地质构造在坝址选择中同样占有重要地位,对变形较为敏感的刚性坝来说更为重要。
在地震强烈活动或活动性断裂发育的地区,选坝时应尽量避开或远离活断层,使其位于区域稳定条件相对较好的地块上。在选坝前的可行性研究时,应进行区域地质研究,查明区域构造格局,尤其要查明目前仍持续活动或可能活动断裂的分布、类型、规模和错动速率,并预测发生水库诱发地震的概率及震级。国外有些水坝就因横跨活断层而坝体被错开或导致垮坝。例如,美国西部位于圣·安德列斯大断裂上的晶泉坝和老安德列斯坝,在1906年旧金山大地震时分别被错开2.5m和2m。1963年洛杉矶附近鲍尔德温山水库大坝的溃决,则是因通过库区和坝下的断层活动,水沿断层渗流使坝基中粉、细砂层发生渗透变形所致(图10-2)。经研究,断层的最大错距达150mm。我国新丰江水库1961年8月6.1级诱发地震发生后,更重视了选坝中对区域稳定条件的研究。
图10-2 沿活断层错动引起管涌造成溃坝的鲍尔德温坝
地质构造也经常控制坝基、坝肩岩体的稳定。在层状岩体分布地区,倾向上游或下游的缓倾岩层中存在层间错动带时,在后期次生作用下往往演化为泥化夹层,若有其他构造结构面切割,对坝基抗滑稳定极为不利,在选坝时应特别注意。因为缓倾岩层的构造变动一般较轻微,容易被忽视。陡倾甚至倒转岩层,由于构造形变强烈,岩石完整性受到强烈破坏,在选坝时更要特别注意查清坝基内缓倾角的压性断裂。总之,要尽可能选择岩体完整性较好的构造部位作坝址,避开断裂、裂隙强烈发育的地段。
滦河潘家口水库坝址的选择,可以很好地说明地质构造在选坝中的意义。该水库大坝是一座高107.5m的重力坝。1958年未经比选就定了(上坝址),岩性为坚硬的震旦系长城组厚层石英砂岩,河谷较窄(图10-3)。但经勘察,该坝址的地质构造相当复杂,主要存在的问题有:
(1)近东西向的区域性的兴隆-喜峰口大断裂距坝址仅400m,且坝址在断裂的上盘,该断裂多次活动的形迹明显,在喜峰口附近近期地震又多有发生,说明区域稳定条件较差。
(2)石英砂岩倾角30°左右,倾向上游,由于多次构造变动的影响,砂岩间的页岩夹层50%~90%已泥化,并有数量较多的缓倾角夹泥断裂,在坝基下被顺河向及横河向断裂、裂隙切割,对坝基抗滑稳定很不利。
(3)右坝肩被多条断裂切割,交线倾向河床,倾角10°左右,表明坝肩岩体稳定性条件较差。(www.daowen.com)
(4)岩体被断层、裂隙强烈切割后,渗透性较强,在长期高水头差的作用下,夹层和断裂中的夹泥有可能被潜蚀冲刷,坝基有可能产生不均匀变形。
图10-3 滦河潘家口水库一带构造体系图
(据宋岳,1979)
1.第四系;2.侏罗系四海组;3.震旦系雾迷山组;4.震旦系杨庄组;5.震旦系高于庄组;6.震旦系大洪峪组;7.震旦系团山子组;8.震旦系串岭沟组;9.震旦系长城组;10.太古界拉马沟组;11.太古界三屯营组;12.太古界上川组;13.正长岩;14.闪长岩;15.花岗岩;16.片麻状花岗岩;17.东西向构造带;18.北东向构造带;19.弧形构造带;20.北北东向构造带;21.归属不明的断裂;22.挤压带;23.向斜;24.岩层产状;25.片麻理产状;26.地层界线及不整合线;27.坝址;28.挽近活动性断裂出露点
由于问题多而复杂,做了十几年工作而未能施工。1973年在其下游4km的太古界片麻岩上另选一坝址(下坝址),距兴隆-喜峰口大断裂较远,且在其下盘。片麻岩坚硬完整,渗透性弱,且缓倾角的夹泥断裂少、规模小,不存在上坝址那样复杂的工程地质问题,勘探一年后即批准施工,竣工蓄水后稳定性很好。
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