1.4　地质条件及主要工程地质问题

1.4.1　工程地质条件

（1）地形地貌。坝址左岸山体临河山头高程290.00～300.00m。向北约2500m范围内山脊高程一般在290.00m以上，仅在大坝桩号D0＋819.05～D0＋989.5m有一垭口，最低高程仅约245.00m，需修建副坝。左岸山体由于受上游宣沟、风雨沟，下游翁沟、葱沟和西沟等切割，形成单薄山体，其中在高程275.00m有四处山体厚度仅为80～100m。除坡脚有少量坡积物外，高程275.00m以下岩层基本裸露。

右岸155m以下为Ⅰ级阶地和漫滩，155m以上为基岩谷坡。高程260.00m以下由于受东坡东、西两冲沟切割，形成了三条平行的南北向小山梁，高程260.00m以上山体雄厚。

（2）地层岩性。三叠系下统（T1）岩组。其中岩组为暗紫色粉细砂岩，夹薄层泥岩透镜体，厚30m；岩组为紫红色钙质细砂岩，夹少量薄层泥质粉砂岩和钙质砾岩，厚28～32m；为紫红色钙硅质石英砂岩夹薄层泥质粉砂岩与粉砂质页岩，厚28～31m；岩层以紫红色泥钙质，泥钙质粉细砂岩为主夹钙质硅钙质细砂岩，厚30m左右；岩组紫红色硅质，钙硅质石英细砂岩，有少量钙质细砂岩，夹薄层泥质粉砂岩或粉砂质泥岩，总厚58～66m；岩组为紫红色硅钙质细砂岩与钙泥质粉砂岩或粉砂质黏土岩互层，含软岩高达40%左右，多分布在下部，岩层总厚10m左右；岩组岩性与相近，厚20m左右；岩组中上部以紫红色钙硅质细砂岩为主，夹薄层钙泥质粉砂岩，中下部以钙质、泥钙质粉细砂岩为主夹少量泥质粉砂岩，岩层厚28～33m；岩组以泥质粉砂岩为主，厚50～56m；岩组为钙质细砂岩夹少量泥质粉砂岩薄层，厚7～9m；岩组中、下部以泥质，钙泥质粉细砂岩为主夹钙质细砂岩，上部为泥钙质砂岩与粉砂岩互层，厚55～60m。

～岩组主要分部在左岸及右岸高程260.00m以上，其中、岩组在河床两侧有部分分布。岩组在左岸山头有少量分布，其余在泄水建筑物出口，已在坝体范围以外。

二叠系上统（P2）岩层主要出露于右岸。岩组为粉砂质页岩与泥质页岩，岩组主要为砂岩与细砂岩，夹砾质粗砂岩，厚41.19～54.57m；岩组为砂质黏土岩与砂岩互层，其中、、主要为黏土岩，、、主要为砂岩，分布于右岸高程260.00m以下，总厚85.19～136.9m；岩组以砂粉质黏土岩为主夹薄层粉砂岩及细砂岩。

（3）地质构造。

1）断层。坝址区对大坝设计有影响且具有一定规模的断层及其特性见表1.4－1。

F1断层是坝址区规模最大的一条，位于右岸坡脚处，走向285°～300°，基本与河道平行，倾角80°～85°，垂直断距200m左右。F1断层宽度变化较大，在上游围堰轴线附近为8～12m，灌浆帷幕轴线附近1～10m，在下游坝脚附近的宽10m，两侧影响带10m。断层带充填物为泥所包括的角砾、岩块和岩粉。据压水试验和强力试验证明横穿断层带方向是一个隔水带。

坝址区断层具有以下特点：

①断裂从走向可分为两组：一组近东西；另一组为北东向。且集中成束出现，近东西向断层是坝基防渗处理的重点。②绝大多数都是高角度正断层。③分支断裂与主干断裂交汇的地带构造破碎严重。④断层带以断层泥与压碎岩块岩粉充填为主。⑤大断层走向有时变化很大。⑥断层带宽度变化受两侧岩性影响，两侧软岩时宽度小，坚硬岩石时宽度大。⑦断层地面宽度小，地下深部有明显的扩大现象。

2）节理。坝址区岩层中的节理主要发育在以坚硬砂岩为主的刘家沟（T1L）地层中。节理按走向分组主要为NWW、NNW、NE、NNE四组节理，NNW节理数量最多，倾向稳定，延展性和切层性较差，一般只发育在单层内。NWW组节理次之，倾向以SSW为主，倾角80°，少数倾向NNE，倾角85°以上。节理发育有一个重要特性，即在一个部位同时发育主要为两组（一对X节理）夹零星节理，与层面组合将岩体切割成矩形的六面体。

节理发育多在单层内，当软硬岩相间分布时节理发育在硬岩中。节理一般近于垂直层面，统计表明倾角80°以上占91.6%，倾角75°～80°占5.6%，倾角75°以下的节理仅占2.8%，节理间距一般在0.3～1.5m之间。

1.4.2　水文地质条件

（1）水文地质分区。沿灌浆帷幕轴线可分为五个水文地质分区：

1）F461断层以北（Ⅰ区）。本区主要分布三叠系和尚沟组（～）地层，节理裂隙发育程度较低。表层强风化卸荷影响造成的强透水带厚8～20m，绝大部分钻孔单位吸水率ωcp＜100Lu。地下水位北高南低，北部为250～173m，向南降至接近河水位。

2）F461断层至河北岸（Ⅱ区）。本区含水地层主要为三叠系刘家沟组地层。受北侧F461，西F28断层阻水带影响地下水位较低，变化于高程136.00～139.00m。

3）河床段（Ⅲ区，河北岸至F1断层）。本区包括河槽及两岸漫滩和Ⅰ级阶地。本区主要为地层，河床中分布了一系列小断层，但没有使地层完全错开。岩层及小断层透水性均不强（见表1.4－2），可以作为一个完整的相对隔水层。

4）F1～F230断层水文地质区（Ⅳ）。本区内主要为巨厚层粉砂土岩与砂岩互层。黏土岩裂隙不发育或呈紧闭状态，为不含水的相对隔水层。砂岩裂隙相对发展，形成层状含水层。含水层的水头高程为：岩层为147.20～142.60m，岩层为186.90～142.10m，岩层为211.50～142.70m，岩层为212.70～186.10。由于地层向东倾覆，各层地下水自西向东渐次由潜水变为承压水。

5）F230断层以南水文地质区（Ⅴ）。本区出露地层以刘家沟组为主，没有可靠的相对隔水层，可认为以砂岩为主的单一含水层。

（2）基岩透水性特点。坝址区基岩的透水性主要受岩性、断层和风化卸荷三大因素的影响。按岩体渗透性分布规律表现出层状、带状、壳状三种渗透结构。

由于砂岩层内裂隙较黏土岩、页岩发育，当岩层呈两者层状分布时，其透水性大小也呈层状分布，见表1.4－3。

由于受风化卸荷影响，岩层的透水性从岩层表面向下有明显减小，左岸岩层透水性随深度变化统计见表1.4－4。

在较大的顺河向断层两侧影响带内裂隙宽度增大，对透水性有明显影响，形成带状渗透结构。在F238、F236及F1断层两侧一定宽度内，中强透水带底界比两侧深得多，而小断层的影响不明显，在断层交汇带及走向发生转折的地方，中强透水带深度和宽度都大，透水性也大。从位于F1断层附近的T222钻孔可知，岩面以下80m以上的岩体具强—极强透水性。

1.4.3　主要工程地质问题

（1）坝基覆盖层。

1）分布形状。坝址处河床宽度约600m，左岸为一深槽深80m左右，右岸滩地覆盖层厚度一般30～40m。在坝轴线附近，深槽较深，且右侧基岩陡坎坡度较陡，约为1∶0.4左右。向上游深槽逐渐变浅，基岩陡坎坡度变缓。

2）分区与组成。坝基河床覆盖层包括冲积砂砾石层、砂层和岸边坡积层、沟口洪积层及冲、洪积交互层。其中坡积、洪积将在坝基开挖时基本已挖除，仅将冲积层分述如下。

①表部砂层：厚3～7m，层底高程130.00～135.00m。为极细砂、细砂层，底部有少量中砂、中粗砂层，属第四系全新统沉积物，呈疏松—中密状态。

②上部砂砾石层：顶面高程125.00～128.00m，厚30～45m。砾石成分主要为石英砂岩、石英岩，其次为玄武—安山岩类，夹少量当地砂岩孤石，含砂率一般20%～30%。颗粒组成见表1.4－5。

③夹砂层：分布在上部砂砾石层中间，一般厚度为1.0～4.0m，河水主流部位一般0.5～1.0m，局部被冲刷成透镜体。夹砂层颗粒以极细砂为主，细砂与中砂次之，见表1.4－6。

④底砂层：在河床深槽内呈条带状顺河分布于上部砂砾石层以下，厚度20～25m。颗粒组成以细砂为主，约占50%～60%，极细砂占10%～20%，下部夹有少量中细砂、中粗砂。

⑤底部砂砾石层：分布在深槽最底部，一般厚5～10m，最厚达30m以上。砾石成分以石英岩、石英砂岩为主，粒径一般5～10cm。接近基岩分布有大孤石，最大块径3.0m左右，一般0.5～1.5m。

3）物理力学性质。

①密度。一般含砂率越大，密度越小。当含砂率为30%左右时，干容重为22.0～23.5kN/m3，当含砂率为70%左右时，干容重为17.0～19.5kN/m3，与砂层容重接近。

②相对密度。当含砂率小于30%时，相对密度为0.77～0.796左右，大于30%时相对密度为0.60～0.63左右，见表1.4－7。

③抗剪强度指标。根据大型直剪试验和三轴剪切试验，不同级配的砂砾石抗剪强度指标见表1.4－8。

④渗透性及渗透稳定性。在坝基覆盖层中做过多次抽水试验，试验成果列入表1.4－9。

坝基砂卵石渗透稳定性有以下规律：①不均匀系数小于10的均匀砂和粉细砂，渗透破坏形式为流土；②不均匀系数在10～20之间时，渗透破坏形式可能是流土也可能是管涌；③不均匀系数大于20时，含砂率大于40%属流土破坏。含砂率为25%～40%时，密度较大时破坏形式为流土，密度较小时为管涌。含砂小于25%时渗透破坏形式为管涌。砂卵石渗透变形试验成果见表1.4－10。

（2）岩层层间泥化夹层。

1）泥化夹层的类型。按泥化夹层的粒度成分，主要有以下五种类型：①全泥型（a型）：为不含碎屑或碎屑含量甚微的黏土、砂质黏土等，常处于可塑状态。②泥夹碎屑型（b型）：碎屑含量在10%以下，碎屑之间相互不接触，具有一定程度的定向排列，湿时可塑。③粉砂夹泥、泥夹粉砂型（c型）：碎屑含量小于10%，但粉粒含量高，属砂壤土。④泥膜型（d型）：厚度小于0.3cm的全泥型，强度与夹层起伏差和泥膜性质有关。⑤碎屑夹泥型（e型）：碎屑含量10%～30%，碎屑之间部分相互接触或咬合，有一定方向的排列。碎屑多时不具塑性，强度取决于碎屑含量和夹泥性质。

2）泥化夹层的分布。坝址区泥化夹层与建筑物关系较密切，且连续性较好的泥化夹层主要分布在、、和各岩层中，现分述如下。

第一，岩层。①距层底1～2m，母岩为砂质页岩、泥质页岩厚60cm。泥化厚2～5cm。东西顺河向连续长度250m以上，南北向100m以上。该层夹泥为全泥型及泥夹碎屑型。

②距层底6.4m，母岩为粉砂质页岩，厚5～17cm，常见厚度5cm，泥化厚度1.5cm，为全泥型及泥夹碎屑型，连续长70m。

③距底层8.4～9.5m，母岩为粉砂质页岩，厚35cm左右。泥化厚1～5cm，为泥夹碎屑型。

④距层底10.8～12.4m，母岩为黏土页岩，泥化层厚1～6cm，为泥夹碎屑型，上下围岩为中薄层硅钙质细砂岩。

第二，岩层分布于左岸坝轴线以下400m至坝轴线上游风雨沟口高程150.00～230.00m以下。泥化夹层距层底17m，母岩为泥质页岩，夹泥层厚5～7cm，为碎屑夹泥型。长220m，分上下两层，相隔0.5～1.0m，追索连续率56.2%以上。

第三，岩层分布于左坝肩、左岸山体，是坝区泥化夹层发育的主要岩层之一。具有密实度大、泥化程度高、连续率高的特点。共分16层，但主要有③、④、⑤、⑥、⑦、、7层。

③距层底4.6～6.0m，母岩为粉砂质黏土岩、黏土岩，常见厚15cm，上下为厚层硅质细砂岩。泥化层厚0.1～2cm，常见泥化层厚1cm，为泥夹碎屑型，个别为泥膜型，沿河可见长度325m。

④距层底9～11m，母岩为粉砂质黏土岩，常见厚18cm，上下为厚层硅质细砂岩。泥化层厚0.4～4cm，常见泥化层厚1.5cm。除全泥型外，其他各型都有，追索连续率53.2%，起伏角3.27°，波长31.1cm，峰高0.89m。

⑤距层底11.6～13.0m，母岩为黏土岩、粉砂质黏土岩、泥质粉砂岩互层，常见厚10～20cm，上下为厚层硅质细砂岩。泥化层厚0.5～10cm，常见泥化层厚1～2cm。各型都有，追索连续率79.8%，起伏角5.32°，波长38cm，峰高1.77cm。在左岸基本连续，是左岸岩层主要夹泥之一。

⑥距层底15.6～17.6m，母岩为黏土岩与粉砂质黏土岩互层，常见泥化层厚10～20cm，上下为厚层硅质砂岩。泥化层厚0.1～3cm，常见泥化层厚1～1.5cm。粉砂夹泥、碎屑夹泥、泥夹碎屑、泥膜等各型都有。追索连续率93.2%，起伏角4.7°，波长30.27cm，峰高1.22cm。在左岸基本连续，是左岸岩层主要夹泥之一。

⑦距层底19.0～20.0m，母岩为泥质粉砂岩与黏土岩互层，常见泥化层厚5～10cm，上层为硅质厚层砂岩、下层为硅钙质厚层砂岩。泥化层厚0～2cm。碎屑夹泥、泥夹碎屑、泥膜型。母岩和夹泥厚度都不很稳定，起伏角3.93°，波长48.5cm，峰高1.59cm。分布于左岸沿河陡崖处，可见长度450m，是左岸岩层主要夹泥之一。

距层底40.0～42.0m，母岩为粉砂质黏土岩、页岩，常见层厚10cm，上下为厚层硅质砂岩。泥化层厚0.5～2cm。泥夹碎屑、碎屑夹泥及全泥型。分布于左岸坝轴线下游附近至上游，可见长度150m。

距层底49m，母岩为泥钙质细砂岩夹薄层页岩、黏土岩层厚10～140cm，常见泥化层厚50cm。泥化层厚1～2cm，为泥夹碎屑型、碎屑夹泥和泥夹粉砂型。分布于临河部位，可见长度450m以上，是岩层上部的主要夹泥层。

第四，岩层中的夹泥层主要分布于上部、中上部和上部，现将部分夹泥层分述如下。

③夹泥层距层底7～9m，母岩为页岩、粉质页岩，常见厚15～20cm。泥化层厚1～18cm，常见泥化层厚1～2cm，是F236断层以北的主要泥化夹层。

④夹泥层距层底10～12m，母岩为页岩、粉砂质页岩，常见厚15～50cm。泥化层厚0.2～5cm，常见泥化层厚1～2cm，为全泥、泥夹碎屑、碎屑夹泥型。地表出露，在左岸坝肩坝轴线上游风雨沟，最大可见长度120m，为该岩层内的主要泥化夹层。

⑤夹泥层距层底9.4～12m，母岩为黏土岩、粉砂质黏土岩，常见厚10～15cm。泥化层厚0.2～7cm，常见泥化层厚1～2cm，为泥夹碎屑、全泥及泥膜型。分布在左岸坝肩坝轴线上游风雨沟至原小浪底水文站，最大可见长度200m，是岩层中主要夹泥层之一。

⑦夹泥层距层底17.5～20m，母岩为黏土岩、粉砂质黏土岩，常见厚10cm。泥化层厚0.5～1.5cm，为泥夹碎屑型。分布在左岸坝肩坝轴线上游风雨沟至原小浪底水文站，是岩层中主要夹泥层之一。

⑤夹泥层距层底22.7～24m，母岩为黏土岩、粉砂质黏土岩，厚3～130cm，常见厚5cm。泥化层厚0.5～5cm，常见泥化层厚1～2cm，分布于左岸山体，南端弱北端较强，是T5－3岩层中主要夹泥层之一。

⑥夹泥层距层底25～28m，母岩为粉砂质黏土岩，常见泥化层厚7cm。泥化层厚1～5cm，常见泥化层厚2～3cm，为泥夹碎屑、碎屑夹泥型，集中分布于左岸坝肩山体北端，是岩层中主要夹泥层之一。

3）泥化夹层的性状。

①粒度成分。用水浸泡法进行的62组颗粒成分试验表明，泥化夹层中黏粒含量为0～43%，平均为17.03%，研磨加氨水煮沸法进行的7组颗粒成分试验，黏粒含量为33%～44%，平均为38.03%。

②矿物及化学成分。泥化夹层矿物成分以伊利石为主，含高岭石褐铁矿，绿泥石及非黏土矿物成分石英、长石云母和方解石。

泥化夹层化学成分以二氧化硅（SiO2）、三氧化二铝（Al2O3）为主，并含有铁、碱金属和碱土金属的氧化物。SiO2含量为39.3%～51.1%；K2O含量为3.11%～6.64%，一般为3.71%～6.08%，伊利石含量为39%～75%。硅铝分子率比值为2.73～7.6，小于4的占60%，故黏土矿物主要为伊利石，可能含少量蒙脱石。

③物理性质。泥化夹层的比重稍低于软岩，平均干容重19.7kN/m3，其平均指标见表1.4－11。

④其他特点。实测膨胀率在3.1%～5.1%之间，相应膨胀变化在6.7～8.63kPa。平均压缩系数为1.86。分散性试验表明，泥化夹层为一般抗冲蚀性土。浸出水化学分析表明，可溶盐含量为0.12%～0.14%，故不会引起化学侵蚀。

4）泥化夹层的抗剪强度。各种抗剪强度试验成果见表1.4－12。

（3）倾倒变形体、滑坡体。在坝址区及可能对大坝产生影响的范围内，多处岸坡发生了变形破坏。其中右岸上游1号、2号倾倒变形滑动体对大坝的影响在初步设计阶段已做了详细的研究，现仅将坝区各倾倒变形滑动体分述如下。

1）东坡倾倒变形体。东坡倾倒变形体位于坝址右岸坝肩坝轴线下游侧的东坡山梁前部，分布高程145～230m。变形体中有F233断层通过，断层以北为岩组，以南为、及部分地层。

2）沟西倾倒变形体。沟西倾倒变形体位于沟西村西，沟西滑坡体以北，变形体岩层为岩组。变形岩层厚7m左右，下部正常倾角6°左右，变形体岩块层面倾角10°～ 15°，分布高程175.00～230.00m。

3）上坡塌滑体。上坡塌滑体位于坝址右岸上坡村北，高程变化于130.00～149.00m，顺河长200m，南北宽80m。岸坡表面已倾倒变形的岩体和坡积物一起向下坍落滑动在坡角处行成松散堆积，堆积物前沿被河床冲积物覆盖。

4）沟西滑坡体。沟西滑坡体位于坝址右岸沟西村南，为一典型基岩滑坡。滑面为弧形的多级滑坡。由于沿弧形断面错落造成转动，使滑坡体岩层与正常岩层形成反倾关系。

（4）岩体风化卸荷情况。岩体风化卸荷后，物理力学性质都发生不同程度的变化，但由于岩性不同风化卸荷的影响程度也不同。在坝区内软弱的页岩、黏土岩类，风化后的物理力学性质变化较大，能进行全、强、弱等风化程度分带。但影响深度不大，一般全风化1～3m，强风化5～10m，微弱风化15～20m。但坚硬的砂岩类风化后的物理力学性质变化不大。因此单从物理力学性质变化来说，砂岩、页岩互层体不易进行风化程度分带。从卸荷松弛情况而言，不论是砂岩或黏土岩类都有较大程度变化。主要表现在裂隙数增多、裂隙宽度增大，透水性增强，弹性波速变小。从岩体风化卸荷情况全面考虑，以卸荷为主风化为辅进行分带，名为风化卸荷带，分带情况见表1.4－13。

不同部位风化卸荷深度受地形、边坡性质和岩体特性影响有所不同，与岩层倾向一致的顺向坡风化卸荷比较深，而逆向坡较浅。一般顺向坡极强风化卸荷带深5～10m，强风化卸荷带20m左右；逆向坡极强风化卸荷带3～6m，强化卸荷带6～10m；在分水岭平缓地带极强风化卸荷带一般5～8m，钻孔严重透水层厚度一般为13～30m。