老撾某水電站左岸低矮埡口庫(kù)岸滲漏及滲透穩(wěn)定分析

胡彬　劉斌

摘 要：水庫(kù)滲漏是制約新建水利水電工程的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一。老撾某電站庫(kù)區(qū)左岸低矮埡口庫(kù)段可能存在滲漏和滲透穩(wěn)定問(wèn)題，該文在野外工程地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)資料，采取定性和定量的方法對(duì)低矮庫(kù)段的庫(kù)岸再造、滲漏量、滲透穩(wěn)定進(jìn)行分析計(jì)算，為下一步采取相應(yīng)的工程防治措施提供科學(xué)、可靠的地質(zhì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：滲漏 滲透穩(wěn)定 低矮埡口

中圖分類號(hào)：TV7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（c）-0049-04

Abstract：Reservoir seepage is a major problem of engineering geology which restricts new construction hydraulic and hydropower projects.There are lower cols destructed on the left Reservoir bank of a hydropower which perhaps produces seepage and permeability stability in Laos.On the basis of engineering geological investigation outdoors and combined test data， reservoir bank reformation，Analysis and calculate seepage and seepage stability with the qualitative and quantitative methods，it offered scientific and reliable geological base for the next step to take corresponding engineering measures.

Key Words：Seepage；Permeability stability；Lower cols

老撾某水電站位于老撾中部湄公河左岸二級(jí)支流南立河上，裝機(jī)容量100 MW，正常蓄水位高程305 m，相應(yīng)庫(kù)容9.03×108 m3，水庫(kù)區(qū)兩岸峰脊海拔高程1063～500 m，谷底高程205～230 m，相對(duì)高差約300 m～800 m，屬中低山峽谷地貌[1]。庫(kù)區(qū)左岸山頂高程總體較低，從壩址至庫(kù)區(qū)上游約1.5km的庫(kù)段，山體單薄，沖溝發(fā)育，地形起伏較大，沿地表分水嶺分布了6個(gè)低矮埡口（1#、2-1#、2-2#、2#、3#及4#埡口），其中：2#、3#埡口低于正常蓄水位高程，存在庫(kù)水溢出問(wèn)題，已修建副壩擋水并進(jìn)行帷幕灌漿處理。其它埡口及其周邊庫(kù)岸山脊因高程僅略高于正常蓄水位高程，庫(kù)盆南側(cè)存在低于正常蓄水位高程的班敦村山間盆地（分布高程210～240 m），為庫(kù)區(qū)左岸外圍低鄰谷，水庫(kù)蓄水后，存在庫(kù)水沿低矮埡口及附近單薄山脊向低鄰谷滲漏及滲透穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)工程運(yùn)行存在安全隱患，需進(jìn)行論證分析。

1 庫(kù)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及基本地質(zhì)條件

區(qū)域構(gòu)造行跡總體以NNE向、近SN向、NE向?yàn)橹?，且以斷裂為主，區(qū)域斷裂主要表現(xiàn)為奠邊府—程逸斷裂帶、長(zhǎng)山—峴港斷裂帶，次級(jí)斷層構(gòu)造行跡主要為NEE、NNW向，庫(kù)區(qū)構(gòu)造弱發(fā)育，沿庫(kù)區(qū)發(fā)育一舒緩背斜，背斜軸向N E 30°～60°，低矮埡口及單薄山脊為背斜的南翼，地層由內(nèi)往外依次為Pζ的英安巖、PT的凝灰?guī)r、火山角礫凝灰?guī)r和PDM的白云巖、灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，產(chǎn)狀一般為N30°～60°E，SE∠30°～60°，為庫(kù)區(qū)下游地層。近壩址區(qū)發(fā)育一條Ⅱ級(jí)斷層，產(chǎn)狀N70°～80°E，NW∠67°～74°，寬1.5～1.8 m，長(zhǎng)約6 km，該斷層與河谷大角度斜交，且主要在庫(kù)區(qū)內(nèi)展布，未貫通至庫(kù)外，此外庫(kù)區(qū)零星發(fā)育次級(jí)Ⅲ、Ⅳ結(jié)構(gòu)面。據(jù)與該區(qū)直線距離30 km已建工程論證，其半徑150 km范圍內(nèi)尚無(wú)超過(guò)5.5級(jí)地震發(fā)生的記錄，該區(qū)屬低烈度區(qū)，基本烈度為Ⅵ度[2]。

經(jīng)勘察，沿低矮埡口庫(kù)岸地表分水嶺一線，山脊高程在 308.5～340 m之間，高于水庫(kù)正常蓄水位約5～35 m，在1#、2-1#、2-2#、4#埡口部位，最低點(diǎn)高程僅高于正常蓄水位不足10 m，該庫(kù)段山脊單薄，地表多覆蓋厚度較薄的第四系殘坡積粘性土，1#埡口及周邊下伏基巖為英安巖（Pζ），2-1#、2-2#、4#埡口下伏基巖為巖屑凝灰?guī)r、含火山角礫凝灰?guī)r，基巖僅在1#、2-2#埡口零星出露。在2-1#埡口處，鉆孔揭示一條斷層，根據(jù)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征及地貌形態(tài)判斷，該斷層總體沿NW-SE向延伸，經(jīng)埡口上下游沖溝附近貫通庫(kù)外，傾角約65°～75°，寬度約0.5～1 m，斷層物由糜棱巖、少量碎塊巖組成，膠結(jié)差。低矮埡口庫(kù)岸巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，全強(qiáng)風(fēng)化巖體埋深厚度較大，巖體透水率較大，q≤5 Lu巖體埋深較大，地下水位與正常蓄水位水頭差較大（表1）。

2 庫(kù)岸穩(wěn)定分析

低矮埡口庫(kù)段沿線地形坡度較緩，一般20°～30°，滑坡、崩塌、泥石流、卸荷等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象均不發(fā)育，亦無(wú)明顯的松散堆積體分布；下伏基巖為火山碎屑巖或噴出巖，無(wú)連續(xù)延伸的流面或?qū)用鏄?gòu)造，庫(kù)段山體自然穩(wěn)定性較好，但庫(kù)岸由殘坡積土及較深厚的全、強(qiáng)風(fēng)化層組成，松散介質(zhì)一般厚度>15 m以上。

2.1 迎水坡山體庫(kù)岸再造分析

根據(jù)庫(kù)水變幅、庫(kù)岸結(jié)構(gòu)，選取能代表整個(gè)低矮埡口庫(kù)段的典型斷面：4#埡口段、2-1#～2-2#埡口段，采用長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的最終坍岸寬度計(jì)算公式[3]，估算成果見(jiàn)表2。

St=N[（A+hP+hB）ctgα+（H-hB）ctgβ-（A+hP）ctgγ] （1）

式中：St為坍岸帶最終寬度（m）；

A為庫(kù)水位變化幅度（m）；

N 為與土的顆粒大小有關(guān)的系數(shù)；

hP為波浪沖刷深度（m）；

hB為浪擊高度（m）；

H為正常蓄水位以上岸坡高度（m）；

α為岸坡水下穩(wěn)定坡角（°）；

β為岸坡水上穩(wěn)定坡角（°）；

γ為原始岸坡坡角（°）。

對(duì)比低矮埡口庫(kù)段分水嶺地形條件，正常蓄水位高程以上擋水山體寬度：各埡口38～60 m，最單薄處為2-2#埡口；非埡口段70～250 m，上述兩低矮埡口庫(kù)岸可類比代表低矮庫(kù)段及埡口的庫(kù)岸再造影響范圍，考慮實(shí)際存在的地形地質(zhì)條件差異，綜合提出：低矮庫(kù)段各埡口處庫(kù)岸再造影響范圍約為5～10 m；一般山坡庫(kù)岸再造影響范圍約為20～30 m，絕大多數(shù)低矮埡口庫(kù)段存在庫(kù)岸再造，但再造范圍有限，庫(kù)岸再造形成庫(kù)水沿地表集中外滲的可能性小，但庫(kù)岸再造將破壞迎水面的天然防滲鋪蓋，縮短經(jīng)巖體的滲徑，加重庫(kù)水滲漏。

2.2 背水坡山體穩(wěn)定分析

庫(kù)岸背水坡地形坡度一般在25°～38°之間，山脊腳高差約50～90 m，總體地形較為高陡，蓄水前，見(jiàn)泉點(diǎn)沿山坡高程280 m至山腳一帶出露；受蓄水影響，地下水將產(chǎn)生壅高，背水坡將出現(xiàn)更高、更多的地下水溢出點(diǎn)，坡面存在大面積散浸現(xiàn)象，飽水后淺表部的松散破碎巖土體，其抗剪等力學(xué)指標(biāo)將顯著降低，導(dǎo)致圓弧形的坍塌失穩(wěn)，散浸失穩(wěn)區(qū)將主要集中在1#埡口庫(kù)段、2-1#埡口～2-2#埡口庫(kù)段的背水岸坡。

3 滲漏及滲透穩(wěn)定分析

3.1 滲漏分析

經(jīng)鉆探及壓水試驗(yàn)揭露，蓄水前，低矮埡口庫(kù)岸地下水水位有三段低于正常蓄水位高程，分別是1#埡口及其旁側(cè)山脊庫(kù)岸段，長(zhǎng)約280m，2-1#～2-2#～2#～3#埡口庫(kù)岸段，長(zhǎng)約520 m，4#埡口庫(kù)段，長(zhǎng)約150 m，上述地下水較低的庫(kù)岸累計(jì)長(zhǎng)約950 m，約占整個(gè)低矮埡口庫(kù)段總長(zhǎng)的63%，低矮埡口庫(kù)段表部分布有粘性土和粘粒含量較高的全風(fēng)化層，下伏基巖為火山噴出巖或火山沉積巖，宏觀上巖土體屬相對(duì)隔水層，但在強(qiáng)風(fēng)化帶及弱風(fēng)化上段基巖中普遍存在層厚5～25 m的破碎巖體，屬中等～強(qiáng)透水層，庫(kù)水易沿該層產(chǎn)生滲漏。

蓄水后，1#、2-1#、2-2#、4#埡口部位地下水與正常蓄水位之間將產(chǎn)生8～20 m的水頭差，上述部位下伏基巖破碎，裂隙張開(kāi)，沿全、強(qiáng)風(fēng)化巖體風(fēng)化面及張開(kāi)的裂隙產(chǎn)生流土及接觸沖刷。此外，庫(kù)水亦有沿經(jīng)2-1#埡口發(fā)育的斷層向庫(kù)外滲漏的可能。

3.2 地下水雍高及滲漏量估算

3.2.1 地下水雍高

根據(jù)低矮埡口庫(kù)段地下水水位與正常蓄水位空間分布關(guān)系，結(jié)合相應(yīng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)邊界條件，將地下水含水層劃分為雙層滲透結(jié)構(gòu)和均質(zhì)滲透結(jié)構(gòu)，在低矮埡口，選取除兩副壩以外的其它4個(gè)埡口段及1個(gè)相對(duì)較高的山脊頂段（ZK124斷面），作為代表性斷面，分別選用庫(kù)岸壅水計(jì)算公式及參數(shù)，計(jì)算地下水壅高。

（1）雙層滲透結(jié)構(gòu)地下水壅高公式

K1M（h0-h1）+1/2K2（h02-h12）=K1M（y0-y1）+1/2K2（y02-y12）

（2）

（2）均質(zhì)滲透結(jié)構(gòu)地下水壅高公式

y02=d/4+y12+h02-h12+d（h0+h1-y1）d/2 （3）

3.2.2 滲漏量估算

該電站庫(kù)容等別屬大型，岸坡因滲漏失穩(wěn)后庫(kù)水將集中排泄至人煙稠密的盆地型農(nóng)耕區(qū)，危害巨大，為確保水庫(kù)運(yùn)行安全，按不考慮和考慮地下水壅高的兩種條件下進(jìn)行演算，選取大值滲透系數(shù)，按滲透性不同的雙層結(jié)構(gòu)含水層，上層為殘坡積粘土及全風(fēng)化層，下層為強(qiáng)風(fēng)化下部～弱風(fēng)化上段選用達(dá)西地下水滲流估算公式（公式4），計(jì)算最小可能滲漏量（Qmin）和最大可能滲漏量（Qmax）進(jìn)行估算，滲漏量估算結(jié)果見(jiàn)表4。

Q=K上層×I×A上層+K下層×I×A下層 （4）

3.3 滲透穩(wěn)定分析

對(duì)可能產(chǎn)生沿漏的背水坡殘坡積層和全風(fēng)化巖層進(jìn)行取樣，進(jìn)行滲透類型的判別、滲透穩(wěn)定驗(yàn)算。

3.3.1 滲透類型

對(duì)取樣殘坡積土層和全風(fēng)化層樣品分別進(jìn)行顆分試驗(yàn)（圖1、2），細(xì)粒含量殘坡積土層Pc=81%～82%，全風(fēng)化層Pc=82%～93%，均遠(yuǎn)大于35%，滲透變形類型均為流土型。

3.3.2 水力比降

殘坡積土比重Gs=2.72～2.76孔隙率n≈0.561～0.566，臨界水力比降Jcr=0.77～0.59，全風(fēng)化層比重Gs=2.72～2.76，孔隙率n=0.321～0.352，臨界水力比降1.08～1.14；考慮該水庫(kù)的重要性，取安全系數(shù)為2，殘坡積土允許水力比降J允許=0.295～0.385，全風(fēng)化層J允許= 1.08～1.14。

3.3.3 實(shí)際承受的最大水力比降估算

低矮庫(kù)段沿線各埡口處地形相對(duì)單薄，滲徑較短，故該庫(kù)段實(shí)際承受的最大水力坡降集中在各埡口一帶。在不考慮設(shè)置防滲帷幕的情況下，各埡口實(shí)際承受的最大水力坡降計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5：

4 滲漏及滲透穩(wěn)定評(píng)價(jià)

4.1 滲漏評(píng)價(jià)

低矮埡口及周邊存在較高的地下分水嶺，沿分水嶺兩側(cè)山坡及坡腳一帶沖溝見(jiàn)常年流水及泉眼分布，該段河谷水動(dòng)力條件屬補(bǔ)給型，庫(kù)岸無(wú)可溶巖層及貫通庫(kù)內(nèi)外的大規(guī)模斷層破碎帶，不會(huì)產(chǎn)生管道型的集中滲漏，總體以裂隙式滲漏為主。蓄水后，大部分低矮埡口庫(kù)段存在沿第四系殘坡積層及下伏強(qiáng)風(fēng)化破碎巖體向低鄰谷滲漏的問(wèn)題：（1）1#埡口庫(kù)段地下水位壅高17 m左右，但仍低于庫(kù)水位約3 m，存在沿該埡口外滲的條件；（2）2-1#埡口庫(kù)段地下水位將壅高8～9 m左右，略低于庫(kù)水，但庫(kù)水可能沿沿埡口發(fā)育的斷層帶向庫(kù)外集中滲漏；（3）2-2#埡口庫(kù)段地下水位將壅高6 m左右，低于庫(kù)水位約10 m，庫(kù)水亦將產(chǎn)生滲漏；（4）4#埡口庫(kù)段地下水將壅高7 m左右，基本與庫(kù)水位持平或略低，產(chǎn)生庫(kù)水滲漏的可能性小。

4.2 滲漏量評(píng)價(jià)

根據(jù)規(guī)范[4]，多年調(diào)節(jié)水庫(kù)的允許漏水量宜小于河流多年平均流量的5%，該水庫(kù)屬多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，南立河多年平均流量為 80.9 m3/s，允許漏水量約為4 m3/s，而低矮庫(kù)段的最大可能滲漏量Qmax為802.14 m3/d，遠(yuǎn)小于該水庫(kù)允許漏水量，故滲漏不會(huì)對(duì)水庫(kù)效益產(chǎn)生影響。

4.3 滲透穩(wěn)定評(píng)價(jià)

在不考慮設(shè)置防滲帷幕的情況下，低矮埡口庫(kù)段實(shí)際承受的最大水力坡降J實(shí)際=0.209～0.308，均低于全風(fēng)化層的允許水力比降，其上限值0.308出現(xiàn)在2-2#埡口段，接近或略高于殘坡積層的允許水力比降，其它埡口、庫(kù)段巖土體允許水力比降≤0.215，低于殘坡積層允許的水力比降。經(jīng)研判：最單薄的2-2#埡口背水坡一帶擋水山體寬38 m，可能存在流土型滲透破壞；其余低矮埡口庫(kù)段殘坡積層一般不會(huì)發(fā)生滲透破壞，背水坡的全風(fēng)化層不會(huì)發(fā)生滲透破壞，僅局部因物質(zhì)組成差異存在沿接觸面產(chǎn)生接觸沖刷等滲透破壞的可能。

5 結(jié)語(yǔ)

蓄水后，庫(kù)岸再造不會(huì)造成低矮埡口庫(kù)岸整體失穩(wěn)，亦不會(huì)產(chǎn)生管道型的集中滲漏，主要表現(xiàn)為裂隙式滲漏，主要集中在2-2#埡口庫(kù)段，滲漏可能造成背水坡面出現(xiàn)大面積的散浸現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生淺表層的圓弧形坍滑或小范圍土滑。根據(jù)最不利工況組合，1#、2-1#～2-2#兩個(gè)滲漏條件較好，滲漏量較大的低矮埡口庫(kù)段，可能存在因滲漏導(dǎo)致庫(kù)岸防滲或擋水的功能，建議采用防滲帷幕加以處理，此外，在上述埡口迎水坡水位變幅帶及破浪掏蝕帶附近，增設(shè)相應(yīng)抗沖刷措施，其它低矮埡口庫(kù)段，應(yīng)加強(qiáng)水庫(kù)運(yùn)行期間的地下水位觀測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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