就坝基析出物对基础帷幕体防渗效果的影响而言，宜从两个方面展开研究。①从微观的方面展开，一般包括环境水质、幕后地下水析钙量以及幕后析出物中是否含有其他特殊物质（如化灌材料）等；②从宏观的方面展开，通常包括幕后排水量、扬压力的大小变化及其与环境量之间的相关性分析等。显然，开展上述微观方面的研究有助于揭示坝基析出物对于帷幕体防渗效果产生影响的机理，而开展上述宏观方面的研究则有助于判定坝基析出物的形成及其演变的某一时期对帷幕体防渗效果产生影响的程度。

7.5.2.1　幕后地下水析钙量估算

由多个工程实例分析表明，蓄水条件下作为坝基地下水重要补给源的坝前库水具有溶出型侵蚀作用，从而使溶解—沉淀作用成为坝址渗流场内液—固相之间发生物质转移的最为普遍的方式之一。这样，通过与补给源相比较，可以根据幕后地下水中某种或某些成分的增量来估算来自固相的相应物质的迁移量。

幕后地下水的析钙量（可以CaO 表示）通常有3 个来源：一是补给源；二是与之相接触的岩石，如岩体结构面中的钙质胶结物、方解石细脉或方解石薄膜的溶解作用；三是帷幕体中水泥水化产物（如Ca（OH）2 等）的溶失。显然，在具有软水特征的环境水的作用下，必然使帷幕体中诸如Ca（OH）2 一类水泥水化产物处于非稳定态而被溶出，从而导致帷幕体的防渗效果产生衰减。这样，我们就可以用幕后地下水的析钙量这个指标来反映基础帷幕体的防渗时效。

考虑到对幕后地下水析钙量具有贡献的可能有多种来源的物质，此可采用化学计量方法来加以分离，也可采用多元统计分析方法建立水质模型来加以解释。这样，可采用如下表达式确定源于基础帷幕体的析钙量ΔC：

式中：ΔC′为幕后地下水中总的析钙量，在数值上为幕后地下水中的钙含量（C″）与作为该部位地下水的补给源中相应物理量（C′）之差（mg/L）；k （≤1）为折减系数，以反映对幕后地下水析钙量具有贡献的其他来源的物质所占的份额（无量纲）。

根据式（7.5.1），就可以估算幕后地下水单位体积中的源于坝踵帷幕体的析钙量。显然，若有地下水质监测点位（通常为排水孔）的排水量资料，则可以估算相应部位于某时段（如1 年）内的总的析钙量。其表达式为

式中：C 为幕后地下水于某时段内总的源于基础帷幕体的析钙量（mg或kg）；l 为排水量（L3/T）；而t 为时间（T）。

显然，若有形成某坝段基础帷幕体的具体的灌浆资料，包括所用的水泥材料以及添加剂等，则可依据式（7.5.2）来推求幕后地下水中源于基础帷幕体的总的析钙量占上述坝段形成基础帷幕体所用的总的水泥浆材的百分比，并以此来推求帷幕体防渗失效的年限。这样的工作无疑是有意义的。

7.5.2.2　幕后析出物中特殊物质的检测

这里论及的幕后析出物中的特殊物质，指上述帷幕体析钙现象之外的其他物质。从理论上讲，幕后析出物中的多种无机成分（如Fe2O3、Al2O3、SiO2等）都可能与帷幕体中相应成分的析出有关，但这些物质一方面本身在环境水中的溶解度很低，另一方面此类物质在形成基础帷幕体的常态水泥中的百分比含量比较低，除SiO2含量稍高一些。因而，根据幕后析出物中的上述成分来评价基础帷幕体的防渗效果及其耐久性，其指示意义不大。但是，当形成的基础帷幕体或加强帷幕体所用的材料中含有化学材料时，对幕后地下水析出物中此类特殊物质的检测就具有很重要的意义。

对于幕后析出物中可能出现的源于化灌帷幕的某种有机质的检测，通常可采用如前所述的红外光谱测试方法。即根据特定化合物特有的标准红外光谱的主要吸收峰，通过对比分析可判定析出物试样中可能存在的有机物及其类型。此种方法曾成功地应用于对诸如龙羊峡、李家峡、白山、红石以及池潭等水电站坝址基础诸如中化—798、LW 水溶性聚氨酯一类化灌加强帷幕的防渗性能的评价。

对于幕后析出物中可能出现的源于化灌帷幕的某种有机质的检测，也可采用其他分析方法。丙凝是在我国曾经流行的一种化灌材料，并被应用于陈村、丹江口、刘家峡等水电站坝基的防渗补强工程，作为评价此类补强工程防渗耐久性的一个重要方面就是检测此类补强工程下游侧排水孔地下水析出物中是否含有丙凝凝胶一类物质。一般而言，可用色谱仪测定，前提是要有丙凝标样，但目前这一条件已不具备。丙凝含水凝胶的一般特点是：具有不溶于水、抗渗、抗挤出、高弹性、吸收膨胀性等特点，但抗压强度低，未聚合的丙烯酰胺极易溶解于水，并通过水解作用而转化为氨离子。而当水介质处于碱性时，此类水解作用将趋于强化。针对此类化灌材料具有的上述特点，可从以下方面来进行直接或间接的检测。

1）水中NH3N的含量分析，通过区内初始液（通常为坝前库水）与幕后溶出液（排水孔地下水）之间NH3N 之含量及其差异性分析，可大致地判定由上述化灌材料形成的加强帷幕中的丙凝是否发生了水解作用。显然，若幕后溶出液中含有较高的NH3N 之含量，则标志着化灌材料已发生了水解作用。

2）室内对析出物进行加碱试验，即对取自现场的析出物试样（含水）加入适量蒸馏水之后，再加入一定量的2MNaOH溶液，使之处于强碱环境，随后测定水中的NH3N。显然，若水中的NH3N含量较高，则为析出物中丙凝凝胶的水解作用所致。

3）室内对析出物进行加酸试验，在对析出物试样（含水）加入1∶1HCl使之处于强酸环境，一段时间后（2d左右）若发现析出物试样由原来的黑色变为白色絮状物，此为所含有机质发生反应的特征，而此类有机质则与所含的丙凝凝胶有关。

4）室内对析出物进行加热烘干试验，经该试验若发现处于不同温度条件下的析出物呈现不同的颜色，如低温烘干时析出物的颜色较浅，而经高温烘干之后变为黑色，则反映析出物中含有机质。上述检测方法曾成功地应用于陈村、丹江口等水电站坝基丙凝加强帷幕的防渗性能的评价（宋汉周等，1995；杨光中等，2000）。

7.5.2.3　幕后地下水宏观动态分析

蓄水条件下，幕后析出物对于基础帷幕体防渗效果的影响及其影响程度的评价，还需要结合幕后地下水动态的宏观特征的分析来进行。幕后地下水的宏观动态要素通常包括扬压力及排水量两个方面。一般而言，某时期幕后析出物对于基础帷幕体防渗效果的影响若仅反映在微观方面，那么幕后地下水的宏观动态一般是稳定的而无明显的异常；反之，若已产生相对明显的影响，那么幕后地下水的宏观动态可能呈现某种不稳定性甚至出现异常。这里，以两个工程实例为例进行探讨。

1.实例一

水口水电站位于福建省闽清县境内闽江干流。大坝为混凝土重力坝，最大坝高101.0m，坝顶高程74.0m，坝顶全长783.0m。大坝共分为42 个坝段，由挡水坝段、发电引水坝段、泄水坝段、船闸坝段、升船机坝段组成。从左岸到右岸，1～7号坝段为挡水坝段，8～21 号坝段为引水坝段，22 号和36 号坝段为泄水底孔坝段，23～35 号坝段为溢流坝段，7号坝段前沿是三级船闸的一闸首，38号坝段前沿是升船机上闸首，39～42 号坝段是挡水坝段。另外，还设有大坝灌浆廊道和排水廊道，其内各布置了一排排水孔。大坝基础岩体为中生代燕山期黑云母花岗岩。

电站主体工程于1987 年3 月正式开工，并于1993 年8月开始发电。大坝投入运行以来，也出现了源于基础的地下水析出物问题。其中，大坝灌浆廊道析出物主要出现在位于河床部位的8～38 号坝段。据统计，该廊道共有78 个排水孔出现析出物。就其颜色而言，多数为白色，出现此类析出物的排水孔达40个，占该廊道出现析出物孔数的51.28%；其次为棕红色，出现此类析出物的排水孔有28 个，占35.90%；少数为黑色，出现此类析出物的排水孔有7个，占8.97%；余为白夹黑或白夹棕红色者，有3 个孔，占3.85%。由此从一个侧面反映，蓄水条件下坝基岩体的工程特性在发生着某种变化。

投入运行以来的地下水动态观测资料表明，布于大坝灌浆廊道和排水廊道内排水孔的减压效果是明显的。区内共布置了8 个量水堰：WE1～WE8。其中，WE1～WE3 位于18坝段，以观测左坝肩坝段（1～7 号）以及厂房引水坝段（8～18号）排水量；WE4～WE6 位于29 号坝段，以观测河床部位部分坝段（19～31 号）排水量；WE7～WE8 则位于32 号坝段，以观测靠近右坝肩的部分坝段（32～42号）排水量。量水堰流量观测频度一般为1 天1 次。

表7.5.6 为最近4年（1999～2002年）来坝基排水量统计。可以得出：

1）近年来坝基总排水量在21582.2～26581.7m3/a之间，总体上保持了稳定，且年际间无明显的趋势性变化。

2）不同部位基础排水量之间存在显著差异。其中，河床部位坝段基础排水量最大，近年来在14135.2～19959.1m3/a之间，占坝基总排水量的百分比在65.49%～75.09%之间；靠近左坝肩的次之，近年来在5692.2 ～6226.4m3/a之间，相应百分比在21.41%～28.85%之间；而靠近右坝肩的最小，近年来在930.4～1782.4m3/a之间，相应百分比在3.50%～6.89%之间。总体上，各量水堰流量的年际变化亦无明显的趋势性。

表7.5.6　近年来坝基排水量统计　单位：m3

注　表中括号内为该部位流量与总排水量之百分比。

坝基扬压力是作用于混凝土重力坝的主要荷载之一。为反映坝踵帷幕体的防渗性能以及幕后排水孔的减压效果，根据设计，沿坝轴线在幕后共布置了38个扬压力观测孔，并分别以11 号、17 号、25 号、29 号、32 号这5 个坝段作为典型坝段，在每个坝段沿横向布置了4个扬压力观测孔。

图7.5.2为最近时期（2002 年）坝基扬压力于不同库水位条件下沿坝轴线分布图。由此反映：

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图7.5.2　坝基扬压力沿坝轴线的分布特征

1）坝基幕后扬压力沿坝轴线的分布总体上呈“梯形”，即在左、右岸坡部位高，而在河床部位低。

2）坝基幕后扬压力的变化与上游库水位之间具有一定的相关性，即在相对高库水位时期，幕后扬压力趋于增大；而在相对低库水位时期，幕后扬压力则趋于减小。由此表明，坝前库水确是坝基地下水的一个重要补给源。

3）局部扬压力异常（即实测值超过设计值）明显。此在位于河床部位26号坝段的Up35 孔位最为突出，即在该孔位存在一呈孤立状分布的“高水头柱”。该孔位扬压力于2002 年间的渗压系数最大值达0.46。

图7.5.3 为Up35 孔位扬压力水头与同期的库水位过程线图，反映2002年初为该孔位扬压力测值的突变时期。即在相似的库水位条件下，在这之前该孔位扬压力水头普遍较小，如小于20m，且与库水位之间的相关性很弱；而之后该孔位扬压力水头显著上升，在30m上下波动，且与库水位之间的相关性明显趋于密切。不同时期上述两者之间的相关性的定量描述见表7.5.7。由该表知，上述两者之间的相关性具有依时性变化的趋势。由此认为，与传递Up35 孔位扬压力有关的渗径中的渗流性态具有某种不稳定性。

图7.5.3　Up35 孔位扬压力水头与库水位过程线

表7.5.7　Up35孔扬压力水头与库水位之间的相关性判别

综上所述表明，水口大坝基础帷幕体的防渗效果总体上是稳定的，但局部的防渗效果似在衰减，如在Up35 孔位。关于其成因，认为区内帷幕体局部防渗效果衰减的现象与作为补给源的库水具有的软水、溶出型侵蚀作用从而导致幕后析出物的出现有关。

2.实例二

池潭水电站位于福建泰宁县池潭村上游3km的峡谷中。地处亚热带湿润气候区，年平均降水量1600mm 左右。枢纽区主要建筑物由拦河大坝、坝后溢流式厂房等组成。拦河大坝为混凝土重力坝，属二级永久性建筑物。分为13 个坝段，从左向右分别为2 号→14 号坝段，河床部位6～11 号坝段设有5孔溢洪道。大坝坝型在不同的坝段有一定的变化—位于河床部位的4个溢流坝段为宽缝重力坝型，而其余坝段则为实体重力坝型。在坝内208.5m高程处，设有灌浆廊道，并在其下游沿基岩面设有基础排水廊道。电站装机（2 台）容量为10万kW·h。

大坝于1980年初建成，并于同年投入运行。坝址基础岩性相对单一，为白垩系流纹斑岩，具流纹状构造、斑状结构。坝址岩体中主要发育如下3 组构造裂隙：①走向为N70°～80°E，倾向NW（或SE），倾角80°～90°；②走向为N20°～40°W，倾向NE（或SW），倾角70°～90°；该组结构面中局部含有方解石薄膜；③为倾角小于20°度的缓倾角裂隙。上述中，①组与河流流向一致；②组与河流流向近于正交，而与坝轴线近于平行。这些结构面互有交切或截切，而使坝址岩体具有裂隙介质的属性。

在大坝运行期间，曾针对局部出现的基础问题实施了补强加固工程。主要是针对6 号坝段扬压力问题，即在投入运行之后不久发现该坝段幕后扬压力出现异常—实测值超过设计值（α设＝0.50）。如在1983 年7月4日，该坝段Up6孔扬压力系数达0.60，当时的上游库水位为275.69m。之后，曾对该坝段帷

幕体作了化灌防渗补强加固，以LW 型水溶性聚氨酯作为化灌材料。具体实施：在灌浆廊道中心线（0＋04.0）上布置了13 个化灌孔；又在该坝段扬压力孔上游侧加密了A、B、C 3 个化灌孔，并在其下游侧布置了1 个排水斜孔。这在当时产生了明显的效果，如在1989 年6～7 月间，当库水位在276m上下时，该孔扬压力系数降至0.14。不过随后略有上升，扬压力系数达0.28。在对该坝段帷幕体作了化灌补强之后不久，其下游侧排水孔位出现了棕红色及黑色析出物（见图7.5.4）而不同于其他坝段析出物（仅为白色）。为判定析出物的物质来源，在该坝段幕后采集了4 个试样（G6-2、G6-4、G6-7 以及G6-8）。对此，除作了常规的化学成分分析以及XRD测试，还作了红外光谱分析测试。分析结果表明，这4个析出物试样中除含有大量的无机质，还含有一定量的有机质如N H、C H及C O C等基团。图7.5.5 为G6-4孔位析出物的红外光谱图。对于该图的有关解析如下：波数在3400cm－1附近，为仲酰胺（RCONH－）中N H 伸缩振动产生；在2925cm－1附近，为亚甲基（CH2）的C H不对称伸缩振动产生；在1620cm－1附近，为固态仲酰胺C＝O伸缩振动产生；在1440cm－1附近，为C H变角振动产生；而在1085cm－1以右，则为醚类化合物的C O C的不对称伸缩振动产生的。由此认为，析出物中检出的诸如N H、C H及C O C等基团与上游侧加强帷幕体中析出的化灌材料有关。由此，也为评价6 号坝段坝踵化灌加强帷幕的防渗性能及其耐久性提供了来自相关物质方面的直接证据。

图7.5.4　实例之二中析出物现场照片

（a）G6-2孔位；（b）G6-4孔位；（c）G6-7孔位；（d）G6-8孔位

图7.5.5　G6-4孔位析出物的红外光谱图

另一方面，6 号坝段幕后地下水的宏观动态也呈现了一定的变化，即具有某种非稳定性。这主要反映在幕后排水量以及扬压力的变化这两个方面。

图7.5.6 为该坝段幕后一排水孔（G6-4）近年来排水量与库水位过程线图，反映两者之间具有比较密切的相关性，即随库水位上升该孔排水量增大，反之则减小。可见，坝前库水已成为该孔位地下水的主要补给源。需要说明的是，G6-4 孔近年来排水量比较大，占相应时段坝基总排水量的50%或以上。

图7.5.6　G6-4孔排水量与库水位过程线

图7.5.7（a～d）为G6-4孔于最近4年来不同年份间排水量与库水位之间的散点图，反映该孔排水量与上游库水位之间的相关性具有阶段性变化的特点，即在1999～2000年间，上述两者的相关性为相对突变的时期，即由1999年（包括之前）的弱相关至2000 年的较密切的相关性。由此也从一个侧面表明，6 号坝段化灌加强帷幕的防渗性能似具有阶段性的变化特征，即在1999～2000年间，为防渗性能呈相对明显的衰减时期。

图7.5.7　不同年份G6-4孔排水量与上游库水位之相关图

（a）1998年；（b）1999 年；（c）2000年；（d）2001 年

近年来扬压力实测资料显示，6 号坝段扬压力（如Up6 孔）值仍偏大，个别时段的扬压力系数超过了0.30。图7.5.8（a～d）为近年来不同年份间Up6 孔扬压力与上游库水位之间的相关图，可以得出，近年来该孔扬压力水头与上游库水位之间的相关性，总体上具有随着时间的推移而密切的趋势。即由1999 年之前的“不显著”至2000 年以后变为“显著”，可见在1999～2000年之间为Up6 孔地下水动态的相对突变时期。而自2000 年以后，上述两者之间的相关程度又趋于相对的稳定时期。幕后扬压力的变化特征与上述排水量的变化具有较好的一致性。由此表明，该坝段化灌加强帷幕体的防渗性能至少出现了局部的衰减、且具有阶段性变化的特点。就分析时段而言，1999 年之前，为其相对稳定时期；在1999～2000年间，为其相对明显的衰减时期；而之后，又处于相对稳定时期，为下一次再出现相对明显的衰减作必要的积累。

图7.5.8　不同年份Up6 孔扬压力与上游库水位之相关图

（a）1998年；（b）1999 年；（c）2000年；（d）2001 年