理论教育 大坝渗水析出物问题的解决方法

大坝渗水析出物问题的解决方法

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:在现场检查工作中发现,为数不少的大坝坝址地下水排泄区部位出现胶状或絮状物质,这里以析出物称之。从理论上,若渗径中存在一些相对松散的、未经胶结的颗粒,其尺寸(如直径)小于渗径通道的情形下,并且当由渗流产生的渗透力大于这些颗粒的自重时,就可能使这些细小颗粒悬浮起来,并沿着水流方向发生运移。

大坝渗水析出物问题的解决方法

最近10多年来,国家电力公司以及水利部有关管理部门对所属的水电站大坝定期(一般为5~10年)开展了安全检查工作,取得了显著的成效。在现场检查工作中发现,为数不少的大坝坝址地下水排泄区(或排泄点)部位出现胶状或絮状物质,这里以析出物称之。它们大多出现在大坝基础廊道(包括灌浆廊道以及排水廊道等)或坝肩平洞中,多数源于排水孔,随地下水溢出并形成于孔口附近,甚至堆积于位于其下游侧的排水沟内;或直接源于岩体裂隙,在其渗水溢出处呈扇形状堆积。此类析出物是如何形成的,其物质来源有哪些,其对于区内岩体渗透稳定性乃至对于大坝的安全运行有何不利影响,近年来已引起关注(彭汉兴,1995;骆永法,1996;宋汉周等,1997;2002)。

已有的工程实例研究表明,坝址地下水析出物是蓄水条件下区内液—固相(包括各类岩石以及工程材料等)系列间相互作用的产物。这种不同相间的相互作用可以是物理作用,可以是化学作用,亦可以两者兼而有之。不同的作用方式控制了形成析出物的机理。对于物理作用(或机械潜蚀作用)而言,地下水析出物具有物理的成因。从理论上,若渗径中存在一些相对松散的、未经胶结的颗粒,其尺寸(如直径)小于渗径通道的情形下,并且当由渗流产生的渗透力大于这些颗粒的自重时,就可能使这些细小颗粒悬浮起来,并沿着水流方向发生运移。当其在排泄区或排泄点(如排水孔位)出现时,可形成相应类型的析出物。对于化学作用而言,地下水析出物具有化学的成因。所谓化学作用或化学潜蚀作用,指作为渗径的岩体结构面中的充填物质或胶结物质以某种化学作用而进入水溶液中,并被水流带走的现象。而在排泄区或排泄点(如排水孔位)位,由于水环境的迅速变化(如T、P、Redox 等),地下水中的一些变价元素形成高价的难溶化合物,或一些胶粒(d<0.002mm)经过凝胶作用,而形成相应类型的析出物。

不同成因的地下水析出物对区内岩体的渗透稳定性具有不同的影响。研究表明,对于具有裂隙型或裂隙型与断裂型之复合的渗透结构模型而言,渗透非稳定性可发生于各类不同成因的结构面中,但主要发生于软弱结构面中。其一般的特征是:①具有一定的开度;②充填物大多为泥质,物质力学性状差;③未胶结或仅部分胶结;④胶结物大多为碳酸盐类或其他可溶性物质。因而,在地下水的物质作用、化学作用或物理—化学双重作用下,此类结构面易发生软化乃至泥化,并在一定阶段伴随以渗透变形,进行导致渗透的非稳定性。

从本质上或从力学性质上分析,渗透变形可分为流土(或流沙)、冲刷、渗透劈裂及管涌等类型。彼此间既有区别又有联系,或具有“自熄灭”过程或显示由局部到相对普遍、由微观到相对宏观的发展过程。前者,一般仅导致区内岩体渗透性的局部变化,而后者则将对岩体的渗透稳定性产生明显不利的影响。(www.daowen.com)

渗透变形尤其是宏观的渗透变形对于岩体稳定性的影响是显而易见的。在渗流作用下,其过程大致是:首先导致结构面的软、泥化,降低充填物颗粒间的物理化学连接力,随着一些细小颗粒(包括可溶性物质)的被带走,结构面出现了“空化扩容”,并最终导致岩体力学指标的降低。此现象若发生在左、右岸坡部位,可导致坝体的不对称变形,从而影响到大坝的安全运行。对于拱坝而言此现象带来的危害更为严重。在渗流作用下结构面中充填物被潜蚀,若发生在坝基防渗帷幕体附近,就会使介质的渗透性加强,而导致帷幕体的防渗性能衰减;若发生在幕后排水孔附近,有可能造成细小颗粒的次生富集,而影响排水孔的工作效率,由此可导致相邻部位坝基扬压力的增大而对于大坝的安全运行带来不利影响。

另外,由于幕后地下水析出物中可能含有源自帷幕体的某些物质,因而此类现象的长期存在也将会使帷幕体的防渗效果发生时效变化,即可能发生衰减。

总之,不同成因的地下水析出物具有不同的性状,此可通过对于代表性试样的物理化学多指标化验以及多手段测试加以判定,以揭示其特有的工程示踪意义。

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