檀山沟水库坝址区工程地质条件及主要地质问题浅评

2018-03-27李嵘

山西水利科技 2018年4期

李嵘

（山西省水利水电勘测设计研究院山西太原 030024）

1 工程概况

檀山沟水库位于盂县檀山沟村上游的檀山沟河干流上，主要用于解决盂县工农业灌溉以及生活用水。水库大坝拟采用堆石混凝土重力坝，设计坝顶相对高程为40.9 m，坝基底相对高程为1.5 m，坝底最大宽度为34.25 m，拟建水库正常蓄水位相对高程为34.7 m，设计洪水位相对高程为37.15 m，校核洪水位相对高程为39.45 m，库容为122.0×104m3。

2 坝址区工程地质条件

2.1 地形地貌

坝址位于檀山沟村上游约1.4 km处，该处河流流向为N72°E，河床地面相对高程为3.0～8.5 m，河道宽约 260 m。河谷呈“V”字型，左岸坡坡度 30°～35°，右岸坡坡度50°～55°。两岸坡大多基岩裸露，局部被松散层覆盖，松散层厚度小于5 m。

坝址区主要物理地质现象为基岩风化，由于岩体较完整，矿物颗粒细微均匀，结构致密，风化程度相对较弱。强风化带表现为岩体裂隙发育，岩石棱角不清，锤击易碎，断面可见新鲜面，用镐可挖掘。弱风化带裂隙较发育，岩石棱角可见，岩体多被切割成小块状，裂隙间有次生矿物充填，锤击声脆，断口为新鲜面，不能用镐挖掘，需爆破开挖。左岸基岩强风化层厚2～3 m，弱风化层厚4.0～6.0 m，右岸基岩强风化层厚3～4 m，弱风化层厚4.0～6.0 m，坝基强风化层厚1.5～3.5 m，弱风化层厚2～3 m。岩体中黑云角闪斜长片麻岩的风化程度较变质二长花岗岩强烈。

2.2 地层岩性

坝址区覆盖层有第四系上更新统坡洪积层（Q3dpl），岩性为含碎、块石浅黄色低液限粉土，厚0～5 m；全新统洪冲积（Q4pal），岩性为卵石混合土、级配不良砾，厚0～2 m。坝址区基岩为中生界龙华河群榆林坪组（Arlny）岩层，岩性以变质二长花岗岩为主，夹有少量黑云角闪斜长片麻岩。

2.3 地质构造

坝址区岩层产状在右岸坡不明显，左岸为N20°～30°E/NW∠5°～8°，从垂直河谷的剖面上看，岩层在总体向上游倾斜的同时还向左岸微倾。

区内发育有节理裂隙，左岸节理裂隙主要发育一组：N0°～20°W/SW∠70°～90°。裂隙多微张与闭合，泥质充填或无充填，延伸不远，裂隙多发育于黑云角闪片斜长麻岩中，而二长花岗岩体则发育较少，与河流近于垂直。

2.4 水文地质

坝址区地下水类型主要为变质岩类裂隙水，赋存于变质岩裂隙孔隙中。两岸钻孔地下水位均高于河谷水位，地下水由两岸补给河床。

河床地下水位埋深1.0～1.5 m，水位相对高程为4.5 m左右。

从钻孔压水试验分析，基岩透水率多小于10 Lu，属弱透水层，在坝基埋深14 m以上局部地段吕荣值达13.3 Lu，属中等透水层。总体分析，基岩强风化层属中等透水层，弱风化与新鲜层属弱透水层。

2.5 岩体物理力学性质

榆林组变质二长花岗岩：干抗压强度103.6～139.4 MPa，平均值 121.1 MPa；饱和抗压强度（Rc）为70.4～99.8 MPa，平均值为 86.2 MPa；天然密度为 2.61～2.67 g/cm3，平均值为 2.64 g/cm3；饱和密度为 2.64～2.70 g/cm3，平均值为 2.67 g/cm3；饱水率为 0.16%～0.35%，平均值为0.21%；饱和变形模量为（2.13～2.49）×104MPa，平均值为 2.23×104MPa；饱和抗剪断试验，C′为 30.8～39.7 MPa，平均值为 34.3 MPa，Φ′为 28.9°～33.4°，平均值为31.2°；泊松比烘干状态时为0.20～0.25，平均值为0.23，饱和状态时为0.22～0.29，平均值为0.25；软化系数为0.66～0.76，平均值为0.71。

榆林组黑云角闪斜长片麻岩：干抗压强度为102.3～130.2 MPa，平均值为 119.5 MPa；饱和抗压强度为 71.1～92.6 MPa，平均值为 86.5 MPa；天然密度为2.69～2.75 g/cm3，平均值为 2.72 g/cm3；饱和密度为2.70～2.76 g/cm3，平均值为 2.73 g/cm3；饱水率为 0.19%～0.25%，平均值为0.22%；饱和变形模量为（2.12～2.56）×104MPa，平均值为 2.23×104MPa；饱和抗剪断试验，C′为 29.8～32.5 MPa，平均值为 31.1 MPa；Φ′为29.9°～31.8°，平均值为 30.8°，泊松比烘干状态时为0.21～0.27，平均值为 0.24，饱和状态时为 0.23～0.32，平均值为0.27；软化系数为0.70～0.75，平均值为0.72。

据坝址钻孔物探声波测试，岩体纵波波速范围值左岸为 2 167～4 393 m/s，右岸为 3 277～4 405 m/s，坝基为 3 027～4 341 m/s。

3 坝址区工程地质问题及评价

3.1 建基面选择

坝基基岩强风化层承载力低，不能满足坝基持力层要求，坝基基岩强风化层厚1.5～3.5 m，弱风化层厚2～3 m。建议将坝体置于基岩微风化层。

3.2 坝基渗漏

坝基基岩渗漏主要是变质岩风化层的渗漏。经估算，坝基渗漏量约为479 m3/d，建议对坝基特别是强风化层进行帷幕灌浆处理。

3.3 绕坝渗漏

从两岸坡钻孔压水试验资料分析，坝体左岸透水率最大为9.0 Lu，右岸透水率最大为5.67 Lu，小于10 Lu，属弱透水层。定量估算左岸绕渗量约126 m3/d，右岸岸绕渗量约34 m3/d。建议采取适当帷幕灌浆防渗处理。

3.4 坝肩抗滑稳定性分析

左坝肩为岩质边坡，岩层属于中生界龙华河群榆林坪组（Arlny）厚层-巨厚层变质二长花岗岩夹黑云角闪斜长片麻岩。整体边坡陡立，坡度为40°～45°。左坝肩岩层产状为 N20°～30°E/NW∠5°～8°，倾向山里偏上游。岩体内主要发育一组节理裂隙，产状为N0°～20°W/SW∠70°～90°，走向与坝肩近垂直，岩层与节理裂隙的组合关系对岩体稳定较为有利，岩体宏厚，岩石坚硬，岩体无软弱夹层，下游无临空面，分析左坝肩边坡整体稳定性好，岸坡稳定。

右坝肩为岩质边坡，岩层属于中生界龙华河群榆林坪组（Arlny）厚层-巨厚层变质二长花岗岩夹黑云角闪斜长片麻岩。坡度在正常蓄水位以下约为50°，在正常蓄水位以上为30°～35°。右坝肩多由巨厚层的变质二长花岗岩组成，岩层产状不明显，发育顺河向的卸荷裂隙及强风化岩体，强风化岩层厚2 m左右，岩体内无软弱夹层，弱风化及新鲜岩石坚硬，下游无临空面，分析右坝肩边坡整体稳定性好，岸坡稳定。建议对右坝肩进行削坡处理，清除强风化岩层和破碎岩体。