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水利水电 工程地质 勘察

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第十章水利水电工程地质勘察第十章水利水电工程地质勘察 第一节概述第一节概述 水利水电建设的主要任务 水利水电建设的主要任务 兴修水利水电 工程 兴修水利水电 工程 水工建筑物分为 水工建筑物分为 挡水建筑物挡水建筑物 坝 闸和堤防等坝 闸和堤防等 取水建筑物取水建筑物 进水口 进水闸 扬水站进水口 进水闸 扬水站 输水建筑物输水建筑物 输水洞 引水管 渠道输水洞 引水管 渠道 泄水建筑物泄水建筑物 溢洪道 泄洪洞等溢洪道 泄洪洞等 整治建筑物整治建筑物 用来整治河道 改善河道的水流条件 如 丁坝 顺坝 导流堤 护岸等 用来整治河道 改善河道的水流条件 如 丁坝 顺坝 导流堤 护岸等 专门建筑物专门建筑物 电站厂 船闸 升船机 鱼道 筏道等电站厂 船闸 升船机 鱼道 筏道等 水利工程包括防洪 灌溉 发电 航运 排涝 等工程 它们是由若干水工建筑物组成的整 体 称为水利枢纽 其主要组成部分有 拦河 大坝 电站 放水涵洞 溢洪道 水闸等 水利工程包括防洪 灌溉 发电 航运 排涝 等工程 它们是由若干水工建筑物组成的整 体 称为水利枢纽 其主要组成部分有 拦河 大坝 电站 放水涵洞 溢洪道 水闸等 韶山灌区引水坝 丹江口水利枢纽 韶山灌区引水坝 丹江口水利枢纽 双曲拱坝双曲拱坝三级船闸三级船闸 三峡工程旅游景点图三峡工程旅游景点图 水利水电工程不同于其他建筑工程的表现 水利水电工程不同于其他建筑工程的表现 1 由许多 由许多不同类型不同类型建筑物构成 对地质体 的要求也会不同 建筑物构成 对地质体 的要求也会不同 2 对地质环境的作用主要是 对地质环境的作用主要是水体水体 且影响 范围广 会产生一些其他类型建筑不具有 的特别的工程地质问题 且影响 范围广 会产生一些其他类型建筑不具有 的特别的工程地质问题 马尔帕塞薄拱坝 坝高马尔帕塞薄拱坝 坝高60m 坝基为片麻 岩 坝基为片麻 岩 1959年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑 动 造成溃坝惨剧 年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑 动 造成溃坝惨剧 500余人丧生 余人丧生 瓦依昂双曲拱坝 坝高瓦依昂双曲拱坝 坝高261 6米 坝基为断 裂十分发育的灰岩 米 坝基为断 裂十分发育的灰岩 1963年大坝上游左岸 山体发生大滑坡 约有 年大坝上游左岸 山体发生大滑坡 约有2 7 3 0亿立米的岩 体突然下塌 水库中有 亿立米的岩 体突然下塌 水库中有5000万立米的水被 挤出 击起 万立米的水被 挤出 击起250米高的巨大水浪 高米高的巨大水浪 高150米 的洪波溢过坝顶 死亡 米 的洪波溢过坝顶 死亡3000余人 余人 第二节坝区工程地质第二节坝区工程地质 土石坝泛指由当地土料 石料或混合料 经过抛填 辗压等方法堆筑成的挡水坝 当坝体材料以土和砂 砾为主时 称土坝 以石渣 卵石 爆破石料为主 时 称堆石坝 当两类当地材料均占相当比例时 称土石混合坝 泛指由当地土料 石料或混合料 经过抛填 辗压等方法堆筑成的挡水坝 当坝体材料以土和砂 砾为主时 称土坝 以石渣 卵石 爆破石料为主 时 称堆石坝 当两类当地材料均占相当比例时 称土石混合坝 重力坝主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗 滑力来抵消坝前水压力以满足稳定的要求 主要依靠坝体自身重量在滑动面上产生的抗 滑力来抵消坝前水压力以满足稳定的要求 拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物 借 助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的 基岩 是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物 借 助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的 基岩 支墩坝是由向上游倾斜的挡水盖板和支撑盖板的多 个支墩组成的 水压力由盖板经支墩传给地基 是由向上游倾斜的挡水盖板和支撑盖板的多 个支墩组成的 水压力由盖板经支墩传给地基 1 土石坝对地质 地形条件的要求1 土石坝对地质 地形条件的要求 土石坝是由散体材料经碾压填筑而成 坝坡平缓 体积庞 大 底宽较大 对地基底压应力较小 同时坝体堆筑材料之间 没有胶结材料 坝体是柔性的 允许产生较大的变形 故它对 坝基工程地质地形条件的要求较低 在土质地基和岩石地基上 均可兴建 但是 对下列地质情况需特别注意研究和处理 土石坝是由散体材料经碾压填筑而成 坝坡平缓 体积庞 大 底宽较大 对地基底压应力较小 同时坝体堆筑材料之间 没有胶结材料 坝体是柔性的 允许产生较大的变形 故它对 坝基工程地质地形条件的要求较低 在土质地基和岩石地基上 均可兴建 但是 对下列地质情况需特别注意研究和处理 岩石地基 岩石地基 强烈喀斯特岩体 大的断层破碎带 强透水和抗剪 强度低的软弱夹层 泥化夹层的岩体 基岩起伏太大的岩体 强烈喀斯特岩体 大的断层破碎带 强透水和抗剪 强度低的软弱夹层 泥化夹层的岩体 基岩起伏太大的岩体 土质地基 土质地基 1 深厚砂砾石层 2 软土 3 湿陷性黄土 4 疏松砂土及少粘性土 粘粒含量小于15 5 岩溶 即含大量 可溶岩类土 6 透水坝基下游坝趾处有连续的透水性较差的 覆盖层 1 深厚砂砾石层 2 软土 3 湿陷性黄土 4 疏松砂土及少粘性土 粘粒含量小于15 5 岩溶 即含大量 可溶岩类土 6 透水坝基下游坝趾处有连续的透水性较差的 覆盖层 一 水坝特点及其对工程地质条件的要求一 水坝特点及其对工程地质条件的要求 土石坝适用于各种地形条件 在布设的时候应注意下列原则 土石坝适用于各种地形条件 在布设的时候应注意下列原则 1 坝址附近在地形上最好有天然垭口以便布置溢洪道 或是有利于布置侧槽式溢洪道 溢洪洞的地形地质条件 坝址附近在地形上最好有天然垭口以便布置溢洪道 或是有利于布置侧槽式溢洪道 溢洪洞的地形地质条件 2 土石坝是当地材料坝 坝区附近有足够数量的 合乎 质量标准又易于开采运输的粘土 砂砾石或堆石料 土石坝是当地材料坝 坝区附近有足够数量的 合乎 质量标准又易于开采运输的粘土 砂砾石或堆石料 小浪底水库大坝高154 米 总填筑量5185万 立方米 是我国迄今 为止最大的土石坝 2 重力坝对地质 地形条件的要求2 重力坝对地质 地形条件的要求 重力坝是依靠坝身自重与地基间产生足够大的摩阻力来保 持其稳定 故对地基要求比土石坝高 一般都修在岩基上 低 坝也要修在较好的土质地基上 1 具有足够的抗滑能力 能满足抗滑稳定要求 2 坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性 模量 其均匀性和完整性也应较好 能承受坝体传来的巨大压 力 不致产生过大的变形或不均匀变形 否则坝体内会产生较 大的拉应力 使坝体裂开 甚至毁坏 3 坝基 肩 应有良好的抗渗性 在库水上下游水头差作用 下不发生大量渗漏 不产生过大的扬压力 也不会产生岩体的 软化 泥化和软弱夹层 断层破碎带的渗透变形 重力坝是依靠坝身自重与地基间产生足够大的摩阻力来保 持其稳定 故对地基要求比土石坝高 一般都修在岩基上 低 坝也要修在较好的土质地基上 1 具有足够的抗滑能力 能满足抗滑稳定要求 2 坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性 模量 其均匀性和完整性也应较好 能承受坝体传来的巨大压 力 不致产生过大的变形或不均匀变形 否则坝体内会产生较 大的拉应力 使坝体裂开 甚至毁坏 3 坝基 肩 应有良好的抗渗性 在库水上下游水头差作用 下不发生大量渗漏 不产生过大的扬压力 也不会产生岩体的 软化 泥化和软弱夹层 断层破碎带的渗透变形 4 重力坝对地形适应性好 但两岸山坡岩体必须稳定 没 有难以处理的滑坡体和潜在的不稳定的滑移体 5 重力坝可以从坝顶宣泄大量洪水 下游河床岩体应具有 对高速水流的抗冲能力 以免冲刷坑向上游扩展 威胁大坝安全 6 坝区附近应有足够的 合乎要求的混凝土骨料或石料 4 重力坝对地形适应性好 但两岸山坡岩体必须稳定 没 有难以处理的滑坡体和潜在的不稳定的滑移体 5 重力坝可以从坝顶宣泄大量洪水 下游河床岩体应具有 对高速水流的抗冲能力 以免冲刷坑向上游扩展 威胁大坝安全 6 坝区附近应有足够的 合乎要求的混凝土骨料或石料 三峡大坝 三峡双线五级连续船闸三峡双线五级连续船闸 三峡工程综合效益 三峡工程综合效益 防洪防洪 三峡水库正常蓄水位三峡水库正常蓄水位175米 有防洪 库容 米 有防洪 库容221 5亿立方米 对荆江的防洪提供了有效的 保障 对长江中下游地区也具有巨大的防洪作 用 亿立方米 对荆江的防洪提供了有效的 保障 对长江中下游地区也具有巨大的防洪作 用 发电发电 三峡水电站装机总容量为三峡水电站装机总容量为1820万万kW 年均发电量 年均发电量847亿亿kW h 航运航运 能够较为充分地改善重庆至武汉间通航 条件 满足长江上中游航运事业远景发展的需要 能够较为充分地改善重庆至武汉间通航 条件 满足长江上中游航运事业远景发展的需要 三峡工程使长江三峡工程使长江 黄金水道黄金水道 名副其实 名副其实 丹江口宽缝重力坝丹江口宽缝重力坝丹江口宽缝重力坝丹江口宽缝重力坝 3 拱坝对地质 地形条件的要求3 拱坝对地质 地形条件的要求 拱坝的外荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸 所 以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体维持 与重力坝比 较 拱坝对两岸岩体的要求较高 要求两岸拱座岩体具有抗 滑稳定 变形稳定和渗透稳定 两端拱座岩体应该坚硬 新 鲜 完整 强度高而均匀 透水性小 耐风化 无较大断 层 特别是顺河向断层 破碎带和软弱夹层等不利结构面和 结构体 拱座山体厚实稳定 不致因变形或滑动而使坝体失 稳 滑坡体 强风化岩体 断层破碎带 具软弱夹层的易产 生塑性变形和滑动的岩体均不宜作为两端的拱座 拱坝的外荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸 所 以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体维持 与重力坝比 较 拱坝对两岸岩体的要求较高 要求两岸拱座岩体具有抗 滑稳定 变形稳定和渗透稳定 两端拱座岩体应该坚硬 新 鲜 完整 强度高而均匀 透水性小 耐风化 无较大断 层 特别是顺河向断层 破碎带和软弱夹层等不利结构面和 结构体 拱座山体厚实稳定 不致因变形或滑动而使坝体失 稳 滑坡体 强风化岩体 断层破碎带 具软弱夹层的易产 生塑性变形和滑动的岩体均不宜作为两端的拱座 修建拱坝比较理想的河谷断面形状应是比较狭窄的 两岸对称的 修建拱坝比较理想的河谷断面形状应是比较狭窄的 两岸对称的 V 字形河谷 其次是字形河谷 其次是 U 形和梯形 河谷 的宽高比值在 形和梯形 河谷 的宽高比值在1 5 2比较理想 最好不超过比较理想 最好不超过3 5 二滩双曲拱坝 电站地点 四川攀枝花 所在河流 雅砻江 所在水系 长江水系 主要坝型 混凝土拱坝 坝高 240 米 锦屏一级水电站是雅砻江下游的龙头梯级 总装机 360万千瓦 坝高305米 是世界第一高拱坝 并且有复 杂的高边坡安全问题 锦屏一级水电站是雅砻江下游的龙头梯级 总装机 360万千瓦 坝高305米 是世界第一高拱坝 并且有复 杂的高边坡安全问题 锦屏一级水电站世界第一高拱坝及复杂的高边坡安全问题锦屏一级水电站世界第一高拱坝及复杂的高边坡安全问题 4 支墩坝对地质地形条件的要求4 支墩坝对地质地形条件的要求 支墩坝是由向上游倾斜的挡水盖板和支撑盖板的多个支墩 组成的 水压力由盖板经支墩传给地基 与重力坝相比 它的 体积比重力坝要小很多 坝对地基的荷载要低于同等高度的重 力坝 对地质条件的适应性较强 其对地质地形条件的要求同 重力坝 但需注意防止相邻支墩产生较大的不均匀沉降 支墩坝是由向上游倾斜的挡水盖板和支撑盖板的多个支墩 组成的 水压力由盖板经支墩传给地基 与重力坝相比 它的 体积比重力坝要小很多 坝对地基的荷载要低于同等高度的重 力坝 对地质条件的适应性较强 其对地质地形条件的要求同 重力坝 但需注意防止相邻支墩产生较大的不均匀沉降 平板坝连拱坝大头坝 大坝建成后 坝上游水位抬高 在上 下游水位 差的作用下 库水可能通过坝基或坝肩岩层中的 孔隙 裂隙 破碎带向下游渗漏 前者称为 大坝建成后 坝上游水位抬高 在上 下游水位 差的作用下 库水可能通过坝基或坝肩岩层中的 孔隙 裂隙 破碎带向下游渗漏 前者称为坝基 渗漏 坝基 渗漏 后者称为 后者称为绕坝渗漏绕坝渗漏 坝区渗漏形式分为坝区渗漏形式分为均匀渗漏均匀渗漏和和集中渗漏集中渗漏两种 前 者 如通过砂砾石层和基岩中较为均布的风化裂 隙的渗漏 后者 如通过较大的断裂破碎带和各 种岩溶通道的渗漏 两种 前 者 如通过砂砾石层和基岩中较为均布的风化裂 隙的渗漏 后者 如通过较大的断裂破碎带和各 种岩溶通道的渗漏 二 坝区渗漏条件分析二 坝区渗漏条件分析 绕坝渗漏示意图绕坝渗漏示意图 1 松散岩层的坝区渗漏条件1 松散岩层的坝区渗漏条件 在松散岩层地区建坝 渗漏主要是通过透水性 强的 在松散岩层地区建坝 渗漏主要是通过透水性 强的砂砾石层砂砾石层发生的 砂砾石层有的是现代河床沉 积 有的是位于阶地之上 也有的是古河道沉积 古河道砂砾石沉积可以是埋藏在河岸一侧 也可以 分布于阶地之上 有时砂砾石层与不透水层成互层 结构 对此 应给予充分注意 发生的 砂砾石层有的是现代河床沉 积 有的是位于阶地之上 也有的是古河道沉积 古河道砂砾石沉积可以是埋藏在河岸一侧 也可以 分布于阶地之上 有时砂砾石层与不透水层成互层 结构 对此 应给予充分注意 一般在河谷狭窄 谷坡高陡的坝区 砂砾石层 仅分布于谷底 因此 坝区渗漏主要发生在 一般在河谷狭窄 谷坡高陡的坝区 砂砾石层 仅分布于谷底 因此 坝区渗漏主要发生在坝基坝基 而在宽谷区当谷坡上分布有多级阶地时 库水除沿 坝基渗漏外 还可能发生 而在宽谷区当谷坡上分布有多级阶地时 库水除沿 坝基渗漏外 还可能发生绕坝渗漏绕坝渗漏 2 裂隙岩层坝区的渗漏条件2 裂隙岩层坝区的渗漏条件 在裂隙岩层分布区 由于岩层中各种结构面 的透水能力的不同 以及河谷地貌和地质构造的 差异 使建坝所导致的渗漏在不同地区或地段内 有显著的不同 在裂隙岩层分布区 由于岩层中各种结构面 的透水能力的不同 以及河谷地貌和地质构造的 差异 使建坝所导致的渗漏在不同地区或地段内 有显著的不同 河谷地貌河谷地貌与与地质结构条件地质结构条件对坝区渗漏有显著 影响 对坝区渗漏有显著 影响 河谷平面形态与坝区渗漏的关系河谷平面形态与坝区渗漏的关系 一一 灌浆帷幕灌浆帷幕 通过钻孔向地下灌注水泥浆或其他浆液 填塞岩 溶岩体中的渗漏通道 形成阻水帷幕 可以达到防 渗的目的 通过钻孔向地下灌注水泥浆或其他浆液 填塞岩 溶岩体中的渗漏通道 形成阻水帷幕 可以达到防 渗的目的 灌浆帷幕灌浆帷幕用于裂隙性岩溶渗漏具有显著的防渗效 果 用于裂隙性岩溶渗漏具有显著的防渗效 果 对规模不大的管道性岩溶渗漏采用填充性灌浆 也有一定效果 对规模不大的管道性岩溶渗漏采用填充性灌浆 也有一定效果 一般在一般在坝基坝基和和坝肩坝肩部位都设置有灌浆帷幕 以防 止绕坝渗漏 帷幕深度及向两岸的延伸范围则根据 防渗处理范围确定 部位都设置有灌浆帷幕 以防 止绕坝渗漏 帷幕深度及向两岸的延伸范围则根据 防渗处理范围确定 三 防渗措施三 防渗措施 坝基灌浆帷幕坝基灌浆帷幕最好能深入基础的相对不透水层岩 层中构成接地式帷幕 这是截断渗流比较彻底的办 法 最好能深入基础的相对不透水层岩 层中构成接地式帷幕 这是截断渗流比较彻底的办 法 帷幕灌浆压力 孔距 排距 排数等 根据壅水 高度 建筑物特点 岩溶发育特点和灌浆试验结果 确定 帷幕灌浆压力 孔距 排距 排数等 根据壅水 高度 建筑物特点 岩溶发育特点和灌浆试验结果 确定 当地基下面透水层深度不大时 常用截水墙防 渗 这是一种比较可靠的防渗措施 当地基下面透水层深度不大时 常用截水墙防 渗 这是一种比较可靠的防渗措施 防渗墙有粘 土墙 混凝土墙和大口径钻孔造孔回填混凝土等 形式 防渗墙有粘 土墙 混凝土墙和大口径钻孔造孔回填混凝土等 形式 粘土截水墙粘土截水墙多用于土坝基础 将透水层截断与 心墙或斜墙相连接 要求截水墙应有足够的厚度 和严格的反滤措施 以保护截水墙不致产生管涌 和冲刷 多用于土坝基础 将透水层截断与 心墙或斜墙相连接 要求截水墙应有足够的厚度 和严格的反滤措施 以保护截水墙不致产生管涌 和冲刷 混凝土截水墙混凝土截水墙多用于截断岩石基础的表部透水 带 如溶蚀带 岸坡风化带等 多用于截断岩石基础的表部透水 带 如溶蚀带 岸坡风化带等 二 截水墙 二 截水墙 三三 铺盖铺盖 在坝上游或水库的某一部分 以粘土层或钢筋 混凝土板做成铺盖 覆盖漏水区 以防止渗漏 在坝上游或水库的某一部分 以粘土层或钢筋 混凝土板做成铺盖 覆盖漏水区 以防止渗漏 铺盖防渗主要铺盖防渗主要适用于适用于大面积的孔隙性或裂隙性 渗漏 库底大面积渗漏 常用粘土铺盖 对于库 岸斜坡地段的局部渗漏 用混凝土铺盖 为防止 坝基 坝肩渗漏而设置的铺盖 最好使坝体与上 游的隔水岩层相衔接 或将铺盖的范围扩大 把 绕过铺盖的水流比降和流量控制在允许限度以内 大面积的孔隙性或裂隙性 渗漏 库底大面积渗漏 常用粘土铺盖 对于库 岸斜坡地段的局部渗漏 用混凝土铺盖 为防止 坝基 坝肩渗漏而设置的铺盖 最好使坝体与上 游的隔水岩层相衔接 或将铺盖的范围扩大 把 绕过铺盖的水流比降和流量控制在允许限度以内 一般情况下 铺盖工程应在蓄水前或水库放空 以后施工 以保证质量 但有些情况下 用水中 抛土方法形成铺盖 也可起到一定的防渗作用 一般情况下 铺盖工程应在蓄水前或水库放空 以后施工 以保证质量 但有些情况下 用水中 抛土方法形成铺盖 也可起到一定的防渗作用 隔离隔离就是在库岸基岩上修筑隔水围坝 就是在库岸基岩上修筑隔水围坝 范围不 大的集中渗漏区 库水隔离可以减少水量损失 范围不 大的集中渗漏区 库水隔离可以减少水量损失 导排导排则是将建筑物基础下及其周围承压水或泉 水通过反滤设备的减压井 导管及排水沟 则是将建筑物基础下及其周围承压水或泉 水通过反滤设备的减压井 导管及排水沟 廊道廊道 等将承压水引导至建筑物范围以外 以降低渗透 压力 等将承压水引导至建筑物范围以外 以降低渗透 压力 减压井或其他排水设施一般在防渗帷幕后面和 两岸山坡 减压井或其他排水设施一般在防渗帷幕后面和 两岸山坡 四四 隔离与导排隔离与导排 选择集中漏水的洞口用适当的建材堵塞 是防止 岩溶通道渗漏的有效方法 选择集中漏水的洞口用适当的建材堵塞 是防止 岩溶通道渗漏的有效方法 对 对裸露基岩裸露基岩中的漏水 洞 只要清除其充填物和洞壁的风化松软物质 然 后用混凝土封堵 即可获得良好效果 在 中的漏水 洞 只要清除其充填物和洞壁的风化松软物质 然 后用混凝土封堵 即可获得良好效果 在覆盖型岩 溶河段 覆盖型岩 溶河段 由于基岩中岩溶管道埋藏于覆盖层之下 要消除覆盖层 应找到基岩中岩溶管道的入口 加 以封堵 如因覆盖层太厚 彻底清除确有困难 也 应尽可能深挖扩大 清除其中的松软物质 然后加 以堵塞 一般的堵洞结构是下部做反滤层 上部以 混凝土封堵 再以粘土回填 由于基岩中岩溶管道埋藏于覆盖层之下 要消除覆盖层 应找到基岩中岩溶管道的入口 加 以封堵 如因覆盖层太厚 彻底清除确有困难 也 应尽可能深挖扩大 清除其中的松软物质 然后加 以堵塞 一般的堵洞结构是下部做反滤层 上部以 混凝土封堵 再以粘土回填 五 堵洞 适用于岩溶地区渗漏处理 五 堵洞 适用于岩溶地区渗漏处理 岩溶水库坝址主要防渗措施表 岩溶水库坝址主要防渗措施表 1 岩溶水库坝址主要防渗措施表 岩溶水库坝址主要防渗措施表 2 1 水库蓄水会使库内一些城区和居民点 古迹 文物 工矿企业 铁路 公路和其他一些重要建 筑物以及大片农田 森林等受到 水库蓄水会使库内一些城区和居民点 古迹 文物 工矿企业 铁路 公路和其他一些重要建 筑物以及大片农田 森林等受到 淹没淹没 2 水库蓄水会使两岸地下水位抬高 使一些地 区发生 水库蓄水会使两岸地下水位抬高 使一些地 区发生 浸没浸没 甚至地上建筑物也受到危害 有 些地区甚至发生沼泽化 盐渍化 导致农作物无 法种植 土地荒芜 工矿企业排水困难 在低洼 地区会引起土地充水 沼泽化 盐渍化或地下水 淹没 甚至地上建筑物也受到危害 有 些地区甚至发生沼泽化 盐渍化 导致农作物无 法种植 土地荒芜 工矿企业排水困难 在低洼 地区会引起土地充水 沼泽化 盐渍化或地下水 淹没 3 水库若存在严重水库若存在严重 渗漏渗漏 会影响水利枢纽正 常运行 会影响水利枢纽正 常运行 一 水库的主要工程地质问题概述一 水库的主要工程地质问题概述 第三节水库工程地质第三节水库工程地质 4 当水库受到冲刷和侵蚀时会引起 4 当水库受到冲刷和侵蚀时会引起 库岸再 造 库岸再 造 有些地段形成滑坡 崩塌和冲蚀 有古滑 坡存在的条件下会发生滑坡 有些地段形成滑坡 崩塌和冲蚀 有古滑 坡存在的条件下会发生滑坡 复活复活 5 水库淤积 库容体积减小 使农业 航运 渔业条件恶化 自然环境条件受到影响 5 水库淤积 库容体积减小 使农业 航运 渔业条件恶化 自然环境条件受到影响 6 泥炭层 垃圾场以及工厂污水废料排放到水 库使水库水质变坏 卫生条件变差 导致生活用 水 灌溉用水受到污染 引发一些疾病 6 泥炭层 垃圾场以及工厂污水废料排放到水 库使水库水质变坏 卫生条件变差 导致生活用 水 灌溉用水受到污染 引发一些疾病 7 有的水库会诱发地震 7 有的水库会诱发地震 水库建成蓄水后 库岸 水库建成蓄水后 库岸自然条件自然条件发生急剧 变化 使之处于新的环境和动力地质作用下表现 为 发生急剧 变化 使之处于新的环境和动力地质作用下表现 为 原来处于干燥状态下的岩土体 在库水位变化 范围内部分因浸湿而经常处于饱和状态 其工程 地质性质明显恶化 原来处于干燥状态下的岩土体 在库水位变化 范围内部分因浸湿而经常处于饱和状态 其工程 地质性质明显恶化 强度参数值下降强度参数值下降 岸边遭受人工湖泊波浪的 岸边遭受人工湖泊波浪的冲蚀淘刷作用冲蚀淘刷作用 较原 来河流的侵蚀冲刷作用更为强烈 较原 来河流的侵蚀冲刷作用更为强烈 二 库岸稳定性问题二 库岸稳定性问题 库水位经常变化 当水位快速下降时 原来 被顶托而壅高的地下水来不及泄出 因而增加了 岸坡岩土体的动水压力和自重压力 因之 使得 原来处于平衡状态下的斜坡 有一部分发生变形 破坏 直至达到新的平衡状态为止 库水位经常变化 当水位快速下降时 原来 被顶托而壅高的地下水来不及泄出 因而增加了 岸坡岩土体的动水压力和自重压力 因之 使得 原来处于平衡状态下的斜坡 有一部分发生变形 破坏 直至达到新的平衡状态为止 危害 危害 库岸的变形破坏 危及滨库地带居 民点和建筑物的安全 使滨库地带的农田遭到破 坏库岸的破坏物质又成为水库的淤积物 减小库 容 近坝库岸大塌滑体的滑落激起的涌浪 还能 危及大坝安全 并给坝下游带来灾难性后果 库岸的变形破坏 危及滨库地带居 民点和建筑物的安全 使滨库地带的农田遭到破 坏库岸的破坏物质又成为水库的淤积物 减小库 容 近坝库岸大塌滑体的滑落激起的涌浪 还能 危及大坝安全 并给坝下游带来灾难性后果 3 库岸失稳破坏的类型 3 库岸失稳破坏的类型 塌岸 塌岸 在水库中库岸土石体在库水波浪及其他外动 力作用下 失去平衡而产生逐步坍塌 库岸线不 断后移而进行边岸再造 以达到新的平衡的现象 和结果 称 在水库中库岸土石体在库水波浪及其他外动 力作用下 失去平衡而产生逐步坍塌 库岸线不 断后移而进行边岸再造 以达到新的平衡的现象 和结果 称水库塌岸水库塌岸 或称水库边岸再造 可 见 水库塌岸是不同于岩土体崩塌和滑坡的一种 特殊的破坏形式 这种现象主要发生于 或称水库边岸再造 可 见 水库塌岸是不同于岩土体崩塌和滑坡的一种 特殊的破坏形式 这种现象主要发生于土质岸坡 地段 土质岸坡 地段 水库蓄水最初几年内塌岸表现最为强烈 随 后渐渐减弱 可以延续几年甚至十几年以上 因 而 塌岸是一个长期缓慢的演变过程 最终塌岸 破坏带的宽度可达几百米 如我国黄河三门峡库 最大塌岸带宽度284m 水库蓄水最初几年内塌岸表现最为强烈 随 后渐渐减弱 可以延续几年甚至十几年以上 因 而 塌岸是一个长期缓慢的演变过程 最终塌岸 破坏带的宽度可达几百米 如我国黄河三门峡库 最大塌岸带宽度284m 水库塌岸过程示意图水库塌岸过程示意图 滑坡 滑坡 库岸滑坡在大部分水库蓄水后都会发生 只 是规模不同而已 它往往是岸坡蠕变的发展结果 按 库岸滑坡在大部分水库蓄水后都会发生 只 是规模不同而已 它往往是岸坡蠕变的发展结果 按库岸滑坡发生的位置库岸滑坡发生的位置 可分为 可分为水上滑坡水上滑坡和和水下 滑坡 水下 滑坡 以及 以及近坝滑坡近坝滑坡和和远坝滑坡远坝滑坡 近坝的水上高 速滑坡危害尤大 如意大利瓦依昂水库左岸1963 年10月9日发生的超大型高速滑坡 举世震惊 我 国湖南柘溪水库 在1959年的蓄水初期 大坝上 游1 5km的塘岩光发生大滑坡 165万m3土石以25m s的速度滑入库中 激起高达21米的涌浪 致使 库水漫过尚未完工的坝顶泄向下游 损失巨大 近坝的水上高 速滑坡危害尤大 如意大利瓦依昂水库左岸1963 年10月9日发生的超大型高速滑坡 举世震惊 我 国湖南柘溪水库 在1959年的蓄水初期 大坝上 游1 5km的塘岩光发生大滑坡 165万m3土石以25m s的速度滑入库中 激起高达21米的涌浪 致使 库水漫过尚未完工的坝顶泄向下游 损失巨大 滑坡是库岸破坏的主要形式之一 由于危害 较大 对山区水库来说 需重视研究近坝的库岸 滑坡 我国的几座大型水坝 如龙羊峡和小浪底 水库均存在此问题 滑坡是库岸破坏的主要形式之一 由于危害 较大 对山区水库来说 需重视研究近坝的库岸 滑坡 我国的几座大型水坝 如龙羊峡和小浪底 水库均存在此问题 岩崩 岩崩 岩崩是峡谷型水库岩质库岸常见的破坏形 式 它常发生在由坚硬岩体组成的高陡库岸地段 水库蓄水后 由于坡脚岩层软化或下部库岸的变 形破坏 而引起上部库岸的岩体崩塌 岩崩是峡谷型水库岩质库岸常见的破坏形 式 它常发生在由坚硬岩体组成的高陡库岸地段 水库蓄水后 由于坡脚岩层软化或下部库岸的变 形破坏 而引起上部库岸的岩体崩塌 定义 定义 水库蓄水后水位抬高 引起水库周围 地下水壅高 当库岸比较低平 地面高程与水库正 常高水位相差不大时 地下水位可能接近甚至高出 地面 产生种种不良后果 水库蓄水后水位抬高 引起水库周围 地下水壅高 当库岸比较低平 地面高程与水库正 常高水位相差不大时 地下水位可能接近甚至高出 地面 产生种种不良后果 称为 称为水库浸没水库浸没 危害危害 浸没对滨库地区的工农业生产和居民 生活危害甚大 它使农田沼泽化或盐碱化 浸没对滨库地区的工农业生产和居民 生活危害甚大 它使农田沼泽化或盐碱化 建筑物 的地基强度降低甚至破坏 影响其稳定和正常使 用 建筑物 的地基强度降低甚至破坏 影响其稳定和正常使 用 附近城镇居民无法居住 不得不采取排水措施 或迁移他处 附近城镇居民无法居住 不得不采取排水措施 或迁移他处 浸没区还能造成附近矿坑渗水 使采 矿条件恶化 浸没区还能造成附近矿坑渗水 使采 矿条件恶化 因此 浸没问题常常影响到水库正常 高水位的选择 甚至影响到坝址的选择 因此 浸没问题常常影响到水库正常 高水位的选择 甚至影响到坝址的选择 三 水库浸没问题三 水库浸没问题 产生浸没的条件 产生浸没的条件 浸没现象的产生 是各种因素综合作用的结 果 包括地形 地质 水文气象 水库运行和人 类活动等 依地形地质的因素而言 可能产生浸 没的条件是 浸没现象的产生 是各种因素综合作用的结 果 包括地形 地质 水文气象 水库运行和人 类活动等 依地形地质的因素而言 可能产生浸 没的条件是 受库水渗漏影响的邻谷和洼地 平原水库的 坝下游和围堤外侧 特别是地形标高接近或低于 原来河床的库岸地段 容易产生浸没 受库水渗漏影响的邻谷和洼地 平原水库的 坝下游和围堤外侧 特别是地形标高接近或低于 原来河床的库岸地段 容易产生浸没 岩土应具有一定的透水性能 基岩分布地区 不易发生浸没 第四纪松散堆积物中的粘性土和 粉砂质土 由于毛细性较强 易发生浸没 特别 是胀缩性土和黄土类土 浸没的影响更为严重 岩土应具有一定的透水性能 基岩分布地区 不易发生浸没 第四纪松散堆积物中的粘性土和 粉砂质土 由于毛细性较强 易发生浸没 特别 是胀缩性土和黄土类土 浸没的影响更为严重 水库回水及浸没水库回水及浸没 不易不易发生浸没的地段是 发生浸没的地段是 库岸为相对不透水岩土层组成或研究地段与库 岸之间有相对不透水层阻隔 库岸为相对不透水岩土层组成或研究地段与库 岸之间有相对不透水层阻隔 研究地段与库岸间有经常水流的溪沟 其水位 等于或高于正常蓄水位时 研究地段与库岸间有经常水流的溪沟 其水位 等于或高于正常蓄水位时 水库 岸边 不会 发生 浸没 的地 质条 件 水库 岸边 不会 发生 浸没 的地 质条 件 四 水库淤积问题四 水库淤积问题 淤积问题淤积问题 水库为人工形成的静水域 河水流入水库后流速顿 减 水流搬运能力下降 所挟带的泥砂就沉积下来 堆于库底 形成 水库为人工形成的静水域 河水流入水库后流速顿 减 水流搬运能力下降 所挟带的泥砂就沉积下来 堆于库底 形成水库淤积水库淤积 淤积的粗粒部分堆于上 游 细粒部分堆于下游 随着时间的推延 淤积物逐 渐向坝前推移 淤积的粗粒部分堆于上 游 细粒部分堆于下游 随着时间的推延 淤积物逐 渐向坝前推移 修建水库的河流若含有 修建水库的河流若含有大量泥砂大量泥砂 则 淤积问题将成为该水库的主要工程地质问题之一 我 国黄河干流上的三门峡水库 若不采取措施 几十年 后将全部淤满 山陕高原上有一些小水库 建成一年 后库容竟全部被泥砂淤满 则 淤积问题将成为该水库的主要工程地质问题之一 我 国黄河干流上的三门峡水库 若不采取措施 几十年 后将全部淤满 山陕高原上有一些小水库 建成一年 后库容竟全部被泥砂淤满 有人对我国有人对我国20座水库淤积状况作过统计 根据统计 资料 在不到 座水库淤积状况作过统计 根据统计 资料 在不到14年内 年内 20座水库平均库容损失率为座水库平均库容损失率为 31 3 年平均损失率为 年平均损失率为2 26 淤积不仅缩短水库使用寿命 而且会给上下游防洪 灌溉 航运 排涝治碱 工程安全和生态平衡带来影 响 淤积不仅缩短水库使用寿命 而且会给上下游防洪 灌溉 航运 排涝治碱 工程安全和生态平衡带来影 响 水库的兴建 极大地改变了原河流的水动力条件和 河流地质作用 使其侵蚀 搬运和沉积作用发生了大 幅度的变化 并在自我调整中取得新的动态平衡 其 间 水库的兴建 极大地改变了原河流的水动力条件和 河流地质作用 使其侵蚀 搬运和沉积作用发生了大 幅度的变化 并在自我调整中取得新的动态平衡 其 间 库内沉积作用加剧 将影响水库的寿命 航运 库内沉积作用加剧 将影响水库的寿命 航运 包 括航道和港口 包 括航道和港口 的通畅 库尾的洪水位等的通畅 库尾的洪水位等 在坝下游 由于清水下泄 冲刷作用增强 底蚀显 著 河道下切 河流变直 可导致部分河段岸坡稳定 性下降 出现裂缝 坍塌等现象 河道还可能出现负 比降 影响汛期行洪 在坝下游 由于清水下泄 冲刷作用增强 底蚀显 著 河道下切 河流变直 可导致部分河段岸坡稳定 性下降 出现裂缝 坍塌等现象 河道还可能出现负 比降 影响汛期行洪等 等 水库淤积对环境的影响 水库淤积对环境的影响 小浪底调水调沙小浪底调水调沙 河道淤积河道淤积 万家寨泄洪万家寨泄洪 库坝区渗漏库坝区渗漏是指库水沿岩石孔隙 裂隙 断层 溶洞等向库盆以外或通过坝基 是指库水沿岩石孔隙 裂隙 断层 溶洞等向库盆以外或通过坝基 肩肩 向下游渗漏水量的 现象 向下游渗漏水量的 现象 水库的作用是蓄水兴利 在一定的地质条件 下 水库蓄水期间及蓄水后会产生渗漏 对任何一座 水库来说 在未采取有效的工程处理措施的情况下 如果 水库的作用是蓄水兴利 在一定的地质条件 下 水库蓄水期间及蓄水后会产生渗漏 对任何一座 水库来说 在未采取有效的工程处理措施的情况下 如果存在严重的渗漏现象 将会直接影响到该水库的 效益 存在严重的渗漏现象 将会直接影响到该水库的 效益 而坝区的渗漏 在不少情况下往往导致坝基产 生渗透变形 威胁到大坝的安全 而坝区的渗漏 在不少情况下往往导致坝基产 生渗透变形 威胁到大坝的安全 在工程设计中 一般都要求使水库的渗漏量小于 该河流段平水期流量的 在工程设计中 一般都要求使水库的渗漏量小于 该河流段平水期流量的1 3 第三节 库坝区渗漏第三节 库坝区渗漏 1 库区渗漏的类型库区渗漏的类型 暂时性渗漏 暂时性渗漏 水库蓄水初期 由于库水位逐渐抬高 因湿润 饱 和库水位以下岩土层的孔隙 裂隙和空洞 导致库水 量损失 水库蓄水初期 由于库水位逐渐抬高 因湿润 饱 和库水位以下岩土层的孔隙 裂隙和空洞 导致库水 量损失 但库水不漏出库外 因此 水量损失是暂时 的 但库水不漏出库外 因此 水量损失是暂时 的 永久性渗漏 永久性渗漏 指水库蓄水后 库水通过库岸或库盆底部的岩土体 中的孔隙 裂隙 断层及溶隙 溶洞等渗漏通道 向 库外邻谷 低地或远处低洼排水区不断渗水 指水库蓄水后 库水通过库岸或库盆底部的岩土体 中的孔隙 裂隙 断层及溶隙 溶洞等渗漏通道 向 库外邻谷 低地或远处低洼排水区不断渗水 一 库区渗漏的地质条件分析一 库区渗漏的地质条件分析 永久性渗漏 大多沿下列部位发生 永久性渗漏 大多沿下列部位发生 通过库岸分水岭向邻谷或低地渗漏 通过库岸分水岭向邻谷或低地渗漏 坝下游河道是弯道 库水通过库岸向下游 河道渗漏 库水通过库底向远处低洼排泄区渗漏 坝下游河道是弯道 库水通过库岸向下游 河道渗漏 库水通过库底向远处低洼排泄区渗漏 库区永久渗漏方式库区永久渗漏方式 按渗漏通道的性质 一般可划分为以下几种类型 按渗漏通道的性质 一般可划分为以下几种类型 1 孔隙渗漏型 孔隙渗漏型 库水主要通过第四纪松散土层发生渗 漏 例如黄土 各种粒径的砂层及砾石等 这一类型的 渗漏量主要取决于土层的孔隙率及空隙直径的大小和土 层分布的范围 库水主要通过第四纪松散土层发生渗 漏 例如黄土 各种粒径的砂层及砾石等 这一类型的 渗漏量主要取决于土层的孔隙率及空隙直径的大小和土 层分布的范围 2 裂隙渗漏型 裂隙渗漏型 库水主要通过岩 土体内的裂隙进行渗 漏 包括可透水的各种原生裂隙 次生裂隙以及断层破 碎带的裂隙 裂隙型渗漏量的大小取决于断层性质 规 模 充填物及填胶程度及裂隙的张开度和密集程度等 库水主要通过岩 土体内的裂隙进行渗 漏 包括可透水的各种原生裂隙 次生裂隙以及断层破 碎带的裂隙 裂隙型渗漏量的大小取决于断层性质 规 模 充填物及填胶程度及裂隙的张开度和密集程度等 3 溶洞渗漏型 溶洞渗漏型 喀斯特地区的水库 库水通过各种规模 的溶洞发生渗漏 喀斯特地区的水库 库水通过各种规模 的溶洞发生渗漏 除了以上三种基本类型外 尚有孔隙除了以上三种基本类型外 尚有孔隙 裂隙渗漏型和 裂隙 裂隙渗漏型和 裂隙 溶洞渗漏型等混合型渗漏 溶洞渗漏型等混合型渗漏 据渗漏通道划分的水库渗漏的类型据渗漏通道划分的水库渗漏的类型 水库发生渗漏的条件主要有三个 水库发生渗漏的条件主要有三个 一是一是构成库盆的岩体是透水的 如果水库坐落在粘 土岩地区 或库盆被厚层粘土所覆盖 这种水库基 本上是不漏水的 构成库盆的岩体是透水的 如果水库坐落在粘 土岩地区 或库盆被厚层粘土所覆盖 这种水库基 本上是不漏水的 二是二是库外存在有比库水位低的排泄区 库外存在有比库水位低的排泄区 三是三是库水位高于库岸的地下水位 库水才能向库外 渗漏 由此可见 水库渗漏的发生主要与岩性和地 质构造 地形及水文地质条件有关 具备上述三个 条件的水库 就可能发生渗漏 库水位高于库岸的地下水位 库水才能向库外 渗漏 由此可见 水库渗漏的发生主要与岩性和地 质构造 地形及水文地质条件有关 具备上述三个 条件的水库 就可能发生渗漏 3 水库渗漏条件分析水库渗漏条件分析 第四节水利水电工程地质勘察要点第四节水利水电工程地质勘察要点 在水利水电工程兴建之前 都要进行工程地 质勘察工作 其 在水利水电工程兴建之前 都要进行工程地 质勘察工作 其目的目的是查明水库和水工建筑物地 区的工程地质条件 分析预测可能出现的工程地 质问题 充分利用有利的地质条件 避开或改造 不利的地质因素 为工程的规划 设计 施工和 运用提供可靠的地质依据 是查明水库和水工建筑物地 区的工程地质条件 分析预测可能出现的工程地 质问题 充分利用有利的地质条件 避开或改造 不利的地质因素 为工程的规划 设计 施工和 运用提供可靠的地质依据 水利水电工程地质勘察按水利水电工程开发前 期工作程序 划分为 水利水电工程地质勘察按水利水电工程开发前 期工作程序 划分为规划 可行性研究 初步设 计和技施设计 规划 可行性研究 初步设 计和技施设计四个勘察阶段四个勘察阶段 各勘察阶段的工作 应循序渐进 逐步深入 并与各设计阶段相适应 各勘察阶段的工作 应循序渐进 逐步深入 并与各设计阶段相适应 1 1 1 1 规划勘察规划勘察规划勘察规划勘察 可行性研究勘察 是在河流或河段规划选定方 案的基础上进行的勘察 其 可行性研究勘察 是在河流或河段规划选定方 案的基础上进行的勘察 其目的目的是为选定坝址 基本坝型 引水线路和枢纽布置方案进行地质论 证 并提供工程地质资料 是为选定坝址 基本坝型 引水线路和枢纽布置方案进行地质论 证 并提供工程地质资料 2 2 2 2 可行性研究勘察 可行性研究勘察 可行性研究勘察 可行性研究勘察 规划勘察的规划勘察的目的目的 是为河流开发方案和水利水电 工程选点提供初步的工程地质资料和地质依据 是为河流开发方案和水利水电 工程选点提供初步的工程地质资料和地质依据 3 3 3 3 初步设计勘察 初步设计勘察 初步设计勘察 初步设计勘察 技施设计勘察是在初步设计阶段选定的枢纽 建筑物场地上进行的勘察 其 技施设计勘察是在初步设计阶段选定的枢纽 建筑物场地上进行的勘察 其目的目的是检验前期勘 察的地质资料与结论 为优化建筑物设计提供地 质资料 是检验前期勘 察的地质资料与结论 为优化建筑物设计提供地 质资料 4 4 4 4 技施设计勘察 技施设计勘察 技施设计勘察 技施设计勘察 初步设计勘察 是在可行性研究阶段选定的 坝址和建筑场地上进行的勘察 其 初步设计勘察 是在可行性研究阶段选定的 坝址和建筑场地上进行的勘察 其目的目的是查明水 库区及建筑物地区的工程地质条件 为选定坝型 枢纽布置进行地质论证 并为建筑物设计提供地 质资料 是查明水 库区及建筑物地区的工程地质条件 为选定坝型 枢纽布置进行地质论证 并为建筑物设计提供地 质资料 水利水电工程地质各勘察阶段的任务和内容水利水电工程地质各勘察阶段的任务和内容水利水电工程地质各勘察阶段的任务和内容水利水电工程地质各勘察阶段的任务和内容 报告附图 报告附图 报告附图 报告附图 2 2 本章主要了解的内容本章主要了解的内容 水利水电工程不同于其他建筑工程的特殊 性 水利水电工程不同于其他建筑工程的特殊 性 坝区渗漏条件分析坝区渗漏条件分析 水库工程地质问题水库工程地质问题 水利水电工程地质勘察要点水利水电工程地质勘察要点

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