某水庫工程地質條件與成庫分析

◎ 王康 牛志強 張元帥 中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院巖土工程有限公司

中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司

近年來，隨著水利工程理論水平與施工技術的快速發展以及國家興修水利的惠民政策，水庫建設如火如荼。但是，我國可開發水資源的68%分布在河谷深切、水文地質條件復雜、構造與巖溶發育的西南地區，這使得水庫成庫前不得不開展細致的地質調查工作，同時也引起了研究學者的濃厚興趣，孫倩等對新疆某水庫壩址處崩坡積堆積體工程地質條件及評價，張小利、鄭作民等分別對洪家溝調蓄水庫、南水北調東線東湖水庫進行了工程地質評價和工程地質問題分析。

本文結合具體的水庫工程實例，通過基礎地質資料分析、野外地質勘察與測繪、現場與室內試驗等手段對水庫的工程地質條件進行了詳盡的分析，查明了水庫成庫的可行性，以供大家參考。

1.工程概況

水庫位于貴州省普定縣，擬建水庫總庫容1150萬m3，正常蓄水位為1220.5m，相應庫容為949.06萬m3，調節庫容799.25萬m3，其工程規模屬Ⅲ等中型，樞紐主要建筑物為：擋水建筑物（大壩）+提水建筑物+輸水建筑物，臨時建筑物為導流洞、上下游圍堰等，是一座以城鎮供水和灌溉用水為主的綜合性水利工程。

2.庫區工程地質條件

2.1 地形地貌

庫區從壩址上游至庫尾可大致分為三段，整體表現為峰叢洼地、峰叢溝谷及脊狀溝谷等溶蝕、侵蝕低中山地貌（圖1）。其中，壩址至上游匯合口處河段多為基本對稱的“V”形谷，谷坡兩岸山體雄厚、地形完整，河谷下切深度大于300m；匯合口至左側庫尾段地形呈不對稱的“V”形谷，坡面發育多條小沖溝，岸坡大多為植被覆蓋，主要為灌木及稀疏松樹，零星分布有農田；匯合口至右側庫尾段岸坡大多為植被覆蓋，主要為灌木及稀疏松樹，左緩右陡，左側現多為耕地、居民點，右側為低中山。

圖1 庫區基本地形地貌

2.2 地層巖性

庫區分布有二疊系（P2l+P2q+P2m+P2c+P2d+P2β）砂巖、泥巖、砂質頁巖、砂質泥巖夾泥灰巖及煤層、厚層塊狀石灰巖、峨眉山玄武巖，以及三疊系（T1d+T1yn）泥質灰巖、灰黑色泥頁巖，巖層主要為單斜構造，產狀為N70°～75°E/SE∠26°～33°。此外，庫區兩岸及低緩斜坡地帶出露第四系（Q）崩塌堆積物、河流沖洪積物與殘坡積物。

2.3 地質構造

庫區位于普定向斜西北翼，區內無大的斷裂構造及褶皺發育，只發育兩條近平行的F1、F2斷層，方向與槽谷走向基本一致，發育長度5～6km，其力學性質為壓性斷裂，庫區工程地質剖面如圖2。

圖2 庫區工程地質剖面圖

2.4 巖溶及水文地質條件

庫區無大的溶洞及巖溶管道發育，巖體局部分布溶蝕小孔，巖溶發育以表層溶蝕為主。結合區內地層巖性及巖體透水性等地質條件，含水巖組可劃分為弱巖溶化含（透）水巖組（T1yn1-1泥巖）、強巖溶化含（透）水巖組（T1yn1-2、T1d3灰巖）兩類，地下水賦存于地表覆蓋層、基巖節理裂隙中，以巖溶水和基巖裂隙水的形式排泄于溝谷、河流之中。

3.水庫成庫分析

3.1 庫岸穩定性分析

①不良地質體穩定性分析。庫區岸坡基巖多裸露，局部陡壁局部發育卸荷拉裂巖體，壩址右岸存在1#、2#堆積體。其中，1#堆積體分布高程1188～1260m，順河向長度130m，橫河向寬度約90m，平均厚度約5m，方量約3.8萬m3；2#堆積體分布高程1194～1252m，順河向長度120m，橫河向寬度約90m，平均厚度約2.5m，方量約1.8萬m3。

根據現場調查，結合地質測繪與鉆孔勘探手段，1#、2#堆積體總體自然坡度30°～40°，植被較好，有小灌木分布，未見有新近垮塌的跡象，物質組成以塊碎石為主，物質成分為灰巖、泥質灰巖，判斷堆積體基本處于穩定狀態。

②壩肩邊坡穩定性評價。壩肩左岸邊坡壩頂以上自然地形坡度30～45°，上游側為順向坡，局部巖體可能發生順層滑動，下游側局部裂隙切割及巖體風化，穩定性差，建議加強支護處理措施，壩頂以下坡度較陡，巖層緩傾下游偏左岸，上游邊坡近于順向坡，下游邊坡為近于逆向坡，壩頭邊坡為橫向坡，邊坡總體穩定，但存在開挖切坡問題，局部巖體可能發生順層滑動，建議加強支護處理措施。

壩肩右岸邊坡壩頂以上開挖高程1224.0～1243.3m，坡高19.3m，設計開挖坡比為1:0.3，總體穩定但局部有順層滑動可能，壩頂以下邊坡按1172m、1182m、1192m、1202m和1212m五級馬道開挖，局部巖體風化，穩定性差，需進行邊坡支護處理。

3.2 庫區防滲分析

庫盆可溶巖主要為三疊系大冶組（T1d）灰色中厚層、厚層灰巖，巖溶化程度不高，正常蓄水以下主要以表層的溶蝕、風化為主，深度有限，無大型巖溶管道發育，結合壩址區鉆孔壓水試驗成果（圖3、表1）分析，壩址左、右兩岸表層巖體因裂隙切割，巖體風化較強烈，巖體的透水率較大，隨著孔深增大，巖體風化程度減弱，巖體的透水性逐漸減小，鉆孔總計壓水段數為137段，巖體透水率為1≤q＜10Lu，弱風化帶巖體透水率為5～10Lu，占比38.0%，為弱透水上帶，微新巖體一般為3～5Lu，占比40.9%，為弱透水中帶，總的來說，巖體透水率較小，庫水不具備向深度滲透的途徑。但根據野外地質調查表明，壩址巖層產狀緩傾，且壩肩巖體裂隙發育，完整性差，地下水位低于正常蓄水位，因此存在庫水通過層面、溶蝕裂隙向大壩下游繞滲問題，需進行防滲處理。

圖3 庫區各部分巖體透水率與孔深關系

表1 壩址區鉆孔壓水試驗成果分析統計表

3.3 誘發地震分析

由成庫規模分析，該水庫設計正常蓄水位1220.5m，總庫容1150萬m3，興利庫容799.25萬m3，壩前最大抬高水位約50m，庫容有限，水庫誘發地震可能性較小；由巖性及水文地質條件分析，庫盆以透水性較弱的砂巖、泥巖、玄武巖及泥灰巖為主，巖溶管道不發育，誘發巖溶型水庫地震的可能性小；由構造及應力分析，庫區構造穩定性好，巖性軟硬相間，不具有存儲大量構造應變能的條件，誘發地震可能性小。

4.結論

本文對擬建水庫概況、工程地質條件進行了系統分析，對成庫可行性進行了論證，主要結論如下：

（1）水庫為Ⅲ等中型，設計正常蓄水位1220.5m，總庫容1150萬m3，滿足該城鎮供水和灌溉用水基本要求。

（2）庫區主要為溶蝕、侵蝕低中山地貌，以二疊系、三疊系以及第四系巖體、崩塌堆積物、河流沖洪積物與殘坡積物為主，區內無大的斷裂構造及褶皺發育，只發育F1、F2兩條小斷層，巖體局部分布溶蝕小孔，巖溶發育以表層溶蝕為主。

（3）庫區有不良堆積體分布，壩肩邊坡有局部失穩可能性，庫區巖體透水率總體偏小，防滲較好，且水庫誘發地震可能性較小，綜合分析，庫區進行必要的支護與防滲處理后滿足水庫成庫條件。