黄河大柳树水利枢纽要紧工程地质问题及评判Word下载.docx

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~38°

之间，如卫宁北山，黑山－红山－红石沟峁一带，五佛川－大庙断层等。

要紧由近东西向展布的压性断裂和褶皱组成，构造形迹多呈舒缓波状展布。

构造形迹形成于加里东期，一直活动到燕山运动初期。

　　陇西系旋扭构造带

　　陇西系旋扭构造带，对本区构造格局起着操纵作用。

该带形成于燕山运动晚期，要紧由向北东方向凸出的弧形隆起带和拗陷带组成。

区内要紧发育有景泰－海原断裂带和中卫－同心断裂带。

（1）景泰一海原断裂带：

景泰－海原断裂带以米家山、西华山与南华山隆起及西侧山前断裂为主体，总长度达400余km，带宽15～25km。

断裂规模大，且呈束状展布。

沿断层走向可见到沟谷、水系、山脊等微地貌被左旋错断。

该断裂带不仅有多次活动，且全新世以来还在强烈地活动。

据国家地震局专题研究功效，该断裂带为壳内断裂。

（2）中卫－同心断裂带：

展布于同心西和中卫南的天景山、香山北麓一线。

全长约200km。

以红谷梁为界，断裂带西段走向北西西至近东西向，北侧是以中新统为基底的山前台地及第四纪中卫盆地；

南侧是古生界为主体的宽大山体。

断裂带东段走向由北西西向慢慢转化为北北西向，东侧为新生代清水河断陷盆地，西侧是新生代地层组成的低山丘陵。

据重力梯度测试，该断裂带下切深度不大，属基底断裂。

　　河西系构造带

　　河西系是本区新生代以来进展起来的构造形迹。

其整体走向为NW320°

～340°

，略呈等距平行断续带状展布。

操纵着新生代槽地和谷地的发育，地貌上常形成冲沟。

区内河西系构造带要紧散布于粉石沟及其以东地段和小观音周围苦水沟及翠柳沟等地。

　　新构造运动

　　受青藏高原隆起阻碍，本区存在一系列向北东凸出的弧形断裂带，由南而北其弯曲弧度愈来愈大，下切深度慢慢减小。

构造规模与活动速度，由南向北由强变弱。

　　大柳树坝址位于景泰—海原活动断裂带和中卫—同心、活动断裂带之间香山—天景山隆起的边缘，是一个相对稳固地域，尽管距中卫—同心活动断裂带较近，但坝址并非位于活断层上。

　　景泰—海原断裂带位于大柳树坝址以南60km处。

断裂带规模大，活动性强。

在该断裂带上近代地震活动频繁，1920年海原级地震即发生在该带上。

这次地震对大柳树坝址阻碍烈度为7度。

　　中卫—同心断裂带规模相对较小，活动性较弱。

该断裂带在不同部位活动强度也不尽相同。

整体来看，弧顶部位所在的中间段落要强于两头段落；

以东大沟为界，东段活动强度要强于西段。

　　东段断裂南侧香山、天景山与北侧第四纪卫宁盆地高差达1100m，而西段断裂带双侧地形高差仅为700～800m。

　　从水系位移情形来看，东段通过断裂的冲沟普遍发生左旋位移，红谷梁至碱沟，各类冲沟左旋位移十分明显，且有许多断头沟和废弃沟显现。

西段水系左旋位移不明显。

　　东段断裂北侧卫宁盆地第四系堆积物揭露最大厚度达298m，而西段断裂北侧为腾格里沙漠南缘，第四系厚度很小，在沟谷内多见基岩出露。

　　1709年和1852年发生的2次6级以上强震震中集中于断裂东段，西段没有6级以上强震。

1970～1985年西段断裂带上仅有1次～级小震活动，而东段，～级小震却有37次。

1709年中卫南级地震，东段见有明显的地震形变带，而西段地震形变带不明显。

这次地震对大柳树坝址阻碍烈度为8度。

　　大柳树坝址不存在工程抗断问题

　　坝区要紧断裂展布

　　大柳树坝址位于断层F7与F3之间，北至F7断层最近距离，南距F3断层约，坝址南侧约有F1断层展布。

F201断层位干F7断层以北处，距大柳树坝址最近距离为。

　　F7断层：

沿香山北麓散布，西起麻雀湾，东至粉石沟，长约23km。

产状NW70°

～80°

SE∠40°

～70°

，是一条压性逆断层。

南盘为寒武系中统香山群第四亚群，局部地段为泥盆系，北盘为石炭系煤系地层。

　　F3断层：

长约10km。

断层走向NE65°

，近直立。

东段在烟筒梁周围与F7断层归并，西段在在贼沟一带归并于F1断层，为F1和F7的分支断裂。

北盘为中寒武系香山群第四亚群或泥盆系，南盘为石炭系煤系地层。

　　F1断层：

位于坝址南侧，延伸长度31km。

断层产状NE80°

～NW300°

SE（SW）∠51°

～78°

。

断层整体表现为中寒武系香山群第四亚群，向北逆冲到石炭系或三叠系之上。

　　F201断层：

西起麻雀湾，向东延伸至长流水沟口，全长约8km。

断层走向NE75°

～NW280°

，偏向南东或南西，倾角50°

不同出露位置，断层阻碍地层也不尽相同。

在西端麻雀湾一带可见石炭系地层逆冲到第三系之上，东端长流水沟口石炭系地层那么逆冲到第四系冲积砂砾石之上。

　　从断层规模来看F201断层明显小于其南侧的F7、F3、F1断层，不管从平面仍是剖面上，与上述断层均无交切。

　　坝址区不存在活断层

　　坝址构造均受断层F7与F3操纵，因此，坝址断层的活动性要紧取决于断层F7与F3的活动性。

该断层活动时期在中更新世及以前，晚更新世以来没有活动迹象，要紧依据有：

（1）从地层学方面分析，F7断层上覆厚度不等的第四系冲洪积或坡积层，现场勘探证明，都没有被断层扰动的现象。

通过黄河六级和七级阶地探槽剖面可见，阶地基座仍维持了黄河冲洗形成的平整侵蚀面；

基座上堆积的中更新统冲积砾石层呈水平状，均维持了原始堆积形态；

不存在断层活动产生的变形现象。

因此，从地层学方面分析，F7断层至少在中更新世初期以后没有活动迹象。

（2）从微地貌特点分析，F7断层一样显现于山坡半腰，跨断层的地形面并无坡度突变现象。

跨断层的洪积扇面、山坡面也没有受到断层活动的阻碍。

在穿越F7断层的114条冲沟中，直穿断层而过的有94条，占83％，即冲沟穿越F7断层处没有明显的规律性的扭错现象。

由此可见，F7断层属于老的构造线，未受到最新活动的阻碍。

　　（3）地层年代方面，利用断层泥中石英所作热释光年代测定，F7断层最晚一次活动时期是在距今约110万～115万年。

冰沟内，在一级阶地上被2m厚的冲洪积物覆盖。

断层双侧阶地面持续完整，没有发觉断层活动迹象。

依照断层泥中石英热释光测定其最后活动距今为56万年，说明F3断层至少在中更新世以来没有再活动的表现。

断层沿线没有明显的构造地貌，从冰沟内和马和井沟观看，石炭系地层挤压强烈，局部地段形成断层泥带，据断层泥中石英颗粒显微特点研究，该断层要紧活动时期在上新世至中更新世时期。

　　通过地层学、地貌特点及测年资料分析，坝址周围的F7、F3及其以南的F1断层，其活动时期均在中更新世或以前，晚更新世以来无活动迹象。

　断层活动可不能引发大柳树坝址断层活动

　　依照国家地震局研究功效，中卫—同心断裂带中段活动性，具有明显的时空转换规律，即随着时刻的推移，断裂带活动由南向北迁移，晚更新世以来，该断裂带的活动已迁移到F201断层及其以北地域。

在孟家湾村东，由于第四系松散堆积物较厚，一样难以见到断层面。

在地貌上表现为5～8m高的断层崖，流经F201断层的水系大部份表现出左旋扭曲的特点。

　　探槽揭露F201断层在晚更新世以来有过5次古地震事件。

5次古地震事件代表了5次较强烈活动，但均未引发更靠近坝址的F7、F3等断层活动。

　　从断层活动特点来看，F7、F3、F1断层表现为挤压逆冲特点，活动时期在中更新世以前，而F201断层那么表现为左旋走滑兼逆冲特点，断层活动一直持续到全新世，这一点与上述断层明显不同。

　　F201断层不管从平面仍是剖面上，与F一、F3、F7断层均无交切，二者无同生和共生联系。

F201断层即便进一步活动也不可能引发F7及以南断层的活动。

　　综上所述，大柳树坝址处于景泰－海原和中卫—同心活动断裂带之间相对稳固地块上，枢纽区不存在活断层，F201断层的继续活动可不能引发坝址断层的活动。

因此，大柳树坝址不存在工程抗断问题，而仅是在地震大体烈度基础上的抗震问题。

　　地震大体烈度及地震动参数

　　依照国家地震局分析预报中心1991年研究功效，本区14世纪以来可划分为2个地震活动期，目前处在第二活动期起伏衰减时期。

依照地震活动时空散布特点，中卫—同心断裂带不处在本活动期强震发生的主体活动地带。

50年超越概率为时，其地震大体烈度为8度，相应的基岩峰值加速度为。

　　2001年2月由国家质量技术监督局发布、2001年8月1日实施的《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306—2001）。

依照该图大柳树坝址与小观音坝址同处于地震动峰值加速度范围内，即相当于地震大体烈度8度。

　　2建坝工程地质条件

　　大体地质条件

　　黄河由北北东向转为北东东向流经坝址，于右岸形成凸岸。

坝址河谷呈“U”字型，两岸岸坡坡角33°

～40°

，略显不对称，地形相对高差约300m。

　　坝址位于F3与F7断层之间，两断层在坝址部位相距。

坝址区发育有大柳树倒转背斜。

两岸基岩袒露，基岩地层要紧为寒武系中统变质砂岸夹板岸或千枚状板岩。

地层产状NE60°

SE∠30°

～85°

，左岸褶曲发育段偏向北西。

岩体中断层、挤压带、节理、裂隙等构造形迹发育。

两岸冲沟发育，谷坡中上部风化卸荷作用较强烈。

　　关于“大范围松动岩体”

　　大柳树坝址岩体完整性较差，但不存在“大范围深厚松动岩体”，要紧依据有：

（1）坝址地应力场特点说明不存在“大范围松动岩体”、“构造应力释放殆尽”，自重应力大于水平应力，是所谓大范围松动岩体的地应力场特点。

运用水压致裂方式进行的73段次地应力测量，测点高程为～1301m。

结果说明，大柳树坝址为挤压应力场，最大水平主应力一样为4～6MPa，最大，最大主应力方向呈NE17°

；

而最小水平主应力一样为2～4MPa，大于自重应力。

全区为构造应力场，不具有所谓大范围松动岩体的地应力场特点。

（2）岸坡存在通常工程地质上的卸荷、风化现象，而不是“大范围松动岩体”。

大柳树坝址由于构造发育，加上冲沟切割，两岸岸坡卸荷、风化带厚度较大，卸荷带水平厚度左岸为0～40m，右岸为0～；

强风化带厚度左岸为～42m，右岸为～42m。

风化、卸荷带厚度要紧受到岩体完整性和地形地貌等操纵。

贯穿右岸山体的346平硐长达，硐底高程1344～1347m，高出河水面100余m。

平硐近北口即位于所谓大范围松动岩体的中部。

开挖情形说明：

硐壁岩体挤压紧密，仅局部有与断层相配套的张开裂隙，散布于压性逆断层上盘或断层交汇带，为典型的构造张裂隙；

除此之外，全硐不存在地震力或重力作用产生的张开结构面。

并非存在某一高程（1265m）以上岩体普遍强烈松动。

由上述资料可知，尽管本坝址卸荷带、风化带厚度较大，但岸坡卸荷带仅限于表部岩体，不存在“大范围深厚卸荷松动岩体”。

　　（3）岩体纵波速度反映了岩体的质量，并非能说存在“大范围松动岩体”波速值高低要紧受岩性、构造发育程度及风化、卸荷等条件的制约。

沿洞壁进行地震波测试，强、弱、轻风化岩体纵波速度别离为1100～2900，1500～3500，2300～3800m/s。

随埋深增加，风化程度减弱，波速值慢慢增高，这也说明不存在“深厚松动岩体”。

对穿测试共进行了8对，且均进行了CT剖面分析。

除位于倒转背斜倒转翼、平硐埋深小的323～32五、327～325m两对平硐之外，硐间岩体纵波速度小于2000m/s者约占20％，2000～2800m/s者约占％，2800～3600m/s者占％，岩体波速大于3600m/s者约占4％。

坝址平硐硐径2m，其开挖松动圈厚达～，说明平硐开挖人工爆破阻碍较大，硐壁围岩长期临空卸荷、裂隙张开，从而致使硐壁岩体波速较低。

硐间岩体波速明显高于硐壁岩体波速，反映硐间岩体完整性较好。

　　（4）岩体渗透特性不均一，不存在岩体大范围松动的严峻透水渗漏。

据坝址两岸（高程1250m以上）68个钻孔797段、总长度压水实验资料统计，极微透水（小于1Lu）和微透水（1～100Lu）段约占总实验段长的64％，中等透水（5～10Lu）和较严峻透水（10～100Lu）段占总实验段长的34％，而严峻和极严峻透水段仅占总实验段长的2％。

即不存在“大范围松动岩体”的严峻透水渗漏。

整体来看，岩体透水性不均一，要紧受岩性组合、岩体完整性操纵。

同时随埋深增加，风化程度减弱，透水率慢慢减小。

　　坝基工程地质

　　坝址河谷为斜向谷，基岩为浅变质的长石石英砂岩夹板岩或千枚状板岩，岩层偏向上游偏右岩，河床覆盖层5～11m，无大断层散布，河谷下部岩体相对较完整。

两岸地下水位略高于河水位，相对隔水层埋藏较深。

　　沿趾板线按岩体特点可分为三段，即左岸、河床和右岸。

其中左岸由于处于褶曲转折端，卸荷深度较大，可研时期设计开挖深度达40余m。

本区岩体具有岩石强度高，但岩体完整性较差的特点。

为了研究岩体可灌性，及采纳固结灌浆以提高趾板建基高程、节省开挖工程量的可能性，在左岸趾板周围进行了一个区灌浆实验，灌浆段均处于卸荷带岩体中（均为可研时期设计开挖线以上岩体）。

灌前和灌后进行地震波对穿测试，波速值由灌前的平均1670m/s，灌后提高至3210m/s，提高率达92％；

动弹模由灌前的（～）×

103MPa，提高到（～）×

103MPa，提高率223％～392％，透水率降到3Lu以下。

由此可见，坝址岩体灌浆成效明显，即在卸荷带岩体中通过灌浆处置也大体能够知足坝基加固和防渗的要求，存在将趾板基础举高，优化设计的可能，拟在下时期进行比较。

　　坝基岩体透水性较强，按透水率小于3Lu的防渗标准考虑，防渗帷幕深度左岸为70～110m，右岸为40～150m，河床为86～105m。

　　成洞条件

　　右岸隧洞区构造形迹发育，洞室围岩以Ⅳ类和Ⅲ类岩体为主，岩体质量中等偏下。

但岩石强度较高，全区处于挤压应力场，岩块间咬合较好，围岩变形阻碍范围有限。

设计洞线方向与最大主应力交角较小。

同时地下水水位低缓、水量少，施工期多数洞段处于地下水位以上，且岩体具有必然的自稳能力。

综合比较，大柳树枢纽的地下洞室成洞条件优于已建的小浪底工程，目前设计依照不同岩性别离采取短台阶开挖、挂网喷锚、超前锚扦、钢支撑等综合方法，能够保证平安成洞。

　　边坡稳固性

　　坝址两岸自然岩坡坡角33°

目前尚未发觉阻碍边坡稳固持续性较好、规模较大、偏向坡外的破裂结构面，天然岸坡是稳固的，不具有产生大规模岸坡失稳的条件。

　　隧洞进出口工程边坡为永久性边坡，其特点是坡度高且散布范围大。

发电洞、导流洞入口洞脸和表孔溢洪洞入口明渠右边边坡为顺向坡，隧洞出口洞脸及表孔溢洪洞入口边坡为反向坡。

由于岩体中破裂结构面发育，易形成不利组合，应尽可能降低开挖边坡高度。

目前设计已采取放缓开挖坡、喷锚、混凝土护坡、预应力锚索、打排水孔等综合工程方法，高边坡稳固是有保证的。

　　3结论

　　综上所述，大柳树坝址处于相对稳固地块，枢纽区不存在活断层，不存在工程抗断问题，地震大体烈度为8度。

坝址区岩体尽管完整性相对较差，但不存在“大范围的松动岩体”。

坝址主腹地质问题已大体查明，具有平安修建高土石坝的地质条件。