郭建礼，刘建明

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

双峰寺水库是解决承德市防洪安全及水资源供需矛盾，防止生态环境持续恶化等问题的大型水利工程。水库地处承德市区上游12km，总库容1.37亿m3，正常蓄水位389m，以河流流域防洪为主，兼具城市供水及发电等多项功能。

库区及坝址区地质条件比较复杂，工程问题较多，水库渗漏、库岸稳定、水库浸没、地质构造稳定性及坝基（肩）抗滑稳定等都是影响水库建设的工程地质问题。随着勘察深度及精度的进一步深入，逐步查明了上述问题对工程的危害性及影响程度，初步提出了防治处理措施，为水库的建设施工提供了可靠的地质依据。

1 区域地质概况

库区地处内蒙古高原向华北平原的过渡带，为燕山北麓低山河谷地貌，地势总体北高南低，沟谷间山体浑厚，峰峦叠起。

区域内岩相复杂多变，岩浆岩、变质岩、沉积岩均有分布，以岩浆岩及变质岩分布最为广泛，沟谷及河岸则多分布松散沉积物。

流域内主要河流为滦河支流武烈河，总体流向自北而南。武烈河及上游支流较少断流，汛期大范围降雨后河水急涨迅泄，历时短暂，水位回落后水流平缓，径流渐小。

2 库区主要工程地质问题评价

2.1 库区渗漏

双峰寺水库为山间沟谷型水库，水库蓄水后水位抬高，两岸淹没区主要为变质岩、火山岩、沉积岩构成的山体及岩体上覆的黄土状土、黄土底砾等。

坝址位于玉带河、茅沟川、鹦鹉川及石洞川4条河流交汇口下游10km。库岸总体呈弯曲带状，最窄处不足1km，宽处达3.75km。两岸山体浑厚，分水岭脊顶高程为600.0m。

库盆整体由块状岩体构成，部分岸坡被粘性土覆盖，库岸山体宽厚。推测F1断层向东延伸5km至下河口村所在沟内，出露点高程达480.0m，远高于正常蓄水位；F1断层延伸短，断层带内压碎岩胶结紧密；F14断层带内胶结良好，东端被黄土状壤土覆盖。上述3条断层对水库渗漏影响较小，岩体整体封闭性较好，无不利构造带贯通库岸山体，不具备库岸向相邻低谷渗漏及深层渗漏条件。

2.2 库岸稳定

水库蓄水后，水位上升引起库岸岩土体的湿化和物理、力学性质的改变，破坏了岩土体的结构，从而大大降低了其抗剪强度及自稳能力，易于形成库岸坍塌。组成库岸的岩土类型和性质是决定水库塌岸速度和宽度的主要因素，岩土体坚硬程度、库岸地质构造、软弱结构面的产状及组合关系都对库岸稳定影响巨大。另外，库水位的变化幅度和波浪作用也是影响水库塌岸的重要因素。

坝址库岸多为岩质岸坡，岩体多呈块状，构造不发育，节理裂隙多轻度发育，局部中等～较发育，未发现大规模不稳定岩体分布，岸坡整体稳定性较好。

库区淹没范围内左岸岸坡分布黄土状土，位于东荒村～东黄土坎村之间，长度6.5km，为库岸相对不稳定区域。岸坡中下部多夹卵石或碎石层，坡壁多陡峭，在库水浸润及波浪冲蚀作用下易产生坍塌，造成岸边再造。

左、右岸因修公路、铁路而造成局部山体坡壁陡峭，顶部存在不稳定岩块，易产生塌落。

采用图解法计算塌岸宽度及坍塌量：土质岸坡水下稳定坡角选用10°，水上稳定坡角35°，浪高选用2m。预测最大塌岸宽度28m，估算由黄土状壤土坍岸造成的淤积量为35万m3。由于易坍塌的黄土状土高岸坡分布于中上游段，库岸坍塌造成的涌浪对水库大坝安全不会产生明显影响。

2.3 库区浸没

水库蓄水后，如果库区周围地下水相应雍高而接近或高出地面，会导致地面沼泽化而造成浸没。库区周围地面高程和起伏变化是决定能否产生浸没及其浸没范围的主要因素，另外地层岩性及其周边的水文地质条件也是影响浸没的重要因素。

水库蓄水后，坝下泄（漏）水通过河床卵石层排泄，卵石层具强透水性，且两岸高出河床3m以上，库下游不会发生浸没。

水库淹没区总体呈条带状，两岸山体绵延浑厚，岩体透水性微弱，不会通过渗透造成邻谷浸没。

水库正常蓄水位389.0m，淹没东黄土坎村、大窑村、西黄土坎村一带，淹没区上游地面高程一般大于397.0m，该区上部为厚度0.4～0.7m的壤土层，下伏砂或卵砾石层，地下水一般不会雍高至粗粒土层顶面，故发生浸没的可能性不大。

河床右侧甸子村以东及东南一带地势较低，上部为0.5～1m的含砾砂壤土，下部为砂或砾卵石层，分布连续，透水性良好。土体毛细上升高度与安全超高经验值（临界地下水埋深）和为1.5m，当地下水位达到砂或砾卵石层顶面时易发生浸没。由于向上游方向地势渐高，地表坡降为5/1000，预测甸子村东南及其上游河右岸易发生浸没，但沿河长度不超过300m，宽度100m。

2.4 水库诱发地震

依据国内外目前对于水库诱发地震的机理分析，在岩体储备有高应变能地区建库，水库蓄水后容易造成库区岩体应力状态的改变，引起应力集中，当应力集中到一定程度时，应力释放就容易激发库区地震。水库诱发地震多发生在构造相对活动区，特别是与近期活动断层有关；另外，复杂的水文地质条件常易引起局部流体动力异常，使岩体失稳，产生地震。

坝址区分布的断层活动性不明显，第四纪以来均未有活性迹象，库区内未发现大的活动断裂带或较深的裂隙带，未有使库水下渗引发孔隙水压力升高致使岩体滑移变形的构造，不具备诱发地震的主要因素。

另外，水库诱发地震与坝高及库容密切相关，而且受水位涨落的影响。现有资料表明，震级大于5级的地震均发生在坝高超过100m、库容超过10亿m3的大（I）型水库中。双峰寺水库坝高52.1m，库容1.37亿m3，认为发生5级以上水库诱发地震的可能性较小。

3 坝址区工程地质问题评价

坝址位于承德市双峰寺镇小庙子村南1km处，设计坝型为混凝土重力坝，坝顶高程396.1m，设计正常蓄水位389.0m，坝顶长度533m，最大坝高51.1m。

3.1 卵石层透水性问题

河床卵石层渗透系数（k）建议值200～260m/d，具强透水性。修建混凝土重力坝，卵石层被全部挖除，基坑排水问题较为严重，对坝基的渗透稳定无不利影响。

3.2 坝基岩体强度问题

坝基下伏黑云斜长片麻岩，勘察揭露强、弱、微3种风化状态。

3.2.1 强风化岩体

岩体厚度1～8.8m，顶面埋深4.1～9.9m，底面埋深7～17.7m，底面高程348.6～357.9m，厚度不均。

强风化岩体普遍破碎，节理裂隙发育，钻孔声波测试纵波波速大部分2500～3500m/s，按岩体结构分类属碎裂结构，按坝基岩体工程地质分类为Ⅳ类岩体。

强风化岩体单轴抗压强度建议值为25MPa，属于较软岩，承载力建议值1000kPa，变形模量2.0×103MPa，强度较低。岩体与混凝土接触面抗剪断强度建议值：f＇＝0.70、c＇＝0.35MPa，岩体的抗剪断强度建议值：f＇＝0.60、c＇＝0.35MPa， 抗剪强度指标偏低。

通过坝轴线上布置的2个竖井勘察发现，强风化岩中节理裂隙大部分倾向上游，倾角大部大于45°，基本不存在不利于坝基稳定的缓倾角软弱结构面，也未发现稳定的软弱夹层分布，对坝基抗滑稳定影响不大。强风化岩体强度较低，完整性较差，具有较低的抗变形能力，易产生不均匀沉降，不宜作为高坝段重力坝的坝基，如做低坝段坝基，建议进行固结灌浆处理，增加坝基强度。

3.2.2 弱风化岩体

岩顶面最大埋深17.7m，最低顶面高程348.6m，岩体节理裂隙轻度～中等发育，钻孔纵波波速一般3500～5000m/s，岩体完整性系数0.43～0.89，按岩体结构分类属次块状结构，岩体大部较完整，局部完整性差，按坝基岩体工程地质分类为Ⅲ1类。

弱风化岩石饱和单轴抗压强度建议值为65MPa，属坚硬岩，承载建议值为3500kPa，变形模量建议值为7.5×103MPa，强度 较 高 。 岩 体 与 混 凝 土 接 触 面 的 抗 剪 断 强 度 f＇＝0.95、c＇＝0.80MPa，岩体的抗剪断强度f＇＝1.0、c＇＝0.90MPa，抗剪切强度指标较高。

通过竖井勘察发现，弱风化岩中节理裂隙大部倾向上游方向，少量倾向下游方向的节理倾角大于45°，未发现不利于坝基稳定的缓倾角软弱结构面，也未发现连续稳定的软弱夹层，对坝基抗滑稳定影响不大。岩体强度较高，完整性较好，无明显的风化深槽及断层破碎带、节理密集带等地质问题，具有较高的抗滑、抗压缩变形及抗侵蚀能力，是较好的重力坝地基。

3.2.3 微风化岩体

岩体大部完整，纵波波速一般为5500～6500m/s，完整性系数一般大于0.75，饱和抗压强度建议值75MPa，属坚硬岩，强度较高。微风化岩体埋藏较深，岩体完好坚硬，具有良好的抗滑、抗压缩抗渗透性。

3.3 坝基渗漏

勘探过程中，坝址区未揭露大的断裂、溶蚀及破碎带等地质构造，也未发现稳定分布的软弱夹层，岩体中普遍存在节理，产状不稳定，内多有充填，贯通性较差，由此推断坝基岩层存在强渗漏情况的可能性不大。

若按防渗界限值3Lu考虑，大部分弱风化岩体应采取防渗措施，防渗深度宜控制在35～60m，防渗底板高程305.0～330.0m。 防渗深度较深部位在桩号0＋245～0＋435段， 长度190m，最大防渗深度60m。若按最大坝高的0.7倍考虑，坝基防渗深度为36m，防渗底板高程330.0m。

极个别部位弱风化岩体具中等透水性，是坝基易渗漏部位，采取深层帷幕灌浆时应密切关注灌浆效果，确保封堵渗漏通道，防止渗漏可能对坝基稳定及水库蓄水造成的影响。

对强风化岩体进行的压水试验成果表明呈弱透水性，考虑到岩体的风化程度、构造发育及压水试验偏少等因素，推测强风化岩体多具弱～中等透水性。修建重力坝时，强风化岩大部分被挖除，在低坝段部位做为坝基，建议采取防渗措施。

除勘察揭露的易渗漏部位外，施工开挖过程中不排除发现隐伏的破碎、断裂、通透等部位，应随时调整设计方案，采取相应处理措施。

3.4 溢流坝段抗冲稳定

溢流坝布置在拦河坝中部偏右位置，堰顶高程387.0m，采用挑流消能型式。溢流坝段水流挑距63.85m，冲坑深度14.40m（从基岩算起）。该段卵石层厚度6.9m，下伏片麻岩，强风化岩厚度2.3m，底板高程357.7m，其下为弱风化岩。

冲坑的形成与岩体抗冲刷性、岩体完整性、缓倾角结构面发育程度、构造破碎带及软弱夹层的性状与分布密切相关，冲坑深度由大坝单宽流量、上下游水头差、下游水深、采用的泄流形式等计算，根据边界条件，计算出冲坑底部高程为342.1m，低于建基面高程3m。坑底为弱风化片麻岩，岩体次块状结构，完整性较好，局部节理发育，无软弱岩体或影响岩体稳定的地质构造，抗冲刷能力较强。冲坑形成后，坑底至挑坎底之间的坡比为1∶4.43，满足《混凝土重力坝设计规范》的要求，不易对大坝抗滑稳定产生不利影响。

3.5 左坝肩渗漏

左坝肩发育三组节理，间距大部0.5～1m，少量0.1～0.3m，轻度～中等发育，地质结构比较复杂，岩体风化较剧烈，透水性较高，坝肩存在绕坝渗漏问题。

若按防渗界限值3Lu考虑，弱风化岩体应采取防渗措施，防渗深度宜控制在30～45m，防渗底板高程338.5～365.0m。 左坝头以外岩体宽厚，透水微弱，透水率小于3Lu，视为相对隔水层。

3.6 右坝肩渗漏

右坝肩有三组节理比较发育，节理间距大部0.5～1m，延伸长度多在2～8m。岩体完整性较好，呈弱风化状态，结构分类属次块状结构。

通过平洞勘察表明，右坝肩侧山体大部稳定，岩体坚硬完整，稳定性较好，无稳定的软弱夹层分布，无大的断裂破碎带、节理裂隙带等渗漏通道。

右坝肩山体相对单薄，西侧为小碾子沟，宽40～60m，沟底高程367.0～390.0m，多低于正常蓄水位389.0m。 该沟通向水库下游，坝肩至山沟沿轴线方向的距离不足200m，岩体较完整，稳定性较好，无大的地质构造与临谷连通，水库蓄水后，引起严重绕坝渗漏可能性不大。

3.7 坝基（肩）抗滑稳定

强风化岩中节理裂隙大部分倾向上游，倾角大部大于45°，节理裂隙大部分闭合，节理面较光滑，少见次生泥膜，基本不存在不利于坝基稳定的缓倾角软弱结构面，也未发现软弱夹层、断层破碎带等分布，对坝基抗滑稳定影响不大。

强风化岩体强度较低，完整性较差，具有较低的抗变形能力，易产生不均匀沉降。弱风化岩中节理裂隙大部倾向上游方向，少量倾向下游的节理倾角大于45°，未发现不利于坝基稳定的缓倾角软弱结构面，也未发现连续稳定的软弱夹层，岩体强度较高，完整性较好，无明显的风化深槽及断层破碎带、节理密集带等地质问题，具有较高的抗滑、抗压缩变形能力。

坝址下游未发现横穿河床的断层破碎带、节理密集带、风化深槽及软弱岩体，不会形成陡立临空面，对坝基（肩）稳定无不利影响。

3.8 基坑排水

修建重力坝存在基坑排水问题，河床主要含水层为卵石层，渗透系数建议值为200～260m/d，具强透水性。整体开挖估算卵石层涌水量为25800～33500m3/d，特别是丰水季节，武烈河过流较大，施工时建议设置围堰或采取导流措施。在较高的水头压力下，卵石层内含的中粗砂可能产生涌砂，建议采取相应处理措施。

强风化岩体整体为中等透水性，重力坝建基面座落于弱风化岩体中，应考虑强风化带基岩裂隙水的涌水量。

3.9 边坡稳定

坝肩及坝基存在基坑开挖边坡问题，最低坑底高程345m。卵石层最大坡高接近10m，建议开挖坡比为1∶1.75；强风化岩体开挖厚度1～8.8m，建议开挖坡比为1∶0.5；弱风化岩体最大开挖厚度超过10m，建议开挖坡比1∶0.25。

4 结语

（1）库岸岩体宽厚，封闭性较好，透水性较弱，无大规模构造贯穿库岸，不会产生库区强渗漏。

（2）库岸山体主要由火成岩及火山沉积岩构成，构造不发育，无明显的大规模不利结构面组合及不良物理地质现象，库岸整体稳定。

（3）库岸主要是岩体组成，固体径流来源并不丰富，局部地段库岸易坍塌形成堆积物，在雨水冲刷作用下，极易顺水流搬运而下，形成泥沙。

（4）水库两岸山体延绵宽厚，透水较弱，不会通过渗漏通道造成邻谷浸没。水库尾回水线以外地面高程大于尾回水线高程，地下水壅高不会超过地表，不存在产生大面积浸没的条件。

（5）水库坝址区均未发现大的活动断裂带，不具备诱发地震的主要因素，发生5级以上水库诱发地震的可能性不大。

（6）坝址区工程地质问题评价：①河谷宽400m，覆盖层厚4.1～9.9m，以卵石层为主，透水性很强；②强风化岩节理裂隙发育，大部破碎，属碎裂结构，稳定性差，抗变形能力低，易产生沉降稳定问题，不宜做为重力坝地基；弱风化岩体属块状结构，岩体较完整，未发现稳定的缓倾角裂隙面，是较好的重力坝地基；③左坝肩上部岩体较破碎，节理裂隙较发育，岩体完整性及稳定性较差，易产生绕坝渗漏；④右坝肩岩体呈弱风化状态，稳定性较好，坝肩相对单薄，但总体完整性较好，产生较大绕坝渗漏可能性不大；⑤坝址区未揭露大的断裂、溶蚀及破碎带等地质构造，坝基岩层存在强渗漏情况的可能性不大。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省承德市双峰寺水库可行性研究报告［R］.2009.

［2］GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范［S］.

［3］林宗元.简明岩土工程勘察设计手册［K］.北京.中国建筑工业出版社，2003.

［4］常士骠，张苏民.工程地质手册［K］.北京.中国建筑工业出版社，1990.

［5］林在贯，高大钊.岩土工程手册［K］.北京.中国建筑工业出版社，1994.

［6］国家地震局.中国地震烈度区划图（1990）概论［M］.北京：地震出版社，1996.

［7］河北省工程地震勘察研究院.承德市双峰寺水库工程场地地震安全性评价报告［R］.2009.

［8］环文林.潜在震源区划分的构造成因法（华北地区）地震危险性分析中的综合概率法［M］.北京：地震出版社，1990.

［9］GB50011—2001，建筑抗震设计规范［S］.

［10］高玉峰，张健.地震危险性分析研究［M］.北京：科学出版社，2007.