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        息烽兩岔河水庫地質(zhì)條件評(píng)價(jià)與壩型選擇

        2018-04-02 06:45:42蘭紹華
        陜西水利 2018年1期
        關(guān)鍵詞:壩型拱壩壩址

        蘭紹華

        息烽兩岔河水庫位于息烽縣西北部,距息烽縣城約10 km。建庫河流息烽河為烏江右岸一級(jí)支流,屬長江流域?yàn)踅?。該工程主要功能為供水,主要樞紐建筑為大壩。壩高70m,正常蓄水位910 m,水庫回水線長約4.1 km,庫容約1250萬m3,為中等規(guī)模水利工程。

        1 壩址基本地質(zhì)條件

        1.1 地形地貌

        壩址位于魚洞上游約130 m,河谷為不對(duì)稱"U"型縱向谷,河床高程853.8~854.0 m,河面寬28 m,正常高蓄水位河面寬116 m,寬高比2.5。兩岸邊坡較陡,左岸884 m以下地形坡度53°,以上地形坡度24°,后緣山頂高程1053 m,坡高198 m;右岸882 m以下為陡壁,以上地形坡度36°,后緣山頂高程990 m,坡高135 m。由于河流地質(zhì)營力的作用,在河床左岸堆積砂、卵、礫石層形成漫灘。

        1.2 地層巖性

        壩址區(qū)覆蓋層主要分布于河床,基巖為三迭系中統(tǒng)松子坎組(T2s)和獅子山組第一段(T2sh1)地層,根據(jù)其巖性不同,松子坎組(T2s)細(xì)分三小層,其地層巖性及分布位置見表1。

        表1 壩址區(qū)地層巖性特征表

        1.3 地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面

        壩址地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖層產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)多變,總體產(chǎn)狀走向N50°~60°E,傾向 SE,傾角 37°~75°。壩址主要發(fā)育的斷裂構(gòu)造為壩址下游F3斷層和壩址上游右岸沖溝f1斷層。

        圖1 DF3測線視電阻率反演色度圖

        F3斷層:該斷層走向 N55°E,傾向 SE,傾角 50°~60°。據(jù)物探DF3測線資料(圖1),該段層距壩址102 m,斷層破碎帶及影響帶巖體極為破碎,視電阻率極低[1],在10~100Ω·m間變化,且雜亂無章,寬度>50m。據(jù)地表調(diào)查,該斷層為強(qiáng)透水?dāng)鄬?,控制兩岸巖溶洼地、落水洞及暗河系統(tǒng)發(fā)育主方向。

        f1斷層:位于壩首右岸上游沖溝,延伸長度80~120 m,斷層走向 N60°~85°W,傾向 NE,傾角 20°~22°,斷層破碎帶寬0.3~0.5 m,斷距1.2~1.5 m,為壓扭性斷層,受其影響,兩側(cè)巖體多褶曲。據(jù)地表調(diào)查,f1斷層延伸不長,因遠(yuǎn)離壩址,對(duì)壩址影響較,但兩側(cè)次生的羽狀裂隙因延伸長,連通性好,對(duì)壩址壩肩抗滑穩(wěn)定影響較大。

        根據(jù)壩址區(qū)裂隙統(tǒng)計(jì)(見圖2),壩址主要發(fā)育裂隙有4組,其中①、③、④較集中在左岸,①、②較集中發(fā)育在右岸,其特征見表2。

        圖2 壩址裂隙等密度圖

        表2 壩址區(qū)裂隙發(fā)育特征表

        1.4 軟弱夾層

        根據(jù)兩壩肩平硐揭露,兩壩肩軟弱夾層發(fā)育,其中左壩肩發(fā)育有2條軟弱夾層,為巖屑夾泥充填;右壩肩發(fā)育2條軟弱夾層,為泥夾巖屑充填。

        2 壩址主要工程地質(zhì)評(píng)價(jià)與壩型選擇

        2.1 大壩抗滑穩(wěn)定評(píng)價(jià)及壩型選擇

        2.2.1 壩基穩(wěn)定評(píng)價(jià)

        壩址壩基持力層為獅子山組第一段(T2sh)1中-厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,巖層陡傾,走向線與河床斜交,交角40°,傾向左岸偏上游,巖層層面不構(gòu)成滑動(dòng)面。根據(jù)野外裂隙調(diào)查,對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定不利的裂隙主要為緩傾角裂隙③,裂隙③產(chǎn)狀335°~358°∠16°~25°,裂隙發(fā)育密度 1.5~3 條/m,延伸長度 0.2~1m;裂隙③僅在右壩肩上游三田沖溝匯口處發(fā)育,而根據(jù)兩壩肩平硐裂隙統(tǒng)計(jì),未見該組裂隙發(fā)育,說明該組裂隙發(fā)育弱,不構(gòu)成壩基抗滑穩(wěn)定的滑動(dòng)面,大壩壩基除建基面抗滑穩(wěn)定外,無深層抗滑穩(wěn)定問題。

        2.2.2 壩肩邊坡穩(wěn)定問題

        兩壩肩出露地層為獅子山組第一段(T2sh1)中-厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,巖層產(chǎn)狀130°∠75°,基巖裸露,為斜向陡傾巖質(zhì)邊坡,邊坡結(jié)構(gòu)屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu),現(xiàn)代河谷自然邊坡呈穩(wěn)定狀態(tài)。據(jù)地表調(diào)查,壩址兩岸軟弱夾層較發(fā)育,主要為薄層泥質(zhì)白云巖夾層,沿層面發(fā)育,一般厚0.5~3 cm,因壩址靠近區(qū)域性斷層F3,受其影響,節(jié)理裂隙發(fā)育程度高,巖體較破碎。根據(jù)地表裂隙統(tǒng)計(jì)分析,主要有 4組優(yōu)勢節(jié)理面,裂隙①:325°~355°∠47°~68°;裂隙②:240°~272°∠46°~77°;裂隙③:335°~358°∠16°~25°;裂隙④:100°~126°∠37°~56°,其中左壩肩發(fā)育裂隙為①、③、④組,右壩肩裂隙發(fā)育為①、②組。邊坡穩(wěn)定主要受控于軟弱夾層面、裂隙面及其之間交線控制,根據(jù)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)結(jié)果,對(duì)兩岸邊坡選擇最不利的節(jié)理裂隙進(jìn)行赤平投影穩(wěn)定分析[2],分析結(jié)果見圖3和圖4。

        圖3 左壩肩邊坡赤平投影穩(wěn)定分析圖

        圖4 右壩肩邊坡赤平投影穩(wěn)定分析圖

        從圖3可見,左壩肩有第④組裂隙落入滑動(dòng)區(qū)內(nèi),根據(jù)平硐資料,第④組裂隙在強(qiáng)風(fēng)化帶發(fā)育,至弱風(fēng)化帶尖滅,延伸不長,連通性差,不構(gòu)成統(tǒng)一滑移面,僅地表局部有切腳現(xiàn)象,局部形成小塊不穩(wěn)定楔形體,需開挖清除,清除后大壩左岸邊坡穩(wěn)定[3]。

        從圖4可見,右壩肩有第②組裂隙落入滑動(dòng)區(qū)內(nèi),根據(jù)平硐資料,第②組裂隙在平硐5.5~6.7 m和11.0~12.5 m為風(fēng)化夾泥,夾泥厚0.5~2 cm,延伸性好,對(duì)大壩壩肩穩(wěn)定不利,需加強(qiáng)支護(hù)措施[4]。

        圖5 拱壩壩型壩肩抗滑穩(wěn)定分析示意圖

        對(duì)于拱壩壩型,左岸主要發(fā)育裂隙①、裂隙③和裂隙④,壩肩巖體受裂隙切割,存在沿裂隙④結(jié)構(gòu)面滑出的可能。根據(jù)左岸平硐揭露,左壩肩巖體溶蝕風(fēng)化嚴(yán)重,平硐在23 m仍存在溶蝕風(fēng)化現(xiàn)象,溶蝕風(fēng)化不均一,多呈囊狀,壩基巖體完整性差。平硐內(nèi)跨孔波速測試結(jié)果,平硐在6.5 m之后平均波速3477 m/s,動(dòng)彈模量23.75 GPa,動(dòng)泊松比0.31,完整性系數(shù)0.31,為較破碎巖體,因此,左壩肩巖體質(zhì)量屬BⅣ類,不宜直接作拱壩壩肩持力層,需作專門的固結(jié)灌漿處理,建議固結(jié)灌漿范圍從河床至壩頂高程,向下游延伸20~30 m,固結(jié)灌漿面積約4240 m2。

        右壩肩存在沿巖層層面和裂隙②的組合,特別是裂隙②在平硐5.5~6.7m和11.0~12.5m夾風(fēng)化夾泥,夾泥層厚0.5~2 cm,對(duì)拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定不利,需進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

        2.2 壩型選擇

        壩址受區(qū)域性斷層F3影響,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體完整性較差。壩址兩岸存在軟弱夾層,且左岸存在溶蝕風(fēng)化帶,風(fēng)化不均一,壩基巖體完整性差。

        對(duì)重力壩壩型,因巖層陡傾,且為縱向谷,無貫穿性緩傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育,無深層抗滑穩(wěn)定問題;對(duì)拱壩壩型,左岸存在溶蝕風(fēng)化帶,壩基巖體完整性差,右岸存在軟弱夾層,加上巖層與走向線與拱端推力平行,存在沿巖層層面、軟弱結(jié)構(gòu)面的滑出模式,對(duì)拱端抗滑穩(wěn)定極為不利,需對(duì)壩肩抗力巖體作專門的補(bǔ)強(qiáng)加固處理措施。根據(jù)壩址地質(zhì)條件,對(duì)拱壩壩型適宜性差,對(duì)重力壩壩型無控制性不利地質(zhì)因素,適宜修建,因此選擇重力壩壩型較適宜。

        3 結(jié)論與建議

        3.1 結(jié)論

        通過對(duì)息烽兩岔河水庫大壩工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析,對(duì)擬采用有成壩條件的重力壩、拱壩壩基、壩肩進(jìn)行穩(wěn)定性分析。得出若選擇重力壩壩型壩基無深層抗滑穩(wěn)定問題;對(duì)拱壩壩型,左岸、壩基巖體完整性差,右岸存在軟弱夾層,巖層與走向線與拱端推力平行,存在沿巖層層面、軟弱結(jié)構(gòu)面的滑出模式,對(duì)拱端抗滑穩(wěn)定極為不利,需對(duì)壩肩抗力巖體作專門的補(bǔ)強(qiáng)加固處理措施。通過比較得出,息烽兩岔河水庫大壩宜選擇重力壩壩型。

        3.2 建議

        場地第四系覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化厚度不大,建議全部清除。對(duì)重力壩型選擇弱風(fēng)化中下部基巖為壩基持力層,且河床宜適當(dāng)嵌深,以滿足壩體抗滑穩(wěn)定安全,建議其河床中部建基面高程為843~845 m,向岸坡階梯式抬升,兩壩肩清除強(qiáng)風(fēng)化巖體即可,對(duì)左岸溶蝕風(fēng)化帶,作固結(jié)灌漿處理。

        [1]孫燕峰.甘肅省酒泉市洪水河水庫壩型比選設(shè)計(jì)[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2017(05).

        [2]張明.盤縣西得泥水庫壩線和壩型選擇[J].水利科技與經(jīng)濟(jì).2014(01).

        [3]武東財(cái).汪清水庫消險(xiǎn)增容擴(kuò)建工程壩型方案比較與選擇[J].黑龍江水利科技.2012(03).

        [4]彭成居.馱英水庫壩型選擇芻議[J].企業(yè)科技與發(fā)展.2011(06).

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