Chương 3 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
3.1 Khối đá granit nền đập công trình Thủy điện Lai Châu
Công trình thủy điện Lai Châu được xây dựng trên sông Đà cách thị xã Mường Lay khoảng 40km theo đường bộ về phía tây. Công trình bao gồm các hạng mục đập bê tông trọng lực với chiều cao lớn nhất 125m, cao độ mực nước dâng bình thường 295m, cao độ mực nước chết 265m, đập tràn xả lũ lòng sông, kênh, cống dẫn dòng bên bờ phải, tuyến năng lượng và nhà máy bên bờ trái với công suất lắp máy 1200MW.
3.1.1 Thành phần thạch học
Toàn bộ vùng tuyến công trình được bố trí trên nền khối đá magma xâm nhập phức hệ Điện Biên pha 2 δγ(P2-T1đb2) (Trần Đăng Tuyết và nnk 1994) thành phần là granodiorite horblend, diorit thạch anh, granitebiotit, plazogranit màu xám sẫm đến sáng màu.
Thành phần khoáng vật chính trong đá :
- Granođiorit : Plazoclas (45-50%), thạch anh (20-25%), fenspat 10%, biotit (10-15%), horblend (5-8%).
- Điorit thạch anh, horblend: Plazoclas (60-65%), thạch anh (10-15%), horblend (10%), biotit (10%)
- Granitbiotit sáng màu: Plazoclas (25-40%), fenspat (20-30%).
- Plagiogranit: Plazoclas (55-60%), fenspat kali (5-15%). Các khoáng vật phụ thường gặp sphen, apatit, zircon...
Trong đá granit phức hệ Điện Biên còn gặp các khối nhỏ gabrođiorit và các đai mạch gabrodiaba màu xanh sẫm cùng xếp chung vào phức hệĐiện Biên.
3.1.2 Khe nứt, dứt gãy kiến tạo
Vùng tuyến đập Lai Châu chỉ ghi nhận được các đứt gẫy bậc IV, V phát triển khá mạnh theo 2 hệ thống chính Tây Bắc-Đông Nam và Đông Bắc-Tây Nam. Hệ thống đứt gẫy á kinh tuyến và á vĩ tuyến ít phát triển.
- Hệ thống đứt gẫy phương Tây Bắc - Đông Nam gồm các đứt gẫy IV-1 đến IV-9 thế nằm cắm về phía đông bắc góc dốc 70-80o; các đứt gãy bậc V gồm V.7, V.8, V.13, V.18.
- Hệ thống đứt gẫy Đông Bắc-Tây Nam gồm các đứt gẫy IV.10 đến IV.16 thế nằm cắm về phía đông nam, góc dốc 70-80o. Đứt gẫy bậc V gồm V.1, V.2, V.3, V.5, V.12, V.15, V.17.
- Hệ thống đứt gẫy á kinh tuyến gồm IV-17, IV-18, IV-19 và V.4, V.20.
- Hệ thống đứt gãy phương á vĩ tuyến chỉ gặp các đứt gãy bậc V gồm V.3b, V.5, V.9 có thế nằm cắm về bắc - đông bắc góc dốc 60-80o.
Các đứt gãy Tây Bắc - Đông Nam, Đông Bắc – Tây Nam đều là những đứt gãy trượt bằng thuận. Các đứt gãy phương á vĩ tuyến và á kinh tuyến chỉ phát hiện được các đứt gãy bậc V trong các hầm khảo sát
Cùng với các hệ thống đứt gãy phá huỷ kiến tạo nêu trên, mạng lưới khe nứt nhỏ phát triển trong đá gốc vùng tuyến được đo vẽ tổng hợp trong các hầm ngang thăm dò ở 2 vai đập cũng như các điểm lộđịa chất ven sông.
Có 4 hệ thống khe nứt chính như sau:
I. Hệ khe nứt á kinh tuyến
+ Ia. 80-100∠50-80o và ≤ 40o + Ib. 260-280∠50-85o và ≤ 40o II. Hệ khe nứt á vĩ tuyến
+ IIa. 170-190∠50-80o và ≤ 40o + IIb. 350-10∠50-80o và ≤ 40o III. Hệ khe nứt ĐB-TN
+ IIIa. 110-160∠50-80o và ≤ 40o + IIIb. 290-340∠50-80o và ≤ 40o IV. Hệ khe nứt TB-ĐN
+ IVa. 20-70∠50-80o và ≤ 40o + IVb. 200-250∠50-80o và ≤ 40o
Hình 3.1: Sơđồ hệ thống khe nứt tuyến đập Lai Châu
aQ
edQ
edQ
IAà
IAả
IAả
IB
IB
éPả-Tàđb
éPả-Tàđb
199
IIA
IIB IIB
MNDBT 295 edQ
IAà
éPả-Tàđb IIA
IIA IIB
IAà
IB IAả
IAả
IB IAả
edQ
edQ
IIA
IB IAả
K/cách TN (m) Cao độ TN (m)
Mô hình hóa khe nứt Tuyến đập
40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0 40.0
395.60 408.17 397.15 379.55 367.63 356.97 333.23 310.11 297.33 288.85 272.38 259.10 240.02 212.16 187.60 195.71 210.53 238.79 279.91 301.01 328.71 348.47 363.09 380.69 389.76
Cao độ (m)
120 140 160 180 240 260 280
200 220 300 320 340 360 380 400 420
80 100
60
Cao độ (m)
120 140 160 180 240 260 280
200 220 300 320 340 360 380 400 420
80 100 440
60 aQ
NIII-700
Điểmngoặt
IV-11
V-4B
IV-12
V-6 IV-5
V-5 V-3B
V-3
V-2
V-1
IV-14 IV-7
IV-15
IV-6
V-4 IV-6B
V-11
IV-13
V-9
CDD KDD
v=4.5-5.5 v=2.6-3.3
v=2.6
ắ=800
v=3.8-4.3 v=3.8-4.8
v=2.8-4.0 v=1.6-2.0
ắ=800
ắ=500
ắ=500
IVa IVa
IVa
IVa IVb
IVb
IVb
IIb
IIb IIIa
IIIa
IIIa
IIb
IIb N
S
E W
Các khe nứt có chiều rộng >=3mm thuộc đới đá nứt nẻ IIA
đồ thị đẳng trị khe nứt hầm ngang hn2
Trô
c ®Ëp
H−ớng dòng chảy sông
đồ thị đẳng trị khe nứt hầm ngang hn1 Các khe nứt có chiều rộng >=3mm thuộc đới đá nứt nẻ IIA
W E
S N
Trôc ®Ëp
H−ớng dòng chảy sông edQ
NH1/216.0
260 NH2/215.3 200
Hình 3.2
Bảng 3.1.1 Các hệ thống khe nứt chính khu vực công trình
Ký hiệu hệ thống Đường phương Phương vị hướng dốc Góc dốc
Hệ á kinh tuyến 350o – 10o
a. 80 – 100 45-85
25-40
b. 260 - 280 45-85
25-40
Hệ á vĩ tuyến 80o – 100o
a. 170 – 190 45-65
25-45
b. 350 – 10 45-85
25-40
Hệ ĐB-TN 20o – 70o
a. 110 – 160 45-85
25-40
b. 250 – 340 45-85
25-40
Hệ TB-ĐN 290o – 340o
a. 20 – 70 45-85
25-40
b. 200 - 250 45-85
25-40
Phân bậc đứt gãy, khe nứt khu vực công trình theo Tiêu chuẩn TCVN4253-86.
Bảng 3.1.2 Phân cấp khe nứt, đứt gãy kiến tạo khu vực công trình
Cấp
(bậc) Loại và đặc trưng phá hủy
Chiều dài trong phạm vi
nghiên cứu
Bề rộng
Khoảng cách (bước) Bề mặt đứt
gãy hay chiều rộng đới vỡ vụn
Đới ảnh hưởng
IV Đứt gãy trung bình
Hàng trăm mét đến hàng
nghìn mét
0.5-3.0m đến 10m 80-200m
V Đứt gãy nhỏ, khe nứt lớn 50-1000m >20mm-
20cm 0.5-3m 30-80m
VI Khe nứt trung bình 10-100m 3-20mm đến
0.5m 2-40m
VII Khe nứt nhỏ 1-10m 1-2mm - <5
VIII Khe nứt nhỏ <1mm
3.1.3 Điều kiện địa chất thủy văn và tính thấm của khối đá nền
Kết quả quan trắc mực nước ngầm trong các hố khoan vai phải, vai trái cho thấy mực nước ngầm cao nhất vào các tháng 8, 9, 10, 11 trong năm (tương ứng với mùa mưa), mực nước ngầm thấp nhất vào các tháng 4, 5, 6.
Mực nước ngầm giao động trong đới đá phong hóa IB. Về mùa mưa mực nước ngầm dao động trong khoảng đới IA2 và bề mặt đới IB. Mùa khô mực nước giao động trong khoảng đới IB và bề mặt đới đá nứt nẻ IIA. Biên độ dao động trung bình khoảng 6-8m, cá biệt có hố khoan nằm trong vùng thung lũng suối thấp mực nước dao động giữa mùa khô và mùa mưa khoảng 2-2.5m. Như vậy, có thể thấy vùng trũng thấp nằm gần miền thoát, bề mặt sườn ít dốc thì sự dao động nước ngầm ít, ở vùng sườn có độ dốc lớn, cách xa miền thoát, có thảm thực vật phát triển tốt, tính thấm trong đá nhỏ thì sự giao động nước ngầm giữa 2 mùa lớn.
Công tác nghiên cứu tính thấm của khối đá nền đã được tiến hành bằng các phương pháp thí nghiệm địa chất thủy văn nhưđổ nước, múc nước, ép nước trong hố khoan. Kết quả thí nghiệm thấm được tập hợp trong bảng dưới đây:
Bảng 3.1.3: Bảng tổng hợp kết quả thấm vùng tuyến đập
Ký hiệu địa tầng
(số lần thí nghiệm) Mô tả tóm tắt đất đá
Giá trị thí nghiệm min-max Trung bình Hệ số thấm K (m/ng) q(Lu) IA2 (26)
γ(P2-T1)đb
Granit mềm yếu đến dăm cục nhét sét
0.01-1.02 0..4 IB (162)
γ(P2-T1)đb
Granit phong hoá nứt nẻ kém cứng chắc- cứng chắc trung bình
0.4-41 7 IIA (542)
γ(P2-T1)đb
Granit, granođiorit nứt nẻ, cứng chắc
0.5-23 4.2 IIB (322)
γ(P2-T1)đb
Granit, granođiorit nứt nẻ trung bình,
cứng chắc
0.2-4.5 1.3
Theo TCVN 4253-86, đá nền vùng tuyến công trình được chia thành các đới có mức độ thấm nước sau :
- Đới thấm nước trung bình : IA2, IB, IIA - Đới thấm nước ít : IIB
3.1.4 Tính chất cơ lý của đá
Đập được đặt trên nền đá đới phong hóa nhẹ, nứt nẻ IIA. Đá granit, granodiorit bị nứt nẻ trung bình đến mạnh. Khe nứt nhỏ một vài mm, ít gặp khe nứt lớn 5-6mm. Đá còn tươi bề mặt khe nứt bám oxyt sắt.
Các đặc trưng cơ lý của nền đá được nghiên cứu bằng các thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường cho kết quả như dưới đây.
Thí nghiệm mẫu đá trong phòng
Mẫu đá lấy trong hố khoan, thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý theo TCVN 4572-2006, cường độ kháng nén, kháng kéo thỏi đá theo ASTM D2938, D3967-1995. Giá trị trung bình chỉ tiêu cơ lý theo đới đá được tổng hợp trong bảng dưới đây:
Bảng 3.1.4: Tổng hợp kết quả thí nghiệm mẫu đá
Vị trí Vai trái Lòng sông Vai phải Toàn tuyến
Chỉ tiêu IB
(SLTN)
IIA (SLTN)
IIB (SLTN)
IIA (SLTN)
IIB (SLTN)
IB (SLTN)
IIA (SLTN)
IIB
(SLTN) IB IIA IIB
Nứt nẻ kiến tạo IIA+IIB Khối lượng riêng g/cm3 2.69
(7)
2.77 (74)
2.80 (46)
2.70 (56)
2.71 (52)
2.66 (27)
2.69 (45)
2.70
(38) 2.70 2.72 2.73 2.73
Khối lợng thể tích (γ) g/cm3
Bão hoà 2.65
(29)
2.74 (74)
2.78 (46)
2.67 (56)
2.69 (52)
2.62 (27)
2.67 (45)
2.68
(38) 2.64 2.69 2.71 2.70
Khô gió 2.64 2.74 2.78 2.66 2.68 2.62 2.66 2.67 2.63 2.68 2.71 2.69
Khô tuyệt
đối 2.64 2.73 2.77 2.66 2.68 2.61 2.66 2.67 2.62 2.68 270 2.68
Kháng nén (kG/cm2)
Bão hoà 468
(24)
850 (73)
972 (46)
785 (55)
879 (52)
512 (21)
865 (45)
961
(36) 490 833 937 410
Tự nhiên 539
(24)
965 (73)
1092 (46)
882 (55)
1001 (52)
591 (21)
974 (45)
1088
(36) 565 940 1060 460
Kháng kéo (kG/cm2)
Bão hoà 47
(24)
79 (73)
90 (45)
72 (55)
77 (51)
50 (20)
78 (45)
89
(33) 48 76 85 42
Tự nhiên 53
(24)
87 (73)
97 (45)
78 (55)
85 (51)
54 (20)
85 (45)
98
(33) 53 83 93 45
Thí nghiệm nén điểm và cân dung trọng
Kết quả thí nghiệm nén điểm nõn khoan theo tiêu chuẩn ASTM D5731-95 xác định chỉ số cường độ nén (IS50) và quan hệ giữa chỉ số cường độ IS50 và cường độ kháng nén mẫu đá trong phòng được tổng hợp trong các bảng 3.15 và 3.16
Bảng 3.1.5: Tổng hợp kết quả nén điểm nõn khoan
Chỉ tiêu
Đới IA2
(Số lượng thí nghiệm)
Đới IB (Số lượng thí nghiệm)
Đới IIA (Số lượng thí nghiệm)
Đới IIB (Số lượng thí nghiệm) Dung trọng (g/cm3) 2.53 (14) 2.64 (62) 2.68 (147) 2.70 (45) Nén điểm IS50 (MPa) 1.1 (18) 3.90 (61) 8.0 (141) 8.6 (48)
Bảng 3.1.6: Tổng hợp kết quả nén điểm nõn khoan
Chỉ tiêu Đới IB Đới IIA Đới IIB
Nén mẫu sn 56.5 94.0 106.0
Nén điểm IS 50 3.80 8.00 8.60
Tỷ lệ nén thỏi đá sn/ IS50 14.80 11.80 12.30
Đặc trưng độ bền cắt khối đá
- Độ bền cắt khối đá được xác định bằng thí nghiệm đẩy trượt trụ đá trong hầm thăm dò theo qui trình ASTM D4554-90
- Hầm ngang số 1 (bờ trái) : 0.3 thí nghiệm đới đá IIA và 01 thí nghiệm trong đới ảnh hưởng kiến tạo cắt qua đới đá IIA.
- Hầm ngang số 2 (bờ phải) : 0.2 thí nghiệm đới đá IIA.
Bảng 3.1.7: Kết quảđẩy trượt trụđá đới IIA - HN1 vai trái tuyến đập
Đới đá Tên đá
Giá trị đỉnh Giá trị dư
ϕo C
(MPa) ϕ'o C’
(MPa)
IIA Granit 50o40’ 0.93 50o 0.42
Ảnh hưởng kiến tạo 42o 0.57 40o 0.24
Bảng 3.1.8: Kết quả đẩy trượt trụđá đới IIA - HN2 vai phải tuyến đập
Đới đá Tên đá Giá trị đỉnh Giá trị dư
ϕo C (MPa) ϕ'o C’(MPa)
IIA Granit 56o 1.21 49o 0.54
Đặc trưng cường độ kháng nén khối đá
Để đánh giá độ kháng nén 1 trục khối đá cứng đã tiến hành nén vỡ trụ đá kích thước (50x50x50)cm đới đá IIA trong hầm ngang số 1 và số 2. Trong đó, nén 1 trụ không nở hông và 1 trụ nở hông xác định sức chịu tải của khối thực hiện theo quy trình của Mỹ có số hiệu ASTM D4555-90.
Bảng 3.1.9: Tổng hợp kết quả nén vỡ trụđá
Đới đá Thông số tính toán
Đới đá IIA
Nở hông Không nở hông
Tải trọng nén Pmax (KG) 130244.90 250743.80
Sức chịu tải Rmax (KG/cm2) 52.10 100.30
Áp lực nén σ50 (MPa) 2.60 5.01
Môđun E (MPa) 447.79 2927.99
Thí nghiệm nén tĩnh đo biến dạng bằng giãn kế
Công tác thí nghiệm tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM D4394-84. Thí nghiệm đo mođun biến dạng, mođun đàn hồi trong hầm ngang thăm dò ở cả hai vai đập. Tại mỗi bệ thí nghiệm được tăng và giảm tải trọng với 6 chu trình ứng với 6 cấp áp lực.
Bảng 3.1.10: Kết quảđo biến dạng khối đá trong hầm ngang
Đới đá Tên đá Modul biến dạng (MPa)
Modul đàn hồi (MPa)
IIA Granit 10x103 20x103
Phân loại khối đá
Sử dụng phương pháp phân loại chất lượng khối đá của Z.T.Bieniawski (RMR) nhưđã trình bày trong chương 1 để phân loại khối đá nền đập.
Bảng 3.1.11: Kết quả phân loại chất lượng khối đá
Đới đá Tên đá RMR
(Giá trị trung bình)
Chất lượng khối đá
IIA Granit 55 Khá - Tốt