某生态水库工程地质概况.doc

某生态水库工程地质概况一、概述1、工程概况拟建水电站位于河上游，是一座以发电为主，兼防洪、养殖等综合利用的中型水库，装机4500kW，坝址下游500m沿淇河筑有209国道，交通便利。2、目的与任务（1）对库区进行工程地质测绘，了解库区的地层岩性、地质构造、物理地质现象。（2）对坝址区进行工程地质测给，了解地层岩性、地质构造，岩石的风化程度，对坝址进行比较选择，并对建坝的适宜性作出评价。（3）了解坝基岩石的渗透性，在钻孔中逐段进行压水试验。（4）了解天然建筑材料并作出评价。3、勘察依据（1）水利水电工程地质勘察规范（GB5028799）；（2）中小型水利水电工程地质勘察规范（SL5593）；（3）水利水电工程地质测绘规范；（4）水利水电工程地质手册；（5）水利水电钻探规程。二、区域地质概况1、地形、地貌该区位于山南麓，属中低山区，山体总体走向北西南东，山体雄厚，山势陡峻，坡角多在50以上，地势西高东低，海拔多在500m以上，相对高差150300m，最高点摩云垛，海拔2075m。该处河谷为深切谷，河谷形态呈“V”形，宽50100m，弯多水急，比降12/1000。2、地层岩性该区属地层区，主要出露震旦亚界及下古生界地层，另有：三叠系、白垩系及第四系地层。（1）前第四系地层太古界下雁岭沟群（Aryn1）：为一套混合岩和斜长片麻岩组成。太古界上雁岭沟群（Aryn2）：它由云母石英片岩及角闪斜长片岩组成，局部夹有透镜状大理岩。该层岩石的走向为北西，倾向南西，倾角3040。下古生界（PZ1）：为黑云斜长片麻岩及角闪片岩组成，分布于破屋、德河及罗家凹一线，厚度5001000m。（2）第四系地层河及其支流发育一级阶地，阶地及河床沉积砂砾石，砂卵石及零星中粗砂（Q4al+pl），在山坡凹地及坡脚堆积了时代不明的残坡积层（Qel+dl），岩性为砾质粘土、粘土等。3、地质构造该电站位于岭东西复杂构造带南亚支的西段，自震旦亚界以来，历经多期构造运动，褶皱、断裂活动强烈，节理、片理发育。（1）褶皱单斜：分布于一带，长14km，宽4km，轴向280290，翼部倾向1020，倾角5060，地层为陡岭群地层，其构造特征自南向北，地层有老到新表现为单斜，北东方向被北棠断裂破坏。复背斜：分布于断裂以南，北棠断裂大部，长70km，宽15km，轴向300，两翼倾向200230，倾角4060，背斜轴部由古生界的片麻岩、角闪片岩等组成，有花岗岩、闪长岩、伟晶岩侵入。（2）断裂北棠断裂：位于电站南7.0km，断裂长55km，宽数至数百m，断裂性质先张后压扭，断层两盘为陡岭群及白垩系地层，走向290300，倾向南，倾角70，断裂带内构造岩发育。大断裂：呈北西西向展布于夏馆一线，长约350km，走向290300，倾向北东，倾角6080，下盘为太古界，上盘为元古界，破碎带宽达400m，为长期活动性断裂，沿断裂带有震源分布。4、物理地质现象该区出露下古生界地层及侵入岩，岩体完整性好，山高坡陡，峭壁林立，植被发育，水土保持较好，无不良地质现象。5、水文地质条件该区地下水类型主要是赋存于层状岩类裂隙潜水和松散岩类孔隙水。层状岩类裂隙潜水含水层岩性为黑云斜长片麻岩及角闪片岩，受地形地貌、裂隙发育程度及其连通性和充填情况控制，泉水流量小于1升秒，岩石透水性及其富水性较差。松散岩类含水层，依其地貌单元有较大差异，分布于坡积裙和二级阶地处，分布位置高且不连续，故透水而不含水。淇河一级阶地及漫滩处，岩性以砂卵（砾）石为主，厚度25m，富水性好，透水性极强。各含水层接受大气降水及地表水入渗补给，向河及其支流迳流，排泄方式主要为向河流迳流、蒸发及植物蒸腾作用。6、区域构造稳定性和地震基本烈度依据中华人民共和国1:20万地质图“幅”地质测绘资料，本区区域地质轮廓和构造格架基本清楚。库区处于两个深大断裂之间，未曾发现现代活动性断裂，区域构造稳定性较好。据历史记载和当地调查资料，本区未出现中、强破坏性地震，均为微震和弱震。按水利电力部、国家地震局（87）水电水规字第55号文规定，本工程据中国地震烈度区划图（1:400万、1990年版）坝址区处于地震基本烈度度和小于度区之交界部位，故确定基本烈度按度考虑。三、水电站区工程地质条件1、地形、地貌河走势呈蛇曲状，河谷呈“U”形，凹岸基岩裸露，山坡坡角50以上。凸岸发育有漫滩及一级阶地，阶面宽315m，一级阶地高出河床12m，凸岸山坡坡角30以上。此外库区左岸回水至马沟，沟谷均呈“V”字形，河走势亦为蛇曲状。2、地层岩性库区主要出露下古生界和第四系地层。（1）下古生界地层黑云斜长片麻岩（PZlGn）：分布于坝址区，风化面呈灰黄、褐黄色，新鲜面呈灰白色，片麻状构造，中粗粒变晶结构，主要矿物为正长石（25%30%），斜长石（25%60%），石英（20%30%），次要矿物为云母（3%12%），微量矿物为角闪石、黄铁石、方解石。闪片岩（PZlSc）：分布于库区一线，风化面呈灰褐色、灰黄色，新鲜面灰绿色，片状构造，纤维变晶结构，主要矿物成份为角闪石（25%30%）、斜长石（30%40%）、石英（20%30%），次要矿物黄铁矿（0%3%）。石英岩脉（q）：走向230左右，乳白色，长215m，宽0.10.5m，多充填于节理裂隙中。辉长岩脉（v）：主要分布于坝址区，侵入于黑云斜长片麻岩中，脉长380m，宽0.515m。（2）第四系地层第四系残坡积物（Qel+dl）：主要岩性为碎石土，分布于山沟、坡脚，灰黄、褐黄色，松散，砾石含量10%30%，磨圆度棱次棱角状，砾径大小不一，厚0.54.0m。第四系中更新统冰积物（Q2gl）：分布于河及其支流两岸的基座阶地上。下部为黄红色泥质砂砾石层，局部夹透镜状砂层，砾石成份主要是花岗岩，其次是片麻岩，磨圆度中等，分选性差，粒径一般510cm，砂质粘土充填，胶结紧密，厚210m，上部岩性为黄红色壤土，内见黑色斑点偶夹透镜状砂层，厚220m。第四系全新统冲洪积物（ Q4al+pl）：主要岩性为砂壤土、中粗砂、砂卵石。砂壤土、中粗砂：主要呈带状分布于淇河两岸及一级阶地上部，主要成份为砂粒，其次为粉粘粒，含少量砾石，砾石呈次棱角状。砂卵石：分布于现代河床及一级阶地的下部，灰黄色，松散，呈园次园状，粒径2030cm，最大80cm，卵石成份为片麻岩、角闪片岩、角砾岩等。杂填土（rQ）：主要指修筑国道弃渣。3、地质构造（1）断层库区主干构造由一系列北西向及北东向断裂及各向节理等，现将8条断层特征描述见表31。（2）节理库区节理裂隙发育，主要发育4组节理：第一组：走向280，倾向北西，倾角7586，节理频数每m417条。第二组：走向175，倾向南东，倾角73，节理频数每m39条。第三组：走向280，倾向北东，倾角8085，节理频数每m315条。第四组：走向300，倾向南西，倾角2135，节理频数每m37条。4、水文地质条件库区地下水主要为基岩裂隙潜水和第四系全新统砂卵石中的孔隙潜水。（1）基岩裂隙潜水：主要接受大气降水补给，沿裂隙方向迳流排泄，随降水及季节的变化幅度较大，水量较小，富水性差。（2）砂卵石中的孔隙潜水：主要接受地表水和基岩裂隙水的补给、迳流排泄。砂卵石结构松散，透水性强。5、库区工程地质条件评价（1）库区渗漏库区属中低山区，地层岩性为角闪片岩、黑云斜长片麻岩：岩体完整，裂隙较发育，岩石弱透水。两侧山体雄厚，且无深切谷，故库区不存在库水渗漏问题。（2）水电站淹没和浸没库区未淹没耕地及居民点，尚未发现矿产和文化遗迹，也不存在浸没问题。（3）库岸失稳库区山坡陡峻，自然边坡多为4050，地层岩性为角闪片岩、黑云斜长片麻岩，岩体完整性好，风化程度较低，水电站蓄水后，对岩体作用甚微。总体来说，库岸基本处于稳定状态，稳定性较好，不存在塌岸问题。（4）固体迳流流量河及其冲沟一般狭窄，坡降大，但库区边坡稳定，岩石风化程度较低，植被发育，固体迳流量来源少，库区淤积量不大。四、坝址区工程地质条件与坝线的选择（一）坝址区工程地质条件1、地形地貌河水电站坝址所处位置为低山区，分水岭最高点河右岸山顶海拔高程540.27m，河河床高程473.57m，相对高差66.7m。坝址位于河流转弯处，河床偏于右岸，宽度3560m，河漫滩偏于左岸，宽2035m，高出河床1.01.5m。该坝址处两岸山体不对称，左岸山体呈浑圆馒头形，自然坡度3040，右岸山体较陡峻，坡度5060，个别地段山势险峻，呈悬崖峭壁，山间植被发育良好。2、地层岩性坝址区地层较单一，主要为下古生界地层及第四松散堆积物。黑云斜长片麻岩（PZlGn）：风化面灰黄色，新鲜面灰白色，中粗粒变晶结构，主要矿物为正长石（20%30%），斜长石（30%50%），石英（25%30%），次要矿物为云母（5%15%）。岩层产状：倾向200210，倾角3035。 角闪片岩（PZlSc）：风化面呈灰黄色，新鲜面灰绿色，片状构造，纤维变晶结构，主要矿物成份为角闪石（25%50%）、斜长石（30%40%）、石英（20%30%），次要矿物黄铁矿（1%5%）。岩层产状：倾向200230，倾角3040。石英岩脉（q）：乳白色，自形半自形结构，块状构造，致密坚硬，具蜡状光泽，一般呈长条形或粒状分布于裂隙或片麻岩中。辉长岩脉（v）：灰绿色，主要矿物成分为富钙斜长石和辉石及少量橄榄石和角闪石，中粗粒结构，块状结构，以条带状分布于片麻岩中。第四系松散堆积物（Q）第四系松散层主要为分布于河床及漫滩中的砾卵石，及分布于山坡坡脚，冲沟内的碎石、块石及粘土夹碎石等。砂卵石（Q4al+pl）：第四系全新统冲洪积，杂色，主要成份为砾石、卵石，结构松散，极强透水，分选性差，粒径3040cm，大者7080cm，层厚3.05.0m。粘土夹碎石（Qel+dl）：第四系残坡积物，主要成份为碎石、块石及粘、粉粒，结构疏松，干燥，分布于山坡、坡脚处，据探槽揭露，厚2.03.5m。3、地质构造断层由于岩石较古老，历经多次构造运动，坝址区的断裂构造主要为NW向，和该区多的构造线方向基本一致。坝址区所发育的断层有三条（F3、F4、F5）。F3：位于左坝肩背侧，在地貌上为一陡壁，断面上有擦痕、阶步及磨光面，断裂带内有构造角砾岩及少量的糜棱岩，构造岩成份为母岩碎屑，钙质胶结，胶结一般，局部有渗水现象，两侧黑云斜长片麻岩裂隙发育。该断层上盘上升，下盘下降，为一压性断层。该断层长117m，宽1.02.0m。断层产状：倾向NW350，倾角74。F4：位于下坝线右坝肩下游105m，在地貌上形成一凹部，其中一壁形成陡壁，壁上擦痕及阶步显著，断裂带岩石挤压破碎，两侧黑云斜长片麻岩裂隙发育，风化较重，为一压性断层，断层长81.5m，宽1.53.0m，断层产状：倾向SE175，倾角58。F5：位于下坝线右坝肩下游60m处，在地貌上为一冲沟，一侧形成陡壁，冲沟内堆填粘土碎石，断裂带内有构造角砾岩，胶结一般，沿断层面有辉长岩脉侵入，局部可见到擦痕，辉长岩脉可见长度38m，宽0.52.0m。该断层长82m，宽2.03.0m，为一压性断层，断层产状：SE156，倾角45。节理坝址区岩石节理较发育，主要有四组：第一组：走向NW300，倾向SW210，倾角2135，岩层层面节理及张性节理。第二组：走向NE30，倾向NW300，倾角7080，为一压性节理。第三组：走向NW350，倾向NE80，倾角62，为一张性节理。第四组：走向NE80，倾向SE170，倾角85，节理面平直，为一张性节理。4、物理地质现象垂直山体走向发育有4条冲沟，其中左岸2条，右岸2条，据观察，右岸2条冲沟由于岩石较完整，已停止发育，左岸2条冲沟则正处于发育阶段，继续切割。崩塌体在坝址区发育有大型崩塌体一处，位于中坝线右岸坝肩处，主要由走向NW350、倾向NE80和走向NE80、倾向SE170两组多条平行的宽大张性裂隙垂直剪切，使岩石失去完整性，由于岩体倾角较陡及临空失稳所致，据测量，崩塌体积约3.0万m3。5、水文地质条件坝址区的地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水。由于河流的下切，潜水可补给河水。基岩裂隙水发育程度的控制，其含水性和透水性由地表向下逐渐变小，一般无承压性，受大气降水补给，向山体两侧排泄。（二）坝线的比较与选择根据工程地质条件，对上中下三条坝线进行比较和选择，其选择的依据为：岩石的风化及完整程度；岩体的构造状况；河谷地貌条件。1、上坝线上坝线坝长185.0m，河床宽52m，山体呈浑圆状，自然坡度3040，山顶较平缓，岩性为黑云斜长片麻岩，强风化厚度4.5m，中等透水，下部为弱风化及微风化岩石。河槽段上部为第四系全新统砂卵石，厚3.04.5m，下部为弱风化及新鲜的黑云斜长片麻岩，岩石坚硬完整。2、中坝线左坝肩：中坝线坝长182m，河床宽42.0m，山体呈浑圆状，自然坡度3040，岩性为黑云斜长片麻岩。强风化厚度5.5m，中等透水，下部为弱风化新鲜的片麻岩。河槽段：上部岩性为第四系全新统砂卵石，厚5.0m，结构松散，透水性强，下部为弱风化新鲜的黑云斜长片麻岩，岩石坚硬完整。右坝肩：山体岩性为黑云斜长片麻岩，岩石呈弱风化新鲜状态，坝轴线正位于崩塌体的中间部位，山体自然坡度约4050，共发育四组裂隙，将岩体切割成碎块状，该崩塌体对大坝的稳定不利，因此，右坝肩工程地质条件差。3、下坝线左坝肩：下坝线埙长185.0m，山体较单薄，岩性为黑云母斜长片麻岩，在左坝肩两侧各发育一条冲沟，位于坝轴线下游30m处；左坝肩山体呈三角形，下宽上窄，致使左坝肩与主山体衔接处很单薄，该坝肩黑云母斜长片麻岩全强风化厚度12.4m，中等透水，下部为弱风化新鲜岩石。河槽段：上部岩性为第四系全新统砂卵石，厚度约6.0m，结构松散，透水性强，下部为弱风化新鲜的黑云斜长片麻岩，弱透水，岩石坚硬完整。右坝肩：山体雄厚，山坡呈陡壁，坡度6070，岩性为黑云斜长片麻岩，呈弱微风化状态。岩石裂隙发育，完整性差，存在着绕坝渗漏问题。右岸坝肩发育有F4、F5两条断层，距坝址分别为105m和60m，断裂带内岩石胶结差，但两侧岩石较完整，且距坝址较远，对工程影响不大。三坝址的工程地质条件差异较大，下坝线左坝肩因发育两条冲沟，山体单薄，且岩石全强风化厚度达12.4m，岩石风化破碎严重，可利用岩面高程低为本坝线显著弱点；中坝线右坝肩发育有大型崩塌体，对坝体的稳定极为不利；上坝线左右坝肩山体雄厚，岩石风化较轻，河床覆盖层厚度不大。因此上坝线工程地质条件优于中坝线及下坝线，宜选用上坝线。 （三）上坝线工程地质条件评价 1、坝基稳定性评价左坝肩（桩号0+0000+043）：分布岩性为黑云斜长片麻岩，全风化厚度3.0m，强风化厚度1.5m，以下为弱风化新鲜岩石，因此左坝肩工程地质条件较好。该坝肩山体呈浑圆状，近南北走向，坡度较缓，约3540，山顶呈平缓状，发育有3条裂隙，倾角分别为30、75、68，第一组为层面裂隙，倾角较缓，倾向上游，后两组裂隙倾角较陡，因此，裂隙虽发育，但不影响坝基的稳定。河槽段（桩号0+0430+095）：该坝址区河床宽52.0m，河床覆盖层厚3.04.5m，岩性为砂卵石，结构松散，渗透系数K=100130m/d为强极强透水，其下为弱风化新鲜的黑云斜长片麻岩，裂隙不甚发育，弱透水，岩石坚硬完整，稳定性好。右坝肩（桩号0+0950+129）：右坝肩507m高程以下坡度较缓，约40；507m高程以上坡度较陡，约5060，山体雄厚，基本无覆盖，直接出露弱微风化岩石，弱透水。右坝肩发育有3组裂隙，倾角6285，倾角较大，不影响坝肩稳定，工程地质条件较好。2、坝基渗漏及渗透稳定性评价全强风化岩石透水率12.714.3Lu，中等透水，弱风化新鲜岩石透水率0.74.5Lu，微弱透水。坝基置于弱风化岩石上，一般不存在坝基渗漏及绕坝渗漏。3、环境水对混凝土侵蚀性评价为了评价环境水对混凝土的侵蚀性，取水进行水质分析。据水化学成份分析成果和GB50287-99水利水电工程地质勘察规范附录G，对环境水判别标准可知，该区环境水质良好，对混凝土无侵蚀性。4、坝基岩体结构及工程地质分析（1）坝基岩体结构根据节理统计和钻孔取芯观察，坝址区岩石节理发育，岩石被切割成块状。在全强风化带，由于风化裂隙的存在和地下水的作用，加剧了岩石的破碎程度，现依据裂隙间距，将坝基岩体结构分类如下：碎屑状结构：全风化岩石，结构面发育，间距一般在35cm之间，岩芯呈粉状和碎屑状无碎块存在。碎裂结构：强风化岩石，结构面很发育，间距一般在34cm之间，岩体较破碎。镶嵌碎裂结构：弱风化和微风化岩石，结构面较发育，间距一般在3040cm之间，岩体较完整，局部较差，岩块镶嵌紧密。次块状结构：新鲜岩石，结构面中等发育，间距一般在4070cm，岩体较完整，呈次块状。（2）坝基岩体工程地质分类依据坝基岩体结构，参照GB50287-99水利水电工程地质勘察规范附录L，坝基岩体的工程地质类别为：全风化岩石类别为V类；强风化岩石类别为类，岩体较破碎，抗滑抗变形能力差；弱风化和微风化岩石为III类，岩体较完整，局部完整性差，抗滑和抗变形能力在一定程度上受结构面和岩石强度控制。新鲜岩石为II类，岩体较完整，周部完整性差，抗滑抗变形受结构面控制。5、岩体的物理力学参数和承载力（1）坝基岩石物理力学参数建议值该坝基岩石为黑云斜长片麻岩，根据中小型水利水电工程地质勘察规范SL55-93，采用工程地质类比法提供，参照同类岩石的部分资料以及GB50287-99水利水电工程地质勘察规范表D.03坝基岩体力学参数，提出该水电站坝基岩石的物理力学参数建议值，见表4-4。（2）坝基岩石承载力坝基岩石为黑云斜长片麻岩，为硬质岩石，但风化程度不一，依据岩石单轴抗压强度，结合岩石结构和岩体完整程度，确定承载力为：全风化300kPa，强风化700kPa，弱风化2000kPa，微风化4000kPa，新鲜岩石4500kPa。（1）按照水利水电工程地质手册坝基应座于弱风化或微风化岩石上，上部覆盖层及全强风化岩层应全部清除。坝基应进入弱风化或微风化黑云斜长片麻岩0.5l.0m，左坝肩可座于弱风化岩石中。（2）应清除松动岩体或可能形成临空面的岩体。（3）为保证坝基抗滑性能，坝基应做反坡及齿墙处理。（4）在坝基开挖过程中不宜做大爆破。五、天然建筑材料1、石料坝址上下游岩性为黑云斜长片麻岩，岩石风化较轻，裂隙不密集，岩块坚硬、个大、面齐，储量丰富。为便于施工，运距近，石料场选于坝址上游淇河右岸600m山头处，微风化及新鲜岩石储量大于2000万m3，满足设计要求。2、砂料坝址位于河上游，河内冲积物以砾卵石为主，含砂量少，且零星分布，分选性差，储量无开采价值，通过在下游2.0km河右岸漫滩可采15.0万m3。上游3.0km可采储量20万m3，能满足要求。河中，砂料丰富，砂质优良，运距约5km，能够满足建坝所用砂料，建坝用砂可取于此。六、结论与建议（1）水电站区域地层由下古生界地层及侵入岩组成，构造较复杂，区域稳定性较好，地震基本烈度为度区。（2）库区地层由下古生界黑云斜长片麻岩、角闪片岩组成，构造较发育，岩石风化程度较低，水文地质条件简单，物理地质现象不发育。库区发育11条断层，但规模小，不存在库区渗漏，库岸基本处于稳定状态，淤积量不大，库区淹没少，无浸没。（3）拟选坝址段地层为黑云斜长片麻岩，其风化程度右岸低于左岸，河床砂卵石覆盖厚度3.04.5m。根据地形地貌条件，岩石风化程度，物理地质现象，选定上坝线为坝址，坝线长129.0m，坝址区发育的三条断层，规模小，且距上坝线较远，对坝的稳定性影响不大。（4）上坝线左坝肩岩石全强风化厚度4.5m，下部为弱风化及微风化岩石，右岸直接出露弱风化岩石，河床砂卵石覆盖层厚3.04.5m下部为弱风化新鲜岩石。左坝肩全强风化岩石透水率12.714.3Lu，中等透水，施工时应将全强风化岩石全部清除。河槽段及右坝肩为弱风化新鲜岩石，岩石透水率0.74.5Lu，属微弱透水。（5）河床砂卵石渗透系数K=100130m/d，属极强透水，施工时应注意基坑排水，并保持坡边的稳定性。（6）电站站址位于大坝下游河左岸，岩石呈弱风化状态，地质条件较好，尾水不会影响站址安全。