打磨岗灌区烟草水源工程坝址区工程地质条件分析与评价

李宏冲，李万里，刘灏懿，李森，刘威

打磨岗灌区烟草水源工程坝址区工程地质条件分析与评价

李宏冲1，2，李万里1，2，刘灏懿1，2，李森1，2，刘威1，2

（1.河南南阳市水利建筑勘测设计院，河南南阳473000；2.河南灵捷水利勘测设计研究有限公司，河南南阳473000）

根据打磨岗灌区烟草水源工程情况，对坝址区地形地貌、地层岩性、地质构造及物理地质现象、工程地质条件等进行分析和评价，对坝基岩体结构进行了工程地质分类，并提出了岩体力学参数建议值，为该水源工程的设计和施工提供了地质依据，也为工程实施后安全运行提供了科学的资料。

水源工程；坝址；工程地质条件；岩体结构分类

1 工程概况

拟建打磨岗灌区烟草水源工程位于内乡县马山口镇杜洛村外坡组青山河上，该河道为湍河支流默河东支流，属长江流域白河水系。坝上游控制流域面积112.3 km2，主河道长20.02 km，河道平均比降0.014。全流域属中低山区。水源工程主要建筑物包括碾压混凝土重力坝、引水隧洞等。碾压混凝土重力坝（中坝线）由左非溢流坝段、溢流坝段、右非溢流坝段及冲砂洞等建筑物组成，坝轴线长234.0 m，非溢流坝段坝顶高程304.50 m，总长134.0 m，溢流坝段坝顶高程297.00 m，段长100.0 m，采用挑流消能，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，设计洪水标准取为50年一遇，设计水位301.36 m，库容为887.7万m3；校核洪水标准取为500年一遇，校核水位302.91 m；总库容为983.3万m3；死水位277.80 m，相对库容为87万m3；兴利水位297.00m，相对库容为562万m3。灌区面积由原5.12万亩扩大到11.78万亩。工程位置见图1。

2 地质概况

工程区位于伏牛山南坡，五朵山南麓，在中国大地构造单元上位于二郎坪—刘山崖晋宁地向斜褶皱之南，朱阳关—夏馆—大河、商南—马山口深断裂北侧和灌涨—马山口—乔端、七里坪—余关断裂东侧。影响库坝区构造稳定性的因素较多，区域内的灌张——马山口断裂、湍河断裂为发震构造，两条较大的深断裂带为控震构造带；其余几条断裂从新构造的活动强度分析，地震活动强度逐渐减弱、周期性逐渐延长、地壳升降幅度明显减小、第四纪以来未发生活动等，地壳运动逐渐趋于稳定，库坝区属于基本稳定区。工程区地震动峰值加速度为0.05 g，动反应谱特征周期0.35 s，相应的地震基本烈度为Ⅵ度。

图1 工程位置示意图

3 坝址区工程地质条件

3.1 地形、地貌及地层岩性

坝轴线所处位置为中低山区。河谷底宽约39.0 m，谷底高程在258.75 m～259.11 m，谷底与两岸山顶相对高差超过45 m。河谷走向240°，河谷为“U”型谷，坝轴线方向326°。该坝址两岸山体基本对称，左岸山体自然坡度60°～70°；右岸山体自然坡度30°～40°，两岸植被发育良好。坝址区的地层较单一，主要为华力西期片麻状花岗岩，少量的残坡积地层，其中：华力西期片麻状花岗岩（γ42），在库区广泛分布，新鲜面呈灰白、白色，风化面呈暗灰色、灰黄色，中粗粒结构,块状构造。坝址区第四系残坡积砾质土不发育，仅在坡度较缓的山体表部及坡脚零星分布，灰黄色，结构稍密～中密，砾石含量20%～30%，砂粒含量20%～30%，细粒土含量40%～50%；砾石成分主要为片麻状花岗岩，磨圆度差，多呈棱角状。

3.2 地质构造及物理地质现象

坝段内地质构造线与区域构造线方向近一致，呈NWW走向。左坝肩发育有F10、F11两条断层，其中：F10：位于中坝线左坝肩上游30 m处，断层长42.0 m，断层带宽1.0 m，为一张性断层，断层带内岩石破碎，充填碎石土，断层产状：走向270°、倾向180°、倾角50°；F11：位于中坝线左坝肩下游40 m处，断层长35.0 m，断层带宽0.5 m，断层带内岩石破碎，充填碎石土。产状：走向140°、倾向50°、倾角40°。坝址区表部岩石节理较发育，主要为风化卸荷裂隙，岩体被切割成大小不等的块状，完整性较差。

3.3 工程地质条件

3.3.1 左坝肩(0+000～0+057)

左坝肩山体呈北东—南西向，山体雄厚，自然坡度60°～70°，坝肩岩性为片麻状花岗岩夹薄层云母石英片岩，强风化厚度3.5m，以下为弱-微风化岩石。该坝肩发育有F10、F11断层，由于其规模较小，对左坝肩的稳定性影响不大。左坝肩岩石裂隙发育有四组：①倾向265°～270°、倾角80°～55°，该组裂隙倾向左岸，为张性节理；②倾向90°～95°、倾角65°～70°，该组裂隙倾向右岸，为张性节理；③倾向5°～15°、倾角50°～60°，该组裂隙倾向下游，为张性节理；④倾向215°～225°、倾角50°～60°，该组裂隙倾向上游，对坝基稳定较为有利。以上四组裂隙，第②、④组较发育，第①、③组次之。由于岩石表部裂隙发育，并且多数裂隙无充填，形成渗透通道。该坝肩上部岩石强风化厚度3.5 m，岩石透水率54.63 Lu，中等透水，弱风化岩石厚27.4 m，岩石透水率3.98～30.4 Lu，弱—中等透水；其下微风化岩石，岩石透水率0.48～0.51 Lu，弱透水。因此左坝肩存在绕坝渗漏问题，建议对左坝肩进行帷幕灌浆处理。

3.3.2 右坝肩(0+096～0+234)

右坝肩山体呈北西-南东向，山体较雄厚，自然坡度30°～40°。坝肩岩性为片麻状花岗岩，夹薄层大理岩及云母石英片岩捕虏体，在山坡、坡脚上零星分布有砾质土，厚度约2.7 m。右坝肩岩石裂隙发育有四组：①倾向85°～95°、倾角40°～50°，该组裂隙倾向右岸，为张性节理；②倾向345°～355°、倾角40°～50°，该组裂隙倾向下游，为张性节理；③倾向160°～170°、倾角60°～70°，该组裂隙倾向上游，为张性节理，对坝基稳定较为有利；④倾向245°～255°、倾角75°～85°，该组裂隙倾向右岸，为张性节理。以上四组裂隙，第①、③、④组最发育，第②组次之，由于岩石表部裂隙发育，互相切割，将岩体切割成碎块状。该坝肩上部岩石强风化厚度3.9 m，岩石透水率20.65 Lu，中等透水，弱风化岩石厚8.8 m，岩石透水率17.12～27.59 Lu，中等透水；其下微风化岩石，岩石透水率2.8～45.4 Lu，弱-中等透水，因此右坝肩存在绕坝渗漏问题，根据图2渗透剖面图，建议右坝肩防渗处理范围为：向下深入弱透水以下5.0 m。

图2 坝址区渗透剖面图

3.3.3 河槽段(0+057～0+096)

该坝址河床偏于左岸，岩性为片麻状花岗岩夹云母石英片岩捕虏体，弱风化岩石厚度为4.8 m，岩石透水率64.1 Lu，中等透水；下部为微风化岩石，岩石透水率0.64～37.4 Lu，弱-中等透水。因此河槽段存在坝基渗漏问题，建议进行帷幕灌浆处理。

4 坝基岩体结构及工程地质分类

坝基岩体片麻状花岗岩为岩浆岩，强度高，抗风化能力强，受地质构造运动影响，隐蔽裂隙较发育，爆破或受其它外力作用后，易沿裂隙面破碎成块度大小不一的石块，表现为“硬、脆、碎”的工程地质特征。

表1 坝基岩石力学参数的地质建议值

4.1 坝基岩体结构

根据节理统计和钻孔取芯观察，坝址区岩石节理发育，岩石被切割成碎块状。依据裂隙间距将坝基岩体结构分类如下[1-2]：碎裂结构：强风化岩石，结构面很发育，间距一般在3～4 cm之间，岩体较破碎；镶嵌碎裂结构：弱风化岩石结构面较发育，间距一般在10～30 cm之间，岩体完整性差，岩块镶嵌紧密；次块状结构：微风化岩石结构面中等发育，间距一般在30～50 cm，岩体较完整，呈次块状。

4.2 坝基岩体工程地质分类

依据坝基岩体结构和饱和单轴抗压强度，参照GB50487-2008《水利水电工程地质勘察规范》附录V，坝基岩体的工程地质类别为[3-4]：碎裂结构：强风化岩石，结构面很发育，间距一般在3 cm～4 cm之间，岩体较破碎，岩体工程地质分类属Ⅳ～Ⅴ类；弱风化岩石为Ⅲ类中的BⅢ2类，岩体较完整，局部完整性差，抗滑和抗变形性能在一定程度上受结构面和岩石强度控制；微风化岩石为Ⅲ类中的BⅢ1类，岩体较完整，有一定的强度，抗滑、抗变形性能受结构面和岩石强度控制。

4.3 岩体的物理力学参数和承载力

坝基岩石主要片麻状花岗岩，为硬质岩石，但风化程度不一，结合岩石结构和岩体完整程度，确定承载力为：强风化500 kPa，弱风化2000 kPa，微风化2500 kPa。根据岩体结构类型及岩体类别的划分，本次对坝基片麻状花岗岩进行了抗压强度等试验，

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1673-9000（2017）02-0067-03

2016-12-23

李宏冲，（1985-），男，宁夏中宁人，工程师，主要从事水利、建筑、公路等行业的岩土工程勘察、治理工作。