揭秘白鶴灘水電站的柱狀節(jié)理玄武巖結構特性

白鶴灘水電站壩址區(qū)的柱狀節(jié)理玄武巖結構特性相當獨特，這些特性對水電站的設計、施工以及長期的安全運營都有著重要的影響。

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，地勢南高北低，向東傾斜。河谷因河流深切成不對稱的“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)飛仙關組砂頁巖（T1f），河床及緩坡臺地上分布有第四系松散堆積物。與拱壩安全穩(wěn)定性直接相關的是二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖（P2β）。電建華東院關于白鶴灘水電站的研究報告中明確指出，由于冷卻收縮作用，位于壩址區(qū)范圍內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，加上玄武巖塊體內部原生隱裂隙發(fā)育，使得柱狀節(jié)理巖體強度、變形特性研究與工程巖體質量評價等對實際工程設計與施工具有重要意義。

實際地址調查發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)柱狀節(jié)理主要在以下8個亞層內發(fā)育，即：P2β22、P2β23、P2β32、P2β33、P2β41、P2β61、P2β71與P2β82。各層內柱狀節(jié)理發(fā)育不均，柱體直徑與長度各異。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，其分布特征對實際工程影響較??；P2β41塊體直徑較大，結構性好，可當做一般玄武巖體處理；P2β3巖流層內P2β32、P2β33主要分布在兩岸底高程及河床壩址范圍內，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)地質剖面簡圖如圖2所示。

圖2 壩址區(qū)地質剖面簡圖（榮冠等, 2009）

3、柱狀節(jié)理玄武巖柱內原生節(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，內部微裂隙發(fā)育也較明顯。對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制，文中隧洞穿過的P2β32亞層主要是第二類柱狀節(jié)理玄武巖，P2β33亞層主要為第一類柱狀節(jié)理玄武巖。郝憲杰等指出沿節(jié)理面滑移，是最常見破壞模式之一，同時柱狀節(jié)理巖體內部存在著多組節(jié)理面，多方向的節(jié)理面相互切割導致實際工程柱狀節(jié)理巖體異常破碎；尤其是柱內隱節(jié)理面的存在，洞室表層圍巖因開挖卸荷產生法向張拉作用力，隱節(jié)理面發(fā)生張開導致柱狀節(jié)理面貫通，柱內緩傾角隱節(jié)理面將母巖切割成多段小柱體而滑移。因開挖卸荷、應力重分布及與軟弱下臥層等結構面的組合作用，內部原生隱節(jié)理面對工程特性影響較大。

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

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

圖3 壩址區(qū)柱狀節(jié)理玄武巖柱內原生節(jié)理面示意圖（江權等, 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，柱內陡傾角節(jié)理面和柱內緩傾角節(jié)理面亦對工程特性影響較大。

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供稿：孔洋（水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院）