李家湾水库渗漏分析

山西水利
2017年7月
李家湾水库渗漏分析
陈
钰
（山西省水利水电勘测设计研究院，山西
太原030024）
［摘要］小型水库蓄水产生的渗漏问题，对前期设计、库岸稳定、中期施工、项目投资存在较大影响。

阐述了李家湾水库坝址区地形、地貌及工程地质条件，对可能引发渗漏问题及渗漏因素进行了分析、评价，对可能发生渗漏的位置及其渗漏量进行了判定和估算，提出了工程处理建议。

［关键词］坝基变形；坝基渗透；坝肩渗漏；防渗处理；李家湾水库［中图分类号］TV62
［文献标识码］C
［文章编号］1004-7042（2017）07-0029-02
李家湾水库为大水网中部引黄工程的调蓄水库，地处山西省忻州市保德县，位于南河沟乡李家湾村东南约1km 小河沟河的左岸支沟内，是一座以工业用水
为主，兼顾灌溉的小型水利枢纽工程，水库总库容448.2万m 3。

李家湾水库位于保德县典型的梁峁状黄土地貌单元中，坝址区主要存在坝基渗透变形，坝肩渗漏、黄土湿陷性及边坡稳定性等工程地质问题。

1坝址地形概况1.1地形地貌
坝址位于李家湾村东南约1km 小河沟河左岸支沟内，沟口淤地坝上游42m 处。

坝址区山梁高程1215～1245m ，沟谷因修建淤地坝造地，地形较宽阔平坦，地面高程1135m 左右，相对高差80～110m ，谷底宽26～55m ，坝轴线处宽40m ，为“U ”型谷，两岸自然坡度12～60°。

属典型梁峁状黄土地貌。

左岸为单薄山梁，坝轴线处山梁底宽232m ，紧靠坝轴线下游存在一小型滑塌体；右岸同为单薄山梁，坝轴线处山梁底宽320m ，坝轴线上下游各发育一小型冲沟。

沟谷方向为N35°W ，无流水。

1.2地层岩性
坝址区发育地层岩性主要为古生界奥陶系上马家沟组碳酸盐岩和新生界上第三系、第四系松散堆积物，现根据各地层岩性特征由老至新分述如下：
奥陶系上马家沟组（O 2s ）：下段灰黄、黄绿色角砾状泥灰岩、泥灰岩，厚25～35m 。

中段青灰、灰白色厚层灰岩夹豹皮状灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩，厚140～150m 。

上段上部灰、深灰色中厚层灰岩、局部夹黄绿色白云质泥灰岩，底部为5～8m 厚的泥灰岩、泥质灰岩，厚40～50m 。

坝址区范围内中段及上段地层出露。

上第三系上新统（N 2）：棕红色低液限粘土、含砾低液限粘土夹数层钙质结核、卵石混合土层，底部有4～
5层单层厚度约1m 左右的胶结状砾石层。

厚10～65m 。

第四系上更新统洪积（Q 3eol ）：灰黄色低液限粉土、砂质粉土，发育大孔隙，垂直节理，结构松散，质地均匀，厚10～55m 。

淤积（Q L ）：淡黄色低液限粉土，结构松散，水平层理发育。

主要分布于区内河谷内，为淤地坝淤积而成，厚0～10m 。

人工堆积物（Q s
）：岩性主要为低液限粉土，分布于区内黄土沟谷内，为人工修建淤地坝而成，厚0～15m 。

1.3地质构造
坝址区范围内多被松散堆积物覆盖，基岩仅在近坝址区下游沟底出露，为奥陶系中统上马家沟组地层。

地质构造简单，未发现大的褶曲和断层，主要构造形迹是节理裂隙，岩层呈单斜构造。

岩层产状为N0～5°E/NW ∠6～13°，岩体中节理裂隙较发育，主要有三组，其产状分别为：N11～25°E/SE ∠78～82°；N22～32°W/SW ∠75～80°；N62～80°W/SW ∠75～80°。

节理裂隙多为高陡倾角裂隙，裂隙面较平直，裂隙张开，宽度5～60mm ，方解石充填。

坝址区不良物理地质现象主要为两岸土质边坡坍塌。

1.4水文地质
坝址区内地下水类型有松散岩类孔隙水和碳酸岩类裂隙岩溶水两种类型。

2
坝址工程地质条件及评价
坝基覆盖层上部为淤地坝淤积（Q L ）低液限粉（粘）土，厚约10m 左右，向两岸逐渐变薄；其下为上第
技术与应用·2017年第7期
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SHANXI WATER RESOURCES
山西水利同时设置清水池和高位水池时，清水
池可按最高日用水量的10%~20%设计，高位水池可按最高日用水量的10%~20%设计，有效容积应为最高日用水量的20%~30%，因此确定1号、2号水池的蓄水容积均为100m3。

根据场地情况，型式定为方形混凝土结构。

采用国家建筑标准设计图集，图集号05S804-32-38，内径5.6m×5.6m，深3.5m，全部埋于地下，顶部覆土1m以防冻。

根据管道走向、现场排水走向确定进水口、出水口、溢流口位置，按照图纸示意要求及输水管道直径确定预埋管件具体位置及规格型号。

［作者简介］郭振军（1979-），男，2005年毕业于华北水利水电学院工程管理专业，工程师。

［收稿日期］2017-05-12；［修回日期］2017-06-27
三系上新统（N2）上部厚2m左右的含砾低液限粘土层，土质不均，下部为厚约10m的低液限粘土层；下伏基岩为奥陶系中统奥陶系中段（O2s2）灰岩夹豹皮状灰岩、泥质灰岩。

可能存在坝基渗漏、绕坝渗漏等渗漏问题。

2.1坝基渗漏
建基面以下地层为上第三系上新统（N2）低液限粘土层。

下伏基岩为（O2s2）灰岩、豹皮状灰岩。

坝基地下水位埋深较深，勘察期间未发现地下水。

依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录Ｇ，土的渗透变形判别进行。

低液限粘土为粘性土，其渗透变型类型为流土。

低液限粘土流土的临界水力比降采用公式（1）计算：
J cr=（Gs-1）（1-n）（1）根据试验资料，低液限粘土孔隙比e=0.721，孔隙率n=41.9％，土粒相对密度Gs=2.72。

计算得低液限粘土临界水力比降J cr=0.99。

坝基土的允许水力比降等于临界水力比降除以安全系数，安全系数取2。

综合各种因素考虑低液限粘土J cr=0.50。

低液限粘土层渗透系数为0.59×10-6～2.3×10-5cm/s，平均值1.2×10-5cm/s，具极微～弱透水性，厚度10m左右。

下伏基岩为（O2s2）灰岩、豹皮状灰岩，多具中等透水性。

低液限粘土为相对隔水层，坝基不存在渗漏。

2.2坝肩绕坝渗漏与稳定性
2.2.1左岸渗漏
水库正常蓄水位1172m。

水库左岸正常蓄水位以下发育地层岩性上部为第四系上更新统风积（Q3eol）低液限粉土；下部为上第三系上新统（N2）低液限粘土、含砾低液限粘土夹卵石混合土。

（N2）低液限粘土层被（Q3eol）低液限粉土滑塌体所覆盖，未出露，据钻孔揭示低液限粘土层顶面位于正常蓄水位以下。

据库区岸坡试验资料（Q3eol）低液限粉土水平渗透系数K v=1.83×10-4～13.15×10-4cm/s，平均值5.76×10-4cm/s，大值平均值7.92×10-4cm/s属中等透水性，低液限粘土层为相对隔水层。

左岸左侧存在单薄山梁，且为低临谷，谷底高差为12m左右。

因此左岸渗漏类型为单薄山梁渗漏，库水向左岸边山方向沿低液限粉土层产生一定程度
的渗漏。

库区渗漏量估算采用《水利水电工程地质手册》（P699）公式（2）、（3），均一岩（土）体分水岭渗漏量计算：
q=k×H1-H2
L
Δh（2）
Q=q·B（3）式中：q——
—库区单宽的渗漏量，m3/d·m；
k——
—库区岩体的渗透系数，m/d；
H1——
—水库正常蓄水位至相对隔水层高度，m；
H2——
—下游河床水位至相对隔水层高度，m；
Δh——
—透水层的平均厚度，m；
L——
—库区过水部分的平均距离，m；
Q——
—库区渗漏量，m3/d；
B——
—漏水段总长度，m。

经计算，库岸单薄山梁渗漏量为471.9m3/d，需要指出的是水库运行过程中，受库区坍岸影响，山梁厚度逐渐变薄，渗漏量会逐渐增大。

2.2.2右岸渗漏
水库右岸正常蓄水位以下发育地层岩性上部为（Q3eol）低液限粉土；下部为（N2）低液限粘土夹卵石混合土。

低液限粉土层具中等透水性，低液限粘土为相对隔水层，其顶面由沟谷向右岸逐步抬升，越过正常蓄水位线。

因此右岸库水将沿低液限粉土层产生渗漏。

由于水头、透水层厚度、渗漏带宽度较小，坝基宽度较大，分析其产生的渗漏量较小。

3结语
坝址处低液限粘土临界水力比降为0.50。

低液限粘土为相对隔水层，坝基不存在渗漏。

左岸库岸单薄山梁渗漏量471.9m3/d，受库区坍岸影响，山梁厚度逐渐变薄，渗漏量会逐渐增大。

右岸由于条件限制，渗漏量较小。

建议将左坝肩低液限粉土滑塌体全部清除，将坝肩置于低液限粘土地层上，必要时进行帷幕灌浆处理。

建议将右坝肩上部低液限粉土全部清除，将坝肩置于低液限粘土层上，必要时采取防渗措施。

［作者简介］陈钰（1987-），男，2010年毕业于中国地质大学水文水资源工程专业，助理工程师。

［收稿日期］2017-05-18；［修回日期］2017-06-29
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