消力塘地区的水文地质情况分析

在上游边坡及其附近，分布的主要岩组是岩组，前两岩组为硬软岩互层，是层状透水岩组；后一岩组主要是较软岩层夹少量钙硅质砂岩，较软岩为弱透水层，其中的硬岩为透水层。以F236断层为代表的80m宽的断层及其影响带穿过上游边坡。F236断层以南的地下水位高程约135m，其北的地下水位高程约140m。这些资料表明，垂直F236断层走向方向上有隔水层。根据三维渗流计算预测，工程运用后，这里的地下水位约为145m高程。消力塘开挖到102～107m高程时，地下水位以下坡高为28～33m，最高可达38m。

在消力塘的上游坡及其左右侧边坡内，在地下水位（135m）以下约21m厚的地层中开挖了长888.485m的排水隧洞。为了在洞内布置排水斜孔，我们对排水隧洞进行了全面水文地质编录。现仅对位于上游边坡内的0+200～0+680间排水隧洞的水文地质资料进行如下分析。

（一）水文地质分段

这里所说的结构面主要是指层面裂隙面、构造裂隙面和断层破碎带。凡是透水的结构面我们统称之为水径。根据上游边坡长480m排水隧洞内水径的分布特征，将该洞分成3个水文地质段和下述各亚段（图14-2）。

（1）Ⅰ段。凡发育有断层及其影响带的洞段划为Ⅰ段。根据断层错断母岩的不同，又可将Ⅰ段分为两个亚段：Ⅰ1段发育在硬软岩互层中；Ⅰ2段发育在以较软岩为主的岩组内。各亚段内的透水程度有显著的差别。

（2）Ⅱ段。为层状透水岩段。根据较软岩在互层中所占份额的多少又可分其为两个亚段：Ⅱ段为软岩较薄段；Ⅱ2 段为软岩较厚段。各亚段的水径和地下水的承压水头的高低方面有明显的不同。

（3）Ⅲ段。为弱透水的软岩段。除部分张性裂隙透水外，其他大多数结构面是不透水的，也就是说该段内的水径是很少、很细的。

图14-2　消力塘上游边坡内排水洞水文地质剖面图

—钙质砂岩与粘土岩互层；—以硅质砂岩为主夹粘土岩；
—泥质粉砂岩为主夹少量的钙质砂岩；—岩组界线；f1—断层及其编号；
（a）、（b）、（c）和（d）—分别为各岩组的结构面密度（%）分布图代号，见（图14-3）；
Ⅱ（Ⅱ1）—分别为水文地质段及其亚段代号

（二）岩体结构面的分布特征

各水文地质段的差异主要是岩性的差异。不同岩性内有不同的裂隙宽度及其分布密度；同样，发育于不同岩性的断层及其影响带内的裂隙透水性也是受岩性控制的。

从图14-3中可以看出，按岩性及其不同组合的岩组等因素分出的各段，其岩体结构面分布密度（%）是完全不同的。分布于图14-3（a）中的岩组中的裂隙，分布密度比较分散，最密的只有23.3%，其次为13.3%；分布于图14-3（b）中的岩组中的裂隙，分布密度比较集中，有55.3%的裂隙倾向集中于340°～40°之间，与其共轭的25%的裂隙分布于另一侧，即160°～220°之间；分布于图14-3（c）中的岩组中的裂隙，有92%的密度集中于倾向140°～200°与倾向220°～280°两个集中区内；分布于图14-3（d）所示的11条断层，分布密度极为集中，约有82%的断层分布于340°～20°之间与其共轭的18%的断层分布于另一侧。

结构面的分布密度如何，是决定排水斜孔方向以及排水效果好坏的关键因素，密度愈集中，排水斜孔的排水效果就愈好，否则排水斜孔的排水效果不可能提高得很高。

（三）各段（亚段）地下水的排泄条件

在0+200～0+680段的排水隧洞内，根据地下水的排水条件，可将其分为以下两类洞段（表14-1）。

1.无地下水溢出的洞段

围岩分湿润和潮湿两部分：湿润者是指围岩近于半干燥或处于地下水不饱和状态；潮湿者是指围岩处于地下水饱和状态但不见排出明水的部分。

图14-3　消力塘上游边坡内排水洞岩体结构面分布密度图(www.xing528.com)

（a）—岩组内结构面密度分布（%）；（b）—岩组内结构面密度分布（%）；
（c）—岩组内结构面密度分布（%）；（d）—断层密度分布（%）；
·—裂隙产状点；o—层面产状点；
×—发育在硬软岩互层中的断层产状；△—发育在较软岩中的断层产状点

2.有地下水溢出的洞段

地下水排泄形式主要有以下4 种：

（1）渗水。渗水如汗珠但不流动；

（2）滴水。间断性的滴水但不连续；

（3）线流水。溢出水连续成流；

（4）射流（涌水）。排泄水流具有明显的承压性质。

由于本区岩体透水性不甚大和地下水补给来源贫乏等原因，在洞壁和顶拱未出现射流现象，而只是在洞底由于层状透水岩体具有部分承压性质，当其承压水头高过洞底流水深度时，才以水下翻水的形式表现出来。

表14-1　消力塘上游边坡内排水洞地下水溢出现象统计表

在0+000～0+030段的排水隧洞内，我们进行了详细的水文地质编录并作出了展示图（图14-4）。该洞段距黄河最近，仅400m左右。这里的裂隙主要有两组，Ⅰ组裂隙与黄河近于直交；Ⅱ组裂隙与黄河近于平行。我们从该图中可以清楚地看出：

（1）有11个泉水属层面出露泉水；有7 个泉水属裂隙出露泉水，这7 个泉水全出露于钙硅质细砂岩中的构造裂隙中。

（2）泥质粉砂岩的构造裂隙透水性差，形不成泉水；钙硅质细砂岩中的构造裂隙透水性良好，可以形成泉水。前者是微透水甚至是阻隔水的，而后者具有良好的水径。

（3）层状泉水出露于硬软岩互层中的硬软岩接触层面上，接触面是隔水的，透水的硬岩裂隙被阻而形成了似乎是层面泉水，实质上是构造裂隙泉的另一种排泄形式。

（4）在18个泉水中，只有1个泉水与第Ⅱ组构造裂隙有关，其余17个泉水都与第Ⅰ组构造裂隙有关，特别在外侧（即临黄河一侧）有2/3的第Ⅰ组构造裂隙都有泉水出露，这表明尽管Ⅰ组裂隙长度不可能与黄河沟通，但作为一组裂隙是可以和黄河沟通的。

图14-4　消力塘边坡排水洞0+00～0+030 段水文地质编录隧洞展示图

—泥质粉砂岩夹少量钙硅质砂岩岩组；FN—泥质粉砂岩；SXG—钙硅质细砂岩；
‥…—岩层界线；—·- —Ⅰ组裂隙，265°～275°∠80°～86°；—‥——Ⅱ组裂隙，350°～356°∠70°～84°；
—…—— Ⅲ组裂隙，分布零星；— 层面出露的泉水；— 裂隙出露泉水；
→ — 排水洞轴线方向；▲—排水洞高程点

从表14-1 和图14-4 中可以看出，所有排水隧洞的不同洞段，有没有地下水溢出，溢出量的多少都决定于赋存地下水的岩性。坚硬岩体的断层及其影响带内的地下水溢出点及其溢出量最大；硬软岩互层以及较软岩断层及其影响带内的地下水溢出点及溢出量较少；较软岩的层面及其构造裂隙面几乎是不透水的。

从上述论述可知，欲要查清裂隙层状岩体的水文地质条件，必须要充分研究赋存地下水的岩性。如果掌握了岩性的分布规律，实际上也就掌握了岩体结构面的分布规律，进一步也就掌握了水径的分布规律。只有如此，才能做出符合水文地质实际条件的排水设计。