理工核心论文发表-承德市双峰寺水库坝基及坝肩的稳定性分析
发布时间：2013-06-05
摘要：双峰寺水库主要是解决承德市防洪安全及城市供水的大型水利工程，大坝为碾压混凝土重力坝型。坝基及坝肩为风化程度强弱不同的变质岩体，抗滑稳定性是影响大坝安全的重要工程地质问题。通过对该问题的研究，进一步深化了场地的工程地质评价，为设计部门提供了合理的地质依据，为工程建设提供可靠保障。
关键词：理工论文,核心论文发表,岩体,坝基及坝肩,稳定性,地质问题
双峰寺水库是解决承德市防洪安全及水资源供需矛盾，防止生态环境持续
恶化等问题的大型水利工程。水库地处承德市区上游12km，总库容1.37亿m3，正常蓄水位389m，以河流域防洪为主，并兼具城市供水及发电等多项功能。
水库设计坝型为混凝土重力坝，坝顶高程396.1m，设计正常蓄水位389.0m，坝顶长度533m，最大坝高50.1m。
坝址区地质条件比较复杂，工程问题较多，其中坝基及坝肩抗滑稳定是影响坝体安全的重要地质问题。
1区域地质概况
库区地处内蒙古高原向华北平原的过渡带，为燕山北麓低山河谷地貌, 地势总体北高南低，沟谷间山体浑厚，峰峦叠起。
区域内岩相复杂多变，岩浆岩、变质岩、沉积岩均有分布，以岩浆岩及变质岩分布最为广泛，沟谷及河岸则多分布松散沉积物。
流域内主要河流为滦河支流武烈河，汛期降雨后河水激涨迅泄，历时短暂，水位回落后水流平缓，径流渐小。
河流两岸为不对称山谷，由于河流侧向侵蚀，山体陡峻。两岸断续分布由黄土底砾、黄土状土构成的二级阶地，阶面宽度一般300～500m，受坡水冲蚀及人为活动影响破坏严重。
2 坝基岩体抗滑稳定性分析
水库枢纽工程主要由拦河坝、泄洪建筑物及引水建筑物、电站等组成，拦河坝型式为碾压混凝土重力坝，由左岸非溢流坝段、电站坝段、泄洪底孔坝段、溢流坝段和右岸非溢流坝段组成。
坝基岩体为黑云斜长片麻岩，呈现强、弱、微三种风化状态。坝基抗滑稳定主要决定于坝体混凝土与基岩接触面的抗剪切强度及岩体的抗剪切强度，其中软弱夹层和软弱结构面的产状、延续性、填充物质以及与其他结构面的组合情况，往往对坝基抗滑稳起控制性作用。
2.1强风化岩体抗滑稳定性
强风化岩体普遍破碎，节理裂隙发育，厚度1～8.8m，底面高程348.6～357.9m，厚度不均。钻孔声波测试纵波波速大部分2500～3500m/s，按岩体结构分类属碎裂结构，按坝基岩体工程地质分类为Ⅳ类岩体。
强风化岩体单轴抗压强度建议值为25MPa，属于较软岩，承载力建议值1000kPa，变形模量2.0×103MPa，强度较低。岩体与混凝土接触面抗剪断强度建议值：f'=0.70、c'=0.35MPa，岩体的抗剪断强度建议值：f'=0.60、c'=0.35MPa，抗剪强度指标偏低。
强风化岩中节理裂隙大部分倾向上游，倾角多大于45°，基本不存在不利于坝基稳定的缓倾角软弱结构面，也未发现稳定的软弱夹层、断层破碎带等分布，对坝基抗滑稳定影响不大。但强风化岩体强度较低，完整性较差，具有较低的抗变形能力，不适宜作为坝基， 应以挖除。
强风化岩体开挖厚度1～8.8m，基坑开挖后，不同产状的节理裂隙对边坡稳定有较大影响，根据坝基节理产状及开挖坡向画出赤平投影图，见图1。通过图1可以看出，有一组节理倾向与基坑开挖坡向基本一致，如果开挖坡比大于或等于节理倾角，开挖边坡即处于不稳定状态，建议开挖坡比为1：0.5，并及时采取防护措施，防止塌滑;其它两组节理倾向与坡向相差较大，对边坡稳定影响不大;但不同的节理组合对岩体造成切割，可能形成不稳定楔体，致使局部塌落。
2.2弱风化岩体抗滑稳定性
大坝基础建议座落于弱风化片麻岩体中，岩面最大埋深17.7m，最低顶面高程348.6m，岩体节理裂隙轻度～中等发育，钻孔纵波波速一般3500～5000m/s，岩体完整性系数0.43～0.89，岩体工程地质分类为Ⅲ类，岩体整体坚硬、完整。岩石/混凝土抗剪断强度建议值f'=0.95、c'=0.80MPa，岩体抗剪断强度建议值f'=1.0、c'=0.90MPa，抗剪切强度指标较高。
弱风化岩中节理裂隙也大部向上游方向倾斜，少量倾向下游的节理倾角大于45°，未发现不利于坝基稳定的缓倾角软弱结构面及软弱夹层，无明显的风化深槽及断层破碎带、节理密集带等地质问题，岩体强度较高，完整性较好，具有较高的抗滑、抗压缩变形能力。
根据节理裂隙的地质特性，提出无充填结构面抗剪、抗剪断强度参数经验值：f'=0.60、c'=0.15MPa;c=0.50MPa。
通过钻探、平洞、竖井等勘察，坝基岩体未揭露规模较大的地质构造，但不同的节理组合形成了产状各异的结构面，结构面的不利组合对坝基抗滑稳定可能会产生一定影响，特别是贯通性结构面对岩体的完整性影响较大，抗滑移稳定性可能会降低。但勘察发现，坝基结构面一般延伸较短，闭合性较好，对岩体切割较差，未发现对坝基岩体完整性起决定作用的规模化优势结构面，对抗滑稳定影响不大。
溢流坝段坐落于弱风化岩体上，该坝段校核洪水位水流挑距63.92m, 根据大坝单宽流量、上下游水头差、下游水深、采用的泄流形式等计算出冲坑深度9.18m(从基岩算起)，高于建基面高程约1m。坑底为弱风化片麻岩，岩体次块状结构，完整性较好，无软弱岩体或影响岩体稳定的地质构造，抗冲刷能力及稳定性较强。
通过对溢流坝段、非溢流坝段、底孔坝段及电站坝段的稳定及应力计算，抗剪断安全系数基本荷载组合均大于3.0，特殊荷载时均大于2.5，在各种荷载组合情况下坝基最大垂直压应力小于基岩的允许承载力3.5MPa ,坝基面未出现拉应力，满足规范对稳定性及应力的要求。
3坝肩岩体稳定性分析
3.1左坝肩稳定性
坝肩分布岩体为黑云斜长麻岩，勘察揭露全、强、弱三种风化状态。
全风化岩厚度4.1～11m，层底高程382.5～402.1m，向河床方向倾斜。钻孔揭露岩芯多呈土状及散粒状，强度低，稳定性差，不宜作为重力坝坝肩。
强风化岩厚度0.7～4.9m，顶面高程382.5～402.1m。岩体普遍破碎，节理裂隙较发育，钻孔声波波速大部分低于2500m/s，按岩体结构分类属镶嵌碎裂结构，完整性及稳定性较差。地基承载力建议值1000kPa，单就岩体强度而言，可作为低坝段基础持力层，但需进行固结处理，工作量较大。
弱风化岩厚度0.7～4.9m，顶面高程382.5～402.1m。钻孔声波波速大部分大于3500m/s，岩体结构分类属次块状结构，完整性及稳定性较好，地基承载力建议值3500kPa，是较好的重力坝基础持力层。
左坝肩基岩全、强风化岩厚度较大，全风化岩最大开挖厚度8.2m，岩体风化呈砂土状，局部夹碎岩块，稳定性较差，遇水或长时间暴露会加剧不稳定性，建议开挖边坡1:1.75，并及时防护。强风化岩最大开挖厚度10.7m，岩体破碎，节理较为发育，基坑开挖后，不同的结构面组合对岩体稳定性产生较大影响，通过图2可以看出，基坑开挖坡向分别与一组节理倾向基本一致，如果节理倾角小于或接近于开挖坡角，开挖边坡即处于不稳定状态，建议开挖坡比1:0.5，并及时采取防护措施，防止塌滑。
3.2右坝肩稳定性
右坝肩基岩裸露，分布岩体为片麻岩，山体相对高耸陡立，坡角超过50°,最大高程462.86m，相对高差约100m。
右坝肩有三组节理比较发育，节理间距大部0.5～1m，延伸长度多在2～8m。岩体完整性较好，呈弱风化状态，结构分类属次块状结构。
为探查右坝肩岩体完整性、稳定性及风化特征，在右坝肩对侧的小碾子沟内顺坝轴线方向布置一条平洞，洞长104m ,洞底高程390.0m。在洞内进行岩体变形试验、抗剪切试验及声波、地震波测试等。
平洞勘察表明，除表层不稳定岩体外，右坝肩山体大部稳定，岩体坚硬完整，无大的断裂破碎带、节理裂隙带、不稳定滑裂面等地质构造问题，对坝肩稳定无明显不利影响。
坝肩部位主要有三组节理发育，第一组：走向NE30°～35°、倾向SE、倾角20°～25°，延伸长度15～20m。该组节理虽然倾角较缓，但倾向与坝肩坡向呈现的角度较大，对坝肩岩体稳定影响不大。
第二组：走向NW350°、倾向NE、倾角65°～70°，延伸长度2m，节理面张开1～2mm，局部夹有次生泥膜。该组节理倾向与坝肩坡向一致，倾角与坡角较为接近，对坝肩稳定有一定影响，但该组节理延伸较短，对岩体切割较轻，未形成稳定的滑裂面;次生泥膜多为节理面在风化、地下水等外应力作用下形成，多分布在岩体浅表，对坝肩岩体稳定影响不大。
第三组：走向NW280°、倾向NE、倾角80°，延伸长度6～8m，节理面局部张开5～10mm，可见夹有次生泥膜。该组节理倾向与坝肩坡向一致，倾角大于坝肩坡角，对坝肩岩体稳定影响不大。
在洞内进行了野外大型剪切试验，弱风化岩体/混凝土抗剪断强度建议值为： f′=0.95，c′=0.80MPa，强度较高，抗滑移稳定性较好。
4 结 论
(1)坝基强风化岩体节理裂隙发育，大部破碎，属碎裂结构，抗变形能力低，易产生沉降稳定问题，不宜做为重力坝地基。
(2)弱风化岩体属块状结构，完整性及强度较高，未发现不利于坝基稳定的缓倾角软弱结构面及软弱夹层，对坝基抗滑稳定影响不大。岩体内无明显的风化深槽及断层破碎带、节理密集带等地质问题，具有较高的抗滑、抗压缩变形及抗侵蚀能力，各坝段稳定及应力计算符合规范要求，是较好的重力坝地基。
(3)流坝段卵石层厚度6.9m左右，下覆片麻岩，强风化片麻岩厚度2.3m，其下为弱风化岩。冲坑底为弱风化片麻岩，岩体完整性较好，局部节理发育，无软弱岩体或影响岩体稳定的地质构造，抗冲刷能力较好。
(4)左坝肩覆盖层厚度2.7～9.9m，上部岩体较破碎，节理裂隙较发育，岩体完整性及稳定性较差。
(5)右坝肩岩体呈弱风化状态，总体完整，稳定性较好。
[作者简介]郭建礼(1970-)，男(汉族)，山东潍坊人，高级工程师，主要从事水利水电工程地质勘察及检测工作，
参考文献:
[1]水利部河北水利水电勘测设计研究院.河北省承德市双峰寺水库初步设计报告[R].2012，1.
[2]GB50487-2008,《水利水电工程地质勘察规范》[S].
[3]林宗元.简明岩土工程勘察设计手册[M].北京.中国建筑工业出版社，2003.
[4]常士骠，张苏民，等.工程地质手册[M].北京.中国建筑工业出版社，1990.
[5]林在贯，高大钊，等.岩土工程手册[M].北京.中国建筑工业出版社，1994.
[6]孙玉科.边坡岩体稳定性分析[M].北京.科学出版社，1988.
[7] GB50007-2002,建筑地基基础设计规范 [S].
[8]张卓元.工程地质分析原理[M].北京.地质出版社，1981.
[9]宋春青.地质学基础[M].北京.高等教育出版社，1992.
[10]周潜.重力坝深层抗滑稳定分析[D].天津.天津大学出版社，2001.
[11]潘家铮.建筑物抗滑稳定和滑坡分析[M].北京.水利出版社，1980.
[12]潘家铮.重力坝设计[M].北京.水利电力出版社，1987.
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