水利水电工程地质.ppt

注册土木工程师（水利水电工程）考前培训,水利水电工程地质 宋子玺 中水北方勘测设计研究有限责任公司 (水利部天津水利水电勘测设计研究院) 2012年7月,水利水电工程地质,1、岩土体工程地质特性 2、水利水电工程地质勘察 3、勘察技术方法 4、区域构造稳定性 5、水库工程地质 6、水工建筑物工程地质 7、边坡工程地质 8、地下洞室工程地质 9、天然建筑材料勘察 10、特殊岩土体地质问题,水利水电工程地质,第一章 岩土体工程地质特性,第一章 岩土体的工程地质特性考试大纲,【考试大纲】 土的工程分类及主要物理、力学性质 岩石分类及主要物理、力学性质 岩体结构类型、风化（卸荷）带及软弱夹层的工程地质特性,土的基本概念,根据中国大百科全书：土是尚未固结成岩的松、软堆积物；主要为第四纪的产物；土与岩石的根本区别是土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等；由各类岩石经风化作用而成；位于地壳的表层，是人类工程经济活动的主要地质环境。 土一般由固态、液态、气态三相组成，三者的不同比例决定了土的物理力学性质。,土的三相图,三相图,土的工程分类标准,辅导材料中列入3个分类标准： 土的工程分类标准gb/t501452007 岩土工程勘察规范gb500212001的分类 堤防工程地质勘察规程sl1882005中关于细粒土的分类,土的工程分类,2008年6月1日开始实施的土的工程分类标准（gb/t50145-2007）属于基本分类，即通用分类标准。它是以土的颗粒组成、塑性指标和土中有机质含量为分类依据 sl2370011999与之基本一样,复习重点,各粒组的划分粒径（mm）：0.005、0.075、0.25、0.5、2、5、20、60、200 巨粒类土（巨粒土、混合巨粒土、巨粒混合土）：表3-2 粗粒类土（砾类土、砂类土）：详见表3-33-4 粗粒土颗粒级配同时满足cu5和1cc3时为级配良好土，否则为级配不良土,细粒土的分类,细粒土依据塑性图进行分类,关于有机质土,土的工程分类标准将有机质含量小于10%且不小于5%土称为有机质土（小于5%时土的性质与无机土差别不大） 对于有机质含量大于等于10%的土，其性质将大大不同于一般细粒土，称为有机土，本标准不再分类,岩土工程勘察规范的分类,按时代划分为老沉积土晚更新世q3及其以前的土；新近沉积土全新世中近期沉积的土。 按土的成因划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。 按颗粒级配和塑性指数划分为碎石土、砂土、粉土和黏性土四类。,碎石土分类（48表3-7）,砂土分类（p48表3-8）,粘性土分类,土的三角坐标分类 （堤防工程地质勘察规程sl1882005对细粒土的分类方法）,采用高100mm的等腰三角形，三角形的三个边分别代表一个粒组， 常用砂粒组、粉粒组和粘粒组 逆时针由0至100%划分为10等分 颗粒分析成果表示在图中命名,土的三角坐标分类,三角坐标图,土的主要物理水理性质指标,土粒比重（gs ） 天然密度（） 含水率（） 渗透系数（k） 孔隙比（e） 土的稠度与界限含水率 孔隙率（n） 各项指标的物理意义详见辅导材料,土的主要物理水理性质指标,土粒比重（gs）是指土粒在105110下烘至恒重时的质量与土粒同体积4纯水质量的比值。 其试验方法有浮称法、虹吸法和比重瓶法。 土的密度是指土在某种状态下单位体积的质量，单位为g/cm3。 按照土的含水状态，表示土的密度的指标有天然密度（） ，干密度（d）和饱和密度（szt）等。,土的主要物理水理性质指标,在工程上经常用到重度的概念，如干重度、饱和重度等。其值等于相应密度乘以重力加速度。 含水率（）是指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比。 通常用百分数表示。 土的密度、比重和含水率均系直接试验参数。其它很多指标都可通过这三个指标计算得到。,土的主要物理水理性质指标,孔隙率（n）是指土中孔隙体积（vv）与土的总体积(vs)之比。通常用百分数表示。 孔隙比（e）是指土中孔隙体积（vv）与土粒体积(v)之比。 二者都是表示孔隙在土中所占相对体积的指标，反映土的紧密程度。,土的主要物理水理性质指标,土的稠度：细粒土因含水率的变化而表现出的各种不同物理状态，称为细粒土的稠度。 细粒土的稠度状态主要有液态、塑态和固态三种。 土的界限含水率：由一种稠度状态转变为另一种稠度状态时相应于转变点的含水率称为界限含水率。 液限（wl）是粘土处于可塑状态的上限含水率，相当于液态与可塑状态之间的界限含水率。,土的主要物理水理性质指标,塑限（wp）是使粘性土成为可塑状态的下限含水率； 缩限（ws）相当于从半固态转入固态的界线含水率。 塑性指数（ip）是表征土的塑性状态的指标，它反映粘性土具有可塑性的含水率变化范围，间接表明土的强度随含水率改变而变化。,土的主要物理水理性质指标,液性指数： 式中w是土的天然含水率 液性指数（il）是判断粘土稠度状态的重要指标。 il0 坚硬； 01.0 流塑,土的主要物理水理性质指标,渗透系数（k）是指当土中水渗流呈层流状态时，其流速与作用水力梯度成正比关系的比例系数，单位为cm/s或m/d。（达西定律） 是水文地质中重要的指标之一，通常由现场试验或室内试验获得。,土的主要力学性质指标,压缩系数（a） 抗剪强度（） 灵敏度（st） 无侧限抗压强度（qu）,土的压缩性,在压力作用下，土体中的孔隙体积减小，而引起土体积变小的性质。用压缩系数表征。 压缩系数（a）是指在k0固结试验中，土试样的孔隙比减小量与有效压力增量的比值，即ep压缩曲线上某压力段的割线斜率，以绝对值表示，单位为mpa-1。,压缩系数的应用,在工程实际中，常以压力段为0.1mpa至0.2mpa的压缩系数（1-2）作为判断土的压缩性高低的标准。 当1-20.1mpa-1时，为低压缩性； 当0.1mpa-11-20.5mpa-1时，为中压缩性； 当1-20.5mpa-1时，为高压缩性。,抗剪强度（）,土具有的抵抗剪切破坏的极限强度。抗剪强度参数用摩擦系数和凝聚力表示。 土的剪切破坏可以看作是颗粒之间联结的破坏；颗粒之间的联结强度随剪切面上的有效应力大小而改变，这是土的抗剪强度的主要特征之一。 土的抗剪试验包括直剪试验、三轴剪切试验及十字板剪切试验等，根据试验方法及排水状态有多种抗剪强度指标。一般根据工程需要和规程规范选用。,无侧限抗压强度（qu）,为土在侧面不受限制的条件下，抵抗垂向压力的极限强度。 3=0；1=qu=2ctg(450+0.5) qu粘性土的无侧限抗压强度 对于饱和软粘土，在不固结不排水的条件下=0；因此，饱和软粘土的抗剪强度tf=c=0.5qu,灵敏度（st）,灵敏度（st）是指原状土的无侧限抗压强度与相同含水率的重塑土的无侧限抗压强度之比。 根据灵敏度指标判断土的灵敏性。 当st8时为高灵敏。,岩石与岩体的定义,根据中国大百科全书： 岩石：是矿物的天然集合体。由一种或多种矿物按一定方式结合而成。部分为火山玻璃、胶体物质或生物遗体组成。是地球演化过程中经过各种地质作用形成的固态物质，构成地壳和地幔的主要成分。 岩体：在地质作用过程中经受过变形和破坏的，由一定岩石成分组成，并具有一定结构的、赋存于一定地质环境中的地质体。岩体是岩石的集合体，由结构面网络及其所围限的岩石组成。,岩石的成因分类一级分类,岩浆岩（火成岩）是上地幔或地壳深部产生的炽热粘稠的岩浆冷凝固结形成的岩石。如花岗岩、玄武岩等。 沉积岩是成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。在地壳表层，母岩经风化作用、生物作用、火山喷发作用而成的松散碎屑物及少量宇宙物质经过介质（主要是水）的搬运、沉积、成岩作用形成沉积岩。如灰岩、砂岩等。,岩石的成因分类一级分类,变质岩由于地质环境和物理化学条件的改变，使原先已形成的岩石的矿物成分、结构构造甚至化学成分发生改变所形成的岩石。如片麻岩、大理岩等。,岩石的二级分类,岩浆岩（火成岩）见p51表3-9 沉积岩见p52表3-10 变质岩见p52表3-11,岩石的主要物理水理性质指标,岩石颗粒密度（p） 岩石块体密度（ 0 ） 软化系数（） 吸水率（） 渗透系数（k） 孔隙率（n）,岩石的主要物理水理性质指标,岩石颗粒密度（p）是指岩石的固体部分质量与其体积之比，g/cm3。 岩石块体密度（）是指岩块质量与其体积之比，g/cm3。按岩块的含水状态，分为干密度（d），饱和密度（sat）等。 孔隙率（n）是指岩石中孔隙的体积与岩石的体积的比值。,岩石的主要物理水理性质指标,自由吸水率（a）：是指岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的质量与岩石干质量的比值。 饱和吸水率（s）：是指岩石试件强制饱和（煮沸法或真空抽气法）后吸入水的质量与岩石干质量的比值。 饱水系数：自由吸水率（a）与饱和吸水率（s）之比。,岩石的主要物理水理性质指标,岩石的吸水率和饱水系数是表征岩石水理性质的重要指标。岩石吸水率的多少，取决于岩石所含空隙的数量、大小及其张开程度。 根据饱水系数的大小可以判断岩石的抗冻性能，饱水系数大，说明常压下吸水后余留的空隙少，抗冻性能差。,岩石的主要物理水理性质指标,在工程实践中，岩石（岩体）的透水性有两种表达方式： 渗透系数（k）是指水力坡度为1时，水在岩石中流动的速度。单位为cm/s，也有用m/d 。 透水率的单位为吕荣（lu），即当试验压力为1mpa时每米试段的压入水流量（l/min）。,岩石的主要物理水理性质指标,软化系数是指岩石浸水饱和后的抗压强度与干燥状态下抗压强度的比值。 表示岩石遇水软化的性能，越大软化性能越弱，其抗冻性和抗风化能力强；反之亦然。,岩石的主要力学性质指标,单轴抗压强度（r） 抗拉强度（t） 抗剪强度（） 泊松比（） 变形模量（e0）,岩石的主要力学性质指标,单轴抗压强度（r）是指岩石试件在单向受力破坏时所能承受的最大压应力，单位为mpa。 根据岩石的含水状态，表征岩石抗压强度的指标还有干抗压（rc）、饱和抗压（rs） 等。 抗拉强度（t）是指岩石试件在单向受拉条件下所承受的最大拉应力，单位为mpa。 常用的试验方法有轴向拉伸法和劈裂法，其中采用劈裂法的较多。,岩石的主要力学性质指标,抗剪强度（）是指岩石试件受剪力作用时能抵抗剪切破坏的最大剪应力。由内聚力（c）和内摩擦阻力tg两部份组成。一般表达式为=tg+c，单位为mpa。 抗剪强度按试验方法不同，通常分为三种抗剪强度。,岩石的主要力学性质指标,抗剪断强度是指在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。反映了岩石的内聚力和内摩擦阻力之和。 抗剪（摩擦）强度是指在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面剪坏时最大剪应力。 抗切强度是指法向应力为零时沿预定剪切面剪断时的最大剪应力。,岩石的主要力学性质指标,变形模量（e0）是指在单向压缩条件下，岩石试件的轴向应力与轴向应变之比，单位为mpa。 当岩石的应力应变为直线关系时，变形模量为一常量，称为弹性模量（e）。 泊松比（）是指在单向压缩条件下，岩石试件的横向应变与轴向应变之比。,岩体的工程地质特性,岩体中的结构面和结构体称为岩体的结构单元，不同类型的结构单元在岩体内的组合和排列形式称为岩体结构。 岩体结构类型是评价岩体质量的重要基础 水利水电工程地质勘察规范将岩体结构分为5类13亚类。详见p54 表3-13 注意：结构面发育程度的划分标准,岩体结构及分类,岩体结构及分类,单项指标岩石的强度分级,按岩石的饱和单轴抗压强度进行划分 rb60 mpa ，坚硬岩 60rb30 mpa，中硬岩或较坚硬岩 30rb15 mpa，较软岩 15rb5 mpa，软岩 rb 5mpa，极软岩,单项指标岩体质量指标rqd,单项指标岩体完整性及分级,岩体与相应岩块的弹性波速比值的平方称为岩体稳定性系数（kv）。据此将岩体分为5级： 完整：kv0.75； jv 3 较完整：0.55 kv0.75， jv：310 完整性差： 0.35 kv0.55， jv：1020 较破碎： 0.15 kv0.35， jv：2035 破碎： kv0.15， jv35 rqd与体积节理数jv的关系： rqd=115-3.3 jv,单项指标岩土体渗透性分级,gb50278-99将岩土体的渗透性分六级（见p58表3-17 ） 极微透水 k10-6cm/s q 0.1lu 微透水 10-6k10-5 0.1 q 1 弱透水 10-5 k 10-4 1 q 10 中等透水 10-4 k 10-2 10 q 100 强透水 10-2 k 100 q 100lu 极强透水 k100cm/s q 100lu,岩体风化带划分,岩体风化是指地表岩体在太阳辐射、温度变化、水、气体、生物等因素的综合作用下，组织结构、矿物化学成分和物理性状等发生变化的过程和现象。 岩体的风化程度不同决定了岩体的强度、变形及渗透特性的不同，因此水利水电工程中岩体风化带划分十分重要。,岩体风化带划分,水利水电工程地质勘察工作中按全、强、弱、微、新分为五个风化带。岩土工程勘察规范按残积土、全、强、中等、微、未风化分为六个风化带。详见知识手册p56 表316、案例手册p725731 修订gb50287-99时增加了灰岩风化带划分标准。,软弱夹层的工程地质特性,软弱夹层的分类 软弱夹层的形成与成岩条件、构造作用和地下水活动等密切相关。按其成因一般可分为： 原生型 次生型 构造型,泥化夹层的工程地质特性,1、泥化夹层的矿物成份主要是蒙脱石、伊利石和高岭石等粘土矿物；其化学成份主要为sio2、al2o3、fe2o3，其次为cao、mgo、k2o、na2o等。 2、泥化夹层的物理力学性质主要表现为粘粒含量高（一般大于30% ）、天然含水量高（常大于塑限 ）、干密度低、抗剪强度低（0.2左右 ）、高压缩性以及膨胀性、亲水性、渗流分带和渗流集中等方面。,泥化夹层的工程地质特性,3、泥化夹层具有较强的亲水性。亲水性指标（液限含水量与粘粒含量之比）可用来判断泥化夹层性质的好坏，大于1.25者为较差，0.75-1.25者为中等，小于0.75者为较好。,泥化夹层的分类（据粘粒含量）,gb50287-99根据颗粒组分以粘粒（粒径小于0.005mm）百分含量分为四类： 粘粒含量少或无岩块岩屑型 粘粒含量小于10%岩屑夹泥型 粘粒含量10-30%泥夹岩屑型 粘粒含量大于30%泥型,软弱夹层抗剪断强度的取值原则,按gb50287-99附录d的规定，软弱夹层抗剪断强度的取值应遵循如下原则： 1、软弱夹层应根据岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型和泥型四类分别取值。 2、当试件呈塑性破坏时，应采用屈服强度或流变强度作为标准值。 3、当试件粘粒含量大于30%或有泥化镜面或粘土矿物以蒙脱石为主时，应采用流变强度作为标准值。,软弱夹层抗剪断强度的取值原则,5、当软弱夹层有一定厚度时，应考虑充填度的影响。当厚度大于起伏差时，应采用充填物的抗剪强度作为标准值；当厚度小于起伏差时，还应采用起伏差的最小爬坡角，提高充填物抗剪强度试验值作为标准值。 6、根据软弱夹层的类型和厚度的总体地质特征进行调整，提出地质建议值。,水利水电工程地质,1、岩土体工程地质特性 2、水利水电工程地质勘察 3、勘察技术方法 4、区域构造稳定性 5、水库工程地质 6、水工建筑物工程地质 7、边坡工程地质 8、地下洞室工程地质 9、天然建筑材料勘察 10、特殊岩土体地质问题,水利水电工程地质,第二章 水利水电工程地质勘察,第二章 水利水电工程地质勘察,【考试大纲】 熟练掌握各勘察设计阶段工程地质勘察的任务和要求。 熟练掌握各勘察设计阶段对水库区主要工程地质问题（包括渗漏、浸没、滑坡、崩塌、坍岸等）的勘察内容、方法。 熟练掌握各勘察设计阶段各类建筑物地质勘察工作的布置原则、勘察内容、方法及试验要求。 掌握抽水蓄能电站勘察的内容和要求。,水利水电工程地质勘察的任务,水利水电工程地质勘察是水利水电工程建设的基础性工作，其根本任务是应用地质学、工程地质学的原理及实践经验，运用工程地质的技术、方法，查明工程区的地质条件，充分论证有关工程地质问题，为水利水电工程的规划、设计和施工提供科学的地质依据。,重点内容,在这一章中，应着重不同水工建筑物的勘察内容和勘察工作布置。特别是水库区、坝址及地下洞室的勘察是重点。 注意复习测绘范围与精度要求、勘探剖面布置原则、勘探点的间距、勘探坑孔的深度要求等。 鉴于规范中已有具体、详细的规定，在此不一一介绍。,各阶段水库区勘察的主要内容,规划阶段： 了解水库的地质和水文地质条件； 了解可能威胁水库成立的滑坡、潜在不稳定岸坡、泥石流、坍岸和浸没等的分布范围； 了解可溶岩地区的喀斯特发育情况，含水层和隔水层的分布范围，河谷和分水岭的地下水位，并对水库产生渗漏的可能性进行分析； 了解重要矿产和名胜古迹的分布情况。,各阶段水库区勘察的主要内容,可研阶段： 调查水库区的水文地质条件，可能的渗漏地段，估算可能的渗漏量； 调查库岸稳定条件，预测水库坍岸情况； 预测水库浸没范围； 调查影响水库建设的其他环境地质问题。,各阶段水库区勘察的主要内容,初设阶段： 在可行性研究阶段勘察工作的基础上，针对水库存在的地质问题，开展水库渗漏、浸没、库岸稳定性等专门性工程地质勘察工作。,针对库区主要工程地质问题的勘察要求,技术标准中针对库区渗漏、浸没和库岸稳定性等提出了勘察要求。 主要是在可研和初设阶段。,可研阶段水库渗漏工程地质勘察,目的是初步圈定水库蓄水后可能发生渗漏的地段，估算渗漏量的大小，初步评价渗漏对建库的影响程度及处理的可能性，为坝址选择和回水高程的确定提供资料。 方法是测绘和必要的勘探。勘探剖面垂直于地下水分水岭或平行于地下水流向布置，孔深应达到可靠的相对隔水层或喀斯特发育相对下限以下的适当深度。,初设阶段水库渗漏地质勘察,对存在水库渗漏地段进行专门性勘察，定量地评定渗漏量，为防渗措施的选择和设计提供资料。 首先进行比例尺l/万1/2千的地质测绘，其次，应平行于水库渗漏方向布置勘探剖面线。 查明水文地质条件及测得渗透系数后，应根据边界条件选用适当的公式估算渗漏量，以便为防渗措施的设计提供依据。,水库浸没工程地质勘察,水库蓄水后使库区周围地下水相应壅高而接近或高于地面，导致农田盐碱化、沼泽化及建筑物地基条件恶化、矿坑涌水等，这种现象称为浸没。 调查分析可能产生浸没的地形、地层岩性、水文地质等条件；通过地下水回水计算，预测地下水回水水位，进行浸没评价。,不同阶段浸没勘察的任务,可行性研究阶段预测水库的浸没范围 初步设计阶段应对已经圈定的浸没区进行详细勘察确定浸没区的范围；查明防护地段的水文地质、工程地质条件，提出处理措施建议。,浸没勘探要求,浸没区水文地质勘探剖面线应垂直库岸或平行地下水流向布置。勘探点应采用坑、孔，且控制性钻孔不应少于2个，其中一个孔应靠近水库设计正常蓄水位的边线布置，钻孔应进入相对隔水层；探坑应挖到地下水位。,浸没地下水临界埋深hcr的计算,式中：hk为地下水位以上的土壤毛管水最大上升高度，m；h为安全超高值。对农业区，该值即根系层的厚度（约0.30.5m）；对城镇居民区，该值取决于基础埋深和地基土的情况等因素。 当浸没临界值hcr大于潜水回水埋深值时，则会产生浸没。,库岸稳定性工程地质勘察,坍岸预测剖面，应垂直于库岸布置，近岸边的钻孔应打到水库死水位以下510m或陡坡脚，其余坑孔深度则根据具体情况确定。,初设阶段混凝土坝址勘察,1工程地质测绘应符合下列规定： 1）测绘比例尺可选用1200011000，高拱坝坝址可选用1500。 2）测绘范围应包括坝址水工建筑物场地和对工程有影响的地段。 3）当岩性变化或存在软弱夹层时，应测绘详细的岩层柱状图。,初设阶段混凝土坝址勘察,2物探应符合下列规定： 1）宜采用综合测井和井下电视等方法调查结构面、软弱带的产状、分布、含水层和渗漏带的位置等。 2）可采用单孔法、跨孔法、跨洞法测定各类岩体纵波或横波波速，进行岩体动弹性模量或纵波波速的分区。 3）喀斯特区可采用孔间或洞间测试以及层析成像技术调查喀斯特洞穴的分布。,初设阶段混凝土坝址勘察,3勘探应符合下列规定： 1）勘探剖面线应根据具体地质情况结合建筑物特点布置。选定的坝线应布置坝轴线勘探剖面线和上、下游辅助勘探剖面线，剖面线间距根据坝高和地质条件，可采用50200m。溢流坝段、非溢流坝段、厂房坝段等应有代表性勘探纵剖面线。 2）坝轴线勘探剖面线上的勘探点间距可采用2050m，其它勘探剖面线上勘探点间距可视具体需要确定。,初设阶段混凝土坝址勘察,3）钻孔深度应进入拟定建基面高程以下1/31/2坝高的深度，帷幕线上钻孔深度可采用坝高或进入相对隔水层不应少于10m。 4）第四纪地层上闸基的钻孔应结合闸墩和防渗、防冲建筑物布置，钻孔深度宜根据覆盖层厚度及建基面高程确定。当覆盖层厚度小于闸底宽时，钻孔深度应进入基岩510m；当覆盖层厚度大于闸底宽度时，钻孔深度宜为闸底宽度的12倍，并应进入下伏承载力较高的土层或相对隔水层。,初设阶段混凝土坝址勘察,5）专门性钻孔的孔距、孔深可根据具体需要确定。 6）平洞、坚井、大口径钻孔和河底平洞应结合建筑物位置、两岸地形、地质条件和岩体原位测试工作的需要布置。高陡岸坡宜布置平洞；地形、地层平缓时宜布置竖井或大口径钻孔；当存在影响坝基稳定的断层、破碎带和软弱夹层时可布置河底平洞。 7）拱坝坝肩每隔3050m高程应布置平洞。 8）抗力体部位应布置专门勘探工程查明中、缓倾角软弱结构面。,初设阶段混凝土坝址勘察,9）当钻孔或平洞遇到溶洞或大量漏水时，应继续追索或采用其它手段查明情况。 4岩土试验应符合下列规定： 1）主要岩石的室内物理力学性质试验组数累计不应少于10组；影响坝基变形的岩类原位变形模量试验不应少于4点；控制坝基抗滑稳定的岩层或滑动面的原位抗剪和抗剪断试验组数不应少于4组。,初设阶段混凝土坝址勘察,2）第四纪地层上的坝闸基持力层范围内的每一土层均应取原状样，并进行室内物理力学性质试验，土层主要指标的试验组数累计不得少于11组。 3）土层和粉细砂层应结合钻探进行标准贯入试验，软粘土应进行十字板剪切试验。 4）根据需要可进行地质力学模型试验，岩体应力测试，载荷试验，混凝土拖板试验，可能液化土的三轴振动试验和管涌土的渗透变形试验等专门性试验。,初设阶段混凝土坝址勘察,5水文地质试验应符合下列规定： 1）坝基、坝肩及帷幕线上的基岩钻孔应进行压水试验，其它部位的钻孔可根据需要确定。坝高大于200m时，宜进行大于设计水头的高压压水试验及为查明渗透性各向异性的定向渗透试验。 2）覆盖层应进行抽水试验，根据含水层的复杂程度可选用单孔或多孔，分层或综合抽水试验。 3）喀斯特区应进行连通试验和抽水试验。,初设阶段混凝土坝址勘察,6地下水动态观测应符合下列规定： 1）观测内容应包括水位、水温、水化学、流量或涌水量等； 2）观测时间应延续一个水文年以上，并完善观测网。 7不稳定岩土体位移监测。,初设阶段土石坝址勘察,坝址区测绘范围同混凝土坝址，比例尺为1/10001/5000。物探方法以综合测井为主。 勘探剖面应结合当地材料坝的坝轴线，防渗线、排水减压井、消能建筑等布置。勘探点间距为50100m。钻孔孔深：覆盖层地基，当下伏基岩埋深小于一倍坝高时，钻孔应深入基岩面以下1020m，帷幕线上孔深视需要而定；当下伏基岩埋深大于一倍坝高时，孔深应根据透水层和相对隔水层的具体情况确定。基岩地基上的钻孔孔深为1/31/2倍坝高，帷幕线上的孔深不小于一倍坝高。,初设阶段土石坝址勘察,对两岸基岩岸坡应布置平洞、钻孔或探槽，以查明风化带、卸荷带、断层破碎带、喀斯特洞穴通道等的位置。 坝基主要透水层的抽水试验不少于3次。强透水的大断层破碎带应专门作水文地质试验。软弱土层抗剪以三轴试验为主。原位试验主要是标贯试验、十字板剪切试验、荷载试验、渗透变形试验、抽水试验。,水利水电工程地质,1、岩土体工程地质特性 2、水利水电工程地质勘察 3、勘察技术方法 4、区域构造稳定性 5、水库工程地质 6、水工建筑物工程地质 7、边坡工程地质 8、地下洞室工程地质 9、天然建筑材料勘察 10、特殊岩土体地质问题,水利水电工程地质,第三章 勘察技术方法,第三章 勘察技术方法考试大纲,【考试大纲】 熟练掌握水利水电工程地质测绘的精度要求及主要内容。 掌握常用工程物探方法的工作原理、适用条件及成果应用。 了解钻探设备、不同钻进方法和钻进工艺的适用条件，钻探中水文地质观测和岩芯编录的有关规定。 熟练掌握压水试验的技术方法、试段压力值确定、成果整理方法及曲线类型分析。,第三章 勘察技术方法考试大纲,掌握注水试验的技术方法、适用条件及成果整理方法。 掌握抽水试验的技术方法、技术要求、适用条件及成果整理方法。 熟练掌握岩石（体）、土体及结构面物理力学性质试验的技术方法、适用条件、成果整理方法及取值原则。 掌握水利水电工程地质观测的技术方法和要求。,第三章 勘察技术方法-常用方法,工程地质测绘 工程地质勘探（物探、钻探、坑探等） 工程地质测试与试验 工程地质观测及监测 工程地质物理模拟与数值分析,第三章 勘察技术方法-规程规范,水利水电工程地质测绘规程sl299-2004 水利水电工程物探规程sl3262005、dl/t5010-2005 水利水电工程钻探规程sl291-2003 水利水电工程坑探规程sl166-96、dl/t5050-2000 水利水电工程钻孔压水试验规程sl31-2003 水利水电工程钻孔抽水试验规程sl320-2005,第三章 勘察技术方法-规程规范,水利水电工程岩石试验规程sl264-2001，dl5006-92 土工试验规程sl237-1999 水利水电工程地质观测规程sl245-1999,第三章 勘察技术方法地质测绘,水利水电工程地质测绘是水利水电工程地质勘察的基础工作。 工程地质测绘的任务是调查与水利水电工程建设有关的各种地质现象，分析其性质和规律，为研究工程地质条件和问题、初步评价测区工程地质环境提供基础地质资料，并为布置勘探、试验和专门性勘察工作提供依据。,第三章 勘察技术方法地质测绘,测绘使用的底图应是符合精度要求的同等或大于地质测绘比例尺的地形图。当采用大于地质测绘比例尺的地形图时，应在图上注明实际地质测绘精度。 图上宽度大于2mm的地质现象应予表示。对具有特殊工程地质意义的地质现象，在图上宽度不足2mm时，应扩大比例尺表示，并注示其实际数据。 地质界线误差，不应大于相应比例尺图上的2mm。,第三章 勘察技术方法地质测绘,不同工程、不同勘察阶段对地质测绘的要求见相关勘察规范； 具体测绘工作的程序、方法、内容等在测绘规程中有详细规定。,第三章 勘察技术方法工程物探,是通过检测介质的电、磁或弹性波等物性差异而获取地质信息的勘探方法。 工程物探的方法很多。从原理上分，主要有：弹性波法（地震波法、声波法）、电法、磁法、电磁法、层析成像法（弹性波ct、电磁波ct）及物探测井等。 每种方法都有各自的特点，在工作中应具有综合物探的思想。根据工程勘察现场的地质条件、地球物理应用前提，结合钻孔资料，合理运用一种或多种物探方法，经过综合分析，排除或减少多解性的影响，尽量接近真实。,第三章 勘察技术方法工程物探,注册考试对工程物探的要求： 1、各种物探方法的基本原理； 2、适用的场地条件； 3、可以解决的地质问题。 4、不要求掌握具体的操作方法、资料解释等,第三章 勘察技术方法工程物探,电法勘探的原理 电法是以岩石和矿物存在的电性差异为基础，通过研究电场的分布特征来解决具有不同电性的物质的分布，从而解决与之有关的工程地质问题。 电法勘探中主要应用的电磁参数有视电阻率（）、介电常数（），磁导率（），与电化学性质有关的激发极化率（）以及电化学活动性等。,第三章 勘察技术方法工程物探,电法勘探适用范围 电测深法探测覆盖层厚度和下伏基岩面起伏形态，进行地层分层和风化分带；探测地下水位埋深等；探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防隐患等；测试岩土体电阻率。 电剖面法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特和洞穴等。,第三章 勘察技术方法工程物探,电法勘探适用范围 高密度电法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防和防渗墙隐患等；探测覆盖层厚度，进行地层分层和风化分带、岩性分层等。 自然电场法探测地下水流向，进行堤防和防渗墙探测；探查地下金属管道、桥梁、输电线路铁塔的腐蚀情况等。 充电法测试地下水流速、流向；探测黏土或水充填的喀斯特洞穴、含水断层破碎带等低阻地质体的分布情况。,第三章 勘察技术方法工程物探,电法勘探适用范围 激发极化法地下水探测，圈定含水的古河道、古洪积扇、喀斯特、构造破碎带等，确定含水层的埋深，评价含水层的富水程度。 可控源音频大地电磁测深法探测隐伏断层破碎带、覆盖层厚度、古河道、喀斯特、洞穴等；堤防和防渗墙隐患探测，地下水和地热资源探测等。,第三章 勘察技术方法工程物探,地震勘探的原理 地震勘探是通过人工激发产生的地震波在岩体中的传播，当遇到弹性波差异的分界面时，弹性波在界面上产生反射和折射，用地震仪器记录下反射波、折射波、面波等信息，分析波的运动学与动力学特征，进而研究岩体的性质，推断地质结构。 水利水电工程地质勘察常用的地震勘探方法有：浅层折射波法、浅层反射波法、瑞雷面波法、。,第三章 勘察技术方法工程物探,地震勘探适用范围 瞬变电磁法探测覆盖层、构造破碎带、喀斯特、洞穴等；进行分层、风化分带，地下水和地热水资源调查，圈定和监测地下水污染情况，探测堤防和防渗墙隐患等。 浅层折射波法探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化带厚度、隐伏构造破碎带、松散层中的地下水位以及滑坡体厚度等；测试岩土体纵波速度。不宜探测高速屏蔽层下部的地层。,第三章 勘察技术方法工程物探,地震勘探适用范围 瑞雷波法进行浅部覆盖层分层，饱和砂土液化判定，地基加固效果评价等。 浅层反射波法进行划分地层和探测有明显断距的断层，可探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化层厚度、隐伏断裂构造等；探测松散层中的地下水位以及滑坡体厚度；测试岩土体纵波速度。,第三章 勘察技术方法工程物探,弹性波测试适用范围 单孔声波测试岩体或混凝土纵波、横波速度和相关力学参数；探测不良地质结构、岩体风化带和卸荷带；测试洞室围岩松弛圈厚度；检测建基岩体质量及灌浆效果等。 穿透声波测试岩土体或混凝土波速；探测不良地质体、岩体风化和卸荷带；测试洞室围岩松弛圈厚度，评价混凝土强度，检测建基岩体质量及灌浆效果等。,第三章 勘察技术方法工程物探,弹性波测试适用范围 表面声波测试大体积混凝土或基岩露头的声波，评价混凝土强度或岩体质量。 声波反射检测隧洞混凝土衬砌质量及回填密实度；检测大体积混凝土及其他弹性体浅部缺陷。 脉冲回波检测地下洞室明衬钢管与混凝土接触状况；检测混凝土衬砌厚度和内部缺陷。,第三章 勘察技术方法工程物探,弹性波测试适用范围 地震穿透波速测试岩土体纵波、横波速度，圈定大的构造破碎带、喀斯特等速度异常带，检测建基岩体质量和灌浆效果等。 地震连续波速测试洞室、基岩露头等岩体纵波、横波速度测试；检测建基岩体质量，探测风化带和卸荷带。,第三章 勘察技术方法工程物探,地球物理测井适用范围 电测井主要用于划分地层，区分岩性，确定软弱夹层、裂隙和破碎带位置及厚度，确定含水层的位置、厚度，划分咸淡水分界面，也可用于测试岩层电阻率。 声波测井主要用于划分地层，区分岩性，确定裂隙和破碎带位置及厚度，也可利用测试的声波速度与其他参数计算地层岩土体的力学参数和孔隙度。 地震测井主要用于划分地层，区分岩性，确定破碎带的位置及厚度，也可进行地层波速测试。,第三章 勘察技术方法工程物探,地球物理测井适用范围 自然和测井、磁化率测井均可用于划分地层，区分岩性，确定软弱夹层、裂隙和破碎带，测井还可以测试岩层密度和孔隙度。 钻孔电视观察主要用于划分地层，区分岩性，确定岩层节理、裂隙、破碎带、软弱夹层的位置和产状，观察钻孔揭露的喀斯特洞穴的情况，也可用于检查灌浆质量、混凝土浇筑质量，及观察井下物体等。,第三章 勘察技术方法工程物探,地球物理测井适用范围 孔壁超声成像主要用于确定钻孔中岩层、裂隙、破碎带、软弱夹层的位置及大致产状，也可用于检查灌浆质量、混凝土浇筑质量，粗测钻孔直径。 温度测井可用于测试含水层位置及地下水运动状态，还可测试灌浆和水泥固井时水泥回返高度。 井中流体测量可用于确定含水层位置及厚度，测试地下水在钻孔中的运动状态和涌水量。,第三章 勘察技术方法工程物探,地球物理测井适用范围 电磁波或雷达测井可用于划分地层和破碎带，也可用于探查近孔壁的不良地质体。 井径测量可用于测试钻孔的井径变化。 井斜测量可用于测试钻孔的倾斜方位和顶角。,第三章 勘察技术方法工程钻探,钻探是水利水电工程地质勘察的重要手段， 通过钻探采取岩心可以： 1、直接观察确定地层岩性、地质构造、岩体风化特征； 2、判断含水层与隔水层的情况，揭露地下水位（或水头） 3、采取岩（土）样、水样； 4、在钻孔中作各种水文地质试验、综合测井、变形测试、地应力测量以及利用钻孔进行相关项目的长期观测等。,第三章 勘察技术方法工程钻探,第三章 勘察技术方法工程钻探,这部分内容在考试大纲中是要求“了解”，建议将下列内容作为复习重点： 1、不同地层适用的钻探方法与工艺； 2、对不同地层的取心质量标准。 3、为提高取心质量，对特殊地层如破碎带、软弱夹层等的钻探要求。,第三章 勘察技术方法压水试验,压水试验是水利水电工程地质勘察中最常用的岩体原位渗透试验，其目的是掌握岩体的透水性。通常求得岩体的透水率，为工程防渗设计提供依据。 复习重点： 1、试段压力的确定，包括压力计算零线的确定方法 2、透水率的计算 3、单位吸水量与透水率的关系。,第三章 勘察技术方法压水试验,1、试段压力的确定 试段压力是指作用于试段内的实际平均压力。 当用安装在与试段连通的测压管上的压力表测压时，试段压力按p= pp + pz计算。 式中：p试段压力（mpa） pp压力表指示压力（mpa） pz压力表中心至压力计算零线的水柱压力（mpa）。 当用安设在进水管上的压力表测压时，试段压力按 p= pp + pz- ps计算。 式中：ps管路压力损失（mpa）,第三章 勘察技术方法压水试验,压力计算零线的确定： 1、当地下水位在试段以下时，压力计算零线为通过试段中点的水平线； 2、当地下水位在试段以内时，压力计算零线为通过地下水位以上试段中点的水平线； 3、当地下水位在试段以上时，压力计算零线为地下水位线。,第三章 勘察技术方法压水试验,2、透水率的计算 试段透水率采用最大压力阶段的压力值 （p3）和流量值（q3）按式 计算 式中 q试段的透水率（lu） l试段长度（m） q3第三阶段的计算流量（l/min） p3第三阶段的试验压力（mpa）,绘制p-q曲线，确定p-q曲线类型,应采用统一比例尺，即纵坐标（p轴）1mm代表0.01mpa，横坐标（q轴）1mm代表1l/min。 曲线图上各点应标明序号，并依次用直线相连，升压阶段用实线，降压阶段用虚线。 曲线类型分为层流型、紊流型、扩张型、冲蚀型和充填型。分别用(a)、(b)、(c)、(d)、(e)表示 详见p620 表2-5-1 试段压水试验成果表达方式：20（b）,第三章 勘察技术方法压水试验,3、单位吸水量与透水率的关系 单位吸水量的物理意义是在1m水柱压力作用下每米试段内每分钟压入1l水量为1个单位吸水量。单位是 升/分.米.米 透水率的物理意义是在1mpa压力作用下每米试段内每分钟压入1l的水量为1lu。 因此，二者的关系为100倍。,第三章 勘察技术方法抽水试验,抽水试验是通过测量从试验钻孔中抽出的水量和在距抽水孔一定距离处的观测孔中量测的水位降低值，根据涌水的稳定流或非稳定流理论来确定含水层水文地质参数和判断某些水文地质边介条件的一种现场渗透试验方法。 抽水试验是确定含水层渗透系数（k）、导水率（t）、储（释）水系数（ss）、给水度（）和导压系数（a）的重要方法。,第三章 勘察技术方法抽水试验,抽水试验分为：稳定流与非稳定流，单孔与多孔，完整孔与非完整孔。 稳定流抽水试验：在抽水试验过程中，固定地下水降深值，同时观测其涌水量的变化，直到经过一定时间后形成一种相对稳定的关系，并可利用裘布衣戚姆公式进行水文地质参数计算的抽水试验。 非稳定流抽水试验：一般是保持常流量观测水位降深值的变化，并根据泰斯非稳定流理论利用井函数进行水文地质参数计算的抽水试验。,第三章 勘察技术方法抽水试验,单孔抽水试验：不带观测孔，只在一个抽水孔中测量涌水量与水位降深值数据的抽水试验。 多孔抽水试验：带观测孔的抽水试验。在一个抽水孔中抽水并测量涌水量同时在观测孔中观测动水位。 完整孔抽水试验：抽水孔进水段长度完全贯穿含水层厚度的抽水试验。 非完整孔抽水试验：抽水孔进水段长度仅为含水层厚度一部分的抽水试验。,第三章 勘察技术方法抽水试验,资料整理与参数计算 仅单孔抽水试验就有近20个公式，使用的计算参数就有10多个，再加上多孔抽水试验的计算公式，情况比较复杂。 这些公式要全部背下来是不可能的，要求根据试验地段的水文地质条件、钻孔结构、抽水试验类型选择参数计算公式，要特别注意单位的换算。,第三章 勘察技术方法抽水试验,建议重点从以下几个方面入手： 1、搞清含水层的性质，是潜水或是承压水含水层； 2、搞请是什么类型的抽水试验（潜水完整孔、潜水非完整孔、承压水完整孔、承压水非完整孔） 3、搞清过滤器 处于含水层中的什么位置，这个问题出现在非完整孔中。过滤器位于含水层的上部，即非淹没式。过滤器位于含水层的中部或下部，为淹没式。 4、搞请约11个（k、 q 、r 、r 、s 、m 、h、 l、a、b、c）参数中每个的含义以及它们之间的关系。,第三章 勘察技术方法注水试验,用人工抬高水头，向试段内注入清水，测定岩土体渗透性的一种原位试验方法 试坑单环：地下水位以上的砂层、砂砾石层 试坑双环：地下水位以上的粉土、粘土层 钻孔常水头注水试验：渗透性较大的介质 钻孔降水头注水试验：地下水位以下的渗透性较小的介质,试坑单环注水试验渗透系数,式中：q-注入流量，l/min f-试坑环内面积，cm2,钻孔常水头注水k值计算,当试段位于地下水位以下时： （式2-7-3） 式中：k 试验土层的渗透系数，cm/s； q注入流量，l/min； h试验水头，cm； a形状系数，cm。,钻孔常水头注水k值计算,干孔，且50h/r200、hl时， 式中：r钻孔内半径，cm； l试段长度，cm； 其余符号意义同式（2-7-3）。,第三章 勘察技术方法土工试验,考试对土工试验的要求： 1、常用试验的试样要求、基本原理、适用条件。 2、主要物性指标之间的换算关系； 3、试验资料的整理方法，即根据试验数据计算试验成果。,第三章 勘察技术方法土工试验,1、含水率（w） 测定含水率一般采用烘干法，将试样在105110的恒温下烘至恒重。烘干时间对粘质土不少于8h；砂类土不少于6h；对有机质含量超过10%的土，应将烘干温度控制在6570。 在野外如要快速测定含水率时，也可采用酒精燃烧法和比重法。酒精燃烧法适用于简易测定细粒土含水率，比重法适用于砂类土。,第三章 勘察技术方法土工试验,2、比重（gs） 测定土的比重，对于粒径小于5mm的土，应采用比重瓶法。 粒径大于5mm，其中粒径大于20mm的土的质量小于总土质量的10%的土，应采用浮称法；粒径大于20mm的土的质量大于总土质量的10%的土，应采用虹吸筒法；粒径小于5mm部分采用比重瓶法。取其加权平均值作为土粒比重。 一般土粒比重用纯水测定，对含有可溶盐、亲水性胶体或有机质的土，须用中性液体（如煤油）测定。,第三章 勘察技术方法土工试验,3、密度（） 测定土的密度，对一般粘质土采用环刀法；土样易碎裂，难以切削，可用蜡封法；对于砂和砾质土宜在现场采用灌水法或灌砂法。,其它物理性质指标,颗粒分析试验,有筛析法、密度计法和移液管法 筛析法适用于粒径大于0.075mm的土。 密度计法和移液管法适用于粒径小于0.075mm的土。 当土中即含有粗粒也含有细粒时，可联合使用筛析法及密度计法或移液管法。,特征粒径,通过颗分曲线可以查得： 界限粒径（d60）：小于该粒径的颗粒占总质量的60%，mm； 平均粒径（d50）：小于该粒径的颗粒占总质量的50%，mm； 中间粒径（d30）：小于该粒径的颗粒占总质量的30%，mm； 有效粒径（d10）：小于该粒径的颗粒占总质量的10%，mm。,土的不均匀系数,土的不均匀系数（cu）是表示组成土的颗粒的均匀程度的指标，不均匀系数越大，表明土的粒度组成越不均匀，用下式计算：,土的曲率系数,表示某种粒径的粒组是否缺失的情况,第三章 勘察技术方法土工试验,5、相对密度（ dr ） 相对密度（ dr ）是度量无粘性土紧密程度的指标，相对密度试验包括测定最大孔隙比（砂在最松散状态时的孔隙比）与最小孔隙比（砂在最紧密状态时的孔隙比）。,第三章 勘察技术方法岩石（体）试验,要求与土工试验相同。 对岩石（体）来说，除物性指标试验外，强度及变形试验更重要。包括： 变形试验刚性承压板法和柔性承压板法 抗剪试验室内与现场，直剪与三轴，岩石、岩体、结构面及混凝土与岩石等。,第三章 勘察技术方法岩石（体）试验,岩体三轴强度试验 测定岩体在三向应力状态所具有的抗压强度。工程建设中建筑物的地基以及地下洞室围岩，多处于三向应力状态，而岩体力学性质通常与所处应力状态有关。与室内岩块试样三轴试验相比，现场岩体三轴强度试验由于包含裂隙和层面等不连续面，能更好地反映岩体的性质，能提供较大尺寸岩体单轴抗压强度、围压系数、岩体内摩擦系数（或内摩擦角）、粘聚力以及岩体变形参数。 现场岩体三轴强度试验采用等侧压（2=3）状态测定岩体强度，试验主要技术问题为侧压的选取、试体尺寸的确定、顶部和侧向摩擦力消除、加荷方式与加荷速率等。,第三章 勘察技术方法岩石（体）试验,岩体载荷试验 岩体载荷试验主要是测定半无限岩体表面所能承受的极限载荷。 通常只针对较破碎和软弱的岩体（如粘土岩、页岩、断层破碎带等）进行。 通过岩体载荷试验可确定岩体强度特性的各特征点，包括比例极限、屈服极限、破坏极限和极限载荷点。与极限载荷点对应的载荷为极限承载力，表征被测岩体所能承受的最大承载能力。 岩体载荷试验的主要试验技术问题为承压板的面积大小和承压板应具有足够的刚度。,第三章 勘察技术方法岩石（体）试验,承压板法变形试验 圆形刚性承压板