八泉峡水库坝基开挖过程中岩体应力变形情况的分析

王 松

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原030024）

1 工程概况

山西省长治市壶关县八泉峡供水工程枢纽工程拟建于壶关县桥上镇桥上村上游的八道水河干流上。

八道水河为郊沟河的一大支流之一，在桥上镇处汇入郊沟河。八泉峡供水工程水库坝址位于桥上村上游4km处的峡谷中，水库上游控制流域面积为62.8km2。八道水河属于常年性流水河流，河水平均流量为0.69m3/s，多年平均流量为2171.23万m3。

八泉峡供水工程是一座以城镇工业供水和发电为主，兼顾旅游、水产养殖、防洪等综合利用的小（Ⅰ）型水利枢纽工程。拟建坝型为混凝土重力坝，最大坝高为69.20m，坝顶长度66.538m，总库容205.99万m3。

2 地质概述

坝址区出露地层有寒武系中统张夏组（∈2z）、第四系全新统（Q4）。

寒武系中统张夏组（∈2z）岩性为顶部在浅灰色中厚-巨厚层鲕状灰岩夹中厚层白云质灰岩，中、上部为灰、深灰色中厚-巨厚层白云质鲕状灰岩，下部为灰、青灰色中厚层灰岩、含白云质灰岩夹鲕状灰岩，底部为灰、灰黄色薄板状泥质条带灰岩夹薄层灰绿色泥岩。厚度198～244m。第四系全新统地层岩性组成为漂（块）石、混合土漂（块）石、卵（砾）石混合土、级配不良砂等，块径大小不一，堆积杂乱，有架空现象。厚度0～20m。

坝址区岩层平缓，整体呈单斜构造，岩层产状N30°E/NW∠4～6°，总体上为倾向右岸的单斜缓倾角地层。

3 坝基建基面岩体应力变形破坏情况

八泉峡水库坝基建基面已开挖至设计高程位置，在坝基开挖中发现坝基岩体受岩体应力变形破坏作用强烈，坝基岩体局部有明显的变形破坏情况，存在明显底鼓、脱层、挤压现象，且薄板状泥质条带灰岩岩层中的条带状泥岩有软化现象等情况。

从坝基地层产状来看，因受岩体应力变形破坏作用坝基建基面地层产生了明显底鼓现象，呈现一尖形背斜构造形迹，轴线处于河谷中央，与河谷方向大致相同。从上游基坑开挖断面测量资料，在河谷基岩面部位岩层鼓起，其轴部岩层较原岩层隆起高度为1.9～2.3m，岩层变陡，右侧岩层与原岩层倾向相同且最大倾角达17°，左侧岩层与原岩层倾向相反且最大倾角达10°，在垂直方向自上而下有渐渐变缓的趋势。从断面观察，在轴部岩层产状突变，厚层灰岩产生折断现象，层间的条带状泥页岩及薄层灰岩呈强风化程度，岩石软弱，岩层有变厚情况，局部有挤压揉皱现象。

坝基建基面岩层产状变化情况：在坝基上游建基面，其底鼓轴部右侧岩层与原岩层倾向相同，向右岸方向岩层倾角3°→9°→9°→7°→7°，其左侧岩层与原岩层倾向相反，向右岸方向岩层倾角1°→6°→4°。在坝基下游建基面，其底鼓轴部右侧岩层与原岩层倾向相同，向右岸方向岩层倾角5°→13°→10°→7°，其左侧岩层与原岩层倾向相反，向右岸方向岩层倾角2°→7°→3°。在底鼓轴线处岩层有断折现象，轴部岩层的鼓起高度较原岩层高出约1.2～1.5m，自上而下底鼓现象有逐渐减弱趋势。

从坝基地层结构情况来看，在坝基底鼓部位出现了层面脱裂、裂隙结构面加宽、岩层层间小错动、薄层灰岩层碎裂、局部裂隙密集等的应力构造作用现象。在开挖断面上可见，灰岩与泥岩层面脱裂张开，岩层层面间张开且有薄层泥膜或泥浆充填，接近建基面处软弱泥岩层在底鼓轴部部位略有增厚情况等。这些应力构造作用现象自上向下有逐渐减弱趋势。

4 坝基应力变形的勘察方法

作为坝基建基面岩体，由于应力变形造成岩层破碎、软化及夹泥等情况是影响大坝稳定的关键因素。因而勘察工程中应采取必要的方法和工艺，对泥岩层的发育规律、分布范围、风化程度、强度情况等进行分析、研究，以便复核坝基岩体的抗剪强度参数，提供坝基处理措施地质依据，消除工程隐患，因而做进一步调查研究是十分必要的。

1)采用小口径小进尺钻进，金钢石绳索取芯及煤层取芯器取芯。若采用其他方法在钻进过程中对岩芯扰动较大。

2)钻进过程中要做到小水量钻进，并观察钻进过程中循环水出现浑浊情况，以便做到防止软弱层被冲掉并把握软弱层的层位深度。

3)钻孔结束后尽量进行钻孔高清电视录像，以便查明钻进过程中漏掉的软弱层位。

4)进行声波测试以确定岩体强风化及破碎情况。

5)尽量做现场原位测试，以便结合室内试验指标以综合确定其力学指标，为工程设计提供可靠的地质依据。

6)加强施工地质工作，对容易出现的不良地质现象加强预测、预报，做到有的放矢，重点关注。

5 坝基建基面工程地质问题及评价

5.1 坝基岩体变形问题

坝基上部的薄板状泥质条带灰岩及泥质条带灰岩受岩体应力变形破坏作用，形成了明显的底鼓，出现了层面脱裂、裂隙结构面加宽、岩层层间小错动、薄层灰岩层碎裂、局部裂隙密集等应力构造作用现象，而且也造成了岩体风化的加剧，局部条带状泥岩层有软化情况。

可见，岩体应力变形破坏作用使得坝基岩体的完整性变差，坝基存在有地基变形问题。

5.2 坝基抗滑稳定问题

岩体应力变形破坏作用使得坝基岩体的完整性变差，出现了层面脱裂、岩体风化深度加大，局部条带状泥岩层软化等情况。薄板状泥质条带灰岩的层面脱裂，使其层面间的抗剪强度降低，形成了不利的地质结构面，对坝体抗滑稳定有不利影响。特别是薄板状泥质条带灰岩中的泥质条带，岩性为白云质泥岩或泥岩，在脱层及风化作用下呈现出灰岩和泥岩互层状结构，丧失了原有的地层结构，且有部分泥岩层出现软化，形成了不利的地质结构面，对坝体抗滑稳定有较大不利影响。

从地表观测来看，坝基建基面岩体受底鼓破坏作用影响较大。建基面在底鼓轴部部位岩体完整性较差，岩层产状变化多端，层间脱离，薄板状泥质条带灰岩中薄层灰岩较破碎，泥岩软化现象较为明显，工程地质条件变差，对抗滑稳定影响较大。建基面在底鼓轴部两侧部位岩体完整性较好，岩层产状变化较小，薄板状泥质条带灰岩中层间脱离不明显，薄层灰岩较完整，泥岩软化现象局部有发育，工程地质条件较好，对抗滑稳定影响较小。

从钻孔资料来看，坝基建基面岩体上部薄板状泥质条带灰岩岩芯采取率低、声波值亦低、弱风化层厚度较大（泥岩层数较多，岩石软硬相间所致，尤其是底鼓轴部位置最差），对抗滑稳定影响较大。下部泥质条带灰岩及鲕状灰岩岩芯采取率低、声波值亦低、弱风化层厚度小，对抗滑稳定影响较小。

6 坝基处理地质建议

1）对坝基建基面中部底鼓轴部破碎岩体进行清基处理。清除底鼓轴部破碎岩体及软弱泥岩，处理宽度为底鼓轴线两侧各为8～10m，处理深度为底鼓轴线两侧各5～7m，范围内为4.5～5.5m，范围外为2.5～4m。

2）对坝基建基面岩体进行加筋补强处理。在坝基岩体中设置锚筋，深度选取10～12m，深至完整岩体中1～2m。

3）对坝基设置抗滑桩或设置齿墙进行补强处理。齿墙深度6～9m，宽度5～7m。抗滑桩深度约15m。

4）采用其他抗滑（锚索等）措施或结构措施。

5）应力变形破坏作用影响带岩体地质建议值：软化泥岩抗剪强度f=0.40～0.42，c=0.15MPa；泥岩抗剪强度f=0.5～0.52，c=0.45MPa；泥岩与灰岩脱离层面抗剪强度f=0.45～0.47，c=0.12MPa。