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,水壩、水庫工程地質(zhì)研究,小組成員:,小組分工,第一小組,第二小組,世界著名水壩,葛蘭峽谷大壩-美國,世界著名水壩,Identity,阿斯旺大壩-埃及開羅,世界著名水壩,ext,蒙地賽羅水壩-美國,世界著名水壩,Products,Market,世界著名水壩,57%,Descrip三峽大壩tionofthecontents,三峽大壩,主要內(nèi)容,一、水壩的分類二、壩區(qū)滲漏及對壩基穩(wěn)定性的影響三、壩基(肩)穩(wěn)定性問題四、壩址選擇工程地質(zhì)論證,一、水壩的分類,1、按筑壩材料分土壩、堆石壩、干砌石壩、混凝土壩等2、按壩體結(jié)構(gòu)分重力壩、拱壩、支墩壩3、按壩高分低壩(H70m),土石壩泛指由當(dāng)?shù)赝亮稀⑹匣蚧旌狭?,?jīng)過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩。當(dāng)壩體材料以土和砂礫為主時,稱土壩;以石渣、卵石、爆破石料為主時,稱堆石壩;當(dāng)兩類當(dāng)?shù)夭牧暇枷喈?dāng)比例時,稱土石混合壩。土石壩壩對地質(zhì)地形條件的要求主要有:(1)壩基要有一定的強度;(2)壩基透水性要??;(3)就近足量且剛度和強度且滿足質(zhì)量要求的天然建筑材料;(4)要有修建溢洪道的有利地形、地質(zhì)條件。土石壩對地質(zhì)地形條件要求低,從巖石地基到土質(zhì)地基,都可修建土石壩。巖石地基對任何壩型一般都適應(yīng)。但對于強烈喀斯特巖體、大的斷層破碎帶、強透水或抗剪強度低的軟弱夾層、泥化夾層的巖體、基巖面起伏太大的巖體,宜避開或加強處理。土質(zhì)地基,程度不同的會存在沉陷、變形、滑動、滲漏和滲透變形、振動液化等問題。,幾種常見的水壩,(一)、土石壩,中國最大的土石壩黃河小浪底大壩,重力壩是由混凝土或漿砌石修筑的大體積擋水建筑物,重力壩主要依靠壩身自重與地基間產(chǎn)生足夠大的摩阻力來保持穩(wěn)定,故重力壩對地基要求比土石壩高,一般修建在基巖上。低壩也可修在較好的土質(zhì)地基上。重力壩對地質(zhì)地形條件的要求主要有:具有足夠的抗滑能力,滿足抗滑穩(wěn)定的要求;壩基應(yīng)有足夠的抗壓強度和與壩體混凝土相適應(yīng)的彈性模量,有較好的均勻性和完整性;壩基、壩肩應(yīng)具有良好的抗?jié)B性;兩岸山體必須穩(wěn)定,沒有難處理的滑坡體和和潛在的不穩(wěn)定滑移體;下游河床巖體應(yīng)具有對高速水流抗沖能力;壩區(qū)附近有足夠的、合乎要求的混凝土骨料。,(二)、混凝土重力壩,三峽大壩,世界上最高的重力壩瑞士的大狄克遜大壩(285m),拱壩在平面上呈拱形,并在結(jié)構(gòu)上起拱的作用的壩,拱腳支承于兩岸基巖上。拱壩是一個整體的空間殼體結(jié)構(gòu)。從水平切面上看,它是由許多上下等厚或變厚的拱圈疊成,大部分荷載由拱的作用傳遞到兩岸山體上。在鉛直斷面上,則是由許多彎曲的懸壁梁組成,少部分荷載依靠梁的作用傳遞給壩基。,由于拱是推力結(jié)構(gòu),只要充分的利用它的作用,即可發(fā)揮材料強度。典型的薄拱壩,比起相同高度的重力壩可節(jié)省混凝土80%,如法國的托拉拱壩高85m,其最大厚度才2.4m,因而拱壩是一種經(jīng)濟合理的壩型,但它的施工技術(shù)要求很高。,(三)、拱壩,拱壩具有較強的抗震性能和超載性能?;谏鲜鎏攸c,它對工程地質(zhì)的要求除了與重力壩相同的要求外,還應(yīng)注意如下:(1)壩址應(yīng)為左右岸為對稱的峽谷地形。河谷高寬比(H/L)愈大的“V”字形峽谷,愈有利于發(fā)揮拱壩的推力作用。若地形不對稱,就需開挖或采取結(jié)構(gòu)措施使之對稱。(2)由于拱壩應(yīng)力集中,要求巖體有更高的承載力,兩岸及河床巖體要新鮮(或微風(fēng)化)完整。巖體的彈性模量均一,且?guī)r體與混凝土的變形模量也要相近。(3)對壩基中存在的斷層破碎帶等軟弱巖體必須進行慎重的處理,以提高巖體的均一性,防止變形過大造成拱壩拉裂。(4)兩岸壩肩要有足夠的穩(wěn)定性,拱端要有比較雄厚的穩(wěn)定巖體。對兩岸發(fā)育的與河流大致平行的中、高傾角斷層、節(jié)理、層面、卸荷裂隙等要特別重視,仔細(xì)研究其特征,及有否與緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面組合,從而構(gòu)成滑動塊體。,石門拱壩,圖片名稱:石門水庫電站地點:陜西漢中所在河流:褒河所在水系:黃河水系主要壩型:混凝土拱壩壩頂高程:620.0米最大壩高:88米,我國水庫垮壩大事記1963年,河北劉家臺土壩水庫垮壩,死亡943人。1979年,甘肅黨河水庫因垮壩失事,造成4人死亡。1978-1979年間,山西東榆林水庫副壩下游排水溝多次出現(xiàn)流泥現(xiàn)象,但沒有采取任何措施。1979年5月,水庫晴天垮壩,垮壩后1個多小時竟無人知曉。1995年青海溝后水庫垮壩后,管理人員騎著摩托車到有關(guān)部門報告,耽誤了下游人員轉(zhuǎn)移時間,造成重大人員傷亡。2001年,四川會理縣大路溝水庫垮壩,導(dǎo)致16人死亡,失蹤10人,洪水沖毀770畝良田。2004年5月27日下午5時49分左右,位于鄂西恩施市城郊的湖北清江大龍?zhí)端娬旧嫌螄?,被清江上游下來的并不大的洪峰沖垮,14人死亡、4人失蹤。,二、壩區(qū)滲漏及對壩基穩(wěn)定性的影響,(一)、滲漏條件分析壩基滲漏:壩底下的滲漏為壩基滲漏;繞壩滲漏:壩肩部位的滲漏為繞壩滲漏。壩區(qū)滲漏是諸多水利工程中一種普遍的地質(zhì)現(xiàn)象,一旦滲漏量過大,就會影響水庫的效益,或者滲透水流作用危及壩體安全,此時,壩區(qū)滲漏成為必須防治的工程地質(zhì)問題。壩區(qū)滲漏量大小取決于庫水位高度及滲漏通道存在情況(包括通道的滲透性、連通性、滲徑長短等)。下面分第四系松散土石體透水介質(zhì)與裂隙巖體透水介質(zhì)兩種情況,討論壩區(qū)滲漏條件。,(1)第四系松散土石體壩區(qū)滲漏決定因素:第四系土石體透水性取決于其粒度成分、密實度、分選性和土層結(jié)構(gòu),這些又與其成因、形成時間有關(guān)。滲漏條件分析等粒土石體的滲透系數(shù)隨粒徑增大,滲透系數(shù)可以成倍增大;從成因類型看:沖積物分選好,細(xì)粒含量少,透水性較好;洪、坡積物總的來說大小混雜,分選性差,透水性較差;而冰磧物分選性更差,透水性極弱。同一成因的沉積物,隨著沉積時代由新到老,透水性一般會變小。按滲透系數(shù)和滲透率大小,可將土石體分為幾個不同透水性等級。,第四系沉積物滲漏條件分析,應(yīng)從第四系地貌和成因類型分析入手,注意查明粗粒物質(zhì)和細(xì)粒物質(zhì)的分布和結(jié)構(gòu)組合狀況,能否產(chǎn)生壩基滲漏不僅與透水層滲透性有關(guān),往往還與相對隔水層的分布有關(guān)。,(2)裂隙巖體壩區(qū)滲漏裂隙巖體滲漏通道主要是各種結(jié)構(gòu)面和溶蝕空隙(洞)及其開啟性、充填情況、連通情況。河谷形態(tài)特征即是決定透水性強弱和入滲、排泄條件的重要因素。滲漏通道的形成:在壩區(qū)發(fā)育的順河斷裂、裂隙密集帶、岸坡卸荷裂隙帶、縱谷陡傾和橫谷向上游緩傾的各種原生結(jié)構(gòu)面,都可以構(gòu)成強烈的滲漏通道。,(二)滲透水流對壩基穩(wěn)定性的影響流經(jīng)壩基巖土體的滲透水流,由于庫水與下游河道水位差引起很大的滲透壓力,同時,浸泡在水下的巖土體及部分壩體受到向上作用的浮托力,這些都在一定程度上影響壩基穩(wěn)定性,從而可能導(dǎo)致壩體失穩(wěn)。揚壓力:工程地質(zhì)主要從壩基巖體抗滑穩(wěn)定性角度上去分析壩底面及深部巖體某滑移面上的水壓力情況,把作用于這些面上的滲透壓力及浮托力總稱為揚壓力。揚壓力是對壩基穩(wěn)定性極不利的因素,過高的揚壓力可以直接導(dǎo)致壩體失穩(wěn),這在壩工建筑中不乏其例。,(三)、裂隙巖體防滲減壓措施防滲措施原理上采取截斷水流或延長滲徑的辦法,減壓可通過防滲來實現(xiàn),也可采用排水等其它措施。前面滲透變形工程地質(zhì)研究中已介紹了松散土體壩基防治滲漏和滲透變形的措施,這里只介紹關(guān)于壩基巖體的防滲減壓措施。裂隙巖體采用最普遍的防滲減壓措施是灌漿帷幕和鉆孔排水,在特殊地質(zhì)條件下可使用防滲井。(1)灌漿帷幕(2)鉆孔排水(3)斷層帶的防滲措施(4)斜墻鋪蓋,(1)灌漿帷幕:設(shè)置方法是距壩踵一定距離外,沿壩軸線方向布置一排或幾排鉆孔,向孔內(nèi)灌入水泥漿液或其他化學(xué)漿液,共同構(gòu)成一個完整的隔水墻,即所謂灌漿帷幕。(圖16-12)按規(guī)定,大型工程巖體的滲透率q1Lu,中小型工程滲透率q35Lu,才予設(shè)置灌漿帷幕。當(dāng)壩下隔水層埋深較小時,便可將帷幕深入到隔水層內(nèi)35m,構(gòu)成全封閉式帷幕;反可設(shè)置懸掛式帷幕,一般深度0.30.7倍壩高。帷幕長度按壩基和壩肩防滲帶總長度來確定;帷幕厚度受灌漿的孔距及排距控制,具體設(shè)計要求,有專門規(guī)程可循。,(2)鉆孔排水:圖16-12,在灌漿帷幕下游一定距離,設(shè)置一排或幾排排水孔,將排走部分(或全部)滲壓水流,起到降低揚壓力的良好效果。排水孔常與帷幕配合使用,也可以單獨使用。主排水孔的深度為防滲帷幕深度的0.40.6倍,并不小于10m,孔距一般23m,孔徑不宜過小。對于高壩,一般要求設(shè)置一排主排水孔,23排輔助排水孔;中低壩可以視情況設(shè)置12排孔即可。排水孔距壩踵距離一般取0.10.15倍水頭差。排水孔與帷幕配合使用,也可以單獨使用。(3)斷層帶的防滲措施:壩基中較大的順河斷層破碎帶,除應(yīng)專門加固處理外,還要進行防滲處理。當(dāng)斷層由角礫巖、碎塊巖組成時,其與帷幕相交的部位應(yīng)全部處理,當(dāng)斷層帶由斷層泥、糜棱巖組成時,因含泥質(zhì)較多,可灌性差,需采用防滲井措施,即沿斷層帶延伸方向挖除,回填混凝土,并在兩側(cè)的影響帶范圍進行固結(jié)灌漿。(4)斜墻鋪蓋:壩肩部位貫通上下游的集中滲漏通道,并在上游滲漏通道出露處設(shè)置粘土斜墻或鋪蓋,以隔斷庫水與滲漏通道的聯(lián)系。,三、壩基(肩)穩(wěn)定性問題,圖3-5壩基滑動破壞的形式(a)表層滑動(b)淺層滑動(C)深層滑動,1、表層滑動指壩體沿壩底與基巖的接觸面發(fā)生剪切破壞所造成的滑動?;瑒用娲笾率瞧矫妗位鶐r體堅硬,地基巖面處理不好或混凝土澆注不好。主要發(fā)生在壩基巖體的強度遠(yuǎn)大于壩體混凝土強度,且?guī)r體完整、無控制滑移的軟弱結(jié)構(gòu)面的條件下。此時,混凝土基礎(chǔ)與基巖接觸面常稱為薄弱且可能滑動的面,接觸面的摩擦系數(shù)值,是控制重力壩設(shè)計的主要指標(biāo)。壩體必須具有足夠的重量,以便使接觸面上的摩擦阻力大于作用在壩體上的總水平推力。,(一)、壩基巖體抗滑動破壞的類型,2、淺層滑動當(dāng)壩基表層巖體的抗剪強度低于壩體混凝土?xí)r,剪切破壞往往發(fā)生在淺部巖體之內(nèi),造成淺層滑動?;瑒用娉⒉畈积R。壩基巖體軟弱,或巖體雖堅硬但表面部風(fēng)化破碎層沒有挖除干凈。,(一)、壩基巖體抗滑動破壞的類型,3、深層滑動在壩基巖體的較深部位,沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞?;瑒用嬗蓛扇M或更多的軟弱結(jié)構(gòu)面組合而成,只有當(dāng)?shù)鼗鶐r體內(nèi)存在有軟弱結(jié)構(gòu)面,且按一定組合能構(gòu)成危險滑移體時,才有發(fā)生深層滑動的可能。它是高壩主要破壞形式。,4、三種破壞形式的比較壩基巖體表層滑動邊界條件比較簡單,主要取決于壩體混凝土與基巖接觸面的抗剪強度。淺層滑動近似一平面,抗滑穩(wěn)定性取決于淺部巖體的抗剪強度。深層滑動比較復(fù)雜,它必須有滑動面、切割面和臨空面。,(二)拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定性不同的壩型對壩肩穩(wěn)定性要求不同。土石壩和重力壩只要求將壩肩嵌入到巖體內(nèi)一定深度,以滿足防滲要求和一定的連結(jié)能力,不要求核算壩肩的抗滑穩(wěn)定性。拱壩的工作條件與土石壩、重力壩有本質(zhì)的區(qū)別,在庫水推力作用下,壩體內(nèi)將產(chǎn)生復(fù)雜的空間應(yīng)力分布,而且主要以軸向壓力的方式將荷截傳遞到河谷兩岸的巖體上。拱端對壩肩巖體將產(chǎn)生軸向推力(pH)、徑向剪力(pV)和力矩(M)(圖1621)。,當(dāng)拱端巖體具有足夠的強度和剮度時,則給拱圈以相應(yīng)的反力來保持壩體穩(wěn)定。若拱端巖體軟弱破碎,尤其當(dāng)存在與拱端推力方向一致的軟弱結(jié)構(gòu)面時,將對拱壩的穩(wěn)定性帶來威脅。因此,拱壩需進行壩肩巖體抗滑穩(wěn)定分析。,滑移邊界條件及結(jié)構(gòu)體形態(tài)與壩基一樣,壩肩滑移邊界條件也是由滑移面、切割面和臨空面組成(圖16-22),只是由于壩肩滑移發(fā)生在陡立岸坡為特征的壩肩部位,滑移邊界條件在構(gòu)成上有所區(qū)別,這些邊界面具有如下特點:,(1)滑移面:一般為傾向下游河床方向的平緩或傾斜的軟弱結(jié)構(gòu)面,有時傾向上游的緩傾角結(jié)構(gòu)面也可構(gòu)成滑移面。滑面形態(tài)可以是單平面、多平面或空間曲面。滑動方向受到軸向推力與切向推力作用方向的限制。(2)切割面:凡與工程作用力方向近平行、陡立者均可成為側(cè)向切割面;與工程作用力方向近垂直,且位于滑移體后緣者可成為橫向切割面。(3)臨空面:可以分為縱向與橫向兩類。河谷岸坡為縱向臨空面;河彎突出部位、河溝、斷層(或軟弱)帶、溶洞等為橫向臨空面。圖16-23,常見的滑移結(jié)構(gòu)體歸納為幾類:楔形體、錐形體、棱形體(包括板狀體)。圖16-24,(三)提高壩基(肩)巖體穩(wěn)定性的工程措施當(dāng)壩基(肩)巖體中存在不利于抗滑穩(wěn)定性的地質(zhì)因素時,可以考慮適當(dāng)改變建筑物結(jié)構(gòu),如增大壩底面積;設(shè)置阻滑齒槽和抗力體;設(shè)置傳力墻;改變壩形等等。當(dāng)采取可能的技術(shù)設(shè)計仍不滿足穩(wěn)定性要求的情況下,則應(yīng)考慮巖體加固處理措施,其常用的處理措施是:固結(jié)灌漿開挖回填錨固,1、固結(jié)灌漿它是提高裂隙巖體整體強度的有效措施。固結(jié)灌漿是利用鉆孔將高標(biāo)號的水泥漿液或化學(xué)漿液壓入巖體中,使之封閉裂隙,加強基巖的完整性,達到提高巖體強度和剛度的目的。常規(guī)的灌漿是在整個基礎(chǔ)大面積內(nèi)進行,此時應(yīng)分批逐步完成整個灌漿工程,應(yīng)根據(jù)壩基壓力,地質(zhì)條件等合理設(shè)計灌漿孔深、孔距、灌漿壓力和漿液稠度,即先進行灌漿試驗。有時為了處理斷層、軟弱夾層和溶洞等,須進行特殊的灌漿方法。,2、開挖回填對于斷層破碎帶、風(fēng)化帶、軟弱破碎帶等,可以通過坑探工程將其清除掉,然后回填混凝土,以增強地基的強度。應(yīng)根據(jù)對象不同,開挖回填后形成不同的結(jié)構(gòu)形式,圖16-26為處理斷層帶及軟弱夾層時常用的幾種方法。,3、錨固主要用于處理塊體沿弱面的滑移變形。它按一定的方向用鉆孔穿透弱面深入到完整巖體內(nèi),插入預(yù)應(yīng)力錨索(鋼筋),然后用水泥將孔固結(jié)起來,形成具有一定抗拉能力的結(jié)構(gòu)。此外,對拱壩壩肩不穩(wěn)定巖體的處理,還可以采用其他支擋辦法,如抗滑樁、支撐柱等。還應(yīng)特別強調(diào),地下水往往是導(dǎo)致基礎(chǔ)失去穩(wěn)定的主要因素,在設(shè)置工程處理措施時,應(yīng)充分考慮到防滲排水的作用,一項
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