某新建水库坝址段工程地质条件分析

陈洁宇，崔江豫

(1.水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 831100；2.巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院，新疆 库尔勒 841000)

1 工程概况

某新建水库开发的任务是发电、工业及灌溉供水、防洪及改善生态等的综合利用，初选坝型为砂砾石面板堆石坝，水库正常蓄水位1820m，最大坝高达 164.3m，总库容约22亿m3，设计年发电量23.32亿kW·h，属大(1)型I等工程。水库库区及坝址区工程及水文地质条件复杂，工程区水库工程地质问题直接影响水库选址、坝型选择等，同时对水库后期运行也造成影响，因此，文章从坝址区基本地质条件出发，进一步研究坝址区水库渗漏、库岸稳定、库区浸没、水库诱发地震及坝基(肩)抗滑稳定等工程地质问题，为水库设计施工提供地质依据[1-2]。

2 坝址区基本地质条件

2.1 地形地貌

该库段长13.6km，属中山峡谷河段，山峰高程在2500-3200m，河流下切剧烈，河道总体流向EW向，呈“V”形河谷，河谷两岸自然坡度总体为40°-70°，局部80°-90°，谷坡大多基岩裸露，零星发育有Ⅰ-Ⅳ级阶地。该库段两岸共发育大冲沟9条(见表1)，冲沟沟口段走向与岸坡斜交，冲沟底宽在50-100m之间，最大冲沟底宽达1800m，沟底分布冲洪积含土块碎石，大的冲沟口分布洪积扇，暴雨季有暂时性水流。根据冲沟泥石流调查结果，各冲沟泥石流类型以水石流为主，属中等易发性泥石流，泥石流规模小频度低。库段峡谷地貌(面向下游)见图1。

图1 库段峡谷地貌(面向下游)

表1 库段深大冲沟分布位置及主要特征统计表

2.2 地层岩性及地质构造

库段出露的地层分布主要有石炭系、泥盆系和第四系。

1)石炭系：岩性以石炭系灰岩、白云质灰岩、砂岩夹砾岩为主，岩层产状 325°-350°SW或NE∠33°-85°，岩层走向与岸坡大角度相交。

2)泥盆系：岩性为砂岩夹薄层灰岩及泥岩，页岩与石英砂岩互层，灰岩夹泥灰岩，岩层产状330°-350°SW∠44°-66°，岩层走向总体与岸坡大角度相交， 在河道转弯处与岸坡走向近平行。

3)第四系：分布于河床、阶地、冲沟口及坡脚处，成因以冲积砂卵砾石、冲洪积含土卵砾石及崩坡积含土块碎石为主，冲洪积及崩坡积层厚度5-30m。

2.3 水文地质条件

河段地下水主要有二种：第一类为孔隙潜水，主要分布在河床冲积 层的砂卵砾石层中，主要受河道水补给，水位随河水位变化，水量极为充沛；第 二类为基岩裂隙水，主要赋存于基岩裂隙及断层带内，沿裂隙网络运移，无统一水面，主要受大气降水补给，向叶尔羌河排泄，在大的冲沟有泉水点分布，出露 高程高于正常蓄水位1820m，为地下水补给河水。坝址上游直线距离约17.2km左右分布的 15#、16#冲沟内有常年流水，汇入河道。

3 主要工程地质问题评价

3.1 水库渗漏

该库段为峡谷库段，大型冲沟形成库盆一部分。该库段正常蓄水位线落在基 岩岸坡中、下部，河谷及冲沟两岸大部分山体雄厚，基岩裸露，无低于库水位的 邻谷。

在2#冲沟与坝址下游河谷之间为一走向NE的基岩山梁，正常蓄水位1820m时，基岩山梁最窄处约470m。地质调查显示，该山梁顺岩层走向分布，冲沟回水范围内未发现与山梁走向斜交的NW向大规模断层分布，主要发育次级 顺层结构面，挤压紧密，普遍有夹泥，不利于库水渗漏(见图2)，山梁岩性以石炭系上统塔合奇组(C3t)灰岩、厚层白云质灰岩为主，岩溶发育强度为微弱，连通 性差。综合分析，该库段无永久渗漏问题。

图2 2#沟渗透剖面图示意图

3.2 库岸稳定

库段处于中山区“V”型峡谷段，两岸大部分基岩裸露，岩石以灰岩、砂岩、砂砾岩等硬质岩为主，呈中、厚层状，岩层走向与河谷斜交，自然坡度40°-70°， 局部80°-90°。该库段河谷岩体较完整，主要断层及岩层走向与河谷斜交，边坡 不存在整体稳定问题。该库段岩质边坡变形破坏的主要类型是崩塌和崩滑。

3.2.1 崩塌

崩塌体BT1、BT2分布于坝址上游4.88km处右岸6#冲沟口附近，其成因主要为冲沟两岸卸荷 裂隙与层面组合形成，分布高程主要位于正常蓄水位以下，估算总方量为 BT1=1.0万m3；BT2=0.75万m3。崩塌方向指向冲沟对岸，方量不大，对工程无 影响。

3.2.2 崩滑

地表调查统计，局部谷坡中层面裂隙发育密度较大，延伸较长，为斜坡主要 控制结构面之一，其与垂直岸坡的两组裂隙组合形成了局部块体滑动。

1)BH1崩滑体

位于坝址上游约8km的右岸坡，该段岸坡基岩裸露，自然坡度38°，1800m 高程以下陡坡段77°左右，岩性为泥盆系砂岩，岩层产状40°NW∠25°，倾向上 游，走向与岸坡斜交，该段岸坡受平行岸坡断层及上、下游小冲沟的切割，形成 一孤立的基岩山体，断层产状315°NE∠70°，破碎带宽1-3m，主要由碎裂岩夹 糜棱岩组成，地表呈沟槽，BH1崩滑体现场图片见图4。

图3 BT1、BT2崩塌体照片

该崩滑体分布高程1720-1800m，主要由层面形成潜在底滑面，断层为侧向 结构面，滑动方向为上游(图4)，根据地质测绘，崩滑体平均长120m，宽度50m， 平均厚度35m，估算方量为210000m3。

边坡稳定分析计算，采用极限平衡理论。不考虑侧向阻力、地震影响和考虑地震因素时采用公式分别如下：

(1)

(2)

式中：Kc、Kc′为安全系数；j为内摩擦角，°；C为内聚力，Pa；S为底滑面面积，m2；Q为滑体重量，kN；α为底滑面倾角，°；KH为水平向地震系数(Ⅷ度区KH=0.2)。

根据底滑面(层面)为碎屑夹泥型，按经验值取j=20°；C=0.05MPa；滑体重量 Q=210000×24.5=5145000kN；底滑面面积S=47×166=7802m2。

安全系数计算结果如下：

(3)

考虑地震因素时安全系数计算结果如下：

(4)

由计算结果可知：该崩滑坡体在不考虑地震影响和考虑地震影响时，安全系数均>1.25，满足岩质边坡稳定要求，并有足够的安全裕度，不存在整体滑移的可能性，且该崩滑体位于正常蓄水位以下，对工程无大的影响。

2)BH2崩滑体

分布该库段左岸坡，距坝址直线距离约7.8-9.5km。河道走向NW，与岩层走向交角10°-20°，自然坡度40°-60°，坡高600余m，均为岩质边坡，岩性主要为灰黑色厚层灰岩与石英砂岩互层，岩层产状340°-350°SW∠40°-45°，发育两组裂隙：L1产状330°NE∠55°-65°，延伸长5-10m，面粗糙无充填，间距0.5-2m；L2产状40°-50°NW∠85°-90°，延伸长3-8m，面粗糙无充填，间距3-10m。滑落组合形式为岩层面构成滑落体底滑面，L1组裂隙构成后缘切割面，L2组裂隙构成两侧滑动结构面，该处边坡滑落体规模不大，且滑落方向指向对岸，其产生的水库涌浪高度有限，加之距坝址距离较远，对大坝等建筑物安全无大的影响。

该库段位于坝址上游14.5km以外，崩塌或崩落对水工建筑物安全无影响。

此外，该库段存在4处库岸再造问题，主要分布于坝址以上31.5km至库尾段，正常蓄水位落在坡脚处，坡脚地层为第四系洪、坡积含土碎石，水库蓄水后，随着库水位的抬升和周期性涨落，库周岸坡第四系松散堆积层将被水软化，这些土体在库水及波浪的淘刷、冲蚀、磨蚀等作用下，出现塌岸等库岸再造现象(图5)，由于该库段处于无人山区，库岸再造对人类活动无影响。地质调查表明，该库段库岸再造坍塌估算累积总方量约56500m3。库岸再造分布位置及特征见表2。

表2 库段库岸再造特征及估算方量汇总表

图5 Ⅲ库段库岸再造典型地质剖面图

3.3 库区浸没

该库段为高山峡谷型，两岸基岩裸露，除局部大冲沟口外，正常蓄水位线均 落在基岩岸坡或坡脚，加之库段内人烟稀少，无民居、耕地及厂矿分布。故该库 段不存在浸没问题。

3.4 水库诱发地震

本该段库区为高山峡谷区，河谷下切急剧，岸坡陡峻。河谷底宽约200m，正常蓄水位1840m时河谷宽约600-900m。库区出露的岩性主要为元古界变质岩和后期侵入的花岗岩。段库区出露的断层较多，但规模均较小。断层(F46)展布在库斯拉甫乡上游12km 处，长约 17km，表现出强烈挤压的特点，在河床附近见有被后期中基性岩脉充填现象，表现出时代较古老的特征。断层(F45)展布在克什拉克塔木断层的北东，沿断裂带有花岗岩岩体侵入，为高角度逆断层，破碎带宽20m左右，断层带由角砾岩，断层泥等组成，未发现该断层晚更新世以来有活动迹象。

该段库区的地震活动水平以小震为主。综合分析，该库段不具备诱发弱震以 上水库地震的条件，但诱发弱-微震的可能性是存在的。

4 结论及建议

新建水库工程地质条件和水文地质条件极为复杂，在水库工程修建之前，需 要对库区、坝址区地质条件以及可能存在影响水库安全的工程地质问题进行全面 勘察，结合库区、坝址区地层岩性、地质构造、水文地质条件等，研究该库区段 可能发生的水库渗漏、库岸稳定、水库浸没以及水库可能诱发地震等问题，对水 库工程建设具有重要意义。