巖溶地質條件下水庫壩基滲漏問題研究

吳祖德

(崇義縣水利局，江西 崇義 341300)

1 工程概況

本研究以巖溶地區某水庫大壩為研究對象，該工程屬于Ⅳ等小(1)型工程，水庫總庫容為357×104m3，引水渠長4.27 km，引水設計流量0.15 m3/s。工程所在地區地形略有起伏，屬溶蝕、剝蝕殘丘地形地貌，海拔高程115～205 m，自然坡度0°～30°，庫岸坡度為30°～60°。該項目地處巖溶地區，巖石在水的溶蝕作用下，會產生裂隙與節理，即形成巖溶地貌，此類地貌易發生不均勻沉降與地面坍塌等地質災害[1-5]。

2 出水點出水監測

巖溶地區的巖石主要以石灰巖、泥灰巖等為主，巖石在水的溶蝕作用下，產生裂隙與節理，即形成巖溶地貌，在水庫工程中，巖溶地區的水庫壩基易發生滲漏現象，導致大壩發生變形及失穩等工程事故。對其壩基滲漏情況進行監測，壩后出水點的出水概況如表1所示。

表1 出水概況

為分析壩基滲漏特征，對各出水點量水堰的出水量進行測量，監測壩下游水位變化，監測斷面的樁號分別為0+125、0+200、0+275，每斷面共布置3個監測點，位于壩軸線下游，距壩軸線距離分別為3 m、40 m、79 m，左右壩肩各布置3個觀測點，共15個孔，如圖1所示。

圖1 監測點布置

3 滲漏特征分析

為研究各出水點的滲漏量與庫水位間的關系，分析各出水點的量水堰的出水量與庫水位變化如圖2所示。由圖可知，隨著時間的增加，大壩的庫水位高程呈先增大后減小的趨勢；當時間為0～100 d時，庫水位高程增長趨勢明顯；當時間為100～250 d時，其庫水位高程變化趨勢較為平緩，其值在2750.0 m上下波動，當時間為250～315 d時，庫水位下降趨勢顯著，隨后大壩庫水位高程變化趨勢逐漸趨于平緩。為直觀反應大壩庫水位變化規律，分析該工程的大壩特征水位變化如表2所示，由表可知，當大壩庫水位位于第一階段及第三階段時，庫水位高程變化較大，其水位變化值分別為11.5 m、-12.2 m；當位于第二階段時，大壩庫水位有最大值，其值為2750.1 m；當位于第四階段時，大壩庫水位有最小值，其值為2736.0 m。對比庫水位高程與各出水點量水堰的出水量間的關系可得，不同量水堰的出水情況具有一定的差異性，其中，量水堰3、量水堰4的出水量較大，量水堰5的出水量最小；量水堰1、量水堰3、量水堰4發生滲水的時間較早，在水庫建壩完成后，即發生滲漏現象，量水堰2、量水堰5的發生滲水的時間靠后，其發生滲漏現象的時間分別為120 d、230 d。量水堰1與量水堰2的出水量與庫水位高程的變化趨勢基本保持一致，隨著時間的增加，其量水堰出水量呈先增大后減小的趨勢，且當時間為100 ～ 250 d時，其量水堰出水量變化趨勢較為平緩；在庫水位上升階段(0 ～ 200 d)，量水堰3、量水堰4出水量與庫水位高程間存在一定的相關關系，隨后量水堰3、量水堰4出水量波動較大，與庫水位高程變化趨勢不一致。綜合以上分析可得，大壩庫水位變化會影響大壩壩基的滲漏現象，在庫水位上升階段，影響效果較為明顯[6-7]。

圖2 量水堰出水量與庫水位變化關系

表2 大壩特征水位變化

為分析壩基滲漏特征，對壩下游水位進行監測，監測斷面0+125的時間-水位高程曲線如圖3所示。由圖可知，隨著時間的增加，大壩下游庫水位逐漸下降，當時間>80 d時，下游庫水位高程下降趨勢較為平緩。不同測點的水位高程具有一定的差異性，其中，RY1與RZ1的水位高程較大，ZK4的水位高程較小，當時間為125 d時，RZ1的水位高程有最大值，其值為2757.6 m。RY1與RZ1的水位高程與其他測點的水位高程差異較為明顯，ZK1、ZK4、ZK7的水位高程較小，且數值較為集中，結合監測點布置位置可得，RY1與RZ1位于大壩兩側，ZK1、ZK4、ZK7位于大壩中部，說明大壩兩側的地下水位較高。隨著時間的增加，RY1與RZ1與庫水位變化趨勢無明顯的相關關系，而ZK1、ZK4、ZK7與庫水位的變化趨勢具有一致性，水位高程與時間呈負相關關系，說明庫水位變化對大壩壩基的滲流情況存在一定的影響，對兩側的壩基滲流影響較大，對中部壩基的影響較小。

圖3 監測斷面0+125的時間-水位高程曲線

監測斷面0+200的時間-水位高程曲線如圖4所示。由圖可知，該斷面各測點的水位高程與0+125監測斷面的水位高程具有一定的差異性，各測點的水位高程均小于0+125監測斷面的水位高程，其中，RY2的水位高程有最大值，其最大水位高程為2745 m，ZK5的水位高程有最小值，最小水位高程為2721 m。對比不同測點的水位高程可得，RY2的水位高程大于RZ2的水位高程，ZK8的水位高程大于ZK2的水位高程，由監測點的布置情況可得，RY2、ZK8位于大壩右側，而RZ2、ZK2位于大壩左側，說明大壩右側的地下水位高程較高，右側的滲流情況較強。庫水位的水位高程變化與測點間的水位高程變化趨勢無明顯的相關關系，說明庫水位高程對0+200監測斷面的滲流情況影響較小。

圖4 監測斷面0+200時間-水位高程曲線

監測斷面0+275的時間-水位高程曲線如圖5所示。由圖可知，監測斷面各監測點的水位高程與以上兩個斷面的水位高程具有一致性，大壩兩側的監測點水位高程大于大壩中部的監測點水位高程，說明大壩壩基的滲流情況主要集中于其大壩兩側，地下水主要由大壩兩側向其中部流動。對比不同測點的水位高程可得，RZ3與RY3的水位高程較大，ZK3與ZK6的水位高程較小，其中，當時間為58 d時，RZ3有最大水位高程，其值為2737 m，當時間為130 d時，ZK6有最小水位高程，其值為2721 m。不同測點的時間-水位高程曲線變化趨勢具有差異性，其中，ZK3與RY3的水位高程在時間為116 d時，水位高程下降趨勢顯著，整體趨勢與庫水位變化保持一致；RZ3、ZK6、ZK9的時間-水位高程變化趨勢較為平緩，且其變化趨勢與庫水位高程間無明顯的相關關系，庫水位變化對大壩壩基的滲流情況存在一定的影響，監測點ZK3與RY3尤為明顯。

圖5 監測斷面0+275時間-水位高程曲線

對部分反常監測孔水位的水位高程進行分析，時間-水位高程曲線如圖6所示。由圖可知，圖中的測點的水位高程與庫水位高程的相關性較小，當時間為100 d時，ZK8、RY1、RY2的水位高程存在顯著的上升趨勢，隨后趨于穩定，這是由于此時項目所在地區的氣候回暖，山體地下水活動增強，對監測點的水位有一定補給作用。綜合以上分析可得，庫水位對大部分監測點的水位高程存在顯著影響，說明庫水位變化會影響大壩壩基的滲流情況，導致水庫發生滲漏等事故，需實時關注水庫大壩的庫水位變化，及時采取相關措施，以避免水庫壩基滲漏現象，保證水庫及大壩結構的穩定性。

圖6 反常監測孔水位水位高程

4 結 論

(1)量水堰的出水量與庫水位高程的變化趨勢基本保持一致，隨著時間的增大，量水堰出水量呈先增大后減小的趨勢。

(2)壩庫水位變化會影響大壩壩基的滲漏現象，在庫水位上升階段，影響效果較為明顯。

(3)庫水位變化對不同部位大壩壩基滲流情況的影響有一定差異，對大壩兩側的壩基滲流影響較大，對壩中處壩基的影響較小。

(4)水庫壩基滲漏情況與地質條件、水庫水位、防滲措施、施工質量等因素有關，因此，研究結論在應用中需要進一步確認。建議在水庫運行中，應結合水庫大壩情況綜合考慮。