一定条件下，岩体可能潜在的渗透非稳定性的发生与否主要与如下3 个因素有关。

（1）岩性。根据已有的研究，岩体渗透非稳定性主要发生于各类不同成因的岩体结构面中，但主要发生于原生或次生的软弱结构面中。此类结构面一般具有：一定的开度；较为破碎，不致密而相对疏松，具有较大空隙度；未胶结或仅部分胶结，胶结物大多为碳酸盐类物质，从而为地下水赋存及运移提供了必要的空间和通道。

（2）水流。显然若地下水于补给、排泄区（或排泄点）之间的水力梯度越大，渗流过程中产生的渗透压力越大，从而导致渗透变形的可能性也就增大。蓄水条件下，坝址上、下游之间的水头差通常达数十米甚至百米以上，这是坝址渗流场内产生较大渗透压力的有利的边界条件。

（3）水质。如前述，我国南方的一些大中型水库库水均为软水或极软水、且具溶出型侵蚀作用，而坝前库水是坝基地下水的一个重要补给源。补给源的这种水质特征标志着其在向坝基运移过程中与之相接触的固相介质（包括工程材料）中的可溶性物质可发生溶失，这种作用虽然是缓慢的、潜移默化的，但却是长期的、不可逆的，从而使一定条件下的渗透变形成为可能。

渗透变形有微观与宏观之分，同时也具有阶段性、继承性与发展性之特点。在发生渗透变形的最初阶段，一般仅具有微观的标志。在该阶段，通常以地下水的化学作用为主，持续的时间不仅与渗流的物理状态有关，而更重要的是与作为渗径的结构面的特性有关。渗透变形的宏观阶段则为渗透微观变形阶段的进一步发展所致。在该阶段，不仅继续存在地下水的化学侵蚀作用，而且还伴随地下水的物理潜蚀作用，从而导致结构面中的充填物质呈非稳定性。即在渗流作用下，这些充填物质（主要指比表面积较大的细粒物质）在渗流作用下，或悬浮起来，或在失去胶结物之后悬浮起来，并随渗流而移动，从而导致岩体结构面的“空化扩容”。这是地下水的动水压力克服细颗粒的自重、而渗流通道较粒径为大所致。在渗流的进一步作用下，此类结构面中的充填物可能失去与围岩相邻部分之间的联结力，以致其中的部分物质在渗流系统的排泄区或排泄点（如排水孔）处冲出，从而导致此类结构面的压缩性增大、强度降低。其危害是不言而喻的。

鉴于坝基析出物的形成与多因素有关，如水质特征、固相介质（包括岩石、大坝基础混凝土以及坝基防渗帷幕体等）特征、水环境（如Eh值）特征以及水流动态特征等方面，认为应采用综合分析方法对坝基析出物对岩体渗透稳定性的潜在影响进行分析和评价。重点是判定其成因类型，宜从以下3 个方面展开。

1.析出物与固相介质在其组成以及含量方面的差异性分析

如前所述，坝基析出物的一个重要的物质来源就是来自岩体中某些物质的析出。这些物质或以离子态，或以胶体态或以其他形式进入水溶液中并随之迁移，而在水环境迅速变化之处以析出物出现。这样，就有理由依据析出物中的某些物质及其含量高低来判定其对区内岩体渗透稳定性的影响。

表7.5.1 为我国南方部分水电站枢纽区基础岩石的化学成分一览。由此反映，尽管不同坝址具有不同的岩石类型，但硅、铝是其主要的成分，因而也是构成岩石的强度与稳定的主要物质。表7.5.2为表7.5.1 中部分水电站坝址部分析出物试样中的硅、铝含量统计。将上述两表所示加以比较，可以得出：坝址析出物中的硅、铝含量总体上普遍低于岩石中的相应物质含量，但不同试样间的差异亦是明显的。这里，把析出物中的硅、铝含量相对高者（如大于25%）视为特殊析出物；而把这两种成分含量较低者（如低于10%）视为一般析出物。显然，后一种析出物的分布相对普遍；而前一种析出物的分布则不普遍，此虽限于局部但对岩体的渗透稳定性具有相对明显的影响。

表7.5.1　部分水电站坝址岩样的化学成分分析一览　单位：%

表7.5.2　部分大坝坝址析出物中硅、铝组分统计　单位：%

值得注意的是，表7.5.2所示的特殊析出物出露的位置较为特殊。如新安江坝址灌3-2 孔位析出物位于3 号坝段Sh1页岩夹层附近，排1-5 孔位析出物位于F1断层一侧，该断层呈NE—SW走向，破碎带有一定的宽度；石塘坝址16-8孔位析出物位于通过消力池中导墙的F11断层带一侧；紧水滩坝址右135 平洞一岩体裂隙析出物实际上位于呈NE—SW 走向的F8断层破碎带附近；水东坝址排42 孔位析出物位于F1断层影响带附近，该断层呈NE—SW走向，破碎带宽1.5～2m；古田溪一级坝址17 F10孔位析出物位于F10断层影响带上侧。综上所述表明，此类析出物的出露位置与基础地质薄弱体（如软弱夹层、断层破碎带、层间错动带等）的位置之间具有较好的对应性。

显然，上述两种不同类型的析出物对于岩体的渗透稳定性具有不同的影响。一般类型析出物系地下水的化学作用所致，对岩体的渗透稳定性的影响在相当一段时间内将限于微观；特殊类型的析出物应系地下水的物理—化学双重作用所致，某些情形下可视之为相邻的地质薄弱体发生了软、泥化，且其中的某些组分（如铝硅酸盐组分等）发生了迁移的标志，在一定阶段其对岩体的渗透稳定性将会产生相对明显的不利影响。因此，应加强对于后一类析出物的跟踪监测，从而为必要时采取的工程补强措施提供依据。

2.析出物的微观形态分析

如前所述，可采用XRD测试方法（或并行采用电子显微镜观察方法以及颗粒分析方法等）揭示析出物的微观形态。如果XRD测试曲线变化平稳无明显的衍射峰，则表明相关析出物为典型的化学作用所致。反之，若XRD测试曲线上呈现多处明显的衍射峰，并由其特殊的峰值显示为石英，则表明相关析出物的成因中具有物理作用的因素；若析出物中此类晶形矿物含量越多，则表明其具有物理作用的因素越显著。由此不难得出，出现此类析出物的相应部位的渗流性状将会出现非稳定性，并在一定阶段由渗透的微观变形可能转变为相对明显的宏观变形。

3.析出物的量化分析

为了解单位体积水溶液中析出物的多少，有必要对其进行量化分析。在现场调查的基础上，可采集具有代表性的出现析出物的排水孔水样。在这样的取样点位，孔口应处于溢流状态。采样时，有关水样一般呈清澈透明状，无悬浮物或无絮状物质；而在置于室内氧化环境下一段时间之后，有关水样中会出现肉眼可辨的悬浮物或絮状物。经烘干后称重可得相应物理量。表7.5.3 为我国南方3 座水电站坝址数处析出物量化资料统计。在实际工作中，若有这些取样孔位的流量资料，可据此推求该孔位于单位时间（如1 年）内析出物量；若在同一坝址区有数个测点的析出物量化数据，可取其特征值（如均值）并依据区内总的流量（由幕后出现析出物的排水孔流量构成）资料，大致估算该坝址区于相应时间段内总的析出物量。

表7.5.3　析出物量化资料统计

需要指出的是，对析出物量比较多的孔位，如可能应进行两次或以上的量化分析工作。若后一次测值明显大于前一次，则应引起关注。因为，这是相应部位岩体渗透存在非稳定性并由此可能引发渗透变形的标志之一。

实际工作中，在探讨坝基析出物对岩体渗透稳定性的影响时，应着重要揭示析出物与区内地质薄弱体（如软弱夹层、断层带物质等）性状的演变之间是否存在必然的内在关系。这里，以一工程实例来探讨之。

新安江水电站是一座投入运行已有40 多年历史的水电站。长期以来，总的运行工况良好，但也出现了一些值得关注的问题。就大坝基础而言，出现了诸如右坝肩2～3 号坝段基础页岩夹层（以Sh1、Sh2 为代表）的软泥化及抗渗稳定性；斜交通过右坝肩的F1 断层防渗井的防渗性及防渗耐久性；右坝肩部分坝段地下水呈酸性，河床坝段及左坝肩部分坝段地下水呈碱性；以及坝基不同部位（包括灌浆廊道，1、2、3 号排水廊道等）地下水溢出处出露呈不同颜色的析出物等问题。上述区内有关夹层、断层以及不同时期析出物的分布状况见图7.5.1。

图7.5.1　区内有关夹层、断层以及不同时期析出物的分布特征

右坝肩部分坝段（1～5 号）基础出露泥盆系上统西湖组（原乌桐组）地层（C），走向N30°～50°E，倾向SE，倾角60°～80°。岩性为石英砂岩、含砾石英砂岩及石英砂岩夹页岩。未风化石英砂岩的饱和抗压强度高达130.2～217.8kPa。页岩夹层分布较多，厚薄不一，分布亦不连续，呈不规则透镜状分布。宽度变化较大，最厚两条页岩（Sh1、Sh2）厚度0.5～2.0m，最厚处达2.5m；其他页岩夹层计23 条，以厚度数厘米居多，部分为极薄夹层（厚度小于1cm），分布于砂岩层之间。其物理力学性质可归纳为：天然容重在2.34～2.49g/cm3，天然状态下单轴抗压强度在1.21～1.51MPa 之间，而远低于石英砂岩（84.4～104.5MPa），单轴抗压弹性模量在0.47～1.45GPa之间，也低于石英砂岩（25.4～50.3GPa）。经测试，页岩的化学成分相对复杂：以SiO2 和Al2O3 为主，前者在63.80%～74.81%之间，后者在15.28%～20.33%之间；次为TFe（0.58%～9.36%），CaO（0.05%～0.24%），MgO（0.42%～0.88%），Na2O（0.20%～0.32%），K2O（2.54%～3.46%）。此外，可溶盐含量在0.024～0.048g/（100g）之间，阳离子交换吸附量在4.90～10.50mmol/（100g）之间。

区内页岩可分为灰黑色、黑色碳质页岩和紫红色、杂色页岩等。由XRD及差热分析测定，页岩的矿物成分主要为石英、白云母、水云母，其次为高岭石、叶蜡石及蒙脱石。碳质页岩中有机质含量达5%～7%。这些矿物组分标志着上述页岩夹层遇水或浸水后，尤其是在高渗压水的长期作用下，其潜在的工程特性有可能发生改变。

右坝肩基础西湖组地层与河床坝段以右基础唐家坞群（原千里岗组）砂岩（D）之间呈不整合接触。坝址位于紫金滩倒转背斜的反常翼上，背斜轴向N55°～65°E，轴面倾向SE，倾角60°。这种区域地质构造特征使坝址地层倒转，断裂构造发育。其中，出露于右坝肩部分坝段及右岸绕坝区的地质构造形迹可归纳为如下。(www.daowen.com)

（1）断层。其中，F0逆断层穿过了2～3 号坝段基础，走向N40°～60°E，倾向NW，倾角68°，断层破碎带充填岩屑和断层泥，宽20～30cm；F1亦为逆断层，穿过了5～8号坝段基础，上盘为西湖组石英砂岩，下盘为唐家坞群砂岩，走向N30°～50°E，倾向NW，倾角40°～52°，断层破碎带宽20～50cm，最宽达1m，由断层角砾、断层泥等组成。

（2）裂隙。按照产状，右坝肩岩体裂隙可分为以下4组：①层面裂隙，走向N20°～40°E，倾向SE，倾角50°～80°；②横张裂隙，走向N40°～60°W，倾向NE或SW，倾角75°～80°；③剪切裂隙，走向N30°～80°E，倾向NW，倾角30°～50°；④卸荷裂隙，走向近SN，倾向河床，倾角10°～30°。

上述断裂构造的发育，使区内岩体具有裂隙介质的一般特征。

有关勘测设计单位曾在1990～1991 年间，对2～3 号坝段页岩夹层可能存在的软、泥化范围进行了勘查，并以钻孔岩芯为依据作了鉴定。得出：区内页岩夹层的局部泥化现象是存在的。其中，Sh1层出现在F0断层上盘，泥化页岩占49.5%；Sh2页岩泥化占9.1%。这里，将区内析出物与页岩、泥化页岩的内在关系在此一并探讨。

首先分析区内页岩、泥化页岩的一般岩性特征。根据表7.5.4，未泥化页岩的矿物成分为石英、白云母，少量叶蜡石、高岭石、蒙脱石；而泥化页岩（编号SO2、SO5）则为石英、高岭石、伊利石、叶蜡石。两者的主要化学成分均是SiO2、Al2O3，含量在87%以上（表7.5.4），除S13样含量稍低，为79.08%。铁（Fe2O3、FeO）的含量甚低，均在2%以下，但S13样含量达16.86%。K2O含量多数在5%以下，个别达5.62%。CaO、MgO 含量甚少，两者相加均小于0.8%。可见，在上述未泥化页岩与泥化页岩之间，其矿物成分基本一致，均以石英、白云母为主，在风化性状上这两种矿物属稳定、较稳定矿物，不易为水分解。经测试，钻孔泥化岩芯和排水孔中页岩坍塌淤积物的矿物成分，均与页岩一致；尽管淤积物在水中浸泡时期长，但矿物成分仍未发生变化，说明页岩抗水解性良好。另外，两者之间的化学成分也基本一致，即均以SiO2为主，其次为Fe2O3和FeO，而CaO、MgO含量均很低。总之，同未泥化页岩相比较，区内泥化页岩的含水量明显增大，结构遭受破坏，但成分变化不大，仅含量有所差异。

表7.5.4　区内页岩夹层化学成分统计

①　1980年中期资料。

根据表7.5.5，右坝肩部分坝段析出物主要为棕红色和黑褐色两种；其化学成分均以Fe2O3为主；多数试样中SiO2含量不高，低于10%，仅少数试样达14%～30%。

表7.5.5　右坝肩部分坝段基础析出物的主要化学成分统计

续表

注　1.编号1～9 号为2001 年分析成果。
2.编号10～15 为1980～1990年间分析成果。

页岩化学成分中以硅、铝为主，含量达85%～90%，易溶和难溶盐含量甚少，最大含量仅0.05% （Sh2），钙、镁氧化物含量一般为0.3%～0.7%，最大仅为1.88%，不属于胶结物成分。页岩的化学成分组合也说明页岩抗水解性良好。从水中离子、胶粒迁移看，右坝肩部分坝段基础排水孔水中Ca2＋和K＋＋Na＋含量不高。而区内析出物中除灌3-2 孔外，其余孔的CaO含量均小于3%；灌4-6 孔淤堵严重，析出物中CaO含量也仅为0.36%，均反映出水中钙迁移量甚微。就水中钙的来源而言，还包括部分来自呈软水、溶出型侵蚀作用的环境水对于混凝土和帷幕的溶蚀。因此从化学成分迁移来说，右岸坝基页岩除灌3-2 孔外，不存在易溶或难溶盐因水解造成泥化层的问题。但有的页岩中铁的含量较丰富（S13样，含量16.86%），铁的迁移对页岩泥化是有影响的。

由于硅、铝是页岩的主要物质成分，因而地下水溶液中、析出物中此类物质是否被检出及其含量的高低可以反映此类固相介质的稳定性。

SiO2 在水中的迁移方式有两种：一是以离子态，岩石中晶质、非晶质SiO2 经水解形成偏硅酸，进一步离解以迁移；二是以胶态，呈SiO2 胶体在水中迁移，当水所处的地球化学环境由还原转变为氧化环境时就在排水孔口以胶体沉淀。

根据水质化验成果，作为主要补给源的坝前库水呈中性至弱碱性，pH 值为7.0～7.7；离子态含量不高，在4.00～6.30mg/L之间。区内地下水中相应组分含量一般也在此范围内，变化不大；仅少数孔中含量有所增加如灌2-3 孔达7.97mg/L，灌2 C1孔达7.25mg/L等。其中，灌2-3孔地下水中含量较高，是与近年来坝基帷幕局部补强、导致区内水质由弱酸性（20世纪80年代pH 为6.47）变为碱性、强碱性相关（灌2-3 孔现场实测水pH值为10.28）。SiO2的溶解度大小与溶液的pH 值有关：pH＜9时，其溶解度小且与pH 值无关；而pH＞9 时，溶解度随pH 值的增大而加大。灌2 C1孔溢流源自右岸坡岩体侧向径流补给，水中含量与右岸绕渗孔含量相近（如1966 年右4～6 号，8 号等含量在5.0～10.0mg/L之间）或略高一些，这说明水中的SiO2迁移量不大。

不同孔位析出物中的SiO2含量，也可以从一个侧面反映相应部位地下水中SiO2胶体的迁移程度。在1990 年分析的试样中，灌3-2 孔位析出物中SiO2含量达29.89%，成为其主要的成分，而与该孔位地下水中含有较多的离子态相一致，反映出该孔位地下水中的SiO2的迁移量确实较大。但近期（2001 年）开展的采样化验分析成果（表7.5.5）表明，灌3-2 样中SiO2含量已降至4.0%左右，此与近年来采取的工程措施相关，如帷幕补强、排水孔改造等补强工程。显然，由此明显地减少了区内地下水溶液中的SiO2的迁移量。因此认为，右坝肩部分坝段基础页岩夹层，于近期内总体上不存在由硅的迁移而形成泥化层的条件，仅个别地段（灌2 C1）水中硅的迁移量大一些。

右坝肩部分坝段基础发育的F0、F1两条断层是区内存在的另一地质薄弱体，因而也有必要从岩体渗透稳定性的角度来探讨区内析出物与这一地质薄弱体之间的潜在关系。

从地质构造上，右岸坝基岩层处于倒转背斜的一翼，岩层呈陡倾角状分布，倾角达60°～80°，小型断层、节理发育，穿过坝基且影响较大的F0和F1两条逆断层，倾向NW，倾角65°左右，之间近似平行呈NE—SW向延伸。F0出露在2号、3 号坝段坝基，F1出露在5 号、6 号坝段坝基，其平面分布形态见图7.5.1。

F1断层于坝基直接出露在5 号坝段1 号排水廊道内，向NE延伸至6 号、7号坝段，向SW延伸至4号坝段。沿线设排水孔13 个，均分布在5 号、6 号坝段内。F1-5是F1断层在5 号坝段内的直接出露点。为确保大坝基础的稳定，对F1断层曾进行了多次工程处理，如设防渗井及补强处理等。

根据原型观测资料，F1断层带具有如下水文地质特征：①流量在7.0～10.0ml/s之间（实测时段：2001 年1～9 月），反映出该断层带物质具有一定的透水性；②水质呈弱酸性，pH值为5.97～6.06，为低矿化淡水。从水质特征看，此与来自右岸坡灌C1排水孔水质相近，而与坝前50m高程的库水则不相同（如水的pH值、硬度及电导率等），说明F1-5渗水主要是接受岸坡裂隙水的侧向补给；③F1出露点、F1-5渗水口出现较多棕红色析出物，同时沿F1断层带一线有5 个排水孔（6 号坝段5 号、6 号、7号、8号孔及5 号坝段1 号孔）孔口均出现此类析出物。

这里，也从水质、析出物以及断层带物质这3 个方面来探讨析出物对区内岩体渗透稳定性的影响。

1）根据F1断层带渗水水质，水中Ca2＋、Mg 2＋含量甚少，但SiO2含量达10.10mg/L而高于区内其他排水孔位，反映沿此断层带渗流水中SiO2的迁移量较多。

2）根据析出物成分，沿该断层带出露的析出物中，SiO2含量达14.57%～22.20%；Al2O3含量也较丰富，3.35%～8.52% （表7.5.5 中编号12～15）。根据近期的化验分析成果，该断层带析出物中，SiO2含量达7.88%～8.00%；邻近的1-6 6 排水孔口析出物中SiO2含量也达7.20% （表7.5.5中编号：4，8，3）。同以往类似分析成果相比较，近期该断层带析出物中SiO2含量呈降低之势，此与近期对该断层实施的补强工程有关。

3）根据F1断层带岩性，断层泥为灰色，经化学成分分析（见表7.5.4），SiO2是主成分，对该断层实施补强工程之前析出物中的较高含量SiO2则源于此；但断层泥中Fe2O3含量甚少，仅1.81%，故认为F1-5析出物中的主成分铁的来源应是页岩层。

综上分析可以得出，区内F1断层带物质及上盘页岩受到了弱酸性水的化学潜蚀，由此引起了岩石性状的改变甚至在上述地质薄弱体部位产生了局部的泥化，应引起重视。