模擬環(huán)境水對隧洞石膏巖溶蝕的分析評價與灰色預測

于靜，胡于博，謝俊華，周小紅，李亞萍(.成都理工大學環(huán)境與土木工程學院,地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 60059;.四川洪明基礎工程有限公司，成都 6000;.中節(jié)能建設工程設計院有限公司中心試驗室，成都 6005;.成都清華巖土工程試驗檢測有限公司，成都 60066)

模擬環(huán)境水對隧洞石膏巖溶蝕的分析評價與灰色預測

于靜1，胡于博2，謝俊華3，周小紅4，李亞萍4
(1.成都理工大學環(huán)境與土木工程學院,地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059;2.四川洪明基礎工程有限公司，成都 610100;3.中節(jié)能建設工程設計院有限公司中心試驗室，成都 610052;4.成都清華巖土工程試驗檢測有限公司，成都 610066)

模擬環(huán)境水；石膏巖；溶蝕；灰色預測

1 前言

水電站建成蓄水后，壩址自然環(huán)境發(fā)生劇變，湍急的河流變?yōu)槿斯ず?，氣候環(huán)境更為濕潤，環(huán)境的劇變加速環(huán)境水作用的進行，國內(nèi)外由壩基地質(zhì)缺陷而引發(fā)大壩事故的實例均與此密切相關[1-5]。石膏巖相對于其它巖類易于溶蝕，并且它的溶蝕性狀會直接對工程特別是水工建筑產(chǎn)生重要的影響[6-7]。因此，時刻掌握水電站庫區(qū)內(nèi)環(huán)境水和地下水對石膏巖的溶蝕狀況，對水電工程的安全運行實際具有重要的指導作用。

金康水電站位于四川省甘孜州康定縣境內(nèi)大渡河上游左岸一級支流金湯河上，壩址距金湯河入大渡河口約17 km，系金湯河梯級開發(fā)規(guī)劃的的最后一級電站。電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐三大部分組成，電站設計裝機容量150 MW (2×75 MW)，設計最大水頭498 m，最小水頭457.7 m，設計引用流量37.4 m3/s。閘首壩高20 m，廠房為地面廠房。

2 壩址概況

金康水電站壩址區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件復雜，地層及巖性多變，地質(zhì)構造及斷層帶發(fā)育，并有瓜達溝斷裂帶、昌昌斷裂帶出現(xiàn)，圍巖結構面發(fā)育，地下水活躍。昌昌斷裂帶巖性主要為碳質(zhì)千枚巖夾石膏層，微新巖體，巖石類別以Ⅳ 類和Ⅴ 類為主，都含有富集程度不同的石膏，巖體較破碎，擠壓強烈，主要發(fā)育層面裂隙，層狀、片狀結構為主，地下水埋藏較豐富，局部滲水較大。壩址石膏存在以分散的星斑點狀和不規(guī)則的團塊狀為主，還有紋理狀、薄層狀和膠結物狀的石膏，裂隙也常充填石膏。

3 實驗設計

動態(tài)實驗(C)：設計一套可以控制水流流速的盛水實驗裝置，盛水容器體積1升左右，流速控制為100 ml/min左右，水流在容器內(nèi)交換停留一次的時間約10 min。分別在指定時間內(nèi)取100 ml樣品以備測定。

靜態(tài)實驗(D)：在1 800 ml盛水容器內(nèi)，分別放置所要測定的樣品，分別在指定時間內(nèi)取100 ml樣品以備測定。

4 石膏巖溶蝕結果分析

4.1 溶蝕結果分析

由圖1可見1號顆粒和方塊巖樣靜態(tài)溶蝕液接近飽和的量為400～440 mg/l，其溶蝕曲線為一拋物線，在接近飽和量時曲線出現(xiàn)拐點。但顆粒和方塊樣分別達到拐點的時間不一致，顆粒為70 h，而方塊為170 h。動態(tài)溶蝕表明方塊及顆粒樣品在水流作用下很快達到動態(tài)溶蝕，其溶蝕液的平衡溶蝕濃度非常接近，幾乎均為±30 mg/l。

圖1 石膏巖方塊靜態(tài)溶蝕曲線

由圖2可見2號樣品顆粒和方塊靜態(tài)溶蝕液的飽和量為±450 mg/l，達到飽和時間：顆粒為40 h，而方塊為150 h。動態(tài)溶蝕方塊及顆粒的平衡溶蝕濃度均為±33 mg/l。

圖2 石膏巖方塊動態(tài)溶蝕曲線

由圖3可見3號樣品顆粒和方塊靜態(tài)溶蝕液的飽和量為450 mg/l，達到飽和時間：顆粒為60 h，但方塊樣品至今(已作用250 h)仍未達到飽和。動態(tài)溶蝕方塊樣品的平衡溶蝕濃度為37 mg/l,顆粒樣品為31 mg/l。

圖3 石膏巖顆粒靜態(tài)溶蝕曲線

由圖4可見4號樣品特殊，難于判斷其顆粒和方塊靜態(tài)溶蝕液的飽和量，與1、2、3號相比，溶蝕液濃度較低，遠遠沒有達到飽和，至今顆粒樣品僅達120 mg/l，而方塊樣品僅30 mg/l。估計達到飽和需要相當長的時間。動態(tài)溶蝕液方塊樣品為30 mg/l，顆粒樣品為33 mg/l。

4.2 溶蝕速度計算

圖4 石膏巖顆粒動態(tài)溶蝕曲線

表1 石膏巖靜態(tài)溶蝕與動態(tài)溶蝕對比

4.3 溶蝕影響因素分析

另外，實驗過程中氣溫的變化，樣品反應過程中流量控制的穩(wěn)定性等對實驗結果均有一定的影響。

表2 顆粒溶蝕液容量化學組份測定結果(mg/l)

5 石膏巖溶蝕灰色預測

739.103，(t=0,1,2……,n)

圖5 灰色模型預測曲線

6 石膏巖溶蝕作用的影響評價

6.1 石膏巖溶蝕對大壩的危害

根據(jù)石膏巖塊狀和顆粒實驗結果分析，石膏巖與庫區(qū)環(huán)境水接觸，石膏溶蝕現(xiàn)象明顯。水電站正常運行期，庫區(qū)水頭的不斷增加，加速了環(huán)境水向地下水巖層的滲透速度，更有利石膏溶蝕，同時引水隧洞因混凝土與基巖接觸襯砌密封不好，可能造成接觸面附近基巖中的石膏溶蝕。

6.2 襯砌隧洞的石膏溶蝕

7 結語

在石膏巖體上修建工程建筑物要絕對做好防水工作，特別要防止流動水流的產(chǎn)生及其對石膏巖體的作用。為使金康水電站引立隧洞的設計達到經(jīng)濟合理技術可行值得注意的是：①金康水電站環(huán)境水質(zhì)調(diào)查結果表明，石膏巖在當前的天然狀態(tài)下仍然遭受到強烈溶蝕，表明隧洞周圍存在作用于石膏的地下水系。②本實驗選用的4個石膏巖樣品由于其結構構造以及礦物組成，化學組份的差異，影響到溶蝕特性的差異。建議在今后的設計的工作中應該進一步查明這些巖體的分布特征及其現(xiàn)今的溶蝕狀態(tài)，以及與隧洞地帶的水文地質(zhì)條件之關系，以便為設計工作，比如隧洞段是否襯砌在哪里襯砌，如何襯砌等設計問題的解決，提供重要的參考。

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作者簡介：于靜(1964- )，女，高級實驗師，環(huán)境工程專業(yè)，研究方向：水文地球化學。E-mail:304285115@qq.com

ASSESSMENT AND GREY PREDICTION OF THE GYPSUM DISSOLUTION IN TUNNEL AFFECTED BY SIMULATED WATER

YU Jing1,HU Yu-bo2,XIE Jun-hua3,ZHOU Xiao-hong4,LI Ya-ping4
(1.College of Environment and Civil Engineering Chengdu University of Technology，National Professional Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu 610059,China;2.Sichuan Hongming Foundation Project Co.,Ltd,Chengdu 610100;3.Central Laboratory of Cecep Construction Engineering Design Institute Limited Company,Chengdu 610052,China;4.Chengdu Qinghua Geotechnical Engineering Testing&Inspection Co.Ltd,Chengdu 610066,China)

For the JinKang hydropower station long-term operation,that the environmental water corrode the gypsum rock had been an important impact to the dam security.That used the indoor simulation experiment to corrode the gypsum rock samples with water instead of the environmental water,which take parameters and so on Ca2+and SO42-for the indicators, in accordance with environmental water before and after corrosion changes in water quality, using gray prediction method to analyzes it to the hydropower station secure influence. The results showed that the gypsum rock suffered a strong corrosion in the current state of the natural environment and ground water.

Simulated Environmental Water；Gypsum Rock；Corrosion；Grey Prediction

1006-4362(2016)04-0071-05

2016-10-09改回日期： 2016-11-05

TV74；TV131.61

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