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万家寨坝基地质环境浅析 万家寨水库位于黄河北支流托克托——龙口峡谷河的河段内。拦河大坝为混凝土重力坝, 最大坝高105 m。河床左侧为溢流坝段, 右侧为电站厂房坝段 (如图1) 。河床坝基夹层抗滑稳定性及其评价, 是该大坝的重大工程技术问题之一, 而且专家们的认识一直存在较大的分岐, 这是正常的。本文就此问题不做具体的稳定校核验算, 仅从坝基地质条件上, 给出必要的框算信息, 以作为地质评价的论据组成部分。 1 坝内夹层结构及滑移面特征 万家寨水利枢纽区地震地质环境简单, 据国家现行1∶400万“中国地震烈度区划图”上查得万家寨坝址区地震基本烈度为6度, 构造稳定性很好。 坝址河谷呈U字形, 两岸直立。河床坝基持力层主要由寒武系张夏组第五层 (∈2Z5) 和张夏组第四层 (∈2Z4) 组成, 前者总体厚度约23 m, 以中厚层灰岩为主, 并夹有薄层灰岩和泥灰岩等, 后者总体厚度约13 m, 以薄层灰岩和页岩夹泥灰岩为主 (如图2、3) 。 河床坝基地层产状平缓。总体走向NE30°～NE60°, 倾向NW, 倾角2°～3°, 即倾向上游偏右岸。陡倾角裂隙主要以NNE和NWW向两组发育, 前者延伸较短。层面裂隙和层间剪切带为坝基缓倾角结构面, 无断层展布。层间剪切带主要发育在硬质岩体间所夹的相对软弱的薄层岩体内或两者的界面附近, 其成因系在地质构造应力作用下, 经过层间挤压错动, 致使原岩结构遭到破坏, 再经过长期地下地质营力的叠加作用, 遂形成破裂的薄层岩体结构带;此即本文所指的夹层或曰层间剪切带。 河床坝基持力层张夏组第五层内共发育10条夹层, 除已被挖除和展布范围很小者外, 可能构成坝基整体滑移面, 并应予进行抗滑稳定验算者, 河床左侧溢流坝基有SCJ08和SCJ10, 右侧电站坝段地基有SCJ07、SCJ08和SCJ10等3条夹层 (如图2、3) 。本文只讨论溢流坝基夹层滑移面的抗滑稳定问题。 坝基夹层呈平行展布, 其产状与岩层的产状大体相同。三者在坝基范围内的展布连通率较高, 大于70%, 厚度一般约3～5 cm, 最厚达8 cm, 薄者仅1 cm左右。结构紧密, 呈破裂或碎裂状, 并表现为节理裂隙带、劈理带和岩屑泥化带, 且以前两者的单元或二元结构为主。夹层物质主要由泥灰岩和薄层灰岩岩块、岩片和岩屑泥组成。据统计分析, 河床左侧SCJ08和SCJ10两夹层的岩屑泥含量约占10%～18%, 而右侧三夹层的含量均小于5%, 其物质组成为岩屑、岩粉和粉土混合物;而矿物成分以方解石和伊里石为主;化学稳定性良好。 显而易见, 万家寨坝基夹层应属于结构相当紧密的破碎岩体夹层 (或岩块夹层) 类, 而不是岩屑夹层类, 更不是泥化夹层类。因此, 其抗剪强度应相对较高, 这是不言而喻的。 2 溢流坝坝基结构及抗滑性能 从宏观上看, 万家寨坝基地质条件, 应属于国内混凝土高坝工程最简单者之一, 已不能再简单了, 主要表现在以下几点: (1) 坝基场地地震地质条件十分简单, 地震基本烈度为6度。 (2) 坝基持力层为寒武系张夏组第五层中厚层灰岩类, 岩体坚硬完整, 无断层展布, 其工程质量与抗震性能都是优等的。 (3) 坝基浅层展布的平缓夹层为破碎岩体夹层 (或岩块夹层) , 其结构十分紧密, 又处于三维地应力场, 其抗剪强度相对较高。 (4) 溢流坝地基夹层滑移面可延伸至护坦地基, 其抗力体规模很大, 且又绝非100%为夹层。因此, 大大地提高了滑移面整体抗滑能力。 显而易见, 据国内外高坝工程经验判断, 在这样极其简单的地质环境上, 建造一座高仅105 m的混凝土重力坝, 其坝基可靠性如何, 应当说, 坝工、地质专家们是心中有数的。 3 “坝基稳定性”的系统方法论特征 坝基抗滑稳定性评价, 是由滑移边界条件 (或滑移地质模型) 、荷载组合、岩体力学参数值与安全系数等多个要素组成的一个系统问题 (如图4) 。系统方法论认为, 系统中各要素与整体之间有着复杂的交叉效应与动态关系。一般地说, 如果每个要素的质量标准都是好的, 则整体功能 (即坝基稳定性) 也会比较理想。但各个要素都力争自身质量标准 (或安全储备) 达到最高等级, 却不一定能保证系统的整体效应最佳。例如, 当边界条件取最差的, 荷载组合取偏大的, 岩体抗剪强度取偏小的, 而安全系数又取最大的, 即各要素的安全储备都取值很大, 则采取大量工程措施后, 坝基稳定性确实可靠了, 但其技术经济整体效应就必然不佳。因此, 系统方法论强调:人们在研究和解决系统问题时, 仅仅重视各要素自身的可靠性 (或安全储备) 是不够的, 而应当将重点放在如何通过对具有必要可靠性 (或安全储备) 的诸多要素的优化组合, 以转化成系统的整体效应最佳;即技术目标可行, 经济投入合理;而并不追求每个要素自身可