某水库工程地质条件与成库分析

◎ 王康 牛志强 张元帅 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

近年来，随着水利工程理论水平与施工技术的快速发展以及国家兴修水利的惠民政策，水库建设如火如荼。但是，我国可开发水资源的68%分布在河谷深切、水文地质条件复杂、构造与岩溶发育的西南地区，这使得水库成库前不得不开展细致的地质调查工作，同时也引起了研究学者的浓厚兴趣，孙倩等对新疆某水库坝址处崩坡积堆积体工程地质条件及评价，张小利、郑作民等分别对洪家沟调蓄水库、南水北调东线东湖水库进行了工程地质评价和工程地质问题分析。

本文结合具体的水库工程实例，通过基础地质资料分析、野外地质勘察与测绘、现场与室内试验等手段对水库的工程地质条件进行了详尽的分析，查明了水库成库的可行性，以供大家参考。

1.工程概况

水库位于贵州省普定县，拟建水库总库容1150万m3，正常蓄水位为1220.5m，相应库容为949.06万m3，调节库容799.25万m3，其工程规模属Ⅲ等中型，枢纽主要建筑物为：挡水建筑物（大坝）+提水建筑物+输水建筑物，临时建筑物为导流洞、上下游围堰等，是一座以城镇供水和灌溉用水为主的综合性水利工程。

2.库区工程地质条件

2.1 地形地貌

库区从坝址上游至库尾可大致分为三段，整体表现为峰丛洼地、峰丛沟谷及脊状沟谷等溶蚀、侵蚀低中山地貌（图1）。其中，坝址至上游汇合口处河段多为基本对称的“V”形谷，谷坡两岸山体雄厚、地形完整，河谷下切深度大于300m；汇合口至左侧库尾段地形呈不对称的“V”形谷，坡面发育多条小冲沟，岸坡大多为植被覆盖，主要为灌木及稀疏松树，零星分布有农田；汇合口至右侧库尾段岸坡大多为植被覆盖，主要为灌木及稀疏松树，左缓右陡，左侧现多为耕地、居民点，右侧为低中山。

图1 库区基本地形地貌

2.2 地层岩性

库区分布有二叠系（P2l+P2q+P2m+P2c+P2d+P2β）砂岩、泥岩、砂质页岩、砂质泥岩夹泥灰岩及煤层、厚层块状石灰岩、峨眉山玄武岩，以及三叠系（T1d+T1yn）泥质灰岩、灰黑色泥页岩，岩层主要为单斜构造，产状为N70°～75°E/SE∠26°～33°。此外，库区两岸及低缓斜坡地带出露第四系（Q）崩塌堆积物、河流冲洪积物与残坡积物。

2.3 地质构造

库区位于普定向斜西北翼，区内无大的断裂构造及褶皱发育，只发育两条近平行的F1、F2断层，方向与槽谷走向基本一致，发育长度5～6km，其力学性质为压性断裂，库区工程地质剖面如图2。

图2 库区工程地质剖面图

2.4 岩溶及水文地质条件

库区无大的溶洞及岩溶管道发育，岩体局部分布溶蚀小孔，岩溶发育以表层溶蚀为主。结合区内地层岩性及岩体透水性等地质条件，含水岩组可划分为弱岩溶化含（透）水岩组（T1yn1-1泥岩）、强岩溶化含（透）水岩组（T1yn1-2、T1d3灰岩）两类，地下水赋存于地表覆盖层、基岩节理裂隙中，以岩溶水和基岩裂隙水的形式排泄于沟谷、河流之中。

3.水库成库分析

3.1 库岸稳定性分析

①不良地质体稳定性分析。库区岸坡基岩多裸露，局部陡壁局部发育卸荷拉裂岩体，坝址右岸存在1#、2#堆积体。其中，1#堆积体分布高程1188～1260m，顺河向长度130m，横河向宽度约90m，平均厚度约5m，方量约3.8万m3；2#堆积体分布高程1194～1252m，顺河向长度120m，横河向宽度约90m，平均厚度约2.5m，方量约1.8万m3。

根据现场调查，结合地质测绘与钻孔勘探手段，1#、2#堆积体总体自然坡度30°～40°，植被较好，有小灌木分布，未见有新近垮塌的迹象，物质组成以块碎石为主，物质成分为灰岩、泥质灰岩，判断堆积体基本处于稳定状态。

②坝肩边坡稳定性评价。坝肩左岸边坡坝顶以上自然地形坡度30～45°，上游侧为顺向坡，局部岩体可能发生顺层滑动，下游侧局部裂隙切割及岩体风化，稳定性差，建议加强支护处理措施，坝顶以下坡度较陡，岩层缓倾下游偏左岸，上游边坡近于顺向坡，下游边坡为近于逆向坡，坝头边坡为横向坡，边坡总体稳定，但存在开挖切坡问题，局部岩体可能发生顺层滑动，建议加强支护处理措施。

坝肩右岸边坡坝顶以上开挖高程1224.0～1243.3m，坡高19.3m，设计开挖坡比为1:0.3，总体稳定但局部有顺层滑动可能，坝顶以下边坡按1172m、1182m、1192m、1202m和1212m五级马道开挖，局部岩体风化，稳定性差，需进行边坡支护处理。

3.2 库区防渗分析

库盆可溶岩主要为三叠系大冶组（T1d）灰色中厚层、厚层灰岩，岩溶化程度不高，正常蓄水以下主要以表层的溶蚀、风化为主，深度有限，无大型岩溶管道发育，结合坝址区钻孔压水试验成果（图3、表1）分析，坝址左、右两岸表层岩体因裂隙切割，岩体风化较强烈，岩体的透水率较大，随着孔深增大，岩体风化程度减弱，岩体的透水性逐渐减小，钻孔总计压水段数为137段，岩体透水率为1≤q＜10Lu，弱风化带岩体透水率为5～10Lu，占比38.0%，为弱透水上带，微新岩体一般为3～5Lu，占比40.9%，为弱透水中带，总的来说，岩体透水率较小，库水不具备向深度渗透的途径。但根据野外地质调查表明，坝址岩层产状缓倾，且坝肩岩体裂隙发育，完整性差，地下水位低于正常蓄水位，因此存在库水通过层面、溶蚀裂隙向大坝下游绕渗问题，需进行防渗处理。

图3 库区各部分岩体透水率与孔深关系

表1 坝址区钻孔压水试验成果分析统计表

3.3 诱发地震分析

由成库规模分析，该水库设计正常蓄水位1220.5m，总库容1150万m3，兴利库容799.25万m3，坝前最大抬高水位约50m，库容有限，水库诱发地震可能性较小；由岩性及水文地质条件分析，库盆以透水性较弱的砂岩、泥岩、玄武岩及泥灰岩为主，岩溶管道不发育，诱发岩溶型水库地震的可能性小；由构造及应力分析，库区构造稳定性好，岩性软硬相间，不具有存储大量构造应变能的条件，诱发地震可能性小。

4.结论

本文对拟建水库概况、工程地质条件进行了系统分析，对成库可行性进行了论证，主要结论如下：

（1）水库为Ⅲ等中型，设计正常蓄水位1220.5m，总库容1150万m3，满足该城镇供水和灌溉用水基本要求。

（2）库区主要为溶蚀、侵蚀低中山地貌，以二叠系、三叠系以及第四系岩体、崩塌堆积物、河流冲洪积物与残坡积物为主，区内无大的断裂构造及褶皱发育，只发育F1、F2两条小断层，岩体局部分布溶蚀小孔，岩溶发育以表层溶蚀为主。

（3）库区有不良堆积体分布，坝肩边坡有局部失稳可能性，库区岩体透水率总体偏小，防渗较好，且水库诱发地震可能性较小，综合分析，库区进行必要的支护与防渗处理后满足水库成库条件。