摘要从地形地貌、水库渗漏、库岸稳定、地层岩性、湿陷性等方面概述了玛纳斯县旱卡子滩水库大坝的工作地质情况,对大坝稳定性等情况进行了综合分析,为消除水库现存病险情,恢复、提高水库调蓄能力,确保水库正常运行和下游灌溉提供参考。
关键词旱卡子滩水库大坝;工程地质;稳定性分析;建议;新疆玛纳斯
玛纳斯县旱卡子滩水库于1995年开工建设,1997年8月工程建成,水库原设计总库容108万m3,设计控制灌溉面积1 333.33hm2,是一座以灌溉为主的注入式小(1)型山区水库。水库枢纽由大坝和放水涵洞组成。坝体为均质土坝,坝高18m,坝长267.7m,顶宽5m。放水涵洞断面型式为城门洞形,涵洞全长100m。由于大坝填筑质量差,多年来一直未运行。近年通过大坝安全鉴定,确定旱卡子滩水库属三类病险库,2010年将完成除险加固工程任务。
1工程地质概况
1.1地形地貌
玛纳斯县旱卡子滩水库位于准噶尔盆地南缘凹陷区的前山丘陵地带,库区处于丘陵地区2条较大沟谷洼地交汇处,2条沟在水库库盘一带交汇。坝址处在2条沟谷交汇处地形相对狭窄的沟谷段,谷底宽仅60m,上宽170m,两岸山坡相对高程1 362m,形成一个平面上呈簸箕状的水库地形。库区范围地质构造简单,主要是由第三系泥岩、砂岩组成的单斜构造,岩体节理、裂隙不发育,未发现有断裂构造及新构造活动的形迹。库区物理地质现象不明显,调查没有发现滑坡、崩塌和泥石流的形迹,地表有较厚牧草植被,侵蚀切割较弱。wWW.133229.Com另库盘内有小冲沟发育,一般宽1.5~2.0m,深1.1~1.2m,两侧淤积物层理明显可见,杂色,表面形成龟裂。水库区水文地质条件简单,库区未发现泉水出露,沟谷均为干谷,仅在雨季时有地表径流,库区地下水资源较贫乏。该区地震动峰值加速度为0.20g,地震基本烈度为ⅷ度,区域构造稳定性较差。
1.2水库渗漏
水库左岸存在1条近南北走向的洼地,左岸基岩出露高程自左坝肩向上游库岸缓慢抬升,一般为1 340~1 356m,低于水库设计正常蓄水位高程。基岩上部大多被黄土所覆盖,黄土厚度一般为6～15m,黄土层属于中-高压缩、强湿陷性土,遇水浸泡后将可能产生绕坝渗漏以致于溃坝的危险,尤其是自左坝肩起,沿岸坡向上游,在泥岩和黄土层之间存在碎石土层,层厚0.6～4.5m,属中-强透水,水库运行将可能发生邻谷渗漏问题。由于库底岩性均为第三系泥岩或砂岩,属于弱透水层,水库通过库底的渗漏量较小,可不考虑库底的渗漏。
1.3库岸稳定
右库岸基岩出露高程大于水库正常蓄水位,基岩以第三系泥岩砂岩为主,裂隙不发育,地表均为草皮覆盖,调查未发现有坍塌或滑坡现象,库岸较稳定;调查发现左岸基岩出露高程一般小于水库正常蓄水位,左库岸有坍塌现象,特别是坝肩一带,表层黄土厚度为7~17m,左坝肩和左库岸均由黄土构成,黄土层属于中-高压缩、中-强湿陷性土,具有垂直节理发育,遇水浸泡后将产生库岸坍塌、绕坝渗漏以致于溃坝的危险,因此水库蓄水后左坝肩和左库岸有库岸坍塌的可能。
1.4地层岩性
一是左坝肩段。黄土层厚7~17m,位于第三系泥岩之上,属低液限粉土,土黄色,干燥,稍密状,干密度为1.27~1.64 g/cm3,孔隙比为0.65~1.13,属高压缩性土、强湿陷性土、弱透水层,含水量较低,上部干燥坚硬,1.5m以下稍湿。在水库蓄水后,由于黄土层的强湿陷性,导致前坝坡变形下沉,防浪墙产生不均匀沉降。泥岩(n2):埋置于黄土层之下,草绿色,薄层状,有时夹有薄层泥质砂岩,强风化层厚度1.0~1.5m,上部5.0m透水率为0.66~2.04lu,属微弱透水层。二是主坝段(桩号0+100-0-025)。坝体填筑土:褐红色,为强风化泥岩土填筑形成,根据勘探和试验等工作查明坝体填筑质量较差,且坝体填筑时清基不彻底,为水库大坝正常运行埋下安全隐患。低液限粉土:层厚1.0～3.0m,局部包含少量砾石,浅红褐色,硬塑状,干密度为1.69g/cm3,孔隙比为0.59,属弱-微透水,具孔隙性、虫孔和植物根孔。卵石混合土层主要出露在主坝段坝基,位于低液限粉土之下、第三系泥岩之上,该层卵石土厚度约为7m,卵石层呈土黄色,中密状,一般粒径为3～5cm,渗透系数为0.003 5cm/s,属中等透水,需进行防渗加固处理。泥岩(n2):草绿、褐红色,基岩埋深7~27m,坝体中部埋深最大,两侧基岩面向上起伏,呈凹槽状,属弱透水。三是右坝肩段(桩号0-025-0-095)。黄土层:层厚3.0~9.0m,属低液限粉土,干密度为1.14~1.60g/cm3,孔隙比为0.659~1.400,属强湿陷性土、中-弱透水层,蓄水将产生湿陷和渗透破坏,导至前坝坡下陷。含细粒土砾层位于黄土层之下,厚度为4.5~10.0m,呈灰色、黄色,稍密-中密状,含泥量达13.5%左右,最大粒径约150mm,渗透系数为0.054cm/s,属强透水层。泥岩(n2):褐红色,呈块状,基岩面埋深7.5~14.5m,基岩透水率约1.16lu,属弱透水性。
2湿陷性评价、渗透稳定分析及冲刷破坏分析
2.1湿陷性评价
根据《湿陷性黄土地区建筑规范》,湿陷性黄土地基受水浸湿饱和,经计算:左坝肩黄土属自重湿陷性场地、湿陷等级为ⅳ(很严重)级。右坝肩黄土属自重湿陷性场地、湿陷等级为ⅲ(严重)级。
2.2渗透稳定分析
根据卵石混合土颗分试验资料和《水利水电工程地质勘察规范》卵石混合土允许水力比降经验值为0.12;坝体低液限黏土和左坝肩低液限粉土将产生管涌型破坏;右坝肩原始黄土和含细粒土砾土都将可能产生管涌型渗透破坏。
2.3坝体、坝基接触冲刷破坏分析
水库坝体低液限黏土与坝基级配不良砾为双层结构,由于坝基级配不良卵石不均匀系数均大于10,当水库正常运行时,其接触面间可能产生渗透变形。右坝肩由黄土和含细粒土砾层组成,为双层结构,由于级配不良含细粒土砾不均匀系数大于10,黄土的不均匀系数为9.0~18.0,可以判定右坝肩、坝体和坝基土层间均存在接触冲刷破坏,当水库运行时,其接触面间可能产生渗透变形。
3稳定性综合分析
