于靜，胡于博，謝俊華，周小紅，李亞萍(.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 60059;.四川洪明基礎(chǔ)工程有限公司，成都 6000;.中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司中心試驗(yàn)室，成都 6005;.成都清華巖土工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，成都 60066)

模擬環(huán)境水對(duì)隧洞石膏巖溶蝕的分析評(píng)價(jià)與灰色預(yù)測(cè)

于靜1，胡于博2，謝俊華3，周小紅4，李亞萍4
(1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059;2.四川洪明基礎(chǔ)工程有限公司，成都 610100;3.中節(jié)能建設(shè)工程設(shè)計(jì)院有限公司中心試驗(yàn)室，成都 610052;4.成都清華巖土工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，成都 610066)

模擬環(huán)境水；石膏巖；溶蝕；灰色預(yù)測(cè)

1 前言

水電站建成蓄水后，壩址自然環(huán)境發(fā)生劇變，湍急的河流變?yōu)槿斯ず矗瑲夂颦h(huán)境更為濕潤(rùn)，環(huán)境的劇變加速環(huán)境水作用的進(jìn)行，國(guó)內(nèi)外由壩基地質(zhì)缺陷而引發(fā)大壩事故的實(shí)例均與此密切相關(guān)[1-5]。石膏巖相對(duì)于其它巖類易于溶蝕，并且它的溶蝕性狀會(huì)直接對(duì)工程特別是水工建筑產(chǎn)生重要的影響[6-7]。因此，時(shí)刻掌握水電站庫(kù)區(qū)內(nèi)環(huán)境水和地下水對(duì)石膏巖的溶蝕狀況，對(duì)水電工程的安全運(yùn)行實(shí)際具有重要的指導(dǎo)作用。

金康水電站位于四川省甘孜州康定縣境內(nèi)大渡河上游左岸一級(jí)支流金湯河上，壩址距金湯河入大渡河口約17 km，系金湯河梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃的的最后一級(jí)電站。電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐三大部分組成，電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量150 MW (2×75 MW)，設(shè)計(jì)最大水頭498 m，最小水頭457.7 m，設(shè)計(jì)引用流量37.4 m3/s。閘首壩高20 m，廠房為地面廠房。

2 壩址概況

金康水電站壩址區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層及巖性多變，地質(zhì)構(gòu)造及斷層帶發(fā)育，并有瓜達(dá)溝斷裂帶、昌昌斷裂帶出現(xiàn)，圍巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育，地下水活躍。昌昌斷裂帶巖性主要為碳質(zhì)千枚巖夾石膏層，微新巖體，巖石類別以Ⅳ 類和Ⅴ 類為主，都含有富集程度不同的石膏，巖體較破碎，擠壓強(qiáng)烈，主要發(fā)育層面裂隙，層狀、片狀結(jié)構(gòu)為主，地下水埋藏較豐富，局部滲水較大。壩址石膏存在以分散的星斑點(diǎn)狀和不規(guī)則的團(tuán)塊狀為主，還有紋理狀、薄層狀和膠結(jié)物狀的石膏，裂隙也常充填石膏。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)(C)：設(shè)計(jì)一套可以控制水流流速的盛水實(shí)驗(yàn)裝置，盛水容器體積1升左右，流速控制為100 ml/min左右，水流在容器內(nèi)交換停留一次的時(shí)間約10 min。分別在指定時(shí)間內(nèi)取100 ml樣品以備測(cè)定。

靜態(tài)實(shí)驗(yàn)(D)：在1 800 ml盛水容器內(nèi)，分別放置所要測(cè)定的樣品，分別在指定時(shí)間內(nèi)取100 ml樣品以備測(cè)定。

4 石膏巖溶蝕結(jié)果分析

4.1 溶蝕結(jié)果分析

由圖1可見(jiàn)1號(hào)顆粒和方塊巖樣靜態(tài)溶蝕液接近飽和的量為400～440 mg/l，其溶蝕曲線為一拋物線，在接近飽和量時(shí)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)。但顆粒和方塊樣分別達(dá)到拐點(diǎn)的時(shí)間不一致，顆粒為70 h，而方塊為170 h。動(dòng)態(tài)溶蝕表明方塊及顆粒樣品在水流作用下很快達(dá)到動(dòng)態(tài)溶蝕，其溶蝕液的平衡溶蝕濃度非常接近，幾乎均為±30 mg/l。

圖1 石膏巖方塊靜態(tài)溶蝕曲線

由圖2可見(jiàn)2號(hào)樣品顆粒和方塊靜態(tài)溶蝕液的飽和量為±450 mg/l，達(dá)到飽和時(shí)間：顆粒為40 h，而方塊為150 h。動(dòng)態(tài)溶蝕方塊及顆粒的平衡溶蝕濃度均為±33 mg/l。

圖2 石膏巖方塊動(dòng)態(tài)溶蝕曲線

由圖3可見(jiàn)3號(hào)樣品顆粒和方塊靜態(tài)溶蝕液的飽和量為450 mg/l，達(dá)到飽和時(shí)間：顆粒為60 h，但方塊樣品至今(已作用250 h)仍未達(dá)到飽和。動(dòng)態(tài)溶蝕方塊樣品的平衡溶蝕濃度為37 mg/l,顆粒樣品為31 mg/l。

圖3 石膏巖顆粒靜態(tài)溶蝕曲線

由圖4可見(jiàn)4號(hào)樣品特殊，難于判斷其顆粒和方塊靜態(tài)溶蝕液的飽和量，與1、2、3號(hào)相比，溶蝕液濃度較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到飽和，至今顆粒樣品僅達(dá)120 mg/l，而方塊樣品僅30 mg/l。估計(jì)達(dá)到飽和需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。動(dòng)態(tài)溶蝕液方塊樣品為30 mg/l，顆粒樣品為33 mg/l。

4.2 溶蝕速度計(jì)算

圖4 石膏巖顆粒動(dòng)態(tài)溶蝕曲線

表1 石膏巖靜態(tài)溶蝕與動(dòng)態(tài)溶蝕對(duì)比

4.3 溶蝕影響因素分析

另外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣溫的變化，樣品反應(yīng)過(guò)程中流量控制的穩(wěn)定性等對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均有一定的影響。

表2 顆粒溶蝕液容量化學(xué)組份測(cè)定結(jié)果(mg/l)

5 石膏巖溶蝕灰色預(yù)測(cè)

739.103，(t=0,1,2……,n)

圖5 灰色模型預(yù)測(cè)曲線

6 石膏巖溶蝕作用的影響評(píng)價(jià)

6.1 石膏巖溶蝕對(duì)大壩的危害

根據(jù)石膏巖塊狀和顆粒實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，石膏巖與庫(kù)區(qū)環(huán)境水接觸，石膏溶蝕現(xiàn)象明顯。水電站正常運(yùn)行期，庫(kù)區(qū)水頭的不斷增加，加速了環(huán)境水向地下水巖層的滲透速度，更有利石膏溶蝕，同時(shí)引水隧洞因混凝土與基巖接觸襯砌密封不好，可能造成接觸面附近基巖中的石膏溶蝕。

6.2 襯砌隧洞的石膏溶蝕

7 結(jié)語(yǔ)

在石膏巖體上修建工程建筑物要絕對(duì)做好防水工作，特別要防止流動(dòng)水流的產(chǎn)生及其對(duì)石膏巖體的作用。為使金康水電站引立隧洞的設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理技術(shù)可行值得注意的是：①金康水電站環(huán)境水質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明，石膏巖在當(dāng)前的天然狀態(tài)下仍然遭受到強(qiáng)烈溶蝕，表明隧洞周圍存在作用于石膏的地下水系。②本實(shí)驗(yàn)選用的4個(gè)石膏巖樣品由于其結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及礦物組成，化學(xué)組份的差異，影響到溶蝕特性的差異。建議在今后的設(shè)計(jì)的工作中應(yīng)該進(jìn)一步查明這些巖體的分布特征及其現(xiàn)今的溶蝕狀態(tài)，以及與隧洞地帶的水文地質(zhì)條件之關(guān)系，以便為設(shè)計(jì)工作，比如隧洞段是否襯砌在哪里襯砌，如何襯砌等設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決，提供重要的參考。

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作者簡(jiǎn)介：于靜(1964- )，女，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，環(huán)境工程專業(yè)，研究方向：水文地球化學(xué)。E-mail:304285115@qq.com

ASSESSMENT AND GREY PREDICTION OF THE GYPSUM DISSOLUTION IN TUNNEL AFFECTED BY SIMULATED WATER

YU Jing1,HU Yu-bo2,XIE Jun-hua3,ZHOU Xiao-hong4,LI Ya-ping4
(1.College of Environment and Civil Engineering Chengdu University of Technology，National Professional Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu 610059,China;2.Sichuan Hongming Foundation Project Co.,Ltd,Chengdu 610100;3.Central Laboratory of Cecep Construction Engineering Design Institute Limited Company,Chengdu 610052,China;4.Chengdu Qinghua Geotechnical Engineering Testing&Inspection Co.Ltd,Chengdu 610066,China)

For the JinKang hydropower station long-term operation,that the environmental water corrode the gypsum rock had been an important impact to the dam security.That used the indoor simulation experiment to corrode the gypsum rock samples with water instead of the environmental water,which take parameters and so on Ca2+and SO42-for the indicators, in accordance with environmental water before and after corrosion changes in water quality, using gray prediction method to analyzes it to the hydropower station secure influence. The results showed that the gypsum rock suffered a strong corrosion in the current state of the natural environment and ground water.

Simulated Environmental Water；Gypsum Rock；Corrosion；Grey Prediction

1006-4362(2016)04-0071-05

2016-10-09改回日期： 2016-11-05

TV74；TV131.61

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