◎ 王康 牛志強(qiáng) 張?jiān)獛?中國(guó)水電顧問集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院巖土工程有限公司
中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
近年來,隨著水利工程理論水平與施工技術(shù)的快速發(fā)展以及國(guó)家興修水利的惠民政策,水庫(kù)建設(shè)如火如荼。但是,我國(guó)可開發(fā)水資源的68%分布在河谷深切、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、構(gòu)造與巖溶發(fā)育的西南地區(qū),這使得水庫(kù)成庫(kù)前不得不開展細(xì)致的地質(zhì)調(diào)查工作,同時(shí)也引起了研究學(xué)者的濃厚興趣,孫倩等對(duì)新疆某水庫(kù)壩址處崩坡積堆積體工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià),張小利、鄭作民等分別對(duì)洪家溝調(diào)蓄水庫(kù)、南水北調(diào)東線東湖水庫(kù)進(jìn)行了工程地質(zhì)評(píng)價(jià)和工程地質(zhì)問題分析。
本文結(jié)合具體的水庫(kù)工程實(shí)例,通過基礎(chǔ)地質(zhì)資料分析、野外地質(zhì)勘察與測(cè)繪、現(xiàn)場(chǎng)與室內(nèi)試驗(yàn)等手段對(duì)水庫(kù)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了詳盡的分析,查明了水庫(kù)成庫(kù)的可行性,以供大家參考。
水庫(kù)位于貴州省普定縣,擬建水庫(kù)總庫(kù)容1150萬(wàn)m3,正常蓄水位為1220.5m,相應(yīng)庫(kù)容為949.06萬(wàn)m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容799.25萬(wàn)m3,其工程規(guī)模屬Ⅲ等中型,樞紐主要建筑物為:擋水建筑物(大壩)+提水建筑物+輸水建筑物,臨時(shí)建筑物為導(dǎo)流洞、上下游圍堰等,是一座以城鎮(zhèn)供水和灌溉用水為主的綜合性水利工程。
庫(kù)區(qū)從壩址上游至庫(kù)尾可大致分為三段,整體表現(xiàn)為峰叢洼地、峰叢溝谷及脊?fàn)顪瞎鹊热芪g、侵蝕低中山地貌(圖1)。其中,壩址至上游匯合口處河段多為基本對(duì)稱的“V”形谷,谷坡兩岸山體雄厚、地形完整,河谷下切深度大于300m;匯合口至左側(cè)庫(kù)尾段地形呈不對(duì)稱的“V”形谷,坡面發(fā)育多條小沖溝,岸坡大多為植被覆蓋,主要為灌木及稀疏松樹,零星分布有農(nóng)田;匯合口至右側(cè)庫(kù)尾段岸坡大多為植被覆蓋,主要為灌木及稀疏松樹,左緩右陡,左側(cè)現(xiàn)多為耕地、居民點(diǎn),右側(cè)為低中山。
圖1 庫(kù)區(qū)基本地形地貌
庫(kù)區(qū)分布有二疊系(P2l+P2q+P2m+P2c+P2d+P2β)砂巖、泥巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、砂質(zhì)泥巖夾泥灰?guī)r及煤層、厚層塊狀石灰?guī)r、峨眉山玄武巖,以及三疊系(T1d+T1yn)泥質(zhì)灰?guī)r、灰黑色泥頁(yè)巖,巖層主要為單斜構(gòu)造,產(chǎn)狀為N70°~75°E/SE∠26°~33°。此外,庫(kù)區(qū)兩岸及低緩斜坡地帶出露第四系(Q)崩塌堆積物、河流沖洪積物與殘坡積物。
庫(kù)區(qū)位于普定向斜西北翼,區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造及褶皺發(fā)育,只發(fā)育兩條近平行的F1、F2斷層,方向與槽谷走向基本一致,發(fā)育長(zhǎng)度5~6km,其力學(xué)性質(zhì)為壓性斷裂,庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)剖面如圖2。
圖2 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)剖面圖
庫(kù)區(qū)無大的溶洞及巖溶管道發(fā)育,巖體局部分布溶蝕小孔,巖溶發(fā)育以表層溶蝕為主。結(jié)合區(qū)內(nèi)地層巖性及巖體透水性等地質(zhì)條件,含水巖組可劃分為弱巖溶化含(透)水巖組(T1yn1-1泥巖)、強(qiáng)巖溶化含(透)水巖組(T1yn1-2、T1d3灰?guī)r)兩類,地下水賦存于地表覆蓋層、基巖節(jié)理裂隙中,以巖溶水和基巖裂隙水的形式排泄于溝谷、河流之中。
①不良地質(zhì)體穩(wěn)定性分析。庫(kù)區(qū)岸坡基巖多裸露,局部陡壁局部發(fā)育卸荷拉裂巖體,壩址右岸存在1#、2#堆積體。其中,1#堆積體分布高程1188~1260m,順河向長(zhǎng)度130m,橫河向?qū)挾燃s90m,平均厚度約5m,方量約3.8萬(wàn)m3;2#堆積體分布高程1194~1252m,順河向長(zhǎng)度120m,橫河向?qū)挾燃s90m,平均厚度約2.5m,方量約1.8萬(wàn)m3。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,結(jié)合地質(zhì)測(cè)繪與鉆孔勘探手段,1#、2#堆積體總體自然坡度30°~40°,植被較好,有小灌木分布,未見有新近垮塌的跡象,物質(zhì)組成以塊碎石為主,物質(zhì)成分為灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,判斷堆積體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。
②壩肩邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。壩肩左岸邊坡壩頂以上自然地形坡度30~45°,上游側(cè)為順向坡,局部巖體可能發(fā)生順層滑動(dòng),下游側(cè)局部裂隙切割及巖體風(fēng)化,穩(wěn)定性差,建議加強(qiáng)支護(hù)處理措施,壩頂以下坡度較陡,巖層緩傾下游偏左岸,上游邊坡近于順向坡,下游邊坡為近于逆向坡,壩頭邊坡為橫向坡,邊坡總體穩(wěn)定,但存在開挖切坡問題,局部巖體可能發(fā)生順層滑動(dòng),建議加強(qiáng)支護(hù)處理措施。
壩肩右岸邊坡壩頂以上開挖高程1224.0~1243.3m,坡高19.3m,設(shè)計(jì)開挖坡比為1:0.3,總體穩(wěn)定但局部有順層滑動(dòng)可能,壩頂以下邊坡按1172m、1182m、1192m、1202m和1212m五級(jí)馬道開挖,局部巖體風(fēng)化,穩(wěn)定性差,需進(jìn)行邊坡支護(hù)處理。
庫(kù)盆可溶巖主要為三疊系大冶組(T1d)灰色中厚層、厚層灰?guī)r,巖溶化程度不高,正常蓄水以下主要以表層的溶蝕、風(fēng)化為主,深度有限,無大型巖溶管道發(fā)育,結(jié)合壩址區(qū)鉆孔壓水試驗(yàn)成果(圖3、表1)分析,壩址左、右兩岸表層巖體因裂隙切割,巖體風(fēng)化較強(qiáng)烈,巖體的透水率較大,隨著孔深增大,巖體風(fēng)化程度減弱,巖體的透水性逐漸減小,鉆孔總計(jì)壓水段數(shù)為137段,巖體透水率為1≤q<10Lu,弱風(fēng)化帶巖體透水率為5~10Lu,占比38.0%,為弱透水上帶,微新巖體一般為3~5Lu,占比40.9%,為弱透水中帶,總的來說,巖體透水率較小,庫(kù)水不具備向深度滲透的途徑。但根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查表明,壩址巖層產(chǎn)狀緩傾,且壩肩巖體裂隙發(fā)育,完整性差,地下水位低于正常蓄水位,因此存在庫(kù)水通過層面、溶蝕裂隙向大壩下游繞滲問題,需進(jìn)行防滲處理。
圖3 庫(kù)區(qū)各部分巖體透水率與孔深關(guān)系
表1 壩址區(qū)鉆孔壓水試驗(yàn)成果分析統(tǒng)計(jì)表
由成庫(kù)規(guī)模分析,該水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位1220.5m,總庫(kù)容1150萬(wàn)m3,興利庫(kù)容799.25萬(wàn)m3,壩前最大抬高水位約50m,庫(kù)容有限,水庫(kù)誘發(fā)地震可能性較?。挥蓭r性及水文地質(zhì)條件分析,庫(kù)盆以透水性較弱的砂巖、泥巖、玄武巖及泥灰?guī)r為主,巖溶管道不發(fā)育,誘發(fā)巖溶型水庫(kù)地震的可能性??;由構(gòu)造及應(yīng)力分析,庫(kù)區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性好,巖性軟硬相間,不具有存儲(chǔ)大量構(gòu)造應(yīng)變能的條件,誘發(fā)地震可能性小。
本文對(duì)擬建水庫(kù)概況、工程地質(zhì)條件進(jìn)行了系統(tǒng)分析,對(duì)成庫(kù)可行性進(jìn)行了論證,主要結(jié)論如下:
(1)水庫(kù)為Ⅲ等中型,設(shè)計(jì)正常蓄水位1220.5m,總庫(kù)容1150萬(wàn)m3,滿足該城鎮(zhèn)供水和灌溉用水基本要求。
(2)庫(kù)區(qū)主要為溶蝕、侵蝕低中山地貌,以二疊系、三疊系以及第四系巖體、崩塌堆積物、河流沖洪積物與殘坡積物為主,區(qū)內(nèi)無大的斷裂構(gòu)造及褶皺發(fā)育,只發(fā)育F1、F2兩條小斷層,巖體局部分布溶蝕小孔,巖溶發(fā)育以表層溶蝕為主。
(3)庫(kù)區(qū)有不良堆積體分布,壩肩邊坡有局部失穩(wěn)可能性,庫(kù)區(qū)巖體透水率總體偏小,防滲較好,且水庫(kù)誘發(fā)地震可能性較小,綜合分析,庫(kù)區(qū)進(jìn)行必要的支護(hù)與防滲處理后滿足水庫(kù)成庫(kù)條件。