水利水电工程地质勘察.pptx
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1、 第一节第一节 概述概述 水利水电工程建设是一项造福于人类的伟大事业,它通过建造水工建筑物,水利水电工程建设是一项造福于人类的伟大事业,它通过建造水工建筑物,利用和调节江河、湖泊等地表水体,使之用于发电、灌溉、水运、水产、供水、利用和调节江河、湖泊等地表水体,使之用于发电、灌溉、水运、水产、供水、改善环境、拦淤、防洪等,达到兴利除害的目的。水是廉价的常规能源,我国改善环境、拦淤、防洪等,达到兴利除害的目的。水是廉价的常规能源,我国水资源非常丰富,理论上能蕴藏量水资源非常丰富,理论上能蕴藏量6.86.8亿千瓦,占世界第一位,目前只开发了很亿千瓦,占世界第一位,目前只开发了很少一部分。发展水利水电
2、事业在我国国民经济建设中具有非常重要的意义。少一部分。发展水利水电事业在我国国民经济建设中具有非常重要的意义。第1页/共111页 水水利利水水电电建建设设的的主主要要任任务务是是兴兴建建水水利利水水电电工工程程,水水利利水水电电工工程程又又是是依依靠靠不不同同性性质、不同类型的水工建筑物来实现的。质、不同类型的水工建筑物来实现的。水工建筑物按其作用分为:水工建筑物按其作用分为:挡(蓄)水建筑物挡(蓄)水建筑物:水坝、水闸、堤防等;:水坝、水闸、堤防等;取水建筑物取水建筑物:进水闸、扬水站等;:进水闸、扬水站等;输水建筑物输水建筑物:输水渠道、隧洞等;:输水渠道、隧洞等;泄水建筑物泄水建筑物:溢
3、洪道、泄洪洞等;:溢洪道、泄洪洞等;整治建筑物整治建筑物:导流堤、顺堤、丁坝等;:导流堤、顺堤、丁坝等;专门建筑物专门建筑物:电力厂房、船闸、筏道等。:电力厂房、船闸、筏道等。水水利利枢枢纽纽:某某一一项项水水利利水水电电工工程程总总是是由由若若干干水水工工建建筑筑物物配配套套形形成成一一个个协协调调工工作作的的有有机机综综合合体体,称称此此综综合合体体为为水水利利枢枢纽纽。对对于于大大多多数数水水利利工工程程而而言言,挡挡水水坝坝、引引水水渠渠和和泄泄水水道道是是最最重重要要的的“三三大大件件”,而而挡挡水水坝坝又又是是所所有有水水工工建建筑筑物物中中最最主主要要的的建建筑筑。水水坝坝建建成
4、成后后,便便在在其其上上游游一一定定范范围积蓄地表水形成围积蓄地表水形成“人工湖人工湖”,称此,称此“人工湖人工湖”为水库。为水库。第2页/共111页 根根据据工工程程规规模模和和经经济济效效益益,将将水水利利枢枢纽纽划划分分为为五五级级,表表16-116-1,不不同同级级别别的的枢枢纽纽工工程程,设设计计的的标标准准及及技技术术要要求求不不同同,工工程程地地质质勘勘察察的的工工作作内内容容、范范围围和和深度也有所不同。深度也有所不同。第3页/共111页水利水电工程不同于其他任何建筑工程表现为水利水电工程不同于其他任何建筑工程表现为:1 1、它由许多不同类型建筑物构成,因而对地质上也提出各种要
5、求;、它由许多不同类型建筑物构成,因而对地质上也提出各种要求;2 2、水水对对地地质质环环境境的的作作用用方方式式是是主主要要的的,其其对对建建筑筑影影响响范范围围广广,产产生生一一些其他类型建筑不具有的特别的工程地质问题。些其他类型建筑不具有的特别的工程地质问题。第4页/共111页水工建筑物对地质体的作用主要表现在三个方面:水工建筑物对地质体的作用主要表现在三个方面:1 1、各各种种建建筑筑物物以以及及水水体体对对岩岩土土体体产产生生荷荷载载作作用用,这这就就要要岩岩土土体体有有足足够够的的强强度和刚度,满足稳定性的要求;度和刚度,满足稳定性的要求;2 2、水水向向周周围围地地质质体体渗渗入
6、入或或漏漏失失,引引起起地地质质环环境境的的变变化化,从从而而导导致致岸岸坡坡失失稳稳、库库周周浸浸没没、水水库库地地震震,也也可可以以因因为为水水文文条条件件改改变变导导致致库库区区淤淤积积和和坝坝下下游游冲冲刷刷等等一系列工程地质问题;一系列工程地质问题;3 3、施工开挖采空,引起岩土体变形破坏。、施工开挖采空,引起岩土体变形破坏。第5页/共111页第6页/共111页因坝基中存在有抗剪强度低的土层而造成的土坝或堆石坝坝基和坝坡的坍因坝基中存在有抗剪强度低的土层而造成的土坝或堆石坝坝基和坝坡的坍滑。滑。第7页/共111页因坝下渗透水流将坝基岩石中的细颗粒物质带走,使坝基因坝下渗透水流将坝基岩
7、石中的细颗粒物质带走,使坝基被掏空而造成的破坏。被掏空而造成的破坏。第8页/共111页坝下游岩体冲刷坝下游岩体冲刷(溢流冲刷溢流冲刷)掏空,也可造成大坝的破坏。掏空,也可造成大坝的破坏。第9页/共111页 第二节第二节 水坝工程地质水坝工程地质 各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求 坝区渗漏及对坝基稳定性的影响坝区渗漏及对坝基稳定性的影响 坝基(肩)抗滑稳定性问题坝基(肩)抗滑稳定性问题 坝址选择工程地质论证坝址选择工程地质论证 第10页/共111页一、各类水坝的特点及其对一、各类水坝的特点及其对 工程地质条件的要求工程地质条件的要求 (一)重力坝(一)
8、重力坝 (二)拱坝(二)拱坝 (三)土坝(三)土坝 (四)堆石坝(干砌石坝)(四)堆石坝(干砌石坝)第11页/共111页 一、各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求一、各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求水坝的分类水坝的分类按筑坝材料可分为按筑坝材料可分为:土坝、堆石坝、干砌石坝、混凝土土坝等;土坝、堆石坝、干砌石坝、混凝土土坝等;按坝体结构可分为按坝体结构可分为:重力坝、拱坝、支墩坝;重力坝、拱坝、支墩坝;按坝高(按坝高(H H)可分为)可分为:低坝(低坝(H30mH70mH70m)不不同同类类型型的的坝坝,其其工工作作特特点点及及对对工工程程地地质质条条件件的的要要求求是是不不同同的的,
9、下下面面讨讨论几类常见水坝的特点及其对工程地质条件的要求。论几类常见水坝的特点及其对工程地质条件的要求。第12页/共111页(一一)重力坝重力坝 重力坝也是一种常用坝型重力坝也是一种常用坝型,有混凝土重力坝和浆砌石,有混凝土重力坝和浆砌石(圬工圬工)重力重力坝。由于它结构简单,工作可靠,对地形适应性好,所以在各种坝型坝。由于它结构简单,工作可靠,对地形适应性好,所以在各种坝型中的比重仅次于土坝。中的比重仅次于土坝。重力坝的重力坝的特点是特点是重量大重量大,依靠其自重,依靠其自重与地基间产生的摩擦与地基间产生的摩擦力来抵抗坝前库水等力来抵抗坝前库水等的水平推力,保持大的水平推力,保持大坝稳定。同
10、时,还利坝稳定。同时,还利用其自重在上游面产用其自重在上游面产生的压应力,足以抵生的压应力,足以抵消库水等在坝体内和消库水等在坝体内和坝基接触面上产生的坝基接触面上产生的拉应力,使之不致发拉应力,使之不致发生拉张破坏。生拉张破坏。第13页/共111页 重力坝在满足抗滑稳定及无拉应力两个主要条件的同时,坝体内的压重力坝在满足抗滑稳定及无拉应力两个主要条件的同时,坝体内的压应力通常是不高的。如一座高达应力通常是不高的。如一座高达70m70m的重力坝,共坝体最大压应力一般不的重力坝,共坝体最大压应力一般不超过超过2MN2MNm m2 2,所以材料强度未能被充分利用,不经济。同时,由基础面,所以材料强
11、度未能被充分利用,不经济。同时,由基础面较宽,地基面上的压应力也是不高的。浇筑混凝土坝体时,由于温度效较宽,地基面上的压应力也是不高的。浇筑混凝土坝体时,由于温度效应会使其产生裂缝。为了克服上述缺点和节省材料夕近数十年来国内外应会使其产生裂缝。为了克服上述缺点和节省材料夕近数十年来国内外创造发展了创造发展了宽缝式、空腹式、空腹填碴式及予应力式等新型重力坝。宽缝式、空腹式、空腹填碴式及予应力式等新型重力坝。第14页/共111页重力坝对工程地质条件的要求是:重力坝对工程地质条件的要求是:1 1坝基岩石的强度要高。要求坝基岩石坚硬完整,有较高的抗压强度,坝基岩石的强度要高。要求坝基岩石坚硬完整,有较
12、高的抗压强度,以支持坝体的重量。同时,也应具有较大的抗剪强度,以利于其抗滑稳以支持坝体的重量。同时,也应具有较大的抗剪强度,以利于其抗滑稳定性。因此,重力坝一般要求修建在坚硬的岩石地基上,软基是不适宜定性。因此,重力坝一般要求修建在坚硬的岩石地基上,软基是不适宜的。当坝基岩层中有缓倾角的软弱夹层、泥化夹层和断层破碎带等软弱的。当坝基岩层中有缓倾角的软弱夹层、泥化夹层和断层破碎带等软弱结构面存在时,对重力坝的抗滑稳定很不利,尤其是那些倾向与工程作结构面存在时,对重力坝的抗滑稳定很不利,尤其是那些倾向与工程作用力方向一致的缓倾角软弱结构面。坝基中若有河流覆盖层和强风化基用力方向一致的缓倾角软弱结构
13、面。坝基中若有河流覆盖层和强风化基岩时,需清除或加固。岩时,需清除或加固。2 2,坝基岩石的渗透性要弱。坝基岩石中的缝隙,会产生渗漏及扬压力,坝基岩石的渗透性要弱。坝基岩石中的缝隙,会产生渗漏及扬压力,对水库蓄水效益和坝基抗滑稳定均不利。特别是强烈岩溶化地层和顺河对水库蓄水效益和坝基抗滑稳定均不利。特别是强烈岩溶化地层和顺河向的大断裂破碎带,在坝址勘察中应十分注意,对它们的处理常常是很向的大断裂破碎带,在坝址勘察中应十分注意,对它们的处理常常是很复杂和困难的。复杂和困难的。3 3,就近应有足够的、合乎质量要求的砂砾石和碎石等混凝土粗细骨料,就近应有足够的、合乎质量要求的砂砾石和碎石等混凝土粗细
14、骨料,它往往是确定重力坝型的依据之一它往往是确定重力坝型的依据之一。第15页/共111页(二二)拱坝拱坝 拱坝在平面上呈圆弧形拱坝在平面上呈圆弧形,凸向上游,拱脚支承于两岸。作用于坝体,凸向上游,拱脚支承于两岸。作用于坝体上的库水压力等,借助于拱的推力作用传递给拱端两岸的山体,并依靠上的库水压力等,借助于拱的推力作用传递给拱端两岸的山体,并依靠它的支承力来维持稳定。它的支承力来维持稳定。拱坝的上述结构特点,决定了它对工程地质条件的特殊要求:拱坝的上述结构特点,决定了它对工程地质条件的特殊要求:1 1,坝址应为左右对称的峡谷地形。河谷高宽比愈大的,坝址应为左右对称的峡谷地形。河谷高宽比愈大的“V
15、 V”形峡谷,形峡谷,愈有利于发挥拱坝的推力结构作用。若地形不对称,就需开挖或采取结愈有利于发挥拱坝的推力结构作用。若地形不对称,就需开挖或采取结构措施使之对称。构措施使之对称。2 2坝基及拱端应座落在坚硬完整、新鲜均匀的基岩上,上下游岸坡和坝基及拱端应座落在坚硬完整、新鲜均匀的基岩上,上下游岸坡和拱端岩体稳定,且无与推力方向一致的软弱结构面存在。拱端岩体稳定,且无与推力方向一致的软弱结构面存在。第16页/共111页第17页/共111页(三)土坝(三)土坝 利用当地土料堆筑而成的一种历史最悠久,采用最广泛的坝型。它有很多优利用当地土料堆筑而成的一种历史最悠久,采用最广泛的坝型。它有很多优点:可
16、以就地取材、结构简单,施工技术容易为群众掌握,抗震性能强,而且点:可以就地取材、结构简单,施工技术容易为群众掌握,抗震性能强,而且对地质条件的要求在各类坝型中是最低的。按其筑坝材料和防渗结构不同,可对地质条件的要求在各类坝型中是最低的。按其筑坝材料和防渗结构不同,可以分为若干类型。以分为若干类型。第18页/共111页土坝对工程地质条件的要求是:土坝对工程地质条件的要求是:1 1)坝基要有一定的强度。由于土坝允许产生较大的变形,故可以在土基)坝基要有一定的强度。由于土坝允许产生较大的变形,故可以在土基(软基软基)上修建。但它也是以自身的重力抵挡库水的推力而维持稳定的结构上修建。但它也是以自身的重
17、力抵挡库水的推力而维持稳定的结构物,体积很大,荷载被分布在较大的面积上,所以要求坝基材料具有一定物,体积很大,荷载被分布在较大的面积上,所以要求坝基材料具有一定的承载能力和抗剪强度。选择坝址时,应避免以淤泥软土层,膨胀、崩解的承载能力和抗剪强度。选择坝址时,应避免以淤泥软土层,膨胀、崩解性较强的土层,湿陷性较强的黄土层以及易溶盐较高的岩层作为坝基。考性较强的土层,湿陷性较强的黄土层以及易溶盐较高的岩层作为坝基。考虑到高坝地基产生的沉陷量较大,坝体应采取超高建筑的形式,使超高等虑到高坝地基产生的沉陷量较大,坝体应采取超高建筑的形式,使超高等于所计算的最终沉陷量。于所计算的最终沉陷量。2 2)坝基
18、透水性要小。坝基若是深厚砂卵石层或岩溶化强烈的碳酸盐岩类,)坝基透水性要小。坝基若是深厚砂卵石层或岩溶化强烈的碳酸盐岩类,则不仅产生严重的渗漏,影响水库蓄水效益,而且可能会出现渗透稳定问则不仅产生严重的渗漏,影响水库蓄水效益,而且可能会出现渗透稳定问题。在河谷地段地下水位甚低、岩石透水性较强的碳酸盐岩区建坝,常会题。在河谷地段地下水位甚低、岩石透水性较强的碳酸盐岩区建坝,常会出现。千库。我国北方的中小型土坝此类问题较突出。出现。千库。我国北方的中小型土坝此类问题较突出。3 3)就近要有数量足够和质量合乎要求的土料,包括一般的堆填料和防渗)就近要有数量足够和质量合乎要求的土料,包括一般的堆填料和
19、防渗粘土料,它直接影响坝的经济条件和坝体质量。粘土料,它直接影响坝的经济条件和坝体质量。4 4)要有修建溢洪道的合适地形,地质条件。需要修建溢洪道,是土坝的)要有修建溢洪道的合适地形,地质条件。需要修建溢洪道,是土坝的一大特点,在选坝时必须考虑有无修建溢洪道的有利地形地质条件,否则一大特点,在选坝时必须考虑有无修建溢洪道的有利地形地质条件,否则将会增加工程布置的复杂性和造价。将会增加工程布置的复杂性和造价。第19页/共111页(四四)堆石坝堆石坝(干砌石坝干砌石坝)坝体用石料堆筑坝体用石料堆筑(干砌干砌)而成而成,它也是一种就地取材的古老坝型。,它也是一种就地取材的古老坝型。当今由于机械化施工
20、和定向爆破技术的不断发展,堆石坝已成为经当今由于机械化施工和定向爆破技术的不断发展,堆石坝已成为经济坝型的一种。济坝型的一种。堆石坝对工程地质条件的要求与土坝大致相同堆石坝对工程地质条件的要求与土坝大致相同,但比它要高些。,但比它要高些。一般岩基均能满足此种坝的要求,而松软的淤泥土,易被冲刷的细一般岩基均能满足此种坝的要求,而松软的淤泥土,易被冲刷的细砂土、地下水位甚低的强烈岩溶化地目,则不适于修建此种坝型。砂土、地下水位甚低的强烈岩溶化地目,则不适于修建此种坝型。此外,采用刚性斜墙防渗结构的堆石坝,应修建在岩基上。此外,采用刚性斜墙防渗结构的堆石坝,应修建在岩基上。室堆室堆石坝的另一重要条件
21、是坝址区要有足够的石料,其质量要求是:有石坝的另一重要条件是坝址区要有足够的石料,其质量要求是:有足够的强度和刚度,有较高的抗风化和抗水性能。足够的强度和刚度,有较高的抗风化和抗水性能。第20页/共111页二、坝区渗漏及对坝基稳定性的影响二、坝区渗漏及对坝基稳定性的影响 坝坝区区渗渗漏漏:水水库库蓄蓄水水后后,坝坝上上、下下游游形形成成一一定定的的水水位位差差(压压力力水水头头),在在该该水水头头作作用用下下,库库水水将将从从坝坝区区岩岩土土体体内内的的空空隙隙通通道道向向坝坝下下游游渗渗出出,称其为坝区渗漏。称其为坝区渗漏。同同时时,渗渗流流场场的的水水流流具具有有一一定定的的渗渗透透压压力
22、力和和上上托托力力,使使土土石石体体产产生渗透变形或对岩体产生扬压力而不利于抗滑稳定性。生渗透变形或对岩体产生扬压力而不利于抗滑稳定性。(一)坝区渗漏条件分析及渗漏量计算(一)坝区渗漏条件分析及渗漏量计算 (二)渗透水流对坝基稳定性的影响(二)渗透水流对坝基稳定性的影响 (三)裂隙岩体防渗减压措施(三)裂隙岩体防渗减压措施 第21页/共111页(一)坝区渗漏条件分析及渗漏量计算(一)坝区渗漏条件分析及渗漏量计算 1 1、渗漏条件分析渗漏条件分析坝基渗漏:坝底下的渗漏为坝基渗漏;坝基渗漏:坝底下的渗漏为坝基渗漏;绕坝渗漏:坝肩部位的渗漏为绕坝渗漏。绕坝渗漏:坝肩部位的渗漏为绕坝渗漏。坝坝区区渗渗
23、漏漏是是诸诸多多水水利利工工程程中中一一种种普普遍遍的的地地质质现现象象,一一旦旦渗渗漏漏量量过过大大,就就会会影影响响水水库库的的效效益益,或或者者渗渗透透水水流流作作用用危危及及坝坝体体安安全全,此此时时,坝坝区区渗渗漏漏成成为为必必须须防防治的工程地质问题。治的工程地质问题。坝坝区区渗渗漏漏量量大大小小取取决决于于库库水水位位高高度度及及渗渗漏漏通通道道存存在在情情况况(包包括括通通道道的的渗渗透透性性、连连通通性性、渗渗径径长长短短等等)。下下面面分分第第四四系系松松散散土土石石体体透透水水介介质质与与裂裂隙隙岩岩体体透透水水介介质两种情况,讨论坝区渗漏条件。质两种情况,讨论坝区渗漏条
24、件。第22页/共111页 (1 1)第四系松散土石体坝区渗漏)第四系松散土石体坝区渗漏 决定因素决定因素:第四系土石体透水性取决于其粒度成分、密实度、分选性和土:第四系土石体透水性取决于其粒度成分、密实度、分选性和土层结构,这些又与其成因、形成时间有关。层结构,这些又与其成因、形成时间有关。渗漏条件分析渗漏条件分析 等粒土石体的渗透系数随粒径增大,渗透系数可以成倍增大;等粒土石体的渗透系数随粒径增大,渗透系数可以成倍增大;从从成成因因类类型型看看:冲冲积积物物分分选选好好,细细粒粒含含量量少少,透透水水性性较较好好;洪洪、坡坡积积物物总总的的来来说说大大小小混混杂杂,分分选选性性差差,透透水水
25、性性较较差差;而而冰冰碛碛物物分分选选性性更更差差,透透水水性性极弱。同一成因的沉积物,随着沉积时代由新到老,透水性一般会变小。极弱。同一成因的沉积物,随着沉积时代由新到老,透水性一般会变小。按渗透系数和渗透率大小,可将土石体分为几个不同透水性等级。按渗透系数和渗透率大小,可将土石体分为几个不同透水性等级。第23页/共111页第四系沉积物渗漏条件分析,应从第四系地貌和成因类型分析入手,注意第四系沉积物渗漏条件分析,应从第四系地貌和成因类型分析入手,注意查明粗粒物质和细粒物质的分布和结构组合状况,能否产生坝基渗漏不仅与查明粗粒物质和细粒物质的分布和结构组合状况,能否产生坝基渗漏不仅与透水层渗透性
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