地质复核.docx - 冰点文库

资源描述

地质复核.docx

《地质复核.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地质复核.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

地质复核.docx

地质复核

1.前言

1.1工程概况

蒙泉水库位于澧水支流道水上游的蒙泉镇磨子坪境内，工程始建于一九七四年冬。

水库集雨面积69.6Km2，总库容6769.6万m3。

正常库容5040万m3，死库容1040万m3。

正常蓄水位124m，设计死水位110m，灌溉农田15.59万亩。

是一座以灌溉为主，兼顾发电、养鱼、防洪及旅游等综合效益的中型水利工程。

枢纽工程主要建筑物为三等，枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、低涵（原导流涵）、中、高输水涵洞、坝后电站等建筑物组成。

主坝设计为粘土斜墙堆石坝，坝顶轴线长240m，最大坝高43m，坝顶高程129m，坝顶宽5.0m，坝底高程86.0m。

副坝距大坝约3.5Km，为均质土坝，坝高11m，坝顶高程129m，坝顶轴线长160m，坝顶宽4.0m。

溢洪道为开敝式溢洪道，全长432m，溢流堰顶高程为124m，溢流堰宽32.0m。

低涵为原导流涵，长340m，宽1.8m，高2.2m，进口底板高程86m；中涵为砼压力圆涵，长70m，内径1.2m，进口底板高程110m；高涵为无压输水隧洞，宽1.9m，高2.41m，全长150m，进口底板高程115m。

1.2工程建设及运行现状

大坝始建于1974年冬，1976年完工，同期投入运行。

工程运行三十五年来，随着时间的推移，工程问题及险情隐患不断暴露出来，水库一直处于边运行、边加固的控制运行状态。

工程地质问题及历次除险加固情况主要有：

（1）1976～1978年，坝左端0+030m～0+120m桩号之间不均匀沉陷，最大沉陷量达1.57m，内坡表面出现明显下陷。

当年冬组织力量将坝高加至设计高程129m。

（2）1980年8月3日，当库水位上升到124.66m时（水库第一次溢洪），又发现在原地段有较大沉陷，最大下沉0.8m，并发现坝左端30多米地段内出现一条纵向裂缝，最大宽度7～10cm。

随即开挖回填加固。

（3）1989年8月28日～9月2日，连续降雨达500余毫米，最大15小时降雨260余毫米，主坝左端出现一条长达80m的纵向裂缝，缝宽一般为3cm，最大宽度5～6cm；同时坝顶0+085m桩号处出现直径0.4m、深1.1m的由凹陷。

险情发生后，对裂缝进行了开挖回填处理。

（4）导游底涵由于施工质量差，长期漏水，最大渗漏量达410L/S，且有粘土颗粒带出。

1983年12月～1984年3月，在斜墙段曾采用涵洞内封堵灌浆处理，现今渗漏又有增大趋势，1995年7月24日，库水位为122.47m时，渗漏量为38.7L/S，2001年11月6日，库水位为112.77m时，渗漏量为6.3L/S。

（5）大坝变形严重，1991年的观测数据显示，最大下沉52cm（0+060处），局部隆起最大高度55cm。

水平位移较大，外坡一级平台最大位移80cm，二级平台最大位移55cm。

（6）1998年7月24日，当库水位123.70m时，副坝内坡距坡脚10m处土体塌陷，并形成直径1.2m，深2.1m的土洞，同时位于坝底的高涵出现混浊水流，即时进行回填封堵土洞，并对涵洞顶进行灌浆，效果不理想，现仍漏水严重。

（7）高涵漏水，当不位超过洞顶高程（117.5m）时，涵洞周边均漏水，且水流较混浊。

目前工程存在的主要问题是：

主坝两岸坝肩及接触面有不同程度的渗渗漏，渗漏量随水位上升而增大；主坝左端沉陷变形较严重，并多次出现裂缝;副坝沉降变形和高涵渗漏较明显。

1.3本次地质工作概况

针对上述诸多工程地质问题，受石门县水利局、蒙泉水库管理所的委托，对主、副坝进行了较详细的地质勘察，共布置钻孔9个，主坝6个，副坝3个，总进尺195.90m。

取原状土样34个，现场标准贯入试验15段次，注水试验2次，现场天然容重测试2个点。

本次勘察工作，是在已有资料的基础上，进一步查明大坝的工程地质条件与坝体填土特征及物理力学指标，查明大坝渗漏的原因，找出影响大坝安全的不利地质因素，为工程安全复核提供设计依据。

2.坝址工程地质及水文地质条件评价

2.1地形地貌

库坝区位于石门县城以南约40Km，地势东北高西南低，属低山丘陵地区，植被发育。

山间溪谷、冲沟纵横，库坝区河谷为“U”型谷，坝区地势较开阔，左岸基岩裸露，右岸为残坡积堆积，坝区河流流向为N60°E。

地形切割程度为浅切割区，属侵蚀—构造地貌。

2.2地层岩性

库坝区出露地层主要由上古生界泥盆系中统云台观组及第四系地层组成。

坝址区岩土特性由新到老分述如下：

第四系松散堆积物（Q）：

河谷中有3～4.0m（河漫滩达4～6m）的砂砾（卵）石层；两岸山坡及山间沟谷地带，为第四系的残坡积堆积物，以红黄色砾质粘土夹碎石为主，厚0.5～2.0m不等，下部为红黄色粉质粘土夹少量砾石。

泥盆系中统云台观组（D2y）：

以灰白色、黄褐色中厚层状细～中粒长石石英砂岩为主，夹薄层状砂质或泥质页岩，砂岩中含有少量铁质，表面风化后形成蜂窝状孔穴，单层厚0.6～1.0m，夹层呈透镜体出现。

坝址区岩层产状N50～55°W·NE∠5～8°，倾向下游偏左岸。

2.3地质构造及地震

库坝区地质构造属石门—临湘东西向构造带，龙阳湾东西向倒转向斜的西端南翼。

区内构造形迹比较简单，地层单斜，产状平缓，无大的断层通过坝址及邻谷。

主要以次一级构造及节理裂隙为主，其次为层间裂隙及地表风化裂隙。

坝址区节理裂隙比较发育，主要有三组，其中两组呈“X”型。

即：

①产状N40～60°E·NW∠70～85°，走向大致与河流平行，倾向左岸。

节理面平整光滑，延伸较长，切割较深。

②产状N16～31°W·SW∠83～85°，走向大致与河流垂直，倾向上游。

③产状N78～80°E·SE∠76°，走向与河流斜交，倾向右岸。

据1974年地质资料，在河床部位也发育有三组节理，并沿第①组节理出现一条小断层，断层破碎带宽0.15～0.20m，未胶结，影响宽度1.5～2.0m，有渗水现象。

库坝区岩层由于节理及风化裂隙发育，地表风化较强烈，岩石较破碎，强风化深度约10m。

根据2001年颁布的1/400万规范GB18306—2001《中国地震动参数区划图》查得该区地震动峰值加速度为0.05g与地震动反应谱特征周期为0.35s。

对照确定该区地震基本烈度值为Ⅵ度。

2.4水文地质条件

坝区地下水类型主要为孔隙水和裂隙水，孔隙水埋藏于河床砂卵石层与第四系松散堆积层中，由降雨及库水补给。

裂隙水分布于坝区基岩裂隙中。

在坝基河床部位有2.0m厚的含砾砂层，含泥较高，砾石较细，经钻孔注水试验渗透系数K=6.37×10-4cm/s。

2.5坝址区工程地质评价：

坝址区地质构造较简单，岩层单斜，地层岩性以泥盆系石英砂岩为主，岩石致密坚硬，力学强度高，无软弱夹层，饱和抗压强度达80～90ＭPa。

岩石走向与坝轴线大致平行或斜交，倾向下游偏左岸，倾角平缓5～8°，岩石节理裂隙发育，有三组明显的节理，破坏了岩石的完整性，地表风化裂隙发育，表层岩石较破碎，对坝基防渗不利。

库坝区植被覆盖良好，岩层产状平缓，岸坡稳定性较好。

坝址区左岸基岩裸露，边坡陡，岩石裂隙发育，清基时只清除了表层杂物，岩石破碎层未作处理；右岸地势平缓，基岩多被覆盖，局部覆盖层较深，清基不彻底；坝基河床部位普遍存在1—2.0m厚的含砾砂层，含泥质较高，清基时只清除了表层浮土，仅在坝址上游设计的截水齿槽中清基到较完整基岩。

因此，虽然坝址区岩层倾角平缓，表层岩石较破碎，在河床部位沿顺河流方向节理有小断层破碎带存在，对防渗不利，但上游粘性土截水齿槽有效的截断了坝基渗透水流，对坝基防渗有利。

因此，河床坝基不存在渗漏问题，基岩渗漏主要是坝肩的绕坝渗漏。

需进行灌浆防渗处理。

3.大坝工程质量检查

3.1钻孔布置及取样试验

（1）根据工程质量评价的要求和现场巡查发现的问题，结合具体情况，共布置了9个钻孔（主坝6个，副坝3个），取得原状土样34件。

在主坝外坡挖试坑2个，做天然容重试验2次。

（2）室内土工试验由湖南省水利水电勘测设计院科研所土工试验室完成，获得试验结果97组（试验结果见附表《土的基本性质试验总表》）。

（3）试验资料的整理，是运行数理统计方法逐项进行统计，求出平均值、均方差及变异系数，统计结果风表3.1。

3.2坝体分区及物理力学指标

根据加固处理资料及此次勘察资料，主坝纵剖面上可分为五个区：

各区的材料特性分述如下：

Ⅰ区：

是坝体的填筑土部分。

上部为粉质壤土、砾质粉质壤土，灰黄色、红黄色，可塑～硬塑状填筑较密实，局部含砂成分较高。

粘粒含量18.0～29.0%，含水量22.0～27.9%；干密实1.53g/cm3，孔隙比0.688～0.837，平均0.762；液性指数0.24；水平渗透系数K=3.50×10-5cm/s；压缩模量2.64～5.08Mpa，平均为3.64MPa；内摩擦角固结快剪（Cq）17.0、固结慢剪（S）19.1°下部为粉质粘土、砾质粉质粘土、砾质粉质壤土，黄色、黄褐色，可塑～硬塑状，底部含砾石较多。

粘粒含量31.0～37.0%；含水量20.3～27.7%；干密度1.52g/cm3；孔隙比0.711～0.838，平均0.779；液性指数0.30；水平渗透系数K=2.10×10-5cm/s；压缩模量3.26～7.18Mpa，平均为4.63Mpa；内摩擦角固结快剪（Cq）14.1°、固结慢剪（S）16.5°。

Ⅱ区：

为堆石体，由石英砂岩块石和碎石堆积而成，在与填土接触部位为干砌石，反滤层由碎石和砂组成。

经现场试坑做天然容重试验，结果为1.90～1.98g/cm3，平均为1.94g/cm3。

Ⅲ区：

为内坝坡护坡压脚加固区（压重层），以废石渣和碎石土填筑而成，压实较差。

Ⅳ区：

为坝基堆积物区，厚1.0～5.10m，为河流冲积堆积的砂砾石层，砾石较细，含泥量较高，河床部位厚度大，上部为含砾砂层，砾石细，含泥高，稍密；下部为砂砾石层，砾石含量40～50%，砾石细、中密、饱水。

经钻孔注水试验，渗透系数为6.37×10-4cm/s～3.80×10-3cm/s。

Ⅴ区：

基岩区，岩性为灰白色、黄褐色细～中粒石英砂岩夹岩石，岩石表层较破碎，透水性较强，强风化深度为10m。

副坝根据钻孔资料沿坝轴线横剖面上可分为两个区：

Ⅰ区：

为坝体填土区，以粉质粘土为主，其次为砾质粉质粘土及含少量砾的粉质粘土，黄色、红黄色、可塑，填筑欠密实，砾石以细砾为主，分布不均匀，局部集中为细砾土，顶部含少量杂物。

粘粒含量37.0～45.0%；含水量19.9～32.9%；干密度1.32～1.57g/cm3，平均为1.45g/cm3；孔隙比0.752～1.058，平均0.894；液性指数-0.20；水平渗透系数K=1.60×10-5cm/s；压缩模量3.63～10.19Mpa，平均为5.09Mpa；内摩擦角固结快剪（Cq）19.8～25.4°、固结慢剪（S）18.3～28.4°。

Ⅱ区：

为坝基区，为风化残坡积层，以红黄色、黄色粉质粘土为主，硬塑，含少量高岭土。

粘粒含量39.0～44.0%；含水量19.9～25.3%；干密度1.56～1.62g/cm3，平均为1.59g/cm3；孔隙比0.693～0.745，平均0.719；液性指数-0.37；压缩模量4.63～6.09Mpa，平均为5.36Mpa；内摩擦角固结慢剪（S）22.0～28.4°，平均为25.2°，凝聚力22.5～50.0KPa。

3.3坝体工程地质特性及评价

蒙泉水库主坝设计为粘土斜墙堆石坝，从施工竣工资料及本次钻孔勘察结果分析，实际应为土石混合坝。

填筑土料以砾质粉质壤土、粉质粘土、砾质粉质粘土、含少量砾的粉质粘土为主，可塑～硬塑状，填筑较密实，防渗性能较好。

在剖面图上可以看出上部以砾质粉质壤土为主，下部以粉质粘土、砾质粉质粘土及含少量砾的粉质粘土、砾质粉质壤土为主。

但从试验资料统计结果来分析，除粘粒含量有明显的差别外，其他物理力学指标均无明显的差别，渗透性也很相近，很难区分粘土斜墙与壤土区。

下游堆石区以石英砂岩块石和碎石堆积而成，现场试验天然容重平均为1.94g/cm3，整体填筑质量较好，局部密实度较差，孔隙率较大，天然容量偏低，因此造成下游坝坡局部变形较严重，稳定性较差。

主坝坝体填筑土液性指数在-0.04～0.63之间，最大值为0.63；粘粒含量在18.0～37.0%之间，小于20%的为砾质重壤土，分布于坝体上部。

因此，坝体填筑土的抗震性能较好。

副坝为均质土坝，填筑土以粉质粘土为主，其次为砾质粉质粘土，砾石分布不均匀，局部集中为细砾土，孔隙较大。

坝体填筑质量较差，孔隙比偏大，平均为0.894，个别大于1。

因此造成坝体局部沉陷变形比较严重。

4.大坝工程质量评价

通过现场巡查和地质钻孔取样试验分析，现对主、副工程质量评价如下：

（1）主坝坝体填筑土部分质量较好，填筑较密实，防渗性能较好。

下游坝坡堆石区总体填筑质量较好，但局部密实度较差，天然容重偏低，影响坝体稳定。

（2）主坝坝基上部存在1.0～5.1m的砾石层，注水试验渗透系数为6.37×10-4cm～3.8×10-3cm/s。

坝基和两岸坝肩基岩为石英砂岩，产状平缓，倾角5～8°，表层裂隙发育，岩石破碎，渗透性较强。

坝基由于有截水齿槽的作用，渗漏问题不大；两岸坝肩尤其是左岸，边坡较陡，基岩与坝体填筑土接触面处理不好，是造成绕坝渗漏和接触面渗漏的主要原因，同时也是造成坝体左端沉陷变形且产生产生裂缝的主要原因。

（3）主坝上部坝体单薄，坝坡度较陡，外坡为1∶1.12～1∶1.4。

（4）低涵（原导流涵）漏水严重,并有粘土颗粒带出,虽经处理但不彻底,问题仍然严重。

（5）副坝填筑质量较差，孔隙比较大，局部砾石较集中，造成坝体局部沉陷和变形。

坝基为红黄色粉质粘土，密实，防渗性能较好，不存在渗漏问题。

（6）高涵漏水严重，且水质混浊，由于涵管渗漏，土粒被带出引起涵洞管周围被掏空，是导致副坝内坡塌陷的主要原因。

5.结论与建议

1.坝址区地质构造较简单，地层单斜，且产状平缓，地层岩性以泥盆系中统云台观组变质石英砂岩为主，夹少量页岩，岩石强度较高。

根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》，确定本地区地震基本烈度值为Ⅵ度。

因此坝区属相对稳定地块。

2.主坝坝体设计为粘土斜墙堆石坝，实际为土石混合坝。

填土部分质量较好；堆石部分局部密实度较差，坝体变形较严重，影响坝体稳定。

3.坝基基岩表层节理裂隙及风化裂隙发育，岩石产状平缓且破碎，对防渗不利；坝基河床部位存在厚1～5.1m的砂砾石层，钻孔注水试验渗透系数K=6.37×10-4cm/s～3.8×10-3cm/s，为弱～中渗水层，但上游斜墙部位截水齿槽清基到基岩，对坝基防渗有利。

因此，坝基渗漏问题不大。

4.两岸坝肩基岩表层岩石破碎，裂隙发育对防渗不利，尤其是左岸坝肩边坡较陡，与坝体接触部位处理不好，是造成接触面渗漏及坝肩绕坝渗漏的主要原因。

5.副坝坝体填筑质量较差，孔隙比偏大，局部砾石较集中，夯压不密实，造成坝体局部沉陷变形。

坝基为风化残坡积的红黄色粉质粘土，密实，不存在渗漏问题。

6.大坝导流底涵封堵处理效果欠佳，现仍漏水较严重，且有粘土颗粒带出，给大坝安全留下较严重隐患。

7.大坝高涵漏水严重，引起上部土体塌陷。

鉴于大坝存在诸多的工程地质问题和工程隐患，建议对大坝采取综合性整治措施，以确保大坝安全。

工程土的物理力学指标统计值表表3.1

分区

位置

岩土

名称

土样

件数

统计

值

物理力学指标

天然含水量（%）

天然密度

孔隙比e

土粒比重

（g/cm3）

液限

（%）

塑限

（%）

塑性

指数

液性

指数

渗透系数（cm/s）

土的压缩性

内摩擦角（º）

凝聚力（KPa）

干

（g/cm3）

湿

（g/cm3）

垂直

水平

压缩

系数

压缩

模量

固快

固慢

固快

固慢

主

坝

粉

质

壤

土

区间值

22.0-27.9

1.47-1.59

1.83-1.95

0.688-0.837

2.65-2.72

22.4-38.0

15.2-23.7

6.2-14.3

0.01-0.52

1.29-3.27*10-5

2.22-5.60*10-5

0.359-0.656

2.64-5.08

13.8-20.3

17.5-20.3

13.5-22.2

12.5-25.0

平均值

24.2

1.53

1.89

0.762

2.68

30.74

20.5

10.3

0.24

2.09*10-5

3.50*10-5

0.500

3.64

17.0

19.1

17.5

18.8

方差

1.93

0.04

0.03

0.05

0.02

4.58

2.61

2.26

0.16

7.57*10-6

1.37*10-5

0.090

0.76

2.52

1.58

3.59

4.98

变异系数

7.98

2.47

1.72

6.69

0.84

15.13

12.88

22.56

66.37

36.31

39.17

18.28

20.88

14.86

8.17

20.50

26.57

粉

质

粘

土

区间值

20.3-27.7

1.46-1.61

1.83-1.95

0.711-0.838

2.66-2.72

28.9-37.3

20.2-25.9

7.8-12.3

-0.04-0.63

3.71*10-6-1.75*10-5

1.42-3.16*10-5

0.238-0.560

3.26-7.18

8.8-18.5

11.9-20.8

13.5-15.5

15.0-18.8

平均值

25.3

1.52

1.90

0.779

2.70

32.2

22.4

10.0

0.30

1.15*10-5

2.10*10-5

0.409

4.63

14.1

16.5

13.0

16.4

方差

1.98

0.04

0.044

0.03

2.65

1.77

1.33

0.27

4.97*10-6

6.56*10-5

0.100

1.18

3.49

3.03

2.10

1.53

变异系数

7.82

2.82

1.87

5.69

1.01

8.28

7.92

13.78

85.04

43.06

31.33

24.53

25.37

24.80

18.35

16.09

9.35

副

坝

粉

质

粘

土

区间值

19.5-32.9

1.32-1.62

1.75-1.97

0.693-1.058

2.65-2.75

41.0-58.9

25.3-34.9

13.8-24.0

-0.45-0.25

2.48*10-6-1.78*10-5

1.15-2.17*10-5

0.172-0.565

3.63-10.19

19.8-25.4

18.3-28.4

17.0-47.5

20.0-50.0

平均值

24.9

1.48

1.85

0.855

2.73

46.4

29.7

16.7

-0.24

9.82*10-6

1.60*10-5

0.404

5.16

22.6

22.9

26.6

30.8

方差

3.75

0.09

0.08

0.115

0.03

5.23

2.89

2.90

0.25

6.27*10-6

4.25*10-6

0.123

2.04

4.17

13.59

变异系数

15.09

6.29

4.55

13.45

1.07

11.27

9.73

17.36

-104.51

63.88

26.56

30.43

39.60

18.22

44.08

工程土的物理力学指标统计值表

分区

位置

岩土

名称

物理力学指标

天然含水量（%）

天然密度

孔隙比e

土粒比重

（g/cm3）

液限

（%）

塑限

（%）

塑性

指数

液性

指数

渗透系数（cm/s）

压缩

系数MPa-1

压缩

模量MPa

内摩擦角（º）

凝聚力（KPa）

允许承载力（Kpa）

允许渗透坡降

干

（g/cm3）

湿

（g/cm3）

垂直

水平

固快

固慢

固快

固慢

主坝

Ⅰ区

粉质壤土

24.2

1.53

1.89

0.762

2.68

30.74

20.5

10.3

0.24

2×10-5

3.5*10-5

0.500

3.64

17.0

19.0

17.5

19.0

160

0.45

粉质粘土

25.3

1.52

1.90

0.779

2.70

32.2

22.4

10.0

0.30

1*10-5

2*10-5

0.400

4.63

14.0

17.0

13.0

17.0

150

0.50

主坝

Ⅱ区

堆石体

1.85

35～38

主坝

Ⅲ区

碎石

1.70

25～28

主坝

Ⅳ区

含砾砂层

1.65

1.95

6.4*10-4

20～22

150

0.18～0.20

副坝

Ⅰ区

粉质粘土

2.49

1.48

1.85

0.855

2.73

46.4

29.7

16.7

0.14

9*10-6

2*10-5

0.404

5.16

22.6

22.9

26.6

30.0

160

0.50

副坝

Ⅱ区

粉质粘土

25.0

1.59

1.90

0.719

2.73

0.07

6*10-6

5.4

25.0

36.0

200

0.55

展开阅读全文