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        待賢水庫壩址區(qū)地質(zhì)條件試驗(yàn)分析

        2016-02-05 01:46:16麻江峰
        山西水利 2016年9期

        麻江峰

        (山西省水利水電科學(xué)研究院,山西 太原 030002)

        待賢水庫壩址區(qū)地質(zhì)條件試驗(yàn)分析

        麻江峰

        (山西省水利水電科學(xué)研究院,山西 太原 030002)

        介紹了待賢水庫工程概況,從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件方面闡述了壩址區(qū)工程地質(zhì)情況,通過對(duì)壩體質(zhì)量分析、壩基地質(zhì)條件分析、壩基滲透量估算、壩體和壩基土的滲透變形評(píng)價(jià),可知壩址區(qū)地質(zhì)條件總體上符合水庫的除險(xiǎn)加固要求。

        壩址;滲透變形;地質(zhì)條件;待賢水庫

        1 工程概況

        待賢水庫位于沁縣新店鎮(zhèn)待賢村西濁漳河西源白玉河支流待賢河上,距縣城以南直線距離約25 km外,是一座以防洪為主,兼顧灌溉的小(二)型水庫。工程等別為Ⅴ等,建筑物級(jí)別為5級(jí),包括大壩、溢洪道、輸水洞。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。水庫樞紐工程由均質(zhì)土壩、溢洪道、輸水洞三部分組成。壩長(zhǎng)71m,最大壩高10m,壩頂高程998.0m,壩頂寬2m。溢洪道位于大壩左側(cè)58m處,為人工開挖石槽,總長(zhǎng)80m,底寬2m。進(jìn)口底高程約995.0m。輸水洞位于右壩肩,洞身為矩形砌石結(jié)構(gòu),洞身尺寸為0.5m×1.0m,長(zhǎng)約58m,最大泄量2.2m3/s。

        2 壩址區(qū)地質(zhì)情況

        2.1 地形地貌

        壩址區(qū)位于低山丘陵區(qū),地勢(shì)起伏變化不大,海拔高程990~1 020m,相對(duì)高差10~30m。壩址處在兩條“U”型溝谷交匯處,地形相對(duì)狹窄,谷底寬60~130m;左壩肩為凸向河床的天然黃土臺(tái)地,沿大壩方向?qū)挾燃s60m,順河方向?qū)挾燃s20~60m;右壩肩岸坡較順直,基巖出露,邊坡穩(wěn)定。

        2.2 地層巖性

        壩址區(qū)出露地層巖性為三疊系二馬營(yíng)組灰色砂巖和第四系松散堆積物,現(xiàn)由老到新分述如下:三疊系中統(tǒng)長(zhǎng)石砂巖,灰綠、灰白色,中粒厚層狀,交錯(cuò)層理發(fā)育,地表易風(fēng)化,巖層傾向275°~285°,傾角3°~5°。第四系中更新統(tǒng)洪積,巖性為低液限黏土,呈褐紅、褐黃色,含零星鈣質(zhì)結(jié)核和錳鐵質(zhì)結(jié)核和古土壤層,主要分布在左壩肩及兩岸,厚度2~10m。水庫淤積物巖性為低液限粉土、低液限黏土及粉細(xì)砂,分布于壩前庫區(qū)。人工堆積物為壩體填筑土。

        2.3 地質(zhì)構(gòu)造

        壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造,構(gòu)造形跡主要為寬緩褶皺。壩址區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45 s,地震動(dòng)峰值加速度0.10 g,相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

        2.4 水文地質(zhì)條件

        根據(jù)地下水賦存條件,地下水可分為碎屑巖類裂隙水和松散巖類孔隙水,松散巖類孔隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給,向下游徑流排泄或越流補(bǔ)給碎屑巖類裂隙水,碎屑巖類裂隙水主要向下游徑流排泄。

        3 壩址區(qū)地質(zhì)條件試驗(yàn)分析

        3.1 壩體質(zhì)量分析

        壩體土主要為低液限黏土,厚度6.0~10.0m。在壩體上共布置鉆孔2眼,取得壩體不同部位和深度的原狀土樣,進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn),并在鉆孔中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)以檢驗(yàn)壩體土的密實(shí)度。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果為:最小值11.9,最大值18.1,平均值14.6,說明壩體土填筑質(zhì)量尚可。

        壩體土含水量自上而下有增大趨勢(shì),但整體上壩體土含水量差異較小,一般自壩頂7.0~7.2m以下呈飽和狀。壩體土液性指數(shù)為-0.06~0.13,呈堅(jiān)硬—硬塑狀態(tài)。壓縮系數(shù)范圍值0.19~0.38MPa-1,平均值0.32MPa-1,呈中等壓縮性;孔隙比0.575~0.759,平均值0.682;干密度1.53~1.71 g/cm3,平均值1.61 g/cm3,其中干密度不小于1.60 g/cm3的約占57%,說明壩體土干密度值基本合格。根據(jù)土工試驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算可得壩體土飽和密度為2.00 g/cm3。

        壩體土滲透系數(shù)為1.64×10-6~1.31×10-4cm/s,平均值2.46×10-5cm/s,其中滲透系數(shù)不大于1×10-4cm/s的約占83%,整體呈弱—微透水性,基本滿足均質(zhì)土壩的質(zhì)量要求。

        3.2 壩基地質(zhì)條件分析

        壩基地層巖性由第四系中更新統(tǒng)沖洪積低液限黏土和三疊系中統(tǒng)砂巖組成,現(xiàn)自上而下分述如下:低液限黏土層厚4~10m,由左壩肩向右壩肩逐漸變薄,呈暗黃色、灰黃色,飽和狀,軟塑狀,無搖震反應(yīng),中等干強(qiáng)度、中等韌性,手捻無砂感,偶夾褐黃色細(xì)砂透鏡體,厚度1~2 cm。根據(jù)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù),低液限黏土比重2.70~2.71,含水量17.2%~27.7%,干密度1.48~1.77 g/cm3,孔隙比0.521~0.828,壓縮系數(shù)0.12~0.50MPa-1,壓縮模量3.7~12.8MPa,滲透系數(shù)5.33×10-7~ 4.36×10-4cm/s,黏聚力7.3~36.8 kPa,內(nèi)摩擦角9.6°~27.3°,屬稍密—密實(shí)狀,無濕陷,中等壓縮,弱—微透水性土層。

        標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果為:最小值9.5,最大值12.6,平均值11.2,壩基低液限黏土屬可塑—軟塑狀態(tài),建議地基承載力特征值150 kPa。根據(jù)土工試驗(yàn)和相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算可得壩基土飽和密度為1.97 g/cm3。

        壩基低液限黏土液限為28.6%~34.8%,塑限為17.0%~20.8%,塑性指數(shù)為11.5~18.0,液性指數(shù)為0.36~0.54,可塑—軟塑狀;砂粒含量占4.8%~17.1%,粉粒含量占62.3%~73.9%,黏粒含量占20.6%~21.5%,不均勻系數(shù)13.5~15.5,曲率系數(shù)1.2~1.5,級(jí)配良好。

        三疊系中統(tǒng)砂巖,灰白色,中粒厚層狀,巖層傾向275°~285°,傾角3°~5°。根據(jù)工程地質(zhì)類比,砂巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度3~5m,堅(jiān)硬巖,中等透水性,地基承載力特征值350 kPa以上,工程地質(zhì)條件良好。

        3.3 壩基滲漏量估算

        根據(jù)壩基的地層結(jié)構(gòu),壩基滲漏通道主要為低液限黏土和基巖,滲透量采用雙層計(jì)算公式:

        式中:Q——壩基滲漏量,m3/d;

        K1,K2——透水層滲透系數(shù),m/d;

        B——計(jì)算段寬度,m;

        M1,M2——透水層厚度,m;

        H——上、下游水頭差,m;

        2b——壩底寬度,m。

        正常蓄水位995.11m下,壩基滲漏計(jì)算結(jié)果見表1。其中:最大壩基長(zhǎng)度選90 m;由壩基地質(zhì)條件可知壩基第一透水層為低液限黏土,層厚4~10m,現(xiàn)選取M1為其平均值6m;第二透水層為砂巖強(qiáng)風(fēng)化層,其厚度3~5m,現(xiàn)M2選取透水性最強(qiáng)的5m。由此可得計(jì)算結(jié)果為24.16m3/d,按全年365 d計(jì)算,壩基年滲漏量約為8 819.05m3。

        表1 正常蓄水位壩基滲漏計(jì)算結(jié)果

        3.4 土的滲透變形評(píng)價(jià)

        壩體和壩基的低液限黏土可能發(fā)生的滲透破壞變形為流土和接觸流失兩種類型,其允許水力比降采用公式Jcr=(Gs-1)(1-n)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。

        表2 允許水利比降計(jì)算表

        4 結(jié)論

        工程壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,未發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)跡象。庫岸大部分基巖出露,山體寬厚,庫區(qū)滲漏不明顯,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果可知壩體土填筑質(zhì)量尚可,符合規(guī)范要求。從土工試驗(yàn)成果可以看出,壩體土干密度值基本合格,滲透系數(shù)基本滿足均質(zhì)土壩的質(zhì)量要求。壩基為低液限黏土,建議地基承載力特征值150 kPa。計(jì)算得到的壩基年滲漏量約為8 819.05m3,約占入庫多年平均徑流量39.8萬m3的2.22%。結(jié)合目前水庫運(yùn)行現(xiàn)狀,壩后及兩壩肩沒有明顯水流溢出點(diǎn),說明壩基滲漏量較小。由于實(shí)際滲透比降均小于允許滲透比降,說明水庫現(xiàn)狀正常運(yùn)行條件下低液限黏土不會(huì)發(fā)生流土和接觸流失破壞,大壩滲流相對(duì)穩(wěn)定。

        P642 [

        ]C [

        ]1004-7042(2016)09-0035-02

        麻江峰(1985-),男,2015年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè),助理工程師。

        2016-07-09;

        2016-08-17

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