巖石力學(xué)與工程科普—壯美與危險(xiǎn)并存的玄武巖柱狀節(jié)理

1. 雄偉壯美的玄武巖柱狀節(jié)理景觀

玄武巖柱狀節(jié)理作為一種火山噴發(fā)過(guò)程中形成、含原生張性破裂結(jié)構(gòu)、厚層火山熔巖中常見(jiàn)、幾何斷面形態(tài)特殊、排列整齊到從形狀上看就像麥當(dāng)勞的薯?xiàng)l一樣（陳祖煜院士語(yǔ)）的由大自然鍛造的鬼斧神工般的自然景觀，往往因其氣勢(shì)非凡，時(shí)常引來(lái)旅游者的駐足觀望，美國(guó)魔鬼塔甚至被斯皮爾伯格導(dǎo)演的電影《第三類接觸》描繪成外星人訪問(wèn)地球的基地。在驚嘆大自然神秘創(chuàng)造力的同時(shí)，我國(guó)第二大水電站―白鶴灘水電站項(xiàng)目的建設(shè)者確被玄武巖柱狀節(jié)理攪擾了。

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備注：圖片來(lái)源于www.geologypage.com

2. 白鶴灘水電站壩址區(qū)地形地貌情況

白鶴灘水電站壩址區(qū)屬高山峽谷地貌，地勢(shì)南高北低，向東傾斜。河谷因河流深切成不對(duì)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(tái)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?？傮w上，右岸地形較陡峻，左岸稍緩。

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3 壩址區(qū)玄武巖柱狀節(jié)理空間分布情況

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(guān)組砂頁(yè)巖（T1f），河床及緩坡臺(tái)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(guān)的是二疊系上統(tǒng)峨眉山組玄武巖（P2β）。由于冷卻收縮作用，位于壩址區(qū)范圍內(nèi)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(nèi)部原生隱裂隙發(fā)育。

實(shí)際地址調(diào)查發(fā)現(xiàn)壩址區(qū)柱狀節(jié)理主要在以下8個(gè)亞層內(nèi)發(fā)育，即：P2β22、P2β23、P2β32、P2β33、P2β41、P2β61、P2β71與P2β82。各層內(nèi)柱狀節(jié)理發(fā)育不均，柱體直徑與長(zhǎng)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(duì)實(shí)際工程影響較小；P2β41塊體直徑較大，結(jié)構(gòu)性好，可當(dāng)做一般玄武巖體處理；P2β3巖流層內(nèi)P2β32、P2β33主要分布在兩岸底高程及河床壩址范圍內(nèi)，柱狀節(jié)理在此處最發(fā)育，柱狀節(jié)理玄武巖作為一種特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有非連續(xù)性、非均質(zhì)性與非線性特征，同時(shí)其突出的幾何各向異性與強(qiáng)界面透水性，是影響大壩、地下硐室與高邊坡穩(wěn)定性的主要因素。

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白鶴灘水電站壩址區(qū)發(fā)育的柱狀節(jié)理切割玄武巖形成的主要為四邊形與五邊形,三到七邊形所占百分比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，基本符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布函數(shù)，方差約為0.17，相關(guān)系數(shù)為0.9795。同時(shí)，壩址區(qū)密集發(fā)育的原生陡傾角節(jié)理面與緩傾角節(jié)理面部分改變了柱狀節(jié)理玄武巖的幾何各向異性，四邊形所占比例突出，約為66.5%；各多邊形所占比例，規(guī)律性降低，具有隨機(jī)性。

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4 壩址區(qū)柱狀節(jié)理玄武巖復(fù)雜的工程地質(zhì)問(wèn)題

在建的白鶴灘水電站進(jìn)水口高邊坡高差達(dá)600m以上，地下洞室群開(kāi)挖規(guī)模巨大，其復(fù)雜的工程地質(zhì)條件、較高的地應(yīng)力水平、結(jié)構(gòu)面與柱狀節(jié)理發(fā)育等已經(jīng)引發(fā)了如原始出露邊坡柱體松弛垮塌、導(dǎo)流洞內(nèi)柱體節(jié)理面滑移、施工洞交叉處柱體應(yīng)力型崩解及柱狀節(jié)理與層間錯(cuò)動(dòng)帶組合等破壞情況。因柱內(nèi)隱節(jié)理面發(fā)育，壩址區(qū)鉆孔巖芯較為破碎，RQD值較小，完整性較差，原位取樣及測(cè)試所得變形模量等指標(biāo)相對(duì)較低，且測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)出顯著各向異性特征。

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參考文獻(xiàn)：

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供稿：孔洋（水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院）

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