П 54-90 (ВНИИГ) Методика составления моделей водопроницаемости скальных массивов в основаниях гидротехнических сооружений (Пособие к СНиП 2.02.02-85)

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ
В СКАЛЬНЫХ МАССИВАХ

3.1. В пределах глубины разведки скважинами скальных оснований плотин, обычно ограниченной величиной ~(11,5) (где - проектируемый напор), необходимо учитывать следующие закономерности:

1) осредняющие кривые для любых массивов (кроме закарстованных) характеризуются закономерным уменьшением водопроницаемости с глубиной (рис.12), и, как правило, имеют две точки перегиба: первую, в интервале глубин 550 м (для разных массивов), вторую, в интервале 70-150 м. Первую следует отождествлять с границей подзон выветривания и разгрузки "Б-В", вторую - "В-Г". Промежуточная часть графика, где средние значения =const, либо слабо уменьшается с глубиной, отождествляясь с подзоной "В", служащей, как правило, основанием плотины. Таким образом, в самом упрощенном варианте моделирования подзона "В" может рассматриваться либо как однородный, либо как слабоградиентный по водопроницаемости слой. В подзоне "Г" водопроницаемость зачастую близка к величине 0,01 л/мин, которая обычно рассматривается как условный водоупор. Из опыта рудничной гидрогеологии известно, что в более глубоких горизонтах водопроницаемость может вновь увеличиться, что обусловлено структурными особенностями массива;

Рис.12. Осредненные связи в скальных массивах - основаниях плотин

а - граниты; б - гранито-гнейсы, диориты, граниты;
 в - кристаллические сланцы; г - известняки; д - песчаники и аргиллиты

1 - граниты мелкозернистые, массив; 2 - граниты среднезернистые, массив; 3 - контакты жил; 4 - участок III;
 5 - главная тектоническая зона; 6 - участок II; 7 - участок IV; 8 - участок I (основание Красноярской ГЭС);
9 - гранито-гнейсы крупноблочные; 10 - гранито-гнейсы средне-блочные; 11 - гранито-гнейсы мелкоблочные;
 12 - тектонические зоны VI порядка; 13 - тектонические зоны V порядка (основание Могилев-Подольской
 ГЭС); 14 - диориты, массив; 15 - граниты; массив (основание Константиновского гидроузла); 16 - ортосланцы,
массив; 17 - парасланцы, массив; 18 - тектонические зоны; 19 - зоны сильной трещиноватости; 20 - дайки
мощностью менее 5 м; 21 - дайки мощностью более 5 м (основание Саяно-Шушенской ГЭС); 22 - известняки,
массив; 23 - подзоны сместителя тектонических нарушений; 24 - подзоны оперения тектонических
нарушений (основание Ингури ГЭС); 25 - известняки, массив, пачка 5; 26 - тектонические зоны
(основание Чарвакской ГЭС); 27 - известняки, массив; 28 - тектонические зоны (основание Чиркейской
ГЭС); 29 - песчаники и аргиллиты, массив; 30 - тектонические зоны (основание Стрыйской плотины).

2) резкое повышение водопроницаемости в зонах тектонических нарушений и в несколько меньшей степени - в зонах жильных тел интрузивных пород по сравнению с частями массива, находящимися вне их влияния. Повышенные значения водопроницаемости на участках жил получаются в том случае, если массив после внедрения жил вновь подвергался разрывным тектоническим нарушениям, причем возникающие (обновляющиеся) трещины проходили по контактам жильных тел, что наблюдается нередко. В зависимости от размеров тектонических нарушений, водопроницаемость их зон на 1-5 порядков больше, чем в слаботрещиноватых породах, причем максимальные величины связаны с подзоной трещин оперения и в меньшей степени с подзоной разлинзования. Подзона сместителя зачастую маловодопроницаема в связи с наличием в ней глинки трения. Наибольшее различие водопроницаемости тектонических нарушений и незатронутых ими частей массива наблюдается в подзонах "Б" и "В", а в пределах подзоны "Г" величины сближаются; для некоторых массивов сближение величин отмечается и в подзоне "Б";

3) возможное существенное различие (приблизительно на один порядок) величин , слагающих подрусловую часть долины, по сравнению с ее бортами. Эта закономерность связана с кольматажем трещин в бортах и декольматажем тех же пород под руслом реки дренируемым ею потоком грунтовых вод. Поскольку отмеченное различие наблюдается при сравнении величин ниже уровня подземных вод (в берегах и в русле), т.е. выполненных по единой методике, то его нельзя объяснить особенностями гидравлического опробования. В ряде случаев при сравнении водопроницаемости пород в зоне аэрации (берег) и водонасыщенных (русло) указанные различия могут быть связаны с неполной сопоставимостью данных наливов и нагнетаний. Указанная выше третья закономерность не является устойчивой: справедливая для оснований Красноярской ГЭС (граниты), Саяно-Шушенской ГЭС (парасланцы), она не была выявлена на Курпсайской ГЭС (флишевые отложения) и Папанском водохранилище (известняки) [29].

3.2. В массивах, сложенных массивными интрузивными и метаморфическими породами, могут наблюдаться следующие закономерности, которые необходимо учитывать при анализе данных опытно-фильтрационных работ:

1) при поинтервальном осреднении графиков или ломаными линиями средних значений (рис.13) "пики" с максимальными в толще крутопадающих слоев парасланцев соответствуют пологозалегающим трещинам отрыва, секущим эти слои; применительно к рис.13 такие трещины были установлены на глубинах около 35, 55 и 75 м;

Рис.13. Сопоставление графиков основных типов структурно-петрологических элементов
скального основания Саяно-Шушенской ГЭС:

а - первая категория представительности; б - вторая категория представительности

1 - парасланцы; 2 - ортосланцы; 3 - жилы мощностью более 5 м;
4 - жилы мощностью менее 5 м; 5 - контакты жил с вмещающими породами;
6 - зоны сильной трещиноватости; 7 - зоны крутопадающих тектонических нарушений.

2) существенное повышение величин в гранитах и гранито-гнейсах связано с системой пологозалегающих трещин пластовой отдельности, которые приоткрываются в результате разгрузки естественных напряжений в донной части долины (трещины "донного отпора"), причем особенно это заметно в зонах влияния крутопадающих тектонических нарушений. Иллюстрацией сказанного могут служить характерные изгибы кривых водопроницаемости гранитов основания Красноярской ГЭС, гранито-гнейсов участка Константиновской плотины и Могилев-Подольской ГЭС (рис.12);

3) сравнительно малая мощность сильноводопроницаемых пород подзоны "Б" в целом для массива, составляющая 5-20 м; увеличение мощности этой подзоны до 35-70 м на участках зон тектонических нарушений.

4) в дайках интрузивных пород отмечается сравнительно низкая водопроницаемость маломощных даек и повышенная водопроницаемость контактов даек мощностью более 5 м, характеризующихся "подорванностью" контактов.

3.3. В массивах, сложенных слоистыми толщами осадочных пород, могут наблюдаться следующие закономерности, которые необходимо учитывать при анализе данных опытно-фильтрационных работ:

1) сильно выраженное влияние процесса формирования долины на процессы разгрузки, выветривания, кольматажа трещин и т.д.; вследствие этого, построенные для различных геоморфологических элементов долины, графики могут сильно различаться: Так, график (рис.10, в), построенный по данным опытно-фильтрационных работ в скважинах, устья которых находятся в пределах пойменной террасы и низких отметок склона, существенно отличается от графика (рис.10, а), относящегося к массиву на высоких отметках. Пилообразные графики отражают изменчивость значений в зависимости от мощности пластов, характера контактов между пакетами пластов малой и большой мощности. Такое явление характерно не только для карбонатных, но и для толщ обломочных пород;

2) в ритмических толщах обломочных пород отмечается повышенная водопроницаемость пакетов пластов песчаников, алевролитов и аргиллитов примерно равной, но небольшой мощности по сравнению с водопроницаемостью сравнительно однородных и более мощных пакетов песчаников. Это обусловлено тем, что в первом случае пакеты сложены более неоднородными по прочности породами, поэтому при деформациях это приводит к пластическому течению более слабых пород и растяжению и скалыванию более прочных пластов. Чем больше различие в прочности и мощности отдельных пластов или их пакетов, тем резче проявляется в них указанный характер трещинообразования. Сходная картина наблюдается и в толщах ритмически слоистых известняков;

3) массивным рифовым известнякам свойственны открытые крупные формы карстовых полостей, а в карбонатных слоистых породах наблюдается процесс расширения трещин за счет выщелачивания известняков или доломитов, или за счет доломитизации и раздоломичивания, что приводит к трещинному карсту. Следствием этого является неоднородность массива по водопроницаемости и наличие участков с повышенными значениями даже на глубине свыше 100-200 м.

Например, повышенное водопоглощение в слоистой толще известняков основания Ингури ГЭС наблюдается до глубины 150 м, а мощность подзоны "Б" - до 50 м в массиве вне области влияния тектонических нарушений.

В еще более тектонически деформированных известняках основания Чарвакской ГЭС мощность подзоны "Б" достигает 100 м, средние значения =0,011,2 л/мин. Вследствие подъема по тектоническим нарушениям глубинных термальных вод, обогащенных кремнеземом и реагирующих с известняками (реакция замещения), образуются кремнеземистые рыхлые или слабосцементированные образования ("каранкулиты"), частично замещающие известняки и кольматирующие полости трещин. Установленные в бортовых частях долины карстовые полости и каверны, обусловливающие высокую водопроницаемость, приурочены к определенным уровням террас р. Чирчик (рис.14, 15).

Рис.14. График распределения повышенных значений (>0,4 л/мин) по абсолютным отметкам
опытных интервалов (основание Чарвакской ГЭС)