小浪底南岸引水进水口工程地质条件分析

    1、工程概况
    小浪底南岸引水进水口位于小浪底南岸大坝上游约700m处，直接从库内自流引水。主要水工建筑物有进水塔、塔前引水渠、塔后交通桥与上塔公路四部分组成，属Ⅱ级建筑物。塔后边坡坡面倾向N，为逆向坡。设计引水位243m，流量28.6m3/s。
    2、工程地质条件
    2.1地层岩性及分布特征
    进水口施工开挖揭露的地层为二迭系上统上石盒子组P23-2～P23-6岩组，整个进水口场地宏观表现为暗紫红色粉砂质粘土岩与黄绿色砂岩互层。进水口位于狂口背斜倾伏端，地层为单斜构造，产状：倾向125°～135°，倾角5°～7°，各岩组岩性特征见表1。

    2.2地质构造特征
    （1）断层及其特征
    进水口发育两条小断层f51、f52，均出露在进水塔塔后边坡上，由于其规模很小，对塔后边坡稳定影响不大。f51位于253马道以上塔后山体西侧边坡，走向187°，与进水塔轴向近平行，倾向NW，倾角77°，断层带宽0.3 ～1.5 m，充填角砾、岩屑，断距约2.0 m。f52位于塔后边坡洞轴线右侧1.4 m处，高程249～253 m，走向158°，倾向NE、倾角70°，断层带宽0.1～0.3 m，充填角砾，岩屑，断距0.2 m，从253马道向下延伸约4 m后尖灭。
    （2）节理发育情况及其特征
    在进水口发育有4组节理，在局部形成节理密集带。P23-3、P23-5粘土岩中，走向345°～355°、60°～80°两组节理发育，节理密度1～2条/米，节理延伸长度1～3 m，切层性差，节理面平直弯曲呈闭合状态。走向270°～290°这组节理密度大于1条/m，延伸较长，且大多切层。同时在粘土岩地层中还存在一部分缓倾角节理，产状无规律，倾角在20°～60°，节理面平直弯曲，其中在左侧边坡桩号0+007.5～0+016，高程252.75m～256 m处形成节理密集带，岩体破碎。P23-2、P23-4砂岩中，走向270°～290°、345°～355°、10°～30°三组节理较发育，节理密度2～3条/m，走向270°～ 290°这组节理延展性和切层性较好。
    （3）泥化夹层分布情况
    进水口场地揭露的泥化夹层主要分布在P23-2、P23-4岩组。P23-4有三层泥化夹层，但其泥化率、连续率均较差。P23-2岩组在进水塔塔基部位揭露的三层泥化夹层中，泥化率、连续率均较高。进水塔塔后边坡、基坑揭露泥化夹层情况见表2。

    2.3岩体的力学性质
    进水口场地地层主要是粘土岩与砂岩互层，岩体的强度在相同结构面切割的条件下，取决于各岩组岩石的力学强度。岩组中含有钙硅质、钙质胶结的坚硬岩组成南岸份较高的地层，其岩体强度一般较高；同时节理发育程度又与岩石的单层厚度有关，巨厚层、厚层百分含量较大的地层，其岩体强度也较高。对于进水口场地二迭系厚层粘土岩与砂岩互层地层，粘土岩的力学强度远低于钙硅质、钙质胶结的砂岩，粘土岩的力学性质对进水口场地及边坡稳定起控制作用。进水口粘土岩岩体抗剪强度（中型剪）试验成果见表3。

    3、主要工程地质问题分析
    3.1进水口边坡稳定性分析
    （1）岩体强度及岩石矿物成份对边坡稳定性影响
    P23-2、P23-4、P23-6岩组钙硅质、泥钙质细砂岩一般具有较高的抗压强度和抗剪强度，即使边坡后缘及两侧有切割面存在，也不会在自重作用下发生切层破坏引起边坡失稳。P23-3、P23-5岩组粘土岩不仅存在抗压强度、抗剪强度低外，还存在崩解性、膨胀性、塑性蠕变（流变）问题。因此施工中要求对其进行封闭，以保证粘土岩地层不向外膨胀，同时防止风化卸荷作用的进一步发展。
    （2）地层产状及层面对边坡稳定性的影响
    进水口地层产状：倾向125°～135°，倾角∠5°～7°,塔后边坡坡面倾向N，为逆向坡。就地层产状而言对边坡稳定有利。但岩层层面力学指标较低。层面与其它构造面组合易形成破裂面，对边坡稳定有一定影响，特别是在库水位运用条件下，能大大降低层面的抗剪强度指标，对边坡稳定产生不利影响。
    （3）结构面对边坡稳定性影响
    进水口场地发育的断层f51、f52规模很小，对塔后边坡稳定影响不大。走向270°～290°的节理切层性、延展性均较好，与进水塔后边坡走向一致，可形成失稳边坡的分割边界，对边坡稳定性有较大的影响，并与走向345°～ 355°、走向10°～30°两组节理组合，形成不利组合，恶化边坡稳定条件。走向345°～ 355°、走向10°～30°两组节理走向与进水塔基坑两侧边坡走向一致，对进水塔两侧边坡稳定影响比较大。在粘土岩地层中，发育的缓倾角节理，产状没有一定规律性、但可与其它组节理面组成不利组合，破坏岩体的完整性。
    （4）泥化夹层对边坡稳定的影响
    P23-4岩组中泥化夹层延伸较短、泥化率及发育程度较低、对边坡稳定影响较小，而P23-2岩组中泥化夹层延伸长、泥化率、发育程度较高，与上述三组节理组合，形成不规则的切割体，造成施工中局部岩体不稳定。边坡开挖卸荷回弹和爆破冲击力作用产生的剪切作用及施工用水的浸入和水库蓄水后进水口单薄山体受库水的长期浸泡，泥化夹层的工程特性将会大大降低，但由于泥化夹层的产状倾向坡内，对边坡稳定性影响不大。
    3.2进水口塔基稳定性分析
    进水口塔基高程在240m～252m，坐落在P23-2岩组顶部的泥钙质细砂岩上，岩体较完整，岩石饱和抗压强度为123Mpa；节里面抗剪强度c=0.05Mpa，f=0.35；岩层层面抗剪强度c=0.01Mpa，f=0.30；断层带抗剪强度c=0.01Mpa，f=0.30；P23-2岩体抗剪强度c=0.30Mpa，f=0.45；承载力基本值在900kpa，满足设计要求。从稳定性分析计算和施工期情况看，进水口塔基是稳定的。
    4、结论
    （1）进水口场地出露基岩地层为二叠系P23-2～P23-6岩组，岩层倾向SE，为反向坡，对边坡稳定有利。其中P23-3、P23-5岩组为粘土岩，P23-2、P23-4、P23-6岩组为钙质、硅钙质砂岩。粘土岩强度低，与水易膨胀、崩解。
    （2）进水口场地没有大断层通过。主要发育NWW、NNW、NNE、NE 四组节理裂隙，均为高倾角节理。这些高倾角节理裂隙与缓倾的岩层层面组合，将边坡岩体切割成不规则的棱形块体，对边坡表面局部稳定不利。
    （3）P23-2岩组230 m～232.5m高程发育三层连续率、泥化率均较高的泥化夹层，与NWW组节理组合，对边坡稳定起控制作用。
    （4）引水口岩体完整，岩石强度高，满足进水塔基础承载力要求。在工程施工中对粘土岩采取防护处理措施，防止了进水口单薄山梁西侧坡出露的粘土岩进一步风化。