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(yè)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(kù)和水工建筑物地區(qū)的工程地質(zhì)條件，分析預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問(wèn)題，充分利用有利的地質(zhì)條件，避開(kāi)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(kāi)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(yè) 1. 規(guī)劃(guhu)勘察 規(guī)劃勘察(knch)的目的，是為河流開(kāi)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(yè) 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(yè) 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(chǎng)地上進(jìn)行的勘察。其目的是查明水庫(kù)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(yè) 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(chǎng)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(yè)第一節(jié) 工程地質(zhì)測(cè)繪(chu) 工程地質(zhì)測(cè)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(guò)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(zhǎng)期觀測(cè)工作打下基礎(chǔ)。共五十三頁(yè)水利水電工程測(cè)繪(chu)比例尺參照表共五十三頁(yè) 野外工程地質(zhì)(dzh)測(cè)繪工作，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，在搜集并分析測(cè)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(cè)繪法、地質(zhì)點(diǎn)測(cè)繪法、野外實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面法

4、等。 此外，人造衛(wèi)星、航測(cè)和陸攝相片等遙感資料在工程地質(zhì)測(cè)繪中也得到了普遍的應(yīng)用。共五十三頁(yè) 一、路線測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)繪。共五十三頁(yè) 二、地質(zhì)(dzh)點(diǎn)測(cè)繪方法 在

5、測(cè)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(guò)分析實(shí)測(cè)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(cè)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(cè)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(yè)三、野外實(shí)測(cè)地質(zhì)(dzh)剖面圖的作法 在測(cè)繪(chu)中，通常要選作幾條具有代表性的實(shí)測(cè)剖面，以反映測(cè)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(cè)點(diǎn)，用

6、地質(zhì)羅盤(pán)或經(jīng)緯儀測(cè)定方位和地形坡度；用皮尺量距并詳細(xì)觀測(cè)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(hào)。最后用規(guī)定的符號(hào)將上述觀測(cè)內(nèi)容表示在剖面圖上。 共五十三頁(yè)遙感(yogn)是根據(jù)電磁波輻射理論，應(yīng)用現(xiàn)代化探測(cè)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(chē)、船、氣球、飛機(jī)、人造衛(wèi)星等各種運(yùn)載工具，通過(guò)對(duì)地質(zhì)體的電磁波輻射信號(hào)的接收記錄，加工整理成為圖像和數(shù)據(jù)，從而對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別技術(shù)。四、遙感技術(shù)在工程地質(zhì)測(cè)繪(chu)中的應(yīng)用共五十三頁(yè)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(cè)繪的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步查明以下的工程地質(zhì)問(wèn)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。勘探工作主要(zhyo)探明以下問(wèn)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(yè) 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(kù)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(chǎng)試驗(yàn)，以及長(zhǎng)期觀測(cè)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(chǔ)量及質(zhì)量評(píng)價(jià)。共五十三頁(yè) 一、坑 探 坑探是用人工或機(jī)械掘進(jìn)的方式來(lái)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(yè) 一、坑 探 坑探的特點(diǎn)是使用工具簡(jiǎn)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(lái)做現(xiàn)場(chǎng)大型試驗(yàn)。但勘探深度受到一定限制，且成本高，周期長(zhǎng)。共五十三頁(yè)坑探工程(gngchng)（山地勘探工程(gngchng)）類(lèi)型共五十三頁(yè)山地(shnd)勘探工程類(lèi)型示意圖共五十三頁(yè)平洞展示(zhnsh)圖共五十三頁(yè)探井(tnjng)展視圖共五十三

9、頁(yè)淺井展示(zhnsh)圖共五十三頁(yè)二、鉆 探 鉆探是利用一定的設(shè)備和工具，在人力或動(dòng)力的帶動(dòng)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(guò)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(zhǎng)期觀測(cè)工作以及地應(yīng)力測(cè)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(yè)共五十三頁(yè)巖心(ynxn)鉆探示意圖共五十三頁(yè)水平及定向(dn xin)鉆孔共五十三頁(yè) 三、地球物理勘探(kntn

10、)（物探） 物探是以專(zhuān)用儀器探測(cè)地殼表層各種( zhn)地質(zhì)體的物理場(chǎng)來(lái)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(cè)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(cè)定不同的物理場(chǎng)，用以了解地質(zhì)體的特征，分析解決地質(zhì)問(wèn)題。應(yīng)用最廣的是電法和地震法勘探共五十三頁(yè)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(chēng)之為電阻率法。 該法通常是通過(guò)電測(cè)儀測(cè)定人工或天然電場(chǎng)中巖土地質(zhì)體的導(dǎo)電性大小及其變化，再經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)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(yè)電法勘探（電阻率法）示意圖共五十三頁(yè)水利水電工程常用(chn yn)的電法勘探方法共五十三頁(yè) (1)電測(cè)深法 電測(cè)深法是在地表以某一點(diǎn)為中心(此點(diǎn)稱(chēng)為常測(cè)點(diǎn))，用不同供電極距測(cè)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(cè)點(diǎn)沿勘探線布置時(shí)，可得出地質(zhì)剖面情況。電測(cè)深法根據(jù)極距裝置形式(xngsh)可分為對(duì)稱(chēng)四極測(cè)深、三極測(cè)深、偶極測(cè)深和環(huán)形測(cè)深四種方法。共五十三頁(yè)電測(cè)深法及電剖面法的應(yīng)用(yngyng)共五十三頁(yè) (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(cè)量，這樣的電場(chǎng)被認(rèn)為是均勻的。若測(cè)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(lái)探測(cè)陡傾角高阻的帶狀構(gòu)造，測(cè)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(cè)量電極和供電電極的裝置不變，而測(cè)點(diǎn)沿某一方向移動(dòng)，來(lái)探測(cè)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(yè)2.地震(dzhn)勘探方法簡(jiǎn)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(dòng)性來(lái)探測(cè)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(dòng)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(lái)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(yè) 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(lèi)。 第三節(jié) 工程地質(zhì)試驗(yàn)及長(zhǎng)期(chngq)觀測(cè)共五十三頁(yè)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(jiǎn)單、比較經(jīng)濟(jì)、方法較為成熟，所測(cè)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(duì)巖體性質(zhì)的影響。但這類(lèi)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(zhǎng)。共五十三頁(yè) 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(yè)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(guò)剛性或柔性承壓板施力于半無(wú)限空間巖體

15、表面，量測(cè)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(yè)承壓板載荷(zi h)試驗(yàn)裝置圖共五十三頁(yè) 2巖體抗剪試驗(yàn)(shyn)巖體抗剪試驗(yàn)可分為下列三類(lèi)：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(yè)巖體抗剪試驗(yàn)(shyn)示意圖共五十三頁(yè) 3巖體應(yīng)力(yngl)測(cè)量巖體應(yīng)力測(cè)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(jiàn)第九章） 4野外簡(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)便，可應(yīng)用不規(guī)則的試樣，無(wú)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(duì)于難以取樣和無(wú)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(cè)定混凝土強(qiáng)度的回彈儀(國(guó)外稱(chēng)施密特錘)來(lái)測(cè)定巖石強(qiáng)度的方法。共五十三頁(yè)點(diǎn)荷載(hzi)儀示意圖共五十三頁(yè) 二、長(zhǎng)期觀測(cè)(gunc)工作長(zhǎng)期觀測(cè)工作，一般在工程地質(zhì)勘察初步設(shè)計(jì)階段就應(yīng)開(kāi)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(zhǎng)期觀測(cè)中獲得。通常進(jìn)行的長(zhǎng)期觀測(cè)內(nèi)容包括(boku)：地下水的動(dòng)態(tài)，滑坡體滑移變形，水庫(kù)坍岸變化，以及工程建筑物(如大壩)地基穩(wěn)定等。長(zhǎng)期觀測(cè)

17、不僅在工程地質(zhì)勘察過(guò)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(cè)或評(píng)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(zhǎng)期觀測(cè)的內(nèi)容，見(jiàn)下頁(yè)表所列。共五十三頁(yè)長(zhǎng)期(chngq)觀測(cè)項(xiàng)目和內(nèi)容（1）共五十三頁(yè)長(zhǎng)期觀測(cè)項(xiàng)目(xingm)和內(nèi)容（2）共五十三頁(yè) 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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)區(qū)域穩(wěn)定性和地震危險(xiǎn)性作

18、出評(píng)價(jià)。對(duì)于可溶巖區(qū)還應(yīng)著重說(shuō)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(yè) (3)水庫(kù)區(qū)的工程地質(zhì)條件。先簡(jiǎn)述庫(kù)區(qū)的工程地質(zhì)(dzh)條件，然后重點(diǎn)對(duì)水庫(kù)滲漏、水庫(kù)浸沒(méi)，庫(kù)岸穩(wěn)定、淤積，以及水庫(kù)誘發(fā)地震等工程地質(zhì)(dzh)問(wèn)題作出扼要的地質(zhì)(dzh)說(shuō)明、定量評(píng)價(jià)和結(jié)論，并提出處理意見(jiàn)。共五十三頁(yè) (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(shuō)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(duì)壩基巖體質(zhì)量作出分類(lèi)(fn li)，對(duì)滲漏、滲透變形和邊坡穩(wěn)定等問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)論證，并給出定量評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)；對(duì)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(duì)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(duì)不良地質(zhì)因素提出處理意見(jiàn)。共五十三頁(yè)(5)天然建筑材料情況。說(shuō)明天然建筑材料的種類(lèi)、分布、質(zhì)量、儲(chǔ)量、開(kāi)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(wèn)題及評(píng)價(jià)，論述工程修建后應(yīng)注意的地質(zhì)問(wèn)題和某些建設(shè)性意見(jiàn)。 共五