江西省城門山銅礦尾礦庫大壩工程地質特性及評價

鐘葉青

（江西省地質局第三地質大隊，江西 九江 332100）

擬建銅礦尾礦庫大壩工程為均質粘土壩。主壩處，為湖漢地貌形態，地形低洼，壩址主要為湖岸第四系堆積、湖相沖淤積地貌。壩區位于城門山背斜北東端北翼，地層走向NEE，傾向NNW，傾角50%～70%，主壩址基巖中斷裂構造較發育。

1 工程地質特性

1.1 地層特征

根據鉆孔揭露資料，經過綜合整理對比，場區內從上而下可劃分24層巖土層，現從上往下分述如下：

1層人工堆積水上壩身填筑土。

淺褐黃色、黃褐色，由粉質粘土組成，人工填筑時間約30年，呈硬可塑一可塑狀，飽和，無搖振反應，稍光滑，韌性中等，干強度中等，土壩軸線上鉆孔均有分布，厚度4.50m～12.60m。

2層湖水，分布內、外湖，深度0.50m～2.50m。

3-1層人工堆積水下堤身填筑土。

淺褐黃色，由粉質粘土組成，為人工填筑，時間約30年，呈可塑狀，飽和，無搖振反應，韌性中等，干強度中等，內、外湖鉆孔中分布，厚度0m～7.20m。

3-2層人工堆積細砂。

淺黃褐色，由粒徑大於0.075mm的顆粒質量約占總質量的60%～70%，泥質約占總質量的30%～40%組成，分布不均勻，僅ZK48孔有分布，厚度4.20m。

3-3層溶洞及溶洞充填物。

僅在ZK1孔中見有溶洞位置，溶洞中被淤泥、少量角礫等完全充填，無空隙存在，鉆具緩慢回轉而下，未加壓，淤泥呈流塑狀，為充滿型開口溶洞。

4-1層第四系全新統湖積相淤泥質土。

青灰色，灰黑色，切面平整，流-軟塑狀，飽和，具滑膩感，搖振反應慢，韌性差，干強度差，層理不明顯，均勻性差，厚度0m～25.30m，場地內均有分布。本層在水平方向上往西在3號勘察線附近變薄，并逐漸演變為粉質粘土，在垂直方向大部份地段演變為粉質粘土。

4-2層第四系全新統湖積相粉質粘土。

灰褐色，由粉粒40%～50%，粘粒50%～60%組成，切面較平整，可塑，飽和，無搖振反應，稍光滑，韌性中等，干強度中等，僅ZK15、ZK16孔有分布，厚度9.0m～11.0m。

4-3層第四系全新統湖積相細砂。

灰褐色，由粒徑大於0.075mm的顆粒約占總質量的60%～70%，泥質約占總質量的30%～40%組成，松散，飽和，顆粒由石英、云母等組成，次圓狀，分布不均勻，僅ZK15^ZK16孔有分布，厚度2.50m～3.40m。

5層第四系全新統湖積相粉質粘土。

灰褐黃色，由粉粒40%～50%，粘粒50%～60%組成，切面較平整，可塑，飽和，無搖振反應，稍光滑，韌性中等，干強度中等，部份鉆孔有分布，厚度0m～23.30m。

6-1層第四系全新統湖積相細砂。

淺灰黃色，由粒徑大於0.075mm的顆粒約占總質量的60%～70%，泥質約占總質量的20%～30%組成，松散，飽和，顆粒由石英、云母等組成，次圓狀，分布不均勻，部份鉆孔有分布，厚度0m～5.50m。

6-2層第四系全新統湖積相礫砂。

褐黃色，由粒徑大於2mm的顆粒質量約占總質量的30%左右，小於2mm的顆粒質量約占總質量的40%～50%，泥質含量約占總質量的20%～30%組成，稍密，飽和，顆粒由石英、硅質巖等組成，次圓狀。分布不均勻，分選性差，顆粒呈中-微風化。大部分鉆孔有分布，分布不均勻，厚度0m～5.50m。

7層第四系上更新統洪積相粘土角礫。

黃紅-褐紅色，由粘土約占總質量的50%～60%，角礫約占總質量的40%～50%組成，硬塑狀，飽和，無搖振反應，切面光滑，韌性高，干強度高，角礫成份主要為硅質巖碎屑，棱角形，粒徑2mm～20mm，顆粒呈中風化，分布不均勻，主壩36個孔有分布，厚度0m～24.60m。

7-1層第四系下更新統沖積相粘土。

灰白色，由粉粒30%～40%，粘粒60%～70%組成，硬塑狀，飽和，無搖振反應，光滑，韌性高，干強度高，原ZK1孔有分布，厚度6.0m～8.10m。

8-1層三疊系下統大冶組全風化粉砂質泥巖(夾層)。

淺黃褐色，淺黃紅色，巖石風化呈土狀，原巖結構可見，夾少量強風化巖殘塊，可塑，飽和，無搖振反應，稍光滑，韌性中等，干強度中等，主壩西北部7個孔有分布，厚度7.60m～29.00m。

8-2層三疊系下統大冶組強風化粉砂質泥巖。

黃褐色，巖石風化呈碎塊狀，塊間有泥質充填，塊徑l-15cm，棱角形，散體結構，結合較緊密，部分碎塊手易折斷，僅前ZK7孔見有分布，揭露厚度5.00m。根據巖石的堅硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質量等級為V級，屬極軟質巖類，破碎巖體。

9-1層三疊系下統大冶組強風化灰巖。

淺灰褐色，巖石風化呈碎塊狀，碎塊間有泥質充填，塊徑lcm～10cm，棱角形，散體結構，結合差，碎塊手折不斷，在主壩西北部ZK13、ZK19孔見有分布，厚度4.80m～5.50m。根據巖石的堅硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質量等級為V級，屬軟質巖類，破碎巖體。

9-2層三疊系下統大冶組中風化灰巖。

淺灰一灰白色，巖石由方解石，少量泥質組成，致密，堅硬，隱晶結構，塊狀黃褐、灰褐色，由大於2mm的顆粒質量約占總質量的50%～60%，小於2mm的顆粒構造，厚一巨厚層狀，少數孔上部lm～2m巖芯表面見有局部溶蝕現象，呈溶孔、溶隙、溶痕狀，大小0.5cm～1cm，見1～2處。下部巖石堅硬，巖石RQD值70%～80%，主壩西北部13個孔有該層分布，揭露厚度5.30m～12.50m。根據巖石的堅硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質量等級為III級，屬較硬質巖類，較完整巖體。

10-2層二疊系下統茅口、棲霞組中風化灰巖。

灰一深灰色，巖石由方解石、少量泥質、硅質組成，含燧石團塊，夾薄層硅質灰巖，致密，堅硬，微晶結構，塊狀構造，薄一中厚一厚層狀，少量孔上部0.5m～1.0m處，巖芯見有溶蝕現象，如溶孔、溶隙等，大小為0.5cm～lcm，見1-2處。下部巖石堅硬，完整，巖石RQD值70%～80%，主壩中部有6個孔見有灰巖分布，揭露厚度6.50m～9.60m。根據巖石堅硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質量等級為“III"級，屬較硬質巖類，較完整巖體。

11-1層石炭系上統船山、黃龍組強風化白云質灰巖。

灰色，巖石風化成碎塊狀，碎塊間有泥質充填，塊徑lcm～10cm，棱角形，散體結構，結合差，碎塊手折不斷，主壩ZK47孔及原ZK4孔有分布，厚度1.00m。根據巖石的堅硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質量等級為V級，屬極軟質巖類，破碎巖體。

11-2層石炭系上統船山、黃龍組中風化白云質灰巖。

灰色，巖石由方解石、白云石、少量泥質組成，致密，堅硬、細晶結構，塊狀構造，厚一巨厚層狀，少數孔上部0.5m～1.0m巖芯見有溶蝕現象如溶孔、溶隙等，大小為0.5cm～lcm，見1～2處。主壩東部9個孔見有該層分布，揭露厚度6.5～13.1m。根據巖石的堅硬程度，巖體完整程度，判定巖石基本質量等級為III級，屬較硬質巖類，較完整巖體。

13層侏羅系時代構造角礫。

質量約占總質量的20%～30%，泥質約占總質量的10%～20%組成，稍密狀，飽和，成份為硅質碎屑，棱角形，中風化狀，分選差，分布不均勻，20個孔中見有分布，主要集中在壩基中部，揭露厚度4.30m～25.50m，ZK27孔鉆到73.50m未揭露該層。

14-1層燕山期全風化花崗斑巖。

淺黃、黃白一淺灰色，巖石風化成土狀，原巖結構可見，下部夾少量強風化巖殘塊，松散狀，飽和，手捏成粉狀，水浸即散，顆粒成份主要為石英，含量約30%～40%，泥質60%～70%，粘性差，有12個孔見有分布，主要分布在壩基東部，揭露厚度4.50m～25.50m。

1.2 地質構造特征

由于庫區地表沒有基巖露頭出露，只有從鉆孔揭露的地層巖性和地質現象，結合原有的地質資料綜合研究、分析，場地內有5條比較大的構造破碎帶存在。

1.3 巖漿巖

壩區西端ZK3孔一帶有花崗斑巖分布，壩區東部有大片花崗斑巖分布，使石炭系白云質灰巖呈孤島狀分布於花斑巖體中[1]?；◢彴邘r，呈灰白一淺灰色，由石英25%，長石70%及少量云母等組成，中?；◢彴郀罱Y構，塊狀構造，含黃鐵礦，呈全風化狀，風化厚度〉25m。

2 水文地質特征

2.1 地表水

主壩水面，長約1800m，外湖寬100m，內湖寬150m，水深0.50m～2.50m?，F水面標高15m左右，受季節及外湖水影響，水位變化幅度一般為0.5-1.5m。湖水積水補給來源，由于湖區上游沒有河流，所以主要為大氣降水補給，其次是外湖倒灌。

2.2 第四系孔隙潛水

主要分布在第4-3、第6-1、第6-2細砂、礫砂層中，含水量中等，具弱承壓性，其它第1、第3-1、第3-2、第3-3、第4-1、第4-2、第5、第7、第7-1、第8-1、第14-1為弱含水層，含少量上層滯水，該層地下水主要為劉家溝及賽湖側向、垂向補給為主，大氣降水滲透補給為輔。

2.3 基巖風化裂隙水

主要分布在第8-2、第9-1、第11-1、第14-2強風化粉砂質泥巖、強風化灰巖、強風化花崗斑巖中，由于這些巖石中風化網狀裂隙較發育，裂隙連通形成過水通道，為強透水層，具承壓性，主要受上覆第四系孔隙性潛水垂直補給及區域性補給。

2.4 基巖巖溶裂隙水

主要分布在第9-2、第10-2、第11-2三疊系、二疊系、石炭系灰巖中，這些巖石中巖溶裂隙較發育，屬強透水層，含豐富地下水，具承壓性，受上覆第四系孔隙性潛水和風化基巖網狀裂隙水垂直補給及區域側向補給。

2.5 構造破碎帶裂隙水

主要分布在F1、F2-1、F2-2、F3、F4、F5構造破碎帶中，屬中強透水層，含水量較豐富，具一定承壓性，受上覆第四系孔隙潛水、基巖風化裂隙水垂向補給，巖溶裂隙水及區域水側向補給。

2.6 地下水位及水力聯系

施工期鉆孔初見水位：陸地上鉆孔一般在4m～5m，水上鉆孔為0.00m。穩定水：陸上鉆孔3.0m～7.60m，水上鉆孔一般1.20m～2.20m，部分在2.50m～3.50m，受季節影響，地下水位變化幅度0.5m～1.50m。場區地下水與地表水相貫聯，互為補給，豐水季節地表水補給地下水，枯水季節地下水補給地表水[2,3]。

3 不良地質現象

壩址區主要不良地質現象為巖溶，其次為構造破碎帶，其它土洞，塌陷不發育?，F將巖溶，構造破碎帶，分述如下：

3.1 巖溶

巖溶為壩區主要不良地質現象，發育在石炭、二疊、三疊系灰巖中，現從巖溶的基本形態，發育規律，發育程度及連通性等方面進行描述如下：

（1）巖溶發育的基本形態。庫區由于沒有地表灰巖露頭，根據鉆孔揭露資料，巖溶地下形態主要為小溶洞，溶洞形態各異，主要為半圓形、袋狀形、三角形、不規則形，洞徑規模較小，溶洞高0.1m～2.80m，呈完全充填狀態，充填物與溶洞周圍物質有關，如ZK1^ZK61孔為淤泥及少量角礫，其它多為粘性土，性狀呈流塑一軟塑狀，巖溶連通性較差。

（2）巖溶發育的規律。經對巖溶較發育鉆孔位置和部位的統計，庫區巖溶較發育的位置：一在第四系與灰巖接觸處0m～3m范圍內，如主壩區ZK1孔；二在構造破帶附近第四系與灰巖接處0m～5m范圍內，如副壩區ZK61孔。在平面上主要分布西、北部和西南部，在垂向上，主要分布在灰巖與第四系松散土層接觸界面的淺表部位置（標高-9.9m～-16.95m）。在水平向和垂向上無規律性。

（3）巖溶發育強度。本區由于受到區域地下水影響，地下水位線較高，一般在標高12m左右，灰巖埋深從鉆孔揭露資料分析一般在30.0m左右，標高-15.0m左右，低於地下水位線下27.0m，周邊沒有抽取地下水的設施，地下水沒有取用，流動微弱，由于地下水長期浸泡在灰巖淺表層，形成小的溶洞、溶孔、溶隙，洞高0.1m～2.80m，規模小，一般不易形成大型溶洞或暗河。

本次根據庫區巖溶發育的特點，參考有關資料，釆用鉆孔巖溶率，溶洞規模，泉流量及巖組特征對巖溶強度進行劃分。

（4）巖溶的聯通性?；規r地表無露頭，根據鉆孔揭露，鉆孔中溶洞大部分為完全充填，充填物有淤泥、粘土和少量角礫，說明淺表地下溶洞聯通性較差。

3.2 構造破碎帶

構造破碎帶為壩區次要不良地質現象，主壩區由西往東見有4條構造破碎帶，編號為F1、F2-1、F2-2、F3、F4，走向NEE，傾向NNW，傾角60°～70°，與主壩軸線呈20°～30°角斜交，屬壓扭性質。副壩區見有1條構造破碎帶，編號為F、，走向NE，傾向NW，傾角50°左右，與副壩土壩軸線呈10°～20°角斜交，屬壓扭斜沖性兼張扭性質。

構造破碎帶主要是由于地層褶皺運動產生重力滑脫，造成巖層層間或假整面間相互摩擦，形成層間或假整合面間構造破碎帶。層間構造破碎帶，寬度一般為20m～30m，假整合面間構造破碎帶寬度達100m～150m，如F2-1、F2-2構造破碎帶。由于構造破碎帶中充填物主要為角礫，呈稍密一中密狀態，透水性較好，沿構造破碎帶有花崗斑巖侵入，構造破碎帶發生時代為侏羅系早期，侏羅系晚期至今無活動跡象，穩定性較好。

4 工程地質評價

4.1 穩定性評價

主壩址基礎由第四系全新統湖積相淤泥質土、淤泥質粘性土、細砂、礫砂，第四系上、下更新統粘性土，三疊系全風化～強風化粉砂質泥巖，強、中風化灰巖，二疊系中風化灰巖，石炭系強一中風化灰巖，燕山期全風化花崗斑巖及侏羅系時代的構造破碎帶組成，各層巖土層垂直向及水平向結合緊密，僅在ZK1孔見高1.20m的開口性完全充填型小溶洞外，其它地段未見到溶洞、落水洞，在與第四系土層接觸帶處，由于地下水長期浸泡，使淺表層灰巖局部有溶蝕現象如溶孔、溶隙、溶痕，未見大型的溶洞存在，巖溶發育強度為弱等?；規r穩定性較好。構造破碎帶呈全充填型，呈稍密一中密狀態，現今未見新的活動跡象，構造破碎帶穩定?；鶐r以上的土層中未見土洞、空洞現象，結構性較好。壩區為古湖漢瓏崗地貌，周邊地形低洼，無高陡山體、弧巖、斜坡等不良地質現象，由于地勢坡度平緩，屬低坡地形，產生滑坡、流石流的可能性小，壩體基礎總體較穩定。

場區第4-1層淤泥質土，屬軟土層，含水量大，壓縮性高，承載力低，厚度較大（厚度0m～25.20m，平均厚度12.00m），場區分布較廣，由于其穩定性差，在上部堆載情況下，可能產生側向擠出、塑性破壞及圓弧滑動破壞，淤泥質土層下硬塑狀的粘土角礫分布不均勻，易造成上覆淤泥質土層產生不均勻沉降，應對該層進行穩定性計算，加固處理。

4.2 基礎持力層建議

根據場區鉆孔揭露的巖土層有關資料和擬建物性質建議：主壩右壩肩（西）、左壩肩（東）基礎持力層可選擇在7層粘土角礫和上覆的老粘性土層上，基礎形式可釆用淺基礎，對該層土上的耕表土、人工填土、樹根等應清除干凈;主壩中部及副壩由于淤泥質土層廣布，厚度較大，其它層土層，由于埋深較深，分布局限，厚度變化較大等因素，綜合考慮后，建議還是釆用4-1層土層（淤泥質土）作持力層較好，但應對壩基和該土層進行加固處理，如釆用深層攪拌、排水和分期予壓固結等措施進行加固。