1、 第五章第五章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 第五章第五章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 本章教学要求：本章教学要求： 1 1、掌握工程地质条件的概念、理解工程地质条件对水利工、掌握工程地质条件的概念、理解工程地质条件对水利工程建筑的影响。程建筑的影响。 2 2、了解坝、渠道、隧洞的主要工程地质问题。、了解坝、渠道、隧洞的主要工程地质问题。 3 3、了解山岩压力和弹性抗力的概念。、了解山岩压力和弹性抗力的概念。第第1 1节节 坝的工程地质问题坝的工程地质问题教学目的与要求：v 了解坝基岩体滑动破坏的类型
2、了解坝基岩体滑动破坏的类型v 理解坝基抗滑动稳定计算公式理解坝基抗滑动稳定计算公式v 了解抗滑稳定计算中主要参数的确定方法了解抗滑稳定计算中主要参数的确定方法第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题一、一、坝基的稳定问题坝基的稳定问题 坝基的稳定坝基的稳定是指坝基岩体在水压力及上部荷载作下，不产生过大的沉是指坝基岩体在水压力及上部荷载作下，不产生过大的沉降或不均匀沉降（称沉降稳定），不产生滑动（称抗滑稳定）和在渗透水流降或不均匀沉降（称沉降稳定），不产生滑动（称抗滑稳定）和在渗透水流作用下，不产生过大的渗透变形（称渗透
3、稳定）。作用下，不产生过大的渗透变形（称渗透稳定）。 1、坝基的沉降稳定问题、坝基的沉降稳定问题 坝基在垂直压力作用下，产生的竖向压缩变形称为坝基在垂直压力作用下，产生的竖向压缩变形称为坝基沉降坝基沉降。 显然沉降量过大或产生不均匀沉降，将会导致坝体的破坏或影响正常显然沉降量过大或产生不均匀沉降，将会导致坝体的破坏或影响正常使用。使用。 由坚硬岩石构成的坝基、强度高、压缩性低，不会产生过大的沉降。由坚硬岩石构成的坝基、强度高、压缩性低，不会产生过大的沉降。 但当坝基岩体中存在软弱夹层、断层破碎带、节理密集带和较厚的强但当坝基岩体中存在软弱夹层、断层破碎带、节理密集带和较厚的强风化岩层时，则有可
4、能产生较大的沉降或不均匀沉降，甚至导致破坏。风化岩层时，则有可能产生较大的沉降或不均匀沉降，甚至导致破坏。 影响沉降的因素，除岩性和地质构造外，还要考虑软弱影响沉降的因素，除岩性和地质构造外，还要考虑软弱夹层的存在位置和产状。如夹层的存在位置和产状。如图图1所示：所示： 当软弱夹层在坝基中呈水平时，有可能产生沉降变形当软弱夹层在坝基中呈水平时，有可能产生沉降变形如图如图1（a）。 当位于下游坝址处时，则易使坝体向下游倾覆当位于下游坝址处时，则易使坝体向下游倾覆如图如图1（b）。若位于坝的上游坝踵处，沉降影响较小。若位于坝的上游坝踵处，沉降影响较小如图如图1（c）。 选择坝址时应尽量避开软弱岩石
5、分布地带，当不能避选择坝址时应尽量避开软弱岩石分布地带，当不能避开时，应采取加固措施，如固结灌浆和开挖回填混凝土等开时，应采取加固措施，如固结灌浆和开挖回填混凝土等 第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题软弱岩层和软弱结构面的产状对沉降变形的影响某坝址横剖面示意图砂岩砂岩页岩页岩花岗岩花岗岩可能产生可能产生 的问题？的问题？贵州某坝址示意图厚厚55558383米的米的粘土页岩粘土页岩可能出现的可能出现的工程地质问工程地质问题？题？垂直推力方向分布较厚的软垂直推力方向分布较厚的软弱岩层或软弱结构面或裂隙密集带弱岩层或软弱结构面或裂隙密集带 为了保证建筑物的安全和正常运用，应将
6、地基沉降变形量限制在一定容许范为了保证建筑物的安全和正常运用，应将地基沉降变形量限制在一定容许范围内，工程中通常用地基容许承载力来表示。围内，工程中通常用地基容许承载力来表示。 岩基的容许承载力是指岩基在荷载作用下，不产生过大的变形、破裂所能承岩基的容许承载力是指岩基在荷载作用下，不产生过大的变形、破裂所能承受的最大压强，一般用单块岩石的极限抗压强度除以折减系数得出，即：受的最大压强，一般用单块岩石的极限抗压强度除以折减系数得出，即： KRRc式中：式中： R-岩基容许承载力，岩基容许承载力，KPa； Rc -岩石的饱和极限抗压强度，岩石的饱和极限抗压强度，KPa； K -折减系数。折减系数。
7、第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题折减系数折减系数K是因为单块岩石容许承载力要远高于岩体的抗压强度，而用是因为单块岩石容许承载力要远高于岩体的抗压强度，而用Rc 去评价被各种结构面切割的岩体时，必须除以折减系数，才能评价岩体的去评价被各种结构面切割的岩体时，必须除以折减系数，才能评价岩体的容许承载力。容许承载力。 一般对于特别坚硬的岩石，一般对于特别坚硬的岩石，K取取2025；对于一般坚硬的岩石；对于一般坚硬的岩石K取取1020；对于软弱的岩石；对于软弱的岩石K取取510；对于风化的岩石；对于风化的岩石参照上述标准相应降低参照上述标准相应降低2550。 岩基的承载力一般
8、较高，多数能满足筑坝要求。岩基的承载力一般较高，多数能满足筑坝要求。 故故R往往不是设计中的控制性指标。往往不是设计中的控制性指标。 对于建筑在较软弱、破碎地基上的大型重要建筑物，为了正确确定地基对于建筑在较软弱、破碎地基上的大型重要建筑物，为了正确确定地基的承载力，应在现场进行荷载试验。的承载力，应在现场进行荷载试验。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题表层滑动表层滑动 表层滑动表层滑动是指坝体混凝土底面与基岩接触面之间的剪断破坏现象。是指坝体混凝土底面与基岩接触面之间的剪断破坏现象。 一般发生在基岩比较完整、坚硬的坝基，上部坝体与下部基岩的抗剪一般发生在基岩比较完整、
9、坚硬的坝基，上部坝体与下部基岩的抗剪强度都比较大，只有在二者的接触面，由于基础处理、特别是清基工作质强度都比较大，只有在二者的接触面，由于基础处理、特别是清基工作质量欠佳，致使浇筑的坝体混凝土与开挖的基岩面粘结不牢，抗剪强度未能量欠佳，致使浇筑的坝体混凝土与开挖的基岩面粘结不牢，抗剪强度未能达到设计要求而形成达到设计要求而形成如图如图2（a）。2、坝基的抗滑稳定分析、坝基的抗滑稳定分析 坝基岩体在大坝重量及水压力的共同作用下产生的滑动，是重力坝破坝基岩体在大坝重量及水压力的共同作用下产生的滑动，是重力坝破坏的主要形式。坏的主要形式。 坝基的抗滑稳定分析坝基的抗滑稳定分析是坝设计中的一个重要因素
10、。是坝设计中的一个重要因素。坝基岩体滑动破坏的类型坝基岩体滑动破坏的类型（按滑动面发生位置的不同）（按滑动面发生位置的不同）第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题浅层滑动浅层滑动 浅层滑动浅层滑动是指沿坝基深度较浅处岩体表层的软弱结构面而发生的是指沿坝基深度较浅处岩体表层的软弱结构面而发生的滑动滑动如图如图2 2（b b）。 浅层滑动往往发生在施工中对风化岩石的清除不彻底、基岩本身浅层滑动往往发生在施工中对风化岩石的清除不彻底、基岩本身比较软弱破碎，或在浅部岩体中有软弱夹层未经有效处理等情况下。比较软弱破碎，或在浅部岩体中有软弱夹层未经有效处理等情况下。深层滑动深层滑动 当
11、坝基岩体某一深度处存在一组软弱结构面或多组结构面的不利组当坝基岩体某一深度处存在一组软弱结构面或多组结构面的不利组合时，软弱结构面上覆岩体和坝体本身的抗剪强度都较高，而组成软弱合时，软弱结构面上覆岩体和坝体本身的抗剪强度都较高，而组成软弱结构面的物质的抗剪强度却相对较低，这时坝体和软弱面上覆岩体作为结构面的物质的抗剪强度却相对较低，这时坝体和软弱面上覆岩体作为一个整体，在水平推力的作用下，就可能沿该软弱结构面（或结构面的一个整体，在水平推力的作用下，就可能沿该软弱结构面（或结构面的不利组合）形成滑动。这种滑动称为不利组合）形成滑动。这种滑动称为深层滑动深层滑动如图如图2（c）。第第五五章章 水
12、利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题图图2 坝基滑动破坏的形式坝基滑动破坏的形式（a）表层滑动：（）表层滑动：（b）浅层滑动：（）浅层滑动：（c）深层滑动）深层滑动坝基滑动的边界条件坝基滑动的边界条件 坝基岩体的深层滑动，是因为坝基下岩体四周为结构面所切割，形成坝基岩体的深层滑动，是因为坝基下岩体四周为结构面所切割，形成可能滑动的滑动体。可能滑动的滑动体。 且该滑动体由可能成为滑动面的软弱结构面，和与四且该滑动体由可能成为滑动面的软弱结构面，和与四周岩体分离的切周岩体分离的切割面，以及具有自由空间的临空面构成割面，以及具有自由空间
13、的临空面构成（如图（如图3）。 滑动面、切割面、临空面构成了坝基岩体滑动的边界条件，它们可以滑动面、切割面、临空面构成了坝基岩体滑动的边界条件，它们可以组成各种形状，构成可能产生滑动的结构体，组成各种形状，构成可能产生滑动的结构体， 一般常见的结构体形状有：一般常见的结构体形状有：楔形体楔形体、棱形体棱形体、锥形体锥形体、板状体板状体四类四类（如图（如图4）。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题图图3坝基滑动边界条件坝基滑动边界条件ABCD滑动面：滑动面：ADE、BCF、ABEF切割面：切割面：CDHG临空临空面滑
14、动面滑动面临空面临空面图图4坝基滑动本类型坝基滑动本类型（a）楔形体：（）楔形体：（b）棱柱体：（）棱柱体：（c）锥形体：（）锥形体：（d）板状）板状 第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题坝基抗滑稳定计算公式坝基抗滑稳定计算公式 在在坝基抗滑稳定坝基抗滑稳定验算中，通常采用静力极限平衡原理方法，将作用在验算中，通常采用静力极限平衡原理方法，将作用在坝基岩体的各种力均投影到同一可能的滑动面上，并按其性质分滑动力与抗坝基岩体的各种力均投影到同一可能的滑动面上，并按其性质分滑动力与抗滑力两部分，滑力两部分，抗滑力抗滑力与与滑动力滑动力的比值称为的比值称为抗滑稳定性抗滑稳定性系数
15、系数Fs，即：，即：滑动力抗滑力sF下面就表层滑动介绍目前常用的两种类型的计算公式，参见下面就表层滑动介绍目前常用的两种类型的计算公式，参见图图5。 第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题图图5坝基滑动边界条件坝基滑动边界条件ABCD滑动面：滑动面：ADE、BCF、ABEF切割面：切割面：CDHG临空面临空面HUVfFs)(HcAUVfFs)(（式2）（式3）式中 抗滑稳定安全系数，一般取值为1.01.1， 取值在3.05.0之间； 作用在滑动面上的竖向力之和，KN； 作用在滑动面以上的水平力之和，KN； U作用在滑
16、动面上的扬压力，KN； c滑动面的粘聚力，KPa； A滑动面的面积，m2； f摩擦系数。sFsFVHsFsF第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题（式（式2）和（式）和（式3）的区别在于是否考虑粘聚力）的区别在于是否考虑粘聚力c的作用。（式的作用。（式2）不考虑粘聚）不考虑粘聚力力c，主要是由于，主要是由于c值受很多因素影响（如风化程度、清基质量以及作用力的值受很多因素影响（如风化程度、清基质量以及作用力的大小等），正确选择大小等），正确选择c值有困难。因此可以不考虑它，并将其作为安全储备，值有困难。因此可以不考虑它，并将其作为安全储备，这样可以降低这样可以降低Fs值。值。
17、（式（式3）考虑了）考虑了c值，是认为滑动面处于胶结状态，适用于混凝土与基岩的胶值，是认为滑动面处于胶结状态，适用于混凝土与基岩的胶结面及较完整的基岩。结面及较完整的基岩。抗滑稳定计算中主要参数的确定抗滑稳定计算中主要参数的确定 从（式从（式2）、（）、（3）中可以看出，）中可以看出，f、c值的大小对岩体稳定性影响很大值的大小对岩体稳定性影响很大。如果选值偏大，则坝基稳定性没有保证；反之则会造成工程上的浪费。如果选值偏大，则坝基稳定性没有保证；反之则会造成工程上的浪费 目前对抗剪强度指标的选定，一般采用三种方法。目前对抗剪强度指标的选定，一般采用三种方法。v经验数据法经验数据法 对无条件进行抗
18、剪试验的中小型水利水电工程，可在充分研究坝基工对无条件进行抗剪试验的中小型水利水电工程，可在充分研究坝基工程地质条件的基础上，参考经验数据确定程地质条件的基础上，参考经验数据确定f、c值。表值。表1是根据我国经验得是根据我国经验得出的摩擦系数出的摩擦系数f值，可供参考。值，可供参考。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题岩体特征岩体特征摩擦系数摩擦系数（f）极坚硬、均质、新鲜岩石，裂隙不发育，地基经过良好处理，湿抗极坚硬、均质、新鲜岩石，裂隙不发育，地基经过良好处理，湿抗压强度压强度 100MPa，野外试验所得，野外试验所得E 2104 MPa0.650.75岩石坚硬、新鲜
19、或微风化，弱裂隙性，不存在影响坝基稳定的软弱岩石坚硬、新鲜或微风化，弱裂隙性，不存在影响坝基稳定的软弱夹层，地基经处理后，岩石湿抗压强度夹层，地基经处理后，岩石湿抗压强度 60Mpa，E 1104 MPa0.650.70中等硬度的岩石，岩性新鲜或微风化，弱裂隙性或中等裂隙性，不中等硬度的岩石，岩性新鲜或微风化，弱裂隙性或中等裂隙性，不存在影响坝基稳定的软弱夹层，地基经处理后，岩石湿抗压强度存在影响坝基稳定的软弱夹层，地基经处理后，岩石湿抗压强度 20Mpa，E 0.5104 MPa0.500.60坝基岩体摩擦系数（坝基岩体摩擦系数（f）经验数据表）经验数据表 表表1第第五五章章 水利工程的一般
20、地质问题水利工程的一般地质问题v工程地质类比法工程地质类比法 此法是参考工程地质条件相似且运转良好的已建工程所采用的此法是参考工程地质条件相似且运转良好的已建工程所采用的f、c值值，作为拟建工程的设计指标。这种方法实质上也是经验数据法，但由于条，作为拟建工程的设计指标。这种方法实质上也是经验数据法，但由于条件相似，则更接近实际情况，适用于中、小型工程采用。件相似，则更接近实际情况，适用于中、小型工程采用。v试验法试验法 试验法试验法是通过室内与现场试验求得抗剪强度指标是通过室内与现场试验求得抗剪强度指标f、c值。值。 采用试验法确定抗剪强度指标时，通常分三步选定。采用试验法确定抗剪强度指标时，
21、通常分三步选定。 即由试验人员通过试验、整理后提出试验指标；即由试验人员通过试验、整理后提出试验指标； 再由地质人员根据工程地质条件等因素予以调整后提出建议指标；再由地质人员根据工程地质条件等因素予以调整后提出建议指标； 最后设计人员根据工程特点对建议指标进行适当调整，提出设计时采最后设计人员根据工程特点对建议指标进行适当调整，提出设计时采用的计算指标。用的计算指标。坝基处理坝基处理 经过以上分析和计算，认为坝基稳定存在问题时，应采取措施，以保经过以上分析和计算，认为坝基稳定存在问题时，应采取措施，以保证工程的安全。常用的处理措施如下：证工程的安全。常用的处理措施如下：第第五五章章 水利工程的
22、一般地质问题水利工程的一般地质问题 经过以上分析和计算，认为坝基稳定存在问题时，应采取措施，以经过以上分析和计算，认为坝基稳定存在问题时，应采取措施，以保证工程的安全。常用的处理措施如下：保证工程的安全。常用的处理措施如下：v清基清基 将坝基岩体表层松散软弱、风化破碎的岩层以及浅部的软弱夹层等将坝基岩体表层松散软弱、风化破碎的岩层以及浅部的软弱夹层等开挖清除，使基础位于较新鲜的岩体之上。开挖清除，使基础位于较新鲜的岩体之上。 清基时，应使基岩表面略有起伏，并使之倾向上游，以提高抗滑性清基时，应使基岩表面略有起伏，并使之倾向上游，以提高抗滑性能能v岩体加固岩体加固 可通过固结灌浆，将破碎岩体用水
23、泥胶结成整体，以增加其稳定性可通过固结灌浆，将破碎岩体用水泥胶结成整体，以增加其稳定性 对软弱夹层可采用锚固处理，即用钻孔穿过软弱结构面，进入完整对软弱夹层可采用锚固处理，即用钻孔穿过软弱结构面，进入完整岩体一定深度，插入预应力钢筋，用以加强岩体稳定。岩体一定深度，插入预应力钢筋，用以加强岩体稳定。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题江西某水电站江西某水电站：江西某水电站： 混凝土重力坝，坝高混凝土重力坝，坝高68米，坝项长米，坝项长143米，米，底宽底宽58米，坝区为中、下泥盆统的石英砂岩、石米，坝区为中、下泥盆统的石英砂岩、石英砾岩及紫红色砂岩与板岩互层。即在坚硬的石
24、英砾岩及紫红色砂岩与板岩互层。即在坚硬的石英砂岩中夹有厚度不等、分布不均的薄层板岩。英砂岩中夹有厚度不等、分布不均的薄层板岩。另发育有四组节理，其中另发育有四组节理，其中2组节理与板岩（泥化组节理与板岩（泥化夹层）形成坝下滑动体的形状近似于楔形体，如夹层）形成坝下滑动体的形状近似于楔形体，如下图所示。下图所示。问题：问题：1.是否对坝基的稳定产生影响？是否对坝基的稳定产生影响？ 2.工程中如何处理？工程中如何处理？问题：抗滑稳定问题；工程处理措施 1.由于具备了坝基岩体滑动的边界条件，因此需要进行稳定计算。2.工程处理措施： 将坝基中部戊、已、庚三个坝块下的泥化夹层全部挖除，丙、丁、辛三个坝块
25、挖掉一部分，丙块坝基下尚保留有该块面积的85.5，且距地基面较近，对其抗滑稳定 性按其楔形体进行了计算，证明是稳定的，其他坝下的泥化夹层，埋藏较深，且已至岸边，所以问题不大。法国马耳帕赛典型实例 马尔帕赛坝修建于19521954年，坝型为混凝土双曲薄拱坝，最大坝高66.5米，坝底宽仅为6.9米，坝顶宽1.5米，坝顶长222.7米，最大库容为5000万立方米，坝顶中部有29.7米的溢流段。全部混凝土方量为47500万立方米。它是世界上最薄的拱坝之一，它的破坏是拱坝建筑史上的第一次巨大破坏事件，因此，世界各国的水工建筑、工程地质、岩石力学的人员均非常重视。破坏的原因分析破坏的原因分析： 经过详细要
26、检查后证明：设计与施工是没有问题的。 在坝基和坝肩的片麻岩体中，存在有致命的细裂隙与断层，它们构成了滑动破坏的软弱结构面，而所有这些危险的断层与裂隙，在设计与施工中都没有注意到，当然更没有采取必要的防治措施。 破坏的主要是因左岸拱座首先发生滑动所引起的，而拱座的滑动则是因岩体中裂隙抗剪强度不够，而且坝基也存在有软弱结构面。河谷边坡对拱坝坝肩岩体滑动的影响 原因分析： 河谷边坡是坝肩岩体滑动的天然临空面，当坝下游河谷变窄，地形收缩时，滑动面增长，对岩体有利，如图中所示坝线所示。反之，若下游河谷变宽，地形开阔时，则不易满足稳定要求，如图中的坝线。如果在下游不远处河流急转且岸坡较陡或是有冲沟切割时，
27、则会形成两面临空的现象，显然对岩体的稳定性更为不利。 闽东水电站坝基稳定分析实例滑动边界条件分析 闽东水电站砌石重力坝，坝高40米，滑动边界条件是： 由河床左侧近于水平的夹泥缷荷裂隙构成的滑动面在施工中大部分被清除，但还有部分未清除，因而使该坝仍有约1/2的坝段座落在有夹泥缷荷裂隙的弱风化花岗岩上，顺河断层F1和f2构成侧向切割面，施工中采用混凝土塞处理 ；运行泄洪以后，冲刷坑最深位置恰好在顺河断层通过处，冲刷坑深12米以上，造成了临空面。 处理措施： 对下游冲刷坑采用锚杆混凝土铺砌加固处理。云霄峰头水库溢流段地质剖面图夹泥缷荷裂隙夹泥缷荷裂隙原设计开挖线原设计开挖线滑动边界条件分析与处理滑动
28、边界条件分析与处理 边界条件：边界条件： 夹泥缷荷裂隙为滑动面，夹泥缷荷裂隙为滑动面，f=0.3 0.4 C=0 f=0.3 0.4 C=0 ；顺河断层（；顺河断层（2 2条）条）十分破碎，陡倾角，充填方解石，成为侧向切割面；横河断层倾十分破碎，陡倾角，充填方解石，成为侧向切割面；横河断层倾向上游，陡倾角，宽约向上游，陡倾角，宽约1 12 2米（若断层带受压变形，将提供自由米（若断层带受压变形，将提供自由空间）。空间）。处理措施：处理措施： 将夹泥缷荷裂隙基本挖除，对顺河断层回填混凝土塞，并设防将夹泥缷荷裂隙基本挖除，对顺河断层回填混凝土塞，并设防渗井和加强固结灌浆、接触灌浆，并将断层带开挖至
29、呈张开的大渗井和加强固结灌浆、接触灌浆，并将断层带开挖至呈张开的大节理状，回填混凝土。从而大大改善了坝基的抗滑稳定条件。节理状，回填混凝土。从而大大改善了坝基的抗滑稳定条件。二、二、坝区渗漏问题坝区渗漏问题 水库蓄水后，在大坝上、下游水头差的作用下，库水将沿坝基岩体中水库蓄水后，在大坝上、下游水头差的作用下，库水将沿坝基岩体中存在的渗漏通道向下游渗漏。存在的渗漏通道向下游渗漏。 库水由坝基岩体渗向下游称库水由坝基岩体渗向下游称坝基渗漏坝基渗漏，由两岸坝肩岩体的渗漏称绕坝，由两岸坝肩岩体的渗漏称绕坝渗漏，两者统称坝区渗漏。渗漏，两者统称坝区渗漏。 坝区渗漏和水库渗漏一样，主要坝区渗漏和水库渗漏一
30、样，主要沿透水层沿透水层（如砂、砾石）和（如砂、砾石）和透水带透水带（断（断层、溶洞）渗漏。层、溶洞）渗漏。1、基岩地区渗漏分析、基岩地区渗漏分析 岩浆岩（包括变质岩中的片麻岩、石英岩）区的坝基一般较为理想，岩浆岩（包括变质岩中的片麻岩、石英岩）区的坝基一般较为理想，对基岩来说，可能渗漏的通道主要是对基岩来说，可能渗漏的通道主要是断层破碎带断层破碎带、岩脉裂隙发育带岩脉裂隙发育带和和裂隙裂隙密集带密集带以及表层以及表层风化裂隙组成风化裂隙组成的透水带。的透水带。 只要这些渗漏通道从库区穿过坝基，就有可能导致渗漏。只要这些渗漏通道从库区穿过坝基，就有可能导致渗漏。喷出岩区的渗漏主要是通过互相连通
31、的裂隙、气孔以及多次喷发的间歇面喷出岩区的渗漏主要是通过互相连通的裂隙、气孔以及多次喷发的间歇面渗漏，具有层状性质。渗漏，具有层状性质。 第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 沉积岩地区除上述断层破碎带和裂隙发育带构成的渗漏沉积岩地区除上述断层破碎带和裂隙发育带构成的渗漏通道外，最常见的是透水层（胶结不良的砂砾岩和不整合面）通道外，最常见的是透水层（胶结不良的砂砾岩和不整合面）漏水，只要它们穿过坝基，就可成为漏水通道。在岩溶地区漏水，只要它们穿过坝基，就可成为漏水通道。在岩溶地区应查明岩溶的分布规律和发育程度，当岩溶区一旦发生渗漏，应查明岩溶的分布规律和发育程度，当岩溶区
32、一旦发生渗漏，就会使水库严重漏水，甚至干涸。就会使水库严重漏水，甚至干涸。2、 松散沉积物地区的渗漏分析松散沉积物地区的渗漏分析 松散沉积物地区坝基渗漏主要是通过古河道、河床和阶地内的砂卵松散沉积物地区坝基渗漏主要是通过古河道、河床和阶地内的砂卵砾石层。砾石层。 其颗粒粗细变化较大，出露条件也各异，这些均影响渗漏量的大小。其颗粒粗细变化较大，出露条件也各异，这些均影响渗漏量的大小。如果砂卵石层如果砂卵石层 上有足够厚度、分布稳定的粘土层时，就等于是天然铺盖，上有足够厚度、分布稳定的粘土层时，就等于是天然铺盖，可起防渗作用。可起防渗作用。 因此，在研究松散层坝区渗漏问题时，应查清土层在垂直和水平
33、方因此，在研究松散层坝区渗漏问题时，应查清土层在垂直和水平方向的变化规律。向的变化规律。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 第第2 2节节 库区工程地质问题库区工程地质问题教学目的与要求：教学目的与要求： 了解库区的工程地质问题了解库区的工程地质问题 库区的工程地质问题，可归纳为：库区的工程地质问题，可归纳为：库区渗漏、浸没、塌岸、库区渗漏、浸没、塌岸、淤积等几方面。淤积等几方面。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 1、 库区地形地貌特征及水文地质条件库区地形地貌特征及水文地质条件 山区水库，地形分水岭（或称河间地块）单薄，邻谷谷底高程低于山区水
34、库，地形分水岭（或称河间地块）单薄，邻谷谷底高程低于水库正常高水位水库正常高水位图图6（a），则库水有可能向邻谷渗漏。，则库水有可能向邻谷渗漏。 相反，若河间地块分水岭宽厚，或邻谷谷底高于水库正常高水位，相反，若河间地块分水岭宽厚，或邻谷谷底高于水库正常高水位，库水就不可能向邻谷渗漏库水就不可能向邻谷渗漏图图6（b）。一、一、库区渗漏问题库区渗漏问题 库区渗漏库区渗漏包括暂时性渗漏和永久性渗漏两类。包括暂时性渗漏和永久性渗漏两类。 前者指在水库蓄水初期为使库水位以下岩土饱和而出现的库水损失，这前者指在水库蓄水初期为使库水位以下岩土饱和而出现的库水损失，这部分的损失对水库影响不大。部分的损失对水
35、库影响不大。 后者系指库水通过分水岭向邻谷低地或经库底向远处洼地渗漏，这种长后者系指库水通过分水岭向邻谷低地或经库底向远处洼地渗漏，这种长期的渗漏将影响水库效益，还可能造成邻谷和下游的浸没。期的渗漏将影响水库效益，还可能造成邻谷和下游的浸没。 分析库区是否渗漏，可从以下几方面考虑分析库区是否渗漏，可从以下几方面考虑 第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题图图6 邻谷高程与水库渗漏的关系邻谷高程与水库渗漏的关系 当山区水库位于河弯处时，若河道转弯处山脊较薄，且又位于垭口、当山区水库位于河弯处时，若河道转弯处山脊较薄，且
36、又位于垭口、冲沟地段，则库水可能外渗（冲沟地段，则库水可能外渗（图图7）。）。 平原区水库一般不易向邻谷河道渗漏，但在河曲地段有古河道沟通平原区水库一般不易向邻谷河道渗漏，但在河曲地段有古河道沟通下游时，则有渗漏可能。下游时，则有渗漏可能。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题图图7 河弯间渗漏途径示意图河弯间渗漏途径示意图 2、地层岩性和地质构造地层岩性和地质构造 当河间分水岭岩性由强透水岩层组成当河间分水岭岩性由强透水岩层组成 如卵砾石层、岩溶通道、或有断层沟通，且这些岩层及通道又如卵砾石层、岩溶通道、或有断层沟通，且这些岩层及通道又低于库区的正常水位，必将引起强烈漏水
37、低于库区的正常水位，必将引起强烈漏水（图（图8）。图图8 易于向邻谷渗漏的岩性、构造条件易于向邻谷渗漏的岩性、构造条件第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题二、二、水库浸没问题水库浸没问题 水库蓄水后，水位抬高，使水库周围地区的地下水位上升至地表或接水库蓄水后，水位抬高，使水库周围地区的地下水位上升至地表或接近地表，引起水库周围地区的土壤盐渍化和沼泽化，以及使建筑物地基软近地表，引起水库周围地区的土壤盐渍化和沼泽化，以及使建筑物地基软化，矿坑充水等现象，称化，矿坑充水等现象，称水库浸没水库浸没。 水库浸没水库浸没的可能性决定于水库岸边正常水位变化范围内的地貌、岩性的可能性决
38、定于水库岸边正常水位变化范围内的地貌、岩性及水文地质条件。及水文地质条件。 对于山区水库，水库边岸地势陡峻，或为不透水岩石组成，一般不存对于山区水库，水库边岸地势陡峻，或为不透水岩石组成，一般不存在浸没问题。但对山间谷地和山前平原中的水库，周围地势平坦，易发生在浸没问题。但对山间谷地和山前平原中的水库，周围地势平坦，易发生浸没，而且影响范围也较大。浸没，而且影响范围也较大。三、三、水库塌岸问题水库塌岸问题 水库蓄水后，岸边的岩石、土体受库水饱和、强度降低，加之库水波水库蓄水后，岸边的岩石、土体受库水饱和、强度降低，加之库水波浪的冲击、淘刷，引起库岸坍塌后退的现象，称为浪的冲击、淘刷，引起库岸坍
39、塌后退的现象，称为塌岸塌岸。 塌岸塌岸将使库岸扩展后退，对岸边的建筑物、道路、农田等造成威胁、将使库岸扩展后退，对岸边的建筑物、道路、农田等造成威胁、破坏，且使塌落的土石又淤积库中，减少有效库容。破坏，且使塌落的土石又淤积库中，减少有效库容。 还可能使分水岭变得单薄，导致库水外渗。还可能使分水岭变得单薄，导致库水外渗。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题四、四、水库淤积问题水库淤积问题 水库建成后，上游河水携带大量泥沙及塌岸物质和两岸山水库建成后，上游河水携带大量泥沙及塌岸物质和两岸山坡地的冲刷物质，堆积于库底的现象称水库淤积。水库淤积必坡地的冲刷物质，堆积于库底的现象称
40、水库淤积。水库淤积必将减小水库的有效库容，缩短水库寿命。将减小水库的有效库容，缩短水库寿命。 尤其在多泥沙河流上，水库淤积是一个非常严重的问题尤其在多泥沙河流上，水库淤积是一个非常严重的问题 工程地质研究水库淤积问题，主要是查明淤积物的来源、工程地质研究水库淤积问题，主要是查明淤积物的来源、范围、岩性及其风化程度及斜坡稳定性等，为论证水库的运用范围、岩性及其风化程度及斜坡稳定性等，为论证水库的运用方式及使用寿命提供资料。方式及使用寿命提供资料。 防治水库淤积的措施主要是在上游开展水土保持工作。防治水库淤积的措施主要是在上游开展水土保持工作。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质
41、问题第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题第第3 3节节 引水建筑物的工程地质问题引水建筑物的工程地质问题教学目的与要求：教学目的与要求： 1.1.了解渠道与隧洞的主要工程地质问题了解渠道与隧洞的主要工程地质问题 2.2.了解隧洞围岩的分类了解隧洞围岩的分类 3.3.了解山岩压力与弹性抗力的概念了解山岩压力与弹性抗力的概念一、一、渠道的工程地质问题渠道的工程地质问题 渠道的工程地质问题主要有渠道渗漏、渠道边坡稳定和渠道两侧的自然渠道的工程地质问题主要有渠道渗漏、渠道边坡稳定和渠道两侧的自然地质现象，如冲沟、崩塌、滑坡、泥石流对渠道的威胁。地质现象，如冲沟、崩塌、滑坡、泥石流
42、对渠道的威胁。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 1. 渠道渗漏的地质条件分析渠道渗漏的地质条件分析 山区傍山渠道多通过基岩地区，由于绝大多数岩石的透水性很弱，所山区傍山渠道多通过基岩地区，由于绝大多数岩石的透水性很弱，所以一般渗漏不严重。以一般渗漏不严重。 但要注意渠线是否穿越强透水层或强透水带（如断层破碎带、节理密但要注意渠线是否穿越强透水层或强透水带（如断层破碎带、节理密集带、岩溶发育带、强烈风化带等），这些地段可产生大量渗漏。集带、岩溶发育带、强烈风化带等），这些地段可产生大量渗漏。 平原线及谷底线的渠道，多通过第四系的松散沉积层，渠道渗漏主要平原线及谷底线的渠
43、道，多通过第四系的松散沉积层，渠道渗漏主要取决于其透水性的强弱。取决于其透水性的强弱。 如砂、砾石、碎石等，透水性强，因而渠道渗漏严重；粘性土透水性如砂、砾石、碎石等，透水性强，因而渠道渗漏严重；粘性土透水性微弱，甚至不透水，则很少渗漏。微弱，甚至不透水，则很少渗漏。 2. 渠道选线的工程地质问题渠道选线的工程地质问题 渠道为线型建筑物，路线长，穿越的地貌、岩性、构造及水文地质条渠道为线型建筑物，路线长，穿越的地貌、岩性、构造及水文地质条件类型多，变化复杂。件类型多，变化复杂。 为使渠道水流畅通又不致水头损失过大，应有一个合理的纵坡降，以为使渠道水流畅通又不致水头损失过大，应有一个合理的纵坡降
44、，以保证渠道不冲、不淤和最小渗漏损失。保证渠道不冲、不淤和最小渗漏损失。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题故而在选线时，首先要注意地貌和地形条件，应尽可能避开高山、深谷和故而在选线时，首先要注意地貌和地形条件，应尽可能避开高山、深谷和地形切割强烈的丘陵山区。地形切割强烈的丘陵山区。 渠线应在工程地质条件较好的岩体中通过，尽量避开不良地质条件，渠线应在工程地质条件较好的岩体中通过，尽量避开不良地质条件，如大断层破碎带、强地震区、强透水层分布区、溶洞（尤其是落水洞）发如大断层破碎带、强地震区、强透水层分布区、溶洞（尤其是落水洞）发育地段和边坡不稳定地段。育地段和边坡不稳定地
45、段。 3. 渠道渗漏的防治渠道渗漏的防治渠道渗漏防治措施主要有三个方面：渠道渗漏防治措施主要有三个方面：绕避绕避在渠道选线时尽可能避开强透水地段、断层破碎带和岩溶发育地段。在渠道选线时尽可能避开强透水地段、断层破碎带和岩溶发育地段。防渗防渗采用不透水材料护面防渗，如粘土、三合土、浆砌石、混凝土、土工布等。采用不透水材料护面防渗，如粘土、三合土、浆砌石、混凝土、土工布等。灌浆、硅化加固等灌浆、硅化加固等但价格昂贵，较少采用但价格昂贵，较少采用二、二、隧洞的工程地质问题隧洞的工程地质问题 当渠道穿越山岭和谷地时，环山渠道往往由于线路太长，当渠道穿越山岭和谷地时，环山渠道往往由于线路太长，且要增加较
46、多的附属建筑物（如渡槽、倒虹吸、挡土墙等），且要增加较多的附属建筑物（如渡槽、倒虹吸、挡土墙等），此时可经过经济方案比较而选用穿山隧洞的形式。此时可经过经济方案比较而选用穿山隧洞的形式。 其优点是线路短，水头损失小，便于管理养护，还可避开其优点是线路短，水头损失小，便于管理养护，还可避开一些不良地质地段。一些不良地质地段。 由于隧洞修建在地下岩体中，所以地质条件对隧洞影响很由于隧洞修建在地下岩体中，所以地质条件对隧洞影响很大，隧洞的主要工程地质问题是洞身围岩（即洞的周围岩体）大，隧洞的主要工程地质问题是洞身围岩（即洞的周围岩体）的稳定性和围岩作用于支撑、衬砌上的山岩压力，以及地下水的稳定性和围
47、岩作用于支撑、衬砌上的山岩压力，以及地下水对围岩稳定的影响。对围岩稳定的影响。第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 1、 围岩工程地质分类围岩工程地质分类按我国的按我国的水利水电工程地质勘察规范水利水电工程地质勘察规范（GB5028799）中将围岩按）中将围岩按围岩总评分、围岩强度应力比分为围岩总评分、围岩强度应力比分为5类，见类，见表表2。 注：注：、类围岩，当其强度应力比小于本表规定时，围岩类别宜类围岩，当其强度应力比小于本表规定时，围岩类别宜相应降低一级。相应降低一级。 围岩强度应力比围岩强度应力比S可根据下式求得：可根据下式求得：mvbKRS式中：式中：Rb岩石饱
48、和单轴抗压强度（岩石饱和单轴抗压强度（MPa）；）； 岩体完整性系数；岩体完整性系数； 围岩的最大主应力（围岩的最大主应力（MPa）。）。vKm第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 围岩工程地质分类围岩工程地质分类 表表2 2 围岩 类别围岩稳定性围岩总评分T围岩强度应力比S支护类型稳定，围岩可长期稳定，一般无不稳定块体T854不支护或局部锚杆或喷薄层混凝土，大跨度时，喷混凝土，系统锚杆加钢筋网基本稳定，围岩整体稳定，不会产生塑性变形，局部可能产生掉块85T654局部稳定性差，围岩强度不足局部会产生塑性变形，不支护可能产生塌方或变形破坏，完整的较软岩，可能暂时稳定65T4
49、52喷混凝土，系统锚杆加钢筋网，跨度为2025m时，并浇筑混凝土衬砌不稳定，围岩自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发生45T252喷混凝土、系统锚杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌极不稳定，围岩不能自稳，变形破坏严重T25第第五五章章 水利工程的一般地质问题水利工程的一般地质问题 围岩总评分为：以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状围岩总评分为：以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状五项因素之和。详见态、地下水和主要结构面产状五项因素之和。详见水利水电工程地质勘察水利水电工程地质勘察规范规范（GB5028799）。）。 2 2、隧洞的工程地质条
50、件、隧洞的工程地质条件 洞口位置的选择洞口位置的选择 洞口位置应该考虑山坡坡度、岩层倾角、洞口顶板的稳定性和水流影洞口位置应该考虑山坡坡度、岩层倾角、洞口顶板的稳定性和水流影响等几方面因素。响等几方面因素。 许多工程实践证明：往往因洞口位置的地形地貌条件不利，导致迟迟许多工程实践证明：往往因洞口位置的地形地貌条件不利，导致迟迟不能清理出稳定的洞脸而无法进洞的局面。不能清理出稳定的洞脸而无法进洞的局面。 山坡宜下陡上缓，无滑坡、崩塌等存在。山坡下部坡度最好大于山坡宜下陡上缓，无滑坡、崩塌等存在。山坡下部坡度最好大于60，一般不宜小于，一般不宜小于40。洞口处岩石应直接出露或坡积层较薄，岩石比较新
