溪洛渡坝区工程地质条件概述

8.2.2.1　基本地质条件

(1)地形地貌。溪洛渡拱坝坝址位于豆沙溪沟口至溪洛渡沟口、全长约4km的溪洛渡峡谷中段。金沙江在豆沙溪沟口呈近90°拐弯,以S50°～60°E流经坝区。坝址区河道顺直,谷坡陡峻,临江坡高370～430m。枯水期水位370m,谷宽70～110m,正常蓄水位600m时谷宽500～535m,河谷宽高比约为2.0。河谷断面呈较对称的U形,谷底较宽阔平缓,两岸山体陡峻雄厚,地形从Ⅰ线以下有向河床收敛之势,Ⅰ线以上和Ⅲ线以下岸坡地形逐渐撒开。坝区除上游豆沙溪沟、下游溪洛渡沟切割以外,峡谷地形完整,无沟谷切割。两岸高程420m以下总体呈25°～40°的缓坡。左岸高程420～560m为70°～75°的陡壁,高程560～600m为50°左右的斜坡,高程600m以上为70°～80°的陡壁;右岸高程420～570m为55°～70°的陡坡,高程570～630m为40°左右的斜坡,高程630m以上为70°～80°的陡壁。两岸谷肩高程680～860m以上为第四纪堆积缓坡平台,地形宽阔平缓,缓倾下游。其地形地貌如彩图8.4所示。

(2)地层岩性。坝区河床基岩及两岸谷坡主要由二叠系上统峨眉山玄武岩(P2β)组成,二叠系下统茅口组石灰岩(P1m)仅出露于峡谷进口段河床谷底,向下游倾伏于玄武岩之下,两岸谷肩残留厚约2～15m的二叠系上统宣威组砂页岩(P2x)。在玄武岩底部有一层湖沼相的泥页岩沉积层(P2βn),假整合于茅口组石灰岩之上。第四系不同成因的松散堆积物不整合于上述基岩之上。现将地层由老至新简述如下。

1)茅口组石灰岩(P1m)。出露于坝区豆沙溪沟口附近的基岩谷底,向下游倾伏于玄武岩之下。钻孔揭示厚度260～280m,为浅海相灰至深灰色厚层块状生物碎屑灰岩,上部夹少量中—薄层状炭质和泥质灰岩,顶部有0.23～4.0m角砾状微晶灰岩,胶结紧密。富含生物化石碎屑,局部可见黑色燧石结核。

2)泥页岩沉积层(P2βn)。在石灰岩和玄武岩之间,分布一层湖沼相的泥页岩沉积层,假整合于茅口组石灰岩之上。该层厚度变化大,一般厚2～3m,钻孔揭示最大厚度5.1m,自下而上共分3层:下部为灰白色伊利石粘土岩;中部为灰黑色粉砂炭质、硅质页岩,夹煤线(屑);上部为深灰色钙质胶结的凝灰质细、粉砂岩(已过渡为沉积火山碎屑岩类)。该层在峡谷进口段倾伏于玄武岩之下,在坝址附近埋深90m左右。

3)峨眉山玄武岩(P2β)。为间歇性多期喷溢的陆相基性火山岩流,坝区总厚度490～520m,可分为14个岩流层。岩流层一般厚25～40m,其中P2β6和P2β12厚度最大,平均厚度为72m和82m;P2β10和P2β11厚度最小,平均厚度为14m和13m,同一岩流层厚度相对稳定,起伏差一般小于5m。

图8.3　溪洛渡水电站工程地质平面图

根据岩流层的厚度、岩性岩相变化及喷发型式,可将14个岩流层由下至上分为3段。第1段为P2β1～P2β5层,总厚约145m,各层厚度较薄,为25～35m,表现为时强时弱,爆发与溢流相间出现的喷发型式。岩性具有两大特点:①火山碎屑岩所占的比例较大,达30%左右;②富含杏仁体,熔岩岩性由斑状玄武岩向上渐变为含斑和致密状玄武岩。第二段为P2β6～P2β11层,该段总体厚约200m,岩流层厚度由大到小,各层厚度相差较大,以溢流为主,向上转为溢流与爆发相间出现,至P2β11顶部出现较明显风化的细火山碎屑岩;火山碎屑岩占总厚度的20%左右,其中P2β10和P2β11两层火山碎屑岩占30%以上,熔岩岩性由斑状玄武岩转为致密状玄武岩。第三段为P2β12～P2β14层,该段总厚约160m,岩流层由厚变薄,但各层厚度仍较大。其特点为溢流相的致密状玄武岩向喷溢相的火山碎屑岩,再向灰流相的凝灰岩和凝灰熔岩过渡,各旋回间的间歇期增长,火山活动近于尾声;岩性主要为致密玄武岩,火山碎屑岩只占10%左右。

综上所述,岩流层由下至上,熔岩厚度相对增厚,火山碎屑岩相对减薄。岩流层下部由玄武质熔岩组成(简称玄武岩),代表岩性主要为:斑状玄武岩(1、6层)、致密状玄武岩(2、5、9～14层)、含斑玄武岩(3、4、7、8层)等。

4)宣威组砂页岩(P2x)。为海陆交互相碎屑岩沉积,假整合于峨眉山玄武岩之上,厚度为97m。下部为杂色的中—薄层泥质粉砂岩、细砂岩夹铝土质粘土岩及炭质页岩,厚41.6m;中部为中厚层灰绿色细砂岩夹少量灰—灰白色铝土质粘土岩,厚36.4m;上部为灰绿、褐色、暗紫红色的中厚层细、粉砂岩夹页岩,厚19.0m。该层在左岸谷肩堆积体下残留厚度6.5～23.8m。

5)第四系松散堆积物(Q)。按成因不同分为左岸谷肩上部的古滑坡堆积;右岸马鞍山、大坪、二坪和左岸白铁坝等约高程800m以上谷肩平台的冰水堆积、洪积;陡壁下缓坡地带的崩积、坡积、残积以及现代河床冲积等。

(3)地质构造。

1)地层产状。坝区位于雷波—永善构造盆地中的永盛向斜之西翼,系一总体倾向南东的似层状玄武岩组成的单斜构造,缓倾下游偏左岸。顺河方向在Ⅷ线和Ⅳ线附近地层产状有两处轴向近EW的明显转折,形成陡—缓—陡的平缓褶曲。根据坝区岩层产状变化,将其分为5段:即上游陡段、中上游过渡段、中游平缓段、中下游过渡段和下游陡倾段。上、下游陡倾段相对于中游平缓段,岩层倾角略陡,但整体仍属平缓岩层(倾角小于20°)。

2)层间错动(C)。岩流层层间接触类型可粗分为3种:熔结型、裂隙型和构造错动型。层间错动指发育于岩流层界面或靠近界面附近,具有不同程度构造错动的层间结构面,是坝区工程地质性状相对较弱、诸多工程地质问题重要的地质边界。据1/1000地表测绘、立面摄影填图和平硐、钻孔资料统计,区内14个岩流层的13个界面,均有不同程度的构造错动。错动强度由低高程向中高高程逐渐增强,高程约450m以下(对应于6～7层间以下),层间错动较弱,错动带断续分布,约占40%～60%,主要为裂隙带;高程450～550m(对应于7～8、8～9层间),层间错动较强烈,约占70%～90%,面较连续,错动带主要以裂隙岩块或含屑角砾为主,地貌上呈现较平直的凹缝;高程550m以上(对应于9～10、12～13层间等),错动强烈,面连续,错动物质以含屑角砾为主,浅表强风化。(www.xing528.com)

层间错动带总体产状与岩流层近一致,大坝部位左岸以N20°～40°W/NE∠4°～7°为主;右岸大多为N15°～30°E/SE∠3°～5°,上下游硐室区倾角稍陡,总体产状为N20°～50°E/SE∠8°～18°。错动带局部产状变化较大,呈平缓波状起伏。破碎带一般厚5～10cm,浅表可达20～30cm左右,上下影响带多为破裂岩,最宽可达0.4～0.6m。

3)层内错动(Lc)。层内错动指发育于各岩流层内部的缓倾角构造错动带,主要是利用层节理和部分层面构造及剖面X节理,经构造改造而成,其分布广,数量多,产状较分散,部分错动带工程地质性状较差,对岩体结构和工程岩体质量影响较大,仍是较重要的结构面。据地质测绘及勘探揭示,层内错动发育程度在层位及区段上差异较大,14个岩流层中以5、8、6、4四层层内错动较发育,次为9、7、3、2、12层,而10、11、13、14、1层发育较少。6、8两层的中部层内错动带规模较大,延伸较长,常集中成带发育,浅表形成强风化夹层。层内错动带主要发育于岩流层中下部的玄武质熔岩中,上部角砾熔岩不发育。坝区层内错动带倾角平缓稳定,走向变化较大。

(4)岩体风化卸荷。

1)风化作用。综合考虑岩体结构、风化程度、岩体的完整性及紧密度等因素,反映岩体质量特征对坝区岩体进行风化分带,各风化带的特征如下。

弱风化上段:裂面普遍严重锈染,隙壁岩体有明显的风化晕。长石斑晶退光退色,少量高岭土化,岩体次块状—镶嵌结构,浅表碎裂结构,结构较松弛,完整性较差,岩芯以短柱和碎块为主,岩体声波纵波速度VP起伏大,均一性差,一般VP=2600～4000m/s,内夹部分较完整岩体。弱风化上段水平深度左岸一般为15～28m,右岸一般为20～40m,河床铅直深度一般为10～20m。

弱风化下段:裂隙普遍轻微锈染,长大裂面部分锈染较严重,隙壁风化较弱,长石斑晶轻度褪光褪色。岩体以次块状结构为主,部分镶嵌结构。嵌合较紧密,岩体较完整,岩芯以短柱—柱状为主。岩体内夹有沿错动带分布的弱上—强风化夹层,也间隔分布一些微新岩体。岩体声波纵波速度有起伏,但渐趋稳定,一般VP=4000～5200m/s,弱风化下段水平深度左岸一般为35～46m,右岸一般为43～50m,河床铅直深度为15～25m。

微风化至新鲜岩体:块状结构为主,部分整体块状和镶嵌结构,嵌合紧密,岩芯以柱状、长柱状为主,夹少量短柱及碎块,个别长大裂隙轻度锈染,岩体内分布有一定量的错动带弱风化夹层,岩体声波总体上较稳定,岩体声波纵波速度VP=4800～5500m/s。

风化夹层:主要沿层间、层内错动带发育,又包含弱风化夹层(夹层厚度为10～30cm,多由褐色玄武岩角砾岩块组成)和强风化夹层,如P2β6层斑状玄武岩的中部,经历了两期构造变形的层内错动带,形成了厚度可达数米的强风化夹层,该夹层一般分布在距地表50～100m以外浅表部,宽0.2～2m,局部可达3～4m。

2)卸荷作用。根据坝区平硐调查资料以及声波测试成果,以集中卸荷裂隙张开宽度及其发育密度、岩体结构和岩体声波速度作为划分岩体卸荷程度的标准,将卸荷带分为强卸荷带和弱卸荷带两类。

岩体卸荷程度与地形关系密切,坝区岩体总体表现为卸荷较弱,两岸高程400m以下的缓坡比陡壁部位卸荷强、深度大。高程400m以下缓坡地带,岩体内缓倾角结构面较发育,水平埋深浅,卸荷条件好,岩体卸荷主要表现为沿缓倾角层间层内错动带的水平回弹;两岸陡壁部位岸坡高陡,岩体中缓倾角结构面由于受卸荷条件的限制,陡裂带短小、稀疏,浅表强卸荷岩体已产生崩塌破坏,因此,陡壁部位卸荷深度不大,岩体以弱卸荷为主,裂隙部分微张,浅表局部出现张开的集中卸荷裂隙。左岸弱卸荷水平深度为15～30m,右岸为30～50m。强卸荷仅在坝区部分段发育,一般水平深度为2～10m。

8.2.2.2　坝基岩体质量分级

坝区玄武岩体坚硬、强度高,总体岩体质量良好,主要受层间、层内错动带和岩体的紧密程度控制。坝基岩体质量是多因素的综合反映,任何单因素的分级都不可能全面反映岩体的整体特性。在充分研究坝区岩体结构类型、完整性、紧密程度、风化卸荷、层内错动带发育程度和地下水状况的基础上,结合GB50218—94《工程岩体分级标准》,针对溪洛渡坝区岩体特征,将坝基岩体划分为5个大级、7个亚级,详见表8.5。

表8.5　溪洛渡水电站坝基岩体质量分级表