岩石力学与工程科普—壮美与危险并存的玄武岩柱状节理

1. 雄伟壮美的玄武岩柱状节理景观

玄武岩柱状节理作为一种火山喷发过程中形成、含原生张性破裂结构、厚层火山熔岩中常见、几何断面形态特殊、排列整齐到从形状上看就像麦当劳的薯条一样(陈祖煜院士语)的由大自然锻造的鬼斧神工般的自然景观,往往因其气势非凡,时常引来旅游者的驻足观望,美国魔鬼塔甚至被斯皮尔伯格导演的电影《第三类接触》描绘成外星人访问地球的基地。在惊叹大自然神秘创造力的同时,我国第二大水电站―白鹤滩水电站项目的建设者确被玄武岩柱状节理搅扰了。

||||

2. 白鹤滩水电站坝址区地形地貌情况

白鹤滩水电站坝址区属高山峡谷地貌,地势南高北低,向东倾斜。河谷因河流深切成不对称的“V”字型,右岸为药山山脉的西坡,山顶高程在3000m以上,其中1000-1400m高程往下主要为陡崖地形,以上地段为呈现缓坡的台地;左岸为大凉山山脉的东南坡,山顶高程约2600m,其中900-1100m高程往下为陡崖地形,左岸边坡总体上为向河谷倾斜的斜坡。总体上,右岸地形较陡峻,左岸稍缓。

||||

3 坝址区玄武岩柱状节理空间分布情况

坝址区主要出露二叠系上统峨眉山组玄武岩(P2β)与三叠系下统飞仙关组砂页岩(T1f),河床及缓坡台地上分布有第四系松散堆积物。与拱坝安全稳定性直接相关的是二叠系上统峨眉山组玄武岩(P2β)。由于冷却收缩作用,位于坝址区范围内的玄武岩第三层中部柱状节理发育,密集发育的柱状节理将岩体切切割成不连续的柱体,加上玄武岩块体内部原生隐裂隙发育。

实际地址调查发现坝址区柱状节理主要在以下8个亚层内发育,即:P2β22、P2β23、P2β32、P2β33、P2β41、P2β61、P2β71与P2β82。各层内柱状节理发育不均,柱体直径与长度各异。其中,P2β22、P2β23主要分布在坝址下游及河床深部,P2β61、P2β71与P2β82主要分布在坝址右岸较高高程处,其分布特征对实际工程影响较小;P2β41块体直径较大,结构性好,可当做一般玄武岩体处理;P2β3岩流层内P2β32、P2β33主要分布在两岸底高程及河床坝址范围内,柱状节理在此处最发育,柱状节理玄武岩作为一种特殊的地质结构,具有非连续性、非均质性与非线性特征,同时其突出的几何各向异性与强界面透水性,是影响大坝、地下硐室与高边坡稳定性的主要因素。

||||

白鹤滩水电站坝址区发育的柱状节理切割玄武岩形成的主要为四边形与五边形,三到七边形所占百分比的统计结果,基本符合对数正态分布函数,方差约为0.17,相关系数为0.9795。同时,坝址区密集发育的原生陡倾角节理面与缓倾角节理面部分改变了柱状节理玄武岩的几何各向异性,四边形所占比例突出,约为66.5%;各多边形所占比例,规律性降低,具有随机性。

||||

4 坝址区柱状节理玄武岩复杂的工程地质问题

在建的白鹤滩水电站进水口高边坡高差达600m以上,地下洞室群开挖规模巨大,其复杂的工程地质条件、较高的地应力水平、结构面与柱状节理发育等已经引发了如原始出露边坡柱体松弛垮塌、导流洞内柱体节理面滑移、施工洞交叉处柱体应力型崩解及柱状节理与层间错动带组合等破坏情况。因柱内隐节理面发育,坝址区钻孔岩芯较为破碎,RQD值较小,完整性较差,原位取样及测试所得变形模量等指标相对较低,且测试结果表现出显著各向异性特征。

||||

||||

参考文献:

[1] 张春芳. 金沙江白鹤滩水电站柱状节理玄武岩岩体结构及质量分级研究[D]. 成都: 成都理工大学, 硕士学位论文, 2008.

[2] 荣冠, 王思敬, 王恩志, 等. 白鹤滩河谷演化模拟及P_2β_3玄武岩级别评估[J]. 岩土力学, 2009, 30(10): 3013-3019.

[3] 江权, 冯夏庭, 樊义林, 等. 柱状节理玄武岩各向异性特性的调查与试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(12): 2527-2535.

[4] 周垂一, 陈平志, 何世海, 等. 白鹤滩水电站巨型导流洞关键岩石力学问题与对策[J]. 隧道建设(中英文), 2018, 38(03): 383-389.

[5] 张传庆, 刘振江, 张春生, 等. 隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2487-2496.

[6] 王永艺, 龚斌, 唐春安. 压缩条件下不同形状玄武岩柱破裂机理数值模拟研究[J]. 力学与实践, 2022, 44(1): 1-9.

THE END
0.高应力下花岗岩耦合节理在剪切过程中渗透率演化特性期刊[3]王伟,徐卫亚,王如宾,等.低渗透岩石三轴压缩过程中的渗透性研究[J].岩石力学与工程学报.2015,(1).DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2015.01.005. [4]肖维民,夏才初,邓荣贵.岩石节理应力-渗流耦合试验系统研究进展[J].岩石力学与工程学报.2014,(z2).DOI:10.13722/j.cnki.jrme.2014.s2.009. jvzquC41f0}bpofpifguc7hqo0io1yjtkqjjejq1{vry496:32629
1.岩石力学与工程学报2021年S2期岩石裂隙水–岩作用机制与力学行为研究赵志宏; 高温环境下花岗岩三角形裂隙热应力场研究汪洋;陈文化; 基于深度学习模式的微震信号P波自动拾取方法研究赵洪宝;刘瑞;顾涛;刘一洪;蒋冬梅; 基于正反向直剪试验的岩石节理JRC值计算研究肖维民;刘伟超;朱占元; 日月引潮力对冲击地压的触发机制及时间窗口效应研究崔峰;张廷辉; jvzquC41yy}/ewpk0eun0ls1Lq{spjq1D/H4/bXNZ/814:3jvo
2.第十七次中国岩石力学与工程学术年会CHINAROCK2020第四分会场“地质工程报告题目5:岩石节理全剪切-渗流耦合试验系统 报告人:夏才初 时间:11:10-11:50 主讲人简介:夏才初,同济大学土木工程学院教授,中国岩石力学与工程学会理事,地下分会副理事长,测试专业委员会副主任委员,主持国家自然科学基金项目多项,主持和参加国家科技部973项目、863项目和国家科技支撑计划项目、交通运输部和铁道部科技jvzquC41yy}/w|}0gf{/ew4kphu03:8913:52;3jvo
3.《观柱状节理听大海波涛》东海石林7月78日记,象山旅游攻略东海石林位于,浙江象山,以一个花岙村,名称命名的小岛《花岙岛》花岙岛是以火山岩、海蚀海积地貌景观为主的特色景区,有奇特的火山岩现象和海蚀海积柱状节理群。火山玄武岩柱状节理岩石现象。这种节理石在整个花岙岛有几十万根之多,是世界上柱状节理石数量最多,形态最为丰富。岛上也是盛产海盐的地方,万亩的盐田jvzquC41ddy/{xzzkcqf0lto1{5229897:4ivvq
4.第十八届全国岩石动力学学术会议专题报告四岩石动态破坏机理与报告题目:环境侵蚀作用下充填节理岩石损伤动力特性研究 报告内容:本汇报针对含充填节理岩体受环境侵蚀作用产生损伤劣化的问题,通过静态单轴压缩试验、动态冲击试验,研究了不同环境(干湿循环、酸性环境以及冻融循环)作用下含充填节理岩石环境损伤规律、静力压缩特征、损伤动态力学特性,并提出了充填节理岩石损伤动态力学模型。jvzquC41yy}/ezzuv0kew7hp1ktgq8666957:=<60jzn
5.岩石力学与工程学报2018年S1期基于Barton标准剖面线精细数字化处理的岩石节理JRC计算新公式研究 李锐;肖维民; 重载列车通过高架桥诱发地面振动传播与衰减规律的现场测试研究 罗忆;胡晶晶;杨宜谦;刘鹏辉;徐家云; 强震区隧洞工程服役期抗震性能研究 宋万鹏;陈卫忠;赵武胜;杨典森;赵坤; 泥石流危险性三要素评估方法 彭仕雄;陈卫东; 大当量地下浅埋爆炸真空jvzquC41yy}/ewpk0eun0ls1Lq{spjq1D/H4/bXNZ/813A2U30nuo