李家灣水庫滲漏分析

陳鈺

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

李家灣水庫滲漏分析

陳鈺

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

小型水庫蓄水產(chǎn)生的滲漏問題，對(duì)前期設(shè)計(jì)、庫岸穩(wěn)定、中期施工、項(xiàng)目投資存在較大影響。闡述了李家灣水庫壩址區(qū)地形、地貌及工程地質(zhì)條件，對(duì)可能引發(fā)滲漏問題及滲漏因素進(jìn)行了分析、評(píng)價(jià)，對(duì)可能發(fā)生滲漏的位置及其滲漏量進(jìn)行了判定和估算，提出了工程處理建議。

壩基變形；壩基滲透；壩肩滲漏；防滲處理；李家灣水庫

李家灣水庫為大水網(wǎng)中部引黃工程的調(diào)蓄水庫，地處山西省忻州市保德縣，位于南河溝鄉(xiāng)李家灣村東南約1km小河溝河的左岸支溝內(nèi)，是一座以工業(yè)用水為主，兼顧灌溉的小型水利樞紐工程，水庫總庫容448.2萬m3。李家灣水庫位于保德縣典型的梁峁?fàn)铧S土地貌單元中，壩址區(qū)主要存在壩基滲透變形，壩肩滲漏、黃土濕陷性及邊坡穩(wěn)定性等工程地質(zhì)問題。

1 壩址地形概況

1.1 地形地貌

壩址位于李家灣村東南約1km小河溝河左岸支溝內(nèi)，溝口淤地壩上游42m處。壩址區(qū)山梁高程1215～1245m，溝谷因修建淤地壩造地，地形較寬闊平坦，地面高程1135m左右，相對(duì)高差80～110m，谷底寬26～55m，壩軸線處寬40m，為“U”型谷，兩岸自然坡度12～60°。屬典型梁峁?fàn)铧S土地貌。左岸為單薄山梁，壩軸線處山梁底寬232m，緊靠壩軸線下游存在一小型滑塌體；右岸同為單薄山梁，壩軸線處山梁底寬320m，壩軸線上下游各發(fā)育一小型沖溝。溝谷方向?yàn)镹35°W，無流水。

1.2 地層巖性

壩址區(qū)發(fā)育地層巖性主要為古生界奧陶系上馬家溝組碳酸鹽巖和新生界上第三系、第四系松散堆積物，現(xiàn)根據(jù)各地層巖性特征由老至新分述如下：

奧陶系上馬家溝組（O2s）：下段灰黃、黃綠色角礫狀泥灰?guī)r、泥灰?guī)r，厚25～35m。中段青灰、灰白色厚層灰?guī)r夾豹皮狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚140～150m。上段上部灰、深灰色中厚層灰?guī)r、局部夾黃綠色白云質(zhì)泥灰?guī)r，底部為5～8m厚的泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，厚40～50m。

壩址區(qū)范圍內(nèi)中段及上段地層出露。

上第三系上新統(tǒng)（N2）：棕紅色低液限粘土、含礫低液限粘土夾數(shù)層鈣質(zhì)結(jié)核、卵石混合土層，底部有4～5層單層厚度約1m左右的膠結(jié)狀礫石層。厚10～65m。

第四系上更新統(tǒng)洪積（Q3eol）：灰黃色低液限粉土、砂質(zhì)粉土，發(fā)育大孔隙，垂直節(jié)理，結(jié)構(gòu)松散，質(zhì)地均勻，厚10～55m。

淤積（QL）：淡黃色低液限粉土，結(jié)構(gòu)松散，水平層理發(fā)育。主要分布于區(qū)內(nèi)河谷內(nèi)，為淤地壩淤積而成，厚0～10m。

將酶切純化的C基因5 μL與載體1 μL于同一離心管中，加T4連接酶1 μL，10xT4buffer 1 μL，加水2 μL，于16 ℃水浴連接8～10 h。將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化入大腸桿菌感受態(tài)DH5α并涂板培養(yǎng)12～14 h，挑菌搖菌，做菌液PCR鑒定，PCR陽性菌提取質(zhì)粒，并做雙酶切(Nde I/Xho I)鑒定，質(zhì)粒送武漢天一輝遠(yuǎn)生物有限公司測序鑒定。

人工堆積物（Qs）：巖性主要為低液限粉土，分布于區(qū)內(nèi)黃土溝谷內(nèi)，為人工修建淤地壩而成，厚0～15m。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

壩址區(qū)范圍內(nèi)多被松散堆積物覆蓋，基巖僅在近壩址區(qū)下游溝底出露，為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組地層。地質(zhì)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)大的褶曲和斷層，主要構(gòu)造形跡是節(jié)理裂隙，巖層呈單斜構(gòu)造。巖層產(chǎn)狀為N0～5° E/NW∠6～13°，巖體中節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要有三組，其產(chǎn)狀分別為：N11～25°E/SE∠78～82°；N22～32°W/SW∠75～80°；N62～80°W/SW∠75～80°。節(jié)理裂隙多為高陡傾角裂隙，裂隙面較平直，裂隙張開，寬度5～60mm，方解石充填。壩址區(qū)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為兩岸土質(zhì)邊坡坍塌。

1.4 水文地質(zhì)

壩址區(qū)內(nèi)地下水類型有松散巖類孔隙水和碳酸巖類裂隙巖溶水兩種類型。

2 壩址工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

壩基覆蓋層上部為淤地壩淤積（QL）低液限粉（粘）土，厚約10m左右，向兩岸逐漸變??；其下為上第三系上新統(tǒng)（N2）上部厚2m左右的含礫低液限粘土層，土質(zhì)不均，下部為厚約10m的低液限粘土層；下伏基巖為奧陶系中統(tǒng)奧陶系中段（O2s2）灰?guī)r夾豹皮狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r?？赡艽嬖趬位鶟B漏、繞壩滲漏等滲漏問題。

2.1 壩基滲漏

建基面以下地層為上第三系上新統(tǒng)（N2）低液限粘土層。下伏基巖為（O2s2）灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r。壩基地下水位埋深較深，勘察期間未發(fā)現(xiàn)地下水。

依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄G，土的滲透變形判別進(jìn)行。低液限粘土為粘性土，其滲透變型類型為流土。

低液限粘土流土的臨界水力比降采用公式（1）計(jì)算：

根據(jù)試驗(yàn)資料，低液限粘土孔隙比e=0.721，孔隙率n=41.9%，土粒相對(duì)密度Gs=2.72。計(jì)算得低液限粘土臨界水力比降Jcr=0.99。壩基土的允許水力比降等于臨界水力比降除以安全系數(shù)，安全系數(shù)取2。綜合各種因素考慮低液限粘土Jcr=0.50。

低液限粘土層滲透系數(shù)為0.59×10-6～2.3×10-5cm/s，平均值1.2×10-5cm/s，具極微～弱透水性，厚度10m左右。下伏基巖為（O2s2）灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r，多具中等透水性。低液限粘土為相對(duì)隔水層，壩基不存在滲漏。

2.2 壩肩繞壩滲漏與穩(wěn)定性

2.2.1 左岸滲漏

水庫正常蓄水位1172m。水庫左岸正常蓄水位以下發(fā)育地層巖性上部為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）低液限粉土；下部為上第三系上新統(tǒng)（N2）低液限粘土、含礫低液限粘土夾卵石混合土。（N2）低液限粘土層被（Q3eol）低液限粉土滑塌體所覆蓋，未出露，據(jù)鉆孔揭示低液限粘土層頂面位于正常蓄水位以下。據(jù)庫區(qū)岸坡試驗(yàn)資料（Q3eol）低液限粉土水平滲透系數(shù)Kv=1.83× 10-4～13.15×10-4cm/s，平均值5.76×10-4cm/s，大值平均值7.92×10-4cm/s屬中等透水性，低液限粘土層為相對(duì)隔水層。左岸左側(cè)存在單薄山梁，且為低臨谷，谷底高差為12m左右。因此左岸滲漏類型為單薄山梁滲漏，庫水向左岸邊山方向沿低液限粉土層產(chǎn)生一定程度的滲漏。

庫區(qū)滲漏量估算采用《水利水電工程地質(zhì)手冊》（P699）公式（2）、（3），均一巖（土）體分水嶺滲漏量計(jì)算：

式中：q——庫區(qū)單寬的滲漏量，m3/d·m；

k——庫區(qū)巖體的滲透系數(shù)，m/d；

H1——水庫正常蓄水位至相對(duì)隔水層高度，m；

H2——下游河床水位至相對(duì)隔水層高度，m；

Δh——透水層的平均厚度，m；

L——庫區(qū)過水部分的平均距離，m；

Q——庫區(qū)滲漏量，m3/d；

B——漏水段總長度，m。

經(jīng)計(jì)算，庫岸單薄山梁滲漏量為471.9m3/d，需要指出的是水庫運(yùn)行過程中，受庫區(qū)坍岸影響，山梁厚度逐漸變薄，滲漏量會(huì)逐漸增大。

2.2.2 右岸滲漏

水庫右岸正常蓄水位以下發(fā)育地層巖性上部為（Q3eol）低液限粉土；下部為（N2）低液限粘土夾卵石混合土。低液限粉土層具中等透水性，低液限粘土為相對(duì)隔水層，其頂面由溝谷向右岸逐步抬升，越過正常蓄水位線。因此右岸庫水將沿低液限粉土層產(chǎn)生滲漏。由于水頭、透水層厚度、滲漏帶寬度較小，壩基寬度較大，分析其產(chǎn)生的滲漏量較小。

3 結(jié)語

壩址處低液限粘土臨界水力比降為0.50。低液限粘土為相對(duì)隔水層，壩基不存在滲漏。左岸庫岸單薄山梁滲漏量471.9m3/d，受庫區(qū)坍岸影響，山梁厚度逐漸變薄，滲漏量會(huì)逐漸增大。右岸由于條件限制，滲漏量較小。建議將左壩肩低液限粉土滑塌體全部清除，將壩肩置于低液限粘土地層上，必要時(shí)進(jìn)行帷幕灌漿處理。建議將右壩肩上部低液限粉土全部清除，將壩肩置于低液限粘土層上，必要時(shí)采取防滲措施。

TV62

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1004-7042（2017）07-0029-02

陳鈺（1987-），男，2010年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)水文水資源工程專業(yè)，助理工程師。

2017-05-18；

2017-06-29