水庫大壩滲流分析論文
摘要：某水電站為砼面板砂礫—堆石壩，最大壩高157m，下閘蓄水以后壩后滲流量隨庫水位上升而增大。現(xiàn)對可能導致壩后滲流的主要原因進行分析，對大壩安全作出綜合評價。
關(guān)鍵詞：大壩；滲流；滲透壓力；流量；孔隙水壓力計；繞滲
1、水庫滲漏原因分析
壩后出現(xiàn)較大的滲流水量基于以下幾個主要原因：擋水結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞；沿構(gòu)造產(chǎn)生集中滲漏；庫水繞過兩壩肩的防滲體系產(chǎn)生繞壩滲漏；外水補給。現(xiàn)對壩后滲流原因進行分析，對大壩安全作出綜合評價。
1.1擋水結(jié)構(gòu)破壞
壩體主要受力結(jié)構(gòu)由砂礫石構(gòu)成，目前壩體應力和變形觀測成果表明，大壩整體的變形和位移均不大，面板應力水平不高，各接縫位移也遠小于止水結(jié)構(gòu)的變形適應能力；而趾板是錨固于堅硬、完整的弱風化基巖上，面板、趾板及其接縫止水結(jié)構(gòu)不會受到結(jié)構(gòu)應力破壞。
沿面板周邊布設(shè)的11支孔隙水壓力計，僅有5支測得了明顯的滲透水頭，位于河床部位及附近的3支（P-1-05～P-1-07）測得的壩下最高水位為1292.6～1293.1m，較為一致；兩岸趾板轉(zhuǎn)角處的P-1-04和P-1-09這2支孔隙水壓力計埋設(shè)高程分別為1300.040m和1319.250m，最高滲透壓力分別為：3.1m和3.677m（相應水位1303.140m和1322.927m）。估計是由于該兩處均位于趾板轉(zhuǎn)角處，存在趾板結(jié)構(gòu)縫和面板周邊縫的連接，接縫結(jié)構(gòu)復雜，現(xiàn)場搭接粘結(jié)和焊接的質(zhì)量控制難度較大，因而存在滲漏現(xiàn)象。但從P-1-04滲透壓力隨庫水位升高而增大后又減小，這應與周邊縫止水結(jié)構(gòu)和上游鋪蓋料的自愈作用有關(guān)。隨著庫水位的進一步升高P-1-04滲透壓力又有所增大，但未超過最高壓力值，增大趨勢明顯小于庫水位的變化。P-1-09的滲透壓力變化與P-1-04基本相同。鑒于此兩處的水頭壓力并不大，因此可以認為這兩處的滲漏量亦應該不會很大，且接縫止水結(jié)構(gòu)的自愈作用正在得到發(fā)揮。
通過以上分析，可以肯定壩體的主擋水結(jié)構(gòu)處于正常的工作狀態(tài)，不會產(chǎn)生較大的滲漏。
1.2沿構(gòu)造集中滲漏
本工程地質(zhì)條件較為復雜，構(gòu)造極為發(fā)育，F(xiàn)32斷層是壩址區(qū)規(guī)模最大的一條斷層，通過河床趾板，斷層破碎帶及影響帶寬22m，斷層帶的透水率一般在12～45Lu之間，屬較嚴重透水帶。
在F32斷層經(jīng)過趾板帷幕灌漿中心線下游側(cè)埋設(shè)了3支滲壓計P-1-06、17、18，P-1-17和P-1-18的滲透壓力與庫水位呈同步變化，漲幅僅略低于庫水位。而P-1-06的滲透壓力雖然也與庫水位呈同步變化，卻始終很低，基本與鄰近測點所測得的'壩體內(nèi)水位保持一致。當庫水位為1389.9m時，P-1-17和P-1-18內(nèi)水位分別為1366.3m、1366.8m，而P-1-06內(nèi)水位僅為1291.94m。經(jīng)分析，P-1-17、P-1-18兩只孔隙水壓力計滲透壓力較高是因為其布設(shè)于距趾板下游排帷幕灌漿孔僅2m的同一鉆孔內(nèi)，該鉆孔位于F32斷層影響范圍內(nèi)，巖體較為破碎，灌漿過程中單孔吃漿量較大，漿液擴散范圍亦較大；同時由于上游圍堰外水頭的作用，漿液向下游的擴散范圍必然大于上游；另外P-1-17、P-1-18兩只孔隙水壓力計與下游趾板末端布置于斷層處理蓋板表面的P-1-06孔隙水壓力計相距僅1.0m，且蓋板與趾板間接縫未設(shè)止水，但P-1-06孔隙水壓力計與壩基其它部位的孔隙水壓力計一樣，滲透壓力均較低，因此可以斷定P-1-17、P-1-18兩只孔隙水壓力計處于帷幕有效寬度范圍內(nèi)，所以才顯示出較高的滲透壓力水平。因此，P-1-17和P-1-18內(nèi)水位偏高并不是F32斷層集中滲漏所致，而P-1-06內(nèi)水位受庫水位影響較小則表明帷幕灌漿的防滲效果是明顯的。F32斷層通過處的趾板末端、斷層處理蓋板末端和斷層上部反濾料末端較低的滲透壓力均可表明不存在沿F32斷層的集中滲漏通道。
壩基下沿最大斷面、F32斷層等滲流觀測斷面和周邊縫下部布置的孔隙水壓力計顯示滲透壓力較低，證明亦不存在沿其它構(gòu)造產(chǎn)生集中滲漏的現(xiàn)象。
1.3兩壩肩繞滲
壩址區(qū)巖性性脆、堅硬，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖體的透水性主要受結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度的控制和風化卸荷程度的影響，巖體透水性具有隨深度變化小的規(guī)律，但構(gòu)造部位透水性相對較大。壩址區(qū)基巖強風化層厚3～5m，透水率為12.0～26.1Lu，為中等透水，弱風化層厚25～30m，透水率2.6～17.0Lu，為中等透水～弱透水，微風化及新鮮巖體透水率2.0～10.0Lu，為弱透水，基巖面45m以下透水率為0.1～2.7Lu，為弱透水～微透水。趾板基礎(chǔ)下及灌漿平洞帷幕深度一般50m以下，深入到弱透水～微透水的巖體中，但由于受構(gòu)造影響，趾板線鉆孔帷幕深度以下節(jié)理裂隙密集帶或斷層帶壓水試驗透水率4～24Lu，個別段斷層帶處最高可達45Lu。
左右岸測壓管孔壓明顯高于壩體孔壓，其中右岸孔壓高于壩體孔壓達67m之多，右岸比左岸也高出了近59m。右岸灌漿平洞內(nèi)兩處處孔壓分別達到1351.124m和1345.915m。上述情況表明右岸繞壩范圍較大、山體內(nèi)水位較高，因此右岸存在較明顯的繞壩滲流；右岸壩后坡測壓管孔壓壓降明顯，由SY-2的1352.691m降至UP-1-10的1313.606m；右岸一級臺地安裝的測點UP-1-01和P-1-15孔壓值為1300.318m；左岸布設(shè)于深孔和發(fā)電洞上平段的孔隙水壓力計除進口部位外，均未測得明顯的水頭，這表明左岸洞群帷幕后山體孔壓由低于1342m向下游至斜井段上彎點處逐步降低至不高于1320m，至下平段降低至1286m左右，山體內(nèi)滲流孔壓較低。
1.4外水補給
本工程位于歐亞大陸腹地，屬大陸性北溫帶氣候，夏季氣候較濕潤，溫和，降雨豐沛，冬季寒冷積雪較深。同時量水堰至壩軸線之間約為590m，下游壩坡和馬道、壩肩分水嶺下游的兩岸岸坡及沖洪溝、廠壩間壓重平臺及廠區(qū)地坪所匯集的降水即便在廠壩區(qū)排水系統(tǒng)最終形成以后也難以徹底排除，大氣降水對量水堰流量觀測的影響將始終存在。此外，由于地表植被、滲流所經(jīng)路徑地層性狀、堰前較大蓄水容積等因素的影響，均使得降水影響出現(xiàn)滯后并相對均勻，這也正是量水堰觀測的水量在降水時段前后往往不會出現(xiàn)較大變化。
本工程地下水位高于河水位，兩岸存在著較為穩(wěn)定的地下水補給，由于尾水擋墻的阻斷，量水堰上游的地下補給水也只能通過量水堰排出，量水堰所測得的流量數(shù)據(jù)將始終包含此部分水量。
2、結(jié)論
2.1目前量水堰觀測到的滲流水量包含了壩體滲漏、壩基及兩岸繞滲、大氣降水補給等多方面的因素，但以兩岸繞滲為主。兩岸繞滲匯入量水堰的水量由于左岸普遍分布的風積黃土層、洞群帷幕灌漿、導流洞、發(fā)電洞排水洞的影響，又以右岸為主；
2.2壩體擋水結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)；斷層處理效果較好，通過趾板的斷層不會產(chǎn)生滲透破壞或形成較大集中滲漏通道；由于良好的排水性能，壩體內(nèi)孔隙水壓力較低，壓力穩(wěn)定，蓄水過程中未發(fā)生異常或突變，因而滲流對壩體穩(wěn)定影響不大；
2.3量水堰滲流水清澈、透明，未攜帶細砂、懸浮物等物質(zhì)，因而兩壩肩產(chǎn)生滲透破壞或形成較大集中滲漏通道的可能性不大，壩基、壩肩是安全的。
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