水库大坝渗流分析论文
时间：2021-08-31摘要：某水电站为砼面板砂砾—堆石坝，最大坝高157m，下闸蓄水以后坝后渗流量随库水位上升而增大。现对可能导致坝后渗流的主要原因进行分析，对大坝安全作出综合评价。
关键词：大坝；渗流；渗透压力；流量；孔隙水压力计；绕渗
1、水库渗漏原因分析
坝后出现较大的渗流水量基于以下几个主要原因：挡水结构发生破坏；沿构造产生集中渗漏；库水绕过两坝肩的防渗体系产生绕坝渗漏；外水补给。现对坝后渗流原因进行分析，对大坝安全作出综合评价。
1.1挡水结构破坏
坝体主要受力结构由砂砾石构成，目前坝体应力和变形观测成果表明，大坝整体的变形和位移均不大，面板应力水平不高，各接缝位移也远小于止水结构的变形适应能力；而趾板是锚固于坚硬、完整的弱风化基岩上，面板、趾板及其接缝止水结构不会受到结构应力破坏。
沿面板周边布设的11支孔隙水压力计，仅有5支测得了明显的渗透水头，位于河床部位及附近的3支（P-1-05～P-1-07）测得的坝下最高水位为1292.6～1293.1m，较为一致；两岸趾板转角处的P-1-04和P-1-09这2支孔隙水压力计埋设高程分别为1300.040m和1319.250m，最高渗透压力分别为：3.1m和3.677m（相应水位1303.140m和1322.927m）。估计是由于该两处均位于趾板转角处，存在趾板结构缝和面板周边缝的连接，接缝结构复杂，现场搭接粘结和焊接的质量控制难度较大，因而存在渗漏现象。但从P-1-04渗透压力随库水位升高而增大后又减小，这应与周边缝止水结构和上游铺盖料的自愈作用有关。随着库水位的进一步升高P-1-04渗透压力又有所增大，但未超过最高压力值，增大趋势明显小于库水位的变化。P-1-09的渗透压力变化与P-1-04基本相同。鉴于此两处的水头压力并不大，因此可以认为这两处的渗漏量亦应该不会很大，且接缝止水结构的自愈作用正在得到发挥。
通过以上分析，可以肯定坝体的主挡水结构处于正常的工作状态，不会产生较大的渗漏。
1.2沿构造集中渗漏
本工程地质条件较为复杂，构造极为发育，F32断层是坝址区规模最大的一条断层，通过河床趾板，断层破碎带及影响带宽22m，断层带的`透水率一般在12～45Lu之间，属较严重透水带。
在F32断层经过趾板帷幕灌浆中心线下游侧埋设了3支渗压计P-1-06、17、18，P-1-17和P-1-18的渗透压力与库水位呈同步变化，涨幅仅略低于库水位。而P-1-06的渗透压力虽然也与库水位呈同步变化，却始终很低，基本与邻近测点所测得的坝体内水位保持一致。当库水位为1389.9m时，P-1-17和P-1-18内水位分别为1366.3m、1366.8m，而P-1-06内水位仅为1291.94m。经分析，P-1-17、P-1-18两只孔隙水压力计渗透压力较高是因为其布设于距趾板下游排帷幕灌浆孔仅2m的同一钻孔内，该钻孔位于F32断层影响范围内，岩体较为破碎，灌浆过程中单孔吃浆量较大，浆液扩散范围亦较大；同时由于上游围堰外水头的作用，浆液向下游的扩散范围必然大于上游；另外P-1-17、P-1-18两只孔隙水压力计与下游趾板末端布置于断层处理盖板表面的P-1-06孔隙水压力计相距仅1.0m，且盖板与趾板间接缝未设止水，但P-1-06孔隙水压力计与坝基其它部位的孔隙水压力计一样，渗透压力均较低，因此可以断定P-1-17、P-1-18两只孔隙水压力计处于帷幕有效宽度范围内，所以才显示出较高的渗透压力水平。因此，P-1-17和P-1-18内水位偏高并不是F32断层集中渗漏所致，而P-1-06内水位受库水位影响较小则表明帷幕灌浆的防渗效果是明显的。F32断层通过处的趾板末端、断层处理盖板末端和断层上部反滤料末端较低的渗透压力均可表明不存在沿F32断层的集中渗漏通道。
坝基下沿最大断面、F32断层等渗流观测断面和周边缝下部布置的孔隙水压力计显示渗透压力较低，证明亦不存在沿其它构造产生集中渗漏的现象。
1.3两坝肩绕渗
坝址区岩性性脆、坚硬，节理裂隙较为发育，岩体的透水性主要受结构面发育程度的控制和风化卸荷程度的影响，岩体透水性具有随深度变化小的规律，但构造部位透水性相对较大。坝址区基岩强风化层厚3～5m，透水率为12.0～26.1Lu，为中等透水，弱风化层厚25～30m，透水率2.6～17.0Lu，为中等透水～弱透水，微风化及新鲜岩体透水率2.0～10.0Lu，为弱透水，基岩面45m以下透水率为0.1～2.7Lu，为弱透水～微透水。趾板基础下及灌浆平洞帷幕深度一般50m以下，深入到弱透水～微透水的岩体中，但由于受构造影响，趾板线钻孔帷幕深度以下节理裂隙密集带或断层带压水试验透水率4～24Lu，个别段断层带处最高可达45Lu。
左右岸测压管孔压明显高于坝体孔压，其中右岸孔压高于坝体孔压达67m之多，右岸比左岸也高出了近59m。右岸灌浆平洞内两处处孔压分别达到1351.124m和1345.915m。上述情况表明右岸绕坝范围较大、山体内水位较高，因此右岸存在较明显的绕坝渗流；右岸坝后坡测压管孔压压降明显，由SY-2的1352.691m降至UP-1-10的1313.606m；右岸一级台地安装的测点UP-1-01和P-1-15孔压值为1300.318m；左岸布设于深孔和发电洞上平段的孔隙水压力计除进口部位外，均未测得明显的水头，这表明左岸洞群帷幕后山体孔压由低于1342m向下游至斜井段上弯点处逐步降低至不高于1320m，至下平段降低至1286m左右，山体内渗流孔压较低。
1.4外水补给
本工程位于欧亚大陆腹地，属大陆性北温带气候，夏季气候较湿润，温和，降雨丰沛，冬季寒冷积雪较深。同时量水堰至坝轴线之间约为590m，下游坝坡和马道、坝肩分水岭下游的两岸岸坡及冲洪沟、厂坝间压重平台及厂区地坪所汇集的降水即便在厂坝区排水系统最终形成以后也难以彻底排除，大气降水对量水堰流量观测的影响将始终存在。此外，由于地表植被、渗流所经路径地层性状、堰前较大蓄水容积等因素的影响，均使得降水影响出现滞后并相对均匀，这也正是量水堰观测的水量在降水时段前后往往不会出现较大变化。
本工程地下水位高于河水位，两岸存在着较为稳定的地下水补给，由于尾水挡墙的阻断，量水堰上游的地下补给水也只能通过量水堰排出，量水堰所测得的流量数据将始终包含此部分水量。
2、结论
2.1目前量水堰观测到的渗流水量包含了坝体渗漏、坝基及两岸绕渗、大气降水补给等多方面的因素，但以两岸绕渗为主。两岸绕渗汇入量水堰的水量由于左岸普遍分布的风积黄土层、洞群帷幕灌浆、导流洞、发电洞排水洞的影响，又以右岸为主；
2.2坝体挡水结构处于正常工作状态；断层处理效果较好，通过趾板的断层不会产生渗透破坏或形成较大集中渗漏通道；由于良好的排水性能，坝体内孔隙水压力较低，压力稳定，蓄水过程中未发生异常或突变，因而渗流对坝体稳定影响不大；
2.3量水堰渗流水清澈、透明，未携带细砂、悬浮物等物质，因而两坝肩产生渗透破坏或形成较大集中渗漏通道的可能性不大，坝基、坝肩是安全的。
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