[摘要]介绍乌沙塘水库工程坝址区工程地质问题，对坝址区进行详细的地质勘察。并对存在的地质问题进行分析与评价，提出相应的建议，为设计和施I提供可靠依据，同时也为该水库安全运行提供科学的资料。
[关键词]水库;工程地质;渗透稳定;分析与评价
1 工程概况
乌沙塘水库工程位于宁夏吴忠市红寺堡城区西南10 km处，库址地理坐标： N37°20' ~ N37°22',E105°58' ~E106° 00' 之 间。 设 计 总 库 容 292 × 104m3,兴 利 库 容248. 28 × 104m3,淤积库容43. 98 ×104m3.该工程主要任务是红寺堡西部地区人饮供水，设施农业用水规模为0. 28 × 104hm2.根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（ SL 252 - 2000） 的规定，确定工程等别为Ⅳ等工程，主要建筑物为 4 级，次要建筑物及临时建筑物为 5 级。
2 坝址区工程地质条件
2. 1 地形、地貌及物理地质现象
库区 为 由 西 向 东 缓 倾 的 坡 地，高 程 为 1 347 ~1 351 m,地形较平坦，略有起伏。坝址西侧沿坝址有一冲沟，呈 V 型，宽30 m,深17 m,沟底可见基岩出露。坝址区均有第四系风积沙覆盖。经过工程地质测绘，坝址区未见有滑坡等不良地质现象。
2. 2 地层岩性
揭露的主要地层有第三系中新统红柳沟组（ N1h） 砖红色泥质砂岩、砂质泥岩。第四系上更系统下段冲洪积层（ Q3al + pl） 的角砾； 上更新统冲积积层（ Q3al） 的土黄色黄土状粉土、粉砂； 全新统上段风积层（ Q4eol） 粉砂。现将地层由新至老分述如下：
1） 粉砂（ Q4eol） : 厚度为0. 5 m左右，该层在工作区局部有出露，土黄色、稍湿、松散、较均匀，主要成分为石英、长石。渗透系数为1. 3 ×10- 3cm / s,属强透水层，开挖边坡比为1∶ 1. 75,建议将本层挖除。
2） 上更新统冲积层（ Q3al） 的土黄色黄土状粉土黄褐色，厚度为 1. 0 ~ 12. 7 m,主要分布场区北侧，分布不均匀、松散、中密状态、干。允许承载力[R]=160 kPa,开挖边坡比为1∶ 1,本层土为不液化土。见表 1.
3） 上更新统上段冲积层（ Q3al） 的粉砂，黄褐色、干 ~稍湿、中密状态，厚度为 0. 9 ~2. 2 m,分布不均匀，主要分布与 K0 +500 ~ K1 + 050 段，其他部位零星分布，多呈透镜提。渗透系数为1. 03 ×10- 3cm / s,属强透水层，[R]=160 kPa.开挖边坡比为1∶ 1. 25.
4） 第四系上更系统下段洪积层（ Q3al + pl） 的角砾，主要分布坝轴线 K0 +300 ~ K1 + 900 段，厚度 0. 6 ~ 9. 5 m,杂色中密 ~ 密实，干，局部为砾砂。粒径 20 ~100 mm约占45% ,2 ~ 20 mm约占 35% ,充填砂粒及粉粒等。渗透系数7. 0 × 10- 2cm / s,属强透水层。埋深 1. 80 ~ 16. 80 m,厚度0. 60 ~ 14. 30 m,[R]= 240 kPa,开挖边坡比为1∶ 1. 25.
5） 第三系红柳沟组（ N1h） 棕红色泥质砂岩、砂质泥岩，棕红色、暗棕红色，泥砂质结构，薄 ~ 中厚层状构造，水平层理发育。风化裂隙发育，遇水易软化。自由膨胀率位于 30%左右，属弱膨胀潜势的膨胀岩土。岩层产状 210°∠3°。上部风化严重，为强风化至全风化，强风化厚度3. 2 ~ 5. 0 m,风化裂隙发育，[R]= 200 kPa,开挖边坡比1∶ 0. 75; 中等风化层风化裂隙较发育，岩体完整性较好，[R]=300 kPa,开挖边坡比1∶ 0. 5.
2. 3 土的渗透稳定性评价
依据《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50487 -2008） 附录 G,对土的渗透变形进行了判别。粉细砂的渗透破坏类型为流土，临界水力比降 0. 55 ~ 0. 6,允许水力比降 0. 3; 黄土状粉土的渗透破坏类型为流土，临界水力比降 1. 0 ~1. 1,允许水力比降 0. 5; 角砾的渗透破坏类型为管涌，临界水力比降 0. 36 ~0. 4,允许水力比降 0. 2.
2. 4 水文地质
勘察中，坝址区勘探深度范围内未有地下水揭露，本区域内地下水比较贫乏。
工作区位于灵盐台地南西边缘与宁南黄土丘陵的过渡地带，属干旱半干旱气候，降雨量较少。第三系中新统红柳沟组（ N1h） 砖红色泥质砂岩、砂质泥岩为基底，上部覆盖有厚度不等的第四系壤土、砂壤土、角砾。多年平均降水量为300 mm,蒸发量1 700 mm以上，干旱缺水； 雨季，暴雨时东侧冲沟有山洪发生，其入渗量有限。
在坝址区东侧有引黄灌渠三干渠，南北流向。经取样化验分析，水化学类型为 HCO3- Ca、Na,pH 值为 7. 9 ~8. 4,矿化度为 573. 58 ~ 631. 22 mg / L,硫酸根离子含量为92. 22 ~ 142. 17 mg / L,氯离子含量为 73. 74 ~ 80. 12 mg / L,碳酸氢根离子含量为 3. 59 ~ 3. 94 mmol/L.根据《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50478 - 2008） 附录 L 判定环境水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
2. 5 基岩的透水性
钻孔揭露的是第三系中新统红柳沟组（ N1h） 砖红色泥质砂岩、砂质泥岩，根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》（ SL 31 - 2003） 的规定，在钻孔内对岩体进行压水试验。本次试验采用吕容试验作为常规的实验方法，共完成 44 段压水试验。通过压水试验资料显示，基岩的透水率为 0. 2 ~19. 4 Lu,压水试验类型以 C、D 型为主。《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50487 - 2008） 附录 J 的规定，进入基岩6 m 范围内，基岩的透水率为 15. 7 ~19. 4 Lu,属中等透水层； 基岩 6 ~ 11 m范围内，基岩透水率小于10 Lu,渗透系数0. 076 m/d,属弱透水层。基岩 11~ 16 m 范 围 内，基 岩 透 水 率 小 于 5 Lu,渗 透 系 数0. 045 m / d,多属弱透水层，局部为微透水。
2. 6 湿陷性评价
依照《湿陷性黄土地区建筑规范》（ GB 50025 -2004）的规定，对蓄水库坝基黄土状粉土原状土样进行了湿陷性试验和自重湿陷性试验。并按《湿陷性黄土地区建筑规范》（ GB 50025 -2004） 中公式计算自重湿陷量、总湿陷量。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》附录 A《中国湿陷性黄土工程地质分区》，场区工程地质分区为Ⅶ2 区，即宁~ 陕分区（ 其他地区） ,因土质地区而异的修正系数 β0取0. 50（ β 为修正系数： 0 ~ 5 m取 1. 5,5 ~ 10 m取 1. 0,10 m以下取 1. 2） .
湿陷实验结果表明，蓄水库坝址区黄土状粉土具湿陷性，湿陷系数 0. 162 ~0. 005,自重陷系数 0. 02 ~0. 098,最大湿陷量747. 3 mm,最大自重湿陷量153. 9 mm.场地湿陷类型为主要非自重湿陷性，湿陷等级主要为 I 级（ 轻微） ~ Ⅱ级（ 中等） ,仅探井 BT1 中为重湿陷性Ⅲ级（ 严重） .
2. 7 地震液化评价
依据《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50487 -2008） 附录 P,坝址区在表部0. 5 m左右的风积粉砂为可能液化土，建议挖除处理； 下部黄土状粉土和粉砂均为第四系晚更新统的地层，判定坝址区黄土状粉土、粉细砂为不液化土。
2. 8 坝址区工程地质评价
1） 根据钻孔揭露，坝址区第四系覆盖层厚度不一，最大厚度17. 1 m,厚度较大； 下部基岩埋深一般较深。粉砂、角砾属强透水层，黄土状粉土属中等透水层。
2） 湿陷实验结果表明，蓄水库坝址区黄土状粉土湿陷类型为非自重 ~ 自重湿陷性，湿陷等级大部分为 I 级（ 轻微） ~ Ⅱ级（ 中等） ,仅探井 BT1 中为Ⅲ级（ 严重） .
3） 依据《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50487 -2008） 附录 P,坝址区在表部0. 50 m左右的风积粉砂为可能液化土； 下部黄土状粉土和粉砂均为第四系晚更新统的地层，判定坝址区黄土状粉土、粉细砂为不液化土。
4） 坝基进入基岩 6. 0 m 范围内，基岩的透水率为15. 7 ~ 19. 4 Lu,属强等透水层； 基岩 6 ~ 11 m范围内，基岩透水率小于10 Lu,渗透系数0. 076 m/d,属弱透水层。基岩 11 ~ 16 m范围内，基岩透水率小于5 Lu,渗透系数0. 045 m / d,多属弱透水层，局部为微透水。建议对坝基吕容值 > 10 的地层进行帷幕灌浆处理，处理深度按照相关要求深入吕容值 <10 的地层以下5 m左右。
5） 在本次勘察深度范围内未发现地下水。坝址区东侧的红三干渠水的水化学类型为 HCO3- Ca、Na,pH 值为 7. 9 ~8. 4,矿化度为 573. 58 ~ 631. 22 mg/L,硫酸根离子含量为 92. 22 ~ 142. 17 mg/L,氯离子含量为 73. 74 ~80. 12 mg / L,碳酸氢根离子含量为 3. 59 ~ 3. 94 mmol / L,根据《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50478 -2008） 附录 L 判定环境水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
6） 依据《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50487 -2008） 附录 G,对土的渗透变形进行了判别，粉细砂的渗透破坏类型为管涌，允许水力比降 0. 3; 黄土状粉土的渗透破坏类型为流土，允许水力比降 0. 5; 角砾的渗透破坏类型为管涌，允许水力比降 0. 2.
7） 砂质泥岩、泥质砂岩自由膨胀率位于 30% 左右，属弱膨胀潜势的膨胀岩土。岩体呈薄层 ~ 中厚层状结构，结构面中等发育，多闭合，岩块间嵌合力较好，贯穿性结构面不多见。岩体较完整，局部完整性差，抗滑、抗变形性能受岩石强度控制。因此，坝基岩体工程地质分类属 CⅣ。
3 结论与建议
1） 建议对第四系覆盖层予以清除或作防渗处理 .
2） 建议场区黄土状粉土整体按照自重湿陷Ⅱ级（ 中等） 考虑，采取浸水配合强夯消除部分或全部的湿陷量。
3） 建议对坝基吕容值 > 10 的地层进行帷幕灌浆处理，处理深度按照相关要求深入吕容值 < 10 的地层以下5 m.
4） 依据《水利水电工程地质勘察规范》（ GB 50487 -2008） 附录 P,判定坝址区表部的风积粉砂为可能液化土，建议挖除处理； 下部黄土状粉土和粉砂均为第四系晚更新统的地层，判定坝址区黄土状粉土、粉细砂为不液化土。
5） 判定坝址区东侧的红三干渠水的水对混凝土无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
6） 第三系红柳沟泥质砂岩、砂质泥岩，泥质胶结，遇水易软化。砂质泥岩、泥质砂岩自由膨胀率位于 30% 左右，属弱膨胀潜势的膨胀岩土。
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