江西省城门山铜矿尾矿库大坝工程地质特性及评价

钟叶青

（江西省地质局第三地质大队，江西 九江 332100）

拟建铜矿尾矿库大坝工程为均质粘土坝。主坝处，为湖汉地貌形态，地形低洼，坝址主要为湖岸第四系堆积、湖相冲淤积地貌。坝区位于城门山背斜北东端北翼，地层走向NEE，倾向NNW，倾角50%～70%，主坝址基岩中断裂构造较发育。

1 工程地质特性

1.1 地层特征

根据钻孔揭露资料，经过综合整理对比，场区内从上而下可划分24层岩土层，现从上往下分述如下：

1层人工堆积水上坝身填筑土。

浅褐黄色、黄褐色，由粉质粘土组成，人工填筑时间约30年，呈硬可塑一可塑状，饱和，无摇振反应，稍光滑，韧性中等，干强度中等，土坝轴线上钻孔均有分布，厚度4.50m～12.60m。

2层湖水，分布内、外湖，深度0.50m～2.50m。

3-1层人工堆积水下堤身填筑土。

浅褐黄色，由粉质粘土组成，为人工填筑，时间约30年，呈可塑状，饱和，无摇振反应，韧性中等，干强度中等，内、外湖钻孔中分布，厚度0m～7.20m。

3-2层人工堆积细砂。

浅黄褐色，由粒径大於0.075mm的颗粒质量约占总质量的60%～70%，泥质约占总质量的30%～40%组成，分布不均匀，仅ZK48孔有分布，厚度4.20m。

3-3层溶洞及溶洞充填物。

仅在ZK1孔中见有溶洞位置，溶洞中被淤泥、少量角砾等完全充填，无空隙存在，钻具缓慢回转而下，未加压，淤泥呈流塑状，为充满型开口溶洞。

4-1层第四系全新统湖积相淤泥质土。

青灰色，灰黑色，切面平整，流-软塑状，饱和，具滑腻感，摇振反应慢，韧性差，干强度差，层理不明显，均匀性差，厚度0m～25.30m，场地内均有分布。本层在水平方向上往西在3号勘察线附近变薄，并逐渐演变为粉质粘土，在垂直方向大部份地段演变为粉质粘土。

4-2层第四系全新统湖积相粉质粘土。

灰褐色，由粉粒40%～50%，粘粒50%～60%组成，切面较平整，可塑，饱和，无摇振反应，稍光滑，韧性中等，干强度中等，仅ZK15、ZK16孔有分布，厚度9.0m～11.0m。

4-3层第四系全新统湖积相细砂。

灰褐色，由粒径大於0.075mm的颗粒约占总质量的60%～70%，泥质约占总质量的30%～40%组成，松散，饱和，颗粒由石英、云母等组成，次圆状，分布不均匀，仅ZK15^ZK16孔有分布，厚度2.50m～3.40m。

5层第四系全新统湖积相粉质粘土。

灰褐黄色，由粉粒40%～50%，粘粒50%～60%组成，切面较平整，可塑，饱和，无摇振反应，稍光滑，韧性中等，干强度中等，部份钻孔有分布，厚度0m～23.30m。

6-1层第四系全新统湖积相细砂。

浅灰黄色，由粒径大於0.075mm的颗粒约占总质量的60%～70%，泥质约占总质量的20%～30%组成，松散，饱和，颗粒由石英、云母等组成，次圆状，分布不均匀，部份钻孔有分布，厚度0m～5.50m。

6-2层第四系全新统湖积相砾砂。

褐黄色，由粒径大於2mm的颗粒质量约占总质量的30%左右，小於2mm的颗粒质量约占总质量的40%～50%，泥质含量约占总质量的20%～30%组成，稍密，饱和，颗粒由石英、硅质岩等组成，次圆状。分布不均匀，分选性差，颗粒呈中-微风化。大部分钻孔有分布，分布不均匀，厚度0m～5.50m。

7层第四系上更新统洪积相粘土角砾。

黄红-褐红色，由粘土约占总质量的50%～60%，角砾约占总质量的40%～50%组成，硬塑状，饱和，无摇振反应，切面光滑，韧性高，干强度高，角砾成份主要为硅质岩碎屑，棱角形，粒径2mm～20mm，颗粒呈中风化，分布不均匀，主坝36个孔有分布，厚度0m～24.60m。

7-1层第四系下更新统冲积相粘土。

灰白色，由粉粒30%～40%，粘粒60%～70%组成，硬塑状，饱和，无摇振反应，光滑，韧性高，干强度高，原ZK1孔有分布，厚度6.0m～8.10m。

8-1层三叠系下统大冶组全风化粉砂质泥岩(夹层)。

浅黄褐色，浅黄红色，岩石风化呈土状，原岩结构可见，夹少量强风化岩残块，可塑，饱和，无摇振反应，稍光滑，韧性中等，干强度中等，主坝西北部7个孔有分布，厚度7.60m～29.00m。

8-2层三叠系下统大冶组强风化粉砂质泥岩。

黄褐色，岩石风化呈碎块状，块间有泥质充填，块径l-15cm，棱角形，散体结构，结合较紧密，部分碎块手易折断，仅前ZK7孔见有分布，揭露厚度5.00m。根据岩石的坚硬程度，岩体完整程度，判定岩石基本质量等级为V级，属极软质岩类，破碎岩体。

9-1层三叠系下统大冶组强风化灰岩。

浅灰褐色，岩石风化呈碎块状，碎块间有泥质充填，块径lcm～10cm，棱角形，散体结构，结合差，碎块手折不断，在主坝西北部ZK13、ZK19孔见有分布，厚度4.80m～5.50m。根据岩石的坚硬程度，岩体完整程度，判定岩石基本质量等级为V级，属软质岩类，破碎岩体。

9-2层三叠系下统大冶组中风化灰岩。

浅灰一灰白色，岩石由方解石，少量泥质组成，致密，坚硬，隐晶结构，块状黄褐、灰褐色，由大於2mm的颗粒质量约占总质量的50%～60%，小於2mm的颗粒构造，厚一巨厚层状，少数孔上部lm～2m岩芯表面见有局部溶蚀现象，呈溶孔、溶隙、溶痕状，大小0.5cm～1cm，见1～2处。下部岩石坚硬，岩石RQD值70%～80%，主坝西北部13个孔有该层分布，揭露厚度5.30m～12.50m。根据岩石的坚硬程度，岩体完整程度，判定岩石基本质量等级为III级，属较硬质岩类，较完整岩体。

10-2层二叠系下统茅口、栖霞组中风化灰岩。

灰一深灰色，岩石由方解石、少量泥质、硅质组成，含燧石团块，夹薄层硅质灰岩，致密，坚硬，微晶结构，块状构造，薄一中厚一厚层状，少量孔上部0.5m～1.0m处，岩芯见有溶蚀现象，如溶孔、溶隙等，大小为0.5cm～lcm，见1-2处。下部岩石坚硬，完整，岩石RQD值70%～80%，主坝中部有6个孔见有灰岩分布，揭露厚度6.50m～9.60m。根据岩石坚硬程度，岩体完整程度，判定岩石基本质量等级为“III"级，属较硬质岩类，较完整岩体。

11-1层石炭系上统船山、黄龙组强风化白云质灰岩。

灰色，岩石风化成碎块状，碎块间有泥质充填，块径lcm～10cm，棱角形，散体结构，结合差，碎块手折不断，主坝ZK47孔及原ZK4孔有分布，厚度1.00m。根据岩石的坚硬程度，岩体完整程度，判定岩石基本质量等级为V级，属极软质岩类，破碎岩体。

11-2层石炭系上统船山、黄龙组中风化白云质灰岩。

灰色，岩石由方解石、白云石、少量泥质组成，致密，坚硬、细晶结构，块状构造，厚一巨厚层状，少数孔上部0.5m～1.0m岩芯见有溶蚀现象如溶孔、溶隙等，大小为0.5cm～lcm，见1～2处。主坝东部9个孔见有该层分布，揭露厚度6.5～13.1m。根据岩石的坚硬程度，岩体完整程度，判定岩石基本质量等级为III级，属较硬质岩类，较完整岩体。

13层侏罗系时代构造角砾。

质量约占总质量的20%～30%，泥质约占总质量的10%～20%组成，稍密状，饱和，成份为硅质碎屑，棱角形，中风化状，分选差，分布不均匀，20个孔中见有分布，主要集中在坝基中部，揭露厚度4.30m～25.50m，ZK27孔钻到73.50m未揭露该层。

14-1层燕山期全风化花岗斑岩。

浅黄、黄白一浅灰色，岩石风化成土状，原岩结构可见，下部夹少量强风化岩残块，松散状，饱和，手捏成粉状，水浸即散，颗粒成份主要为石英，含量约30%～40%，泥质60%～70%，粘性差，有12个孔见有分布，主要分布在坝基东部，揭露厚度4.50m～25.50m。

1.2 地质构造特征

由于库区地表没有基岩露头出露，只有从钻孔揭露的地层岩性和地质现象，结合原有的地质资料综合研究、分析，场地内有5条比较大的构造破碎带存在。

1.3 岩浆岩

坝区西端ZK3孔一带有花岗斑岩分布，坝区东部有大片花岗斑岩分布，使石炭系白云质灰岩呈孤岛状分布於花斑岩体中[1]。花岗斑岩，呈灰白一浅灰色，由石英25%，长石70%及少量云母等组成，中粒花岗斑状结构，块状构造，含黄铁矿，呈全风化状，风化厚度〉25m。

2 水文地质特征

2.1 地表水

主坝水面，长约1800m，外湖宽100m，内湖宽150m，水深0.50m～2.50m。现水面标高15m左右，受季节及外湖水影响，水位变化幅度一般为0.5-1.5m。湖水积水补给来源，由于湖区上游没有河流，所以主要为大气降水补给，其次是外湖倒灌。

2.2 第四系孔隙潜水

主要分布在第4-3、第6-1、第6-2细砂、砾砂层中，含水量中等，具弱承压性，其它第1、第3-1、第3-2、第3-3、第4-1、第4-2、第5、第7、第7-1、第8-1、第14-1为弱含水层，含少量上层滞水，该层地下水主要为刘家沟及赛湖侧向、垂向补给为主，大气降水渗透补给为辅。

2.3 基岩风化裂隙水

主要分布在第8-2、第9-1、第11-1、第14-2强风化粉砂质泥岩、强风化灰岩、强风化花岗斑岩中，由于这些岩石中风化网状裂隙较发育，裂隙连通形成过水通道，为强透水层，具承压性，主要受上覆第四系孔隙性潜水垂直补给及区域性补给。

2.4 基岩岩溶裂隙水

主要分布在第9-2、第10-2、第11-2三叠系、二叠系、石炭系灰岩中，这些岩石中岩溶裂隙较发育，属强透水层，含丰富地下水，具承压性，受上覆第四系孔隙性潜水和风化基岩网状裂隙水垂直补给及区域侧向补给。

2.5 构造破碎带裂隙水

主要分布在F1、F2-1、F2-2、F3、F4、F5构造破碎带中，属中强透水层，含水量较丰富，具一定承压性，受上覆第四系孔隙潜水、基岩风化裂隙水垂向补给，岩溶裂隙水及区域水侧向补给。

2.6 地下水位及水力联系

施工期钻孔初见水位：陆地上钻孔一般在4m～5m，水上钻孔为0.00m。稳定水：陆上钻孔3.0m～7.60m，水上钻孔一般1.20m～2.20m，部分在2.50m～3.50m，受季节影响，地下水位变化幅度0.5m～1.50m。场区地下水与地表水相贯联，互为补给，丰水季节地表水补给地下水，枯水季节地下水补给地表水[2,3]。

3 不良地质现象

坝址区主要不良地质现象为岩溶，其次为构造破碎带，其它土洞，塌陷不发育。现将岩溶，构造破碎带，分述如下：

3.1 岩溶

岩溶为坝区主要不良地质现象，发育在石炭、二叠、三叠系灰岩中，现从岩溶的基本形态，发育规律，发育程度及连通性等方面进行描述如下：

（1）岩溶发育的基本形态。库区由于没有地表灰岩露头，根据钻孔揭露资料，岩溶地下形态主要为小溶洞，溶洞形态各异，主要为半圆形、袋状形、三角形、不规则形，洞径规模较小，溶洞高0.1m～2.80m，呈完全充填状态，充填物与溶洞周围物质有关，如ZK1^ZK61孔为淤泥及少量角砾，其它多为粘性土，性状呈流塑一软塑状，岩溶连通性较差。

（2）岩溶发育的规律。经对岩溶较发育钻孔位置和部位的统计，库区岩溶较发育的位置：一在第四系与灰岩接触处0m～3m范围内，如主坝区ZK1孔；二在构造破带附近第四系与灰岩接处0m～5m范围内，如副坝区ZK61孔。在平面上主要分布西、北部和西南部，在垂向上，主要分布在灰岩与第四系松散土层接触界面的浅表部位置（标高-9.9m～-16.95m）。在水平向和垂向上无规律性。

（3）岩溶发育强度。本区由于受到区域地下水影响，地下水位线较高，一般在标高12m左右，灰岩埋深从钻孔揭露资料分析一般在30.0m左右，标高-15.0m左右，低於地下水位线下27.0m，周边没有抽取地下水的设施，地下水没有取用，流动微弱，由于地下水长期浸泡在灰岩浅表层，形成小的溶洞、溶孔、溶隙，洞高0.1m～2.80m，规模小，一般不易形成大型溶洞或暗河。

本次根据库区岩溶发育的特点，参考有关资料，釆用钻孔岩溶率，溶洞规模，泉流量及岩组特征对岩溶强度进行划分。

（4）岩溶的联通性。灰岩地表无露头，根据钻孔揭露，钻孔中溶洞大部分为完全充填，充填物有淤泥、粘土和少量角砾，说明浅表地下溶洞联通性较差。

3.2 构造破碎带

构造破碎带为坝区次要不良地质现象，主坝区由西往东见有4条构造破碎带，编号为F1、F2-1、F2-2、F3、F4，走向NEE，倾向NNW，倾角60°～70°，与主坝轴线呈20°～30°角斜交，属压扭性质。副坝区见有1条构造破碎带，编号为F、，走向NE，倾向NW，倾角50°左右，与副坝土坝轴线呈10°～20°角斜交，属压扭斜冲性兼张扭性质。

构造破碎带主要是由于地层褶皱运动产生重力滑脱，造成岩层层间或假整面间相互摩擦，形成层间或假整合面间构造破碎带。层间构造破碎带，宽度一般为20m～30m，假整合面间构造破碎带宽度达100m～150m，如F2-1、F2-2构造破碎带。由于构造破碎带中充填物主要为角砾，呈稍密一中密状态，透水性较好，沿构造破碎带有花岗斑岩侵入，构造破碎带发生时代为侏罗系早期，侏罗系晚期至今无活动迹象，稳定性较好。

4 工程地质评价

4.1 稳定性评价

主坝址基础由第四系全新统湖积相淤泥质土、淤泥质粘性土、细砂、砾砂，第四系上、下更新统粘性土，三叠系全风化～强风化粉砂质泥岩，强、中风化灰岩，二叠系中风化灰岩，石炭系强一中风化灰岩，燕山期全风化花岗斑岩及侏罗系时代的构造破碎带组成，各层岩土层垂直向及水平向结合紧密，仅在ZK1孔见高1.20m的开口性完全充填型小溶洞外，其它地段未见到溶洞、落水洞，在与第四系土层接触带处，由于地下水长期浸泡，使浅表层灰岩局部有溶蚀现象如溶孔、溶隙、溶痕，未见大型的溶洞存在，岩溶发育强度为弱等。灰岩稳定性较好。构造破碎带呈全充填型，呈稍密一中密状态，现今未见新的活动迹象，构造破碎带稳定。基岩以上的土层中未见土洞、空洞现象，结构性较好。坝区为古湖汉珑岗地貌，周边地形低洼，无高陡山体、弧岩、斜坡等不良地质现象，由于地势坡度平缓，属低坡地形，产生滑坡、流石流的可能性小，坝体基础总体较稳定。

场区第4-1层淤泥质土，属软土层，含水量大，压缩性高，承载力低，厚度较大（厚度0m～25.20m，平均厚度12.00m），场区分布较广，由于其稳定性差，在上部堆载情况下，可能产生侧向挤出、塑性破坏及圆弧滑动破坏，淤泥质土层下硬塑状的粘土角砾分布不均匀，易造成上覆淤泥质土层产生不均匀沉降，应对该层进行稳定性计算，加固处理。

4.2 基础持力层建议

根据场区钻孔揭露的岩土层有关资料和拟建物性质建议：主坝右坝肩（西）、左坝肩（东）基础持力层可选择在7层粘土角砾和上覆的老粘性土层上，基础形式可釆用浅基础，对该层土上的耕表土、人工填土、树根等应清除干净;主坝中部及副坝由于淤泥质土层广布，厚度较大，其它层土层，由于埋深较深，分布局限，厚度变化较大等因素，综合考虑后，建议还是釆用4-1层土层（淤泥质土）作持力层较好，但应对坝基和该土层进行加固处理，如釆用深层搅拌、排水和分期予压固结等措施进行加固。