4.1水庫的工程地質(zhì)問題

4.1水庫的工程地質(zhì)問題1．水庫蓄水會使庫內(nèi)一些城區(qū)和居民點、古跡、文物、工礦企業(yè)、鐵路、公路和其他一些重要建筑物以及大片農(nóng)田、森林等受到“淹沒”。水庫的主要工程地質(zhì)問題概述

2．水庫蓄水會使兩岸地下水位抬高，使一些地區(qū)發(fā)生“浸沒”，甚至地上建筑物也受到危害，有些地區(qū)甚至發(fā)生沼澤化、鹽漬化，導致農(nóng)作物無法種植、土地荒蕪、工礦企業(yè)排水困難。在低洼地區(qū)會引起土地充水、沼澤化、鹽漬化或地下水淹沒。

3．水庫若存在嚴重“滲漏”，會影響水利樞紐正常運行。

4．當水庫受到?jīng)_刷和侵蝕時會引起“庫岸再造”，有些地段形成滑坡、崩塌和沖蝕。有古滑坡存在的條件下會發(fā)生滑坡“復活”。

5．水庫淤積，庫容體積減小．使農(nóng)業(yè)、航運、漁業(yè)條件惡化，自然環(huán)境條件受到影響。

6．泥炭層、垃圾場以及工廠污水廢料排放到水庫使水庫水質(zhì)變壞，衛(wèi)生條件變差，導致生活用水、灌溉用水受到污染，引發(fā)一些疾病。

7．有的水庫會誘發(fā)地震。水庫滲漏是指庫水沿巖石孔隙、裂隙、斷層、溶洞等向庫盆以外或通過壩基(肩)向下游滲漏水量的現(xiàn)象。

水庫的作用是蓄水興利，在一定的地質(zhì)條件下，水庫蓄水期間及蓄水后會產(chǎn)生滲漏。對任何一座水庫來說，在未采取有效的工程處理措施的情況下，4.1.1水庫滲漏如果存在嚴重的滲漏現(xiàn)象，將會直接影響到該水庫的效益。而壩區(qū)的滲漏，在不少情況下往往導致壩基產(chǎn)生滲透變形，威脅到大壩的安全。在工程設計中，一般都要求使水庫的滲漏量小于該河流段平水期流量的1％-3％。1.水庫滲漏的形式（１）暫時性滲漏水庫蓄水初期，由于庫水位逐漸抬高，因濕潤、飽和庫水位以下巖土層的孔隙、裂隙和空洞，導致庫水量損失。但庫水不漏出庫外，因此，水量損失是暫時的。水庫滲漏的地質(zhì)條件分析（２）永久性滲漏指水庫蓄水后，庫水通過庫岸或庫盆底部的巖土體中的孔隙、裂隙、斷層及溶隙、溶洞等滲漏通道，向庫外鄰谷、低地或遠處低洼排水區(qū)不斷滲水。永久性滲漏，大多沿下列部位發(fā)生：（１）通過庫岸分水嶺向鄰谷或低地滲漏；（２）壩下游河道是彎道，庫水通過庫岸向下游河道滲漏；庫水通過庫底向遠處低洼排泄區(qū)滲漏庫區(qū)永久滲漏方式按滲漏通道的性質(zhì)，一般可劃分為以下幾種類型：(1)孔隙滲漏型。庫水主要通過第四紀松散土層發(fā)生滲漏，例如黃土、各種粒徑的砂層及礫石等。這一類型的滲漏量主要取決于土層的孔隙率及空隙直徑的大小和土層分布的范圍。２.據(jù)滲漏通道劃分的水庫滲漏的類型(2)裂隙滲漏型。庫水主要通過巖、土體內(nèi)的裂隙進行滲漏，包括可透水的各種原生裂隙、次生裂隙以及斷層破碎帶的裂隙。裂隙型滲漏量的大小取決于斷層性質(zhì)、規(guī)模、充填物及填膠程度及裂隙的張開度和密集程度等。(3)溶洞滲漏型?？λ固氐貐^(qū)的水庫，庫水通過各種規(guī)模的溶洞發(fā)生滲漏。除了以上三種基本類型外，尚有孔隙—裂隙滲漏型和裂隙—溶洞滲漏型等混合型滲漏。水庫發(fā)生滲漏的條件主要有三個：一是構成庫盆的巖體是透水的，如果水庫坐落在粘土巖地區(qū)，或庫盆被厚層粘土所覆蓋，這種水庫基本上是不漏水的；3.水庫滲漏條件分析二是庫外存在有比庫水位低的排泄區(qū)；三是庫水位高于庫岸的地下水位，庫水才能向庫外滲漏。由此可見，水庫滲漏的發(fā)生主要與巖性和地質(zhì)構造、地形及水文地質(zhì)條件有關。具備上述三個條件的水庫，就可能發(fā)生滲漏。水庫滲漏與不同的地貌單元密切相關。如果庫岸山體單薄，又有鄰谷存在且下切較深，庫水外滲的可能性就大。若水庫修建在基巖山區(qū)河谷急劇拐彎處，河灣之間的山脊有的地方可能會很狹窄，這樣的地形條件，就有可能產(chǎn)生水庫滲漏。（１）地形地貌條件平原地區(qū)河谷一般切割較淺，庫區(qū)與鄰谷常相距很遠，庫水若要穿過河間地塊向鄰谷滲漏，一般是不容易的。但在河曲發(fā)育地段，河間地塊比較單薄，則屬可能產(chǎn)生滲漏的地形。強透水層可以導致水庫滲漏，隔水層的存在則可以起到防滲作用。能夠起防滲作用的是微弱透水或基本不透水的巖層，如粘土類巖中的粘土巖、頁巖和粘土質(zhì)沉積層，以及完整致密的各種堅硬巖層。如果庫盆或水庫周圍有隔水層存在，就能夠起擋水作用，使庫水不致向庫外滲漏。（２）巖性條件強透水層可以導致水庫滲漏，隔水層的存在則可以起到防滲作用。能夠起防滲作用的是微弱透水或基本不透水的巖層，如粘土類巖中的粘土巖、頁巖和粘土質(zhì)沉積層，以及完整致密的各種堅硬巖層。如果庫盆或水庫周圍有隔水層存在，就能夠起擋水作用，使庫水不致向庫外滲漏。（２）巖性條件基巖一般比較堅硬致密，孔隙率小。庫水如果要通過基巖發(fā)生滲漏，主要取決于各種裂隙和溶洞的存在情況，以及沉積巖的層面充填情況。在第四紀的松散沉積層中，對水庫滲漏有重大意義的是未經(jīng)膠結的砂礫(卵)石層，這些砂礫石、礫石、卵石層空隙大、透水性強，如果庫區(qū)存在這些強透水層并溝通庫區(qū)內(nèi)外，就可以成為水庫滲漏的通道。某水庫庫區(qū)滲漏示意圖與水庫滲漏有密切關系的地質(zhì)構造，主要有斷層破碎帶或斷層交匯帶、裂隙密集帶、背斜及向斜構造、巖層產(chǎn)狀等。斷層的存在，特別是未膠結或膠結不完全的斷層破碎帶，都是水庫滲漏的主要通道。（３）地質(zhì)構造背斜構造和向斜構造與水庫滲漏的關系，主要應從兩個方面來分析。一是背斜和向斜核部伴生的節(jié)理密集帶或?qū)娱g剪切帶可能成為滲漏的通道；另一方面主要由透水層與隔水層相互配合和產(chǎn)狀情況來決定。斷層與水庫滲漏的關系庫區(qū)的水文地質(zhì)條件是水庫能否發(fā)生滲漏的重要條件之一，尤其是庫岸有無地下水分水嶺，以及地下水分水嶺的高程，對水庫的滲漏具有決定性的意義。而地下水的某些特征，則可以用來直接判斷庫區(qū)滲漏問題。（４）水文地質(zhì)條件根據(jù)地下水分水嶺脊線的高程與水庫正常高水位的關系，可判斷水庫是否有向鄰谷滲漏的可能。此時有四種情況：A.建庫前的地下水分水嶺高于水庫正常高水位，建庫后一般不會產(chǎn)生向鄰谷滲漏，如圖(a)所示。B.建庫前的地下水分水嶺低于水庫水位，則蓄水后將會向鄰谷滲漏，如圖(b)所示。C.建庫前地下水就從庫區(qū)河谷流向鄰谷，蓄水后水頭更大，滲漏更嚴重，如圖(c)所示。D.建庫前鄰谷河水經(jīng)地下流向庫區(qū)河谷,鄰谷水位低于建庫后的庫水位，建庫后庫水將向鄰谷滲漏如圖(d)所示。有時，地下水分水嶺雖略低于水庫正常高水位，但由于蓄水后庫水的頂托作用，地下水分水嶺最后可能略高于庫水位，庫水不致外漏。在分水嶺很寬厚、巖土體的透水性較小時，庫水更不會外漏。地下水分水嶺與滲漏的關系對于承壓水(或建庫后可能出現(xiàn)的承壓水)。只要透水層穿過了分水嶺，而其兩端分別在庫區(qū)和鄰谷(或低洼地)出露，且其出露高程均低于水庫正常高水位，則庫水就能沿透水層以承壓水形式流向鄰谷。當建壩前庫區(qū)有承壓水露頭時，只要泉水口高程超過水庫正常高水位且其內(nèi)部通道沒有與低處泉水串通，則庫水就不會沿該承壓含水層漏走。若泉水口高程低于庫水位，庫水能否沿承壓含水層漏走，則應根據(jù)承壓水含水層的補給區(qū)和排泄區(qū)的具體情況確定。(一)灌漿帷幕通過鉆孔向地下灌注水泥漿或其他漿液，填塞巖溶巖體中的滲漏通道，形成阻水帷幕，可以達到防滲的目的。灌漿帷幕用于裂隙性巖溶滲漏具有顯著的防滲效果。對規(guī)模不大的管道性巖溶滲漏采用填充性灌漿也有一定效果。五、防滲措施一般在壩基和壩肩部位都設置有灌漿帷幕，以防止繞壩滲漏。帷幕深度及向兩岸的延伸范圍則根據(jù)防滲處理范圍確定。壩基灌漿帷幕最好能深入基礎的相對不透水層巖層中構成接地式帷幕，這是截斷滲流比較徹底的辦法。帷幕灌漿壓力、孔距、排距、排數(shù)等，根據(jù)壅水高度、建筑物特點、巖溶發(fā)育特點和灌漿試驗結果確定。當?shù)鼗旅嫱杆畬由疃炔淮髸r，常用截水墻防滲，這是一種比較可靠的防滲措施。防滲墻有粘土墻、混凝土墻和大口徑鉆孔造孔回填混凝土等形式。（二）截水墻粘土截水墻多用于土壩基礎，將透水層截斷與心墻或斜墻相連接，要求截水墻應有足夠的厚度和嚴格的反濾措施，以保護截水墻不致產(chǎn)生管涌和沖刷?；炷两厮畨Χ嘤糜诮財鄮r石基礎的表部透水帶，如溶蝕帶、岸坡風化帶等。(三)鋪蓋在壩上游或水庫的某一部分，以粘土層或鋼筋混凝土板做成鋪蓋，覆蓋漏水區(qū)，以防止?jié)B漏。鋪蓋防滲主要適用于大面積的孔隙性或裂隙性滲漏。庫底大面積滲漏，常用粘土鋪蓋，對于庫岸斜坡地段的局部滲漏，用混凝土鋪蓋。為防止壩基、壩肩滲漏而設置的鋪蓋，最好使壩體與上游的隔水巖層相銜接，或?qū)伾w的范圍擴大，把繞過鋪蓋的水流比降和流量控制在允許限度以內(nèi)。一般情況下，鋪蓋工程應在蓄水前或水庫放空以后施工，以保證質(zhì)量。但有些情況下，用水中拋土方法形成鋪蓋，也可起到一定的防滲作用。隔離就是在庫岸基巖上修筑隔水圍壩。范圍不大的集中滲漏區(qū)，庫水隔離可以減少水量損失。導排則是將建筑物基礎下及其周圍承壓水或泉水通過反濾設備的減壓井、導管及排水溝(廊道)等將承壓水引導至建筑物范圍以外，以降低滲透壓力。減壓井或其他排水設施一般在防滲帷幕后面和兩岸山坡。(四)隔離與導排選擇集中漏水的洞口用適當?shù)慕ú亩氯欠乐箮r溶通道滲漏的有效方法。對裸露基巖中的漏水洞，只要清除其充填物和洞壁的風化松軟物質(zhì)，然后用混凝土封堵，即可獲得良好效果。在覆蓋型巖溶河段，由于基巖中巖溶管道埋藏于覆蓋層之下，要消除覆蓋層，（五）堵洞（適用于巖溶地去滲漏處理）應找到基巖中巖溶管道的人口，加以封堵。如因覆蓋層太厚，徹底清除確有困難，也應盡可能深挖擴大，清除其中的松軟物質(zhì)，然后加以堵塞。一般的堵洞結構是下部做反濾層，上部以混凝土封堵，再以粘土回填。

4.1.2庫岸穩(wěn)定問題（１）水庫建成蓄水后，庫岸自然條件發(fā)生急劇變化，使之處于新的環(huán)境和動力地質(zhì)作用下表現(xiàn)為：

①原來處于干燥狀態(tài)下的巖主體，在庫水位變化范圍內(nèi)的部分因浸濕而經(jīng)常處于飽和狀態(tài)，其工程地質(zhì)性質(zhì)明顯惡化f、c值下降。②岸邊遭受人工湖泊波浪的沖蝕淘刷作用，較原來河流的侵蝕沖刷作用更為強烈。③庫水位經(jīng)常變化，當水位快速下降時，原來被頂托而壅高的地下水來不及泄出，因而增加了岸坡巖土體的動水壓力和自重壓力。因之，使得原來處于平衡狀態(tài)下的斜坡，有一部分發(fā)生變形破壞，直至達到新的平衡狀態(tài)為止。（２）危害：庫岸的變形破壞，危及濱庫地帶居民點和建筑物的安全，使濱庫地帶的農(nóng)田遭到破壞庫岸的破壞物質(zhì)又成為水庫的淤積物、減小庫容。近壩庫岸大塌滑體的安然滑落激起的涌浪，還能危及大壩安全，并給壩下游帶來災難性后果。

(3)庫岸失穩(wěn)破壞的類型①塌岸在水庫中庫岸土石體在庫水波浪及其他外動力作用下，失去平衡而產(chǎn)生逐步坍塌，庫岸線不斷后移而進行邊岸再造，以達到新的平衡的現(xiàn)象和結果，稱水庫塌岸(或稱水庫邊岸再造)?？梢姡畮焖妒遣煌趲r土體崩塌和滑坡的一種特殊的破壞形式。這種現(xiàn)象主要發(fā)生于土質(zhì)岸坡地段。水庫蓄水最初幾年內(nèi)塌岸表現(xiàn)最為強烈，隨后漸漸減弱，可以延續(xù)幾年甚至十幾年以上。因而，塌岸是一個長期緩慢的演變過程。最終塌岸破壞帶的寬度可達幾百米，如我國黃河三門峽庫最大塌岸帶寬度284m。水庫塌岸過程示意圖②滑坡庫岸滑坡在大部分水庫蓄水后都會發(fā)生，只是規(guī)模不同而已，它往往是岸坡蠕變的發(fā)展結果。按庫岸滑坡發(fā)生的位置，可分為水上滑坡和水下滑坡，以及近壩滑坡和遠壩滑坡。近壩的水上高速滑坡危害尤大。如意大利瓦依昂水庫左岸1963年10月9日發(fā)生的超大型高速滑坡，舉世震驚。我國湖南柘溪水庫，在1959年的蓄水初期，大壩上游1．5kin的塘巖光發(fā)生大滑坡，165萬m3土石以25m／s的速度滑入庫中，激起高達21米的涌浪，致使庫水漫過尚未完工的壩頂泄向下游，損失巨大?；率菐彀镀茐牡闹饕问街?，由于危害較大，對山區(qū)水庫來說，需重視研究近壩的庫岸滑坡。我國的幾座大型水壩，如龍羊峽和小浪底水庫均存在此問題。

③巖崩巖崩是峽谷型水庫巖質(zhì)庫岸常見的破壞形式，它常發(fā)生在由堅硬巖體組成的高陡庫岸地段。水庫蓄水后，由于坡腳巖層軟化或下部庫岸的變形破壞，而引起上部庫岸的巖體崩塌。（１）定義：水庫蓄水后水位抬高，引起水庫周圍地下水壅高。當庫岸比較低平，地面高程與水庫正常高水位相差不大時，地下水位可能接近甚至高出地面，產(chǎn)生種種不良后果，稱為水庫浸沒。4.1.3水庫浸沒問題（２）危害：浸沒對濱庫地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活危害甚大，它使農(nóng)田沼澤化或鹽堿化；建筑物的地基強度降低甚至破壞，影響其穩(wěn)定和正常使用；附近城鎮(zhèn)居民無法居住，不得不采取排水措施或遷移他處。浸沒區(qū)還能造成附近礦坑滲水，使采礦條件惡化。因此，浸沒問題常常影響到水庫正常高水位的選擇，甚至影響到壩址的選擇。（３）產(chǎn)生浸沒的條件浸沒現(xiàn)象的產(chǎn)生，是各種因素綜合作用的結果，包括地形、地質(zhì)、水文氣象、水庫運行和人類活動等。依地形地質(zhì)的因素而言，可能產(chǎn)生浸沒的條件是：①受庫水滲漏影響的鄰谷和洼地，平原水庫的壩下游和圍堤外側，特別是地形標高接近或低于原來河床的庫岸地段，容易產(chǎn)生浸沒。

②巖土應具有一定的透水性能?；鶐r分布地區(qū)不易發(fā)生浸沒。第四紀松散堆積物中的粘性土和粉砂質(zhì)土，由于毛細性較強，易發(fā)生沒沒；特別是脹縮性土和黃土類土，浸投的影響更為嚴重。水庫回水及浸沒不易發(fā)生浸沒的地段是：①庫岸為相對不透水巖土層組成或研究地段與庫岸之間有相對不透水層阻隔。②研究地段與庫岸間有經(jīng)常水流的溪溝，其水位等于或高于正常蓄水位時。水庫岸邊不會發(fā)生浸沒的地質(zhì)條件4.1.4水庫淤積問題(１)淤積問題水庫為人工形成的靜水域，河水流入水庫后流速頓減，水流搬運能力下降，所挾帶的泥砂就沉積下來，堆于庫底，形成水庫淤積。淤積的粗粒部分堆于上游，細粒部分堆于下游，隨著時間的推延，淤積物逐漸向壩前推移。修建水庫的河流若含有大量泥砂，則淤積問題將成為該水庫的主要工程地質(zhì)問題之一。我國黃河干流上的三門峽水庫，若不