工程地质

青岛建筑工程学院1第七章坝的工程地质研究挡水建筑物［坝（橡胶坝）、闸］泄水建筑物［溢洪道、泄洪洞、排砂洞］取水输水建筑物［隧洞、管道、渠系建筑物］水工建筑物水工建筑物附属建筑物［水电站厂房、航运船闸、鱼道］附属建筑物水利枢纽密云水库大坝九松山副坝潮河副坝白河主坝闸密云水库溢洪道泄洪洞新安江佛子岭二滩水电站三门峡渠道渡槽（高架渠）水工建筑物级别划分水利水电工程永久性水工建筑物的级别，根据建筑物所在工程的等别和建筑物的重要性划分为五级。失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的；水利枢纽工程水库大坝按表1F411021—5；4．水电枢纽工程2级土石坝坝高超过100m、混凝；5．当永久性水工建筑物基础的工程地质条件复杂或采；堤防工程的防洪标准主要由防护对象的防洪要求而定；水利水电工程建设实践表明，工程地质条件不仅影响到坝址、坝型的选择，而且关系到工程的投资、施工工期、工程效益和工程安全。在大坝发生毁坏的事故中，因地质问题而引起的最多，因此在大坝的设计和施工中，对坝基或坝肩的岩体进行工程地质条件的分析研究是非常重要的。各种坝失事百分率统计约30%~40%的大坝事故是由地质原因引起的，主要包括：坝基（肩）强度低，抵抗变形能力或抗滑稳定性差地下水渗透作用区域稳定性水库诱发地震作用因此，建坝前必须进行工程地质勘察。主要是查明建设区的工程地质条件，分析论证有关工程地质问题，从而充分利用有利地质因素，避开或改造不利地质因素，以保障水利工程的安全、合理与经济。一个河段筑坝的可能性，除根据国民经济的需要外，还要看当地的自然条件是否有这种可能性。在坝址坝型选择中，主要应根据坝址区的地形地质，材料供应(主要是天然建筑材料)，枢纽布置，水文、施工和运行条件，通过详细的技术经济比较论证后选定。但是必须指出，在这些条件中，工程地质条件是一个十分重要的方面。例如，66．5m高的法国马尔帕塞双曲薄拱坝于1959年12月突然崩溃，下泄洪水造成325人死亡，主要原因是左岸坝肩的片麻岩体中存在许多裂隙、节理、断层等软弱结构面，沿断层面传递的高孔隙水压力又没有消除，巨大的楔形岩体沿软弱结构面滑动而导致拱坝溃毁。①坝基在承受荷载作用下不会发生滑动失稳；②坝基各部位的应力及变形值要在学科范围之内，避免产生过大的局部应力集中和严重的不均匀变形；③坝基在渗流水的长期作用下，保持力学上和化学上的稳定，渗漏量和渗流压力都应控制在允许范围之内。主要解决问题：第一节水工建筑物工程地质条件第二节坝基的渗漏第三节坝基渗透变形分析第四节工程实例分析第五节坝基(肩)岩体抗滑稳定性分析第六节坝基的沉降第七节坝址选择原则与依据第八节工程实例分析第一节水工建筑物工程地质条件一、地形地貌条件二、地质结构条件三、水文地质条件四、自然（物理）地质现象132地形地貌条件：地表形态、高程、地势高低、山脉水系、自然景物、森林植被、人工建筑物分布等水文地质条件：地下水类型；含(隔)水层埋深藏；岩层水理性质；地下水运动与动态特征；地下水水质等。地质结构：岩体结构面（原/次）岩体结构类型等决定因素工程地质条件4自然(物理)地质现象：风化滑坡崩塌泥石流岩溶一、地形地貌地形：指地表形态、高程、地势高低、山脉水系、自然景物、森林植被，以及人工建筑物分布等，常以地形图予以综合反映。地貌：主要指地表形态的成因、类型，以及发育程度等，常以地貌图予以反映。二、地质结构地质结构可以说是水电工程建设的决定因素，地质结构不适宜，水电工程建设就不能进行。地质结构包括地质构造(褶皱及断裂构造)和岩(土)体结构。岩体和岩石是不同的概念。通常把一定范围内与工程建设有关的自然地质体称为岩体。结构面与结构体的组合称为岩体结构，岩体结构特征实际上就是结构面和结构体的性状及组合特征的反映，它决定着岩体的物理力学性质和稳定性。l.岩体结构面按成因可分为原生结构面和次生结构面两类：(1)原生结构面：(2)次生结构面：2.岩体结构类型岩体结构面，在漫长的地质年代里，受复杂的地质作用的影响，在自然界的出露是千差万别的和多方向的，常使岩石组成不同形式的结构体，常见的有；锥形（4个面）楔形（5个面）菱形（6个面）方形（6个面，各面角约90o）聚合形三、水文地质条件一般包括以下内容：1．地下水类型，如上层滞水、潜水、承压水等。2．含水层与隔水层的埋藏深度、厚度、组合关系、空间分布规律及特征。3．岩(土)层的水理性质，包括容水性、给水性、透水性等。4．地下水的运动特征，包括流向、流速、流量、补排关系等。5．地下水的动态特征，包括水位、水温、水质随时间的变化规律。6．地下水的水质，包括水的物理性质、化学性质、水质评价标准等。水文地质条件的好坏直接关系到水库是否漏水，坝基是否稳定，地下水资源评价是否可靠等一系列工程建设问题。四、自然(物理)地质现象风化滑坡崩塌泥石流岩溶水坝的类型较多，不同类型的水坝其工作特点和对工程地质条件的要求是不同的。按筑坝材料不同，主要分为散体堆填坝和混凝土（或浆砌石）坝两大类。散体堆填坝适应于变形较大的柔性结构，又可分为土坝、堆石坝、干砌石坝等，而混凝土（或浆砌石）坝则是对变形敏感的相对刚性结构，按结构又可分为重力坝、拱坝和支墩坝等。各种坝型对地质地形条件的要求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。（1）坝基要有一定的强度；（2）坝基透水性要小；（3）就近足量且刚度和强度且满足质量要求的天然建筑材料；（4）要有修建溢洪道的有利地形、地质条件。土石坝对地质地形条件要求低，从岩石地基到土质地基，都可修建土石坝。岩石地基对任何坝型一般都适应。但对于强烈喀斯特岩体、大的断层破碎带、强透水或抗剪强度低的软弱夹层、泥化夹层的岩体、基岩面起伏太大的岩体，宜避开或加强处理。土质地基，程度不同的会存在沉陷、变形、滑动、渗漏和渗透变形、振动液化等问题。土石坝对地质地形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：(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。(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。已完工的水布垭大坝砼面板20070328重力坝1.重力坝对地质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。三峡大坝1）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。2）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。3）坝区附近应有足够的、合乎要求的混凝土骨料或石料。2.重力坝对地形条件的要求拱坝在平面上呈拱形，并在结构上起拱的作用的坝，拱脚支承于两岸基岩上。拱坝是一个整体的空间壳体结构。从水平切面上看，它是由许多上下等厚或变厚的拱圈叠成，大部分荷载由拱的作用传递到两岸山体上。在铅直断面上，则是由许多弯曲的悬壁梁组成，少部分荷载依靠梁的作用传递给坝基。由于拱是推力结构，只要充分的利用它的作用，即可发挥材料强度。典型的薄拱坝，比起相同高度的重力坝可节省混凝土80%，如法国的托拉拱坝高85m，其最大厚度才2.4m，因而拱坝是一种经济合理的坝型，但它的施工技术要求很高。拱坝对地质地形条件的要求石门拱坝图片名称：石门水库电站地点：陕西汉中所在河流：褒河所在水系：黄河水系主要坝型：混凝土拱坝坝顶高程：620.0米最大坝高：88米拱坝具有较强的抗震性能和超载性能。基于上述特点，它对工程地质的要求除了与重力坝相同的要求外，还应注意如下：（1）坝址应为左右岸为对称的峡谷地形。河谷高宽比（H/L）愈大的“V”字形峡谷，愈有利于发挥拱坝的推力作用。若地形不对称，就需开挖或采取结构措施使之对称。（2）由于拱坝应力集中，要求岩体有更高的承载力，两岸及河床岩体要新鲜（或微风化）完整。岩体的弹性模量均一，且岩体与混凝土的变形模量也要相近。（3）对坝基中存在的断层破碎带等软弱岩体必须进行慎重的处理，以提高岩体的均一性，防止变形过大造成拱坝拉裂。（4）两岸坝肩要有足够的稳定性，拱端要有比较雄厚的稳定岩体。对两岸发育的与河流大致平行的中、高倾角断层、节理、层面、卸荷裂隙等要特别重视，仔细研究其特征，及有否与缓倾角软弱结构面组合，从而构成滑动块体。支墩坝是由一系列相隔一定距离的支墩和向上游倾斜的挡水盖板组成，库水、泥砂压力等由盖板经支墩传给地基。为了加强支墩之间的整体性和侧身稳定性，支墩还常设有加劲梁。根据盖板的不同，支墩坝可分为平板坝、大头坝和连拱坝。支墩坝对地质地形条件的适应性比较强，在岩基和土基上均可修建，但要注意相邻支墩产生过大的不均匀沉降。支墩坝坝轴线方向性差，侧向稳定性差，抗震能力低，抵抗坝肩岩体侧向变形能力低，在强震区或坝肩存在蠕滑体时，不宜选用支墩坝型。支墩坝对地质地形条件的要求第二节坝基的渗漏一、坝基（肩）渗漏的地质条件二、坝基（肩）渗漏量的计算水库蓄水以后由于坝上、下游有一定的水位差，使库水在一定的水头压力下通过坝区透水岩土体向下游渗漏，依其产生部位的不同，可以分为坝基渗漏和绕坝（肩）渗漏及坝体渗漏。根据渗漏形式又可分为均匀渗漏和集中渗漏。绕坝渗漏示意图一、坝基（肩）渗漏的地质条件渗漏通道：渗漏通道一般是指具有较强透水性的岩土体，可分为透水岩层、透水带、和透水喀斯特管道。渗漏通道的连通性：第四纪松散沉积地层渗漏通道的连通性主要取决于地层结构特征，与地貌发育情况密切相关。基岩透水层、透水带基喀斯特管道的连通性则受岩性、地质构造、地形地貌、覆盖层特征等因素控制，情况比较复杂。渗透性指标：隔水层K10-7cm/s透水层K10-7cm/s透水层:主要透水层位第四纪的砂层、卵砾石层、胶结不良的砂岩、砾岩层等。透水带：断层破碎带和裂隙密集带。是基岩中主要渗漏通道。喀斯特管道：坝区有可溶性岩体存在时，由于强烈喀斯特发育，在岩体中产生溶洞、暗河及溶隙等相互连通而构成喀斯特管道，可能造成严重的坝区渗漏。（一）松散沉积层坝基（肩）渗漏的地质条件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，还可能发生绕坝渗漏。（1）当坝区河谷狭窄，谷坡高而陡时，砂砾石分布于谷底、厚度不大，或由粗碎屑物质组成，其中或有砂层透镜体，且表面没有完整的粘土覆盖，岩层透水性强，渗漏主要发生于坝基。（2）当坝区河谷较宽，谷坡上分布有多级基座阶地时，河谷覆盖层情况与（1）相似，此类坝区除可能产生强烈的坝基渗漏外，还可能发生绕坝渗漏。（3）当冲积层为双层结构型式时，在阶地或河谷底部有可能发生渗漏。（4）当冲积层是粗细相间的多层结构型式时，一般在坝区无完整的表土层作为天然铺盖，库水容易渗漏。在这种情况下，应寻找厚度大、分布完整的粘土层作为隔水层。冲积层为双层结构（二）裂隙岩层区的渗漏条件在裂隙岩体分布区，由于岩体中各种成因的结构面、透水性差异、河谷地貌和地质结构的不同，使渗漏在不同地区和不同地段，有显著不同。