（地质工程专业论文）硗碛水电站库区不同松散堆积体边坡坍岸模式及范围预测.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 硗碛水电站库区内松散堆积体边坡成因类型多样，在水电站蓄水和降水过程中， 不同松散堆积体边坡发生了不同程度的坍岸。本文以该水电站库区内的冰水堆积体、 冰缘冻融堆积体以及崩坡积堆积体边坡为主要研究对象，在野外调查中测定了水库运 行中期不同松散堆积体的水下稳定坡角，并在不同松散堆积体处取样进行了粒度成分 分析。本文采用现场调查与相应试验分析相结合的方法，分析了这三类松散堆积体的 基本地质特征，以及剖析了不同松散堆积体边坡水下稳定坡角与其粒度成分之间的相 关关系，得到了水下稳定坡角与粒度成分之间的相关关系表达式。然后，研究了这三 类松散堆积体的坍岸模式，并在松散堆积体内采用两种方法( s t a b 和g e o s l o p e 边 坡稳定分析法) 按弧型潜在滑面搜索进行计算分析，确定正常蓄水位2 1 4 0 m 和正常蓄 水位骤降5 m 至2 1 3 5 m 水位情况下天然状态和暴雨状态不稳定的滑面，从而确定其坍 岸范围。同时，也根据野外实测的水下和水上稳定坡角，采用图解法进行坍岸范围预 测。 本文研究发现，不同松散堆积体水下稳定坡角具有随颗粒由粗变细，坡角由大到 小的特征。不同松散堆积体粒度成分与水下稳定坡角之间具有定的相关关系，建立 了两者的相关关系表达式。基于该表达式，可简易地测定库区内松散堆积体粒度成分 即可确定相应的水下稳定坡角，从而可快速采用图解法进行坍岸范围预测。库区内松 散堆积体边坡除冰水堆积体的坍岸模式为坍塌型坍岸外，冰缘冻融堆积体及崩坡积堆 积体的坍岸模式均为滑移( 坍滑) 型坍岸。本文采用三种方法进行坍岸范围预测，将 三者预测的结果对比分析，得到了不同松散堆积体最终的坍岸范围。 关键词：水库坍岸；松散堆积体；水下稳定坡角；坍岸模式；坍岸预测 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 | 页 a b s t r a c t t h e r ea r ed i f f e r e n tk i n d so fl o o s ea c c u m u l a t i o ns l o p e si nr e s e r v o i ra r e ao fq i a o q i h y d r o p o w e rs t a t i o n i nt h ep e r i o do fw a t e rs t o r a g ea n dw a t e rd r a i n a g e ，t h ed i f f e r e n tl o o s e a c c u m u l a t i o ns l o p e sh a dh a p p e n e dd i f f e r e n tb a n ks l u m p i nt h i s t h e s i s ，t a k e n t h e 衅| a c c u m u l a t i o n ，鲅晷a c c u m u l a t i o na n d 篮“商a c c u m u l a t i o na st h em a i no b j e c t so fs t u d y , i nf i e l ds u r v e yw eh a dm e a s u r e dt h eu n d e r w a t e rs t a b l es l o p ea n g l eo fd i f f e r e n tl o o s e a c c u m u l a t i o n sd u r i n gt h em e d i u m t e r mo fr e s e r v o i rr u n n i n g a n dw eh a dt a k e nt h es a m p l e s t od og r a i n - s i z ec o m p o s i t i o na n a l y s i so nd i f f e r e n tl o o s ea c c u m u l a t i o ns l o p e s w ea d o p tt h e f i e l di n v e s t i g a t i o na n dt e s t a n a l y s i s t os t u d yt h eb a s i cg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，a n d a n a l y s e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nu n d e r w a t e rs t a b l es l o p ea n g l ea n dg r a i n - s i z ec o m p o s i t i o n ， a tl a s tw eg o tt h ee x p r e s s i o no ft h er e l a t i o n s h i p t h e nw es t u d yt h em o d eo fb a n ks l u m po f t h r e el o o s ea c c u m u l a t i o ns l o p e s ，a n da d o p t e dt w om e t h o d s ( s t a ba n dg e o s l o p es l o p e s t a b i l i t ya n a l y s i s ) s e a r c h i n gb ya r cp o t e n t i a ls l i ps u r f a c et oc a l c u l a t ea n da n a l y z e ，a n d d e t e r m i n e dt h eu n s t a b l es l i ps u r f a c eo fn a t u r ea n dr a i n s t o r ms t a t eu n d e rt h en o r m a lw a t e r l e v e lo f214 0 ma n d p l u n g e dt o2135 mw a t e rl e v e l ，s ow eh a dg e tt h ea r e ao fb a n ks l u m p a t t h es a m et i m e ，b a s e do ns t a b l es l o p ea n g l eo nw a t e ra n du n d e r w a t e rm e a s u r e di nf i e l d ，w e a d o p t e dd i a g r a m m a t i c a lm e t h o dt op r e d i c tt h ea r e a t h i ss t u d yf o u n dt h a t ，a sg r a i n s i z ec h a n g e df r o mc o a r s et of i n e ，t h eu n d e r w a t e rs t a b l e s l o p ea n g l ec h a n g e df r o mb i gt os m a l lo nd i f f e r e n tl o o s ea c c u m u l a t i o ns l o p e s t h eg r a i n - s i z e c o m p o s i t i o na n dt h eu n d e r w a t e rs t a b l es l o p ea n g l eh a dd e f i n i t ec o r r e l a t i o n ，a n dw es e tu pt h e e x p r e s s i o n b a s e do nt h ee x p r e s s i o n ，w ec a ne a s i l ym e a s u r et h eg r a i ns i z ec o m p o s i t i o nt o d e t e r m i n et h eu n d e r w a t e rs t a b l es l o p ea n g l e ，s ot h a tw ec a nq u i c k l y p r e d i c tt h ea r e ao fb a n k s l u m pb yd i a g r a m m a t i c a lm e t h o d i nr e s e r v o i ra r e a , t h em o d eo fb a n ks l u m po n q 3 f g la c c u m u l a t i o ns l o p ew a sc o l l a p s e ，a n do n鲅昏a c c u m u l a t i o na n dq 。7 1 “。a c c u m u l a t i o n s l o p et h em o d ew a ss l i d i n g w eh a da d o p t e dt h r e em e t h o d st op r e d i c tt h ea r e ao ft h e r e s e r v o i rb a n ks l u m p a tl a s t ，w ec o m p a r a t i v e l ya n a l y s e dt h et h r e ec a l c u l a t i o n st od e t e r m i n e t h ef i n a la r e ao fs l u m ps h o r e k e yw o r d s - r e s e r v o i rb a n ks l u m p ；l o o s ea c c u m u l a t i o n ；u n d e r w a t e rs t a b l es l o p ea n g l e ； m o d eo f b a n ks l u m p ；f o r e c a s to f b a n ks l u m p 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密刚使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“v ”) 学位论文作者签名：川园飞 指导老师签名： 日期：矽| o 箩l p 日期：加j 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 本文以硗碛水电站库区内的冰水堆积体、冰缘冻融堆积体以及崩坡积堆积体边坡 为主要研究对象，在野外调查中测定了水库运行中期不同松散堆积体的水下稳定坡角， 并在不同松散堆积体处取样进行了粒度成分分析。本文采用现场调查与相应试验分析 相结合的方法，分析了这三类松散堆积体的基本地质特征，以及剖析了不同松散堆积 体边坡水下稳定坡角与其粒度成分之间的相关关系，得到了水下稳定坡角与粒度成分 之间的相关关系表达式。基于该表达式，可简易地测定库区内松散堆积体粒度成分即 可确定相应的水下稳定坡角，从而可快速采用图解法进行坍岸范围预测。同时，分析 研究了不同松散堆积体边坡的坍岸模式。最终，采用了三种方法( s t a b 、g e o s l o p e 边坡稳定分析法及图解法) 进行不同松散堆积体边坡的坍岸范围预测。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 加f o s 啦 即 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 随着国民经济的持续快速发展及水利水电资源的紧缺，我国对水利水电资源的开 发利用进入了前所未有的阶段。近十年我国将修建许多大中型水电站，而水库蓄水后 在水库区所产生的典型工程地质问题之一就是坍岸。 水库坍岸是一个复杂的环境地质问题，它对水库的安全和长期运营具有重要的控 制作用。水库坍岸是指由于水库蓄建，库岸岸坡受库水浸泡、风浪冲击、水流侵蚀以 及干湿交替等因素影响，使库岸岩土体风化加剧，抗剪强度降低，以及库水位涨落引 起库岸地下水动水压力变化而造成的库岸冲蚀磨蚀、坍( 崩) 塌、滑移等再造变形的 不良地质现象。 坍岸的严重后果主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 使库区已有滑坡复活，或诱发新的崩塌和滑坡； ( 2 ) 威胁岸坡上人民的生命财产安全，毁坏良田，阻断交通； ( 3 ) 造成水库淤积，缩短水库的使用寿命，严重的将会导致水库报废，致使整个 水利水电枢纽工程瘫痪。 我国现正在大兴水利水电工程，其建设速度之快、规模之大、范围之广，可谓前 所未有，而水库坍岸问题又是水利水电工程中必须考虑的重要地质问题之一。对水库 坍岸模式及坍岸范围进行合理且准确的预测研究，将为整个电站正常运营和移民搬迁 安置等提供强有力的支持。 硗碛水电站是宝兴河流域开发的龙头水库工程，坝址位于宝兴县硗碛乡下游约 1 虹的东河上，厂址位于下游的石门坎附近。电站采用高土石坝长隧洞引水发电，正 常蓄水位2 1 4 0 m ，最大坝高1 2 5 5 m ，总库容约2 亿m 3 ，引水隧洞长约1 8 6 k m ，设计 水头4 9 0 m ，引用流量5 6 2 m 3 s ，装机容量3 x 8 0 m w ，尾水与下游梯级民治水电枢纽相 衔接。 硗碛水电站经过第一轮蓄水、降水过程后，已造成库区内松散堆积体坍岸部位达 2 0 余处，变形严重、对坡体上居民影响明显。随着水库蓄水至正常蓄水位2 1 4 0 m ，频 繁的水位升降必将导致库区已有松散堆积物可能发生更大范围的坍岸，并严重影响坡 体上居民的安全及整个环湖公路的正常安全畅通。而已有地质成果表明，库区内松散 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 地层成因类型多样，目前可见有冰缘冻融堆积碎石土、冰水堆积块碎石土、崩积堆积 碎石土、滑坡堆积块碎石土以及坡残积堆积碎石土，除冰水堆积具有胶结外，其余均 无胶结、为松散结构。 因此，查明水库蓄水后库岸不同松散堆积体的基本地质特征、坍岸模式以及预测 其坍岸范围是非常必要的。 据此背景，作者在导师的指导下，结合“四川华能硗碛水电站水库蓄水后库岸边坡 稳定性专题研究”项目，选择了“硗碛水电站库区不同松散堆积体边坡坍岸模式及范围 预测”作为硕士论文题目。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 坍岸模式研究现状 在水库蓄水运行期间，不同类型不同结构的岸坡将以某种特定的变形破坏方式完 成岸坡的再造演化过程，这种特定的变形破坏形式被称为水库坍岸模式。通过已有资 料的分析研究，山区河道型水库坍岸的几种典型模式如下所示【1 8 1 。 冲刷磨蚀型 冲刷磨蚀型是指在库水、风浪冲刷、地表水及其它外部营力的作用下，岸坡物质 逐渐被冲刷，而后被搬运带走，从而使岸坡坡面缓慢后退的一种库岸再造形式。它是 近似于洪水期平原河岸再造的一种坍岸，是非淤积且稳定性较好的岸坡中存在的一种 较普遍的岸坡变形再造方式。这种类型的坍岸模式一般发生在地形坡度较缓的土质岸 坡及软岩岩质岸坡的残坡积层和强风化带。再造过程具有缓慢性及持久性，再造规模 一般较小。 坍塌型 坍塌型是指土质岸坡坡脚在库水长期作用下，基座被软化或淘蚀，岸坡上部岩土 体失去平衡，从而造成局部下错或坍塌，而后被库水逐渐搬运带走的一种水库岸坡变 形破坏方式。它的显著特点是垂直位移大于水平位移，与土体自重直接相关，这种类 型的库岸再造分布范围大、涉及岸线长。一般发生在地形坡度较陡的土质岸坡内。该 库岸坍岸模式具有突变性，特别容易发生在暴雨期和库水位急剧变化期。 崩塌型 崩塌型是指在陡坡型岩质岸坡中，岸坡中发育有不利于岩体稳定的节理裂隙时， 坡体在库水、风浪冲刷、地表水和其它外部营力的作用下，发生的崩塌或崩落现象。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 这种类型的破坏一般发生在岩质岸坡的强风化或强卸荷裂隙带内。这种类型的坍岸大 小规模不等，且具有突发性。 滑移型 滑移型是指在库水作用、降雨及其它因素的影响下，岸坡岩土体沿着软弱结构面 或已有的滑动面向江河发生整体滑移的库岸再造形式。 流土型 流土型坍岸是指在库水涨落的情况下，岸坡土体吸水饱和后，由于土体的微膨胀 性，岸坡土体在重力作用下沿坡向下发生的塑性流动变形现象。这种库岸再造类型的 坍岸规模一般较小，于第四系松散堆积层岸坡中可见。 1 2 2 坍岸预测方法研究现状 水库坍岸问题早已为工程界所重视，其坍岸范围的预测相对来说是一个比较复杂 的环境地质问题，水库坍岸预测理论最早来源于前苏联，在4 0 、5 0 年代，前苏联萨瓦 连斯基、卡丘金、佐洛塔寥夫等研究了苏联的水库坍岸问题，提出的坍岸范围预测的 基本计算方法和图解法。我国从上世纪5 0 年代在官厅水库开始了坍岸的研究工作，此 后，又对三门峡水库、龙羊峡水库以及三峡水库等库岸进行了监测研究工作，都取得 大量的实际资料和一定的理论研究成果。但由于影响坍岸的因素较多且错综复杂，再 加之不同库区地质条件差异显著，因此要对水库坍岸范围进行准确预测是一件相当困 难的事。近年来，有关水库坍岸预测方法的研究仍在进行。 现阶段，坍岸预测的方法可分为以下几种9 1 3 】： 卡丘金经验公式法 卡丘金于1 9 4 9 年提出岸坡最终坍岸预测计算公式，其实质是依据实测的洪枯水位 变幅带各类岩性岸坡长期稳定坡角，求解岸坡最终坍岸预测宽度，其精度取决于计算 参数的选定。 s = n ( ( a + h p + h b ) c t g a + ( h h b ) c t g b - ( a + h p ) c t 副) ( 1 1 ) 考虑到计算参数大多选自经验值，因为，在实际预测时必须对类似水动力条件和 类似岩土体条件下的已有岸坡坍岸进行观测，以获得相应的较为可靠的计算参数。有 时参考水库蓄水前的洪枯水位变幅带岸坡形态数据来计算，也有较好的预测结果。 适用于黄土类土地层、平原地区水库。用于山区河道型水库的坍岸预测，其结果 往往与实际相差甚远，实际坍岸宽度要比预测的小得多。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 佐洛塔寥夫法 此法为前苏联学者佐洛塔寥夫于1 9 5 5 年提出，通过图解法进行岸坡最终坍岸宽度 预测。对于松散堆积岸坡( 坡残积、崩坡积、滑坡堆积以及人工弃渣岸坡) ，大型水 库的中、下游地段，一般采用佐洛塔寥夫提出的图解法。该法认为：水库中下游地段， 水深较大，水面宽广，波高增加，对库岸的破坏，波浪作用是主要的。佐洛塔寥夫法 图解法考虑了水下堆积浅滩的影响，将下部起点设在堆积浅滩台坎前缘，并且假设以 该点的深度在正常高水位以下浪高h 处作为预测1 0 年期间的坍岸剖面，以该点深度位于 保证率5 枯水位以下3 h ( 粘土类边岸) 或2 h ( 砂土边岸) 深度作为确定最终坍岸剖面 的起点。其作图法与卡丘金方法相同，并且还考虑了下游宽阔部位和上游狭窄部位两 种情况。该方法可以作1 0 年期和最终坍岸预测，相对卡丘金经验公式更为准确，但在 实际运用中必须查明有多少比例的冲蚀土可组成堆积浅滩，因而实际运用较为复杂。 类比图解法 利用现阶段不同岩土体水下稳定坡角、水位变幅带坡角和水上稳定坡角，与将来 水库蓄水后不同库水条件下的库岸岸坡类比，从而进行坍岸预测。 图解中根据地质测绘与勘探资料，现场调查统计不同岩土体在天然河道的平均枯 水位以下、江水涨幅带以及平均洪水位以上三带内岩土体的稳定坡角。然后，根据各 岩土层自然岸坡坡角统计值与前述类比原则，得到各岩土层在不同库水位状态下的稳 定坡角建议值，最后采用图解法求得坍岸范围。 类比图解法是一种较为普遍适用的方法，可直接运用于均质或类均质岩、土质岸 坡的坍岸预测，但因注意选用参数的可类比性，由于河谷岸坡的库岸地质结构、岩性 组合、水文地质条件、淤积现象等影响因素的差异，类比的坡角不一定可靠，因此不 适宜用于预测岸坡结构较复杂的库岸坍岸。 平衡剖面法 在水库波浪和船行波的长期作用下，岸坡断面将逐渐调整至平衡位置，形成平衡 剖面。因此，可以根据水库运行性质、波浪作用规律，以及岸坡岩土体工程地质特征， 运用水力学、泥沙运动学等理论以及实际观察数据，可以建立基于经验的数字模型， 用于预测此平衡断面，从而获得水库坍岸的空间模型。 需要注意，当地形坡度甚缓时，岸坡不但不会产生水库坍岸，还会产生局部淤积， 进而调整至平衡状态。对于这类岸坡通常是无需采取护坡措施，经验的数据缓于l ：5 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 就无需护坡；相反，当地形坡度较陡时，岸坡将会产生快速的坍岸过程，直到断面平 衡为止。该方法要求太高，适用性差。 徐瑞春坍岸预测图解的若干修正 由红层构成的岸坡比由坚硬岩体构成的岸坡稳定性差，但又远较由松软土体构成 的岸坡稳定性好。所以，预测红层岸坡坍岸的方法不能照搬固结岩体或者松散土体岸 坡坍岸的预测方法。 徐瑞春在多年对四川盆地红层河谷边坡研究的基础上，对红层坍岸预测方法进行 了一些有益的探索，提出了红层坍岸预测图解方法的若干修正。 动力法 动力法是卡丘金在1 9 5 5 1 9 5 9 年有关坍岸物质堆积预测研究基础上得出的一种方 法。主要是根据坍岸量与波能和岩石抗冲刷强度之间的关系来建立坍岸量的预测公式： q = e o k 。e t 6 ( 1 - 2 ) 式中：q 一库岸在单位宽度内被冲刷的岩土体的体积( m 3 m ) ； e 波浪作用与单位宽度库岸的动能( t m ) ； k d 一岩土体的抗冲刷系数( m 3 t ) ； t - 水库运营年限； b 经验常数，取决于滨岸浅滩中堆积部分宽度，变幅为0 4 5 0 9 5 。 该法有一定的数理依据，但“关系方程”的建立需要大量的观测样本。在海洋工程 科学领域，某些学者借助人工造波机通过室内试验及某些海岸工程的实地观测，建立 过相应动力观测方程，可供地域性海岸工程加固设计使用。 图解法( 两段法) 王跃敏等经过近1 0 年数十处水库坍岸的调查、研究，提出用“两段法”的坍岸预测 设计。其原理：预测坍岸线由水下稳定岸坡线和水上稳定岸坡线的连线组成时，水下 稳定岸坡线由原河道多年天然水位及水下稳定坡角确定，水上稳定岸坡线由蓄水水位 及水上稳定坡角确定。 该法适用于我国南方山区的峡谷型水库，库面较窄，风浪作用较小，岸坡地层为 粘性土、砂性土、碎石类土、弃渣及岩石的全风化地层，有较完整的水文气象资料等。 但使用其方法预测坍岸宽度的同时，还需要用卡丘金法进行比较，全面验证其合理性， 科学地取舍。也就是说其适用性还有待于进行大量的应用验证。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 超前信息预测法 外形再造预测系统主要考虑波浪对宽的影响，库岸变形破坏预测系统则主要考虑 水位升降对库岸的影响。此方法目前虽然还不完善，但其库岸外形再造预测和库岸变 形破坏预测结合起来，充分反映了我国山区水库的特点，这方法将是今后研究的重 点。此方法适用于山区水库。 水库坍岸问题是一个比较复杂的环境地质问题，它对水库的安全和长期运营具有 很重要的作用，所以人们要对水库坍岸问题产生足够的重视。 1 3 主要研究内容及技术路线 由于库岸再造是一个十分复杂的动力地质过程，受诸多因素的控制与影响，至今 还无法用较准确的数学物理方程来描述，现今的坍岸预测方法很多都是针对平原区水 库均质、类均质土质岸坡研究较多，而对于像硗碛这样地质条件和岸坡结构都较复杂 的库岸坍岸预测方法的研究则较少。在当前的工程实践中，大多都是不加选择的选用 卡丘金、佐洛塔寥夫法等，将其应用于几乎所有类型的库岸坍岸预测，预测结果的精 确度可想而之。 因此，本文首先分析了硗碛库区不同松散堆积体的基本特征及成因类型，然后对 不同松散堆积体边坡的坍岸模式进行深入分析的基础上，选择三种适合硗碛水库坍岸 预测原则的方法，预测其范围。 主要研究内容如下： ( 1 ) 通过现场调查，对不同松散堆积体边坡的形态、规模、埋深和分布范围等基 本地质特征有较为全面、准确的认识； ( 2 ) 结合野外测量及室内试验结果，查明不同松散堆积体成因类型、颗粒组成及 力学性质等基本特征； ( 3 ) 根据野外实测的堆积体水下稳定坡角及室内试验得到的粒度成分，剖析两者 之间的相关关系，建立一定的相关关系表达式。基于两者之间的相关关系表达式，可 简易地测量不同松散堆积体粒度成分，即可采用图解法快速进行坍岸范围预测。 ( 4 ) 基于前人总结的坍岸典型模式，对比分析硗碛水电站库区不同松散堆积体边 坡的坍岸模式； ( 5 ) 采用s t a b 及g e o s l o p e 边坡稳定性分析软件，在松散堆积体内按弧型潜 在滑面搜索进行计算分析，从而进行坍岸范围预测。同时，根据野外实测的水下和水 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 上稳定坡角，采用图解法进行预测，最后对比分析三种方法的预测结果。 主要技术路线如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 第2 章硗碛水电站库区地质环境条件 硗硕水电站是宝兴河流域开发的龙头水库工程，坝址位于宝* 县硗碛乡下游约 l k m 的东河上，厂址位于下游的石门坎附近其问旅游环线公路( 为三级公路，混凝 土路面) 通过工程区，首都枢纽距宝兴县城约5 7 k i n ，厂区距宝兴县城约3 4 k i n ，宝兴 县城至雅安市7 2 k m ，雅安市至成都市1 4 5 k m ，对外交通方便。 电站采用高土石坝长隧洞引水发电，正常蓄水位2 1 4 0 m ，最大坝高1 2 55 m ，总库 容约2 亿m 3 ，引水隧洞长约1 8 6 1 0 n ，设计水头4 9 0 m ，引用流量5 62 m 3 s ，装机容量 3 x $ o m w ，尾水与下游梯级民治水电枢纽相衔接。 2 1 地形地貌 硗碛水电站位于青减高原向四川盆地的过渡地带，区内山岭海拔一般3 0 0 0 4 0 0 0 m ，北部央合山晟高达4 9 3 0 m 。东河总体呈南东向流经本区，切割深度1 0 0 0 2 0 0 0 m ，河谷除硗碛龙店子河段为宽谷外，河道相对狭窄，谷底宽度一般5 0 l o o m ， 河床平均坡降3 86 。沿河可见零星的i v 级阶地，i 级阶地为堆积阶地，j i 级阶 地为堆积基座类型，i i l v 级阶地为基座阶地。 照片2 - 1 硗碗水电站库区卫星照片( 据g o q d ee a c h 同站资料) 硗碛水库由东河主库及蚂蝗沟、咔日沟、泥巴沟、柳洛沟支库组成。水库正常蓄 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 水位2 1 4 0 m 时，最大壅水高度约1 2 0 m ，其主库长约5 9 4 k m ，咔日沟、泥巴沟及柳洛 沟支库分别长约2 7 k m 、1 0 1 k i n 及1 1 3 k m ( 见照片2 1 ) 。 东河及蚂蝗沟河水流向近s n 向，从上游至下游河谷宽度总体逐渐变宽，河谷型态 呈“u ”型谷，枯水期河面宽一般1 0 - - - 1 0 0 m ，正常蓄水位2 1 4 0 m 时水面宽一般4 5 0 m - - - 7 5 0 m 。两岸保存不完好，仅残留i 、i i 阶地，但漫滩及心滩较发育。两岸基岩谷坡陡 峻，地形自然坡度一般4 5 0 - - 6 5 0 ，第四系覆盖层谷坡相对较缓，自然坡度一般2 0 0 - - 3 5 0 。 泥巴沟、咔日沟、柳洛沟河水流向分别约为n 6 5 0 e 、$ 4 0 0 e 、$ 7 0 0 w ，河谷相对狭 窄，多呈不对称“v 型谷，谷坡坡度一般介于3 5 0 - - 7 0 0 之间，陡坡段多为基岩岸坡。咔 日沟、泥巴沟两岸可见零星分布的i 级阶地，咔日沟左岸高程2 3 0 0 - - - 2 4 0 0 m 一带 分布有一系列冰碛台地和3 个海子，显示了冰川地貌特征。 2 2 地层岩性 库区出露地层主要有志留系( s ) 灰黑色炭质千枚岩、千枚岩夹砂岩，泥盆系( d ) 炭质千枚岩、粉砂质千枚岩夹少量灰岩，石炭系( c ) 玄武质砂岩、泥灰岩、泥岩和二 叠系( p ) 薄层状灰岩、薄层状硅质灰岩、角砾状灰岩、硅质板岩、结晶灰岩、辉斑玄 武岩、致密状玄武岩、枕状玄武岩等。第四系堆积物主要由冰碛堆积( 醇) 块碎石土， 冰水堆积( q 尸) 块碎( 卵) 砾石，冰缘冻融堆积( 甾。) 砾质粉( 粘) 土，坡残积 ( q 4 d l 叫) 碎石土，滑坡堆积( 酵) 块碎石土及崩坡积( z q 。4 c o , 砌) 碎砾石土组成。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 界 系统 细 齄层 柱状露 厚 代号1 5 0 0 0 度 地质描 运 ( n ) 新 l 蟒勺! 一一 冲轵荽枳堆积潭( 头) 舅稿) 石 生 酉 q 麟 三 昌 坭z $ 瞵# 口# g 镕# 埠石土、：9 口陌土 界 i j i 坡珐轵、羊水难织辞酶石土 太 上 石 d = 蔓= = 一 n j 电 己df 。= 。= 。：吕织色槐扶托# 统 魍 二 下蘸 鬻蠹一友善色畦质誊皓。衰景色角砾状麦岩，舟再：规卿 大小2 8 c m 量 l d 酵一；尊唾皑j 瞅富瓦致l | t 武j 。块* 9 造 系 薪 1 1s i ；一一；器 遣灰色肆一撮月层状 月 j c 统 曩 丧绿色班玄口岩 舂 走 残袤色尊层机j 洁，失最灰色硅质参带 古再i d ” 蛆 石 趱亍 酝色- 勰饼一鞠# 晃衷岩夹最寡色泥 础色黜 蒗 生 友晕色玄斌质够岩 系 界 国 泥 匿 废黑色謦砂质千棱岩，戋质千技岩夹板尊一薄层艟友岩 盆 d 系 志 留s f 詈 勰色聊质千教岩夫抒砂岩锨千袭岩 己门 系 图2 - 库区地层柱状图 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 2 3 地质构造 硗碛水电站位于金汤弧形构造带( 东翼) 和龙门山断裂带的交接部位，在大地构 造部位上隶属于松潘一甘孜地槽褶皱系之二级构造单元后龙门山冒地槽褶皱带范 畴，西侧与巴颜喀拉冒地槽褶皱带相毗连，东侧以五龙、盐井断裂为界，紧邻扬子地 台西缘龙门山一大巴山台缘拗陷带。区域地质构造背景较复杂。库坝区东南侧约1 2 - - - 4 2 k m 的龙门山断裂带规模宏大、具多期继承性活动，但其构造新活动性及地震活动强 度均具有分段性，库坝区东南侧约1 2 k m 的龙门山后山断裂南西段( 横穿引水线路后段) 晚更新世中期以来的活动性不明显。库坝区所在的金汤弧形构造带东翼褶皱、断裂发 育，但其新构造活动微弱，以大面积整体性、间歇性抬升为特征。 在地质构造部位上，水库区位于金汤弧形构造带东翼，构造形迹主要为褶皱及其 伴生的层间挤压破碎带和小断层，规模较大的褶皱有小硗碛背斜、柳洛沟向斜及硗碛 背斜等，轴面扭曲，产状不稳定，均为硗碛复背斜北冀的紧密复式褶皱，岩层总体走 向与河谷大角度相交，为横向谷。库区发育有一条次级断层( 鸡冠坪弧形断层) ，其北 东段斜切咔日沟、横穿蚂蝗沟，断面波状起伏，断层产状n 5 0 0 - - 7 0 0 e s e ( n w ) z 8 0 0 9 0 0 ，破碎带宽0 8 5 m ，由片状岩、糜棱岩组成，挤压紧密，影响带宽2 l o m 。两盘 岩性主要为泥盆系炭质千枚岩、粉砂质千枚岩夹少量灰岩。总体而言，库区新构造活 动微弱，主要表现为大面积间歇性上升，属晚更新世以来地壳相对稳定的地区。 2 4 物理地质现象 库区物理地质作用强烈，主要表现为岩体风化、卸荷、岩层倾倒变形、滑坡以及 局部库段第四系松散堆积体浅表滑移变形等。 岩体风化作用以选择性风化为其特征，变质砂岩、灰岩、玄武岩等硬质岩抗风化 能力较强，风化作用主要沿裂隙面进行和扩展；千枚岩、炭质千枚岩抗风化能力较弱， 以岩体风化为主。据前期勘探揭示，岸坡岩体风化程度随高程降低而逐渐减弱，强风 化水平深度一般2 9 - - 6 5 m ，弱风化水平深度一般大于4 0 m 。 库岸基岩谷坡陡峻，岸坡卸荷作用较强，岩体卸荷以裂隙张开的集中卸荷为主。 变质砂岩、灰岩、玄武岩等硬岩出露地段卸荷程度往往较强，深度较大，主要表现为 卸荷裂隙走向与岸坡近于一致，倾角较陡，张开宽度一般1 0 2 5 c m ，最宽达4 0 c m ， 有少量岩屑或岩块充填。而在千枚岩中则表现为卸荷松驰和柔性变形，并且卸荷程度 往往较弱。勘探揭示，岸坡强卸荷水平深度一般9 2 5 m ，弱卸荷水平深度一般2 3 - 3 5 m ， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 局部深达6 5 m 。 据早期地表地质调查表明，水库区2 1 6 0 m 高程以下谷坡分布有三处古滑坡体( 松 散堆积体内部滑坡) ，两处基岩浅表层倾倒变形体及大量的松散堆积体。 2 5 水文气象条件 宝兴河流域属亚热带季风气候区，冬季受西风带气流影响，寒冷少雨，夏季受东 南暖湿气流控制，温湿而多雨。根据硗碛电站坝址附近的硗碛气象站的气象观测资料 和降雨量观测资料，工程所在地硗碛( 2 0 3 0 m ) 多年平均气温8 9 0 ，多年平均降水量硗 碛为7 8 9 9 m m ，最大日降水量6 2 5 m m ，年均降水日数1 4 6 7 天，降水多集中在5 1 0 月，占全年的8 5 9 0 。本流域夜间降雨较多，有夜雨昼晴的特点。 宝兴河的径流主要来自降水，其次是地下水和高山融雪水补给，径流具有丰沛稳 定和年季变化小的特点。径流的年内分配与降雨年内分配基本相应，丰水期( 5 1 0 月) 多年平均流量3 8 3 m 3 s ，占年径流的7 9 3 ，枯水期( 1 1 月翌年4 月) 多年平均 流量1 0 2 m 3 s ，近坝区多年平均流量2 4 4 m 3 s 。 2 6 地震 经地震地质背景和地震危险性分析，工程场地内不具备发生强震的地质构造条件， 其地震安全性效应主要受外围强震活动的波及影响。经复核，工程场地地震基本烈度 为度。相应5 0 年超越概率1 0 计算烈度值为6 9 0 ，水平峰值加速度为0 0 8 3 9 ( 基岩 场地) o 0 9 3 9 ( 松散土场地) 。故区域构造稳定性为基本稳定区。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第13 页 第3 章不同松散堆积体地质特征及水下稳定坡角测定 已有地质成果表明，库区内松散地层成因类型多样，目前可见有冰缘冻融堆积砾 质粉( 粘) 土、冰碛块碎石土、冰水堆积块碎( 卵) 石土、坡洪积堆积碎石土、崩坡 积堆积碎石土、滑坡堆积块碎石土以及坡残积堆积碎石土。从上述不同成因堆积体颗 粒粗细特点看，其中以冰碛块碎石土最粗，而冰缘冻融堆积碎石土最细，不过除了冰 水堆积块碎石土有一定的胶结外，其余成因堆积物均无胶结。 结合前期已有资料，在野外调查中重点调查了近坝左岸、主沟1 号、咔日沟3 号 及蚂蝗沟5 号堆积体的基本地质特征以及测定了水库运行后的水下稳定坡角，同时取 样做了较为详细的筛分和密度计试验，确定了不同松散堆积体的粒度成分等特征。试 图剖析不同成因松散堆积体粒度成分与水下稳定坡角的相关关系。 3 1 冰水堆积 第四纪时期地球的气候曾发生过较大的波动，出现过几次冷暖交替变化，当全球 的气温普遍偏低时，降雪量随之增加并超过其消融量之后，雪量不断累积，经过一系 列物理过程积雪逐渐变成具有一定厚度的冰川冰，在重力和压力的作用下会沿着斜坡 或谷地运动，从而暴发大规模的冰川活动。全球性冰川增长与扩大的时期为冰期，而 全球性冰川消退的温暖时期为间冰期1 5 2 3 1 。 冰水堆积物是冰川融水搬运和堆积的沉积物。冰水堆积物是在第四纪地质历史上 冰期和间冰期的交替过程中形成的。冰川的地质作用有刨蚀、搬运和沉积三种。冰川 对岩石的破坏作用称为刨蚀作用。冰j l i 移动时，因压力和摩擦的作用而使其底部发热， 部分冰被融化成水而进入岩石裂缝，裂缝里的水结冰后体积增大而扩展裂缝，岩石被 分裂成岩块。岩块被冰川挟带一起移动，便使摩擦作用更为加强，同时岩块本身也布 满擦痕。冰川的刨蚀作用改变了地形地貌。冰川的搬运作用有两种：一种是碎屑物质 包裹在冰内随冰川移动；另一种是冰融化成冰水，冰水进行搬运。冰川的沉积作用同 样有两种：一种是冰体融化，碎屑物直接堆积，称为冰债土( 物) ；另一种是冰川表面、 底部和两侧的冰水将碎屑物质( 冰债物) 进行再托运而再堆积，即融化后的冰水将冰 债物冲刷、淘洗，按颗粒的大小，堆积成层，而形成冰水堆积物。冰水堆积物有一定 的分选性、成层性和磨圆度，在物质组成上漂石、卵石及圆砾所占比重比较多【1 5 2 3 1 。 而冰水堆积在硗碛水电站库区内分布较广，主要分布在近坝左岸、咔日沟3 号堆 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 积体靠上游侧等。其特点是颗粒成分粗，以块碎( 卵) 石为丰，有一定胶结。本次野 外调查分别在近坝芹岸、咔口沟3 号等堆积体进行了取样分析。根据颗粒组成、水库 区实测资料以及其他水电站具相似物质运行多年后获得的经验数据，得到冰水堆积体 的水下稳定坡角一般情况下为2 2 。左右。 3 1 1 近坝左岸堆积体 近坝左岸堆积体为冰水堆积，位于坝址区甜近，于东河左岸，自然坡度一般为2 4 3 4 。，块碎( 卵) 石上，颗粒总体较粗，有一定泥质、钙质胶结，局部钙质胶结较好， 总体结构较紧密。但该堆积体遇水浸泡后，破坏了其内部的胶结作用，总体结构由较 紧密变为较松散，稳定性变差，易发生坍岸，见照片3 - i 、3 - 2 。 照片3 - 1 近坷! 左岸冰水堆积体全貌 照片3 也近坝左岸冰水堆积体近貌 在野外调查中，取了3 组试样进行分析，3 组样分别为近坝左岸1 号坑、近坝左岸 亘童奎鎏查兰至圭丝塞兰兰簦鎏塞矍! ! 里 2 号坑及近坝左岸3 号坑，3 组样上总重分别为18 4 3 9 9 、1 9 6 6 5 9 及2 2 0 2 0 9 。近坝左岸 冰水堆积体筛分法试验结果见表3 - 1 及照片3 - 3 ，此表数据丰要为粗颗粒级配组戒。结 合筛分法和比重计法试验结果绘制了粗细颗粒的颗分曲线图，见图3 - 1 表3 - 1 近坝左岸冰水堆积体筛分法试验结果 颢粒女配组f 颗粒粒径：m m