浅析沙坡头水利枢纽坝基软岩工程地质特性研究

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1、·30·水利水电工程设计DWRHE·2012年第31卷第2期沙坡头水利枢纽坝基软岩工程地质特性研究高玉生洪海涛杨玉春秦玉龙摘要沙坡头坝基岩体主要为石炭系泥岩和页岩。受区域多期构造运动影响，岩体中微结构面发育，泥岩和页岩干密度小、亲水性强、失水干裂、遇水软化、膨胀性，力学强度低，属极软岩。通过对泥岩、页岩物理力学特性、水理特性及变形特性研究，提出坝基软岩保护及处理措施，解决了工程设计和地基处理技术难题。关键词坝基软岩力学特性变形特性处理措施沙坡头水利枢纽中图分类号TV223文献标识码A文章编号1007—

2、6980(2012)02—0030—04黄河沙坡头水利枢纽位于宁夏回族自治区中卫市境内，对钢结构具中等腐蚀。是一座以灌溉、发电为主，兼有生态用水的骨干水利工程，2坝基软岩物理力学特性是国家西部开发重点工程之一。总库容0．26亿m，总装机容量120．3MW。拦河坝主坝和副坝两部分组成，主坝坝型2．1岩石矿物成分及物理特性为混凝土闸坝，最大坝高36．8nl。2．1．1物质组成丁程于2002年4月1日开始施T．2003年12月26日主体工程完工．2004年3月14日下闸蓄水，2004年3坝基岩石经x射线衍射

3、、差热分析、薄片鉴定，灰质月26日首台发电机组正式启动发电．2007年9月工程通泥岩、杂色泥岩黏粒含量较高，多在40％～70％。岩石主要过竣：】验收．．由伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石组成，含少量石膏、针铁矿、黄铁矿和有机质，以黏土矿物为主。1地质条件泥、页岩颗粒组成以黏粒和粉粒为主，天然容重20．5～21．5kN／m．干容重17．9～l8．7kN／m，孔隙比0．26～0．51，比黄河沙坡头水利枢纽位于香山山脉北麓．东北侧为卫表面积107～123mz／g，塑性指数10_3～21．8，反映出泥、页宁盆地

4、，北侧紧邻腾格里沙漠。地势西南高而东北低，属岩以黏土矿物为主的特点。侵蚀、剥蚀中山一低中山地貌2．1_2可溶岩及有机质含量坝址区分布地层有石炭系、第三系和第四系。河床电岩石易溶盐含量0．122％一0．415％，pH值为6．7—7．2。易站、隔墩坝及1～5泄洪闸地基以石炭系灰质泥岩、炭质页溶盐的化学类型：杂色泥岩为Cl一一Na或HCO3--Na型，其岩及杂色泥岩为主，岩体透水性弱、强度低。5泄洪闸至它岩石为S·HCO3INa型。中溶盐石膏含量0．29％～南十电站地基以石炭系砂岩夹粉砂质泥岩、炭质页岩为主

5、，1．31％。除杂色泥岩外，泥页岩中sol-离子含量稍高，一般砂岩透水性和强度稍高。为1．07％一2．16％。，占阴离子总量的60％～76％。工程区地处青藏高原东北缘，祁连山褶皱系北侧走廊灰质泥岩和炭质页岩中有机质含量一般为3．17％～过渡带东端．岩体经历多期构造运动，构造形迹发育，其5．87％。个别含量较高。杂色泥岩中有机质含量偏低，为中陇西系对本区构造格局起着控制作用。坝址位于窑上复0．35％。式倒转向斜北翼．地层呈舒缓波状，总体产状：走向2．1．3膨胀性NE50。～NW290。，倾向sE或SW，

6、倾角多在25。一60。。地层泥、贞岩自由膨胀率32％～60％、干燥饱和吸水率为次级褶曲和揉皱发育，软、硬岩在长期挤压应力作用下产21．08％～46．65％．具有弱膨胀性：泥、页岩亲水性强，遇水生同态流动变形．软岩产生塑性拉伸或褶曲，硬岩则被挤崩解、失水干裂。压而形成透镜体．岩体中顺层、小角度切层小断层及挤压有侧限无荷载膨胀率试验，成为灰褐色泥岩无荷膨胀破碎带发育，泥、页岩微裂隙及破劈理发育，岩体多被切割成大小不等的菱形碎块或碎片。率为0．4％～26．2％，平均值为10．6％；灰黄色泥岩膨胀率为以泥页岩

7、为主的坝基地层透水性较弱，据压水试验成8．2％～12．3％，平均值为10．5％；灰质泥岩膨胀率为0．1％～果，岩体透水率平均1．6Lu，透水性主要受岩性和结构面15．6％，平均值为7．3％。采用平衡法测试岩样的膨胀力，控制，砂岩发育段一般为5～10Lu，泥岩段多小于lLu。灰褐色泥岩为21．2～966kPa，平均值264．8kPa；灰黄色泥地下水呈强酸性，对普通硅酸盐混凝土具硫酸盐型强腐蚀、岩为237．8～580．2kPa，平均值为438-3kPa；灰质泥岩为重碳酸型中等腐蚀，对钢筋混凝土结构中钢筋具

8、弱腐蚀，5．2～1786．2kPa．平均值为410_3kPa。同一岩性膨胀力大小高玉生等-沙坡头水利枢纽坝基软岩工程地质特性研究·31·存在较大差异，除与物质组成有关外，还与试验岩块含水小于8％时，其膨胀力较大，含水率超过8％后明显减小，率有关。膨胀力与岩石含水率关系见图1。试验前含水率超过10％后，接近天然含水率时膨胀力更小。1500∞山量1000鹫蛰04．06．08．010．012．0含水率(a)灰褐色泥岩膨胀力与含水率散点图(b)灰质泥岩膨胀力与含