某新建水庫壩址段工程地質條件分析

陳潔宇，崔江豫

(1.水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 831100；2.巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院，新疆 庫爾勒 841000)

1 工程概況

某新建水庫開發的任務是發電、工業及灌溉供水、防洪及改善生態等的綜合利用，初選壩型為砂礫石面板堆石壩，水庫正常蓄水位1820m，最大壩高達 164.3m，總庫容約22億m3，設計年發電量23.32億kW·h，屬大(1)型I等工程。水庫庫區及壩址區工程及水文地質條件復雜，工程區水庫工程地質問題直接影響水庫選址、壩型選擇等，同時對水庫后期運行也造成影響，因此，文章從壩址區基本地質條件出發，進一步研究壩址區水庫滲漏、庫岸穩定、庫區浸沒、水庫誘發地震及壩基(肩)抗滑穩定等工程地質問題，為水庫設計施工提供地質依據[1-2]。

2 壩址區基本地質條件

2.1 地形地貌

該庫段長13.6km，屬中山峽谷河段，山峰高程在2500-3200m，河流下切劇烈，河道總體流向EW向，呈“V”形河谷，河谷兩岸自然坡度總體為40°-70°，局部80°-90°，谷坡大多基巖裸露，零星發育有Ⅰ-Ⅳ級階地。該庫段兩岸共發育大沖溝9條(見表1)，沖溝溝口段走向與岸坡斜交，沖溝底寬在50-100m之間，最大沖溝底寬達1800m，溝底分布沖洪積含土塊碎石，大的沖溝口分布洪積扇，暴雨季有暫時性水流。根據沖溝泥石流調查結果，各沖溝泥石流類型以水石流為主，屬中等易發性泥石流，泥石流規模小頻度低。庫段峽谷地貌(面向下游)見圖1。

圖1 庫段峽谷地貌(面向下游)

表1 庫段深大沖溝分布位置及主要特征統計表

2.2 地層巖性及地質構造

庫段出露的地層分布主要有石炭系、泥盆系和第四系。

1)石炭系：巖性以石炭系灰巖、白云質灰巖、砂巖夾礫巖為主，巖層產狀 325°-350°SW或NE∠33°-85°，巖層走向與岸坡大角度相交。

2)泥盆系：巖性為砂巖夾薄層灰巖及泥巖，頁巖與石英砂巖互層，灰巖夾泥灰巖，巖層產狀330°-350°SW∠44°-66°，巖層走向總體與岸坡大角度相交， 在河道轉彎處與岸坡走向近平行。

3)第四系：分布于河床、階地、沖溝口及坡腳處，成因以沖積砂卵礫石、沖洪積含土卵礫石及崩坡積含土塊碎石為主，沖洪積及崩坡積層厚度5-30m。

2.3 水文地質條件

河段地下水主要有二種：第一類為孔隙潛水，主要分布在河床沖積 層的砂卵礫石層中，主要受河道水補給，水位隨河水位變化，水量極為充沛；第 二類為基巖裂隙水，主要賦存于基巖裂隙及斷層帶內，沿裂隙網絡運移，無統一水面，主要受大氣降水補給，向葉爾羌河排泄，在大的沖溝有泉水點分布，出露 高程高于正常蓄水位1820m，為地下水補給河水。壩址上游直線距離約17.2km左右分布的 15#、16#沖溝內有常年流水，匯入河道。

3 主要工程地質問題評價

3.1 水庫滲漏

該庫段為峽谷庫段，大型沖溝形成庫盆一部分。該庫段正常蓄水位線落在基 巖岸坡中、下部，河谷及沖溝兩岸大部分山體雄厚，基巖裸露，無低于庫水位的 鄰谷。

在2#沖溝與壩址下游河谷之間為一走向NE的基巖山梁，正常蓄水位1820m時，基巖山梁最窄處約470m。地質調查顯示，該山梁順巖層走向分布，沖溝回水范圍內未發現與山梁走向斜交的NW向大規模斷層分布，主要發育次級 順層結構面，擠壓緊密，普遍有夾泥，不利于庫水滲漏(見圖2)，山梁巖性以石炭系上統塔合奇組(C3t)灰巖、厚層白云質灰巖為主，巖溶發育強度為微弱，連通 性差。綜合分析，該庫段無永久滲漏問題。

圖2 2#溝滲透剖面圖示意圖

3.2 庫岸穩定

庫段處于中山區“V”型峽谷段，兩岸大部分基巖裸露，巖石以灰巖、砂巖、砂礫巖等硬質巖為主，呈中、厚層狀，巖層走向與河谷斜交，自然坡度40°-70°， 局部80°-90°。該庫段河谷巖體較完整，主要斷層及巖層走向與河谷斜交，邊坡 不存在整體穩定問題。該庫段巖質邊坡變形破壞的主要類型是崩塌和崩滑。

3.2.1 崩塌

崩塌體BT1、BT2分布于壩址上游4.88km處右岸6#沖溝口附近，其成因主要為沖溝兩岸卸荷 裂隙與層面組合形成，分布高程主要位于正常蓄水位以下，估算總方量為 BT1=1.0萬m3；BT2=0.75萬m3。崩塌方向指向沖溝對岸，方量不大，對工程無 影響。

3.2.2 崩滑

地表調查統計，局部谷坡中層面裂隙發育密度較大，延伸較長，為斜坡主要 控制結構面之一，其與垂直岸坡的兩組裂隙組合形成了局部塊體滑動。

1)BH1崩滑體

位于壩址上游約8km的右岸坡，該段岸坡基巖裸露，自然坡度38°，1800m 高程以下陡坡段77°左右，巖性為泥盆系砂巖，巖層產狀40°NW∠25°，傾向上 游，走向與岸坡斜交，該段岸坡受平行岸坡斷層及上、下游小沖溝的切割，形成 一孤立的基巖山體，斷層產狀315°NE∠70°，破碎帶寬1-3m，主要由碎裂巖夾 糜棱巖組成，地表呈溝槽，BH1崩滑體現場圖片見圖4。

圖3 BT1、BT2崩塌體照片

該崩滑體分布高程1720-1800m，主要由層面形成潛在底滑面，斷層為側向 結構面，滑動方向為上游(圖4)，根據地質測繪，崩滑體平均長120m，寬度50m， 平均厚度35m，估算方量為210000m3。

邊坡穩定分析計算，采用極限平衡理論。不考慮側向阻力、地震影響和考慮地震因素時采用公式分別如下：

(1)

(2)

式中：Kc、Kc′為安全系數；j為內摩擦角，°；C為內聚力，Pa；S為底滑面面積，m2；Q為滑體重量，kN；α為底滑面傾角，°；KH為水平向地震系數(Ⅷ度區KH=0.2)。

根據底滑面(層面)為碎屑夾泥型，按經驗值取j=20°；C=0.05MPa；滑體重量 Q=210000×24.5=5145000kN；底滑面面積S=47×166=7802m2。

安全系數計算結果如下：

(3)

考慮地震因素時安全系數計算結果如下：

(4)

由計算結果可知：該崩滑坡體在不考慮地震影響和考慮地震影響時，安全系數均>1.25，滿足巖質邊坡穩定要求，并有足夠的安全裕度，不存在整體滑移的可能性，且該崩滑體位于正常蓄水位以下，對工程無大的影響。

2)BH2崩滑體

分布該庫段左岸坡，距壩址直線距離約7.8-9.5km。河道走向NW，與巖層走向交角10°-20°，自然坡度40°-60°，坡高600余m，均為巖質邊坡，巖性主要為灰黑色厚層灰巖與石英砂巖互層，巖層產狀340°-350°SW∠40°-45°，發育兩組裂隙：L1產狀330°NE∠55°-65°，延伸長5-10m，面粗糙無充填，間距0.5-2m；L2產狀40°-50°NW∠85°-90°，延伸長3-8m，面粗糙無充填，間距3-10m。滑落組合形式為巖層面構成滑落體底滑面，L1組裂隙構成后緣切割面，L2組裂隙構成兩側滑動結構面，該處邊坡滑落體規模不大，且滑落方向指向對岸，其產生的水庫涌浪高度有限，加之距壩址距離較遠，對大壩等建筑物安全無大的影響。

該庫段位于壩址上游14.5km以外，崩塌或崩落對水工建筑物安全無影響。

此外，該庫段存在4處庫岸再造問題，主要分布于壩址以上31.5km至庫尾段，正常蓄水位落在坡腳處，坡腳地層為第四系洪、坡積含土碎石，水庫蓄水后，隨著庫水位的抬升和周期性漲落，庫周岸坡第四系松散堆積層將被水軟化，這些土體在庫水及波浪的淘刷、沖蝕、磨蝕等作用下，出現塌岸等庫岸再造現象(圖5)，由于該庫段處于無人山區，庫岸再造對人類活動無影響。地質調查表明，該庫段庫岸再造坍塌估算累積總方量約56500m3。庫岸再造分布位置及特征見表2。

表2 庫段庫岸再造特征及估算方量匯總表

圖5 Ⅲ庫段庫岸再造典型地質剖面圖

3.3 庫區浸沒

該庫段為高山峽谷型，兩岸基巖裸露，除局部大沖溝口外，正常蓄水位線均 落在基巖岸坡或坡腳，加之庫段內人煙稀少，無民居、耕地及廠礦分布。故該庫 段不存在浸沒問題。

3.4 水庫誘發地震

本該段庫區為高山峽谷區，河谷下切急劇，岸坡陡峻。河谷底寬約200m，正常蓄水位1840m時河谷寬約600-900m。庫區出露的巖性主要為元古界變質巖和后期侵入的花崗巖。段庫區出露的斷層較多，但規模均較小。斷層(F46)展布在庫斯拉甫鄉上游12km 處，長約 17km，表現出強烈擠壓的特點，在河床附近見有被后期中基性巖脈充填現象，表現出時代較古老的特征。斷層(F45)展布在克什拉克塔木斷層的北東，沿斷裂帶有花崗巖巖體侵入，為高角度逆斷層，破碎帶寬20m左右，斷層帶由角礫巖，斷層泥等組成，未發現該斷層晚更新世以來有活動跡象。

該段庫區的地震活動水平以小震為主。綜合分析，該庫段不具備誘發弱震以 上水庫地震的條件，但誘發弱-微震的可能性是存在的。

4 結論及建議

新建水庫工程地質條件和水文地質條件極為復雜，在水庫工程修建之前，需 要對庫區、壩址區地質條件以及可能存在影響水庫安全的工程地質問題進行全面 勘察，結合庫區、壩址區地層巖性、地質構造、水文地質條件等，研究該庫區段 可能發生的水庫滲漏、庫岸穩定、水庫浸沒以及水庫可能誘發地震等問題，對水 庫工程建設具有重要意義。