浅论病险水库地质勘察与病害成因

袁洪昆

(云南地质工程勘察设计研究院， 云南 昆明 650041)

0 引言

水库病害问题严重的影响到人们的财产安全，而随着水利工程行业的逐渐发展，水库病害问题也逐渐被人们所重视。水库的病害问题具有稳定性和复杂性的特点，因此增加了人类对病险水库地质勘察与病因分析的难度。为了使水库病险问题得到缓解，本文主要是针对病险水库地质勘察方法进行论述，并且重点性的分析水库病害形成的原因，为保证人民的财产安全提供一些帮助，从技术上缓解水库病害问题。

1 病险水库的地质勘察

1.1 施工和运行的调查

病险水库的地质勘察具有坝基地质现象隐蔽，地质条件复杂的特点，因此病险水库的地质勘察首先要对水库工程的施工和运行进行调查。在施工和运行的期间，水库容易受到一些在外因素影响，导致一些安全隐患。譬如构筑物结构设计不科学，根基清理不充分，作业段结合部存有问题等等，此些问题大多是因为使用的建材不达标，渠道流动不合理等等因素产生。除此之外，工程在施工的时候可能会出现一些由于突发情况，这些突发情况的发生导致人们需要对某段水库工程进行应急处理，然而在处理时或许会产生部分安全问题。经过对水库建设与运营的调研，为地质勘探与病险路段的成因剖析提供一些资料的基础。

1.2 库区地质勘察

水库岸坝的稳定，水库的渗漏，以及水库的淤积问题是水库区地质勘察的主要内容。根据水库病险的程度，来选择水库的渗漏以及水库的淤积问题进行勘测，水库的岸坝稳定是必须要进行勘测。水库岸坝的稳定是水库工程的基础，近岸岸坝的稳定勘察更是尤为重要，其主要是对近岸岸坝的隐含危险进行勘察。而对于岸坝的稳固性勘察的方式通常是地质测量，铜探探究、项目钻探和槽坑中的地表探究等。

1.3 坝区地质勘察

坝区地质勘察主要分为坝体勘察和坝基工程勘察两大类。第一种是坝体勘察，坝体勘察的勘察主要是采用钻探，坑探，并探和物探等方式，通过一系列的实验来综合性的对其进行勘察，实验包括标准贯入试验，动力触探试验，结构体的岩土实验以及压(注、渗)水实验等等。坝体勘察的勘察内容主要包括了解坝体的填筑质量，坝体裂缝存在的位置、大小、形状，坝体渗漏的范围、程度，滑坡体的范围、斜面的宽度，以及施工的缺陷等等与水库病险形成的相关问题。

第二种是坝基工程地质勘察。坝基工程地质勘察是在工程地质勘察的基础上来进行地质踏勘。在进行坝基工程地质勘察之前，首先要对工程区的地形条件，施工和运行期间的岸坝险情和隐患进行了解。在了解的基础之上查清楚坝基清基的状况和坝基项目的地质状况，经过剖析坝基的项目地质问题来评判坝基项目地质问题对坝基所产生影响的大小。坝基项目地质勘测的方式与坝体勘察的方法基本相同。

1.4 涵洞工程地质勘察

(1)穿坝输水涵地质勘察。涵洞裂缝是穿坝输水涵病害勘察的主要内容，而土坝中的穿坝输水涵病害勘测的内容既包括涵洞的裂缝还包括涵洞的位置移动情况，另外还有管周坝体土的形态与浸润线的高程。勘测的方式通常为管内查探、项目钻探等。经过查清楚涵管位置移动与开裂状况，来掌握管周坝体土的渗透性能和抗冲性能。

(2)输水隧洞工程地质勘察。查明洞衬砌体或者围岩的断裂和裂缝，渗透破坏以及其他变形情况是主要的勘察内容。勘察的方法主要是洞内外观检查，工程钻探，岩土试验以及注水实验等，通过重点的勘察隧洞病险洞段，来判断洞室围岩的稳定性。

1.5 其他建筑物地基工程地质勘察

工程地质勘察的主要内容和方法是根据病险地段的程度来决定的，除了涵洞，库区，坝区的地质勘察以外，还有一些其他建筑物地基工程需要勘察，比如说溢洪道地质勘察，工程勘察的选取需要根据具体的险情决定。如果没有险情的情况下，则不需要进行勘察。对于需要重点施工的建筑物地基需要重点的进行地质勘察。

2 水库病害原因分析

2.1 库岸稳定的问题

水库投入使用的时候，一部分的水下岸坡可能会有一些不稳定体存在，这会导致在水库蓄水的早期出现坡体位移和滑塌的现象。不稳定体的形成可能是由于环境导致的，主要是地下水环境恶化所导致的，近坝不稳定体的形成会严重的危害水库的安全程度。库岸滑坡问题的形成大多是受地下水状况、岩体风化水平、第四系松散堆积物厚度、岸坡坡度等要素的影响。另外不稳定体滑动面还可能是第四系松散堆积物和基岩接触接口，也或者是岩体软弱结构面的优势面，以及全、强风化岩体中的应力集中接口。滑坡的发生大多是由于基石裂缝的水位高，部分地下水从裂缝坡漏出，并且通过松散堆积物或者基石裂缝泄露到谷底，导致了触接口抗剪强度降低，从而产生滑坡的现象。库岸滑坡常常发生在库首部分，在水库蓄水的时候表现的尤为明显。发生的原因是在水库蓄满水后，库首的水深程度最大，岸坡的地下水深最高，水压也最大，而且在离河水较高地方的岸坡岩体收到风沙化的程度最高，同时又受到润滑和软化的程度最高。

2.2 土石坝沉降问题

土石坝坝基的形成大多是由于第四系松散堆积物的堆积和保留，堆积的厚度大约为3米左右，其软弱层是特别少见的。除此之外，其堆积物的密度是较大的，一般的情况下是大于坝体填筑的密度的，由此也导致了土石坝坝基不易变形。土石坝本身因为坝体填筑不实从而导致自重固结变形是导致土石坝沉降问题的主要原因。土石坝填筑不实的原因有三个方面，包括填筑是碾压不充分，填筑时填筑的土水分含量过高，以及分段填充时施工缝的处理不当。土石坝的碾压程度通常可以通过钻孔注水试验来判断，如果碾压程度不够则在试验时会导致渗水现象严重。填筑土水含量高的问题可以通过测量填筑土的湿润程土来判断，选取合适的填筑土可以有效的预防此类问题的产生。

2.3 土石坝裂缝问题

土石坝裂缝的产生通常在平行坝轴线方向的纵缝以及垂直坝轴线方向的横缝方向。土石坝背水坡裂缝大多为纵缝，其产生的原因多为坝坡偏陡，上游和下游沉降的差异，土坝体向下游的渗透动水压力作用。土石坝的背水坡分布的有反滤排水系统，而且背水坡相较而言比较平整，因此土石坝的纵缝虽然会出现但是概率不大。土石坝的迎水坡以及坡顶出现纵缝的原因大多是由于坝坡陡峭，坝体向上游的渗透动力压以及坝体的土粘粒含量高所产生的坝土干缩所引起的。除此之外，纵缝的产生与水库长期的放水和蓄水有关，当水库放水和蓄水的时候土石坝的迎水坡部分容易出现饱水和失水的交替，这样会容易形成纵缝，严重的时候还会容易产生滑坡现象。

土石坝的横缝多为坝体的土粘粒含量高所产生的坝土干缩以及分段建筑的施工缝处理不当而导致的，除此之外坝体产生差异滑动和沉降也是导致土石坝横缝的原因之一。其中分段建筑的施工缝处理不当的产生多是由于人工挑土上坝所导致的。而坝体管道中砂的管涌流失会造成坝体差异沉降。

2.4 土石坝滑坡问题

土石坝滑坡问题的产生原因多为坝坡偏陡，坝体土剪程度偏低以及水库水位骤停所引起的。水库的大坝在截流的时候通常要采用围堰截流的方式，如果不采取措施的话有可能会导致土体水分含量高，进而出现滑坡的现象，而一但出现滑坡的情况，在处理后仍然会有裂缝和滑移的现象发生，这种现象的产生就是比较典型的坝体土剪程度降低导致的。有些水库可能会为了工程配套建设的需要，从而放空水库内的蓄水，这种情况下会导致水库的水位突然降低，水坝迎水坡土体的本来是受压状态突然转变为受拉状态，水库的渗透水压力全部转化为拉力。在这样情况下，由于水位的骤退，坝体虽然退出水面但是其依然处于饱水状态，它的抗剪程度会降低，而且坡坝在水位骤降的情况下会导致坡角不满足稳定坡角，这些情况综合起来便会导致滑坡的现象。

3.5 土石坝渗透稳定问题

放渗体的空隙过大，或者穿坝涵洞和其他构筑物差异变形而产生的渗漏缝隙是土石坝渗透问题产生的主要原因。在渗透流速大于砂或者土被水流带走的临界速度的时候，土石坝就会产生渗透破坏。除此之外，还有一些生物作用也会导致土石坝的渗透稳定造到破坏，生物作用常见的为白蚁问题，当白蚁的洞穴规模较大时，会导致汛期的时候发生重大的冲刷破坏险情，严重的导致溃坝现象。

3.6 坝基抗滑稳定问题

部分水坝坝底较窄，这类水坝叫做刚性坝，因为其接触面的抗剪性能较低，基岩优势面的抗剪力不够和坝基所承受的负载太大均会导致水库产生安全隐患，因此抗剪强度是造成坝基抗滑稳定问题的主要原因。

3.7 坝基渗透稳定问题

坝基渗透稳定问题的原因有许多，其主要原因包括岩土空隙的松散，断层软弱破碎带和破碎夹层以及岩溶洞穴等。坝基松散岩土空隙大多发生在贯通土石基坝砂砾石层中，当土坝坝基的砂砾石层在上下游坝角都露在地表，而且没有任何的截断措施，一但水位过高时就会导致坝基砂砾石层发生管涌的现象。坝基断层软弱破碎带和破碎夹层十分的容易导致坝基渗透问题，在顺河向更容易产生。而岩溶洞穴对渗透稳定的破坏不是特别严重，但是也会在一定程度上影响坝基渗透稳定平衡。

3.8 绕坝渗透稳定问题

绕坝渗透稳定遭到破坏的原因主要有两方面，一方面是由于近坝肩断层破碎带管涌导致坝肩的稳定，另外一方面是由于绕坝渗漏现象引起的，绕坝的渗漏会导致坝肩的下游深风化岩坡现象严重以及滑坡现象的产生，从而影响坝肩的稳定。

4 总结

由于水库所处的地理环境，气候，地质条件的不同，会导致不同的水库会出现不同的病害现象，同样水库施工的时期特征同样会致使部分特殊的区域性水库病害的产生。经过对病害水库的地质勘测，有效治理水库病害。而对水库的地质勘测应该依据了解到的项目结构特征和以前的地质材料开展。结合本地的地质状况来选择恰当的地质勘测方式。通过梳理归纳水库病害类型，精准剖析水库病害的成因。这样做的目的是确定水库病害程度以及为水库加固设计提供一定的技术依据，保障人民的生命和财产安全。

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