水利地质工程重点复习资料合集

水利地质工程重点复习资料合集水利地质工程是水利工程建设的基石，其核心在于查明工程区的地质条件，分析和评价可能存在的工程地质问题，并为工程设计、施工和运行提供科学依据。本复习资料合集旨在梳理水利地质工程的核心知识点，帮助学习者构建系统的知识框架，提升分析和解决实际工程地质问题的能力。复习时，应注重理解基本概念、掌握分析方法、熟悉工程案例，并将理论知识与工程实践紧密结合。一、水利工程地质基本知识（一）岩石的工程地质性质岩石是水利工程建筑物的主要地基和围岩，其工程地质性质直接关系到工程的稳定性和安全性。1.岩石的成因类型：掌握岩浆岩（侵入岩、喷出岩）、沉积岩、变质岩的主要特征、常见岩石类型（如花岗岩、玄武岩、砂岩、页岩、石灰岩、大理岩、片麻岩等）及其工程地质特性的一般规律。理解不同成因岩石在矿物组成、结构、构造上的差异，以及这些差异如何影响其物理力学性质。2.主要造岩矿物：了解常见造岩矿物（如石英、长石、云母、方解石、白云石等）的基本物理性质（颜色、光泽、硬度、解理等）及其对岩石工程性质的影响。3.岩石的结构与构造：岩石的结构（结晶程度、颗粒大小、颗粒形状、颗粒间连接方式）和构造（层理、片理、节理、断层、褶皱等）是决定岩石强度和变形特性的重要因素。重点理解结构面（原生结构面、次生结构面、构造结构面）的类型、特征及其对岩体完整性和稳定性的控制作用。4.岩石的物理性质：包括密度（天然密度、干密度、饱和密度）、相对密度、孔隙率、吸水性（吸水率、饱和吸水率）、透水性等。理解这些指标的定义、测定方法及其工程意义。5.岩石的力学性质：包括抗压强度（单轴抗压强度、三轴抗压强度）、抗拉强度、抗剪强度（内聚力、内摩擦角）、变形模量、泊松比等。掌握这些指标的含义、影响因素及在工程设计中的应用。（二）土的工程地质性质土是地壳表面最常见的松散堆积物，在水利工程中常作为地基、填料或建筑材料。1.土的成因类型：掌握残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土等的形成条件、分布规律及工程地质特性。2.土的三相组成：理解土的固体颗粒（粒径级配、颗粒形状、矿物成分）、土中水（结合水、自由水）和土中气体的性质及其对土工程性质的影响。3.土的物理性质指标：重点掌握天然密度、干密度、饱和密度、天然含水量、孔隙比、孔隙率、液限、塑限、塑性指数、液性指数等指标的定义、计算方法及工程意义，能够运用这些指标评价土的物理状态（如坚硬、可塑、流塑）。4.土的工程分类：熟悉按颗粒级配（如碎石土、砂土、粉土）和塑性指数（如黏性土）的分类方法，以及各类土的工程地质特性。5.土的力学性质：包括土的压缩性（压缩系数、压缩模量、固结系数）、抗剪强度（黏聚力、内摩擦角，直剪试验、三轴试验原理与应用）、渗透性（渗透系数及其测定方法，达西定律）。理解土在荷载作用下的变形和强度特性。（三）地质构造地质构造是地壳运动的产物，对水利工程的选址、设计和施工有重大影响。1.褶皱构造：理解褶皱的基本要素（核部、翼部、轴面、轴线、枢纽），掌握背斜和向斜的形态特征及其在地表的出露规律。分析褶皱构造对坝基稳定性、地下洞室围岩稳定性及渗漏条件的影响。2.断裂构造：*节理：掌握节理的成因类型（原生节理、构造节理、次生节理）、产状要素（走向、倾向、倾角）、密度、张开度、充填物等特征。理解节理对岩体完整性、透水性和强度的影响。*断层：掌握断层的几何要素（断层面、断层线、断盘、交面线），基本类型（正断层、逆断层、平移断层）及其形成机制。重点分析断层的工程地质评价，包括断层破碎带的力学性质、透水性、对地基稳定性的影响（如不均匀沉降、滑动）、对坝体抗滑稳定的影响、以及断层的活动性判断。3.地质构造与工程布局：如何根据区域地质构造背景和场地具体构造情况，合理选择坝址、厂址、线路和洞室位置，避开不利的地质构造部位。（四）地下水地下水是水利工程中重要的影响因素，既有有利作用（如供水），也有不利影响（如渗透破坏、基坑涌水）。1.地下水的类型：掌握包气带水、潜水、承压水的埋藏条件、补给、径流、排泄特征及其动态变化规律。2.地下水的物理性质与化学成分：了解地下水的温度、颜色、透明度、气味、味道等物理性质；掌握常见离子成分（如K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、HCO₃⁻）、总矿化度、硬度等化学性质及其对混凝土的侵蚀性（如硫酸盐侵蚀、碳酸侵蚀、镁盐侵蚀）。3.地下水的运动规律：理解达西定律的基本原理及其适用条件。掌握地下水向集水构筑物（如井、集水廊道）的稳定流运动计算的基本概念。4.地下水对水利工程的影响：*对地基的软化、泥化作用，降低地基承载力。*产生渗透压力，影响坝体和坝基的稳定性（扬压力）。*引发渗透变形（管涌、流土），危及建筑物安全。*基坑涌水，给施工带来困难。*对混凝土和金属结构的侵蚀。*水库诱发地震的可能性。二、水利工程主要地质问题分析（一）坝基（闸基）工程地质问题坝基（闸基）的稳定性是水利枢纽安全运行的关键。1.坝基岩体（土体）的抗滑稳定问题：*沿坝基接触面的滑动。*沿坝基岩体内部软弱结构面（如断层、软弱夹层、层面）的滑动。*深层滑动（涉及坝基下较深部位的软弱带）。*分析方法：刚体极限平衡法（如抗剪强度公式、摩擦公式）。影响因素：岩体（土体）的抗剪强度指标、滑动面的形态和产状、坝体荷载、扬压力等。2.坝基的渗透稳定问题：*渗透变形：管涌（土颗粒被渗透水流带走）、流土（土体整体被渗透水流托起或冲失）、接触冲刷、接触流失。*发生条件：土的颗粒组成、级配、密实度，以及渗透坡降。*防治措施的基本思路：降低渗透坡降（如设置防渗帷幕、铺盖）、改良土的性质（如压实、置换）、设置反滤层等。3.坝基的沉降与不均匀沉降问题：*成因：坝基岩土体的压缩性、荷载分布不均、岩土体性质差异。*危害：导致坝体开裂、止水破坏、建筑物倾斜等。*评价：通过压缩试验、固结试验等确定岩土体的压缩性指标，进行沉降计算和预测。（二）边坡工程地质问题水利工程中常见的边坡包括坝肩边坡、溢洪道边坡、渠道边坡、基坑边坡等。1.边坡变形破坏的基本类型：*松弛张裂：边坡岩体在卸荷作用下产生的张裂隙。*蠕动：边坡岩土体在长期重力作用下缓慢的塑性变形。*崩塌：边坡岩土体突然脱离母体，以坠落、跳跃、滚动等方式快速下落到坡脚。*滑坡：边坡岩土体在重力作用下，沿着一定的软弱面（带），整体地或分散地顺坡向下滑动的现象。重点掌握滑坡的形态要素（滑坡体、滑坡床、滑动面、滑坡壁、滑坡台阶、滑坡舌、滑坡裂隙等）。2.影响边坡稳定性的主要因素：*内在因素：岩土体性质（岩性、结构面发育程度与组合关系）、地形地貌、地质构造。*外在因素：水的作用（降雨、地下水）、地震、风化作用、人工开挖与加载。3.边坡稳定性分析方法：*定性分析：工程地质类比法、历史分析法、赤平极射投影法（分析结构面的组合关系）。*定量分析：刚体极限平衡法（如瑞典条分法、毕肖普法、杨布条分法等，重点理解条分法的基本原理和假设）。4.边坡防治与加固措施：*排水（地表排水、地下排水）。*削坡减载与压坡脚。*支挡结构（挡土墙、抗滑桩、锚杆/锚索、格构梁等）。*坡面防护（喷混凝土、挂网喷锚、植被护坡）。*改善岩土体性质（灌浆、电化学加固等）。（三）地下洞室工程地质问题水利工程中的地下厂房、隧洞、调压井等地下洞室，其围岩稳定性是核心问题。1.围岩应力重分布与变形破坏：*洞室开挖后，原岩应力平衡被打破，洞周岩体产生应力重分布，可能出现应力集中。*围岩变形：弹性变形、塑性变形、流变。*围岩破坏类型：脆性破裂（岩爆）、块体塌落、层状弯折内鼓、塑性挤出、膨胀内鼓等。2.影响地下洞室围岩稳定性的因素：*地质因素：岩体完整性（岩石质量指标RQD、岩体完整性指数Kv）、结构面的性质与分布、岩石强度、初始地应力状态、地下水。*工程因素：洞室形状、尺寸、埋深、施工方法与支护时机。3.地下洞室位置选择的工程地质条件：地形地貌、岩性条件、地质构造条件、地下水条件、地应力条件。4.围岩分类：了解常用的围岩分类方法（如RMR分类、Q系统分类、我国水利水电工程地质勘察规范中的分类）及其在工程设计中的应用。5.地下洞室支护与加固：*支护的目的：维持围岩稳定，防止围岩松弛和坍塌。*常用支护类型：喷射混凝土、锚杆、钢拱架、钢筋网、混凝土衬砌等，以及它们的组合使用。（四）水库工程地质问题水库蓄水后，水文地质条件发生改变，可能引发一系列工程地质问题。1.水库渗漏：*坝区渗漏（坝基渗漏、绕坝渗漏）。*库区渗漏（库岸分水岭渗漏、邻谷渗漏、河湾地段渗漏、古河道渗漏）。*分析渗漏的地质条件：透水岩层的分布、地质构造（断层、裂隙）的导水性、分水岭的宽窄与相对高差、地下水位等。*渗漏量计算的基本思路。2.水库浸没：*定义：水库蓄水后，库区周边地下水位上升，导致土地盐碱化、沼泽化，或使建筑物地基软化、损坏的现象。*发生条件：地形条件（低洼地带）、岩土性质（渗透性差的黏性土易发生）、地下水位埋深、水库运行水位。*预测与评价方法。3.水库塌岸（库岸再造）：*定义：水库蓄水后，库岸岩土体在波浪、水流冲刷、干湿交替、冻融等作用下，发生崩塌、滑坡，导致库岸线不断后移的现象。*影响因素：岸坡岩土性质、地质构造、地形地貌、水文气象条件、水库运行方式。*危害：减少库容、威胁岸边建筑物安全、影响航运等。4.水库诱发地震：*定义：由于水库蓄水引起库区及其周围地区地震活动增强的现象。*主要影响因素：库区地质构造背景（特别是活动断裂）、库水深度和体积、岩石力学性质、区域地应力状态。*预测与评价的难度和复杂性。三、水利工程地质勘察水利工程地质勘察是获取工程地质资料、解决工程地质问题的基本手段。（一）勘察阶段划分及其任务水利工程地质勘察通常与设计阶段相适应，一般分为：1.规划勘察阶段：了解区域地质、地形地貌、水文气象、地震烈度等概况，对河流开发方案和主要工程地段进行初步评价，选择合适的坝址和引水线路等。2.可行性研究勘察阶段（初步勘察）：对选定的坝址、厂址、线路等进行较为详细的勘察，查明场地的主要工程地质条件，对主要工程地质问题进行初步分析评价，为选定坝型、枢纽布置、建筑物结构型式等提供地质依据。3.初步设计勘察阶段（详细勘察）：对选定的建筑物场地进行详细勘察，查明建筑物地基和围岩的工程地质条件，进行岩土物理力学性质试验，对工程地质问题进行详细分析评价，为建筑物设计、施工方案制定提供详细的地质资料和参数。4.技施设计勘察阶段（施工勘察）：配合施工进行，解决施工中遇到的新的工程地质问题，进行地基处理效果检验，以及为优化设计提供补充地质资料。（二）主要勘察方法1.工程地质测绘与调查：*目的：查明场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象等。*内容：地形地貌测绘、地层岩性测绘、地质构造测绘、水文地质测绘、物理地质现象测绘、天然建筑材料测绘等。*比例尺：根据勘察阶段和任务要求确定，精度要求不同。2.工程地质勘探：*物探：利用岩土体物理性质（如密度、磁性、电性、弹性波速等）的差异，通过仪器探测地下地质情况。常用方法：电法勘探（电测深、电剖面）、地震勘探（折射波、反射波）、声波测试、地质雷达、磁法勘探等。特点：效率高、成本低、范围广，但成果需结合其他方法验证。*钻探：通过钻探机械向地下钻进，采取岩芯或土样，了解地下岩土体的性质、分布、地质构造、地下水等。是获取深部地质资料最直接、最可靠的方法。常用钻探类型：回转钻探、冲击钻探、振动钻探。岩芯采取率是衡量钻探质量的重要指标。*坑探：包括探槽、探坑、平硐、斜井、竖井等。可直接观察和描述岩土体特征，采取原状样，进行现场试验。适用于地表或地下浅部，以及需要详细查明某一地质现象时。3.工程地质试验：*室内试验：对采取的岩样、土样进行物理性质、水理性质、力学性质试验。如岩石的单轴抗压强度、抗剪强度；土的颗粒分析、界限含水量、压缩试验、直剪试验、三轴试验等。*原位测试：在岩土体原位状态下进行的测试。如载荷试验、静力触探试验（CPT）、动力触探试验（DPT）、十字板剪切试验、旁压试验、现场直剪试验、岩体声波测试、钻孔弹模测试等。能更真实地反映岩土体在天然状态下的性质。4.现场监测：对施工和运行过程中的岩土体变形、应力、地下水动态、边坡位移等进行长期观测，以验证勘察成果、指导施工、评价工程安全状态。（三）勘察资料的整理与报告编制勘察资料是工程地质评价的基础，需系统整理、综合分析。1.资料整理：包括原始资料的检查、校对、编录、数据处理，绘制各种