第三章坝址工程地质条件及评价.doc

第三章 坝址工程地质条件及评价第一节 坝址地质概况本次可研勘察，在九节滩固家河渡口以上1km河段内进行了反复比选，最终选择了上下两个坝址进行坝址比较。上下两个坝址相距231m，处于同一构造，同一地貌及地层单元中，工程地质条件具有一定的相似性和差异性。一、地形地貌巴河总体流向为 ，坝址区流向为N8E。坝址处河道顺道，常年水面宽度约300m，河谷开阔。河流两岸基本对称，右岸稍缓，坡角约18，左岸稍陡，坡角约23。两岸斜坡台地上分布有大量的第四系崩坡积物。河底高程251.2252.1m，上坝址上游180m处靠右有一深潭，河底高程241.9m。在地貌上坝址区属典型的河岸斜坡堆积地貌单元，包括阶地、冲沟及斜坡堆积等地貌形态。1、阶地：在坝址区阶地不发育，无级阶地，仅在上坝址坝轴线右岸290m高程处附近残留级阶地，残留面积约50m2。阶面高程290295m，高出河水面3843m。阶地残留物为粉质粘土夹砂卵石层，厚度23m，结构紧密。2、冲沟：在下坝址下游80m处左岸发育一冲沟，即固家河沟，沟长约2km，集雨面积约2.0km2，比降约2.3%。该冲沟沟口两岸基岩裸露，为侏罗系上沙溪庙组厚层砂岩。沟口段宽1520m，沟内长年有水流过。3、斜坡堆积地貌：坝址处两岸山顶高程300330m，高出河底5080m。斜坡地貌形态严格受岩性控制，砂岩出露地带大多形成陡崖，泥岩出露地带则形成缓坡台地。在缓坡台地上分布有崩坡积、残坡积物，岩性为块碎石土、粉质粘土、粉土等，厚度05m。二、地层岩性坝区地层主要包括覆盖层和基岩两大部分，覆盖层以第四系全新统残坡积和冲洪积为主，基岩为侏罗系上沙溪庙组砂泥岩互层。1、第四系（Q4）第四系全新统在坝区广为分布，以残坡积和冲洪积为主。残坡积主要分布在两岸缓坡台地上，岩性以块碎石土、粉质粘土、粉土为主，厚度05m。冲洪积主要分布在河床及岸边，在九节滩坝区冲洪积特未集中大片产出、分布零星，厚度02.1m。砂卵石中卵石约占80%，粒径10cm30cm的居多。2、侏罗系上沙溪庙组（J2s）为灰白色长石石英砂岩与紫红色砂质泥岩互层。砂岩为砂状结构，厚层状构造，岩石坚硬；泥岩为泥质结构块状构造。在坝区以砂岩为主，呈现“石龙过江”。在上坝址坝轴线上，砂岩残余厚度21.2022.27m。三、地质构造及地震坝址位于四川新华夏构造体系铁山背斜西翼，地层单斜，岩层产状336355613。坝址区无次级褶皱及断裂分布。在坝址砂岩地层中裂隙发育。在右岸砂岩中除层面裂隙外还发育三组裂隙：第一组：走向7082，倾NW，倾角4582；第二组：走向3540，倾SE，倾角3869；第三组：走向1315，倾SE，倾角82。其中，第一组裂隙走向与河道基本垂直，相对较发育，裂隙间距1.510m，裂隙延伸长度1m7m，闭合。第二、三组裂隙仅在局部地段产出，相对不发育，裂隙宽12mm，长度1m5m。在坝址左岸砂岩中，除层面裂隙外，还发育一组裂隙，走向250320，倾SE，倾角5590，长度315m，裂隙间距0.5m10m，裂隙大都张开，缝宽12mm，充填豆石及砂土（附：坝址左右岸J2s砂岩节理玫瑰花图）。在距坝址数十公里范围内均无活动断层，历史上未发生过大于或等于5级的地震活动，岩体完整，边坡稳定，抗震稳定性好。因此，坝址处于抗震有利地段，场地土类型为坚硬场地土，场地类别为类。四、地下水坝区地下水按含水层性质和赋存条件可分为两类。1、第四系松散堆积层孔隙水：一般以上层滞水或潜水赋存于坝区覆盖层内，受大气降水补给，以泉水形式汇入河中或通过基岩裂隙下渗。由于覆盖层为松散堆积，透水性良好，且分布零星，厚薄不均，受季节性降水影响大，因此，此类地下水不发育，对工程影响不大。2、基岩裂隙水：坝区基岩为侏罗系砂泥岩互层，泥岩性软节理裂隙不发育，透水性差，为相对隔水层，不利于地下水的储存运移。砂岩坚硬，节理裂隙相对发育，给地下水的补充、运移和排泄创造了良好条件，为相对透水层。但是，各砂岩层之间有泥岩阻隔，无水力联系，又具有临空面，有利于地下水的排泄，因此坝区基岩裂隙水也不发育。在坝区两岸钻孔施工过程中进行了地下水位观测，地下水位与河水位基本一致，这说明地下水位与河水位是完全贯通的。在上下坝址处各取水样1组，经水质分析，其库尔洛夫式为：上坝址CO2OM7.15HC0359.16S0427.86t15Ca64.89Mg32.44下坝址CO2OM7.01HC0356.86S0426.67Cl10.59t15Ca60.78Mg37.25比照GB5028799水利水电工程地质勘察规范附录G环境水对混凝土侵蚀评价标准，各项指标均符合施工水标准，对砼无侵蚀性。五、不良地质作用坝区地质作用主要表现为风化、崩塌和冲刷作用。风化：坝区基岩风化程度与岩性、埋藏条件等密切相关，残部表现为较均匀的风化，深部在地下水作用下表现为沿裂隙面风化的特征。坝址区河床部分广泛出露J2s砂岩，抗风化作用较强，同时长期受河水冲刷，强风化已无保留，中风化带底界埋深0.610.55m。两岸由于卸荷裂隙发育，风化作用较为强烈，强风化带底界埋深最大为10.55m，中风化带底界埋深量大为14.70m。崩塌：在坝区两岸，由于边坡较缓，1823，崩塌作用不强烈，仅发生在砂岩形成的陡崖一带。坝区两岸覆盖层以坡积物为主，崩积物很少。冲刷：坝区河流比降约为1/100，相对较陡，加之砂泥岩互层，泥岩抗冲刷能力较弱，在泥岩分布区形成了多个深坑，比较大且深的冲坑位于上坝址上游180m280m处，坑底高程241.90m，坑深10.10m，冲坑直径约100m。第二节 上坝址工程地质条件及评价一、上坝址工程地质条件上坝址位于九节滩固家河口上游364m处，距下坝址284m，河底高程251.40m251.70m。蓄水至正常高水位 m时，河面宽度 m。左岸山顶海拔高程311.80m，285m以下坡角19，285m以上坡角30.7；右岸山顶海拔高程312.0m，坡角20。上坝址覆盖层为第四系全新统冲洪积和崩坡积。冲洪积不发育，仅在上坝址上游80m处左岸，下游70m处左岸有零星分布，以砂卵石为主，卵石粒径10cm40cm的占40%，厚度26m。崩坡积分布在两岸斜坡地带，崩积少，以坡积为主，岩性为块碎石土和粉土，厚度15m。上坝址出露基岩为侏罗系上沙溪庙组砂泥岩互层。坝基全为砂岩，残余厚度18.57m22.27m，与下坝址一样呈现“石龙过江”景象；左坝肩272.90m以下为砂岩，272.90m以上为砂泥岩互层；右坝肩263.53m以下的砂岩，263.53m以上为砂质泥岩。上坝址处地层单斜，岩层产状 ，无次级褶皱及断裂分布。左岸除层面裂隙外，还发育一组裂隙，其走向250320，倾SE，倾角5590，长度315m，裂隙间距0.5m10m，裂缝大都张开，缝宽12mm。右岸除层面裂隙外，还发育一组裂隙，其走向7082，倾NW，倾角4582，与河道基本垂直。根据上坝址16个钻孔统计，层面裂隙平均间距5.2m，岩体完整程度等级属“完整”。在ZK3孔3.523.6m，14.6m14.76m两处发生掉钻。上坝址主要不良地质作用为风化作用。坝基由于冲蚀作用强烈，已无强风化层残留，弱风化层底界埋深0.65.14m。左岸强风化层底界埋深7.6510.55m，弱风化层底界埋深11.0514.70m。右岸无强风化层，弱风化层底界埋深4.7m。上坝址14个钻孔共压水352.75m/72段，q100Lu的共29段，主要位于钻孔上部，10Luq100Lu的共18段，1Luq10Lu的共3段，0.1Luq1Lu的2段，q=0Lu的共20段。二、上坝址工程地质评价1、坝基岩体质量评价坝基岩体为砂岩，通过薄片鉴定，为细粒长石砂岩，其中碎屑占90%，填隙物占50%。碎屑物中长石占70%，石英占25%，其它为岩屑、黑云母、白云母、绿帘石、电气石等含量微；填隙物中以绿泥石为主，沸石和水云母含量微。细粒砂状结构、孔隙式交结。取砂岩样7组，饱和抗压强度分别为58.1、61.7、44.8、57.7、65.3、36.3、37.2MPa，算术平均值51.6MPa，小值平均值39.4MPa。坝基岩体层理不明显，层面及节理裂隙不发育，岩体完整性程度属“完整”等级。坝区14个钻孔统计，岩心采取率平均值得为82.2%，RQD平均值70.88；除开风化层，岩心采取率平均值为85.6%，RQD平均值86.8。依据水利水电工程地质勘察规范附录L的规定，坝基岩体属B类。2、坝基、坝肩稳定评价坝基岩层产状 ，倾向上游略偏右岸。坝基岩体属B类，坚硬完整，岩体厚度大。岩体中不存在泥化夹层及破碎带。坝基中砂泥岩结合面接合面接合紧密，呈渐变关系。坝基岩体裂隙间距大，岩体属“完整”等级。坝基岩体无强风化层，弱风化底界埋深0.73.58m。因此，上坝址良好的地质条件对坝基稳定利。两坝肩覆盖层薄，基岩大部裸露。左坝肩坡角19，边坡稳定，无崩塌滑坡等不良地质作用。卸荷裂隙不发育。微风化深度较大，其中强风化底界埋深7.65m10.55m，弱风化底界埋深11.05m14.70m。强风化层以下岩体坚硬完整，岩心采取率平均值为93%，RQD平均值为87，右坝肩坡角20，边坡稳定，崩塌零星，无滑坡等不良地质作用。右坝肩岩体无强风化层，弱风化底界埋深4.7m。右坝肩发育一组构造裂隙，其走向与河道方向基本垂直。裂隙带宽510m。因此，清除左坝肩风化岩体和右坝肩裂隙发育带后，两坝肩岩体稳定。3、坝基坝肩渗漏评价(1)坝基渗漏根据坝基钻孔压水试验，坝基渗漏严重。坝基渗漏利用达西定律，将边界简化，求得：q=KHT/(2b+T)Q=qB式中：Q坝基渗漏总量；q坝基单宽剖面渗漏量；K岩石渗透系数，根据透水率损等，取平均值8.12m/d；H坝上下游水位差，取14m；2b坝底宽，取10m；T透水层厚度，取20m；B河宽，取395m。代入式中计算，整个坝基渗漏量为29936m3/d。左坝肩渗漏利用达西定律，视绕坝渗流线为圆形，求得：Q=0.366KH(h1+h2)lg(B/V0)式中：Q坝肩渗漏总量；K岩石渗透系数，根据透水率换算为1m/d；H坝上下游水位差，取14m；h1、h2上下游透水层厚度，上游取20m，下游取25m；B库岸可能漏水段长度，取50m；V0最小绕渗半径，取5m。代入式中计算，左坝肩绕坝渗漏量为230.58m3/d。同理计算，右坝肩渗漏量为682.9m3/d。整个大坝坝基坝肩渗漏总量30849.5m3/d，年渗漏量达1126104m3。第三节 下坝址工程地质条件及评价一、下坝址工程地质条件下坝址位于九节滩固家河口上游80m处，河底高程251.0251.20m，局部冲坑250.2m。蓄水至正常高水位 m时，河面宽度 m。左岸山顶高程为284.78m，左岸坡角260m以下为11，260m高程经上为21。右岸山顶高程为307.60m，右岸坡角为31。下坝址覆盖层为第四系全新统冲洪积和崩塌积。冲洪积分布在右岸边，以砂卵石为主，厚度03m。河床部分基岩裸露，无覆盖层。崩塌积分布在两岸，以块碎石土和粉土为主，厚度05m。下坝址出露基岩为侏罗系中统上沙溪庙组砂泥岩互层。左坝肩、坝基、右坝肩地表均为砂岩，残斜厚度分别为627m，46m，638m，呈现“石龙过江”。下伏紫红色泥岩。下坝址地层单斜，岩层产状 ，无次级褶皱及断裂分布。左岸除层面裂外，还发育一组裂隙，走向250320，倾SE，倾角5590，间距510m，裂隙宽1mm。右岸除层面裂隙外，还发育一组裂隙，走向7582，倾NW，倾角5482，间距810m，闭合。根据下坝址4个钻孔揭露，层面裂隙平均间距6.6m，岩体完整程度属“完整”等级。下坝址主要不良地质作用亦表现为风化作用。坝基于冲蚀作用强烈，也无强风化层残留，弱风化层底界埋深1.2m1.4m。两坝肩强风化层底界埋深1.52.2m。下坝址4个钻孔共压水78.44m/16段，其中q100Lu的4段，均集中于每个钻孔的顶部，10Luq100Lu的4段，1Luq100Lu的3段，0.1Luq1Lu的3段，q=0Lu的2段。二、下坝址工程地质评价1、坝基岩体质量评价坝基岩体为细粒长石砂岩，细粒砂状结构，孔隙式胶结，灰白色，巨厚层状。残余厚度412.9m，下伏砂质泥岩。取砂岩样6组，饱和抗压强度分别为42.2、35.6、47.7、40.1、43.2、39.6MPa，算术平均值41.4MPa，小值平均值38.4MPa，取泥岩样两组，上部泥岩饱和抗压平均值11.2MPa。坝基岩体层理不明显，层面及节理裂隙不发育，岩体完整性程度属“完整”等级。坝区4个钻孔统计，岩心采取率平均值为88.5%，RQD平均值71.62。依据水利水电工程地质勘察规范附录L的规定，坝基砂岩属B类，砂质泥岩属C类。2、坝基坝肩稳定评价坝基岩层产状 ，倾向上游略偏右岸。坝基岩体砂岩强度高，坚硬完整，属B类，下伏泥岩抗压强度低，平均值11.2MPa，为软质岩，属C类。坝基中砂泥岩之间接合紧密，接合面无裂隙。整个坝基岩体裂隙间距大，岩体属“完整”等级。坝基岩体无强风化层，弱风化层底界埋深1.21.4m。因此，下坝址地质条件好，坝基稳定。但是，下坝址坝基砂岩层厚度较小，最薄处仅4m。两坝肩覆盖层厚02.5m，大部分基岩裸露。左坝肩坡角11，边坡稳定，无崩滑坡等不良地质作用。岩心采率平均值88%，RQD平均值66。右坝肩坡角31，以砂岩为主，夹薄层砂质泥岩，岩坡陡峻。亦无崩塌滑坡等不良地质作用。岩心采取率85.4%，RQD平均值71。两坝肩不良地质作用表现为风化作用，清除表层强风化带后，两坝肩岩体稳定。3、坝基坝肩渗漏评价根据坝基钻孔压水试验，坝基坝肩渗漏严重，利用达西定律简化计算，坝基渗漏量5723m3/d，左坝肩渗漏量1377.34m3/d，右坝肩渗漏量1287m3/d，整个坝段年渗漏总量达261104m3。第四节 坝址选择上下坝址相距231m，两坝址所处河谷形态，河床宽度，覆盖层性质，地质构造条件，风化程度，相对隔水层埋深等均无多大差别，都具备兴建该工程的地质条件。从持力层厚度，坝基岩性，左坝肩高程，下游冲沟等方面比较，两坝址存在一定的差异性，比较如下：1、上坝址两坝肩高度较高，311.80m312.0m，高出坝顶50余米，山体雄厚，完全具备建坝的地形条件。下坝址左岸山顶高程271.70m，覆盖层厚约3m，强风化岩层厚约2.5m，因此，下坝址左岸中风化岩层顶面高底约为265.60m，九节滩水电站正常高水位即为265.40m，因此，如选择下坝址建坝，左岸还得兴建一副坝。因此，从左坝肩地形来看，上坝址明显优于下坝址。2、上坝址坝基全为J2s砂岩，厚度18.5722.27m；坝基为统一的砂岩地基，下坝址坝基砂岩厚度412.9m，下伏砂质泥岩。因此，从坝基岩性来看，上坝址明显优于下坝址。3、上坝址下游340m范围内两岸均无冲沟，下坝址下游80m处发育一冲沟，对电站尾水出流、消力设施的兴建均有较大影响。4、上坝址坝基全断面均为砂岩，坝基渗漏量为29936m3/d，下坝址砂岩层薄，下伏砂质泥岩，砂质泥岩为相对隔水层。因此下坝址坝基渗漏量为5723m3/d，比上坝址要少得多。上坝址两坝肩渗漏量为：左坝肩230.58m3/d，右坝肩682.9m3/d；下坝址两坝肩渗漏量为：左坝肩1377.34m3/d，右坝肩1287m3/d。从坝肩渗漏量看，上坝址比下坝址要少得多。5、下坝址水头为 m，多年平均发电量为 Kw，上坝址水头为 m，多年平均发电量为 。综合比较，上下坝址均具建坝的工程地质条件，但上坝址优于下坝址，故推荐上坝址。上下坝址工程地质条件比较表表3-1比较项目上坝址下坝址坝基1、河床高程251.40m251.70m251.0m251.20m2、河床宽度297.70m274.35m3、坝高16.0m16.40m4、坝顶长度394.0m384.60m5、覆盖层特性砂卵石层零星分布，厚26m砂卵石层，零星分布，厚03m6、基岩特性J2s砂岩，厚度18.57m22.27m。单轴饱和抗压平均值51.6MPa，岩心采取率平均值82.2%，RQD平均值70.88。J2s砂岩，厚度412.9m，单轴饱和抗压平均值41.4MPa，岩心采取率平均值86.7%，RQD平均值71.62；下伏泥岩层厚度大于10m，单轴饱和抗压强度平均值11.2MPa，岩心采取率92.5%，RQD平均值63.5。7、风化作用无强风化层，弱风化层底界埋深0.65.14m无强风化层，弱风化层底界埋深1.21.4m8、裂隙发育程序裂隙不发育，岩体属“完整”等级裂隙不发育，岩体属“完整”等级9、渗漏情况29936m3/d5723m3/d10、岩体分类B类砂岩属B类，泥岩属C类坝肩11、地形条件左岸山顶海拔高程311.80m，坡角1930.7，右岸山顶海拔高程312.0m，坡角20左岸山顶高程271.70m，坡角1121，右岸山顶高程307.6m，坡角3112、覆盖层特性以坡积粉土为主，厚15m以坡积粉土为主，厚03m13、基岩特性左岸砂岩厚32.27m，右岸砂岩厚34.44m左岸砂岩厚21.56m，右岸砂岩厚37.51m14、风化左岸强风化层底界埋深7.6510.55m，弱风化层底界埋深11.0514.70m，右岸无强风化层，弱风化层底界埋深4.7m左岸强风化层底界埋深2.5m，弱风化层底界埋深6.2m，右岸强风化层底界埋深3.6m，弱风化层底界埋深14.8m15、渗漏左坝肩渗坝渗漏230.58m3/d，右坝肩绕坝渗漏682.9m3/d左坝肩1377.34m3/d，右坝肩1287m3/d16、冲沟上下游300m内均无冲沟下游80m处发育一冲沟厂址17、位置坝后左岸下游坝后左岸下游18、地面高程251.72m257.67m251.60m267.10m19、岩性砂岩砂岩电站20、水头21、装机22、多年平均发电量