大渡河瀘定水電站工程近場區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性分析與評價(jià)

[摘要]本文主要在瀘定地區(qū)的地質(zhì)背景條件（構(gòu)造背景、地球物理場特征、深部構(gòu)造特征）、新構(gòu)造運(yùn)動（新構(gòu)造特征、主要斷層活動性）、近場區(qū)區(qū)域斷裂及其活動性調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，用地質(zhì)分析法（定性）、模糊數(shù)學(xué)綜合評判法（定量）對近場區(qū)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析與評價(jià)。判定瀘定水電站近場區(qū)位處較不穩(wěn)定區(qū)（Ⅲ）-較穩(wěn)定區(qū)（Ⅱ類穩(wěn)定區(qū)）的過渡區(qū)（Ⅱ-Ⅲ類區(qū)）；瀘定水電站近場區(qū)主要是抗震問題，基本不存在抗斷問題。

[關(guān)鍵詞]瀘定水電站；構(gòu)造穩(wěn)定性；新構(gòu)造；模糊數(shù)學(xué)分析；石英形貌掃描（SEM）

區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性所指的是在工程建設(shè)地區(qū)在外動力與內(nèi)動力的作用之下（其中主要為后者），構(gòu)造與地球表層的相對穩(wěn)定程度，及它和工程建筑相互間所存在的作用[1]。

如果是從基礎(chǔ)理論的角度來分析，則地殼穩(wěn)定性評價(jià)將會涉及下述幾個(gè)主要內(nèi)容，即地面、巖土體以及構(gòu)造等方面的穩(wěn)定性評價(jià)[2]。此外，在開展該評價(jià)分析的過程中，隨著所分析的區(qū)域的地質(zhì)背景、研究的重點(diǎn)和主要內(nèi)容等的不同，而存在一定的差異。在本研究中，將會以大渡河瀘定水電站工程壩區(qū)作為研究對象，著重開展與之相關(guān)的外圍地殼穩(wěn)定性方面的分析評估，其中，主要涉及到構(gòu)造穩(wěn)定性方面的評價(jià)，同時(shí)還會配合有關(guān)的介質(zhì)條件，對巖土體自身的穩(wěn)定性予以考慮，同時(shí)還將適當(dāng)考慮與斷裂活動有關(guān)的崩塌、滑坡等多個(gè)方面的地面穩(wěn)定性。對于該評價(jià)及分區(qū)的工作，將會逐步落實(shí)到近壩和壩址等不同區(qū)域的構(gòu)造穩(wěn)定性。

1.主要研究方法

1.1區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)志

在進(jìn)行該區(qū)評估分析的過程中，將會涉及一系列的因素，它們可被歸納為七個(gè)主要的類型、共計(jì)二十種不同的標(biāo)志，具體包括場地巖土類型、地質(zhì)災(zāi)害、地殼形變、活動斷裂、地震特征、地球物理場和地質(zhì)背景條件等。

與之相關(guān)的等級劃分需要參照我國頒布的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBDI14003-89和ZBDI4001-89和工程地質(zhì)編圖，此外還需依據(jù)一系列不同比例尺的調(diào)查規(guī)范。我們可以參考以上的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)一步劃分地殼穩(wěn)定性的等級，從而劃分4個(gè)級別：不穩(wěn)定級別、較不穩(wěn)定級別、基本穩(wěn)定級別和穩(wěn)定級別。

1.2技術(shù)手段

（1）首先，需要基于以往的工作結(jié)果，充分利用重點(diǎn)解剖、剖面實(shí)際測量以及路線地質(zhì)等，針對不同的層面來進(jìn)行地貌、巖石與地（巖）層等具體展布特征的充分收集，同時(shí)，還需要獲得與地質(zhì)事件演化和變形構(gòu)造幾何形態(tài)等相關(guān)的詳細(xì)數(shù)據(jù)資料。

（2）其次，需要對在主干調(diào)查路線上的典型地（巖）層巖石進(jìn)行全面的采集，然后制樣，進(jìn)行科學(xué)分析鑒定。

（3）此外，還采用多種有效的測年手段（石英形態(tài)掃描（SEM）、斷層測年）確定活動斷層的形成時(shí)代；著重查明壩區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造在挽近時(shí)期的活動性。

（4）區(qū)域穩(wěn)定性評價(jià)數(shù)字模擬。

1.3完成工作量

2.區(qū)域地質(zhì)背景

本文所研究的壩區(qū)處于松潘-甘孜造山帶和揚(yáng)子準(zhǔn)地臺西緣相互結(jié)合的區(qū)域中，所涉及的二級構(gòu)造單元共計(jì)七個(gè)，具體為雅江弧形構(gòu)造帶（即Ⅱ3）、鮮水河走滑構(gòu)造帶（即Ⅱ2）、小金弧形構(gòu)造帶（即Ⅱ1）、川西前陸盆地（即Ⅰ4）、金湯弧形構(gòu)造帶（即Ⅰ3）、龍門山前陸沖斷帶（即Ⅰ2）與康滇SN向構(gòu)造帶（即Ⅰ1）等。由于在該區(qū)域中存在的構(gòu)造作用時(shí)間很長，而且同時(shí)發(fā)生的變質(zhì)與巖漿等作用，使得其逐漸地產(chǎn)生了圖1所示的十分特殊的格局，其主體為“Y”字形，包括了SN向、NW向以及NE向等多種構(gòu)造帶。

3.新構(gòu)造運(yùn)動

3.1新構(gòu)造運(yùn)動特征

首先，自從上新世末之后，由于在青藏高原發(fā)生了規(guī)模很大的隆升現(xiàn)象，導(dǎo)致該區(qū)域也間歇地出現(xiàn)了整體性的大面積急速抬升。根據(jù)有關(guān)的地殼形變分析數(shù)據(jù)可知，上述運(yùn)動與之持續(xù)到現(xiàn)在還未停止，對應(yīng)于5.5mm/a～9.5mm/a范圍的抬升速率[3]；其次，存在著以大斷裂為邊界的斷塊間的差異性升降現(xiàn)象，整體來看，主要是塊體的抬升程度從東南向西北逐漸地增強(qiáng)，具有非常顯著的階梯下降規(guī)律；除此之外，對于處在鮮水河--小江斷裂帶西部區(qū)域的川滇菱形塊體，通過分析可知，由于它受到前面所述青藏高原隆升的影響，同時(shí)還存在著較為顯著的北東、南東側(cè)向推擠作用，所以將會間斷地發(fā)生整體性的大范圍急速抬升現(xiàn)象與不同斷塊間存在的差異性升降現(xiàn)象，同時(shí)也會出現(xiàn)朝著東南方向進(jìn)行擠出與滑移的現(xiàn)象[4-6]；最后，因?yàn)槠湮恢锰幱谇嗖馗咴臇|南方的邊緣區(qū)域上，而此處的塊體邊界斷裂現(xiàn)象、側(cè)向擠出和滑移等過程發(fā)生了影響及制約作用，導(dǎo)致其中的次級塊體出現(xiàn)與軸向相互垂直的轉(zhuǎn)動變形行為。

3.2主要斷層活動性

在地質(zhì)調(diào)查、石英形貌掃描、斷層測年成果基礎(chǔ)上，本章對區(qū)內(nèi)主要斷裂（帶）活動性作簡要分析（表2）。

4.定量分析—模糊數(shù)學(xué)分析

4.1區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性定量化評價(jià)指標(biāo)的選定、取值、權(quán)重分配

在確定所需的評價(jià)指標(biāo)與取值，并進(jìn)行權(quán)重分配時(shí)，需要充分地考慮所處地區(qū)的具體條件、參考以往的經(jīng)驗(yàn)，并且由專家來進(jìn)行評分，在當(dāng)前的研究中，所確定了的指標(biāo)共計(jì)七項(xiàng)二十條，并且嚴(yán)格地參考定量評估分析方面的相關(guān)要求，所有指標(biāo)的總體分值共計(jì)10分。

在充分地考慮了所處地區(qū)的具體情況、條件以及結(jié)合前述的取值標(biāo)準(zhǔn)之后，最終獲得了表3所示的質(zhì)量矩陣。

4.2隸屬函數(shù)的確定

模糊子集R可以體現(xiàn)出對于各級穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)而言各個(gè)評價(jià)因子所對應(yīng)的隸屬度。本文參照我國現(xiàn)行的ZBD14003-89、ZBD14002-89與ZBD14004-89等專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)充分地依據(jù)有關(guān)的調(diào)查規(guī)范與地質(zhì)編圖等方面的要求，最終獲得了表4所示的等級劃分與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)際上，在進(jìn)行穩(wěn)定性定量化分析評價(jià)工作時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)為區(qū)間值[7-8]，在當(dāng)前的研究工作中，將相鄰類別間所對應(yīng)的界限值確定下來：其中，將以第1級標(biāo)準(zhǔn)值來用作所需的代表值（也就是e1），并且采用第一、第二級各自的標(biāo)準(zhǔn)值來求取均值，再以其結(jié)果來用作第二級所對應(yīng)的代表值（也就是e2），其他基本的標(biāo)準(zhǔn)值將采用基本類似的方法。

此外，對于模糊子集的確定，分級代表值起到了非常重要的基礎(chǔ)作用。如果已經(jīng)獲得了分級代表值，那么我們即可將有關(guān)隸屬度計(jì)算出來。如果某一穩(wěn)定因子所對應(yīng)評分的值為x，則對于不同的穩(wěn)定質(zhì)量級別而言該因子的隸屬度將可按如下的方法來進(jìn)行計(jì)算，具體為：

我們可通過它來將穩(wěn)定因子對于各個(gè)級別的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)隸屬度計(jì)算出來[9]。此處，可以假設(shè)隸屬度為一個(gè)線性函數(shù)[10]。

4.3模糊矩陣的確立

我們可基于前面所述表3所得的分?jǐn)?shù)與表4的標(biāo)準(zhǔn)，使用隸屬函數(shù)的計(jì)算方法，將所需的模糊子集矩陣構(gòu)建出來，具體為：

4.4模糊綜合評判計(jì)算

評價(jià)集B={穩(wěn)定、較穩(wěn)定、較不穩(wěn)定、不穩(wěn)定}

指標(biāo)權(quán)重構(gòu)成的模糊子集W={0.15，0.10，0.20，0.2，0.15，0.10，0.10}

通過模糊綜合評判的公式可以求出評價(jià)集：

B=W〇R

在將B求出以后，可進(jìn)行相應(yīng)的歸一化處理，那么所得到的具有最高比例的就是對應(yīng)的穩(wěn)定級別。

在本研究中，將會通過2個(gè)不同的模型來展開評估分析，針對的是整體型以及主因素突出型來進(jìn)行。

①首先是M（∧，∨）其判別所遵循的原則為小中取大，之所以使用該模型，是它能夠?qū)⒎€(wěn)定性所受到的主因素的影響凸顯出來。

②其次為M（*，+）它實(shí)際上屬于歸一加權(quán)模型，主要利用整體性的評估分析指標(biāo)來展開全面的判斷。

文中的模糊數(shù)學(xué)綜合評判計(jì)算是通過Excel中的公式與函數(shù)編程來進(jìn)行的，只需首先確定待評價(jià)區(qū)評價(jià)指標(biāo)標(biāo)志的值，將其輸入到EXCEL表格“指標(biāo)標(biāo)志取值”所在的列（如圖2所示），之后會自動算出所需的結(jié)果數(shù)據(jù)，包括評價(jià)指標(biāo)矩陣（S）、隸屬函數(shù)矩陣（R）、評價(jià)集矩陣（B）。

利用前述2模型來歸一化處理，可以獲得表5的結(jié)果。

從表5所列結(jié)果可知（取最大值對應(yīng)的評判等級），對于本文所研究的瀘定地區(qū)而言，其主因素模型評估分析屬于較不穩(wěn)定區(qū)（Ⅲ）；對于整體評價(jià)模型而言，則屬于基本穩(wěn)定區(qū)（Ⅱ）。

5.結(jié)論

由此可知，瀘定地區(qū)地質(zhì)判定為基本穩(wěn)定區(qū)（Ⅱ類穩(wěn)定區(qū)），而模糊數(shù)學(xué)整體評價(jià)模型為基本穩(wěn)定區(qū)（Ⅱ），主因素評價(jià)模型為較不穩(wěn)定區(qū)（Ⅲ）。因此，瀘定水電站近場區(qū)位處較不穩(wěn)定區(qū)（Ⅲ）-較穩(wěn)定區(qū)（Ⅱ類穩(wěn)定區(qū)）的過渡區(qū)（Ⅱ-Ⅲ類區(qū)）。

影響區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分析評價(jià)的主要因素為活動斷裂及地震，尤其是后者。

（1）鮮水河斷裂為一條全新世活動斷裂及強(qiáng)烈地震帶，歷史上曾多次發(fā)生過7級以上的強(qiáng)烈地震，如1786年發(fā)生于康定-瀘定間的73/4級強(qiáng)烈地震等。其強(qiáng)震復(fù)發(fā)間隔大致在400～500a之間。瀘定水電站距鮮水河斷裂帶水平距離約20余km，對其穩(wěn)定性具一定影響。

（2）NE向龍門山斷裂是青藏高原東緣的邊界斷裂，其活動性由NE向SW方向明顯減弱，工程區(qū)位處該斷裂帶SW消失段，該地段已基本不具活動性，瀘定水電站距斷裂帶約20km，對其穩(wěn)定性影響不大。

（3）南北向的大渡河斷裂帶（包括昌昌-瓜達(dá)溝斷裂及瀘定韌性剪切帶）為近場區(qū)范圍內(nèi)一條規(guī)模較大的斷裂帶，距壩區(qū)約6km。由多條不連續(xù)的斷裂段組成，北段昌昌-瓜達(dá)溝斷裂為脆性斷層，斷層泥石英形貌及測年反映其主要活動時(shí)期為中更新世晚期，對工程影響不大。

（4）小金-金湯弧形構(gòu)造帶（滑脫-推覆構(gòu)造帶）具有長期、復(fù)雜的活動歷史，挽近時(shí)期為潛在走滑型，在1941年，滑脫-推覆構(gòu)造主斷裂-捧達(dá)斷裂帶前緣、金湯北西出現(xiàn)過大約5級與6級的中強(qiáng)地震，因此存在著近代活動性。距瀘定水電站36km以上，對工程影響不大。

（5）瀘定韌性剪切帶為一規(guī)模較大的韌性剪切帶，但該斷裂為古老的韌性斷裂，后期韌-脆性、脆性疊加規(guī)模不大，澄江期韌性變形保存完好。地質(zhì)觀察認(rèn)為該剪切帶新活動性不明顯。斷層泥石英形貌反映其活動時(shí)期為早～中更新世，尤其是全新世以來活動性不明顯。但是，該斷裂通過下壩址，并且距上壩址約1km。因此，對區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性具一定影響。

綜合研究表明，瀘定水電站近場區(qū)主要是抗震問題，基本不存在抗斷問題。

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