沁源縣永定水庫沉積層邊坡穩(wěn)定性分析

沁源縣永定水庫沉積層邊坡穩(wěn)定性分析

1工程地質及基巖面特征沁源縣永和水庫位于沁源縣郭道市永和村以東約1公里處，是沁河支流之一。水庫向北和向南行駛，河谷寬220米。樞紐工程建筑物有擋水壩，壩內有壓導流放空洞、壩內引水發(fā)電洞、壩后式水電站等。壩址左壩肩為一近南北向的山梁，岸坡坡度約25°～35°，整個臨河岸坡地表為松散塊石混合土及低液限黏土層覆蓋。山脊背后為一沖溝，沖溝兩側溝壁均為裸露基巖，岸坡坡度約32°～55°。山梁其臨河側岸坡為松散巖層構成，其中下部為崩塌坡積堆積層，上部為低液限黏土、低液限粉土層；山梁背河側溝坡為基巖，中下部為完整巖體，上部為巖層較為陡傾的坍滑體，其上為土層覆蓋?；鶐r面呈二級臺階狀分布。崩塌坡積層下伏基巖面分布高程1122m～1128m，坍滑體滑床基巖面高程1160m～1185m。2工程地質條件和原因分析2.1山梁上坍滑體巖芯特征據(jù)壩軸線鉆孔ZK08-14和ZK08-15，壩線上游鉆孔ZK07-11、壩線下游鉆孔ZK07-12的鉆進、返水、巖芯等資料來看，在巖體鉆進過程中未曾出現(xiàn)有塌孔、卡鉆、多巖粉沉淀現(xiàn)象，巖芯采取率較高，但循環(huán)液返不上來，在壓水試驗過程中漏失量很大，壓水試驗壓力抬不起來，注水水位抬升小，說明巖體較破碎。從巖芯上觀察可見，坍滑體巖層層理變得陡立，其傾角較大，可達20°～35°，說明巖石曾經(jīng)產(chǎn)生過擠壓作用，使得巖層層理發(fā)生傾斜、變陡。從左壩肩山梁背面的3條大型探槽的開挖情況來看，下部地層基本連續(xù)，擠壓、揉皺、錯動現(xiàn)象不明顯，上部巖層傾角與下伏巖層變化大，可見巖體中節(jié)理裂隙被拉張開，有泥土充填。綜上分析，坍滑體分布在山梁頂部，其上被土層覆蓋。坍滑體由傾角陡傾的巖層構成，巖體較為破碎，拉裂、陡傾等現(xiàn)象明顯。在壩軸處山梁頂部主要表現(xiàn)為巖層傾角變陡，與下伏巖層傾角有所差異。在壩軸線下游山梁斜坡部位主要表現(xiàn)為巖層傾角大，具有拉裂、錯動現(xiàn)象。從地層層序及分布情況上分析，左壩頭岸坡頂部分布的坍滑體（Q2del），在坍滑體上部覆蓋有較厚的第4系中更新統(tǒng)（Q2pl）低液限黏土、鈣質結核層和上更新統(tǒng)（Q3pal）低液限粉土，說明崩塌坡積體形成時代在第4紀中更新世早期或以前，為中更新世早期前產(chǎn)物。2.1.1地表露頭沉積相：山梁處的坍滑體基層賦存特征(1）坍滑體沿壩址左岸山梁頂部呈條形狀分布，沿山梁分布長度約600m，寬度70m～100m。(2）坍滑體滑床在壩軸處分布高程在1160m～1185m之間，呈弧形狀，前緣部位滑床較平緩，大致與巖層產(chǎn)狀一致，后緣滑床面較陡，存在有切層現(xiàn)象，整體來看為一順層滑動體，即向紫紅河現(xiàn)代河流偏下游方向滑動。在山梁臨河側岸坡部位受河流側向侵蝕作用，使坍滑體的部分巖體崩塌、滑落，向岸坡腳產(chǎn)生重力堆積，其后被中更新統(tǒng)土層所覆蓋。在山梁背河側岸坡部位受到?jīng)_溝的深切作用，坍滑體巖體和下伏完整巖層均裸露地表。(3）從斷面上來看，坍滑體厚度呈西薄東厚，由西向東逐漸變厚。西部臨河岸部位坍滑體厚度2m～8m，靠山梁部位坍滑體厚度11m～21m，其上覆有為5m～15m厚的Q2pl低液限黏土、鈣質結核層和Q3pal低液限粉土層。(4）從地表露頭、鉆孔資料及探槽揭露觀察，在坍滑體范圍內巖層仍舊呈現(xiàn)一定程度的定向排列，傾向于河谷偏下游方向，與地層整體傾向相近，傾角較下伏巖層傾角變陡，具有巖層滑移、拉張、錯動、滑落等特征。這一現(xiàn)象在壩肩山梁靠下游基巖裸露部位較為明顯。2.1.2基巖岸坡下基巖坍滑體左壩肩基巖為三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）紫紅色中厚層長石砂巖、粉砂巖，夾薄層紫紅色泥巖。巖層產(chǎn)狀N77°～40°W/SW∠7°～13°，總體呈單斜構造，傾向河谷。巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育有N70°～80°W和N27°～30°E兩組，相互切割使這巖體破碎，地表處裂隙寬大，多為黃土充填。從地層巖性組成上分析，巖體中夾有粉砂巖、泥巖層，易風化；從地表觀察及探槽揭露情況來看，粉砂巖及泥風化后呈松散砂狀或土狀，用手可抓起，抗剪強度低，為軟弱結構面，具備產(chǎn)生蠕滑、錯動、坍滑的潛在地質結構面因素。河流的下切侵蝕作用形成了深切河谷，同時也形成Ⅱ級、Ⅲ級基座階地的陡立岸坡，具備了巖體產(chǎn)生坍滑失穩(wěn)的臨空空間。基巖岸坡為順向邊坡，巖層傾角大，且傾向河谷，在雨水、重力、風化等不良地質作用下，易形成順層坍滑現(xiàn)象。從山脊的3條大探槽TC08-1～TC08-3揭露情況來看，中下部巖層較平緩，且?guī)r體完整性尚好，層序正常。但是在頂部的巖層產(chǎn)狀變化大，在高程1170m～1205m以上，壩軸處為1185m以上的巖層傾角突然變陡，與下部巖層有明顯不同，且在坍滑體巖體中裂隙間有滑移、拉裂現(xiàn)象，說明巖體在早期曾產(chǎn)生過滑移、錯動及坍滑現(xiàn)象。整體來看，坍滑體巖體較破碎，但在坍滑體與下部巖體之間未見明顯的滑動面跡象。從地表大面積黃土覆蓋及地層沉積次序上分析，該坍滑體為一古老坍滑體。綜上分析，坍滑體形成原因是河流在下切侵蝕作用下形成較陡立的巖質岸坡，由于岸坡巖層傾向河谷，巖體中有軟弱結構面存在，在雨水、風化、重力等作用下巖體產(chǎn)生蠕動、坍滑所致。從地層時代上來看，坍滑體的形成是在河流形成Ⅲ級基座階地時期，其為一個形成時間較早的古老坍滑體。2.2巖芯和儲層精細研究據(jù)左壩肩坡腳處鉆孔ZK07-6和ZK07-8，壩肩處鉆孔ZK07-9和ZK07-10和壩肩頂部鉆孔ZK08-13的鉆進、返水、巖芯等資料來看，在鉆進過程中上部巖體存在塌孔、卡鉆現(xiàn)象，采取率低，循環(huán)液返不上來，壓水試驗栓塞止不住水，注水水位抬不起或抬升小，說明巖體破碎，結構松散。巖芯上觀察可見巖層層理較雜亂，其傾角大，大者可達50°～65°，說明巖石曾經(jīng)產(chǎn)生過位移或擠壓作用，使得巖層層理發(fā)生傾斜、變陡。從探槽的開挖情況來看，左壩肩堆積為混合土塊石層，由大量塊石、碎石、風化巖屑和土層等堆積而成，堆積雜亂無序，有架空現(xiàn)象。綜上可判定為崩塌坡積體。2.2.1小積分面為厚層積分面據(jù)鉆孔資料和現(xiàn)場勘探開挖斷面結合壩軸剖面可見，崩塌坡積堆積層呈底寬上窄近似三角形堆積狀，層底高程1122m～1128m，與Ⅱ級基座階地基座面高程接近，其底寬度45m～55m；其后緣為完整基巖陡壁，坡度約45°～60°，高度約30m，坡頂處基巖面高程約1159m。2.2.2滑坡積體的地質意義(1）河谷左岸基巖為三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T1l）紫紅色中厚～厚層細粒長石砂巖、粉砂巖，夾有多層薄層紫紅色泥巖。巖層產(chǎn)狀N77°～40°W/SW∠7°～13°，總體呈單斜構造，傾向河谷。巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育有N70°～80°W和N27°～30°E兩組，裂隙間距0.5m～2.0m，裂隙張開，裂面平直，少數(shù)泥土、巖屑充填，延伸長度2m～5m，切割一般。從地質角度分析，該基巖岸坡為順向邊坡，巖層傾角大，且傾向河谷，巖體中有易風化的泥巖存在，節(jié)理裂隙相互切割巖體破碎，在雨水、重力、風化等作用下具備產(chǎn)生蠕變松動、崩塌、坍落、局部坍滑的地質條件。在高程1160m～1185m以上的坍滑體巖體破碎，其穩(wěn)定性差，在不良地質作用下將會向臨空坡岸處產(chǎn)生崩塌或局部坍滑，并在陡坡前堆積，這將成為崩塌坡積體的物質來源。(2）河流的下切侵蝕作用形成了河谷兩岸基座階地，Ⅱ級基座階地基座面高程與其崩塌坡積體下部基巖面接近，其后緣為相當于Ⅲ級基座階地前緣高程的陡立巖石岸坡。從河谷中巖質岸坡及Ⅲ級基座階地的基座較為陡立的前緣來分析，巖質邊坡坡度較大，具備了階地上部破碎巖體及殘留坍滑體巖塊產(chǎn)生失穩(wěn)的臨空面，亦形成了岸坡上部巖塊坍落堆積的空間。(3）從地表觀察，在陡坡中下部位堆積了混雜的塊石土坡積層。在崩塌坡積體上隨處可見崩塌、滾落的塊石，在發(fā)育的沖溝陡壁上可見崩塌堆積體中的細粒物質經(jīng)風化、雨水沖刷攜帶走后，使得巖塊失穩(wěn)、滾落，堆積層邊坡重力崩塌再造，以及上覆土層坍塌現(xiàn)象，從而由地形高處向地形低處不斷發(fā)展，順坡滑落，并在山體陡立邊坡坡腳處混亂堆積。(4）在地質勘察中，堆積體底部與基巖接觸部位未見軟弱結構面，沒有整體滑動跡象。階地基座巖體完整性尚好，層序正常。綜上分析，崩塌坡積體形成原因是河流在下切侵蝕作用下形成較陡立的巖質岸坡，由于岸坡巖層傾向河谷，巖體中有薄層泥巖存在，加之節(jié)理裂隙相互切割使巖體呈塊狀，陡立巖坡巖塊及上部坍滑破碎巖體易失穩(wěn)，在雨水、風化、重力等作用下，巖體產(chǎn)生蠕變松動、局部坍滑，巖塊失穩(wěn)崩塌、坍落，在岸坡陡立邊坡坡腳處混亂堆積而成。3局部巖體失穩(wěn)左壩肩坍滑體為一古老坍滑體，目前坍滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)期