德安县张十八铅锌矿尾矿库工程地质特性及评价

吴新宇

（江西省地质局第三地质大队，江西 九江 332100）

1 拟建区地质特征

区域上为九江台陷、瑞昌一九江凹褶断束、彭山穹窿构造东侧。库区位于彭山穹窿构造的东端，出露地层主要为寒武系，其次为第四系，褶皱不发育，地层走向近南北，倾向东，倾角20°～30°，为一单斜构造，沿走向呈舒缓波状，断裂以层向重力滑脱为主，次为向东南方向延伸的放射状断裂，裂隙以垂直层面的节理（裂隙）发育，见有岩脉出露，现分述如下。

1.1 地层特征

库区主要为寒武系地层、次为第四系，现由老至新分述如下：

1.1.1 寒武系下统王音铺组（∈1w）

分布在库区西北角，岩性分布：底部为含磷结核炭质页岩，中部为灰黑色硅质灰岩，上部为灰黑色板状页岩夹灰岩，厚度150～200m。

1.1.2 寒武系下统观音堂组（∈1g）

库区大面积出露，根据岩性不同可分为下、中、上三段。

（1）下段（∈1g1）：为灰绿色、灰色粉砂质页岩夹炭质页岩，厚度150m～300m，出露在库区西部高山地带。

（2）中段（∈1g2）：为灰色薄层状灰岩与灰色粉砂质页岩互层或夹透镜状灰岩，厚度100m～150m，出露在库区中部低凹处。

（3）上段（∈1g3）：为灰色粉砂质页岩夹灰色钙质页岩，厚度50m～100m，出露在库区东部坝基一带及南北一带。

1.1.3 寒武系中统杨柳岗组（∈2y）

岩性：下部为块状白云质灰岩、中部为灰色条带状灰岩夹页岩。上部为深灰色薄层状灰岩夹同生角砾状灰岩，厚度80m～150m，分布在库区东侧。

1.1.4 第四系（Q4）

下部为残坡积层，岩性为褐灰色碎石土，固结性较好，厚度一般0m～10m，分布在沟谷各边坡旁，上部为砾石砂土夹滚石等，呈松散状，厚度0m～15m，分布在沟谷中部呈条带状分布[1]。

1.2 构造特征

由于区域受彭山底辟穹窿构造影响，褶皱、断裂、节理具有特殊性。

1.2.1 褶皱

地层走向近南北向，倾向东，倾角20°～40°，构成向东倾斜的单斜构造，沿走向呈舒缓波状，褶皱不发育。仅局部见小型褶皱。

1.2.2 断裂

库区内断裂构造不发育，根据以前的区域地质资料，本区断裂构造以层间重力滑脱断裂为主，就是层间破碎滑动，库区内部发育，节理裂隙较发育，页岩中垂直节理最发育，倾向西或东，倾角80°左右，密度一般1～3条/m，密集处5～6条/m，把页岩切割成豆腐块一样[2]。

1.2.3 岩浆岩、矿产

库区岩浆岩不发育，仅见有煌斑岩脉在库区北部有少量分布，岩脉厚度0.5m～1.5m，出露极少，库区内未见矿床矿化带分布。

1.2.4 不良地质现象

库区内不良地质现象主要在寒武系下统观音堂组中段（∈1g2），灰色灰岩在库区分布面积广，灰岩中溶蚀现象明显，如：小溶坑、溶隙、溶沟现象发育，在KCZK47孔附近灰岩中见小溶洞，洞高约0.7m，宽约1m，深大于1m，由于充填物堵塞，溶洞大小难以观测（图1）。据此可说明观音堂组中段灰岩中，岩溶现象比较发育，对库区渗漏存在潜在的不利因素，根据物探结果场区基岩下部局部较破碎，建议根据物探结果确定灰岩中岩溶发育情况及位置，然后采用覆盖、封堵等办法处理。

图1 灰岩溶蚀现象

2 拟建区水文地质特征

2.1 区域水文

拟建区域位于德安县茅山水库西侧冲沟，拟建尾矿库汇水面积约1.5km2。区域地表水较丰富，主要地表水均汇聚于茅山水库内。茅山水库南北长约0.5km，东西宽0.05～0.3km，总汇水面积约5km2，主要接受大气降水的补给。

2.2 地下水类型及各含水层特性

区域为丘陵地形地貌，地势较高，地表水体是地下水的主要补给源，以茅山水库为区域地下水滞缓径流区，水力坡度1/10000左右。根据地层岩性、地下水赋存特征和水力性质，地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碳酸盐岩溶洞裂隙水、基岩裂隙水三种类型[3,4]。

2.2.1 松散岩类孔隙水

区域松散岩类孔隙水主要为第四系全新统（Q4）碎石类土中，主要受大气降水及周边水系渗透补给。但区域碎石类土层分布不均匀，主要是冲洪积、残积、坡积形成，层中泥质含量较高，故区域该类水水量较小。

2.2.2 碳酸盐岩溶洞裂隙水

库区碳酸盐岩溶洞裂隙水主要赋存于灰岩层,间夹泥炭质页岩隔水层。灰岩层中含水特性，主要受控于层中岩溶发育情况及充填物情况。岩性完整及裂隙充填率高地段，含透水性差，岩溶发育；充填率低的地段，含透水性强，受区域及上部水体补给。

2.2.3 基岩裂隙水

赋存于碎屑岩风化裂隙及构造裂隙中，主要受大气降水及上覆松散岩类孔隙水补给，富水性与裂隙性质、裂隙发育程度密切关联，并受地形地貌等条件控制。矿区碎屑岩为页岩，岩石风化裂隙发育，充填程度高，连通性差，故其富水性贫乏。

2.2.4 地下水的水力性质

本次勘察期间，对坝基钻孔及个别库区钻孔进行了压水试验，根据压水试验结果，计算出各岩土层的平均渗透系数如下：含碎石粉质粘土层渗透系数K约为0.481m/d，强风化灰岩层渗透系数K约为0.145m/d，中风化灰岩层渗透系数K约为0.068m/d，强风化炭质页岩层渗透系数K约为0.316m/d，中风化炭质页岩层渗透系数K约为0.012m/d。

根据规范要求，当岩土层K值接近或大于0.05m/d时，岩土体就应进行防渗处理。

勘察过程中在拟建区采取两组地表水样、在钻孔中采取6组地下水样进行试验分析，根据水样检测结果，场区地表水及地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对混凝土中的钢筋具微腐蚀性。

3 拟建区岩土体工程特性

根据钻探揭露资料综合对比，拟建区地层从上到下划分如下：

第（1）层：含碎石粉质粘土。

含碎石粉质粘土：褐黄～灰黄色，可塑，稍湿，主要由粘粒、粉粒等组成。夹碎石，碎石母岩成分主要为强风化页岩，少部分为灰岩，砾径一般在1cm～5cm，多呈棱角状，含量约10%～20%。局部分布，最薄处为0.50m，见于KCZK47号孔；最厚处为18.20m，见于KCZK52号孔；平均厚度为7.69m。

第（2-1）层：强风化石灰岩。

强风化石灰岩：青灰色、灰白色，原岩结构大部被破坏，但尚可辨认原岩结构。主要矿物成份为方解石、泥质等，岩体较破碎，风化裂隙及节理发育，岩芯呈碎块状。局部分布，平均厚度为6.20m。

第（2-2）层：中风化石灰岩。

中风化石灰岩：青灰色、灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造。主要矿物成份为方解石、泥质等，岩体较完整，节理裂隙较发育，岩芯多呈短柱状，部分呈碎块状。局部分布，最薄处为0.60m，见于KCZK53号孔；最厚处为11.10m，见于KCZK32号孔；平均厚度为5.36m。

第（3）层：溶洞。

溶洞：灰岩溶洞，由灰岩溶蚀形成，无充填。局部分布，最薄处为1.30m，见于KCZK53号孔；最厚处为1.60m，见于KCZK34号孔；平均厚度为1.45m。

第（4-1）层：强风化炭质页岩。

强风化炭质页岩：灰黑色，泥质结构，薄层状构造，主要矿物成份为泥质、碳质等，岩石节理裂隙发育，裂隙多被粘土矿物充填，岩芯较破碎多呈块状及短柱状。局部分布，最薄处为3.60m，见于KCZK8号孔；最厚处为12.40m，见于KCZK49号孔；平均厚度为9.94m。

第（4-2）层：中风化炭质页岩。

中风化炭质页岩：灰黑色，泥质结构，薄层状构造，节理裂隙较发育，裂隙大部分呈闭合状，岩芯破碎呈短柱状。岩体基本质量等级为Ⅴ级，RQD=50%。局部分布，最薄处为2.60m，见于KCZK3号孔；最厚处为8.00m，见于KCZK48号孔；平均厚度为5.39m。

第（5-1）层：强风化页岩。

强风化页岩：青灰色，泥质结构，薄层状构造，主要矿物成为泥质、钙质等，岩石节理裂隙发育，裂隙多被粘土矿物充填，岩芯较破碎多呈块状及短柱状。局部分布，最薄处为1.20m，见于KCZK22号孔；最厚处为28.20m，见于KCZK45号孔；平均厚度为10.18m。

第（5-2）层：中风化页岩。

中风化页岩：青灰色，泥质结构，薄层状构造，节理裂隙较发育，裂隙大部分呈闭合状，岩芯破碎呈短柱状。岩体基本质量等级为Ⅴ级，RQD=50%。局部分布，最薄处为0.70m，见于KCZK49号孔；最厚处为40.00m，见于KCZK41号孔；平均厚度为9.41m。

4 岩土参数分析及选用

4.1 岩土体原位测试

对场区主要土层进行动探41次，各岩土层原位测试数据见下表1。

表1 动探数据统计结果表

4.2 岩样室内试验

对场区主要土层进行土样采集，采取岩样42块，进行饱和单轴抗压强度试验；各土层指标推荐值详见下表2。

表2 岩体饱和单轴抗压强度结果表

4.3 各岩土层强度参数指标

根据原位测试及室内试验测试结果，结合已有区域经验，对本拟建区内揭露的各岩土层强度参数如下表3：

表3 各岩土层强度参数

（1）含碎石粉质粘土：本层厚度不均匀，不同位置的各土层性质差异较大，根据现场动探试验结合本地区工程经验，建议本层承载力特征值为200KPa。压缩模量建议取9MPa。（根据参考资料，本层中有部分为碎石土，综合考虑后将其并层分析。）

（2）强风化石灰岩：本层厚度不均匀，且由于岩体破碎无法进行试验，参照本地区工程经验，结合相关规范及前期勘察资料，建议强风化灰岩承载力特征值取800KPa。

（3）中风化石灰岩：本层埋深大，层厚大（未揭穿），根据岩体饱和单轴抗压强度试验结果，本层岩体饱和单轴抗压强度标准值为23.91MPa。

（4）强风化炭质页岩：本层分布范围相对较小，厚度不均匀，且由于岩体破碎无法进行试验，参照本地区工程经验并结合相关规范，建议强风化炭质页岩层承载力特征值取600KPa。

（5）中风化炭质页岩：本层分布范围相对较小，厚度不均匀，根据岩体饱和单轴抗压强度试验结果，本层岩体饱和单轴抗压强度标准值为16.18MPa。

（6）强风化页岩：本层厚度不均匀，且由于岩体破碎无法进行试验，参照本地区工程经验，结合相关规范及前期勘察资料，建议强风化页岩承载力特征值取700KPa。

（7）中风化页岩：本层埋深大，层厚大（未揭穿），根据岩体饱和单轴抗压强度试验结果，本层岩体饱和单轴抗压强度标准值为21.56MPa。

5 工程地质条件评价

5.1 区域稳定性评价

区域地质构造上属彭山穹窿构造。出露地层有中元古界双桥山群、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、第四系，构造穹窿状褶皱为主，根据区域地质调查，结合本区地质资料，区域内断裂构造不发育，区域稳定性较好。

5.2 库区渗透性评价

根据物探资料结合区域地质资料及工程钻探资料综合分析可知，库盆上部地层为含碎石粉质粘土，厚度约为1m～18m，渗透系数约为0.481m/d，属弱透水层。下部为强、中风化板岩及强、中风化石灰岩，风化程度不均匀，风化裂隙较发育，根据地调发现，灰岩层上溶蚀现象明显，多含溶槽、溶沟、溶坑等，据此推测灰岩层属较强透水层。故库盆底部属于中～强透水地基，若不处理极有可能产生库区渗漏现象。

5.3 坝基稳定性评价

初期坝及拦水坝选址均位于山间谷地，地基土层主要由含碎石粉质粘土、强风化石灰岩、中风化石灰岩等组成，各层岩土层上下之间左右之间，结合紧密，稳定性较好，现今未见新的活动迹象。岩土层中未见土洞，空洞现象，结构性较好。根据物探结果，初期坝下伏基岩为炭质灰岩夹炭质页岩，沟谷处夹炭质页岩相对较厚，推断基岩裂隙发育，相对较破碎，透水性较好，故要防止存在绕坝渗漏的可能。拦水坝下伏基岩为炭质灰岩夹炭质页岩，沟谷处夹炭质页岩相对较厚，推断基岩裂隙发育，相对较破碎，透水性较好。两侧坝肩地势陡峭，其中初期坝右侧坝肩目前已发生大规模垮塌，根据现场调查，垮塌原因主要是因为山坡坡度陡峭，在雨水冲刷作用下导致上部第四系覆盖层垮塌，未发现断层等活动断裂迹象，坝体基础自然情况下总体较稳定。

6 结论

拟建工程选址区场地较稳定，地质构造不发育，基底较稳定，为适宜建设的一般地段。选址区下部为含碎石粉质粘土及强、中风化石灰岩等中—强透水层，地下水量小，但连通性好，若不处理会在库盆产生渗漏及产生绕坝渗漏等，建议施工前应先对其进行处理。坝基基础整体稳定性较好，坝肩上覆土层厚度不大，在清除其上覆土层后整体稳定性较好。