【《某水库土质心墙土石坝的工程地质及建筑材料特性分析案例》5800字】

某水库土质心墙土石坝的工程地质及建筑材料特性分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28218某水库土质心墙土石坝的工程地质及建筑材料特性分析案例 1310011总述 1140971.1流域概况 1206981.1.1自然地理概况 1312621.1.2社会经济概况 213841.2流域规划及枢纽任务 2198312.1.1防洪 3312182.1.2发电 3243802水文气象资料 3176892.1气候特性 342292.1.1温度 3155292.1.2降雨量 4155422.1.3风向及转速 4245992.2水文特性 4144703工程地质及建筑材料特性 781753.1坝址区工程地质条件 7118433.1.1地貌特征 7126863.1.2地质构造特征 7268923.1.3岩性简述 8230093.2坝址区水文地质条件 9284523.3工程地质评价 9120403.4建筑材料及土基的物理力学性质 1029493.4.1料场概况 1040993.4.2料场及土基的颗粒组成 10105863.4.3土料的物理力学性质 101总述1.1流域概况1.1.1自然地理概况冀河，作为华北清平河系的支流之一，流域全面积为2.73万平方公里。它发源于华北嵩山南麓，上游流经黄土高原，途径东台和黄庄间峡谷深山区后进入平原地区，最后注入清平河。由于黄土高原水土流失现象严重，冀河流经上游地区时水流会携带大量泥沙，造成下泄水流含沙量过大，这种现象在洪水时节尤为严重。当下泄洪水流经峡谷深山地貌时，在暴雨时节常常因水流湍急导致洪灾频发。河段下游是平原地区，适合进行农业生产。河段出水口处有一面积约为三百万平方公里的泛区，最近几年常常因为上游水流泥沙含量高，水流湍急，导致水流在下游河道处流速减缓，泥沙淤积，水流不稳定造成河槽冲刷破坏，决口事件频繁，洪灾严峻。冀河流域大部分地区夏季炎热多雨，冬季干燥寒冷，属于大陆季风气候，6-8月降雨量较全年降雨量更为集中，因此洪水主要形成于这个时段。而在下游平原地区，农作物生长区常常因为普遍缺雨形成旱象。水量时空上的分配不均导致旱涝灾害时有发生。1.1.2社会经济概况冀河流域的县市地区是整个流域的主要农产区，共有三十三个县市。流域耕地面积占全流域面积的28%，共计11600000亩。其中，包括1370000亩渠灌面积以及1100000亩渠灌面积，区内灌溉发达。从事农业生产的人口高达3360000人，超过流域总人口五分之四，每人平均耕地面积约三点五亩。上游种有高粱、玉米；下游主要种有棉花、小麦、玉米，除此之外，还种有小面积水稻。但是，下游农田往往因为无法控制洪水收到水灾的威胁。冀河流域矿产资源丰富，上游有2处已经进行过大量开采的煤矿，下游有一座大型工业城市。流域内铁路公路相互连通，连通着县市与矿区之间以及流域东西南北各个方向的交通运输，具有便捷的交通运输条件。1.2流域规划及枢纽任务坐落于冀河的中、下游丘陵地区的平山县，其上游约十二千米处便是冀河夹峪水库的位置。水库控制流域面积占平山县以上超过一半的流域面积，共1.5平方千米。冀河夹峪水库下游包括农田地区3500000亩、若干铁路干线和石同市——流域内的主要工业城市。综合考虑流域规划、资源的综合开发以及冀河流域的自然条件和社会经济状况，本枢纽的首要任务是防洪，发电次之。按规划取182.80m为水库死水位，取191.80m作为正常高水位。2.1.1防洪冀河夹峪水库下游包括农田地区3500000亩、若干铁路干线和重要工业城市石同市，为保证其不受洪水威胁，联合该枢纽和下游整治泛区的工程。相应的防洪要求如下：在设计洪水情况下，允许下泄流量为5800立方米每秒。库水位低于202.0米高程；在校核洪水情况下，允许下泄流量为9000立方米每秒，库水位低于203.0米高程。2.1.2发电作为电力系统的主要水电站之一，本枢纽在系统中的任务为调峰。根据水能规划，取电站的总装机容量为4.8万千瓦。水轮发电机组的主要参数如表1.1。表1.1水轮发电机组主要参数表水轮机型号BL－123－LJ－225发电机型号T2550/80－32单机容量1.2万千瓦（4台）单机容量1500万伏安设计水头37.6米安装方式悬吊式最大水头45.0米电压1.03万伏最小水头30.0米电流825安引用流量38.4m³/s额定转速187.5转/分2水文气象资料2.1气候特性2.1.1温度流域内年平均气温为十摄氏度至十三摄氏度，库区附近约十二摄氏度。纵观全年气候，一月份温度最低，月平均气温为零下二摄氏至度零下四摄氏度，极端低温最低可达零下16.3摄氏度；七月份气温最高，平均气温为二十四至二十七摄氏度，极端气温最高可达四十五摄氏度。下表为坝址上游附近的洪家店历年平均，极端最高最低气温资料。表2.1气温资料表项目/月份平均气温极端最高气温极端最底气温项目/月份平均气温极端最高气温极端最底气温一-2.515-16.3八24.435.216.5二0.520.5-12.3九2034.29.9三1.527.2-13.5十11.8281.5四14.632.51.4十一3.923.4-8.2五20.6366.2十二4.218-16.4六24.94214.5全年12.145-16.4七26.64516.82.1.2降雨量在东台以上的流域地区年平均降雨量大约为40厘米，东台以下较之高10厘米左右。受大陆季风气候影响，降雨量表现为夏季降雨多，冬季降雨少的时间分布特点。夏季（六至八月）降雨量高达全年百分之七十以上，冬季（十二月～次年二月）降雨量仅占年降雨量的百分之二。受降雨影响，下游农作物生长常常在春天因为缺水导致旱灾发生。历年平均降雨量如表2.2所示。表2.2历年降雨量的月平均值项目\月份降水量％项目\月份降水量％项目\月份降水量一3.10.4八35041.5一3.1二8.81九82.39.7二8.8三15.71.9十32.53.8三15.7四16.21.9十一14.71.7四16.2五39.14.6十二4.50.5五39.12.1.3风向及转速在冬天，季风往偏北方向刮；夏天季风则往偏南方向刮；春、秋季节季风随机出现偏南或偏北风。春冬两季大风持续时间最长。多年平均最大风速达12米每秒，水库吹程约4千米。2.2水文特性2.2.1年径流坝址年平均径流水量为305000万立方米。其中七至八月份水量占比最高，约占全年的2/5，五月份占比最小。丰水年年径流量是枯水年年径流量10倍以上。水量在时空上的分布不均导致洪涝、干旱灾害份时有发生。2.2.2洪水流量典型频率流量列如表2.3所示：表2.3洪水频率流量表洪水频率P％0．010．10．331．02．05．0洪峰流量1386099007200550045003000通过对往年流量过程进行分析总结，一月份和二月份流域水流平缓，三月十五号前后冰雪融化后稍有起伏，无显著洪峰。四月至五月份河流来水量最小，六月到九月汛期期间河流水面上涨，，十月后水势开始有平缓稳定的趋势。十月至次年五月中旬为枯水期，枯水期二十年一遇的洪水流量Q5＝280m³/s。2.2.3泥沙坝址处推移质约为50万吨，当地多年平均输沙量是其十倍左右。规划时期，淤沙高程可通过上游水土保持情况计算得出，计算结果为170.00米。水库淤沙干容重值1.36t/m³，浮容重值0.86t/m³，内摩擦角φ＝14°。2.2.3水位―库容关系，水位―流量关系表2.4水位―库容关系值数表库水位（m）152．5160165170180190195200205库容积（亿）00．40．83．443．527．611．0415．2820．64表2.5坝址水位――流量关系数值表水位（m）146.0146.5147.0147.5148.0148.5149.0149.5149.6流量(/s)50220620130022503460510070007400表2.6尾水渠水位――流量关系曲线表水位（m）145．8146．0146．2146．4146．6146．8147．0流量（/s）10286087．2115．2138164表2.7典型洪峰过程表日222223334444时3814182261420241012流量（m3/s）2505001750220030006300550050004400420038004400日445556668888时1420012222122004810流量（m3/s）2600240016001400950950500600300400600500日88999991010101013时16222610182201016208流量（m3/s）70011007009007006007009006004004002503工程地质及建筑材料特性3.1坝址区工程地质条件3.1.1地貌特征本坝址在河道弯曲部分，库区内河床的底部坡降约为千分之三。河谷横断面具有不对称性。左岸边坡较缓，约为30度；右岸边坡比左岸陡20度。坝址区右岸阶地因为环绕水流的冲蚀作用发育不完全。漫滩于坝轴线周围呈不规则分布，较河水面超高1至2.5米左右，高程介于147.5至149.5米之间。一阶地高程介于149至151米之间，二阶地高程介于150～160米之间。它们均呈坡度平缓长窄带状。三级阶地高程介于160米至200米之间，三级阶地地面平坦，有3000余米宽。片麻岩系上覆盖有第四纪黄土层。变质岩系自存在起就一直收到侵蚀作用，故可知阶地性质为浸蚀台地。坝址主流分别能通过左右两岸沟谷分别使其与主流连通，方便取水、泄水建筑物的布置。两岸露头有明显差异，右岸露头为光秃的岩石，左岸露头覆盖有黄土与风化基岩。坝址各处冲击层及基岩风化程度存在一定的差异。具体见坝址地质图。3.1.2地质构造特征东南偏南、西北偏西方向的压力导致太行山的背斜地貌。枢纽位于该地貌的东南部。库区两岸岩层的产状三要素分别为：走向N35°至40°E，倾向东南方向，倾角20度至40度。东南偏南方向上的作用力相较西北偏西方向更大，导致坝址两岸出现了多组由东南偏南方向往西北偏西方向的逆掩断层，方向基本介于N50°至60°E之间，断层距离在1米左右。坝址河床为背斜地貌，背斜两侧平缓。背斜轴部与河道主流距离相近，轴向为N15°E，两岸岩层走向为N35度～40度E。左岸岩层倾向为东南方向，右岸岩层倾向为西北方向，倾角多介于20度至40度之间。背斜轴部周围的岩石节理发育，并有岩脉侵入，漏水情况严重，个别地段的单位吸水率值达1.65公升/min·m·m。坝址左右岸岩层的节理发育情况大致类似，其中大部分是N20度至30°W方向的构造裂隙。它们的裂隙宽度较大，最大有超过0.2米的裂隙。倾向为裂隙率K介于1条每米~5条每米之间另一组走向呈N50度至60°E，倾向为裂隙率K介于2条每米~5条每米之间左岸大部分是细小裂隙，而右岸裂隙大部分较宽。通过查阅资料研究可知，坝址区地震烈度为7度。3.1.3岩性简述作为遍布坝址区最多的岩石——花岗片麻岩。其物理性质如下：花岗片麻岩主要成分有长石、石英，云母次之。其色彩呈灰白色，表现为厚层块状。它具有较大的结晶结构和明显的片麻状构造，片理不发育，经风化作用片理裂隙发育。河床的花岗片麻岩新鲜完整。通过实验可知，位于河床的花岗片麻岩饱和抗压强度介于100兆帕至200兆帕之间。容重等于27千牛每立方米。建议：坝工设计中，取地基弹性模量E=1.0×兆帕,泊松比u=1/5,隧洞设计中，取牢固系数f=4;取弹性抗力系数=1000千牛每立方米。除花岗片麻岩外，坝址地区还存在有角闪石片麻岩。只在坝轴线上游一百多米处露出，露出面积相对较小。其物理性质如下：角闪石片麻岩主要成分是角闪石，长石、黑云母次之，它们在岩石内分布不平衡，会出现富集现象。其色彩呈灰黑色，呈薄层形状，片理清楚。定向排列导致岩石硬软互层，岩石的韧性及耐风化程度相差甚远，饱和抗压强度介于12000000至25000000公升/平方米之间。在坝址区还零散分布着大理石。其物理性质如下：大理岩主要有方解石组成，存在多种颜色，其结晶粗大，饱和抗压强度介于40兆帕至140兆帕之间。其它岩石的饱和抗压强度如下：云母角闪石片麻岩：介于40兆帕至120兆帕之间；云母花岗片麻岩介于30兆帕至100兆帕之间；中性岩脉150兆帕。3.2坝址区水文地质条件坝址周围的泉水露头都是裂隙水,但数量很少。除此之外，还有潜水隐藏一级阶地底部的砂砾石层中，一般这种潜水在地下一米至两米处。通过抽水试验得出渗透系数K值介于21至93米每昼夜之间。总体上地下水流方向正交于河道水流方向，两岸水流流向河床后和主流汇合，一齐流向河段下游。通过化学分析证实,坝址周围的地下水和河水对混凝土无侵蚀性。因为河槽主流周围是背斜地貌轴部，背斜轴部又是构造裂隙最为发育之处。通过试验得出此处单位吸水率介于0.15至1.65公升/min·m·m之间，此处渗漏现象严重,须采取一定的防渗手段。裂隙岩层的单位吸水率随岩层改变不断发生变化。风化层中单位吸水率介于0.025～1.59公升/min·m·m之间；在新鲜基岩中单位吸水率介于0.001～0.041公升/min·m·m之间；在岩脉与岩层接触带中单位吸水率介于2.2～8.6公升/分·米·米之间。这种情况下裂隙岩层具有较强的渗透能力。3.3工程地质评价坝址基岩大体为花岗片麻岩，河床基岩完整坚硬，深色矿物含量少，风化作用弱，坝基良好，可以选择土坝或混凝土坝。因为下游岩石逐渐趋于稳定，花岗片麻岩于垂直方向上的厚度不小于200米，坝轴线越靠近下游，混凝土坝基岩岩性越好。混凝土坝基岩摩擦系数f等于0.65。勘测两岸两个山口作为溢洪道的位置选择，左岸垭口处的花岗片麻岩受风化作用影响较小。通过试验，测得风化层中的单位吸水率值均小于0.08公升/min·m·m。右岸垭口较左岸垭口地质构造复杂，岩石受风化作用影响大，岩石强度低。对于隧洞工程的布置来说，地区地质条件良好。经过综合考虑，右岸地层岩性大致一样，故而在右岸布置隧洞。3.4建筑材料及土基的物理力学性质3.4.1料场概况通过对坝址周围土料展开三次调查后发现，该处主要的建筑材料有重壤土和砂砾料。前者能够投入生产建设的总量约为0.21亿立方米，土区遍布坝上、下游以及左右岸，其中朱毫滩土区、霍宾台土区、尚家湾土区分别占0.04亿立方米、0.06亿立方米、0.07亿立方米；后者能够投入生产建设的总量约为0.2156亿立方米，它们基本存在于坝址上下游的三个料场中。按储藏量高低料场依次为Ⅱ-1场、Ⅱ-2场以及Ⅰ料场，其对应的砂砾料藏量分别为0.1706亿立方米、0.0328亿立方米、0.0122立方米。除此之外，还有大量的砂砾料储藏在坝址周围的阶地和下游5000m区域内。其地形都较为平坦，场地较宽阔，具有较好的开采和运输条件。3.4.2料场及土基的颗粒组成坝料及土基均含有重壤土和砂砾料两种材料，通过实验得出的粒径曲线图可知，各料场土料有机质含量通常在百分之一以下，水溶盐类含量通常在千分之五以下。重壤土土料基本由砂粒、粘粒、粉粒组成。其含量分别为40%、30%、30%，=0.00016厘米,=0.005厘米；=31.25。砂砾料含45%的砂料、40%的砂粒料、15%的粉粒和粘粒料，10%大于0.5厘米的砾石料。3.4.3土料的物理力学性质由实验室提供以下试验综合成果：表3.1坝基重壤土的物理力学指标土粒比重G天然状态可塑状态含水量W（度）湿容重γ(KN/m3)干容重(KN/m3)饱和度Sr(度)孔隙比e流限WL（度）塑限WP（度）塑性指数IP稠度IL2.722220.416.7950.6336.519.5170.14表3.2坝基重壤土的物理力学指标抗剪强度测定值渗透系数K（M/sec）压缩系数a(cm/kg)非饱和快剪饱和固结快剪饱和快剪凝聚力C（MPa）内摩擦角φ（度）凝聚力C（MPa）内摩擦角φ（度）凝聚力C（MPa）内摩擦角φ（度）0.3190.282210.295121.5×10-9表3.2坝基沙砾料的物理力学指标比重G天然干容重(KN/m3)抗剪强度指标渗透系数K(M/sec)水上水下摩