渠道及閘址的工程地質(zhì)

1、第一節(jié)渠道選線的工程地質(zhì)分析第一節(jié)渠道選線的工程地質(zhì)分析渠道渠道是水工建筑物中常見(jiàn)的用以輸水灌溉、是水工建筑物中常見(jiàn)的用以輸水灌溉、排澇、排澇、發(fā)電發(fā)電、航運(yùn)或兼顧使用的工程。、航運(yùn)或兼顧使用的工程。渠系建筑物種類較多，主要有：渠系建筑物種類較多，主要有： 渠道渠道 進(jìn)水閘進(jìn)水閘 分水閘分水閘 節(jié)制閘節(jié)制閘 跨谷工程跨谷工程 過(guò)過(guò)山或過(guò)路工程山或過(guò)路工程渠道規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作首先是選線。渠道規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作首先是選線。從工程地質(zhì)學(xué)角度研究渠道選線，一般應(yīng)考從工程地質(zhì)學(xué)角度研究渠道選線，一般應(yīng)考慮以下幾方面。慮以下幾方面。一、地形地貌條件一、地形地貌條件根據(jù)地形地貌特征選擇渠道線路時(shí)，一般有以下根據(jù)地

2、形地貌特征選擇渠道線路時(shí)，一般有以下幾種形式：幾種形式： 1. 1. 嶺脊線嶺脊線 2. 2. 山腹線（盤山線）山腹線（盤山線） 3. 3. 谷底線谷底線 4. 4. 橫切嶺谷線橫切嶺谷線 5. 5. 平原線平原線二、巖土類型及工程地質(zhì)性質(zhì)二、巖土類型及工程地質(zhì)性質(zhì)（一）（一）基巖地區(qū)基巖地區(qū)基巖基巖山區(qū)渠道選線山區(qū)渠道選線時(shí)注意：時(shí)注意：1. 1. 堅(jiān)硬及半堅(jiān)硬及半堅(jiān)硬巖石。堅(jiān)硬巖石。2. 2. 喀斯特發(fā)育的石灰?guī)r喀斯特發(fā)育的石灰?guī)r、白云巖。、白云巖。3. 3. 經(jīng)過(guò)軟弱巖石區(qū)要注意遇水經(jīng)過(guò)軟弱巖石區(qū)要注意遇水軟化問(wèn)題。軟化問(wèn)題。（二）松散（二）松散層分布區(qū)層分布區(qū)松散層分布區(qū)選線松散層分布

3、區(qū)選線過(guò)程中過(guò)程中主要注意：主要注意：1. 1. 渠道盡量渠道盡量選在不漏水的粘土和亞粘土選在不漏水的粘土和亞粘土地層上。地層上。2. 2. 透水性強(qiáng)且厚度大的粗顆粒地層透水性強(qiáng)且厚度大的粗顆粒地層要避開(kāi)。要避開(kāi)。3. 3. 某些特殊類型土層分布區(qū)應(yīng)盡量避開(kāi)。某些特殊類型土層分布區(qū)應(yīng)盡量避開(kāi)。4. 4. 經(jīng)過(guò)黃土區(qū)時(shí)要做特殊的基礎(chǔ)處理。經(jīng)過(guò)黃土區(qū)時(shí)要做特殊的基礎(chǔ)處理。三、地質(zhì)構(gòu)造三、地質(zhì)構(gòu)造 從穩(wěn)定性和防滲角度考慮，水平或近于水從穩(wěn)定性和防滲角度考慮，水平或近于水平的巖層是最有利的，順坡向緩傾角的地質(zhì)構(gòu)平的巖層是最有利的，順坡向緩傾角的地質(zhì)構(gòu)造是不利的。斷層破碎帶、強(qiáng)烈褶皺帶的軸部，造是不利的

4、。斷層破碎帶、強(qiáng)烈褶皺帶的軸部，可能引起渠道的失穩(wěn)和大量滲漏，切忌沿其走可能引起渠道的失穩(wěn)和大量滲漏，切忌沿其走向平行布置，如必須通過(guò)時(shí)，應(yīng)盡量垂直走向向平行布置，如必須通過(guò)時(shí)，應(yīng)盡量垂直走向布置，以減少施工處理段長(zhǎng)度。布置，以減少施工處理段長(zhǎng)度。 四四、水文地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件 對(duì)于對(duì)于灌溉渠道沿線，主要是查明地下水的埋藏灌溉渠道沿線，主要是查明地下水的埋藏深度及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。如地下水埋藏深，則可能導(dǎo)深度及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。如地下水埋藏深，則可能導(dǎo)致渠水大量滲漏；如地下水埋藏過(guò)淺，會(huì)造成水下致渠水大量滲漏；如地下水埋藏過(guò)淺，會(huì)造成水下施工，增加施工難度，而且投入使用后，由于渠水施工，增加施工難

5、度，而且投入使用后，由于渠水滲漏將有可能導(dǎo)致渠道兩側(cè)地下水位抬高，當(dāng)?shù)叵聺B漏將有可能導(dǎo)致渠道兩側(cè)地下水位抬高，當(dāng)?shù)叵滤唤咏孛鏁r(shí)，就可能形成土壤鹽堿化或沼澤化。水位接近地面時(shí)，就可能形成土壤鹽堿化或沼澤化。另外，以排水為目的的渠道應(yīng)以垂直地下水流向布另外，以排水為目的的渠道應(yīng)以垂直地下水流向布置效果最好。置效果最好。五、自然地質(zhì)現(xiàn)象五、自然地質(zhì)現(xiàn)象渠道渠道選線時(shí)要注意沿線的選線時(shí)要注意沿線的崩塌、滑坡、泥石流和喀斯特發(fā)育程度等災(zāi)害性自然地崩塌、滑坡、泥石流和喀斯特發(fā)育程度等災(zāi)害性自然地質(zhì)現(xiàn)象，盡可能避開(kāi)質(zhì)現(xiàn)象，盡可能避開(kāi)。在。在不能避開(kāi)的情況下，應(yīng)采取相不能避開(kāi)的情況下，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行治

6、理，以保證渠系建筑物的安全使用。應(yīng)措施進(jìn)行治理，以保證渠系建筑物的安全使用。六、天然建筑材料六、天然建筑材料渠道渠道選線還應(yīng)查明天然建筑材料的選線還應(yīng)查明天然建筑材料的分布分布 儲(chǔ)量?jī)?chǔ)量 質(zhì)量質(zhì)量 開(kāi)采運(yùn)輸條件。開(kāi)采運(yùn)輸條件。總之總之，由于渠系工程路線長(zhǎng)、建筑物種類多，由于渠系工程路線長(zhǎng)、建筑物種類多，工程地質(zhì)條件又往往復(fù)雜多變，在實(shí)際工作中，應(yīng)工程地質(zhì)條件又往往復(fù)雜多變，在實(shí)際工作中，應(yīng)對(duì)上述工程地質(zhì)條件全面調(diào)查，綜合分析研究，盡對(duì)上述工程地質(zhì)條件全面調(diào)查，綜合分析研究，盡量做到以下幾點(diǎn)：量做到以下幾點(diǎn)：、線路最短。、線路最短。、土石方量最小。、土石方量最小。、盡量避免、盡量避免穿越河谷、山

7、脊、沼澤穿越河谷、山脊、沼澤等地區(qū)。等地區(qū)。、注意、注意避開(kāi)滑坡、塌方、泥石流高避開(kāi)滑坡、塌方、泥石流高發(fā)地區(qū)。發(fā)地區(qū)。、充分、充分利用地形，優(yōu)先考慮自流利用地形，優(yōu)先考慮自流輸水。輸水。第二節(jié)第二節(jié)渠道滲漏及其邊坡穩(wěn)定問(wèn)題渠道滲漏及其邊坡穩(wěn)定問(wèn)題 渠道輸水，是目前我國(guó)農(nóng)田灌溉的主要輸水方式，而渠渠道輸水，是目前我國(guó)農(nóng)田灌溉的主要輸水方式，而渠道滲漏是農(nóng)田灌溉用水損失的主要道滲漏是農(nóng)田灌溉用水損失的主要方面。方面。目前目前我國(guó)我國(guó)80%以上的渠道無(wú)防滲處理，渠系水利用系數(shù)以上的渠道無(wú)防滲處理，渠系水利用系數(shù)一般為一般為0.40.5，差的僅，差的僅0.3左右。左右。渠道渠道滲漏除了影響渠道的利用

8、效率、影響經(jīng)濟(jì)效益外，滲漏除了影響渠道的利用效率、影響經(jīng)濟(jì)效益外，還會(huì)造成一些不良后果。還會(huì)造成一些不良后果。如如：地下水位：地下水位抬升抬升 土壤次生鹽漬化和沼澤化土壤次生鹽漬化和沼澤化 黃土濕陷造成渠道破壞、引起山坡滑動(dòng)黃土濕陷造成渠道破壞、引起山坡滑動(dòng)一、渠道滲漏的地質(zhì)條件一、渠道滲漏的地質(zhì)條件渠道渠道滲漏有兩類：滲漏有兩類： 自身的滲漏自身的滲漏 渠道地基滲漏渠道地基滲漏（一）基巖區(qū)（一）基巖區(qū) 渠道滲漏一般不嚴(yán)重。滲漏條件主要取決于巖石渠道滲漏一般不嚴(yán)重。滲漏條件主要取決于巖石的破碎程度和滲漏通道的特征，包括透水層、斷層破的破碎程度和滲漏通道的特征，包括透水層、斷層破碎帶、節(jié)理密集帶

9、、巖溶發(fā)育帶等。一般較容易發(fā)現(xiàn)，碎帶、節(jié)理密集帶、巖溶發(fā)育帶等。一般較容易發(fā)現(xiàn)，且分布集中，處理方便。且分布集中，處理方便。（二）松散層分布區(qū)（二）松散層分布區(qū) 渠道滲漏主要取決于土的透水性強(qiáng)弱與其成因類渠道滲漏主要取決于土的透水性強(qiáng)弱與其成因類型、巖性關(guān)系密切。型、巖性關(guān)系密切。二、渠道滲漏特征二、渠道滲漏特征（一）、（一）、基巖區(qū)：基巖區(qū)：滲漏量較小，滲漏滲漏量較小，滲漏方式多以局部集中滲漏的形式出現(xiàn)，方式多以局部集中滲漏的形式出現(xiàn)，常呈脈狀或管狀滲流，在渠道通水時(shí)比較容易發(fā)現(xiàn)，也比常呈脈狀或管狀滲流，在渠道通水時(shí)比較容易發(fā)現(xiàn)，也比較容易處理。較容易處理。（二）、松散（二）、松散層分布區(qū)：

10、層分布區(qū)：滲漏滲漏面積大，常不易發(fā)現(xiàn)，也面積大，常不易發(fā)現(xiàn)，也不易處理，滲漏不易處理，滲漏過(guò)程可過(guò)程可分為兩個(gè)分為兩個(gè)階段：階段：第一第一階段是渠道過(guò)水初期，以垂直滲漏為主。渠水在階段是渠道過(guò)水初期，以垂直滲漏為主。渠水在重力和毛細(xì)力的作用下，沿垂直方向下重力和毛細(xì)力的作用下，沿垂直方向下滲。滲。第二第二階段以側(cè)向滲漏為主。如果渠水的下滲量大于該階段以側(cè)向滲漏為主。如果渠水的下滲量大于該處地下水向下游的徑流量，則渠底的地下水位逐漸上升，處地下水向下游的徑流量，則渠底的地下水位逐漸上升，直至與渠水連成統(tǒng)一水面。直至與渠水連成統(tǒng)一水面。 松散沉積層中渠道滲漏過(guò)程示意圖1滲漏水流向；2浸潤(rùn)線；3地下

11、水峰三、渠道滲漏量計(jì)算三、渠道滲漏量計(jì)算影響影響渠道滲漏量的因素很多，如巖土的滲透系數(shù)、渠道滲漏量的因素很多，如巖土的滲透系數(shù)、過(guò)水?dāng)嗝鎸挾?、過(guò)水深度、水力坡度等，因此滲漏過(guò)水?dāng)嗝鎸挾取⑦^(guò)水深度、水力坡度等，因此滲漏量的計(jì)算比較復(fù)雜，屬于地下水動(dòng)力學(xué)的研究范疇。量的計(jì)算比較復(fù)雜，屬于地下水動(dòng)力學(xué)的研究范疇。下面介紹幾種簡(jiǎn)單的方法。下面介紹幾種簡(jiǎn)單的方法。（一）考斯加可夫（一）考斯加可夫經(jīng)驗(yàn)公式法經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算計(jì)算公式公式為：為： 滲漏損失率，滲漏損失率，% %；A A 土層透水性參數(shù)；土層透水性參數(shù)；Q Q 渠水流量，渠水流量，m m3 3/s/s；m m 土層透水性指數(shù)。土層透水性指數(shù)。mA

12、Q%1001入出入QQQLL（二（二）實(shí)測(cè)流量計(jì)算法）實(shí)測(cè)流量計(jì)算法計(jì)算公式為：計(jì)算公式為： 式中：式中： L L 單位長(zhǎng)度滲漏損失率；單位長(zhǎng)度滲漏損失率； L L 渠道長(zhǎng)度，渠道長(zhǎng)度，kmkm； Q Q入入 渠道上游入口實(shí)測(cè)流量，渠道上游入口實(shí)測(cè)流量，m m3 3/s/s； Q Q出出 渠道下游入口實(shí)測(cè)流量，渠道下游入口實(shí)測(cè)流量，m m3 3/s/s；一、渠道邊坡的破壞類型一、渠道邊坡的破壞類型（一）引起渠道邊坡變形破壞的主要因素（一）引起渠道邊坡變形破壞的主要因素1. 1. 開(kāi)挖或墊高形成高陡邊坡，巖土體內(nèi)應(yīng)力平開(kāi)挖或墊高形成高陡邊坡，巖土體內(nèi)應(yīng)力平衡衡狀態(tài)變化狀態(tài)變化，滑動(dòng)力大于的抗滑力

13、時(shí)，形成滑坡。，滑動(dòng)力大于的抗滑力時(shí)，形成滑坡。2. 2. 開(kāi)挖后，巖體暴露于地表，因風(fēng)化作用強(qiáng)度開(kāi)挖后，巖體暴露于地表，因風(fēng)化作用強(qiáng)度降低，引起渠道邊坡的變形破壞。降低，引起渠道邊坡的變形破壞。3. 3. 當(dāng)渠道兩側(cè)地下水位高于渠水位并向渠內(nèi)發(fā)當(dāng)渠道兩側(cè)地下水位高于渠水位并向渠內(nèi)發(fā)生滲流時(shí)，地下水的潛蝕作用使渠道邊坡發(fā)生破壞。生滲流時(shí)，地下水的潛蝕作用使渠道邊坡發(fā)生破壞。4. 4. 邊坡的巖土體，浸水后發(fā)生軟化、泥化、濕邊坡的巖土體，浸水后發(fā)生軟化、泥化、濕陷陷、膨脹、膨脹等現(xiàn)象時(shí)，引起渠道邊坡的變形破壞。等現(xiàn)象時(shí)，引起渠道邊坡的變形破壞。5. 5. 渠道水、大氣降水對(duì)邊坡的直接沖刷或浸潤(rùn)渠

14、道水、大氣降水對(duì)邊坡的直接沖刷或浸潤(rùn)滲透，也會(huì)造成渠道邊坡的失穩(wěn)和破壞。滲透，也會(huì)造成渠道邊坡的失穩(wěn)和破壞。二）渠道邊坡的破壞類型二）渠道邊坡的破壞類型1.1. 崩塌崩塌崩塌崩塌：斜坡巖土體脫離母體，發(fā)生崩落或滾動(dòng)的自：斜坡巖土體脫離母體，發(fā)生崩落或滾動(dòng)的自然地質(zhì)現(xiàn)象。可分為巖崩然地質(zhì)現(xiàn)象。可分為巖崩、土崩。、土崩。2. 2. 滑坡滑坡滑坡：斜坡上的巖土體因種種原因在重力作用下沿滑坡：斜坡上的巖土體因種種原因在重力作用下沿一定的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體順坡下滑的現(xiàn)象。一定的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體順坡下滑的現(xiàn)象。渠道邊坡的滑坡破壞大致分為兩種：渠道邊坡的滑坡破壞大致分為兩種： 一種是渠道邊坡本身的一種是渠

15、道邊坡本身的滑動(dòng)破壞，另滑動(dòng)破壞，另一種是位一種是位于斜坡上的渠道，如果斜坡不穩(wěn)定，整個(gè)斜坡巖于斜坡上的渠道，如果斜坡不穩(wěn)定，整個(gè)斜坡巖土體將連同渠道一起滑動(dòng)破壞土體將連同渠道一起滑動(dòng)破壞sincosWlctgWK下滑力抗滑力（一）巖質(zhì)邊坡（一）巖質(zhì)邊坡1. 1. 只考慮重力作用影響時(shí)只考慮重力作用影響時(shí)式式中：中：K K 抗滑穩(wěn)定系數(shù)；抗滑穩(wěn)定系數(shù)；W W - - 滑體重量，滑體重量，KNKN；- - 滑動(dòng)面傾角；滑動(dòng)面傾角； - - 滑動(dòng)面磨擦角滑動(dòng)面磨擦角；c c - - 滑動(dòng)面凝聚力，滑動(dòng)面凝聚力，KPaKPa；L L - - 滑動(dòng)面長(zhǎng)度，滑動(dòng)面長(zhǎng)度，m m。 2. 2. 考慮靜水壓力

16、的影響時(shí)考慮靜水壓力的影響時(shí) 當(dāng)渠道輸水時(shí)，浸潤(rùn)作用使巖石處于飽和狀態(tài)。當(dāng)渠道輸水時(shí)，浸潤(rùn)作用使巖石處于飽和狀態(tài)。當(dāng)渠水位下降后，巖體中的水對(duì)滑移體產(chǎn)生靜水壓力。當(dāng)渠水位下降后，巖體中的水對(duì)滑移體產(chǎn)生靜水壓力。此時(shí)，靜水壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，抗滑力中此時(shí)，靜水壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，抗滑力中應(yīng)減去靜水壓力。則：應(yīng)減去靜水壓力。則： 式中式中：PP靜水壓力靜水壓力，KPaKPa；h h渠渠水與地下水水位差，水與地下水水位差，m m；w w水水的容重，的容重，KNKN/m/m3 3；其余符號(hào)意義同前。；其余符號(hào)意義同前。sin)cos(WcltgPWKsin212hPw 3. 3. 考慮

17、動(dòng)水壓力影響時(shí)考慮動(dòng)水壓力影響時(shí) 當(dāng)渠水位驟然下降時(shí)，如果結(jié)構(gòu)面當(dāng)渠水位驟然下降時(shí)，如果結(jié)構(gòu)面ABAB上部為上部為透水層并已被渠道水所飽和，則地下水在向渠道透水層并已被渠道水所飽和，則地下水在向渠道滲流過(guò)程中滲流過(guò)程中產(chǎn)生動(dòng)水壓力：產(chǎn)生動(dòng)水壓力： DD動(dòng)水壓力動(dòng)水壓力，KPaKPa；w w水水容重，容重，KN/mKN/m3 3；VV滲流水滲流水體積，體積，m m3 3；I I平均水力坡度。平均水力坡度。VIDw ( (二二) )土質(zhì)邊坡土質(zhì)邊坡 土質(zhì)渠道邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題較為復(fù)雜，受土的性土質(zhì)渠道邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題較為復(fù)雜，受土的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及含水狀態(tài)等因素的影響，邊坡穩(wěn)定性分質(zhì)、結(jié)構(gòu)及含水狀態(tài)等因素的影響，邊坡穩(wěn)定性分析方法主要取決開(kāi)土的性質(zhì)和滑動(dòng)面的形式。析方法主要取決開(kāi)土的性質(zhì)和滑動(dòng)面