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1、第5章 水利工程的一般地质问题1.库区的工程地质问题2.引水建筑物的工程地质问题5.2 库区的工程地质问题l l库区泄露问题1.1.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2.2.地层岩性和地质构造地层岩性和地质构造l l水库浸没问题l l水库塌岸问题l l水库淤积问题库区渗漏问题库区渗漏包括暂时性渗漏和永久性渗漏两类。库区渗漏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。后者系指库水通过分水岭向岭谷低地或者部分的损失对水库影响不大。后者系
2、指库水通过分水岭向岭谷低地或者经库底向远方洼地渗透，这种长期的渗漏将影响水库的效益，还可能造经库底向远方洼地渗透，这种长期的渗漏将影响水库的效益，还可能造成岭谷和下游的侵没。成岭谷和下游的侵没。分析库区是否渗漏，可以从以下几方面考虑分析库区是否渗漏，可以从以下几方面考虑1.1.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2.2.地层岩性和地质构造地层岩性和地质构造1.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，邻谷谷底高程低于水地块）单薄，邻谷谷底高程低于水库正常高位图（见右图），则库水库正常高位图（见右图），则库水有可
3、能向邻库渗漏。相反，若河间有可能向邻库渗漏。相反，若河间地块分水岭宽厚，或邻谷谷底高于地块分水岭宽厚，或邻谷谷底高于水库正常高位，库水就不可能向邻水库正常高位，库水就不可能向邻谷渗漏。谷渗漏。当山区水库位于河弯处时，若河道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，转弯处山脊较薄，且又位于垭口，冲沟地段，则库区可能外渗。冲沟地段，则库区可能外渗。平原区水库一般不易向邻谷河道渗平原区水库一般不易向邻谷河道渗漏，但在河曲点段有古河道沟通下漏，但在河曲点段有古河道沟通下游时，则有渗漏可能。游时，则有渗漏可能。2.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，如卵砾石层，岩溶通道
4、或有断层沟道，且这些岩层及通道又低于库区正常水位，必将引起强烈漏水（见右图）2.水库的侵没问题水库蓄水后，水位抬高，使水库周围地区的地下水位上升至地表或接近水库蓄水后，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，称水库侵没。化，矿坑充水等现象，称水库侵没。水库侵没的可能性决定于水库岸边正常水位的变化范围内的地貌，岩性水库侵没的可能性决定于水库岸边正常水位的变化范围内的地貌，岩性及水文地质条件。对于山区的水库。水库边岸地势陡峭，或为不透水岩及水文地
5、质条件。对于山区的水库。水库边岸地势陡峭，或为不透水岩石组成，一般不存在侵没问题。但对山间谷地和山前平原中的水库，周石组成，一般不存在侵没问题。但对山间谷地和山前平原中的水库，周围地势平坦，易发生侵没，而且影响范围也较大。围地势平坦，易发生侵没，而且影响范围也较大。水库塌岸问题水库蓄水后，岸边岩石，土体受库水饱和，强度降低，加之水库蓄水后，岸边岩石，土体受库水饱和，强度降低，加之库水波浪的冲击，淘刷，引起库岸坍塌后退现象，称塌岸。库水波浪的冲击，淘刷，引起库岸坍塌后退现象，称塌岸。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，破
6、坏，且使塌落的土石又淤积库中，减少有效库容成威胁，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的单薄，导致水库外渗。还可能使分水岭变的单薄，导致水库外渗。塌岸一般在平原水库比较严重，水库蓄水两三年较快，以后塌岸一般在平原水库比较严重，水库蓄水两三年较快，以后渐趋稳定。渐趋稳定。水库淤积问题水库建成后，上游河水携带大量的泥沙及塌岸物质和两岸山水库建成后，上游河水携带大量的泥沙及塌岸物质和两岸山坡地的冲刷物，堆积于库底的现象称水库淤积。水库淤积必坡地的冲刷物，堆积于库底的现象称水库淤积。水库淤积必将减少水库库容，缩短水库寿命，尤其在多泥沙河流上，水将减少水库库容，缩短水库寿命，尤其
7、在多泥沙河流上，水库淤积是个非常严重的问题。库淤积是个非常严重的问题。工程地质研究水库淤积问题，主要查明淤积物的来源，范围工程地质研究水库淤积问题，主要查明淤积物的来源，范围岩性及其风化程度及斜坡稳定性等，为论证水库的运用方式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水库使用寿命提供资料。及水库使用寿命提供资料。防治水库淤积的主要措施是在上游开展水库保持工作防治水库淤积的主要措施是在上游开展水库保持工作2.引水建筑物的工程地质问题1.渠道工程地质问题1.1.渠道渗漏的地质条件分析渠道渗漏的地质条件分析2.2.渠道选线的工程地质问题渠道选线的工程地质问题3.3.渠道渗漏的防治渠道渗漏
8、的防治2.隧洞的工程地质问题1.1.围岩工程地质分类围岩工程地质分类2.2.隧洞工程地质条件隧洞工程地质条件3.3.山岩压力及弹性抗力山岩压力及弹性抗力渠道工程地质问题 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自然地质现象，如冲沟，坍塌，滑坡，泥石流对渠道的威胁。关于自然的地质现象已在第3章讲述，在此不在重复。1.渠道渗漏的地质条件分析 山区傍山渠道多通过基岩地区山区傍山渠道多通过基岩地区, ,由于绝大多数的岩石透水由于绝大多数的岩石透水性很弱性很弱, ,所以一般渗漏不严重所以一般渗漏不严重. .但要注意渠线是否穿过强透水但要注意渠线是否穿过强透水层和强透水带层和强透水带( (
9、如断层破碎带如断层破碎带, ,节理密集带节理密集带, ,熔岩发育带熔岩发育带, ,强烈强烈风化带等风化带等), ),这些地方可产生大量渗漏。这些地方可产生大量渗漏。 平原线及谷底线的渠道，多通过第四系的松散沉积层，平原线及谷底线的渠道，多通过第四系的松散沉积层，渠道渗漏主要取决于透水性的强弱。如砂，砾石，碎石等，渠道渗漏主要取决于透水性的强弱。如砂，砾石，碎石等，透水性强，因而渠道渗漏严重。粘性土透水性微弱，甚至不透水性强，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。透水，则很少渗漏。2.渠道选线工程地质问题 渠道为线性建筑物，路线长，穿越的地貌，岩性构造及渠道为线性建筑物，路
10、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。为使渠道水流畅通又不致水文地质条件类型多，变化复杂。为使渠道水流畅通又不致水头损失过大，应有个合理的纵坡降，以保证渠道不冲，不水头损失过大，应有个合理的纵坡降，以保证渠道不冲，不淤和最小的渗流损失。故而在选线时，首先注意地貌和地形淤和最小的渗流损失。故而在选线时，首先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地区条件，应尽可能避开高山，深谷和地形切割强烈的丘陵地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，强地震区和强透水层分布区，溶
11、质条件，如大断层破碎带，强地震区和强透水层分布区，溶洞（尤其是落水洞）发育地段和边坡不稳定地段。洞（尤其是落水洞）发育地段和边坡不稳定地段。3.渠道渗漏防治l l渠道渗漏防治主要有以下三个方面。（1 1）绕避。在渠道选线时，尽可能的避开强透水地段，断）绕避。在渠道选线时，尽可能的避开强透水地段，断层破碎带和岩溶发育地段。层破碎带和岩溶发育地段。（2 2）防渗。采用不透水材料护面防渗，如粘土，三合土，）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。浆砌石，混凝土，土工布等。（3 3）灌浆，硅化加固等。但价格昂贵，较少用。）灌浆，硅化加固等。但价格昂贵，较少用。2.隧洞的
12、工程地质问题 当渠道穿越山岭和谷地时，环山渠道往往由于路线太长，当渠道穿越山岭和谷地时，环山渠道往往由于路线太长，且要增加较多的附属建筑物（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）此时可选用经济方案比较而选用穿山隧道形式。其优点是路此时可选用经济方案比较而选用穿山隧道形式。其优点是路线短，水头损失小，便于管理养护，还可避开些不良的地质线短，水头损失小，便于管理养护，还可避开些不良的地质地段。地段。 由于地洞修建在底下岩体中，所以地质条件对隧洞影响由于地洞修建在底下岩体中，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（即洞的周围岩很大，隧洞的
13、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，以及地下水对围岩稳定的影响。地下水对围岩稳定的影响。1.围岩工程地质分类 我国我国水利水电工程地质勘察规水利水电工程地质勘察规范范，将围岩按围岩总评分，围岩，将围岩按围岩总评分，围岩强度应力比分为强度应力比分为5 5类，如右图。类，如右图。 围岩强度应力比围岩强度应力比S S可根据下式求可根据下式求得得 S=S=R Rb bK Kv v/ / mm 式中式中 R Rb b-岩石饱和单位抗压强度，岩石饱和单位抗压强度，MPMPa a k kv v-岩石完整性
14、系数岩石完整性系数 mm-围岩的最大主应力，围岩的最大主应力，MPMPa a2.隧洞工程地质条件 （1 1）洞口位置的选择。洞口位置应考虑山坡的坡度，岩层的倾角，）洞口位置的选择。洞口位置应考虑山坡的坡度，岩层的倾角，洞口顶板的稳定性和水流影响等几方面的因素。许多工程实践证明：往洞口顶板的稳定性和水流影响等几方面的因素。许多工程实践证明：往往因洞口位置的地形地貌条件不利，导致迟迟不能清理出稳定的洞脸而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。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
15、坡度最好大于6060，一般不宜小于，一般不宜小于4040。洞口处岩石应直接出露或坡积层较薄，岩石。洞口处岩石应直接出露或坡积层较薄，岩石比较新鲜，尽量选在岩层倾角与坡向相反的山坡（反向坡），或选择岩比较新鲜，尽量选在岩层倾角与坡向相反的山坡（反向坡），或选择岩层倾角小于层倾角小于2020或大于或大于7575的顺向坡。的顺向坡。 选择完整，厚度大的岩层做顶板。洞口位置不应选在冲沟或溪流的选择完整，厚度大的岩层做顶板。洞口位置不应选在冲沟或溪流的源头，旁河山嘴和谷地口部受水流冲蚀地段。在地貌上应避开滑坡，坍源头，旁河山嘴和谷地口部受水流冲蚀地段。在地貌上应避开滑坡，坍塌，冲沟，泥石流等不良自然地质
16、现象。塌，冲沟，泥石流等不良自然地质现象。2.隧洞工程地质问题（2 2）隧洞选线工程地质评价。）隧洞选线工程地质评价。 1 1）隧洞选线时应充分利用地形，方便施工。如利用深切的河谷，使遂）隧洞选线时应充分利用地形，方便施工。如利用深切的河谷，使遂洞出现明段，便于分段施工。有压隧洞上的覆岩体应大于洞出现明段，便于分段施工。有压隧洞上的覆岩体应大于0.20.50.20.5倍的倍的压力水头，无压隧洞也不小于压力水头，无压隧洞也不小于3 3倍洞的跨度。倍洞的跨度。 2)2)选洞线时，应充分分析沿线地层的分布和各种岩石的工程性质，尽量选洞线时，应充分分析沿线地层的分布和各种岩石的工程性质，尽量使洞身在完整坚硬的岩体中穿过。使洞身在完整坚硬的岩体中穿过。 3)3)洞线在褶皱岩层和断裂地带穿过时，应尽量使其垂直于岩层和断层洞线在褶皱岩层和断裂地带穿过时，应尽量使其垂直于岩层和断层的走向，并应避开褶曲核部，以陡倾角的翼部为佳。的走向，并应避开褶曲核部，以陡倾角的翼部为佳。 4 4）对隧洞沿线的水文地质条件应预测性的调查，对易透水的岩层和构）对隧洞沿线的水文地质条件应预测性的调查，对易透水的岩层和构造，
