双江口水电站坝址区砂层液化特性研究

2012-12-20田雄，徐旭

水电站设计 2012年3期

田雄，徐旭

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 前言

双江口水电站是大渡河干流上游控制性水库，水库正常蓄水位2 500m，心墙堆石坝最大坝高314m，为目前世界上同类坝型中拟建的最高大坝，对应库容约27.32亿m3，电站装机容量2 000MW。坝基位于深厚覆盖层上，除深厚覆盖层上筑坝常出现的渗漏、渗透稳定、沉陷等工程地质问题外，坝基覆盖层中还分布不同层次和规模的砂层透镜体，可能存在砂层液化问题。

2 区域地质概况

工程区位于由鲜水河断裂带、玛沁—修沟断裂带和岷江断裂—雪山断裂—虎牙断裂—龙门山断裂带所围限的川青断块区的东南部。区内构造型式由一系列线状紧密弧形复式褶皱组成，断裂不发育。挽近时期以来，新构造运动主要表现为大面积的间歇性整体抬升，地壳形变微弱，库坝区除松岗断裂通过的足木足河热脚以北库区和热脚以东梭磨河支库区处于次稳定区以外，其余均处于构造活动相对稳定区。坝址区及其外围50km范围内除距坝区30～40km的抚边河断裂外，无活动断层分布，地震活动性微弱。工程区距离外围强震带远达100km以上，受其波及影响小，地震危险性主要来自近场的松岗(震级上限6.5级)、两河口(抚边河)(震级上限7.0级)潜在震源区强震的影响。据中国地震局地质研究所《双江口水电站工程场地地震安全性评价报告》，双江口电站坝址区50年超越概率10%的一般场地条件下计算概率基岩地震动峰值加速度均为87gal，对应烈度为Ⅶ度；100年超越概率2%的一般场地条件下计算概率地震烈度均为Ⅷ度，基岩地震动峰值加速度为205gal。

3 坝址区砂层透镜体的分布特征

双江口水电站坝址河段长约1.5km，河谷狭窄陡峻，属典型的高山峡谷地形。据钻孔揭示，坝址区河床覆盖层一般厚48～57m，最大厚度达67.8m。根据其物质组成、层次结构，从下至上(由老至新)可分为3层，各层中均有不同规模的砂层透镜体分布。第①层为漂卵砾石层，砂层透镜体主要位于坝址轴线下游侧，为黏土质砂，厚2.42～6.69m，顶面埋深45.96～49.79m，推测顺河向长232m，横河向宽41m。第②层为(砂)卵砾石层，其中分布7个较厚的砂层透镜体，以砂层②-a和②-b规模较大，且距离坝轴线很近。砂层②-a位于坝轴线下游侧，为级配良好的粉土质砂，厚3.6～3.73m，顶面埋深19.8～20.5m，推测顺河向长约322m，横河向宽约45m。砂层②-b位于大坝底部，为级配良好的粉土质砂，厚0.64～7.93m，顶面埋深14.18～21.75m，纵向长约390m，横河向宽约102m。第③层为漂卵砾石层，主要分布三个砂层透镜体，其中③-b贯穿整个坝址区，为含细粒土砂或粉土质砂，厚1.1～7.65m，顶面埋深0～3.2m，推测顺河向长462m，横向最大宽度112m。各砂层的分布位置见图1。

图1 坝址区主要砂层分布

4 坝址区砂层液化的判别过程及方法

根据坝址区砂层的地质年代、颗粒组成级配、埋藏条件初判均为可液化砂土，并对Ⅲ、Ⅳ勘探线附近分布范围较大的砂层③-b和②-b剪切波速试验结果进行初判(见表1)。试验结果表明：③-b砂层可判定不液化，②-b可能液化。为进一步研究各砂层的液化特性，对不同的砂层进行了一系列标贯试验，参照GB50011-2001《建筑抗震设计规范》中提供的下列公式对各砂层进行液化复判：

在地面下15m深度范围内采用

(1)

在地面下15～20m范围内采用

(2)

20m深度以下的砂层结合颗粒级配试验、密实度及其它方法综合判定。

标贯试验复判成果见表2。表2显示：②-b、②-c、②-e、③-b、③-c砂层透镜体均可能液化。为进一步研究砂层的液化特性，对分布范围较大的②-b进行了动三轴液化试验。试验结果见表3～5。

动三轴振动液化试验表明；对于SZK7和SZK23两组钻孔，取KC=1、振次为10和KC=1、振次为20时，砂层②-b现场抗液化剪应力比分别为0.14～0.152、0.125～0.133。当50年超越概率为10%时，一般场地条件下的计算概率地震烈度6.9度、基岩地震加速度为87gal时，其引起的等效剪应力比为0.057～0.063，砂层不液化；当大坝抗震设防烈度按100年超越概率为2%时，一般场地条件下的计算概率地震烈度为8度、基岩地震动峰值加速度为205gal时，其引起的等效剪应力比为0.138～0.150，液化安全系数0.88(等效循环周次为20)～1.0(等效循环周次为10)，经判别砂层②-b在天然状态下的抗振动液化能力处于可液化～液化临界状态。对于SZK61、SZK63钻孔中砂层②-b液化安全系数仅有0.35～0.41(基岩地震动峰值加速度为205gal，等效循环周次为20)、0.38～0.46(基岩地震动峰值加速度为205gal，等效循环周次为10)，判别为液化砂。

表1 坝址河床砂层地震液化剪切波速初判

综上多种试验成果，双江口水电站坝基的砂层透镜体②-b、②-c、②-e、③-b、③-c均有可能发生液化。其中范围较大的砂层③-b埋藏浅，结构较松散，地震液化的可能性较大，建议予以挖除；砂层②-b在天然状态下的抗振动液化能力处于临界状态或液化状态，建议结合心墙部位地基开挖亦予以全部挖除；对其它可能液化砂层建议采取挖除或其它有效工程处理措施。