息烽两岔河水库地质条件评价与坝型选择

2018-04-02兰绍华

陕西水利 2018年1期

兰绍华

息烽两岔河水库位于息烽县西北部，距息烽县城约10 km。建库河流息烽河为乌江右岸一级支流，属长江流域乌江水系。该工程主要功能为供水，主要枢纽建筑为大坝。坝高70m，正常蓄水位910 m，水库回水线长约4.1 km，库容约1250万m3，为中等规模水利工程。

1 坝址基本地质条件

1.1 地形地貌

坝址位于鱼洞上游约130 m，河谷为不对称"U"型纵向谷，河床高程853.8～854.0 m，河面宽28 m，正常高蓄水位河面宽116 m，宽高比2.5。两岸边坡较陡，左岸884 m以下地形坡度53°，以上地形坡度24°，后缘山顶高程1053 m，坡高198 m；右岸882 m以下为陡壁，以上地形坡度36°，后缘山顶高程990 m，坡高135 m。由于河流地质营力的作用，在河床左岸堆积砂、卵、砾石层形成漫滩。

1.2 地层岩性

坝址区覆盖层主要分布于河床，基岩为三迭系中统松子坎组（T2s）和狮子山组第一段（T2sh1）地层，根据其岩性不同，松子坎组（T2s）细分三小层，其地层岩性及分布位置见表1。

表1 坝址区地层岩性特征表

1.3 地质构造及结构面

坝址地质构造复杂，岩层产状倒转多变，总体产状走向N50°～60°E，倾向 SE，倾角 37°～75°。坝址主要发育的断裂构造为坝址下游F3断层和坝址上游右岸冲沟f1断层。

图1 DF3测线视电阻率反演色度图

F3断层：该断层走向 N55°E，倾向 SE，倾角 50°～60°。据物探DF3测线资料（图1），该段层距坝址102 m，断层破碎带及影响带岩体极为破碎，视电阻率极低[1]，在10～100Ω·m间变化，且杂乱无章，宽度＞50m。据地表调查，该断层为强透水断层，控制两岸岩溶洼地、落水洞及暗河系统发育主方向。

f1断层：位于坝首右岸上游冲沟，延伸长度80～120 m，断层走向 N60°～85°W，倾向 NE，倾角 20°～22°，断层破碎带宽0.3～0.5 m，断距1.2～1.5 m，为压扭性断层，受其影响，两侧岩体多褶曲。据地表调查，f1断层延伸不长，因远离坝址，对坝址影响较，但两侧次生的羽状裂隙因延伸长，连通性好，对坝址坝肩抗滑稳定影响较大。

根据坝址区裂隙统计（见图2），坝址主要发育裂隙有4组，其中①、③、④较集中在左岸，①、②较集中发育在右岸，其特征见表2。

图2 坝址裂隙等密度图

表2 坝址区裂隙发育特征表

1.4 软弱夹层

根据两坝肩平硐揭露，两坝肩软弱夹层发育，其中左坝肩发育有2条软弱夹层，为岩屑夹泥充填；右坝肩发育2条软弱夹层，为泥夹岩屑充填。

2 坝址主要工程地质评价与坝型选择

2.1 大坝抗滑稳定评价及坝型选择

2.2.1 坝基稳定评价

坝址坝基持力层为狮子山组第一段（T2sh）1中-厚层灰岩、白云质灰岩，岩层陡倾，走向线与河床斜交，交角40°，倾向左岸偏上游，岩层层面不构成滑动面。根据野外裂隙调查，对坝基抗滑稳定不利的裂隙主要为缓倾角裂隙③，裂隙③产状335°～358°∠16°～25°，裂隙发育密度 1.5～3 条/m，延伸长度 0.2～1m；裂隙③仅在右坝肩上游三田冲沟汇口处发育，而根据两坝肩平硐裂隙统计，未见该组裂隙发育，说明该组裂隙发育弱，不构成坝基抗滑稳定的滑动面，大坝坝基除建基面抗滑稳定外，无深层抗滑稳定问题。

2.2.2 坝肩边坡稳定问题

两坝肩出露地层为狮子山组第一段（T2sh1）中-厚层灰岩、白云质灰岩，岩层产状130°∠75°，基岩裸露，为斜向陡倾岩质边坡，边坡结构属稳定结构，现代河谷自然边坡呈稳定状态。据地表调查，坝址两岸软弱夹层较发育，主要为薄层泥质白云岩夹层，沿层面发育，一般厚0.5～3 cm，因坝址靠近区域性断层F3，受其影响，节理裂隙发育程度高，岩体较破碎。根据地表裂隙统计分析，主要有 4组优势节理面，裂隙①：325°～355°∠47°～68°；裂隙②：240°～272°∠46°～77°；裂隙③：335°～358°∠16°～25°；裂隙④：100°～126°∠37°～56°，其中左坝肩发育裂隙为①、③、④组，右坝肩裂隙发育为①、②组。边坡稳定主要受控于软弱夹层面、裂隙面及其之间交线控制，根据节理裂隙统计结果，对两岸边坡选择最不利的节理裂隙进行赤平投影稳定分析[2]，分析结果见图3和图4。

图3 左坝肩边坡赤平投影稳定分析图

图4 右坝肩边坡赤平投影稳定分析图

从图3可见，左坝肩有第④组裂隙落入滑动区内，根据平硐资料，第④组裂隙在强风化带发育，至弱风化带尖灭，延伸不长，连通性差，不构成统一滑移面，仅地表局部有切脚现象，局部形成小块不稳定楔形体，需开挖清除，清除后大坝左岸边坡稳定[3]。

从图4可见，右坝肩有第②组裂隙落入滑动区内，根据平硐资料，第②组裂隙在平硐5.5～6.7 m和11.0～12.5 m为风化夹泥，夹泥厚0.5～2 cm，延伸性好，对大坝坝肩稳定不利，需加强支护措施[4]。

图5 拱坝坝型坝肩抗滑稳定分析示意图

对于拱坝坝型，左岸主要发育裂隙①、裂隙③和裂隙④，坝肩岩体受裂隙切割，存在沿裂隙④结构面滑出的可能。根据左岸平硐揭露，左坝肩岩体溶蚀风化严重，平硐在23 m仍存在溶蚀风化现象，溶蚀风化不均一，多呈囊状，坝基岩体完整性差。平硐内跨孔波速测试结果，平硐在6.5 m之后平均波速3477 m/s，动弹模量23.75 GPa，动泊松比0.31，完整性系数0.31，为较破碎岩体，因此，左坝肩岩体质量属BⅣ类，不宜直接作拱坝坝肩持力层，需作专门的固结灌浆处理，建议固结灌浆范围从河床至坝顶高程，向下游延伸20～30 m，固结灌浆面积约4240 m2。

右坝肩存在沿岩层层面和裂隙②的组合，特别是裂隙②在平硐5.5～6.7m和11.0～12.5m夹风化夹泥，夹泥层厚0.5～2 cm，对拱坝坝肩抗滑稳定不利，需进行抗滑稳定计算。

2.2 坝型选择

坝址受区域性断层F3影响，节理裂隙发育，岩体完整性较差。坝址两岸存在软弱夹层，且左岸存在溶蚀风化带，风化不均一，坝基岩体完整性差。

对重力坝坝型，因岩层陡倾，且为纵向谷，无贯穿性缓倾结构面发育，无深层抗滑稳定问题；对拱坝坝型，左岸存在溶蚀风化带，坝基岩体完整性差，右岸存在软弱夹层，加上岩层与走向线与拱端推力平行，存在沿岩层层面、软弱结构面的滑出模式，对拱端抗滑稳定极为不利，需对坝肩抗力岩体作专门的补强加固处理措施。根据坝址地质条件，对拱坝坝型适宜性差，对重力坝坝型无控制性不利地质因素，适宜修建，因此选择重力坝坝型较适宜。

3 结论与建议

3.1 结论

通过对息烽两岔河水库大坝工程地质条件进行分析，对拟采用有成坝条件的重力坝、拱坝坝基、坝肩进行稳定性分析。得出若选择重力坝坝型坝基无深层抗滑稳定问题；对拱坝坝型，左岸、坝基岩体完整性差，右岸存在软弱夹层，岩层与走向线与拱端推力平行，存在沿岩层层面、软弱结构面的滑出模式，对拱端抗滑稳定极为不利，需对坝肩抗力岩体作专门的补强加固处理措施。通过比较得出，息烽两岔河水库大坝宜选择重力坝坝型。