江西省城門山銅礦尾礦庫大壩工程地質(zhì)特性及評(píng)價(jià)

鐘葉青

（江西省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì)，江西 九江 332100）

擬建銅礦尾礦庫大壩工程為均質(zhì)粘土壩。主壩處，為湖漢地貌形態(tài)，地形低洼，壩址主要為湖岸第四系堆積、湖相沖淤積地貌。壩區(qū)位于城門山背斜北東端北翼，地層走向NEE，傾向NNW，傾角50%～70%，主壩址基巖中斷裂構(gòu)造較發(fā)育。

1 工程地質(zhì)特性

1.1 地層特征

根據(jù)鉆孔揭露資料，經(jīng)過綜合整理對(duì)比，場區(qū)內(nèi)從上而下可劃分24層巖土層，現(xiàn)從上往下分述如下：

1層人工堆積水上壩身填筑土。

淺褐黃色、黃褐色，由粉質(zhì)粘土組成，人工填筑時(shí)間約30年，呈硬可塑一可塑狀，飽和，無搖振反應(yīng)，稍光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等，土壩軸線上鉆孔均有分布，厚度4.50m～12.60m。

2層湖水，分布內(nèi)、外湖，深度0.50m～2.50m。

3-1層人工堆積水下堤身填筑土。

淺褐黃色，由粉質(zhì)粘土組成，為人工填筑，時(shí)間約30年，呈可塑狀，飽和，無搖振反應(yīng)，韌性中等，干強(qiáng)度中等，內(nèi)、外湖鉆孔中分布，厚度0m～7.20m。

3-2層人工堆積細(xì)砂。

淺黃褐色，由粒徑大於0.075mm的顆粒質(zhì)量約占總質(zhì)量的60%～70%，泥質(zhì)約占總質(zhì)量的30%～40%組成，分布不均勻，僅ZK48孔有分布，厚度4.20m。

3-3層溶洞及溶洞充填物。

僅在ZK1孔中見有溶洞位置，溶洞中被淤泥、少量角礫等完全充填，無空隙存在，鉆具緩慢回轉(zhuǎn)而下，未加壓，淤泥呈流塑狀，為充滿型開口溶洞。

4-1層第四系全新統(tǒng)湖積相淤泥質(zhì)土。

青灰色，灰黑色，切面平整，流-軟塑狀，飽和，具滑膩感，搖振反應(yīng)慢，韌性差，干強(qiáng)度差，層理不明顯，均勻性差，厚度0m～25.30m，場地內(nèi)均有分布。本層在水平方向上往西在3號(hào)勘察線附近變薄，并逐漸演變?yōu)榉圪|(zhì)粘土，在垂直方向大部份地段演變?yōu)榉圪|(zhì)粘土。

4-2層第四系全新統(tǒng)湖積相粉質(zhì)粘土。

灰褐色，由粉粒40%～50%，粘粒50%～60%組成，切面較平整，可塑，飽和，無搖振反應(yīng)，稍光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等，僅ZK15、ZK16孔有分布，厚度9.0m～11.0m。

4-3層第四系全新統(tǒng)湖積相細(xì)砂。

灰褐色，由粒徑大於0.075mm的顆粒約占總質(zhì)量的60%～70%，泥質(zhì)約占總質(zhì)量的30%～40%組成，松散，飽和，顆粒由石英、云母等組成，次圓狀，分布不均勻，僅ZK15^ZK16孔有分布，厚度2.50m～3.40m。

5層第四系全新統(tǒng)湖積相粉質(zhì)粘土。

灰褐黃色，由粉粒40%～50%，粘粒50%～60%組成，切面較平整，可塑，飽和，無搖振反應(yīng)，稍光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等，部份鉆孔有分布，厚度0m～23.30m。

6-1層第四系全新統(tǒng)湖積相細(xì)砂。

淺灰黃色，由粒徑大於0.075mm的顆粒約占總質(zhì)量的60%～70%，泥質(zhì)約占總質(zhì)量的20%～30%組成，松散，飽和，顆粒由石英、云母等組成，次圓狀，分布不均勻，部份鉆孔有分布，厚度0m～5.50m。

6-2層第四系全新統(tǒng)湖積相礫砂。

褐黃色，由粒徑大於2mm的顆粒質(zhì)量約占總質(zhì)量的30%左右，小於2mm的顆粒質(zhì)量約占總質(zhì)量的40%～50%，泥質(zhì)含量約占總質(zhì)量的20%～30%組成，稍密，飽和，顆粒由石英、硅質(zhì)巖等組成，次圓狀。分布不均勻，分選性差，顆粒呈中-微風(fēng)化。大部分鉆孔有分布，分布不均勻，厚度0m～5.50m。

7層第四系上更新統(tǒng)洪積相粘土角礫。

黃紅-褐紅色，由粘土約占總質(zhì)量的50%～60%，角礫約占總質(zhì)量的40%～50%組成，硬塑狀，飽和，無搖振反應(yīng)，切面光滑，韌性高，干強(qiáng)度高，角礫成份主要為硅質(zhì)巖碎屑，棱角形，粒徑2mm～20mm，顆粒呈中風(fēng)化，分布不均勻，主壩36個(gè)孔有分布，厚度0m～24.60m。

7-1層第四系下更新統(tǒng)沖積相粘土。

灰白色，由粉粒30%～40%，粘粒60%～70%組成，硬塑狀，飽和，無搖振反應(yīng)，光滑，韌性高，干強(qiáng)度高，原ZK1孔有分布，厚度6.0m～8.10m。

8-1層三疊系下統(tǒng)大冶組全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖(夾層)。

淺黃褐色，淺黃紅色，巖石風(fēng)化呈土狀，原巖結(jié)構(gòu)可見，夾少量強(qiáng)風(fēng)化巖殘塊，可塑，飽和，無搖振反應(yīng)，稍光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等，主壩西北部7個(gè)孔有分布，厚度7.60m～29.00m。

8-2層三疊系下統(tǒng)大冶組強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。

黃褐色，巖石風(fēng)化呈碎塊狀，塊間有泥質(zhì)充填，塊徑l-15cm，棱角形，散體結(jié)構(gòu)，結(jié)合較緊密，部分碎塊手易折斷，僅前ZK7孔見有分布，揭露厚度5.00m。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，屬極軟質(zhì)巖類，破碎巖體。

9-1層三疊系下統(tǒng)大冶組強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r。

淺灰褐色，巖石風(fēng)化呈碎塊狀，碎塊間有泥質(zhì)充填，塊徑lcm～10cm，棱角形，散體結(jié)構(gòu)，結(jié)合差，碎塊手折不斷，在主壩西北部ZK13、ZK19孔見有分布，厚度4.80m～5.50m。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，屬軟質(zhì)巖類，破碎巖體。

9-2層三疊系下統(tǒng)大冶組中風(fēng)化灰?guī)r。

淺灰一灰白色，巖石由方解石，少量泥質(zhì)組成，致密，堅(jiān)硬，隱晶結(jié)構(gòu)，塊狀黃褐、灰褐色，由大於2mm的顆粒質(zhì)量約占總質(zhì)量的50%～60%，小於2mm的顆粒構(gòu)造，厚一巨厚層狀，少數(shù)孔上部lm～2m巖芯表面見有局部溶蝕現(xiàn)象，呈溶孔、溶隙、溶痕狀，大小0.5cm～1cm，見1～2處。下部巖石堅(jiān)硬，巖石RQD值70%～80%，主壩西北部13個(gè)孔有該層分布，揭露厚度5.30m～12.50m。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質(zhì)量等級(jí)為III級(jí)，屬較硬質(zhì)巖類，較完整巖體。

10-2層二疊系下統(tǒng)茅口、棲霞組中風(fēng)化灰?guī)r。

灰一深灰色，巖石由方解石、少量泥質(zhì)、硅質(zhì)組成，含燧石團(tuán)塊，夾薄層硅質(zhì)灰?guī)r，致密，堅(jiān)硬，微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，薄一中厚一厚層狀，少量孔上部0.5m～1.0m處，巖芯見有溶蝕現(xiàn)象，如溶孔、溶隙等，大小為0.5cm～lcm，見1-2處。下部巖石堅(jiān)硬，完整，巖石RQD值70%～80%，主壩中部有6個(gè)孔見有灰?guī)r分布，揭露厚度6.50m～9.60m。根據(jù)巖石堅(jiān)硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質(zhì)量等級(jí)為“III"級(jí)，屬較硬質(zhì)巖類，較完整巖體。

11-1層石炭系上統(tǒng)船山、黃龍組強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r。

灰色，巖石風(fēng)化成碎塊狀，碎塊間有泥質(zhì)充填，塊徑lcm～10cm，棱角形，散體結(jié)構(gòu)，結(jié)合差，碎塊手折不斷，主壩ZK47孔及原ZK4孔有分布，厚度1.00m。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，屬極軟質(zhì)巖類，破碎巖體。

11-2層石炭系上統(tǒng)船山、黃龍組中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r。

灰色，巖石由方解石、白云石、少量泥質(zhì)組成，致密，堅(jiān)硬、細(xì)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，厚一巨厚層狀，少數(shù)孔上部0.5m～1.0m巖芯見有溶蝕現(xiàn)象如溶孔、溶隙等，大小為0.5cm～lcm，見1～2處。主壩東部9個(gè)孔見有該層分布，揭露厚度6.5～13.1m。根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質(zhì)量等級(jí)為III級(jí)，屬較硬質(zhì)巖類，較完整巖體。

13層侏羅系時(shí)代構(gòu)造角礫。

質(zhì)量約占總質(zhì)量的20%～30%，泥質(zhì)約占總質(zhì)量的10%～20%組成，稍密狀，飽和，成份為硅質(zhì)碎屑，棱角形，中風(fēng)化狀，分選差，分布不均勻，20個(gè)孔中見有分布，主要集中在壩基中部，揭露厚度4.30m～25.50m，ZK27孔鉆到73.50m未揭露該層。

14-1層燕山期全風(fēng)化花崗斑巖。

淺黃、黃白一淺灰色，巖石風(fēng)化成土狀，原巖結(jié)構(gòu)可見，下部夾少量強(qiáng)風(fēng)化巖殘塊，松散狀，飽和，手捏成粉狀，水浸即散，顆粒成份主要為石英，含量約30%～40%，泥質(zhì)60%～70%，粘性差，有12個(gè)孔見有分布，主要分布在壩基東部，揭露厚度4.50m～25.50m。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造特征

由于庫區(qū)地表沒有基巖露頭出露，只有從鉆孔揭露的地層巖性和地質(zhì)現(xiàn)象，結(jié)合原有的地質(zhì)資料綜合研究、分析，場地內(nèi)有5條比較大的構(gòu)造破碎帶存在。

1.3 巖漿巖

壩區(qū)西端ZK3孔一帶有花崗斑巖分布，壩區(qū)東部有大片花崗斑巖分布，使石炭系白云質(zhì)灰?guī)r呈孤島狀分布於花斑巖體中[1]。花崗斑巖，呈灰白一淺灰色，由石英25%，長石70%及少量云母等組成，中粒花崗斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含黃鐵礦，呈全風(fēng)化狀，風(fēng)化厚度〉25m。

2 水文地質(zhì)特征

2.1 地表水

主壩水面，長約1800m，外湖寬100m，內(nèi)湖寬150m，水深0.50m～2.50m?，F(xiàn)水面標(biāo)高15m左右，受季節(jié)及外湖水影響，水位變化幅度一般為0.5-1.5m。湖水積水補(bǔ)給來源，由于湖區(qū)上游沒有河流，所以主要為大氣降水補(bǔ)給，其次是外湖倒灌。

2.2 第四系孔隙潛水

主要分布在第4-3、第6-1、第6-2細(xì)砂、礫砂層中，含水量中等，具弱承壓性，其它第1、第3-1、第3-2、第3-3、第4-1、第4-2、第5、第7、第7-1、第8-1、第14-1為弱含水層，含少量上層滯水，該層地下水主要為劉家溝及賽湖側(cè)向、垂向補(bǔ)給為主，大氣降水滲透補(bǔ)給為輔。

2.3 基巖風(fēng)化裂隙水

主要分布在第8-2、第9-1、第11-1、第14-2強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化花崗斑巖中，由于這些巖石中風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙較發(fā)育，裂隙連通形成過水通道，為強(qiáng)透水層，具承壓性，主要受上覆第四系孔隙性潛水垂直補(bǔ)給及區(qū)域性補(bǔ)給。

2.4 基巖巖溶裂隙水

主要分布在第9-2、第10-2、第11-2三疊系、二疊系、石炭系灰?guī)r中，這些巖石中巖溶裂隙較發(fā)育，屬強(qiáng)透水層，含豐富地下水，具承壓性，受上覆第四系孔隙性潛水和風(fēng)化基巖網(wǎng)狀裂隙水垂直補(bǔ)給及區(qū)域側(cè)向補(bǔ)給。

2.5 構(gòu)造破碎帶裂隙水

主要分布在F1、F2-1、F2-2、F3、F4、F5構(gòu)造破碎帶中，屬中強(qiáng)透水層，含水量較豐富，具一定承壓性，受上覆第四系孔隙潛水、基巖風(fēng)化裂隙水垂向補(bǔ)給，巖溶裂隙水及區(qū)域水側(cè)向補(bǔ)給。

2.6 地下水位及水力聯(lián)系

施工期鉆孔初見水位：陸地上鉆孔一般在4m～5m，水上鉆孔為0.00m。穩(wěn)定水：陸上鉆孔3.0m～7.60m，水上鉆孔一般1.20m～2.20m，部分在2.50m～3.50m，受季節(jié)影響，地下水位變化幅度0.5m～1.50m。場區(qū)地下水與地表水相貫聯(lián)，互為補(bǔ)給，豐水季節(jié)地表水補(bǔ)給地下水，枯水季節(jié)地下水補(bǔ)給地表水[2,3]。

3 不良地質(zhì)現(xiàn)象

壩址區(qū)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為巖溶，其次為構(gòu)造破碎帶，其它土洞，塌陷不發(fā)育。現(xiàn)將巖溶，構(gòu)造破碎帶，分述如下：

3.1 巖溶

巖溶為壩區(qū)主要不良地質(zhì)現(xiàn)象，發(fā)育在石炭、二疊、三疊系灰?guī)r中，現(xiàn)從巖溶的基本形態(tài)，發(fā)育規(guī)律，發(fā)育程度及連通性等方面進(jìn)行描述如下：

（1）巖溶發(fā)育的基本形態(tài)。庫區(qū)由于沒有地表灰?guī)r露頭，根據(jù)鉆孔揭露資料，巖溶地下形態(tài)主要為小溶洞，溶洞形態(tài)各異，主要為半圓形、袋狀形、三角形、不規(guī)則形，洞徑規(guī)模較小，溶洞高0.1m～2.80m，呈完全充填狀態(tài)，充填物與溶洞周圍物質(zhì)有關(guān)，如ZK1^ZK61孔為淤泥及少量角礫，其它多為粘性土，性狀呈流塑一軟塑狀，巖溶連通性較差。

（2）巖溶發(fā)育的規(guī)律。經(jīng)對(duì)巖溶較發(fā)育鉆孔位置和部位的統(tǒng)計(jì)，庫區(qū)巖溶較發(fā)育的位置：一在第四系與灰?guī)r接觸處0m～3m范圍內(nèi)，如主壩區(qū)ZK1孔；二在構(gòu)造破帶附近第四系與灰?guī)r接處0m～5m范圍內(nèi)，如副壩區(qū)ZK61孔。在平面上主要分布西、北部和西南部，在垂向上，主要分布在灰?guī)r與第四系松散土層接觸界面的淺表部位置（標(biāo)高-9.9m～-16.95m）。在水平向和垂向上無規(guī)律性。

（3）巖溶發(fā)育強(qiáng)度。本區(qū)由于受到區(qū)域地下水影響，地下水位線較高，一般在標(biāo)高12m左右，灰?guī)r埋深從鉆孔揭露資料分析一般在30.0m左右，標(biāo)高-15.0m左右，低於地下水位線下27.0m，周邊沒有抽取地下水的設(shè)施，地下水沒有取用，流動(dòng)微弱，由于地下水長期浸泡在灰?guī)r淺表層，形成小的溶洞、溶孔、溶隙，洞高0.1m～2.80m，規(guī)模小，一般不易形成大型溶洞或暗河。

本次根據(jù)庫區(qū)巖溶發(fā)育的特點(diǎn)，參考有關(guān)資料，釆用鉆孔巖溶率，溶洞規(guī)模，泉流量及巖組特征對(duì)巖溶強(qiáng)度進(jìn)行劃分。

（4）巖溶的聯(lián)通性?；?guī)r地表無露頭，根據(jù)鉆孔揭露，鉆孔中溶洞大部分為完全充填，充填物有淤泥、粘土和少量角礫，說明淺表地下溶洞聯(lián)通性較差。

3.2 構(gòu)造破碎帶

構(gòu)造破碎帶為壩區(qū)次要不良地質(zhì)現(xiàn)象，主壩區(qū)由西往東見有4條構(gòu)造破碎帶，編號(hào)為F1、F2-1、F2-2、F3、F4，走向NEE，傾向NNW，傾角60°～70°，與主壩軸線呈20°～30°角斜交，屬壓扭性質(zhì)。副壩區(qū)見有1條構(gòu)造破碎帶，編號(hào)為F、，走向NE，傾向NW，傾角50°左右，與副壩土壩軸線呈10°～20°角斜交，屬壓扭斜沖性兼張扭性質(zhì)。

構(gòu)造破碎帶主要是由于地層褶皺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生重力滑脫，造成巖層層間或假整面間相互摩擦，形成層間或假整合面間構(gòu)造破碎帶。層間構(gòu)造破碎帶，寬度一般為20m～30m，假整合面間構(gòu)造破碎帶寬度達(dá)100m～150m，如F2-1、F2-2構(gòu)造破碎帶。由于構(gòu)造破碎帶中充填物主要為角礫，呈稍密一中密狀態(tài)，透水性較好，沿構(gòu)造破碎帶有花崗斑巖侵入，構(gòu)造破碎帶發(fā)生時(shí)代為侏羅系早期，侏羅系晚期至今無活動(dòng)跡象，穩(wěn)定性較好。

4 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

4.1 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

主壩址基礎(chǔ)由第四系全新統(tǒng)湖積相淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粘性土、細(xì)砂、礫砂，第四系上、下更新統(tǒng)粘性土，三疊系全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)、中風(fēng)化灰?guī)r，二疊系中風(fēng)化灰?guī)r，石炭系強(qiáng)一中風(fēng)化灰?guī)r，燕山期全風(fēng)化花崗斑巖及侏羅系時(shí)代的構(gòu)造破碎帶組成，各層巖土層垂直向及水平向結(jié)合緊密，僅在ZK1孔見高1.20m的開口性完全充填型小溶洞外，其它地段未見到溶洞、落水洞，在與第四系土層接觸帶處，由于地下水長期浸泡，使淺表層灰?guī)r局部有溶蝕現(xiàn)象如溶孔、溶隙、溶痕，未見大型的溶洞存在，巖溶發(fā)育強(qiáng)度為弱等?；?guī)r穩(wěn)定性較好。構(gòu)造破碎帶呈全充填型，呈稍密一中密狀態(tài)，現(xiàn)今未見新的活動(dòng)跡象，構(gòu)造破碎帶穩(wěn)定?；鶐r以上的土層中未見土洞、空洞現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)性較好。壩區(qū)為古湖漢瓏崗地貌，周邊地形低洼，無高陡山體、弧巖、斜坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，由于地勢(shì)坡度平緩，屬低坡地形，產(chǎn)生滑坡、流石流的可能性小，壩體基礎(chǔ)總體較穩(wěn)定。

場區(qū)第4-1層淤泥質(zhì)土，屬軟土層，含水量大，壓縮性高，承載力低，厚度較大（厚度0m～25.20m，平均厚度12.00m），場區(qū)分布較廣，由于其穩(wěn)定性差，在上部堆載情況下，可能產(chǎn)生側(cè)向擠出、塑性破壞及圓弧滑動(dòng)破壞，淤泥質(zhì)土層下硬塑狀的粘土角礫分布不均勻，易造成上覆淤泥質(zhì)土層產(chǎn)生不均勻沉降，應(yīng)對(duì)該層進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，加固處理。

4.2 基礎(chǔ)持力層建議

根據(jù)場區(qū)鉆孔揭露的巖土層有關(guān)資料和擬建物性質(zhì)建議：主壩右壩肩（西）、左壩肩（東）基礎(chǔ)持力層可選擇在7層粘土角礫和上覆的老粘性土層上，基礎(chǔ)形式可釆用淺基礎(chǔ)，對(duì)該層土上的耕表土、人工填土、樹根等應(yīng)清除干凈;主壩中部及副壩由于淤泥質(zhì)土層廣布，厚度較大，其它層土層，由于埋深較深，分布局限，厚度變化較大等因素，綜合考慮后，建議還是釆用4-1層土層（淤泥質(zhì)土）作持力層較好，但應(yīng)對(duì)壩基和該土層進(jìn)行加固處理，如釆用深層攪拌、排水和分期予壓固結(jié)等措施進(jìn)行加固。