桂西南红层工程地质特性及工程效应研究——以驮英水库及灌区工程为例.pdf
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1、广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023(3)0引言红层在我国主要是指中生代以来即三叠系、侏罗系、白垩系和新生代古近系的湖相、河流相、河湖交替相或山麓洪积相等陆相碎屑岩,广泛分布于广西,尤其是十万大山沉积区(桂西南)和桂东桂东南地区。红层主要为红色,多以夹层互层出现。由于地质年龄相对较轻,经历的地壳运动相对较少,褶皱不剧烈,产状整体较平缓。其岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩等,与老地层相比,成岩作用差,有的呈半胶结状,强度较低,遇水易软化,整体属软质岩。红层复杂特殊的工程特性引起了一些学者的关注。张
2、骏1等以皖南红层软岩粉砂岩和泥质粉砂岩为研究对象,对不同埋藏深度下实验的物理性质、矿物组成及围观特性进行实验研究;邱恩喜等2为探究西南红层泥岩填料的宏观膨胀与围观特征的相应关系,通过有荷、无荷载膨胀性实验分析了不同膨胀性泥岩调料时程曲线;刘凤云等3为研究不同含水量和对中水热试验工况下红层软岩的崩解特征和围观机理,对川西红层软岩开展了不同梯度初始含水量在多种水热试验工况下的循环崩解试验,从红层软岩宏观形貌演变、微观结构及矿物组成、崩解系数、R值和崩解后颗粒分析5个方面对红层软岩崩解进行了研究;杭红星4对杭州红层中风化泥质粉砂岩进行了室内物理力学试验研究及对4根直径1.0 m嵌岩桩单桩抗压静载荷试
3、验,获取了桩身轴力分布特性。本文结合广西左江治旱驮英水库及灌区工程,对桂西南红层工程地质特性及工程效应进行研究。该工程位于桂西南崇左市宁明县、江洲区及扶绥县一带。工程由大(2)型水库和大(2)型灌区两部分组成,水库总库容为2.3亿m3,大坝为沥青心墙堆石坝,最大坝高 72.2 m,灌区设计灌溉面积 84.12 万亩5。工程区内水库及坝址、总干渠、宁明干渠主要分布一套侏罗系泥质粉砂岩、砂岩、粉砂质泥岩及一套以泥岩为主的砂泥岩地层,为典型红层。1地质背景1.1地形地貌工程区红层分布范围主要以低山丘陵地貌为主,总体地势为南高北低。山顶高程一般400500m,相对高差200300 m,山峦重叠,山脊走
4、向与构造一致,受纬向构造控制,呈东西向排列。山坡一般在 3050,植被发育。地表水系成树枝状分布。沟谷切割深200250 m,多呈“V”型。沟口常发育有规模不大的冲洪积扇。宁明、海渊、上思等古近系构造向斜盆地组成,受纬向构造控制,呈东西向排列,山顶浑圆、坡平缓的丘陵。地面高差一般在50100 m。明江两岸发育有、级阶地。收稿日期2023-02-28作者简介甘彬(1974-),男,江西萍乡人,广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司高级工程师,学士,主要从事水利水电工程地质勘察工作。测量与地质 桂西南红层工程地质特性及工程效应研究以驮英水库及灌区工程为例甘彬(广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司
5、,南宁530023)摘要红层是桂西南重要并广泛分布的特殊岩体,强度低,遇水易软化,具较强蠕变性,常诱发地质灾害。本文以驮英水库及灌区工程红层为例,详细阐述了驮英工程地质环境,系统分析了主要工程地质问题,剖析地质灾害原因,并对桂西南红层地区主要工程地质问题提出工程建议。关键词红层;软质岩;软化;围岩稳定;边坡稳定;驮英水库及灌区中图分类号TU45文献标识码A文章编号1003-1510(2023)03-0014-0514广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023(3)1.2地层岩性工程区出露三叠系古近系岩性为泥质粉砂岩、砂岩
6、、粉砂质泥岩及泥岩为主的砂泥岩地层(见表1)。岩层倾角较缓,一般1030,以中厚层为主,部分为中薄层及薄层状。表1广西左江治旱驮英水库及灌区工程地层岩性系古近系白垩系侏罗系侏罗系侏罗系三叠系统下统上统中统下统中统阶(组)邕宁群大坡组新隆组那荡组百姓组汪门组百蓬组岩层代号E2-Ny2E2-Ny1K1dK1xJ3J2ntcJ2ntbJ2ntaJ1b2J1b1J1wT2b厚度/m170634674151198127853465029452416733034269710453701581主要岩性及特征紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩灰白色中厚层细砂岩夹泥质粉砂岩、泥岩,底部砂砾石灰白、紫红色细砂岩夹
7、泥质粉砂岩紫红色中厚层状细砂岩、泥质细砂岩夹泥岩、砾岩浅黄灰白厚层含长石石英砂岩夹泥岩,下部砂岩含砾岩浅黄色中厚层花斑状细砂岩夹泥质细砂岩、粉砂岩及泥岩紫红色薄层泥岩、粉砂质泥岩夹泥质细砂岩、粉砂岩灰绿色中厚层长石石英砂岩、细砂岩及泥岩灰黄、紫红色薄层泥岩、细砂岩、粉砂岩,底部泥岩与含钙质结核粉砂岩互层紫红色厚中厚状泥岩、粉砂岩夹泥岩上部:紫红色薄中厚层泥岩、钙质泥岩夹粉砂岩、细砂岩;下部:灰白、紫红中厚层细砂岩、异粒砂岩夹含钙泥岩、泥质粉砂岩及煤纤灰绿色薄层页岩、粉砂质泥岩、粉砂岩夹细砂岩1.3地质构造工程所在区域属南华准地台范畴,位于三级构造单元十万大山断陷(4)及西大明山隆起(5)区。地
8、质构造复杂,可分为纬向构造、北东向构造、北西向构造和旋扭构造等4个构造体系。主要向斜有崇左复式向斜、十万大山复式向斜;主要断层有桂林南宁断裂中的凭祥东门活动性断裂,属于近东西向断裂。根据 中国地震动参数区划图(GB 18306-2015),工程区场地地震动峰值加速度为0.05 g,反应谱特征周期为0.35 s。总体上,地震活动对工程区影响不大,区域构造稳定性较好。1.4岩体风化由于岩性和岩体完整性不同,岩体风化很不均匀,不同岩性的风化带下限深浅不一,粉砂质泥岩、泥质粉砂岩类岩石风化埋藏浅,而砂岩类岩石风化较深,各风化带下限埋深相对较大。此外,由于岩体软硬相间,加上受褶皱构造影响,岩体既具有垂直
9、风化分带,又有沿破碎砂岩条带及褶皱核部发育呈槽状、袋状及囊状风化特点。其中泥岩在空气中失水后风化作用明显,易产生崩解呈薄片状或碎屑状。2主要工程地质特性2.1矿物成分工程区红层岩性主要为粉砂质泥岩、砂岩、泥质粉砂岩和少量泥岩,其矿物组成主要为石英、云母和方解石为主(见表2),总体上黏土矿物成分较多,普遍含钙质。表2工程区红层各岩层矿物含量岩石名称砂岩粉砂质泥岩泥质粉砂岩石英662050长石11绢云母及水云母13145722白云母111电气石111锆石111方解石9613金红石及白钛石111高岭石9613绿泥石111褐铁矿341010水黑云母111磷灰石11白云石51%2.2物理力学性质特征砂岩
10、强度较高,为硬质岩;泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩多为软质岩,岩性整体以软质岩为主,其中 E1-Ny强度最低,饱和抗压强度一般为 35MPa。软质岩遇水易软化,软化系数一般在 0.30.7,泥质含量越高,软化系数越小。各岩体物理力学性质见表3。2.3膨胀性明渠沿线第三系邕宁群(E2Ny)泥岩及侏罗系下统汪门组(J1w)等地层岩土体具有胀缩性。根据试验成果,自由膨胀率45%51%,膨胀潜势为弱,发育深度一般为25 m。15甘彬:桂西南红层工程地质特性及工程效应研究2.4水文地质地下水的化学类型均为 HCO3Ca2+Mg2+型水,对混凝土为弱腐蚀性,对钢筋混凝土中的钢筋为无腐蚀性,对钢结构有弱腐蚀性
11、。强风化岩体渗透系数以10-3cm/s级为主,为中等透水,弱微风化岩体透水率一般小于10 Lu,主要为弱透水。3输水隧洞不良地质问题隧洞围岩分类以岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状等5项因素为基本判据,其中岩石强度是控制围岩稳定最重要因素。据此判定,输水隧洞围岩类别以类为主,围岩稳定性总体上为极不稳定不稳定。总干渠、那佳南庆、宁明干渠隧洞总长约34.05 km,其中类围岩 2.88 km,占比 8.5%;类围岩 20.43km,占比60.00%;类围岩10.74 km,占比31.5%。(1)隧洞变形或坍塌。隧洞沿线地层一般以缓倾角(1030)为主,薄层状岩体随地层起伏分
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