1、第 59 卷 第 5 期2023 年 5 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.59，No.5May，2023DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2023.05.008收稿日期：2023-03-15作者简介：薛勇勇（1986-），男，甘肃灵台人，工程师，学士，主要从事水利工程项目管理，E-mail：。邓家川水库存在的主要工程地质问题及评价薛勇勇（甘肃源通城乡水务发展有限责任公司，甘肃 灵台 744400）摘要：为了解决人畜饮水和农业灌溉用水问题，各地区兴建了大量的中小型水库工程
2、，建设水库对改善生态环境也起到了举足轻重的作用。但是，修建水库受制于水库位置的工程地质条件。只有对水库的工程地质条件进行深入研究，从工程地质角度提出相应的对策和处理措施，才能保证工程的顺利施工和安全运营。通过对邓家川水库库区存在的主要工程地质问题（库区渗漏、库岸稳定、水库浸没以及水库诱发地震等）以及坝址区存在的主要工程地质问题（坝肩渗漏、坝肩和坝基岩体风化变形以及基坑涌水等）进行分析和研究，提出了工程地质建议和处理措施，总体认为邓家川水库工程地质条件良好，不存在制约工程建设的重大地质问题。关键词：水库渗漏；库岸稳定；基坑涌水；分析及评价中图分类号：P642.4文献标志码：A文章编号：2095-
3、0144（2023）05-0034-041前言邓家川水库位于甘肃省灵台县百里乡稔沟村附近达溪河右岸支流邓家川河道内，水库的水源为达溪河支流邓家川河，发源于秦岭北麓的陕西省凤翔县，在灵台县境内大致呈由南向北流，至稔沟村汇入达溪河。根据邓家川水库坝址区工程地质条件、料场分布及水工建筑物布置特点，确定大坝建筑物用料以当地材料为主，坝型为混合坝。水库采用闸坝结合集中布置的方式，正向泄洪排沙，正向进水。依据SL 252-2017 水利水电工程等级划分及洪水标准1，工程等别为等，工程规模为小（1）型。主要建筑物为均质土坝、连接段、泄洪冲砂闸、混凝土重力坝等，均按 4 级设计；消能设施等次要建筑物、临时建筑
4、物按 5 级设计2。水库枢纽最高挡水高度为13.8 m，上下游水位差11.4 m，总库容205.0万m3，淤积库容103.1万m3，兴利库容87.8万m3，正常蓄水位 1 035.5 m，年可供水量 131.9 万 m3，引水流量为0.6 m3/s。2区域地质简况根据大地构造单元划分，工程区位于中朝准台地鄂尔多斯台地西缘褶皱带陇东黄土高原南缘。属“祁吕贺”山字形构造体系、新华夏构造体系及陇西旋卷构造体系的复合交汇带。区内沟谷发育，沟壑纵横，地势总体西北高，东南低。主要地貌单元为邓家川河谷区，次级地貌单元为河谷川台区和低中山沟壑区。工程区地处内陆，属温带半湿润气候。多年平均气温 9.1，极端最高
5、气温 38.8，极端最低气温-23.2，年降水量589.3 mm，蒸发量1 397.2 mm，最大风速9.2 m/s，最大冻土深度60.0 cm。邓家川沟道内有常年地表径流，水量相对稳定。邓家川沟床砂砾石层的渗透性较好。根据钻孔抽水和提水试验，计算出砂砾石层的渗透系数为10.030.0 m/d，为强透水层，属孔隙性潜水。地下水位埋深0.51.5 m，地下水受大气降水补给，向沟道及其下游排泄，与河水呈互补关系。在白垩系地层中未见基岩裂隙水存在，在梁峁、残源区也未见黄土孔隙性潜水分布，故可以认为这两种地层是微透水层或隔水层。工程区出露地层主要有白垩系下统基岩（K1）及第四系（Q）各种成因堆积层。（
6、1）白垩系工程区出露的该套地层主要为志丹群环河华34池组（K1h），属湖相沉积。该套地层构成工程区内第四系地层的基底，普遍出露于邓家川河谷两岸及两岸支沟内。岩性以棕红色、灰色及灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩和泥岩为主，夹页岩、砂岩及少量泥灰岩。单层厚0.10.5 m，层理发育，层面平整。裸露基岩风化较强烈，强风化带厚2.04.0 m，沟谷陡坎区差异风化现象突出，多呈“脊状”断面。粉砂质泥岩、泥质粉砂岩岩性软弱，岩体较破碎，层间结合差，遇水易软化崩解，失水开裂，岩层产状近于水平，岩面风化强烈。青灰色粉砂质泥岩、粉砂岩岩性较软弱，岩体较完整，层间结合紧密，岩面较新鲜。区域资料显示，该层厚度200300m
7、。（2）第四系工程区内分布广泛，主要为下更新统（Q1）午城黄土、上更新统（Q3）马兰黄土、萨拉乌苏组砂壤土以及全新统（Q4）粉质壤土、碎石土、含碎石黄土状土和砂砾石等，成因主要是风积、冲洪积、洪积及坡积。工程区不良物理地质现象主要为黄土溯源侵蚀、崩塌、黄土陷穴、滑坡及冻土等，规模相对较小，对工程基本无影响。依据GB 18306-2015 中国地震动参数区划图附图A 中国地震动峰值加速度区划图 及图B 中国地震动反映谱特征周期区划图，工程区地震动峰值加速度0.10g，对应地震基本烈度为度，地震动反映谱特征周期值0.45 s，工程区属于区域构造稳定性较好地区。3工程地质条件3.1库区工程地质条件邓
8、家川河谷呈对称的“U”字形，两岸为低中山沟壑区，与沟底高差60.0 m，岸坡坡度2040，植被发育，自然岸坡稳定。沟底宽200.0250.0 m，为漫滩、阶地及现代河床。表层砂砾石层厚度3.04.0m，下部为基岩。级阶地在区内普遍发育，平坦开阔；级阶地仅在左岸不连续发育，宽度10.080.0 m。基底岩性为白垩系志丹群环河华池组（K1h）棕红色、灰色及灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩和泥岩。蓄水后淹没区主要为河床、河漫滩、级阶地及部分级阶地。库区不良物理地质现象不发育，岸坡周边无滑坡分布，库区中各支沟内植被茂密，不具备泥石流发生的条件。3.2坝址区工程地质条件坝址位于陈家壕上游100.0 m处的邓家川
9、沟谷段，坝轴线方向NE64，河流整体流向NW325。沟谷宽度250.0 m，地形平坦、开阔，现代河床宽度1.52.0 m，水深0.10.3 m，水流平缓，沟床岸坡高度0.10.5 m。河流处于沟谷中间，河床左岸为级阶地，右岸为河漫滩。两岸岸坡坡度2035，自然岸坡稳定。河床砂砾石厚度3.04.0 m，下部基岩为白垩系志丹群环河华池组（K1h）棕红色、灰色及灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩和泥岩。坝址区地质构造简单，岩层为单斜构造，产状平缓，无区域断裂通过，仅在基岩出露的高陡岸坡零星发育卸荷裂隙。坝址区地表水为邓家川河水，两岸及沟道内雨季有零星泉水出露。地下水类型主要为松散覆盖层孔隙性潜水和基岩裂隙性潜
10、水。河水由大气降水及部分沟道出露泉水补给；松散覆盖层孔隙性潜水由河水和大气降水补给，向下游排泄；基岩裂隙性潜水由覆盖层孔隙性潜水补给。地下水水质良好，对普通混凝土无腐蚀性。4主要工程地质问题及评价修建水库受制于水库位置的工程地质条件，只有对水库的工程地质条件进行深入研究，提出相应的对策和处理措施，才能保证工程的顺利施工和安全运营。一般情况下，库区存在的工程地质问题主要有库区渗漏、库岸稳定、水库浸没以及水库诱发地震等；坝址区存在的工程地质问题主要有坝肩渗漏、坝肩和坝基岩体风化变形以及基坑涌水等3。4.1库区渗漏问题邓家川水库设计正常蓄水位1 035.5 m，坝前抬高水位11.4 m。库盆两岸山体
11、为浑厚的低中山及梁峁区，高程在 1 200.0 m 以上，岸坡坡度 20.040.0，植被发育，自然岸坡稳定。库盆的地层主要为白垩系下统（K1）基岩、午城黄土（Q1）、萨拉乌苏组冲洪积粉质壤土（Q3）以及坡积粉质壤土、冲洪积粉质壤土和砂砾石（Q4）等。两岸山体由基岩和午城黄土组成，分布高程均高于正常蓄水位。根据钻孔压水试验，白垩系泥质粉砂岩夹粉砂质泥岩在弱风化层及以下透水率小于10.0 Lu，属弱-微透水性岩层；Q1午城黄土的结构密实，透水性差，为相对隔水第5期薛勇勇：邓家川水库存在的主要工程地质问题及评价第59卷35层。库区两岸支沟发育，多与主沟大角度相交，纵坡相对较大，切割分水岭的冲沟不发
12、育，不存在低于正常蓄水位的低邻谷，库盆封闭性较好，不存在渗漏的地形、地质条件。故水库蓄水后不存在永久渗漏问题。4.2库岸稳定问题库区岸坡主要为土质岸坡，局部在近坝库岸为岩质岸坡。坡高150.0180.0 m，坡度20.040.0，现状岸坡稳定。库内植被茂密，在库水位附近无滑坡分布。根据库区工程地质测绘结果可知，水库蓄水后塌岸主要发生在两岸级阶地前缘陡坎部位的粉质壤土和山前坡积、洪积碎石土岸坡中。水库蓄水至正常水位1 035.5 m后，部分土质岸坡会引起塌岸再造。在右坝肩近坝库岸位置卸荷裂隙发育，形成的陡立基岩岸坡在蓄水后存在少量的坍塌。因此，库区蓄水后岸坡再造规模较小，对库容的影响轻微。4.3
13、水库浸没问题水库库尾为河漫滩及级、级阶地，浸没主要发生在库尾级阶地上。潜水含水层主要为阶地二元结构下部的砂砾石层，厚度2.03.0 m，属强透水性地层，下部白垩系基岩构成相对隔水层。浸没区内主要为级阶地上部粉质壤土层，区内种植农作物主要为旱地玉米。结合本区调查，对区内农作物根须层厚度和临界地下水位进行确定。依据GB 50487-2008 水利水电工程地质勘察规范4附录D，选用式（1）进行浸没评价。Hcr=Hk+H（1）式中：Hcr浸没区地下水临界埋深（m）；Hk地下水位以上的土壤毛管水最大上升高度（m）；H安全超高值（m）。综合分析确定各项参数，粉质壤土毛管水最大上升高度（Hk)为1.0 m，
14、植物根系活动安全超高值（H）为0.5 m，则临界浸没深度（Hcr）为1.5 m，故库区浸没上限高程为1 037.5 m。综上所述，水库库尾级阶地浸没宽度为42.0132.0 m，浸没长度为300.0 m，沿河呈长条带状分布。计算出浸没面积为4.1万m2，故浸没对水库的影响很小。4.4水库诱发地震问题由于水库地处黄土沟谷区，基底白垩系岩层平缓，岩性软弱，无活动性断裂穿过，岩体结构较完整，节理裂隙不发育，透水性差，库水基本无下渗通道。应力释放主要以变形为主，库区应力水平方向较小，难以形成较大的应力差。故水库蓄水后，发生水库诱发地震的可能性较小。4.5左坝肩渗漏问题左坝肩在午城黄土底部与基岩顶面的接
15、触部位有薄层砂砾石层分布，厚度 1.02.6 m，结构密实。在不防渗的条件下，边界条件相对简单，绕坝渗漏流线接近于圆形。对左坝肩渗漏量采用式（2）进行估算5。Q0.366KH(h1+h2)lgBr0（2）式中：Q绕坝渗漏总量（m3）；K含水层渗透系数（m/d）；H坝上游、下游水头差（m）；h1、h2渗漏段上游、下游水深（m）；B库岸可能渗水段长度（m）；r0坝肩与基岩接触面处绕坝渗漏流线圆轨迹半径（m）。各项参数的取值分别为：Q1砂砾石K=0.73 m/d，基岩强风化层K=0.49 m/d，H=14.00 m，B=100.00 m，h1=15.00 m，h2=2.60 m，对r0分别取30.0
16、0 m、60.00 m及90.00 m进行计算，结果见表1所列。水库在不防渗条件下，左坝肩日渗漏量为146.28 m3，年渗漏量5.34万m3，占总库容的2.60%。对水库发挥正常效益影响较小，故可以不进行防渗处理。鉴于左坝肩下游有管理房、耕地，不防渗时库水外渗，对建筑物及耕地有一定影响，因此，建议对左坝肩进行防渗处理。对左坝肩不同渗径r0时的渗漏量进行估算。从总渗漏量来看，随着渗径的增大，渗透量减小，防渗效果较明显。从防渗工程量、施工难度、投资等方面考虑，建议采取对坝前左岸岸坡一定范围内采取铺盖防渗处理措施，即对左坝肩开挖、削坡，坝体填筑体上游岸坡局部进行防渗，高程范围1 030.01 037.0 m，防渗长度146.0 m，防渗宽度12.0 m。左坝肩上游有一冲沟，沟口及沟脑均有基岩出露，岩2023年第5期甘肃水利水电技术第59卷36面出露高程在1 037.01 040.0 m，高于水库正常蓄水位1.54.5 m。因此，水库蓄水后，不存在沿该沟道下游侧产生绕坝渗漏问题。4.6坝肩、坝基岩体风化及变形构成坝线建筑物基础的岩体为白垩系下统（K1）粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，薄层-厚层结构，
