水庫蓄水條件分析PPT課件

1、8.2 庫岸穩(wěn)定問題 （）水庫建成蓄水后，庫岸自然條件發(fā)生急劇變化： 原來處于干燥狀態(tài)下的巖土體，在庫水位變化范圍內(nèi)的部分因浸濕而經(jīng)常處于飽和狀態(tài)，其工程地質(zhì)性質(zhì)明顯惡化，f、c值下降。 岸邊遭受人工湖泊波浪的沖蝕淘刷作用，較原來河流的侵蝕沖刷作用更為強(qiáng)烈。 庫水位經(jīng)常變化，當(dāng)水位快速下降時(shí)，原來被頂托而壅高的地下水來不及泄出，因而增加了岸坡巖土體的動(dòng)水壓力和自重壓力。因之，使得原來處于平衡狀態(tài)下的斜坡，有一部分發(fā)生變形破壞，直至達(dá)到新的平衡狀態(tài)為止。 第1頁/共40頁 （）危害：庫岸的變形破壞，危及濱庫地帶居民點(diǎn)和建筑物的安全，使濱庫地帶的農(nóng)田遭到破壞，庫岸的破壞物質(zhì)又成為水庫的淤積物、減小

2、庫容。近壩庫岸大塌滑體的突然滑落激起的涌浪，還能危及大壩安全，并給壩下游帶來災(zāi)難性后果。 (3)庫岸失穩(wěn)破壞的類型 塌岸 在水庫中庫岸土石體在庫水波浪及其他外動(dòng)力作用下，失去平衡而產(chǎn)生逐步坍塌，庫岸線不斷后移而進(jìn)行邊岸再造，以達(dá)到新的平衡的現(xiàn)象和結(jié)果，稱水庫塌岸(或稱水庫邊岸再造)?？梢?，水庫塌岸是不同于巖土體崩塌和滑坡的一種特殊的破壞形式。這種現(xiàn)象主要發(fā)生于土質(zhì)岸坡地段。 水庫蓄水最初幾年內(nèi)塌岸表現(xiàn)最為強(qiáng)烈，隨后漸漸減弱，可以延續(xù)幾年甚至十幾年以上。因而，塌岸是一個(gè)長期緩慢的演變過程。 第2頁/共40頁第3頁/共40頁 滑坡 庫岸滑坡在大部分水庫蓄水后都會(huì)發(fā)生，只是規(guī)模不同而已，它往往是岸坡

3、蠕變的發(fā)展結(jié)果。按庫岸滑坡發(fā)生的位置，可分為水上滑坡和水下滑坡，以及近壩滑坡和遠(yuǎn)壩滑坡。近壩的水上高速滑坡危害尤大。 滑坡是庫岸破壞的主要形式之一，由于危害較大，對(duì)山區(qū)水庫來說，需重視研究近壩的庫岸滑坡。我國的幾座大型水壩，如龍羊峽和小浪底水庫均存在此問題。 巖崩 巖崩是峽谷型水庫巖質(zhì)庫岸常見的破壞形式，它常發(fā)生在由堅(jiān)硬巖體組成的高陡庫岸地段。水庫蓄水后，由于坡腳巖層軟化或下部庫岸的變形破壞，而引起上部庫岸的巖體崩塌。 第4頁/共40頁8.3 水庫浸沒問題 （）定義：水庫蓄水后水位抬高，引起水庫周圍地下水壅高。當(dāng)庫岸比較低平，地面高程與水庫正常高水位相差不大時(shí)，地下水位可能接近甚至高出地面，產(chǎn)

4、生種種不良后果，稱為水庫浸沒。 （）危害：浸沒對(duì)濱庫地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活危害甚大，它使農(nóng)田沼澤化或鹽堿化；建筑物的地基強(qiáng)度降低甚至破壞，影響其穩(wěn)定和正常使用；附近城鎮(zhèn)居民無法居住，不得不采取排水措施或遷移他處。浸沒區(qū)還能造成附近礦坑滲水，使采礦條件惡化。因此，浸沒問題常常影響到水庫正常高水位的選擇，甚至影響到壩址的選擇。 第5頁/共40頁 ）產(chǎn)生浸沒的條件 浸沒現(xiàn)象的產(chǎn)生，是各種因素綜合作用的結(jié)果，包括地形、地質(zhì)、水文氣象、水庫運(yùn)行和人類活動(dòng)等。依地形地質(zhì)的因素而言，可能產(chǎn)生浸沒的條件是： 受庫水滲漏影響的鄰谷和洼地，平原水庫的壩下游和圍堤外側(cè)，特別是地形標(biāo)高接近或低于原來河床的庫岸地段

5、，容易產(chǎn)生浸沒。 巖土應(yīng)具有一定的透水性能?；鶐r分布地區(qū)不易發(fā)生浸沒。第四紀(jì)松散堆積物中的粘性土和粉砂質(zhì)土，由于毛細(xì)性較強(qiáng)，易發(fā)生浸沒；特別是脹縮性土和黃土類土，浸投的影響更為嚴(yán)重。 第6頁/共40頁第7頁/共40頁第8頁/共40頁8.4 水庫淤積問題 ()淤積問題 水庫為人工形成的靜水域，河水流入水庫后流速頓減，水流搬運(yùn)能力下降，所挾帶的泥砂就沉積下來，堆于庫底，形成水庫淤積。淤積的粗粒部分堆于上游，細(xì)粒部分堆于下游，隨著時(shí)間的推延，淤積物逐漸向壩前推移。修建水庫的河流若含有大量泥砂，則淤積問題將成為該水庫的主要工程地質(zhì)問題之一。 有人對(duì)我國20座水庫淤積狀況作過統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，在不到1

6、4年內(nèi)，20座水庫平均庫容損失率為313，年平均損失率為226。 水庫淤積雖然可起到天然鋪蓋以防止庫水滲漏的良好作用，但是大量淤積物堆于庫底，將減小有效庫容，降低水庫效益；水深變淺，妨礙航運(yùn)和漁業(yè)，影響水電站運(yùn)轉(zhuǎn)。嚴(yán)重的淤積，將使水庫在不長的時(shí)間內(nèi)失去有效庫容，縮短使用壽命。第9頁/共40頁 例如，美國科羅拉多河上一座大型水庫，建成13年后便有95的庫容被泥砂充填。日本有256座水庫平均使用壽命僅53年；其中56座已淤庫容的50，26座已淤庫容的80。我國黃河干流上的三門峽水庫，若不采取措施，幾十年后將全部淤滿。 （）水庫淤積對(duì)環(huán)境的影響 淤積不僅縮短水庫使用壽命，而且會(huì)給上下游防洪、灌溉、航

7、運(yùn)、排澇治堿、工程安全和生態(tài)平衡帶來影響。 水庫的興建，極大地改變了原河流的水動(dòng)力條件和河流地質(zhì)作用，使其侵蝕、搬運(yùn)和沉積作用發(fā)生了大幅度的變化，并在自我調(diào)整中取得新的動(dòng)態(tài)平衡。其間，庫內(nèi)沉積作用加劇，將影響水庫的壽命、航運(yùn)(包括航道和港口)的通暢、庫尾的洪水位等； 在壩下游，由于清水下泄，沖刷作用增強(qiáng)，底蝕顯著，河道下切，河流變直，可導(dǎo)致部分河段岸坡穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)裂縫、坍塌等現(xiàn)象，河道還可能出現(xiàn)負(fù)比降，影響汛期行洪等。第10頁/共40頁8.5 庫壩區(qū)滲漏問題 庫壩區(qū)滲漏是指庫水沿巖石孔隙、裂隙、斷層、溶洞等向庫盆以外或通過壩基(肩)向下游滲漏水量的現(xiàn)象。水庫的作用是蓄水興利，在一定的地質(zhì)條

8、件下，水庫蓄水期間及蓄水后會(huì)產(chǎn)生滲漏。對(duì)任何一座水庫來說，在未采取有效的工程處理措施的情況下，如果存在嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，將會(huì)直接影響到該水庫的效益。而壩區(qū)的滲漏，在不少情況下往往導(dǎo)致壩基產(chǎn)生滲透變形，威脅到大壩的安全。 第11頁/共40頁 二、庫區(qū)滲漏的地質(zhì)條件分析 1、庫區(qū)滲漏的類型 （）暫時(shí)性滲漏 水庫蓄水初期，由于庫水位逐漸抬高，因濕潤、飽和庫水位以下巖土層的孔隙、裂隙和空洞，導(dǎo)致庫水量損失。但庫水不漏出庫外，因此，水量損失是暫時(shí)的。 （）永久性滲漏 指水庫蓄水后，庫水通過庫岸或庫盆底部的巖土體中的孔隙、裂隙、斷層及溶隙、溶洞等滲漏通道，向庫外鄰谷、低地或遠(yuǎn)處低洼排水區(qū)不斷滲水。 永久性滲

9、漏，大多沿下列部位發(fā)生： ）通過庫岸分水嶺向鄰谷或低地滲漏； ）壩下游河道是彎道，庫水通過庫岸向下游河道滲漏；庫水通過庫底向遠(yuǎn)處低洼排泄區(qū)滲漏。第12頁/共40頁第13頁/共40頁 、據(jù)滲漏通道劃分的水庫滲漏的類型 按滲漏通道的性質(zhì)，一般可劃分為以下幾種類型： (1)孔隙滲漏型。庫水主要通過第四紀(jì)松散土層發(fā)生滲漏，例如黃土、各種粒徑的砂層及礫石等。這一類型的滲漏量主要取決于土層的孔隙率及空隙直徑的大小和土層分布的范圍。 (2)裂隙滲漏型。庫水主要通過巖、土體內(nèi)的裂隙進(jìn)行滲漏，包括可透水的各種原生裂隙、次生裂隙以及斷層破碎帶的裂隙。裂隙型滲漏量的大小取決于斷層性質(zhì)、規(guī)模、充填物及填膠程度及裂隙的

10、張開度和密集程度等。 (3)溶洞滲漏型?？λ固氐貐^(qū)的水庫，庫水通過各種規(guī)模的溶洞發(fā)生滲漏。 除了以上三種基本類型外，尚有孔隙裂隙滲漏型和裂隙溶洞滲漏型等混合型滲漏。 第14頁/共40頁 3.水庫滲漏的地質(zhì)條件分析 水庫庫區(qū)的蓄水條件評(píng)價(jià)一般從如下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。 地形地貌條件：水庫四周山體單薄，臨近又有低臨谷或洼地，且其底面標(biāo)高低于水庫正常蓄水位，在有滲水通道時(shí)，水庫存在滲漏。臨谷切割越深，與庫水位高程相差越大，滲漏水量越大。 巖性及地質(zhì)構(gòu)造條件：基巖地區(qū)可能產(chǎn)生大量滲漏的條件，主要是在分水嶺或河彎地帶有巖溶通道、寬大的斷層破碎帶、褶皺轉(zhuǎn)折部位以及某些節(jié)理發(fā)育、透水性強(qiáng)的巖層。此外，分水嶺單

11、薄、基巖風(fēng)化殼較厚的地帶，或分水嶺地區(qū)有古河道或冰水沉積的砂礫石層分布時(shí)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的滲漏。第15頁/共40頁 水文地質(zhì)條件：庫區(qū)地下水埋藏與運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，是判斷庫水是否滲漏的重要標(biāo)志。 A、分水嶺地帶的地下水為潛水時(shí)：根據(jù)地下水分水嶺的位置或泉水在地表出露的高程與水庫正常水位的關(guān)系，可判斷庫水是否滲漏。若建庫前，地下水分水嶺高于水庫正常水位，則不會(huì)產(chǎn)生滲漏；若蓄水前，地下水分水嶺低于庫水位不多，河間地塊寬厚，無強(qiáng)烈的滲漏通道存在，則庫水不會(huì)產(chǎn)生滲漏；若蓄水前，地下水分水嶺低于庫水位甚多，水庫蓄水后地下水分水嶺可能消失，庫水將產(chǎn)生滲漏；若蓄水前，地下水分水嶺就低于建庫河道的原水位，或建庫前即存在

12、向臨谷的滲漏，水庫蓄水后，必然產(chǎn)生強(qiáng)烈的 滲漏。 B、當(dāng)分水嶺地區(qū)有承壓水存在時(shí)，若承壓水透水層在臨谷出露的高程低于庫水位，則庫水就有可能沿透水層滲向臨谷。第16頁/共40頁第17頁/共40頁 4、巖溶庫區(qū)滲漏分析 巖溶地區(qū)水庫漏水問題的分析，關(guān)鍵是： A.查清該區(qū)地形、地層、巖性、構(gòu)造和水文地質(zhì)等情況； B.在以上基礎(chǔ)上進(jìn)一步查清巖溶發(fā)育程度和巖溶形態(tài)的延伸分布規(guī)律。 這里僅結(jié)合水庫滲漏問題，進(jìn)一步研究和補(bǔ)充。 巖溶滲漏通道按其規(guī)模可分： 大型的，如溶洞、暗河和落水洞等； 中型的，如被溶蝕而加大了空隙的斷層和大型溶隙； 小型的，如溶孔和小型溶隙等。 其中以第類滲漏規(guī)模最大，第類滲漏規(guī)模最小。

13、三者往往互相串通。因此，從實(shí)際意義而言，查清巖溶滲漏通道主要是指查清、類通道而言。 第18頁/共40頁第19頁/共40頁 三、壩區(qū)滲漏條件分析 1、滲漏類型 大壩建成后，壩上游水位抬高，在上、下游水位差的作用下，庫水可能通過壩基或壩肩巖層中的孔隙、裂隙、破碎帶向下游滲漏。前者稱為壩基滲漏，后者稱為繞壩滲漏。 壩區(qū)滲漏形式分為均勻滲漏和集中滲漏兩種。前者，如通過砂礫石層和基巖中較為均布的風(fēng)化裂隙的滲漏；后者，如通過較大的斷裂破碎帶和各種巖溶通道的滲漏。第20頁/共40頁第21頁/共40頁 2、壩址滲漏的地質(zhì)條件分析 （1）松散巖層的壩區(qū)滲漏條件 在松散巖層地區(qū)建壩，滲漏主要是通過透水性強(qiáng)的砂礫石

14、層發(fā)生的。砂礫石層有的是現(xiàn)代河床沉積，有的是位于階地之上，也有的是古河道沉積。古河道砂礫石沉積可以是埋藏在河岸一側(cè)，也可以分布于階地之上。有時(shí)砂礫石層與不透水層成互層結(jié)構(gòu)。一般在河谷狹窄、谷坡高陡的壩區(qū)，砂礫石層僅分布于谷底，因此，壩區(qū)滲漏主要發(fā)生在壩基。而在寬谷區(qū)當(dāng)谷坡上分布有多級(jí)階地時(shí)，庫水除沿壩基滲漏外，還可能發(fā)生繞壩滲漏。第22頁/共40頁 （2）裂隙巖層壩區(qū)的滲漏條件 在裂隙巖層分布區(qū)，由于巖層中各種結(jié)構(gòu)面的透水能力的不同，以及河谷地貌和地質(zhì)構(gòu)造的差異，使建壩所導(dǎo)致的滲漏在不同地區(qū)或地段內(nèi)有顯著的不同。 （3）可溶性巖層壩區(qū)的滲漏條件 主要取決于可溶性巖層與非可溶性巖層的相互組合關(guān)系

15、及巖溶的發(fā)育程度。第23頁/共40頁第24頁/共40頁 四、巖層滲透性指標(biāo) 表征巖層滲透性的指標(biāo)有二個(gè)，即滲透系數(shù)(k)和透水率(q)。這二個(gè)指標(biāo)是評(píng)價(jià)壩、庫是否滲漏或估算滲漏量時(shí)的重要參數(shù)，也是地基防滲處理設(shè)計(jì)的水文地質(zhì)依據(jù)。 （1）滲透系數(shù) 法國水力學(xué)家達(dá)西曾通過大量的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)地下水層流的滲透速度(v)與水力坡度(I)成正比，寫成公式為: v=kI 式中：v為滲透速度（m/d）；I為水力坡度；k為滲透系數(shù)。 在生產(chǎn)實(shí)踐中，多采用抽水試驗(yàn)確定巖體的滲透系數(shù)k值: 第25頁/共40頁第26頁/共40頁第27頁/共40頁 2.單位吸水量（w）和透水率（） 單位吸水量是在單位壓力下每米試驗(yàn)段、每

16、分鐘壓入巖層中的水量，以L/(minm104Pa)表示。它是在巖層中進(jìn)行壓水試驗(yàn)所測得的巖層滲透性指標(biāo)。新的壓水試驗(yàn)的成果為巖層透水率（，Lu）， Lu（呂榮）單位為：在l MPa的壓力下，每米試驗(yàn)段的平均壓人流量，以L min計(jì)，即：1 Lu等于在1 MPa的壓力下，每米試段壓人的流量為1Lmin。試驗(yàn)要求試段長為5m左右，每個(gè)試段的試驗(yàn)時(shí)間為10min。1Lu一般相當(dāng)于單位吸水量w值為001L(minm104Pa)時(shí)的滲透量。 第28頁/共40頁第29頁/共40頁第30頁/共40頁 五、防滲措施 (一)灌漿帷幕 通過鉆孔向地下灌注水泥漿或其他漿液，填塞巖溶巖體中的滲漏通道，形成阻水帷幕，可

17、以達(dá)到防滲的目的。 灌漿帷幕用于裂隙性巖溶滲漏具有顯著的防滲效果。對(duì)規(guī)模不大的管道性巖溶滲漏采用填充性灌漿也有一定效果。 一般在壩基和壩肩部位都設(shè)置有灌漿帷幕，以防止繞壩滲漏。帷幕深度及向兩岸的延伸范圍則根據(jù)防滲處理范圍確定。 壩基灌漿帷幕最好能深入基礎(chǔ)的相對(duì)不透水層巖層中構(gòu)成接地式帷幕，這是截?cái)酀B流比較徹底的辦法。 帷幕灌漿壓力、孔距、排距、排數(shù)等，根據(jù)壅水高度、建筑物特點(diǎn)、巖溶發(fā)育特點(diǎn)和灌漿試驗(yàn)結(jié)果確定。第31頁/共40頁 （二）截水墻 當(dāng)?shù)鼗旅嫱杆畬由疃炔淮髸r(shí)，常用截水墻防滲，這是一種比較可靠的防滲措施。防滲墻有粘土墻、混凝土墻和大口徑鉆孔造孔回填混凝土等形式。 粘土截水墻多用于土壩基

18、礎(chǔ)，將透水層截?cái)嗯c心墻或斜墻相連接，要求截水墻應(yīng)有足夠的厚度和嚴(yán)格的反濾措施，以保護(hù)截水墻不致產(chǎn)生管涌和沖刷。 混凝土截水墻多用于截?cái)鄮r石基礎(chǔ)的表部透水帶，如溶蝕帶、岸坡風(fēng)化帶等 第32頁/共40頁第33頁/共40頁 (三)鋪蓋 在壩上游或水庫的某一部分，以粘土層或鋼筋混凝土板做成鋪蓋，覆蓋漏水區(qū)，以防止?jié)B漏。鋪蓋防滲主要適用于大面積的孔隙性或裂隙性滲漏。庫底大面積滲漏，常用粘土鋪蓋，對(duì)于庫岸斜坡地段的局部滲漏，用混凝土鋪蓋。為防止壩基、壩肩滲漏而設(shè)置的鋪蓋，最好使壩體與上游的隔水巖層相銜接，或?qū)伾w的范圍擴(kuò)大，把繞過鋪蓋的水流比降和流量控制在允許限度以內(nèi)。 一般情況下，鋪蓋工程應(yīng)在蓄水前或水庫放空以后施工，以保證質(zhì)量。但有些情況下，用水中拋土方法形成鋪蓋，也可起到一定的防滲作用。 第34頁/共40頁 (四)隔離與導(dǎo)排 隔離就是在庫岸基巖上修筑隔水圍壩。范圍不大的集中滲漏區(qū)，庫水隔離可以減少水量損失。 導(dǎo)排則是將建筑物基礎(chǔ)下及其周圍承壓水或泉水通過反濾設(shè)備的減壓井、導(dǎo)管及排水溝(廊道)等將承壓水引導(dǎo)至建筑物范圍以外，以降低滲透壓力。 減壓井或其他排水設(shè)施一般在防滲帷幕后面和兩岸山