【導讀】區(qū)域穩(wěn)定性及地震²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²水庫區(qū)工程地質條件²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²基本工程地質條件²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²主要工程地質問題及評價²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²壩址區(qū)工程地質條件²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²巖(土)體物理力學特性²²²²

　　

【正文】 ∫ ∫ 0 ∫ 0 ∫ 粘土質泥巖 微風化 ∫ ∫ ∫ 0 ∫ 0 ∫ 砂巖 ∫ ∫ ∫ 0 ∫ 0 ∫ 砂礫巖 ∫ ∫ ∫ 0 ∫ 0 ∫ 紅層粘土質泥巖、砂巖、砂礫巖在上、下壩址壩基的出露，無論橫向還是縱向巖性差異較大，表現為軟硬相間，強度差異性較大。地基巖體變形模量小，泊桑比較大，尤其是粘土質泥巖極易產生崩解、碎裂和軟化，變形條件差，加之砂礫巖膠結差或沒有膠結，泡水后強度很低，做為基礎持力層，樞紐建筑物須預防地基巖體變形所產生不均勻沉陷，以免引起上部建筑物的變位而影響正常運行和安全。 紅層的工程地質特性決定了其抗沖刷能力差，在水力作用下易形成深坑，提供不穩(wěn)定的臨空面，對 建筑物安全不利。 建議：在建基高程允許的情況下，河床壩段要充分利用厚實砂巖層，避開粘土質泥巖和膠結差或沒有膠結的砂礫巖層。紅層抗沖刷流速～ 。 26 、崩解問題 地基巖體強度低、巖質較軟弱，在上覆較厚覆蓋層被挖除、基坑爆破開挖過程中擾動條件下，將發(fā)生卸荷松弛回彈，巖體遇水還可發(fā)生膨脹松弛和崩解，特別是粘土質泥巖，粘土礦物成份含量高，遇水后表現出膨脹軟化（泥化）、失水收縮干裂的性質，而上覆砂卵礫石層和膠結差或沒有膠結的砂礫巖中均含有一定的地下水，對地基巖體不利。因此，需加強基坑排 水和開挖時的保護措施 松散堆積物力學參數建議值 表 3— 4— 6 名稱 密 度 孔 隙 比 抗 剪 強 度 變 形模 量 允許承載 力 允許滲透坡降 滲透系數 干 γ d (g/cm3) 濕 γ(g/cm3) f C (MPa) Eo (MPa) R (MPa) m/d 沖洪積砂卵礫石層 ∫ ∫ 0 40 ∫ 55 ∫ ∫ 25 ∫ 50 洪積塊砂卵礫石層 ∫ ∫ 0 30 ∫ 45 ∫ ∫ 25 ∫ 50 下壩址左岸邊坡高陡、組成巖性軟弱、斷裂較發(fā)育等，是邊坡不穩(wěn)定因素。水庫蓄水后，使坡腳軟弱巖層浸水，又給邊坡失穩(wěn)提供了條件。 ⑴ 壩軸線上游 30m至 F3斷層沖溝一段岸坡，長約 50m，蓄水后將會發(fā)生坍塌。該處岸坡后緣沿 F3發(fā)育成巖質沖溝（圖 341）， F3斷層是影響岸坡變形的控制結構面，其產狀為 NE55176。 SE∠ 51176。，傾 向岸外偏下游，構成岸坡后側及上游側切割邊界，下游以第 1組裂隙面切割岸坡，加之層間軟弱結構面（層面）的組合，孕育著岸坡不穩(wěn)定組合體。 水庫蓄水后坡腳泥巖浸水軟化，加之受水面風浪的沖刷、淘空，邊坡巖體失去支撐，導致大規(guī)模坍塌，估計方量約 11 萬 m3，大量推移物質將堆積壩前，堵塞底孔，影響左側機組發(fā)電，需進行處理。 ⑵ 壩軸線上游 200m處分布的大型崩塌體 (見照片 )，當水庫蓄水后， 27 坡腳在庫水面以下 5～ 6m，粘土遇水吸濕膨脹、軟化，加之坡腳細顆粒物質被流水帶走，整體強度降低，失去或降低支撐 能力，將會導致崩塌體二次失穩(wěn)坍塌入庫，增加壩前固體物質，影響電站正常運行，應采取處理措施。 壩址比較及選擇意見 上、下壩址河道距離 480m，其壩址工程地質條件類似，有著相同或相近的工程地質問題，同時也存在明顯的區(qū)別。 相同或相近的主要工程地質問題： ① 上、下壩址位于同一構造單元，無大的構造差異。 ② 河床及右岸具基本相同的地貌單元及地層結構。 ③ 上壩址距杏兒溝、干河灘溝口較近，下壩址壩前分布有崩塌體，都存在壩前 固體逕流堆積問題。 ④ 基巖巖性均為粘土質泥、砂巖、砂礫巖，巖質軟弱、抗壓強度低、水理性質差、允許承載力小、變形大。 區(qū)別在于： ① 壩頂高程相同、同一正常蓄水位時，上壩址主壩、副壩、防滲線均較長，而下壩址左岸為基巖邊坡，壩體相對短，主體工程量相對較小。 ② 下壩址左岸為高陡邊坡，存在邊坡穩(wěn)定問題。 ③ 下壩址水庫淹（浸）沒面積增加， XX小水電將被淹沒。 ④ 下壩址砂礫 巖膠結差或沒有膠結（據鉆孔資料），較上壩址差。 綜上所述，上、下壩址均具備修建低水頭徑流式水電站的地形、地質條件，但下壩址左壩肩存在高陡邊坡穩(wěn)定問題，且壩前左岸有較大規(guī)模的崩塌體，筑壩將使水庫淹（浸）沒面積相對較大，并淹沒 XX 小水電站。因此，上壩址相對優(yōu)于下壩址，本階段以上壩址為推薦壩址。 推薦壩址主要建筑物工程地質條件 上壩址布置為引水發(fā)電方案，樞紐建筑物主要為：攔河大壩、左岸泄水閘、發(fā)電引水渠、前池及廠房。設計正常蓄水位 1783m，壩頂高程1785m ，主壩壩型為砂礫石堆石壩，副壩壩型為均質土壩 。裝機容量220MW。 天然河道河水面寬 150m，后因興建 XX小水電站，右岸開挖發(fā)電引渠，棄碴向河床堆積使河床變窄。當河水位 ，水深 ～ ，水面寬約 104m。 28 ① 河床壩基 為第四系全新統(tǒng)（ Q4）松散堆積物覆蓋，下伏第三系紅層。 河床覆蓋層主要由沖積含壤土砂粒、卵石、礫石組成，夾少量漂石、大塊石，大顆粒物質一般磨園度較好，呈次園～渾園狀，壤土約占 15～20%。覆蓋層厚 ～ ，結構松散。據 ZK13孔抽水試驗資料，滲 透系數 K=，屬強透水。 ZK13孔資料顯示，孔深 ～ 、礫石相對集積，分布高程 ～ ，呈透鏡狀展布。河床覆蓋層為第四紀晚更新世（ Q3）以后的現代堆積，且工程正常運行后均位于地水位以下，屬飽和砂土，而含礫砂層中粒徑大于 5mm的重量百分率小于 70％，粘粒（小于 的重量百分率大于 16％），初判為在振動荷載作用下有可能發(fā)生液化現象，砂卵礫石層發(fā)生液化的可能性較小。 基巖為第三系紅層，頂板高程 ～ ，基巖面形態(tài)為開闊的“ U”字型， 推測凹型底部在河床主流線一帶。砂巖、粘土質泥巖、砂礫巖均有且呈互層狀出露，以砂礫巖、砂巖為主，所占比例達 85%左右，對大壩壩基抗滑穩(wěn)定是有利的。巖體淺表部有厚 ～ 化崩解層，機械擾動易呈碎塊狀、松散砂礫狀。弱風化帶厚 ～ ，下限分布高程 ～ 。相對不透水（ q3Lu）層頂板埋深（地面起算） 25～ 46m，右側埋深較淺。 ② 右岸壩基 該段地形呈階梯狀向岸內抬升，一階臺面高程 1778～ 1780m，寬 65m左右，其上有 XX 小水電引水渠 。二階臺面為Ⅱ級階地臺面，前緣高程1791m。地表均為第四系全新統(tǒng)（ Q4）松散堆積物，下伏第三系紅層。 第四系全新統(tǒng)（ Q4）松散堆積物：為砂粒、卵石、礫石及少量漂石、大塊石，整體結構松散，屬強透水層。一階臺地上覆 ～ 工堆積砂卵礫石，為小水電引水渠開挖棄碴，下伏Ⅱ級階地殘留砂卵礫石層，厚 ～ 。壩肩部位Ⅱ級階地（二階臺地），上覆 ～，下部砂卵礫石層厚 ～ 。 地下水位埋藏于松散砂卵礫石層中：一階臺地中埋深 ，高程；Ⅱ級階地中埋深 ，高程 ，當正常蓄水位 1783m時，增加 。相對不透水（ q3Lu）層頂板埋深（地面起算） 22～ 28m。砂卵礫石層開挖坡比建議值見表 351。 向岸里Ⅱ級階地砂卵礫層分布，結構松散，呈強透水，有繞壩滲漏 29 問題，需防滲處理。 ③ 左岸壩基 覆蓋層厚 ～ ，組成物質為洪積砂卵礫石及砂（含碎石）壤土，其中上覆砂壤土（壩基土）層厚 ～ ，其物性試驗成果見表 352，可以看出，壩基土物性變化較大，如果直接做為壩基，需采取一定的 夯實、防滲處理。下伏洪積砂卵礫石層，松散密度 ，壓縮模量 av(～ )， f=， c=0，屬強透水，其承載力 ～ MPa，滿足載荷要求，其間無影響沉降變形的砂層或透鏡體，但需做好防滲處理。 壩基基巖為第三系紅層，整體完整性較好，透水性差，相對不透水（ q3Lu）層頂板埋深（地面起算） 34～ 46m，向岸向變淺。弱風化帶巖體厚 ～ 。 副壩壩基工程地質條件 依據壩址區(qū)地形條件，副壩布置在左岸洪積扇上。副壩長約 120m，壩基地層結構基 本同左岸主壩壩基，在其壩肩部位覆蓋層變厚，其中上覆砂壤土層厚 ～ ，推測砂卵礫石層厚 9～ 10m，下伏第三系紅層，弱風化巖體厚 ～ 。相對不透水（ q3Lu）層頂板埋深（地面起算） 32～ 34m。 砂卵礫石層開挖邊坡建議值 表 3－ 5— 1 邊坡性質 建 議 值 備 注 水 上 水 下 永 久 1： 1： 臨 時 1： 1 1： 推測自副壩壩肩向岸里 左右，為一古河床深槽，深槽凹型底部覆蓋層 最大厚度約 23m,基巖頂板高程 1764～ 1765m，巖面向兩側呈不對稱的“ V”字型抬升，內陡外緩。覆蓋層結構松散，呈強透水。此槽距左岸水邊（天然河道）約 430m，預計滲透穩(wěn)定能滿足要求，可視需要進行適當防滲處理。 發(fā)電引水渠工程地質條件 30 發(fā)電引水渠布置在右岸，向下游延伸跨 XX 溝，至新農村Ⅰ級階地發(fā)電，全長約 ,渠底設計坡降 （ 1/4000），渠頂高程 1785m，底寬 34m，渠深 9m。 引水渠進口 — XX公路：位于右岸Ⅱ級階地上，Ⅱ級階地為二元結構：上部為沖洪積砂壤土，一般層厚 ～ ，局部略有變化。整體結構疏松，孔隙比 %，濕陷系數 ，屬強濕陷性土；下部為沖洪積砂卵礫石，組成顆粒以卵、礫石為主，其含量 50～ 55%，砂粒含量占 10%左右，地基允許承載力 ～ ，滲透系數 30～ 50m/d，屬強透水。 基巖為第三系臨夏組紅層，頂板高程 1766～ 1767m，巖面近水平。巖性主要為粘土質泥巖，水理性質差，遇水易崩解。自巖面 ～ 為強風化崩解層，弱風化帶巖體厚 ～ 10m，透水率（ q）一般小于 5Lu，屬弱～微透水，允許承載力 ～ MPa。 地下水埋藏于砂卵礫石層中，一般埋深 12～ 15m，水位高程～ 1779m，渠線向岸里地下水位抬升，近岸邊基本與河水位相同。水質分析見表 332，對砼無腐蝕性。 XX溝渠段：溝內常年流水，平時流量 ～ ,流量隨季節(jié)變化，較大流量一般集中在 9月份雨季?，F代溝床寬 40～ 60m，兩側人工造成耕地，上覆回填土層厚 ～ 。溝床洪積松散堆積層厚9～ 11m（ ZK29揭露其厚度為 ） ,顆粒磨園度一般較好，球度差，巖性主要為花崗巖、片麻巖、變質砂巖等，粒徑 5～ 20cm卵、礫 居多，含量占 40～ 50%， 60～ 100cm者漂、塊石隨處可見，零星分布大于 1m者。覆蓋層結構松散，滲透系數大于 50m/d，屬強透水，允許承載力 ～。 基巖為第三系紅層，其頂板高程 1765～ 1768m，巖性主要為砂礫巖、粘土質泥巖。據 ZK29 孔資料，砂礫巖巖芯完整性差，呈松散砂、礫石狀 。 強風化層厚 ～ ，弱風化帶巖體厚 ～ 10m。 該段地下水位埋藏較淺，埋深隨溝流、黃河水位影響變化，一般深度 ～ 。 四堡子 — 前池段：段長約 ，均置于Ⅱ級階地上，沿線臺面高程 1775～ 1779m。 Ⅱ級階地為二元結構：上部為亞粘土（低液限粘土），結構疏松，層厚 ～ ,顆粒組成見表 352，其它試驗成果見表 353。從試驗成果分析，該段土質顯低液限性質，滲透系數極小，自重濕陷系數一 31 般為 ～ ，僅有 1組試值稍大為 ，說明基本無自重濕陷性。下部為沖洪積砂卵礫石，層厚 ～ 10m，顆粒成份為花崗巖、片麻巖等，局部夾含卵石礫砂層，據鉆孔資料分析，厚者達 。其中上部 左右砂卵礫石層含淡黃褐色、淺灰色壤土，含量 15～ 20%，卵礫石一般磨園度 好，分選性差，屬強透水巖層，允許承載力 ～。 基巖為粘土質泥巖，頂板位于地下水位以下，其分布高程(ZK30 孔 ) ～ (ZK31 孔 )，依據壩址區(qū)階地基座巖面變幅情況，推測該段巖面起伏變化不大。強風化崩解層厚 ～ ，呈軟化泥質狀態(tài)，弱風化帶厚 6～ 8m。 地下水埋藏于強透水的砂卵礫石層中，一般埋深 ～ ，水力坡降 5‰左右，水位分布高程 1763～ 1773m，且隨季節(jié)性變化較明顯。 綜上述，引水渠兩側邊坡多為土、砂卵礫石和紅層構成的邊坡，按設計邊坡開挖 后重點是防滲防沖問題；而表部的土層顆粒細，含水時存在凍脹問題，需有處理；渠底為紅層，主要為防沖，應襯砌處理。 廠房區(qū)工程地質條件 廠房區(qū)位于四堡子鄉(xiāng)新農村上游側，黃河Ⅰ級階地中心地帶。Ⅰ級階地臺面高程 ～ ，高出河水面 5m左右，地形平坦開闊。 廠房（包括安裝間）地段臺面高程 ～ 。地層結構為：上覆土層（低液限粘土）厚 ～ 。其下為含壤土砂卵礫石，層厚～ ，整體呈淺灰色、灰白色，其中壤土含量 10～ 15%。粗顆粒巖性成份主要為變質 砂巖、花崗巖等，一般磨園度較好，分選性差，允許承載力 ～ 。下伏基巖為第三系紅層，巖性為粘土質泥巖。 從 ZK3 ZK3 ZK35孔資料分析：自基巖面 ～ 崩解層，巖芯破碎，呈粘稠狀、碎粒狀。巖體弱風化帶厚 ～ ，下限分布高程 1754～ 1756m，巖芯較完整，為短柱狀夾碎塊狀，微風化巖體巖芯完整。個別柱狀巖芯中可見白色石膏膜，一般厚 3～ 5mm；壓水試驗資料表明，透水率（ q）均小于 3Lu，最大僅 ，其中小于 1Lu者占 38%。說明巖體透水性差，屬弱透 水～微透水，弱風化巖體以弱透水為主；該區(qū)段發(fā)育 3 組裂隙，以傾角 30176。、 50176。者主，次為傾角 70176。者?？赡茉趶S區(qū)施工過程中，產生小規(guī)模失穩(wěn)或掉塊現象，但無大的影響。 32 地下水埋藏于階地砂卵礫石層中，水量豐盈，水位埋深 ～ ，水面分布高程 ～ ，向岸外、下游具明顯降低趨勢，水位變化受季節(jié)性影響。地下水水質類型為 HCO3— Ca2+型水，對砼無腐蝕性。 總之，廠房區(qū)工程地質條件相對較好，無大的工程地質問題。但由于粘土質泥巖遇水、風干條件下易崩解，應采取相應的開挖保護措施和基坑排水措施 。