（地质工程专业论文）水库岩溶坝基处理实践与研究——以湖北五峰龚家坪水库大坝为例.pdf

摘要 本文以湖北五峰龚家坪水库大坝为研究对象，论证并回答了如何在岩溶强烈发 育、工程地质条件十分复杂的喀斯特高原上兴建水库大坝，对出现的各种不同的岩 溶工程地质问题，提出了有效的处理技术方法。文章主要内容分为三部分。 第一部分对水库岩溶工程地质条件研究。研究了水库的工程地质条件和地质结 构，分析阐明了区域岩溶发育的规律和特点，揭示岩溶发育的暗河系统和控制区域 岩溶发育的现代侵蚀基准面，提出了湾潭河喀斯特高原的概念。坝基岩溶主要受岩 层面和缓倾结构面控制，溶洞的主要发育方向与岩层面一致，经过分析坝基岩溶垂 直发育深度1 0 0 余m ，地下水排泄条件良好。 第二部分阐述岩溶工程地质问题。针对坝基岩体中存在岩溶洞穴、岩体溶蚀破 碎区、缓倾角溶蚀充泥断层等地质缺陷，提出了对大坝水库安全有影响的坝基强度 问题、抗滑稳定问题和渗漏问题。分析了大坝抗滑稳定的地质模型。 第三部分进行岩溶地基处理研究。针对坝基刚度问题，进行地表溶蚀破碎岩体 挖除、地下大坝应力范围内的溶洞清挖回填、坝基固结灌浆处理。针对抗滑稳定问 题，采用阻滑键和阻滑桩处理，提高岩体抗剪强度。渗漏问题，采用水平防渗铺盖 和垂直防渗帷幕相结合的方法处理。 关键词：高原喀斯特、坝基、缓倾角、处理、防渗、阻滑键 i n v e s t i g a t i o n b a s e do n t h er i g r i d i t yp r o b l e mo fd a mf o u n d a t i o n ，k a r s t e x c a v a t i o nb a c k f i l la n dc o n s o l i d a i o ng r o u n t i n gd i s p o s a la r ec a r r i e do u tw i t h t h er a n g eo fe x c a v a t i n gt h ee r o s i o nb r e a k e nr o c km a s sa n dt h er a n g eo f u n d e r g r o u n dd a ms t r e s s o nb a s i so ft h es t a b l ep r o b l o mo fr e s i s t i n gs l i p ，t h e s h e a rs t r e n g t ho fr o km a s si si n c r e a s e db ya d o p t i n gt h er e s i s t i n gs l i pk e ya n d d o w e l s e e p a g ep r o b l e mi ss o l v e db yt h ec o m b i n e dm e t h o do fh o f i z o n a l s e e p a g eb e d c l o t h e sa n dv e r t i c a ls e e p a g ed r a p e r y k e y w o r d s ：h i g h l a n dk a r s t ，d a mf o u n d m i o n ，l o w a n g l e ，d i s p o s e ，s e e p a g e ， r e s i s t i n gs l i pk e y 7 蝻 学删! 掣位泣殳 月| j舌 湖北五峰龚家坪水库是一座兴建在喀斯特高原上的水库，水库大坝坝基下岩溶垂 直发育深度l o o m 左右，缓倾角断层普遍溶蚀充泥，岩体溶蚀破碎，强度降低。由于 岩溶发育，带来了坝基抗滑稳定、坝基渗漏和绕坝渗漏、坝基变形等一系列复杂的水 库岩溶工程地质问题。这种存在一些高难度的岩溶技术问题的坝基在国内、甚至国际 上都是十分罕见的。在工程实施过程中，这些复杂的技术问题都得到了妥善解决。 本人是湖北五峰龚家坪水库主要勘测者，主持了该工程的补充初步设计和施工阶 段的地质勘察研究工作，直接参与了岩溶地质问题的研究和工程技术难题的解决。本 文是对湖北五峰龚家坪水库岩溶坝址技术研究工作经历的总结和对岩溶地质问题的 进一步认识。 龚家坪坝址缓倾角断层及岩溶强烈发育，存在较多的地质缺陷和复杂的坝址岩溶 问题。通过对区域岩溶的研究，提出了现在的河床，不是现在的浸蚀基准面，现在的 浸蚀基准面比现在的河床低6 0 0 余n ，查明了岩溶暗河系统，揭示了区域岩溶的发育 规律。对坝基岩溶的研究，查明了岩溶洞穴系统的空间分布规律、大小、规模、充填 物情况，查明了溶蚀充泥的缓倾角断层的发育规律、规模大小及性状。提出了坝基处 理和防渗方案，对坝基应力范围内的洞穴采用清挖回填砼处理；对于坝基抗滑稳定问 题，采用阻滑键处理：对于坝基岩体刚度问题采用固结灌浆处理；对于坝址防渗问题， 利用相对隔水岩体进行高压灌浆和水平防渗铺盖处理。通过对坝基岩溶地质问题处理 后，龚家坪水库经过初期蓄水，证明其岩溶地质勘测研究工作思路是正确的，对出现 的岩溶地质问题治理方法是切合实际的，工程建设是非常成功的。这些岩溶技术难题 的解决，凝聚了一大批工程技术人员的智慧，其中也包括本人的心血和汗水。本文的 创新之处，主要体现在水库岩溶地质问题的研究和工程技术难题的解决中。 通过研究湖北五峰龚家坪水库岩溶地质问题，分析研究工程中存在的技术难题， 找出处理问题的方法，总结工作经验，不仅是龚家坪水库工程工作的需要，而且是通 过这个工程，增加对复杂岩溶地区水利工程中出现的工程地质问题认识，为今后兴建 类似工程，特别是在高原喀斯特和缓倾角断层发育的坝基上兴建水库积累经验。 “噼认学丁程坝l 牟位论文 第一章绪论 1 1 工程概况 湖北五峰锁金山水电站位于湖北省五峰县境内，由1 2 0 0 m 高程以上的刀枪河、 前进河、湾潭河、深溪河等四条河流组成，见图1 1 ，四条河水通过支引水系统汇入 主引水系统至6 0 0 m 高程的电站厂房，电站装机4 5 万k w 。刀枪河龚家坪水库是锁金 山水电站兴建的四个水库之一，库容1 1 5 0 万m 3 ，最大坝高6 8 m ，大坝全长2 1 2 m ，最 大坝宽6 0 m ，正常蓄水位1 2 5 5 m ，坝顶高程1 2 5 8 m ，河床高程1 2 0 0 m ，河床建基面高 程1 1 9 0 m ，坝型为浆砌石重力坝。 刀枪河位于1 2 0 0 m 高程的湾潭喀斯特高原上，这里地表、地下岩溶十分发育， 地表水系与地下水系相连通，地表水通过地下水系垂直下泄6 0 0 余米，于柏顺河源 头的泉群排泄，是一个典型的高原喀斯特坝址。大坝建在奥陶系灰岩形成的峡谷河 段，岩层直立，岩溶顺层发育，与坝后寒武系灰岩形成的岩溶系统连通，岩溶向深 部发育，地下水低于河谷l o o m 左右。由于坝基岩溶及缓倾角断层发育，大坝存在下 列问题： 1 坝基岩体岩溶洞穴的强烈发育及溶蚀破碎区的存在，坝基岩体的刚度严重受 损，岩体强度降低，存在变形问题。 2 由于洞穴的强烈发育，存在坝基及绕坝渗漏问题。 3 坝基岩体中的中缓倾角断层发育，存在深层抗滑稳定问题。 上述这些问题都是控制水库大坝稳定与安全的重要问题，必须研究论证清楚。 龚家坪水库的兴建对锁金山水电站充分发挥经济效益，起着重要作用，水库是电站 赖以生存的基础，必须做好勘测设计工作。 水库在兴建过程中也有要吸取的经验教训。在初步设计阶段长江水利委员会将 龚家坪坝址选在志留系页岩地段，坝型为面板堆石坝，避开了强岩溶化地层。后来 由于勘测单位的变动，新的勘测单位提出大坝建在页岩地段，河谷宽、岩体风化厚、 加之左岸山体太薄，工程量大，工程造价高。为此他们建议将坝址下移3 5 6 0 m ，将 惦圩凡学t 程岫 学旺l 仑义 f 7 匝幢求倏*隧咖q圈烈趣串*司娟器墅悄-【匝 自懂每人导+ t 哥砸 掣位论文 坝建在奥陶系灰岩峡谷河段，他们认为岩石强度高，可建( 浆砌条石) 重力坝，工 程量小。坝址下移，是在未进行深入地质勘察和研究基础上，错误地作出了坝址岩 溶不发育的结论。1 9 9 6 年工程正式开工，当灰岩峡谷坝址开挖后，极其强烈的岩溶 洞穴问题被揭示出来，并伴有溶蚀破碎区，还有缓倾角断层等一系列的严重地质缺 陷，坝址能否成立在很多人的脑子中划起了一个大问号，尤其是业主更是心急如焚。 设计、监理及时提出停工，做补充初步设计地质勘察工作，查清坝基工程地质条件， 重新设计。工程于1 9 9 7 年由长江水利委员会做补充勘测设计工作，查清了坝址工程 地质条件及工程地质问题，1 9 9 8 年工程开始复建，对坝基出现的岩溶工程地质问题 都进行了很好的处理，2 0 0 3 年6 月水库初期蓄水，初期蓄水位1 2 4 0 m 高程，未发现 大坝变形和渗漏现象，水库运行状态良好。 1 2 国内夕 现状 国外最早在岩溶地区修建的大坝，是法国的阿朗坝，建于1 8 4 5 年，为土坝，坝 高1 3 m ，由于岩溶渗漏，1 8 6 0 年开始进行防渗灌浆工作，最后获得成功。原苏联古 里坝是目前岩溶地区修建最高的坝，坝高2 7 1 5 m ，1 9 7 8 年建成。土耳其的凯班水库 是目前岩溶地区建成最大的水库，总库容1 0 6 亿m 3 。据不完全统计，在国外岩溶地 区已修建的大中型水利水电工程1 3 0 座以上，其中坝高1 0 0 m 以上，有2 0 余座，这 些大坝和水库，大多在1 9 世纪5 0 年代以后兴建，绝大多数获得成功。由于岩溶工 程地质工作做得不够，或防渗处理不彻底而发生严重渗漏的水库，是极少数的，如 美国在1 9 2 0 年修建的赫尔斯巴尔坝，坝高仅2 5 m ，水库渗漏量达5 0 m 3 s ，防渗处 理2 6 年之久，最后因处理无效而被迫放弃。土耳其的凯班水库建成于1 9 7 4 年，由 于岩溶问题未能查清，水库蓄水后，渗漏量达2 6 寸s ，经过复杂的防渗处理后，其 渗漏量仍达8 7m 3 s 。还有一些渗漏的水库，渗漏量在1 1 01 1 1 3 s 之间，经过防渗 处理后，大多数水库能正常蓄水和安全运行。 我国在1 9 4 9 年前，在岩溶地区的水利水电工程还是空白，1 9 4 9 年以后，在岩溶地区已建 的水利水电工程，装机在l 万h 以上的水电站在3 8 座以上，库容在l 亿m 3 以上的水库3 2 座以 上。还葡毁千座小型水库，分布在我国广大岩溶岖。我国最早葩者溶地区兴建自勺一手比电站， 是在1 9 5 6 1 9 6 0 年，有官厅电站、水槽子电站、六自酬可电站。有了e 述水库和电站的成蛾建， 为后来在岩溶地区建坝建库积累了不少经验，以后在岩溶地区又兴建了乌江渡水电站、大化电 人学 理呲i 学位论业 站、隔河岩水电站、高坝洲水电站、汀垭水电站、鲁布革电站等，寸c 讲霹电站。在已建的电 站中也有漏水的例子，如水槽子水库建成后向邻谷渗漏，漏水量1 8 击 s ，后经防渗处理后不再 渗漏。窄港口水库库首产生渗漏，漏水量2 0 m 1 s ，经部分防渗处理后漏水量仍为1 5 r a y s 。拔贡 电站坝基产生严重渗漏，最大漏水量2 3r s ，电站不能正常运行，枯水期基本处于无水停发 状态。 随着岩溶勘测技术和防渗处理技术不断提高，我国在岩溶地区正在兴建的大型 或巨型水电站越来越多，如溪落渡水电站、水布垭水电站等等。正是借鉴了以往勘 测、设计、施工的宝贵经验，才促进了一大批岩溶地区水利工程的兴建，积累了岩 溶地基处理的新经验，在岩溶地区建坝不断取得成功。 1 3 国内理论研究及工程实践 我国碳酸盐岩的分布面积有3 4 0 万k m 2 ，出露面积有9 1 万k m 2 ，这些地区岩溶发 育，水利资源也十分丰富，为了开发这些地区，就必须解决好由于岩溶发育带来的 许多复杂工程地质问题，如库、坝岩溶渗漏问题、岩溶坝基及边坡的稳定问题、地 下洞室的涌水和稳定问题、岩溶发育引起的水库诱发地震和岩溶塌陷问题等。针对 上述岩溶地质问题，我国在理论研究方面有了很大的突破。 在勘测技术方面，除采用地质测绘、钻探等常规勘察手段外，还应用了无线电 波透视c t 技术、遥感技术、岩性探测仪、微重力仪等探测岩溶洞穴，采用定时炸弹 探测暗河通道，地下水同位素研究洞穴系统。 在防渗技术方面，主要采用高压灌浆、化学灌浆技术封闭岩溶裂隙和洞穴，采 用大面积的混凝土防渗墙处理特大溶洞。 在研究方法方面，应用地下水渗流场、水化学场、水温场、同位素场的分析方 法进行研究，进行岩溶地下水均衡计算，建立地质模型和数学模型，对水库进行渗 漏计算和预测。 隔河岩水利枢纽工程是岩溶地区成功建坝的典型实例。隔河岩坝高1 5 1 m ，水库 正常蓄水位高程2 0 0 m ，下游水位高程7 8 m ，总库容3 1 2 亿m 3 ，总装机1 2 0 万k w 。坝 基岩体为寒武系石龙洞组灰岩，岩溶十分发育，顺河向断层线溶蚀率高达2 5 5 2 ， 坝基存在抗滑稳定和岩溶渗漏漏问题。针对强岩溶发育的特点，提出了“变岩溶化 岩体为裂隙性岩体”的设想，将坝基及幕体揭示的7 9 个、总体积2 2 万m 3 的天然洞 7 “脚犬笋- 旌硕i 学( 茔论文 穴进行了封堵，做了长1 4 0 0 余m ，面积1 8 万i l l ! 的防渗帷幕，灌浆压力采用5 m p a 。 通过“变岩溶化岩体为裂隙性岩体”后，帷幕平均耗狄量( 单耗) 为8 3 k g m ，比乌 江渡单耗( 2 0 0 k g m ) 少了5 9 ，帷幕形成后防渗效果很好，未发现渗漏现象。坝前 库首右岸有罗家坳河间地块，建坝岩体石龙洞灰岩从库内通向库外，渗径仅2 3 k m ， 库内侧8 2 m 高程有k w 4 0 地下暗河洞穴泉，库外侧8 7 m ：f i i1 3 1 m 高程分别有k w 5 0 1 、k w 5 0 2 地下暗河洞穴泉。河间地块地表分水岭高程5 0 0 余m ，地下分水岭高程1 3 5 m ，低于 正常设计蓄水位6 5 m ，水库存在渗漏的可能。通过勘探、地质结构研究、大型连通试 验、地下水均衡计算、地下水渗流场分析，提出了在“岩溶化河间地块中存在非岩 溶化岩体”，即河间地块中央地段2 0 0 m 高程以下存在一个“非岩溶化”岩体，完全 可以起到封闭作用。工程1 9 8 7 年开工建设，1 9 9 3 年4 月l o 日下闸蓄水，至今运行 11 年多，最高库水位达到2 0 4 m 高程，超过正常蓄水位4 m ，大坝、水库、河间地块 没有发现任何岩溶渗漏现象，通过实践证明上述新观点是正确的，为今后岩溶地区 建坝提供了新的宝贵经验。 1 4 研多满泌、技桐雕翔曼主要内容 五峰龚家坪水库已基本建成，并进行了初期蓄水，开始发挥经济效益，为促进 五峰贫困县的经济发展作出了贡献。判断岩溶水库库工程成功与否的重要标志是： 大坝是否安全、水库是否漏水，五峰龚家坪水库通过工程实践的检验，证明是成功 的。位于湾潭喀斯特高原地貌上的龚家坪水库，岩溶强烈发育，坝基持力层范围内 岩体的体积溶蚀率高达1 3 ，溶空体积1 7 万m 3 ；将持力层内的洞穴投影到建基面， 其面积溶蚀率已高达4 0 9 6 ，坝基下岩溶垂直发育深度1 0 0 余m 。导致建坝岩体刚度严 重受损，存在严重的坝基及绕坝渗漏：平卧于坝基中的缓倾角断层，导致大坝存在 深层抗滑稳定问题，可以看出龚家坪坝址是一个地质条件非常复杂并属典型的高原 喀斯特坝址。所遇到的岩溶地质问题十分罕见，勘测手段多样，工程处理措施复杂， 通过对工程勘测设计经验的总结，不仅是个人工程经验的不断积累，而且为今后类 似工程的建设有很好的指导和借鉴意义。 本人是湖北五峰龚家坪水库主要勘测者，从1 9 9 7 年开始进行补充初步设计地质 勘察研究工作，同年编写补充初步设计报告，1 9 9 8 年至2 0 0 4 年为施工阶段地质勘察 技术负责人，工作过程中把本人所学的知识，用于工程实践，很好的解决了五峰龚 自怫 学工酗豫l 学吐论殳 家坪水库大坝坝基岩溶问题，将一个复杂的岩溶坝基工程处理成了安全稳定的优质 工程。本人以湖北五峰龚家坪水库大坝工程实践为例，编写水库大坝岩溶基础处理 实践与研究论文，准备采用以下的技术路线开展本项研究工作：借助前期大量的勘 测、设计和研究成果，进行系统分析，归纳和总结，收集初期蓄水后新的观测资料， 纳入新的岩溶理论和工程经验，对五峰龚家坪水库大坝工程地质特征和主要工程地 质问题的处理进行研究、分析和探讨。 研究主要内容包括以下三个方面： 水库工程地质条件研究。 坝基岩溶工程地质问题。 岩溶坝基处理研究。 n 闻渤大学t 程坝i 学位沦文 第二章水库工程地质条件研究 2 1 地形地貌 本区地处鄂西的清江水系与澧水水系分水岭南面，属澧水水系。一般山顶高程 1 5 0 0 m 左右，北部最高达1 7 0 0 2 0 0 0 m 。南西面的柏顺河是本区唯一下切最深的河谷， 也是本区唯一的低级侵蚀基准面，河床高程4 5 0 6 8 0 m 。区内主要出露寒武系志留 系浅海相碳酸盐岩及碎屑岩，厚3 0 0 0 5 0 0 0 m ，以碳酸盐岩分布最广。区内气候湿暖 多雨，系全国暴雨中心区，多年平均降雨量在1 8 0 0 m m 以上。山地地貌以碳酸盐岩溶 蚀侵蚀地貌为主要特征。其间峰丛洼地，峰丛槽谷和溶蚀洼地发育，并套生较多的 溶蚀漏斗，落水洞等。 区内层状地形明显，可划分为二期三级夷平面。 鄂西期云台荒期夷平面，高程1 7 0 0 2 0 0 0 m ，分布于西北面的马棚和东北面的杨 叉垭一带。 鄂西期召风台亚期夷平面，高程1 3 0 0 1 6 0 0 m ，大面积分布于湾潭河流域两侧及 南部地区分布于湾潭河流域两侧及南部地区。 以上两级夷平面形成于白垩纪末老第三纪末。 山原期周家脑亚期，高程1 0 0 0 1 2 5 0 m ，分布于西南地带。形成于晚第三纪。 在两级较低的夷平面上下切形成了长年有水的内河流。如湾潭河、前进河、刀枪 河、崩坝河、双溪河、深溪河等。这些河流分布主要集中在湾潭河以北，河床地面除 湾潭河1 1 1 0 1 1 6 0 m 较低高程外，其余均在1 1 5 8 1 4 0 0 m 高程以上。且多与邻谷无地 表水联系。 龚家坪水库建在柏顺河北东侧约7 5 k m 的刀枪河上。与之相邻的高山河谷主要有： 崩坝河、前进河、湾潭河等。 1 、崩坝河：位于刀枪河的西侧l 1 5 k m 处，源于马棕岭，自n e 向s w 流向岩门 垭落水洞。全长约5 5 k m 。河床地面高程1 0 7 0 1 4 6 0 m 。两河阎山顶地面高程1 5 0 0 m 左右。 7 n 旃火学t 榴则学位论文 2 、前进河：位于刀枪河以东约2 k m 处，源于北部火烧坡，于红旗汇入湾潭河， 全长1 3 k m ，谷底高程】1 2 8 1 3 2 0 m 。两河间l “顶地面高程1 4 0 0 1 5 0 0 m 。 3 、湾潭河：位于刀枪河的南东侧，距刀枪河河口约3 5 k m 。源于北风垭，自n e 向s w 流经湾潭镇，于小氽溶洞潜入地下，河床地面高程l l l 0 1 1 6 0 m ，与刀枪河河口 间分水岭地面高程约1 2 2 0 m 。 刀枪河源于北部纸厂坪和岩板河，自n w 向s e 流经龚家坪村，于罐子洞转入地下。 全长约1 7 k m 。河床地面高程1 4 7 0 1 1 5 8 i i 】。坝址位于刀枪河中下游，河流方向1 3 5 。 建坝地段为“u ”形谷，河床高程一般1 2 0 0 m ，宽4 0 m ，枯水期水面宽5 l o m ，水深 0 3 o 5 m 。左岸坡角3 0 4 0 。，右岸2 5 3 0 6 ，两岸山顶高程1 3 0 5 1 3 3 5 m ，河谷 高宽比为l ：3 4 5 。河床覆盖层厚2 8 m ，基岩面高程为1 1 9 2 1 1 9 6 m 。 在坝前志留系页岩分布区，1 2 5 0 1 2 6 0 m 高程以上地形平缓开阔，谷宽3 5 0 5 0 0 m 。 以下以白虎包为界，右侧是现代河床，宽5 0 6 0 m ，地面高程1 2 0 0 1 2 1 0 m ；左侧郑 家湾、抹腰带、烂泥湖一带地面高程1 2 2 0 1 2 3 0 m ，为i i 级阶地分布区( 见图2 1 ) 。 坝址区发育有三级阶地： i 级基座阶地，台面高程1 1 9 5 1 2 0 8 m 。 i i 级基座阶地，台面高程1 2 2 0 1 2 4 0 m 。 i i i 级侵蚀阶地，台面高程1 2 5 0 1 2 6 0 m 。 2 2 地层岩性 坝址区地层主要出露古生界浅海相滨海相碳酸盐岩和碎屑岩类，以奥陶系地层 为主，志留系仅见其下统龙马溪组，地层岩性由老到新分述如下。 2 2 1 奥陶系下统( 0 1 ) l 、南津关组( 0 ，。) ，厚大于l o o m ，深灰色厚层致密灰岩。 2 、分乡组( 0 ，) ，总厚1 1 2 m 。 下段( 0 。，1 ) ，厚3 6 m ，深灰色厚层中厚层致密灰岩夹页岩。页岩层厚一般0 1 0 4 m ，其中顶部一层厚5 m ，底部一层厚0 3 o 4 m 。 上段( o 卢) ，厚5 0 m ，深灰色厚中厚层致密灰岩，层面多夹有紫红色泥钙质膜。 水 f 稿灾学t 蕞目时 擘区娩文 图2 1 五峰龚家坪坝址河谷地貌示意图 3 、红花园组( o 。) ，厚7 5 8 m ，上部1 6 为深灰色中厚层细晶灰岩夹较多的透 镜状硅质条带；下部5 9 8 m 为深灰色厚巨厚层粗晶灰岩。 4 、大湾组( 0 ，。) ，总厚6 3 8 m 。 下段( o 。1 ) ，厚1 7 9 m ，上部1 2 2 m 为紫红色与灰绿色互层状中厚层疙瘩状泥灰 岩：下部为灰、微带浅灰色条带泥灰岩，其间发育d 。4 层间剪切带。 中段( 0 l d 2 ) ，厚3 1 6 m ，上部8 6 m 为紫红色夹灰绿色疙瘩状泥灰岩，并发育d 。 层问剪切带；下部为紫红色疙瘩状泥灰岩。 上段( o i d 3 ) ，厚1 4 3 m ，深灰色疙瘩状页片状泥灰岩，距底7 1 m 见一层厚0 4 m 的页岩。发育有g 、g 。层间剪切带 母 学t j 野虹1 学血论文 2 2 2 奥陶系中统 1 、牯牛潭组( 0 。) ，总厚3 5 6 5 m 。 下段( 0 7 。1 ) ，厚1 4 3 5 m ，灰绿色、微带紫灰色扁豆状泥灰岩，下部3 3 m 灰质含 量增高，上部发育层间剪切带g 。下部发育层问剪切带g 。、g 。 上段( 0 2 7 ) ，厚2 1 3 m ，灰深灰绿色扁豆状疙瘩状泥质灰岩夹紫灰色白云质灰 岩。底部2 3 m 为紫灰夹灰绿色白云质灰岩，中下部发育g ，、g , 2 层间剪切带。 2 、宝塔组( o 。) ，厚1 5 9 m ，深灰色中厚层龟裂纹灰岩夹薄中厚层扁豆状泥 灰岩，下部1 2 m 为紫灰夹灰绿色致密含白支质灰岩夹少量扁豆状泥灰岩。发育有g 。、 g 。、g g 。s 、g mg 增、g 。、g 。层问剪切带。1 2 3 奥陶系上统( 0 ，) 3 、临湘组( 0 3 t ) ，厚1 1 4 m ，灰深灰色中至厚层扁豆状泥灰岩，下部发育g 。、 g 。层间剪切带。 4 、五峰组( o 。) ，厚2 9 9 m ，上部为黑灰色含碳质、硅质页岩，下部为黑黑 灰色炭质页岩。本层富含黄铁矿晶体，底部发育f ，断层，受其影响，在右岸坝上渐变 薄至2 3 。 2 2 2 志留系下统 龙马溪组( s 。) ，总厚3 3 1 5 0 m ，上部为深灰色页岩夹灰绿色砂质页岩，中下部为 深灰色页岩。 2 3 地质构造 岩层走向n w 4 3 4 5 。，与河流近于正交，岩层近直立，微倾上游，倾角一般8 5 8 7 7 。构造形迹主要有：断层、裂隙及层间剪切带。 2 3 1 断层 大坝及护坦部位除f ，断层规模较大外，其余均为裂隙性断层，各断层性状见表 2 1 。 1 、陡倾角断层 f 。：走向4 3 5 0 。，倾n w ，倾角8 4 8 7 。，属层问剪切裂隙性断层，位于五峰 组炭质页岩底部，长大于2 0 0 0 m 。该断层下盘同i 艋湘组扁豆状泥灰岩接触面平直，构 造岩宽0 3 1 0 m ，为黑、黑灰色断层泥和鳞片状、页片状岩屑岩粉充填，绝大部分 j l 一腓大挲t 拙砚l 学心i 文 已严重泥软化。上盘3 5 m 的影响带挠曲、柔皱变形强烈，部分严重倒转，多有挤压 泥面和黄铁矿晶体富集。受f 断层影响，五峰组页岩厚度变化较大，河床出露宽1 0 m 左右，在右岩上部渐变薄，出露宽仅2 3 m 。沿构造岩带透水性较强，普遍有渗水现 象。 2 、缓倾角断层：主要有r 、f 3 、t f ：、k f 。等。 r ：走向2 8 0 3 0 5 。，倾n e ，倾角2 0 3 0 。，贯穿整个坝基发育，面起伏不平， 呈波状，沿面普遍溶蚀宽5 2 0 c m ，在k 。、k 。溶洞附近最宽达5 0c m ，内充大量粘土 夹碎石及少量附面方解石，局部沿溶蚀面有渗水现象，见有大量垂直擦痕，显逆性。 据2 4 平硐及k 。溶洞提示，在f 。上盘发育有两条类似的溶蚀裂隙，进一步切割岩块， 对岩体的稳定极为不利。f 。是右岸坝基下浅埋的贯穿性结构面之一。 f e ：走向3 2 0 。，倾s w ，倾角1 6 2 0 。，贯穿整个坝基发育，面波状，沿面大多 溶蚀宽5 8 c m ，k 2 0 溶洞附近溶蚀宽1 5 3 0 c m ，粘土夹碎石及少量直径0 5 2 c m 的附 面方解石充填，局部沿溶蚀面有渗水现象，面见有大量垂直擦痕，显逆性。该断层发 育在左岸1 2 0 7 m 高程以上，是左岸坝基下浅埋的贯穿性结构面之一。 t r ：走向3 2 0 。，倾n e ，倾角1 4 2 4 。，贯穿整个坝基发育，面波状起伏，沿面大 多溶蚀宽l o 2 0 c m ，局部大者达3 0 5 0 c m ，粘土夹碎块石及少量附面方解石充填， 面见大量垂直擦痕、擦坎，显逆性。该断层发育在左岸1 1 9 5 m 高程以下，是左岸坝基 下浅埋的贯穿性结构面之一。 其余裂隙性断层走向多为n w 向，倾n e 者居多，以中、缓倾角为主，陡倾角仅见 4 条。这些裂隙性断层实际为性状较坏的长大裂隙，沿面多具溶蚀充泥特点，该类结 构面多显逆性。此外，与k f 。性状类似的溶蚀性长大缓倾裂隙，在溶洞中空间发育间 距一般5 8 m 可见一条。 2 3 2 裂隙 通过对1 2 2 7 m 高程以下坝基及护坦部位实测的4 3 8 条裂隙统计分析( 见图2 2 ) ， 坝区裂隙性结构面主要显现以下特点。 ( 1 ) 裂隙主要发育方向为n w 向( 3 1 0 3 3 0 。) ，见1 6 5 条，占总条数的6 7 7 ； 其次是n w w 向( 2 7 1 3 0 0 。) 和n n w 方向( 3 3 1 3 6 0 。) 较发育，各占1 5 。其它方 向一般发育。裂隙以中缓倾角为主，其中中等倾角( 3 1 6 0 。) 裂隙占4 2 9 ，缓倾 角( 3 0 。) 裂隙占3 2 9 。 ”- 脚大学丁程f 此i 学旺沦x 襄髦罨量 旧 峰】 幢 妥蒜蠡釜 凹 恹 厂| k _ 精 州 缝 n 粕割 霎璃 士h 吲蜘 西确 辈黍 蚕冀喀葚垛零 萋窭萋骞 彗o ： 委囊 | | | | 哩招 墨奏 诞悉 蒿鏖 艘 瓣 囊垂妊美 辍 冁 瓣 羹霎 葵 趔 醵 耋嬖 基建 蓄 蒿藿 藜霎 ! | 墓 g 螽 落 藩螽 霭 璺 鞍鼙蓑 翅趟趟 罄出目目 ，、 篓 鲁 吊、曼 ”l 、目 nl 1 是 ”、岛 nl 、宝 e 娶 导 黄 导导 量 卷 投一是要、黜要l 、纣兰h 翻 一 ： 娶匣 至 芝 磊 复象 茬 匣 衰蓉 食高 刑 n nn 一 鐾譬 正c 占 曼 氆刊野柱 樱世 州i 生 啭基螺巡磐卜醛韫昌n_【寰野鞋聪徘格曲苌目媸器彗旧h“群 覆 口 饕 蔓 。 。 口 囊霎 。 。 。 莲 霉 羹 奄 霉 口 =萋 羹 萋 萋 萋 。 薹 萋 藿 攀 矧 鋈 鋈 冀 萋 霉 霉 藿 噩 建 萋 蓁 蓬 莲 鋈 藿 ；蓦 羹 鋈 羹 鳇 茬 琶 霪 垂 琶 霪 蓍 耀 蓬 藿 篓 趟 量 郛 r 一一 2 2 喜 吾 2 ? 。 吨 c ；7 o _ _p _ 。i n 篓 吕 叫 芎 吨 导 寸吨 c 5 q 滔 o 。 一 a 一 卜心 一一 o 羹 r ? ；q导 辞 导嗣鲁 i n 茬 匠 雳 象 z 复受 受复 复受醴 皇受磊象璺 们 尽 蕊 昌 n 寰 昌 导 馓 瓮n 譬粜 o g 捌 野拄”野g。香式 群拳螺备f蔷卜墨骥恒昌罱nh聋署鞍酶娥智脚*锚滔磐旧【d僻舔 州拇大学工强颐二e 学位论：t 。 目 粪 2 日 篓 ；| | 2 萋 罄 j 匝 。 。 鋈 。 蓬。 蓁 蜊 旧 瘿 苫 羹 。 莲 蓁 霎 蓁萋 蓁 囊 罂 黎 羹 蚓 摧 羹 口 蓬翟 垂 篓 萋 辍 醒 藿 毽 篓 刿 蚯 l 叵( g 蓉 趔 扑蜒 r n 甲 乏 ? 7下 喜 ：2 7 c ； 土 甲了 竺 6 一 n 2 n_ _n 篓 童 q 寸 n o o qq 茧 - 一卜 n寒 o n ，、 卷 一 。 垣 磊 蹬 主至蔓 芝 甥 至襄磊 甥 茬 墼 厘 浅 高导 8 足 删 n 譬羹 圆圆盘。出 题刊n 导g霜到n 群晕f ： 矗 寸 僻本螺随蔷卜墨醛柜暑高nh【爿野转憾徘格脚繁丌1娟器鹫嗣-【d懈鲻 河海大学工髑质土学位论文 道菱 。 。 。 蕖 垂 翟 。 雾 萋 。 捶 攀 弩 。 誓 藿 量 霎 霉 晕 垂 |蕈 蓁 墨 薹 蒌 罂 蓍 鋈 罄 萼 霉 冀 蠢 鋈 矧 蓁 蠢 蓬 霎 蓍菱 霎 掘 羹 茎 篓 掣 饕鼙 喜 h q啦 ” 一一 啦 ?了 ? 甲甲 宁 ? ? 甲 7 2 矍| d n 岬 兰 苫 g g i n 一 oo6 目 p j 叫 q啦n 叫 蔫 q 滔 一 凸 一0 斛 一一一 h 厂、 美 窝掣 2o 一 譬n 捣 叵 叫 复 甥 复皇富粤 襄 复 差至 藿 娶 匠 晷 导 v 、 删 n高 鐾塞 出国oo oo g 刊q蚤gt 喜式一晷嶷 群书螺哒磐卜五艇恒星高n_爿野翳撩排餐脚*茸娟器鹫悄hd悄然 7 n j i 每 孝t 秽酬学g 娩义 l c ：2 33 蕞 图2 2 裂隙走向玫瑰花图 2 、中缓倾角裂隙发育规模普遍较大，一般延伸长8 l o m ，长者2 0 3 0 m 。长大 缓倾角裂隙所占比例较大，在统计的6 4 条长度大于2 0 m 的裂隙中，缓倾角裂隙占3 0 条，占统计数的4 7 。高倾角裂隙一般规模较小，延伸长多在1 3 m 之间。 3 、高倾角裂隙面多平直、闭合无充填，显现出较好的性状，而中缓倾角结构面 多弯曲，具有大量垂直擦痕，张开宽度一般0 2 2 c m 不等，方解石或泥钙质充填。 但在地表的溶蚀风化带中，溶蚀风化充泥现象较为普遍。 4 、高倾角裂隙发育间距1 3 m ，连通性较差，连通率一般为t 5 3 0 。中缓倾角 裂隙发育间距1 9 4 3 m ，密集时0 5 1 6 4 m ，连通率高达8 0 9 0 。 2 3 3 层问剪切带 层间剪切带是指灰岩、泥灰岩中所夹的部分软岩，在褶皱变形过程中，碎裂化、 糜棱化，因其结构破坏而性状变差。 坝基及护坦部位，发育1 8 条层间剪切带见表2 2 。其中临湘组( 0 3 。) 中见2 条， 宝塔组( o z b ) 中见8 条，牯牛潭组下段( 0 2 。1 ) 中见3 条，牯牛潭组上段( 0 2 。2 ) 中见3 条，大湾组上段( 0 。3 ) 中见2 条。从表中看出，宝塔组中层间剪切带最发育，平均 1 9 9 m 可见一条；临湘组、牯牛潭组次之，平均5 m 左右可见一条。剪切带宽般l 5 c m ，最宽g ，、g ；s 达l o 2 0 c m ，局部达2 5 c m ，部分剪切带泥化厚度0 1 o 5 c m 。 2 4 岩石的风化 2 a 1 页岩 页岩具颗粒风化特点和较明显的垂直分带性。依其风化程度自上而下大致可以分 为全风化、强风化、弱风化、微风化四带。见图2 3 。 1 、全风化带( i ) ：岩石结构与构造全部破坏，已无原岩结构特征，大部分呈土 状或松散碎片，仅保留少许原岩块体，该带多为林木等植被覆盖。风化厚度0 3 1 m 。 始 y 币虹烊t j 到， 锄乞史 表2 2 五峰龚家坪坝址主要层间剪切带统计一览表 ，捉日剪切带度泥皲 编号特征描述 层位 ( )( ) 自 2 ，3 5n l 黑色糜凌新诗碎屑、碎片，夹方解石细脉 灰绿、深灰绿色麋陵h 潞嘱、岩粉，伴有0 2 呻5 c m 的方m 陌细 o 2 3n l 哪2 脉 舀哂 3 - - - 6n 1灰绿色舜占碎屑、碎片，夹方解石细脉 毋 如 3 6n l 灰绿自剩剡悬岩屑、岩粉，夹方解石细脉 舀锄 3 - - 6n 1黑色糜陵新诗碎屑、碎片，夹方解石细脉 既0 k 2 - - 3n l黑色麋窿惆4 嘱、碎片，夹力懈石细脉 隙、深掘录包喇刻碎屑、碎片，偶夹方解石细脉，遇水b 踢勒 舒。矗 1 2 2 50 3 1 化 器噬 2qn 1 0 2 深把裂幽耀出辞屑、碎片 西q ： 0 5 1 1 n o o灰绿邑糜凌蝴、碎片 盈o0 2 1 9 o 5 0 80 0 0 泥钙贯慈嗔 自l瓯 2 ，3o 1 糜凄牌屑，夹有方解石薄片 趾哦 0 5 in l糜凌黼，夹有方解礴片 g uq ： o s ，2a 灰曝色嚷密日嚼喟、碎片 自4o l 0 5 1 50 1 黑、灰绿色糜凌伏礴嘱，夹有方解石薄片 霸5 4 刁n 1深荚痢劲赋斜牌隔、碎片 野6 1 2 2 4北0 - 5影靴蠊楼悔察屑、碎片，夹疗角靳细腻遇悯塌# 甜讹 7吼 3 - - 6n l深灰、灰绿色糜缕t 牌筒再、碎片 幽8 3 50 2 深灰、少量菀群嵋喇琳碎屑、碎片 8 妊烨t 程坝| _ 学蚴。 i 全风化带i i 强风化带i i i 弱风化带微风化带 图2 3 页岩裂隙性风化垂直分带特征示意图 2 、强风化带( i i ) ：岩体多保持有原岩结构特征，但普遍色变为黄褐色、灰褐色、 杂色。碎裂性疏松结构，锤击为哑声，强度低。沿断层破碎带有土状碎屑状风化物， 厚一般1 5 2 0 m ，最厚可达2 4 4 m 。 3 、弱风化带( ) ：岩体大部分为新鲜状，仅沿层面、裂隙面普遍具有色变，大 部有氧化铁、锰薄膜，沿裂隙面两侧多有一定的风化厚度( 由数毫米到数厘米不等) ， 岩体结构粘结强度降低。该带厚度一般3 5 m 。 4 、微风化带( ) ：岩体一般新鲜，仅沿层面、裂隙面具有部分色变和氧化膜， 岩体强度无明显变异，与新鲜岩石基本一致。 2 4 2 碳酸盐岩 灰岩、泥灰岩主要显现裂隙性溶蚀风化物点。依据岩石的风化程度及其工程地质 性质大致可以分为强烈溶蚀风化带，裂隙性溶蚀风化带和溶蚀轻微带三种类型( 见图 2 4 ) 。 1 、强烈溶蚀风化带 地面强烈溶蚀风化带 裂隙性溶蚀风化带 溶蚀轻微带 图2 4 灰岩溶蚀风化分带特征示意图 此带主要沿断层、裂隙、层面裂隙强烈溶蚀成宽缝，具缝间岩体破碎，块度小等 l 一脚烨t 柑埘i 学雠论史 特点。溶缝一般宽0 1 2 o m 不等，呈上宽下窄的喇叭状，多数充填粘土夹碎石。这 些溶缝在一定深度内纵横交错，其间所包围的岩块多被溶缝分隔为互不相连的孤立状 块体。该带主要发育在地面以下5 1 5 m 和大的岩溶洞穴周围3 5 m 。 2 、裂隙性溶蚀风化带 处在强烈溶蚀风化带以下，以裂隙风化为主，溶蚀作用已大为减弱。此带中溶蚀 面以中缓倾角裂隙为主，层面裂隙次之，陡倾裂隙面较少见，溶蚀宽l 2 c m ，宽者5 l o o m ，多充填粘土。溶蚀裂隙间距，除几个裂除眭断层外，一般2 5 m 。裂隙性溶蚀 风化带在左右岸分布厚度较大，一般2 0 3 5 m ，在河床为1 5 2 0 m 。 3 、溶蚀轻微带 在裂隙性溶蚀风化带以下5 l o m 范围内，岩体较新鲜，偶见裂隙面溶蚀风化色 变。仅在大的岩溶系统周围表现为裂隙性溶蚀风化特征。 2 5 岩溶 2 5 1 坝址附近岩溶发育特点 本区隶属鄂西南中高山地，地势东、北、西三面高山环抱，高程1 7 0 0 2 0 0 0 i n ， 向南西地势较低，高程一般1 2 0 0 1 4 0 0 m 。西侧发育有本区地形最低的柏顺河，河床 地面高程4 5 0 6 8 0 m ，也是本区的唯一低级侵蚀基准面。由于高山区最大的河流湾潭 河自n e 向s w 深切中部，河床在面高程1 1 l o 1 1 6 0 m ，从而构成以湾潭河为中心，向 s w 方向倾斜的盲肠盆状地形。区内碳酸盐岩分布广泛，气候湿润，雨量丰沛，因此， 溶蚀洼地、溶蚀槽谷、溶蚀漏斗，落水洞等岩溶地貌十分发育。高山河流除湾潭河外， 还发育有6 条河流，它们是深溪河、前进河、刀枪河、崩坝河、双溪河等。除深溪河 位于湾潭河以南外，其余大多数均分布在湾潭河以北，河流均垂直岩层走向发育，自 n w 流向s e ，河床地面高程11 2 0 1 4 0 0 m 左右，河流长度5 5 1 3 k m 。除深溪河外，其 余河流的河水都在奥陶系和寒武系三游洞群的灰岩中，转入地下暗河系统，于柏顺河 源头泉群排泄( 见图2 5 ) 。通常在河流水量不大的情况下，各条河流的河水，只在志 留系、泥盆系砂、页岩河段及其上游灰岩河段流淌，进入奥陶系中统宝塔组灰岩河段， 水量开始漏失，河水明显减少，至奥陶系红花园组和南津关组灰岩河段，河水进入地 下，逐渐消失。表现出奥陶系、寒武系灰岩的岩溶作用特别强烈的特点，刀枪河龚家 坪坝址就位于这样一个强岩溶环境中。据前期所作连通试验及资料分析，流经坝址及 _ m 嘴日默i 荆m | 文 其附近的地下暗河系统主要是沿岩层面发育，其中较大规模的地下暗河系统主要有三 条。 l 、i 号暗河系统进口，主要为崩坝河、刀枪河、前进河等在宝塔灰岩中形成的 落水洞群，顺层向n e 方向运移，击穿大湾组泥灰岩后进入红花园组地层中的暗河系 统，最后于柏顺河源头的岩溶泉排泄。 2 、i i 号暗河系统，位于湾潭河的二道河段及前进河的小湾一带落水洞群、刀枪 河河口罐子洞、崩坝河与双溪河河口岩门垭落水洞，从柏顺河河源的扁口洞排出。 3 、i i i 号暗河系统进口，位于湾潭河的白果湾段、前进河的横渡口一带发育的落 水洞群，顺层向s w 方向运移，并在地面8 0 0 9 0 0 m 高程附近地下暗河段交汇湾潭河 河口大氽、小氽落水洞群下汇的地下水，从柏顺河的柏顺观泉群排出。 可见，这是一个与本区特定地质结构和水文地质条件密切相关的复杂强岩溶作用 区。 从地层组成看，奥陶系寒武系上统三游洞灰岩厚达1 4 9 5 m ，且灰岩质纯，是岩 溶发育的良好地层。该区东、北、西三面有厚达1 3 0 0 余米的志留系页岩隔水层，南 有泉坪背斜核部隆起的厚4 7 3 m 的寒武系中统覃家庙群白云岩、泥质白云岩相对隔水 层阻隔，从而使得该区成为一独立的岩溶系统。区内受泉坪背斜构造影响，岩层走向 n e s w ，倾n w 倾角6 0 8 7 。地形上东有深切的湾潭河，地面高程仅l l l o 1 1 6 0 m ， 南西侧有本区唯一深切的柏顺河，下切深达6 0 0 余米。因此，来自包括北部大遍地区 在内的大量地表、地下水极易在该区汇集，并沿陡倾的岩层层面向更低的邻谷柏顺河 排泄，这就是为什么暗河通道方向与岩层走向近于一致的原因。同时还可以看出，本 岩溶系统的下限深度，并不受高山河流自身控制，而是受4 5 0 6 8 0 m 高程的柏顺河侵 蚀基准面控制。 2 5 2 坝基岩溶发育的特点 坝基分布的地层主要为奥陶系碳酸盐岩及志留系砂页岩类。志留系为非岩溶化地 层；奥陶系南津关组、分乡组、红花园组、牯牛潭组上段和宝塔组均以灰岩为主，属 强岩溶化地层：大湾组、牯牛潭组下段、临湘组为泥灰岩，属弱岩溶化地层。通过地 表的调查，发现岩溶发育的主要形式为溶沟、溶槽、溶蚀裂隙及水平溶洞等。 ( 1 ) 溶沟、溶槽 主要分布在河谷两岸，以顺层溶蚀和陡倾角裂隙为主，一般溶蚀宽0 5 l m ，深 涧海大学工国受拉新撇 舌!碹n_【 碡粒椠檄峨蔺撇琅懋鼎彬黠怔剐蚓回撑目 舞辱_【_妒骠越卿赠建昶o_【丑霹磐。辱磐辱*蜒h 永毯熙删霹k玳蒜蜡赵弧懋蒜叫，导峨理球n矩慨垛鄹怕一 。圈=日2圉。囹。圈。曰。田。日。图。圉。圉日 匝艇临霉蟋碧仪*终弧蚪莲爿野翳聪排 b 由囤 j i - 脐葛匀：程唢 等龇艾 3 5 m ，最深7 8 m ，一般长3 5 m ，最长8 l o m ，内充粘土夹碎石，呈上宽下窄，发 育问距一般2 5 m 。 2 、溶蚀裂隙 主要指埋藏在地下一定深度以内的溶蚀结构面，从地表测绘，1 。、2 4 勘探平硐及 溶洞揭示情况看：浅层岩体中沿缓倾角裂隙及断层普遍有溶蚀充泥，裂隙溶蚀宽度一 般为0 3 l c m ，断层宽度一般为1 l o c m ，宽者4 0 6 0 c m 缓倾角裂隙溶蚀率为3 0 6 0 。从勘探钻孔揭示情况看：溶蚀裂隙主要分布在11 8 0 m 高程以上，其下裂隙性状 明显变好。 3 、水平溶洞 坝址区的水平溶洞分为k 。、瞄两大岩溶系统，施工期间实测大小水平溶洞2 8 个， 其中k 8 岩溶系统包括k 、i ( 8 。，、k 。k 。、1 ( 8 。、i ( 日。k 。、k 、k ：。、k 。一。等大的岩 溶洞穴；k 。岩溶系统包括k 9 、k 。等大的岩溶洞穴。见表2 3 ，从表中可以看出以下特 点： 1 ) 所有水平溶洞均顺层发育，且其顶、底板受缓倾角结构面的控制。宝塔组地 层中，发育有i ( 8 。i ( 8 + 。k 。曲、 ( 8 十。k h 、k 。、k ，。k 。k ，、k 2 、l ( 6 、k ，、k 。：、k 。、 k 。等1 6 个大小溶洞。牯牛潭组上段地层中发育有k 9 、k 。、k 。、k 。、k 。、k 、k 。、 k ，。、k 盯、k 。、k 。、k 。等