jié)理巖體異常破碎；尤其是柱內(nèi)隱節(jié)理面的存在，洞室表層圍巖因開(kāi)挖卸荷產(chǎn)生法向張拉作用力，隱節(jié)理面發(fā)生張開(kāi)導(dǎo)致柱狀節(jié)理面貫通，柱內(nèi)緩傾角隱節(jié)理面將母巖切割成多段小柱體而滑移。因開(kāi)挖卸荷、應(yīng)力重分布及與軟弱下臥層等結(jié)構(gòu)面的組合作用，內(nèi)部原生隱節(jié)理面對(duì)工程特性影響較大。

其中，柱內(nèi)陡傾角節(jié)理面主要包含兩組，第一組產(chǎn)狀N35-55°W，NE（SW）∠80-85°與產(chǎn)狀N70°E，NW∠70°；跡長(zhǎng)約0.3-2.0m不等，裂隙面光滑、彎曲；微新?tīng)顟B(tài)下裂隙面閉合，弱風(fēng)化部位上段發(fā)現(xiàn)裂隙張開(kāi)0.5-1.0mm。柱內(nèi)緩傾角節(jié)理面發(fā)育長(zhǎng)度較短，跡長(zhǎng)3-20cm不等，通常情況下并未貫穿單個(gè)柱體，傾角約為10-30°；微新?tīng)顟B(tài)下因裂隙閉合未見(jiàn)發(fā)育，弱風(fēng)化部位下段可見(jiàn)。

白鶴灘水電站壩址區(qū)柱狀節(jié)理面及柱內(nèi)原生節(jié)理面可見(jiàn)圖3。

圖3 壩址區(qū)柱狀節(jié)理玄武巖柱內(nèi)原生節(jié)理面示意圖（江權(quán)等, 2013）

由圖3可以看出，白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖除柱狀節(jié)理面發(fā)育外，柱內(nèi)陡傾角節(jié)理面和柱內(nèi)緩傾角節(jié)理面亦對(duì)工程特性影響較大。

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供稿：孔洋（水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院）