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·30·水利水电工程设计DWRHE·2012年第31卷第2期

沙坡头水利枢纽坝基软岩工程地质特性研究高玉生洪海涛杨玉春秦玉龙

摘要沙坡头坝基岩体主要为石炭系泥岩和页岩。受区域多期构造运动影响，岩体中微结构面发育，泥岩和页岩干密度小、亲水性强、失水千裂、遇水软化、膨胀性，力学强度低，属极软岩。通过对泥岩、页岩物理力学特性、水理特性及变形特性研究，提出坝基软岩保护及处理措施，解决了工程设计和地基处理技术难题。

关键词坝基软岩力学特性变形特性处理措施沙坡头水利枢纽

中图分类号TV223文献标识码A文章编号1007-6980(2012)02-0030-04

黄河沙坡头水利枢纽位于宁夏回族自治区中卫市境内，是一座以灌溉、发电为主，兼有生态用水的骨干水利工程，是国家西部开发重点工程之一。总库容0.26亿m3,总装机容量120.3MW。拦河坝主坝和副坝两部分组成，主坝坝型为混凝土闸坝，最大坝高36.8m。

工程于2002年4月1日开始施工，2003年12月26日主体工程完工，2004年3月14日下闸蓄水，2004年3月26日首台发电机组正式启动发电，2007年9月工程通过竣工验收。

1地质条件

黄河沙坡头水利枢纽位于香山山脉北麓，东北侧为卫宁盆地，北侧紧邻腾格里沙漠。地势西南高而东北低，属侵蚀、剥蚀中山—低中山地貌。

坝址区分布地层有石炭系、第三系和第四系。河床电站、隔墩坝及1#~5#泄洪闸地基以石炭系灰质泥岩、炭质页岩及杂色泥岩为主，岩体透水性弱、强度低。5泄洪闸至南干电站地基以石炭系砂岩夹粉砂质泥岩、炭质页岩为主，砂岩透水性和强度稍高。

工程区地处青藏高原东北缘，祁连山褶皱系北侧走廊过渡带东端，岩体经历多期构造运动，构造形迹发育，其中陇西系对本区构造格局起着控制作用。坝址位于窑上复式倒转向斜北翼，地层呈舒缓波状，总体产状：走向NE50°~NW290°,倾向SE或SW,倾角多在25°~60°。地层次级褶曲和揉皱发育，软、硬岩在长期挤压应力作用下产生固态流动变形，软岩产生塑性拉伸或褶曲，硬岩则被挤压而形成透镜体，岩体中顺层、小角度切层小断层及挤压破碎带发育，泥、页岩微裂隙及破劈理发育，岩体多被切割成大小不等的菱形碎块或碎片。

以泥页岩为主的坝基地层透水性较弱，据压水试验成果，岩体透水率平均1.6Lu,透水性主要受岩性和结构面控制，砂岩发育段一般为5~10Lu,泥岩段多小于1Lu。地下水呈强酸性，对普通硅酸盐混凝土具硫酸盐型强腐蚀、重碳酸型中等腐蚀，对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀，

对钢结构具中等腐蚀。

2坝基软岩物理力学特性

2.1岩石矿物成分及物理特性

2.1.1物质组成

坝基岩石经X射线衍射、差热分析、薄片鉴定，灰质泥岩、杂色泥岩黏粒含量较高，多在40%~70%。岩石主要由伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石组成，含少量石膏、针铁矿、黄铁矿和有机质，以黏土矿物为主。

泥、页岩颗粒组成以黏粒和粉粒为主，天然容重20.5~21.5kN/m3,干容重17.9~18.7kN/m3,孔隙比0.26~0.51,比表面积107~123m2g,塑性指数10.3~21.8,反映出泥、页岩以黏土矿物为主的特点。

2.1.2可溶岩及有机质含量

岩石易溶盐含量0.122%~0.415%,pH值为6.7~7.2。易溶盐的化学类型：杂色泥岩为Cl--Na+或HCO?--Na+型，其它岩石为SO2-·HCO?-Na+型。中溶盐石膏含量0.29%~1.31%。除杂色泥岩外，泥页岩中S02-离子含量稍高，一般为1.07%0~2.16%,占阴离子总量的60%~76%。

灰质泥岩和炭质页岩中有机质含量一般为3.17%~5.87%,个别含量较高。杂色泥岩中有机质含量偏低，为0.35%。

2.1.3膨胀性

泥、页岩自由膨胀率32%~60%、干燥饱和吸水率为21.08%~46.65%,具有弱膨胀性；泥、页岩亲水性强，遇水崩解、失水干裂。

有侧限无荷载膨胀率试验，成为灰褐色泥岩无荷膨胀率为0.4%~26.2%,平均值为10.6%;灰黄色泥岩膨胀率为8.2%~12.3%,平均值为10.5%;灰质泥岩膨胀率为0.1%~15.6%,平均值为7.3%。采用平衡法测试岩样的膨胀力，灰褐色泥岩为21.2~966kPa,平均值264.8kPa;灰黄色泥岩为237.8~580.2kPa,平均值为438.3kPa;灰质泥岩为5.2~1786.2kPa,平均值为410.3kPa。同