水庫環(huán)境工程地質(zhì)探討范文
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一、地質(zhì)構(gòu)造
某水庫在大青山隆起區(qū)，而壩址區(qū)處于大青山隆起區(qū)與上店斷陷盆地的交接部位。庫區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，不同時期，不同方向的斷裂相互交織形成區(qū)內(nèi)復(fù)雜的構(gòu)造痕跡，以斷裂的走向可分為：近東西向、北東向和北西向三組斷裂。北東向和北西向區(qū)域斷裂在庫區(qū)發(fā)育，兩組斷裂交錯，北東向斷裂多切錯北西向斷裂，南北盤多向北東方向錯開，但錯距不大；該兩組斷裂交叉的夾角，南北向為鈍角，東西向為銳角，兩組斷裂互相切割、互相制約，為一組共軛斷裂。近東西向斷裂主要分布在庫區(qū)南部山區(qū)和北部陶營鄉(xiāng)一帶，離庫區(qū)約25km左右。上述各組斷裂主要形成嵩陽期末、王屋山期和燕山期。水庫區(qū)位于大凹嶺~楊圈北西西向傾伏背料的北冀，多是單斜地層，走向340°。傾向北東，傾角10~30°，其中發(fā)育有北東東向、北西西向和近東西向三組斷裂，北東東向和北西西向斷裂尤其發(fā)育，它們互相切割、互相制約，為一級共軛斷裂。
1．水庫滲漏（1）庫區(qū)滲漏庫區(qū)山體渾厚，兩岸分水嶺高程一般在500~1,000m，無低矮單薄分水嶺。庫區(qū)兩岸出露巖層多為安山巖、安山玢巖，巖體呈弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙寬度0.5~1.5mm，多為半充填、充填，裂隙延伸長度一般l~3m，局部達5m以上，弱透水性。F1正斷層在鴨蘭溝口上游約510m處，沿近EW走向向庫外伸展600m后(此處高程430m，高于庫區(qū)正常蓄水位400m高程）隱伏于更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土之下。斷層帶內(nèi)主要為鐵硅質(zhì)膠結(jié)的角礫巖為主、見糜梭巖、斷層泥，見高溫?zé)Y(jié)現(xiàn)象，斷面平直、光滑，有水平擦痕。粉質(zhì)粘土厚度大，弱透水性，斷層帶膠結(jié)較好，不存在沿斷裂帶滲漏條件，F(xiàn)3、F4斷裂可能切穿庫岸山體與臨近陸渾水庫相連，但該斷裂為壓性斷裂，斷層帶內(nèi)泥、角礫巖膠結(jié)較好，致密，不存在沿斷裂帶滲漏條件。綜合上述，庫區(qū)不具備向相鄰低谷滲漏及深層滲漏條件，地形地質(zhì)封閉較好，庫區(qū)不存在永久滲漏問題。（2）壩肩滲漏問題左岸岸坡下部呈階梯狀，巖性為壤土或粉質(zhì)鉆土，呈硬塑狀態(tài)，弱透水性。據(jù)調(diào)查，地表所見沒有發(fā)生或可能發(fā)生的滑坡體，但由于各階梯狀臺地高程相差較大，壩高不同，強度是否滿足設(shè)計要求應(yīng)進行驗算；岸坡上部較陡，基巖裸露，巖性為安山玢巖，強度高，巖體呈弱風(fēng)化，裂隙發(fā)育，大多微張，且多為高角度，滿足其穩(wěn)定要求；岸坡下部土層表層因耕種原因，含有植物根系，結(jié)構(gòu)松散，應(yīng)清除，岸坡上部需要清除松動巖體。右岸岸坡陡立，基巖裸露，巖性為安山玢巖，強度高，巖體呈弱風(fēng)化，裂隙發(fā)育，多微張。壩肩處f40、f43斷層走向與岸坡呈高角度，規(guī)模小，對擬建壩體滿足其穩(wěn)定要求。但壩肩表層需進行適當(dāng)清坡處理，清除松動巖體。上部為第三系礫巖，強風(fēng)化，泥質(zhì)膠結(jié)差，強度低，抗沖刷能力弱，庫水存在岸坡穩(wěn)定問題。壩址左、右岸壩肩山體相對單薄。左岸上部巖體（高程367.26m以上）滲透率大于5.0Lu。右岸山體陡立，巖體裸露，裂隙發(fā)育。高程365.8~350.4m巖體滲透率大于5.0Lu，1971年洛陽水利勘測設(shè)計院在此勘探期間，作壓水試驗時，山坡出現(xiàn)大量涌水現(xiàn)象，存在滲漏問題。受河流侵蝕及人類活動修路切坡影響，右岸邊坡發(fā)育有強卸荷帶，坡體呈懸坡，厚度為垂直地表5~10m，深度自邊坡坡頂，延伸至河谷底，裂隙張開局部達1~2cm，連通性好，裂隙面普遍銹染，雨季沿裂隙見線狀水流。根據(jù)掛龍夼隧洞雨后洞頂部出現(xiàn)滲水、漏水，判斷右岸壩肩存在繞壩滲漏問題，建議進行固結(jié)、防滲處理。
2．庫岸穩(wěn)定水庫庫岸組成以硬質(zhì)基巖為主，部分為第四系地層。安山巖、安山玢巖成層性差。裂隙雖發(fā)育，但延伸長度短，傾角較陡；石英斑巖等侵入巖，致密、堅硬。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育的北西西~北西向斷裂幾乎與庫岸直交，北東向斷裂雖與庫岸交角較小，但其傾角陡，因此形成滑塌可能性很小。基巖邊坡基本穩(wěn)定。據(jù)實地調(diào)查，自谷底算起，30~50m以上坡角較緩，不大于25°，岸坡比較穩(wěn)定；30~50m以下坡角較陡，多數(shù)也已長期穩(wěn)定。汝河左岸古莊坡和圪陡之間，局部位置因修建公路后形成巖體卸荷，在卸荷帶范圍巖體質(zhì)量較差，雨季該段造成多處坍塌，一般坍塌范圍長10~30m左右。圪陡及上凹自然村處高程400.0~475.0m分布的地層上部為Q3的壤土、粉質(zhì)粘土，厚度一般2~5m，下部為安山巖、安山玢巖。組成庫岸的壤土、粉質(zhì)粘土抗沖刷能力差，遇水易軟化，高水位時由粉質(zhì)粘土構(gòu)成的庫岸受波浪的影響會產(chǎn)生規(guī)模不大的剝落、崩塌等塌岸情況。目前圪陡及上凹自然村民房多分布在405~450m左右，水庫高水位時由于受波浪的影響產(chǎn)生的庫岸塌岸對圪陡現(xiàn)民房安全造成一定威脅。南河右岸寨坡村西部地形陡峻．發(fā)育北東向、北東東向、北西向三組裂隙，其中北東向產(chǎn)狀與山坡近于平行，裂隙互相切割，裂隙面內(nèi)白色高嶺土充填，雨季極易發(fā)生崩塌，分布高程在450~550m之間；古裝坡北部和古裝坡處由于斷層和裂隙的影響也有少量塌區(qū)。以上滑坡體方量小，坍塌塊體－般0.3~0.5m，附近沒有居民點，又遠(yuǎn)離壩址區(qū)，因此對水庫的安全運行不會產(chǎn)生大的影響。庫岸坡部分為階地，岸坡下部巖性主要為第四系上、中更新統(tǒng)粘性土，強度較高，該層下部多夾卵石或碎石，大部分坡壁陡峭，且植被發(fā)育不好，在庫水浸沒、沖蝕、風(fēng)浪和水位升降作用過程中可能產(chǎn)生塌岸。庫區(qū)內(nèi)村莊遷移和局部塌岸不會對生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。
3．庫區(qū)浸沒庫區(qū)正常蓄水位400.0m。庫岸主要由安山巖、安山玢巖組成，巖體弱透水性，兩岸山體綿延渾厚。F3、F4斷裂為壓性斷裂，斷層帶內(nèi)泥、角礫巖膠結(jié)較好，致密，F(xiàn)2斷層雖在壩址區(qū)靠近右岸貫穿河床，其破碎帶寬度5~18m，但根據(jù)壩基河床鉆孔壓水試驗表明，破碎帶巖體透水率小于2.0Lu，弱透水性。所以不存在越流鄰谷而發(fā)生浸沒問題。庫區(qū)庫尾左岸廟嶺自然村、圪陡及上凹自然村處地貌主要分布的臺階狀緩坡，每級臺高2.0~3.0m，總體坡度25°~35°；分布的地層上部為Q2的粉質(zhì)粘土（前緣厚2.0m左右，后緣厚10~13m），下部為Pt2m的安山玢巖，粉質(zhì)粘上及安山玢巖具微~弱透水性。覆蓋層Q2的粉質(zhì)粘土分布高程在404m以上，高于400m的水庫正常蓄水位。粉質(zhì)粘土及安山玢巖為相對不透水地層，根據(jù)水庫浸沒評價判斷條件初判為不易浸沒地區(qū)。庫區(qū)右岸上莊、下莊自然村處Ⅰ階地現(xiàn)地面高程在413~416m，地勢較平緩，地層結(jié)構(gòu)為上部2.0m厚Q42的壤土，下部為砂卵石地層，壤土具弱~中等透水性，砂卵石具中~強透水性，在水庫正常蓄水位400m左右分布為砂卵石地層，壤土底面距正常蓄水位高差較大，判斷一般不易產(chǎn)生浸沒。Ⅰ階地上分布的Ⅱ階地及左岸黃莊鄉(xiāng)所在Ⅱ階地在416m以上，地層結(jié)構(gòu)上部為Q3的粉質(zhì)粘土，厚5.0~10.0m，下部為砂卵石地層，初判不易產(chǎn)生浸沒。庫區(qū)右岸紅椿園自然村西側(cè)Ⅰ階地現(xiàn)地面高程在408~409m，地勢較平緩，地層結(jié)構(gòu)為上部0.5m厚Q42的壤土，下部為砂卵石地層厚3~8m，在水庫正常蓄水位405m左右分布為砂卵石地層；壤土具弱~中等透水性，砂卵石具強透水性，一般情況下，不會發(fā)生浸沒，若受庫水位頂托地下水抬升至砂卵石地層頂面時可能發(fā)生浸沒，但分布范圍小。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗，Q42的壤土土層毛細(xì)管上升爬高一般在0.8m左右，Q3、Q2的粉質(zhì)粘土土層毛細(xì)管上升爬高一般在l.0m左右。
4．水庫誘發(fā)地震可能性預(yù)測（1）某水庫處于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，沒有第四系斷層，因此不可能誘發(fā)大的地震。（2）本區(qū)火山巖系（熊耳群）巖石脆性較大，斷層裂隙發(fā)育，有些斷層延伸十幾公里乃至幾十公里，有些地段北東向和北西向兩組共軛節(jié)理每平方米可達10~30條，風(fēng)化裂隙也較多見，這些工程地質(zhì)條件均有利于庫水滲入。第三系礫巖層厚，風(fēng)化嚴(yán)重，底部古地形起伏不平、變化大，長期浸泡水下也會增加巖體失穩(wěn)的可能性，第四系的上部多為壤土、粉質(zhì)粘土，可以阻滲，但分布范圍小，連續(xù)性差，河床為砂卵石則不能阻滲，庫水入滲將改變下部巖體的力學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致應(yīng)力的重新分布。（3）根據(jù)區(qū)域應(yīng)力場資料，本區(qū)位于大范圍內(nèi)走滑震源錯斷星點狀分布區(qū)，以北東東~近東西向優(yōu)勢壓應(yīng)力場為主要特征，應(yīng)力水平不高，預(yù)計不超過7~8MPa。另外，熊耳群火山巖系中，安山巖、英安巖和石英斑巖占絕大多數(shù)，總體上仍屬堅硬完整巖石，盡管它們礦物成分上有些差異，但作為統(tǒng)一的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)單元，其軟化系數(shù)相差不大，其中地下水多屬表層風(fēng)化殼水，由于風(fēng)化殼厚度有限，所以埋藏淺，其接受大氣降水補給，多在當(dāng)?shù)嘏判梗渲邪l(fā)育的斷層有些含水或透水，但由于斷層規(guī)模和充填物在空間上變化大，基本上不具備形成有統(tǒng)一水力聯(lián)系的大規(guī)模承壓水的條件，而且淹沒長度不大于10km；下第三系砂質(zhì)泥巖、頁巖、泥灰?guī)r地層，裂隙斷層均不發(fā)育，雖風(fēng)化較深，但泥質(zhì)含量高，蓄水程度弱，透水性差；第四系覆蓋層部分地段為中~高液限壤土、粉質(zhì)粘土，有礙于庫水下滲，所以，某水庫可能發(fā)生的水庫誘發(fā)地震只能是因應(yīng)力場的調(diào)整引起的淺源弱震。庫區(qū)斷裂構(gòu)造雖較為發(fā)育，但從地質(zhì)測繪和鉆探資料分析，各斷層均沒有錯斷更新世以來的地層。說明更新世以來沒有明顯活動；破碎帶內(nèi)膠結(jié)較好，弱透水性，庫區(qū)巖石多為安山巖、安山玢巖，巖體裂隙發(fā)育，傾角較陡，大多為微張，連通性差，弱透水性，蓄水后的庫區(qū)匱乏導(dǎo)致產(chǎn)生地震的滲漏條件、巖石圈封閉條件較好，在現(xiàn)今應(yīng)力作用下與深部不易產(chǎn)生水力聯(lián)系；庫區(qū)除局部位置存在少見塌岸或滑坡外，岸坡穩(wěn)定；庫區(qū)自1960年以來發(fā)生地震震級一般都在2~3級以下，表明構(gòu)造應(yīng)力活動十分微弱。通過上述分析，另與處于同一地質(zhì)構(gòu)造單元的大（Ⅰ）型某水利樞紐主體座落在伊河斷裂控制的嵩縣斷陷盆地內(nèi)，該盆地形成于早第三紀(jì)，結(jié)束于晚第三紀(jì)，地貌以低山丘陵為主，主要分布有下第三系礫巖，砂質(zhì)泥巖、頁巖等地震基本烈度為6度，歷史上未曾有微震活動。1958年建成蓄水后，多年運行比較，未曾發(fā)生過誘發(fā)地震。整體上認(rèn)為水庫蓄水后發(fā)生較大誘發(fā)地震的可能性較小。
5．淹沒與淤積問題水庫淤積物的來源主要是二級以上階地上的粘性土，庫區(qū)綠化率低，水土流失較嚴(yán)重，但其分布面積有限，另外，第三系礫巖地表多為全~強風(fēng)化，抗沖刷能力差，也是庫淤積物來源之一，但出露面積更小；各類火山巖系及中生代侵入的石英斑巖，地表多為弱~微風(fēng)化，抗沖刷能力強，其中構(gòu)造發(fā)育，山體破碎地段，有可能產(chǎn)生坍塌，但方量小，所以某水庫不會產(chǎn)生嚴(yán)重的淤積問題。
6．泥石流問題庫區(qū)范圍硬質(zhì)基巖分布廣泛，高坡及山頂即使有農(nóng)田開墾，亦為薄的基巖風(fēng)化層，不存在泥石流產(chǎn)生的可能性。
三、結(jié)論
（1）本區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺（Ⅰ）的華熊臺緣坳陷（Ⅱ2）內(nèi)的崤山~魯山拱褶斷束（I32）三級大地構(gòu)造單元內(nèi)。區(qū)內(nèi)的上店斷陷盆地和大青山隆起區(qū)均屬構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，第四紀(jì)以來構(gòu)造較穩(wěn)定，無活動斷層，歷史上沒有發(fā)生過大于3級的地震，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度。庫區(qū)不存在斷層活動和強震活動引起誘發(fā)地震的可能。但水庫蓄水后應(yīng)力場調(diào)整和局部重力失衡存在誘發(fā)地震的可能，震級上限預(yù)測為3.0級，其影響烈度不超過5度。根據(jù)構(gòu)造和巖體破碎條件，預(yù)測可能發(fā)生水庫誘發(fā)地震的地段在王建莊~圪陡村之間。（2）庫區(qū)除汝河左岸古莊坡和圪陡之間等局部位置存在少量塌方、紅椿園自然村西側(cè)Ⅰ階地上在小范圍內(nèi)可能發(fā)生浸沒外，其它不存在庫岸穩(wěn)定、滲漏、浸沒、泥石流等工程地質(zhì)問題，無埋藏重要礦產(chǎn)資源。左、右壩肩山體單薄，存在繞壩滲漏問題，建議采取處理措施。
作者：張志敏張永央曹東勇單位：河南省水利勘測有限公司