雙江口水電站壩址區砂層液化特性研究

2012-12-20 01:12:38田雄，徐旭

水電站設計 2012年3期

田雄，徐旭

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 前言

雙江口水電站是大渡河干流上游控制性水庫，水庫正常蓄水位2 500m，心墻堆石壩最大壩高314m，為目前世界上同類壩型中擬建的最高大壩，對應庫容約27.32億m3，電站裝機容量2 000MW。壩基位于深厚覆蓋層上，除深厚覆蓋層上筑壩常出現的滲漏、滲透穩定、沉陷等工程地質問題外，壩基覆蓋層中還分布不同層次和規模的砂層透鏡體，可能存在砂層液化問題。

2 區域地質概況

工程區位于由鮮水河斷裂帶、瑪沁—修溝斷裂帶和岷江斷裂—雪山斷裂—虎牙斷裂—龍門山斷裂帶所圍限的川青斷塊區的東南部。區內構造型式由一系列線狀緊密弧形復式褶皺組成，斷裂不發育。挽近時期以來，新構造運動主要表現為大面積的間歇性整體抬升，地殼形變微弱，庫壩區除松崗斷裂通過的足木足河熱腳以北庫區和熱腳以東梭磨河支庫區處于次穩定區以外，其余均處于構造活動相對穩定區。壩址區及其外圍50km范圍內除距壩區30～40km的撫邊河斷裂外，無活動斷層分布，地震活動性微弱。工程區距離外圍強震帶遠達100km以上，受其波及影響小，地震危險性主要來自近場的松崗(震級上限6.5級)、兩河口(撫邊河)(震級上限7.0級)潛在震源區強震的影響。據中國地震局地質研究所《雙江口水電站工程場地地震安全性評價報告》，雙江口電站壩址區50年超越概率10%的一般場地條件下計算概率基巖地震動峰值加速度均為87gal，對應烈度為Ⅶ度；100年超越概率2%的一般場地條件下計算概率地震烈度均為Ⅷ度，基巖地震動峰值加速度為205gal。

3 壩址區砂層透鏡體的分布特征

雙江口水電站壩址河段長約1.5km，河谷狹窄陡峻，屬典型的高山峽谷地形。據鉆孔揭示，壩址區河床覆蓋層一般厚48～57m，最大厚度達67.8m。根據其物質組成、層次結構，從下至上(由老至新)可分為3層，各層中均有不同規模的砂層透鏡體分布。第①層為漂卵礫石層，砂層透鏡體主要位于壩址軸線下游側，為黏土質砂，厚2.42～6.69m，頂面埋深45.96～49.79m，推測順河向長232m，橫河向寬41m。第②層為(砂)卵礫石層，其中分布7個較厚的砂層透鏡體，以砂層②-a和②-b規模較大，且距離壩軸線很近。砂層②-a位于壩軸線下游側，為級配良好的粉土質砂，厚3.6～3.73m，頂面埋深19.8～20.5m，推測順河向長約322m，橫河向寬約45m。砂層②-b位于大壩底部，為級配良好的粉土質砂，厚0.64～7.93m，頂面埋深14.18～21.75m，縱向長約390m，橫河向寬約102m。第③層為漂卵礫石層，主要分布三個砂層透鏡體，其中③-b貫穿整個壩址區，為含細粒土砂或粉土質砂，厚1.1～7.65m，頂面埋深0～3.2m，推測順河向長462m，橫向最大寬度112m。各砂層的分布位置見圖1。

圖1 壩址區主要砂層分布

4 壩址區砂層液化的判別過程及方法

根據壩址區砂層的地質年代、顆粒組成級配、埋藏條件初判均為可液化砂土，并對Ⅲ、Ⅳ勘探線附近分布范圍較大的砂層③-b和②-b剪切波速試驗結果進行初判(見表1)。試驗結果表明：③-b砂層可判定不液化，②-b可能液化。為進一步研究各砂層的液化特性，對不同的砂層進行了一系列標貫試驗，參照GB50011-2001《建筑抗震設計規范》中提供的下列公式對各砂層進行液化復判：

在地面下15m深度范圍內采用

(1)

在地面下15～20m范圍內采用

(2)

20m深度以下的砂層結合顆粒級配試驗、密實度及其它方法綜合判定。

標貫試驗復判成果見表2。表2顯示：②-b、②-c、②-e、③-b、③-c砂層透鏡體均可能液化。為進一步研究砂層的液化特性，對分布范圍較大的②-b進行了動三軸液化試驗。試驗結果見表3～5。

動三軸振動液化試驗表明；對于SZK7和SZK23兩組鉆孔，取KC=1、振次為10和KC=1、振次為20時，砂層②-b現場抗液化剪應力比分別為0.14～0.152、0.125～0.133。當50年超越概率為10%時，一般場地條件下的計算概率地震烈度6.9度、基巖地震加速度為87gal時，其引起的等效剪應力比為0.057～0.063，砂層不液化；當大壩抗震設防烈度按100年超越概率為2%時，一般場地條件下的計算概率地震烈度為8度、基巖地震動峰值加速度為205gal時，其引起的等效剪應力比為0.138～0.150，液化安全系數0.88(等效循環周次為20)～1.0(等效循環周次為10)，經判別砂層②-b在天然狀態下的抗振動液化能力處于可液化～液化臨界狀態。對于SZK61、SZK63鉆孔中砂層②-b液化安全系數僅有0.35～0.41(基巖地震動峰值加速度為205gal，等效循環周次為20)、0.38～0.46(基巖地震動峰值加速度為205gal，等效循環周次為10)，判別為液化砂。

表1 壩址河床砂層地震液化剪切波速初判

綜上多種試驗成果，雙江口水電站壩基的砂層透鏡體②-b、②-c、②-e、③-b、③-c均有可能發生液化。其中范圍較大的砂層③-b埋藏淺，結構較松散，地震液化的可能性較大，建議予以挖除；砂層②-b在天然狀態下的抗振動液化能力處于臨界狀態或液化狀態，建議結合心墻部位地基開挖亦予以全部挖除；對其它可能液化砂層建議采取挖除或其它有效工程處理措施。