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基于区域构造稳定性评价对提升水利水电工程选址安全性的探索
摘要:本文结合水利水电地质勘查规范和工程实际情况,以区域构造稳定性评价为基础,对水利水电工程选址和建设等工作提供指导和参考。
关键词:水利水电工程;区域构造稳定性评价;选址
引言
区域地质,特别是区域性活动断裂,是影响项目成败的基本地质问题,也是项目选址的关键要素。地区结构稳定性是指受地球内部和外部因素共同影响而形成的地区结构稳定性。地区结构稳定评估是地区地质评估和地震响应分析的具体体现。关于地区稳定性,既包括了内部因素,也包括了外部因素,有些因素是在内部因素的基础上引发的外因,还有一些因素是在外部因素为主的情况下,内部因素起了诱导作用。但是,由于区域地质研究的内容广泛,牵扯到的因素众多,能够体现出区域地质特征的图件所占的比重很少,因此在相对短暂的时间里,很难对区域地质有一个相对完整、客观的分析。地区的稳定状况对各类工程,尤其是重大项目的施工有很大的影响。因此在项目的选址阶段,地区的稳定状况是一个重要的课题。地域稳定的考察既有实践意义,也有理论意义。在此基础上,通过对工程地区的各种地质情况的深入研究,使施工单位对该地区的地质情况有一个较为完整的认识,并对该地区的结构稳定性进行准确评估。对于一些比较特殊的地区,就必须对其进行专门的调查。
一、区域构造稳定性评价内容
1、区域构造稳定性评价的范围
水利水电工程地质勘察规范中,水利水电工程区域研究主要包括远场区、近场区以及工程区三个圈层。可以根据工程场地所在的构造单元和地震带分布特征确定区域构造研究的范围,通常包括大地构造单元和相邻单元的相关地区,及地震对坝址影响烈度超过6度的地震带【1】。
2、区域构造稳定性研究的内容
水利水电工程地质勘察规范中要求在水利水电工程区域构造的稳定性评价过程中,主要包括三个部分的研究内容,分别是①区域构造背景研究;②活断层及其活动性质判定;③确定地震动参数。
具体的研究内容包括沉积建造、岩浆活动以及火山活动等。即研究区域构造稳定性的影响因素。在区域构造稳定性评价过程中,需要合理选择影响因素,开展综合性评价。
对于工程活动而言,活动断裂及其引起的地震是影响地区稳定性的重要因素。区域稳定性是指现今地壳活动的活动过程,活动模式可分为两种:一种是大规模的抬升和下降,多为较长期的缓慢的隆起和凹陷活动;二是断层活动的差异性,通常伴随有各种能量的地震。对于工程设计中的规划过程,首先要解决的就是区域稳定问题。总体上讲,要尽可能避免发生强震的地区建设工程。在实际应用中,往往需要对该地区断层是否活跃、是否存在强震,邻区强震是否对该地区产生影响进行论证。地震是由特殊的地理环境引起的。一般认为,大型地震通常是发生于大型断裂层上,分布于各种地质构造单元的交界处。因此,必须对工程区所在的区域进行详细的地壳结构研究,并对工程区断裂的地质历史和断裂的地形形态进行详细的研究。以大断层为主要对象,对其在时空上的展布、多期次、时序性、活动性、危险性进行分析【2】。
3、区域构造稳定性研究的方法
区域构造远场研究方法:研究水利水电工程区域构造远场的时候,需要全面收集资料,合理划分不同构造单元和地震区,再次区域构造图和地震分布图。结合区域地质图分析区域性断裂情况,如果厂区内部存在活动断层,需要开展地质测绘工作,确定活断层是否会影响到坝址。
活动断层判定方法:判定活动断层的时候,需要分析活动断层的活动年代、活动性质以及活动强度等因素。判定活动断层的时候可以利用热释光法、电子自旋共振法和裂变径迹法等。不同方法具有不同的适应条件和测年时段,需要根据实际情况和工作需求合理选择工作方法。
二、区域构造稳定性评价的方法
1、影响区域构造稳定性的因素及区域构造稳定性评价的因子
评价施工区域构造稳定性的时候,需要综合分析区域构造情况、断层活动性以及地震危险性等因素。在评价过程中主要利用的活动因子包括地震烈度、加速度以及现代活动断层等内容。
2、区域构造稳定性评价的方法
原来在综合评价区域构造稳定性的时候,主要是结合宏观判断结果落实定性评价工作。在实际工作中工作人员通常是利用定性综合分析方法,确定施工现场的构筑物是否稳定,再结合定量方法实施论证。
(1)定性评价方法:选用构造类比和地震地质类比法的时候,需要综合分析评价大地的构造格架、区域性互动断裂以及地震活动等方面。而在抗震设计之前需要落实工程类比法。在分析评价区域构造稳定性的时候,工作人员可以宏观比较不同的工程。因为在一个工程中限制地质分析工作,不利于精确分析某个因素产生的影响,而通过横向对比不同构造环境的工程,有利于发现本工程的问题。
(2)定量评价方法:利用定量评价方法有利于定量化处理各种工程岩土性质和状态等资料,通过计算机处理工程地质问题。在实际工作中可以利用数学模型和人工智能等方法。
3、区域构造稳定性分级
分级评价区域构造稳定性的时候,工作人员需要不同组合区域构造稳定性评价因子,并且实现分级。通常是根据四级和三级标准划分区域构造稳定性。为了将场址区域构造稳定性的差异性反映出来,需要结合水利水电工程构筑物抗震水平和行业规定等,选用三分法方案。
4、案例分析
某水库区域地质条件非常复杂,因此需要评价区域构造稳定性。研究区域所处的大地构造单元属于区域活动断裂,具有地震活动特征,整体区域构造缺乏稳定性,通过预测可以确定该区域可能会发生地震。
某水库扩建工程的施工场地缺乏稳定性,因为处于活动断裂带,沿断层带存在破碎的岩体,在岩溶发育的影响下,将会产生渗漏通道。因为库坝区存在互动断层,具有很强的活动性,将会增加地震烈度,影响到区域构造的稳定性,在未来很大概率上会发生地震,因此暂时停止了该扩建工程。
三、水利水电工程区域构造稳定性的影响
1、区域构造稳定性分级对工程影响
利用三分法方案评价工程,保障选址的适宜性。如果具有良好的稳定性,则无需开展抗震设计。如果缺乏稳定性,需要落实抗震设计。相关规定要求不能在强震区选择坝址,而且不能在活断层上修建大坝等建筑物。
2、活断层对工程的影响
活断层对工程的影响如下:(1)在工程设计阶段,活断层错动将会直接破坏工程;(2)如果活断层突然出现错动情况,将会引发强烈震动,严重破坏水利水电工程构筑物结构,无法维持工程运行的正常性。
3、活断层区建筑物场址选择原则
一般都会使用回避的原理,并保证安全避让距离的合理性。对于需要在活动断裂发育区进行建设的大型项目,宜选择相对稳定的地段;如果项目要经过活断裂,应为直线交叉;厂房选址时,要尽量避免在活动断裂地带;对于活断层区的建筑物,必须采用相应的构造方法。
结束语
1.地区结构的稳定性,直接关系水利水电工程的稳定性。拟新建的水利枢纽项目,需要开展区域结构稳定研究,确定场地地震参量,评估区域结构稳定。2.明确区域构造稳定评估的范围、研究方法、评估内容、评估方法,以及地震动参量的测定方法等。3.在此基础上,通过分析研究区域构造稳定性评价,分析水电工程的影响因素和影响程度,进一步提高水利水电工程选址和建设的科学性。
参考文献
[1]张玉全.水利水电工程关键过流部件安全运行稳定性研究[J].水电与抽水蓄能,2023,9(01):2.
[2]袁东.基于BIM技术的水利工程坝体稳定性和应力分析探讨[J].科技资讯,2021,19(29):66-68.