大桥水库主要工程地质问题分析评价Word文件下载.docx
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古地震强度野鸡洞最大为7级，其余两段为6～6.5级。
根据各段内最新断裂破碎带物质的年龄测定资料，紫马震，小盐井两段的新断裂是最晚更新世早期的产物，而野鸡洞则是全新世中后期形成的。
③紫马垮——田湾段，该段北起田湾，南至麂子坪，全长45Km。
该断层在晚更新世中期曾有过明显的活动，并以蠕滑为主。
沿断裂带内中小地震频率高，较大的是1951年新民5.1级和1989年石灰窑5.3级地震，表明段内断裂在全新世以来活动强度较其南段弱。
3.1.2外围历史地震对工程区的影响
据四川地震资料，在距工程区50Km范围内共发生中、强地震（M≥4.7级）3次，在距工程区100Km范围内共发生中、强地震14次，对工程区影响烈度达Ⅵ度以上者共7次，其特征见表1。
表1工程区内外围中、强地震一览表
序号
发震时间
震中位置
震级
震中烈度
震中距（km）
影响烈度
1
1489.1.6
西昌附近
6.7
Ⅸ
80
Ⅵ
2
1536.3.19
西昌北
7.5
Ⅹ
60
Ⅷ
3
1786.6.1
泸定磨西北
7.7
≥Ⅹ
110
4
1850.9.12
西昌、普格间
115
5
1913.6
冕宁小盐井
6
＜2
1923.8
5.5
7
1952.9.30
冕宁石龙
30
3.1.3地震危险区的划分
四川省地震局根据地震危险区划分原则和方法，结合未来百年内区内地震危险性统计和预测结果，对工程区外围沿主要活动断裂圈定了四个地震危险区（见表2）。
表2地震危险区一览表
地震危险区
名称
距工程区
距离（Km）
对工程区最大
杨福山区
41～69
小盐井区
6～6.5
1.4～5.25
野鸡洞区
6.5～7
9～24
紫马垮区
30～42
备注
表内距离系指距工程区最近和最远点的距离
3.1.4地震危险性分析及区域构造稳定性评价
工程区位于上述四个地震危险区的长轴方向上，按西南地区地震衰减规律，未来100年内对工程区最大影响烈度为Ⅷ度，经国家地震局审定[震发防（1990）548号文]大桥水库工程区地震基本烈度为Ⅷ度。
四川省地震局按已划出的潜在震源区及其震级上限，经计算给出了50年超越概率63%、10%、3%三种概率水平下的地震烈度和基岩水平峰值加速度（见表3）
表3坝址给定超越概率的地震烈度和基岩水平峰值加速度表
50年超越概率
地震动
63%
10%
3%
烈度
6.9
8.3
8.6
基岩水平峰值加速度（g）
0.15
0.33
0.43
根据区域深部构造背景，全新世以来断层活动程度及地震危险性分析成果，工程区处于石棉一冕宁次稳定区内。
坝址区内岩性单一，主要为印支期中酸性混染岩，发育不同方向的断层规模小，最长不超过2.8km，且断层活动主要是中更新世到晚更新世中。
早期，晚更新世以来已停止活动，故工程区内断裂不具备发生中、强地震的条件，在该区内修建100m左右抗震性能高的当地材料坝是可行的。
3.2水库诱发地震评价
3.2.1大桥水库诱发地震的地质条件
水库区处于大桥断陷盆地中，库水迳流来源于安宁河上游支流北径河和主流苗冲河，坝址以上控制流域面积796Km2。
根据库容和回水长度的不同，特将北径河库段划为主库段，把苗冲河库段划为支库段。
当正常蓄水位为2020m高程时，水库回水面积23.50km2，回水长度北径河主库10.5km，苗冲河支库6.05km，总库容6.58×
108m3，死库容0.59×
108m3。
大桥桥头至两河汇口约540m的北径河段为主库的库首段，两岸谷坡陡峻，基岩大部裸露，由辉长岩和中酸性混染岩组成，河谷呈“V”型，为峡谷地貌景观。
水库区内安宁河西支断裂（F3）呈南北向纵贯主库区，淹没长度5.0km，东支断裂（F6）在苗冲河支库尾段通过，淹没长度约2.2km。
北径河主库地形上为山间盆地，河谷开阔，最宽达3km。
库盆基岩主要为燕山期钾长花岗岩，北山关一带水库周边及库底为厚25～150m的冰水、冰三层覆盖，大桥桥头至黄坡山一带库岸为昔格达组地层。
苗冲河支库呈北东向展布，呈条带状，正常蓄水位处水面宽度，索桥至脚底段为1.0～1.3km，脚底以上至库尾段为100～300m。
右岸主要由澄江期花岗岩组成，左岸由白果湾群地层组成，索桥至马尔堡子段两岸库岸均由昔格达组地层组成。
东支断裂（F6）由野海子经苗冲河左岸向南延伸，其西侧的F8断层以北20°
～30°
东方向的马尔堡子和小盐井间与F6斜接。
上述条件表明：
组成库盆、库底岩石为坚硬的花岗岩类，东支断裂在库区段第四系以来活动性较强，因此，从岩性条件和地震活动性均有利于水库诱发地震
大桥水库库区内，库水覆盖的岩性以带节理裂隙发育的岩浆岩为主，同时在蓄水以后也淹没了安宁河东，西支断裂带的一部分。
因此，可以认为在水库蓄水后，库水的渗透情况较好，在被淹没的安宁河东，西支断裂部位，水的渗透情况会更好。
为将来水库蓄水后诱发水库地震提供良好的先决条件。
因此，从水库规模、库区构造，岩性及水文地质条件地震活动性分析认为大桥水库具备发生水库诱发地震的地质背景。
3.2.2水库诱发地震预测分析评价
3.2.2.1根据库区构造，岩性、水文地质条件水库地震诱发因素的分析，水库蓄水后在坝址大桥——甘家坟山段和苗冲河马尔堡子段有产生诱发地震的可能（见图3）。
3.2.2.2水库诱发地震危险性的定量评价
3.2.2.2.1用水库要素综合参数估算水库地震震级
水库地震震级M与水库综合参数E的统计关系式：
M=18.419-14.891E+4.697E2-0.445E3±
0.946
式中E=
大桥水库面积W=21×
166m2库水深Hmax=80m
库容V=6.58×
108m3
计算得E=3.023Ms=5.0
根据我国浅源地震震中烈度Ⅰ0与震级M的关系
Ⅰ0=
因此，大桥水库诱发地震震级为5级，震中烈度为6度。
3.2.2.2.2模式识别方法
用享明方法分析该水库蓄水后诱发震级Ms＜5.0；
用k-近邻法对大桥水库的识别结果，为可能诱发3.0≤Ms＜5.0级的水库地震，用费歇线性分类器识别结果为大桥水库蓄水后诱发地震最大震级Ms＜5.0级。
3.2.2.2.3灰色局势决策法对大桥水库进行决策评价表明：
水库蓄水后可能诱发O≤Ms＜5.0级的水库地震。
综上所述：
库坝区构造应力场的光弹模拟试验及有限元计算得出，在北西西向构造应力作用下，安宁河断裂呈出现与该断裂现今构造运动一致的特征，即以左旋走滑为主兼具倾滑的错动特征，给出了在该应力场作用下最大剪应力分布。
有限元计算还给出了考虑水的软化作用（岩石弹性模量降低20%）情况下，库区及邻区的应力场分布，由此推断，从大桥到安宁河西支断裂与野鸡洞断裂交汇处，是可能发生水库地震的地段。
从地质类比出发，讨论了大桥水库地震的可能性，划出了三个可能发生水库地震的地段，即安宁河东、西支断裂与库水直接接触段及其邻区和拟建坝址至大桥段。
采用模式模式识别法，灰色局势决策法和用水库要素综合参数估计了大桥水库水库诱发地震的震级，并根据我国浅源地震震级和震中烈度的转换关系得到相应的震中烈度，结果是震级M≤5，震中烈度和对坝址影响的烈度均为Ⅵ度，低于坝区的地震基本烈度。
3.2.3水库诱发地震的地震监测资料分析评价
根据四川省地震局水库地震研究所1999年4月20日提交的《大桥水利水电枢纽水库诱发地震监测研究报告》大桥水库遥测地震监测预测台网于1993年4月～6月开展勘选测试，7月提交了六个子台和三个中断站的定址报告，1996年4月1日正式投入测试。
大桥地震监测台网四年的本底地震观测资料分析研究认为：
安宁河东支段裂的淹没段（马尔堡子——大干河地段）为可能诱发上限震级为5.5级诱震区，安宁河西支断裂的淹没段（甘家坟山——大桥地段）为可能诱发地震上限震级为4.5级的诱震区。
按震级（M）与震中烈度（Ⅰ0度）关系式M=0.66Ⅰ0+0.98计算；
4级地震的震中烈度可达4.6度，4.7级地震的震中烈度可达5.6度，5级地震的震中烈度可达6度，5.5级地震的震中烈度可达7度，6级地震的震中烈度可达7.6度。
因此，大桥水库地区未来发生的水库诱发地震最高烈度为Ⅶ度。
综上所述，大桥水库诱发地震从地质类比预测分析结果与地震监测资料综合分析评价认为：
水库区区域断裂发育，具有产生水库诱发地震的地质背景，根据水库要求及计算表明，坝址—大桥—甘家坟山段和苗冲河马尔堡子段有产生水库诱发地震的可能，诱发地震震级小于4.5~5.5级，震中烈度最高为7度，小于坝区地震基本烈度（Ⅷ度）。
3.3副坝昔格达岩组建坝条件
3.3.1冕宁大桥水库可行性研究阶段推荐Ⅱ坝址方案相应在副坝沟修筑一副坝挡水，并拟定上、下两个坝址进行比较。
通过初步设计阶段地勘工作选定上副坝方案，拟建碎石土心墙坝，最大坝高29.4m。
上副坝地基岩石为第四系下更新统昔格达组（Q1x）的砂、泥岩、岩性软弱。
因此，在昔格达组砂、泥岩上能否筑坝，必须全面认识其工程物理力学特征，并论证在昔格达岩组上建坝条件。
3.3.2昔格达组岩石工程物理力学特征研究
3.2.2.1研究方法
①钻孔取样，为了保持天然含水量和岩样原有结构，岩心采取后立即用高分子树脂胶液涂刷两遍，再加塑料薄膜包装封，然后装箱，专车运送。
②对试样分别以土工，岩石两种方法对砂、泥岩进行试验对比。
③在Ⅵ号滑坡的竖井中，取滑带土进行试验对比。
④用室内化学分析试验与用扫描电镜分析、红外分析、X射线分析及TG-DTA分析进行检测确定昔格达组岩石的粘土矿物成份。
⑤通过膨胀、收缩、崩解等试验，根据干燥——饱和吸水率、胶结系数、胶结程度等论证岩石的胀缩性和软弱特征。
通过直剪试验（饱和快剪、饱和固块、饱和固结慢剪）和三轴试验，用峰值强度、稳定值强度、残余强度等综合论证岩石的剪切强度特征。
⑥用室内渗透变形试验与野外试坑注水试验对比，确定岩石的透水性特征。
⑦对褐黄色、灰黑色两种岩体进行原位载荷试验。
为达到上述目的，进行了大量的勘探试验工作，其主要工作量有：
机动岩心钻探1088.6m/26孔，岩石室内试验62组（其中岩石试验41组，土工方法试验21组），岩石渗透试验室内4组，现场3组，滑动带土抗剪试验2组，泥岩粘土矿物分析3组，岩石化学分析7组，胀缩特性、胶结程度试验15组，原位载荷试验4组。
3.3.2.2昔格达组岩石的工程地质特性评价
3.3.2.2.1岩石物理力学特性指标见表4、表5、表6、表7、表8、表9、表10
表4昔格达组泥岩粘土矿物分析成果表
试样编号
电镜扫描分析
红外分析
X射线粉晶衍射
TG-DTA分析
大ZK16ZHⅠ
水云母、少量高岭石，蒙脱石不明显
水云母，绿泥石，蒙脱石，碳酸盐，石英
水云母47%，绿泥石15%，蒙脱石2%，石英15%，长石6%，方解石5%
碳酸盐（774.9℃吸热为分解反应同时失重），石英（573℃吸热相变），有机碳（200～500℃缓慢放热），粘土（可能是蒙脱石）100℃以下脱出附水，64℃脱羟基水的吸热反应，并有失重。
大ZK16ZHⅡ
同上
大ZK16ZHⅢ
水水云母、少量高岭石，含石英、碳酸盐颗粒
水云母为主，含蒙脱石，绿泥石，碳酸盐占10%，石英<
5%
表5昔格达组岩石化学分析成果表
项目
粒粗化学成分%
有机质（%）
可溶盐（%）
PH值
Sio2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
灼减
SiO2/Al2O3
试验组数
最大值
56.24
7.71
25.40
0.96
3.54
7.24
4.33
1.07
0.11
7.3
最小值
52.50
7.17
22.06
0.77
2.81
6.14
3.62
0.74
0.07
平均值
54.47
7.38
23.49
0.86
3.21
6.80
3.95
0.95
0.08
表6昔格达岩组胀缩特性胶结程度评价表
项目
类型
膨胀
收缩
崩角
评价
自由膨胀率
率
力
体缩率
崩解
干燥-饱和吸水率
膨胀势
胶结系数
胶结
程度
%
Pa
砂岩
4.0
0.52
2.4
0.65
Ⅱ
37.5
弱
0.68
弱胶结
弱膨胀
粉砂质泥岩
0.24
2.3
1.53
Ⅱ-Ⅲ
42.6
0.88
泥岩
6.8
0.83
4.3
1.37
33.3
1.27
中等
中等胶结
表7昔格达组岩石抗压强度和变形成果表
岩性
抗压强度
变形试验
原状样
饱和
烘干
破坏强度
B50
MPa
102MPa
砂岩
0.78
3.83
0.44
0.89
13.2
0.87
4.69
0.31
1.73
0.79
13.4
1.60
5.42
0.30
表8昔格达组岩石渗透试验成果表
室内试验
现场试坑注水
初裂坡降
破坏坡降
渗透系数
K
KB%
×
10-4cm/s
22.5
＞53.1
1.04
5.01
泥岩
25.3
＞50.1
0.529
0.17
表9昔格达组岩石抗剪强度成果汇总表
参数
饱和快剪
饱固快
饱固慢
含义
五次反复剪残强
三轴试验
C
Kpa
度
27
34°
33°
1’
*
37°
3’
峰值
32°
12’
稳定值
37
30°
58’
43
31°
17’
38
242～636
44°
18’～47°
37’
40
21°
55’
25°
10’
103～165
36°
48’～35°
15’
150
**
38°
52’
77
39°
56’
62
542’
12
23°
2’
20
50’
4’
8
31’
注：
*为一组成果，**为平均值；
泥岩的摩擦系数为0.63～0.81.
表9（续）滑坡滑带土的抗剪强度
C（Kpa）
18.4
（度）
26°
36’
固结快剪
14.1
28°
05’
表10昔格达组岩体载荷试验成果表
试验编号
副SK1-1
副SK1-2
副SK1-3
副SK1-4
岩石名称
褐黄色泥质粉砂岩类灰色泥质粉砂岩
褐黄色泥质粉砂岩及部分褐黄色泥岩
弱胶结灰色泥质粉砂岩
弱胶结灰色粉砂质泥岩
试验最大应力（Mpa）
1.014
1.183
1.352
比例极限（Mpa）
0.50
0.85
0.70
出现首条径向裂隙应力（Mpa）
0.67
0.676
破坏极限（Mpa）
＞
＞1.183
＞1.1.83
＞1.352
3.3.2.2.2昔格达组岩石的工程地质特征及评价
根据上述试验成果，从物理力学指标较全面反映了副坝区昔格达组岩石的工程地质特征。
（1）组成岩石的矿物成分和化学成分
昔格达组岩石以水云母为主，矿物中的Si常被FeAl置换，剩余电荷较多，而吸引较多的正电荷（主要是K+）加强晶胞间联结作用。
因此，它们的晶格活动性较弱。
这一特征决定岩石的胀、缩性较弱。
昔格达组岩石不属膨胀岩类，与试验成果相符；
其岩石中裂隙不发育（除两组构造裂隙）与地质测绘资料相同。
化学分析成果表明：
SiO2含量达52.5%~56.24%.PH值为7.3，表明岩石沉积在弱碱生的环境中成岩。
（2）岩石的抗压强度特征
试验成果表明，岩石天然状态下含水量为17~24.6%，饱和度为85%~100%，其抗压强度为1.07~1.73MPa，烘干状态下抗压强度13.2~13.4MPa，饱和状态下的抗压强度为0.79~0.89MPa，反映了不同含水量状态下岩石的抗压强度差值较大。
在饱和状态下强度低。
这和岩石的胶结程度为弱~中等胶结和遇水崩解快的特征相吻合。
从室内试验试件加工均由车床中工而言，昔格达组岩石具有一定的强度。
岩石试件尺寸为
5×
5cm，对于这种胶结弱的软弱岩石，这种试件与天然岩体有较大的区别。
对天然岩体来讲，尺寸和围压与其力学指标影响很大。
三轴抗剪试验指标高于其它方法试验指标就是证明。
因此，天然昔格达组岩体是具有一定的强度和承载力的。
（3）岩石的抗剪强度
土工试验成果表明：
同类岩石不同剪切方法对抗剪强度影响不明显，这与土的抗剪强度曲线有明显的区别。
因此，昔格达组岩石具有一定的成岩条件，为半成岩的岩石，有一定的抗剪强度。
表6中的成果表明：
除三轴试验的峰值强度较高外，其它方法测定的抗剪强度无明显差异，其tg
=0.60~0.80，残余抗剪强度与滑带土的抗剪强度接近，相当于峰值强度的0.6~0.7倍，表现了抗剪强度相对（相对于软岩）较高的特点。
（4）岩石的透水性
室内渗透试验和现场试坑注水试验成果表明，昔格达组砂岩渗透系数k=1.04~5.01×
10-4cm/s，泥岩的渗透系数为k=1.7~5.29×
10-5cm/s。
昔格达组砂、泥岩均属极微透水岩石。
岩石的初裂坡降大于21.1，破坏坡降大于50.3，大大高于一般土的临界坡降，表现了昔格组砂、泥岩具有较高的抗渗性能。
（5）岩体载荷试验成果表明：
褐黄色砂、沉岩比例极限确定的地基承载力为0.5MPa，灰黑色砂、泥岩比例极限确定的地基承载力为0.7~0.85MPa.
3.3.3副坝昔格达岩组建坝条件评价
副坝区昔格达组砂、沉岩，其粘土矿物以水方田为主，含少量蒙脱石，高岭石及多水高岭石，总量小于5%；
岩石具有密度小，弱膨胀，低压缩，抗渗强度高，有一定的强度和较高的抗剪强度，其地基承载力、变形等均可满足30m左右高的当地材料坝的要求。
抗剪试验反映了褐黄色砂、泥岩、抗剪指标低于灰黑色砂、泥岩。
因此，心墙及心墙齿槽嵌入灰黑色砂、沉岩中一定深度可满足坝基抗滑稳定要求。
因此，副坝昔格岩组具备修建30m左右高的当地材料坝的建坝条件。
3.4“三洞”进口边坡稳定性分析评价
3.4.1
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