景林珍

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

申家庄水库位于山西省汾西县永安镇店头村西约1.4 km的冲沟内，属团柏河中段（关子爷河）支沟，水库总库容220万m3，拟建坝型为均质土坝，坝顶相对高程42.0m，最大坝高42.0m，坝长240 m。正常蓄水位相对高程41.0 m。

依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）、《中小型水利水电工程地质勘察规范》（SL55-2005）、《水利水电工程测绘规程》（SL299-2004）、《水利水电工程钻探规程》（SL291-2003）等相关技术规程，进行了大量野外勘察工作、原位测试及室内试验，初步查明了工程区的各类工程地质问题，本文就本工程库区的主要工程地质问题进行分析。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

库区地貌区划属晋中晋南断陷堆积盆地区之韩候岭拱隆侵蚀台地区，地貌类型为梁峁状黄土地貌。

库区受多年长期水流侵蚀切割，地形较复杂，沟谷发育，黄土梁与沟谷交错排列。在库区800 m的范围内，两岸发育9条冲沟，冲沟大小不一，多垂直于主沟发育，具典型黄土沟谷地貌特征。库区沟底现修建淤积坝5条，淤积坝间多整平形成耕地。沟谷较宽阔平坦，沟底相对高程为6～31 m，库区沟底宽50～100 m。两岸自然边坡30～70°，黄土梁顶相对高程66～146 m。库区沟谷流向N80～85°W，库区内无大断裂和不良地质构造。

1.2 地层岩性

库区发育地层岩性主要为古生界奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）和新生界第四系地层。由老至新分述如下：

1）古生界

（1）奥陶系中统峰峰组（O2f），库区揭露岩性主要为峰峰组上段灰、深灰、青灰色厚层灰岩夹豹皮状灰岩、泥质灰岩。分布于库底下部。钻孔最大揭露厚度 27.7 m。（2）石炭系中统本溪组（C2b），揭露岩性为灰白色、灰黄色、灰色砂质页岩及灰色、浅灰色黏土质页岩、铝土页岩等。分布于库底下部近坝址区，钻孔最大揭露厚度 12.7 m。（3）石炭系上统太原组（C3t），揭露岩性为灰白色、黄色石英砂岩，主要为细砂岩，分选一般，颗粒均匀。分布于坝址右岸，厚度0～10.0 m。

2）新生界第四系

（1）中更新统洪积（Q2pl），岩性为褐红色低液限黏土，夹4～5层钙质结核层，可塑-硬塑，垂直节理发育。分布于库区两岸山坡中下部及库底下部两岸出露厚度3.0～15.0 m，库区钻孔揭露库底厚度25.5～27.0 m，未揭穿。（2）上更新统坡洪积（Q3dpl），岩性为淡黄色低液限粉土、低液限黏土，呈可塑状，土质较均匀，局部夹少量钙质结核，垂直节理发育，其间常夹一层浅红色古土壤层。广泛分布于库区两岸山坡上部，厚5.0～15.0 m。（3）第四系全新统冲洪积（Q4pal），岩性为褐黄色、褐灰色低液限黏土，结构松散，水平层理发育，多呈可塑状态。主要分布于库区内河谷谷底，组成淤积地，厚3.0～10.0 m。（4）人工堆积物（Qs）：岩性为低液限粉土、低液限黏土及碎石混合土，分布于区内黄土沟谷内，多为人工修建淤地坝及填沟造地而成，厚0～3.0 m。

1.3 水文地质

库区内地下水类型有松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水和碳酸盐岩类岩溶裂隙水三种。

松散岩类孔隙水主要赋存于沟谷的低液限黏土中，渗透性弱，富水性差。地下水的补给来源主要接受大气降水及沟谷两岸侧向补给，并向下游沟谷排泄。

碎屑岩类裂隙水多赋存于古生界石炭系砂岩、灰岩中，而页岩，泥岩为相对隔水层，一般水量较小。

碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水层主要为古生界奥陶系灰岩、白云质灰岩、豹皮状灰岩等，厚200～300 m。岩溶较发育，主要为溶蚀裂隙、溶孔等，地下水丰富，但富水程度不均匀，主要与岩溶发育程度的不均匀性有关。泥灰岩、泥质灰岩及泥质条带灰岩为相对隔水层。区内地下水水位埋深较大，一般为200～300 m。

1.4 不良物理地质现象

库区不良物理地质现象主要为两岸土质边坡坍塌。

2 主要工程地质问题

2.1 库区渗漏

库区两岸山体较雄厚，正常蓄水位以下岩性多为第四系中更新统低液限黏土夹钙质结核层，且连续分布。库区沟底地层岩性覆盖层上部为第四系全新统冲洪积（Q4pal）褐黄色、褐灰色低液限黏土，垂直渗透系数1.94×10-5～2.98×10-4cm/s，水平渗透系数 6.41×10-5cm/s，具弱-中等透水性，厚3.0～5.6 m，下部为中更新统洪积（Q2pl）褐红色低液限黏土，垂直渗透系数9.29×10-6～1.61×10-4cm/s，水平渗透系数 5.60×10-6～2.75×10-4cm/s，具中等-微透水性，厚度25.5～27.0 m。下伏基岩为奥陶系中统峰峰组（O2f）上段灰、深灰、青灰色厚层灰岩夹豹皮状灰岩、泥质灰岩，根据钻孔注水试验资料统计，其渗透系数为0.37～0.49 m/d，多具中等渗透性。库区范围内地下水位埋深大，钻孔深度范围内未揭露。水库蓄水后，两岸及库底低液限黏土厚度大，且多具弱透水性，库水沿低液限黏土渗漏量小，对水库蓄水影响较小。

2.2 库岸稳定

在水库回水范围内，两岸为土质岸坡，自然边坡30～70°。岸坡上部为上更新统坡洪积（Q3dpl）淡黄色低液限粉（黏）土，厚5～15 m，下部为中更新统洪积（Q2pl）褐红色低液限黏土夹钙质结核层，水库蓄水后将会产生不同程度的坍岸。在库区范围内选取一条典型剖面进行坍岸预测。

库区内土质岸坡岩性以（Q2pl）低液限黏土为主，故近似按均质岸坡考虑，坍岸带宽度采用卡丘金法预测，计算公式如下：

式中：S——坍岸带最终宽度，m；

N——与土的颗粒大小有关的系数；

A——库水位变化幅度，m；

hp——波浪冲刷深度，m；

hB——波浪爬高，m；

H——正常蓄水位以上岸坡高度，m；

α——浅滩冲刷后水下稳定坡角，（°）；

β——岸坡水上稳定坡角，（°）；

γ——原始岸坡坡角，（°）。

参数选取：N一般与岸坡岩性有关，对于低液限黏土，N取0.8，β取45°；波高按1 m取，hp一般相当于1～2倍波高，hp取0 m，hB大体为 0.1～0.8 倍波高，hB取0.3 m，A是库水位变化幅度，坍岸地段高于死水位。水下稳定坡角α取值参考现状曲亭水库水下坡角数据，曲亭水库库区两岸土质岸坡为中更新统洪积低液限黏土，与本库区两岸土质类似。根据曲亭水库水下稳定坡角调查。其左右岸水下稳定坡角略有差异，左岸水下稳定坡角11.0～19.6°，平均值 14.6°，右岸水下稳定坡角 14.1～21.1°，平均值17.3°，总平均值15.8°。综合考虑，本工程α取值15°参与计算。引用公式计算参数取值及计算结果见表1。

表1 代表性地质剖面参数取值及最终预测坍岸宽度计算结果表

库区左岸发育冲沟3条，右岸发育5条，冲沟范围不计入坍岸长度。水库回水范围内，坝址区地面最底高程933 m，库尾地面最底高程965 m，典型剖面处地面最底高程949 m，可作为平均断面计算，坍岸量计算详见表2。

表2 坍岸方量估算结果表（α=15°）

由表2可知，库区最终坍岸总方量为109.0×104m3，其中水上坍岸方量为 67.6×104m3，水下坍岸方量为41.4×104m3。因岸坡坍塌量较大，对大坝安全造成威协，建议对库区土质岸坡坍岸线范围内的岸坡进行削坡减载并做防护处理，库水位以上坡角按25～30°考虑，库水位以下按13～15°考虑。

2.3 淹没与浸没

现水库库区内有人造耕地及田间土路，水库蓄水后，存在淹没问题。库区沟谷无常流水，仅雨季有洪水。库区沟底及两岸地层多为相对隔水层，透水性弱，区内地下水位埋深大。且库区无村庄及企业等建筑物分布，可不考虑浸没问题。

3 结语

因库区沟底覆盖层大部为第四系全新统冲洪积（Q4pal）褐黄色、褐灰色低液限黏土及中更新统洪积（Q2pl）褐红色低液限黏土，属中等—微透水层，起到很好防渗效果，不需进行处理，而对于基岩裸露区建议做铺盖以达到防渗效果。对于库岸稳定的塌岸现象，建议采用：1）削坡减载，用以降低坡高或放缓坡角来改善岸坡的稳定性。削坡设计应尽量消减不稳定土体的高度，而阻滑部分岩土体不应削除。2）人工加固，如修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定体。