水利水电工程概论课件第2章 2

LOGO水利水电工程概论水利水电工程概论申申 艳艳2008年年8月月19日日第二章 基础知识 水文学与水力学水文学与水力学1 工程地质工程地质第二节 工程地质 工工程程地地质质学学是是地地质质学学的的重重要要分分支支学学科科，是是把把地地质质学学原原理理应应用用于于工工程程实实际际的的一一门门学学科科，它它研研究究土土木木工工程程中中的的地地质质问问题题，即即在在工工程程建建筑筑设设计计、施施工工和和运运营营的的实实施施过过程程中中合合理理地地处处理理和和正正确确地地使使用用自自然地质条件和改造不良地质条件。然地质条件和改造不良地质条件。 在在水水利利水水电电工工程程建建设设中中，如如果果对对工工程程地地质质工工作作重重视视不不够够，或或工工作作粗粗糙糙，留留下下隐患，将产生严重后果。隐患，将产生严重后果。如如法法国国的的马马尔尔赛赛帕帕拱拱坝坝、意意大大利利的的瓦瓦依依昂昂(Vajont)(Vajont)坝坝、美美国国TetonTeton风风成成粉粉土土宽宽心心墙墙土土坝坝由由于于地地质质工工作作的的疏疏漏漏造造成成了了严重的后果。严重的后果。第二节 工程地质 法法国国马马尔尔塞塞帕帕双双曲曲拱拱坝坝，60m60m高高双双曲曲薄薄拱拱坝坝，1941-19591941-1959年年建建成成，耗耗资资5.85.8亿亿法法郎郎(1955(1955年年)。由由于于坝坝基基和和坝坝肩肩的的岩岩体体中中存存在在细细微微缝缝隙隙和和断断层层，构构成成软软弱弱滑滑动动面面。19591959年年，洪洪水水造造成成左左岸岸拱拱座座破破坏坏，库库水水冲冲毁毁下下游游市市镇镇，造造成成失失踪踪死死亡亡五五百百人。一城镇变为废墟。人。一城镇变为废墟。法国马尔塞帕双曲拱坝法国马尔塞帕双曲拱坝 意意大大利利的的瓦瓦依依昂昂(Vajont)(Vajont)坝坝是是世世界界最最高高的的薄薄拱拱坝坝，坝坝高高262m,262m,它它也也是是世世界界最最高高的的一一座座报报废废坝坝。19631963年年因因滑滑坡坡填填满满水水库库，造造成成洪洪水水，造造成成30003000人死亡。人死亡。意大利瓦依昂拱坝 美美国国TetonTeton风风成成粉粉土土宽宽心心墙墙土土坝坝管管涌涌破破坏坏，坝坝高高93m93m高高。1972197219751975年年建建成成，19761976年年6 6月月5 5日日失事，死亡失事，死亡1414人，损失总计人，损失总计1010亿美元。亿美元。失失事事原原因因：由由于于右右坝坝肩肩之之间间基基岩岩的的张张开开节节理理系系统统的的透透水水性性，在在极极易易冲冲刷刷的的心心墙墙坝坝料料接接触触部部位位形形成成逐逐渐渐内内部部冲冲刷刷，由由于于没没有有反反滤滤与与排排水水设设施施，流流径径通通过过坝坝体体底底部部形形成成冲冲刷刷，发发展展成成一一条条连连续续的的管道，最后导致了大坝完全决口破坏。管道，最后导致了大坝完全决口破坏。破坏过程破坏过程美国美国Teton风成粉土宽心墙土坝风成粉土宽心墙土坝美国Teton风成粉土宽心墙土坝美国Teton风成粉土宽心墙土坝第二节 工程地质 座座落落于于瑞瑞士士与与意意大大利利边边境境的的瑞瑞士士小小镇镇冈冈多多镇镇在在暴暴雨雨后后被被山山体体滑滑坡坡摧摧毁毁，造造成成3 3人人死死亡，亡，1515人失踪。人失踪。重庆涪陵重庆涪陵 第二节 工程地质 一、一、工程地质条件工程地质条件 是是指指工工程程建建筑筑物物所所在在地地区区地地质质环环境境各各项项因因素的综合。这些因素包括：素的综合。这些因素包括：地层岩性地层岩性 地质构造地质构造水文地质条件水文地质条件 地表地质作用地表地质作用地形地貌地形地貌第二节 工程地质 二、工程地质问题二、工程地质问题已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题称为工程地质问题。对土建筑安全的地质问题称为工程地质问题。对土木工程而言，主要的工程地质问题包括：木工程而言，主要的工程地质问题包括：地基稳定性问题地基稳定性问题斜坡稳定性问题斜坡稳定性问题洞室围岩稳定性问题洞室围岩稳定性问题区域稳定性问题区域稳定性问题第二节 工程地质 一方面是因地基土的变形而引起一方面是因地基土的变形而引起的建筑物基础沉降和沉降差。如果沉的建筑物基础沉降和沉降差。如果沉降或沉降差过大，超过了建筑物的允降或沉降差过大，超过了建筑物的允许范围，则可能导致上部结构开裂、许范围，则可能导致上部结构开裂、倾斜甚至破坏；倾斜甚至破坏；另一方面是如果荷载过大，超过另一方面是如果荷载过大，超过地基的承载能力，将使地基产生剪切地基的承载能力，将使地基产生剪切破坏，从而导致建筑物倒塌。破坏，从而导致建筑物倒塌。第二节 工程地质 三、岩石三、岩石 岩岩石石是是地地壳壳的的基基本本组组成成物物质质，是是内内、外外动动力力地质作用的产物，岩石是由矿物组成的。地质作用的产物，岩石是由矿物组成的。岩岩石石按按其其形形成成方方式式，即即成成因因，可可分分为为岩岩浆浆岩岩（又又称称火火成成岩岩）、沉沉积积岩岩和和变变质质岩岩三三大大类类，它它们们分分别别是是岩岩浆浆作作用用、外外力力地地质质作作用用和和变变质质作用的产物。作用的产物。第二节 工程地质 通常用结构和构造来描述岩石的形貌特征：通常用结构和构造来描述岩石的形貌特征：（1 1）岩岩石石的的结结构构：指指岩岩石石中中矿矿物物的的结结晶晶程程度度、颗粒大小、形状及彼此间的组合方式。颗粒大小、形状及彼此间的组合方式。（2 2）岩岩石石的的构构造造：指指岩岩石石中中矿矿物物集集合合体体之之间间或或矿矿物物集集合合体体与与岩岩石石其其它它组组成成部部分分之之间间的的排排列和充填方式。列和充填方式。第二节 工程地质 岩浆岩岩浆岩是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的总体积的65%65%。沉积岩沉积岩是由外力作用将风化剥蚀的物质搬运是由外力作用将风化剥蚀的物质搬运后逐层沉积形成，所以具层状构造；后逐层沉积形成，所以具层状构造；变质岩变质岩在变质作用中岩石受到较高的温度和在变质作用中岩石受到较高的温度和具有一定方向的挤压力作用，其组成矿物则具有一定方向的挤压力作用，其组成矿物则依一定方向平行排列，故具有片理构造。依一定方向平行排列，故具有片理构造。因此，矿物成分和结构、构造特征是识别岩因此，矿物成分和结构、构造特征是识别岩石类型的主要依据。石类型的主要依据。第二节 工程地质 岩浆岩岩浆岩它是由地壳深处或上地幔中形成的高温它是由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石的岩石 ，约占地壳总体积的，约占地壳总体积的65%65%。第二节 工程地质 岩岩浆浆是是在在地地壳壳深深处处或或上上地地幔幔天天然然形形成成的的、富富含含挥挥发发组组分分的的高高温温粘粘稠稠的的硅硅酸酸盐盐熔熔浆浆流流体体，是是形形成成各各种种岩岩浆浆岩岩和和岩岩浆浆矿矿床床的的母母体体。岩岩浆浆的的发发生生、运运移移、聚聚集集、变化及冷凝成岩的全部过程，称为岩浆作用。变化及冷凝成岩的全部过程，称为岩浆作用。岩浆作用主要有两种方式：岩浆作用主要有两种方式：1 1岩浆侵入活动岩浆侵入活动侵入岩（侵入岩（深成岩深成岩和和浅成岩浅成岩）。）。2 2火山活动或喷出活动火山活动或喷出活动喷出岩喷出岩（火山岩）（火山岩）第二节 工程地质 （1 1）深深成成岩岩：岩岩浆浆侵侵入入地地壳壳某某深深处处（约约距距地地表表3km3km）冷冷凝凝而而成成的的岩岩石石；由由于于岩岩浆浆压压力力和和温温度度较较高高，温度降低缓慢，组成岩石的矿物结晶良好。温度降低缓慢，组成岩石的矿物结晶良好。（2 2）浅浅成成岩岩：岩岩浆浆沿沿地地壳壳裂裂缝缝上上升升距距地地表表较较浅浅处处冷冷凝凝而而成成的的岩岩石石；由由于于岩岩浆浆压压力力小小，温温度度降降低低较较快，组成岩石的矿物结晶较细小。快，组成岩石的矿物结晶较细小。（3 3）喷喷出出岩岩：岩岩浆浆沿沿地地表表裂裂缝缝一一直直上上升升喷喷出出地地表表，冷冷凝凝形形成成的的岩岩石石；在在地地表表的的条条件件下下，温温度度降降低低迅迅速速，矿矿物物来来不不及及结结晶晶或或结结晶晶较较差差，肉肉眼眼不不易易看看清清楚。楚。第二节 工程地质 侵侵入入岩岩固固结结成成岩岩需需要要的的时时间间很很长长。地地质质学学家家们们曾曾做做过过估估算算，一一个个20002000米米厚厚的的花花岗岗岩岩体体完完全全结结晶大约需要晶大约需要6400064000年；年；喷喷出出岩岩由由于于岩岩浆浆温温度度迅迅速速降降低低，固固结结成成岩岩时时间间相相对对较较短短。1 1米米厚厚的的玄玄武武岩岩全全部部结结晶晶，需需要要1212天，天，1010米厚需要米厚需要3 3年，年，700700米厚需要米厚需要90009000年。年。可可见见，侵侵入入岩岩固固结结所所需需要要的的时时间间比比喷喷出出岩岩要要长得多。长得多。第二节 工程地质 常见的岩浆石常见的岩浆石 ：1 1）花花岗岗岩岩：地地球球上上分分布布最最广广的的结结晶晶粒粒状状深深成成岩岩。花花岗岗岩岩岩岩体体在在我我国国约约占占国国土土面面积积的的9 9，达达8080多多万万平平方方公公里里，尤尤其其是是东东南南地地区区，大大面面积积裸裸露露各各类类花花岗岗岩岩体体，可可见见其其储储量量之之大大。据据不不完完全全统统计计，花花岗岗岩岩石石约约有有300300多种。多种。花花岗岗岩岩密密度度2.72.7，致致密密坚坚硬硬、孔孔隙隙度度小小、强强度度大大，是是良良好好的的建建筑筑材材料料，尤尤其其细细粒粒均均匀匀的的花花岗岗岩岩可可以以承承担担任任何何工工程程荷荷载载。另另外外，它它不不易易风风化化，颜颜色色美美观观，外外观观色色泽可保持百年以上，还是露天雕刻的首选之材。泽可保持百年以上，还是露天雕刻的首选之材。第二节 工程地质 第二节 工程地质 花花岗岗岩岩2 2）闪长岩：中性深成侵入岩，密度）闪长岩：中性深成侵入岩，密度2.63.12.63.1，力学，力学强度大，是很好的地基和建筑材料。由于具有独特强度大，是很好的地基和建筑材料。由于具有独特的风格而被用作外墙饰面石材。但一般闪长岩抛光的风格而被用作外墙饰面石材。但一般闪长岩抛光较为困难，多用以制作台阶及阳台地板。较著名的较为困难，多用以制作台阶及阳台地板。较著名的品种有山东品种有山东“泰安绿泰安绿”，吉林团山的闪长岩。，吉林团山的闪长岩。第二节 工程地质 3 3）辉辉长长岩岩：来来源源于于深深部部地地壳壳或或上上地地幔幔的的玄玄武武质质岩岩浆浆经经侵侵入入作作用用形形成成，广广泛泛分分布布于于地地壳壳的的各各种种构构造造环环境境和和月月球球上上。它它具具高高力力学学强强度度，粗粗粒粒者者较较低低，耐耐久久性性也也很很高高，结结构构构构造造均均匀匀，有有时时具具美美丽丽的的的的花花纹纹图图案案，磨磨光光后后极极富装饰性，因而常用作高档饰面富装饰性，因而常用作高档饰面石材石材。第二节 工程地质 4 4）玄玄武武岩岩：地地球球上上分分布布最最广广泛泛的的岩岩浆浆岩岩，中中文文“玄玄武武”二二字字代代表表中中国国古古代代神神话话中中的的北北方方之之神神，意意为为黑黑色色龟龟蛇蛇鳞鳞甲甲之之象象。这这些些含含义义与与玄玄武武岩岩的的黑黑色色、具具多多边边形形柱柱状状节节理理有有一一定定程程度度的的吻吻合合。玄玄武武岩岩呈呈暗暗灰灰色色至至黑黑色色，力力学学强强度度相相当当高高，是是稳稳固固性性相相当当好好的的地地基基和和建建筑筑材材料料。是是修修理理公公路路、铁铁路路、机机场场跑跑道道所所用用石石料料中中最最好好的的材材料料，并并被被国国际际认认可可，是是发发展展铁铁路路运运输输及及公公路路运运输输最最好好的的基基石。石。第二节 工程地质 2 2、沉积岩、沉积岩沉沉积积岩岩是是在在地地表表和和