李家岩水库建坝工程地质条件分析

杨绍平，闫宗平，李叶，牟江天



李家岩水库建坝工程地质条件分析

杨绍平1，闫宗平1，李叶2，牟江天1

（1 四川水利职业技术学院，成都 611231；2 四川省水利水电勘测设计研究院，成都 610072）

李家岩水库是成都市第二水源地，水库坝区的工程地质条件是决定大坝址安全的关键因素，本文从坝区基本地质条件出发，分段对坝区进行工程地质条件分析，针对坝基岩土强度不均、坝基坝肩渗漏、坝基开挖边坡稳定等主要工程地质问题进行分析评价及处理措施建议，其成果为工程设计提供依据。

李家岩水库 坝区 工程地质条件工程地质问题

李家岩水库位于岷江支流西河上游的文井江山区河段，是以城乡供水为主(成都第二水源地)，兼顾灌溉、发电等综合利用,属大（2）型工程。坝址选定在怀远镇青峰岭社区平安大桥上游约1.3km河段，拟建钢筋混凝土面板堆石坝。水库集雨面积354km2，多年平均流量14.6m3/s，设计正常蓄水位763.0m，最大坝高123.0m，总库容17 346×104m3，供水引用流量10m3/s，应急供水流量13m3/s，电站装机19.2MW。

1 坝区基本地质条件

1.1 地形地貌

坝址区谷底宽约30～45m，河床高程658～662m，枯水期河水面宽6～30m，水深约0.3～2m，局部河床段基岩裸露，枯期大部分漫滩露出水面。右岸发育狭窄Ⅱ级阶地，两岸基本对称，呈“V”型狭谷。岸坡为台阶状斜坡、台地或陡崖，左岸岸坡较陡立，自然坡角一般30°～50°，局部达60°～80°，右岸岸坡上缓下陡，下部自然坡角50°～60°，上部5°～30°，两岸自然坡高130～250m。

1.2 地质特征

坝址区出露地层主要为侏罗系上统莲花口组上段粉砂岩、粉砂质泥岩不等厚韵律互层夹薄层岩屑砂岩、岩屑石英砂岩夹薄层粉砂质泥岩、粉砂质泥岩夹砂岩、粉砂岩；白垩系下统夹关组砂岩与粉砂质泥岩不等厚互层夹薄层透镜状砾岩、砂岩夹粉砂质泥岩、块状砾岩夹薄层岩屑砂岩、砾岩与岩屑砂岩不等厚互层；灌口组厚层块状砾岩夹薄层透镜状岩屑砂岩及第四系全新统松散堆积层。

岩层为单斜构造，未见断层发育。岩层产状N24°～65°E/SE∠33°～67°，总体倾下游偏左岸，为斜向谷。据野外统计，有四组主要构造裂隙发育。

1.3 环境地质及水文地质特征

物理地质现象主要为岩体的风化卸荷、崩塌及滑坡。崩塌主要是厚层砂岩、砾岩受裂隙切割产生产生，堆积于陡崖下部或河床。滑坡共有2处，分别为坝前左岸的古家岗老滑坡和右岸的朱家岩滑坡，朱家岩滑坡距离大坝较近，现有下滑迹象，对施工期和水库运行期的趾板存在安全隐患。

区内地下水主要为覆盖层中的孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要埋藏于河床及冲沟的漂卵砾石夹砂、孤块碎石夹砂土中，含水较丰富，受河（沟）水及大气降水补给，地下水位随河水涨落而变化。基岩裂隙水主要埋藏于岩体风化带及构造裂隙中，含水不丰，风化带岩体一般为含水层或透水层，新鲜完整的粉砂岩、粉砂质泥岩致密，含水微弱，透水性较差，为相对隔水层。据水质分析成果表明，坝址区地表水地下水类型为重碳酸钙型水（HCO3-Ca）、重碳酸硫酸钙型水（HCO3-SO4-Ca），对混凝土、钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性。

1.4 岩土体工程地质特性

1）坝区岩石为砂岩、粉砂质泥岩及厚层块状砾岩夹岩屑砂岩，砂岩、砾岩中构造裂隙较发育，粉砂质泥岩及泥质粉砂岩中裂隙分布较少。据坝区27个钻孔及2个平硐声波测试资料及钻孔RQD值统计判断，强风化岩石完整程度为破碎～较破碎、弱风化岩石为完整性差～较完整、新鲜岩石为较完整～完整。

据室内试验分析，其中砾岩分为泥钙质砾岩和钙泥质砾岩。新鲜和弱风化泥钙质砾岩饱和抗压强度平均值为34.1Mpa、30.9Mpa，属中硬岩；新鲜及弱风化钙泥质砾岩饱和抗压强度平均值分别为19.3Mpa和12.3Mpa，属较软岩和软岩；新鲜及弱风化砂岩饱和抗压强度平均值为20.7Mpa和16.2Mpa，均属较软岩；新鲜泥质粉砂岩饱和抗压强度平均值为5.6Mpa，属软岩；新鲜粉砂质泥岩饱和抗压强度平均值为4.3Mpa，属极软岩。据现场统计坝基岩体中软质岩和中硬岩约各占50％。坝基中强度高、岩体质量较好的砾岩，其变形模量明显高于坝基岩体的综合变形指标。

2）坝区土体主要为崩坡积孤块碎石夹粘土、河流冲积漂卵砾石夹砂。崩坡积层厚度3～20m，主要为砂岩、砾岩、粉砂岩等，隙间充填少量粘土，结构松散。据土工试验，其天然密度2.11g/cm3，相对密度>0.87。＞200mm粒径含量为4.3%，200～60mm粒径含量为14.2%，60～5mm含量为55.1%，＜5mm含量为26.5%；不均匀系数118.57，级配不良，局部具架空结构。其承载力低、抗变形能力差。孤块碎石夹粘土渗透变形类型为管涌。

河流冲积层厚度0～8m，漂卵石成分主要为砂岩、灰岩及少量花岗岩、砾岩。结构松散，局部架空。据土工试验，天然密度2.20g/cm3，相对密度0.43，为中密层。＞200mm粒径含量为19.1%，200～60mm粒径含量为22.7%，60～5mm含量为40.8%，＜5mm含量为17.5%。不均匀系数为24.42，级配不良。河床漂卵砾石夹砂>5mm含量为82.5%>70%，不存在地震液化问题。

据勘探揭示，Ⅱ级阶地上冲积层呈二元结构，上部为1～3m厚的紫红色粉质粘土，局部夹少量砾石，粘土呈可塑状；下部为漂卵砾石夹砂。据超重型动力触探按密实度分为松散-稍密层、中密层、密实层。漂卵砾石成分以花岗岩、砂岩、灰岩为主。据土工试验，密实层漂卵砾石夹砂，天然密度2.32g/cm3，相对密度0.75。＞200mm粒径含量为32.7%，200～60mm粒径含量为18.7%，60～5mm含量为29.0%，＜5mm含量19.7%，不均匀系数为169.6，级配不良，压缩模量Es0.1～0.2= 60.6～114.9MPa，为低压缩性土。不固结不排水剪（UU）φ=31.6°～32.9°，凝聚力C=0.13～0.25MPa，具有较高的抗剪强度。

2 坝区工程地质条件分析

2.1 左坝肩段

地表大多分布3～5m厚坡残积之粉质粘土夹块碎石。下伏基岩为棕红色厚层砂岩夹薄层粉砂质泥岩、棕红色砾岩夹岩屑砂岩。岩层产状N36°～50°E/SE∠40°～57°，岩体强风化带厚度为6～12m，弱风化带厚度为8～10m。据钻孔揭示及试验，强风化带岩体渗透系数K=（1.8～4.7）×10-4cm/s，属中等透水层；弱风化带岩体透水率q=3.6～37Lu，属弱～中等透水层；新鲜岩体透水率q=1.4～5.9Lu，属弱透水层。钻孔终孔地下水位分别为727.34m、775.37m，低于正常蓄水位，存在绕坝渗漏问题。

2.2 左岸坡段

上段为陡坡或陡崖，地形坡度60°～75°，局部近于直立，基岩裸露；下段为斜坡，地形坡度30°～45°，局部较陡。地表分布有3～15m厚的崩坡积孤块碎石夹粘土层，结构松散。据地质测绘和勘探揭示基岩为棕红色厚层砂岩夹薄层粉砂质泥岩、棕红色砾岩夹岩屑砂岩、棕红色砾岩与岩屑砂岩不等厚互层、棕红色厚层块状砾岩夹薄层透镜状岩屑砂岩。其中砂岩约占岸坡岩层总厚度的20％～25％，砾岩约占75％～80％。岩层产状N36°～50°E/SE∠40°～57°，总体倾下游偏坡内，为斜向坡。岩体为中厚层状或厚层块状结构，少量碎裂状结构。主要发育三组构造裂隙：①N5°～22οE/NW或SE∠20°～45°，延伸长度5～15m；②N70°～78°E/NW或SE∠65°～78°，延伸长度1～7m；③N45°W/NE∠58°，延伸长度1.5～3m。岸坡岩体中多数结构面组合交线倾向坡内，岸坡整体是稳定的。岩体强风化带厚度为2.8～5m，弱风化带厚度为5～10m。据试验，强风化带岩体渗透系数K=（1.8～12）×10-4cm/s，属中等透水层；弱风化带岩体透水率q=2.7～37Lu，属弱～中等透水层；新鲜岩体透水率q=1.4～9.2Lu，属弱透水层。q＞3Lu透水带厚度为34～82m，岸坡地下水位671.09～727.34m，低于正常蓄水位763m，存在坝基渗漏问题。

2.3 河床坝基段

勘探查明，河床覆盖层厚度一般0～3m，坝上游河流转弯处较厚，最深达8.4m，物质组成为漂卵砾石夹砂，漂卵石成分主要为砂岩、灰岩及少量花岗岩、砾岩，粒径3～10cm居多，部分20～30cm，大者可达0.5～1m，漂卵石含量约占75％～80％。结构较松散，局部架空。据勘探揭示下伏基岩为棕红色砾岩与岩屑砂岩不等厚互层及棕红色厚层块状砾岩夹薄层透镜状岩屑砂岩。坝基岩体中（勘探深度内）砂岩约30％，砾岩约占70％。据钻孔声波测试和岩石强度试验成果，泥钙质砾岩以钙质胶结为主，属中硬岩，单层厚度3.5～46m不等，约占砾岩层总厚度的53％；钙泥质砾岩以泥质胶结为主，属较软岩，单层厚度3.3～27m不等，约占砾岩层总厚度的47％。岩层产状N36°～39°E/SE∠50°～55°，基岩顶板起伏较大，顶板高程650～657m，强、弱风化带厚度分别为3～8m与6～10m。坝基岩体无连续缓倾角结构面分布。钻孔压、注（抽）水试验表明，河床坝基漂卵砾石夹砂渗透系数K=2.2×10-2cm/s，属强透水层；强风化带岩体渗透系数K=（1.4～21）×10-3cm/s，属强～中等透水层；弱风化岩体透水率q=7.9～13Lu，属弱～中等透水层；新鲜岩体透水率q=0.6～9.6Lu，属微～弱透水层。岩土体q＞3Lu透水带厚度为43～47m，存在坝基渗漏问题。

2.4 右岸坡段

下段为Ⅱ级阶地前缘及平台，阶地前缘阶坎高18～20m，基岩部分出露。阶面较平缓，阶地呈“二元”结构，上部粉质粘土，暗褐色，厚1～3m，局部夹砾石；下部按密实度为松散～稍密卵砾石夹砂，中密卵砾石夹砂，密实漂卵砾石夹砂。上段为斜坡，坡角一般15°～35°，局部陡坎达60°；缓坡分布有1～8m厚的坡残积粘土夹块碎石。据野外测绘和勘探揭示基岩为棕红色厚层块状砾岩夹薄层透镜状岩屑砂岩及棕红色砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质泥岩不等厚韵律互层夹灰质砾岩。其中砂岩、砾岩约占岸坡岩层总厚度的70%～80％，粉砂质泥岩、泥质粉砂岩约占20％～30％。岩层产状N43°～46°E/SE∠57°～60°，总体倾下游偏坡外，为斜向坡。岩体大多为中厚层状或厚层块状结构，少量碎裂状结构。发育三组构造裂隙：①N5°E/NW∠39°，延伸长度3～7m；②N47°W/NE∠78°，延伸长度1～3m；③N6°W/SW∠34°，延伸长度3～8m。岸坡岩体中少数结构面组合交线倾向坡外，岸坡地形呈阶梯状，整体稳定。岩体强风化带厚度为3～8m，弱风化带厚度6～10m。据试验，强风化带岩体渗透系数K=（3.1～10）×10-4cm/s，属中等透水层；弱风化带岩体渗透系数K=3.2×10-3cm/s或q=5.6～72Lu，局部Q＞67L/m，属弱～中等透水层，局部呈强透水；新鲜岩体透水率q=0.8～8.6Lu，属微～弱透水层，局部裂隙发育，透水率q=29～36Lu，属中等透水层。q＞3Lu透水带厚度为35～89m。岸坡稳定地下水位660.16～706.56m，低于正常蓄水位763m。存在坝基渗漏问题。

2.5 右坝肩段

据地质测绘及勘探揭示地表分布有1～3m厚的坡残积粘土夹块碎石，下伏基岩砾岩夹砂岩薄层或透镜体、棕红色砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质泥岩不等厚韵律互层夹灰质砾岩。岩层产状N48°～53°E/SE∠55°～62°，总体倾下游偏坡外，为斜向坡。岩体强、弱风化带厚度分别为3～8m与6～13m。强风化带岩体渗透系数K=3.2×10-3cm/s，属中等透水层；弱风化带岩体渗透系数K=8.0×10-4cm/s，局部Q＞67L/m，属强-中等透水层；新鲜岩体透水率q=1.4～8.6Lu，属微-弱透水层，局部裂隙发育，透水率q=29～36Lu，属中等透水层。右坝肩岩体存在透水带，存在绕坝渗漏问题。

3 主要工程地质问题及评价

3.1 坝基持力层的选择

趾板下部为孤块碎石土、河床漂卵砾石夹砂，厚度不大，结构松散，不能作为趾板地基，建议挖除；两岸及河床段岩体强风化带厚度3～8m，裂隙较发育、岩体破碎-较破碎、强度低，不宜作趾板地基，建议挖除；弱风化泥钙质砾岩、钙泥质砾岩及砂岩厚度5～10m，其强度能满足设计要求，而可作为趾板地基，由于岩体裂隙较发育，呈较破碎-较完整状，需采取加固处理措施。

右岸Ⅱ级阶地上部粉质粘土层呈可塑状，不能满足设计要求，建议全部挖除。其下松散-稍密卵砾石夹砂和中密卵砾石夹砂变形模量均较小、压缩变形大、承载力低，也不宜作为堆石区地基，建议全部挖除。密实漂卵砾石夹砂厚3～5m，其结构较均一、承载力较高，压缩模量平均值达74.8MPa，属低压缩性土，可作为坝基持力层。左右两岸其余岸坡清除松散堆积层及松动岩块后以基岩作为堆石区地基。

3.2 坝区渗漏分析计算及防渗边界确定

河床坝基及两坝肩均存在中至强透水带，需分析计算其渗透量，左岸坡岩土体透水带厚度（q＞3Lu）为34～82，右岸坡岩土体透水带厚度（q＞3Lu）为35～89m，河床坝基透水带厚度（q＞3Lu）43～47m。坝基、坝肩渗漏量估算如下：

坝基渗漏计算：Q坝基=KLH·M/（2b+M）

绕坝渗漏计算：Q绕坝=0.366KH（H1+h1）·lg（B/r）

式中：Q—渗漏量（m3/d）；K-渗透系数（m/d）；L-坝基长度（m）；H-坝上、下游水位差（m）；M-坝基透水带岩体平均厚度（m）；2b-坝底宽度（m）；H1-上游岸边透水带岩体厚度（m）；h1-下游岸边透水带岩体厚度（m）；B-坝肩绕渗带宽度（m），以地下水位线与正常蓄水位线交点至岸边的距离为绕渗带宽度；r—坝肩接头绕渗半园的半径（m）。

计算结果为：Q左绕=0.045m3/s，Q右绕=0.022m3/s，Q坝基=0.005 3m3/s，坝区总渗漏量Q总=0.071m3/s。约占文井江多年平均流量14.6m3/s的0.5％，年渗漏量占总库容的1.3%。需对坝基、坝肩进行防渗处理。建议防渗帷幕左、右坝坡段及河床段沿坝轴线布置，左岸自坝肩接头处转向上游山内水平延伸长度160m（接下坝ZK11钻孔长观最低地下水位763.9m），右岸自坝肩接头处处沿坝轴线延伸至闸肩并穿越溢洪道闸基与之连成一体向山内水平延伸长约90m进入相对不透水岩体；垂直防渗深度进入相对不透水层（q≤3Lu）以下5～10m。

3.3 地基不均匀变形问题

左岸趾板地基岩体为砂岩、泥钙质砾岩、钙泥质砾岩，呈不等厚互层状；河床及右岸趾板地基岩体为泥钙质砾岩、钙泥质砾岩，软硬分布不均；且不同岩性的岩体变形模量差异较大，趾板地基存在不均匀变形问题，需沿趾板地基采取加固处理措施。

4.4 开挖边坡稳定分析与评价

左坝肩坝顶以上开挖边坡高20～35m，边坡岩体为厚层砂岩夹粉砂质泥岩、厚层砾岩夹薄层岩屑砂岩，岩层产状N36°～50°E/SE∠40°～57°，为斜向坡，倾坡内。岩体发育两组裂隙：L1 N45°W/NE∠58°，L2 N5°E/NW∠45°。据赤平投影分析，层面与裂隙L1组合交线倾向与边坡倾向相反，有利于边坡稳定；层面与裂隙L2组合交线、裂隙L1与裂隙L2组合交线均倾向于坡外，倾角小于开挖坡角，各组裂隙延伸较短、连通性较差，很难发展为危及边坡整体稳定的组合，开挖边坡整体稳定。但在强风化带岩体中开挖边坡时，岩体较破碎，存在局部坍塌可能，施工需加以防护。

右坝肩地形为山脊、斜坡，大多基岩裸露，为厚层块状砾岩夹薄层透镜状岩屑砂岩及砂岩、粉砂岩与粉砂质泥岩不等厚互层，岩层产状N36°～39°E/SE∠50°～57°, 为斜向坡，倾坡外。岩体中发育两组裂隙：L1 N76°E/SE∠85°，L2 N3°W/SW∠15°，延伸长度3～8m。据赤平投影分析，层面与裂隙L2、裂隙L1与裂隙L2组合交线倾向与边坡倾向相反，有利于边坡稳定；层面与裂隙L1组合交线均倾向于坡外，倾角小于开挖坡角，局部存在不稳定块体，开挖过程中可能产生局部垮塌。

4 结语

李家岩水库坝区出露地层主要为侏罗系和白垩系地层，坝址区未见断层发育，趾板地基岩体为泥钙质砾岩、钙泥质砾岩、砂岩等呈不等厚互层状，软硬分布不均，其变形模量差异较大，地基存在不均匀变形问题，需进行处理。同时河床坝基及两坝肩均存在中至强透水带，存在坝基和坝肩渗漏问题，通过计算，坝区总渗漏量约占文井江多年平均流量的0.5％，占总库容的1.3%，需对坝基、坝肩进行防渗处理，防渗边界应至相对不透水层。利用边坡赤平投影分析得出在左坝肩开挖边坡整体稳定，存在局部坍塌可能；右坝肩局部存在不稳定块体，开挖切脚易产生顺层滑动，施工时需采取处理措施。

[1] 四川省水利水电勘测设计研院. 四川省成都市李家岩水库工程初步设计报告[Z]. 工程地质(审定本）,2016年10月

On Engineering Geology of the Dam Site of the Lijiayan Reservoir

YANG Shao-ping1YAN Zong-ping1LI Ye2MOU Jiang-tian1

(1-Sichuan Water Conservancy Vocational and Technical College, Chengdu 611231; 2-Sichuan Institute of Water Conservancy and Hydropower Survey Design, Chengdu 610072)

The Lijiayan Reservoir is the second water source of Chengdu City. This paper has a discussion on engineering geological problems and treatment countermeasures such as intensity of rock and soil, seepage of dam foundation and dam abutment, dam foundation excavation slope stability of the dam site of the Lijiayan Reservoir.

Lijiayan Reservoir; dam site; engineering geological condition; engineering geological problem

2018-02-11

杨绍平（1963-），男，四川剑阁人，教授级高级工程师，主要从事水文地质、工程地质教学与生产科研

P642.3

A

1006-0995（2018）01-0274-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.02.020