新第三系红层工程地质特性研究

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1、新第三系红层工程地质特性研究黄河上游中型水电站内容1工程概况及主要技术问题2黄河上游新第三系红层形成的地质环境3第三系红层岩体结构特征4第三系红层的水文地质特征5黄河上游第三系红层的工程特性6第三系红层开挖松弛及防护措施研究1.工程概况及主要技术问题黄河上游龙羊峡至刘家峡河段，由坚硬岩石形成的深切峡谷，目前已建、在建的大型电站有五座.在这些深切峡谷的上下游往往为较为开阔的山间盆地(或构造盆地)。黄河在这些河段的河床较为开阔,仍然具有一定的落差，利用这些水头，可以开发上百万千瓦的电力资源。目前已规划七座中型水电站(其中尼

2、那电站已在施工)。第三系红层时代新、成岩作用差、岩性较软弱、强度及变形模量低，开挖暴露后易受环境条件的影响。系统研究新第三系红层软岩的工程地质持性，合理地给定第三系红层岩体的各种工程参数及开挖防护措施，为本研究的主要技术问题。对国内外有关软岩、硬粘土研究现状分析表明，目前对软岩、硬粘土的工程地质研究已取得了相当大的进展，尤其在软岩、硬粘土的物理力学性质及其影响因素方面研究较多。但这些研究成果大多数是在室内试验条件下按常规试验规范进行。由于软岩、硬粘土的划分国内外多以饱和抗压强度为标准，而泥质岩的工程特性受环境条件影响显

3、著，当其从钻孔中取出或平洞开挖后将受应力松弛和吸湿、膨胀松弛的双重影响。目前进行泥质岩岩石的饱和抗压强度测定时，是将钻孔或平洞中取出的岩石再次浸入水中，这对于富含蒙脱石、伊利石等亲水性粘土矿物的软岩具有显著的遇水膨胀崩解特性，即使岩石不发生崩解，由于软岩遇水膨胀，造成原有的天然孔隙度发生显著地改变，因此测得的抗压强度也就显著降低。而在天然条件下软岩的饱和度达100%时，仍具有较高的强度特征。因此，忽视环境条件来研究和评价泥质岩的工程特性，这是当前泥质岩饱和抗压强度及浸水软化特性测试等研究中存在主要问题。软岩、硬粘土研究

4、中存在的主要问题2黄河上游新第三系红层形成的地质环境位于祁连加里东褶皱系和松潘甘孜印支褶皱系两个大地构造单元交界地带，由青海南山深断裂带、拉脊山深断裂带、鄂拉山断裂带、阿尼玛卿断裂带构成的化隆、贵德断陷盆地内。（1）构造部位图研究区深大断裂分布图1西宁、民和盆地；2化隆、循化盆地；3共和、贵德盆地；4岩石圈断裂5较大断裂；6祁连加里东褶皱系；7松潘、甘孜印支褶皱系。①青海南山深断裂带；②拉脊山深断裂带；③鄂拉山断裂带；④阿尼玛卿断裂带；⑤中祁连山北化深断裂带黄河上游第三系红层盆地（2）岩性、岩相特

5、征表研究区第三系红层岩性、岩相及气候（3）第三系红层沉积后的地质环境条件A上新统地层沉积厚度可以达到500～６００ｍ---------自重压密作用B喜山运动第三幕较高的构造应力------------构造应力压密作用C有限元分析表明，盆地内第三系红层泥质岩在喜山运动承受的构造应力量值大致为邻近坚硬岩体应力量值的１／５～１／８倍。因此，第三系红层成岩过程中受到的构造应力压密，是该区第三系红层工程性质形成，以及不同于其它地区第三系红层的重要原因。有限元计算模型①断裂(玫瑰红色条带)；②三叠系、侏罗系岩体(绿色)；③坚硬岩体

6、(大红)；④红层岩体(黄色)3第三系红层岩体结构特征第三系红层岩体内结构面不太发育，间距多在3m以上，岩体完整性好，各向异性特征表显不明显，基本近各向同性特征。因此，可运用岩石力学参数的方法来评价这类岩体的力学参数进行了新的探索。图直岗拉卡电站PD1平洞波速的各向异性分布图4第三系红层的水文地质特征第三系红层地下水主要为裂隙水。岩体透水性微弱，多数小于1Lu。一般在强风化或卸荷带内岩体呈弱—微透水性；弱～微风化、新鲜岩带则为相对不透水层。5黄河上游第三系红层的工程特性黄河上游第三系三趾马红层较我国北方的三趾马红土具有质

7、好得多的物理性质。（1）物理性质第三系红层天然抗压强度较高，一般在5—16Mpa之间，但随暴露时间的延长，其干密度逐渐降低，相应的天然抗压强度也随之减小。尼那电站试验区粘土岩物理力学性质随暴露时间的关系（2）红层岩体的天然抗压强度第三系红层按现行室内岩石试验规范的试验方法获得的饱和抗压强度值很低，多数小于1Mpa.,仅尼那电站消力池部位的粘土饱和抗压强度值较高，一般达1.0─7.0Mpa。但天然条件下饱和度在90～100%范围岩石的抗压强度值较高，处于强～弱风化带的粘土岩的抗压强度可达7.0─15.0，平均值为11.0

8、Mpa.（3）红层岩体的饱和抗压强度天然条件下红层岩石的饱和抗压强度研究表明：①红层泥质岩浸水后岩石的强度变化大，并且岩石的抗压强度随含水量的增大而显著减小，甚至强度可缓慢降为零，软化系数可在0.2以下。粘土岩(尼那)的单轴抗压强度(R)随含水量(W)的变化曲线②按现行室内岩石试验规范，对天然饱水或基本饱水的红层样再进行室内人工饱