冉 從 彥， 林 紅， 曲 海 珠

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

重力壩的抗滑穩(wěn)定尤其是深層抗滑穩(wěn)定是保證大壩安全的一個(gè)重要條件，壩基內(nèi)經(jīng)常有各種形式的軟弱結(jié)構(gòu)面存在，當(dāng)產(chǎn)狀有利于其上的壩體滑動(dòng)時(shí)，便很容易形成大壩安全的控制因素，因此對(duì)于層狀巖體發(fā)育地區(qū)，須格外警惕大壩的深層抗滑穩(wěn)定問(wèn)題[1]。

色拉龍一級(jí)水電站位于老撾中部的沙灣拿吉省色拉龍河下游河段，距離老撾首都萬(wàn)象約568 km。電站壩址多年平均流量90.6 m3/s，水庫(kù)正常蓄水位215 m，庫(kù)容8.81億m3，定水頭46 m，裝機(jī)容量70 MW。電站為二等大(2)型，采用壩式開(kāi)發(fā)，樞紐工程由混凝土擋水壩、溢流壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等組成，攔河壩采用碾壓混凝土重力壩，壩頂總長(zhǎng)度459 m，最大壩高67.5 m。

電站壩址位于東南亞侏羅、白堊系紅層地層中，該套地層為砂泥巖互層，具有形成年代晚，膠結(jié)程度差，黏土礦物含量豐富，親水性強(qiáng)、力學(xué)強(qiáng)度低、軟弱夾層發(fā)育等獨(dú)特的工程特性。諸多水電工程實(shí)踐表明，在紅層中修建大壩普遍存在軟弱夾層及緩傾結(jié)構(gòu)面帶來(lái)的壩基(深層)抗滑穩(wěn)定問(wèn)題，這些問(wèn)題已成為水電工程建設(shè)中的區(qū)域性地質(zhì)問(wèn)題[2]。因此，必須加強(qiáng)對(duì)大壩壩基巖體工程地質(zhì)條件的勘察，尤其是對(duì)泥巖、泥質(zhì)粉砂質(zhì)等軟巖以及對(duì)層間擠壓帶、層面裂隙等緩傾角結(jié)構(gòu)面的埋藏分布、物理力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行重點(diǎn)勘察，為大壩建基面選擇，地基處理方案及建設(shè)和運(yùn)行期大壩穩(wěn)定評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)資料。

2 壩區(qū)基本地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

色拉龍一級(jí)水電站壩址區(qū)兩岸分布第四系坡殘積土層，河床基巖裸露，按巖性組合特征可細(xì)分為4個(gè)巖組[3]。

(J1)：紫紅色中厚層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰色、淺紫紅色厚層砂巖互層夾紫紅色薄層泥巖，厚度大于20 m，分布于河床以下。

(J2)：灰色、淺紫紅色厚層至巨厚層砂巖夾紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及少量深灰色薄層泥巖，厚13～18 m，分布于河床以下。

(J3)：紫紅色中厚層泥質(zhì)粉砂巖與灰色、淺紫紅色厚層砂巖互層，夾紫紅色、青灰色薄層泥巖，厚23～27 m，分布于河床以下。

(J4)：灰色、淺紫紅色厚層至巨厚層砂巖夾紫紅色泥質(zhì)粉砂巖及少量紫紅色薄層泥巖，厚10～13 m，分布于兩岸坡底及河床表層。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，工程區(qū)構(gòu)造作用不明顯，壩址區(qū)未見(jiàn)斷層發(fā)育。鉆孔巖心揭示各巖層層面裂隙接觸膠結(jié)良好，無(wú)層間錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育跡象。巖層為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀N20°～40°W/SW∠5°～15°。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，壩址區(qū)主要出露2組裂隙，一組為層面裂隙及順層裂隙(多發(fā)育于泥質(zhì)粉砂巖、泥巖中)，其產(chǎn)狀為N20°～40°W/SW∠5°～15°；一組為陡傾構(gòu)造裂隙(多發(fā)育于厚層砂巖中)，其產(chǎn)狀為近EW/N∠75°～85°。

2.3 巖體風(fēng)化

壩址區(qū)地層軟硬相間，各種巖石抗風(fēng)化能力不一，各地層的風(fēng)化差異大。砂巖的抗風(fēng)化能力強(qiáng)，風(fēng)化深度淺；泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖次之；泥巖抗風(fēng)化能力最差。各巖性的風(fēng)化程度除了在深度上有差異外，在砂巖、泥巖互層部位，沿泥巖地層易產(chǎn)生風(fēng)化凹槽。

強(qiáng)風(fēng)化巖體主要發(fā)育在兩岸岸坡，河床部位因水流沖刷作用，強(qiáng)風(fēng)化巖石已經(jīng)被沖蝕，表部暴露的均為弱風(fēng)化巖體。

3 河床壩段地質(zhì)條件

色拉龍一級(jí)水電站左岸壩段(1～9號(hào))及右岸壩段(16～23號(hào))由于壩高普遍不高，且均置于基巖上，工程地質(zhì)問(wèn)題不突出。筆者主要分析河床高壩段(10～15號(hào))的工程地質(zhì)問(wèn)題。

3.1 壩基巖體質(zhì)量

河床壩段壩基設(shè)計(jì)開(kāi)挖高程約155～160 m，壩基部位出露灰白色砂巖(J4)，為中硬巖，巖體微新～弱風(fēng)化，多呈厚層狀～巨厚層狀，巖體完整，未見(jiàn)斷層或擠壓破碎帶出露，順層裂隙發(fā)育少，層面裂隙產(chǎn)狀N20°～35°W/SW∠5°～10°，多閉合，裂面微起伏粗糙，新鮮，干燥，巖體為Ⅲ類。

3.2 緩傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況

工程所在區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)穩(wěn)定地塊，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、鉆孔勘探、開(kāi)挖揭示以及壩基巖體質(zhì)量檢測(cè)，均表明壩址區(qū)內(nèi)無(wú)斷裂發(fā)育，亦未見(jiàn)小斷層和層間擠壓破碎帶等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，壩基部位發(fā)育的結(jié)構(gòu)面以層面及裂隙為主。

在前期勘察實(shí)施的共900余米的鉆孔巖芯中，巖心破裂面以近水平裂隙發(fā)育為主(圖1)，幾乎未見(jiàn)陡傾裂隙(傾角大于60°)出露。

圖1 典型鉆孔巖心裂隙發(fā)育情況

開(kāi)挖揭示亦表明壩基巖體內(nèi)裂隙以緩傾層面裂隙及順層裂隙發(fā)育為主，陡傾裂隙少量發(fā)育，并存在隨壩基巖體埋深的增加(風(fēng)化程度的減弱)陡傾及隨機(jī)裂隙相應(yīng)減少的現(xiàn)象。

根據(jù)施工期31個(gè)灌漿檢查孔的孔內(nèi)影像資料，共統(tǒng)計(jì)緩傾角(<30°)裂隙219條，中等傾角(30°～60°)裂隙16條，陡傾角裂隙幾乎未見(jiàn)。

3.3 結(jié)構(gòu)面類型

根據(jù)鉆孔巖芯、開(kāi)挖揭示及壩基檢測(cè)孔內(nèi)圖像，不同巖性間無(wú)明顯的沉積間斷軟弱面、擠壓錯(cuò)動(dòng)跡象，對(duì)于層面裂隙而言，多膠結(jié)良好，見(jiàn)圖2。

圖2 孔內(nèi)影像揭示不同巖性的接觸情況

順層裂隙多為剛性接觸，無(wú)充填，多表現(xiàn)為顯化裂隙兩側(cè)尖滅為紋理(圖3)。陡傾裂隙局部出露，總體為剛性結(jié)構(gòu)面。

圖3 孔內(nèi)影像揭示的典型順層裂隙性狀

3.4 結(jié)構(gòu)面粗糙度

根據(jù)國(guó)際力學(xué)學(xué)會(huì)的建議，對(duì)結(jié)構(gòu)面的起伏粗糙度可采用Bardon等提出的典型剖面進(jìn)行劃分[4]。

在施工開(kāi)挖期間，針對(duì)部分長(zhǎng)大順層裂隙進(jìn)行了實(shí)測(cè)(圖4)。結(jié)合大壩下游側(cè)齒槽開(kāi)挖揭示(圖5)，參考Bardon等提出的10條標(biāo)準(zhǔn)剖面(圖6)進(jìn)行起伏粗糙度劃分。綜合分析認(rèn)為，壩址區(qū)順層裂隙粗糙度以平直粗糙(3級(jí))為主。壩址區(qū)其他裂隙，多延伸較短，亦多以平直粗糙為主。

圖4 部分實(shí)測(cè)順層裂隙起伏情況圖

圖5 大壩下游齒槽典型順層裂隙起伏情況

圖6 JRC與典型裂隙剖面模型圖

3.5 結(jié)構(gòu)面連通率

對(duì)于層面裂隙而言，從其地質(zhì)沉積成因分析，就有限的壩址區(qū)范圍而言，其連通率確定為100%。

對(duì)于順層裂隙，其多不連續(xù)延伸，兩側(cè)多尖滅為紋理，連續(xù)段延伸長(zhǎng)度不等(3～20 m均有出露)，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)10～12號(hào)壩段齒槽編錄情況(巖性為J2砂巖，該段齒槽邊墻上出露一條斷續(xù)延伸、相對(duì)長(zhǎng)于順層裂隙，依該斷面上統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，在砂巖巖體內(nèi)，順層裂隙線連通率多小于70%。

對(duì)于陡傾裂隙，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)編錄，在各壩段該組裂隙較為發(fā)育部位確定統(tǒng)計(jì)窗口(帶寬2 m，順?biāo)鞣较?，經(jīng)采用投影法對(duì)其線連通率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

3.6 結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)特征

通過(guò)開(kāi)挖揭示及灌漿檢查孔各種資料的分析，對(duì)河床壩基各類結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié)，經(jīng)工程類比，參考有關(guān)規(guī)范，提出壩基部位緩傾角結(jié)構(gòu)面主要抗剪參數(shù)建議值(表2)。

3.6.1 層面裂隙.

產(chǎn)狀N20°～40°W/SW∠5°～15°，其傾角總

表1 壩基順河向陡傾裂隙線連通率統(tǒng)計(jì)表

體上隨高程降低而趨緩，多發(fā)育于不同巖層(性)接觸部位，同一巖層內(nèi)不發(fā)育，為沉積原生結(jié)構(gòu)面，由于工程所在區(qū)域上未經(jīng)歷明顯的構(gòu)造作用，層面裂隙多膠結(jié)緊密，力學(xué)性狀良好，現(xiàn)場(chǎng)多通過(guò)兩側(cè)巖性及顏色的變化來(lái)確定，在壩址區(qū)有限范圍上可視為完全連通。

表2 壩基結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度地質(zhì)建議值

3.6.2 順層裂隙

產(chǎn)狀同前，層內(nèi)發(fā)育，多斷續(xù)延伸，兩側(cè)多尖滅為層理，分析認(rèn)為其主要由早期沉積層理，經(jīng)后期輕微構(gòu)造作用或卸荷等物理作用形成。該組裂隙面多平直～微起伏、新鮮、無(wú)充填物質(zhì)、剛性接觸。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，其余砂巖巖體內(nèi)線連通率60～70%，在泥質(zhì)粉砂巖等巖體內(nèi)線連通率小于50%。

3.6.3 陡傾裂隙

近EW/N∠75°～85°，局部出露，間距30～50 cm，延伸長(zhǎng)度多1 m左右。該組裂隙發(fā)育范圍與建基巖體天然埋深(風(fēng)化程度)相關(guān)，次之與巖性相關(guān)，在壩基部位表現(xiàn)為在兩岸高程部位的低壩段壩基內(nèi)較發(fā)育，而在低高程的高壩段壩基部位少有發(fā)育。

4 壩基抗滑穩(wěn)定評(píng)價(jià)

4.1 滑移模式

色拉龍一級(jí)水電站壩基表層滑動(dòng)受壩基混凝土與下部巖體間接觸面的抗剪強(qiáng)度控制[5]。

壩基深部巖體內(nèi)無(wú)小斷層、層間擠壓破碎帶等控制性的不利軟弱結(jié)構(gòu)面分布，但壩基巖體內(nèi)的層面裂隙及順層裂隙緩傾下游，可構(gòu)成潛在的底滑面，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定存在不利影響。

河床壩段壩基及淺表巖體為完整的厚層-巨厚層砂巖(J4)，Ⅲ類巖體，厚度約5～10 m，其下分布的J3層為泥質(zhì)粉砂巖與砂巖互層，該層巖體類別以Ⅳ類為主，根據(jù)該部位建基面、齒槽及檢查孔揭示，出露的結(jié)構(gòu)面包括：(1)J4層與J3層之間分布的層面裂隙；(2)J4層內(nèi)的順層裂隙不發(fā)育，根據(jù)齒槽揭示，可確定為1條，分布高程152 m左右；(3)J3層內(nèi)的順層裂隙，較發(fā)育，根據(jù)檢查孔揭示，其間距約50～70 cm。壩基巖體內(nèi)其他裂隙不發(fā)育，則河床壩段的滑移模式為以緩傾下游的層面裂隙及順層裂隙構(gòu)成相對(duì)控制的底滑面，在下游側(cè)由Ⅲ類、Ⅳ類巖體內(nèi)剪出而形成雙滑面組合模式，其滑動(dòng)模式示意圖見(jiàn)圖7。

4.2 抗滑穩(wěn)定評(píng)價(jià)

色拉龍一級(jí)水電站工程區(qū)位于區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定地塊，壩基部位無(wú)確定性的軟弱結(jié)構(gòu)面分布(如斷層、順層擠壓帶等)。壩基巖體內(nèi)分布的結(jié)構(gòu)面以層面裂隙及順層裂隙為主，其中，層面裂隙膠結(jié)良好，順層裂隙剛性接觸且斷續(xù)延伸，結(jié)構(gòu)面力學(xué)性狀相對(duì)較好。

圖7 河床壩段典型雙滑面深層滑移模式

河床壩段無(wú)控制性的橫河向及順河向陡傾軟弱切割面，少量發(fā)育的順河向陡傾裂隙連通性差，潛在的深層滑移模式結(jié)構(gòu)面組合多不完備，滑動(dòng)塊體在側(cè)向及后緣(上游)存在較強(qiáng)的約束作用，總體認(rèn)為本工程抗滑穩(wěn)定地質(zhì)條件相對(duì)較好。在開(kāi)展壩基抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)，需充分考慮該工程結(jié)構(gòu)面發(fā)育特點(diǎn)，選用合適的計(jì)算和評(píng)價(jià)方式。

5 結(jié) 語(yǔ)

色拉龍一級(jí)水電站河床高壩段整體置于J4層厚層砂巖上，屬于Ⅲ類巖體，具備較好的建基條件。河床壩基地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷層、層間擠壓帶等軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，但巖體中層面裂隙、順層裂隙等緩傾角結(jié)構(gòu)面較發(fā)育。通過(guò)鉆孔取芯、孔內(nèi)成像、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等手段，查明了層面裂隙順層裂隙的分布深度及特征。層面裂隙膠結(jié)愈合良好，100%連通；順層裂隙為剛性結(jié)構(gòu)面，裂隙面起伏狀態(tài)以平直粗糙為主，其線連通率多小于70%。

河床壩段無(wú)控制性的橫河向及順河向陡傾切割面，少量發(fā)育的順河向陡傾裂隙連通性差，潛在的深層滑移模式結(jié)構(gòu)面組合多不完備，滑動(dòng)塊體在側(cè)向及后緣(上游)存在較強(qiáng)的約束作用，總體認(rèn)為該工程抗滑穩(wěn)定地質(zhì)條件相對(duì)較好。