第八章 水利水電工程地質(zhì)勘察

1、第八章 水利水電工程地質(zhì)勘察(knch)共五十三頁概 述 在水利水電工程興建之前，都要進(jìn)行工程地質(zhì)勘察工作，其目的是查明(ch mn)水庫和水工建筑物地區(qū)的工程地質(zhì)條件，分析預(yù)測可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題，充分利用有利的地質(zhì)條件，避開或改造不利的地質(zhì)因素，為工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)用提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。 水利水電工程地質(zhì)勘察按水利水電工程開發(fā)前期工作程序，劃分為規(guī)劃、可行性研究、初步設(shè)計(jì)和技施設(shè)計(jì)四個(gè)勘察階段。各勘察階段的工作應(yīng)循序漸進(jìn)，逐步深入，并與各設(shè)計(jì)階段相適應(yīng)。共五十三頁 1. 規(guī)劃(guhu)勘察 規(guī)劃勘察(knch)的目的，是為河流開發(fā)方案和水利水電工程選點(diǎn)提供初步的工程地質(zhì)資料和地

2、質(zhì)依據(jù)。 共五十三頁 可行性研究勘察，是在河流或河段規(guī)劃選定方案的基礎(chǔ)(jch)上進(jìn)行的勘察。其目的是為選定壩址、基本壩型、引水線路和樞紐布置方案進(jìn)行地質(zhì)論證，并提供工程地質(zhì)資料。2可行性研究勘察(knch)共五十三頁 3初步設(shè)計(jì)勘察(knch) 初步設(shè)計(jì)勘察，是在可行性研究階段選定的壩址和建筑場地上進(jìn)行的勘察。其目的是查明水庫區(qū)及建筑物地區(qū)的工程地質(zhì)(dzh)條件，為選定壩型、樞紐布置進(jìn)行地質(zhì)(dzh)論證，并為建筑物設(shè)計(jì)提供地質(zhì)(dzh)資料。共五十三頁 技施設(shè)計(jì)勘察是在初步設(shè)計(jì)階段選定的樞紐建筑物場地上進(jìn)行的勘察。其目的是檢驗(yàn)前期(qinq)勘察的地質(zhì)資料與結(jié)論，為優(yōu)化建筑物設(shè)計(jì)提供地質(zhì)

3、資料。 4技施設(shè)計(jì)(shj)勘察共五十三頁第一節(jié) 工程地質(zhì)測繪(chu) 工程地質(zhì)測繪是工程地質(zhì)勘察中最重要、最基本的勘察方法。 它是運(yùn)用地質(zhì)學(xué)的理論和方法，通過野外調(diào)查和綜合研究勘察區(qū)的地貌、地層(dcng)巖性、地質(zhì)構(gòu)造、物理地質(zhì)現(xiàn)象、水文地質(zhì)條件等，并將它們填繪在適當(dāng)比例尺的地形圖上，為下一步布置勘探、試驗(yàn)及長期觀測工作打下基礎(chǔ)。共五十三頁水利水電工程測繪(chu)比例尺參照表共五十三頁 野外工程地質(zhì)(dzh)測繪工作，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，在搜集并分析測繪區(qū)已有的地形地質(zhì)(dzh)資料、確定比例尺、范圍及工作內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行。 一般采用下列方法：路線測繪法、地質(zhì)點(diǎn)測繪法、野外實(shí)測地質(zhì)剖面法

4、等。 此外，人造衛(wèi)星、航測和陸攝相片等遙感資料在工程地質(zhì)測繪中也得到了普遍的應(yīng)用。共五十三頁 一、路線測繪(chu)方法 1路線穿越法 這是沿著與地層界線或區(qū)域構(gòu)造(guzo)線的走向垂直的方向，每隔一定距離布置一條路線。沿路線觀察地質(zhì)現(xiàn)象和標(biāo)繪地質(zhì)界線，然后把各路線上標(biāo)測的地質(zhì)界線相連，即可編出地質(zhì)平面圖。這種方法只適用于地質(zhì)條件不太復(fù)雜或小比例尺圖的測繪。 2界線追索法 這是沿著地層界線或斷層延伸方向布置觀測路線。這種方法工作量較大，但成果比較準(zhǔn)確。多用于地層沿走向變化較大、斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，以及巖漿巖分布區(qū)。這種方法多用于中、小比例尺圖的測繪。共五十三頁 二、地質(zhì)(dzh)點(diǎn)測繪方法 在

5、測區(qū)內(nèi)按方格網(wǎng)布置(bzh)地質(zhì)觀察點(diǎn)，逐點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)觀察描述，然后通過分析實(shí)測資料連接各地質(zhì)界線。此法工作量大，但精度高，一般適用于地質(zhì)界線復(fù)雜的情形，或大比例尺圖的地質(zhì)測繪。 觀察點(diǎn)應(yīng)布置在地質(zhì)界線或地質(zhì)現(xiàn)象上，以測繪的目的不同而異，有基巖、構(gòu)造、第四紀(jì)地貌、水文地質(zhì)點(diǎn)等。共五十三頁三、野外實(shí)測地質(zhì)(dzh)剖面圖的作法 在測繪(chu)中，通常要選作幾條具有代表性的實(shí)測剖面，以反映測區(qū)的地質(zhì)條件。 沿垂直于巖層走向或垂直于主要構(gòu)造線的方向，也可沿大壩、廠房、隧洞、溢洪道、渠道的軸線或橫斷面方向選定剖面線方向，依據(jù)地形坡度變化和巖層出露寬度進(jìn)行分段，并選取適當(dāng)?shù)目v、橫比例尺。然后布置測點(diǎn)，用

6、地質(zhì)羅盤或經(jīng)緯儀測定方位和地形坡度；用皮尺量距并詳細(xì)觀測記錄巖層產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化；并采取標(biāo)本進(jìn)行編號。最后用規(guī)定的符號將上述觀測內(nèi)容表示在剖面圖上。 共五十三頁遙感(yogn)是根據(jù)電磁波輻射理論，應(yīng)用現(xiàn)代化探測手段(如航空攝影、電視攝影、紅外掃描、地質(zhì)雷達(dá)等)，借助于車、船、氣球、飛機(jī)、人造衛(wèi)星等各種運(yùn)載工具，通過對地質(zhì)體的電磁波輻射信號的接收記錄，加工整理成為圖像和數(shù)據(jù)，從而對地質(zhì)體進(jìn)行探測和識別技術(shù)。四、遙感技術(shù)在工程地質(zhì)測繪(chu)中的應(yīng)用共五十三頁第二節(jié) 工程(gngchng)地質(zhì)勘探 工程地質(zhì)勘探是在工程地質(zhì)測繪的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步查明以下的工程地質(zhì)問題，取得深部地質(zhì)資料

7、而進(jìn)行的。 勘探工作布置應(yīng)與不同設(shè)計(jì)階段的工程地質(zhì)勘察任務(wù)密切配合。 按勘探方法不同可分為坑探、鉆探和物探?？碧焦ぷ髦饕?zhyo)探明以下問題。 1)揭露地層巖性的變化規(guī)律，如覆蓋層的性質(zhì)和厚度，巖體性質(zhì)及風(fēng)化帶的特征，軟弱夾層及可溶性巖層的特性、分布等。 共五十三頁 2)查明地質(zhì)構(gòu)造，如巖層產(chǎn)狀變化、構(gòu)造形態(tài)、斷層性質(zhì)、破碎帶的特征、裂隙密集帶的分布及隨深度變化的規(guī)律等。 3)了解地下水位的變化、埋藏條件、含水層特征、庫壩區(qū)的滲漏途徑、巖溶的分布發(fā)育規(guī)律、滑坡體的位置及性質(zhì)等。 4)為進(jìn)行巖石(ynsh)物理力學(xué)性質(zhì)和水文地質(zhì)現(xiàn)場試驗(yàn)，以及長期觀測工作等而布置必要的勘探工作。 5)探明天然

8、建筑材料的分布范圍、儲量及質(zhì)量評價(jià)。共五十三頁 一、坑 探 坑探是用人工或機(jī)械掘進(jìn)的方式來探明地表以下淺部的工程地質(zhì)條件(tiojin)，主要包括：探坑、探槽、淺井、斜井、豎井、平洞等。共五十三頁 一、坑 探 坑探的特點(diǎn)是使用工具簡單，技術(shù)要求不高，運(yùn)用廣泛(gungfn)，揭露的面積較大，可直接觀察地質(zhì)現(xiàn)象，不受限制地采取原狀結(jié)構(gòu)試樣，并可用來做現(xiàn)場大型試驗(yàn)。但勘探深度受到一定限制，且成本高，周期長。共五十三頁坑探工程(gngchng)（山地勘探工程(gngchng)）類型共五十三頁山地(shnd)勘探工程類型示意圖共五十三頁平洞展示(zhnsh)圖共五十三頁探井(tnjng)展視圖共五十三

9、頁淺井展示(zhnsh)圖共五十三頁二、鉆 探 鉆探是利用一定的設(shè)備和工具，在人力或動力的帶動下旋轉(zhuǎn)切割或沖擊鑿碎巖石，形成一個(gè)直徑較小而深度較大的圓形鉆孔。 通過取出巖心可直觀地確定地層(dcng)巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體風(fēng)化特征等。從鉆孔中取出巖樣、水樣可進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，利用鉆孔可進(jìn)行工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及灌漿試驗(yàn)、長期觀測工作以及地應(yīng)力測量等。 與物探相比，鉆探的優(yōu)點(diǎn)是可以在各種環(huán)境下進(jìn)行，能直接觀察巖心和取樣，勘探精度高。與坑探比，勘探深度大，不受地下水限制，鉆進(jìn)速度快。共五十三頁共五十三頁巖心(ynxn)鉆探示意圖共五十三頁水平及定向(dn xin)鉆孔共五十三頁 三、地球物理勘探(kntn

10、)（物探） 物探是以專用儀器探測地殼表層各種( zhn)地質(zhì)體的物理場來進(jìn)行地層劃分，判明地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)及各種( zhn)物理地質(zhì)現(xiàn)象的地球物理勘探方法。 采用不同的探測方法，如電法、地震法、磁法、重力法以及放射性勘探等方法可以測定不同的物理場，用以了解地質(zhì)體的特征，分析解決地質(zhì)問題。應(yīng)用最廣的是電法和地震法勘探共五十三頁1.電法勘探 電法勘探是研究地下地質(zhì)體電阻率差異的地球物理勘探方法，也稱之為電阻率法。 該法通常是通過電測儀測定人工或天然電場中巖土地質(zhì)體的導(dǎo)電性大小及其變化，再經(jīng)過專門量板解釋從而區(qū)分地層、構(gòu)造以及覆蓋層和風(fēng)化層厚度、含水層分布和深度、古河道(hdo)、主導(dǎo)充水裂隙方向

11、等。共五十三頁電法勘探（電阻率法）示意圖共五十三頁水利水電工程常用(chn yn)的電法勘探方法共五十三頁 (1)電測深法 電測深法是在地表以某一點(diǎn)為中心(此點(diǎn)稱為常測點(diǎn))，用不同供電極距測量不同深度巖層的視電阻率值，以獲取該點(diǎn)處的地質(zhì)斷面的方法。當(dāng)測點(diǎn)沿勘探線布置時(shí)，可得出地質(zhì)剖面情況。電測深法根據(jù)極距裝置形式(xngsh)可分為對稱四極測深、三極測深、偶極測深和環(huán)形測深四種方法。共五十三頁電測深法及電剖面法的應(yīng)用(yngyng)共五十三頁 (2)電剖面法 中間梯度法是將供電極A、B的間距固定不變，電極M、N在其中部約13的地段沿AB線或平行于AB線測量，這樣的電場被認(rèn)為是均勻的。若測量范圍

12、內(nèi)有高低電阻不均勻地質(zhì)體時(shí)，則反映出極大或極小值；一般(ybn)用來探測陡傾角高阻的帶狀構(gòu)造，測線應(yīng)垂直帶狀構(gòu)造布置。(3)中間(zhngjin)梯度法 電剖面法是測量電極和供電電極的裝置不變，而測點(diǎn)沿某一方向移動，來探測某深度內(nèi)巖層視電阻率值的水平變化規(guī)律的方法。 共五十三頁2.地震(dzhn)勘探方法簡介 地震勘探也是廣泛用于工程地質(zhì)勘探的方法(fngf)之一。它是利用地質(zhì)介質(zhì)的波動性來探測地質(zhì)現(xiàn)象的一種物探方法。 基本原理是利用爆炸或敲擊方法向巖體內(nèi)激發(fā)地震波，地震波以彈性波動方式在巖體內(nèi)傳播。 根據(jù)不同介質(zhì)彈性波傳播速度的差異來判斷地質(zhì)現(xiàn)象。 按彈性波的傳播方式，地震勘探又分為直達(dá)波法

13、、反射波法和折射波法。地震勘探可以用于了解地下地質(zhì)構(gòu)造，如基巖面、覆蓋層厚度、風(fēng)化層、斷層等。共五十三頁 一、工程地質(zhì)試驗(yàn) 在工程地質(zhì)勘察中，工程地質(zhì)試驗(yàn)是取得工程設(shè)計(jì)所需要的各種計(jì)算指標(biāo)的一種重要(zhngyo)手段。它分為室內(nèi)試驗(yàn)和野外試驗(yàn)兩大類。 第三節(jié) 工程地質(zhì)試驗(yàn)及長期(chngq)觀測共五十三頁室內(nèi)試驗(yàn)是將野外采取的試樣送到室內(nèi)進(jìn)行的。其特點(diǎn)是設(shè)備簡單、比較經(jīng)濟(jì)、方法較為成熟，所測物理力學(xué)指標(biāo)已被公認(rèn)；但試樣較小，代表天然條件(tiojin)下的地質(zhì)情況有一定的限制。野外試驗(yàn)是在天然條件下進(jìn)行的，其優(yōu)點(diǎn)是不用取樣，可保持巖體天然狀態(tài)和原有結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)涉及的巖體體積比室內(nèi)試驗(yàn)樣品大得多

14、，因而更能反映結(jié)構(gòu)面等對巖體性質(zhì)的影響。但這類試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)技術(shù)較為復(fù)雜，成本高，且試驗(yàn)周期長。共五十三頁 野外巖體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，野外水文地質(zhì)試驗(yàn)，以及與施工方法有關(guān)的地質(zhì)技術(shù)試驗(yàn)，如灌漿試驗(yàn)等。其中，野外水文地質(zhì)試驗(yàn)主要包括下列項(xiàng)目：抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、地下水流向流速試驗(yàn)、連通(lintng)試驗(yàn)等。 以下著重介紹野外巖體力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。 野外試驗(yàn)主要(zhyo)包括：共五十三頁巖體變形試驗(yàn)可分為承壓板法試驗(yàn)、水壓洞室試驗(yàn)、狹縫(xi fn)試驗(yàn)以及鉆孔變形試驗(yàn)等。它們的基本原理相同，這里僅介紹常用的承壓板法試驗(yàn)。承壓板法試驗(yàn)一般在平洞中進(jìn)行，通過剛性或柔性承壓板施力于半無限空間巖體

15、表面，量測巖體變形，按彈性理論計(jì)算巖體變形參數(shù)。 1巖體變形(bin xng)試驗(yàn)共五十三頁承壓板載荷(zi h)試驗(yàn)裝置圖共五十三頁 2巖體抗剪試驗(yàn)(shyn)巖體抗剪試驗(yàn)可分為下列三類：巖體本身的抗剪強(qiáng)度(qingd)試驗(yàn)，巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和混凝土巖體膠結(jié)面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。一般在平洞內(nèi)用雙千斤頂平推法進(jìn)行。共五十三頁巖體抗剪試驗(yàn)(shyn)示意圖共五十三頁 3巖體應(yīng)力(yngl)測量巖體應(yīng)力測量常用的方法有應(yīng)力恢復(fù)法、應(yīng)力解除法及水壓致裂法等。 （詳見第九章） 4野外簡易(jiny)巖體強(qiáng)度試驗(yàn)(1)點(diǎn)荷載試驗(yàn)。巖石點(diǎn)荷載試驗(yàn)是將試件置于上、下一對球端圓錐之間，施加集中荷載直

16、至破壞，據(jù)此求得巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù)。該試驗(yàn)方法簡便，可應(yīng)用不規(guī)則的試樣，無需巖樣加工，有利于降低試驗(yàn)成本，加快試驗(yàn)進(jìn)程，尤其是對于難以取樣和無法進(jìn)行巖樣加工的軟巖和嚴(yán)重風(fēng)化的巖石，更顯示出其優(yōu)越性。(2)回彈錘擊試驗(yàn)。用測定混凝土強(qiáng)度的回彈儀(國外稱施密特錘)來測定巖石強(qiáng)度的方法。共五十三頁點(diǎn)荷載(hzi)儀示意圖共五十三頁 二、長期觀測(gunc)工作長期觀測工作，一般在工程地質(zhì)勘察初步設(shè)計(jì)階段就應(yīng)開始，并貫穿于以后各個(gè)勘察階段，因?yàn)樵S多重要數(shù)據(jù)須從長期觀測中獲得。通常進(jìn)行的長期觀測內(nèi)容包括(boku)：地下水的動態(tài)，滑坡體滑移變形，水庫坍岸變化，以及工程建筑物(如大壩)地基穩(wěn)定等。長期觀測

17、不僅在工程地質(zhì)勘察過程中是一項(xiàng)很重要的工作，而且就是在建筑物修建后，為確保建筑物安全運(yùn)轉(zhuǎn)和驗(yàn)證工程地質(zhì)預(yù)測或評價(jià)的結(jié)論，也具有很重要的意義。有關(guān)水利水電工程在運(yùn)轉(zhuǎn)期間水文地質(zhì)及工程地質(zhì)需長期觀測的內(nèi)容，見下頁表所列。共五十三頁長期(chngq)觀測項(xiàng)目和內(nèi)容（1）共五十三頁長期觀測項(xiàng)目(xingm)和內(nèi)容（2）共五十三頁 第四節(jié) 工程地質(zhì)勘察(knch)成果報(bào)告一、工程地質(zhì)勘察(knch)報(bào)告(1)緒言。簡述工程位置、工程主要指標(biāo)、主要建筑物的布置方案、完成的工作項(xiàng)目及工作量等。(2)區(qū)域地質(zhì)概況。簡要介紹區(qū)域地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、物理地質(zhì)現(xiàn)象和水文地質(zhì)條件等，并對區(qū)域穩(wěn)定性和地震危險(xiǎn)性作

18、出評價(jià)。對于可溶巖區(qū)還應(yīng)著重說明巖溶發(fā)育的規(guī)律及巖溶地下水的補(bǔ)排條件。 共五十三頁 (3)水庫區(qū)的工程地質(zhì)條件。先簡述庫區(qū)的工程地質(zhì)(dzh)條件，然后重點(diǎn)對水庫滲漏、水庫浸沒，庫岸穩(wěn)定、淤積，以及水庫誘發(fā)地震等工程地質(zhì)(dzh)問題作出扼要的地質(zhì)(dzh)說明、定量評價(jià)和結(jié)論，并提出處理意見。共五十三頁 (4)建筑物區(qū)的工程地質(zhì)條件(tiojin)壩區(qū)工程地質(zhì)條件，包括工程概況；主要地質(zhì)條件；與選定壩型、壩軸線、樞紐布置有關(guān)的工程地質(zhì)條件說明，如軟弱夾層、構(gòu)造斷裂、巖體風(fēng)化程度分帶和風(fēng)化深度、覆蓋層厚度和物質(zhì)組成，以及巖體完整性，并給出壩基巖體物理力學(xué)性質(zhì)和水理性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)。對壩基巖體質(zhì)量作出分類(fn li)，對滲漏、滲透變形和邊坡穩(wěn)定等問題進(jìn)行詳細(xì)論證，并給出定量評價(jià)的數(shù)據(jù)；對不良工程地質(zhì)條件，要提出合理可行的處理措施和建議。其他建筑物的工程地質(zhì)條件，包括對引水隧洞、渠道、廠址、泄洪建筑物、通航建筑物和導(dǎo)流工程等的工程地質(zhì)條件進(jìn)行闡述，對不良地質(zhì)因素提出處理意見。共五十三頁(5)天然建筑材料情況。說明天然建筑材料的種類、分布、質(zhì)量、儲量、開采和運(yùn)輸(ynsh)條件等。(6)結(jié)論和建議。扼要綜述建筑物區(qū)的基本地質(zhì)特點(diǎn)，各建筑物主要工程地質(zhì)問題及評價(jià)，論述工程修建后應(yīng)注意的地質(zhì)問題和某些建設(shè)性意見。 共五