浅谈红层地区小型水库的常见地质病害

龚德洪

(自贡水利电力建筑勘测设计院，四川 自贡 643000)

浅谈红层地区小型水库的常见地质病害

龚德洪

(自贡水利电力建筑勘测设计院，四川 自贡 643000)

根据对自贡地区300余座小一型及小二型水库病害的分析、统计，列出红层地区小型水库的普遍性地质病害，为川南、川北以及川东地区的水库病害整治提供一点借鉴作用。

小型水库；地质病害；地形条件；建坝材料

自贡地区属于典型的红层分布区，小型水库分布的区域广，坝型多样。这些水库主要是为农业生产提供灌溉水源，也为人民生活用水和工业用水提供水源，同时为防御洪水灾害也发挥着重要作用。然而，由于各种原因，许多水库都不同程度存在一些病险问题，特别是20世纪六七十年代由民工投劳建成的水库问题较大较多，一直成为水利行业的工作重点之一。这类水库中，有的是防洪标准偏低，达不到有关规范、规定要求，有的是工程本身质量差，有的则是工程老化失修等问题。这些病险水库，不仅造成水库不能正常运行、不能充分发挥其效益，而且还严重威胁到下游人民生命财产的安全。

1 建坝材料的特点

受红层地区天然建材的料源局限，自贡地区小型水库坝型最常见类型为两种：均质土坝和条石拱坝。根据对坝体材料的成分分析，现将两类坝型之典型病害分列如下：

1.1 均质土坝

在自贡地区，均质土坝填筑材料一般系就近开采，其料源主要为侏罗系红层之强风化、弱风化砂泥岩类混表面残坡积土，经过填筑碾压而成。填筑碾压试验是坝体大量填筑前的一道至关重要的工作。土石坝通过碾压试验，以确定坝体填筑施工合理的填筑碾压参数，确保利用现有的碾压机械达到设计填筑压实标准的最优方法及控制指标的技术先进性。水库坝体属一等水工建筑物，设计压实度要求不小于98%。但按照当时的施工条件，显然达不到设计要求，且填筑材料往往级配差，多含砂岩块石甚至巨块石，虽然经过多年的自然沉降压缩，但依然不能满足相关规范要求。由此，造成的坝体病害主要有：

1.1.1 结构稳定

坝体土容重偏低，抗剪指标偏低，依据自贡地区坝体土料试验统计分析，其干密度(ρd)一般在1.55~1.65 g/cm3之间，自然密度多在1.75~1.85 g/cm3之间，浮容重与饱和容重之差过大，另外，根据对自贡地区坝体土料的多组取样试验分析，当填筑土料为砂岩石渣时，其黏聚力(c')值偏低，当填筑土料为泥岩石渣时，其内摩擦角(f')值偏低，总体来说，坝体土之抗剪指标偏低。据《碾压土石坝设计规范》SL274—2001的规定，坝坡抗滑稳定计算宜采用刚体极限平衡法，对均质坝宜采用条块间作用力的简化毕肖普法。坝坡稳定计算普遍采用理正岩土边坡稳定分析软件进行计算。当坝体土参数偏低时，在多种工况下尤其是非常工况下对坝体稳定计算较为不利。

1.1.2 渗流稳定

在渗流安全计算时，一般要达到3个目的：①确定坝体浸润线在各种工况下的位置和逸出点的高度，为复核坝坡稳定计算提供必需的资料；②计算坝体的渗流量；③计算坝体防渗土渗透坡降J，确定渗流稳定性态。渗流稳定计算所牵涉到的地质参数除坝体土之各项物理指标外，还有两个重要的地质参数：①坝体土渗透系数(K)；②坝体土允许渗透比降(JB)。根据对自贡地区坝体土料的多组取样渗透试验分析，其渗透系数一般较低，大多数在10-6~10-4cm/s数量级之间，多属土层弱透水，坝体总体渗漏量一般不大，但由于坝体土级配不均、压实度不够，因此，反映出来的现象往往是局部存在渗漏通道，形成局部渗漏，从而影响坝体稳定。

对于坝体是否会产生渗透破坏的问题，允许渗透比降是重要的参数之一，允许比降JB由临界比降JC除以安全系数得到。土体的临界比降可以通过原状土室内试验求得，也可以由式(1)近似确定：

式中：ρs：土颗粒的密度；

ρw：水的密度；

n：土体的孔隙率。

由公式(1)求得的JC偏小，大约小于试验值的15%～25%，这主要是因为在该式中没有考虑土的抗剪强度的影响(包括内摩擦角和黏聚力两个方面)，因此也是偏于安全的。由于回填土密度偏小、孔隙率偏大，自贡地区坝体土料之临界比降JC计算值总体偏小，由此带来的允许渗透比降(J允)也偏小，自贡地区其建议值一般在0.6~0.8之间。当坝体计算渗透坡降J>J允时，认为坝体有产生渗透破坏的可能性。

1.2 条石拱坝

自贡地区，条石拱坝一般为浆砌条石单拱坝，坝肩位置选择往往为相对厚重的山体，所处地层岩性也以砂岩为主。早年间所建条石拱坝，其建坝材料一般就地取材，开采附近之砂岩作为砌体条石，条石间采用水泥砂浆勾缝，受建坝材料和砌筑工艺的影响，条石拱坝往往存在以下地质病害：

1.2.1 表层风化

对侏罗系红层地区而言，其砂岩岩块一般强度较低(单轴饱和抗压强度在10~20MPa居多)，抗风化能力较弱，因此，将其作为砌体条石，往往坝体表面易受浅层风化影响，风化厚度不大，一般为0.5~3.0 cm，风化层强度低，甚至手可捏碎，现场勘察很多坝体表面出现剥落现象，形成凹槽或浅坑。随着时间的推移，其风化影响厚度将越来越深，危及坝体的安全。另外，条石间勾缝之砂浆抗风化能力也很差，受风化影响后多呈灰白色外，还伴随着掉块或脱落等不良现象。

1.2.2 坝体渗漏

在未出现裂缝的情况下，砌体条石本身的渗漏性并不强，其砂岩条石孔隙率一般多在10%~15%。坝体渗漏通道主要形成在条石与条石之间，原因基本为砂浆充填不饱满或风化开裂、脱落，上游库水沿裂缝向下渗流所致。另外，由于条石砌筑时层理平放，当石料层理明显时，也会促进渗漏。往往在坝体下游坡出现散浸现象甚至线状流水，缝隙位置植物茂盛，坝面大面积因长期流水形成钙化现象。渗漏除直接影响到水库的经济效益和社会效益外，还加速了坝体料石与水的物理化学反应，增加体积力，引起破坏效应，降低大坝能力，加速老化，最终可能危及到大坝的安全。

2 地形条件的特点

自贡从地形地貌上看，一般属浅-中切割丘陵地区，且以浅切割丘陵地貌为主，相对高差一般小于50m，其地形地貌主要受岩性及构造所控制。山丘呈桌状、馒头状或簸箕状，砂岩出露丘体其地形坡度一般较陡立，泥岩出露地带则比较宽缓。根据构造剥蚀地貌的特点，砂岩岩体抗风化能力较泥岩强，因此，在山丘中上部往往有出露，形成地区的正地形；泥岩往往埋藏在山丘中下部，形成地区的负地形。

水库岸坡物理地质现象一般以风化剥落和小规模崩塌为主，常年水位高程附近岸坡伴随有一定的塌岸现象，再加上沿库大多有新近开挖出的人工堆积层，因此来自上游的固体径流物比较丰富，松散物质进入库内，造成一定的库区淤积问题。

由于泥岩形成地区的负地形，水库库内往往以泥岩岩层为主，其地形相对比较宽缓，水库库水一般不深，库区淤积对库容的影响还是显而易见的。

3 地层条件的特点

综上所述，由于砂泥岩地层抗风化能力较弱，坝基、坝肩及库岸岩体往往属强~弱风化层，其裂隙，尤其是层面裂隙比较发育。对于砂岩岩体来说，由于其强度相对更高、脆性强，更易形成贯通裂隙，形成渗漏通道。因此，在砂泥岩地区的风化层，尤其是砂岩岩体，往往会形成坝基渗漏、绕坝渗漏的地质病害，在附近有低临谷，山体较为单薄时，还会形成一定的库区渗漏问题。总体来说，砂泥岩岩体的渗漏通透性均不强，渗漏均不算严重，可视各水库具体情况进行相应整治。

4 结束语

以上只是以自贡地区为例，对小型水库的一些常见病害，从地质角度进行简单分析，以自贡地区的实例给红层地区的水库整治提供一些参考建议。其实，各地区、各水库，其所处条件不同，病害情况也会相应变化，整治措施也不尽相同。对于小型水库的病害整治，应以科学严谨的态度、踏实的工作作风，做好各项分析复核工作，为社会经济发展提供有力支持和坚强保障。

On the red-bed area of small reservoirsof diseases common geological

Gong Dehong

Based onmore than 300mini-Zigong region type and a reservoir ofdisease in second analysis,statistics,lists the red layer of the universality of the geological region of small reservoirs of disease,as the southern Sichuan,northern Sichuan and eastern Sichuan to provide a little reservoir Disease Treatment reference.

small reservoirs;Geologicaldisease;terrain conditions;dammaterial

TV697.3

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1000-8136(2011)26-0066-02