八泉峽水庫(kù)壩基開挖過(guò)程中巖體應(yīng)力變形情況的分析

王 松

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原030024）

1 工程概況

山西省長(zhǎng)治市壺關(guān)縣八泉峽供水工程樞紐工程擬建于壺關(guān)縣橋上鎮(zhèn)橋上村上游的八道水河干流上。

八道水河為郊溝河的一大支流之一，在橋上鎮(zhèn)處匯入郊溝河。八泉峽供水工程水庫(kù)壩址位于橋上村上游4km處的峽谷中，水庫(kù)上游控制流域面積為62.8km2。八道水河屬于常年性流水河流，河水平均流量為0.69m3/s，多年平均流量為2171.23萬(wàn)m3。

八泉峽供水工程是一座以城鎮(zhèn)工業(yè)供水和發(fā)電為主，兼顧旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖、防洪等綜合利用的?。á瘢┬退麡屑~工程。擬建壩型為混凝土重力壩，最大壩高為69.20m，壩頂長(zhǎng)度66.538m，總庫(kù)容205.99萬(wàn)m3。

2 地質(zhì)概述

壩址區(qū)出露地層有寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）、第四系全新統(tǒng)（Q4）。

寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）巖性為頂部在淺灰色中厚-巨厚層鮞狀灰?guī)r夾中厚層白云質(zhì)灰?guī)r，中、上部為灰、深灰色中厚-巨厚層白云質(zhì)鮞狀灰?guī)r，下部為灰、青灰色中厚層灰?guī)r、含白云質(zhì)灰?guī)r夾鮞狀灰?guī)r，底部為灰、灰黃色薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r夾薄層灰綠色泥巖。厚度198～244m。第四系全新統(tǒng)地層巖性組成為漂（塊）石、混合土漂（塊）石、卵（礫）石混合土、級(jí)配不良砂等，塊徑大小不一，堆積雜亂，有架空現(xiàn)象。厚度0～20m。

壩址區(qū)巖層平緩，整體呈單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀N30°E/NW∠4～6°，總體上為傾向右岸的單斜緩傾角地層。

3 壩基建基面巖體應(yīng)力變形破壞情況

八泉峽水庫(kù)壩基建基面已開挖至設(shè)計(jì)高程位置，在壩基開挖中發(fā)現(xiàn)壩基巖體受巖體應(yīng)力變形破壞作用強(qiáng)烈，壩基巖體局部有明顯的變形破壞情況，存在明顯底鼓、脫層、擠壓現(xiàn)象，且薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r巖層中的條帶狀泥巖有軟化現(xiàn)象等情況。

從壩基地層產(chǎn)狀來(lái)看，因受巖體應(yīng)力變形破壞作用壩基建基面地層產(chǎn)生了明顯底鼓現(xiàn)象，呈現(xiàn)一尖形背斜構(gòu)造形跡，軸線處于河谷中央，與河谷方向大致相同。從上游基坑開挖斷面測(cè)量資料，在河谷基巖面部位巖層鼓起，其軸部巖層較原巖層隆起高度為1.9～2.3m，巖層變陡，右側(cè)巖層與原巖層傾向相同且最大傾角達(dá)17°，左側(cè)巖層與原巖層傾向相反且最大傾角達(dá)10°，在垂直方向自上而下有漸漸變緩的趨勢(shì)。從斷面觀察，在軸部巖層產(chǎn)狀突變，厚層灰?guī)r產(chǎn)生折斷現(xiàn)象，層間的條帶狀泥頁(yè)巖及薄層灰?guī)r呈強(qiáng)風(fēng)化程度，巖石軟弱，巖層有變厚情況，局部有擠壓揉皺現(xiàn)象。

壩基建基面巖層產(chǎn)狀變化情況：在壩基上游建基面，其底鼓軸部右側(cè)巖層與原巖層傾向相同，向右岸方向巖層傾角3°→9°→9°→7°→7°，其左側(cè)巖層與原巖層傾向相反，向右岸方向巖層傾角1°→6°→4°。在壩基下游建基面，其底鼓軸部右側(cè)巖層與原巖層傾向相同，向右岸方向巖層傾角5°→13°→10°→7°，其左側(cè)巖層與原巖層傾向相反，向右岸方向巖層傾角2°→7°→3°。在底鼓軸線處巖層有斷折現(xiàn)象，軸部巖層的鼓起高度較原巖層高出約1.2～1.5m，自上而下底鼓現(xiàn)象有逐漸減弱趨勢(shì)。

從壩基地層結(jié)構(gòu)情況來(lái)看，在壩基底鼓部位出現(xiàn)了層面脫裂、裂隙結(jié)構(gòu)面加寬、巖層層間小錯(cuò)動(dòng)、薄層灰?guī)r層碎裂、局部裂隙密集等的應(yīng)力構(gòu)造作用現(xiàn)象。在開挖斷面上可見，灰?guī)r與泥巖層面脫裂張開，巖層層面間張開且有薄層泥膜或泥漿充填，接近建基面處軟弱泥巖層在底鼓軸部部位略有增厚情況等。這些應(yīng)力構(gòu)造作用現(xiàn)象自上向下有逐漸減弱趨勢(shì)。

4 壩基應(yīng)力變形的勘察方法

作為壩基建基面巖體，由于應(yīng)力變形造成巖層破碎、軟化及夾泥等情況是影響大壩穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。因而勘察工程中應(yīng)采取必要的方法和工藝，對(duì)泥巖層的發(fā)育規(guī)律、分布范圍、風(fēng)化程度、強(qiáng)度情況等進(jìn)行分析、研究，以便復(fù)核壩基巖體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，提供壩基處理措施地質(zhì)依據(jù)，消除工程隱患，因而做進(jìn)一步調(diào)查研究是十分必要的。

1)采用小口徑小進(jìn)尺鉆進(jìn)，金鋼石繩索取芯及煤層取芯器取芯。若采用其他方法在鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)巖芯擾動(dòng)較大。

2)鉆進(jìn)過(guò)程中要做到小水量鉆進(jìn)，并觀察鉆進(jìn)過(guò)程中循環(huán)水出現(xiàn)渾濁情況，以便做到防止軟弱層被沖掉并把握軟弱層的層位深度。

3)鉆孔結(jié)束后盡量進(jìn)行鉆孔高清電視錄像，以便查明鉆進(jìn)過(guò)程中漏掉的軟弱層位。

4)進(jìn)行聲波測(cè)試以確定巖體強(qiáng)風(fēng)化及破碎情況。

5)盡量做現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，以便結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)以綜合確定其力學(xué)指標(biāo)，為工程設(shè)計(jì)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

6)加強(qiáng)施工地質(zhì)工作，對(duì)容易出現(xiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象加強(qiáng)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，做到有的放矢，重點(diǎn)關(guān)注。

5 壩基建基面工程地質(zhì)問(wèn)題及評(píng)價(jià)

5.1 壩基巖體變形問(wèn)題

壩基上部的薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r及泥質(zhì)條帶灰?guī)r受巖體應(yīng)力變形破壞作用，形成了明顯的底鼓，出現(xiàn)了層面脫裂、裂隙結(jié)構(gòu)面加寬、巖層層間小錯(cuò)動(dòng)、薄層灰?guī)r層碎裂、局部裂隙密集等應(yīng)力構(gòu)造作用現(xiàn)象，而且也造成了巖體風(fēng)化的加劇，局部條帶狀泥巖層有軟化情況。

可見，巖體應(yīng)力變形破壞作用使得壩基巖體的完整性變差，壩基存在有地基變形問(wèn)題。

5.2 壩基抗滑穩(wěn)定問(wèn)題

巖體應(yīng)力變形破壞作用使得壩基巖體的完整性變差，出現(xiàn)了層面脫裂、巖體風(fēng)化深度加大，局部條帶狀泥巖層軟化等情況。薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r的層面脫裂，使其層面間的抗剪強(qiáng)度降低，形成了不利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，對(duì)壩體抗滑穩(wěn)定有不利影響。特別是薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r中的泥質(zhì)條帶，巖性為白云質(zhì)泥巖或泥巖，在脫層及風(fēng)化作用下呈現(xiàn)出灰?guī)r和泥巖互層狀結(jié)構(gòu)，喪失了原有的地層結(jié)構(gòu)，且有部分泥巖層出現(xiàn)軟化，形成了不利的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，對(duì)壩體抗滑穩(wěn)定有較大不利影響。

從地表觀測(cè)來(lái)看，壩基建基面巖體受底鼓破壞作用影響較大。建基面在底鼓軸部部位巖體完整性較差，巖層產(chǎn)狀變化多端，層間脫離，薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r中薄層灰?guī)r較破碎，泥巖軟化現(xiàn)象較為明顯，工程地質(zhì)條件變差，對(duì)抗滑穩(wěn)定影響較大。建基面在底鼓軸部?jī)蓚?cè)部位巖體完整性較好，巖層產(chǎn)狀變化較小，薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r中層間脫離不明顯，薄層灰?guī)r較完整，泥巖軟化現(xiàn)象局部有發(fā)育，工程地質(zhì)條件較好，對(duì)抗滑穩(wěn)定影響較小。

從鉆孔資料來(lái)看，壩基建基面巖體上部薄板狀泥質(zhì)條帶灰?guī)r巖芯采取率低、聲波值亦低、弱風(fēng)化層厚度較大（泥巖層數(shù)較多，巖石軟硬相間所致，尤其是底鼓軸部位置最差），對(duì)抗滑穩(wěn)定影響較大。下部泥質(zhì)條帶灰?guī)r及鮞狀灰?guī)r巖芯采取率低、聲波值亦低、弱風(fēng)化層厚度小，對(duì)抗滑穩(wěn)定影響較小。

6 壩基處理地質(zhì)建議

1）對(duì)壩基建基面中部底鼓軸部破碎巖體進(jìn)行清基處理。清除底鼓軸部破碎巖體及軟弱泥巖，處理寬度為底鼓軸線兩側(cè)各為8～10m，處理深度為底鼓軸線兩側(cè)各5～7m，范圍內(nèi)為4.5～5.5m，范圍外為2.5～4m。

2）對(duì)壩基建基面巖體進(jìn)行加筋補(bǔ)強(qiáng)處理。在壩基巖體中設(shè)置錨筋，深度選取10～12m，深至完整巖體中1～2m。

3）對(duì)壩基設(shè)置抗滑樁或設(shè)置齒墻進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。齒墻深度6～9m，寬度5～7m?？够瑯渡疃燃s15m。

4）采用其他抗滑（錨索等）措施或結(jié)構(gòu)措施。

5）應(yīng)力變形破壞作用影響帶巖體地質(zhì)建議值：軟化泥巖抗剪強(qiáng)度f(wàn)=0.40～0.42，c=0.15MPa；泥巖抗剪強(qiáng)度f(wàn)=0.5～0.52，c=0.45MPa；泥巖與灰?guī)r脫離層面抗剪強(qiáng)度f(wàn)=0.45～0.47，c=0.12MPa。