重庆市奉节县渡口坝水电站工程坝址区软弱夹层分析说明

重庆市奉节县渡口坝水电站工程坝址区软弱夹层的分析说明【摘要】本文重庆市奉节县渡口坝水电站工程坝址区软弱夹层形的原因、特点及分布规律及性状进行分析说明。

【关键词】渡口坝水电站；工程坝址区；软弱夹层一、软弱夹层的成因及类型1.软弱夹层的成因软弱夹层一般是指那些颗粒细、厚度薄，具片状结构，遇水易软化或泥化，力学强度低，比其上下岩层相对软弱的岩层。

软弱夹层中泥化的部分称泥化夹层。

软弱夹层是水利工程建设中经常遇到的重大工程地质问题之一，如软弱夹层中有泥化错动带，则对坝基岩体抗滑稳定起控制作用，给大坝的安全造成很大的威胁，影响到设计方案、施工工期和工程投资。

软弱夹层是地质历史的产物，与成岩条件、构造作用和地下水活动等密切相关。

按其成因一般可分为三种类型：⑴原生型。

指成岩过程中，在坚硬岩层间所夹的粘粒含量高、胶结程度差、力学强度低的软弱岩层。

如碳酸盐建造、碎屑岩建造中夹的页岩、粘土岩薄层。

⑵次生型。

指原生软弱夹层、蚀变破碎带、次生矿物充填的节理等在风化、地下水等外营力作用下，产生泥及碎屑物质而形成的软弱夹层，又称风化夹层。

这类夹层多分布在浅表地层，往往受地形、水文地质条件、岩性及原生软弱夹层或软弱带发育情况所控制，常呈局部软化或泥化，粘粒含量及含水量均较高。

⑶构造型。

指岩层在构造作用下形成的软弱夹层。

一种是岩体在构造应力作用下，沿软、硬岩层接触带或软岩内部发生层间剪切错动；剪切错动带受到多期构造变动而发生剪切破坏，形成大量细颗粒物质和裂隙，经地下水的渗透和物理化学作用而使原生夹层软化、泥化形成软弱夹层；另一种是指构造作用形成的断层破碎带经泥化、软化而形成的软弱夹层。

2.各种成因类型的软弱夹层的特点原生型软弱夹层的特点是：成层条件好，层次多；有韵律、分布广、厚度较大、延伸远、产状稳定且与岩层产状一致。

次生型软弱夹层特点是：产状不稳定，厚度变化大，成层条件不好，主要分布在风化卸荷带或地下水循环带内；次生型软弱夹层从地表向下逐渐变薄，到卸荷带以下则消失。

原生型与构造型软弱夹层的区别在于：①原生型厚度较薄而构造型厚度变化很大；②原生型一般只限定一种岩性而构造型可通过几种岩性；③原生型大都产状变化小，一般不相交，而构造型倾角变化大，有时各层彼此相交。

二、渡口坝水电站坝址区软弱夹层的分布规律及性状1.工程概况渡口坝水电站位于重庆市奉节县境内长江左岸一级支流梅溪河上。

推荐坝型为混凝土双曲拱坝，拦河坝最大坝高108.70m。

工程区大地构造上位于重庆台坳（ⅱ级）之重庆陷褶束（ⅲ级），构造形迹以褶皱为主，未见活动性断裂存在。

新构造运动主要表现为大面积间隙性缓慢抬升，第四系以来抬升幅度趋缓，差异运动较弱。

工程区属弱震地质环境，外围中强地震对工程区的影响烈度均小于ⅵ度。

坝址出（揭）露地层为三叠系中统巴东组第三段（t2b3）、第四段（t2b4）、上统须家河组（t3xj）及第四系崩坡积与人工堆积层、河流冲积层。

坝址地层岩性特征详述如下：三叠系中统巴东组第三段（t2b3）：以黄灰～灰色薄～中厚层状泥质灰岩、泥质白云岩为主夹薄层页岩、泥质粉砂岩；层厚约300m，分布于两坝桥上游100m以上河床及两岸，与上覆地层呈整合接触。

三叠系中统巴东组第四段（t2b4）：中上部为灰～黄灰、绿灰色薄～中厚层状泥云岩与泥质灰岩、泥灰岩、钙质页岩不等厚互层，底部为紫红色夹灰绿色粘土岩夹泥质粉砂岩；上部岩相不稳定，相变较频繁。

层厚约60m，分布于河床及两岸，与上覆须家河组地层呈假整合接触。

上统须家河组（t3xj）：坝区岩性较单一，以砂岩为主，按岩性分上下两亚段：下亚段（t3xj1）：灰色，以薄～中厚层夹厚层中细粒夹粗粒长石岩屑石英砂岩、含白云母岩屑砂岩为主，夹24条厚薄不均的粉砂岩、页岩透镜体、鸡窝状薄煤层及马尾丝状煤线，累计软弱岩层厚约30.85m，约占全部岩层的11%；底部含较多黄铁矿粒及结核，左岸底部分布有厚约1.0m的透镜状的含黄铁矿页岩层（相当于綦江式铁矿层）。

本段岩性局部相变较大，长石、石英、岩屑等矿物含量、分布等不均，局部集中；地表及钻探揭示，下部长石、岩屑含量相对较高，石英含量相对较低，因而其强度相对较低，亦易风化。

岩石以中～细粒结构为主，薄～中厚层夹厚层状构造，铁钙质胶结，局部泥质、硅质胶结，岩石一般较坚硬；斜交及交错层理发育。

厚237～262m，分布于两坝桥至坝轴线下游约200m处。

上亚段（t3xj2）：灰色中厚层中细粒水云母胶结（局部硅质胶结）长石岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩夹页岩及煤线，近底部夹透镜状砾岩层、含砾砂岩，含较多黄铁矿结核。

砾石成份以黑色硅质岩及燧石为主，少量为浅灰色石英岩。

厚137～167m，分布于坝轴线下游200m以下河床及两岸。

第四系冲积层（q4al）：灰色，主要为砂砾石，在其上部零星堆积有人工堆积砂岩块碎石。

砂砾石主要由卵砾石、砂及泥组成，含漂石（大块石）；卵砾含量约65～80%，主要成分为灰岩、白云岩、砂岩；一般粒径4～10cm，个别可达20cm以上，次园状，分选差；砂及泥含量约10～25%，充填于漂、卵砾石孔隙中。

湿～饱和，稍密～松散；一般厚度2.0～5.0m；分布于河床及上游漫滩。

第四系崩残坡积层（q4el+col）：褐灰～黄灰色，由块碎石、砂及泥组成。

块碎石含量约60～70%，主要成分为砂岩、泥灰岩、泥质白云岩，一般粒径10～60cm，个别可达100cm以上，棱角状；砂及泥含量约30～40%，充填于块碎石孔隙中。

块石间多架空，含大孔隙；松散～稍密，稍湿～湿；一般厚度8.0～15.0m，最大厚可达20.0m以上。

主要分布于两坝桥上游两岸坡。

坝址位于大木亚背斜南翼，除在巴东组地层内发育有揉皱、小褶曲等次级小构造外，总体呈单斜，岩层倾向下游稍偏右岸，岩层产状一般n75～85°w/sw∠38°～50°。

2.坝址区层面软弱夹层坝址区软弱夹层发育，且多为原生型软弱夹层，现详细描述如下：坝址巴东组岩层软硬相间，层间夹层风化、溶蚀发育，形成层间软弱夹层。

巴东组层间软弱夹层主要由薄层页岩、溶蚀夹泥组成，一般厚0.05～0.3m，地表一般间距2～3m。

受构造作用，沿软弱夹层层间多错动，形成层间剪切破碎带或泥化夹层，甚或形成顺层小断层。

坝址须家河组（t3xj1）砂岩体内层间软弱夹层发育。

软弱夹层主要由炭质页岩、薄层粉砂岩与薄煤层及煤线组成。

夹层岩性相变较频繁，分布不均，厚度变化较大，多呈透镜状分布，一般厚5～60cm，局部厚可达100～200cm。

坝区厚度较大、延续性较好的夹层左岸计有15条，累积夹层厚约18.5～23.0m，约占8～10%；右岸计有10条，累积夹层厚约12.5～18.5m ，约占6～8%；其中，在拱坝两坝肩约20m抗力岩体内一般夹1～3条软弱夹层，累积厚左岸1.0～4.0m，右岸0.5～2.0m。

根据层间软弱夹层性状与物质组成，坝址软弱夹层可分为页岩软弱夹层、粉砂岩夹煤线软弱夹层、煤层软弱夹层以及层间剪切破碎带、泥化夹层。

坝址须家河组主要软弱夹层分布特征见表2.2-1。

页岩软弱夹层：主要由页岩构成，局部夹薄煤层及煤线，多呈透镜状分布，一般厚5～40cm，局部厚度可达2.0m（如rj3、rj22）。

微新（未错动）页岩夹层结构较完整，芯呈柱状，锤击声较脆，性状较好、强度较高；弱风化带结构较破碎，芯呈散碎状，多含泥膜，局部夹泥，其性状差、强度较低。

粉砂岩软弱夹层：以泥质粉砂岩为主夹薄层页岩及煤线，一般厚20～60cm，局部厚度可达2.0m（如rj18）；一般延伸较长，多呈透镜状分布。

微新、未错动的夹层结构较完整，芯短呈柱状、碎块状，锤击声较清脆，表明其性状较好、强度较高；弱风化、强卸荷带内夹层结构疏松，芯呈碎块状，锤击声哑，表明其性状较差、强度较低。

煤层及煤线：主要分布于砂岩、粉砂岩、页岩内，一般厚1～5cm，局部厚可达20～60cm，多呈透镜状、鸡窝状分布，一般延伸长度30～50m，少量较稳定，长度大于300m（如两坝肩的rj16即md2煤层）。

新鲜、未错动煤层结构相对较紧密，锤击声较脆，手不能捏碎，表明性状较好，仍具有一定强度；在风化卸荷带，煤层结构松散，饱水，手易捏碎，性状差，强度较低。

层间剪切破碎带：地表调查、平洞揭示，受构造挤压作用，在坝址软硬相间岩层中，沿软弱岩层、特别是薄煤层或煤线顶部层间多发生错动，形成层间挤压（剪切）破碎带。

挤压破碎带内岩体破劈理发育，岩体破碎；以粉砂岩为基底的破碎带以碎裂结构为主，破碎带物质为粉砂岩碎块夹岩屑及泥；以页岩、煤层为基底的破碎带以碎裂结构、鳞片状结构为主，破碎带物质以岩屑、鳞片岩及泥为主，片理光滑并多附泥膜。

破碎夹层性状差、强度低，芯呈散碎状、土状，手捏易碎；一般厚5～30cm，延伸长、稍有起伏，顺夹层呈透镜状分布。

层间泥化夹层：主要发育于页岩、薄煤层等层间剪切破碎带，其在地下水的作用下局部泥化，形成次生泥化夹层。

平洞揭示，夹泥一般厚约1～3cm，饱水，软塑状，属纯泥夹岩屑型；在弱风化、强卸荷带内，因地下水作用强烈，泥化作用显著，夹泥厚度较大，延伸较长，一般延伸长度20～30m；在微新岩体内，由于岩体透水性减弱，地下水作用较微弱，泥化层厚度逐渐变薄，延伸较短，多呈断续分布。

3.坝址区软弱夹层的处理措施由于坝基、特别是两坝肩页岩、煤层等软弱夹层发育，对坝肩变形稳定影响较大，因此，为确保坝基、特别是坝肩抗变形和抗渗稳定，须对开挖后坝基浅层页岩、粉砂岩、薄煤层、泥化夹层等采取刻槽、追踪开挖、置换处理，对深部夹层作锚固、固结灌浆处理；对坝肩下游抗力岩体内的软弱夹层，可通过探洞追踪开挖、置换混凝土处理；对坝基岩体进行固结灌浆处理。

同时，为改善坝基岩体受力条件，建议①采取变曲率拱坝设计，使坝肩推力方向传向岸坡深部岩体；②增大拱座断面，设置重力墩；③在坝肩新鲜抗力岩体内设置传力墩等相应工程处理措施。