英布鲁水电站坝基软岩特性及关键工程地质问题

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1、2011年第30卷第4期·DWRHE水利水电工程设计·7·英布鲁水电站坝基软岩特性及关键工程地质问题袁宏利边建峰韩治国赵秋摘要坝基软弱砂岩、强透水性及其渗流稳定问题、当地筑坝材料的填筑特性是英布鲁水电站工程的三大关键地质问题。通过对砂岩物质组成、结构及其物理力学性质的研究，对其．32程地质特性及岩体利用等问题有了系统深入的认识。正确认识软弱砂岩的水文地质特性，是解决坝基强透水性及其渗透破坏问题的关键。结合工程优化设计，对当地筑坝材料的质量特性进行了试验研究。关键词软弱砂岩岩体利用孔隙一层面节理岩体渗透各向异性渗透破坏

2、筑坝材料中图分类号TV223．3文献标识码B文章编号1007．6980(2011)04-0007—04英布鲁水电站工程位于刚果共和国境内刚果河一软弱砂岩物性指标(见表1)表明，其成岩程级支流莱菲尼河下游，其坝基分布有一套巨厚的白垩度很低。其特殊之处在于，砂岩干燥后并不发生整系陆相沉积砂岩，系由不同厚度含有薄层、中厚及厚体崩解，而且吸水率还稍有降低；砂岩干燥浸水后层沉积层理结构的胶结不良软弱砂岩组成，岩层产状表面砂粒脱落现象明显，达3．64％一4．32％，属于近水平，无构造断裂、褶皱和裂隙发育。坝基软弱砂不可逆的弱中等

3、胶结砂岩。化学分析其易溶盐含量岩、强透水陛及其渗流稳定问题以及当地筑坝材料的低，为HCO3-一ca2型。由于地下水具有较强的水填筑特l生，是工程3大关键地质问题。交替作用和弱酸性，为长石颗粒的高岭石化作用提供了条件。而CaCO3含量低(0．13％～1．65％)，致1软弱砂岩的工程地质特性使砂岩的钙质胶结作用微弱。矿物鉴定结果也表1．1软弱砂岩的物质组成明，砂岩孔隙内的高岭土团粒即是其结构破坏后粒英布鲁坝基软弱砂岩主要矿物成分为石英，含径小于0．074l'nnl的白色析出物，为弱结晶的高岭有少量长石等。中、细砂颗粒均匀

4、，磨圆度好，多石。其中普遍含有分散的石英细粒，系高岭石形成呈孑L隙式点接触弱胶结，长石多已风化，孔隙内可过程中产生的自生石英。砂岩中普遍缺少长石，其见高岭土团粒，局部胶结物中含有少量硅质。岩石原因是长期在弱酸性地下水交替环境下，原砂岩中孔隙发育，质地疏松。结构破坏后，在松散砂状态少量长石已转化(蚀变)为高岭石{A12Si205(OH)}。下，孑L隙内的高岭土物质呈白色絮状胶体析出并沉其中的蛋白石脱水后转化为石英，此外，还有微量淀，含量为1．46％～2．15％。方解石(CaCO3)。表1砂岩胶结程度及化学分析结果1．2

5、岩体结构及质量特征主要的一组结构面，形成特有的孑L隙一层面节理岩软弱砂岩孔隙发育，其连续沉积厚度巨大，由体介质。厚度普遍在1～2m以上的近水平岩层组成。岩层考虑坝基岩体工程地质特性，将其自下而上分近水平层面节理和交错层理面节理构成了坝基岩体为3层，即①由薄层沉积层理构成的层状软弱砂岩水利水电工程设计DWRHE·2011年第30卷第4期(K2)，总体表现为强透水性；②由中层一厚层完整性相对较差。第③层软弱砂岩顶部为全一强风沉积层理构成的厚层状软弱砂岩(K2i‘)，呈中等化层，一般厚5—8m，呈风化砂状，沉积层理结一强透

6、水性，渗透性相对较均匀；③由薄层沉积层构已不明显；而中下部岩体风化程度微弱；第②、理构成的层状软弱砂岩(K2’。。)，呈中等一强透水①层软弱砂岩岩体新鲜。三大层砂岩在物质组成、性，渗透性不均匀。胶结形式上基本相同，岩体组成相对较均匀，局部按坝基岩体结构的差异，可分为三大层两种类地段三层间的界线不明显，呈逐渐过渡状态。型，其中，第②层沉积层理较厚，胶结程度和完整依据岩体结构特征及其工程地质特性，可将坝基性相对较好；第①、③层沉积层理薄，胶结程度和工程岩体质量等级划分为两大类3个亚类(见表2)。表2坝基工程岩体质量分级表

7、1．3岩体物理力学特性的“脆性”特征。抗剪试验表明此类岩体具有较高坝基岩体干密度在2．0g／ca3左右，孑L隙率在的抗剪强度；而载荷试验也反映，在工程要求的试25％左右，单轴抗压强度一般小于5MPa，具有高验压力下，岩体均处于弹性变形状态，表现出较高孔隙率、低密度的特征，相应的抗压强啡也较低；的承载力和抗变形能力。此外，声波速度与岩体质但岩体相应的变形模量指标并不低，一般在1GPa量之间具有较好的相关性。基于岩体质量特征及其左右，并且弹模和变模指标相差较小，反映出岩体物理力学特性，给出表3所列设计参数建议指标。表3坝

8、基岩体物理力学性质指标建议值表袁宏利等·英布鲁水电问题·9·1．4岩体渗透特性破坏是最主要的工程地质问题。土坝段清除了上部工程所在巴泰凯高原区广泛分布着巨厚的砂性全一强风化软弱砂岩，建基面位于完整第③层砂岩土及白垩系软弱砂岩地层，其透水性和含水条件较(见表2)，实测纵波速度值一般大于1700m／s。而好。巨厚砂岩沉积不存在理论上的隔水层，而且砂