《灌区工程地质勘察》PPT课件.ppt

灌区工程地质勘察 术语工程地质条件 与工程有关的地形 地貌 地层岩性 地质构造 水文地质 物理地质现象等地质情况的总称 水文地质条件 表征地下水形成 分布 运动以及水质水量等特征的地质环境 渗透结构 含 透 水层 体 和相对隔水层 体 的空间分布及组合规律 水文地质单元 具有统一的边界和补给径流 排泄条件的地下水系统 工程地质 1涉及渠道及渠道建筑物和灌区水文地质勘察两部分1 1灌区工程地质勘察内容 1 陆地水文 气象 农田水利及水资源利用状况 2 主要含水层的分布及水文地质特征 地下水的补给径流排泄条件 划分地下水水文地质单元 3 地下水化学特征及其变化规律 4 土壤盐渍化的类型 程度及其分布 确定地下水埋深 临界深度 5 对可利用地下水资源作为灌溉水源的灌区 划分可能富水地段 评价地下水资源 估算地下水允许开采量 及水源地可靠性分析 6 根据富水层 含水层 埋深 确定泵型和井深 初步确定单位降深可提水量 灌区水文地质勘察对我省来讲 主要采用地下水作为灌溉水源 应根据 地下水资源勘查规范 SL454 2010 建立数值模型 预测不同开采条件下的地下水水位 水量 水质变化 计算和评价补给量 确定允许开采量 对于续建节水改造灌区 一般不作此工作 应收集近期地下水资源报告结论及相关参数即可 2灌区渠道及建筑物工程地质勘察要求2 1 查明灌区工程地质条件1 沿线地形 地貌 地层成因 地层岩性及分布 物理地质现象 物理力学性质重点阐述强透水 软土 粉细砂 膨胀土等 2 水文地质条件沿线土层的渗透性 地下水位埋深 补给径流排泄条件水质 3 灌区地下水源水文地质条件含水层性质埋深 地下水储量 地下水允许开采量 4 填方 半挖半填渠段土的物理力学性质 重点是渗透性 抗剪强度等物理力学性质 5 进行渠道工程地质分段 提出各段物理力学参数 评价主要水文地质 工程地质问题及提出处理措施 主要工程地质问题 渗漏 浸没 基坑涌水 软弱土层承载力低 抗滑稳定性差 地下水对边坡稳定影响 软化降低抗剪强度 渗透变形 2 2渠道工程地质问题2 2 1渠道及附属建筑物输水渠道 附属建筑物 进水闸 分水闸 渡槽 倒虹吸 泵站 上述建筑物因基础形成不同 结合建筑物基础形式 应针对其对地基的要求 查明影响工程安全运行的主要工程地质问题 并提出设计所需要的物理力学参数建议值和工程处理措施的建议 2 2 2渠道主要工程地质问题 1 渠道渗漏及两渠岸的浸没 2 渠坡稳定包括边坡稳定和渗透稳定 3 渠水对边坡的冲刷问题 2 2 3建筑物 1 闸 泵站问题 地基承载力 渗透稳定 抗滑稳定 地震液化 边坡稳定 基坑涌 渗 水 水质 提出物理力学建议值 2 倒虹 地基承载力 两边坡稳定 基坑涌水 沉降 3 渡槽 地基承载力 桩 墩基的有关参数 2 3第四纪堆积物地区渗漏分析松散堆积物成因类型较多 有冲积 残积 坡积 洪积 冰积和湖积等 各种成因类型松散堆积物都有透水性较强的碎石或沙砾石层 以细颗粒为主有大孔隙和裂隙的黄土类土也具有一定透水性 残积层系基岩风化破碎产物 成土状 碎石状 孔隙较大 应考虑垂向和向两侧的渗漏 也有的地区风化残积层顶部为密实的粘性土层 碳酸盐岩石地区风化的残积红粘土既是 这种土一般不渗漏 坡积物多是坡上部颗粒粗 坡脚处颗粒较细 通过粗粒地段渠道可能渗漏 坡麓处渠道渗漏可能促使坡积物沿下伏基岩面连同渠道一起滑动 这是应该注意的 洪积物外缘较中 后部透水性弱 若不为溪沟切割 渠线经过洪积扇外缘较为有利 通过洪积扇的中部则渗漏较为严重 当然组成洪积扇各部分的物质成分也不是一成不变的 有时洪积扇的中部为分选不好含泥量多的堆积物 渗漏量也不会很大 洪积平原上 洪积物含泥沙量较多 透水性较弱 对正在发育的洪积物地段 尤其经过沟口处 除有渗漏问题外 尚有渠道淤积和被洪水冲毁的问题 山区上游河谷一般较窄 冲积物宽度 厚度较小 以透水性较强的沙砾层为主 山间谷地 低山丘陵区通常河谷较开阔 冲积物分布宽度 厚度均较大 颗粒组成分选较好 近河阶地堆积物上层较下层细 远离河床的和阶地后缘的堆积物较细 可以找到相对不透水的粘性土层 在平原区的河流 冲积物厚度大 相变明显 但在漫滩后缘和阶地上亦可找到适于修渠道的相对隔水的粘性土层 2 4黄河冲积堆积区在山东可分为冲积扇平原区 冲积平原区 冲积湖积平原区和冲积海积平原区 2 4 1冲积扇平原区西起东明 菏泽东至阳谷东平湖西 以阳谷为界NW向分界 全新世Q4冲积层厚度一般为18 28m 分布规律 自西向东颗粒组成逐渐变细 自上而下逐渐变粗 因地壳升降和水文气象因素的影响 地层有数次由粗变细的沉积韵律 堤内岩性在古河道高地及决口扇处多为砂层 泛滥洼地多为粘性土 砂壤土 黄河沉积物岩相变化较大 主流沉积物粗 向两侧逐渐变细 由于黄河频繁摆动 泛滥 不同岩相相互叠置 造成沉积物岩相变化更加复杂 同时因黄河水量及泥沙含量变化 沉积物具有微层理及不均匀性 既砂壤土夹有粘土 壤土 物理力学性质具各向异性特点 因河道变化在洼地处分布沼泽层 岩性为粘土或壤土 全新世的粘性土多具有可塑 软塑状 个别为流塑状 粉粒颗粒含量一般大于50 这是冲积层的特点 土层固结度差 具有中 高压缩性 干容重1 34 1 48 粘土 小6 5 平14 7 C小12 C平27Kpa 壤土 小15 6 平26 C小8Kpa C平15 砂壤土 小31 平33 C小4 C平8 粉土 粉细砂 22 6 34 沼泽粘土 小2 4 平3 7 C小12 C平14Kpa 壤土 平5 9 C平8 2 4 2冲积平原区西起阳谷东至沾化 滨州 广饶北 全新世岩性为粉砂粉土 砂壤土为主 固结度差 较松散 厚13 19m 在决口扇及古河道高出分布砂层 本区历代多次决口 背河洼地成为沼泽化地带 后经逐年放淤 洼地被淤平 在东部地层中常夹有1 2层沼泽相淤泥质软土 本区冲积层颗粒组成相对冲积扇区细土的物理力学性质稍差 沼泽相淤泥和淤泥质软土 软塑 流塑状 抗剪强度低 压缩度高的软弱土层 冲积相粘土 干容重1 34 1 42 小4 8 C小33 平8 1 C平27 壤土 干容重1 47 1 55 小7 9 C小15 5 平15 5 C平27 7 砂壤土 干容重1 43 1 50 小25 C小7 平28 C平13 粉土 粉砂 干容重1 41 1 45 小29 31 C小4 8 11 0 平8 1 C平26 28 沼泽相粘土 干容重1 29 小3 C小20 0 平5 0 C平30 0 壤土 干容重1 57 小3 7 C小13 平6 9 C平25 2 4 3冲积湖积平原区位于东平湖附近的梁山 东平 位于黄河冲积扇的前缘 鲁中南山地及汶河冲积平原等地貌单元相向倾斜的交接地带 区内地势相对低洼 周边微向东平湖湖心倾斜 冲积湖积层厚度15 19m表层为冲积层 大致以张坝口为界 东部为汶河冲积层 西部为黄河冲积层 岩性以壤土 粘土和砂壤土地层 黄河冲积层与汶河冲积层的主要问题 黄河冲积层粉粒含量较多 砂粒含量少 砂土透水性小 汶河冲积层砂砾含量较多 粉粒含量少 透水性较大 湖积层位于冲积层下 常与冲积层互层 一般埋深2 4米 湖积层厚2 6米 层面向湖心倾斜 坡度1 200 1 300 湖积层岩性特征 岩性以灰色 灰黑色淤泥为主 粘粒含量高 部分为重粘土 含湖相植物遗骸 有机质含量可高达10 呈软塑或流塑状 饱和抗剪 1 43 2 17度 该层抗剪强度低 压缩性大 属软弱不良的土层 下部为棕褐色裂隙粘土 抗剪强度低 渗透性较一般粘性土大 存在沉降 抗滑和渗透稳定问题 在地震动峰值 0 10g的地区 还存在液化问题 2 4 4冲积 海积三角洲平原区滨州沾化以东区 即黄河三角洲区 高程12 0米 黄河冲积层与海积层交互沉积 黄河故道一般由粉砂 砂土 砂壤土组成 故道间洼地多为粘土 壤土全新统在本区原15米 埋深8 9米分布海相淤泥层 灰黑 灰色 含贝壳碎片 属高压缩性土 抗剪强度低 冲积层 海积层 冲积物地区应特别注意 冲积物粒度组成及其厚度变化 会受支谷或其他成因类型堆积物 如洪积 的影响 综上所述 在松软堆积层上修渠 关键的问题是粘土层 砂性土 及碎石层的空间分布规律和它们的渗透性 而它们的规律是受第四纪地貌 成因类型控制 渠道经过松散堆积物地区的渗漏量大小 除与透水层的透水性 厚度 排泄条件等有关外 还与地下水位 渠道本身结构尺寸等有关 地下水埋藏较深 距渠底较远 对间歇性引水的渠道来说 垂向渗漏为主 地下水埋藏较浅 距渠底较近 则易出现侧向渗漏 地下水位高于渠水位则渠水不会渗漏 2 5渠道渗流2 5 1工程地质分类既土体渗透结构划分 我省灌区大部位于第四纪松散沉积物组成的黄河冲积平原 山前冲积平原和三角洲 渠道以开敞式为主 根据地层成岩 地层岩性及地质结构 一般可分为以下类型 厚层均一粘性土地段 均质结构 a地下水低于渠道标高段工程地质问题 水下边坡粘土性 尤其是裂隙粘土可能因浸水而降低土体抗剪强度造成抗滑稳定性问题 冻融产生剥落 湿陷性土的沉陷 b地下水位高于渠底工程地质问题 施工期地下水渗入渠道基坑 边坡渗透稳定问题 砂层 地段 部分砂壤土 黄土状土段 均质结构 a地下水位低于渠底标高工程地质问题 渠道渗漏严重 b地下水高于渠底标高地段工程地质问题 渠道开挖基坑排水 地下水沉渠低和边坡渗漏造成边坡流砂 管涌 流土破坏和边坡失稳 砂层与粘性土层互成层地段 互层或双层结构 上砂下粘或上粘下砂 a地下水位低于渠底标高地段工程地质问题 当渠底为粘土层 渠坡为砂层时 渠道沿边坡渗漏 并由于潜水回水可引起渠道周围产生浸没问题 当渠底为砂层时 渠道渗漏 渠道外坡脚渗透变形 b地下水位高于渠底标高段工程地质问题 除因回水引起浸没问题 渠道开挖揭露透水层可产生砂层沿渠底涌突 流土或管涌破坏 坡角流砂 边坡可能产生大规模变形 边坡失稳 渠底流土破坏 2 5 2渗流 渗漏 浸没水文地质分析中渗透系数取值原则a应根据土体的成因类型 结构构造 物质组成空间分布 渗透方向性等地质资料和计算用途确定 b室内试验成果与现场试验结果差异较大 渗透系数取值宜以现场试验成果为主 同时有抽水 注水试验 以抽水试验成果为主 c渠道渗漏计算 渠底基坑涌水量计算 渗透系数应采用试验的大值平均数 用于浸没区预测的渗透系数应采用平均值 边坡渗流计算采用小值平均值 d对于无特殊结构的土体渗透系数可参考SL373 2007附录D表D 0 6中的渗透系数 2 5 3渠道渗漏量估算应按 水利水电工程水文地质勘察规范 SL373 2007 附录I渠道的渗漏计算可采用的方法 该附录分以下计算条件 分列公式 均质地层厚度大而没有潜水 渠道下深处埋藏有透水性好地层 且地下水位位于透水层中 未造成壅水 渠道下深处埋藏有透水性好的地层 地下水埋藏较浅 当已知渠道净流量或设计流量可采用 渠道长度不大 采用考斯加可夫公式计算每公里渗漏损失 吉尔升坎公式 计算每公里渗漏量 美国垦务局公式 计算每公里损失量 2 5 4浸没问题评价按GB50487 2008附录D2 5 5渠道开挖涌 渗水问题评价按SL373 20078 4 3的规定2 6渠道边坡稳定影响因素2 6 1按地层结构 渠道边坡可分均质的 由单一土层组成 双层的 砂与粘土组成 多层 砂与粘性土层互层组成 渠道边坡稳定程度与土的类型有很大的关系 砂性土稳定 边坡角与土的内摩擦角相近 粘性土还与土的凝聚力相关 均质结构中 自然稳定边坡形状多为上陡下缓 双层或多层结构中 常为陡缓相互交替的似阶梯状 水是影响土质边坡稳定的一个重要因素 渠道浸泡 土的抗剪强度相对不饱和强度土降低 使边坡稳定坡角变小 渠水的冲刷进一步破坏边坡稳定性 既流速大于 粘性土 无粘性土 允许不冲刷平均流速 潜水位高于渠底时 潜水流出时的动水压力 增加了土体的下滑力 减低边坡稳定性 当渠水急速退水 也会产生这种情况 地震作用使土层的强度变小 可促使边坡滑动和破坏 当填方渠道碾压质量差 降雨会增加土体的饱和容重 减小土体的抗剪强度 相当于土体的饱和抗剪强度 同样使边坡滑动和破坏 2 6 2土质的边坡发生滑动形式单层结构土坡 均质土坡 滑动面为圆弧型 滑面多从坡角出露或浅层滑出 多层结构土坡滑面易受软弱层控制 计算边坡稳定时应注意选择公式的适宜和符合性 2 6 3边坡稳定计算抗剪强度取值 土的抗剪强度标准值可采用直剪试验峰值强度的小值平均值 采用有效应力进行稳定分析 三轴压缩试验采用试验的小值平均值 边坡稳定计算抗剪强度取值按 水利水电工程边坡设计规范 SL386 20074 4条款规定 当采用用总应力进行稳定分析粘性土采用饱和快剪强度或三轴压缩不固结不排水剪切强度 裂隙粘土采用残余 十字板长期强度采用峰值的60 70 软土可采用原位剪切强度 边坡稳定计算根据浸线 线上用天然状态下的抗剪强度 线下用饱和土的抗剪强度 水位降落期 渗透系数用小值平均值 2 6 4开挖渠坡的地质建议值渠道开挖边坡坡比的建议值 应根据地形 土质类型 地质结构 水文地质条件 工程条件 渠水深和渠道使用特点 并参考已建渠道稳定边坡值确定 对于续建改造渠道 应重视已建渠道边坡的稳定性坡比 此坡比应作为开挖边坡坡比的建议值的重要参考 2 6 5粘性土和无粘性土的允许不冲刷平均流速的建议值 对比续建工程应根据现状渠道流速观察渠道冲刷状况并结合查表确定 渠道允许不冲刷流速 查 灌溉与排水工程设计规范 GB50288 99附录F 3建筑物3 1闸及泵站查明工程地质条件 重点是持力层的物理力学性质 土基闸基主要工程地质问题 土层压缩性大 地基土强度低 尤其软弱土层 土的地震液化 渗透变形 抗滑稳定 边坡稳定 基坑涌水 压缩指标 编绘每一层土的压缩曲线 可取平均压缩曲线 按 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 附录E的E 1 1至E 1 2确定 地基承载力可根据标准贯入查表确定或根据塑性指数 孔隙比查表或据 C值计算 土的地震液化 根据GB50487 2008附录P判别 渗透变形 根据GB50487 2008附录G判别 抗滑稳定中抗剪强度 可用建基面粘性土的室内饱和固结快剪 的平均值的90 C的平均值的20 30 砂用室内饱和固结快剪 平均值的85 90 统计方法按不同压力下抗剪强度或最小二乘法进行统计 不宜将 相加C相加的方法 基坑涌水渗透系数用抽水试验大值平均值 室内渗透试验较实际小1 2量级 应适当加大建议值 基坑开挖坡比建议值可参考渠道建议开挖边坡 但应注意潜水位以下边坡应适当放缓 当存在砂层 软弱土层时应进一步放稳 3 2渡槽提出桩基或墩基可供选择的持力层及桩参数 建基面地基承载力可查 建筑桩基技术规范 JGJ94 20085 3 5款中的表5 3