深切河谷堆积体渗透特性研究

不同成因类型堆积体由于物质组成、结构特征及分布位置不同，其水文地质条件也千差万别。由于松散介质特征及物质结构的极不均一异性，决定了堆积体水文地质条件的复杂性。堆积体一般以孔隙水或局部上层滞水的形式赋存地下水，堆积体底部以下则主要为基岩裂隙潜水，堆积体地下水与基岩地下水有密不可分的关系。堆积体区域的实际地下水渗流特征，受基岩介质和堆积体渗透性的非均匀分布影响。基岩裂隙网络强透水，堆积体为弱透水层，暴雨工况下，容易在强透水层中形成承压水，诱发堆积体失稳。局部软弱、黏土含量高的松散堆积物，可视为相对隔水带外，斜坡堆积体的局部地貌也可能造成表层地下水的复杂渗流特征，在雨水季节，饱水往往导致边坡渗流延滞，旱季多无水。岸坡(斜坡和河岸)型堆积体，地下水补给范围有限，但径流、排泄条件较好，一般处于干燥状态或地下水位较低，大部分地下水位位于基覆界面附近(如虎跳峡两家人堆积体、梨园水电站下咱日堆积体、小湾水电站饮水沟堆积体等)；沟谷型堆积体，地下水的补给条件较好，径流、排泄条件受堆积体结构特征及临空条件控制，地下水相对较丰富，甚至存在多层地下水，堆积体中下部及前缘常见地下水或上层滞水溢出(如梨园水电站念生垦堆积体等)；河床堆积体(覆盖层)，除河流水下部分长期处于饱水状态外，两岸受河流水位变化的影响，地下水位呈现季节性变化。由于深厚河床堆积体(覆盖层)常夹有相对隔水的黏土层，有时还存在承压水问题。

堆积体(覆盖层)渗透特性可用现场渗透变形试验、室内渗透变形试验、钻孔抽水试验、标准注水试验等成果的统计分析得到。岩土渗透性分级应符合相关规程规范的规定。

(1)大渡河双江口水电站坝基河床堆积体进行了渗透特性研究。开展了现场抽水试验2组及标准注水试验2组，现场渗透变形试验7组，室内渗透变形试验10组。现场渗透变形试验成果表明，渗透系数一般K=1.13×10-2～4.30×10-2cm/s，最大为4.31×10-1cm/s，最小为2.19×10-3cm/s，临界坡降一般为0.22～0.64，最大为0.86，破坏坡降一般为0.41～2.1，最大为3.52，破坏形式为管涌；室内渗透变形试验，平均扰动样渗透系数K=1.03×10-2～1.34×10-2cm/s，大者2.93×10-1～6.47×10-1cm/s，最小为1.92×10-3cm/s，临界坡降一般为0.10～0.46，最小为0.07，最大为0.70，破坏坡降一般为0.16～1.18，最大为2.30，破坏型式亦为管涌。渗透性及渗透变形试验成果表明，河床覆盖层多具强透水，渗透变形破坏型式为管涌，抗渗透变形能力差。

(2)金沙江其宗水电站坝址深厚覆盖层上部的现代冲积层以砂卵砾石为主，夹薄层状中、细砂及少量粉砂，胶结差，属强—极强透水性，渗透系数一般为0.01～1cm/s，均值为0.1cm/s。其中上部现代冲积层卵砾石质砂土层中进行的注水试验成果，渗透系数K=8.244m/d(9.54×10-3cm/s)，为中等—强透水性。中部分布的厚层粉质黏土、粉土及含砾黏土层，属湖相沉积，为晚更新世湖积物，但其胶结程度差，渗透系数一般为10-3～10-4cm/s，均值为10-3cm/s，为中等透水性。下部分布的晚更新世的冲、湖积夹洪积、崩积层，主要为卵、砾石及漂石、碎块石夹粉细砂、大块石等，成分复杂。该层以冲湖积层为主，属中晚更新世沉积物，具一定胶结，渗透系数一般为10-2～10-1cm/s，均值为10-1cm/s，为中等-强透水性。

(3)梨园水电站下咱日堆积体。对堆积物进行了现场渗透试验，包括试坑注水试验，分别对其中的表层松散岩土体(崩坡积形成的土石混合体、河流相冲积层)及冰水堆积成因的土石混合体层进行了单环注水试验。试验成果表明：表部崩积、坡积层渗透系数2.27×10-3～3.69×10-3cm/s，属中等透水；前部具层理状结构的卵砾石层渗透系数11.02×10-3cm/s，属强透水；后部冰水堆积层中具泥质胶结的冰水堆积物亦属中等透水，渗透系数为2.50×10-3～4.15×10-3cm/s，具架空结构的冰水堆积物从勘探揭露情况判断应属极强透水。在9个钻孔内共进行了40组常水头注水试验，段长3～5m。试验成果表明，堆积体的渗透系数在6.74×10-2～1×10-3cm/s之间，40组数据中有9组大于10-3cm/s，2组小于10-3cm/s。(www.xing528.com)

(4)阿海水电站坝前堆积体：在前期勘探时在冲积层中进行了23组注水试验，其中粉细砂层中11组，冲积层中砂卵砾石层渗透系数平均值为1.96×10-3cm/s，粉细砂层渗透系数平均值为7.72×10-4cm/s，属中等透水。在碛积物中进行了13组注水试验，渗透系数平均值为2.29×10-3cm/s，属中等透水。

(5)梨园水电站念生垦堆积体：据前期钻孔资料，念生垦堆积体后部地下水埋深较浅，仅8m左右。由于堆积体中部较厚，地下水埋深20～30m。据调查，原堆积体前缘可见泉水出露。根据水位观测孔资料，治理措施完成后地下水位一般比原地下水位下降10～17m。为了查明堆积体前缘部分土体的渗透性，在预可行性研究阶段进行了两组简易的渗透性试验，两组试验成果反映，一组为黏质土砾，另一组为黏质土砂。其颗粒密度为2.92g/cm3，击实功能为592.2kJ/cm3。击实时，最大干密度平均为1.94g/cm3，最优含水量平均为14.9%，渗透系数(K20)分别为3.42×10-4cm/s及4.32×10-8cm/s。同时黏质土砾主要位于堆积体中后部，黏质土砂主要位于堆积体中前部，差异渗透性导致堆积体地下水分布具有一定的不均匀性，堆积体中后部地下水补给较快，造成地下水位壅高，而堆积体中前部地下水易积水成洼。同时由于构成堆积体的土体的不均一性和渗透的差异性，在部分地段形成上层滞水，堆积体后部水位的变化与大气降水基本一致，至中部地下水位壅高有滞后现象。

(6)金沙江金坪子堆积体。根据钻孔及平洞勘探揭示，堆积体的物质组分特征表现为散体物质紧密堆积的似角砾状结构，其组分均为灰黑色白云质灰岩。堆积物的粒度分布集中大块石和巨块石(直径3～5m)，含量则由底部至顶部增加明显。堆积体的上部散体物质之间固结作用较强，主要为钙质胶结作用。堆积体表部钻孔注水试验透水性指数K值为5.45×10-5～9.35×10-4cm/s，透水性较强，因而造成表部的堆积体固结作用增强，在前缘形成多级近直立的高陡坎，并维持相当的时期，堆积体内部的固结作用程度相对较低，透水性则降低至弱-微透水性，注水试验K值为1.78×10-7～2.35×10-6cm/s，颗粒间密实度则较上部高，地下水渗入较为缓慢，因而胶结作用明显变差。

(7)根据大量试验成果，西南河谷地带古冰水堆积体大多具有浸透性能弱、抗渗性能强的渗流特点。在水力梯度较小时，冰水堆积体渗流规律根本满足达西定律，当水力梯度较大时，渗流速度和水力梯度表现出较为明显的非线性关系。堆积体的渗透性也因成因类型不同差异较大，同一堆积体不同部位也不尽相同。据涂国祥等人的研究，西南地区古冰水堆积体大多具有相对较弱的渗透能力，粗颗粒、巨颗粒含量较高的碎块石土层和角砾土层，渗透系数一般在10-3～10-4cm/s之间，属中-弱透水介质；细颗粒含量较高的黏土质角砾、粉质壤土等渗透系数一般在10-4～10-7cm/s之间，属微透水介质；古冰水堆积体大多具有较好的抗渗能力，其临界水力坡降一般在1.08以上，而破坏坡降一般在3以上。