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1、第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质考试大纲考试大纲【考试大纲考试大纲】n熟练掌握水工建筑物对地形地质条件的基本要求。n掌握岩体风化（卸荷）带划分。n熟练掌握缓倾角结构面和软弱夹层的工程地质特性及勘察研究方法。n熟练掌握坝基岩体的工程地质特性、质量评价方法及建基面确定方法。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质考试大纲考试大纲n【考试大纲考试大纲】n熟练掌握坝(闸)基及拱坝坝肩岩体稳定性评价方法。n熟练掌握覆盖层的工程地质特性及对地基稳定的影响。n熟练掌握饱和砂土振动液化的形成条件、判别方法。n熟练掌握岩（土）体渗透性分级、渗漏量计算方法、渗透破坏类型和判别标准及其对
2、建筑物稳定的影响。n掌握环境水对混凝土腐蚀性的评价标准。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质考试大纲考试大纲【考试大纲考试大纲】n掌握基坑涌水量计算方法及适用条件。n了解河谷岩体应力分布规律及对坝基的影响。n了解地基渗漏对工程的影响及渗控工程设计的基本要求。n了解冲刷坑形成的地质条件及评价方法。n掌握断层破碎带、软弱夹层、裂隙密集带、风化深槽、卸荷带、岩溶洞穴等地质缺陷对工程的影响及处理措施。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质共性的地质问题n地震稳定性n地质灾害的危害性n水工建筑物的稳定性n天然建筑材料的可靠性第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质混凝
3、土重力坝对地混凝土重力坝对地形地质条件的要求形地质条件的要求.地形基本对称，岸坡较完整，宽窄恰当，便于水工布置；.河谷覆盖层不厚，没有大的顺河断层和基岩深槽；.全强风化带和卸荷带岩体厚度不宜过大；.岩体较完整，强度能满足大坝荷载应力的要求；.岩层产状有利，岩体中软弱夹层及缓倾角结构面（断层、长大裂隙）不发育；.岩体透水性不宜过大，有可靠的防渗封闭条件；.泄洪消能区岩体有足够的抗冲能力。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质拱坝对地形地质条拱坝对地形地质条件的要求件的要求.地形基本对称，河谷宽高比最好小于3.5:1，不宜大于6:1，坝肩下游没有深切沟谷；.河床覆盖层不厚，没有大的顺河
4、断层和基岩深槽；.全强风化带及卸荷带岩体厚度不宜过大；.两岸坝肩岩体完整，强度高；没有或很少有垂直河流分布的软弱层带；平行河流的结构面（断层、节理、裂隙）不发育；.岩层产状有利，坝基岩体中缓倾角软弱夹层或结构面不发育；.岩体透水性不宜过大，有可靠的防渗帷幕封闭条件.泄洪消能区岩体有足够的抗冲能力。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质土石坝对地形地质土石坝对地形地质条件的要求条件的要求.地形条件适于布设泄洪和引水发电建筑物； .河床覆盖层的厚度及物质组成不会给地基防渗体施工造成很困难的条件； .避免地基中存在厚的粉细砂层、淤泥、软土层、湿陷性黄土等特殊土层； .避免在基岩中存在规模
5、较大透水性强的顺河向断层； .有适宜的天然建筑材料。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质地下建筑物对地形地下建筑物对地形地质条件的要求地质条件的要求 1、进出口边坡地形较完整，边坡岩体稳定性好，没有重大的地质灾害危及进出口安全； 2、隧洞通过地段应以、类围岩为主，无厚层软岩或大型破碎带通过； 3、地下建筑物地段地应力不宜过大，建筑物轴线与最大主应力方向的交角宜小； 4、地下建筑物轴线与主要构造线（断层、褶皱、岩层产状）方向最好呈大角度相交；第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质其他建筑物对其他建筑物对地形地质条件的要求地形地质条件的要求n其他建筑物包括工程边坡、水闸、
6、渠道和堤防等，其对地形地质条件的要求详见P703704第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质地基稳定问题地基稳定问题重力坝坝基的滑动破坏类型重力坝坝基的滑动破坏类型第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质地基稳定问题地基稳定问题坝基滑动的边界条件坝基滑动的边界条件 1、坝基深层滑移条件比较复杂，它必须具备滑动面，纵向和横向切割面、临空面，这些要素构成了深层滑移的边界条件； 2、浅层滑动坝基浅层岩体； 3、表层滑动混凝土与岩石； 4、混合滑动上述的组合。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质重力坝坝基岩体抗滑稳定计算（剪摩）n抗剪断强度的计算公式：抗剪断强度的计
7、算公式：n式中：式中：K按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；nf坝体混凝土与坝基岩接触面的抗剪断摩擦系数；坝体混凝土与坝基岩接触面的抗剪断摩擦系数；nC坝体混凝土与坝基岩面的抗剪断凝聚力，坝体混凝土与坝基岩面的抗剪断凝聚力，kN/m2。nW作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分值，作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分值，kN;nP作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN;nA坝基接触面截面积，坝基接触面截面积，m2。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质重力坝坝基岩体抗滑稳定计算（纯摩）n抗剪强度
8、的计算公式：n式中：K按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；nf坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化饱和砂土振动液化n饱和砂土和粉土在周期地震荷载作用下，由于不能及时排水而形成孔隙水压力，当孔隙水压力达到与围压（上覆压力）相等时，有效应力为零，砂土颗粒处于悬浮状态，这种砂土短时间失去强度的现象就是地震液化。其表达式可以写成：式中： 无粘性土的抗剪强度 土体上覆压力 孔隙水压力 无粘性土内摩擦角 上覆有效压力第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化饱和砂土振动液化地震液化的危害地震液化的危害 1、引起喷水冒
9、砂导致大面积地面沉降； 2、导致建筑物地基失效，引起建筑物下沉或不均匀沉降、开裂破坏； 3、液化侧向扩展与流滑，造成岸边地面开裂。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化饱和砂土振动液化液化判别液化判别n按GB50287-99的规定，土的地震液化判别应根据土层的天然结构、颗粒组成、松密程度、地震前和震时的受力状态、边界条件和排水条件以及地震历时等因素，结合现场勘察和室内试验综合分析判定。n初判地层年代、粘粒含量、运用状态（饱和）、剪切波法等n复判标准贯入锤击数法、相对密度法，相对含水量或液性指数法第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化饱和砂
10、土振动液化初判初判 1、地层年代为第四纪晚更新世Q3或以前，可判为不液化。 2、土的粒径大于5mm颗粒含量的质量百分率大于或等于70%时，可判为不液化；粒径大于5mm颗粒含量的质量百分率小于70%时，若无其它整体判别方法时，可按粒径小于5mm的这部分判定其液化性能。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化饱和砂土振动液化初判初判 3、对粒径小于5mm颗粒含量质量百分率大于30%的土，其中粒径小于0.005mm的颗粒c含量质量百分率相应于地震设防烈度七度、八度和九度分别不小于16%、18%和20%时，可判为不液化。 4、工程正常运用后，地下水位以上的非饱和土，可判为不液
11、化。 5、当土层的剪切波速大于上限剪切波速时，可判为不液化。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化饱和砂土振动液化 剪切波速的计算公式： 式中：Vst上限剪切波速度（m/s）； KH地面最大水平地震加速度系数； Z土层深度（m）； 深度折减系数。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化饱和砂土振动液化复判复判标准贯入锤击数法标准贯入锤击数法 符合下式要求的土应判为液化土：N63.5Ncr 式中：N63.5工程运用时，标准贯入点在当时地面以下ds(m)深度处的标准贯入锤击数； Ncr液化判别标准贯入锤击数临界值。 重点：重点：N63.5和和N
12、cr的计算的计算第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质饱和砂土振动液化常饱和砂土振动液化常用处理方法用处理方法n改变基础型式n地基加固（加密）处理碎石桩、振冲等n围封三盛公枢纽n盖重堤防、围坝等线状工程第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质渗透变形渗透变形土的渗透变形的形式土的渗透变形的形式 由于土体颗粒级配和土体结构的不同，渗透变形的形式也不同，可分为流土、管涌、接触冲刷、接触流失四种基本型式。基岩中的渗透破坏基岩中的渗透破坏n基岩中的渗透破坏主要发生在各类张开裂隙中充填的松散物质，断层带中未胶结的松软物质及软弱夹层中；n渗透破坏形式多为流土和接触冲刷；存在易溶盐时常
13、出现化学潜蚀；n渗透破坏发展过程缓慢，破坏比降也远较第四系松散地层大。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质渗透变形渗透变形土体渗透变形的判别土体渗透变形的判别n判别内容包括：土的渗透变形类型的判别，流土和管涌的临界水力比降的确定和土的允许水力比降的确定。n判别方法可采用试验、计算和类比等方法。土体渗透变形的判别标准n判别方法与标准见GB5028799附录M（技术标准汇编P16321633）。如土的细粒含量判别流土或管涌：式中：Pc土的细粒颗粒含量，以质量百分率计（%） n土的孔隙率（%）第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质基抗涌水基抗涌水基坑涌水量的计算基坑涌水量的
14、计算n常用方法稳定流解析计算法n案例手册P719721列出了13个计算公式，并给出了各个公式的适用条件n遇到这一类的计算题要特别注意题干中给出的边界条件，重点是常用的、计算简单的公式第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质缓倾角结构面缓倾角结构面工程地质研究工程地质研究n岩体中倾角小于30的结构面，称为缓倾角结构面n缓倾角结构面按成因可分为原生结构面（层理、冷凝节理）、构造结构面（断层、层间错动剪切带，节理或裂隙）和次生结构面（风化、卸荷裂隙）第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质缓倾角结构面缓倾角结构面工程地质研究工程地质研究n缓倾角结构面发育特征及分布
15、规律n1）缓倾角构造结构面：按形成的构造条件可分为剖面“X”挤压破裂型、主干断裂扭动派生破裂型和岩脉与围岩接触蚀变破裂型n2）缓倾角卸荷结构面：主要见有拉裂型卸荷裂隙和追踪型卸荷裂隙。第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质缓倾角结构面缓倾角结构面工程地质研究工程地质研究n缓倾角结构面的特征及定量描述方法包括：产状、组数、间距、延续性（或延展性） 、粗糙度 、裂隙连通率和充填物等几个方面的描述n采用的是“国际岩石力学学会现场试验标准化委员会”建议的描述方法n详见733735第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质其它地质缺陷其它地质缺陷的工程地质评价的工程地
16、质评价n断层破碎带：坝基抗滑稳定、渗透稳定、压缩变形和断层强透水带的集中渗漏n风化深槽：易形成应力集中区n裂隙密集带：不均匀变形、坝基集中渗漏带n软弱夹层：坝基深层抗滑稳定、渗透稳定、不均匀变形第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质坝基岩体质坝基岩体质量分类量分类坝基岩体质量分类的目的坝基岩体质量分类的目的 1、客观地反映岩体本身的工程地质特性，对岩体质量的好坏统一标准和认识 2、根据分类指导岩体力学试验，提供力学参数和配合进行坝基岩体稳定性分析 3、确定坝基可利用岩面和坝基开挖深度 4、研究坝基处理措施 5、进行工程地质评价，是评价坝基变形、强度和稳定性的基础 第五章第三
17、节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质坝基岩体坝基岩体质量分类质量分类n应遵循的原则：n宏观综合性。应以宏观地质调查、定性分析为基础，辅以描述岩体特征的多因素定量指标n准确性和客观性。应采取定性和定量相结合的方法，尽可能用岩石或岩体具有代表性的物理力学参数来表征，避免人为因素的随意性n简便适用性。分类应粗细适中，简繁得当，过细则烦琐，过粗则不精n针对性。针对本坝址，应适用于各种坝型，是评价坝基变形、强度和稳定性的基础。第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质坝基岩体质坝基岩体质量分类量分类坝基岩体质量分类的方法坝基岩体质量分类的方法 1、水利水电工程地质勘察规范GB
18、50287-99中的附录坝基岩体工程地质分类； 2、工程岩体分级标准GB50218-94 第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质坝基岩体质坝基岩体质量分类量分类坝基岩体工程地质分类（综合指标）坝基岩体工程地质分类（综合指标）n以岩石饱和单轴抗压强度、岩体结构类型、岩体完整程度、结构面发育程度及其组合等，并作为分类基础。根据岩体作为修建高混凝土坝的适用性，产生变形滑移的危险程度，加固处理难度的原则，将坝基岩体工程地质条件划分为5类。见P747表5-3-17第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质坝基岩体质坝基岩体质量分类量分类 工程岩体分级标准工程岩体分级标
19、准GB50218-94GB50218-94 分两步：先确定岩体基本质量，再确定详细质量分级。 1、确定岩体基本质量n岩体基本质量由定性特征和岩体基本质量指标（BQ）确定定。见下表。n岩体基本质量的定性特征应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质建基岩体建基岩体 基本质量级别 岩体基本质量的定性特征 岩体基本质量指标（BQ） 坚硬岩，岩体完整 550 坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整 550451 坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩，或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整 450351 坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎破碎；较软岩或
20、软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎；软岩，岩体完整较完整 350251 较软岩，岩体破碎；软岩，岩本较破碎破碎；全部极软岩及全部极破碎岩250 第五章第三节第五章第三节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质坝基岩体质坝基岩体质量分类量分类工程岩体分级标准工程岩体分级标准GB50218-94GB50218-94 2、详细定级应在岩体基本质量分级的基础上，结合不同类型工程的特点，考虑地下水状态、初始应力状态、工程轴线或走向线的方位与主要结构面产状的组合关系等必要的修正因素。对于边坡工程，还应考虑地表水。 3、对工程岩体进行初步定级时，宜按此标准规定的岩体基本质量级别进行。第五章第三节第五章第三
21、节 混凝土坝工程地质混凝土坝工程地质坝基岩体质坝基岩体质量分类量分类岩体基本质量指标（岩体基本质量指标（BQBQ）的计算的计算 根据分级因素的定量指标Rc(MPa）和Kv计算： BQ=90+3Rc+250Kv 限制条件：限制条件： 当Rc90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值； 当Kv0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质建基岩体建基岩体大坝建基面确定的基本原则大坝建基面确定的基本原则 对于大型水利水电工程高混凝土重力坝、高混凝土拱坝，大坝建基面确定的基本原则： 1、大坝建基面确定应
22、建立在岩体工程地质分类和岩体质量研究基础上。 2、根据具体工程地质条件，按GB5028799提出的“标准” ，制定适用于本工程的坝基岩体工程地质分类或岩体质量分级与评价；建立定性与定量化标准；编制建基面利用岩体质量分区工程地质图及利用岩面顶板等高线图。 第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质建基岩体建基岩体大坝建基面确定的基本原则大坝建基面确定的基本原则 3、根据工程规模、重要性及地质条件等综合确定大坝建基面。总体要求是坝基应具有足够的力学强度及均一性、完整性；具有足够的抗滑、抗变形、较好的抗渗条件；基础处理工程量不大。 一般来说，类及类岩体适合作为高混凝土坝坝基，处理工程量不大；
23、类岩体，对影响岩体变形和稳定的结构面需作专门处理；类岩体，岩体比较破碎，不宜作高混凝土坝地基，局部地段分布该类岩体时，需作专门性处理；类岩体为破碎岩第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质建基岩体建基岩体大坝建基面确定的基本原则大坝建基面确定的基本原则 体，不宜用为高混凝土坝坝基，当局部存在时需做专门性处理。 4、建基面选择除考虑地质条件外，还要考虑工程结构条件对建基面的调整变化。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质环境水环境水环境水对混凝土的腐蚀性环境水对混凝土的腐蚀性n环境水对混凝土的腐蚀性主要有分解类腐蚀、结晶类腐蚀和结晶分解复合类腐蚀三种。n其判别标准见P751
24、表5-3-20。n使用时注意单位换算第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质土坝地基土坝地基 1、手册P752754列出了一些与土石坝地基相关的土性状判定标准，如果遇到这一类的题目，可以直接查表找出答案。 2、关于坝基工程地质评价，主要包括两方面内容，一是坝基渗漏与渗透稳定，二是坝基抗滑稳定与不均匀变形。 第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质土坝地基土坝地基 3、对于砂砾石坝基 （1）河床砂砾石层具有渗透性强、强度较高、压缩变形小的特点，主要存在渗漏和渗透问题，常需要进行防渗处理，包括垂直防渗和水平铺盖二种形式，需根据具体工程地质条件和工程特性综合考虑确定； （2）要特
25、别注意河床砂砾石层的紧密程度，是否存在粉细砂、淤泥质软土等不良地层的情况，当粉细砂、淤泥质软土的分布范围和厚度较大时，常存在地震液化和坝基沉陷变形问题。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质土坝地基土坝地基 4、对细粒土坝基，渗流的影响主要反映在土的渗透性和抗渗性，决定着渗透变形或破坏的类型及渗漏量。 （1）首先需要判断渗透变形的类型，再根据允许水力比降和坝基承受的实际水力比降评价渗透变形的可能性。 （2）还要根据水文地质资料估算坝基渗漏量。最终提出坝基防渗处理建议。 （3）坝基土的抗剪强度和压缩性指标是坝基土体力学特性的重要指标，是对坝基抗滑稳定问题和沉陷变形问题进行工程地质评价或稳定计算的重要依据。第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质土坝地基土坝地基n土石坝坝基防渗形式： 垂直防渗可靠 上游水平铺盖及下游排水 下游排水加盖重第五章第五章 水工建筑物工程地质水工建筑物工程地质地基处理地基处理坝基地质缺陷的处理措施坝基地质缺陷的处理措施 着重了解这些措施的作用及适用条件。着重了解这些措施的作用及适用条件。n混凝土塞混凝土塞n混凝土拱（或梁）、混凝土垫层混凝土拱（或梁）、混凝土垫层n明挖、洞挖处理明挖、洞挖处理n大直径钢筋混凝土桩大直径钢筋混凝土桩n混凝土深齿墙混凝土深齿墙n预应力锚固预应力锚固n固结灌浆固结灌浆n坝基防渗和排水坝基防渗和排水
