渠道及闸址的工程地质分析

1、第一节渠道选线的工程地质分析第一节渠道选线的工程地质分析渠道是水工建筑物中常见的用以输水灌溉、排涝、渠道是水工建筑物中常见的用以输水灌溉、排涝、发电、航运或兼顾使用的工程。发电、航运或兼顾使用的工程。渠系建筑物种类较多，主要有：渠系建筑物种类较多，主要有： 渠道渠道 进水闸进水闸 分水闸分水闸 节制闸节制闸 跨谷工程跨谷工程 过山或过路工程过山或过路工程渠道规划和设计工作首先是选线。渠道规划和设计工作首先是选线。从工程地质学角度研究渠道选线，一般应考从工程地质学角度研究渠道选线，一般应考虑以下几方面。虑以下几方面。一、地形地貌条件一、地形地貌条件根据地形地貌特征选择渠道线路时，一般有以下根据地

2、形地貌特征选择渠道线路时，一般有以下几种形式：几种形式： 1. 1. 岭脊线岭脊线 2. 2. 山腹线（盘山线）山腹线（盘山线） 3. 3. 谷底线谷底线 4. 4. 横切岭谷线横切岭谷线 5. 5. 平原线平原线二、岩土类型及工程地质性质二、岩土类型及工程地质性质（一）基岩地区（一）基岩地区基岩山区渠道选线时注意：基岩山区渠道选线时注意：1. 1. 坚硬及半坚硬岩石。坚硬及半坚硬岩石。2. 2. 喀斯特发育的石灰岩、白云岩。喀斯特发育的石灰岩、白云岩。3. 3. 经过软弱岩石区要注意遇水软化问题。经过软弱岩石区要注意遇水软化问题。（二）松散层分布区（二）松散层分布区松散层分布区选线过程中主要

3、注意：松散层分布区选线过程中主要注意：1. 1. 渠道尽量选在不漏水的粘土和亚粘土地层上。渠道尽量选在不漏水的粘土和亚粘土地层上。2. 2. 透水性强且厚度大的粗颗粒地层要避开。透水性强且厚度大的粗颗粒地层要避开。3. 3. 某些特殊类型土层分布区应尽量避开。某些特殊类型土层分布区应尽量避开。4. 4. 经过黄土区时要做特殊的基础处理。经过黄土区时要做特殊的基础处理。三、地质构造三、地质构造 从稳定性和防渗角度考虑，水平或近于水从稳定性和防渗角度考虑，水平或近于水平的岩层是最有利的，顺坡向缓倾角的地质构平的岩层是最有利的，顺坡向缓倾角的地质构造是不利的。断层破碎带、强烈褶皱带的轴部，造是不利的

4、。断层破碎带、强烈褶皱带的轴部，可能引起渠道的失稳和大量渗漏，切忌沿其走可能引起渠道的失稳和大量渗漏，切忌沿其走向平行布置，如必须通过时，应尽量垂直走向向平行布置，如必须通过时，应尽量垂直走向布置，以减少施工处理段长度。布置，以减少施工处理段长度。 四、水文地质条件四、水文地质条件 对于灌溉渠道沿线，主要是查明地下水的埋藏对于灌溉渠道沿线，主要是查明地下水的埋藏深度及动态变化规律。如地下水埋藏深，则可能导深度及动态变化规律。如地下水埋藏深，则可能导致渠水大量渗漏；如地下水埋藏过浅，会造成水下致渠水大量渗漏；如地下水埋藏过浅，会造成水下施工，增加施工难度，而且投入使用后，由于渠水施工，增加施工难

5、度，而且投入使用后，由于渠水渗漏将有可能导致渠道两侧地下水位抬高，当地下渗漏将有可能导致渠道两侧地下水位抬高，当地下水位接近地面时，就可能形成土壤盐碱化或沼泽化。水位接近地面时，就可能形成土壤盐碱化或沼泽化。另外，以排水为目的的渠道应以垂直地下水流向布另外，以排水为目的的渠道应以垂直地下水流向布置效果最好。置效果最好。五、自然地质现象五、自然地质现象渠道选线时要注意沿线的渠道选线时要注意沿线的崩塌、滑坡、泥石流和喀斯特发育程度等灾害性自然地崩塌、滑坡、泥石流和喀斯特发育程度等灾害性自然地质现象，尽可能避开。在不能避开的情况下，应采取相质现象，尽可能避开。在不能避开的情况下，应采取相应措施进行治

6、理，以保证渠系建筑物的安全使用。应措施进行治理，以保证渠系建筑物的安全使用。六、天然建筑材料六、天然建筑材料渠道选线还应查明天然建筑材料的渠道选线还应查明天然建筑材料的分布分布 储量储量 质量质量 开采运输条件。开采运输条件。总之，由于渠系工程路线长、建筑物种类多，总之，由于渠系工程路线长、建筑物种类多，工程地质条件又往往复杂多变，在实际工作中，应工程地质条件又往往复杂多变，在实际工作中，应对上述工程地质条件全面调查，综合分析研究，尽对上述工程地质条件全面调查，综合分析研究，尽量做到以下几点：量做到以下几点：、线路最短。、线路最短。、土石方量最小。、土石方量最小。、尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽

7、等地区。、尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽等地区。、注意避开滑坡、塌方、泥石流高发地区。、注意避开滑坡、塌方、泥石流高发地区。、充分利用地形，优先考虑自流输水。、充分利用地形，优先考虑自流输水。第二节渠道渗漏及其边坡稳定问题第二节渠道渗漏及其边坡稳定问题 渠道输水，是目前我国农田灌溉的主要输水方式，而渠渠道输水，是目前我国农田灌溉的主要输水方式，而渠道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。目前我国目前我国80%以上的渠道无防渗处理，渠系水利用系数以上的渠道无防渗处理，渠系水利用系数一般为一般为0.40.5，差的仅，差的仅0.3左右。左右。渠道渗漏除了影响渠道的利用效

8、率、影响经济效益外，渠道渗漏除了影响渠道的利用效率、影响经济效益外，还会造成一些不良后果。还会造成一些不良后果。如：地下水位抬升如：地下水位抬升 土壤次生盐渍化和沼泽化土壤次生盐渍化和沼泽化 黄土湿陷造成渠道破坏、引起山坡滑动黄土湿陷造成渠道破坏、引起山坡滑动一、渠道渗漏的地质条件一、渠道渗漏的地质条件渠道渗漏有两类：渠道渗漏有两类： 自身的渗漏自身的渗漏 渠道地基渗漏渠道地基渗漏（一）基岩区（一）基岩区 渠道渗漏一般不严重。渗漏条件主要取决于岩石渠道渗漏一般不严重。渗漏条件主要取决于岩石的破碎程度和渗漏通道的特征，包括透水层、断层破的破碎程度和渗漏通道的特征，包括透水层、断层破碎带、节理密集

9、带、岩溶发育带等。一般较容易发现，碎带、节理密集带、岩溶发育带等。一般较容易发现，且分布集中，处理方便。且分布集中，处理方便。（二）松散层分布区（二）松散层分布区 渠道渗漏主要取决于土的透水性强弱与其成因类渠道渗漏主要取决于土的透水性强弱与其成因类型、岩性关系密切。型、岩性关系密切。二、渠道渗漏特征二、渠道渗漏特征（一）、基岩区：（一）、基岩区：渗漏量较小，渗漏方式多以局部集中渗漏的形式出现，渗漏量较小，渗漏方式多以局部集中渗漏的形式出现，常呈脉状或管状渗流，在渠道通水时比较容易发现，也比常呈脉状或管状渗流，在渠道通水时比较容易发现，也比较容易处理。较容易处理。（二）、松散层分布区：（二）、松

10、散层分布区：渗漏面积大，常不易发现，也不易处理，渗漏过程可渗漏面积大，常不易发现，也不易处理，渗漏过程可分为两个阶段：分为两个阶段：第一阶段是渠道过水初期，以垂直渗漏为主。渠水在第一阶段是渠道过水初期，以垂直渗漏为主。渠水在重力和毛细力的作用下，沿垂直方向下渗。重力和毛细力的作用下，沿垂直方向下渗。第二阶段以侧向渗漏为主。如果渠水的下渗量大于该第二阶段以侧向渗漏为主。如果渠水的下渗量大于该处地下水向下游的径流量，则渠底的地下水位逐渐上升，处地下水向下游的径流量，则渠底的地下水位逐渐上升，直至与渠水连成统一水面。直至与渠水连成统一水面。 松散沉积层中渠道渗漏过程示意图1渗漏水流向；2浸润线；3地

11、下水峰三、渠道渗漏量计算三、渠道渗漏量计算影响渠道渗漏量的因素很多，如岩土的渗透系数、影响渠道渗漏量的因素很多，如岩土的渗透系数、过水断面宽度、过水深度、水力坡度等，因此渗漏过水断面宽度、过水深度、水力坡度等，因此渗漏量的计算比较复杂，属于地下水动力学的研究范畴。量的计算比较复杂，属于地下水动力学的研究范畴。下面介绍几种简单的方法。下面介绍几种简单的方法。（一）考斯加可夫经验公式法（一）考斯加可夫经验公式法计算公式为：计算公式为： 渗漏损失率，渗漏损失率，% %；a a 土层透水性参数；土层透水性参数；q q 渠水流量，渠水流量，m m3 3/s/s；m m 土层透水性指数。土层透水性指数。m

12、aq%1001入出入qqqll（二）实测流量计算法（二）实测流量计算法计算公式为：计算公式为： 式中：式中： l l 单位长度渗漏损失率；单位长度渗漏损失率； l l 渠道长度，渠道长度，kmkm； q q入入 渠道上游入口实测流量，渠道上游入口实测流量，m m3 3/s/s； q q出出 渠道下游入口实测流量，渠道下游入口实测流量，m m3 3/s/s；一、渠道边坡的破坏类型一、渠道边坡的破坏类型（一）引起渠道边坡变形破坏的主要因素（一）引起渠道边坡变形破坏的主要因素1. 1. 开挖或垫高形成高陡边坡，岩土体内应力平开挖或垫高形成高陡边坡，岩土体内应力平衡状态变化，滑动力大于的抗滑力时，形成

13、滑坡。衡状态变化，滑动力大于的抗滑力时，形成滑坡。2. 2. 开挖后，岩体暴露于地表，因风化作用强度开挖后，岩体暴露于地表，因风化作用强度降低，引起渠道边坡的变形破坏。降低，引起渠道边坡的变形破坏。3. 3. 当渠道两侧地下水位高于渠水位并向渠内发当渠道两侧地下水位高于渠水位并向渠内发生渗流时，地下水的潜蚀作用使渠道边坡发生破坏。生渗流时，地下水的潜蚀作用使渠道边坡发生破坏。4. 4. 边坡的岩土体，浸水后发生软化、泥化、湿边坡的岩土体，浸水后发生软化、泥化、湿陷、膨胀等现象时，引起渠道边坡的变形破坏。陷、膨胀等现象时，引起渠道边坡的变形破坏。5. 5. 渠道水、大气降水对边坡的直接冲刷或浸润

14、渠道水、大气降水对边坡的直接冲刷或浸润渗透，也会造成渠道边坡的失稳和破坏。渗透，也会造成渠道边坡的失稳和破坏。二）渠道边坡的破坏类型二）渠道边坡的破坏类型崩塌崩塌崩塌崩塌：斜坡岩土体脱离母体，发生崩落或滚动的：斜坡岩土体脱离母体，发生崩落或滚动的自然地质现象。可分为岩崩自然地质现象。可分为岩崩、土崩。、土崩。2. 2. 滑坡滑坡滑坡：斜坡上的岩土体因种种原因在重力作用下沿滑坡：斜坡上的岩土体因种种原因在重力作用下沿一定的软弱结构面发生整体顺坡下滑的现象。一定的软弱结构面发生整体顺坡下滑的现象。渠道边坡的滑坡破坏大致分为两种：渠道边坡的滑坡破坏大致分为两种： 一种是渠道边坡本身的一种是渠道边坡本

15、身的滑动破坏，另滑动破坏，另一种是位一种是位于斜坡上的渠道，如果斜坡不稳定，整个斜坡岩于斜坡上的渠道，如果斜坡不稳定，整个斜坡岩土体将连同渠道一起滑动破坏土体将连同渠道一起滑动破坏sincoswlctgwk下滑力抗滑力（一）岩质边坡（一）岩质边坡1. 1. 只考虑重力作用影响时只考虑重力作用影响时式中：式中：k k 抗滑稳定系数；抗滑稳定系数；w w - - 滑体重量，滑体重量，knkn；- - 滑动面倾角；滑动面倾角； - - 滑动面磨擦角；滑动面磨擦角；c c - - 滑动面凝聚力，滑动面凝聚力，kpakpa；l l - - 滑动面长度，滑动面长度，m m。 2. 2. 考虑静水压力的影响

16、时考虑静水压力的影响时 当渠道输水时，浸润作用使岩石处于饱和状态。当渠道输水时，浸润作用使岩石处于饱和状态。当渠水位下降后，岩体中的水对滑移体产生静水压力。当渠水位下降后，岩体中的水对滑移体产生静水压力。此时，静水压力对边坡稳定产生不利影响，抗滑力中此时，静水压力对边坡稳定产生不利影响，抗滑力中应减去静水压力。则：应减去静水压力。则： 式中：式中：pp静水压力，静水压力，kpakpa；h h渠水与地下水水位差，渠水与地下水水位差，m m；w w水的容重，水的容重，knkn/m/m3 3；其余符号意义同前。；其余符号意义同前。sin)cos(wcltgpwksin212hpw 3. 3. 考虑动

17、水压力影响时考虑动水压力影响时 当渠水位骤然下降时，如果结构面当渠水位骤然下降时，如果结构面abab上部为上部为透水层并已被渠道水所饱和，则地下水在向渠道透水层并已被渠道水所饱和，则地下水在向渠道渗流过程中产生动水压力：渗流过程中产生动水压力： dd动水压力，动水压力，kpakpa；w w水容重，水容重，kn/mkn/m3 3；vv渗流水体积，渗流水体积，m m3 3；i i平均水力坡度。平均水力坡度。vidw ( (二二) )土质边坡土质边坡 土质渠道边坡的稳定问题较为复杂，受土的性土质渠道边坡的稳定问题较为复杂，受土的性质、结构及含水状态等因素的影响，边坡稳定性分质、结构及含水状态等因素的影响，边坡稳定性分析方法主要取决开土的性质和滑动面的形式。析方法主要取决开土的性质和滑动面