南山水库渗漏分析

王卫东

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

南山水库渗漏分析

王卫东

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

山西省为我国北方黄土的主要发育区，水利工程大部分与黄土有关，因此黄土的工程地质特性及水库渗漏成为水利工程规划和设计的重要因素。通过对南山水库地质勘察资料的阐述，针对水库库区、坝基地层可能产生的渗漏进行分析计算，为后序工作提供依据。

黄土发育；水库渗漏；渗漏计算；南山水库

1 工程概况

南山水库位于太谷县北洸乡白城村东南约3km的黄土台地，水库呈六边形，南北向长约350m，东西向最宽约610m。设计坝型为均质土坝，采用挖高填低的方式，开挖土料用于筑坝。水库设计库底高程838.00m，坝顶高程858.00m，正常蓄水位856.00m，设计洪水位856.89m，校核洪水位857.84m，总库容190万m3。

2 库区地质情况

2.1 地形地貌

水库库区地处太原—晋中盆地东南边缘，汾河地堑南侧。地势东南高西北低，盆地区海拔高程780～900m，沟壑较发育，沟谷切割强烈，地形切割较为破碎，地貌单元为破碎黄土塬。东南部为太岳山脉，海拔高程900～1700m，为低中山区，山势陡峻，冲沟发育。区内地处黄河流域汾河水系，汾河自北向南流经太原—晋中盆地区，其支流有潇河、乌马河、象峪河、津水河等。

南山水库位于山西省果树研究所东南约1.5km，山西省储备物资管理局仓库南侧约500m，地貌单元属山前堆积黄土台地，工程区冲沟发育，均为干沟，仅雨季有洪水。主要发育小南沟（乌马河支流）及其支沟，小南沟位于库区右侧，总体走向为N40°W，其支沟总体走向为N25°E，沟谷宽10～50m，沟底高程约837～846m，沟壑两岸高程840～869m。两岸均为土质岸坡，岸坡较陡，坡度40°～65°，局部较陡。受岸坡卸荷及雨水冲刷淘蚀影响，地表沟壑纵横，土体裂隙较发育，河谷断面呈“U”型。此外，水库下游右岸约80m有一东西向冲沟，沟内设置一排洪渠。

2.2 地层岩性

库区出露地层主要为新生界第四系中更新统洪积、上更新统坡洪积及全新统洪冲积，由老到新分述如下：

中更新统洪积：岩性主要为低液限黏土，浅红色、棕红色，土质较干，结构较密实，多呈硬塑状，夹薄层粉细砂，偶含钙质结核和砾石，厚10～60m；夹数层卵石混合土层，结构松散，分选较差，砾卵石成分为砂岩，呈次棱角—次圆状，粒径10～80mm。细粒物为中细砂，主要矿物成分为长石、石英及岩屑，厚1～5m，广泛分布于冲沟底部及两岸岸坡。

上更新统坡洪积：岩性主要为淡黄色低液限粉土，局部含粉细砂，土质较干，结构松散，呈硬塑状，发育大孔隙和垂直节理。本层厚0～5m，分布于黄土台地岸坡上部。

全新统洪冲积：岩性上部为淡黄色低液限粉（黏）土，土质较干，结构松散，厚3～6m，其下为卵石混合土，结构松散，分选较差，卵砾石成分为砂岩，磨圆度中等，呈次棱角—次圆状，厚3～5m，分布于冲沟表层。

2.3 库区土体工程地质特性

水库库底高程838.00m，以挖方为主。库区发育地层为库内谷底为第四系全新统洪冲积物，岩性上部为淡黄色低液限粉（黏）土，厚3.9～6.5m，下部为卵石混合土、级配不良砾等，结构松散，分选较差，厚0～4.5m，分布于冲沟谷底两侧及表层。库岸为第四系上更新统坡洪积低液限粉（黏）土，结构松散，含粉细砂，厚1.0～6.2m，分布于黄土台地岸坡上部，下覆第四系中更新统洪积低液限黏土，结构较密实，局部夹卵石混合土、级配不良砂透镜体，厚40～60m，在岸坡及冲沟底部分布广泛。勘察时对不同时代的土层进行了现场原位试验和取原状样进行了室内土工试验，并进行试验成果统计。

第四系全新统洪冲积岩土体：低液限粉（黏）土天然含水率3.8%～7.2%，平均值5.6%；天然密度1.68～1.74g/cm3，平均值1.71g/cm3；干密度1.59～1.68g/cm3，平均值1.62g/cm3；孔隙比0.61～0.70，平均值0.67；压缩系数av1-20.13MPa-1，具中等压缩性；垂直渗透系数9.13×10-4cm/s，水平渗透系数2.09×10-4cm/s，具中等透水性；黏粒含量12.1%～16.7%。粉土质砂天然含水率3.9%；天然密度1.68g/cm3；干密度1.62g/cm3；孔隙比0.66；压缩系数av1-20.13MPa-1，具中等压缩性；垂直渗透系数3.34×10-3cm/s，具中等透水性；黏粒含量11.9%。

第四系上更统坡洪积岩土体：低液限黏（粉）土天然含水率3.5%～11.4%，平均值7.3%；干密度1.32～1.67g/cm3，平均值1.49g/cm3；天然压缩系数0.07～0.22MPa-1，平均值0.15MPa-1，具低—中等压缩性；饱和压缩系数0.50～0.76MPa-1，平均值0.63MPa-1，具高压缩性；垂直渗透系数5.82×10-5cm/s，具弱透水性；饱和抗剪强度指标，凝聚力11.6～13.8kPa，平均值12.7kPa，内摩擦角22.0°～23.0°，平均值22.5°。粉土质砂天然含水率3.5%；干密度1.57g/cm3；天然压缩系数0.14MPa-1，具中等压缩性；饱和压缩系数0.29MPa-1，具中等压缩性。

第四系中更统洪积岩土体：低液限黏土天然含水率4.1%～12.6%，平均值8.1%；干密度1.20～1.68g/cm3，平均值1.43g/cm3；天然压缩系数0.07～1.16MPa-1，平均值0.39MPa-1，具低—高压缩性；饱和压缩系数0.18～1.01MPa-1，平均值0.60MPa-1，具中等—高压缩性；垂直渗透系数1.85×10-5～2.72×10-4cm/s，平均值7.89×10-5cm/s，水平渗透系数2.60×10-5～8.78×10-5cm/s，平均值5.69×10-5cm/s，具弱透水性。

3 库区及坝基渗漏

水库区地下水类型为松散岩类孔隙水。地下水主要接受大气降水补给，自上游向下游径流排泄。地下水主要赋存于第四系全新统洪冲积卵石混合土（级配不良砾）中，其富水性主要受颗粒大小、级配和地层结构等控制，一般富水性较好，但局部因含泥量增大，富水性变差。

库区松散岩类孔隙水具有统一的地下水位，勘察期间坝址区地下水埋深一般在15～20m。据钻孔注水及探坑渗水试验，库区全新统洪冲积卵石混合土的渗透系数为12.3～25.2m/d，平均值为17.7m/d，具强透水性。

3.1 库区渗漏

库区838.00m高程以下出露地层岩性为全新统洪冲积低液限粉（黏）土、粉土质砂、卵石混合土与中更新统洪积低液限黏土。

全新统洪冲积：低液限粉（黏）土、粉土质砂垂直渗透系数9.13×10-4～3.34×10-3cm/s，平均值2.13×10-3cm/s，属中等透水层，厚3.9～6.5m；卵石混合土层渗透系数12.3～25.2m/d，属强透水层，厚0～4.5m。

中更新统洪积：低液限黏土垂直渗透系数1.85× 10-5～2.72×10-4cm/s，平均值为7.89×10-5cm/s，属弱透水层，厚40～60m。

全新统洪冲积上部含砂低液限粉（黏）土、粉土质砂具中等透水性，且局部厚度较薄，水库蓄水后，将通过该层与下部卵石混合土产生库底渗漏。由于库区地层具有一定的透水性，区内地下水位埋藏较深，水库蓄水后存在向库底的永久渗漏问题。

根据库区地层分布情况，综合考虑库区地形地质条件，第四系全新统洪冲积物上部为淡黄色低液限粉（黏）土，厚3.9～6.5m，下部为卵石混合土、级配不良砾等，结构松散，分选较差，厚0～4.5m，当水库库底开挖到高程838.00m时，库底大部分第四系全新统洪冲积卵石混合土、级配不良砾将被全部挖除或挖除一部分。

经测算，库底渗漏剖面总面积约5380m2，其中第四系全新统洪冲积物渗水面积约250m2，第四系中更新统洪积低液限黏土层渗水面积为5130m2。全新统洪积含砂低液限粉（黏）土与卵石混合土的渗透系数取加权平均值3.0m/d；中更新统洪积低液限黏土的渗透系数取7.89×10-5cm/s，即0.07m/d。

根据达西定律计算得，在正常蓄水位856.00m时，库底渗漏量为332.7m3/d。从渗漏计算中可以看出，全新统洪冲积含砂低液限粉（黏）土与卵石混合土为坝下主要渗漏地层。建议对库底进行防渗处理，可考虑用中更新统洪积低液限黏土铺盖碾压或铺土工布等方法。

3.2 坝基渗漏

坝基地层主要为第四系上更新统、中更新统低液限粉（黏）土，过沟段为全新统洪冲积低液限粉（黏）土、卵石混合土。据原状样土工试验及探坑渗水试验资料，全新统低液限粉（黏）土的渗透系数为2.45× 10-4cm/s，具弱透水性；卵石混合土的渗透系数为12.3～25.2m/d，具强透水性。上更新统坡洪积低液限黏土的渗透系数为3.04×10-4cm/s，中更新统洪积低液限黏土的渗透系数为6.04×10-5cm/s，具弱透水性。

水库蓄水后，卵石混合土层构成坝基主要渗漏层位，第四系低液限粉（黏）土也存在一定渗透性，坝基存在渗漏问题。采用下式对坝基渗漏量进行估算。

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