模拟环境水对隧洞石膏岩溶蚀的分析评价与灰色预测

于静，胡于博，谢俊华，周小红，李亚萍(.成都理工大学环境与土木工程学院,地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 60059;.四川洪明基础工程有限公司，成都 6000;.中节能建设工程设计院有限公司中心试验室，成都 6005;.成都清华岩土工程试验检测有限公司，成都 60066)

模拟环境水对隧洞石膏岩溶蚀的分析评价与灰色预测

于静1，胡于博2，谢俊华3，周小红4，李亚萍4
(1.成都理工大学环境与土木工程学院,地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059;2.四川洪明基础工程有限公司，成都 610100;3.中节能建设工程设计院有限公司中心试验室，成都 610052;4.成都清华岩土工程试验检测有限公司，成都 610066)

模拟环境水；石膏岩；溶蚀；灰色预测

1 前言

水电站建成蓄水后，坝址自然环境发生剧变，湍急的河流变为人工湖泊，气候环境更为湿润，环境的剧变加速环境水作用的进行，国内外由坝基地质缺陷而引发大坝事故的实例均与此密切相关[1-5]。石膏岩相对于其它岩类易于溶蚀，并且它的溶蚀性状会直接对工程特别是水工建筑产生重要的影响[6-7]。因此，时刻掌握水电站库区内环境水和地下水对石膏岩的溶蚀状况，对水电工程的安全运行实际具有重要的指导作用。

金康水电站位于四川省甘孜州康定县境内大渡河上游左岸一级支流金汤河上，坝址距金汤河入大渡河口约17 km，系金汤河梯级开发规划的的最后一级电站。电站由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽三大部分组成，电站设计装机容量150 MW (2×75 MW)，设计最大水头498 m，最小水头457.7 m，设计引用流量37.4 m3/s。闸首坝高20 m，厂房为地面厂房。

2 坝址概况

金康水电站坝址区域内地质条件复杂，地层及岩性多变，地质构造及断层带发育，并有瓜达沟断裂带、昌昌断裂带出现，围岩结构面发育，地下水活跃。昌昌断裂带岩性主要为碳质千枚岩夹石膏层，微新岩体，岩石类别以Ⅳ 类和Ⅴ 类为主，都含有富集程度不同的石膏，岩体较破碎，挤压强烈，主要发育层面裂隙，层状、片状结构为主，地下水埋藏较丰富，局部渗水较大。坝址石膏存在以分散的星斑点状和不规则的团块状为主，还有纹理状、薄层状和胶结物状的石膏，裂隙也常充填石膏。

3 实验设计

动态实验(C)：设计一套可以控制水流流速的盛水实验装置，盛水容器体积1升左右，流速控制为100 ml/min左右，水流在容器内交换停留一次的时间约10 min。分别在指定时间内取100 ml样品以备测定。

静态实验(D)：在1 800 ml盛水容器内，分别放置所要测定的样品，分别在指定时间内取100 ml样品以备测定。

4 石膏岩溶蚀结果分析

4.1 溶蚀结果分析

由图1可见1号颗粒和方块岩样静态溶蚀液接近饱和的量为400～440 mg/l，其溶蚀曲线为一抛物线，在接近饱和量时曲线出现拐点。但颗粒和方块样分别达到拐点的时间不一致，颗粒为70 h，而方块为170 h。动态溶蚀表明方块及颗粒样品在水流作用下很快达到动态溶蚀，其溶蚀液的平衡溶蚀浓度非常接近，几乎均为±30 mg/l。

图1 石膏岩方块静态溶蚀曲线

由图2可见2号样品颗粒和方块静态溶蚀液的饱和量为±450 mg/l，达到饱和时间：颗粒为40 h，而方块为150 h。动态溶蚀方块及颗粒的平衡溶蚀浓度均为±33 mg/l。

图2 石膏岩方块动态溶蚀曲线

由图3可见3号样品颗粒和方块静态溶蚀液的饱和量为450 mg/l，达到饱和时间：颗粒为60 h，但方块样品至今(已作用250 h)仍未达到饱和。动态溶蚀方块样品的平衡溶蚀浓度为37 mg/l,颗粒样品为31 mg/l。

图3 石膏岩颗粒静态溶蚀曲线

由图4可见4号样品特殊，难于判断其颗粒和方块静态溶蚀液的饱和量，与1、2、3号相比，溶蚀液浓度较低，远远没有达到饱和，至今颗粒样品仅达120 mg/l，而方块样品仅30 mg/l。估计达到饱和需要相当长的时间。动态溶蚀液方块样品为30 mg/l，颗粒样品为33 mg/l。

4.2 溶蚀速度计算

图4 石膏岩颗粒动态溶蚀曲线

表1 石膏岩静态溶蚀与动态溶蚀对比

4.3 溶蚀影响因素分析

另外，实验过程中气温的变化，样品反应过程中流量控制的稳定性等对实验结果均有一定的影响。

表2 颗粒溶蚀液容量化学组份测定结果(mg/l)

5 石膏岩溶蚀灰色预测

739.103，(t=0,1,2……,n)

图5 灰色模型预测曲线

6 石膏岩溶蚀作用的影响评价

6.1 石膏岩溶蚀对大坝的危害

根据石膏岩块状和颗粒实验结果分析，石膏岩与库区环境水接触，石膏溶蚀现象明显。水电站正常运行期，库区水头的不断增加，加速了环境水向地下水岩层的渗透速度，更有利石膏溶蚀，同时引水隧洞因混凝土与基岩接触衬砌密封不好，可能造成接触面附近基岩中的石膏溶蚀。

6.2 衬砌隧洞的石膏溶蚀

7 结语

在石膏岩体上修建工程建筑物要绝对做好防水工作，特别要防止流动水流的产生及其对石膏岩体的作用。为使金康水电站引立隧洞的设计达到经济合理技术可行值得注意的是：①金康水电站环境水质调查结果表明，石膏岩在当前的天然状态下仍然遭受到强烈溶蚀，表明隧洞周围存在作用于石膏的地下水系。②本实验选用的4个石膏岩样品由于其结构构造以及矿物组成，化学组份的差异，影响到溶蚀特性的差异。建议在今后的设计的工作中应该进一步查明这些岩体的分布特征及其现今的溶蚀状态，以及与隧洞地带的水文地质条件之关系，以便为设计工作，比如隧洞段是否衬砌在哪里衬砌，如何衬砌等设计问题的解决，提供重要的参考。

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作者简介：于静(1964- )，女，高级实验师，环境工程专业，研究方向：水文地球化学。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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