第三章坝址工程地质条件及评价.doc

第三章 坝址工程地质条件及评价

第一节 坝址地质概况

本次可研勘察，在九节滩固家河渡口以上1km河段内进行了反复比选，最终选择了上下两个坝址进行坝址比较。上下两个坝址相距231m，处于同一构造，同一地貌及地层单元中，工程地质条件具有一定的相似性和差异性。
一、地形地貌
巴河总体流向为 ，坝址区流向为N8°E。坝址处河道顺道，常年水面宽度约300m，河谷开阔。河流两岸基本对称，右岸稍缓，坡角约18°，左岸稍陡，坡角约23°。两岸斜坡台地上分布有大量的第四系崩坡积物。河底高程251.2～252.1m，上坝址上游180m处靠右有一深潭，河底高程241.9m。在地貌上坝址区属典型的河岸斜坡堆积地貌单元，包括阶地、冲沟及斜坡堆积等地貌形态。
1、阶地：在坝址区阶地不发育，无Ⅰ级阶地，仅在上坝址坝轴线右岸290m高程处附近残留Ⅱ级阶地，残留面积约50m2。阶面高程290～295m，高出河水面38～43m。阶地残留物为粉质粘土夹砂卵石层，厚度2～3m，结构紧密。
2、冲沟：在下坝址下游80m处左岸发育一冲沟，即固家河沟，沟长约2km，集雨面积约2.0km2，比降约2.3%。该冲沟沟口两岸基岩裸露，为侏罗系上沙溪庙组厚层砂岩。沟口段宽15～20m，沟内长年有水流过。
3、斜坡堆积地貌：坝址处两岸山顶高程300～330m，高出河底50～80m。斜坡地貌形态严格受岩性控制，砂岩出露地带大多形成陡崖，泥岩出露地带则形成缓坡台地。在缓坡台地上分布有崩坡积、残坡积物，岩性为块碎石土、粉质粘土、粉土等，厚度0～5m。

二、地层岩性
坝区地层主要包括覆盖层和基岩两大部分，覆盖层以第四系全新统残坡积和冲洪积为主，基岩为侏罗系上沙溪庙组砂泥岩互层。
1、第四系（Q4）
第四系全新统在坝区广为分布，以残坡积和冲洪积为主。残坡积主要分布在两岸缓坡台地上，岩性以块碎石土、粉质粘土、粉土为主，厚度0～5m。冲洪积主要分布在河床及岸边，在九节滩坝区冲洪积特未集中大片产出、分布零星，厚度0～2.1m。砂卵石中卵石约占80%，粒径10cm～30cm的居多。
2、侏罗系上沙溪庙组（J2s）
为灰白色长石石英砂岩与紫红色砂质泥岩互层。砂岩为砂状结构，厚层状构造，岩石坚硬；泥岩为泥质结构块状构造。在坝区以砂岩为主，呈现“石龙过江”。在上坝址坝轴线上，砂岩残余厚度21.20～22.27m。
三、地质构造及地震
坝址位于四川新华夏构造体系铁山背斜西翼，地层单斜，岩层产状336～355°∠6～13°。坝址区无次级褶皱及断裂分布。
在坝址砂岩地层中裂隙发育。在右岸砂岩中除层面裂隙外还发育三组裂隙：
第一组：走向70°～82°，倾NW，倾角45°～82°；
第二组：走向35°～40°，倾SE，倾角38°～69°；
第三组：走向13°～15°，倾SE，倾角82°。
其中，第一组裂隙走向与河道基本垂直，相对较发育，裂隙间距1.5～10m，裂隙延伸长度1m～7m，闭合。第二、三组裂隙仅在局部地段产出，相对不发育，裂隙宽1～2mm，长度1m～5m。
在坝址左岸砂岩中，除层面裂隙外，还发育一组裂隙，走向250°～320°，倾SE，倾角55°～90°，长度3～15m，裂隙间距0.5m～10m，裂隙大都张开，缝宽1～2mm，充填豆石及砂土（附：坝址左右岸J2s砂岩节理玫瑰花图）。
在距坝址数十公里范围内均无活动断层，历史上未发生过大于或等于5级的地震活动，岩体完整，边坡稳定，抗震稳定性好。因此，坝址处于抗震有利地段，场地土类型为坚硬场地土，场地类别为Ⅰ类。
四、地下水
坝区地下水按含水层性质和赋存条件可分为两类。
1、第四系松散堆积层孔隙水：一般以上层滞水或潜水赋存于坝区覆盖层内，受大气降水补给，以泉水形式汇入河中或通过基岩裂隙下渗。由于覆盖层为松散堆积，透水性良好，且分布零星，厚薄不均，受季节性降水影响大，因此，此类地下水不发育，对工程影响不大。
2、基岩裂隙水：坝区基岩为侏罗系砂泥岩互层，泥岩性软节理裂隙不发育，透水性差，为相对隔水层，不利于地下水的储存运移。砂岩坚硬，节理裂隙相对发育，给地下水的补充、运移和排泄创造了良好条件，为相对透水层。但是，各砂岩层之间有泥岩阻隔，无水力联系，又具有临空面，有利于地下水的排泄，因此坝区基岩裂隙水也不发育。在坝区两岸钻孔施工过程中进行了地下水位观测，地下水位与河水位基本一致，这说明地下水位与河水位是完全贯通的。
在上下坝址处各取水样1组，经水质分析，其库尔洛夫式为：
上坝址CO2OM7.15
HC0359.16S0427.86
t15°
Ca64.89Mg32.44

下坝址CO2OM7.01
HC0356.86S0426.67Cl10.59
t15°
Ca60.78Mg37.25

比照GB50287－99《水利水电工程地质勘察规范》附录G环境水对混凝土侵蚀评价标准，各项指标均符合施工水标准，对砼无侵蚀性。

五、不良地质作用
坝区地质作用主要表现为风化、崩塌和冲刷作用。
风化：坝区基岩风化程度与岩性、埋藏条件等密切相关，残部表现为较均匀的风化，深部在地下水作用下表现为沿裂隙面风化的特征。坝址区河床部分广泛出露J2s砂岩，抗风化作用较强，同时长期受河水冲刷，强风化已无保留，中风化带底界埋深0.6～10.55m。两岸由于卸荷裂隙发育，风化作用较为强烈，强风化带底界埋深最大为10.55m，中风化带底界埋深量大为14.70m。
崩塌：在坝区两岸，由于边坡较缓，18°～23°，崩塌作用不强烈，仅发生在砂岩形成的陡崖一带。坝区两岸覆盖层以坡积物为主，崩积物很少。
冲刷：坝区河流比降约为1/100，相对较陡，加之砂泥岩互层，泥岩抗冲刷能力较弱，在泥岩分布区形成了多个深坑，比较大且深的冲坑位于上坝址上游180m～280m处，坑底高程241.90m，坑深10.10m，冲坑直径约100m。

第二节 上坝址工程地质条件及评价

一、上坝址工程地质条件
上坝址位于九节滩固家河口上游364m处，距下坝址284m，河底高程251.40m～251.70m。蓄水至正常高水位 m时，河面宽度 m。左岸山顶海拔高程311.80m，285m以下坡角19°，285m以上坡角30.7°；右岸山顶海拔高程312.0m，坡角20°。
上坝址覆盖层为第四系全新统冲洪积和崩坡积。冲洪积不发育，仅在上坝址上游80m处左岸，下游70m处左岸有零星分布，以砂卵石为主，卵石粒径10cm～40cm的占40%，厚度2～6m。崩坡积分布在两岸斜坡地带，崩积少，以坡积为主，岩性为块碎石土和粉土，厚度1～
5m。上坝址出露基岩为侏罗系上沙溪庙组砂泥岩互层。坝基全为砂岩，残余厚度18.57m～22.27m，与下坝址一样呈现“石龙过江”景象；左坝肩272.90m以下为砂岩，272.90m以上为砂泥岩互层；右坝肩263.53m以下的砂岩，263.53m以上为砂质泥岩。
上坝址处地层单斜，岩层产状 ，无次级褶皱及断裂分布。左岸除层面裂隙外，还发育一组裂隙，其走向250°～320°，倾SE，倾角55°～90°，长度3～15m，裂隙间距0.5m～10m，裂缝大都张开，缝宽1～2mm。右岸除层面裂隙外，还发育一组裂隙，其走向70°～82°，倾NW，倾角45°～82°，与河道基本垂直。根据上坝址16个钻孔统计，层面裂隙平均间距5.2m，岩体完整程度等级属“完整”。在ZK3孔3.52～3.6m，14.6m～14.76m两处发生掉钻。
上坝址主要不良地质作用为风化作用。坝基由于冲蚀作用强烈，已无强风化层残留，弱风化层底界埋深0.6～5.14m。左岸强风化层底界埋深7.65～10.55m，弱风化层底界埋深11.05～14.70m。右岸无强风化层，弱风化层底界埋深4.7m。
上坝址14个钻孔共压水352.75m/72段，q＞100Lu的共29段，主要位于钻孔上部，10Lu≤q＜100Lu的共18段，1Lu≤q＜10Lu的共3段，0.1Lu≤q＜1Lu的2段，q=0Lu的共20段。
二、上坝址工程地质评价
1、坝基岩体质量评价
坝基岩体为砂岩，通过薄片鉴定，为细粒长石砂岩，其中碎屑占90%，填隙物占50%。碎屑物中长石占70%，石英占25%，其它为岩屑、黑云母、白云母、绿帘石、电气石等含量微；填隙物中以绿泥石为主，沸石和水云母含量微。细粒砂状结构、孔隙式交结。
取砂岩样7组，饱和抗压强度分别为58.1、61.7、44.8、57.7、65.3、36.3、37.2MPa，算术平均值51.6MPa，小值平均值39.4MPa。
坝基岩体层理不明显，层面及节理裂隙不发育，岩体完整性程度
属“完整”等级。坝区14个钻孔统计，岩心采取率平均值得为82.2%，RQD平均值70.88；除开风化层，岩心采取率平均值为85.6%，RQD平均值86.8。
依据《水利水电工程地质勘察规范》附录L的规定，坝基岩体属BⅡ类。
2、坝基、坝肩稳定评价
坝基岩层产状 ，倾向上游略偏右岸。坝基岩体属BⅡ类，坚硬完整，岩体厚度大。岩体中不存在泥化夹层及破碎带。坝基中砂泥岩结合面接合面接合紧密，呈渐变关系。坝基岩体裂隙间距大，岩体属“完整”等级。坝基岩体无强风化层，弱风化底界埋深0.7～3.58m。因此，上坝址良好的地质条件对坝基稳定利。
两坝肩覆盖层薄，基岩大部裸露。左坝肩坡角19°，边坡稳定，无崩塌滑坡等不良地质作用。卸荷裂隙不发育。微风化深度较大，其中强风化底界埋深7.65m～10.55m，弱风化底界埋深11.05m～14.70m。强风化层以下岩体坚硬完整，岩心采取率平均值为93%，RQD平均值为87，右坝肩坡角20°，边坡稳定，崩塌零星，无滑坡等不良地质作用。右坝肩岩体无强风化层，弱风化底界埋深4.7m。右坝肩发育一组构造裂隙，其走向与河道方向基本垂直。裂隙带宽5～10m。因此，清除左坝肩风化岩体和右坝肩裂隙发育带后，两坝肩岩体稳定。
3、坝基坝肩渗漏评价
(1)坝基渗漏
根据坝基钻孔压水试验，坝基渗漏严重。坝基渗漏利用达西定律，将边界简化，求得：
q=K·H·T/(2b+T)
Q=q·B
式中：Q——坝基渗漏总量；
q——坝基单宽剖面渗漏量；

K——岩石渗透系数，根据透水率损等，取平均值8.12m/d；
H——坝上下游水位差，取14m；
2b——坝底宽，取10m；
T——透水层厚度，取20m；
B——河宽，取395m。
代入式中计算，整个坝基渗漏量为29936m3/d。
左坝肩渗漏利用达西定律，视绕坝渗流线为圆形，求得：
Q=0.366KH(h1+h2)lg(B/V0)
式中：Q——坝肩渗漏总量；
K——岩石渗透系数，根据透水率换算为1m/d；
H——坝上下游水位差，取14m；
h1、h2——上下游透水层厚度，上游取20m，下游取25m；
B——库岸可能漏水段长度，取50m；
V0——最小绕渗半径，取5m。
代入式中计算，左坝肩绕坝渗漏量为230.58m3/d。同理计算，右坝肩渗漏量为682.9m3/d。整个大坝坝基坝肩渗漏总量30849.5m3/d，年渗漏量达1126×104m3。

第三节 下坝址工程地质条件及评价

一、下坝址工程地质条件
下坝址位于九节滩固家河口上游80m处，河底高程251.0～251.20m，局部冲坑250.2m。蓄水至正常高水位 m时，河面宽度 m。左岸山顶高程为284.78m，左岸坡角260m以下为11°，260m高程经上为21°。右岸山顶高程为307.60m，右岸坡角为31°。
下坝址覆盖层为第四系全新统冲洪积和崩塌积。冲洪积分布在右岸边，以砂卵石为主，厚度0～3m。河床部分基岩裸露，无覆盖层。
崩塌积分布在两岸，以块碎石土和粉土为主，厚度0～5m。下坝址出露基岩为侏罗系中统上沙溪庙组砂泥岩互层。左坝肩、坝基、右坝肩地表均为砂岩，残斜厚度分别为6～27m，4～6m，6～38m，呈现“石龙过江”。下伏紫红色泥岩。
下坝址地层单斜，岩层产状 ，无次级褶皱及断裂分布。左岸除层面裂外，还发育一组裂隙，走向250°～320°，倾SE，倾角55°～90°，间距5～10m，裂隙宽1mm。右岸除层面裂隙外，还发育一组裂隙，走向75°～82°，倾NW，倾角54°～82°，间距8～10m，闭合。根据下坝址4个钻孔揭露，层面裂隙平均间距6.6m，岩体完整程度属“完整”等级。
下坝址主要不良地质作用亦表现为风化作用。坝基于冲蚀作用强烈，也无强风化层残留，弱风化层底界埋深1.2m～1.4m。两坝肩强风化层底界埋深1.5～2.2m。
下坝址4个钻孔共压水78.44m/16段，其中q＞100Lu的4段，均集中于每个钻孔的顶部，10Lu＜q＜100Lu的4段，1Lu＜q＜100Lu的3段，0.1Lu＜q＜1Lu的3段，q=0Lu的2段。
二、下坝址工程地质评价
1、坝基岩体质量评价
坝基岩体为细粒长石砂岩，细粒砂状结构，孔隙式胶结，灰白色，巨厚层状。残余厚度4～12.9m，下伏砂质泥岩。
取砂岩样6组，饱和抗压强度分别为42.2、35.6、47.7、40.1、43.2、39.6MPa，算术平均值41.4MPa，小值平均值38.4MPa，取泥岩样两组，上部泥岩饱和抗压平均值11.2MPa。
坝基岩体层理不明显，层面及节理裂隙不发育，岩体完整性程度属“完整”等级。坝区4个钻孔统计，岩心采取率平均值为88.5%，RQD平均值71.62。
依据《水利水电工程地质勘察规范》附录L的规定，坝基砂岩属
BⅡ类，砂质泥岩属CⅣ类。
2、坝基坝肩稳定评价
坝基岩层产状 ，倾向上游略偏右岸。坝基岩体砂岩强度高，坚硬完整，属BⅡ类，下伏泥岩抗压强度低，平均值11.2MPa，为软质岩，属CⅣ类。坝基中砂泥岩之间接合紧密，接合面无裂隙。整个坝基岩体裂隙间距大，岩体属“完整”等级。坝基岩体无强风化层，弱风化层底界埋深1.2～1.4m。因此，下坝址地质条件好，坝基稳定。但是，下坝址坝基砂岩层厚度较小，最薄处仅4m。
两坝肩覆盖层厚0～2.5m，大部分基岩裸露。左坝肩坡角11°，边坡稳定，无崩滑坡等不良地质作用。岩心采率平均值88%，RQD平均值66。右坝肩坡角31°，以砂岩为主，夹薄层砂质泥岩，岩坡陡峻。亦无崩塌滑坡等不良地质作用。岩心采取率85.4%，RQD平均值71。两坝肩不良地质作用表现为风化作用，清除表层强风化带后，两坝肩岩体稳定。
3、坝基坝肩渗漏评价
根据坝基钻孔压水试验，坝基坝肩渗漏严重，利用达西定律简化计算，坝基渗漏量5723m3/d，左坝肩渗漏量1377.34m3/d，右坝肩渗漏量1287m3/d，整个坝段年渗漏总量达261×104m3。

第四节 坝址选择

上下坝址相距231m，两坝址所处河谷形态，河床宽度，覆盖层性质，地质构造条件，风化程度，相对隔水层埋深等均无多大差别，都具备兴建该工程的地质条件。从持力层厚度，坝基岩性，左坝肩高程，下游冲沟等方面比较，两坝址存在一定的差异性，比较如下：
1、上坝址两坝肩高度较高，311.80m～312.0m，高出坝顶50余米，山体雄厚，完全具备建坝的地形条件。下坝址左岸山顶高程271.70m，
覆盖层厚约3m，强风化岩层厚约2.5m，因此，下坝址左岸中风化岩层顶面高底约为265.60m，九节滩水电站正常高水位即为265.40m，因此，如选择下坝址建坝，左岸还得兴建一副坝。因此，从左坝肩地形来看，上坝址明显优于下坝址。
2、上坝址坝基全为J2s砂岩，厚度18.57～22.27m；坝基为统一的砂岩地基，下坝址坝基砂岩厚度4～12.9m，下伏砂质泥岩。因此，从坝基岩性来看，上坝址明显优于下坝址。
3、上坝址下游340m范围内两岸均无冲沟，下坝址下游80m处发育一冲沟，对电站尾水出流、消力设施的兴建均有较大影响。
4、上坝址坝基全断面均为砂岩，坝基渗漏量为29936m3/d，下坝址砂岩层薄，下伏砂质泥岩，砂质泥岩为相对隔水层。因此下坝址坝基渗漏量为5723m3/d，比上坝址要少得多。上坝址两坝肩渗漏量为：左坝肩230.58m3/d，右坝肩682.9m3/d；下坝址两坝肩渗漏量为：左坝肩1377.34m3/d，右坝肩1287m3/d。从坝肩渗漏量看，上坝址比下坝址要少得多。
5、下坝址水头为 m，多年平均发电量为 Kw，上坝址水头为 m，多年平均发电量为 。
综合比较，上下坝址均具建坝的工程地质条件，但上坝址优于下坝址，故推荐上坝址。
上下坝址工程地质条件比较表
表3-1
比较项目
上坝址
下坝址

坝

基
1、河床高程
251.40m～251.70m
251.0m～251.20m
2、河床宽度
297.70m
274.35m
3、坝高
16.0m
16.40m
4、坝顶长度
394.0m
384.60m
5、覆盖层特性
砂卵石层零星分布，厚2～6m
砂卵石层，零星分布，厚0～3m
6、基岩特性
J2s砂岩，厚度18.57m～22.27m。单轴饱和抗压平均值51.6MPa，岩心采取率平均值82.2%，RQD平均值70.88。
J2s砂岩，厚度4～12.9m，单轴饱和抗压平均值41.4MPa，岩心采取率平均值86.7%，RQD平均值71.62；下伏泥岩层厚度大于10m，单轴饱和抗压强度平均值11.2MPa，岩心采取率92.5%，RQD平均值63.5。
7、风化作用
无强风化层，弱风化层底界埋深0.6～5.14m
无强风化层，弱风化层底界埋深1.2～1.4m
8、裂隙发育程序
裂隙不发育，岩体属“完整”等级
裂隙不发育，岩体属“完整”等级
9、渗漏情况
29936m3/d
5723m3/d
10、岩体分类
BⅡ类
砂岩属BⅡ类，泥岩属CⅣ类

坝

肩
11、地形条件
左岸山顶海拔高程311.80m，坡角19°～30.7°，右岸山顶海拔高程312.0m，坡角20°
左岸山顶高程271.70m，坡角11～21°，右岸山顶高程307.6m，坡角31°
12、覆盖层特性
以坡积粉土为主，厚1～5m
以坡积粉土为主，厚0～3m
13、基岩特性
左岸砂岩厚32.27m，右岸砂岩厚34.44m
左岸砂岩厚21.56m，右岸砂岩厚37.51m
14、风化
左岸强风化层底界埋深7.65～10.55m，弱风化层底界埋深11.05～14.70m，右岸无强风化层，弱风化层底界埋深4.7m
左岸强风化层底界埋深2.5m，弱风化层底界埋深6.2m，右岸强风化层底界埋深3.6m，弱风化层底界埋深14.8m
15、渗漏
左坝肩渗坝渗漏230.58m3/d，右坝肩绕坝渗漏682.9m3/d
左坝肩1377.34m3/d，右坝肩1287m3/d
16、冲沟
上下游300m内均无冲沟
下游80m处发育一冲沟
厂
址
17、位置
坝后左岸下游
坝后左岸下游
18、地面高程
251.72m～257.67m
251.60m～267.10m
19、岩性
砂岩
砂岩
电
站
20、水头

21、装机

22、多年平均发电量