水电站坝肩岩体风化带划分定量指标的选取与标准

在平硐洞壁声波测量、全硐段结构面精测工作的基础上,以国标为基本依据,对水电工程岩体风化带定量划分进行了研究,除规范规定的波速比指标外,提出了其它两种定量指标:单元面积节理数和锈染裂隙占有率,并结合某电站坝址区岩体地质环境和风化的总体特征,制定了指标利用原则及划分标准,最后对该水电站坝址区一条剖面上各平硐风化带进行了综合划分。     

黑河水库坝址区岩体流变模型

黑河水库大坝坝址区由于受多次构造运动影响,岩体破碎,且风化程度差异较大.对于强风化岩层以及含有泥质充填物的破碎岩体,研究其流变属性对于保证大坝建成后的长期安全运营是非常必要的.但是水库坝址区地应力水平较低,在这种低地应力条件下,由于软弱断层带等破碎岩体与完整性好的岩体相比又具有明显的力学性质差异,所表现出的弹性、粘弹性和粘塑性特点也就各有不同,因此在建立坝址区岩体流变模型时,把软弱破碎带岩体和整体性好的岩体作为两种不同性态的物质来分别考虑.最终,经过分析研究建立了在不同地应力水平条件下的黑河水库坝址区岩体流变模型.     

综合物探方法在内蒙古某水库坝址区地质勘查中的应用研究

以内蒙古某水库坝址区为研究对象,利用用综合物探方法对坝址区的断层及破碎构造带、岩体的波速及完整性系数等参数进行测量,为地质工作提供基础资料。对地面物探工作和测井物探工作分别进行研究。地面物探采用高密度电阻率法,而测井物探采用地震测井和超声波声速测井相结合的综合测井方法,在上下坝址区域布置高密度电法断面,完成了坝线地质构造勘察,查明了坝址区河床段顺河断层及破碎带的位置、规模和延伸情况,结果表明:上坝址区断面勘察范围内未见明显的破碎构造带或断层,岩体的完整性与岩体的风化程度、构造发育程度有关;下坝址区有一低阻异常带F1,存在破碎带,但受勘测区域地形条件限制,无法布置足够长的电法断面,无法确认勘测断层倾向,测试成果与地质勘查资料基本吻合。     

大柳树坝址岩体的波速特征

黄河黑山峡大柳树坝址进行了大量的物探工作,取得了丰富的资料,通过对坝址区40个平硐硐壁波速的分析,大柳树坝址岩体波速有以下特征(1)岩体大范围低波速;(2)岩体低波速段与相对高波速段呈隔档状分布.岩体波速作为反应岩体质量的重要指标,可以反应坝址区岩体质量状况.     

西南某水电站坝址区风化花岗岩工程地质性质分析

文章对西南某大型水电站坝址区深厚层全风化和强风化花岗岩进行研究。将全、强风化花岗岩物理、水理及力学性质与新鲜岩体相应性质进行比较,并分析了花岗岩风化后吸水性增大、岩体软化、抗压抗剪强度减小的成因。对强风化花岗岩与新鲜花岗岩抗压强度进行了比较;拟合了风化花岗岩弹模、变形模量值与新鲜花岗岩相应模量的变化百分比关系曲线。研究结果表明：强风化花岗岩的干抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/3,湿抗压强度为新鲜岩体的1/4-1/5;岩体弹性模量和变形模量与岩体的风化程度成反比例线性关系。     

岩体渗透结构类型的划分及其渗透特性研究

划分岩体渗透结构类型是水利水电工程地质勘察和渗透性评价的重要内容。从岩体结构的控渗作用出发,分析了控制岩体渗透特征的主要因素,即岩性、断裂构造、风化卸荷作用及岩溶作用;提出了岩体渗透结构类型的划分原则,即考虑岩体的各向异性特征。根据岩体的宏观渗透特征,即渗透介质及主要途径,将岩体渗透结构类型划分为5类:散体状渗透结构、层状渗透结构、带状渗透结构、网络状渗透结构、管道状渗透结构。结合工程实例,给出了小浪底渗透结构为层状及带状、三峡工程坝址区岩体渗透结构为散体状、网格状及带状。     

三峡水利枢纽三斗坪坝址结晶岩体水力学特性及其应用

存在于人类工程活动岩体中的水,对岩体的平衡状态有极为重要的影响,几乎所有的工程岩体失稳都与水的作用有关,三峡水利枢纽坝址区的结晶岩体也不例外。船闸高边坡、地下厂房及坝基岩体的稳定都受水压作用的影响。虽然,所研究的与水压作用有关的工程岩体稳定性问题千变万化,但从水力学的角度来看,最基本的问题就是怎样合理地选取岩体的水力参数。本文首先从岩体中的裂隙入手,用渗透率张量法研究坝址区结晶岩体渗透习性的各向异性变化规律;其次,据岩体的地质特征、物理力学习性和水力习性建立结晶岩地区典型     

澜沧江某水电站右坝肩岩体倾倒变形的数值模拟

对该水电站坝址区陡立反倾板状结构岩体而言,纵向河谷的地形特征,使坝址两岸边坡大范围发育倾倒变形。针对该水电站倾倒变形问题,在掌握坝址区工程地质条件背景的基础上,通过对岩体倾倒变形基本特征及破裂程度分级等分析,建立边坡离散元的工程开挖和破坏机理的数值计算模型,得出了工程开挖边坡岩体倾倒变形特征和变形破坏机理发展过程为:初期弱倾倒变形岩体的层内剪切错动、强倾倒变形岩体的层内拉张变形、强倾倒变形岩体的切层张-剪破裂及极强倾倒破裂岩体的折断张裂(坠覆)破裂。研究结果为倾滑体的稳定性评价及工程开挖施工提供一定科学依据。     

清江水布垭工程坝址岩体稳定性三维数值模拟研究

清江干流水布垭水电枢纽是与隔河岩、高坝洲水电枢纽并重的国家级大型水电工程 ,坝址区高边坡稳定性问题是水布垭坝址主要的工程地质问题之一。采用三维有限元数值模拟方法 ,对坝址区岩体应力场和位移进行了研究 ;探讨了岩体三维应力、应变分布与岩体变形破坏的关系 ,评价了岩体的稳定性     

某电站坝址区岩溶发育特征及岩体透水性研究

某电站位于玉树县西南部的子曲河下游,属澜沧江二级水系,坝址区碳酸盐岩较发育,有良好岩溶发育的物质条件。本文根据野外地质调查及地质勘探资料,论述坝址区岩溶发育形态、规模及空间展布特征,探讨岩溶发育规律。并结合钻孔压水实验,分析坝址岩体的透水性及岩溶发育特征与岩体透水性的相关性。研究结果表明:在岩溶发育特征方面,岩溶发育明显受岩性和地质构造的控制,岩溶发育具有垂向分带性及分布不均匀性的特征;在岩体线溶蚀率与透水率相关性方面,钻孔溶隙发育的孔段,岩体透水率与线溶蚀率相关性较差,岩溶裂隙不发育的孔段,岩体透水率则与线溶蚀率有较好的相关性。     

Diagnosis of weathering damage on rock-cut monuments in Petra, Jordan

Studies of many years—combining in situ investigation and laboratory analysis—have provided comprehensive information on weathering damage on the rock-cut monuments in the ancient city of Petra in Jordan. These rock-cut monuments represent outstanding world heritage. Many hundred monuments were carved by the Nabataeans from bedrock about 2000 years ago. The awareness of increasing weathering damage on the monuments has resulted in international efforts towards their preservation. The damage diagnosis has addressed the complex mutual relationships between stone types, stone properties, monument exposure regimes, environmental influences, weathering phenomena, development and extent of weathering damage and weathering progression. The rocks were classified lithostratigraphically and petrographically. Results on weathering forms, weathering profiles and weathering products obtained from monument mapping, in situ measurements and laboratory studies revealed a complex diversity of weathering phemomena with respect to type and intensity. Damage categories and damage indices were used to create a reproducible quantitative rating of weathering damage. Detailed results on weathering forms allowed the characterization and quantification of weathering progression including weathering prognoses. Stone properties and states of weathering damage were jointly considered for the rating of the rocks’ susceptibility to weathering. The systematic evaluation of weathering damage and monument exposure regimes can enhance the assessment of weathering factors and processes.     

洛阳龙门石窟围岩风化特征研究

对洛阳龙门石窟围岩风化特征及风化作用影响因素进行调查研究,指出目前围岩风化作用主要为生物风化和物理风化作用,并进一步对其风化机理进行了探讨。以往研究结果认为风化作用主要类型为物理风化作用,本文研究表明,目前由于西山山顶植被的不断发育,随着植被根须机械破坏作用及植被腐殖质分解的产物引起岩体解离的生物化学破坏作用日益加剧,生物风化作用亦已成为风化破坏主要影响因素,应引起有关部门注意。     

长石风化作用及影响因素分析

长石类矿物是地壳中最常见的硅酸盐矿物,其风化作用对地球表面环境有显著影响,因而是风化作用研究的重点矿物之一。文中以长石为例,对硅酸盐矿物的风化作用研究现状从矿物的自然风化、模拟矿物化学风化和矿物的生物风化3个方面进行阐述;对影响矿物风化的各种因素及其在风化过程中所起的作用,以及长石微生物风化作用的机理和过程进行分析;指出目前硅酸盐矿物风化研究中存在的问题,并对未来的发展方向提出建议,指出对微生物-矿物复合体微环境物理化学性质的深入研究可能成为揭示微生物-矿物相互作用机理的一个突破口。     

剪节理发育地区球状风化物的成因分析

在系统总结国内外关于球状风化物成因研究已有认识的基础上, 针对其中存在的一些值得商榷的问题,结合大量野外图片以及标本分析,对剪节理发育地区球状风化物的成因展开重点研究。提出由于应力作用使岩石内部产生球状细微剪切变动,之后受风化作用的影响形成了球状风化产物的新观点。以此为基础,分析了其他类型球状风化物的形成与力作用的关系。     

黄河拉西瓦水电站坝区花岗岩风化研究

风化作用对于岩体工程地质性能的降低不言而喻。研究探讨重大水电工程岩石风化作用机理对于工程区岩体风化带划分、风化渐进性分析、表征岩体风化特征指标的选择及力学性质参数取值等具有重要意义。文章从风化作用本质、化学元素迁移、风化作用类型等角度,对拉西瓦水电站坝区花岗岩风化作用机理进行了探讨。结合本区气候演化、岩石性质、地形条件等综合分析认为:在浅表河谷范围内,风化形式以岩石胀缩作用和冰劈作用为主,而化学风化作用并不强烈。论文采用量化指标对岩体进行风化带划分,选取的定量指标有平硐纵波速度Vp、钻孔RQD、裂隙间距与单元面积节理数等。在此基础上,利用电站20余a来丰富详实的地质、物探、岩体测试等大量资料,采用定性分析与定量划分相结合的研究方法,对黄河拉西瓦坝基花岗岩体进行风化分带,得出坝基岩体风化带总体空间布局。     

Determining mineral weathering rates based on solid and solute weathering gradients and velocities: application to biotite weathering in saprolites

Chemical weathering gradients are defined by the changes in the measured elemental concentrations in solids and pore waters with depth in soils and regoliths. An increase in the mineral weathering rate increases the change in these concentrations with depth while increases in the weathering velocity decrease the change. The solid-state weathering velocity is the rate at which the weathering front propagates through the regolith and the solute weathering velocity is equivalent to the rate of pore water infiltration. These relationships provide a unifying approach to calculating both solid and solute weathering rates from the respective ratios of the weathering velocities and gradients. Contemporary weathering rates based on solute residence times can be directly compared to long-term past weathering based on changes in regolith composition. Both rates incorporate identical parameters describing mineral abundance, stoichiometry, and surface area.

Weathering gradients were used to calculate biotite weathering rates in saprolitic regoliths in the Piedmont of Northern Georgia, USA and in Luquillo Mountains of Puerto Rico. Solid-state weathering gradients for Mg and K at Panola produced reaction rates of 3 to 6×10⁻¹⁷ mol m⁻² s⁻¹ for biotite. Faster weathering rates of 1.8 to 3.6×10⁻¹⁶ mol m⁻² s⁻¹ are calculated based on Mg and K pore water gradients in the Rio Icacos regolith. The relative rates are in agreement with a warmer and wetter tropical climate in Puerto Rico. Both natural rates are three to six orders of magnitude slower than reported experimental rates of biotite weathering.     

Rock-weathering rates as functions of time

The scarcity of documented numerical relations between rock weathering and time has led to a common assumption that rates of weathering are linear. This assumption has been strengthened by studies that have calculated long-term average rates. However, little theoretical or empirical evidence exists to support linear rates for most chemical-weathering processes, with the exception of congruent dissolution processes. The few previous studies of rock-weathering rates that contain quantitative documentation of the relation between chemical weathering and time suggest that the rates of most weathering processes decrease with time. Recent studies of weathering rinds on basaltic and andesitic stones in glacial deposits in the western United States also clearly demonstrate that rock-weathering processes slow with time. Some weathering processes appear to conform to exponential functions of time, such as the square-root time function for hydration of volcanic glass, which conforms to the theoretical predictions of diffusion kinetics. However, weathering of mineralogically heterogeneous rocks involves complex physical and chemical processes that generally can be expressed only empirically, commonly by way of logarithmic time functions. Incongruent dissolution and other weathering processes produce residues, which are commonly used as measures of weathering. These residues appear to slow movement of water to unaltered material and impede chemical transport away from it. If weathering residues impede weathering processes then rates of weathering and rates of residue production are inversely proportional to some function of the residue thickness. This results in simple mathematical analogs for weathering that imply nonlinear time functions. The rate of weathering becomes constant only when an equilibrium thickness of the residue is reached. Because weathering residues are relatively stable chemically, and because physical removal of residues below the ground surface is slight, many weathering features require considerable time to reach constant rates of change. For weathering rinds on volcanic stones in the western United States, this time is at least 0.5 my.     

特殊地质地貌区填图物化探技术应用

基于物化探技术方法在特殊地质地貌区填图中的应用实验,介绍从区域物化探数据提取地质填图信息的方法,指出重磁与氡-汞气测联合应用是覆盖区探测隐伏岩体、断裂的高效低成本物化探技术组合。运用基于地球化学理论方法的元素地球化学判别技术,在强烈风化区定量划分风化等级为:基岩-弱风化-中度风化-强风化-全风化-残积土等;指出风化壳元素地球化学行为对原生矿物分解、次生矿物形成具有示踪效应;不同风化层稀土元素富集分异显著,强烈富集于全风化层（岩土界面或风化岩石顶界）中的稀土元素分布模式,可作为界定风化壳分层的重要地球化学判别指标。      

酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响

通过对贵州岩溶区（包括湘西）不同地层系统碳酸盐岩发育的红色风化壳、以及结合本区和处于同一气候带的邻区不同岩类红色风化壳的对比研究,结果表明：（1）碳酸盐岩红色风化壳的发育程度明显受基岩酸不溶物成分的控制,酸不溶物的风化成熟度越高,红色风化壳的发育程度一般也越强。由于不同地层系统碳酸盐岩的酸不溶物组成不同,在此基础上发育的红色风化壳的风化强度自然存在着差异;（2）风化壳相对于母岩的进一步风化潜力或空间,随着基岩酸不溶物风化成熟度的增大而降低,从而更容易达到风化平衡;（3）在碳酸盐岩风化壳突变的岩-土界面,伴随碳酸盐的充分淋失、酸不溶物的地球化学指标发生了突变。因此,碳酸盐的溶解不但未阻滞和延缓了硅酸盐组分的分解,而且促进其快速风化。（4）在达到高岭石化甚至弱红土化阶段的酸不溶物基础上,发育的风化壳比结晶岩类风化壳具有更高的风化起点,也就表现出更高的风化强度。因此,笼统地把碳酸盐岩风化壳看作是弱于玄武岩及花岗岩等结晶岩类风化壳发育程度的弱风化类型是不妥的。     

中国不同气候带盐风化作用的地貌特征

盐风化作用是地球表面普遍存在的一种物理风化作用,由于盐类的周期性结晶作用而造成地表岩石和建筑材料的破坏,形成诸如风化穴或蜂窝石构造等地貌景观。盐风化作用也是差异风化的主要表现形式之一。然而,到目前为止盐风化作用在中国地学界仍然被严重忽视,以至于盐风化作用造成的地貌景观常常被地学研究者和科普人士误读为海浪冲蚀、流水侵蚀、风蚀作用等。经过近十年的野外观察与探讨,笔者等对盐风化的形成机理和表现形式有了深入的理解。本文以中国境内东部海岸带、华北半干旱区、西北干旱区和东南湿热气候带基岩露头为例,系统地分析了盐风化作用的机理及其在不同气候带的表现形式。盐风化的必要条件是:适当的可溶性盐类(如Na_2SO_4、NaCl等)供应、周期性的干湿交替和温度变化。盐风化作用主要在发育可渗性孔隙的砂砾岩类和富含微裂隙的花岗岩类之露头表面表现明显,可以形成特征显著的盐风化穴。盐风化作用形成的地貌景观在东部海岸带和西北干旱区表现尤为明显,常常形成蜂窝石构造和大型风化穴,与风蚀作用的痕迹明显有别;而在华北半干旱区和南方湿热气候带虽然受到降雨等其他因素的影响而常常遭受改造、叠加甚或清除,但在某些露头区仍然保留有重要的识别标志,形成大型风化穴以及小型蜂窝石构造。笔者等强调:地表各种地貌景观形成过程中都有盐风化作用的贡献,而建筑物和景观保护也必须考虑到盐风化作用的影响。建议地学同仁重视盐风化作用的普遍性和重要性,在相关教材中补充更新盐风化的概念,并以科普的方式通过多种媒体纠正过去的错误认识。