库坝区渗漏问题PPT课件

1、1,第七章 库、坝区渗漏问题,拦河筑坝蓄水后，水库中的水在适宜的地形、地质条件下，将会经过地下通道向库外渗漏，从而可能危及工程的安全或影响工程的效益。 库水向外渗漏的途径有两种： 一、库区渗漏： 通过库岸的分水岭地带向邻谷（洼地）或经由河湾部分渗向坝下游的河道，以及通过库盆底部渗向远处低洼排泄区。 二、坝区渗漏： 通过坝下或绕过坝肩渗向坝下游,图7-1,2,7.1 库区渗漏,7.1.1 库区渗漏的地质条件分析 库区渗漏分暂时性渗漏和永久性渗漏。 暂时性渗漏是指水库蓄水后，为了饱和水库水位以下的岩石孔隙和裂隙而暂时损失的水，这部分水没有漏出库外； 永久性渗漏是指库水通过一定的途径渗漏到库外 。

2、库区永久性渗漏，必须具备适宜地地形、地质构造和水文地质条件,3,一、地形条件 山区水库 山区水库，如其四周山体单薄，邻近有低谷或洼地，且其底面标高低于水库正常水位，则从地形上创造了产生渗漏的条件。当有渗漏通道时，库水就会不断地排向邻近的低谷造成渗漏。 邻谷切割的越深，与库水位高程相差越大，渗漏量越大。若谷底高程高于水库正常水位，就不会产生向邻谷渗漏,图7-2,4,当水库位于河湾地带，则应结合河湾地段的山体岩性和地质构造，分析研究通过河湾间的单薄地段向下游河谷渗漏的可能性,5,平原水库,平原地区由于河谷分布稀疏，且一般河谷切割深度不大，所以水库于相邻河谷一般相距较远，库水位壅高较小，渗透坡降不大

3、，因而一般库水通过河间地带向邻谷神罗德可能性不大，不会有严重的渗漏。但要注意水库通过河曲地段，产生严重渗漏的可能性，因为河曲地段常常是河道多次变迁所堆积的冲积物，其结构变化复杂，常常有透水性大的砂砾石层，有可能产生严重渗漏,6,二、 岩性和地质构造条件 基岩地区可能产生大量渗漏的条件，主要是在分水岭或河湾地段，有岩溶通道和宽大的断层破碎带以及节理发育、透水性强的岩石（如柱状节理发育的玄武岩）等。 此外，在分水岭单薄、基岩风化壳较厚的地带，可能通过风化破碎岩石产生渗漏；当分水岭地带有较厚的古河道或冰水堆积的砂砾石层分布，将产生严重的渗漏,图7-3,7,岩溶地区 在岩溶地区修建水库，可通过河谷地区

4、地质结构的研究，了解有无通向库外岩溶化岩层或破碎带等，来判断可能引起渗漏的部位。 无隔水层的河谷，岩溶主要受岩性、厚度和构造裂隙所控制，多构成统一的含水层，特别注意有无贯穿邻谷或河湾的岩溶通道，有无地下分水岭存在,8,有隔水层的河谷，岩溶发育受岩层产状控制，其次受断裂影响。 处于纵向谷地地质结构的河段，一般天然防渗条件较好。而这一类河谷中又以向斜谷封闭条件最为理想，单斜谷有沿着倾斜层面向一侧产生渗漏的可能性，背斜谷则有向两侧产生渗漏的可能性。但不论单斜谷或背斜谷都随岩层倾角增大渗漏的可能性减少。 河谷为横谷的库区，特别是当分水岭单薄时，则存在向邻谷渗漏的可能性,图7-4,图7-5,9,图7-6

5、,图7-7,图7-8,10,三、水文地质条件 (1) 分水岭的地下水位 地下分水岭的水位、泉水或地表溪流出露高程高于水库正常蓄水位时，一般不会产生渗漏。 地下分水岭的水位低于水库水位不多，水库壅水后，地下水位继续升高，地下分水岭高于水库水位，且岩体内没有强烈的渗漏地带，一般不会产生渗漏。 地下分水岭的水位低于水库水位甚多，水库蓄水后，地下分水岭消失，则会产生渗漏,图7-9,11,2) 地下水位低于水库的原河水位 水库蓄水前，邻谷谷底及河间地区的地形水位低于构成水库的原河水位，或建库之前就有向邻谷的渗漏，水库蓄水后必然加剧渗漏。 （3）岩溶地区 在岩溶地区应注意一种特殊的水库渗漏，即蓄水之前，一

6、侧库岸地下水有分水岭，而蓄水后沿库底岩溶通道向另一侧或下游排泄漏走。如云南某水库，建坝前查明河右岸存在地下分水岭，且水位较高，认为不会漏水，但水库蓄水后发现漏水，原因是库水补给右岸的地下水，通过库底岩溶通道，与左岸的地下水一同向左岸远处低谷,图7-10,图7-11,12,上述三个方面，就是库区向邻谷或相邻洼地渗漏的必要条件。因此，在判断水库是否产生渗漏时，应： 首先着眼于地形地貌，即对单薄分水岭、河湾及库外临近洼地等应加以特别注意； 然后看这些地段有无通道，即透水岩层、破碎带、岩溶通道等的存在，并结合地质构造判断其连通性； 最后根据水文地质条件，其中主要是有无地下水分水岭、地下水分水岭的高程及

7、其与库水位的关系等，加以综合分析，以作出对库区渗漏的评价,13,7.1.2 库区的其它工程地质问题,水库蓄水后，由于自然条件的改变，除产生渗漏问题以外，还有岸边坍塌、水库淤积和地下水回水浸没等工程地质问题。 一、岸边坍塌与滑坡 水库使河流变成人工湖泊，原来处于水面以上的岸坡，部分淹没水中，或时淹时露，降低了斜坡的稳定性。库水的波浪作用长期对岸边进行冲刷破坏。 二、水库淤积 水库建成后，使河流变成人工湖泊，谁的流速减缓，水中大量的泥砂物质沉积下来，以致水库的溶积逐渐减少，产生淤积。 三、浸没 水库蓄水后，由于水位升高而引起水库周围地下水位升高，甚至接近地表或高出地面，这种现象称为浸没。受浸没影响

8、，建筑物地基强度降低、矿坑充水、土地盐渍化和沼泽化。 四、水库地震,图7-12,14,大坝建成后，随着上游水位的抬高，在上下游水位差的作用下，库水可能沿着坝基或通过大坝两端岩体中的空隙、裂隙、破碎带或岩溶通道等向下游渗漏。 前者称坝基渗漏，后者称绕坝渗漏。 渗漏的形式有两种： 均匀渗漏 集中渗漏,7.2 坝区渗漏,15,7.2.1 坝区渗漏的地质条件分析 一、松散岩层坝区渗漏条件 松散岩层（主要指冲积层）。 冲积层的沉积年代、形成条件、成层情况和地貌特征等，控制着坝区渗漏的边界条件； 冲积物的岩性特征主要决定着松散岩体的透水性。 下面就几种有代表性的坝区进行分析,16,1）当坝区河谷狭窄，谷坡

9、高而陡时，砂砾石分布于谷底、厚度不大，或由粗碎屑物质组成，其中或有砂层透镜体，且表面没有完整的粘土覆盖，岩层透水性强，渗漏主要发生于坝基。 （2）当坝区河谷较宽，谷坡上分布有多级基座阶地时，河谷覆盖层情况与（1）相似，此类坝区除可能产生强烈的坝基渗漏外，还可能发生绕坝渗漏。 （3）当冲积层为双层结构型式时，在阶地或河谷底部有可能发生渗漏。 （4）当冲积层是粗细相间的多层结构型式时，一般在坝区无完整的表土层作为天然铺盖，库水容易渗漏。在这种情况下，应寻找厚度大、分布完整的粘土层作为隔水层,图7-13冲积层为双层结构,图7-14,17,二、裂隙岩体坝区渗漏条件,在裂隙岩体分布区，由于岩体中各种成因

10、的结构面、透水性差异、河谷地貌和地质结构的不同，使渗漏在不同地区和不同地段，有显著不同。 （一）岩体结构面及其透水性对坝区渗漏的影响 断层、节理、裂隙及层面等都是导水构造； 各种构造的充填情况、充填物的性质则影响其透水性,18,二）河谷地貌和地质结构条件对坝区渗漏的影响 根据河谷平面形态对渗漏条件的影响，可分为三种类型： 平直型河谷：坝址上下游库水渗入和排泄条件较差。 喇叭型河谷：上窄下宽，库水渗入条件差，排水条件好。 反之，渗入条件好，排水条件差。 弯曲型河谷：当建坝于河曲段时，凸岸库水渗入和排水 条件比凹岸好,二、裂隙岩体坝区渗漏条件,图7-15,19,在岩层倾斜区，如不考虑断层裂隙，在相

11、同地形条件下，纵谷、横谷和斜谷具有不同的渗入和排泄条件 (1) 纵谷 河流沿岩层走向发育，而上下游沟谷与岩层走向垂直。在河谷纵剖面上，沿层面渗透路径最短，有利于水库渗漏；而在河谷横剖面上，一岸渗入良好而排水不利，另一岸则相反,二）河谷地貌和地质结构条件对坝区渗漏的影响,图7-16,20,2) 斜谷 河流和上下游沟谷与岩层走向斜交。在河谷纵剖面上，沿层面渗透路径较长。当岩层倾向下游时，缓倾和中等倾斜者有利于渗漏，陡倾则渗入有利，而排泄不利；当岩层倾向上游时，则渗漏条件不利。而在河谷横剖面上，排泄条件与纵谷相似,二）河谷地貌和地质结构条件对坝区渗漏的影响,图7-17,21,3) 横谷 河流与岩层走

12、向垂直，而上下游沟谷与岩层走向平行。在河谷纵剖面上渗透路径更长，渗漏较前两种情况为差；而在河谷横剖面上顺层排泄条件两岸基本相同,二）河谷地貌和地质结构条件对坝区渗漏的影响,图7-18,22,一）岩溶通道对渗漏的影响 岩溶的渗漏直接受通道的影响，其渗漏主要有三种基本类型： 第一类为溶洞、暗河、落水洞、竖井等，沿这些通道常常形成大规模的集中渗漏。 第二类为溶蚀的断裂带，为岩溶区分布最广、最普遍的一种通道，易形成集中渗漏或网状渗透。 第三类为岩溶裂隙及孔隙，其渗漏形式为面状或带状，渗漏量较小,三、岩溶坝区渗漏条件,图7-19,23,二）河谷地质结构与坝区渗漏 无隔水层的河谷，坝区天然防渗条件较差，沿

13、岸边孔洞带、顺河断层带和岸边卸荷裂隙等岩溶发育带，便于纵向渗流，产生绕坝渗漏和坝基渗漏。 有隔水层的纵向河谷，由于岩层大致与河谷方向一致，在坝区隔水层的防渗作用不大，因为岩溶化岩层均贯穿上下游，有利于坝区渗漏。 有隔水层的横向河谷，有利于坝区防渗，岩层倾向上游比倾向下游更好，岩层倾角越大越好,图7-20,24,一、坝基防渗处理的主要目的 消除渗漏 控制渗流量 防止坝基地质条件因渗漏而恶化 避免渗透变形的产生,7.2.2 坝基主要防渗措施,25,二、防渗措施 截：将渗透水流截住 堵与灌：将孔隙、裂隙和孔洞用材料堵塞 铺：在表面铺设粘土等，增加渗透路径 排：将水排出减少渗透压力 下面分别介绍对松散

14、岩层、裂隙岩体和岩溶地区的防渗措施,7.2.2 坝基主要防渗措施,26,一）松散岩层的防渗措施 坝基松散岩层的防渗措施主要有垂直防渗、水平铺盖和排水减压三类，有时在下游坝脚设置反滤层以防止发生流土现象。 （1）垂直防渗：常用粘土截水槽、灌浆帷幕和混凝土防渗墙。 粘土截水槽 用于透水性强、抗管涌能力差、隔水层埋藏较浅的砂卵石坝基。采用此法必须注意以下两种情况：（a）当坝基冲积层厚且具多层结构，利用其中的粘土层作为隔水层时，应注意隔水层的完整性。（b）当坝基冲积层较薄，利用下伏基岩作为隔水层时，必须研究基岩的透水性，必要时进行帷幕灌浆处理。 灌浆帷幕 大多数砂卵石坝基均可采用灌浆法加以处理，但最好

15、在从基层较厚的情况下采用，并根据砂卵石的组成条件，选择合适的灌浆方法和灌浆材料。 混凝土防渗墙 是用于砂卵石坝基的防渗处理，但透水层过厚，或其中有较大的漂石、孤石时，不如灌浆优越。但在透水层不太厚时，混凝土防渗墙的防渗效果好,27,一）松散岩层的防渗措施 （2）水平铺盖（水库铺盖防渗） 当砂卵石层厚度很大，作截水墙防渗较困难，又无条件采用帷幕灌浆时，水平铺盖是简单易行的处理方法，但不如垂直防渗措施彻底，且渗漏量和出逸坡降较大，必须结合下游排水减压措施，才能有效控制渗流，保证渗透稳定。 当坝基上游河谷底部覆盖的土层较厚，渗透系数较小时，可用作天然铺盖，不足部分采用人工铺盖补充。设置铺盖时，应注意

16、使坝前和岸坡部分覆盖好,28,一）松散岩层的防渗措施 （3）排水减压 采用某些设施将渗漏水流导出，以减少渗透压力，防止对坝基产生破坏作用。坝基排水设施分为水平排水和减压井。 水平排水：对于表层为弱透水且较薄的双层结构地基，常采用水平排水办法设施反滤层。 减压井：对于表层为弱透水且较厚的双层结构地基或多层结构地基，采用减压井方法较好，即在坝下游设置一定深度的排水井，深入强透水层中,29,二）裂隙岩体防渗措施 裂隙岩体防渗措施，一般采用灌浆帷幕，在某些地形地质条件下，采用防渗井、斜墙铺盖等措施。 （1）帷幕灌浆 帷幕灌浆与地质有关的几个问题是： （a）帷幕灌浆的标准 以岩石为例，防渗一般根据现场压

17、水试验确定岩体的透水性，用吕荣Lu值表示。一般的标准是：高坝3Lu中坝3Lu低坝5Lu这基本是国内的做法，但国外要求更低一些，大概是：高坝3Lu中坝5Lu低坝10Lu 以上是指导性的，可以根据大坝的坝高、重要性提高，高坝有到1Lu的也不少。有一个130米混凝土坝采用5Lu国外的项目。还有灌浆水灰比C/W的选择等，是保证灌浆质量至关重要的环节,30,b）帷幕深度与长度的确定 坝基隔水层埋藏不深时，使帷幕插入其中，以构成封闭式帷幕；把几个水层埋藏较深时，则作悬挂式帷幕。帷幕深度对帷幕削减水头值要求，进行计算或根据坝高、作用水头和地质条件来确定。根据水文地质、工程地质条件，帷幕必须在坝的两岸有足够的

18、延伸，防止绕坝渗漏,31,2）断层带的防渗措施 断层对坝基的影响，与其构造特性、相对位置和宽度有关。 对于顺河断层，除应专门加固外，如可能产生渗透变形，还应进行防渗处理。 断层两侧，岩体破碎，但含泥质少，可灌浆处理；断层破碎带岩体极其破碎且含泥质灌浆处理效果差，可采用防渗井、混凝土防渗墙等措施，帷幕灌浆与与防渗井等结合使用,图7-21,浙江某水电站，坝基有两条较大的断层，采用防渗井处理，即在帷幕灌浆通过断层处，沿断层带挖斜井，清除破碎物质后回填混凝土，然后在井壁四周进行固结灌浆,32,3）斜墙铺盖 如果坝肩有贯穿上下游的集中渗漏带，则在其上游出露处设置粘土斜墙或铺盖。 图示左坝肩有一巨大古滑坡体，岩石极其破碎，为防止送渗漏，在坝端上游作了粘土斜墙,图7-22,33,三）岩溶坝区防渗 根据岩溶发育的特点，常用的防渗处理方法有铺盖法、堵塞法、帷幕灌浆或截水墙法、围井或隔离法和导泄法等。 （1）铺盖法 用粘土或混凝土铺盖，也可利用洪水淤积，形成天然铺盖防渗,图7-23,34,2）堵塞法 用块石、砂、粘土或混凝土。在溶洞、落水洞的进口或通道的咽喉部位加以堵塞。 （3）截水墙