瑞安市陶山镇十八亩水库地质分析

李倩宇，黄会妙，陈鹏发，黄玉强，陈姝霓

（1.东华理工大学地球物理与测控技术学院，江西 南昌 330013；2.浙江四维水利设计有限公司，浙江 温州325000；3.中国地质大学〈武汉〉海洋学院，湖北 武汉 430074；4.中国地质大学〈武汉〉资源学院，湖北 武汉430074）

十八亩水库位于瑞安市陶山镇境内，水库集雨面积0.74km2,原总库容46×104m3，是一座小（2）型水库[1]，主要用途为发电、灌溉。水库于1977年动工兴建，1980年完工，原设计坝型为照谷社坝，1981年9月大坝出现险情，大坝下游坡发生鼓突，1982年进行了加固处理，在坝后增设1∶1坡度的堆石体，同时增加了坝顶高程、加宽了水库溢洪道。

1 区域地质概况

1.1 地形地貌

十八亩水库位于瑞安市陶山镇福泉山，属浙南低山—丘陵区，测区内山峦起伏，地势陡峭，呈构造剥蚀地貌。区内溪谷纵横，纵坡度较大，无漫滩，植被总体较发育，水土保持一般。

1.2 地层岩性

测区岩性除第四系松散堆积物外，主要为燕山晚期第三次侵入钾长花岗岩[，现将区内出露的地层由老至新分述如下：

1.3 地质构造与地震

测区所处大地构造单元位于新华夏系第一级构造复式第二隆起带南段南东侧，区内构造的表现形式以断裂为主，褶皱不发育。区内构造体系主要为华夏系构造。工程区及附近无区域性断裂通过，库区内构造稳定性较好。

据现代地震监测资料表明，区内现代地震活动微弱，一般仅限于3.0级以下地震。近年的1996年4月，文成县境内发生过2.6级的有感地震；2000年1月6日洞头大门岛以东海底近海岸的浅震源有感地震；此外，台湾、福建、长江口等地发生的地震偶有波及本区。2006年2月4日以来文成县与泰顺县交界处发生多次地震，最大震级4.6级，对拟建场区影响小。

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015）[2]，设防水准为50年超越概率10%的地震动参数为：反应谱周期0.25s（Ⅰ区中硬场地），动峰加值加速度0.05g，库区基本地震烈度为Ⅵ度。

1.4 水文地质条件

测区属亚热带季风气候区，天然降水丰富，地表径流活跃。流域内山高源短，河谷狭窄，致使洪水暴涨暴落，属山溪型河流。地下水赋存类型有基岩裂隙水和第四系松散层的孔隙潜水2种，均受大气降雨补给。前者富水性主要受岩体风化和构造控制，透水性总体较差，深部完整基岩均为不透水层，大多数地段不利于地下水的富集与赋存，野外地表调查时未发现泉点；后者主要赋存于松散堆积层中，埋藏浅，透水性大，但赋存空间小，且大多在河水位以上，水量较少。

2 库区工程地质条件及评价

2.1 水库渗漏

水库库区群山环抱，岩体较厚实，分水岭宽厚，未见通向库外的较大断层，运行至今亦未见渗漏问题。组成库岸的岩石为透水性极差的细粒钾长花岗岩，库区不存在永久性渗漏问题。

2.2 水库淹没和浸没

水库为山区水库，库区回水线附近无大片村庄、农田及有价值的矿产资源，不存在淹没和浸没问题。

2.3 库岸稳定

库区右岸及库尾岸坡由坚硬、不易风化的细粒钾长花岗岩组成，岩体完整性较好，未见较大的不利结构组合，不会引起大范围的库岸再造问题，总体稳定性较好。库区左岸为干砌块石直立挡墙，经现场观察，部分挡墙已隆起变形，稳定性差，建议修复。

2.4 水库淤积

库区属于峡谷地段，植被发育总体一般。该区天然降水量丰富，雨季大雨、暴雨频繁，河床纵坡较大，冲刷作用居中，河水搬运作用一般。两岸残坡积层表部结构松散，在雨水冲刷及库水涨落作用下，松散颗粒逐步向库区运移，因此有一定的固体径流来源，淤积轻微。

2.5 水库诱发地震

十八亩水库是小(2)型水库，库区为山区河谷型，库岸为坚硬致密的细粒钾长花岗岩，厚度大，岩性较均一，岩体较完整，区域构造运动相对稳定，工程区内历史上及近未发生过较大地震，该区地震动峰值加速度为0.05g，场地的抗震设防烈度为6度，水库诱发地震的可能性很小。

3 主坝工程地质条件及评价

3.1 坝体筑填土特性及评价

3.1.1 坝体填筑土特性

钻探揭露坝体填筑土有第①层护坡块石、第②层斜墙土及第③层碎砾石土反滤层等，其分布情况见图1和图2。现根据野外钻探及室内土工试验资料，将各层工程特性概述如下：

第①层护坡块石：分布于大坝表面，层厚一般为0.50m，块石直径一般为40～60cm，个别大于80cm。块石岩性主要为钾长花岗岩，呈弱风化—微风化状，块石间空隙较大。

第②层含角砾粘性土（斜墙土）：揭露层厚2.70～10.50m，层顶埋深 0.50～0.60m，层顶高程 540.21～548.46m。灰黄色，稍湿—很湿，可塑，中等压缩性。土质欠均匀，碎、砾石含量一般为5%～15%，主要呈全—强风化状；砂粒含量一般为5%～15%，局部较高。土工试验主要物理力学指标如下：

含水量w0=26.8%～36.3%，ρ=1.81～1.92g/cm3，e=0.796～1.044， a1-2=0.34～0.59MPa-1， Es1-2=3.35～5.35MPa，C快剪=15.3～25.4kPa，Φ快剪=6.1°～11.9°，C固快=14.9～25.0kPa，Φ固快=12.8°～21.7°。

第③层碎砾石土（反滤层）：为保障反滤层完整性，本次勘察未揭穿，揭露层厚为0.20m，层顶埋深3.80～10.30m，层顶高程536.24～545.16m。主要由碎、砾石及粘性土等组成，碎、砾石含量70%～90%，粒径一般为1～7cm；夹少量砂粒和粉粘粒。

3.1.2 坝体填筑土评价

第①层护坡块石：块石岩性为钾长花岗岩，呈弱风化—微风化状，其抗压强度高，抗风化能力较强，满足工程需求。

第②层含角砾粘性土（斜墙土）：可塑，中等压缩性，在该层中取得颗粒分析试验数据5组，不均匀系数为1.0～3.8，均小于5，为级配不良的土。

在该层中取得击实试验数据1组，击实试验实测最优含水量为19.40%，最大干密度为1.72g/cm3，土工试验测试干密度为1.34～1.51g/cm3，土体压实度为77.9%～87.8%，均小于96%，不能满足《碾压式土石坝设计规范》（DL/T 5395-2007）[3]的相关要求。

在该层中取土做垂直渗透试验5组，垂直渗透系数平均为2.22×10-6cm/s；做水平渗透试验6组，水平渗透系数平均为2.75×10-6cm/s。在现场做注水试验11段，其中，迎水坡中上部斜墙填筑土渗透系数为（2.34～8.48）×10-5cm/s，平均为5.55×10-5cm/s，渗透性等级为弱透水；迎水坡底部斜墙填筑土渗透系数为（1.11～2.55）×10-4cm/s，平均为1.66×10-4cm/s，渗透性等级为中等透水。斜墙填筑土渗透系数均不能满足《碾压式土石坝设计规范》（DL/T 5395-2007）的相关要求（斜墙防渗土渗透系数不大于1×10-5cm/s）。经对比，室内渗透试验值与现场注水试验结果差异较大，主要是由于碎砾石含量分布不均匀、试验边界条件差异大的原因造成。建议渗透系数按平均值分段取值，即迎水坡中上部斜墙填筑土为5.55×10-5cm/s，迎水坡底部斜墙填筑土为1.66×10-4cm/s。

根据该层土质特性，结合试验成果，经统计分析后，建议力学参数：

含水量 w0=31.2%，ρ=1.88g/cm3，e=0.907，a1-2=0.52MPa-1，Es1-2=3.79MPa,C快剪=18.1kPa，Φ快剪=7.0°，C固快=19.1kPa，Φ固快=15.1°。

第③层碎砾石土（反滤层）：根据其土质特性推测，该层透水较强，渗透性大于斜墙土，能较通畅地排出渗透水流。根据钻探情况，斜墙土未发现明显渗透变形现象。综合判断该层基本能有效发挥反滤功能。

3.1.3 坝肩接触带评价

迎水面坝肩接触段地层为第②层含角砾粘性土，接触部位土体特性与3.1.1描述情况无较大差别。

左坝肩ZK5取土测试干密度为1.50g/cm3，压实度为87.2%；接触带注水试验渗透系数为1.92×10-4cm/s。左坝肩ZK4取土测试干密度为1.48g/cm3，压实度为86.0%；接触带注水试验渗透系数为2.55×10-4cm/s。由上可知，左、右坝肩压实度及渗透系数均不能满足相关规范要求，建议坝肩接触带渗透系数按试验值取值。

3.1.4 坝坡稳定性评价

上、下游坝坡均采用干砌块石护坡。通过现场观察，未见坝坡有明显变形、渗漏、开裂、沉陷、滑坡以及其他不良地质现象，目前处于基本稳定状态。

3.2 坝基工程地质条件及评价

3.2.1 地形地貌

左坝肩山体低平，稍显单薄，迎水坡坡脚25°～40°，基岩基本裸露，局部见残坡积含碎砾石粘性土覆盖，局部见少量松散块石堆积，植被不发育；背水坡坡度45°～65°，基岩部分裸露，覆盖层厚度一般少于1m，植被发育。坝址河床较窄，河谷深切，呈近“V”字型。右坝肩山体较厚实，迎水坡坡脚15°～30°，基岩基本裸露，局部见残坡积土覆盖，厚度一般少于0.5m，植被不发育；背水坡坡度40°～55°，基岩部分裸露，覆盖层厚度一般少于1m，植被发育。

3.2.2 地质构造

坝址无区域性断裂通过，区域构造稳定性较好。坝址两岸山体岩体完整性较好，未见较大断裂通过，构造形迹以中小型节理为主，多呈陡倾、闭合状。

3.2.3 坝基岩性

本次勘察揭露坝基岩性为弱风化燕山晚期第三次侵入钾长花岗岩[εγ3(3)5]，现将其特性按描述如下：

第④层弱风化钾长花岗岩：未揭穿，揭露最大厚度5m，肉红色，细粒花岗结构、文象结构，晶洞构造。岩体完整性总体较好，岩芯多呈柱状、短柱状，裂隙不发育。

3.2.4 坝基工程地质评价

第④层弱风化钾长花岗岩：岩质坚硬，承载力高，抗变形能力强，抗剪强度高，工程力学性质好。在该层中做压水试验4组，透水率为1.51～2.15Lu，平均为1.78Lu，渗透性等级为弱透水，满足相关规范要求。建议该层透水率按平均值1.78Lu取值。

综合考虑坝基岩体特征，推测坝基弱风化岩体的工程地质分类以Ⅱ类为主。主要力学参数建议值如下：

岩石密度2.50g/cm3；饱和单轴抗压强度60～70MPa；变形模量（0.5～1.0）×104MPa；泊松比0.22～0.25；坝基岩体承载力标准值：2.2MPa；坝体岩体抗剪断强度f′=1.1～1.3，c′=1.4～1.6MPa；抗剪强度：f=0.7，c=o。

3.2.5 坝址两岸山体边坡稳定性评价

坝址两岸山体覆盖层浅薄，基岩部分出露，岩性为透水性差、岩质坚硬、抗风化能力强的钾长花岗岩，岩体总体完整性较好，未见不利于边坡稳定的断层和不利构造组合，两岸边坡整体稳定。

4 副坝工程地质条件及评价

4.1 地形地貌

左坝肩与进坝公路连接，所处山体较厚实，山体坡度30°～45°，基岩基本裸露。河床相对较平缓，呈“U”字型。右坝肩山体厚实，山体坡度15°～30°，基岩零星出露，覆盖层一般少于1.5m，植被较发育。

4.2 地质构造

坝址无区域性断裂通过，区域构造稳定性较好。坝址左岸岩体完整性一般，未见较大断裂通过，但中小型节理较发育，多呈陡倾、闭合状。右岸基岩露头不良，未见较大构造发育。

4.3 地层岩性

根据踏勘情况，参考现有资料，坝体主要由护坡块石及普通填筑土组成，其表部特征如下：

护坡块石：块石直径一般为30～50cm，个别大于60cm。块石岩性主要为钾长花岗岩，主要呈弱风化状，块石间空隙较大，坡面欠平整。

普通填筑土：岩性为含角砾粘性土，灰黄色，稍湿—很湿，可塑，中等压缩性。夹少量碎砾石，主要呈全—强风化状。

坝基：推测坝基为强—弱钾长花岗岩，肉红色，细粒花岗结构、文象结构，晶洞构造。

4.4 工程地质评价

护坡块石抗压强度高，抗风化能力较强，满足工程需求，但其表面欠平整，局部破损，建议修整。

普通填筑土及坝基分布情况不明确，建议补充地质勘察工作，查明普通填筑土分布特征、渗透特性、压实情况及坝基岩体风化情况、完整程度、渗透特性等。

坝址左岸山体基岩基本裸露，岩体完整性一般，节理较发育，上部山坡受节理切割影响，局部见欠稳定岩块，影响通行安全，建议清除。右岸山体平缓，覆盖层浅薄，其底座为钾长花岗岩，未见较大不利于边坡稳定的断层和构造组合通过，边坡整体稳定性较好。

5 结论

（1）工程区位于少震、弱震区，测区构造处于基本稳定状态。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），设防水准为50年超越概率10%的地震动参数为：反应谱周期0.25s，动峰加值加速度0.05g，测区基本地震烈度为Ⅵ度。

（2）库区不存在永久性渗漏问题；不存在淹没和浸没问题；库区右岸及库尾岸坡总体稳定性较好，但左岸干砌块石直立挡墙部分已隆起变形，稳定性差，建议修复；库区有一定的固体径流来源，淤积轻微。

（3）根据现场踏勘情况，主坝坝坡未见有明显的不良地质现象，目前处于基本稳定状态。勘察期间，库水位较低，未见坝脚有明显渗水现象；主坝斜墙土级配不良，压实度及防渗能力不能满足《碾压式土石坝设计规范》（DL/T 5395-2007）的要求，建议设计根据试验指标对坝体稳定进行复核，采取有效措施保障坝体稳定；主坝反滤层渗透性大于斜墙土，能较通畅地排出渗透水流，斜墙土未发现明显渗透变形现象，推测反滤层基本能有效发挥反滤功能；主坝坝基工程地质条件较好，坝基弱风化岩体的工程地质分类以Ⅱ类为主，其岩体力学性质、抗渗能力均满足工程需求；主坝坝址两岸山体未见不利于边坡稳定的断层和不利构造组合，边坡整体稳定。

（4）副坝护坡块石表面欠平整，局部破损，建议修整。副坝坝体填筑土及坝基工程地质情况不明，建议补充地质勘察工作；副坝坝址左岸上部山坡受节理切割影响，局部见欠稳定岩块，影响通行安全，建议清除。右岸边坡整体稳定性较好。