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石家峽水庫壩址區(qū)巖體抗滑穩(wěn)定分析及處理方法研究

2021-12-21 07:45
關(guān)鍵詞:壩址壩基灰?guī)r

李 剛

(寧夏水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司,寧夏回族自治區(qū)銀川市興慶區(qū)勝利街629號 750000)

對于混凝土重力壩,壩址區(qū)范圍內(nèi)巖體的結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性尤為重要,這是決定水庫及樞紐工程正常運行的必要條件。近年來,國內(nèi)外眾多大中型水利工程的建設(shè),為壩址區(qū)巖體抗滑穩(wěn)定的研究積累了豐富的實踐經(jīng)驗和詳實的觀測數(shù)據(jù)。劉洪[3]等基于極射赤平投影的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價和防治措施一文中,對極射赤平投影在巖體結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定性中的應(yīng)用進行了詳細的研究,并做了分類討論。張麗、龐丹、劉建等[11]基于有限元法的碾壓混凝土重力壩整體抗滑穩(wěn)定分析也有一定的研究。因極射赤平投影和有限元法分析設(shè)置的邊界條件、整體黏聚效應(yīng)、局部應(yīng)力集中和應(yīng)力擴散等條件存在差異,所以得到的結(jié)果也存在一定的差別。

文中以野外工程地質(zhì)測繪成果為基礎(chǔ),結(jié)合鉆孔、基巖區(qū)開挖斷面資料,對巖體中多種結(jié)構(gòu)面(層理面、節(jié)理面、卸荷裂隙面等)進行了分類統(tǒng)計,運用極射赤平投影的方式判別結(jié)構(gòu)面與原始坡面的關(guān)系,研究巖體及楔形體(多組結(jié)構(gòu)面將巖體切割形成)的穩(wěn)定性,對不穩(wěn)定巖體結(jié)合工程規(guī)模提出了較為經(jīng)濟適用的處理方案,為工程后續(xù)施工以及類似工程的建設(shè)實施提供了理論支撐和實踐經(jīng)驗。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地層巖性

壩址區(qū)地面海拔高程在1485~1545m之間,沖溝較發(fā)育,地勢陡峭,屬高中山地貌單元。河道走向104°~130°,呈“U”形,河床底寬11m,溝底寬約30m,河床兩側(cè)分布有不連續(xù)的河漫灘臺地,寬度不等,見圖1。

圖1 石家峽水庫壩址區(qū)工程地質(zhì)圖

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)河谷兩岸上部黃土覆蓋較厚,沿河道兩側(cè)基巖出露;壩軸線溝道及左壩肩坡腳處出露的奧陶系下統(tǒng)天景山組(O1-2t)灰?guī)r,右壩肩岸坡出露白堊系下統(tǒng)洛河組(K1lh)砂巖、宜君組(K1y)礫巖。O1-2t灰?guī)r與白堊系底部礫巖、砂巖呈角度不整合接觸,洛河組(K1lh)砂巖與上覆保德組(N1b)砂質(zhì)泥巖呈平行不整合接觸。接觸面位置與壩軸線相交于左、右壩肩,且延伸至壩軸線下部。

壩址區(qū)及兩岸未發(fā)現(xiàn)順河向的斷裂、褶皺構(gòu)造及全新世活動構(gòu)造,以奧陶系灰?guī)r為基底,白堊系、新近系為盆地內(nèi)陸碎屑巖沉積,各層之間為沉積接觸。古近系地層短期缺失,白堊系與奧陶系之間為較大的沉積間斷,早期原生沉積接觸關(guān)系為角度不整合接觸,后期受燕山晚期-喜馬拉雅山早期構(gòu)造(造山帶)隆起作用的遠程影響,在壩址右岸沿接觸帶兩側(cè)一定范圍受地下熱水改造、淋濾作用強烈,表現(xiàn)為白堊系底部砂巖裂隙面、層理面褐鐵礦化發(fā)育,裂隙帶內(nèi)充填成分為泥質(zhì)、鐵質(zhì),鐵質(zhì)充填為弱膠結(jié)狀態(tài);局部發(fā)育泥化蝕變,空間上呈透鏡狀、蜂窩狀;奧陶系底部灰?guī)r溶蝕裂隙發(fā)育,溶蝕孔(帶)內(nèi)碳酸鹽礦物晶簇極為發(fā)育。后期受熱液改造的巖石(體)透水性強,工程性質(zhì)較差。

白堊系下統(tǒng)洛河組組(K1lh)砂巖巖體主要發(fā)育兩組節(jié)理:①280°∠75°,平直,延伸2.5m,張開5~10mm,鈣質(zhì)充填,3~6條/m;②215°∠70°,平直,閉合,無充填,延伸長度1m。裂隙發(fā)育。

奧陶系下統(tǒng)天景山組(O1-2t)灰?guī)r巖體主要發(fā)育兩組節(jié)理:①走向295°∠90°,平直,張開12mm,鈣質(zhì)充填,延伸1~2m,6條/m;②280°∠85°,平直,閉合—張開1~2mm,鈣質(zhì)充填,延伸1m,3~5條/m。裂隙發(fā)育。

2 壩基巖體工程地質(zhì)分類

壩址區(qū)的出露巖體主要有:溝道為O1-2t灰?guī)r;兩側(cè)岸坡為N1b砂質(zhì)泥巖,K1lh砂巖、礫巖,O1-2t灰?guī)r。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487-2008)附錄V壩基巖體工程地質(zhì)分類方法,壩基巖體工程地質(zhì)分類如表1所示。

表1 壩基巖體工程地質(zhì)分類表

3 壩基巖體及左右岸邊坡的抗滑穩(wěn)定分析

對水庫壩址區(qū)兩岸和溝道巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀進行了兩側(cè)統(tǒng)計,分別對左岸、右岸、溝道砂巖和灰?guī)r結(jié)構(gòu)面進行可極射赤平投影分析組合(見圖2),綜合分析結(jié)果如下:

圖2 壩址區(qū)結(jié)構(gòu)面極射赤平投影圖

①左岸上部黃土具濕陷性,建議全部清除,并設(shè)置合理的邊坡比。黃土層下部N1b砂質(zhì)泥巖產(chǎn)狀近乎水平,建議上部強風(fēng)化層進行合理削坡減載;下部K1lh砂巖產(chǎn)狀310°∠10°,傾角較小,傾向山體,與邊坡傾向相反,為抗滑穩(wěn)定有利結(jié)構(gòu)面,因此壩址左岸巖體產(chǎn)生滑移的可能性較小。

②右岸上部黃土具有濕陷性,建議全部挖除,并設(shè)置合理的邊坡比。黃土下部K1lh砂巖產(chǎn)狀310°∠10°,傾角較小,傾向庫區(qū),與邊坡傾向相同,且傾角小于邊坡坡角,為同向緩傾角結(jié)構(gòu)面,岸坡巖體容易產(chǎn)生滑移破壞,且砂巖層中夾薄層粉砂巖、泥巖(見圖3),遇水易軟化,抗剪強度劇減,會加速岸坡巖土體向庫區(qū)滑動。建議對右岸砂巖體采用錨噴支護,提高巖體的整體性及抗滑穩(wěn)定性。

圖3 壩址區(qū)右岸砂巖節(jié)理

③壩基巖體為天景山組O1-2t灰?guī)r,灰?guī)r原生層面產(chǎn)狀為286°∠45°,傾向上游,對壩基抗滑移穩(wěn)定有利,灰?guī)r局部發(fā)育垂層節(jié)理裂隙,規(guī)模較小,且裂隙面多為鈣質(zhì)膠結(jié),因此壩基巖體發(fā)生表層及深層滑移的可能性較小。

4 壩基處理建議

將主溝道表層人工填土、角礫、壤土全部清除,將下部灰?guī)r弱風(fēng)化層上帶也全部清除。在軸線位置應(yīng)采用帷幕灌漿處理,灌漿深度應(yīng)深入到相對不透水層,且滿足滲透坡降的要求。帷幕灌漿應(yīng)遵循分排、分序加密的原則。

兩岸壩肩建基面下部為砂巖,砂巖的力學(xué)指標(biāo)及壓縮性指標(biāo)與灰?guī)r相差較大;特別要注意右岸壩肩下部的礫巖層(K1y),該層礫巖厚度較大,分布不均勻,膠結(jié)差,溶蝕裂隙極發(fā)育,褐鐵礦化、碳酸鹽化強烈,抗壓及抗剪強度低,工程性質(zhì)較差,且為中等~強~極強透水層。建議對壩肩下部砂巖首先采用固結(jié)灌漿,固結(jié)灌漿應(yīng)連片處理,灌漿壓力應(yīng)小于3MPa,灌漿孔深為8~15m,且在灌漿結(jié)束后14d進行質(zhì)量檢查。質(zhì)量檢查方法可采用巖體彈性波速測試和鉆孔壓水試驗。固結(jié)灌漿旨在提高砂巖巖體的整體穩(wěn)定性及抗壓、抗剪強度,并且防止后期帷幕灌漿過程中發(fā)生地表抬動和冒漿現(xiàn)象。然后應(yīng)在壩肩及壩基帷幕線上進行帷幕灌漿,帷幕灌漿應(yīng)遵循分排、分序加密的原則。灌漿分為兩排或三排,先灌下游排孔、再灌上游排孔、最后灌中間排孔。且應(yīng)在灌漿結(jié)束后14d進行質(zhì)量檢查,質(zhì)量檢查采用鉆孔壓水試驗。灌漿深度應(yīng)深入相對不透水層,相對不透水層按照q<5Lu控制。

5 結(jié)論

文中利用勘察成果,綜合運用極射赤平投影和理論計算方法,對兩岸巖體中各種結(jié)構(gòu)面進行抗滑穩(wěn)定性分析,利用極射赤平極射投影對岸坡巖體進行定性分析,從多組結(jié)構(gòu)面尋找出優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面和不利結(jié)構(gòu)面,并且對抗滑不利結(jié)構(gòu)面提出了合理的處理方法和滲控方案。文中分析方法對實際工程有一定的參考意義,在工程實踐中可靈活運用。

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