坝基地质条件分析

坝址区河床覆盖层厚度一般为40～50 m，最厚达54～56 m。按其颗粒组成、结构、物理力学性质和特性的差异，可分为3层：上层为块石碎石土，纵向厚度为6～17 m，层底高程为2073.00～2083.00 m；中层为块石砂卵砾石层，纵向厚度为5～13 m，层底高程为2067.00～2069.00 m；下层为砂卵砾石层，横向厚度为12～37 m，层底高程起伏较大，为2050.00～2030.00 m。上部块石碎石土系崩坡积成因，结构松散，局部架空，不宜作为大坝基础。

河床冲积块石砂卵砾石层和砂卵砾石层处于正常河水位以下，因处峡谷区河道内无河漫滩，察勘难度极大，可行性研究阶段仅在钻孔内进行了取样和现场动力触探、抽水、声波和旁压试验，初步设计阶段在围堰挡水的条件下对河床覆盖层进行了详细的研究。

（1）块石砂卵砾石层

①粒度成分及物理性质

根据孔内取样试验，该层呈中等密实状态，无胶结。粒径大于150 mm的占22.0%，粒径为80～150 mm的占14.43%，粒径为5～80 mm的占39.36%，粒径为0.15～5 mm的占15.43%，粒径小于0.15 mm的占8.78%，干密度为1.83～2.15 g/cm3，平均值为2.03 g/cm3，颗粒级配见表2.4-1。

表2.4-1　河床块石砂卵砾石（中层）物理性质试验结果

注：密度为室内试验最大干密度。

施工阶段在中层的上部（2083.00 m高程）做了9组干密度试验（结果见表2.4-2）和9组颗粒分析试验。在中层的下部（2073.50～2074.20 m高程）做了14组干密度试验（结果见表2.4-3、表2.4-4）、4组相对密度试验和6组颗粒分析试验（结果见图2.4-1至2.4-6）。

表2.4-2　坝基2083.00 m高程干密度试验结果

表2.4-3　2073.50 m高程干密度、相对密度试验结果

表2.4-4　坝基2073.50～2074.20 m高程干密度试验结果

图2.4-1　坝纵0-90 m坝横0+53.7 m（高程2074.20 m）颗粒级配曲线

图2.4-2　坝纵0+63.5 m坝横0-39.3 m（高程2074.10 m）颗粒级配曲线

图2.4-3　坝纵0+52.1 m坝横0-65.9 m（高程2074.10 m）颗粒级配曲线

图2.4-4　坝纵0+61.6 m坝横0-63.0 m（高程2074.00 m）颗粒级配曲线

图2.4-5　坝纵0+66.6 m坝横0-123.3 m（高程2073.50 m）颗粒级配曲线

图2.4-6　坝纵0+57.1 m～坝纵0-147.2 m（高程2073.70 m）颗粒级配曲线

施工现场所做试验颗粒的干密度值为2.11～2.16 g/cm3，平均为2.14～2.15 g/cm3，与钻孔取样所做试验的值基本一致，略为偏大，这与事实相符，因为钻孔样为扰动过的。试样相对密度为0.78～0.91，平均为0.87。天然状态孔隙率为21.0%～22.1%，平均为21.5%。从6组颗粒分析试验结果看，该层粗颗粒居多，粒度不均匀，不均匀系数平均为13.93，属不良级配。这与钻孔取样描述一致。

控制粒径66.24 mm，有效粒径4.755 mm，孤块石含量约占10%，含泥量：砾石中为4.13%，砂中为25.93%（平均值）。从试验结果可以看出，中层、下层具有较高的密度和较低的孔隙率，呈中密-密实状态。

②力学特征

由于块石砂卵砾石中块石含量较多，颗粒粗大，钻孔动力触探试验效果较差，故利用CSA24A地震仪采用单孔法和跨孔法在3对共6个钻孔内进行了剪切波的测试。单孔法测试的纵波波速vp=1120～1370 m/s，均值为1190 m/s，横波波速vs=480～520 m/s，均值为490 m/s，动剪切模量Gd=480～525 MPa，均值为500 MPa；跨孔法孔距为3 m，测试的纵波波速vp=860～1030 m/s，均值为930 m/s，横波波速vs=430～460 m/s，均值为440 m/s，动剪切模量Gd=388.3～444.4 MPa，均值为406.9 MPa，动泊松比μd=0.33～0.37，均值为0.35。

③承载力和变形试验

2083.00 m高程河床冲积砂卵砾石、块石、碎石和大孤石含量较高，为30%～35%，含泥量偏大，约为15%。至2075.00 m高程时，大孤石含量降至10%左右，以冲积砂卵砾石为主，较密实。待开挖至2074.00 m高程时，从开挖断面上观察，有少量块石、碎石和大孤石，骨架颗粒呈交错排列，大部分接触，从开挖断面上取出大颗粒，能保持颗粒凹面形状，开挖断面可保持暂时稳定，局部有坍塌现象。块石、碎石呈次棱角状，岩块断裂面较新鲜。在2073.50 m高程做了3组现场载荷试验，试验采用圆形刚性承压板法，承压板直径为100 cm，加压方法为逐级等量施加荷载，最大荷载力为3.0 MPa。(www.xing528.com)

从现场载荷试验可见，试验层（Ⅱ岩组）在达到3.0 MPa压力下仍没有发生破坏，说明中层（Ⅱ岩组）具有较高的承载力和抗变形能力。承载力最小为1.5 MPa，类比其他工程该值有些偏高，但符合实际情况。变形模量最大为431.4 MPa，最小为126.9 MPa，经综合分析，以70～90 MPa作为该层的变形模量建议值。

④水文地质试验

在中层（Ⅱ岩组）的上部做抽水试验测得其渗透系数K为9.25×10-2 cm/s，在钻孔内用水文地质综合测试仪测得中部块石砂卵砾石层（Ⅱ岩组）的渗透系数K值为4.25×10-2 cm/s，经现场钻孔抽水试验测得K值为5.43×10-2 cm/s（均值）。在2073.50 m高程做了3组室内渗透试验，K值在5.7×10-2～8.1×10-2 cm/s之间，平均为6.7×10-2 cm/s，现场和室内测得的数值基本一致，均属强透水层，这与其颗粒粗大、级配不良的实际情况相符。

钻孔抽水试验确定，下层（Ⅲ岩组）渗透系数为5.36×10-2～5.5×10-2 cm/s，均值为5.43×10-2 cm/s；室内渗透试验测定渗透系数为1.31×10-3～4.51×10-1 cm/s，均值为9.34×10-2 cm/s，水力破坏坡降为0.871～0.390，平均为0.660。

（2）砂卵砾石层

①粒度成分及物理性质

根据孔内取样试验，结合峡谷进口河漫滩、出口河漫滩、阶地和料场试验资料进行分析，该层粒径大于150 mm的占14.74%，粒径为80～150 mm的占10.29%，粒径为5～80 mm的占46.71%，粒径为0.15～5 mm的占16.73%，粒径小于0.15 mm的占11.53%，泥含量较大。干密度为2.04～2.14 g/cm3，均值为2.09 g/cm3，呈中等-密实状态，颗粒级配见表2.4-5。

表2.4-5　河床砂卵砾石（下层）物理性质试验结果

注：天然干密度系上游滩地5组试验结果。

为查明河床砂卵砾石层的力学特征，在不同钻孔内取样进行了室内强度试验、动力触探试验（结果见表2.4-6、表2.4-7）、孔内声波测试（结果见表2.4-8）和旁压试验（结果见表2.4-9）。室内抗剪强度试验共进行了12组，在饱和状态下，内摩擦角为35°～47°，均值为37.8°，咬合力为9～38 kPa，均值为23 kPa。

表2.4-6　河床砂卵砾石层重型动力触探试验结果

注：表中数字“/”左为试验范围值，“/”右为平均值。

表2.4-7　河床砂卵砾石层超重型动力触探试验结果

注：表中数字“/”左为试验范围值，“/”右为平均值。

表2.4-8　河床砂卵砾石层声波测试结果

表2.4-9　河床砂卵砾石层旁压试验结果

以上试验结果表明，砂卵砾石层有较高的承载能力和抗变形性能，同时也反映出其颗粒组成很不均匀，试验的力学指标差异较大。

②力学特征

利用CSA24A地震仪采用单孔法和跨孔法在3对共6个钻孔内进行了剪切波的测试。下层（Ⅲ岩组）单孔法测试的纵波波速vp=1160～1450 m/s，均值为1270 m/s，横波波速vs=490～610 m/s，均值为550 m/s，动剪切模量Gd=486～781 MPa，均值为626 MPa；跨孔法孔距为3 m，测试的纵波波速vp=910～1300 m/s，均值为1060 m/s，横波波速vs=410～480 m/s，均值为460 m/s，动剪切模量Gd=353～483.8 MPa，均值为452.1 MPa。在2个钻孔7个位置做了旁压试验，测得旁压模量为12.81～121.3 MPa，变形模量为51.25～485.18 MPa。

为查明下层（Ⅲ岩组）的力学特征，在不同钻孔内取了12组样进行室内抗剪强度试验，在饱和状态下，内摩擦角在24.08°～27.65°，均值为25.80°，咬合力为9～38 kPa，平均值为23 kPa。

③承载力和变形试验

结合11个钻孔在下层（Ⅲ岩组）的不同高程做了50段重型动力触探试验，其允许承载力在0.48～0.79 MPa之间，平均为0.67 MPa。以上试验结果表明，砂卵砾石层有较高的承载能力和抗变形性能，同时也反映出其颗粒组成不均匀，试验的力学指标差异较大。

④水文地质试验

钻孔抽水试验确定，下层（Ⅲ岩组）渗透系数为5.36×10-2～5.5×10-2 cm/s，均值为5.43×10-2 cm/s；室内渗透试验测定渗透系数为1.31×10-3～4.51×10-1 cm/s，均值为9.34×10-2 cm/s，水力破坏坡降为0.871～0.390，平均为0.660。

根据各勘察阶段坝址区河床覆盖层物理力学性质试验，结合混凝土天然骨料场的试验资料，类比相关工程经验值，提出了坝基块石砂卵砾石层和砂卵砾石层物理力学参数的建议值，见表2.4-10。

表2.4-10　河床覆盖层物理力学性质建议指标