瑞安市陶山鎮(zhèn)十八畝水庫地質(zhì)分析

李倩宇，黃會(huì)妙，陳鵬發(fā)，黃玉強(qiáng)，陳姝霓

（1.東華理工大學(xué)地球物理與測控技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013；2.浙江四維水利設(shè)計(jì)有限公司，浙江 溫州325000；3.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉海洋學(xué)院，湖北 武漢 430074；4.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉資源學(xué)院，湖北 武漢430074）

十八畝水庫位于瑞安市陶山鎮(zhèn)境內(nèi)，水庫集雨面積0.74km2,原總庫容46×104m3，是一座?。?）型水庫[1]，主要用途為發(fā)電、灌溉。水庫于1977年動(dòng)工興建，1980年完工，原設(shè)計(jì)壩型為照谷社壩，1981年9月大壩出現(xiàn)險(xiǎn)情，大壩下游坡發(fā)生鼓突，1982年進(jìn)行了加固處理，在壩后增設(shè)1∶1坡度的堆石體，同時(shí)增加了壩頂高程、加寬了水庫溢洪道。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

十八畝水庫位于瑞安市陶山鎮(zhèn)福泉山，屬浙南低山—丘陵區(qū)，測區(qū)內(nèi)山巒起伏，地勢陡峭，呈構(gòu)造剝蝕地貌。區(qū)內(nèi)溪谷縱橫，縱坡度較大，無漫灘，植被總體較發(fā)育，水土保持一般。

1.2 地層巖性

測區(qū)巖性除第四系松散堆積物外，主要為燕山晚期第三次侵入鉀長花崗巖[，現(xiàn)將區(qū)內(nèi)出露的地層由老至新分述如下：

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

測區(qū)所處大地構(gòu)造單元位于新華夏系第一級構(gòu)造復(fù)式第二隆起帶南段南東側(cè)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造的表現(xiàn)形式以斷裂為主，褶皺不發(fā)育。區(qū)內(nèi)構(gòu)造體系主要為華夏系構(gòu)造。工程區(qū)及附近無區(qū)域性斷裂通過，庫區(qū)內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

據(jù)現(xiàn)代地震監(jiān)測資料表明，區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地震活動(dòng)微弱，一般僅限于3.0級以下地震。近年的1996年4月，文成縣境內(nèi)發(fā)生過2.6級的有感地震；2000年1月6日洞頭大門島以東海底近海岸的淺震源有感地震；此外，臺灣、福建、長江口等地發(fā)生的地震偶有波及本區(qū)。2006年2月4日以來文成縣與泰順縣交界處發(fā)生多次地震，最大震級4.6級，對擬建場區(qū)影響小。

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）[2]，設(shè)防水準(zhǔn)為50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)為：反應(yīng)譜周期0.25s（Ⅰ區(qū)中硬場地），動(dòng)峰加值加速度0.05g，庫區(qū)基本地震烈度為Ⅵ度。

1.4 水文地質(zhì)條件

測區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，天然降水豐富，地表徑流活躍。流域內(nèi)山高源短，河谷狹窄，致使洪水暴漲暴落，屬山溪型河流。地下水賦存類型有基巖裂隙水和第四系松散層的孔隙潛水2種，均受大氣降雨補(bǔ)給。前者富水性主要受巖體風(fēng)化和構(gòu)造控制，透水性總體較差，深部完整基巖均為不透水層，大多數(shù)地段不利于地下水的富集與賦存，野外地表調(diào)查時(shí)未發(fā)現(xiàn)泉點(diǎn)；后者主要賦存于松散堆積層中，埋藏淺，透水性大，但賦存空間小，且大多在河水位以上，水量較少。

2 庫區(qū)工程地質(zhì)條件及評價(jià)

2.1 水庫滲漏

水庫庫區(qū)群山環(huán)抱，巖體較厚實(shí)，分水嶺寬厚，未見通向庫外的較大斷層，運(yùn)行至今亦未見滲漏問題。組成庫岸的巖石為透水性極差的細(xì)粒鉀長花崗巖，庫區(qū)不存在永久性滲漏問題。

2.2 水庫淹沒和浸沒

水庫為山區(qū)水庫，庫區(qū)回水線附近無大片村莊、農(nóng)田及有價(jià)值的礦產(chǎn)資源，不存在淹沒和浸沒問題。

2.3 庫岸穩(wěn)定

庫區(qū)右岸及庫尾岸坡由堅(jiān)硬、不易風(fēng)化的細(xì)粒鉀長花崗巖組成，巖體完整性較好，未見較大的不利結(jié)構(gòu)組合，不會(huì)引起大范圍的庫岸再造問題，總體穩(wěn)定性較好。庫區(qū)左岸為干砌塊石直立擋墻，經(jīng)現(xiàn)場觀察，部分擋墻已隆起變形，穩(wěn)定性差，建議修復(fù)。

2.4 水庫淤積

庫區(qū)屬于峽谷地段，植被發(fā)育總體一般。該區(qū)天然降水量豐富，雨季大雨、暴雨頻繁，河床縱坡較大，沖刷作用居中，河水搬運(yùn)作用一般。兩岸殘坡積層表部結(jié)構(gòu)松散，在雨水沖刷及庫水漲落作用下，松散顆粒逐步向庫區(qū)運(yùn)移，因此有一定的固體徑流來源，淤積輕微。

2.5 水庫誘發(fā)地震

十八畝水庫是小(2)型水庫，庫區(qū)為山區(qū)河谷型，庫岸為堅(jiān)硬致密的細(xì)粒鉀長花崗巖，厚度大，巖性較均一，巖體較完整，區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對穩(wěn)定，工程區(qū)內(nèi)歷史上及近未發(fā)生過較大地震，該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，場地的抗震設(shè)防烈度為6度，水庫誘發(fā)地震的可能性很小。

3 主壩工程地質(zhì)條件及評價(jià)

3.1 壩體筑填土特性及評價(jià)

3.1.1 壩體填筑土特性

鉆探揭露壩體填筑土有第①層護(hù)坡塊石、第②層斜墻土及第③層碎礫石土反濾層等，其分布情況見圖1和圖2?，F(xiàn)根據(jù)野外鉆探及室內(nèi)土工試驗(yàn)資料，將各層工程特性概述如下：

第①層護(hù)坡塊石：分布于大壩表面，層厚一般為0.50m，塊石直徑一般為40～60cm，個(gè)別大于80cm。塊石巖性主要為鉀長花崗巖，呈弱風(fēng)化—微風(fēng)化狀，塊石間空隙較大。

第②層含角礫粘性土（斜墻土）：揭露層厚2.70～10.50m，層頂埋深 0.50～0.60m，層頂高程 540.21～548.46m?；尹S色，稍濕—很濕，可塑，中等壓縮性。土質(zhì)欠均勻，碎、礫石含量一般為5%～15%，主要呈全—強(qiáng)風(fēng)化狀；砂粒含量一般為5%～15%，局部較高。土工試驗(yàn)主要物理力學(xué)指標(biāo)如下：

含水量w0=26.8%～36.3%，ρ=1.81～1.92g/cm3，e=0.796～1.044， a1-2=0.34～0.59MPa-1， Es1-2=3.35～5.35MPa，C快剪=15.3～25.4kPa，Φ快剪=6.1°～11.9°，C固快=14.9～25.0kPa，Φ固快=12.8°～21.7°。

第③層碎礫石土（反濾層）：為保障反濾層完整性，本次勘察未揭穿，揭露層厚為0.20m，層頂埋深3.80～10.30m，層頂高程536.24～545.16m。主要由碎、礫石及粘性土等組成，碎、礫石含量70%～90%，粒徑一般為1～7cm；夾少量砂粒和粉粘粒。

3.1.2 壩體填筑土評價(jià)

第①層護(hù)坡塊石：塊石巖性為鉀長花崗巖，呈弱風(fēng)化—微風(fēng)化狀，其抗壓強(qiáng)度高，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，滿足工程需求。

第②層含角礫粘性土（斜墻土）：可塑，中等壓縮性，在該層中取得顆粒分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)5組，不均勻系數(shù)為1.0～3.8，均小于5，為級配不良的土。

在該層中取得擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)1組，擊實(shí)試驗(yàn)實(shí)測最優(yōu)含水量為19.40%，最大干密度為1.72g/cm3，土工試驗(yàn)測試干密度為1.34～1.51g/cm3，土體壓實(shí)度為77.9%～87.8%，均小于96%，不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5395-2007）[3]的相關(guān)要求。

在該層中取土做垂直滲透試驗(yàn)5組，垂直滲透系數(shù)平均為2.22×10-6cm/s；做水平滲透試驗(yàn)6組，水平滲透系數(shù)平均為2.75×10-6cm/s。在現(xiàn)場做注水試驗(yàn)11段，其中，迎水坡中上部斜墻填筑土滲透系數(shù)為（2.34～8.48）×10-5cm/s，平均為5.55×10-5cm/s，滲透性等級為弱透水；迎水坡底部斜墻填筑土滲透系數(shù)為（1.11～2.55）×10-4cm/s，平均為1.66×10-4cm/s，滲透性等級為中等透水。斜墻填筑土滲透系數(shù)均不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5395-2007）的相關(guān)要求（斜墻防滲土滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s）。經(jīng)對比，室內(nèi)滲透試驗(yàn)值與現(xiàn)場注水試驗(yàn)結(jié)果差異較大，主要是由于碎礫石含量分布不均勻、試驗(yàn)邊界條件差異大的原因造成。建議滲透系數(shù)按平均值分段取值，即迎水坡中上部斜墻填筑土為5.55×10-5cm/s，迎水坡底部斜墻填筑土為1.66×10-4cm/s。

根據(jù)該層土質(zhì)特性，結(jié)合試驗(yàn)成果，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后，建議力學(xué)參數(shù)：

含水量 w0=31.2%，ρ=1.88g/cm3，e=0.907，a1-2=0.52MPa-1，Es1-2=3.79MPa,C快剪=18.1kPa，Φ快剪=7.0°，C固快=19.1kPa，Φ固快=15.1°。

第③層碎礫石土（反濾層）：根據(jù)其土質(zhì)特性推測，該層透水較強(qiáng)，滲透性大于斜墻土，能較通暢地排出滲透水流。根據(jù)鉆探情況，斜墻土未發(fā)現(xiàn)明顯滲透變形現(xiàn)象。綜合判斷該層基本能有效發(fā)揮反濾功能。

3.1.3 壩肩接觸帶評價(jià)

迎水面壩肩接觸段地層為第②層含角礫粘性土，接觸部位土體特性與3.1.1描述情況無較大差別。

左壩肩ZK5取土測試干密度為1.50g/cm3，壓實(shí)度為87.2%；接觸帶注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為1.92×10-4cm/s。左壩肩ZK4取土測試干密度為1.48g/cm3，壓實(shí)度為86.0%；接觸帶注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為2.55×10-4cm/s。由上可知，左、右壩肩壓實(shí)度及滲透系數(shù)均不能滿足相關(guān)規(guī)范要求，建議壩肩接觸帶滲透系數(shù)按試驗(yàn)值取值。

3.1.4 壩坡穩(wěn)定性評價(jià)

上、下游壩坡均采用干砌塊石護(hù)坡。通過現(xiàn)場觀察，未見壩坡有明顯變形、滲漏、開裂、沉陷、滑坡以及其他不良地質(zhì)現(xiàn)象，目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 壩基工程地質(zhì)條件及評價(jià)

3.2.1 地形地貌

左壩肩山體低平，稍顯單薄，迎水坡坡腳25°～40°，基巖基本裸露，局部見殘坡積含碎礫石粘性土覆蓋，局部見少量松散塊石堆積，植被不發(fā)育；背水坡坡度45°～65°，基巖部分裸露，覆蓋層厚度一般少于1m，植被發(fā)育。壩址河床較窄，河谷深切，呈近“V”字型。右壩肩山體較厚實(shí)，迎水坡坡腳15°～30°，基巖基本裸露，局部見殘坡積土覆蓋，厚度一般少于0.5m，植被不發(fā)育；背水坡坡度40°～55°，基巖部分裸露，覆蓋層厚度一般少于1m，植被發(fā)育。

3.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

壩址無區(qū)域性斷裂通過，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。壩址兩岸山體巖體完整性較好，未見較大斷裂通過，構(gòu)造形跡以中小型節(jié)理為主，多呈陡傾、閉合狀。

3.2.3 壩基巖性

本次勘察揭露壩基巖性為弱風(fēng)化燕山晚期第三次侵入鉀長花崗巖[εγ3(3)5]，現(xiàn)將其特性按描述如下：

第④層弱風(fēng)化鉀長花崗巖：未揭穿，揭露最大厚度5m，肉紅色，細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)，晶洞構(gòu)造。巖體完整性總體較好，巖芯多呈柱狀、短柱狀，裂隙不發(fā)育。

3.2.4 壩基工程地質(zhì)評價(jià)

第④層弱風(fēng)化鉀長花崗巖：巖質(zhì)堅(jiān)硬，承載力高，抗變形能力強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度高，工程力學(xué)性質(zhì)好。在該層中做壓水試驗(yàn)4組，透水率為1.51～2.15Lu，平均為1.78Lu，滲透性等級為弱透水，滿足相關(guān)規(guī)范要求。建議該層透水率按平均值1.78Lu取值。

綜合考慮壩基巖體特征，推測壩基弱風(fēng)化巖體的工程地質(zhì)分類以Ⅱ類為主。主要力學(xué)參數(shù)建議值如下：

巖石密度2.50g/cm3；飽和單軸抗壓強(qiáng)度60～70MPa；變形模量（0.5～1.0）×104MPa；泊松比0.22～0.25；壩基巖體承載力標(biāo)準(zhǔn)值：2.2MPa；壩體巖體抗剪斷強(qiáng)度f′=1.1～1.3，c′=1.4～1.6MPa；抗剪強(qiáng)度：f=0.7，c=o。

3.2.5 壩址兩岸山體邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

壩址兩岸山體覆蓋層淺薄，基巖部分出露，巖性為透水性差、巖質(zhì)堅(jiān)硬、抗風(fēng)化能力強(qiáng)的鉀長花崗巖，巖體總體完整性較好，未見不利于邊坡穩(wěn)定的斷層和不利構(gòu)造組合，兩岸邊坡整體穩(wěn)定。

4 副壩工程地質(zhì)條件及評價(jià)

4.1 地形地貌

左壩肩與進(jìn)壩公路連接，所處山體較厚實(shí)，山體坡度30°～45°，基巖基本裸露。河床相對較平緩，呈“U”字型。右壩肩山體厚實(shí)，山體坡度15°～30°，基巖零星出露，覆蓋層一般少于1.5m，植被較發(fā)育。

4.2 地質(zhì)構(gòu)造

壩址無區(qū)域性斷裂通過，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。壩址左岸巖體完整性一般，未見較大斷裂通過，但中小型節(jié)理較發(fā)育，多呈陡傾、閉合狀。右岸基巖露頭不良，未見較大構(gòu)造發(fā)育。

4.3 地層巖性

根據(jù)踏勘情況，參考現(xiàn)有資料，壩體主要由護(hù)坡塊石及普通填筑土組成，其表部特征如下：

護(hù)坡塊石：塊石直徑一般為30～50cm，個(gè)別大于60cm。塊石巖性主要為鉀長花崗巖，主要呈弱風(fēng)化狀，塊石間空隙較大，坡面欠平整。

普通填筑土：巖性為含角礫粘性土，灰黃色，稍濕—很濕，可塑，中等壓縮性。夾少量碎礫石，主要呈全—強(qiáng)風(fēng)化狀。

壩基：推測壩基為強(qiáng)—弱鉀長花崗巖，肉紅色，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)，晶洞構(gòu)造。

4.4 工程地質(zhì)評價(jià)

護(hù)坡塊石抗壓強(qiáng)度高，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，滿足工程需求，但其表面欠平整，局部破損，建議修整。

普通填筑土及壩基分布情況不明確，建議補(bǔ)充地質(zhì)勘察工作，查明普通填筑土分布特征、滲透特性、壓實(shí)情況及壩基巖體風(fēng)化情況、完整程度、滲透特性等。

壩址左岸山體基巖基本裸露，巖體完整性一般，節(jié)理較發(fā)育，上部山坡受節(jié)理切割影響，局部見欠穩(wěn)定巖塊，影響通行安全，建議清除。右岸山體平緩，覆蓋層淺薄，其底座為鉀長花崗巖，未見較大不利于邊坡穩(wěn)定的斷層和構(gòu)造組合通過，邊坡整體穩(wěn)定性較好。

5 結(jié)論

（1）工程區(qū)位于少震、弱震區(qū)，測區(qū)構(gòu)造處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），設(shè)防水準(zhǔn)為50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)為：反應(yīng)譜周期0.25s，動(dòng)峰加值加速度0.05g，測區(qū)基本地震烈度為Ⅵ度。

（2）庫區(qū)不存在永久性滲漏問題；不存在淹沒和浸沒問題；庫區(qū)右岸及庫尾岸坡總體穩(wěn)定性較好，但左岸干砌塊石直立擋墻部分已隆起變形，穩(wěn)定性差，建議修復(fù)；庫區(qū)有一定的固體徑流來源，淤積輕微。

（3）根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，主壩壩坡未見有明顯的不良地質(zhì)現(xiàn)象，目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)?？辈炱陂g，庫水位較低，未見壩腳有明顯滲水現(xiàn)象；主壩斜墻土級配不良，壓實(shí)度及防滲能力不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5395-2007）的要求，建議設(shè)計(jì)根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)對壩體穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核，采取有效措施保障壩體穩(wěn)定；主壩反濾層滲透性大于斜墻土，能較通暢地排出滲透水流，斜墻土未發(fā)現(xiàn)明顯滲透變形現(xiàn)象，推測反濾層基本能有效發(fā)揮反濾功能；主壩壩基工程地質(zhì)條件較好，壩基弱風(fēng)化巖體的工程地質(zhì)分類以Ⅱ類為主，其巖體力學(xué)性質(zhì)、抗?jié)B能力均滿足工程需求；主壩壩址兩岸山體未見不利于邊坡穩(wěn)定的斷層和不利構(gòu)造組合，邊坡整體穩(wěn)定。

（4）副壩護(hù)坡塊石表面欠平整，局部破損，建議修整。副壩壩體填筑土及壩基工程地質(zhì)情況不明，建議補(bǔ)充地質(zhì)勘察工作；副壩壩址左岸上部山坡受節(jié)理切割影響，局部見欠穩(wěn)定巖塊，影響通行安全，建議清除。右岸邊坡整體穩(wěn)定性較好。