水利水电工程区域构造稳定性浅析

水利水电工程区域构造稳定性浅析

王中航 ,贺赤诚

长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）  湖北 武汉 430074

摘要：探究水利水电工程区域构造稳定性，需了解具体的稳定性评价范围、内容、方法等，并可结合对应的工程实例研究区域构造稳定性可能给水利工程带来的影响，并以此为基础指导水利水电工程安全选址，保证水利水电工程施工的稳定展开。

关键词：水利水电工程；区域构造；稳定性

引言：我国是一个地震多发的国家，西南及西北地区地质构造尤其活跃，而这些地区也是我国水能资源最为丰富的地区。许多在建及待建的水利水电工程处于地震基本烈度VII地区，还有少量位于地震基本烈度VIII度及以上地区。为保障水利水电工程的经济合理规划和安全可靠运行，做好区域构造稳定性勘察研究尤为重要。

1.背景分析

进入新时期以后，基于社会层面的具体需求，开始出现更多的水利水电工程，比如葛洲坝水利枢纽、三峡大坝、黄河小浪底水利枢纽、南水北调工程、白鹤滩水电站等，而水利水电工程涉及防洪治河、水力发电、农田水利、给水排水、航运等各个方面的内容，因此对本身的质量有着较高的需求，故而在最初的选址阶段即需对工程场地的区域构造稳定性、安全性展开必要的探索、分析，以此来确定水利水电工程最佳的建设位置，避免后续出现相关质量、安全问题，节省后期维护保养费用，这对水利水电行业的健康发展来说至关重要。

2.水利水电工程区域构造稳定性分析

水利水电工程区域构造稳定性分析涉及多个方面的内容，以下进行具体分析：

2.1确定稳定性分析范围

在确定区域构造稳定性分析范围时，需关注三个重点工程区域：场址区、近场区和研究区，其中场址区指的是建设区域5km-8km以内的施工场地，近场区指的是25km以内区域，研究区为工程坝址周围半径≥150km的区域。此外，在确定分析范围时，还应参考所在位置的大地构造单元以及可能面临的地震问题，这需结合地震区分布特征与以往地震频率监测数据来确定。

2.2确定稳定性分析内容

根据《水电工程区域构造稳定性勘察规程》（NB/T 35098-2017）规定，稳定性勘察研究包括以下内容：区内沉积建造、岩浆活动、变质作用、大地构造单元和区域构造格架及变形特征、断裂带的基本特征及其活动性、地壳结构和深部构造、构造变形发展及演化、地貌和新构造活动、地球物理场异常、现今地壳变形及现代构造应力场、地震活动等。其中，活动断裂与后续引发的地震活动等是关键研究点，而区域稳定性即为地壳运动现代活动程度，主要包括两类活动形式：第一类是大面积沉降、掀科，基本上都是长期性的凹陷或者缓慢隆起活动，第二类是沿区域断裂带形成的差异运动，常伴随地震活动。水利水电工程规划时，区域稳定性是必须要考虑的因素，通常来讲，需尽可能地避开地震危险带、活动区，故而需以科学的方法论证地震发生、断裂活动等可能对本区域产生的影响，而很多中强地震往往集中在大地构造单元分界断层附近，故而在分析时需重点观察工程所在大地构造部位，从根本上杜绝危险因素，保障工程质量与安全。

2.3确定稳定性研究方法

确定稳定性分析方法，需把握以下要点：①了解研究区、近场区及场址勘察方法。首先分析工程场地及邻区在不同阶段记录的区域构造相关资料，特别是当地规划部门、地震部门等收集的安评资料；后续再完成Ⅱ、Ⅲ级大地构造单元以及地震区带划分，安排人员重复检查区域构造、地震分布图，避免出现误差。近场收集时，结合区域地质图，测量区域性断裂情况，鉴定其具体活动性；针对在工程场址区内可能出现的活动断层，利用专业设备进行地质测绘，明确活动断层可能带来的影响。②活动断层判定，包含以下要素：活动断层整体化识别、活动性质、活动年代、活动强度变化规律、活动断层年龄与最大位移等。活动断层年龄判断分析可通过以下方法测量：放射性碳（14C）、释光（光释光OSL、热释光TL）、铀系法（U系）、电子自旋共振法（ESR）、宇宙成因核素法（如10Be法、26Al法）、石英表面显微结构（SEM）等，各个方法测年时段、适用条件等有着一定差异，需结合当地区域构造真实情况选取，亦可两项活动多项方法结合应用，进行相互验证，得到可靠结果。

2.4确定稳定性评价机制

区域构造稳定性评价机制的建设是基于宏观判断展开的，可从两个方面落实：①定性评价。根据评价资料对地质构造展开质量分析，通过比较与分类、分析与综合、归纳与演绎等方法，对区域活动断裂、地质构造格架、地震活动等展开综合评价分析；此外还可引入工程类比法，在进行工程抗震设计时，收集若干个工程展开宏观对比，对在不同构造环境中的水利水电工程展开横向对比，以此来确定区域构造中可能存在的问题并对其加以针对性干预。②定量评价。指的是利用数学方法收集若干数据资料，对区域构造涉及的地质现象与作用、岩土状态与性质等展开定量化分析，并通过计算机技术来解决其中涉及的复杂计算量，而应用较多的方法包括数学模型、物理模拟、数值计算、人工智能算法等，但因涉及很多专业性较高的内容，该项评价方法仍处于前期探索阶段，各个方面仍有待优化。

2.5稳定性分级

在通过评价机制完成对区域构造的系统化评价后，需进行稳定性分级，可按照三分法或四分法将区域构造稳定性分为三级或者四级标准。本文推荐按照《水电工程区域构造稳定性勘察规程》（NB/T 35098-2017）推荐的四分法进行评价，根据活断层的分布与活动特征、地震活动性、地震危险性分析等因素，综合分析确定工程场址区的区域构造稳定性分级。

3.区域构造稳定性影响研究

区域构造稳定性真实情况对水利水电工程设计、施工等各个方面产生的影响是深远的，主要包括以下几个方面：

3.1分级影响

利用上述提出的四分法展开稳定性分析，分为四个级别：稳定性好（地震动峰值加速度a＜0.09g，地震烈度＜VII，场址25km内无活断层，近场区有M＜4.7级的地震活动）、稳定性较好（0.09g≤a＜0.19g，地震烈度VII，5km内无活断层，近场区有4.7级≤M＜6级的地震活动）、稳定性较差（0.19g≤a＜0.38g，地震烈度VIII，5km内有活断层或M＜5级地震的发震构造，近场区有6级≤M＜7级的地震活动或仅1次M≥7级强震活动）和稳定性差（a≥0.38g，地震烈度≥IX，5km内有活断层且M≥5级地震的发震构造，近场区有多次M≥7级强震活动）。

3.2活断层影响

活断层影响主要体现在两个方面：①水利水电工程设计基准期内，若是出现活断层错动，引起无震蠕滑错动或者断裂地震突然错动，可能会直接破坏工程结构。②若是活断层突然错动可能造成强烈地震，由此形成的巨大动载荷，会破坏水工建筑物结构，引发软基液化失效、库岸滑坡或者崩塌等一系列问题，影响工程安全与顺利推进。

3.3地震地质灾害影响

除了上述活断层断错影响，仍需考虑地震作用引起的次生灾害现象：①饱和砂土液化；②地基软土震陷；③边坡潜在不稳定体的崩塌滑坡现象等。另外，我国西南地区深切峡谷区尤其是冰川雪原区发育远程高位滑坡导致的强动能、强烈碎屑化及流体化物质可能会导致较为严重的堵江及堰塞事件，需要予以格外重视。

综上，文章就水利水电工程区域构造稳定性展开了综合论述与分析，建议针对不同类型的水利水电工程，选择对应的区域构造稳定性评价范围、方法等，以此来确定其中可能存在的问题，合理选择施工场地，并就可能出现的地震问题做好应对预案，保障水利水电工程安全与质量。

参考文献：

[1]水电水利规划设计总院等.中华人民共和国能源行业标准——水电工程区域构造稳定性勘察规程:NB/T 35098-2017[S]，2017.

[2]靳彦荣.水利水电工程基础施工——评《水利水电工程基础知识与学习指导》[J].人民黄河,2022,44(3):170.

[3]陈保翠.水利水电工程基础处理施工要点及应用实践[J].中华建设,2022,No.281(4):159-160.