摘 要：在對巖體結(jié)構特征現(xiàn)場調(diào)查基礎上，通過裂隙統(tǒng)計、計算、壓水試驗等手段，發(fā)現(xiàn)處置場基巖裂隙的滲透性能具有明顯的垂向分帶性，其中在距地表近70 m范圍內(nèi)是處置場基巖裂隙水活躍帶。采用統(tǒng)計窗法進行結(jié)構面幾何參數(shù)測定，運用赤平投影法對裂隙進行分組，以各組裂隙數(shù)均值方向代表該組裂隙的方向，并計算出各組裂隙的平均間距，然后計算了巖體的滲透張量及主方向滲透系數(shù)。

　　關鍵詞：地震作用,廢物處置場,滲透特性,滲透張量

　　1 前言

　　“5.12”汶川地震對自然環(huán)境造成了嚴重的破壞，在河谷地帶，大量泥沙隨崩塌、滑坡進入河道，甚至堵塞形成堰塞湖，不僅明顯改變河流水文條件，而且影響水資源與水環(huán)境[1]。有些地區(qū)的地表水不能很好地排泄，造成積水現(xiàn)象。受地震影響，巖體松動，滲透性增強，固體廢物可能會流入附近水體，改變水質(zhì)情況，造成水污染[2]。在地震作用下，某處置場巖土體滲透性有可能發(fā)生改變，河水與地下水發(fā)生互相補給，容易引起河水污染。為了確保萬無一失，采取河流改道方案，即由三面環(huán)水，采取截彎取直，變?yōu)橐幻姝h(huán)水，取直部位采用攔水壩。但是，河流改道后巖體滲透性能如何，地下水滲流場如何變化，地下水與河水的補給關系如何等問題有待于進一步研究論證[3~6]。本文通過巖體結(jié)構調(diào)查、滲透張量計算、壓水試驗等手段研究了巖體滲透性能。

　　2場地地層巖性及巖體結(jié)構特征

　　2.1地層巖性

　　研究區(qū)位于揚子準地臺與秦嶺和松潘―甘孜地槽褶皺系相互交接的地區(qū)。中生代時雖處于與龍門山構造帶相伴生的前陸盆地，但第四紀時前陸盆地已向西南遷移到安縣西南的龍門山構造帶中―西南段的前緣，區(qū)域構造線方向為NE~NEE。前后經(jīng)歷三次構造旋回，即加里東構造旋回，印支構造旋回和燕山構造旋回。加里東運動和燕山運動主要表現(xiàn)為整體升降運動，導致地層間呈平行不整合接觸。印支運動則表現(xiàn)為強烈地褶皺隆起，不僅導致侏羅系與三疊系地層呈角度不整合接觸，而且形成一系列復式褶皺。在復式背斜內(nèi)，斷裂構造相當發(fā)育，主要表現(xiàn)為逆沖斷層和逆掩斷層。這一系列的逆斷層走向均與褶皺軸向近于一致，西邊為NE向，東邊為NEE向。表明褶皺形成的同時，沿某一組剖面“X”節(jié)理發(fā)育逆沖斷層是本區(qū)的主要構造特色。沿褶皺初期平面“X”節(jié)理發(fā)育的走滑斷層在本區(qū)相對較少。至于燕山期整體抬升導致的正斷層更是少見。雖然走滑斷層和正斷層不是本區(qū)主要構造形跡，但它們改造印支期產(chǎn)生的逆沖斷裂構造，使本區(qū)構造復雜化。

　　區(qū)域上，第四系較為發(fā)育，按其成因類型劃分，主要有沖積、沖洪積、殘坡積、人工堆積等;按時代劃分則主要為中晚更新世(Q2、Q3)和全新世(Q4)。沖積物多沿河兩岸分布，構成河流邊灘、心灘及河谷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級階地;洪積物零星分布于采石場及河流西岸;殘坡積在區(qū)內(nèi)分布較廣，遍及大多數(shù)的山坡地帶;人工堆積可分兩類，一為廠區(qū)、道路建筑物，一為大規(guī)模異地搬運而來的石塊、巖屑堆積體。下伏基巖出露地層有奧陶系、志留系、泥盆-石炭系、侏羅系，所有地層巖石均未經(jīng)受區(qū)域變質(zhì)作用改造，以志留系下統(tǒng)的泥巖、粉砂泥巖分布最廣，遍及全區(qū)。研究區(qū)地層主要由第三系、第四系、志留系地層組成。

　　2.2巖體結(jié)構特征

　　工作區(qū)地表揭露基巖結(jié)構面主要以層面為主，產(chǎn)狀為N85°E;其次為N40°W方向的節(jié)理;N10°W的節(jié)理最不發(fā)育，見圖2-1。巖體結(jié)構類型主要為鑲嵌~次塊狀結(jié)構，巖體風化程度一般為弱風化，節(jié)理面平直稍粗糙，閉合，透水性差。

　　3 裂隙巖體滲透性能試驗

　　研究區(qū)地下水按其賦存條件和運動方式分為第四系松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水兩種主要類型，源于大氣降水補給。由于孔隙水分布范圍有限，區(qū)內(nèi)地下水滲流問題主要在裂隙巖體在內(nèi)。活動于巖體結(jié)構面中的裂隙水，埋藏深度受季節(jié)、地形及結(jié)構面規(guī)模等因素控制。由于基巖中有多層泥巖夾層起隔水作用，裂隙水多沿泥巖與砂巖以泉的形式出露。地下水的賦存、運移明顯受控于巖體結(jié)構，因此研究滲透特性必須充分考慮巖體結(jié)構特征。區(qū)內(nèi)巖體曾經(jīng)受過幾次地殼變動，尤其是龍門山推覆構造的影響，產(chǎn)生了許多斷層和節(jié)理裂隙，這些結(jié)構面可構成地下水的流動通道。為了評價巖體的滲透性，進行了大量的鉆探及野外壓水試驗工作。鉆孔壓水試驗的工作原理是在鉆孔中以一定的壓力將水壓入孔壁周圍巖體，當壓入流量達到相對穩(wěn)定的情況下，該段單位長度內(nèi)在某壓力下的滲流量，即稱之為單位吸水量或透水率，用來表征該巖體的透水性。通過試驗資料的分析，用一個壓力點壓水成果的計算方法及公式Lu=巖石吸水量[(L/min)

　　得出鉆孔中巖土體的呂榮值。

　　根據(jù)上述方法，場地鉆孔中巖體的滲透率隨深度的變化如圖2~圖5(圖中橫坐標為滲透率，縱坐標為深度)。

　　圖中表示出了各鉆孔Lu值隨深度變化的關系，大致可分為兩種情況：第一類，從孔口往孔底Lu值交替變小，風化、卸荷從地表開始，越往地下深處作用強度越弱，相應的透水性也是從上往下遞減。因此這類曲線與實際的增大介質(zhì)滲透能力的作用向深度減弱的普遍規(guī)律是吻合的。第二類，鉆孔Lu值從上往下總體仍是遞減，但中間有Lu值變大的現(xiàn)象，這類鉆孔與壩區(qū)巖體結(jié)構及巖體結(jié)構面發(fā)育以及其分布有關。

　　根據(jù)前人的研究，裂隙的滲透性能隨埋深的增大將急劇性減少，當達到一定的深度時，裂隙呈閉和狀態(tài)[6]。某低中放廢物預選處置場基巖裂隙滲透性在垂向上的上述特征主要受4個因素的控制，裂隙的構造力學性質(zhì)、風化、卸荷回彈和圍巖應力。巖體隨著風化、卸荷程度加劇，構造發(fā)育，透水性增強，透水性具明顯的垂直分帶性，隨孔深的增加，透水性減弱，巖體完整性改善。

　　4 裂隙巖體滲透張量計算

　　4.1滲透張量計算方法

　　裂隙巖體中完整巖體的滲透性極為微弱，滲透水流主要在巖體裂隙中運動，而裂隙中的分布具有顯著的非均一性和方向性，沿裂隙運動的地下水流速與水力坡度不一致，因為描述巖體地下水流運動的達西定律中各向異性的滲透特性應以張量 表示，滲透張量有三個主值K1、K2、K3， 是三個主值的幾何平均值。

　　(1)裂隙分組

　　在同一組內(nèi)的裂隙，它們的裂隙面不可能完全平行，而是呈一定分布規(guī)律處于離散狀態(tài)，但必然存在一個產(chǎn)狀，裂隙組內(nèi)所有裂隙與它的產(chǎn)狀偏差最小。顯然，用它來表示裂隙組的產(chǎn)狀最具有代表性。該產(chǎn)狀的法矢量為最大概率方向( )，它與裂隙組法矢量的合矢量 平行，即，

　　從上式可以看出，只要確定了分布常數(shù) 和 ，就可以確定分布函數(shù)。對于一組裂隙，如有N個隙寬測量數(shù)據(jù)，則兩個分布常數(shù)可以用下式估計

　　由分布參數(shù)，求得隙寬的數(shù)學期望()和方差(D)

　　平均隙間距為S的一組裂隙的滲透張量為

　　在滲流計算時，如果使Descartes坐標系的三個軸與滲透張量主軸平行，不僅在理論上是可行的，而且可以極大地簡化計算過程，因此，滲透張量計算的結(jié)果一般以張量主軸及其方向的形式給出。

　　4.2滲透張量計算

　　本次研究中裂隙幾何參數(shù)測定量與巖體結(jié)構面調(diào)查配合進行，對工作區(qū)10處基巖露頭采用統(tǒng)計窗法進行結(jié)構面幾何參數(shù)測定，獲得20個測窗的資料。運用赤平投影法對各個測窗的裂隙進行分組，以各組裂隙數(shù)均值方向代表該組裂隙的方向，并計算出各組裂隙的平均間距，然后進行滲透張量計算。計算結(jié)果見表1。

　　測點范圍內(nèi)，基巖最主要的導水結(jié)構面是NWW向的層面，而最大的兩個滲透主軸基本在該平面內(nèi)，最小滲透主軸與層面基本垂直，主方向滲透系數(shù)平均值為3.55×10-4m/d。計算結(jié)果與實際情況是比較吻合的，計算結(jié)果能真實反映工作區(qū)內(nèi)巖體的滲透性能。

　　5 結(jié)論

　　根據(jù)廢料處置場所在區(qū)域的地質(zhì)構造環(huán)境，通過對處置場巖體結(jié)構的分析、滲透張量計算，得出以下結(jié)論：

　　(1)受地質(zhì)構造及地震影響，基巖最主要的導水結(jié)構面是NWW向裂隙，而最大的兩個滲透主軸基本在該平面內(nèi)，最小滲透主軸與層面基本垂直，主方向滲透系數(shù)平均值為3.55×10-4m/d。

　　(2)受淺表生改造及地震作用的影響，某處置場淺表部裂隙局部松弛，巖體裂隙滲透性在垂向上的上述特征主要受4個因素的控制，裂隙的構造力學性質(zhì)、風化、卸荷回彈和圍巖應力。巖體隨著風化、卸荷程度加劇，構造發(fā)育，透水性增強，透水性具明顯的垂直分帶性，隨孔深的增加，透水性減弱，巖體完整性改善。處置場基巖裂隙的滲透性能在垂向上具有明顯的分帶性，其中在距地表近70 m范圍內(nèi)是處置場基巖裂隙潛水活躍帶。由于該基巖裂隙水活躍帶也是核素向河流遷移的活躍通道，因此必需采取河流改道、防滲等應急措施，達到萬無一失。

　　(3)由于裂隙分布的方向性，處置場基巖裂隙具有各向異性的滲透系數(shù)。通過對處置場基巖裂隙的統(tǒng)計、分析，計算了基巖裂隙的滲透系數(shù)張量。

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