肖海波，侯波，赵开开

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024）

抽水蓄能电站是具有调峰[1]、抽水填谷、频率调整、事故备用等多用途的调节电源，是电力系统电源结构中不可或缺的组成部分，为保证电力系统安全、稳定起到重要作用。查明上水库渗漏问题是蓄能电站勘察的重点与难点之一。研究岩体渗透特征是查明上水库渗漏问题的关键因素，直接关系到上水库防渗型式选择、坝址区防渗标准、库区开挖方式、地下厂房位置选择、工程投资等诸多方面。

岩体渗透特征的研究方法有理论定量法、经验比拟法、水力试验法、反演法等。鉴于压水试验具普遍性、规范性等特点，利用压水试验研究岩体的渗透性越来越受到广泛重视[2]。王媛[3]、张莉丽[4]、王锦国[5]、王新峰[6]等学者通过压水试验资料对岩体渗透性做了有益探讨。本文以沂蒙抽水蓄能电站为例，从地下水位分布特征、压水试验数据、渗透稳定性等因素，综合分析研究区岩体渗透特征。

1 研究区工程地质环境概况

1.1 地形地貌

沂蒙抽水蓄能电站地处蒙山山脉东南部，区内地面高程150～800 m，属中低山～丘陵地貌。上水库位于刘家寨久俺沟上游沟脑处，冲沟发育方向约为SE132°，谷底高出鲁峪沟下水库河床约400 m，库区地形较宽阔平缓，坝址处沟谷呈“V”字型，两岸地形坡度为22～35°，正常蓄水位606 m时宽度为537 m，库区天然地形条件较好，见图1。

1.2 岩性及构造

研究区基岩为晚太古代五台期峄山超单元的片麻闪长岩和花岗闪长岩，第四系地层分布于沟底及山坡上。地质测绘及勘探共揭示17条断层，走向为NW、NEE、NE向，破碎带宽度一般为0.2～0.5 m，断层主要由断层泥、碎裂岩、碎块岩等组成，以陡倾角为主，断层规模较小。

裂隙主要发育NEE、NE、NW向三组，以中陡倾角为主，约占95%，缓倾角裂隙发育较少，约占5%，见图2。

图1 上水库三维地质模型Fig.1 Three-dimensional geological model of the upper reservoir

2 地下水分布特征

图2 裂隙走向玫瑰花图Fig.2 The cracks rose diagram

研究区地下水按赋存方式可分为第四系孔隙水和基岩裂隙水。据钻孔长期观测资料可知，历年最低地下水位集中于5、6月，其中环库分水岭地下水埋深最大，受自然条件降雨补给影响大，涨幅大；库内及库外岸坡地下水埋深中等，涨幅中等；库底地下水受库周地表水和地下水补给，地下水埋深小，涨幅亦最小，见表1。

在天然条件下，研究区地下水的循环特征主要受地形地貌、地质构造和气候条件影响，补给来源为大气降水，径流主要受地形控制，以泉和蒸发的方式排泄。地下水分水岭与地表分水岭形态基本一致，库内地下水排泄方向总体由北向南，见图3。

表1 研究区钻孔地下水位长期观测成果统计表Tab.1 Long-term results of the statistics of the groundwater level observation by drilling in the study area

图3 地下水等水位线图Fig.3 Groundwater isopiestic line

3 岩体渗透特征探讨

3.1 压水试验结果

岩体透水性与岩性、构造、风化、卸荷程度等密切相关，研究区共布置39个钻孔，压水试验段数共计573段。根据钻孔压水试验资料的统计结果分析，研究区岩体以弱、微透水为主，占总压水段数的99.0%，中等透水岩体仅占0.7%（见表2）。坝址左岸岩体透水率1 Lu下限埋深36～90 m，谷底埋深25～33 m，右岸埋深37～55 m。

3.2 不同风化状态岩体渗透性分析

据钻孔压水试验资料统计分析，随着深度的增大，岩体透水性逐渐减弱（见图4）。一般断层带、裂隙密集带等部位岩体透水率较大，如ZK1钻孔内揭露的断层f8处q值为5.2 Lu。

表2 上水库（坝）区岩体透水性统计表Tab.2 Rock mass permeability statistics

由图4可知，岩体的渗透性总体随钻孔深度的增加而减小。在深度0 ～30 m地段，岩体的透水率在1.5 ～7.8 Lu，该段岩体呈强 ～弱风化，裂隙发育；在深度30 ～55 m地段，岩体的透水率在1.0 Lu左右，该段岩体呈弱 ～微风化，裂隙较发育；在深部地段，岩体呈微风化 ～新鲜，岩体的渗透性变化很小（断层发育部位除外）。剔除离散性较大的数据，统计不同风化状态岩体的透水率可知（见表3），强风化岩体透水性较强，透水率q平均值为5.55 Lu；弱风化岩体q值平均为2.11 Lu；微风化岩体q值平均值为0.76 Lu。

图4 岩体透水率q与深度关系图Fig.4 Relationship between the rock mass permeability rate q and depth

3.3 岩体渗透性随深度变化特征

在统计钻孔压水试验数据时，首先应对异常数据进行处理。剔除地表段透水率异常值、断层和节理密集带段透水率高值，绘制透水率与深度的关系曲线，见图5。

通过拟合运算，求得研究区透水率与深度拟合曲线方程为：

式中，y为透水率，Lu；x为深度，m。

拟合曲线方程回归系数R2=0.701，回归系数较小，是由于研究区岩体透水率较为集中。由图5表明，在埋深40 m以下，岩体透水率多小于1 Lu，透水率与深度关系曲线图趋于平缓。如按透水率1 Lu作为防渗控制标准，研究区一般地区防渗深度为55 ～60 m。

3.4 岩体渗透稳定性分析

坝址区钻孔共进行223段压水试验，总计1113.9m。统计可知，坝址区P－Q曲线类型以A（层流）型为主，占55%，B（紊流）型占18%，C（扩张）型占7%，D（冲蚀）型占1%，E（充填）型占19%，见表4。

图5 透水率与深度关系曲线图Fig.5 Relation between the permeable rate and depth

由表4可知，坝址区P－Q曲线C型和D型比例最少，占8%，二者表示岩体裂隙产生变化，其中：C型表示在试验压力作用下裂隙状态产生变化，岩体渗透性增大，但这种变化是暂时性的、可逆的，随着试验压力下降，裂隙又恢复到原来状态，呈现出一种弹性扩张性质。C型主要集中于陡倾角裂隙发育区，岩石轻微蚀变，透水率为0.62 ～4.00 Lu，平均值为2.11 Lu，属弱透水；D型表示在试验压力作用下裂隙状态产生变化，岩体渗透性增大，这种变化是永久性的，不可逆的。坝址区仅有两处试验段曲线类型为D型，该段岩芯劈裂，见岩石轻微蚀变，透水率为0.43 ～0.67 Lu，平均值为0.59 Lu，属微透水。因此，在压水试验压力下，研究区裂隙不会产生较大变化，坝址岩体不会产生渗透破坏。

表4 坝址区P-Q曲线类型汇总表Tab.4 P－Q curve type summary in the dam area

4 结论

1）研究区环库分水岭地下水埋深最大，受自然条件降雨补给影响大，涨幅大；库内及库外岸坡地下水埋深中等，涨幅中等；库底地下水受库周地表水和地下水补给，地下水埋深小，涨幅亦最小。

2）强、弱风化岩体透水性较强，以弱透水为主；微风化岩体以微透水为主；断层带、裂隙密集带等部位岩体透水率较大。

3）岩体渗透性随着深度的增加而逐渐减小，拟合透水率与深度的关系公式，为防渗设计深度提供依据。

4）坝址区P-Q曲线类型以A（层流）、B（紊流）型为主，C（扩张）型和D（冲蚀）型比例最少。在压水试验压力下，研究区裂隙不会产生较大变化，岩体不会产生渗透破坏。

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