断层带影响下的透阻水性质分析与应用

在工程水文地质界，几乎普遍认为，断层带的透阻水性质与断层的力学性质有关：张性、张扭性断层是透水的；压性、压扭性断层是阻水的；扭性断层是微透水的；断层交互带是透水的。这些分析从大体上说是对的，但在水工设计中要依此进行地基处理，尚有许多情况值得研究：在纯坚硬地层中发育的何种性质的断层，其断层带尽管其中的压性、压扭断层挤压紧密，由于岩体运动的不均衡、不同步，因而总是在岩体内留下可以透水甚至透浆的空洞。也就是说，我们不能把这些断层带视为阻水断层；在较软岩或软岩中发育的张性、张扭性断层，由于该类地层在运动中常以变形为主，发生破碎孔洞的情况是极为少见的，它即便透水也是极微弱的；在断层交互带内，不一定都具有较强的透水性，而是要看它的母岩情况，发育在纯坚硬岩体内，无疑是透水的；发育在较软岩或软岩内，最坏的情况是具有弱透水性，但在大多数情况下不具有可灌性。现仅用以下举例来说明断层带的透阻水性的利用问题。

【例16-1】 工程的一岸，由透水的细砂岩和微（不）透水的泥质粉砂质组成。在透水的细砂岩内有多组构造裂隙，各组构造裂隙的透水率均不相同，构成了岩体透水性的各向异性。

在该工程的岸边上分布有一条规模较大的断层，沿断层走向上，分布有数米厚且不透水的断层泥，它的分布高程受地形影响，有的地方被侵蚀掉了，有的地方甚至分布到水库正常高水位以上。在断层两侧均分布有较宽厚的断层影响带。在由砂岩组成的影响带内，有各向同性透水性；在由粘土岩组成的影响带内，几乎是不透水的。在垂直断层走向方向上是不透水的，而两侧影响带内，仍为层状透水岩组。

由于种种原因，在分析计算水库渗漏量时，误把被侵蚀的阻水断层当成没有被侵蚀的、在正常高水位以下都有分布的情况，因而大大减少了水库向库外的渗漏量。实际上，情况正如图16-2所表示的那样，水库水在没有断层阻水的地方，向库外产生了渗漏。从图上可以看出，如果阻水的层状地层向库内倾斜，那么渗漏情况就大不一样了。

图16-2　水文地质剖面示意图

T11—T12—细砂岩、粉砂岩及钙泥质粉砂岩；T13-1—硅质细砂岩；T13-2—泥质细砂岩；T14—硅质细砂岩；—硅质砂岩与粘土质粉砂岩互层；F—错动带为泥的断层（黑线粗）

对层状透水岩体引起的水库渗漏似乎水工设计与水文地质人员都有一个一定要漏水的认识，都同意设置防渗帷幕和排水廊道等渗控工程。但是，水工人员对透水岩体各向异性以及陡于80°倾角的构造裂隙对铅直孔灌浆的可灌性认识不足，没有同意作者提出的用有一定倾角的斜孔进行灌浆，而采用了少部分斜孔灌浆和大部分的铅直孔灌浆。斜孔灌浆的坝肩部分，观测资料表明，阻水效果良好，而不考虑水文地质条件的灌浆部分，产生了令人不安的渗漏量。

在水库蓄水引起层状透水地层具有承压水性质的条件下，即使在新防渗设计中，采用斜孔灌浆，但由于水文地质条件变化，斜孔排水能否奏效尚不能肯定。著者认为，最好把被侵蚀掉阻水断层的地方，把直接与库水接触的透水的T1

4、T15、T1 5-2的硅质砂岩，用防裂缝的纤维喷射混凝土，将其封堵起来，也可能是最佳的选择。(www.xing528.com)

【例16-2】 某坝1985年建成，所有坝基都是由具有明显层面的砂岩与粉砂岩互层组成。层面上富积了许多云母薄片。粉砂岩中有闭合的微细裂隙；砂岩中除了有窄的裂隙以外，还有宽裂隙在较长的范围内分布。它们形成了各向异性的渗透性（图16-3）。

图16-3　断层错动带比防渗帷幕还要阻水的示意图

有一条断层斜交于坝基。断层错开了由早三叠纪斑砂统砂岩和中更新世未胶结的砂层（图16-3），这类砂层从表面上看是强透水的。因此，进行了防渗帷幕处理。到现在水库已经运转了17年并且进行了地下水的长期观测，发现中更新世含泥沙层组成了断层带，由于含泥且挤压紧密，其渗透性很低，甚至比帷幕体的渗透性还要低。通过断层带的阻渗，使渗透水头降低了约80%。如果坝基在未进行防渗处理之前就查清了这些水文地质条件，这样的坝基防渗处理，完全没有必要进行。含泥砂层的错动带本身就是一道很好的防渗帷幕。

图16-4　超比例降低扬压力示意图

1—砂岩；2—粉砂岩；3—糜棱岩；4 — 剩余水头分布线

【例16-3】 修建在砂岩（硬岩）与粉砂岩（较软岩）互层上的某坝，岩体露头和岩心都表明它们的层面是闭合的。砂岩中的构造裂隙是张开的，而发育在粉砂岩中的构造裂隙是闭合的。对这样硬软岩互层进行渗透性调查是很困难的。单独对砂岩进行的WPT（压水试验），其渗透率大到60Lu（吕荣值），它是强透水的；而单独对粉砂岩进行的WPT，其渗透值很小，几乎是不透水的。这些互层是等斜褶皱的组成部分。粉砂岩层沿着褶皱轴产生了层间剪切，形成了不透水的几厘米厚的糜棱岩。糜棱岩层面走向线平行于大坝轴线。这样的地质结构明显地形成了平行大坝轴线的透水与不透水层的互层。坝基渗漏量只有0.5L/s（坝高50m，坝长300m），因而未进行防渗处理。这个决定不仅是根据渗漏量较小的原因，而主要是根据坝基下在预备灌浆的廊道周围的观测资料而决定的。图16-4 表明，廊道周围有超比例降低水头的现象，仅几厘米厚的糜棱岩，就可降低约70%的水头。这种有利的水文地质条件，在防渗处理中，完全有必要加以考虑和利用。

从上述例子分析可知，坝基防渗处理，不能仅根据基岩体的渗透性大小，而且还要考虑坝基的具体水文地质结构，只有这样才能作出切合实际的基础处理方案。