西藏某光伏場地工程地質(zhì)研究

摘 要：以西藏墨竹工卡縣某光伏發(fā)電工程為例，分析高海拔研究區(qū)域和場地的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象等工程地質(zhì)條件。通過現(xiàn)場地質(zhì)測繪，根據(jù)研究區(qū)勘察經(jīng)驗，進一步探討場地基礎(chǔ)型式及地基持力層選擇、沉降變形和不均勻變形及邊坡穩(wěn)定性分析等場地工程地質(zhì)評價，希望能夠為工程設(shè)計和施工提供更好、更準確的地質(zhì)依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)；西藏；場地；邊坡穩(wěn)定性；區(qū)域地質(zhì)；高海拔

中圖分類號：P618.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）31-0096-04

Abstract： Taking a photovoltaic power generation project in Mozhugongka County， Tibet as an example， analyzed the engineering geological conditions such as geological lithology， geological structure， and physical geological phenomena of the study area and site in high-altitude areas. Through on-site geological surveying and mapping， based on the exploration experience of the research area， and further discusses the site foundation type， selection of foundation bearing stratum， settlement deformation and uneven deformation， slope stability analysis and other site engineering geological evaluation， hoping to provide a better and more accurate geological basis and reference for engineering design and construction.

Keywords： engineering geology; Tibet; site; slope stability; regional geology; high altitude

隨著“一帶一路”項目實施，我國的工程項目從沿海、沿江向內(nèi)陸、沿邊逐漸推進[1]。我國內(nèi)陸地形地貌更為復(fù)雜多樣，水利水電工程建設(shè)多位于山地高海拔地區(qū)[2-3]，為保證工程精準設(shè)計和后期施工安全及運行安全，前期工程地質(zhì)研究顯得尤為重要。本文以西藏墨竹工卡縣某光伏發(fā)電工程為例，分析了高海拔地區(qū)研究區(qū)域和場地的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及物理地質(zhì)現(xiàn)象等工程地質(zhì)條件，針對場地基礎(chǔ)型式及地基持力層選擇、沉降變形和不均勻變形及邊坡穩(wěn)定性分析等，進行場地工程地質(zhì)評價，為相似或附近項目的工程設(shè)計和施工提供地質(zhì)依據(jù)和參考建議。

1 研究區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)位于西藏墨竹工卡縣，屬高山深切割區(qū)，海拔4 610～5 407.5 m，相對高差達540 m以上。本研究區(qū)地形特點主要為坡度大、海拔高以及相對高差大。區(qū)內(nèi)第四系松散堆積物廣泛發(fā)育，分布面積占85%以上，厚度一般在1～5 m。區(qū)內(nèi)自然災(zāi)害頻繁且多發(fā)，這主要是由于地理位置處于高海拔地區(qū)；在春秋季節(jié)，經(jīng)常會遭受早、晚霜害的影響，而夏季則常常遭受雷雨和冰雹的襲擊，干旱和洪澇也很容易成為自然災(zāi)害[4]。在冬季，天氣變得寒冷而干燥，同時還伴隨著強烈的風(fēng)沙。

1.1 區(qū)域地層

岡底斯－念青唐古拉地體南緣發(fā)育的最初基礎(chǔ)為一個古老的陸殼。地球經(jīng)歷了一系列的演化階段，在這些階段中，地殼板塊發(fā)生了不斷的變動和運動。研究區(qū)域地層主要由被動陸緣火山沉積巖系組成，這些巖系包括上三疊統(tǒng)中的麥隆崗組和中下侏羅統(tǒng)的葉巴組，上侏羅統(tǒng)中的卻桑溫泉組和多底溝組。而在下白堊統(tǒng)中，有林布宗組、楚木龍組和塔龍拉組[5]；整個地層主要由侏羅系和白堊系組成。第四系主要分布在區(qū)域內(nèi)的坡腳和溝谷地帶。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

研究區(qū)域位于岡底斯-念青唐古拉地體。岡底斯-念青唐古拉地體，也被稱為拉薩微型陸塊，其南北邊界分別為班公湖-怒江和雅魯藏布江兩條縫合帶。該地體從南向北劃分為4個次級構(gòu)造單元，第一個是岡底斯燕山-喜馬拉雅期陸緣巖漿弧，本次研究區(qū)位于其中；第二個是念青唐古拉斷??；第三個是措勤-納木錯晚燕山期弧后盆地；最后一個是班戈-嘉黎早燕山期陸緣巖漿弧。

研究區(qū)內(nèi)次級構(gòu)造表現(xiàn)為塊體內(nèi)次級斷裂及褶皺，主要有墨竹工卡構(gòu)造帶及近東西向展布的復(fù)向斜、背斜。現(xiàn)場調(diào)查研究，墨竹工卡斷層通過處的第四系地層未見錯動形變跡象。

1.3 物理地質(zhì)現(xiàn)象

研究區(qū)海拔4 610～5 407.5 m，相對高差達540 m以上。受地層結(jié)構(gòu)、巖性和氣候等條件的影響，不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要有滑坡、崩塌、小型泥石流和凍融及風(fēng)化等。研究區(qū)每年10月到翌年3月為冰雪季節(jié)，存在季節(jié)性凍土。根據(jù)墨竹工卡縣氣象資料，研究區(qū)最大凍土深度為1.80 m，為季節(jié)性凍土。

1.4 水文地質(zhì)

墨竹工卡縣域內(nèi)水系較發(fā)育，主體屬雅魯藏布江系，流域內(nèi)水系展布呈樹枝狀。主要的河流有縣域西部的拉薩河，境內(nèi)山川相間，河谷環(huán)繞，草原廣布，拉薩河谷地帶是西藏的重要糧食產(chǎn)地。拉薩河主要支流為多雄朗、拉木普、前普和瓊普等，河谷相對平緩寬闊，是居民主要分布地帶。

研究區(qū)內(nèi)水系主要為甲瑪曲一級支流它龍浦及其支流，共2條溪溝。其中，它龍浦走向330°，溝長約10 km，該溝從研究區(qū)場地南西側(cè)通過，距研究區(qū)約250 m，溝水主要補給來源為大氣降水和冰雪融水。據(jù)調(diào)查訪問，該溝冬季封凍斷流。它龍浦支流走向為214°，溝長約2.95 km。該溝從研究區(qū)攔擋壩通過，溝水主要補給來源為大氣降水和冰雪融水，研究期間水量較小，該溝冬季封凍斷流。

研究區(qū)地下水主要是通過大氣降水進行補給。地表水一部分受到地形地貌條件的影響，沿著山谷或低洼地表流動；另一部分向下滲透為基巖裂隙水提供補給，受到地質(zhì)構(gòu)造和水文條件的影響，沿著不同方向運移，其中一部分地下水向北西方向運移，而另一部分則向南東方向運移；最終流入甲瑪河和斯布普河[6]，流出研究區(qū)。

2 場地工程地質(zhì)條件

本次研究的光伏發(fā)電場地，主要為墨竹工卡縣露天采區(qū)排土場，位于牛馬塘采區(qū)北側(cè)的山谷內(nèi)，溝谷走向為東西向。場地填土屬于碎石混合土，原巖主要為矽卡巖、角巖、灰?guī)r和大理巖，現(xiàn)狀場地填土總堆高215 m（高程4 480～4 695 m），各級平臺內(nèi)坡面角為30～45°，排土場臺階高度10～40 m，排土場的總體坡比為1∶4.1左右，現(xiàn)狀總體坡面角為13.9°左右。

研究區(qū)天然溝谷地貌屬侵蝕剝蝕構(gòu)造深切割高山峽谷地貌，山體頂部高程5 205～5 389.1 m，谷底高程3 900～4 400 m，相對高差989.1～1 305 m。溝谷兩側(cè)山勢陡峭，天然斜坡地形坡角一般20～35°，局部可達60°以上或近直立。研究區(qū)附近植被不發(fā)育，海拔4 900 m以上基巖裸露，基本無植被發(fā)育；海拔4 900 m以下主要發(fā)育高山草甸植被，覆蓋率10%～20%。

2.1 地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)測繪及鉆探資料[7]，工程區(qū)出露地層主要為①第四系全新統(tǒng)人工堆積（Q4ml）填土：土質(zhì)不均，近期回填，雜色，表層松散至稍密，下部中密至密實，稍濕；②第四系全新統(tǒng)坡洪積（Q4pl+dl）碎石混合土或混合土碎石：黃色，松散至稍密，稍濕，主要成分為粉土、角礫、碎石及少量塊石，其中粉土含量35%～60%，角礫含量15%～30%，碎石含量20%～50%，塊石含量5%～12%；③白堊系下統(tǒng)林布宗組—侏羅系上統(tǒng)多底溝組（K1l—J3d）砂巖夾板巖：強風(fēng)化，呈碎石混合土狀，主要在凍融風(fēng)化作用下形成，雜色，稍密至密實，稍濕，為光伏發(fā)電場地的主要天然地基。

本次在研究區(qū)場地選擇有代表性的地段對人工填土做了6組現(xiàn)場單環(huán)法探坑注水試驗。場地表層碎石混合土滲透系數(shù)K為8.15×10-3～4.56×10-2 cm/s，整體屬強透水層。

2.2 物理地質(zhì)現(xiàn)象

場區(qū)主要位于它龍浦支流，兩側(cè)山勢陡峭，天然溝谷地貌屬侵蝕剝蝕構(gòu)造深切割高山峽谷地貌，天然斜坡地形坡角一般20～35°，局部可達60°以上或近直立。研究結(jié)果顯示，該地區(qū)發(fā)育一些小規(guī)模的泥石流和滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

泥石流：研究發(fā)現(xiàn)場地的天然溝谷內(nèi)，分布有泥石流堆積物，規(guī)模較小，屬于暴雨時場地外圍山體或沖溝內(nèi)，暫時性流水挾帶松散堆積物，形成水石流向場區(qū)排泄導(dǎo)致。

落石、崩塌或滑坡：場地外圍采礦、修路等人類活動形成的人工切坡、人工堆積邊坡，暴雨時易發(fā)生落石、崩塌或小規(guī)?；拢纬傻乃缮⑵路e物易對光伏發(fā)電設(shè)施造成不良影響。場地內(nèi)現(xiàn)狀各級臺階內(nèi)坡面角多為自然堆積形成，坡度較陡，邊坡穩(wěn)定性差，易發(fā)生落石崩塌或滑坡。

變形：場區(qū)內(nèi)棄碴為近期堆填，沉降變形還未最終穩(wěn)定。本次研究發(fā)現(xiàn)擋渣壩各分級臺階，局部存在變形裂縫。裂縫主要位于臺階坡面角大于40°的部位，裂縫寬度一般為8～25 mm，延伸長度一般為2～15 m，多數(shù)位于坡肩位置，平行于坡肩，局部為弧形。

沖刷：場區(qū)內(nèi)人工填土邊坡多未采取任何防護措施，坡肩附近未設(shè)置截水溝，各分級臺階邊坡受雨水沖刷，多處形成沖刷坑、沖刷槽，雨水攜帶泥砂堆積于坡腳或臺階上。

3 場地工程地質(zhì)評價

3.1 基礎(chǔ)型式及地基持力層

根據(jù)本次工程地質(zhì)調(diào)查、探井、現(xiàn)場試驗等研究，以及參照西藏附近工程經(jīng)驗，給出場地巖土層物理力學(xué)參數(shù)建議值見表1。

場地內(nèi)埋深1.0 m以上的表層填土結(jié)構(gòu)松散，具架空結(jié)構(gòu)，不宜直接作為基礎(chǔ)持力層；埋深1.0 m以下的人工填土，多呈稍密至密實狀，總體呈中等至低壓縮性，光伏發(fā)電設(shè)施荷載較小，可作為地基持力層。如采用樁基，上部碎石混合土（Q4ml）的極限側(cè)阻力標準值為15～25 kPa，極限端阻力標準值2 500 kPa；中部碎石混合土或混合土碎石（Q4pl+dl）的極限側(cè)阻力標準值為70～100 kPa，極限端阻力標準值3 000 kPa；底部砂巖夾板巖（K1l—J3d，強風(fēng)化）的極限側(cè)阻力標準值為100 kPa，極限端阻力標準值4 000 kPa。

人工填土及地基巖土層中含有塊石，樁基施工需選用合適的施工機械，并注意樁基鉆孔孔壁穩(wěn)定性問題。根據(jù)墨竹工卡縣氣象資料，研究區(qū)場地最大凍土深度為1.80 m，建議將光伏發(fā)電基礎(chǔ)埋置于該深度以下，避免凍土凍融對擬建工程產(chǎn)生不良影響。

3.2 沉降變形和不均勻變形

場內(nèi)填土為近期回填，靠自重壓力密實，沉降變形還未最終穩(wěn)定。場地內(nèi)填土土質(zhì)不均，不同部位的填土顆粒組成差異性大；人工填土厚度變化大，由于為近期填土，密實度差，主要依靠自重作用下壓密，不同部位密實度差異性大，存在沉降變形及不均勻變形問題。

3.3 邊坡穩(wěn)定性

工程區(qū)內(nèi)邊坡類型可分為天然斜坡、人工切坡、人工堆積邊坡。

3.3.1 場地周邊天然斜坡穩(wěn)定性

場地周邊天然山體低緩，天然斜坡穩(wěn)定。高程4 600～4 695 m平臺兩側(cè)天然山體坡度逐漸變陡，坡度一般25～50°；邊坡地層巖性主要為白堊系下統(tǒng)林布宗組（K1l）砂巖夾板巖，表層多呈碎石混合土狀，天然斜坡地表草甸植被發(fā)育，天然坡度變化較小，天然斜坡整體穩(wěn)定性較好。

高程4 695 m平臺以上天然山體坡度陡，坡度一般40～65°；邊坡地層巖性主要為白堊系下統(tǒng)林布宗組（K1l）砂巖夾板巖，經(jīng)凍融等風(fēng)化作用下，呈碎石混合土狀。天然狀態(tài)下，上述天然斜坡地表草甸植被發(fā)育，天然坡度變化較小，天然斜坡整體穩(wěn)定性較好。由于受到修路等人為活動影響，高程4 695 m平臺以上天然斜坡部分坡度變陡，局部呈陡坎狀；大部分區(qū)域植被受到破壞，表層裸露碎石混合土狀基巖，邊坡局部穩(wěn)定性變差，在雨水、凍融等地質(zhì)作用下，易發(fā)生落石、小規(guī)模泥石流或滑坡。流石流易造成場區(qū)周邊截水溝淤積、堵塞，進一步破壞光伏發(fā)電設(shè)施，建議采取相應(yīng)工程措施。

3.3.2 場地人工切坡穩(wěn)定性

人工切坡分布于場地周邊天然山體之上，主要為人為修路或修平臺切坡而形成。礦山修路切坡一般依山就勢，切割高度小于6 m，邊坡整體穩(wěn)定性較好，本次工程地質(zhì)研究未發(fā)生崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

場地外修路開挖山體產(chǎn)生大量松散堆積物，在公路外側(cè)坡肩附近形成堆積邊坡，坡度一般為碎石混合土的天然休止角，坡度較低，邊坡穩(wěn)定性差，在雨水、凍融等地質(zhì)作用下，易發(fā)生落石、小規(guī)模泥石流或滑坡，影響人員及光伏發(fā)電等設(shè)施的安全。

3.3.3 場地人工堆積邊坡穩(wěn)定性

場地內(nèi)現(xiàn)狀填土總堆高215 m（高程4 480～4 695 m）。根據(jù)研究區(qū)勘察經(jīng)驗，參照附近研究成果，選取典型斷面位置，借助理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件，采用通用方法自動搜索法取得最危險滑面位置及其安全系數(shù)。計算結(jié)果為考慮水、不考慮地震作用工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.046，考慮水、考慮地震（0.15g）作用工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為0.919，規(guī)范定值為1.30。綜合上述分析，場地典型剖面位置自動搜索滑面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)范規(guī)定值，當考慮地震的作用時，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)小于1.0，地震發(fā)生時邊坡存在局部不穩(wěn)定。

4 結(jié)論

1）研究區(qū)出露地層主要為碎石混合土（Q4ml）、碎石混合土或混合土碎石（Q4pl+dl），以及砂巖夾板巖（K1l—J3d）。場區(qū)人工填土為碎石混合土，大多數(shù)為礦渣，近期回填，表層松散至稍密，下部中密至密實。場地附近溝谷底部分布有碎石混合土或混合土碎石（Q4pl+dl），松散至稍密狀。人工填土地基主要為砂巖夾板巖（K1l），上部呈碎石混合土狀，屬強風(fēng)化帶上部，呈稍密至密實狀。

2）本光伏發(fā)電建筑場地位于天然陡坡之上的人工填土之上，地震時可能發(fā)生滑坡、泥石流等現(xiàn)象。研究區(qū)場地最大凍土深度為1.80 m，建議將光伏發(fā)電基礎(chǔ)埋置于該深度以下，避免凍土凍融對擬建工程產(chǎn)生不良影響。場內(nèi)填土為近期回填，沉降變形還未最終穩(wěn)定。場地內(nèi)填土存在沉降變形及不均勻變形問題，光伏發(fā)電設(shè)計應(yīng)考慮足夠的地基沉降變形量。

3）場內(nèi)各級平臺坡面角多為碴料天然休止角，坡度較陡，邊坡穩(wěn)定性差，在地震、雨水或凍融等地質(zhì)作用下，碎石混合土邊坡易發(fā)生沖刷、落石、小規(guī)?；禄蛱?，建議光伏發(fā)電設(shè)計應(yīng)考慮相應(yīng)防護措施。高程4 695 m平臺以上的外圍人工切坡或堆積邊坡，暴雨時易發(fā)生落石、崩塌或小規(guī)模泥石流、滑坡，從而危及場內(nèi)光伏發(fā)電設(shè)施，建議在溝谷部位增設(shè)擋渣墻等設(shè)施。

4）本次研究希望能夠為附近項目工程設(shè)計和施工提供更好、更準確的地質(zhì)依據(jù)和參考，以提高工程安全質(zhì)量和效率。

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