坝区渗漏的地质条件

一、坝区渗漏的地质条件

坝区渗漏包括坝基渗漏和坝肩渗漏(绕坝渗漏)。由于这里水头差最大,渗漏途径最短,因而渗漏量可能很大。在工程地质勘察中,应当特别重视坝区渗漏问题。

坝区渗漏的形式一般有均匀渗漏和集中渗漏两种,前者是通过第四纪松散层(如砂砾石)等的渗漏,后者是通过较大的断裂破碎带和喀斯特洞穴的渗漏。

(一)第四纪松散层坝区的渗漏分析

对于修筑拦河大坝来说,所指的松散层主要是第四纪以来河谷中沉积的冲积层和冲洪积层,其中的砂砾石、卵石层,往往具有较强的透水性,如作为坝基或坝肩,不但造成大量渗漏,而且会导致溃坝事故。如美国斯奈克河上游高达123m的特顿土坝,1976 年6 月5 日竣工后初次蓄水,将满库时大坝溃决,3.6 亿m3 库水突袭了下游的农庄和内达华豪尔兹等城市,有450 个农场受灾,淹没农田约150km2,7000 多间房屋倒坍,14 人丧生,伤达1000 多人,灾害损失上亿美元。该坝基岩为裂隙发育的凝灰岩,其上覆盖约30m厚的河床松散沉积物。为此,在坝下设置了深达20m的止水齿墙。由于坝下渗漏,使右岸上半部齿墙材料内部潜蚀以至形成管涌,迅速引起坝体连续破坏,如图5-20 所示。

图5-20 美国特顿(Teton)土坝溃决示意图

(a)溃坝之前右岸头漏水发展顺序图;(b)右岸坝肩逐渐破坏过程图

在研究松散层坝区渗漏问题时,首先应弄清透水层在纵向及横向上的沉积变化规律,因为它控制着坝区渗漏的边界条件;其次要详细了解松散层的岩性特征(如孔隙性、密实程度等),岩性决定着透水性和渗漏量的大小。

(二)基岩坝区的渗漏分析

基岩坝区的渗漏通道主要有可溶岩地区的各种喀斯特洞穴,非可溶性岩石地区的裂隙密集带和断层破碎带等。其次为多孔隙的火山喷出岩(如玄武岩等)、胶结不良的砂砾岩、古风化壳等。基岩坝区的渗漏问题除与岩性有关外,还主要受地质构造与河谷地貌所控制。如在倾斜构造或在褶皱构造发育的沉积岩地区,常见的河谷构造有纵谷、斜谷和横谷三种形式(图5-21)。

图5-21 坝基(肩)渗漏与河谷构造关系示意图

1—河谷;2—水库回水线;3—沟谷;4—岩层;5—岩层产状;6—坝轴线位置A-B、C-D—纵横剖面线①、②—岩层倾向下游和上游,倾角自上而下为缓倾、中等倾斜和陡倾岩层;③、④—横剖面上岩层各向一岸倾斜

(1)纵谷是河流沿岩层走向发育,这时岩层走向与坝轴线垂直,不论是坝基或坝肩,如有渗漏岩层或顺河流方向断层,都可构成良好渗漏通道,特别是坝肩上、下游有沟谷地形时(图5-21 中的A-B剖面),则更易形成库水的大量渗漏。在河谷纵剖面上,沿层面渗流途径最短,有利于库水向邻谷绕坝渗漏;而在河谷横剖面上,一侧坝肩渗入良好,而排泄不利,另一侧坝肩则顺层面渗漏严重。由于纵谷条件下的渗漏通道是顺河流方向的,所以即使坝轴线向上游或向下游调整移动,也很难避免沿透水岩层走向方向的渗漏。

(2)横谷是河流与岩层走向垂直,这时岩层走向与坝轴线平行,故可用移动坝轴线位置的方法,避开强透水岩层,但仍需注意顺岩层面倾向的渗漏。一般岩层倾向下游、倾角较小时渗漏严重,而倾向上游、倾角较陡时则不易渗漏。坝区上、下游如有沟谷分布(图5-21 中A-B剖面①上),倾向下游的透水岩层仍可形成绕坝渗漏。

(3)斜谷是河流与岩层走向斜交,这时岩层走向与河水流向间夹角的大小,是影响渗漏的重要因素。一般夹角越小,且岩层倾向偏向下游时,产生坝基或坝肩渗漏的可能性越大。