裂隙是岩(石)体中最常见的构造形迹。大坝、隧道等大型工程中的裂隙构造，由于关系到岩体的强度等工程安全问题，因此历来备受关注。裂隙构造是液体、气体等流体的流动通道之一，高或超高流体压力的出现，降低了岩石的抗剪强度及非均一性对破裂变形的影响。脉体的充填愈合作用将裂开的岩石重新焊接，大大降低了液体的渗透，提高了岩石的强度。 本文以贵州乌江构皮滩水电站坝区岩体(主要为二叠系-三叠系碳酸盐岩)中的裂隙系统为研究对象，通过详细的野外构造形迹的几何学、运动学、流变学标志的观察，在不同尺度上通过仔细观察、测量、分析和判断，将复杂的裂隙系统进行了分期、配套和组合，并结合区域构造变形，建立了破裂基本序列。在此基础上，重点对坝址发育的两种典型现象：水力破裂、大规模层间错动及其关系进行了系统研究。另外还在坝址区选取重点区段进行了岩体结构特征研究，采用Monte Carlo方法进行节理网络模拟，进而评价岩体结构特征和质量。最后对破裂系统的工程影响进行了讨论。 本次论文研究主要获得以下五个方面的认识： 一、乌江构皮滩电站二叠系-三叠系碳酸盐岩系内发育了复杂的网络状破裂，由不同尺度、不同性质、不同形式及不同序列的结构面构成。其大的构造背景主要是北东向构造，其次是近南北向构造和东西向构造。坝区绝大多数破裂系统形成于上地壳脆性域内，服从摩擦流变学原理及其本构定律，孔隙流体压力在破裂的形成和发展过程中，起到了重要的作用。 二、根据破裂系统几何学、运动学、流变学标志，将其分为7套系统，其中第1套系统滑塌变形形成于燕山前期，主要在尚未成岩的软沉积阶段，重力作用下失稳形成；第2至5套系统为燕山期地壳变形的伴生裂隙，坝区裂隙的愈合主要在这一阶段；第6至7套系统为喜山期在隆升体制背景下形成，这一阶段坝区部分裂隙遭受溶蚀。在三维空间上，坝区岩体尺度上的破裂框架主要由三组(NWW向、NNW向和NE向)较大的破裂构筑而成，并与其他规模较小的破裂系统一起，形成了坝区复杂的破裂网络。这三组破裂均为燕山期地壳变形的伴生裂隙，经历了不止一期的构造活动影响，特别是NE向醒目的顺层滑动。这三组主要破裂，将构皮滩电站工程坝区岩体分割成大小不一的块体，使岩体丧失了完整性和降低了内聚力。岩体内部结构的不均一性更为明显。而且，随着库区的蓄水，坝区原有的地应力平衡状态必将丧失，坝址的应力调整将主要围绕这三组破裂进行，这种应力调整可能引发的力学行为，值得长期密切关注。 三、坝址栖霞组和茅口组地层中发育多个较大型的顺层滑动面，是电站工程关注的地质问题之一。除了纵弯褶皱作用外，它的形成与水力破裂(hydraulic fracturing)作用密切相关。据Sibson(1990)，水力破裂发生的条件为：σ<,1>-σ<,3>＜4T P<,f>＞σ<,3>+T式中：σ<,1>、σ<,3>分别为最大主压应力、最小主压应力，P<,f>为孔隙流体压力，T为岩石抗张强度。若以长江水利委员会勘察设计院提供的构皮滩水电站坝区地层岩石物理力学参数建议值为参考，在超流体静压力体制下，较低的差异应力(4～6MPa)就会导致其地层岩石发生水力破裂。 流体包裹体是流体活动的直接证据，它直接记录了热流体活动期次和温度范围。流体包裹体测试结果显示，坝区方解石的均一温度有四个区间，反映出可能存在四期流体活动，即10～30℃、130～210℃、250～270℃、290～330℃，其中130～210℃为该地区的主期流体活动。另由各单个样品所表现出来的特点综合判断，主期流体可能存在二到三幕的活动。 结合区域构造变形，推断坝区水力破裂主要发生于燕山期，第一次大规模水力破裂可能发生于燕山前期或早期，大的背景为流体相对活跃，而构造活动相对较弱。水力破裂的成因与多种因素有关，坝区岩性及地层组合为水力破裂的发生提供了前提条件及物质基础；构造作用则是触发因素；不渗透障岩层的影响、不均衡压实、构造作用以及高温流体的膨胀作用导致了超压异常现象的产生，最后导致水力破裂的发生，水力破裂的发生促进了层间错动尤其是大型顺层滑动面的形成。而从流变学观点看，这种大型滑动面的形成为流体压力、应变局部化及变质和应变分解作用的必然结果。 四、野外调查及结构面网络模拟分析表明，坝肩岩体结构主要为块状、整体状结构，局部位置层理较为发育，总体工程性质较好；缓倾角结构面发育很少，部分裂隙面存在泥膜或被黄泥贯入，可能对岩体强度有一定程度影响：结构面的产状基本服从正态分布，而隙宽和迹长基本服从负指数分布；从结构面连通网络图可以看出，各组结构面长短交错，使得结构面连通性较好，尤其层面多为贯通性的结构面，半迹长一般大于5m，极少数超过20m，与多组结构面相交；其他结构面的迹长相对较小，半迹长多为0.3-1m，极少超过2m。从实测资料看，结构面隙宽多在2mm以下，少数结构面隙宽超过10mm，，但除少数规模较大的顺层结构面性状较差外，绝大多数均已被方解石脉所胶结或充填愈合，工程性质一般较好；结构面的平均间距均大于0.4m，但因为总体上属于两个优势方向，各向异性较为明显；岩体的RQD值表明其完整性较好，但在不同方位上变化较大，说明该区结构面的发育情况及岩体的完整性都呈现出较明显的各向异性，这将必然导致岩体在不同方向上的物理力学性质差别较大。 五、电站工程区内较大的断层均为不活动或弱活动断裂，根据测年资料，最新活动年代不会晚于早更新世的中、晚期。重力资料也反映本区深部构造不复杂，地壳结构较完整。在地震构造带的划分中，坝址属于弱震环境中地震活动更加微弱的地区。 在坝址的裂隙系统中，工程上值得重视的为NWW-NW向和NE向裂隙。因为NWW-Nw向陡倾角裂隙较为发育，且多具开放性，并遭受了不同程度的溶蚀，临空处卸荷作用明显。而NE向裂隙则因为受水力破裂作用影响，规模较大，且部分有泥土贯入并多次滑动，工程上必须采取措施。室内模拟试验也表明了其对大坝稳定性存在一定的影响。但总的看来，坝区裂隙系统绝大多数已被方解石脉和角砾岩多期充填愈合，提高了破碎岩石的强度，增强了岩体的稳定性。由方解石e双晶所估算的差异应力，绝大多数处于100MPa以下，表明坝区遭受的构造作用并不是很强。而方解石脉年龄测定表明，坝址断裂均为不活动断裂。另外加之工程上的处理措施，己将破裂系统的影响降至最小，大坝的安全度较高。 研究表明，水力破裂对坝区岩石变形(破裂)的影响是明显的。而对水电站工程来说，水库蓄水之后，其(水力破裂或孔隙水压力效应)所可能引发的一系列问题(水库诱发地震等)则值得我们深入研究。