三峡大坝的工程地质问题

三峡大坝的工程地质问题三峡大坝位于中国湖北省宜昌市境内，距下游葛洲坝水利枢纽工程38公里；是当今世界最大的水利发电工程——三峡水电站的主体工程、三峡大坝旅游区的核心景观、三峡水库的东端。三峡大坝工程包括主体建筑物及导流工程两部分，三峡工程大坝总长2309.47m，由河床泄洪坝段及其左右两侧厂房坝段和两岸非溢流坝段等组成。工程总投资为954.6亿人民币，于1994年12月14日正式动工修建，2006年5月20日全线修建成功。三峡大坝的坝体为混凝土重力坝，最大坝高为183m。基础最大压应力达5MPa，要求基岩坚硬完整，具有足够的承载能力。大坝下游水深达60～70m，因而要求对坝基有可靠的防渗降压措施，确保大坝稳定安全。为经济合理地做好坝基处理设计，先后开展了大量的地勘和科学试验工作，查明了工程地质问题，验证了设计方案及参数，为设计提供了丰富的资料。三峡大坝的工程地质条件及存在的主要工程地质问题一、工程地质条件大坝基岩为震旦纪闪云斜长花岗岩，中间含多种岩脉，岩脉多与围岩紧密接触，基岩较为均一完整，力学强度高。基岩中的断层以陡中倾角斜穿坝基的NNW、NNE组为主，规模较大，呈压扭性，构造岩一般胶结良好，空间展布具疏密相间的等距性，主要有:两岸F23、F9，河床F7、F4、F410～F413等;其次为陡中倾角的NE～NEE组，规模相对较小，具有张扭性，构造岩一般胶结较差，少数呈松软状，风化强烈，主要有:左岸F215等;缓倾角断层少见。裂隙走向与断层近一致，亦以陡中倾角的NNW、NNE组为主，多显压扭性;NNE、NWW组次之，多具张扭性;裂隙多闭合，长度一般2～5m，少数10～20m;缓倾角裂隙不发育，多集中分布于左岸F7附近及F7和F23之间。岩体自上而下分为全、强、弱、微四个风化带，全强风化带平均厚15～30m，弱风化带平均厚9～10m。岩体有沿陡倾角断裂构造面，局部加剧风化的特征，风化深度一般至微风化顶板以下10～30m。基岩透水性微弱，70%～97%的压水试验段属微、极微透水，相对不透水岩体顶板一般在微风化岩体顶板以下30～50m。地质缺陷部位，基岩透水性相对较强。受岩体结构控制，基岩具有水流入渗迅速而疏干导排缓慢的特点。二、存在的主要工程地质问题1.基岩深层抗滑稳定问题:三峡工程绝大多数坝段不存在浅层和深层抗滑稳定问题。但左岸厂房1～5号坝段及升船机上闸首部位，由于结构需要基础后方形成高陡开挖坡面，岩体中又存在不利的缓倾角长大结构面，有可能与其它结构面组合，构成影响坝基抗滑稳定的不利条件。2.基岩不均匀变形问题:河床建基面下局部存在15～20m厚的卸荷岩体，表现裂隙张开，风化严重，透水性较强;此外F9、F7、F23等断层、中堡花岗岩脉及局部顺断裂风化带，规模较大，构造岩强度较低。受坝体荷载作用，均会产生不同程度的不均匀变形。3.坝基渗流问题:虽然大部分的微新岩体单位吸水量小于1Lu，但坝基中存在贯穿上下游的断裂构造带，特别是NE～NEE向断裂及缓倾角裂隙发育带，对基础防渗不利。三峡大坝1～5号坝段三峡大坝1～5号坝段位于左岸山体及临江斜坡部位建基岩体为微新闪云斜长花岗岩，岩体坚硬、完整，岩性均一，力学强度高，完全满足大坝建基岩体的质量要求。但坝址区历经多次地质构造运动，坝基岩体被许多断层及裂隙切割。其中构造裂隙以陡倾角(大于60°)为主局部地段也有缓倾角裂隙及断层发育。左区1～5号坝段为缓倾角裂隙相对发育区，该坝段建基岩体内发育有走向10°～30°倾向SE倾角20°～30°(倾向下游偏左岸)的缓倾角裂隙，还有少量的倾向下游的中倾角裂隙发育。该坝段坝后布置坝后式厂房，大坝建基高程85～90m，最低建基高程为22.2m，致使坝后形成坡度约54°，临时坡高67.8m，永久坡高39.0m的高陡边坡。上述因素构成了1～5号坝段深层滑动的边界条件。为查清1～5号坝段缓倾角结构面的性状及空间展布特征进行的勘探工作包括大量的地表地质调查;在左岸坝段进行了不同高程的两层平硐勘探。大量的大、小口径钻孔勘探等29个钻孔的特殊补充勘探等。补充勘探线间距约为一个坝段宽度(约40m)，同一勘探线内钻孔间距约20m;采用了先进的钻孔技术，岩芯获得率为100%。对钻孔进行彩电录象，获取孔内岩体结构面构造及其性状资料。在此基础上结合结构面性状及其长度的统计规律、已开挖面揭露的地质条件、资深地质师的判断、钻孔的布置等综合分析确定结构面的性状及其展布经过这些勘探工作，已基本确定了1～5号坝段坝基岩体内结构面的性状、展布及深层滑动的边界条件。缓倾角结构面性状及展布规律控制坝基滑动的长大缓倾角结构面(长度大于10m者)均为硬性结构面，其充填物多为绿帘石及长英质等坚硬物质，无泥质或较软物质充填。长大缓倾角结构面大多数为平直稍粗面和粗糙面，平直光滑面仅占3.8%。结构面在走向和倾向方向大多被陡倾角面切错，切错距一般3～10cm，其优势产状为走向28°(与坝轴线交角15.5°，坝轴线为43.5°)，倾向118°倾角25°～27°。缓倾角结构面倾角小于15°的极少。缓倾角结构面(裂隙)的分布具有明显的不均一致性。3号坝段缓倾角结构面最为发育。根据23个特殊勘探钻孔的统计资料分析，3号坝段长大缓倾角结构面平均垂直线密度达0.121条/m，相邻的2号及4号坝段坝基则仅为0.071～0.078条/m。即使是3号坝段，不同的钻孔及相同钻孔的不同孔段亦有显著差别。