董建忠

摘 要：文章详细分析了断裂构造阻水性在岩溶区实际工程中的应用。岩溶区在我国分布广阔，且地形复杂，岩溶区水库渗漏取决于水库的水文地质结构和地下水水动力条件，地质结构中断裂构造对于岩溶区渗漏问题影响尤为关键。云南施甸县龙门口水库位于云贵高原西部边缘，工程区地貌类型为溶蚀断块山地貌，属岩溶区水库。通过详细分析工程区的地层结构和构造，选择阻水性可靠的断裂构造作为天然防渗体，可有效地降低工程造价，同时完善工程设计。

关键词：岩溶区;水库;断裂构造;阻水性;利用

中图分类号：TV64 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0105-02

0引言

随着人类社会的进步和建筑科技的日益发展，人类对于地质环境的了解逐步加深，已经不再是一味地向地质环境索取，而是因地制宜，实现了与地质环境的相互协作，断裂构造在岩溶区的阻水性应用就是一个很成功的例子。岩溶区水文地质条件较为复杂，由于岩溶通道的发育，容易导致建设的水库蓄水困难或成为空库。如果通过灌浆进行防渗处理，不仅增加建设成本，同时形成灌浆体的强度和耐久性相对较差。断裂作为地壳演变的重要产物，断裂带特性为两盘岩石挤压强烈破碎，碎裂岩明显，局部沿断裂带挤压成断层泥，如此形态的断裂具有较好阻水性，且强度更大，耐久性更好，龙门口水库工程是我们研究断裂结构对岩溶区水库岩溶渗漏的地质应用的一个成功范例。

1 工程地质概况

云南施甸县龙门口水库是典型的岩溶区水库，水库位于云贵高原西部边缘，横断山脉南段，挟持于怒江和澜沧江两大水系之间。坝址海拔1869m，水库设计总库容173万m3，枢纽建筑物由大坝、输水隧洞和溢洪道构成，拟建坝型为当地材料均质土坝。

水库库盆及周边分水岭分布的地层主要为古生界泥盆系下统（D1）碳酸盐岩夹碎屑岩，厚度130～300m，岩性包括灰岩、砂质灰岩、钙质砂岩、泥灰岩夹页岩，岩层走向呈北西-南东向展布，与库区河谷走向近于一致。野外工作根据岩性特征划分为以下8个层位：层D1-①：砂质灰岩、灰岩;层D1-②：钙质页岩、粉砂岩夹薄层泥灰岩;层D1-③：砂质灰岩、泥质灰岩夹数层钙质砂岩;层D1-④：粉砂质泥岩、钙质粉砂岩，夹砂泥质灰岩（D1-④-1）;层D1-⑤：砂质灰岩、泥质灰岩夹钙质砂岩;层D1-⑥：粉砂质泥岩、紫红色钙质粉砂岩;层D1-⑦：钙质页岩夹薄层泥灰岩;层D1-⑧：砂质灰岩、灰岩。其中层③为库盆主要层位，岩溶发育，库底ZK4钻孔深度85m，未揭露相对隔水层。

工程区地质构造发育，主要由若干长期活动的南北向压性、压扭性断裂及与之平行的次级断裂和褶皱相间构成。根据地质调查，工程区主干断裂为胡家山—施甸断层F（Ⅱ-3）和狮子山-乌木龙断层F（Ⅱ-6），沿主干断裂旁侧糜棱岩、断层泥可见，起着隔水作用，已构成地下水的分水岭，沿断裂常可见泉水出露。水库坝址一带发育有F1、F2、F3、F4四条次级断层（见表1）。

工程区河流侵蚀作用强烈，岩溶发育，水库上游及两岸岩溶洼地和落水洞较常见。区域水文地质条件复杂，在岩性的基础上，受断裂构造、地貌等多种因素控制，其中断裂构造起主导作用。

2水库渗漏分析

2.1库区岩溶发育特征

库盆地层以泥盆系下统（D1）为主，总体上属互层型不纯碳酸盐岩类型，地表覆盖层薄，多见强-弱风化泥质灰岩、砂质灰岩露头，岩溶形态类型主要为溶蚀裂隙，沿碎屑岩和碳酸酸盐接触带见有小型溶蚀洼地、落水洞。

水库设计正常蓄水位高程1904.35m，正常蓄水范围主要分布层D1-③和层D1-④，岩层走向与河流流向及库岸山体走向近于一致，倾向库盆左岸。不同岩性段，地下水位埋深差异大，岩溶管道系统多呈顺层发育，岩溶发育深度较深，受相对隔水层（或构造）及形成岩溶发育时期地下水排泄基准面的控制[1]。

2.2水库东部（库尾）渗漏分析

水库库区东部（即河流上游方向）山体宽厚，分水岭海拔相对较高，均在2100m以上，地层岩性复杂多样，但区域性狮子山—乌木龙断裂从水库上游1.1km处河谷切过，断裂面倾向上游，上盘地层地下水位高于下盘地下水位，并在2026.2m高程有地下泉水出露，說明断裂构造的阻水性，东部无低邻河谷、无单薄分水岭，上游地下水位高于下游地下水位，库盆钻孔地下水位也同样为上游高、下游低，地下水流向为自上游向下游方向，水库蓄水后不存在向上游方向反向渗漏的地质条件。

2.3水库右岸（北岸）渗漏分析

水库右岸分水岭最高海拔2036m，较正常库水位高约132m，向该方向有低邻谷山邑河谷，谷底高程1884m，该岸分水岭最小宽度790m。由于F1断裂向北东方向延伸在该岸分水岭山脊竹林村交于F（Ⅱ-6）断裂，从而形成该岸地下分水岭以两条断裂为边界格局。经地质调查，该岸高程1945～2005m一带分布D1-②钙质页岩、粉砂岩夹薄层泥灰岩，粉砂岩、页岩属弱-微透水性岩层，岩层走向与库岸一致且倾向库内，具有阻水性，该层多见散浸小泉点分布，说明该岸地下水位高于正常蓄水位，因此向北岸邻谷方向不会产生渗漏问题。

2.4水库左岸（南岸）渗漏分析

水库左岸最高海拔2069.8m，最低磨刀石垭口为1914m，该岸分水岭较单薄，以正常蓄水位高程计，分水岭最单薄处宽仅90m，其外侧磨刀石洼子分布有溶蚀洼地，低邻谷为施甸坝（高程1510m）。

左岸岩层走向大致沿345°～350°延伸，以46°倾向库外。分水岭内侧分布地层主要为层D1-④粉砂质泥岩、钙质粉砂岩，夹砂泥质灰岩（D1-④-1）;该岸布置ZK1、ZK3、ZK9、ZK21共4个勘探钻孔，钻孔压水试验资料反映左岸D1-④钙质砂岩、粉砂岩属弱微透水层，为水库左岸主要隔水地层。D1-④-1砂质灰岩因弱岩溶发育为中等透水层，层内地下水位1865.96m，低于正常蓄水位38.39m，形成地下水低槽，该层地表出露高程大多在1920m以上，高于正常蓄水位，不会导致水库渗漏，局部地段出露高程1900.6m，低于正常蓄水位，水库在高水位运行时会产生渗漏问题，布置90m长帷幕进行防渗灌浆处理。分水岭外侧分布层D1-⑤砂质灰岩、泥质灰岩夹钙质砂岩，发育串珠状岩溶洼地和落水洞，受D1-④粉砂质泥岩、钙质粉砂岩阻隔，与水库不存在水力联系。

通過地质勘察分析，龙门口水库右岸和库尾由于F1断层和狮子山—乌木龙断裂的包围分割，以及D1-②弱透水岩层的阻隔，地下水的径流、补给和排泄与地表分水岭一致，不存在库岸渗漏问题。水库左岸单薄分水岭当库水位至1900.5m高程以上时，存在渗漏条件，需进行防渗处理。库底岩层为D1-③泥质灰岩，河谷底部钻孔ZK2孔深85.0m、ZK4孔深31.3m，压水试验为中～强透水，两孔均未揭露相对隔水层。因此水库底部岩溶层防渗问题成为本工程建库关键。

3阻水断裂构造的选择

水库坝址一带发育的F1-F4四条断层，皆为压性断裂带，其中F1为坝址区主干断裂，F2、F3、F4均复合于F1断层，为其次级小构造。F1断层横切坝址河谷，倾向河床下游。向西穿越左岸分水岭进入砂泥岩隔水层，向东交于F（Ⅱ-6），延伸长度约1.8km，根据地质追索和高密度电法剖面探测，F1连续性好，断裂深度大于100m。F1断层破碎带宽10-15m，破碎带成分以断层角砾、构造透镜体夹断层泥组成，沿断裂带有地下水钻孔钻至断层破碎带时，没有松软、塌孔现象，破碎带挤压密实，其力学强度满足一般土石坝对地基要求。根据7个钻孔28段次压水试验指标反映的透水性，极大值14.55Lu，极小值0.9Lu，平均值3.9Lu，大值平均值8.32Lu，小值平均值2.13Lu，有26段次透水率小于10Lu，弱透水性所占比率达92.9%，其中小于5Lu段次22段（占78.6%），小于1Lu段次3段（10.7%），仅有2段次透水率大于10Lu，分别为13.3Lu、14.55Lu，且该两段位置靠近破碎带的顶底面，说明F1断层破碎带以小于5Lu的弱透水层为主，压水压力1.5MPa以上没有产生渗透破坏，断层破碎带抗渗稳定。坝址河床ZK6钻孔揭穿断层带时，钻孔产生涌水现象，涌水高度1.0m，涌水量19.8L/min。根据地质勘察分析和水文地质试验，F1断层具有可靠的阻水性，地下水沿库底D1-③泥质灰岩岩溶通道渗漏至F1断层被阻断，F1断层可以作为坝基和库区天然防渗体利用。

4坝线选择及防渗方案

由于F1断层恰位于河谷收窄河段前缘，根据地形条件，工程进行了上下两条坝线布置，上、下坝线均具备建坝的地形地质条件。经综合比较，上坝线坝轴线基本与F1断层重合，直接利用F1作为水库防渗体，防渗边界可靠，F1断层破碎带及挤压影响带形成阻水带宽度达10～15m，其防渗效果不是几排帷幕灌浆所能达到，且断裂带由破碎岩体混断层泥组成，其耐久性也远远超过水泥结石体。而下坝线地形条件较好，但对上游F1天然防渗体未能进行利用，存在严重的坝基渗漏问题必须实施帷幕灌浆进行防渗，且两岸边界远，底界深，防渗体系工程量大，因此地质建议采用上坝线方案作为推荐方案，坝型为风化料均质坝[2]。

工程最终按推荐的上坝线方案实施，坝轴结合槽与F1断层重合，坝基没有进行防渗帷幕灌浆处理，仅沿结合槽浇筑混凝土盖板，进行5.0m浅孔固结灌浆，固结灌浆目的主要为解决大坝与F1防渗体接触带结合问题。

5工程实践效果

龙门口水库工程于2015年10月7日拦河坝工开始施工，2017年6月3日完成施工。施工期揭露地质情况和前期工作勘察成果较为吻合，未进行过补充勘察。2017年8月，水库试蓄水至1899.4m时，坝后倒滤棱体渗水观测流量为4.2L/min，2019年9月至正常蓄水位1904.35m时观测流量为4.7L/min，渗流正常，F1断层防渗体阻水效果较好。经过两年的蓄水检验水库蓄水正常。

6结语

岩溶区一般地质构造较为复杂，岩溶区水库的渗漏受多种因素影响，其中断裂构造的影响尤为重要。利用压扭性断层的阻水性，灵活的将其特性运用在岩溶区水库的建设当中，既可以减少渗漏现象的发生，又可以节省工程成本。

参考文献

[1] 卢耀如.岩溶地区主要水利工程地质问题与水库类型及其防渗处理途径[J].水文地质工程地质，1982（04）：15-22.

[2] 韩行瑞.岩溶水文地质学[M].北京：科学出版社，2015.

Sand Measuring Device for Sand Ingestion Test of  a Helicopter Auxiliary Power Unit

XIAO Xuan，LI Lin，ZHANG Huan，ZHONG Fa-bao

（AECC Hunan Aviation Powerplant Research Institute， Zhuzhou  Hunan  412002）

Abstract：Aircraft engines should have the ability to swallow sand dust particles of a certain proportion without affecting its work， and it is necessary to simulate sand and dust environment on the ground test bench for verification. In order to explore the influence and performance change rule in the process of swallowing sand and dust particles.The design of the sand measuring device is based on the sand ingestion test of an auxiliary power unit.The characteristics of sand ingestion equipment is obtained from debugging data，which can provide the basis for further engineering research.

Key words：APU sand measuring;device;design