陳潔宇，崔江豫

(1.水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 831100；2.巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆 庫爾勒 841000)

1 工程概況

某新建水庫開發(fā)的任務(wù)是發(fā)電、工業(yè)及灌溉供水、防洪及改善生態(tài)等的綜合利用，初選壩型為砂礫石面板堆石壩，水庫正常蓄水位1820m，最大壩高達(dá) 164.3m，總庫容約22億m3，設(shè)計(jì)年發(fā)電量23.32億kW·h，屬大(1)型I等工程。水庫庫區(qū)及壩址區(qū)工程及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，工程區(qū)水庫工程地質(zhì)問題直接影響水庫選址、壩型選擇等，同時(shí)對(duì)水庫后期運(yùn)行也造成影響，因此，文章從壩址區(qū)基本地質(zhì)條件出發(fā)，進(jìn)一步研究壩址區(qū)水庫滲漏、庫岸穩(wěn)定、庫區(qū)浸沒、水庫誘發(fā)地震及壩基(肩)抗滑穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題，為水庫設(shè)計(jì)施工提供地質(zhì)依據(jù)[1-2]。

2 壩址區(qū)基本地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該庫段長13.6km，屬中山峽谷河段，山峰高程在2500-3200m，河流下切劇烈，河道總體流向EW向，呈“V”形河谷，河谷兩岸自然坡度總體為40°-70°，局部80°-90°，谷坡大多基巖裸露，零星發(fā)育有Ⅰ-Ⅳ級(jí)階地。該庫段兩岸共發(fā)育大沖溝9條(見表1)，沖溝溝口段走向與岸坡斜交，沖溝底寬在50-100m之間，最大沖溝底寬達(dá)1800m，溝底分布沖洪積含土塊碎石，大的沖溝口分布洪積扇，暴雨季有暫時(shí)性水流。根據(jù)沖溝泥石流調(diào)查結(jié)果，各沖溝泥石流類型以水石流為主，屬中等易發(fā)性泥石流，泥石流規(guī)模小頻度低。庫段峽谷地貌(面向下游)見圖1。

圖1 庫段峽谷地貌(面向下游)

表1 庫段深大沖溝分布位置及主要特征統(tǒng)計(jì)表

2.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

庫段出露的地層分布主要有石炭系、泥盆系和第四系。

1)石炭系：巖性以石炭系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、砂巖夾礫巖為主，巖層產(chǎn)狀 325°-350°SW或NE∠33°-85°，巖層走向與岸坡大角度相交。

2)泥盆系：巖性為砂巖夾薄層灰?guī)r及泥巖，頁巖與石英砂巖互層，灰?guī)r夾泥灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀330°-350°SW∠44°-66°，巖層走向總體與岸坡大角度相交， 在河道轉(zhuǎn)彎處與岸坡走向近平行。

3)第四系：分布于河床、階地、沖溝口及坡腳處，成因以沖積砂卵礫石、沖洪積含土卵礫石及崩坡積含土塊碎石為主，沖洪積及崩坡積層厚度5-30m。

2.3 水文地質(zhì)條件

河段地下水主要有二種：第一類為孔隙潛水，主要分布在河床沖積 層的砂卵礫石層中，主要受河道水補(bǔ)給，水位隨河水位變化，水量極為充沛；第 二類為基巖裂隙水，主要賦存于基巖裂隙及斷層帶內(nèi)，沿裂隙網(wǎng)絡(luò)運(yùn)移，無統(tǒng)一水面，主要受大氣降水補(bǔ)給，向葉爾羌河排泄，在大的沖溝有泉水點(diǎn)分布，出露 高程高于正常蓄水位1820m，為地下水補(bǔ)給河水。壩址上游直線距離約17.2km左右分布的 15#、16#沖溝內(nèi)有常年流水，匯入河道。

3 主要工程地質(zhì)問題評(píng)價(jià)

3.1 水庫滲漏

該庫段為峽谷庫段，大型沖溝形成庫盆一部分。該庫段正常蓄水位線落在基 巖岸坡中、下部，河谷及沖溝兩岸大部分山體雄厚，基巖裸露，無低于庫水位的 鄰谷。

在2#沖溝與壩址下游河谷之間為一走向NE的基巖山梁，正常蓄水位1820m時(shí)，基巖山梁最窄處約470m。地質(zhì)調(diào)查顯示，該山梁順巖層走向分布，沖溝回水范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)與山梁走向斜交的NW向大規(guī)模斷層分布，主要發(fā)育次級(jí) 順層結(jié)構(gòu)面，擠壓緊密，普遍有夾泥，不利于庫水滲漏(見圖2)，山梁巖性以石炭系上統(tǒng)塔合奇組(C3t)灰?guī)r、厚層白云質(zhì)灰?guī)r為主，巖溶發(fā)育強(qiáng)度為微弱，連通 性差。綜合分析，該庫段無永久滲漏問題。

圖2 2#溝滲透剖面圖示意圖

3.2 庫岸穩(wěn)定

庫段處于中山區(qū)“V”型峽谷段，兩岸大部分基巖裸露，巖石以灰?guī)r、砂巖、砂礫巖等硬質(zhì)巖為主，呈中、厚層狀，巖層走向與河谷斜交，自然坡度40°-70°， 局部80°-90°。該庫段河谷巖體較完整，主要斷層及巖層走向與河谷斜交，邊坡 不存在整體穩(wěn)定問題。該庫段巖質(zhì)邊坡變形破壞的主要類型是崩塌和崩滑。

3.2.1 崩塌

崩塌體BT1、BT2分布于壩址上游4.88km處右岸6#沖溝口附近，其成因主要為沖溝兩岸卸荷 裂隙與層面組合形成，分布高程主要位于正常蓄水位以下，估算總方量為 BT1=1.0萬m3；BT2=0.75萬m3。崩塌方向指向沖溝對(duì)岸，方量不大，對(duì)工程無 影響。

3.2.2 崩滑

地表調(diào)查統(tǒng)計(jì)，局部谷坡中層面裂隙發(fā)育密度較大，延伸較長，為斜坡主要 控制結(jié)構(gòu)面之一，其與垂直岸坡的兩組裂隙組合形成了局部塊體滑動(dòng)。

1)BH1崩滑體

位于壩址上游約8km的右岸坡，該段岸坡基巖裸露，自然坡度38°，1800m 高程以下陡坡段77°左右，巖性為泥盆系砂巖，巖層產(chǎn)狀40°NW∠25°，傾向上 游，走向與岸坡斜交，該段岸坡受平行岸坡斷層及上、下游小沖溝的切割，形成 一孤立的基巖山體，斷層產(chǎn)狀315°NE∠70°，破碎帶寬1-3m，主要由碎裂巖夾 糜棱巖組成，地表呈溝槽，BH1崩滑體現(xiàn)場圖片見圖4。

圖3 BT1、BT2崩塌體照片

該崩滑體分布高程1720-1800m，主要由層面形成潛在底滑面，斷層為側(cè)向 結(jié)構(gòu)面，滑動(dòng)方向?yàn)樯嫌?圖4)，根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪，崩滑體平均長120m，寬度50m， 平均厚度35m，估算方量為210000m3。

邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算，采用極限平衡理論。不考慮側(cè)向阻力、地震影響和考慮地震因素時(shí)采用公式分別如下：

(1)

(2)

式中：Kc、Kc′為安全系數(shù)；j為內(nèi)摩擦角，°；C為內(nèi)聚力，Pa；S為底滑面面積，m2；Q為滑體重量，kN；α為底滑面傾角，°；KH為水平向地震系數(shù)(Ⅷ度區(qū)KH=0.2)。

根據(jù)底滑面(層面)為碎屑夾泥型，按經(jīng)驗(yàn)值取j=20°；C=0.05MPa；滑體重量 Q=210000×24.5=5145000kN；底滑面面積S=47×166=7802m2。

安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果如下：

(3)

考慮地震因素時(shí)安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果如下：

(4)

由計(jì)算結(jié)果可知：該崩滑坡體在不考慮地震影響和考慮地震影響時(shí)，安全系數(shù)均>1.25，滿足巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定要求，并有足夠的安全裕度，不存在整體滑移的可能性，且該崩滑體位于正常蓄水位以下，對(duì)工程無大的影響。

2)BH2崩滑體

分布該庫段左岸坡，距壩址直線距離約7.8-9.5km。河道走向NW，與巖層走向交角10°-20°，自然坡度40°-60°，坡高600余m，均為巖質(zhì)邊坡，巖性主要為灰黑色厚層灰?guī)r與石英砂巖互層，巖層產(chǎn)狀340°-350°SW∠40°-45°，發(fā)育兩組裂隙：L1產(chǎn)狀330°NE∠55°-65°，延伸長5-10m，面粗糙無充填，間距0.5-2m；L2產(chǎn)狀40°-50°NW∠85°-90°，延伸長3-8m，面粗糙無充填，間距3-10m?；浣M合形式為巖層面構(gòu)成滑落體底滑面，L1組裂隙構(gòu)成后緣切割面，L2組裂隙構(gòu)成兩側(cè)滑動(dòng)結(jié)構(gòu)面，該處邊坡滑落體規(guī)模不大，且滑落方向指向?qū)Π?，其產(chǎn)生的水庫涌浪高度有限，加之距壩址距離較遠(yuǎn)，對(duì)大壩等建筑物安全無大的影響。

該庫段位于壩址上游14.5km以外，崩塌或崩落對(duì)水工建筑物安全無影響。

此外，該庫段存在4處庫岸再造問題，主要分布于壩址以上31.5km至庫尾段，正常蓄水位落在坡腳處，坡腳地層為第四系洪、坡積含土碎石，水庫蓄水后，隨著庫水位的抬升和周期性漲落，庫周岸坡第四系松散堆積層將被水軟化，這些土體在庫水及波浪的淘刷、沖蝕、磨蝕等作用下，出現(xiàn)塌岸等庫岸再造現(xiàn)象(圖5)，由于該庫段處于無人山區(qū)，庫岸再造對(duì)人類活動(dòng)無影響。地質(zhì)調(diào)查表明，該庫段庫岸再造坍塌估算累積總方量約56500m3。庫岸再造分布位置及特征見表2。

表2 庫段庫岸再造特征及估算方量匯總表

圖5 Ⅲ庫段庫岸再造典型地質(zhì)剖面圖

3.3 庫區(qū)浸沒

該庫段為高山峽谷型，兩岸基巖裸露，除局部大沖溝口外，正常蓄水位線均 落在基巖岸坡或坡腳，加之庫段內(nèi)人煙稀少，無民居、耕地及廠礦分布。故該庫 段不存在浸沒問題。

3.4 水庫誘發(fā)地震

本該段庫區(qū)為高山峽谷區(qū)，河谷下切急劇，岸坡陡峻。河谷底寬約200m，正常蓄水位1840m時(shí)河谷寬約600-900m。庫區(qū)出露的巖性主要為元古界變質(zhì)巖和后期侵入的花崗巖。段庫區(qū)出露的斷層較多，但規(guī)模均較小。斷層(F46)展布在庫斯拉甫鄉(xiāng)上游12km 處，長約 17km，表現(xiàn)出強(qiáng)烈擠壓的特點(diǎn)，在河床附近見有被后期中基性巖脈充填現(xiàn)象，表現(xiàn)出時(shí)代較古老的特征。斷層(F45)展布在克什拉克塔木斷層的北東，沿?cái)嗔褞в谢◢弾r巖體侵入，為高角度逆斷層，破碎帶寬20m左右，斷層帶由角礫巖，斷層泥等組成，未發(fā)現(xiàn)該斷層晚更新世以來有活動(dòng)跡象。

該段庫區(qū)的地震活動(dòng)水平以小震為主。綜合分析，該庫段不具備誘發(fā)弱震以 上水庫地震的條件，但誘發(fā)弱-微震的可能性是存在的。

4 結(jié)論及建議

新建水庫工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，在水庫工程修建之前，需 要對(duì)庫區(qū)、壩址區(qū)地質(zhì)條件以及可能存在影響水庫安全的工程地質(zhì)問題進(jìn)行全面 勘察，結(jié)合庫區(qū)、壩址區(qū)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等，研究該庫區(qū)段 可能發(fā)生的水庫滲漏、庫岸穩(wěn)定、水庫浸沒以及水庫可能誘發(fā)地震等問題，對(duì)水 庫工程建設(shè)具有重要意義。