大岗山岩体风化研究

邓忠文

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 工程概况

大岗山水电站位于大渡河中游峡谷地段，是大渡河干流近期开发的大型水电工程之一，坝址处控制流域面积6.27万km2，占全流域的81%，电站正常蓄水位1 130.00m，坝顶高程1 135.00m，最大坝高210.00m，总库容7.42亿m3，电站装机容量2 600MW。电站枢纽主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成。挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，泄洪建筑物由坝身四个深孔和一条右岸开敞式泄洪洞组成，引水发电建筑物布置于左岸，为地下厂房。自2006年9月导流洞施工以来，大岗山水电站建设进展顺利，目前正值大坝混凝土浇筑高峰，最高坝段已浇筑到1 072m高程，计划2015年发电。

在大渡河丹巴—汉源一带，沿康滇地轴大面积分布晋宁—澄江期花岗岩，出露于磨西断裂带以东地区，有黑云二长花岗岩、正长花岗岩、花岗斑岩等，大岗山峡谷区主要为中粒黑云二长花岗岩，由于矿物结晶颗粒粗大，澄江运动后随扬子古陆形成即岀露于地表，暴露时间长，加之经历了多期构造运动， 浅表岩体风化强烈。研究花岗岩的风化特征，对坝基岩体质量分类和岩体稳定性研究具有重要意义。

2 岩体风化的影响因素

勘察表明，坝区岩体风化主要受岩性、构造、蚀变、地形等影响。

2.1 岩 性

大岗山地区花岗岩按岩石的结构和生成序列进一步划分，黑云二长花岗岩可分为似斑状角闪黑云二长花岗岩(γ23)、中粒黑云二长花岗岩(γ24-1)、粗粒黑云二长花岗岩(γ24-2)三类，正长花岗岩可分为细粒正长花岗岩(γk24-3)、中粒正长花岗岩(γk24-4)两种。

灰白色、微红色黑云二长花岗岩在枢纽区分布较广，自侵入后构成康滇地轴的主体，古陆形成后岩体暴露于地表的时间长，矿物结晶颗粒较粗大，以中粒结构为主，抗风化能力较弱的黑云母含量大于3%，岩石风化相对较强。

肉红色正长花岗岩主要分布在桃坪至铜槽沟以西一带，或呈透镜体分布于黑云二长花岗岩之中，具中、细粒结构，风化相对较弱。

辉绿岩脉(β)和蚀变花岗岩(γ2s)局部分布，辉绿岩脉主要形成于印支-燕山期，岩石致密，总体属细、微粒结构，抗风化能力强，风化微弱。

2.2 构 造

大岗山坝址距离区域断裂较近，坝址位于黄草山地块西侧边缘地带，西侧约4km和4.5km处分别有大渡河断裂和磨西断裂通过，岩体遭受多期构造运动，断层、裂隙的发育，为局部岩体风化加剧提供了条件。

勘探表明，沿脉岩发育有断层的部位，风化较强。在弱风化岩体，沿小断层、裂隙密集带发育强风化夹层；在弱风化下段—微新岩体中，沿小断层、裂隙密集带发育弱风化上段夹层。

2.3 岩体蚀变

经过后期强烈的构造-热液作用，坝基岩石产生了不同类型和不同程度的蚀变及变质作用。按其作用的动力来源可分为：由岩浆期后热液对岩体进行自交代和脉岩侵入时热液对围岩的交代作用而形成的原生热液蚀变，构造动力蚀变，以及风化蚀变。

枢纽区黑云二长花岗岩有钠黝帘石化、绿泥石-伊利石化、绿帘石化、钾长石化和硅化等五种热液蚀变类型，肉红色正长花岗岩以硅化蚀变为主，辉绿岩脉以绿泥石-伊利石化蚀变为主，其中钠黝帘石化、绿泥石-伊利石化及绿帘石化的岩石具有吸水性偏高、抗风化能力降低的特点。

2.4 地形地貌

分水岭地带和突出地形有利于岩体风化。如左岸坝顶以上边坡1 400m高程以上全风化水平深度大于50m；在左岸下游马颈子山脊一带岩体风化水平深度相对较大；两岸1 250m高程以上的斜坡地形较缓，分布全风化，而其下陡坡地段分布弱风化上段和强风化岩体(见图1)。

图1 枢纽区典型剖面示意

3 岩体风化特征

3.1 宏观特征

岩体风化表现为整体风化。新鲜岩体断口较致密，锤击声清脆；风化岩体断口粗糙，随风化程度的增加，矿物颗粒之间连接变弱，锤击声变哑，弱风化上段—强风化岩体中的黑云母具铁锈色，全风化岩体除石英颗粒外，云母、长石等矿物已风化蚀变，结构疏松，局部呈砂砾状。

根据岩体风化特征，可将坝址区岩体由表向内划分为全风化带、强风化带、弱风化带、微风化—新鲜，其中弱风化带可进一步划分为弱风化上段、弱风化下段(见表1、图1)。

勘察表明，岩体风化的水平、垂直分带性明显，具有总体随高程增加而逐渐增强的规律，且受微地形、岩性及构造等影响具一定程度的不均一性特点。一般地形越平缓、相对高度越大、岩石抗风化能力越差、矿物颗粒越粗大、岩石中长石和云母等易蚀变矿物含量越高、遭受构造作用越强烈，岩体风化越强烈，风化深度亦较大。

风化强烈的岩体卸荷松弛也明显，岩体卸荷后有利于风化作用的深入。大岗山两岸强风化岩体同时产生了强烈卸荷；弱风化上段岩体有卸荷松弛现象。

同其它花岗岩地区的水电工程相比较，大岗山岩体风化深度相对较大，与其独特的岩性和构造背景不无关系。

表1 岩体风化特征

3.2 微观特征

磨片鉴定表明花岗岩由于风化而引起的变化主要表现为风化隐微裂隙的发育和部分矿物蚀变为黏土矿物，如长石类的高岭土化、绢云母化，黑云母的绿泥石化、蛭石化等。

花岗岩中的裂隙据磨片观察，普遍较发育，据成因和特征分为两类：早期隐微构造裂隙以轻微的半定向构造裂隙为主；后期风化隐微裂隙以不规则微裂隙为主，分布没有明显规律，且具有张性裂隙性质。

石英风化裂隙的发育程度和长石、黑云母蚀变程度大体上与风化分带相符，总体上随深度加大而发育程度减弱(见表2、图2)。

图2 岩石风化隐微裂隙、蚀变与深度关系

岩体风化程度石英风化裂隙发育程度条/ mm斜长石蚀变程度微新花岗岩<1<2 弱风化下段花岗岩1～1.51.5～2.5弱风化上段花岗岩1.5～3.52～3 强风化花岗岩>3.5>3

3.3 物理力学指标特征

枢纽区岩石物理力学试验表明，微风化-新鲜黑云二长花岗岩密度大、吸水率低、弹性模量和湿抗压强度较高，岩石的物理力学性质与风化程度密切相关，具有以下特征：

(1)岩石的密度、湿抗压强度随风化程度加深而明显降低，微风化-新鲜岩石属坚硬岩石；弱风化上段、弱风化下段岩石为中硬岩。

(2)随风化程度加深，岩石的吸水率显著增加，其软化系数逐渐降低。

(3)辉绿岩等脉岩，岩石致密，抗风化能力强，为高强度的坚硬岩石。

可见，岩体风化构成了坝基岩体质量分类的主要地质因素。

4 风化对岩体质量的影响

岩体风化对大岗山拱坝的影响，主要体现在对建基岩体质量的制约，对施工安全也有一定的影响。

4.1 风化对坝基岩体质量的影响

根据岩体风化卸荷、岩质类型、岩体结构、岩体紧密程度、地下水等因素，进行了坝基岩体质量详细分类(见表3)。

表3 岩体风化与岩体质量分类

不同风化状态的岩体其岩体质量差异明显[4-6]，全、强风化岩体破碎，属Ⅴ类岩体；弱风化上段岩体较破碎，属Ⅳ类岩体；弱风化下段、弱卸荷花岗岩属Ⅲ2类岩体；弱风化下段、无卸荷花岗岩属Ⅲ1类岩体；微新花岗岩以Ⅱ类岩体为主。

根据拱坝对建基面的要求，结合实际工程地质条件，在满足拱坝坝体应力控制条件和拱座稳定控制条件的前提下，确定拱坝建基面原则为：挖除覆盖层、强风化Ⅴ1类花岗岩体、弱风化上段Ⅳ类花岗岩体、弱风化下段弱卸荷Ⅲ2类花岗岩体，建基于微新—弱风化下段无卸荷的Ⅱ、Ⅲ1类岩体上；1 080m高程以上坝基局部利用弱风化下段弱卸荷Ⅲ2类岩体。

4.2 对坝基风化岩体的处理

因枢纽区岩体风化较强烈，开挖揭示，坝基局部分布弱风化上段Ⅳ类花岗岩体、弱风化下段弱卸荷Ⅲ2类花岗岩体，构成地质缺陷，为保证岩体稳定，采取了工程处理措施。

(1)左岸坝基QL13号地质缺陷。左岸坝基QL13号地质缺陷为弱风化上段花岗岩，出露于962～972m高程坝基下游，建基面出露面积约160m2，呈块裂结构，较松弛。结合其下部的β41(f46)岩脉破碎带一起，采取开挖置换混凝土处理(见图3)。

图3 左岸QL13号地质缺陷置换处理

(2)右岸坝基QR1号地质缺陷。右岸坝基QR1号地质缺陷分布于1 135～1 128m高程，为弱风化上段、弱卸荷Ⅳ类花岗岩，岩体呈块裂-镶嵌结构，面积232m2，Vp=2 845m/s。结合其下部的β4(f5)岩脉破碎带一起，采取开挖置换，设置混凝土垫座处理(见图4、图5)。

5 结束语

(1)大岗山水电站枢纽区岩体风化强烈，岩体风化的水平、垂直分带性明显，为影响坝基岩体质量的主要因素。

(2)弱风化上段Ⅳ类花岗岩体、弱风化下段弱卸荷Ⅲ2类花岗岩体构成坝基地质缺陷，是基础处理的重点之一。

图4 右岸垫座岩体风化分布

图5 右岸QR1号地质缺陷垫座处理

[1] 张倬元，王士天，王兰生. 工程地质分析原理[M]. 北京：地质出版社，1994.

[2] 彭土标，等. 水力发电工程地质手册[M]. 北京：中国水利水电出版社，2011.

[3] 邓忠文，等. 四川省大渡河大岗山水电站可行性研究报告3工程地质[R]. 成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2006.