《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》：Major engineering geological challenges and countermeasures for the Yebatan Hydropower Station in the upper Jinsha River
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摘要：叶巴滩水电站位于金沙江上游，是中国西电东送战略中的关键电力项目。该电站计划于2025年12月投产发电，地处川藏交界的高寒高海拔地区，具有高边坡、高地应力、多断层和深部卸荷等特征。通过广泛研究，一系列关键的工程地质难题得到了解决。这些难题包括：大坝和厂房结
摘要：叶巴滩水电站位于金沙江上游，是中国西电东送战略中的关键电力项目。该电站计划于2025年12月投产发电，地处川藏交界的高寒高海拔地区，具有高边坡、高地应力、多断层和深部卸荷等特征。通过广泛研究，一系列关键的工程地质难题得到了解决。这些难题包括：大坝和厂房结构的抗震韧性、地质灾害致堵江的机理、岩石深部卸荷的成因与机制、复杂岩体结构的特征与影响因素、复杂结构超高岩质边坡的变形机制，以及高地应力和多断层条件下大型地下洞室群围岩的变形行为。这些研究成果反映了在青藏高原复杂地质环境中建设特高混凝土拱坝和大型地下洞室群的技术日趋成熟。本文基于叶巴滩水电站的勘察、设计和施工经验，系统总结了在青藏高原复杂地质环境下水电站建设所面临的关键地质挑战及相应的对策，为类似大型工程提供了有价值的参考。
**叶巴滩水电站复杂地质环境下的重大工程挑战与系统对策——基于青藏高原缝合带超高拱坝工程实践的深度解读**
**1. 研究背景与问题提出**
在构造活跃且高海拔的地区进行水电开发，是国际岩土工程与工程地质学界面临的前沿性挑战。随着全球能源开发逐步进入地质条件日益复杂的区域，超高高拱坝与大型地下结构的建设必须应对陡峭边坡、高地应力、多断层叠置、深部卸荷以及显著地震活动等多重地质风险的耦合效应。位于青藏高原腹地金沙江缝合带的叶巴滩水电站，作为世界海拔最高（坝址高程超过3000 m）的混凝土双曲拱坝，其设计和施工实践是针对上述系统性地质与工程难题的集中解答。
然而，以往研究多聚焦于孤立的或特定的地质问题，对于青藏高原内部这类极端环境，尚缺乏关于活动断裂、高地应力、复杂断层网络与深部卸荷等多重地质因素对超高高拱坝和大型地下洞室群工程响应、破坏机制及集成控制技术的系统性理论总结与工程实践范式。该认知缺口严重制约了复杂地质区水电资源的安全经济开发。叶巴滩水电站的建设为解决上述相互关联的一系列极端地质挑战提供了绝佳的工程案例，其研究成果对类似重大工程具有重要的理论与实际参考价值。该论文发表于《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》。
**2. 主要关键技术方法**
研究人员为应对上述挑战，综合运用了多种技术方法。区域地震构造研究采用了基于断层活动性分段的潜在震源贡献率分析，并结合美国下一代衰减模型生成了项目特定的地震反应谱。滑坡堵江机理研究运用了光学遥感、星载合成孔径雷达干涉测量、现场调查与监测预警等多种手段，并基于历史案例统计提出了堵江风险预测判据。深部卸荷研究通过地质历史分析、勘探平洞、地震CT、现场承压板变形试验及数值分析方法揭示了其成因机制与工程影响。复杂岩体结构研究采用详细地质测绘、平洞与钻孔勘探、智能识别等方法进行表征，并提出RQD与RBI定量指标。高边坡与地下洞室群稳定性分析则依托现场多点位移计监测、三维激光扫描、地应力应力解除法测试及有限元数值模拟等技术。研究团队来自中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，工程案例为金沙江上游叶巴塘水电站坝址区。
**3. 研究发现**
* **区域构造稳定性与抗震防护**：通过研究金沙江断裂带的活动分段性，确定了坝址位于相对完整的岩块上，避免了深大活动断裂。首次提出了适用于复杂地震地质背景的设定地震反应谱，替代了传统标准反应谱。非线性地震分析表明，在设计地震和最大可信地震下，叶巴滩拱坝整体是安全的，仅在局部拉应力区设置了抗震钢筋和抗震锚索。
* **流域地质灾害堵江机制**：研究人员将叶巴滩库区不稳定地质体划分为滑坡、变形体和堆积体三类，共识别出61处。基于两次白格滑坡和六个历史典型大型滑坡堵江案例，揭示了高位置、高速启动并远程运动是形成大规模滑坡坝的主要机制。据此提出了高宽比(I)与堵江指数(D)两个定量指标及相应的堵江风险预测方法，并定量评估了下游叶巴滩水电站水库对溃决洪水的调控能力。
* **深部卸荷带特征及其影响**：勘探数据揭示了坝区深部卸荷带呈带状分布，并具有明显水平深度规律。研究人员将其划分为轻微、中等、严重卸荷三个等级。地质历史与数值分析表明，深部卸荷是早期河谷下切过程中高地应力强烈释放形成的深部破裂，并非贯通的软弱界面，不构成山体整体变形的边界条件。但数值分析证实深部卸荷带低变形模量会抑制拱坝荷载传递，增加坝体应力和位移。为此建立了包括坝面固结灌浆、隧洞内固结灌浆和局部传力洞的综合处理技术体系。
* **复杂岩体结构特征及其影响**：坝址区发育超过700条断层，其统计优势方向为EW、NE、NW三组。基于断层的组合与交切关系，提出了平行排列、共轭剪切成生和主次共生三种叠加影响模型，并定量分析了这三种模型对岩体质量指标（RQD和RBI）的劣化程度。据此建立了岩体结构分类体系。针对横穿两岸坝肩并穿过河床坝基的F2断层，通过有限元分析发现其显著影响坝基沉降与不均匀沉降。通过比较不同处理方案，最终确定了5 m浅层置换+30 m沿断层化学灌浆的联合处理方案。
* **超高岩质边坡变形机制**：开挖揭露了大量由多组断层切割形成的确定性和随机性块体，主要以楔形体滑动机制为主。施工期监测到的变形主要表现为沿f29和f85等主要结构面的不连续变形，最大值约33.7 mm，呈初始蠕变特征，但未形成统一滑动变形，整体稳定性良好。基于此，研究人员实施了深孔排水、沿f29断层的抗剪洞及250吨级高承载力锚索的综合加固方案。
* **多断层与高地应力环境下大型地下洞室群变形机理**：地应力测试揭示了深切河谷地应力场的分带性，厂区总体上处于高至极高地应力状态。其显著特征是最大主应力方向与优势EW向结构面夹角仅约10°。通过比较不同厂房轴线方案，综合考虑高地应力与结构面的耦合效应，最终选定N50°W轴线。开挖过程中出现的片帮、岩板开裂以及显著的时效变形，其机理是高地应力调整过程中软弱断层带的压缩和剪切蠕变。通过采用预应力锚杆和控制锚索锁定力等措施，变形得到有效控制。
**4. 结论与讨论**
本文系统总结了叶巴滩水电站在青藏高原缝合带极端复杂地质环境下的系列研究成果。（1）基于金沙江断裂带活动分段性开发的设定地震反应谱，克服了复杂构造区标准反应谱的局限性，确保了特高拱坝的抗震安全；（2）阐明了滑坡堵江机制，建立了定量风险预测方法，并验证了高坝大库对上游滑坡坝溃决灾害链的有效调控作用；（3）揭示了深部卸荷带与河谷阶段性下切的成因联系及其对坝基传力的阻碍机制，并通过包括局部传力洞在内的综合处理系统成功解决了坝基适应性问题；（4）识别出三种断层叠加模型，量化了多断层结构引起的岩体质量劣化，进而完善了岩体分类并提出了针对性加固策略；（5）揭示了深切峡谷地应力场的分带性，阐明了高地应力与多断层耦合作用下大型地下洞室群的变形机理，并通过优化厂房轴线方向和采用适应性支护措施有效控制了围岩稳定。这些创新性成果不仅确保了叶巴滩工程的安全建设与运行，也为在青藏高原类似复杂地质环境下进行大规模基础设施建设提供了宝贵的工程实践范式。
