水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电市公开课一等奖省赛课获奖课件

3.4水库与坝区渗漏工程地质条件分析水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第1页1．水库蓄水会使库内一些城区和居民点、古迹、文物、工矿企业、铁路、公路和其它一些主要建筑物以及大片农田、森林等受到“淹没”。

2．水库蓄水会使两岸地下水位抬高，使一些地域发生“浸没”，甚至地上建筑物也受到危害，有些地域甚至发生沼泽化、盐渍化，造成农作物无法种植、土地荒凉、工矿企业排水困难。在低洼地域会引发土地充水、沼泽化、盐渍化或地下水淹没。

3．水库若存在严重“渗漏”，会影响水利枢纽正常运行。一、水库主要工程地责问题概述水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第2页4．当水库受到冲刷和侵蚀时会引发“库岸再造”，有些地段形成滑坡、崩塌和冲蚀。有古滑坡存在条件下会发生滑坡“复活”。

5．水库淤积，库容体积减小．使农业、航运、渔业条件恶化，自然环境条件受到影响。6．泥炭层、垃圾场以及工厂污水废料排放到水库使水库水质变坏，卫生条件变差，造成生活用水、浇灌用水受到污染，引发一些疾病。

7．有水库会诱发（触发）地震。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第3页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第4页1.库岸稳定问题（１）水库建成蓄水后，库岸自然条件发生急剧改变，使之处于新环境和动力地质作用下表现为：

①原来处于干燥状态下岩主体，在库水位改变范围内部分因浸湿而经常处于饱和状态，其工程地质性质显著恶化f、c值下降。②岸边遭受人工湖泊波浪冲蚀淘刷作用，较原来河流侵蚀冲刷作用更为强烈。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第5页③库水位经常改变，当水位快速下降时，原来被顶托而壅高地下水来不及泄出，因而增加了岸坡岩土体动水压力和自重压力。因之，使得原来处于平衡状态下斜坡，有一部分发生变形破坏，直至到达新平衡状态为止。（２）危害：库岸变形破坏，危及滨库地带居民点和建筑物安全，使滨库地带农田遭到破坏，库岸破坏物质又成为水库淤积物、减小库容。近坝库岸大塌滑体安然滑落激起涌浪，还能危及大坝安全，并给坝下游带来灾难性后果。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第6页(3)库岸失稳破坏类型①塌岸在水库中库岸土石体在库水波浪及其它外动力作用下，失去平衡而产生逐步坍塌，库岸线不停后移而进行边岸再造，以到达新平衡现象和结果，称水库塌岸(或称水库边岸再造)。可见，水库塌岸是不一样于岩土体崩塌和滑坡一个特殊破坏形式。这种现象主要发生于土质岸坡地段。水库蓄水最初几年内塌岸表现最为强烈，随即渐渐减弱，能够延续几年甚至十几年以上。因而，塌岸是一个长久迟缓演变过程。最终塌岸破坏带宽度可达几百米，如我国黄河三门峡库最大塌岸带宽度284m。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第7页水库塌岸过程示意图水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第8页②滑坡库岸滑坡在大部分水库蓄水后都会发生，只是规模不一样而已，它往往是岸坡蠕变发展结果。按库岸滑坡发生位置，可分为水上滑坡和水下滑坡，以及近坝滑坡和远坝滑坡。近坝水上高速滑坡危害尤大。如意大利瓦依昂水库左岸1963年10月9日发生超大型高速滑坡，举世震惊。我国湖南柘溪水库，在1959年蓄水早期，大坝上游1.5km塘岩光发生大滑坡，165万m3土石以25m／s速度滑入库中，激起高达21米涌浪，致使库水漫过还未完工坝顶泄向下游，损失巨大。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第9页滑坡是库岸破坏主要形式之一，因为危害较大，对山区水库来说，需重视研究近坝库岸滑坡。我国几座大型水坝，如龙羊峡和小浪底水库均存在此问题。

③岩崩岩崩是峡谷型水库岩质库岸常见破坏形式，它常发生在由坚硬岩体组成高陡库岸地段。水库蓄水后，因为坡脚岩层软化或下部库岸变形破坏，而引发上部库岸岩体崩塌。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第10页（１）定义：水库蓄水后水位抬高，引发水库周围地下水壅高。当库岸比较低平，地面高程与水库正常高水位相差不大时，地下水位可能靠近甚至高出地面，产生种种不良后果，称为水库浸没。（２）危害：浸没对滨库地域工农业生产和居民生活危害甚大，它使农田沼泽化或盐碱化；建筑物地基强度降低甚至破坏，影响其稳定和正常使用；附近城镇居民无法居住，不得不采取排水办法或迁移他处。浸没区还能造成附近矿坑渗水，使采矿条件恶化。所以，浸没问题经常影响到水库正常高水位选择，甚至影响到坝址选择。2.水库浸没问题水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第11页（３）产生浸没条件浸没现象产生，是各种原因综合作用结果，包含地形、地质、水文气象、水库运行和人类活动等。依地形地质原因而言，可能产生浸没条件是：①受库水渗漏影响邻谷和洼地，平原水库坝下游和围堤外侧，尤其是地形标高靠近或低于原来河床库岸地段，轻易产生浸没。②岩土应含有一定透水性能。基岩分布地域不易发生浸没。第四纪涣散堆积物中粘性土和粉砂质土，因为毛细性较强，易发生没没；尤其是胀缩性土和黄土类土，浸没影响更为严重。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第12页水库回水及浸没水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第13页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第14页不易发生浸没地段是：①库岸为相对不透水岩土层组成或研究地段与库岸之间有相对不透水层阻隔。②研究地段与库岸间有经常水流溪沟，其水位等于或高于正常蓄水位时。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第15页水库岸边不会发生浸没地质条件水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第16页３.水库淤积问题(１)淤积问题水库为人工形成静水域，河水流入水库后流速顿减，水流搬运能力下降，所挟带泥砂就沉积下来，堆于库底，形成水库淤积。淤积粗粒部分堆于上游，细粒部分堆于下游，伴随时间推延，淤积物逐步向坝前推移。修建水库河流若含有大量泥砂，则淤积问题将成为该水库主要工程地责问题之一。有些人对我国20座水库淤积情况作过统计，依据统计资料，在不到内，20座水库平均库容损失率为31．3％，年平均损失率为2．26％。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第17页水库淤积即使可起到天然铺盖以预防库水渗漏良好作用，不过大量淤积物堆于库底，将减小有效库容，降低水库效益；水深变浅，妨碍航运和渔业，影响水电站运转。严重淤积，将使水库在不长时间内失去有效库容，缩短使用寿命。比如，美国科罗拉多河上一座大型水库，建成后便有95％库容被泥砂充填。日本有256座水库平均使用寿命仅53年；其中56座已淤库容50％，26座已淤库容80％。我国黄河干流上三门峡水库，若不采取办法，几十年后将全部淤满。山陕高原上有一些小水库，建成一年后库容竟全部被泥砂淤满。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第18页淤积不但缩短水库使用寿命，而且会给上下游防洪、浇灌、航运、排涝治碱、工程安全和生态平衡带来影响。水库兴建，极大地改变了原河流水动力条件和河流地质作用，使其侵蚀、搬运和沉积作用发生了大幅度改变，并在自我调整中取得新动态平衡。其间，库内沉积作用加剧，将影响水库寿命、航运(包含航道和港口)通畅、库尾洪水位等；在坝下游，因为清水下泄，冲刷作用增强，底蚀显著，河道下切，河流变直，可造成部分河段岸坡稳定性下降，出现裂缝、坍塌等现象，河道还可能出现负比降，影响汛期行洪等。（２）水库淤积对环境影响水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第19页水库形成，实际上是改变了水库上游河流侵蚀基准面水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第20页库坝区渗漏是指库水沿岩石孔隙、裂隙、断层、溶洞等向库盆以外或经过坝基(肩)向下游渗漏水量现象。水库作用是蓄水兴利，在一定地质条件下，水库蓄水期间及蓄水后会产生渗漏。对任何一座水库来说，在未采取有效工程处理办法情况下，假如存在严重渗漏现象，将会直接影响到该水库效益。而坝区渗漏，在不少情况下往往造成坝基产生渗透变形，威胁到大坝安全。在工程设计中，普通都要求使水库渗漏量小于该河流段平水期流量1％-3％。库坝区渗漏介绍水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第21页1.库区渗漏类型（１）暂时性渗漏水库蓄水早期，因为库水位逐步抬高，因湿润、饱和库水位以下岩土层孔隙、裂隙和空洞，造成库水量损失。但库水不漏出库外，所以，水量损失是暂时。（２）永久性渗漏指水库蓄水后，库水经过库岸或库盆底部岩土体中孔隙、裂隙、断层及溶隙、溶洞等渗漏通道，向库外邻谷、低地或远处低洼排水区不停渗水。二、库区渗漏地质条件分析水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第22页永久性渗漏，大多沿以下部位发生：（１）经过库岸分水岭向邻谷或低地渗漏；（２）坝下游河道是弯道，库水经过库岸向下游河道渗漏；库水经过库底向远处低洼排泄区渗漏。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第23页库区永久渗漏方式水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第24页按渗漏通道性质，普通可划分为以下几个类型：(1)孔隙渗漏型。库水主要经过第四纪涣散土层发生渗漏，比如黄土、各种粒径砂层及砾石等。这一类型渗漏量主要取决于土层孔隙率及空隙直径大小和土层分布范围。(2)裂隙渗漏型。库水主要经过岩、土体内裂隙进行渗漏，包含可透水各种原生裂隙、次生裂隙以及断层破碎带裂隙。裂隙型渗漏量大小取决于断层性质、规模、充填物及填胶程度及裂隙张开度和密集程度等。(3)溶洞渗漏型。喀斯特地域水库，库水经过各种规模溶洞发生渗漏。除了以上三种基本类型外，还有孔隙—裂隙渗漏型和裂隙—溶洞渗漏型等混合型渗漏。２.据渗漏通道划分水库渗漏类型水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第25页水库发生渗漏条件主要有三个：一是组成库盆岩体是透水，假如水库坐落在粘土岩地域，或库盆被厚层粘土所覆盖，这种水库基本上是不漏水；二是库外存在有比库水位低排泄区；三是库水位高于库岸地下水位，库水才能向库外渗漏。由此可见，水库渗漏发生主要与岩性和地质结构、地形及水文地质条件相关。具备上述三个条件水库，就可能发生渗漏。3.水库渗漏条件分析水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第26页水库渗漏与不一样地貌单元亲密相关。假如库岸山体薄弱，又有邻谷存在且下切较深，库水外渗可能性就大。若水库修建在基岩山区河谷急剧拐弯处，河湾之间山脊有地方可能会很狭窄，这么地形条件，就有可能产生水库渗漏。平原地域河谷普通切割较浅，库区与邻谷常相距很远，库水若要穿过河间地块向邻谷渗漏，普通是不轻易。但在河曲发育地段，河间地块比较薄弱，则属可能产生渗漏地形。（１）地形地貌条件水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第27页强透水层能够造成水库渗漏，隔水层存在则能够起到防渗作用。能够起防渗作用是微弱透水或基本不透水岩层，如粘土类岩中粘土岩、页岩和粘土质沉积层，以及完整致密各种坚硬岩层。假如库盆或水库周围有隔水层存在，就能够起挡水作用，使库水不致向库外渗漏。（２）岩性条件水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第28页基岩普通比较坚硬致密，孔隙率小。库水假如要经过基岩发生渗漏，主要取决于各种裂隙和溶洞存在情况，以及沉积岩层面充填情况。在第四纪涣散沉积层中，对水库渗漏有重大意义是未经胶结砂砾(卵)石层，这些砂砾石、砾石、卵石层空隙大、透水性强，假如库区存在这些强透水层并沟通库区内外，就能够成为水库渗漏通道。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第29页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第30页某水库库区渗漏示意图水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第31页与水库渗漏有亲密关系地质构造，主要有断层破碎带或断层交汇带、裂隙密集带、背斜及向斜构造、岩层产状等。断层存在，特别是未胶结或胶结不完全断层破碎带，都是水库渗漏主要通道。背斜构造和向斜构造与水库渗漏关系，主要应从两个方面来分析。一是背斜和向斜核部伴生节理密集带或层间剪切带可能成为渗漏通道；其次主要由透水层与隔水层相互配合和产状情况来决定。（３）地质结构水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第32页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第33页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第34页断层与水库渗漏关系水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第35页库区水文地质条件是水库能否发生渗漏主要条件之一，尤其是库岸有没有地下水分水岭，以及地下水分水岭高程，对水库渗漏含有决定性意义。而地下水一些特征，则能够用来直接判断库区渗漏问题。依据地下水分水岭脊线高程与水库正常高水位关系，可判断水库是否有向邻谷渗漏可能。此时有四种情况：A.建库前地下水分水岭高于水库正常高水位，建库后普通不会产生向邻谷渗漏，如图(a)所表示。（４）水文地质条件水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第36页B.建库前地下水分水岭低于水库水位，则蓄水后将会向邻谷渗漏，如图(b)所表示。C.建库前地下水就从库区河谷流向邻谷，蓄水后水头更大，渗漏更严重，如图(c)所表示。D.建库前邻谷河水经地下流向库区河谷,邻谷水位低于建库后库水位，建库后库水将向邻谷渗漏如图(d)所表示。有时，地下水分水岭虽略低于水库正常高水位，但因为蓄水后库水顶托作用，地下水分水岭最终可能略高于库水位，库水不致外漏。在分水岭很宽厚、岩土体透水性较小时，库水更不会外漏。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第37页地下水分水岭与渗漏关系水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第38页对于承压水(或建库后可能出现承压水)。只要透水层穿过了分水岭，而其两端分别在库区和邻谷(或低洼地)出露，且其出露高程均低于水库正常高水位，则库水就能沿透水层以承压水形式流向邻谷。当建坝前库区有承压水露头时，只要泉水口高程超出水库正常高水位且其内部通道没有与低处泉水串通，则库水就不会沿该承压含水层漏走。若泉水口高程低于库水位，库水能否沿承压含水层漏走，则应依据承压水含水层补给区和排泄区详细情况确定。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第39页（６）岩溶库区渗漏分析岩溶地域水库漏水问题分析，关键是：A.查清该区地形、地层、岩性、结构和水文地质等情况；B.在以上基础上深入查清岩溶发育程度和岩溶形态延伸分布规律。这里仅结合水库渗漏问题，深入研究和补充。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第40页岩溶渗漏通道按其规模可分：①大型，如溶洞、暗河和落水洞等；②中型，如被溶蚀而加大了空隙断层和大型溶隙；③小型，如溶孔和小型溶隙等。其中以第①类渗漏规模最大，第③类渗漏规模最小。三者往往相互串通。所以，从实际意义而言，查清岩溶渗漏通道主要是指查清①、②类通道而言。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第41页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第42页水库岩溶渗漏基本条件判别水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第43页水库岩溶渗漏分级表水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第44页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第45页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第46页①建坝河谷是地下水排泄区在这种情况下应注意：A.水平循环带和谷底循环带是最易出现岩溶渗漏位置。河床两岸地下水靠近垂直方向流人河床叫横向径流地段，平行河水流向方向流人河床叫纵向径流地段。纵向径流地段轻易发育纵向岩溶形态，成为库水外渗通道。易出现地段：a．河流纵坡由平缓突变为较陡地段，在这个转折点处易发育谷底纵向岩溶形态；b．河流凸岸，尤其是河湾间或河曲间地段河岸，易发育岸边纵向岩溶形态。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第47页B.河水面附近有显著溶洞层时，回水后库水将沿溶洞倒灌。若该溶洞底板高程比库水位高，则不会成为库水直接外漏通道。此时，若溶洞在库水位高程以内，但最近邻谷(或邻谷溶洞系统)间岩体很厚，岩溶不发育，透水性不大，则虽发生库水倒灌，但可能不会形成渗漏；若溶洞与邻谷(或邻谷溶洞系统)间岩体很薄，透水性很强，则可能形成大量渗漏。当然，若溶洞与邻谷溶洞系统已经在库水位高程以下串通，则必将产生大量渗漏。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第48页C.岩溶形态是地下水从补给区流向排泄区，沿岩体内各种结构面溶蚀而成通道。所以对穿越分水岭断层破碎带、节理密集带、不整合面、褶皱轴面等，应尤其注意查清是否已形成岩溶渗漏通道。D.多层岩溶地层与非岩溶地层交互地带渗漏问题。在查清岩溶地层透水性以后，可按普通沉积岩地域隔水层和透水层互层分析标准，判断其漏水可能性。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第49页②建库河谷是地下水补给区。此最为不利，易产生大量渗漏。当河谷是该区地下水补给区时，往往含有下述地形和水文地质特征，应尤其注意库水外漏问题。A.盲谷：河谷突然中止处往往是地表水转入地下人口位置，系水库蓄水后库水外漏通道入口。B.谷底落水洞：若谷底落水洞发育，修建水库，落水洞是库水外漏通道入口。C.谷底溶洞：谷底若有溶洞口是入水口，亦属大型渗漏通道。当河谷是地下水补给区时，必须查清外漏通道，采取有效办法，不然水库漏水是极难防止。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第50页大坝建成后，坝上游水位抬高，在上、下游水位差作用下，库水可能经过坝基或坝肩岩层中孔隙、裂隙、破碎带向下游渗漏。前者称为坝基渗漏，后者称为绕坝渗漏。坝区渗漏形式分为均匀渗漏和集中渗漏两种。前者，如经过砂砾石层和基岩中较为均布风化裂隙渗漏；后者，如经过较大断裂破碎带和各种岩溶通道渗漏。三、坝区渗漏条件分析水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第51页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第52页绕坝渗漏示意图水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第53页1.涣散岩层坝区渗漏条件在涣散岩层地域建坝，渗漏主要是经过透水性强砂砾石层发生。砂砾石层有是当代河床沉积，有是位于阶地之上，也有是古河道沉积。古河道砂砾石沉积能够是埋藏在河岸一侧，也能够分布于阶地之上。有时砂砾石层与不透水层成互层结构，对此，应给予充分注意。普通在河谷狭窄、谷坡高陡坝区，砂砾石层仅分布于谷底，所以，坝区渗漏主要发生在坝基。而在宽谷区当谷坡上分布有多级阶地时，库水除沿坝基渗漏外，还可能发生绕坝渗漏。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第54页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第55页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第56页2.裂隙岩层坝区渗漏条件在裂隙岩层分布区，因为岩层中各种结构面透水能力不一样，以及河谷地貌和地质结构差异，使建坝所造成渗漏在不一样地域或地段内有显著不一样。河谷地貌与地质结构条件对坝区渗漏有显著影响。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第57页河谷平面形态与坝区渗漏关系水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第58页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第59页四、岩层渗透性指标表征岩层渗透性指标有三个，即渗透系数(k)、单位吸水量(w)和透水率(q)。这三个指标是评价坝、库是否渗漏或估算渗漏量时主要参数，也是地基防渗处理设计水文地质依据。1．渗透系数(k)法国水力学家达西曾经过大量试验，发觉地下水层流渗透速度(v)与水力坡度(I)成正比，写成公式为:

v=kI式中：v为渗透速度（m/d）；I为水力坡度；k为渗透系数。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第60页在生产实践中，多采取抽水试验确定岩体渗透系数k值:水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第61页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第62页单位吸水量是在单位压力下每米试验段、每分钟压入岩层中水量，以L/(min·m·104Pa)表示。它是在岩层中进行压水试验所测得岩层渗透性指标。新压水试验结果为岩层透水率（ｑ，Lu），１Lu（吕荣）单位为：在lMPa压力下，每米试验段平均压人流量，以L／min计，即：1Lu等于在1MPa压力下，每米试段压人流量为1L／min。试验要求试段长为5m左右，每个试段试验时间为10min。1Lu普通相当于单位吸水量w值为0．01L／(min·m·104Pa)时渗透量。2.单位吸水量（w）和透水率（ｑ）水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第63页压水试验示意图水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第64页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第65页渗透系数k值是代表整个降水漏斗较大范围内岩层平均透水性。而透水率q值或单位吸水量w值，则是代表钻孔中某个试验段岩层透水性。它代表范围较小，但可说明岩层不一样部位渗透性和岩层渗透性不均一程度。

长久以来，w值被看成坝区防渗处理——帷幕灌浆设计主要依据和质量判定标准，即认为w值小于0．01或0．05时，就被视为不透水层，不需进行防渗处理。

据k值和q值对岩土渗透性分级见表。水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第66页水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第67页(一)灌浆帷幕经过钻孔向地下灌注水泥浆或其它浆液，填塞岩溶岩体中渗漏通道，形成阻水帷幕，能够到达防渗目标。灌浆帷幕用于裂隙性岩溶渗漏含有显著防渗效果。对规模不大管道性岩溶渗漏采取填充性灌浆也有一定效果。普通在坝基和坝肩部位都设置有灌浆帷幕，以预防绕坝渗漏。帷幕深度及向两岸延伸范围则依据防渗处理范围确定。坝基灌浆帷幕最好能深入基础相对不透水层岩层中组成接地式帷幕，这是截断渗流比较彻底方法。帷幕灌浆压力、孔距、排距、排数等，依据壅水高度、建筑物特点、岩溶发育特点和灌浆试验结果确定。五、防渗办法水库与坝区渗漏的工程地质条件分析华电第68页当地