德安縣張十八鉛鋅礦尾礦庫工程地質特性及評價

吳新宇

（江西省地質局第三地質大隊，江西 九江 332100）

1 擬建區地質特征

區域上為九江臺陷、瑞昌一九江凹褶斷束、彭山穹窿構造東側。庫區位于彭山穹窿構造的東端，出露地層主要為寒武系，其次為第四系，褶皺不發育，地層走向近南北，傾向東，傾角20°～30°，為一單斜構造，沿走向呈舒緩波狀，斷裂以層向重力滑脫為主，次為向東南方向延伸的放射狀斷裂，裂隙以垂直層面的節理（裂隙）發育，見有巖脈出露，現分述如下。

1.1 地層特征

庫區主要為寒武系地層、次為第四系，現由老至新分述如下：

1.1.1 寒武系下統王音鋪組（∈1w）

分布在庫區西北角，巖性分布：底部為含磷結核炭質頁巖，中部為灰黑色硅質灰巖，上部為灰黑色板狀頁巖夾灰巖，厚度150～200m。

1.1.2 寒武系下統觀音堂組（∈1g）

庫區大面積出露，根據巖性不同可分為下、中、上三段。

（1）下段（∈1g1）：為灰綠色、灰色粉砂質頁巖夾炭質頁巖，厚度150m～300m，出露在庫區西部高山地帶。

（2）中段（∈1g2）：為灰色薄層狀灰巖與灰色粉砂質頁巖互層或夾透鏡狀灰巖，厚度100m～150m，出露在庫區中部低凹處。

（3）上段（∈1g3）：為灰色粉砂質頁巖夾灰色鈣質頁巖，厚度50m～100m，出露在庫區東部壩基一帶及南北一帶。

1.1.3 寒武系中統楊柳崗組（∈2y）

巖性：下部為塊狀白云質灰巖、中部為灰色條帶狀灰巖夾頁巖。上部為深灰色薄層狀灰巖夾同生角礫狀灰巖，厚度80m～150m，分布在庫區東側。

1.1.4 第四系（Q4）

下部為殘坡積層，巖性為褐灰色碎石土，固結性較好，厚度一般0m～10m，分布在溝谷各邊坡旁，上部為礫石砂土夾滾石等，呈松散狀，厚度0m～15m，分布在溝谷中部呈條帶狀分布[1]。

1.2 構造特征

由于區域受彭山底辟穹窿構造影響，褶皺、斷裂、節理具有特殊性。

1.2.1 褶皺

地層走向近南北向，傾向東，傾角20°～40°，構成向東傾斜的單斜構造，沿走向呈舒緩波狀，褶皺不發育。僅局部見小型褶皺。

1.2.2 斷裂

庫區內斷裂構造不發育，根據以前的區域地質資料，本區斷裂構造以層間重力滑脫斷裂為主，就是層間破碎滑動，庫區內部發育，節理裂隙較發育，頁巖中垂直節理最發育，傾向西或東，傾角80°左右，密度一般1～3條/m，密集處5～6條/m，把頁巖切割成豆腐塊一樣[2]。

1.2.3 巖漿巖、礦產

庫區巖漿巖不發育，僅見有煌斑巖脈在庫區北部有少量分布，巖脈厚度0.5m～1.5m，出露極少，庫區內未見礦床礦化帶分布。

1.2.4 不良地質現象

庫區內不良地質現象主要在寒武系下統觀音堂組中段（∈1g2），灰色灰巖在庫區分布面積廣，灰巖中溶蝕現象明顯，如：小溶坑、溶隙、溶溝現象發育，在KCZK47孔附近灰巖中見小溶洞，洞高約0.7m，寬約1m，深大于1m，由于充填物堵塞，溶洞大小難以觀測（圖1）。據此可說明觀音堂組中段灰巖中，巖溶現象比較發育，對庫區滲漏存在潛在的不利因素，根據物探結果場區基巖下部局部較破碎，建議根據物探結果確定灰巖中巖溶發育情況及位置，然后采用覆蓋、封堵等辦法處理。

圖1 灰巖溶蝕現象

2 擬建區水文地質特征

2.1 區域水文

擬建區域位于德安縣茅山水庫西側沖溝，擬建尾礦庫匯水面積約1.5km2。區域地表水較豐富，主要地表水均匯聚于茅山水庫內。茅山水庫南北長約0.5km，東西寬0.05～0.3km，總匯水面積約5km2，主要接受大氣降水的補給。

2.2 地下水類型及各含水層特性

區域為丘陵地形地貌，地勢較高，地表水體是地下水的主要補給源，以茅山水庫為區域地下水滯緩徑流區，水力坡度1/10000左右。根據地層巖性、地下水賦存特征和水力性質，地下水類型主要有松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖溶洞裂隙水、基巖裂隙水三種類型[3,4]。

2.2.1 松散巖類孔隙水

區域松散巖類孔隙水主要為第四系全新統（Q4）碎石類土中，主要受大氣降水及周邊水系滲透補給。但區域碎石類土層分布不均勻，主要是沖洪積、殘積、坡積形成，層中泥質含量較高，故區域該類水水量較小。

2.2.2 碳酸鹽巖溶洞裂隙水

庫區碳酸鹽巖溶洞裂隙水主要賦存于灰巖層,間夾泥炭質頁巖隔水層。灰巖層中含水特性，主要受控于層中巖溶發育情況及充填物情況。巖性完整及裂隙充填率高地段，含透水性差，巖溶發育；充填率低的地段，含透水性強，受區域及上部水體補給。

2.2.3 基巖裂隙水

賦存于碎屑巖風化裂隙及構造裂隙中，主要受大氣降水及上覆松散巖類孔隙水補給，富水性與裂隙性質、裂隙發育程度密切關聯，并受地形地貌等條件控制。礦區碎屑巖為頁巖，巖石風化裂隙發育，充填程度高，連通性差，故其富水性貧乏。

2.2.4 地下水的水力性質

本次勘察期間，對壩基鉆孔及個別庫區鉆孔進行了壓水試驗，根據壓水試驗結果，計算出各巖土層的平均滲透系數如下：含碎石粉質粘土層滲透系數K約為0.481m/d，強風化灰巖層滲透系數K約為0.145m/d，中風化灰巖層滲透系數K約為0.068m/d，強風化炭質頁巖層滲透系數K約為0.316m/d，中風化炭質頁巖層滲透系數K約為0.012m/d。

根據規范要求，當巖土層K值接近或大于0.05m/d時，巖土體就應進行防滲處理。

勘察過程中在擬建區采取兩組地表水樣、在鉆孔中采取6組地下水樣進行試驗分析，根據水樣檢測結果，場區地表水及地下水對混凝土結構具微腐蝕性，對混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

3 擬建區巖土體工程特性

根據鉆探揭露資料綜合對比，擬建區地層從上到下劃分如下：

第（1）層：含碎石粉質粘土。

含碎石粉質粘土：褐黃～灰黃色，可塑，稍濕，主要由粘粒、粉粒等組成。夾碎石，碎石母巖成分主要為強風化頁巖，少部分為灰巖，礫徑一般在1cm～5cm，多呈棱角狀，含量約10%～20%。局部分布，最薄處為0.50m，見于KCZK47號孔；最厚處為18.20m，見于KCZK52號孔；平均厚度為7.69m。

第（2-1）層：強風化石灰巖。

強風化石灰巖：青灰色、灰白色，原巖結構大部被破壞，但尚可辨認原巖結構。主要礦物成份為方解石、泥質等，巖體較破碎，風化裂隙及節理發育，巖芯呈碎塊狀。局部分布，平均厚度為6.20m。

第（2-2）層：中風化石灰巖。

中風化石灰巖：青灰色、灰白色，隱晶質結構，中厚層狀構造。主要礦物成份為方解石、泥質等，巖體較完整，節理裂隙較發育，巖芯多呈短柱狀，部分呈碎塊狀。局部分布，最薄處為0.60m，見于KCZK53號孔；最厚處為11.10m，見于KCZK32號孔；平均厚度為5.36m。

第（3）層：溶洞。

溶洞：灰巖溶洞，由灰巖溶蝕形成，無充填。局部分布，最薄處為1.30m，見于KCZK53號孔；最厚處為1.60m，見于KCZK34號孔；平均厚度為1.45m。

第（4-1）層：強風化炭質頁巖。

強風化炭質頁巖：灰黑色，泥質結構，薄層狀構造，主要礦物成份為泥質、碳質等，巖石節理裂隙發育，裂隙多被粘土礦物充填，巖芯較破碎多呈塊狀及短柱狀。局部分布，最薄處為3.60m，見于KCZK8號孔；最厚處為12.40m，見于KCZK49號孔；平均厚度為9.94m。

第（4-2）層：中風化炭質頁巖。

中風化炭質頁巖：灰黑色，泥質結構，薄層狀構造，節理裂隙較發育，裂隙大部分呈閉合狀，巖芯破碎呈短柱狀。巖體基本質量等級為Ⅴ級，RQD=50%。局部分布，最薄處為2.60m，見于KCZK3號孔；最厚處為8.00m，見于KCZK48號孔；平均厚度為5.39m。

第（5-1）層：強風化頁巖。

強風化頁巖：青灰色，泥質結構，薄層狀構造，主要礦物成為泥質、鈣質等，巖石節理裂隙發育，裂隙多被粘土礦物充填，巖芯較破碎多呈塊狀及短柱狀。局部分布，最薄處為1.20m，見于KCZK22號孔；最厚處為28.20m，見于KCZK45號孔；平均厚度為10.18m。

第（5-2）層：中風化頁巖。

中風化頁巖：青灰色，泥質結構，薄層狀構造，節理裂隙較發育，裂隙大部分呈閉合狀，巖芯破碎呈短柱狀。巖體基本質量等級為Ⅴ級，RQD=50%。局部分布，最薄處為0.70m，見于KCZK49號孔；最厚處為40.00m，見于KCZK41號孔；平均厚度為9.41m。

4 巖土參數分析及選用

4.1 巖土體原位測試

對場區主要土層進行動探41次，各巖土層原位測試數據見下表1。

表1 動探數據統計結果表

4.2 巖樣室內試驗

對場區主要土層進行土樣采集，采取巖樣42塊，進行飽和單軸抗壓強度試驗；各土層指標推薦值詳見下表2。

表2 巖體飽和單軸抗壓強度結果表

4.3 各巖土層強度參數指標

根據原位測試及室內試驗測試結果，結合已有區域經驗，對本擬建區內揭露的各巖土層強度參數如下表3：

表3 各巖土層強度參數

（1）含碎石粉質粘土：本層厚度不均勻，不同位置的各土層性質差異較大，根據現場動探試驗結合本地區工程經驗，建議本層承載力特征值為200KPa。壓縮模量建議取9MPa。（根據參考資料，本層中有部分為碎石土，綜合考慮后將其并層分析。）

（2）強風化石灰巖：本層厚度不均勻，且由于巖體破碎無法進行試驗，參照本地區工程經驗，結合相關規范及前期勘察資料，建議強風化灰巖承載力特征值取800KPa。

（3）中風化石灰巖：本層埋深大，層厚大（未揭穿），根據巖體飽和單軸抗壓強度試驗結果，本層巖體飽和單軸抗壓強度標準值為23.91MPa。

（4）強風化炭質頁巖：本層分布范圍相對較小，厚度不均勻，且由于巖體破碎無法進行試驗，參照本地區工程經驗并結合相關規范，建議強風化炭質頁巖層承載力特征值取600KPa。

（5）中風化炭質頁巖：本層分布范圍相對較小，厚度不均勻，根據巖體飽和單軸抗壓強度試驗結果，本層巖體飽和單軸抗壓強度標準值為16.18MPa。

（6）強風化頁巖：本層厚度不均勻，且由于巖體破碎無法進行試驗，參照本地區工程經驗，結合相關規范及前期勘察資料，建議強風化頁巖承載力特征值取700KPa。

（7）中風化頁巖：本層埋深大，層厚大（未揭穿），根據巖體飽和單軸抗壓強度試驗結果，本層巖體飽和單軸抗壓強度標準值為21.56MPa。

5 工程地質條件評價

5.1 區域穩定性評價

區域地質構造上屬彭山穹窿構造。出露地層有中元古界雙橋山群、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、第四系，構造穹窿狀褶皺為主，根據區域地質調查，結合本區地質資料，區域內斷裂構造不發育，區域穩定性較好。

5.2 庫區滲透性評價

根據物探資料結合區域地質資料及工程鉆探資料綜合分析可知，庫盆上部地層為含碎石粉質粘土，厚度約為1m～18m，滲透系數約為0.481m/d，屬弱透水層。下部為強、中風化板巖及強、中風化石灰巖，風化程度不均勻，風化裂隙較發育，根據地調發現，灰巖層上溶蝕現象明顯，多含溶槽、溶溝、溶坑等，據此推測灰巖層屬較強透水層。故庫盆底部屬于中～強透水地基，若不處理極有可能產生庫區滲漏現象。

5.3 壩基穩定性評價

初期壩及攔水壩選址均位于山間谷地，地基土層主要由含碎石粉質粘土、強風化石灰巖、中風化石灰巖等組成，各層巖土層上下之間左右之間，結合緊密，穩定性較好，現今未見新的活動跡象。巖土層中未見土洞，空洞現象，結構性較好。根據物探結果，初期壩下伏基巖為炭質灰巖夾炭質頁巖，溝谷處夾炭質頁巖相對較厚，推斷基巖裂隙發育，相對較破碎，透水性較好，故要防止存在繞壩滲漏的可能。攔水壩下伏基巖為炭質灰巖夾炭質頁巖，溝谷處夾炭質頁巖相對較厚，推斷基巖裂隙發育，相對較破碎，透水性較好。兩側壩肩地勢陡峭，其中初期壩右側壩肩目前已發生大規模垮塌，根據現場調查，垮塌原因主要是因為山坡坡度陡峭，在雨水沖刷作用下導致上部第四系覆蓋層垮塌，未發現斷層等活動斷裂跡象，壩體基礎自然情況下總體較穩定。

6 結論

擬建工程選址區場地較穩定，地質構造不發育，基底較穩定，為適宜建設的一般地段。選址區下部為含碎石粉質粘土及強、中風化石灰巖等中—強透水層，地下水量小，但連通性好，若不處理會在庫盆產生滲漏及產生繞壩滲漏等，建議施工前應先對其進行處理。壩基基礎整體穩定性較好，壩肩上覆土層厚度不大，在清除其上覆土層后整體穩定性較好。