藏区高速复杂地质条件下古堰塞湖沉积物特征研究.pdf

·岩土工程· 收稿日期：２０１６ ０３ ０４ 藏区高速复杂地质条件下古堰塞湖 沉积物特征研究 郭明宇 （中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 ０３００００） 摘 要 地震灾害形成的堰塞湖一旦决口会形成洪峰，对下游破坏性不亚于地震灾害的破坏力，分析复杂地质条 件下古堰塞湖沉积物特征对隧道、道路施工有着重要的指导意义。以四川藏区高速公路汶川至九寨沟第Ａ５ 标段 叠溪隧道古堰塞湖为分析对象，从黏土的沉积韵律、沉积结构、物质组成以及沉积厚度综合分析，最终认为该堰塞 湖属于湖相沉积。 关键词 古堰塞湖 沉积物 特征研究 中图分类号 ＴＵ４１３ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００９ ４５３９ （２０１６）增１ ０３７０ ０２ Ａｎｃｉｅｎｔ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｋｅ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｔｉｂｅｔａｎ Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｇｕｏ Ｍｉｎｇｙｕ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ １２ｔｈ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ ２ｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｔａｉｙｕａｎ Ｓｈａｎｘｉ ０３００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｋｅ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｏｎｃｅ ｂｕｒｓｔ ｔｈｅ ｆｌｏｏｄ ｐｅａｋ ｉｓ ｆｏｒｍｅｄ，ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｏｎ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｉｓ ｎｏ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇｉｖｅｓ ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ａｎｃｉｅｎｔ ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｋｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ ｔｉｃｓ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｒｏａｄ ａｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ａｎｃｉｅｎｔ ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｋｅ ｏｆ Ｄｉｅｘｉ Ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｌｏｔ Ａ５ ｆｒｏｍ Ｗｅｎｃｈｕａｎ ｔｏ Ｊｉｕｚｈａｉｇｏｕ ｏｆ Ｔｉｂｅｔａｎ Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌｗａｙ ｉｎ Ｓｉｃｈｕａｎ ａｓ ａｎ ｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｃｌｕｄｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｋｅ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｌａｃｕｓｔｒｉｎｅ ｄｅｐｏｓｉｔｓ ｆｒｏｍ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｒｈｙｔｈｍ ｏｆ ｃｌａｙ，ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｎｃｉｅｎｔ ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｋｅ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ １ 叠溪古堰塞湖工程地质条件 堰塞湖是由火山熔岩流或由地震活动等原因 引起山崩滑坡体等堵截河谷或河床后贮水而形成 的湖泊。由火山熔岩流堵截而形成的湖泊又称为 熔岩堰塞湖。堰塞湖的形成有四个过程，一是原有 的水系；二是原有水系被堵塞物堵住。三是河谷、 河床被堵塞后，流水聚集并且往四周漫溢。四是储 水到一定程度便形成堰塞湖。堰塞湖一旦决口会 对下游形成洪峰，处置不当会引发重大灾害。 叠溪堰塞湖（当地人称叠溪海子）位于茂县和松 潘之间，上距松潘县城约８０ ｋｍ，下距茂县县城６０ ｋｍ （见图１）。顺岷江而下，叠溪海子由大海子和小海子 呈串珠状组成，其中大海子地理坐标东经１０３°４３′，北 纬３２°０４′。坝高约１５０ ｍ，平均水深３５ ｍ，水面平均 宽度３６０ ｍ，最宽５９０ ｍ，库区长３ ５００ ｍ，蓄水４ ９００ 万ｍ３。小海子地理坐标东经１０３°４１′，北纬３２°０３′。 坝高６０ ｍ，库区长２ ３５０ ｍ，水面平均宽２９０ ｍ，最宽 ４４０ ｍ，平均水深４２ ｍ，最深８０ ｍ，蓄水２ ８６０ 万ｍ３。 国内学者李刚［１］对隧道埋深对盾构穿越大面 积清水库影响的数值模拟分析，并分析了水库的沉 积物特征。宋宏水［２］对漫滩电站引水洞突泥突水 处理技术进行了深入研究，提出了同步进行大管棚 ３７０ 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） ·岩土工程· 支护并注浆的方法有效地处理了引水洞突水突泥， 其成功经验在于通过真空抽水和大管棚支护围岩 注浆将松散的破碎体固结起来。 图１ 交通位置示意图 根据资料分析，由地震灾害形成的堰塞湖一旦决 口会形成洪峰，对下游破坏性不亚于地震灾害的破坏 力［３ －４］。堰塞湖的危害主要表现在两个方面：（１）随 着上游库区水位的升高，可能造成上游居民和设施的 大面积淹没；（２）随着库水位的升高，天然坝可能由于 本身潜在的安全隐患及库水漫顶而导致天然坝突然 溃坝，堰塞湖中的大量蓄水快速下泄，巨大的洪水将 淹没下游，引起洪灾［５ －７］。四川省四条藏区高速公路 汶川至九寨沟第Ａ５ 标段叠溪隧道进口位于下海子溢 水口下游约２．５ ｋｍ 处，隧道进口段以桥工程方式跨 越岷江［８ －１０］，因此，及时评价天然坝体安全性状，并 根据评估结果采取相应的处理措施。 ２ 叠溪古堰塞湖沉积物特征 根据现场调查表明，位于小海子两岸的较场海子 坡和团结村湖相土层最厚，较场中心土层厚６７ ｍ，较 场海子坡约１００ ｍ。根据天龙湖水电站（四川省水 利水电勘测院［１１］）在鱼儿寨的钻探（钻孔ＺＫ１９）和 在团结村的钻探（ＺＫ２），资料显示该处沉积物底部 （最深处）高程为２ ０９３ ｍ，厚度达到２４０ ｍ 左右，一 直达到现今河谷底部。根据土层的颜色，结构和出 露高程，从下到上划分为六大层。 Ⅰ层（灰黑色黏土层）：为灰色、黑色黏土互层， 层理清楚，其中灰色层薄者０．５ ｃｍ，可形成纹层，少 数厚２０ ｃｍ，黑色黏土层总体看来显薄，多数在０．５ ～２ ｃｍ 之间，少数厚５ ｃｍ，Ⅰ层厚度约３０ 余ｍ。 Ⅱ层（灰黄色黏土层）：固结度好，灰黄色黏土 层中夹有０．５ ～２ ｃｍ 厚的深黄色、黑色纹层，１ ｍ 厚 度统计结果表明，深黄色纹层少，只有３ ～５ 层，而黑 色纹层出现频率增多，可达到３０ 层，层理水平，厚度 约５０ ｍ（见图２ａ）。 Ⅲ层（浅黄色黏土层）：为浅黄色黏土与灰黑色 黏土层互层，固结强度好，断口光滑，浅黄色黏土纹 层厚１ ～１１ ｃｍ，灰黑色黏土纹层厚１ ｃｍ 左右，厚 ５ ｃｍ，１ ｍ 厚度统计，黑色纹层多达５０ 余层，厚度约 ５０ ｍ（见图２ｂ）。 Ⅳ层（浅黄色黏土层与褐色粉砂层）：呈互层状分 布，各分层厚度约２０ ｃｍ，层中夹黑色黏土纹层，厚约 ０．２ ｃｍ，１ ｍ 厚度统计，纹层约５０ 层，层理清楚，褐色 粉砂层表面略呈蜂窝状，具斜层理，可见由于水流动 黏土入侵的火焰状构造，厚度约４０ ｍ（见图２ｃ）。 Ⅴ层（黄色黏土层）：本层夹有厚度约０．２ ～２ ｃｍ 黑色黏土纹层，１ ｍ 厚度内约有３０ 层，局部夹粉砂 层，交错明显，出现波痕及斜交层理，接近顶部有同 生包卷构造（见图２ｄ），这是水层变浅、水流波动造 成的特有的现象，也是区别本层的标志。 Ⅵ层（褐黄、褐红黏土层）：本层胶结差，黏土层 中包裹有大小不等，直径１ ～２ ｃｍ 的黄色黏土碎块， 这些碎块是下层黏土固结之后，再被水流破碎而重 新胶结的结果，因而层理不清，风化表面形成疙瘩 状，有骨头和碳化碎屑，与下伏Ⅴ层黏土层呈不整 合接触，此层厚度０．５ ～２．５ ｍ。 图２ 团结村和海子坡湖湘沉积物特征 从黏土的沉积韵律、沉积结构、物质组成以及 沉积厚度综合分析，此层黏土该属于湖相沉积。 （下转第３７５ 页） 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） ３７１ ·岩土工程· ５ 结论与展望 结论：通过模型建立后计算分析，并结合山西 省晋中市汇通公寓项目基桩检测报告数据分析得 出，山西地区依据ＪＧＪ ９４ －２００８ 经验参数法确定长 螺旋灌注桩极限承载力时，采用泥浆护壁钻（冲）孔 工艺取桩极限侧阻力和端阻力值相对安全，在施工 情况良好，保证注浆压力且土层分布较为均匀时， 可适当考虑按照干作业钻孔工艺对应取值。 展望：（１）该数值模拟和山西省晋中市汇通公 寓项目土层分部均匀，模拟计算值理想，在土层分 部变化较大时，实际桩极限承载力可能会有较大变 化；（２）按照干作业钻孔工艺取桩极限侧阻力和端 阻力值时对施工质量要求较高，实际工程建设中有 较高的技术要求，施工单位技术水平的不齐整对该 计算方法有很大制约性。 参考文献 ［１］ ＪＧＪ ９４ －２００８ 建筑桩基技术规范［Ｓ］． ［２］ 高大钊．土力学与基础工程［Ｍ］．北京：中国建筑工业 出版社，１９９８． ［３］ 王春山．长螺旋钻孔压灌桩与后插钢筋笼工艺［Ｊ］．山 西建筑，２０１２，３８（４）：９４． ［４］ ＧＢ ５０００７ －２０１１ 建筑地基基础设计规范［Ｓ］． ［５］ Ｒｏｎ Ｃ Ｋ Ｗ．Ａ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｔｒａｉｎｉｎｄｕｃｅｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ａｎｉ ｓｏｔｒｏｐｙ ｉｎ ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ ｇｒａｎｕｌａｒ ｍｅｄｉａ［Ｊ］．Ｃａｎ．Ｇｅｏｔｅｃｈ． Ｊ．２００３（４０）：９５ －１０６． ［６］ 《工程地质手册》编委会．工程地质手册［Ｍ］．北京： 中国建筑工业出版社，２００７． ［７］ 山西省建筑科学研究院．太原地区后注浆灌注桩应用 效果研究［Ｚ］．２０１２． ［８］ ＡＳＴＭ Ｄ １１４３ －１９８１ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｉｌｅｓ Ｕｎｄｅｒ Ｓｔａｔｉｃ Ａｘｉａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｌｏａｄ［Ｓ］． ［９］ 马乾．长螺旋钻孔压灌桩承载特性分析与试验研究 ［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２０１２． ［１０］蒋建平．大直径桩基础竖向承载性状研究［Ｄ］．上海： 同济大学，２００４． ［１１］ＪＧＪ １０６ －２０１４ 建筑基桩检测技术规范［Ｓ］． ［１２］龚晓南．高等土力学［Ｍ］．浙江：浙江大学出版社， 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ２００３． （上接第３７１ 页） ３ 分析与结论 地震灾害形成的堰塞湖一旦决口会形成洪峰， 对下游破坏性不亚于地震灾害的破坏力［１２］。可能 造成上游居民和设施的大面积淹没，大量蓄水快速 下泄，巨大的洪水将淹没下游，引起洪灾。 局部夹粉砂层，交错明显，出现波痕及斜交层 理，接近顶部有同生包卷构造，这是水层变浅、水流 波动造成的特有的现象，也是区别本层的标志。 从黏土的沉积韵律、沉积结构、物质组成以及 沉积厚度综合分析，Ⅵ层黏土该属于湖相沉积。 参考文献 ［１］ 李刚．隧道埋深对盾构穿越大面积清水库影响的数值 模拟分析［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（３）：８０ －８５． ［２］ 宋宏水．漫滩电站引水洞突泥突水处理技术［Ｊ］．铁道 建筑技术，２０１５（３）：１４ －１６． ［３］ Ｃｏｓｔａ Ｊ Ｅ，Ｓｃｈｕｓｔｅｒ Ｒ Ｌ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｄａｍｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ， １９８８（１０）：１０５４ －１０６８． ［４］ Ｃｏｓｔａ Ｊ Ｅ，Ｓｃｈｕｓｔｅｒ Ｒ Ｌ．Ｄｏｃｕｍｅｎｔｅｄ ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｄａｍｓ ｆｒｏｍ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ｏｐｅｎｆｉｌｅ［Ｊ］．Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ，１９９１：９１ －２３９． ［５］ Ｓｗａｎｓｏｎ Ｆ Ｊ，Ｏｙａｇｊ Ｎ，Ｔｏｍｉｎａｇａ Ｍ．Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｄａｍ ｉｎ Ｊａｐａｎ［Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｇｅｏｔｅｃｈ ｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，１９８６（３）：１３１ －１４５． ［６］ Ａｄａｍｓ Ｊ．Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｄａｍｍｅｄ ｌａｋｅｓ ｉｎ Ｎｅｗ Ｚｅａｌａｎｄ［Ｊ］． Ｇｅｏｌｏｇｙ，１９８１（９）：２１５ －２１９． ［７］ Ｃａｔａｇｌｉ Ｎ，Ｅｉｍｉｎｉ Ｌ．Ｇｅｏｍｏｒｐｈｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｄａｍｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ａｐｅｎｎｉｎｅ［Ｊ］．Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｇｅｏｍｏｒｐｈｏ ｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｏｎ，１９９９，２０（３）：２１９ －２４９． ［８］ 聂高众，高建国，邓砚．地震诱发的堰塞湖初步研究 ［Ｊ］．第四纪研究，２００４，２４（３）：２９３ －３０１． ［９］ 王兰生，杨立铮，李天斌，等．四川岷江叠溪较场地震 滑坡及环境保护［Ｊ］．地质灾害与环境保护，２０００（９）： １９５ －１９９． ［１０］王兰生，李天斌．岷江大小海子叠溪较场滑坡稳定性 及其对工程影响的评价［Ｚ］．１９９９． ［１１］四川省水利水电勘测设计研究院．四川省阿坝州天龙 湖水电站技施设计工程地质勘察报告［Ｚ］．２００２． ［１２］魏刚．顶管工程土与结构的性状及理论研究［Ｄ］．杭 州：浙江大学，２００５． 铁道建筑技术 ＲＡＩＬＷＡＹ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１６（增１ ） ３７５