两河口水电站陡倾横向河谷工程地质问题浅析

吴章雷

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上,为雅砻江中、下游的“龙头”水库。坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2km河段。坝址处多年平均流量 670m3/s,水库正常蓄水位 2865m,相应库容 101.54亿m3,具有多年调节能力。枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、泄洪、放空、地下厂房等建筑物组成。砾石土心墙堆石坝最大坝高 295.00m,电站装机容量 300万kW,多年平均发电量 114.91亿kW·h。

2 坝址区基本条件

2.1 地形地貌

坝址区位于雅砻江与鲜水河汇合口(即两河口)以下庆大河口以下约 1.8km河段上。枯水期水面高程约 2600m。坝址为横向谷,两岸山体雄厚,谷坡陡峻。左岸呈弧形凸向右岸,地形平均坡度30°～45°,局部沟梁相间,发育数条小冲沟 ;右岸为凹岸,平均坡度 25°～45°,坝址下游有阿农沟切割,其余为浅表冲沟。

2.2 地层岩性

坝址区基岩为两河口组中、下段 (T3lh2、T3lh1)。两河口组下段(T3lh1)总体特征以变质砂岩夹粉砂质板岩为主,据岩性组合特征可进一步分为五层,总厚度约 769m。两河口组中段(T3lh2)岩性为粉砂质板岩,向上渐变为粉砂质板岩夹绢云母板岩及粉砂质板岩与绢云母板岩互层,可细分为五个层次,总厚度大于 725m。坝址区岩层总体产状N60°～ 70°W/SW∠60°～70°。

2.3 地质构造

坝址区处于瓦多复背斜南翼次级的两河口背斜的南翼,宏观上为一单斜地层,地层层序正常。坝区的结构面分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级,Ⅲ级结构面主要为坝区发育的规模较大的断层,断层破碎带宽者可达 1m,充填物以糜棱岩、断层泥等为主,糜棱化强烈,为压性结构面;Ⅳ级结构面为小断层。

Ⅴ级结构面为节理裂隙,在坝区发育的节理裂隙分为九组:①N60°～ 90°W/SW(NE)∠60°～ 85°(层面、板理 );② -1N0°～ 30°E/SE∠40°～60°,②-2N0°～30°E/NW∠40°～60°;③ -1N40°～ 60°E/NW∠10°～ 45°;③ -2N40°～ 60°E/SE∠10°～ 45°;④N0°～ 30°E/SE(NW)∠70°～ 85°;⑤N50°～ 80°E/SE(NW)∠65°～85°;⑥ -1N0°～30°E/SE∠5°～ 35°,⑥ -2 N 0°～ 30°E/NW∠5°～ 35°;⑦ -1N30°～ 50°W/SW∠5°～ 30°,⑦ -2N30°～50°W/NE∠5°～30°;⑧近 EW/N(S)∠5°～ 45°;⑨N45°～50°W/NE(SW)∠60°～ 75°。

据节理裂隙力学的成因分析,坝区主要经历了四期构造应力,σ1方向分别为 N0°～30°E、N75°W、N40°W、N50°E。在 N 0°～ 30°Eσ1的挤压下 ,形成了压性结构面(①组)、早期的平面“X”(②组),早期的张裂(④组)、早期的剖面“X”(⑧组);在 N75°Wσ1的作用下,晚期的平面“X”(⑤、⑨组)、晚期剖面“X”(⑥组 )形成 ;在 N40°Wσ1的作用下 ,形成了晚期剖面 “X”(③组 );在 N50°Eσ1的作用下,形成了晚期剖面“X”(⑦组)。见表1。

表1 结构面的分期配套

据坝区结构面的空间分布形态,结构面的构造组合型式为“米”字形。

3 工程地质问题分析

两河口水电站地层产状为 N60°～70°W/SW∠60°～70°,河流流向近 SN,为一典型陡倾横向谷。坝区压性结构面、早晚期的平面“X”及剖面“X”发育,构造组合型式为“米”字形。在该地质条件下有以下工程地质问题。

3.1 变 形

坝区压性结构面(断层)发育,破碎带较宽,带内充填物强度、变模低,可压缩性好。顺层挤压带与砂、板岩互层,软硬相间。因此坝基、塔基等建筑物基础置于其上时,会引起地基的不均匀沉降,导致建筑物变形。坝肩的作用力方向垂直于该压性结构面时,也会引起压缩变形。因此在陡倾横向河谷要注意压性结构面,主要是断层对建筑物变形的影响。

3.2 坝基及坝肩抗滑稳定性

对于重力坝,坝区发育的早期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～45°),能构成坝基抗滑的底滑面,坝区发育的压性结构面(①N60°～90°W/SW(NE)∠60°～85°)、早晚期的平面“X”(②组及⑤、⑨组)及张裂(④组)都可以构成侧裂面,对重力坝坝基的抗滑稳定不利。拱坝坝基抗滑的地质构造条件与重力坝相同。对于拱坝坝肩抗滑,坝区发育的早、晚期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～ 45°、③N 40°～ 60°E/NW(SE)∠10°～ 45°、⑦N30°～ 50°W/SW(NE)∠5°～30°),能构成坝肩抗滑的底滑面,压性结构面、平面“X”及张裂也都可以构成侧裂面,从而影响坝肩的抗滑稳定。

由此可见,坝区发育的早期剖面“X”对重力坝抗滑稳定不利;坝区发育的早、晚期剖面“X”对拱坝的抗滑稳定不利。

3.3 洞室稳定

洞室的稳定性受轴线选择的影响较大,早、晚期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～45°、③N40°～60°E/NW(SE)∠10°～ 45°、⑦N30°～ 50°W/SW(NE)∠5°～30°),如在洞室的顶拱发育,会引起塌顶、掉块等工程问题。平面“X”(②N0°～30°E/SE(NW)∠40°～60°、⑤N50°～ 80°E/SE(NW)∠65°～ 85°、⑨N45°～ 50°W/NE(SW)∠60°～75°)及早、晚期剖面“X”如在洞室的边墙发育,会构成低滑面,对边墙的稳定不利。

可见,坝区发育的平面“X”及早、晚期剖面“X”,对洞室的顶拱及边墙稳定不利。

3.4 边坡稳定

坝区发育的早期平面 “X”(②N0°～30°E/SE(NW)∠40°～60°)构成边坡的底滑面,压性结构面、平面“X”及张裂都可以构成侧裂面,影响边坡的局部稳定,表现为块体失稳。因此,坝区发育的平面“X”影响边坡的局部稳定。

3.5 渗漏问题

坝区发育的早期张裂④N0°～30°E/SE(NW)∠70°～85°,对坝基渗漏及绕坝渗漏影响较大。

4 工程处理措施

鉴于陡倾横向河谷的以上工程地质问题,工程上一般采取以下处理措施:

对于变形问题,采用混凝土置换,加强地基的强度,减小变形。对于坝基(肩)抗滑问题,浅层的开挖清除,深层的回填固结或锚固岩体。对于洞室及边坡的稳定问题,工程上采取锚固处理措施。对于坝基或坝肩的的渗漏,工程上采取帷幕灌浆处理措施(见表2)。

表2 陡倾横向河谷工程地质问题及处理措施一览表

5 结 论

分析表明,陡倾横向河谷发育的压性结构面(断层)对变形不利;早期剖面“X”对重力坝抗滑稳定不利;剖面“X”对拱坝的抗滑稳定不利;早期平面“X”及剖面“X”,对洞室的顶拱及边墙稳定不利;早期平面“X”影响边坡的局部稳定;早期张裂对坝基及绕坝渗漏不利。

因此,对于陡倾横向河谷需注意的主要工程地质问题是:早期平面“X”对边坡工程的影响,早期剖面“X”对抗滑稳定的影响。因早期的张裂与河谷平行为主要的导水结构面,故需采取灌浆处理措施。

[1]张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社出版,1994.

[2]徐开礼,朱志澄.构造地质学[M].北京:地质出版社出版,1989.