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瑞安市陶山鎮(zhèn)十八畝水庫(kù)地質(zhì)分析

2018-01-22 03:14李倩宇黃會(huì)妙陳鵬發(fā)黃玉強(qiáng)陳姝霓
西部探礦工程 2018年1期
關(guān)鍵詞:塊石壩基滲透系數(shù)

李倩宇,黃會(huì)妙,陳鵬發(fā),黃玉強(qiáng),陳姝霓

(1.東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院,江西 南昌 330013;2.浙江四維水利設(shè)計(jì)有限公司,浙江 溫州325000;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉海洋學(xué)院,湖北 武漢 430074;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉資源學(xué)院,湖北 武漢430074)

十八畝水庫(kù)位于瑞安市陶山鎮(zhèn)境內(nèi),水庫(kù)集雨面積0.74km2,原總庫(kù)容46×104m3,是一座?。?)型水庫(kù)[1],主要用途為發(fā)電、灌溉。水庫(kù)于1977年動(dòng)工興建,1980年完工,原設(shè)計(jì)壩型為照谷社壩,1981年9月大壩出現(xiàn)險(xiǎn)情,大壩下游坡發(fā)生鼓突,1982年進(jìn)行了加固處理,在壩后增設(shè)1∶1坡度的堆石體,同時(shí)增加了壩頂高程、加寬了水庫(kù)溢洪道。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

十八畝水庫(kù)位于瑞安市陶山鎮(zhèn)福泉山,屬浙南低山—丘陵區(qū),測(cè)區(qū)內(nèi)山巒起伏,地勢(shì)陡峭,呈構(gòu)造剝蝕地貌。區(qū)內(nèi)溪谷縱橫,縱坡度較大,無(wú)漫灘,植被總體較發(fā)育,水土保持一般。

1.2 地層巖性

測(cè)區(qū)巖性除第四系松散堆積物外,主要為燕山晚期第三次侵入鉀長(zhǎng)花崗巖[,現(xiàn)將區(qū)內(nèi)出露的地層由老至新分述如下:

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

測(cè)區(qū)所處大地構(gòu)造單元位于新華夏系第一級(jí)構(gòu)造復(fù)式第二隆起帶南段南東側(cè),區(qū)內(nèi)構(gòu)造的表現(xiàn)形式以斷裂為主,褶皺不發(fā)育。區(qū)內(nèi)構(gòu)造體系主要為華夏系構(gòu)造。工程區(qū)及附近無(wú)區(qū)域性斷裂通過(guò),庫(kù)區(qū)內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

據(jù)現(xiàn)代地震監(jiān)測(cè)資料表明,區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地震活動(dòng)微弱,一般僅限于3.0級(jí)以下地震。近年的1996年4月,文成縣境內(nèi)發(fā)生過(guò)2.6級(jí)的有感地震;2000年1月6日洞頭大門(mén)島以東海底近海岸的淺震源有感地震;此外,臺(tái)灣、福建、長(zhǎng)江口等地發(fā)生的地震偶有波及本區(qū)。2006年2月4日以來(lái)文成縣與泰順縣交界處發(fā)生多次地震,最大震級(jí)4.6級(jí),對(duì)擬建場(chǎng)區(qū)影響小。

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)[2],設(shè)防水準(zhǔn)為50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)為:反應(yīng)譜周期0.25s(Ⅰ區(qū)中硬場(chǎng)地),動(dòng)峰加值加速度0.05g,庫(kù)區(qū)基本地震烈度為Ⅵ度。

1.4 水文地質(zhì)條件

測(cè)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),天然降水豐富,地表徑流活躍。流域內(nèi)山高源短,河谷狹窄,致使洪水暴漲暴落,屬山溪型河流。地下水賦存類(lèi)型有基巖裂隙水和第四系松散層的孔隙潛水2種,均受大氣降雨補(bǔ)給。前者富水性主要受巖體風(fēng)化和構(gòu)造控制,透水性總體較差,深部完整基巖均為不透水層,大多數(shù)地段不利于地下水的富集與賦存,野外地表調(diào)查時(shí)未發(fā)現(xiàn)泉點(diǎn);后者主要賦存于松散堆積層中,埋藏淺,透水性大,但賦存空間小,且大多在河水位以上,水量較少。

2 庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

2.1 水庫(kù)滲漏

水庫(kù)庫(kù)區(qū)群山環(huán)抱,巖體較厚實(shí),分水嶺寬厚,未見(jiàn)通向庫(kù)外的較大斷層,運(yùn)行至今亦未見(jiàn)滲漏問(wèn)題。組成庫(kù)岸的巖石為透水性極差的細(xì)粒鉀長(zhǎng)花崗巖,庫(kù)區(qū)不存在永久性滲漏問(wèn)題。

2.2 水庫(kù)淹沒(méi)和浸沒(méi)

水庫(kù)為山區(qū)水庫(kù),庫(kù)區(qū)回水線附近無(wú)大片村莊、農(nóng)田及有價(jià)值的礦產(chǎn)資源,不存在淹沒(méi)和浸沒(méi)問(wèn)題。

2.3 庫(kù)岸穩(wěn)定

庫(kù)區(qū)右岸及庫(kù)尾岸坡由堅(jiān)硬、不易風(fēng)化的細(xì)粒鉀長(zhǎng)花崗巖組成,巖體完整性較好,未見(jiàn)較大的不利結(jié)構(gòu)組合,不會(huì)引起大范圍的庫(kù)岸再造問(wèn)題,總體穩(wěn)定性較好。庫(kù)區(qū)左岸為干砌塊石直立擋墻,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察,部分擋墻已隆起變形,穩(wěn)定性差,建議修復(fù)。

2.4 水庫(kù)淤積

庫(kù)區(qū)屬于峽谷地段,植被發(fā)育總體一般。該區(qū)天然降水量豐富,雨季大雨、暴雨頻繁,河床縱坡較大,沖刷作用居中,河水搬運(yùn)作用一般。兩岸殘坡積層表部結(jié)構(gòu)松散,在雨水沖刷及庫(kù)水漲落作用下,松散顆粒逐步向庫(kù)區(qū)運(yùn)移,因此有一定的固體徑流來(lái)源,淤積輕微。

2.5 水庫(kù)誘發(fā)地震

十八畝水庫(kù)是小(2)型水庫(kù),庫(kù)區(qū)為山區(qū)河谷型,庫(kù)岸為堅(jiān)硬致密的細(xì)粒鉀長(zhǎng)花崗巖,厚度大,巖性較均一,巖體較完整,區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定,工程區(qū)內(nèi)歷史上及近未發(fā)生過(guò)較大地震,該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g,場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為6度,水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性很小。

3 主壩工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

3.1 壩體筑填土特性及評(píng)價(jià)

3.1.1 壩體填筑土特性

鉆探揭露壩體填筑土有第①層護(hù)坡塊石、第②層斜墻土及第③層碎礫石土反濾層等,其分布情況見(jiàn)圖1和圖2?,F(xiàn)根據(jù)野外鉆探及室內(nèi)土工試驗(yàn)資料,將各層工程特性概述如下:

第①層護(hù)坡塊石:分布于大壩表面,層厚一般為0.50m,塊石直徑一般為40~60cm,個(gè)別大于80cm。塊石巖性主要為鉀長(zhǎng)花崗巖,呈弱風(fēng)化—微風(fēng)化狀,塊石間空隙較大。

第②層含角礫粘性土(斜墻土):揭露層厚2.70~10.50m,層頂埋深 0.50~0.60m,層頂高程 540.21~548.46m?;尹S色,稍濕—很濕,可塑,中等壓縮性。土質(zhì)欠均勻,碎、礫石含量一般為5%~15%,主要呈全—強(qiáng)風(fēng)化狀;砂粒含量一般為5%~15%,局部較高。土工試驗(yàn)主要物理力學(xué)指標(biāo)如下:

含水量w0=26.8%~36.3%,ρ=1.81~1.92g/cm3,e=0.796~1.044, a1-2=0.34~0.59MPa-1, Es1-2=3.35~5.35MPa,C快剪=15.3~25.4kPa,Φ快剪=6.1°~11.9°,C固快=14.9~25.0kPa,Φ固快=12.8°~21.7°。

第③層碎礫石土(反濾層):為保障反濾層完整性,本次勘察未揭穿,揭露層厚為0.20m,層頂埋深3.80~10.30m,層頂高程536.24~545.16m。主要由碎、礫石及粘性土等組成,碎、礫石含量70%~90%,粒徑一般為1~7cm;夾少量砂粒和粉粘粒。

3.1.2 壩體填筑土評(píng)價(jià)

第①層護(hù)坡塊石:塊石巖性為鉀長(zhǎng)花崗巖,呈弱風(fēng)化—微風(fēng)化狀,其抗壓強(qiáng)度高,抗風(fēng)化能力較強(qiáng),滿足工程需求。

第②層含角礫粘性土(斜墻土):可塑,中等壓縮性,在該層中取得顆粒分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)5組,不均勻系數(shù)為1.0~3.8,均小于5,為級(jí)配不良的土。

在該層中取得擊實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)1組,擊實(shí)試驗(yàn)實(shí)測(cè)最優(yōu)含水量為19.40%,最大干密度為1.72g/cm3,土工試驗(yàn)測(cè)試干密度為1.34~1.51g/cm3,土體壓實(shí)度為77.9%~87.8%,均小于96%,不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5395-2007)[3]的相關(guān)要求。

在該層中取土做垂直滲透試驗(yàn)5組,垂直滲透系數(shù)平均為2.22×10-6cm/s;做水平滲透試驗(yàn)6組,水平滲透系數(shù)平均為2.75×10-6cm/s。在現(xiàn)場(chǎng)做注水試驗(yàn)11段,其中,迎水坡中上部斜墻填筑土滲透系數(shù)為(2.34~8.48)×10-5cm/s,平均為5.55×10-5cm/s,滲透性等級(jí)為弱透水;迎水坡底部斜墻填筑土滲透系數(shù)為(1.11~2.55)×10-4cm/s,平均為1.66×10-4cm/s,滲透性等級(jí)為中等透水。斜墻填筑土滲透系數(shù)均不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5395-2007)的相關(guān)要求(斜墻防滲土滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s)。經(jīng)對(duì)比,室內(nèi)滲透試驗(yàn)值與現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)結(jié)果差異較大,主要是由于碎礫石含量分布不均勻、試驗(yàn)邊界條件差異大的原因造成。建議滲透系數(shù)按平均值分段取值,即迎水坡中上部斜墻填筑土為5.55×10-5cm/s,迎水坡底部斜墻填筑土為1.66×10-4cm/s。

根據(jù)該層土質(zhì)特性,結(jié)合試驗(yàn)成果,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后,建議力學(xué)參數(shù):

含水量 w0=31.2%,ρ=1.88g/cm3,e=0.907,a1-2=0.52MPa-1,Es1-2=3.79MPa,C快剪=18.1kPa,Φ快剪=7.0°,C固快=19.1kPa,Φ固快=15.1°。

第③層碎礫石土(反濾層):根據(jù)其土質(zhì)特性推測(cè),該層透水較強(qiáng),滲透性大于斜墻土,能較通暢地排出滲透水流。根據(jù)鉆探情況,斜墻土未發(fā)現(xiàn)明顯滲透變形現(xiàn)象。綜合判斷該層基本能有效發(fā)揮反濾功能。

3.1.3 壩肩接觸帶評(píng)價(jià)

迎水面壩肩接觸段地層為第②層含角礫粘性土,接觸部位土體特性與3.1.1描述情況無(wú)較大差別。

左壩肩ZK5取土測(cè)試干密度為1.50g/cm3,壓實(shí)度為87.2%;接觸帶注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為1.92×10-4cm/s。左壩肩ZK4取土測(cè)試干密度為1.48g/cm3,壓實(shí)度為86.0%;接觸帶注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為2.55×10-4cm/s。由上可知,左、右壩肩壓實(shí)度及滲透系數(shù)均不能滿足相關(guān)規(guī)范要求,建議壩肩接觸帶滲透系數(shù)按試驗(yàn)值取值。

3.1.4 壩坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

上、下游壩坡均采用干砌塊石護(hù)坡。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察,未見(jiàn)壩坡有明顯變形、滲漏、開(kāi)裂、沉陷、滑坡以及其他不良地質(zhì)現(xiàn)象,目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 壩基工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

3.2.1 地形地貌

左壩肩山體低平,稍顯單薄,迎水坡坡腳25°~40°,基巖基本裸露,局部見(jiàn)殘坡積含碎礫石粘性土覆蓋,局部見(jiàn)少量松散塊石堆積,植被不發(fā)育;背水坡坡度45°~65°,基巖部分裸露,覆蓋層厚度一般少于1m,植被發(fā)育。壩址河床較窄,河谷深切,呈近“V”字型。右壩肩山體較厚實(shí),迎水坡坡腳15°~30°,基巖基本裸露,局部見(jiàn)殘坡積土覆蓋,厚度一般少于0.5m,植被不發(fā)育;背水坡坡度40°~55°,基巖部分裸露,覆蓋層厚度一般少于1m,植被發(fā)育。

3.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

壩址無(wú)區(qū)域性斷裂通過(guò),區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。壩址兩岸山體巖體完整性較好,未見(jiàn)較大斷裂通過(guò),構(gòu)造形跡以中小型節(jié)理為主,多呈陡傾、閉合狀。

3.2.3 壩基巖性

本次勘察揭露壩基巖性為弱風(fēng)化燕山晚期第三次侵入鉀長(zhǎng)花崗巖[εγ3(3)5],現(xiàn)將其特性按描述如下:

第④層弱風(fēng)化鉀長(zhǎng)花崗巖:未揭穿,揭露最大厚度5m,肉紅色,細(xì)?;◢徑Y(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu),晶洞構(gòu)造。巖體完整性總體較好,巖芯多呈柱狀、短柱狀,裂隙不發(fā)育。

3.2.4 壩基工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

第④層弱風(fēng)化鉀長(zhǎng)花崗巖:巖質(zhì)堅(jiān)硬,承載力高,抗變形能力強(qiáng),抗剪強(qiáng)度高,工程力學(xué)性質(zhì)好。在該層中做壓水試驗(yàn)4組,透水率為1.51~2.15Lu,平均為1.78Lu,滲透性等級(jí)為弱透水,滿足相關(guān)規(guī)范要求。建議該層透水率按平均值1.78Lu取值。

綜合考慮壩基巖體特征,推測(cè)壩基弱風(fēng)化巖體的工程地質(zhì)分類(lèi)以Ⅱ類(lèi)為主。主要力學(xué)參數(shù)建議值如下:

巖石密度2.50g/cm3;飽和單軸抗壓強(qiáng)度60~70MPa;變形模量(0.5~1.0)×104MPa;泊松比0.22~0.25;壩基巖體承載力標(biāo)準(zhǔn)值:2.2MPa;壩體巖體抗剪斷強(qiáng)度f(wàn)′=1.1~1.3,c′=1.4~1.6MPa;抗剪強(qiáng)度:f=0.7,c=o。

3.2.5 壩址兩岸山體邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

壩址兩岸山體覆蓋層淺薄,基巖部分出露,巖性為透水性差、巖質(zhì)堅(jiān)硬、抗風(fēng)化能力強(qiáng)的鉀長(zhǎng)花崗巖,巖體總體完整性較好,未見(jiàn)不利于邊坡穩(wěn)定的斷層和不利構(gòu)造組合,兩岸邊坡整體穩(wěn)定。

4 副壩工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

4.1 地形地貌

左壩肩與進(jìn)壩公路連接,所處山體較厚實(shí),山體坡度30°~45°,基巖基本裸露。河床相對(duì)較平緩,呈“U”字型。右壩肩山體厚實(shí),山體坡度15°~30°,基巖零星出露,覆蓋層一般少于1.5m,植被較發(fā)育。

4.2 地質(zhì)構(gòu)造

壩址無(wú)區(qū)域性斷裂通過(guò),區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。壩址左岸巖體完整性一般,未見(jiàn)較大斷裂通過(guò),但中小型節(jié)理較發(fā)育,多呈陡傾、閉合狀。右岸基巖露頭不良,未見(jiàn)較大構(gòu)造發(fā)育。

4.3 地層巖性

根據(jù)踏勘情況,參考現(xiàn)有資料,壩體主要由護(hù)坡塊石及普通填筑土組成,其表部特征如下:

護(hù)坡塊石:塊石直徑一般為30~50cm,個(gè)別大于60cm。塊石巖性主要為鉀長(zhǎng)花崗巖,主要呈弱風(fēng)化狀,塊石間空隙較大,坡面欠平整。

普通填筑土:巖性為含角礫粘性土,灰黃色,稍濕—很濕,可塑,中等壓縮性。夾少量碎礫石,主要呈全—強(qiáng)風(fēng)化狀。

壩基:推測(cè)壩基為強(qiáng)—弱鉀長(zhǎng)花崗巖,肉紅色,細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu),晶洞構(gòu)造。

4.4 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

護(hù)坡塊石抗壓強(qiáng)度高,抗風(fēng)化能力較強(qiáng),滿足工程需求,但其表面欠平整,局部破損,建議修整。

普通填筑土及壩基分布情況不明確,建議補(bǔ)充地質(zhì)勘察工作,查明普通填筑土分布特征、滲透特性、壓實(shí)情況及壩基巖體風(fēng)化情況、完整程度、滲透特性等。

壩址左岸山體基巖基本裸露,巖體完整性一般,節(jié)理較發(fā)育,上部山坡受節(jié)理切割影響,局部見(jiàn)欠穩(wěn)定巖塊,影響通行安全,建議清除。右岸山體平緩,覆蓋層淺薄,其底座為鉀長(zhǎng)花崗巖,未見(jiàn)較大不利于邊坡穩(wěn)定的斷層和構(gòu)造組合通過(guò),邊坡整體穩(wěn)定性較好。

5 結(jié)論

(1)工程區(qū)位于少震、弱震區(qū),測(cè)區(qū)構(gòu)造處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),設(shè)防水準(zhǔn)為50年超越概率10%的地震動(dòng)參數(shù)為:反應(yīng)譜周期0.25s,動(dòng)峰加值加速度0.05g,測(cè)區(qū)基本地震烈度為Ⅵ度。

(2)庫(kù)區(qū)不存在永久性滲漏問(wèn)題;不存在淹沒(méi)和浸沒(méi)問(wèn)題;庫(kù)區(qū)右岸及庫(kù)尾岸坡總體穩(wěn)定性較好,但左岸干砌塊石直立擋墻部分已隆起變形,穩(wěn)定性差,建議修復(fù);庫(kù)區(qū)有一定的固體徑流來(lái)源,淤積輕微。

(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況,主壩壩坡未見(jiàn)有明顯的不良地質(zhì)現(xiàn)象,目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)??辈炱陂g,庫(kù)水位較低,未見(jiàn)壩腳有明顯滲水現(xiàn)象;主壩斜墻土級(jí)配不良,壓實(shí)度及防滲能力不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5395-2007)的要求,建議設(shè)計(jì)根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)壩體穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核,采取有效措施保障壩體穩(wěn)定;主壩反濾層滲透性大于斜墻土,能較通暢地排出滲透水流,斜墻土未發(fā)現(xiàn)明顯滲透變形現(xiàn)象,推測(cè)反濾層基本能有效發(fā)揮反濾功能;主壩壩基工程地質(zhì)條件較好,壩基弱風(fēng)化巖體的工程地質(zhì)分類(lèi)以Ⅱ類(lèi)為主,其巖體力學(xué)性質(zhì)、抗?jié)B能力均滿足工程需求;主壩壩址兩岸山體未見(jiàn)不利于邊坡穩(wěn)定的斷層和不利構(gòu)造組合,邊坡整體穩(wěn)定。

(4)副壩護(hù)坡塊石表面欠平整,局部破損,建議修整。副壩壩體填筑土及壩基工程地質(zhì)情況不明,建議補(bǔ)充地質(zhì)勘察工作;副壩壩址左岸上部山坡受節(jié)理切割影響,局部見(jiàn)欠穩(wěn)定巖塊,影響通行安全,建議清除。右岸邊坡整體穩(wěn)定性較好。

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