水库工程地质勘察可研性报告CAD图13张secret.docx
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水库工程地质勘察可研性报告CAD图13张secret
1前言
XX中游粗泥沙集中来源区位于XX南部与XX北部接壤地带,流域内干旱少雨,水土流失严重,粗泥沙来量多,是XX下游河道淤积的主要来源之一。
受XX上中游管理局规划设计研究院委托,我院对XX粗泥沙集中来源区XX工程部分骨干坝进行可研阶段的工程地质勘察。
XX沟骨干坝为XX支流窟野河一级支流XX沟上的水土保持治沟骨干工程,拟定坝高30m,总库容144.72万m3,控制流域面积2.36km2,淤积年限15年。
坝址位于XX北部XX粗泥沙集中来源区的XX县XX镇XX河右岸,XX村公路与省道相连,交通便利。
本次工作的重点是对库区基本地质条件、坝址区基本地质条件以及天然建筑材料进行勘察,对有关的主要工程地质问题进行初步评价。
为了达到本阶段深度要求,本次勘察主要通过收集分析相关区域地质资料,采用地质测绘、钻探、开挖竖井、坑槽探和岩土试验等勘察手段和方法,并充分利用天然地质剖面,以便取得较详实的地质资料,满足设计上要求。
本次工作所使用的地形图为甲方提供的1∶10000库区扫描地形图和实测1∶1000坝址地形图,1∶1000坝址地形图采用独立坐标系和高程。
2库区地质条件与主要工程地质问题
2.1库区地质条件
2.1.1地形地貌
XX沟骨干坝位于XX河下游右岸支沟XX沟沟口,XX镇下游约1km处。
库区为侵蚀剥蚀型低山区地貌,地势总体呈西高东低。
库区流域分水岭高程900~1076m,沟底高程810~950m,相对高差100m左右。
XX沟为XX河一级支沟,总体流向NWW-SEE,为常年性山间河流,水系呈羽状,主沟全长约3.1km,河床纵比降5.4%。
库区为“U”形河谷,沟谷底宽30~50m。
沟底一般沉积有较薄的砂砾石层,上游基岩裸露。
两岸山坡坡度20~50°,局部为陡崖,边坡大部分基岩裸露,少部分缓坡处有少量坡积物覆盖,下游山顶为黄土覆盖,上游山顶基岩大部分裸露。
2.1.2地层岩性
库坝区出露的地层从下至上依次为三叠系中统纸坊组及第四系上更新统和全新统。
(1)三叠系中统纸坊组(T2z):
下部以灰黄色、黄绿色厚层块状长石砂岩为主,夹少量紫红色粉砂质泥岩及砂岩透镜体,据斑点状构造,层理发育,砂岩粒度由上而下由粗变细。
上部为黄绿色、紫红色砂质泥岩与厚层巨厚层浅砖红色砂岩互层,越靠近顶部泥岩含量愈高,单层厚度越大,最厚达3~5m。
泥岩普遍含钙质球状结核,砂岩中裂隙较发育。
库坝区出露纸坊组上部岩层。
(2)第四系上更新统(Q3eol)黄土状土:
灰白色、灰黄色砂壤土,干燥,质地疏松,具大孔隙,柱状节理发育,底部夹有透镜状黄绿色粗砂层或砂砾石层,厚度一般小于1m,局部砂砾石层富集,厚度约5m。
黄土主要分布于库区东部山顶,覆盖于三叠系中统纸坊组上,厚度10~50m。
(3)第四系全新统(Q4al+pl)冲洪积物:
为碎石、砂砾石及砂壤土,砂砾石分选差,磨圆度低,为次棱角状,砾石、碎石成分主要为砂岩;局部河滩砂壤土层厚0.5m左右。
全新统冲洪积物主要分布于XX沟底,厚度一般1~3m,局部可达5m。
2.1.3地质构造
库区构造简单,地层稳定,为水平岩层,岩层微倾向北东,倾角小于3°,整个库坝区未发现断层。
库区砂岩岩层中发育1组节理裂隙,产状275°∠87°,节理裂隙发育于砂岩中,不切穿泥岩,节理面平直,粗糙,微张,延伸不远。
在岸边陡崖处,经风化卸荷作用,裂隙松弛张开,透水性较强。
根据《中国地震动参数区划图》GB18306,库区50年超越概率10%场地条件下地震动峰值加速度为0.05g,相应地震基本烈度为Ⅵ度,地震动反应谱特征周期为0.35s。
2.1.4水文地质条件
(1)地下水类型
根据含水介质特征、地下水的赋存条件和水力性质等,可将库区地下水分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙。
松散岩类孔隙水:
该类地下水主要赋存全新统冲洪积物中,含水层为冲洪积砂砾石、碎石层,含水层规模小。
库区沟谷地砂砾石层厚度一般1~3m,透水性较强,地下水位埋藏较浅,一般为1~2m。
该类型地下水主要接收大气降水和基岩裂隙水的补给,直接排泄于沟谷,由于本区属半干旱气候区,干旱期含水层基本疏干,洪水期短暂接受沟水的补给,地下水位上升。
总体富水性较差。
基岩裂隙:
该类地下水主要赋存于库区三叠系纸坊组砂岩裂隙中,分布广泛,含水层为纸坊组厚-巨厚层状砂岩,泥岩为相对隔水层。
含水层中的地下水接受大气降水补给或地表水补给,沿裂隙以垂直下降,遇到相对隔水层阻挡,以水平运动为主,在地形切穿含水层条件下,以泉水形式沿砂岩与泥岩接触带出露。
区内沿砂岩层底部与泥岩接触带附近,见有水流溢出,局部形成泉眼。
(2)地下水补排条件
本区地下水的补给主要为大气降水补给,另外,基岩裂隙水也向谷底松散堆积层中排泄。
地下水径流途径较短,补给区与排泄区基本一致。
XX沟谷底为库区的侵蚀基准面,基本上为两岸地下水补给沟水。
(3)水化学特征
本阶段共取3组水样,表2-1水质分析表明,水化学类型为HCO3-—K+Na•Ca型水,PH值7.70~8.07,总硬度(德国度)13.5~13.7,总碱度(德国度)13.7~14.5。
对照环境水腐蚀判定标准(表2-2),工程区地表水及地下水对混凝土均不存在分解类、分解结晶复合类腐蚀性。
表2-1XX沟水质分析结果表
取样地点
编号
侵蚀性CO2
游离
CO2
HCO3-
SO42-
CL-
Ca2+
Mg2+
K++Na+
总碱度
总硬度
PH值
矿化度
mg/L
mg/L
mmol/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
德国度
德国度
mg/L
上游泉点
SY01
11.81
16.37
5.17
78.91
38.14
59.52
23.10
103.90
14.49
13.66
7.70
433
坝轴线泉点
SY02
4.29
10.5
5.12
81.80
31.80
61.10
21.89
71.83
14.36
13.6
8.07
425
沟水
SY03
6.98
11.98
4.88
85.59
31.80
61.90
20.92
68.70
13.67
13.49
8.05
412
表2-2井沟环境水腐蚀判定标准与水质分析对比表
腐蚀性类型
腐蚀性特征判定依据
腐蚀程度
界限指标
水样分析结果
简评
分解类
溶出型
HCO3-
含量(mmol/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等腐蚀
强腐蚀
HCO3->1.07
1.07≥HCO3->0.7
HCO3-≤0.7
4.88~5.17
无腐蚀
分解结晶复合类
一般酸性型
PH值
无腐蚀
弱腐蚀
中等腐蚀
强腐蚀
PH>6.5
6.5≥PH>6.0
6.0≥PH>5.5
PH≤5.5
7.70~8.07
无腐蚀
分解结晶复合类
碳酸型
侵蚀性CO2含量(mg/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等腐蚀
强腐蚀
CO2<15
15≤CO2<30
30≤CO2<60
CO2≥60
4.29~11.81
无腐蚀
分解结晶复合类
硫酸镁型
Mg2+含量(mg/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等腐蚀
强腐蚀
Mg2+<1000
1000≤Mg2+<1500
1500≤Mg2+<2000
2000≤Mg2+<3000
20.92~23.10
无腐蚀
结晶类
硫酸盐型
SO42-含量(mg/L)
无腐蚀
弱腐蚀
中等腐蚀
强腐蚀
SO42-<250
250≤SO42-<400
400≤SO42-<500
500≤SO42-<1000
78.91~85.59
无腐蚀
2.1.5物理地质现象
库区气候干旱,温差大,物理风化作用强烈,以砂岩的冻融风化和泥岩的剥离风化为主要特征。
砂岩抗风化能力稍强,地形较陡,多形成悬崖峭壁;泥岩易受风化,多形成缓坡地形。
由于差异风化的影响陡坡处有部分厚层砂岩产生崩塌、落石,一般为局部现象。
总体上自然边坡稳定。
库区流域内山顶大部黄土覆盖,其垂直裂隙发育,局部见有坍塌现象,主要发育在右岸支沟上游,规模很小。
2.1.6季节冻土
工程区地处北纬38°的中高纬度区,海拔高度在800~1000m以上,为季节冻土区,一般标准冻结深度为1.2~1.4m,受地形、岩性、植被和含水量影响,不同地方的冻结深度有一定差异。
冻结时间一般为每年11、12月到次年4月。
2.2库区主要工程地质问题及评价
2.2.1库岸稳定
库区岸坡地层岩性主要为三叠系中统纸坊组的厚层、巨厚层状砂岩、泥岩。
由于差异风化的影响,库区内有少量基岩崩塌、落石现象,未发现滑坡等其它不良物理地质现象,自然库岸边坡稳定。
水库蓄水由于泥岩遇水软化,可能造成泥岩上部砂岩发生局部崩塌,但不会影响水库运行。
库区地层属于水平岩层,岩层倾角小于3°,岩层倾角远小于层面间的摩擦角,对于岸坡的稳定较为有利。
库首部黄土岸坡,分布高程大多位于825m以上,黄土岸坡稳定性受水库影响不大;但水库高水位运行时,黄土岸坡还是有可能发生崩塌的。
尤其是右岸,由于坡度较陡,发生崩塌的可能性较大,但规模较小,其考虑XX库的运行特征,不会对大坝的正常运行造成影响。
2.2.2水库渗漏
XX沟水库两岸山体雄厚,南北两侧相邻支沟规模小,沟底高程高于XX沟,不会发生相邻谷的渗漏。
由于XX坝位于XX沟沟口,XX河为当地最低侵蚀基准面,库水补给纸坊组砂岩含水层,在坝下游沿砂岩、泥岩接触带发生渗漏,但由于库区裂隙不发育,无集中渗漏通道,不会产生严重的渗漏问题。
考虑骨干坝的使用功能,总体来说库区的渗漏问题不大,在水库蓄水初期库水补给含水层,可能存在暂时性的渗漏,随着水库的蓄水和淤积,一定时间后,渗漏量将逐渐减小,最后趋于稳定。
2.2.3库区淤积物来源
XX沟库区控制流域面积2.6km2,流域内地层岩性为三叠系纸坊组砂岩、泥岩及泥质砂岩,山顶有部分为上更新统黄土。
三叠系砂岩、泥岩易风化且遇水软化,且易产生局部崩塌。
砂岩、泥岩风化物及黄土是水库的淤积物主要来源。
2.2.4水库淹没、浸没
XX沟水库蓄水后,仅淹没库区内的小片农田。
库区水位以下大部分为基岩岸坡,基本不存在浸没问题,局部黄土岸坡会受到浸没的影响。
3坝址工程地质条件及工程地质问题评价
3.1坝址一般工程地质条件
3.1.1地形地貌
坝址区高程795~870m,属低山区。
坝轴线附近河床高程798~801m,河谷为“U”形谷。
坝址两岸岸坡较陡,左岸岸坡坡度30°~40°,右岸岸坡坡度30°~50°,右岸坝轴线上、下游坡度均较大。
坝轴线上游两岸各发育1条小冲沟,方向近南北向,长度约500m左右,切割深度较大。
坝址处XX沟较顺直,总体流向南东东,滩地高出谷底约1~2m,右岸发育高约4m台地,左岸发育高约10m台地。
坝轴线处河谷底宽50m左右,拟定坝高处河谷宽130m左右。
3.1.2地层岩性
坝址区出露地层为三叠系中统纸坊组(T2z)砂岩和泥岩、第四系上更新统黄土、全新统冲洪积物及残坡积物。
三叠系中统纸坊组(T2z):
岩性为厚层、巨厚层浅砖红色砂岩与黄绿色、紫红色砂质泥岩互层。
泥岩主要分布于河床下部,泥岩中一般夹有薄层砂岩。
左岸800m高程以上为一层巨厚层砂岩,厚度大于5m,厚层砂岩上部以砂岩夹泥岩为主。
岩层产状近水平。
上更新统黄土(Q3eol):
岩性为砂壤土,分布于两岸821~830m高程以上,底部夹有黄绿色粗砂层或砂砾石层透镜体,其中在坝轴线上游两各支沟沟口砂砾石厚度较大,左岸支沟沟口厚度达5m,右岸支沟沟口厚度2~3m左右,其它处厚度一般小于1m。
全新统残坡积(Q4dl+el):
岩性为壤土、砂壤土夹碎石、砾石,碎石、砾石含量各处不同,一般底部较多,分布于黄土下部坡度较缓处,厚度2~5m。
全新统冲洪积(Q4al+pl):
岩性为含泥砂砾石,分布于河床底部,根据钻孔揭露,左岸zk01孔处厚度0.6m,右岸zk02孔0~1.3m和4.7~5.4m为砂砾石,推测河床砂砾石厚度为0.6~5.4m。
3.1.3水文地质条件
河床左岸坝轴线处发育一泉点,泉点出露在巨厚层砂岩与泥岩接触面处,泉流量0.05~0.1l/s,砂岩中发育一组裂隙,产状275°∠87°,裂隙呈张开状,宽约5~10mm,巨厚层砂岩含水层中地下水受下部泥岩相对隔水层阻水,在该处溢出地表。
据访问该泉点每年干旱季节的5~7月份干枯,其它时间有水。
由于该泉点位于坝基处,应对其进行排水处理,专门铺设管道将水排出坝外。
由于坝基和坝肩黄土底部存在含泥砂砾石,含泥砂砾石为透水岩体,根据工程经验,其渗透系数建议值为1×10-2~1×10-3cm/s。
3.1.4覆盖层与风化带厚度
据钻孔及坑槽揭露,坝址河床覆盖层厚度0.6~5.4m,右岸厚度较大。
右岸坡积物厚度2~5m,主要成分为黄土夹碎石、砾石;左岸坡积物厚度1~3m,主要成分为黄土夹碎石。
据河床两个钻孔揭露,zk01孔强风化层厚度0.9m,弱风化厚度5.3m;zk02孔强风化厚度4.4m。
综合钻探资料,基岩强风化带厚度约为4~5m。
3.2坝址区岩土体物理力学性质
为了解坝址区岩土体的物理力学性质,对两坝肩黄土和坝基岩石进行了取样试验,试验结果统计见表3-1、表3-2。
Zk01孔坝基0.6~3.8m泥岩进行了标贯原位测试,标贯击数为17击。
为查明黄土的湿陷特征对黄土进行了湿陷性试验,试验统计结果见表3-3。
试验表明200kPa压力下湿陷系数δs为0.017~0.021,属轻微性湿陷,湿陷起始压力为125~163kPa。
根据室内试验和现场试验并参考有关工程经验提出XX沟坝址岩土(石)体物理力学指标建议值,见表3-4、5。
表3-3黄土湿陷性试验结果统计表
特征值
试验压力(kPa)
湿陷起始压力Psh
(kPa)
50
100
200
400
各级压力下的湿陷系数δs
组数
5
5
5
5
5
最大值
0.009
0.013
0.021
0.047
163.0
最小值
0.005
0.008
0.017
0.029
125.0
平均值
0.007
0.011
0.020
0.038
149.4
表3-4坝址土层主要物理力学指标建议值表
土层岩性
天然含水率W
天然干密度ρd
土粒比重
Gs
压缩
系数
av1-2
压缩
模量
Es1-2
渗透系数
Kv
抗剪强度
承载力
凝聚力C
摩擦角Φ
%
g/cm3
MPa-1
MPa
×10-4cm/s
kPa
°
kPa
黄土状砂壤土
4.3
1.37
2.69
0.17
11
2
5
26
100~120
含泥砂砾石
10~100
0
35
200~350
表3-5坝址岩石主要物理力学指标建议值表
岩石名称
块体密度
g/cm3
抗压强度
MPa
静变摸
GPa
静泊松比
软化系数
承载力
kPa
自然
干
干
饱和
干
饱和
干
饱和
砂岩
2.3
2.15
25~30
10~13
0.4~1
0.26
0.6
600~800
泥岩
2.4
2.2
1~2
0.4
0.4
200~400
表3-1坝肩黄土的物理力学指标统计成果表
岩土
名称
统计项目
粘粒含量
<0.005
天然状态下的基本物理力学指标
土粒比重
Gs
液 限
Wl
塑 限
Wp
塑性
指数
IP
压缩试验
渗透试验
饱和快剪
含水率W
湿
密
度
ρd
干
密
度
ρd
孔隙比e
孔隙
率n
饱和
度Sr
液性
指数
IL
压缩
系数
av1-2
压缩
模量
Es1-2
垂直
Kv
凝聚力C
摩擦角Φ
%
%
g/cm3
g/cm3
%
%
%
%
MPa-1
MPa
cm/s
kPa
°
重粉质砂壤土
组数
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
5
5
4
4
4
最大值
9.3
5.2
1.47
1.40
1.00
50.1
15.1
-0.82
2.70
28.8
17.0
12.5
0.17
17.7
2.04E-04
31.7
29.4
最小值
7.1
3.6
1.39
1.34
0.93
48.2
9.6
-1.19
2.69
27.0
15.4
10.5
0.11
11.5
7.67E-05
5.3
26.7
平均值
8.0
4.3
1.43
1.37
0.97
49.1
11.9
-1.07
2.69
28.1
16.6
11.6
0.14
14.4
1.37E-04
18.2
27.6
标准差
0.03
2.96
0.00
11.22
1.23
变异系数
0.21
0.21
0.40
0.62
0.04
修正系数
1.20
0.80
1.46
0.29
0.95
标准值
0.17
11.56
2.00E-04
5.33
26.16
表3-2岩石的物理力学指标统计成果表
岩土
名称
统计项目
含水率%
吸水率%
饱水率%
块体密度
g/cm3
抗压强度
MPa
静变摸
GPa
静泊松比
软化系数
自然
干
饱和
自然
干
饱和
干
饱和
干
饱和
砂岩
组数
5
3
3
5
5
5
1
5
5
5
4
5
4
3
最大值
7.50
4.39
5.39
2.39
2.38
2.50
0.32
34.10
21.90
2.95
3.42
0.31
0.35
0.66
最小值
1.58
4.09
5.32
2.31
2.17
2.39
0.32
25.90
0.16
0.66
0.38
0.17
0.20
0.64
平均值
3.44
4.21
5.36
2.34
2.28
2.44
0.32
29.64
13.19
2.21
2.42
0.26
0.26
0.65
泥岩
2.49
2.54
4.42
0.935
0.39
3.3坝址主要工程地质问题评价
3.1.1坝基承载力
坝基覆盖层厚度0.6~5.4m,岩性为含泥砂砾石和黄土夹碎石,右岸厚度较大,其允许承载力为R=100~350kpa。
坝基覆盖层右岸厚,左岸薄,可能存在不均一变形问题。
3.1.2坝基渗漏及绕坝渗漏
坝基右岸砂砾石层较厚,属中等透水岩层,其下部泥岩为相对隔水层,因此存在坝基渗漏问题,由于砂砾石厚度较大,应对坝基砂砾石进行处理,使其满足渗透稳定和渗漏量要求。
左坝肩底部有一泉点,泉点出露于砂岩与泥岩接触带上,因此可能存在沿坝肩砂岩与泥岩接触带的绕坝渗漏问题。
由于左岸存在天然的地下水排泄通道,必须对其采取措施,进行封堵,并设置排水设施将水排出坝体。
坝址区黄土底部存在一层砂砾石,分布高程约为820m左右,当骨干坝高水位运行时,会存在沿砂砾石层的绕坝渗漏问题。
但由于分布高程较高,考虑骨干坝的运行特点,其对大坝危害不大。
3.1.3坝肩边坡稳定
坝肩岩体主要为砂岩、泥岩以及残坡积物和上更新统黄土,边坡坡度30~50°自然边坡稳定。
建议挖除厚度较薄的残坡积层,对左岸下部厚层砂岩进行适当削坡,以利于坝体填筑。
3.4溢洪道工程地质条件及评价
左坝肩山体厚度相对较薄,约为1300m,坝上游有一小冲沟,下游地形开阔;坝址右岸坡度较陡,上游基岩上覆黄土易发生崩塌。
综合地形地质条件,溢洪道布置于左岸条件较好。
推荐溢洪道位于坝址左岸,进口岸坡坡度约30°,819m以上为上更新统黄土底部的砂砾石层,据现场调查,此处砂砾石层厚度较大;其下为砂岩夹泥岩,进口段边坡稳定条件好。
泄洪段819m以上为黄土状砂壤土,其物理力学性质见表(3-1、3),由于黄土具有轻微湿陷性,建议将溢洪道底板置于基岩上,或对黄土进行处理,溢洪道黄土段边坡建议开挖坡比1:
1.5。
出口段岸坡坡度20°左右,在砂岩夹泥岩层上有少量残坡积物覆盖,建议清除,出口边坡稳定条件好。
3.5放水建筑物工程地质条件
放水建筑由卧管和排水管组成。
坝址上游右岸坡度较陡,基岩上覆黄土易发生崩塌,左岸岸坡较缓,坡积物厚度不大,岸坡稳定条件好,适宜布置卧管。
卧管应布置于基岩上,宜将表层残坡积物和强风化层清除。
坝基河床主要为含泥砂砾石,排水管基础地质条件较好。
4天然建筑材料
XX沟骨干坝采用均质土坝方案,工程须用大量筑坝土料,初估土料需求量约为15万m3,少量块石用于溢洪道衬砌,坝体排水需要少量砂砾料,卧管需要少量混凝土骨料。
4.1土料
根据就近就地取材的原则,在坝址两侧山顶初选两个土料场,左岸料场高程850~870m,料场形状不规则,面积1.7×104m2;右岸料场高程860~875m,呈近圆形,面积4.1×104m2。
两料场岩性为上更新统风积黄土土,局部砂粒含量较高,料场上部为0.5m厚的耕植层,下部为有用层,厚度大于20m,土层均匀,干燥,硬塑,未见地下水。
右岸料场土样颗分、物理力学性质见表4-1、2、3。
从试验结果看料场岩性为重粉质砂壤土,粘粒含量5.8~7.6%;天然含水量较低,天然密度1.56~1.64g/cm3,塑性指数10.9~13.2,最大干密度1.67~1.72g/cm3,最优含水量14.3%~16.2%。
表4-1XX沟右岸土料场颗分试验成果统计表
编号
岩性
颗粒组成(粒径mm)
砂粒
粉粒
粘粒
2~0.5
0.5~0.25
0.25~0.075
0.075~0.05
0.05~0.005
<0.005
%
组数
3
3
3
3
最大值
28.3
27.9
55.3
7.6
最小值
10.3
13.0
52.9
5.8
平均值
18.9
20.5
54.1
6.5
表4-2XX沟右岸土料场物理性质试验成果统计表
编号
天然含水率w
天然密度ρ
天然干密度ρd
土粒比重Gs
液限
WL
塑限
WP
塑性指数
IP
%
g/cm3
g/cm3
%
%
组数
3
3
3
3
最大值
13.2
1.64
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