摘要
裂隙岩体的渗透系数是进行地下水模拟、溶质迁移、潜流交换等研究的重要参数，也是开展水利水电工程渗流场分析与评估、防渗排水系统优化设计的基础。大型水利水电工程地处深切河谷，其建设与运行对坝址区水文地质条件的影响范围大，因此渗流场分析需要选取足够大的区域。但受经济和技术条件制约，岩体的渗透性试验通常仅在工程局部重要区域开展，难以满足工程区域大范围渗流分析的需要。因此，以我国西南深切河谷区为研究对象，开展裂隙岩体渗透系数分布规律的研究具有十分重要的理论意义和应用价值。本文基于我国西南地区十余座大型水电工程坝址区万余组钻孔压水试验数据，采用假设检验、回归分析、半变异函数分析等统计分析方法，研究了深切河谷区裂隙岩体渗透系数的统计特征及空间变异性规律，揭示了岩体渗透特性随埋深、岩性、地质构造和风化卸荷等因素的分布规律，并应用于溪洛渡水电站枢纽区右岸三维渗流场分析。主要研究工作及成果如下： (1)收集了我国西南地区12座大型水利水电工程坝址区614个钻孔13,397段钻孔压水试验数据，采用非参数假设检验、回归分析和半变异函数分析方法研究了深切河谷区岩浆岩和变质岩渗透系数的统计特征和空间变异性规律。研究表明，一、在0~600m埋深范围内，该地区岩体渗透系数服从对数正态分布，且相同埋深岩体的渗透系数以及各坝址岩体的渗透系数也均服从对数正态分布；二、该地区岩体的渗透系数K[m/s]及其对数标准差σlgK随埋深d[m]的分布规律服从幂函数和逻辑函数关系，具体表达式分别为：K=K0d-a和σlgK=σ0/[1+(d/d0)p]，其中K0=2×10-6m/s，a=0.48(R2=0.93)；σ0=0.6，d0=428m，p=4.7(R2=0.86)；三、各坝址区岩体的渗透系数及其对数标准差随埋深也服从上述函数关系(参数取值不同)，但岩体渗透系数随埋深的关联长度差异较大，其变化范围约为15~71.4m，与各坝址区地质条件的差异有关。 (2)深入研究了风化卸荷、地质构造及岩性对深切河谷区岩体渗透性分布的影响。研究表明，一、风化和卸荷作用导致岸坡表层岩体的渗透性增强，且随着风化和卸荷程度的降低，其影响程度也随之降低；从浅表破碎岩体至深部新鲜岩体，渗透系数的几何平均值下降约1~2个数量级；二、随着埋深的增大，断层、错动带、岩脉等地质构造的渗透系数均具有减小趋势，并服从幂函数关系；但不同类型的地质构造对其渗透性影响不同，张性断层的渗透性总体上高于压性断层和扭性断层的渗透性，而错动带的渗透性总体与张性断层相当，但变异性较断层和岩脉明显；三、对于本文所考虑的变质岩和岩浆岩，岩性对岩体渗透性的影响处于次要地位，岩体的渗透性主要取决于构造发育特征。 (3)依据溪洛渡水电站枢纽区工程地质及水文地质条件，研究了坝址区玄武岩和灰岩的地下水赋存条件及补径排关系，进而结合岩体的风化卸荷特征，对坝址区岩体进行了渗透分区；基于渗流监测资料，分析了蓄水运行过程中坝址区的渗流异常部位、渗水来源及潜在渗漏通道，并结合钻孔压水试验数据确定了坝址区岩体的渗流计算参数；针对坝址区右岸地下水流系统，建立了反映地形地貌、地层岩性、地质构造、岩体渗透分区和枢纽布置、防渗排水系统的三维整体有限元模型，进而采用Signorini型变分不等式渗流分析方法研究了溪洛渡水电站坝址区右岸渗流场的分布特征。研究表明，坝址区防渗排水系统设计合理，右岸坝基及厂区围岩渗流得到有效控制，满足工程安全要求。 研究成果为我国西南地区坝址区大范围渗流分析提供了关键参数，为缺乏试验资料情况下的防渗排水设计提供了基础性资料，并为溪洛渡水电站防渗系统长期安全性评价提供了依据。
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