新疆某水电站坝址河槽深厚覆盖层工程地质特性

孙 凡

(新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆某水电站坝址河槽深厚覆盖层工程地质特性

孙 凡

(新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

为了解坝址区深厚覆盖层的工程地质特性，本文以新疆某水电站工程为例，对深厚覆盖层的物质组成特征、物理力学性能、渗透性能及参数取值进行了研究，为工程的设计和施工提供了依据。

新疆；水电站；深厚覆盖层；工程地质

随着水利水电工程的大力建设，许多工程在河槽中都会遇到深厚覆盖层处理问题[1]。由于深厚覆盖层的物质组成、厚度、分布范围很复杂，其承载能力、压缩性能、渗透性能等差别很大，修建大坝时，会引起坝基抗滑稳定、不均匀沉降、渗透稳定、砂土液化等问题，严重时会危及大坝安全，造成坝体开裂、坝基失稳甚至垮坝事故[2-3]。因此，对坝址河槽深厚覆盖层工程地质特性的研究，对大坝优化设计、施工控制和保证大坝安全具有重要作用。国内外有很多深厚覆盖层上大坝建设的工程实例[4-5]，如埃及的阿斯旺、巴基斯坦的塔贝拉、法国的谢尔蓬松以及我国的乌东德、白鹤滩、向家坝、瀑布沟、小浪底、锦屏等大坝。我国在建坝对深厚覆盖层工程地质特性研究也取得了许多成果，对深厚覆盖层的成因以及渗透特征、力学参数等进行了试验分析，提出了相应的评价指标和体系。本文以新疆某水电站工程为例，对深厚覆盖层的物质组成特征、物理力学性能、渗透性能及参数取值进行了研究，其结果为工程的设计和施工提供了依据。

1 工程概况

水电站坝址区位于新疆莎车县城以南130 km，所在河流为叶尔羌河中游，其设计水位1820 m，最大坝高163 m，总库容22亿m3，灌溉面积27.76万hm2，装机容量660 MW，年发电量20.7亿kW，是一座集防洪、发电、灌溉等功能于一身的控制性水利枢纽。工程区位于西昆仑和铁克里克地体上，塔里木地台南西构造的次级构造单元铁克里克断隆上，属西昆仑山前隆起区。坝址区地形地貌属山区地貌单元，西昆仑山高程2300～4500 m，与塔里木盆地相邻山体高程约200 m，坝址区叶尔羌河流向自西向东，河底高程约1660 m，工程区内河谷宽550～3500 m，两岸冲沟和阶地发育。

2 深厚覆盖层工程地质特性

2.1 物质及空间特征

坝址区河槽呈宽“U”型谷，宽260～450 m，历次勘察共布置4条剖线，34个钻孔，揭露的覆盖层厚度20～93.9 m。根据钻探成果可以将覆盖层划分为全新统冲积含漂石砂卵砾石层和中更新统冲积砂卵砾石层，其中全新统覆盖层厚4～17.6 m，主要为冲洪积、泥石流堆积,少量为崩积形成的漂石、卵砾石，呈次圆状～圆状，局部夹薄层砂层透镜体，结构密实；中更新统覆盖层厚36～90 m，主要为砂卵砾石，夹多层呈连续分布的卵砾石层，局部夹不连续薄层砂层透镜体，本层底部多夹崩积、坡积形成的块石、孤石，呈次棱角状～次圆状。坝址处覆盖层最厚部位处在河槽中部偏右岸位置，覆盖层一般厚度50～80 m，分布如图1所示。

图1 河槽覆盖层分布

2.2 物理力学特征

为了研究全新统和中更新统覆盖层的物理力学特征，采用了探坑和竖井取样、现场载荷试验、旁压试验、室内大型压缩试验以及超重型圆锥动力触探试验等方法。对探坑和竖井取样首先进行颗分试验，结果如图2所示。

图2 覆盖层颗分曲线

由图2可知：全新统覆盖层中漂石、卵石、砾石和砂等各粒组的含量依次为9.0%、29.6%、41.2%和18.0%，其中漂石粒径为200～400 mm，个别超过600 mm，砂为中细砂，该覆盖层不均匀系数为335，曲率系数为20，级配不良；中更新统砂卵砾石层中漂石、卵石、砾石和砂等各粒组的含量依次为1.1%、26.4%、51.2%和20.5%，砂为中细砂，该层不均匀系数为368，曲率系数为36，级配不良；中更新统卵砾石层中卵石和砾石的含量分别为19.7%和75.1%，该层不均匀系数为4.4，曲率系数为1.9，级配不良，渗透性较强。

全新统覆盖层天然干密度为2.12～2.25 g/cm3，平均值2.21 g/cm3；相对密度在0.73～0.88之间，平均值0.82；饱和时内摩擦角40.1°～42.6°，平均值41.2°，黏聚力17.0～53.0 kPa，平均值29.0 kPa。中更新统覆盖层天然干密度为2.21～2.25 g/cm3，相对密度在0.83～0.91之间，饱和时内摩擦角38.1°～42.1°，黏聚力8.1～14.2 kPa。

对全新统和中更新统覆盖层分别做了2组现场承压板载荷试验，试验结果如图3和表1所示。

图3 覆盖层载荷试验曲线

覆盖层类别试验编号岩性承压板直径/cm载荷分级最大加载量/kPa累计沉降量/mm极限荷载承载力特征值fak/kPa全新统中更新统zh1zh2zh3zh4砂砾石砂砾石夹砂层砂砾石5051214503653645446851575450015195944870209603502082983025193374979528574482018448

本次选取4个钻孔，采用GA型旁压仪，60 mm直径的BX型探头，其初始体积535 cm3，进行了旁压试验，结果为：全新统覆盖层旁压模量在16.3～122.4 MPa，平均67.4 MPa，换算为变形模量在81.4～437.4 MPa，平均264.0 MPa；中更新统砂卵砾石层旁压模量在50.0～248.9 MPa，平均124.1 MPa，换算为变形模量在203.7～541.6 MPa，平均339.9 MPa；中更新统卵砾石层旁压模量在8.2～28.5 MPa，平均18.0 MPa，换算为变形模量在40.9～142.1 MPa，平均82.9 MPa。

对中更新统卵砾石层进行了超重型动力触探试验，试验结果表明该层结构多为中密状态，个别为稍密状态。对各覆盖层进行了室内大型压缩试验，试验结果如表2所示。

表2 覆盖层室内大型压缩试验成果

2.3 渗透特征

为了查明坝址区深厚覆盖层的渗透特征，本次共进行了40组室内渗透试验和2组钻孔抽水试验。其中钻孔抽水试验结果为全新统覆盖层渗透系数7.70×10-2cm/s，属强透水层；中更新统覆盖层渗透系数2.94×10-1cm/s，也属强透水层。室内渗透试验结果为：全新统覆盖层渗透系数1.1×10-3～7.7×10-3cm/s，平均1.50×10-3cm/s，属中等透水层；中更新统砂卵砾石层渗透系数2.7×10-2～3.6×10-2cm/s，平均3.20×10-2cm/s，属强透水层；中更新统卵砾石层渗透系数2.9×10-2～2.5×10-1cm/s，平均1.30×10-1cm/s，属强透水层。

3 结 论

通过对新疆某水电站深厚覆盖层进行钻探、开挖探坑及竖井、进行颗分试验、现场载荷试验、旁压试验、室内大型压缩试验、超重型圆锥动力触探试验、钻孔抽水试验和室内渗透试验等方法，查明覆盖层厚度20～93.9 m，其中全新统覆盖层厚4～17.6 m，天然干密度平均值2.21 g/cm3，相对密度平均值0.82，饱和时内摩擦角平均值41.2°，黏聚力平均值29.0 kPa，旁压模量平均67.4 MPa，变形模量平均264.0 MPa，级配不良，属中等～强透水层；中更新统覆盖层厚36～90 m，天然干密度2.21～2.25g/cm3，相对密度在0.83～0.91之间，饱和时内摩擦角38.1°～42.1°，黏聚力8.1～14.2 kPa，旁压模量平均124.1 MPa，变形模量平均339.9 MPa，级配不良，属强透水层；中更新统卵砾石层旁压模量平均18.0 MPa，变形模量平均82.9 MPa，级配不良，属强透水层。

[1] 杨正权,刘小生,赵剑明,等.考虑深厚覆盖层结构特性的场地地震反应分析研究[J]．水力发电学报，2015, 34(1):175-182.

[2] 吴梦喜,杨连枝,王锋. 强弱透水相间深厚覆盖层坝基的渗流分析[J]. 水利学报,2013, 44(12):1439-1447.

[3] 潘家军,饶锡保,周欣华,等. 深厚覆盖层上面板堆石坝新型结构应力变形性状影响因素[J]. 水利学报,2015, 46(S1):163-167.

[4] 王运生,邓茜,罗永红,等. 金沙江其宗河段河床深厚覆盖层特征及其工程效应研究[J]. 水文地质工程地质,2011, 38(1):40-45，64.

[5] 李会中,郝文忠,潘玉珍,等. 乌东德水电站坝址区河床深厚覆盖层组成与结构地质勘察研究[J]. 工程地质学报,2014, 22(5):944-950.

Engineering geological characteristics of deep overburden layer in a hydropower station dam-site channel of Xinjiang

SUN Fan

(XinjiangUygurAutonomousRegionWaterConservancyandHydropowerInvestigation,DesignandResearchInstitute,Urumqi830000,China) Abstract： In order to comprehend the engineering geological characteristics of deep overburden layer in dam area, a hydropower station project of Xinjiang was taken as an example to study the material composition, physical and mechanical properties, permeability performance and parameters value of the deep overburden layer by this paper., which provided a basis for the engineering design and construction.

Xinjiang; hydropower station; deep overburden layer; engineering geology

孙 凡(1989-)，男，助理工程师，研究方向为水利工程地质。

P64

A

2096-0506(2016)12-0041-04