胡 寧 徐建閩 王進城 胡劍鋒

喀麥隆曼維萊水電站場區(qū)工程地質(zhì)特征

胡 寧 徐建閩 王進城 胡劍鋒

曼維萊水電站位于非洲中部喀麥隆恩特姆河上，特殊的工程地質(zhì)環(huán)境，造就了場區(qū)含鐵質(zhì)結核殘積土、全風化層深厚、基巖差異風化和球狀風化等典型的工程地質(zhì)特征。

曼維萊水電站 深厚全風化層 工程地質(zhì)特征

1 區(qū)域地質(zhì)概況

工程區(qū)屬高原地帶，地勢北高南低，海拔高程340～700 m。

基巖主要由變質(zhì)程度不同的下元古界恩特姆組(Pt1N)構成，并受到不同程度混合巖化和花崗巖化作用的影響。主要巖性為混合巖、花崗片麻巖以及變質(zhì)的泥灰質(zhì)沉積巖、砂巖、菱鎂礦等。并有后期的花崗巖、花崗閃長巖、輝綠巖等侵入。第四系堆積物分布廣泛，按成因可分為沖積、坡積、殘積湖積等類型。

喀麥隆南部地區(qū)是剛果穩(wěn)定地塊的組成部分，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構造總體呈NE走向，主要表現(xiàn)為NE-SW向的褶皺及斷裂。壩址下游發(fā)育一條規(guī)模較大的區(qū)域性斷裂(恩特姆斷裂)，距壩址最近約500 m。該斷裂晚更新世以來沒有活動跡象。

大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水和地表徑流的主要補給來源?？紫稘撍饕植加诙魈啬泛拥碾A地及河灘的中細砂層中，而構成基底的變質(zhì)巖體透水性總體較弱，裂隙水主要賦存于節(jié)理密集帶、斷層破碎帶中。

區(qū)內(nèi)物理地質(zhì)作用以風化為主，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害不發(fā)育。從區(qū)域地質(zhì)構造特征及地震活動性分析，場址位于較穩(wěn)定的地塊上。根據(jù)有關資料，OBE(運行基本地震)為0.03g，MDE(最大設計地震)及MCE(最大可靠地震)均取0.06g。

2 場區(qū)工程地質(zhì)

2.1 地形地貌

曼維萊水電站場區(qū)地形舒緩起伏，表現(xiàn)為矮丘、寬谷相鄰的丘陵地貌形態(tài)，地表覆蓋有茂密的熱帶雨林。場區(qū)地勢總體北高南低，地面高程一般380～433 m，相對高差多小于30 m。

壩址區(qū)恩特姆河流向先由NE-SW折為SE-NW，而后又轉(zhuǎn)為NE-SW，并在壩址及其以下河段分成多條支流。壩址以下，恩特姆河河段坡降增大，水流湍急，并在多處形成瀑布或跌水，壩址區(qū)河床地面高程382～385 m，地面廠房尾水渠匯入恩特姆河處地面高程降至330 m。壩址區(qū)發(fā)育有3個較大的河心島，受其影響，水面寬度由壩址上游的400～500 m，減少至40～60 m，僅在左、右兩岸溢洪道位置，水面寬度在110～120 m。

壩址區(qū)恩特姆河兩岸，階地不發(fā)育，在壩址右岸下游側有兩條支流發(fā)育，分別為NDJO＇O河以及BIWOME＇河。

2.2 地層巖性與巖、土體物理力學特性

2.2.1 土層及其物理力學特性

殘積土層在天然狀態(tài)下多呈可塑狀或硬塑狀，第四系殘積土多屬黏土或粉質(zhì)黏土，因土質(zhì)不均一，試驗成果離散度較高?？傮w而言，具有高液限(48.4%～73.3%，平均60.2%)、高塑性(塑性指數(shù)Ip=17.0～37.7)、高孔隙比(0.76～1.2，平均1.002)、中等-高壓縮性(av=0.22～0.95 MPa-1)、弱滲透性(k=8.62×10-4～1.10×10-5cm/s)等工程特性。土體飽和后的壓縮系數(shù)明顯增大，壓縮模量降低，這與殘積土的高黏粒含量、高塑性、高孔隙比等物理特性一致。試驗指標的差異主要由于不同部位土體顆粒組成的不均一性(如黏粒、砂礫含量的差異)所致。

2.2.2 巖石(體)及其物理力學特性

下元古界恩特姆組(Pt1N)花崗片麻巖，淺灰-青灰色，呈變晶中細晶或中粗晶結構、塊狀構造，片麻理發(fā)育，礦物成分以長石、石英以及角閃石、輝石、云母為主，巖質(zhì)堅硬。輝綠巖呈黑灰色或灰綠色，多以巖脈產(chǎn)出，細晶結構為主，塊狀構造，礦物定向排列不明顯，與花崗片麻巖侵入接觸部位少見蝕變現(xiàn)象。

花崗片麻巖巖塊單軸飽和抗壓強度在35.6～111.3 MPa之間，平均79.9 MPa；輝綠巖巖塊飽和抗壓強度在59.6～114.0 MPa之間，平均81.3 MPa，場區(qū)巖石以堅硬巖為主。巖石的干、濕抗壓強度差異明顯，花崗片麻巖和輝綠巖的軟化系數(shù)平均值分別為0.65和0.71。

受片麻理發(fā)育影響，巖石力學強度具有較強的各向異性，因巖塊受力方向與片麻理交角不同，表現(xiàn)出不同的強度指標，致使試驗指標的離散度較高(最低35.6 MPa，最高可達193.2 MPa)。當試件受力方向與片麻理近平行或小角度時，試件的破壞面往往沿片麻理方向發(fā)展，此時的試驗值相對較低；而當試件受力方向與片麻理大角度相交時，試件的破壞面往往呈不規(guī)則展布，其試驗指標相對較高。

2.2.3 巖、土體地球物理特性

綜合物探表明：(1) 第四系棕黃色粉質(zhì)黏土，具有低波速(地震縱波速度一般為300～500 m/s)、相對高電阻率(實測視電阻率值一般為1 300～2 000 Ω·m)的物性特征；(2) 第四系棕紅色殘積黏土以及全風化層，具有相對低波速(地震縱波速度一般為500～1 000 m/s)、低電阻率(實測視電阻率值一般為600～1 100 Ω·m)的物性特征；(3)沼澤區(qū)地層，具有低波速(地震縱波速度一般為200～300 m/s)、低電阻率(實測視電阻率值一般為100～400 Ω·m)的物性特征；(4)下元古界花崗片麻巖和輝綠巖，具有高波速(地震縱波速度一般為3 000～5 000 m/s)、高電阻率(實測視電阻率值一般為1 300～5 000 Ω·m)的物性特征。

孔內(nèi)巖體聲波測試結果顯示，強風化花崗片麻巖的聲波縱波速度為1 520～4 900 m/s，平均值為2 520 m/s；動彈性模量為3.46～52.24 GPa，平均值為10.15 GPa；完整性系數(shù)為0.05～0.55，平均值為0.13；風化系數(shù)為0.23～0.74，平均值為0.37；總體上屬破碎巖體。弱風化花崗片麻巖的聲波縱波速度為1 680～5 440 m/s，平均值為4 540 m/s；動彈性模量為4.35～66.66 GPa，平均值為43.17 GPa；完整性系數(shù)為0.06～0.67，平均值為0.47；風化系數(shù)為0.25～0.82，平均值為0.68；總體上屬完整性差巖體。微風化-新鮮的花崗片麻巖和輝綠巖的聲波縱波速度為3 120～6 940 m/s，平均值為5 970 m/s；動彈性模量為18.17～117.03 GPa，平均值為82.72GPa；完整性系數(shù)為0.22～1，平均值為0.81；風化系數(shù)為0.47～1，平均值為0.90；總體上屬完整-較完整巖體。微風化-新鮮的花崗片麻巖的聲波縱波速度為3 120～6 940 m/s，平均值為5 960 m/s；微風化-新鮮的輝綠巖的聲波縱波速度為3 420～6 750 m/s，平均值為6 310 m/s。

從以上測試結果分析，場區(qū)巖體聲波速度總體上高于一般巖體，即便是弱風化巖體，其聲波波速平均值也可達4 540 m/s。隨巖體風化程度減弱，其聲波速度提升明顯，相對低速孔段，主要出現(xiàn)在風化強烈或節(jié)理相對發(fā)育部位。巖塊聲波測試與鉆孔巖體聲波測試結果未表現(xiàn)出明顯的差異，表明場區(qū)巖體完整性總體較好，結構面發(fā)育較弱，而且處于相對擠密狀態(tài)。

2.2.4 巖石質(zhì)量指標(RQD)

場區(qū)鉆孔巖芯RQD統(tǒng)計結果，強風化巖體RQD值為6.5%～27.5%，平均16.2%，屬于極差；弱風化巖體RQD值為8.8%～98.2%，平均56.1%，屬于較差；微新巖體RQD值18.6%～97.7%，平均80.7%，屬于較好。

2.2.5 巖體的透水性

從場區(qū)鉆孔壓水試驗成果來看，弱風化巖體透水率在1～7 Lu，微新巖體透水率則多小于5 Lu，二者均屬弱透水層。個別節(jié)理集中發(fā)育孔段，其透水率可達16.33 Lu。

2.3 地質(zhì)構造

受NE向恩特姆斷裂影響，場區(qū)巖體可見次級斷層和節(jié)理密集帶發(fā)育，其延伸方向多與巖石片麻理近平行或小角度相交，走向NE30°～40°為主，傾角多在50°～60°之間。

2.4 水文地質(zhì)

大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水和地表徑流的主要補給來源。場區(qū)地下水類型有兩種，即孔隙潛水和基巖裂隙水。

孔隙潛水主要埋藏于恩特姆河及其支流河灘的中細砂層中，主要接受大氣降水和地表水的補給，順地勢向河床下游緩慢徑流，其動態(tài)季節(jié)變化明顯，地下水位與地表水水位變化密切相關。

基巖裂隙水可進一步分為兩類，一是埋藏于基巖表層的風化裂隙潛水，該層水分布不連續(xù)，主要埋藏于地勢相對低洼且基巖埋深較淺的區(qū)段，接受大氣降水或地表水補給，順基巖面向低洼處緩慢徑流，除河心島地段，總體水量不豐，動態(tài)變化明顯；其埋深主要受控于上覆土層厚度及其下伏基巖面起伏變化情況，一般幾十厘米至數(shù)米不等，若其補給區(qū)較遠，而上覆殘積黏土土層厚度較大時，可具有一定的承壓性。另一種基巖裂隙水則埋藏與基巖下部結構面相對發(fā)育的區(qū)段，在空間上呈帶狀展布，各含水構造之間一般沒有水力聯(lián)系，且富水性和地下水位差異很大，其補給區(qū)一般較遠，主要接受大氣降水和地表水的補給，當其與地表水發(fā)生水力聯(lián)系時，則水量頗豐，局部揭露具有承壓性。水質(zhì)分析顯示地表水的pH值范圍在5.7～5.8之間，地下水的pH值范圍在6.1～6.6之間，具有弱酸性。

2.5 物理地質(zhì)現(xiàn)象

區(qū)內(nèi)物理地質(zhì)作用主要以風化為主，崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害不發(fā)育。

場區(qū)巖體主要為花崗片麻巖以及后期侵入的少量輝綠巖，巖石礦物成分以長石、石英以及角閃石、輝石和云母為主。由于花崗片麻巖巖體球狀風化作用以及不同巖體的抗風化力不同(輝綠巖抗風化力明顯強于花崗片麻巖)，場區(qū)巖體差異風化現(xiàn)象及其明顯且普遍存在。

根據(jù)鉆孔揭露情況，低洼地段基巖表層巖體多呈弱風化狀，而且弱風化帶厚度僅在2～5 m之間，其下微風化-新鮮巖體堅硬完整；在丘陵頂部及其旁側山坡，表層殘積黏土之下則埋藏有深厚的全風化層，最大厚度可達15～17 m；場區(qū)強風化層厚度不大，小者僅幾十厘米，大者約6 m。

3 地質(zhì)特征間的內(nèi)在聯(lián)系

從上述分析不難看出，基底構造相對穩(wěn)定，含鐵質(zhì)結核殘積土和深厚全風化層、基巖差異風化、花崗片麻巖球狀風化為場區(qū)的顯著工程地質(zhì)特征，他們之間既相互影響，又互為制約。

(1)區(qū)域地質(zhì)及地質(zhì)演變?yōu)閳鰠^(qū)工程地質(zhì)背景。在相當長的一段地質(zhì)時期，該地塊未發(fā)生較大的隆起和構造破壞，為殘積土、深厚全風化層的形成提供了宏觀條件。

(2)雨季旱季交替氣候，為殘積土中礫石(鐵質(zhì)結核)的形成創(chuàng)造了外部條件。

(3)長石較輝石易發(fā)生風化，因此，礦物成分不同造成花崗片麻巖較輝綠巖更易風化，而偏酸性的水環(huán)境加劇和強化了風化作用的影響，造成典型的“球狀風化”現(xiàn)象，是深厚全風化層形成的內(nèi)部因素。

4 結 語

曼維萊水電站場區(qū)地質(zhì)環(huán)境，既有外部環(huán)境影響，又有內(nèi)部因素，形成了較獨特的工程地質(zhì)特征。對場區(qū)工程地質(zhì)特征的深入研究，有利于對工程地質(zhì)條件做出全面的分析和客觀工程地質(zhì)評價。

P642

A

1007-6980(2017)03-0010-03

胡 寧 男 高級工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

徐建閩 男 教授級高級工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

王進城 男 工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

胡劍鋒 男 助理工程師 中水北方勘測設計研究有限責任公司 天津 300222

2017-07-04)