拟建的如美水电站坝址区发育多个碎裂松岩体,其中,拟选的中坝址区右岸坝肩部位发育的SL24碎裂松动岩体约150万方,对右岸坝肩开挖方案的选择具有控制性影响,中坝址附近碎裂松动岩体的稳定性对大坝建成后的安全运营也有重要的影响。因此,坝址区碎裂松动岩体的发育特征、工程特性、成因机制的研究,对如美水电站的建设与运行具有重要意义,对类似工程勘察和建设具有重要参考价值。基于地质过程机制分析-量化评价和系统工程地质学原理,通过对坝址区工程地质条件、岩体结构特征、卸荷变形破坏现象、碎裂松动岩体发育特征等研究;运用离散元数值模拟软件对河谷下切进行模拟分析,以定性分析和定量分析相结合的方式对碎裂松动岩体的成因机制进行系统研究。取得的主要研究成果如下:(1)中坝址区Ⅲ级结构面主要为断层、长大裂隙和规模较大的断层错动带;延伸长100~1000m,破碎带宽一般为10~100cm;主要充填物质为断层角砾岩、构造角砾岩,少量充填岩屑夹泥、断层泥等,其中长大裂隙L72对左岸边坡岩体的稳定性起着主要的控制性作用;中坝址区Ⅳ级结构面以NNE组(Ⅱ组)、NEE组(Ⅳ组)、NWW组(Ⅲ组)最为发育,主要为小断层、挤压面、少量软弱夹层,大多为压性断层,少量为走滑断层;中坝址区Ⅴ级结构面可分为十组,其中左岸陡倾裂隙以NEE组(Ⅳ组)最为发育,右岸陡倾裂隙以近SN组(Ⅰ组)最为发育。(2)对中坝址区各平硐进行了工程地质分段并对岩体结构类型进行了定性评价和定量评价,采用RQD、岩体块度系数RBI、岩体结构指数RSI等方法对岩体结构进行量化分析,得出中坝址区左岸岩体结构类型以镶嵌结构为主,局部为似层状结构、次块状结构,在平硐内岩体结构整体上由镶嵌结构向平硐内部逐渐发展成似层状结构、次块状结构;右岸岩体结构类型以碎嵌结构和似薄层状结构为主,在平硐内岩体结构整体上由碎嵌结构、镶嵌结构向平硐内部逐渐发展成似层状结构、镶嵌结构。此外,与RQD、岩体块度系数RBI等指标相比,本次研究提出的岩体结构指数RSI指标可以更好的描述岩体结构特征及其差异。(3)对中坝址区典型卸荷现象进行了分析,中坝址区斜坡岩体卸荷主要有两种,一种是重力型卸荷;另一种是应力释放型卸荷,局部也有复合型卸荷,除此之外,在右岸侧向临空面的浅表部发育倾倒变形岩体。重力型卸荷主要发生在斜坡岩体的浅表层部位,发生机制为滑移-拉裂、滑移-压致拉裂,少部分为倾倒-拉裂;应力释放型卸荷位于斜坡较深处,发生机制为滑移-压致拉裂;倾倒变形岩体主要发育于右岸地形凸出的山脊部位,发生机制为滑移-弯曲、弯曲-拉裂。(4)通过对坝址区岩体卸荷分段、平硐地震波测试、岩体波速比等定性和定量分析,对中坝址区右岸进行了卸荷分带。从右岸PDZ08平硐、PDZ14平硐、PD8平硐可以看出,岸坡卸荷深度和卸荷强度在铅垂方向上表现出自河床随高程增加而明显增加的趋势;在相同高程平硐内,不同深度岩体卸荷方式也不相同,在坡体浅表部,主要表现为重力型卸荷;在坡体内部,主要表现为应力释放型卸荷。在PD8平硐中0+30~56m部位岩体发生倾倒变形,极强卸荷带深度在0~66m;PDZ10平硐极强卸荷带深度在0~57m;PDZ08平硐极强卸荷带深度在0~41m;在PDZ14平硐极强卸荷带深度在0~45m。(5)对中坝址区碎裂松动岩体的成因机制进行了分析,坝址区主要地层岩性为三叠系中统竹卡组英安岩,在构造应力作用下英安岩积聚了较高的弹性应变能,在河谷下切过程中,应力平衡状态发生改变,在此过程中岩体发生变形破坏,岩体中的原生裂隙进一步扩展,为碎裂松动岩体的形成提供了物质基础;研究区谷坡岩体处于高地应力区,在河谷下切过程中岩体结构发生改变,从而将岩体切割成不同的岩体结构类型,为碎裂松动岩体的形成提供条件。(6)运用离散元模拟软件,对河谷下切进行了模拟,主要认识如下:1)在河谷下切过程中,侧向临空面部位岩体发生应力重分布,其中最大主应力迹线与侧向临空面近平行,最小主应力迹线与侧向临空面近垂直,坡表附近岩体处于单向或双向应力状态。在坡脚部位出现压应力集中区,在坡表上部局部出现拉应力区。2)在河谷演化初期,主要变形破坏发生在坡脚部位,随着河谷下切的进行,逐渐向坡脚和侧向临空面发展,卸荷的影响深度也逐渐增加,在河谷下切到现今河谷,卸荷主要发生在侧向临空面部位,在此过程中浅表生改造加剧。3)在同一高程,不同部位的位移增量不同,在坡表部位,岩体的位移增量最大,从坡表向坡体内部,位移增量逐渐减小,在此过程中形成了不同的卸荷分带,在2985m高程(PD8平硐位置)的监测线5上,在坡表0~65m范围内发育有碎裂松动岩体;在2915m高程(PDZ10平硐位置)的监测线6上,在坡表0~54m范围内发育有碎裂松动岩体;在2815m高程(PDZ08平硐位置)的监测线7上,在坡表0~38m范围内发育有碎裂松动岩体;在2780m高程以下部位,碎裂松动岩体不发育,其结果与现场对碎裂松动岩体调查的实际情况相吻合。(7)根据对碎裂松动岩体定性分析结果并结合边坡演化过程的数值模拟,对碎裂松动岩体的形成阶段进行了划分,共分为三个阶段:1)英安岩卸荷变形发展阶段,由于河谷下切,英安岩应力状态发生调整,岩体内积聚的应力释放,在此过程中岩体产生变形破裂现象;2)重力型卸荷初始阶段,由于河谷下切,河谷深度逐渐增加,侧向临空面逐渐形成,边坡岩体应力状态发生明显的分异,斜坡应力场发生重分布现象,不同部位的岩体在自重应力作用下,开始发生蠕变,岩体卸荷变形逐渐加剧;3)碎裂松动岩体形成及演化阶段,随着河谷下切进行到现今河谷,斜坡进入长期的时效变形阶段。在此过程中坡肩、山脊位部,似薄层状结构、似层状结构岩体在重力作用下继续发生弯曲;在斜坡岩体的浅表层部位,缓倾裂隙及陡倾节理组合形成了控制岩体滑动的不利结构面,岩体发生滑移-拉裂和滑移-压致拉裂,在此过程中岩体卸荷变形强烈,岩体破裂、松弛,形成碎裂松动岩体。