息烽兩岔河水庫(kù)地質(zhì)條件評(píng)價(jià)與壩型選擇

蘭紹華

息烽兩岔河水庫(kù)位于息烽縣西北部，距息烽縣城約10 km。建庫(kù)河流息烽河為烏江右岸一級(jí)支流，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅?。該工程主要功能為供水，主要樞紐建筑為大壩。壩高70m，正常蓄水位910 m，水庫(kù)回水線長(zhǎng)約4.1 km，庫(kù)容約1250萬(wàn)m3，為中等規(guī)模水利工程。

1 壩址基本地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

壩址位于魚(yú)洞上游約130 m，河谷為不對(duì)稱"U"型縱向谷，河床高程853.8～854.0 m，河面寬28 m，正常高蓄水位河面寬116 m，寬高比2.5。兩岸邊坡較陡，左岸884 m以下地形坡度53°，以上地形坡度24°，后緣山頂高程1053 m，坡高198 m；右岸882 m以下為陡壁，以上地形坡度36°，后緣山頂高程990 m，坡高135 m。由于河流地質(zhì)營(yíng)力的作用，在河床左岸堆積砂、卵、礫石層形成漫灘。

1.2 地層巖性

壩址區(qū)覆蓋層主要分布于河床，基巖為三迭系中統(tǒng)松子坎組（T2s）和獅子山組第一段（T2sh1）地層，根據(jù)其巖性不同，松子坎組（T2s）細(xì)分三小層，其地層巖性及分布位置見(jiàn)表1。

表1 壩址區(qū)地層巖性特征表

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面

壩址地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖層產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)多變，總體產(chǎn)狀走向N50°～60°E，傾向 SE，傾角 37°～75°。壩址主要發(fā)育的斷裂構(gòu)造為壩址下游F3斷層和壩址上游右岸沖溝f1斷層。

圖1 DF3測(cè)線視電阻率反演色度圖

F3斷層：該斷層走向 N55°E，傾向 SE，傾角 50°～60°。據(jù)物探DF3測(cè)線資料（圖1），該段層距壩址102 m，斷層破碎帶及影響帶巖體極為破碎，視電阻率極低[1]，在10～100Ω·m間變化，且雜亂無(wú)章，寬度＞50m。據(jù)地表調(diào)查，該斷層為強(qiáng)透水?dāng)鄬?，控制兩岸巖溶洼地、落水洞及暗河系統(tǒng)發(fā)育主方向。

f1斷層：位于壩首右岸上游沖溝，延伸長(zhǎng)度80～120 m，斷層走向 N60°～85°W，傾向 NE，傾角 20°～22°，斷層破碎帶寬0.3～0.5 m，斷距1.2～1.5 m，為壓扭性斷層，受其影響，兩側(cè)巖體多褶曲。據(jù)地表調(diào)查，f1斷層延伸不長(zhǎng)，因遠(yuǎn)離壩址，對(duì)壩址影響較，但兩側(cè)次生的羽狀裂隙因延伸長(zhǎng)，連通性好，對(duì)壩址壩肩抗滑穩(wěn)定影響較大。

根據(jù)壩址區(qū)裂隙統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖2），壩址主要發(fā)育裂隙有4組，其中①、③、④較集中在左岸，①、②較集中發(fā)育在右岸，其特征見(jiàn)表2。

圖2 壩址裂隙等密度圖

表2 壩址區(qū)裂隙發(fā)育特征表

1.4 軟弱夾層

根據(jù)兩壩肩平硐揭露，兩壩肩軟弱夾層發(fā)育，其中左壩肩發(fā)育有2條軟弱夾層，為巖屑夾泥充填；右壩肩發(fā)育2條軟弱夾層，為泥夾巖屑充填。

2 壩址主要工程地質(zhì)評(píng)價(jià)與壩型選擇

2.1 大壩抗滑穩(wěn)定評(píng)價(jià)及壩型選擇

2.2.1 壩基穩(wěn)定評(píng)價(jià)

壩址壩基持力層為獅子山組第一段（T2sh）1中-厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖層陡傾，走向線與河床斜交，交角40°，傾向左岸偏上游，巖層層面不構(gòu)成滑動(dòng)面。根據(jù)野外裂隙調(diào)查，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不利的裂隙主要為緩傾角裂隙③，裂隙③產(chǎn)狀335°～358°∠16°～25°，裂隙發(fā)育密度 1.5～3 條/m，延伸長(zhǎng)度 0.2～1m；裂隙③僅在右壩肩上游三田沖溝匯口處發(fā)育，而根據(jù)兩壩肩平硐裂隙統(tǒng)計(jì)，未見(jiàn)該組裂隙發(fā)育，說(shuō)明該組裂隙發(fā)育弱，不構(gòu)成壩基抗滑穩(wěn)定的滑動(dòng)面，大壩壩基除建基面抗滑穩(wěn)定外，無(wú)深層抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。

2.2.2 壩肩邊坡穩(wěn)定問(wèn)題

兩壩肩出露地層為獅子山組第一段（T2sh1）中-厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀130°∠75°，基巖裸露，為斜向陡傾巖質(zhì)邊坡，邊坡結(jié)構(gòu)屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代河谷自然邊坡呈穩(wěn)定狀態(tài)。據(jù)地表調(diào)查，壩址兩岸軟弱夾層較發(fā)育，主要為薄層泥質(zhì)白云巖夾層，沿層面發(fā)育，一般厚0.5～3 cm，因壩址靠近區(qū)域性斷層F3，受其影響，節(jié)理裂隙發(fā)育程度高，巖體較破碎。根據(jù)地表裂隙統(tǒng)計(jì)分析，主要有 4組優(yōu)勢(shì)節(jié)理面，裂隙①：325°～355°∠47°～68°；裂隙②：240°～272°∠46°～77°；裂隙③：335°～358°∠16°～25°；裂隙④：100°～126°∠37°～56°，其中左壩肩發(fā)育裂隙為①、③、④組，右壩肩裂隙發(fā)育為①、②組。邊坡穩(wěn)定主要受控于軟弱夾層面、裂隙面及其之間交線控制，根據(jù)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)兩岸邊坡選擇最不利的節(jié)理裂隙進(jìn)行赤平投影穩(wěn)定分析[2]，分析結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 左壩肩邊坡赤平投影穩(wěn)定分析圖

圖4 右壩肩邊坡赤平投影穩(wěn)定分析圖

從圖3可見(jiàn)，左壩肩有第④組裂隙落入滑動(dòng)區(qū)內(nèi)，根據(jù)平硐資料，第④組裂隙在強(qiáng)風(fēng)化帶發(fā)育，至弱風(fēng)化帶尖滅，延伸不長(zhǎng)，連通性差，不構(gòu)成統(tǒng)一滑移面，僅地表局部有切腳現(xiàn)象，局部形成小塊不穩(wěn)定楔形體，需開(kāi)挖清除，清除后大壩左岸邊坡穩(wěn)定[3]。

從圖4可見(jiàn)，右壩肩有第②組裂隙落入滑動(dòng)區(qū)內(nèi)，根據(jù)平硐資料，第②組裂隙在平硐5.5～6.7 m和11.0～12.5 m為風(fēng)化夾泥，夾泥厚0.5～2 cm，延伸性好，對(duì)大壩壩肩穩(wěn)定不利，需加強(qiáng)支護(hù)措施[4]。

圖5 拱壩壩型壩肩抗滑穩(wěn)定分析示意圖

對(duì)于拱壩壩型，左岸主要發(fā)育裂隙①、裂隙③和裂隙④，壩肩巖體受裂隙切割，存在沿裂隙④結(jié)構(gòu)面滑出的可能。根據(jù)左岸平硐揭露，左壩肩巖體溶蝕風(fēng)化嚴(yán)重，平硐在23 m仍存在溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象，溶蝕風(fēng)化不均一，多呈囊狀，壩基巖體完整性差。平硐內(nèi)跨孔波速測(cè)試結(jié)果，平硐在6.5 m之后平均波速3477 m/s，動(dòng)彈模量23.75 GPa，動(dòng)泊松比0.31，完整性系數(shù)0.31，為較破碎巖體，因此，左壩肩巖體質(zhì)量屬BⅣ類，不宜直接作拱壩壩肩持力層，需作專門(mén)的固結(jié)灌漿處理，建議固結(jié)灌漿范圍從河床至壩頂高程，向下游延伸20～30 m，固結(jié)灌漿面積約4240 m2。

右壩肩存在沿巖層層面和裂隙②的組合，特別是裂隙②在平硐5.5～6.7m和11.0～12.5m夾風(fēng)化夾泥，夾泥層厚0.5～2 cm，對(duì)拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定不利，需進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

2.2 壩型選擇

壩址受區(qū)域性斷層F3影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性較差。壩址兩岸存在軟弱夾層，且左岸存在溶蝕風(fēng)化帶，風(fēng)化不均一，壩基巖體完整性差。

對(duì)重力壩壩型，因巖層陡傾，且為縱向谷，無(wú)貫穿性緩傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育，無(wú)深層抗滑穩(wěn)定問(wèn)題；對(duì)拱壩壩型，左岸存在溶蝕風(fēng)化帶，壩基巖體完整性差，右岸存在軟弱夾層，加上巖層與走向線與拱端推力平行，存在沿巖層層面、軟弱結(jié)構(gòu)面的滑出模式，對(duì)拱端抗滑穩(wěn)定極為不利，需對(duì)壩肩抗力巖體作專門(mén)的補(bǔ)強(qiáng)加固處理措施。根據(jù)壩址地質(zhì)條件，對(duì)拱壩壩型適宜性差，對(duì)重力壩壩型無(wú)控制性不利地質(zhì)因素，適宜修建，因此選擇重力壩壩型較適宜。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)息烽兩岔河水庫(kù)大壩工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，對(duì)擬采用有成壩條件的重力壩、拱壩壩基、壩肩進(jìn)行穩(wěn)定性分析。得出若選擇重力壩壩型壩基無(wú)深層抗滑穩(wěn)定問(wèn)題；對(duì)拱壩壩型，左岸、壩基巖體完整性差，右岸存在軟弱夾層，巖層與走向線與拱端推力平行，存在沿巖層層面、軟弱結(jié)構(gòu)面的滑出模式，對(duì)拱端抗滑穩(wěn)定極為不利，需對(duì)壩肩抗力巖體作專門(mén)的補(bǔ)強(qiáng)加固處理措施。通過(guò)比較得出，息烽兩岔河水庫(kù)大壩宜選擇重力壩壩型。

3.2 建議

場(chǎng)地第四系覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化厚度不大，建議全部清除。對(duì)重力壩型選擇弱風(fēng)化中下部基巖為壩基持力層，且河床宜適當(dāng)嵌深，以滿足壩體抗滑穩(wěn)定安全，建議其河床中部建基面高程為843～845 m，向岸坡階梯式抬升，兩壩肩清除強(qiáng)風(fēng)化巖體即可，對(duì)左岸溶蝕風(fēng)化帶，作固結(jié)灌漿處理。

[1]孫燕峰.甘肅省酒泉市洪水河水庫(kù)壩型比選設(shè)計(jì)[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2017(05).

[2]張明.盤(pán)縣西得泥水庫(kù)壩線和壩型選擇[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2014(01).

[3]武東財(cái).汪清水庫(kù)消險(xiǎn)增容擴(kuò)建工程壩型方案比較與選擇[J].黑龍江水利科技.2012(03).

[4]彭成居.馱英水庫(kù)壩型選擇芻議[J].企業(yè)科技與發(fā)展.2011(06).