新疆奇台县某水库工程地质条件与分析

秦学林

(新疆昌吉方汇水电设计有限公司，新疆 昌吉 831100)

1 概 述

奇台某水库位于某流域出山口上游约3 km处，距奇台县城55 km，有简易公路与水库相通，交通条件较好。水库工程由拦河坝、右岸放水隧洞(兼导流、冲砂、灌溉放水)、左岸溢洪道等组成。水库具有灌溉、防洪、生态等综合用途[1-2]。建设阶段规划上下两个坝址。上坝址位于现有渠首以北约150 m处，拦河大坝为黏土心墙(或浇筑式沥青砼心墙)砂壳坝，设计坝顶高程1 446.70 m，防浪墙顶高程1 447.70 m。最大坝高41.82 m，坝顶长571 m，坝顶宽8.0 m。下坝址位于现渠首以北约800 m处，拦河大坝为黏土心墙(或浇筑式沥青砼心墙)砂壳坝，设计坝顶高程1 432.20 m，防浪墙顶高程1 433.20 m。最大坝高41.20 m，坝顶长509.5 m，坝顶宽8.0 m。

2 库区工程地质条件

2.1 水库地质概况

水库库区地貌形态为构造剥蚀地形，高程1 392.5～1 550 m，河谷下切深度近160 m，河谷形态为U型谷，库区内谷底宽度最大300 m，最小150 m，库岸边坡在二级阶地以下陡立，坡度60°左右，局部地带成直立状；二级阶地以上30°～35°，库区地形成喇叭状，有两处可作为坝址比选。库区冲沟较发育，最大冲沟为左岸的大西沟，冲沟走向大多与河流走向垂直，一般沿泥岩及泥质砂岩走向发育[3]。

库区出露地层主要为第三系上新统昌吉河组(N2ch)，出露于达坂河两岸出山口的山麓地带，岩性为砖红色、黄红色、灰色砾岩、砂砾岩、夹红色泥岩、含砾泥岩，有时为砾岩和泥岩互层，成块状构造，具斜层理，倾向北东(下游)。砾岩的砾石成分复杂，主要是来自山区的各种火山岩砾石，次棱角和棱角状，分选较差，砾径一般为10 cm以下，钙质泥质胶结。泥岩含砂或小砾石，富含钙质结核[4]。

第四系上更新统主要分布于库区两岸Ⅱ、Ⅲ级阶地上，岩性为冰渍泥砾，上覆风积黄土，堆积厚度8～26 m。全新统地层分布于现代河床及边岸坡脚处，主要岩性为卵砾石及坡积碎石土。

2.2 水库区主要工程地质问题

2.2.1 水库渗漏

根据实地调查，水库两岸无邻谷发育，山体雄厚，两岸第三系地层为泥岩、砾岩互层，透水性弱，出露高度大于坝顶高程，库区内无大的断层发育，不利于水库的邻谷渗漏，因此水库产生邻谷渗漏的可能性不大[5]。

2.2.2 水库坍岸

水库岸坡右岸的Ⅱ、Ⅲ级阶地上覆盖有冰渍卵砾石和风积黄土，厚度8～15 m，这些松散堆积物，在水库蓄水后，会产生一定的塌岸，塌岸区主要分布于简易公路一线，宽度约10～15 m；左岸基岩裸露，阶地已被剥蚀掉，不存在大面积塌岸问题，仅在河湾的突出部位。由于岩体中的卸荷裂隙较发育，在水流冲刷浪击作用下产生一定崩塌[6]。

2.2.3 水库浸没及淹没

水库浸没区主要位于水库上游部位，浸没区地表出露的岩性为风积黄土和砂卵砾石，风积黄土毛细管水上升高度为1.5 m。砂卵砾石天然干密度为2.09 g/cm3，比重为2.27，含水率平均为5.32%。据勘探，地下水埋深4.0～7.5 m，砂砾石地层毛细管水上升高度为0.7～1.0 m。水库建成后，本设计阶段某水库淹没处理按正常蓄水位(1 441.7 m)初定淹没范围，淹没草场40 hm2、各种林带53.33 hm2以上、居民30户[7]。

2.2.4 水库诱发地震

某水库库区属低山区，回水长度约2.5 km，正常蓄水位1 727.28 m时，河谷宽230 m。出露的岩性为第三系上新通昌吉河组(N2ch)，岩性为砖红色、黄红色、灰色砾岩、砂砾岩、夹红色泥岩、含砾泥岩，有时为砾岩和泥岩互层，成块状构造，具斜层理，倾向南(上游)。库区不存在大规模的滑坡体，库岸稳定情况较好。

库区南部的开垦河断层、水根台断层和南部的拜什达拉断层是区域内释放和积累地应力的区域断裂，这几条断层离库坝区较远，开垦河断裂离坝址区11.4 km，下游山前断裂位于库坝区下游3 km，山前活动断裂全新世未活动，发生诱发地震的可能性不大，场地地震烈度Ⅷ度，地震峰值加速度为0.2 g，库区处于北天山弧形构造拐点附近，避开了山前活断层的直接影响，坝址区地层较完整，构造变形不大，内部无大断层，坝址区构造稳定性较好[8]。综上所述，根据库坝区的岩性、断裂构造、地震活动、构造应力、水文地质结构面与库水连通情况等综合分析得出，某水库蓄水后诱发水库地震的可能性不大。

3 坝址区工程地质条件

根据河道地形地貌、地层岩性、地质构造及其它工程地质条件，本阶段拟选上下两个坝址，上下坝址放水洞(导流洞)均位于坝下，溢洪道均位于左岸，上下坝址相距500.0 m左右，两个坝址位于同一段河道上，坝址区地貌形态相似、地质单元基本相同。

3.1 上坝址区工程地质条件

3.1.1 上坝址区地质概况

坝址区河谷形态为U型谷，谷底宽约300 m，谷坡37°～75°，左右两岸不对称，左岸较右岸陡，左岸拔河高度50 m以下，边坡为55°，55 m以上为78°。右岸拔河高度35 m以下35°，35m以上为II级阶地，类型为基座式，顶部为风积黄土，厚6～8 m左右，下伏为第四系冰积物，厚约15～20 m，其下为基岩。拔河高度45 m以上(阶地以上)，边坡为30°。右岸坝址上游约200 m、下游约100 m处各发育一条较大的冲沟，走向近东西向，与河流走向近垂直，上游均被走向南北的山体阻隔，冲沟一般宽30～50 m，冲沟深度40～60 m左右，沟长约300.0 m，基本与坝平行。左岸坝址上约300 m、下游约200 m处各发育一条较大的冲沟，走向近东西向，与河流走向近垂直，上游均被走向南北的山体阻隔，冲沟一般宽20～30 m，冲沟深度20～30 m左右，沟长约300.0 m，基本与坝平行两岸冲沟互相交错，两岸山体呈梳状、树枝状地形。

3.1.2 上坝址岩体的工程地质特性

上坝址区的地层主要为第三系上新统昌吉河组(N2ch)泥岩、砾岩地层及第四系地层等，其中第三系上新统昌吉河组(N2ch)泥岩、砾岩地层：昌吉河组(N2ch)泥岩单层厚一般为2.0～10.0 m，最厚可达20 m以上，为砖红色、黄红色、灰色砾岩、砂砾岩、夹红色泥岩、含砾泥岩，有时为砾岩和泥岩互层，成块状构造，具斜层理，倾向北(下游)。岩石为软质岩，遇水易崩解。根据钻孔资料，岩芯完整多呈柱状，岩芯采取率达80%以上，RQD平均值为65%。根据测井资料，选定的坝址区，岩体的强风化层厚3～6 m，弱风化层厚7.0 m左右。试验资料显示，岩体的颗粒密度为2.73 g/cm3，块体密度为2.00 g/cm3。上坝址岩石物理力学性质建议值见表1。

表1 上坝址岩石物理力学性质建议值Tab.1 Recommended value of physical and mechanical properties of rock at upper dam site

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50287-1999)及勘探取样试验情况，坝址岩块试验参数反映出坝址区岩体强弱风化层为软岩，新鲜基岩为较软岩，坝址岩体风化层划分依据见表2。

表2 坝址岩体风化层划分依据Tab.2 Division basis of weathered layer of rock mass at dam site

第四系地层主要为全新统冲积、洪积、风积物及坡积物等，分述如下：

表3 上坝址河床卵砾石物理力学性质试验成果Tab.3 Physical and mechanical test results of gravel in upper dam bed

表4 上坝址河床砂砾石颗粒级配试验成果Tab.4 Grain grading test results of sand gravel in upper dam bed

表5 上坝址坝肩粉土主要物理力学性质统计Tab.5 Statistics of main physical and mechanical properties of silt at dam abutment of upper dam site

3.1.3 上坝址区水文地质条件

上坝址区地下水主要为河床砂砾石层内孔隙水，根据钻孔揭露的地下水位高程，地下水位低于河水位，河水补给地下水。钻孔内地下水和河水的水质分析见表6。由表6可以看出，河水对普通水泥无腐蚀性。

表6 水质分析汇总表Tab.6 Summary of water quality analysis

3.2 下坝址区工程地质条件

3.2.1 下坝址区地质概况

下坝址河谷形态为U型谷，谷底宽325 m，坝址区河床纵坡为2.1%，左右两岸不对称，左岸较右岸陡，左岸拔河高度60 m以下，边坡为45°，60 m以上为78°；右岸拔河高度45 m以下边坡为35°，45 m以上为Ⅱ级阶地，类型为基座式，顶部为风积黄土，厚6～8 m左右，其下为Q3期冰积物，厚约15～20 m，其下为基岩。拔河高度45 m以上，边坡为20°。右岸坝轴线址上下游约50 m处各发育一条较大的冲沟，走向近东西向，与河流走向近垂直，均被走向南北的山体阻隔，两岸冲沟一般宽20～30 m，冲沟深度20～30 m左右，长约100.0 m左右。冲沟互相交错，山体呈梳状、树枝状地形。

坝区出露的地层为第三系上新统昌吉河组(N2ch)泥岩、砾岩互层等，其中昌吉河组(N2ch)泥岩、砾岩互层，岩石为软岩。裂隙不发育，基岩左岸初露，表面全风化，全风化层厚度一般为2.0 m左右。根据物探显示，强风化层厚度为5.0 m左右，微风化层厚度为4.0 m左右。第四系全新统冲积砂卵砾石，分布于现代河床中；第四系全新统坡积碎石土，分布于左右岸坡脚处及右岸基座式阶地上，坝址区地下水主要河床砂砾石层内为孔隙水。

3.2.2 下坝址岩体的工程地质特性

下坝址区的地层主要为第三系昌吉河组(N2ch)泥岩、砾岩地层和第四系地层(Q4)，其出露于河流两岸山体，岩石为软岩，地层抗风化能力弱。裂隙不发育，基岩左岸裸露，表面全风化。全风化层厚度一般为2.0 m左右。根据钻孔资料，岩芯完整多呈柱状，岩芯采取率达80%以上，RQD平均值为65%。根据物探确定，强风化层厚度为5.0 m左右，微风化层厚度为4.0 m左右。试验资料显示，岩体的颗粒密度为2.73 g/cm3，块体密度为2.00 g/cm3。下坝址岩石物理力学性质建议值见表7。

表7 下坝址岩石物理力学性质建议值Tab.7 Recommended value of physical and mechanical properties of rock at lower dam site

根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50287-1999)及勘探取样试验情况，坝址岩块试验参数反映出坝址区岩体中强风化层为极软岩，弱风化层、新鲜基岩为较软岩。

第四系地层主要为全新统冲积、洪积、风积物及坡积物等，其分布于现代河床，砂卵砾石粒径一般为5～60 mm，天然状态下平均湿密度为2.27 g/cm3，下坝址河床砂卵砾石颗粒级配试验成果和下坝址河床砂卵砾石物理力学性质试验成果见表8和表9。

表8 下坝址河床砂卵砾石颗粒级配试验成果Tab.8 Grain grading test results of sand gravel in riverbed of lower dam site

表9 下坝址河床砂卵砾石物理力学性质试验成果表Tab.9 Physical and mechanical test results of sand gravel in riverbed of lower dam site

表10 下坝址坝肩粉土主要物理力学性质统计表Tab.10 Statistical table of main physical and mechanical properties of silt at dam abutment of lower dam site

3.2.3 下坝址区水文地质条件

下坝址区地下水主要为河床砂砾石层内孔隙水，根据钻孔揭露的地下水位高程，地下水位低于河水位，河水补给地下水。钻孔内地下水和河水的水质分析见表11。由表11可以看出，河水对普通水泥无腐蚀性。

表11 水质分析汇总表Tab.11 Summary of water quality analysis

3.3 上下坝线工程地质条件比较

从上下坝线地质条件比较看，两坝线均可修建砂壳黏土心墙或砂壳沥青心墙坝。坝线比较，左岸：上下坝线地质条件基本相当。河床：上下坝线地质条件基本相当。右岸：覆盖层清除总方量上坝线约为下坝线2倍；上下坝线处于同一河段，坝线相距500 m，为同一个区域地质构造环境，地震基本烈度与区域构造稳定性相同。两坝线虽然均可建坝，但建坝的具体工程地质条件尚有差别，上坝址河谷比下坝址窄25 m；料场运距上坝址比下坝址长1 km；因此施工工作量及费用相对较上坝址少，虽然两个坝址右坝肩都存在绕坝渗漏问题，但下坝址绕坝渗漏的距离比上坝址短。而且淹没损失下坝址明显少于上坝址。上下坝址根据地形地貌、地质构造、工程地质条件综合对比，下坝址明显优于上坝址。两坝线工程地质条件对比表见表12。

表12 上下坝线工程地质条件比较Tab.12 Comparison of engineering geological conditions of upper and lower dam lines

综上所述，下坝线优于上坝线，故推荐下坝线。

4 结 语

本文通过对奇台县某水库的工程地质条件勘测，从地形地貌、地质组成等方面对水库进行全面的分析与评价。通过对水库渗漏、坍塌、浸没及淹没、诱发地震等水库地质问题进行分析，结论如下：水库建成后不会诱发地震；水库区两岸，库岸稳定性较好，水库两岸无不稳定体；裂隙、断裂构造不发育，存在渗漏问题的可能性很小等。同时根据上下坝址的工程地质条件比较，在地形地貌条件上，下坝址优于上坝址；基岩透水率两坝址相当。上述结论为水库的安全运行提供数据支撑，为类似工程的地质勘察提供数据支持。