老撾某水電站左岸低矮埡口庫岸滲漏及滲透穩定分析

胡彬　劉斌

摘 要：水庫滲漏是制約新建水利水電工程的主要工程地質問題之一。老撾某電站庫區左岸低矮埡口庫段可能存在滲漏和滲透穩定問題，該文在野外工程地質勘察的基礎上，結合試驗資料，采取定性和定量的方法對低矮庫段的庫岸再造、滲漏量、滲透穩定進行分析計算，為下一步采取相應的工程防治措施提供科學、可靠的地質依據。

關鍵詞：滲漏 滲透穩定 低矮埡口

中圖分類號：TV7 文獻標識碼：A 文章編號：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支流南立河上，裝機容量100 MW，正常蓄水位高程305 m，相應庫容9.03×108 m3，水庫區兩岸峰脊海拔高程1063～500 m，谷底高程205～230 m，相對高差約300 m～800 m，屬中低山峽谷地貌[1]。庫區左岸山頂高程總體較低，從壩址至庫區上游約1.5km的庫段，山體單薄，沖溝發育，地形起伏較大，沿地表分水嶺分布了6個低矮埡口（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，存在庫水溢出問題，已修建副壩擋水并進行帷幕灌漿處理。其它埡口及其周邊庫岸山脊因高程僅略高于正常蓄水位高程，庫盆南側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），為庫區左岸外圍低鄰谷，水庫蓄水后，存在庫水沿低矮埡口及附近單薄山脊向低鄰谷滲漏及滲透穩定問題，對工程運行存在安全隱患，需進行論證分析。

1 庫區地質構造及基本地質條件

區域構造行跡總體以NNE向、近SN向、NE向為主，且以斷裂為主，區域斷裂主要表現為奠邊府—程逸斷裂帶、長山—峴港斷裂帶，次級斷層構造行跡主要為NEE、NNW向，庫區構造弱發育，沿庫區發育一舒緩背斜，背斜軸向N E 30°～60°，低矮埡口及單薄山脊為背斜的南翼，地層由內往外依次為Pζ的英安巖、PT的凝灰巖、火山角礫凝灰巖和PDM的白云巖、灰質白云巖、白云質灰巖，產狀一般為N30°～60°E，SE∠30°～60°，為庫區下游地層。近壩址區發育一條Ⅱ級斷層，產狀N70°～80°E，NW∠67°～74°，寬1.5～1.8 m，長約6 km，該斷層與河谷大角度斜交，且主要在庫區內展布，未貫通至庫外，此外庫區零星發育次級Ⅲ、Ⅳ結構面。據與該區直線距離30 km已建工程論證，其半徑150 km范圍內尚無超過5.5級地震發生的記錄，該區屬低烈度區，基本烈度為Ⅵ度[2]。

經勘察，沿低矮埡口庫岸地表分水嶺一線，山脊高程在 308.5～340 m之間，高于水庫正常蓄水位約5～35 m，在1#、2-1#、2-2#、4#埡口部位，最低點高程僅高于正常蓄水位不足10 m，該庫段山脊單薄，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巖、含火山角礫凝灰巖，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，根據該區地質構造特征及地貌形態判斷，該斷層總體沿NW-SE向延伸，經埡口上下游沖溝附近貫通庫外，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，膠結差。低矮埡口庫岸巖體風化強烈，全強風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 庫岸穩定分析

低矮埡口庫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現象均不發育，亦無明顯的松散堆積體分布；下伏基巖為火山碎屑巖或噴出巖，無連續延伸的流面或層面構造，庫段山體自然穩定性較好，但庫岸由殘坡積土及較深厚的全、強風化層組成，松散介質一般厚度>15 m以上。

2.1 迎水坡山體庫岸再造分析

根據庫水變幅、庫岸結構，選取能代表整個低矮埡口庫段的典型斷面：4#埡口段、2-1#～2-2#埡口段，采用長期預測的最終坍岸寬度計算公式[3]，估算成果見表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為庫水位變化幅度（m）；

N 為與土的顆粒大小有關的系數；

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為岸坡水下穩定坡角（°）；

β為岸坡水上穩定坡角（°）；

γ為原始岸坡坡角（°）。

對比低矮埡口庫段分水嶺地形條件，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，上述兩低矮埡口庫岸可類比代表低矮庫段及埡口的庫岸再造影響范圍，考慮實際存在的地形地質條件差異，綜合提出：低矮庫段各埡口處庫岸再造影響范圍約為5～10 m；一般山坡庫岸再造影響范圍約為20～30 m，絕大多數低矮埡口庫段存在庫岸再造，但再造范圍有限，庫岸再造形成庫水沿地表集中外滲的可能性小，但庫岸再造將破壞迎水面的天然防滲鋪蓋，縮短經巖體的滲徑，加重庫水滲漏。

2.2 背水坡山體穩定分析

庫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，見泉點沿山坡高程280 m至山腳一帶出露；受蓄水影響，地下水將產生壅高，背水坡將出現更高、更多的地下水溢出點，坡面存在大面積散浸現象，飽水后淺表部的松散破碎巖土體，其抗剪等力學指標將顯著降低，導致圓弧形的坍塌失穩，散浸失穩區將主要集中在1#埡口庫段、2-1#埡口～2-2#埡口庫段的背水岸坡。

3 滲漏及滲透穩定分析

3.1 滲漏分析

經鉆探及壓水試驗揭露，蓄水前，低矮埡口庫岸地下水水位有三段低于正常蓄水位高程，分別是1#埡口及其旁側山脊庫岸段，長約280m，2-1#～2-2#～2#～3#埡口庫岸段，長約520 m，4#埡口庫段，長約150 m，上述地下水較低的庫岸累計長約950 m，約占整個低矮埡口庫段總長的63%，低矮埡口庫段表部分布有粘性土和粘粒含量較高的全風化層，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隔水層，但在強風化帶及弱風化上段基巖中普遍存在層厚5～25 m的破碎巖體，屬中等～強透水層，庫水易沿該層產生滲漏。

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生8～20 m的水頭差，上述部位下伏基巖破碎，裂隙張開，沿全、強風化巖體風化面及張開的裂隙產生流土及接觸沖刷。此外，庫水亦有沿經2-1#埡口發育的斷層向庫外滲漏的可能。

3.2 地下水雍高及滲漏量估算

3.2.1 地下水雍高

根據低矮埡口庫段地下水水位與正常蓄水位空間分布關系，結合相應地質結構及水文地質邊界條件，將地下水含水層劃分為雙層滲透結構和均質滲透結構，在低矮埡口，選取除兩副壩以外的其它4個埡口段及1個相對較高的山脊頂段（ZK124斷面），作為代表性斷面，分別選用庫岸壅水計算公式及參數，計算地下水壅高。

（1）雙層滲透結構地下水壅高公式

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

（2）

（2）均質滲透結構地下水壅高公式

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

3.2.2 滲漏量估算

該電站庫容等別屬大型，岸坡因滲漏失穩后庫水將集中排泄至人煙稠密的盆地型農耕區，危害巨大，為確保水庫運行安全，按不考慮和考慮地下水壅高的兩種條件下進行演算，選取大值滲透系數，按滲透性不同的雙層結構含水層，上層為殘坡積粘土及全風化層，下層為強風化下部～弱風化上段選用達西地下水滲流估算公式（公式4），計算最小可能滲漏量（Qmin）和最大可能滲漏量（Qmax）進行估算，滲漏量估算結果見表4。

Q=K上層×I×A上層+K下層×I×A下層 （4）

3.3 滲透穩定分析

對可能產生沿漏的背水坡殘坡積層和全風化巖層進行取樣，進行滲透類型的判別、滲透穩定驗算。

3.3.1 滲透類型

對取樣殘坡積土層和全風化層樣品分別進行顆分試驗（圖1、2），細粒含量殘坡積土層Pc=81%～82%，全風化層Pc=82%～93%，均遠大于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；考慮該水庫的重要性，取安全系數為2，殘坡積土允許水力比降J允許=0.295～0.385，全風化層J允許= 1.08～1.14。

3.3.3 實際承受的最大水力比降估算

低矮庫段沿線各埡口處地形相對單薄，滲徑較短，故該庫段實際承受的最大水力坡降集中在各埡口一帶。在不考慮設置防滲帷幕的情況下，各埡口實際承受的最大水力坡降計算結果見表5：

4 滲漏及滲透穩定評價

4.1 滲漏評價

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

4.2 滲漏量評價

根據規范[4]，多年調節水庫的允許漏水量宜小于河流多年平均流量的5%，該水庫屬多年調節水庫，南立河多年平均流量為 80.9 m3/s，允許漏水量約為4 m3/s，而低矮庫段的最大可能滲漏量Qmax為802.14 m3/d，遠小于該水庫允許漏水量，故滲漏不會對水庫效益產生影響。

4.3 滲透穩定評價

在不考慮設置防滲帷幕的情況下，低矮埡口庫段實際承受的最大水力坡降J實際=0.209～0.308，均低于全風化層的允許水力比降，其上限值0.308出現在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；其余低矮埡口庫段殘坡積層一般不會發生滲透破壞，背水坡的全風化層不會發生滲透破壞，僅局部因物質組成差異存在沿接觸面產生接觸沖刷等滲透破壞的可能。

5 結語

蓄水后，庫岸再造不會造成低矮埡口庫岸整體失穩，亦不會產生管道型的集中滲漏，主要表現為裂隙式滲漏，主要集中在2-2#埡口庫段，滲漏可能造成背水坡面出現大面積的散浸現象，進而產生淺表層的圓弧形坍滑或小范圍土滑。根據最不利工況組合，1#、2-1#～2-2#兩個滲漏條件較好，滲漏量較大的低矮埡口庫段，可能存在因滲漏導致庫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，增設相應抗沖刷措施，其它低矮埡口庫段，應加強水庫運行期間的地下水位觀測。

參考文獻

[1] 楊志紅，劉斌.老撾某水電站副壩區低矮庫段設計專題報告（工程地質）[R].中國水電集團昆明勘測設計研究院，2009.

[2] 徐煜堅，汪良謀.世界活動構造、核電站、高壩和地震烈度分布圖[Z].北京：測繪出版社，1996.

[3] 常士驃，張蘇民.工程地質手冊[M].4版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[4] 水電水利規劃設計總院.水力發電工程地質勘察規范（GB50287-2006）[S].北京：中國計劃出版社，2006.