待賢水庫壩址區(qū)地質(zhì)條件試驗分析

麻江峰

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

待賢水庫壩址區(qū)地質(zhì)條件試驗分析

麻江峰

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

介紹了待賢水庫工程概況，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件方面闡述了壩址區(qū)工程地質(zhì)情況，通過對壩體質(zhì)量分析、壩基地質(zhì)條件分析、壩基滲透量估算、壩體和壩基土的滲透變形評價，可知壩址區(qū)地質(zhì)條件總體上符合水庫的除險加固要求。

壩址；滲透變形；地質(zhì)條件；待賢水庫

1 工程概況

待賢水庫位于沁縣新店鎮(zhèn)待賢村西濁漳河西源白玉河支流待賢河上，距縣城以南直線距離約25 km外，是一座以防洪為主，兼顧灌溉的小（二）型水庫。工程等別為Ⅴ等，建筑物級別為5級，包括大壩、溢洪道、輸水洞。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。水庫樞紐工程由均質(zhì)土壩、溢洪道、輸水洞三部分組成。壩長71m，最大壩高10m，壩頂高程998.0m，壩頂寬2m。溢洪道位于大壩左側(cè)58m處，為人工開挖石槽，總長80m，底寬2m。進(jìn)口底高程約995.0m。輸水洞位于右壩肩，洞身為矩形砌石結(jié)構(gòu)，洞身尺寸為0.5m×1.0m，長約58m，最大泄量2.2m3/s。

2 壩址區(qū)地質(zhì)情況

2.1 地形地貌

壩址區(qū)位于低山丘陵區(qū)，地勢起伏變化不大，海拔高程990～1 020m，相對高差10～30m。壩址處在兩條“U”型溝谷交匯處，地形相對狹窄，谷底寬60～130m；左壩肩為凸向河床的天然黃土臺地，沿大壩方向?qū)挾燃s60m，順河方向?qū)挾燃s20～60m；右壩肩岸坡較順直，基巖出露，邊坡穩(wěn)定。

2.2 地層巖性

壩址區(qū)出露地層巖性為三疊系二馬營組灰色砂巖和第四系松散堆積物，現(xiàn)由老到新分述如下：三疊系中統(tǒng)長石砂巖，灰綠、灰白色，中粒厚層狀，交錯層理發(fā)育，地表易風(fēng)化，巖層傾向275°～285°，傾角3°～5°。第四系中更新統(tǒng)洪積，巖性為低液限黏土，呈褐紅、褐黃色，含零星鈣質(zhì)結(jié)核和錳鐵質(zhì)結(jié)核和古土壤層，主要分布在左壩肩及兩岸，厚度2～10m。水庫淤積物巖性為低液限粉土、低液限黏土及粉細(xì)砂，分布于壩前庫區(qū)。人工堆積物為壩體填筑土。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，構(gòu)造形跡主要為寬緩褶皺。壩址區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期0.45 s，地震動峰值加速度0.10 g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

2.4 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水賦存條件，地下水可分為碎屑巖類裂隙水和松散巖類孔隙水，松散巖類孔隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給，向下游徑流排泄或越流補(bǔ)給碎屑巖類裂隙水，碎屑巖類裂隙水主要向下游徑流排泄。

3 壩址區(qū)地質(zhì)條件試驗分析

3.1 壩體質(zhì)量分析

壩體土主要為低液限黏土，厚度6.0～10.0m。在壩體上共布置鉆孔2眼，取得壩體不同部位和深度的原狀土樣，進(jìn)行室內(nèi)土工試驗，并在鉆孔中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗以檢驗壩體土的密實度。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果為：最小值11.9，最大值18.1，平均值14.6，說明壩體土填筑質(zhì)量尚可。

壩體土含水量自上而下有增大趨勢，但整體上壩體土含水量差異較小，一般自壩頂7.0～7.2m以下呈飽和狀。壩體土液性指數(shù)為-0.06～0.13，呈堅硬—硬塑狀態(tài)。壓縮系數(shù)范圍值0.19～0.38MPa-1，平均值0.32MPa-1，呈中等壓縮性；孔隙比0.575～0.759，平均值0.682；干密度1.53～1.71 g/cm3，平均值1.61 g/cm3，其中干密度不小于1.60 g/cm3的約占57%，說明壩體土干密度值基本合格。根據(jù)土工試驗和相關(guān)試驗參數(shù)計算可得壩體土飽和密度為2.00 g/cm3。

壩體土滲透系數(shù)為1.64×10-6～1.31×10-4cm/s，平均值2.46×10-5cm/s，其中滲透系數(shù)不大于1×10-4cm/s的約占83%，整體呈弱—微透水性，基本滿足均質(zhì)土壩的質(zhì)量要求。

3.2 壩基地質(zhì)條件分析

壩基地層巖性由第四系中更新統(tǒng)沖洪積低液限黏土和三疊系中統(tǒng)砂巖組成，現(xiàn)自上而下分述如下：低液限黏土層厚4～10m，由左壩肩向右壩肩逐漸變薄，呈暗黃色、灰黃色，飽和狀，軟塑狀，無搖震反應(yīng)，中等干強(qiáng)度、中等韌性，手捻無砂感，偶夾褐黃色細(xì)砂透鏡體，厚度1～2 cm。根據(jù)土工試驗數(shù)據(jù)，低液限黏土比重2.70～2.71，含水量17.2%～27.7%，干密度1.48～1.77 g/cm3，孔隙比0.521～0.828，壓縮系數(shù)0.12～0.50MPa-1，壓縮模量3.7～12.8MPa，滲透系數(shù)5.33×10-7～ 4.36×10-4cm/s，黏聚力7.3～36.8 kPa，內(nèi)摩擦角9.6°～27.3°，屬稍密—密實狀，無濕陷，中等壓縮，弱—微透水性土層。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果為：最小值9.5，最大值12.6，平均值11.2，壩基低液限黏土屬可塑—軟塑狀態(tài)，建議地基承載力特征值150 kPa。根據(jù)土工試驗和相關(guān)試驗參數(shù)計算可得壩基土飽和密度為1.97 g/cm3。

壩基低液限黏土液限為28.6%～34.8%，塑限為17.0%～20.8%，塑性指數(shù)為11.5～18.0，液性指數(shù)為0.36～0.54，可塑—軟塑狀；砂粒含量占4.8%～17.1%，粉粒含量占62.3%～73.9%，黏粒含量占20.6%～21.5%，不均勻系數(shù)13.5～15.5，曲率系數(shù)1.2～1.5，級配良好。

三疊系中統(tǒng)砂巖，灰白色，中粒厚層狀，巖層傾向275°～285°，傾角3°～5°。根據(jù)工程地質(zhì)類比，砂巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度3～5m，堅硬巖，中等透水性，地基承載力特征值350 kPa以上，工程地質(zhì)條件良好。

3.3 壩基滲漏量估算

根據(jù)壩基的地層結(jié)構(gòu)，壩基滲漏通道主要為低液限黏土和基巖，滲透量采用雙層計算公式：

式中：Q——壩基滲漏量，m3/d；

K1，K2——透水層滲透系數(shù)，m/d；

B——計算段寬度，m；

M1，M2——透水層厚度，m；

H——上、下游水頭差，m；

2b——壩底寬度，m。

正常蓄水位995.11m下，壩基滲漏計算結(jié)果見表1。其中：最大壩基長度選90 m；由壩基地質(zhì)條件可知壩基第一透水層為低液限黏土，層厚4～10m，現(xiàn)選取M1為其平均值6m；第二透水層為砂巖強(qiáng)風(fēng)化層，其厚度3～5m，現(xiàn)M2選取透水性最強(qiáng)的5m。由此可得計算結(jié)果為24.16m3/d，按全年365 d計算，壩基年滲漏量約為8 819.05m3。

表1 正常蓄水位壩基滲漏計算結(jié)果

3.4 土的滲透變形評價

壩體和壩基的低液限黏土可能發(fā)生的滲透破壞變形為流土和接觸流失兩種類型，其允許水力比降采用公式Jcr=（Gs-1）（1-n）計算，計算結(jié)果見表2。

表2 允許水利比降計算表

4 結(jié)論

工程壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動跡象。庫岸大部分基巖出露，山體寬厚，庫區(qū)滲漏不明顯，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果可知壩體土填筑質(zhì)量尚可，符合規(guī)范要求。從土工試驗成果可以看出，壩體土干密度值基本合格，滲透系數(shù)基本滿足均質(zhì)土壩的質(zhì)量要求。壩基為低液限黏土，建議地基承載力特征值150 kPa。計算得到的壩基年滲漏量約為8 819.05m3，約占入庫多年平均徑流量39.8萬m3的2.22%。結(jié)合目前水庫運(yùn)行現(xiàn)狀，壩后及兩壩肩沒有明顯水流溢出點(diǎn)，說明壩基滲漏量較小。由于實際滲透比降均小于允許滲透比降，說明水庫現(xiàn)狀正常運(yùn)行條件下低液限黏土不會發(fā)生流土和接觸流失破壞，大壩滲流相對穩(wěn)定。

P642 ［

］C ［

］1004-7042（2016）09-0035-02

麻江峰（1985-），男，2015年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利工程專業(yè)，助理工程師。

2016-07-09；

2016-08-17