某水庫壩址區(qū)工程地質(zhì)條件及評價

唐瑤 熊燦娟 陳麗 猶茜 董柏材

摘 要：為準(zhǔn)確評價某水庫的工程地質(zhì)條件，本文綜合該水庫現(xiàn)場踏勘、鉆孔以及平硐等勘察資料及室內(nèi)試驗(yàn)成果，對壩址區(qū)主要地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)論證及評價。結(jié)果表明，該水庫壩基工程地質(zhì)條件較好，兩岸山體較寬厚，庫岸穩(wěn)定，河流河床及岸坡覆蓋層不厚，巖體風(fēng)化不深，弱風(fēng)化下部巖體作為大壩基礎(chǔ)持力層可滿足設(shè)計荷載要求。左右兩岸T1yn1屬弱巖溶地塊，壩址區(qū)為強(qiáng)可溶巖，因此形成管道型及裂隙滲漏的可能性均較大，需要進(jìn)行壩基和兩岸防滲處理。

關(guān)鍵詞：水庫壩址區(qū);工程地質(zhì)條件;地形地貌;地層巖性

中圖分類號：TV221.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0067-03

Abstract： In order to accurately evaluate the engineering geological conditions of a certain reservoir， the main geological conditions of the dam site were demonstrated and evaluated in detail based on the field survey， drilling and adit survey data and laboratory test results. The results show that the engineering geological conditions of the dam foundation of the reservoir are good， the mountains on both banks are relatively wide and thick， the reservoir bank is stable， the overburden layer of river bed and bank slope is not thick， the rock mass weathering is not deep， and the rock mass under the weak weathering can meet the design load requirements. T1yn1 on the left and right banks belongs to weak karst block， and the dam site area is strongly soluble rock. Therefore， it is possible to form pipeline type and crack leakage， so it is necessary to carry out anti-seepage treatment for dam foundation and both banks.

Keywords： reservoir dam site area;engineering geological conditions;topography;lithology

某水庫位于貴州省盤縣淤泥鄉(xiāng)與雞場坪鄉(xiāng)之間，處于烏都河左岸一級支流烏圖河上游，壩址區(qū)距縣政府所在地紅果鎮(zhèn)約66 km。該水庫的主要任務(wù)是為貴州省盤縣“煤（焦、化）-鋼-電”一體化循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)生產(chǎn)及生活提供用水，并兼有農(nóng)田灌溉、防洪。為了對該水庫壩址工程地質(zhì)條件作出合理評價，本文結(jié)合該壩址的地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及巖溶水文條件等勘察資料，對地基承載力、抗滑穩(wěn)定性和繞壩滲漏問題進(jìn)行分析評價，論證建壩適宜性，并為后續(xù)的設(shè)計提供可靠的地質(zhì)資料。

1 壩址工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

該水庫壩址地處峽谷地帶，河谷為基本對稱的“V”型橫向狹窄谷，左右岸均為斜向坡，基巖裸露，河床寬約為13 m，河床高程為1 656.5 m，左岸坡度角為43°～66°，右岸坡度角約為54°。兩岸臺地為溶丘洼地，階地不發(fā)育。河床峽谷段（壩段）長260 m，其上、下游均為軟質(zhì)巖，地形均較寬緩，壩址下游左岸坡小橋邊處有沖溝發(fā)育，距離壩址較遠(yuǎn)，沖溝下部平緩，上部較陡，沖溝走向與主河道大致垂直，地表集水面積約1.7 km2，其切割較深;壩址下游100 m河流自N55°E向轉(zhuǎn)向N25°E，左岸坡山體略顯單薄;壩址下游210 m河流自N25°E向轉(zhuǎn)向N85°E，右岸形成一河間地塊[1-3]。

1.2 地層巖性

壩址區(qū)地層巖性簡單，由第四系（Q4）松散覆蓋層及三疊系永寧鎮(zhèn)組（T1yn1）碳酸鹽巖構(gòu)成。

第四系（Q4）松散覆蓋層主要包括河流堆積層、殘坡積層及人工堆積層。其中河流堆積層厚0～5 m，成分為砂、卵、礫石、飄石、塊石層，未見淤泥層，局部河床可見基巖;殘坡積層厚0～1.0 m，成分為褐黃色含碎石黏土，結(jié)構(gòu)較松散，不密實(shí)，分布于壩址以上岸坡寬緩地段;人工堆積層厚0～8.0 m，成分為灰色碎、塊石夾少量黃色黏土，結(jié)構(gòu)較松散，不密實(shí)，分布于壩址段河床左側(cè)壁。

三疊系永寧鎮(zhèn)組（T1yn1）為淺灰色中至厚層灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r夾少量薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r，分布于壩址區(qū)左右岸及河床。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面

壩址區(qū)為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀為220°∠25°，巖層走向與河流交角一般為75°～90°，傾上游側(cè);壩址左岸局部巖層有撓曲現(xiàn)象，其上游側(cè)產(chǎn)狀為215°∠30°。該壩址區(qū)未見明顯的斷層發(fā)育，巖體較完整，斷裂構(gòu)造不發(fā)育;節(jié)理裂隙發(fā)育以陡傾角為主。

1.4 物理地質(zhì)現(xiàn)象

兩岸坡為斜向巖質(zhì)邊坡，基巖裸露，自然邊坡較穩(wěn)定，未見較大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，兩岸坡總體自然邊坡較穩(wěn)定。但是，左岸坡河床邊有部分廢渣堆積，該堆積體主要為上部砂石廠的砂石料廢棄物，主要成分為砂、碎塊石夾少量黏土，結(jié)構(gòu)松散，自然穩(wěn)定性較差。該堆積體自壩址位置向下游200 m左岸均有堆積，堆積體最厚為5～10 m。壩段內(nèi)方量不大，建壩時應(yīng)清除。據(jù)地表調(diào)查，左、右岸坡地表有卸荷裂隙N34°～65°E/NW∠74°～85°，發(fā)育，裂隙延伸長5～15 m，張開0～3 cm，局部可達(dá)5 cm。據(jù)平硐資料，左、右岸卸荷帶水平深約8 m，裂隙多張開;平硐深8～15 m裂隙多微張或方解石脈沖填，平硐深>15 m后裂隙多閉合。由于壩址區(qū)水平深0～8 m內(nèi)卸荷帶較發(fā)育，因此，可能發(fā)生掉塊或局部垮塌現(xiàn)象。

1.5 巖溶水文地質(zhì)條件

1.5.1 巖溶。壩址區(qū)地層以T1yn1灰?guī)r為主，巖溶較發(fā)育，形態(tài)眾多，地表以洼地最甚，溶洞、落水洞、溶隙等均有發(fā)育;區(qū)內(nèi)巖溶泉主要為巖溶流動水，以壩址上游200 m處（S1）泉水為主，除S1巖溶及所在巖溶管道外，壩址附近未見巖溶管道及巖溶泉出露。

1.5.2 水文地質(zhì)條件。壩址區(qū)地層以T1yn1灰?guī)r為主，為碳酸鹽巖含水巖組，巖體透水性強(qiáng)，地下水類型為基巖溶隙水。據(jù)實(shí)地調(diào)查，壩址上游約200 m左岸坡（高于河床1.5 m）有一較大的巖溶洞穴（S1）發(fā)育，洞內(nèi)有巖溶泉S1出露，泉水流量較大，目前約12 L/s;壩址附近右岸坡有一小泉水S6發(fā)育，該泉水為裂隙泉，目前流量約為0.05 L/s。壩址上、下游左右岸均有大小不一的泉水出露。

壩址區(qū)總體地下水補(bǔ)給河水，地下水位由河谷向兩岸逐漸抬升。根據(jù)鉆孔資料，兩岸巖體較完整，無溶蝕現(xiàn)象，節(jié)理裂隙不發(fā)育，地下水位較高，全孔返水，兩岸地下水水力坡將降約3%，小于3呂榮的巖體深度范圍為0～15 m，局部較深，平均深10 m;小于1呂榮的巖體深度范圍為15～80 m，平均深50 m。壩區(qū)鉆孔水文地質(zhì)試驗(yàn)資料統(tǒng)計詳見表1。

2 壩址工程地質(zhì)條件評價

2.1 壩基（肩）巖體體工程地質(zhì)分類及物理力學(xué)參數(shù)的選擇

壩址出露地層以T1yn1灰?guī)r為主，據(jù)壩址所取2組常規(guī)樣，多數(shù)巖塊單軸飽和抗壓強(qiáng)度為[Rc]=40～50 MPa，巖石強(qiáng)度較高，屬中硬巖類。巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，弱風(fēng)化至新鮮巖體結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育（多閉合），無貫穿性結(jié)構(gòu)面，巖體較完整，強(qiáng)度較高，抗滑、抗變形性能力較強(qiáng)，根據(jù)壩基巖體工程地質(zhì)分類，屬BⅢ2類巖體。據(jù)平硐資料顯示，強(qiáng)風(fēng)化巖體卸荷帶較發(fā)育，局部鈣化較嚴(yán)重，巖體完整性相對較差，抗滑、抗變形性能力受結(jié)構(gòu)面和巖塊間嵌合能力控制，根據(jù)壩基巖體工程地質(zhì)分類，屬BⅣ1類巖體。

考慮結(jié)構(gòu)面影響，壩基巖體綜合物理力學(xué)參數(shù)建議取值見表2。

2.2 建基面選擇

壩址河段河谷狹窄，河谷兩岸及河床均為T1yn1淺灰色中至厚層灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r夾少量薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r，弱風(fēng)化巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育（多閉合），無貫穿性結(jié)構(gòu)面，巖體較完整，強(qiáng)度較高，抗變形能力較強(qiáng)，屬BⅢ2類巖體;強(qiáng)風(fēng)化巖體卸荷帶較發(fā)育，局部鈣化較嚴(yán)重，巖體完整性相對較差，抗滑、抗變形性能力受結(jié)構(gòu)面和巖塊間嵌合能力控制，屬BⅣ1類巖體。兩岸山體較寬厚，岸坡穩(wěn)定，河流河床及岸坡覆蓋層不厚，巖體風(fēng)化不深，選用弱風(fēng)化下部巖體作為大壩基礎(chǔ)持力層。經(jīng)類比，巖體承載力可滿足設(shè)計荷載要求，壩基工程地質(zhì)條件較好。

2.3 抗滑穩(wěn)定性評價

左右岸及河床均為T1yn1淺灰色中至厚層灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r夾少量薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r。壩基未見順河向斷層和規(guī)模較大的控制性結(jié)構(gòu)面，因此，壩基抗滑穩(wěn)定主要受層面和裂隙面組合控制;壩基巖體呈層狀結(jié)構(gòu)，巖層傾向上游、傾角25°，層間未見軟弱夾層，層間咬合較好，壩址下游無深潭和跌坎發(fā)育，不存在深層滑動問題，壩基抗滑穩(wěn)定性較好。

2.4 繞壩滲漏問題

壩址區(qū)為T1yn1碳酸鹽巖強(qiáng)巖溶含水層，壩基巖體為T1f2透水性較強(qiáng)的碎屑巖地層。壩址區(qū)河床下游河流較平緩，形成巖溶管道的水動力條件較差，主要為裂隙型滲漏;兩岸坡巖體為強(qiáng)巖溶含水層，左岸上部山體較平緩，洼地較多，沖溝發(fā)育較少，大多經(jīng)洼地補(bǔ)給地下水，其岸坡補(bǔ)給型巖溶管道較發(fā)育。據(jù)左壩肩鉆孔資料顯示，地下水位較高，鉆孔地下水位高程為1 680.07 m。由于鉆孔巖芯完整，未見溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，且抽水實(shí)驗(yàn)時水位不回升，故結(jié)合壩址區(qū)實(shí)際情況，推測該水位為假水位。右岸下游河間地塊發(fā)育，山體較單薄，其上部山體沒有較大的平臺、洼地等，各向均有沖溝排泄，且上部第二段巖體較完整，厚約100 m，形成局部分水嶺，起到屏蔽作用，地表沖溝具有排水作用，地下水下滲有限。右岸下游側(cè)河灣地帶T1yn1中下部有巖溶泉S13出露，出露高程為1 744.00 m，枯季流量約5 L/s，補(bǔ)給源主要為下游地塊，且高程均比正常蓄水位高程高出39 m以上，說明壩址區(qū)地下水位向下游是抬高的，T1yn1河邊有泉水出露，流量較小，但常年有水，說明巖溶發(fā)育較弱;鉆孔巖芯較完整，未見溶蝕現(xiàn)象，地下水位高程為1 690.25 m，比下游S13泉水出露高程底約70 m。綜上所述，右岸T1yn1屬弱巖溶地塊的可能性較大。由于壩址區(qū)為強(qiáng)可溶巖，形成管道型及裂隙滲漏的可能性均較大，需要進(jìn)行壩基和兩岸防滲處理。由于壩址區(qū)左右岸上游側(cè)正常蓄水位以上均有T1yn2作相對隔水層，左右岸下游側(cè)正常蓄水位以上均有T1f2作隔水層，左右岸均有T1f2、T1yn2作隔水層，因此按最短原則布置：兩岸防滲邊界均考慮接T1f2;左岸防滲邊界均接T1f2，右岸防滲邊界接上游側(cè)T1yn2;左右岸防滲邊界均考慮接T1yn2。

防滲處理原則及防滲線路選擇：左右岸防滲邊界均接T1f2可靠隔水層。兩岸防滲帷幕線按最短原則布置，兩岸防滲邊界可接正常蓄水位與T1f2新鮮巖體的交界，左岸防滲下限深入T1f2以下5 m，同時滿足深入地下水位以下10 m;河床防滲深入下部T1f2，同時滿足巖體透水率不大于3 Lu以下10 m。

左岸T1yn1有巖溶泉S22發(fā)育，巖溶管道和水流量均較小，推測該管道在防滲線上高于正常蓄水位，不需要作特殊處理。

3 結(jié)論及建議

本文通過該水庫壩址工程地質(zhì)條件分析可知，壩基工程地質(zhì)條件較好，兩岸山體較寬厚，岸坡穩(wěn)定，河流河床及岸坡覆蓋層不厚，巖體風(fēng)化不深，弱風(fēng)化下部巖體作為大壩基礎(chǔ)持力層可滿足設(shè)計荷載要求。右岸T1yn1屬弱巖溶地塊，壩址區(qū)為強(qiáng)可溶巖，因此形成管道型及裂隙滲漏的可能性均較大，需要進(jìn)行壩基和兩岸防滲處理。由于壩址區(qū)左右岸上游側(cè)正常蓄水位以上均有T1yn2作相對隔水層，左右岸下游側(cè)正常蓄水位以上均有T1f2作隔水層，由于左右岸均有T1f2 、T1yn2作隔水層，因此按最短原則布置：兩岸防滲邊界均考慮接T1f2;左岸防滲邊界均接T1f2，右岸防滲邊界接上游側(cè)T1yn2;左右岸防滲邊界均考慮接T1yn2。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊燦娟，唐瑤，陶先智.某水庫工程地質(zhì)條件評價[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019（25）：103，102.

[2]劉勇，楊秀華，楊蘭.中型水庫壩址工程地質(zhì)條件分析及壩型比選[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2018（8）：134-136.

[3]曲芯雨.龍門洞口水庫地質(zhì)條件分析及壩型優(yōu)化比選[J].陜西水利，2019（9）：127-128.