安徽省安慶市下滸山水庫工程地質研究綜述

周慧林

(長江巖土工程總公司(武漢),湖北 武漢 430014)

下滸山水庫位于安徽省安慶市源潭鎮大沙河中上游河段,是大沙河干流上的骨干控制性工程,開發任務以防洪、灌溉、供水為主,兼顧發電。水庫正常蓄水位115 m,死水位90 m。水庫總庫容1.96億m3,調節庫容1.28億m3,干流庫長約17.4 km。樞紐工程由攔河壩、泄洪建筑物、水電站、灌溉及供水渠首等組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩,最大壩高74.0 m,河岸地面式廠房,安裝3臺發電機組,裝機容量15 MW。電站尾水池兼作灌溉及供水渠首。下滸山水庫主體工程于2015年年底開工建設,于2017年年底下閘蓄水。

1 區域構造穩定與地震

下滸山水庫庫、壩區處于秦嶺褶皺系與揚子準地臺交界部位,郯廬斷裂以西以總體隆升為主,東部以大面積沉降為特征;歷史地震和已記錄的中、強地震距庫壩區在32 km以外。根據《安徽省安慶市下滸山水庫工程場地地震安全性評價報告》,工程區50年超越概率10%場地基巖水平峰值加速度為69 gal,特征周期為0.35 s,對應地震基本烈度為Ⅵ度[1]。

2 水庫區環境地質

(1) 下滸山水庫庫周與鄰谷之間分水嶺除右岸庫首段較單薄外,其余地段較為寬厚,封閉條件較好。庫周巖體為花崗巖、花崗片麻巖,透水性微弱,巖體封閉條件總體較好,但右岸庫首大沙河與五井河間低矮山脊巖體較破碎,風化較強烈,巖體透水性強,存在向鄰谷或下游滲漏的可能性。庫區內發育的三條斷層岳西、龍井關、朱屋斷裂均不會形成庫水向鄰谷滲漏的通道。

(3) 水庫未發現滑坡、崩塌、泥石流等不良地質作用。

(4) 水庫岸坡多為基巖,不存在水庫浸沒問題。

(5) 水庫誘發水庫地震的可能性小,若發生水庫誘發地震,其震級一般不高于構造地震的震級。

3 壩址工程地質條件

3.1 地形地貌

壩址位于潛山縣源譚鎮以北約10 km的大沙河干流上(圖1)。大沙河由北西向南東流經壩址區,河道順直。河床寬80～100 m,河床地形平坦,高程55～57 m,洪水期水深一般4～6 m;枯水期水深0.2～0.5 m,水面寬10～30 m;正常蓄水位115 m時,水深約60 m,相應壩址附近水面寬265～270 m;大沙河河谷寬緩,為不對稱“U”形河谷。左岸坡峰頂高程280 m,最大坡高220 m;岸坡總體走向310°,傾向220°,坡角20°～25°。左岸坡上發育兩條沖溝,上游側老屋溝規模較小,為季節性沖溝;下游側大深溝規模較大,切割深度30～50 m,常年流水。右岸邊坡總體走向310°,傾向40°,傾角45°～75°,局部為陡崖;右岸峰頂高程180 m,其中在140 m高程以上坡度相對較緩,坡角為30°～40°,在140 m高程以下坡度相對較陡,坡角為40°～70°。

圖1 安徽省安慶市下滸山水庫Ⅰ-Ⅰ′壩線工程地質剖面圖Fig.1 Engineering geological profile of Ⅰ-Ⅰ′ dam line of Xiahushan Reservoir in Anqing City,Anhui Province1.第四系沖積層;2.第四系殘積層;3.第四系崩積層;4.前震旦系劉畈組;5.黑云母二長花崗片麻巖;6.含礫中粗砂;7.塊石土;8.黑云母二長花崗片麻巖;9.斷層及編號;10.覆蓋層與基巖分界線;11.巖性內部分界線;12.強風化下限;13.弱風化下限;14.弱風化上、下段分界;15.黑云母片巖夾層。

3.2 地層巖性

壩址區主要出露前震旦系大別山群(AnZ)橋嶺組(AnZq)和劉畈組(AnZl)變質巖系和第四系(Q4)松散堆積物。

劉畈組巖性以塊狀黑云母二長花崗片麻巖(Gnγ-β)為主,夾條帶狀或透鏡狀的黑云母角閃片巖、黑云母片巖;該層厚度>120 m;分布于壩址區左右岸及河床。

表1 壩址主要巖體物理力學參數值表Table 1 Table of physical and mechanical parameters of main rock mass of dam site

3.3 地質構造

壩址區位于兩條近平行、相距約6 km的北東向龍井關斷裂和池太斷裂之間的英山溝復背斜南東翼的次級褶皺——下滸山背斜的傾伏端(圖2)。

(1) 褶皺:壩址區下滸山背斜為一短軸背斜,類似穹隆特點;核部為劉畈組地層,片麻理產狀在壩線上游一帶傾向220°～240°,傾角25°～30°;壩軸線附近傾向200°～220°,傾角18°～25°;壩線下游傾向160°～180°,傾角25°～30°。壩址位于下滸山背斜軸部。下滸山背斜翼部為橋嶺組地層,與下伏劉畈組為角度不整合接觸。

(2) 斷層:壩址區左岸發育斷層7條,右岸1條(f1)。這些斷層主要受NE向斷裂所控制,但一般規模較小,延伸不長,地表可見延伸長10～30 m;斷層帶內見擠壓破碎巖塊,有的為后期侵入的角閃石巖脈。壩基深部發育一條F1斷層,斷層帶巖石糜棱化或為破碎巖體,傾下游偏右岸,傾向200°～220°,傾角18°～22°,經綜合分析,鉆孔中糜棱巖帶可彼此連通形成單一的面,其產狀與巖石片麻理產狀基本一致。斷層帶厚0.5～1.8 m,構造巖主要為灰綠色糜棱巖或擠壓破碎巖體,糜棱巖與上下部巖體已混熔重結晶,裂隙發育,斷層及影響帶巖體總體為弱透水,局部為中等透水。

圖2 壩址工程地質簡圖Fig.2 Geological map of dam site engineering

1.河流沖積層;2.劉畈組;3.橋嶺組上段;4.橋嶺組下段;5.基巖與覆蓋分界線;6.地層界線;7.片麻理(走向與傾角);8.背斜軸跡;9.壩軸線。

(3) 裂隙:壩址裂隙主要有5組,以走向112°～115°、268°～272°和302°～305°三組為主,走向120°～125°和走向200°～205°兩組次之,僅走向302°～305°的裂隙傾角為緩傾角,其余為陡傾角。

3.4 水文地質

抽水試驗及壓水試驗表明壩址區第四系松散堆積物為強透水。兩岸強風化及卸荷帶巖體為中等—弱透水,局部為強透水。弱風化和微新巖體滲透等級總體為微—極微透水。河床壩基巖體滲透等級總體為極微—微透水,局部為弱透水。深部F1斷層破碎帶總體為弱透水,局部為中等透水。地下水水質屬HCO3-(K+Na)型,環境水對混凝土具弱—中等重碳酸鹽型腐蝕,對鋼筋混凝土結構中鋼筋無腐蝕。

3.5 巖體風化與卸荷

壩址區巖體除表層及淺部為一般性風化外,深部還存在夾層狀風化、網狀風化、球狀風化以及囊狀風化等類型。巖體強卸荷帶內卸荷裂隙十分發育,裂隙多張開,充填泥;弱卸荷帶內裂隙較發育,多微張,少量充填泥。

表2 壩址巖體風化與卸荷特征表Table 2 Characteristic table of weathering and unloading of rock mass at dam site

4 主要工程地質問題及處理

4.1 水庫滲漏問題及處理

根據鉆孔揭示,壩址右岸的大沙河與五井河間的低矮山脊段(圖3)全強風化最大厚度32 m(H35),最低處下限高程僅95.43 m(ZK5),全強風化帶巖芯大部分呈砂狀,少量碎塊狀,巖體破碎,壓水試驗時均不起壓,為中—強透水層。勘探期間,沿山脊向鉆孔(ZK5、BH35、BH59)地下水位均低于正常蓄水位115 m,其中BH35孔最低水位僅81.99 m,存在庫水通過全強風化帶向鄰谷五井河滲漏的問題[2]。

防滲處理:上游帷幕端點在BH60孔附近,下游帷幕端點在BH59孔與BH27孔之間,防滲帷幕總長度184 m,兩端帷幕接5 Lu下限,中部帷幕下限深入5 Lu線以下5～10 m,最大防滲深度約35 m(圖4)。帷幕灌漿孔采用雙排梅花型布置,孔距2.0 m,排距1.0 m,為檢查防滲帷幕巖體灌漿質量,布置檢查孔17個,壓水試驗成果見表3,從表中可以看出透水率q均<5 Lu,滿足防滲帷幕設計要求。

4.2 大壩抗滑穩定問題

圖3 右岸大沙河—五井河地質剖面示意圖Fig.3 Geological profile sketch of Dashahe—Wujing River on right bank1.河流沖積物;2.劉畈組;3.橋嶺組第一段;4.橋嶺組第二段;5.覆蓋層與基巖分界線;6.強風化下限;7.地下水位線;8.鉆孔及編號;9.分界孔深及高程;10.剖面方向。

(1) 淺層抗滑穩定分析[3]。壩基巖體中的緩傾角裂隙,根據現場地質測量與鉆孔彩色電視成果,裂隙優勢產狀238°∠20°,與片麻理方向近一致,傾向右岸偏下游,在水流方向上的視傾角為5.7°,也是構成大壩淺層滑動的控制性結構面。

表3 右岸大沙河—五井河防滲帷幕質量檢查孔壓水試驗統計表Table 3 Statistical table of water pressure test for quality inspection hole of seepage control curtain of Dashahe—Wujing River on right bank

圖4 右岸近壩地段防滲剖面圖Fig.4 Seepage control profile of right bank near dam section1.前震旦系橋嶺組;2.花崗片麻巖;3.花崗片麻巖花紋;4.弱風化線5.5 Lu底板線;6.前期鉆孔;7.施工期先導孔;8.防滲帷幕底線;9.帷幕灌漿孔。

緩傾角裂隙在整個壩址區分布不均勻,延伸較短,裂面多平直閉合,無充填,地表少量張開充填碎屑夾泥,橫向上不連續,在深度上分布無明顯集中現象,不宜作為連續平整的底滑面考慮。但當在淺部集中分布時,且為傾向上游的緩傾角裂隙300°～320°∠10°～15°和第三組裂隙(優勢產狀為110°∠50°,在河流上的視傾角48°,傾向下游)組合切割時,可能會產生淺層抗滑穩定問題,抗滑模式見圖5。花崗片麻巖體中緩傾角結構面在夾泥的情況下抗剪斷強度參數f′為0.28～0.63,C′為0.15～0.27 MPa。

(2) 深層抗滑穩定分析。F1斷層對深層抗滑穩定影響分析:壩基中發育的F1斷層帶寬0.5～1.8 m不等,帶內巖石為灰綠色糜棱巖或擠壓破碎巖體,斷層在壩軸線一帶埋深40～50 m,傾向200°～220°,傾向右岸偏下游,傾角18°～22°。考慮到斷層埋深大且向下游往更深處延伸,巖體無滑出面,該斷層對大壩深層抗滑穩定影響不大。

圖5 緩傾角淺層滑動模式Fig.5 Shallow slip mode of low-angle dip

河床泄2壩段黑云母片巖對深層抗滑穩定影響分析:在左岸平硐和鉆孔均發現有黑云母片巖,這類巖石抗剪強度較低,且易風化,在特定的產出狀態下可能會存在深層抗滑穩定問題。

河床泄2壩段在30.63 m與30.22 m高程共揭露到2組黑云母片巖,與片麻理產狀基本一致,厚度2～3 cm,埋深26.3 m,相應基巖面以下深度18.4 m,產狀247°∠20°,在河流流向上的視傾角為9°,傾向上游;第五組優勢裂隙產狀110°∠50°,相應在河流流向上的視傾角為48°,傾向下游,存在大壩抗滑穩定問題,其可能的滑動模式見圖6。弱風化黑云母片巖抗剪斷強度參數f′為0.54～0.94,C′為0.12～0.31 MPa。

圖6 河床2號泄流壩段滑動模式1Fig.6 Sliding mode 1 of No.2 discharge dam section of river bed

(3) 河床泄2壩段緩傾角裂隙對深層抗滑穩定影響分析。在河床泄2壩段,鉆孔揭露了兩個相對集中的緩傾角裂隙帶,其中下部裂隙帶頂部大致位于建基面約30 m以下,可能與F1斷層有關,對大壩抗滑穩定影響不大;上部裂隙帶在壩基12 m以內,與大壩關系密切,對大壩抗滑穩定起了重要控制作用,其邊界為本剖面上優勢裂隙1和優勢裂隙2,其滑動模式見圖7。

大壩抗滑穩定處理:大壩左岸壩基總體屬弱風化下帶AⅢ1級巖體,對局部裂隙較發育切割后的松動塊體進行清除;河床壩段總體屬微風化AⅡ級巖體,河床壩段的黑云母片巖夾層經掏槽并回填混凝土處理,局部裂隙較發育切割后的松動塊體進行清除;右岸壩基總體屬弱風化下帶—微風化AⅢ1-AⅡ級巖體,對右岸壩基的角閃片巖夾層進行了掏槽并回填混凝土處理,局部裂隙較發育切割后的松動塊體進行清除,大壩各壩段建基巖體滿足設計要求。經地質分析及設計計算,大壩淺層及深層抗滑穩定均滿足規范要求。

5 結論

圖7 河床2號泄流壩段滑動模式2Fig.7 Sliding mode 2 of No.2 discharge dam section of river bed

(1) 根據《安徽省安慶市下滸山水庫工程場地地震安全性評價報告》,工程區50年超越概率10%場地基巖水平峰值加速度為69 gal,特征周期為0.35 s,對應地震基本烈度為Ⅵ度。

(2) 水庫區不存在大規模的滑坡體等不良物理地質現象,庫岸穩定性較好,不存在浸沒問題,水庫區誘發地震的可能性小。水庫區山體雄厚,庫周自然地形封閉條件較好,庫區斷裂均不會形成庫水向鄰谷滲漏。僅在壩址右岸上游單薄山體存在向鄰谷五井河的滲漏問題,在施工階段對該低矮山脊段進行了防滲處理后,從已有的檢查孔資料反映防滲標準達到設計要求巖體透水率≤5 Lu的標準。

(3) 通過可行性研究階段及初設階段的勘察、試驗、科研等工作,查明了壩址基本地質條件、主要工程地質問題與各主體建筑物的工程地質條件,經過施工期檢驗,壩址區工程地質條件與前期勘察成果一致。