第十六章水利水電工程地質(zhì)ppt

1、第十六章 水利水電工程地質(zhì)勘察 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 水壩工程地質(zhì) 第三節(jié) 水庫(kù)工程地質(zhì) 第四節(jié) 水利水電工程地質(zhì)勘察要點(diǎn),第一節(jié) 概述 水利水電工程建設(shè)是一項(xiàng)造福于人類的偉大事業(yè)，它通過建造水工建筑物，利用和調(diào)節(jié)江河、湖泊等地表水體，使之用于發(fā)電、灌溉、水運(yùn)、水產(chǎn)、供水、改善環(huán)境、攔淤、防洪等，達(dá)到興利除害的目的。水是廉價(jià)的常規(guī)能源，我國(guó)水資源非常豐富，理論上能蘊(yùn)藏量6.8億千瓦，占世界第一位，目前只開發(fā)了很少一部分。發(fā)展水利水電事業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有非常重要的意義。,水利水電工程不同于其他任何建筑工程表現(xiàn)為： 1、它由許多不同類型建筑物構(gòu)成，因而對(duì)地質(zhì)上也提出各種要求； 2、水對(duì)地質(zhì)

2、環(huán)境的作用方式是主要的，其對(duì)建筑影響范圍廣，產(chǎn)生一些其他類型建筑不具有的特別的工程地質(zhì)問題。,水工建筑物對(duì)地質(zhì)體的作用主要表現(xiàn)在三個(gè)方面： 1、各種建筑物以及水體對(duì)巖土體產(chǎn)生荷載作用，這就要巖土體有足夠的強(qiáng)度和剛度，滿足穩(wěn)定性的要求； 2、水向周圍地質(zhì)體滲入或漏失，引起地質(zhì)環(huán)境的變化，從而導(dǎo)致岸坡失穩(wěn)、庫(kù)周浸沒、水庫(kù)地震，也可以因?yàn)樗臈l件改變導(dǎo)致庫(kù)區(qū)淤積和壩下游沖刷等一系列工程地質(zhì)問題； 3、施工開挖采空，引起巖土體變形破壞。,因壩基中存在有抗剪強(qiáng)度低的土層而造成的土壩或堆石壩壩基和壩坡的坍滑。,因壩下滲透水流將壩基巖石中的細(xì)顆粒物質(zhì)帶走，使壩基 被掏空而造成的破壞。,壩下游巖體沖刷(溢流沖

3、刷)掏空，也可造成大壩的破壞。,第二節(jié) 水壩工程地質(zhì) 各類水壩的特點(diǎn)及其對(duì)工程地質(zhì)條件的要求 壩區(qū)滲漏及對(duì)壩基穩(wěn)定性的影響 壩基（肩）抗滑穩(wěn)定性問題 壩址選擇工程地質(zhì)論證,一、各類水壩的特點(diǎn)及其對(duì) 工程地質(zhì)條件的要求 （一）重力壩 （二）拱壩 （三）土壩 （四）堆石壩（干砌石壩）,一、各類水壩的特點(diǎn)及其對(duì)工程地質(zhì)條件的要求 水壩的分類 按筑壩材料可分為： 土壩、堆石壩、干砌石壩、混凝土壩等； 按壩體結(jié)構(gòu)可分為： 重力壩、拱壩、支墩壩； 按壩高（H）可分為： 低壩（H70m） 不同類型的壩，其工作特點(diǎn)及對(duì)工程地質(zhì)條件的要求是不同的，下面討論幾類常見水壩的特點(diǎn)及其對(duì)工程地質(zhì)條件的要求。,(一)重力

4、壩 重力壩也是一種常用壩型，有混凝土重力壩和漿砌石重力壩。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，對(duì)地形適應(yīng)性好，所以在各種壩型中的比重僅次于土壩。,重力壩的特點(diǎn)是重量大，依靠其自重與地基間產(chǎn)生的摩擦力來抵抗壩前庫(kù)水等的水平推力，保持大壩穩(wěn)定。,重力壩在滿足抗滑穩(wěn)定及無拉應(yīng)力兩個(gè)主要條件的同時(shí)，壩體內(nèi)的壓應(yīng)力通常是不高的。如一座高達(dá)70m的重力壩，共壩體最大壓應(yīng)力一般不超過2MNm2，所以材料強(qiáng)度未能被充分利用，不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，由基礎(chǔ)面較寬，地基面上的壓應(yīng)力也是不高的。澆筑混凝土壩體時(shí)，由于溫度效應(yīng)會(huì)使其產(chǎn)生裂縫。為了克服上述缺點(diǎn)和節(jié)省材料近數(shù)十年來國(guó)內(nèi)外創(chuàng)造發(fā)展了寬縫式、空腹式、空腹填碴式及予應(yīng)力式等新型重

5、力壩。,重力壩對(duì)工程地質(zhì)條件的要求是： 1壩基巖石的強(qiáng)度要高。要求壩基巖石堅(jiān)硬完整，有較高的抗壓強(qiáng)度，以支持壩體的重量。同時(shí)，也應(yīng)具有較大的抗剪強(qiáng)度，以利于其抗滑穩(wěn)定性。因此，重力壩一般要求修建在堅(jiān)硬的巖石地基上，軟基是不適宜的。當(dāng)壩基巖層中有緩傾角的軟弱夾層、泥化夾層和斷層破碎帶等軟弱結(jié)構(gòu)面存在時(shí)，對(duì)重力壩的抗滑穩(wěn)定很不利，尤其是那些傾向與工程作用力方向一致的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面。壩基中若有河流覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化基巖時(shí)，需清除或加固。 2，壩基巖石的滲透性要弱。壩基巖石中的縫隙，會(huì)產(chǎn)生滲漏及揚(yáng)壓力，對(duì)水庫(kù)蓄水效益和壩基抗滑穩(wěn)定均不利。特別是強(qiáng)烈?guī)r溶化地層和順河向的大斷裂破碎帶，在壩址勘察中應(yīng)十分注意

6、，對(duì)它們的處理常常是很復(fù)雜和困難的。 3，就近應(yīng)有足夠的、合乎質(zhì)量要求的砂礫石和碎石等混凝土粗細(xì)骨料，它往往是確定重力壩型的依據(jù)之一。,(二)拱壩 拱壩在平面上呈圓弧形，凸向上游，拱腳支承于兩岸。作用于壩體上的庫(kù)水壓力等，借助于拱的推力作用傳遞給拱端兩岸的山體，并依靠它的支承力來維持穩(wěn)定。 拱壩的上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了它對(duì)工程地質(zhì)條件的特殊要求： 1，壩址應(yīng)為左右對(duì)稱的峽谷地形。河谷高寬比愈大的“V”形峽谷，愈有利于發(fā)揮拱壩的推力結(jié)構(gòu)作用。若地形不對(duì)稱，就需開挖或采取結(jié)構(gòu)措施使之對(duì)稱。 2壩基及拱端應(yīng)座落在堅(jiān)硬完整、新鮮均勻的基巖上，上下游岸坡和拱端巖體穩(wěn)定，且無與推力方向一致的軟弱結(jié)構(gòu)面存在。

7、,（三）土壩 利用當(dāng)?shù)赝亮隙阎傻囊环N歷史最悠久，采用最廣泛的壩型。它有很多優(yōu)點(diǎn)：可以就地取材、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工技術(shù)容易為群眾掌握，抗震性能強(qiáng)，而且對(duì)地質(zhì)條件的要求在各類壩型中是最低的。按其筑壩材料和防滲結(jié)構(gòu)不同，可以分為若干類型。,土壩對(duì)工程地質(zhì)條件的要求是： 1）壩基要有一定的強(qiáng)度。由于土壩允許產(chǎn)生較大的變形，故可以在土基(軟基)上修建。要求壩基材料具有一定的承載能力和抗剪強(qiáng)度。選擇壩址時(shí)，應(yīng)避免以淤泥軟土層，膨脹、崩解性較強(qiáng)的土層，濕陷性較強(qiáng)的黃土層以及易溶鹽較高的巖層作為壩基。 2）壩基透水性要小。壩基若是深厚砂卵石層或巖溶化強(qiáng)烈的碳酸鹽巖類，則不僅產(chǎn)生嚴(yán)重的滲漏，影響水庫(kù)蓄水效益，而

8、且可能會(huì)出現(xiàn)滲透穩(wěn)定問題。在河谷地段地下水位甚低、巖石透水性較強(qiáng)的碳酸鹽巖區(qū)建壩，常會(huì)出現(xiàn)。我國(guó)北方的中小型土壩此類問題較突出。 3）就近要有數(shù)量足夠和質(zhì)量合乎要求的土料，包括一般的堆填料和防滲粘土料，它直接影響壩的經(jīng)濟(jì)條件和壩體質(zhì)量。,二、壩區(qū)滲漏及對(duì)壩基穩(wěn)定性的影響 壩區(qū)滲漏：水庫(kù)蓄水后，壩上、下游形成一定的水位差（壓力水頭），在該水頭作用下，庫(kù)水將從壩區(qū)巖土體內(nèi)的空隙通道向壩下游滲出，稱其為壩區(qū)滲漏。 同時(shí)，滲流場(chǎng)的水流具有一定的滲透壓力和上托力，使土石體產(chǎn)生滲透變形或?qū)r體產(chǎn)生揚(yáng)壓力而不利于抗滑穩(wěn)定性。 （一）壩區(qū)滲漏條件分析及滲漏量計(jì)算 （二）滲透水流對(duì)壩基穩(wěn)定性的影響 （三）裂隙巖

9、體防滲減壓措施,（一）壩區(qū)滲漏條件分析及滲漏量計(jì)算,1、 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(huì)影響水庫(kù)的效益，或者滲透水流作用危及壩體安全，此時(shí)，壩區(qū)滲漏成為必須防治的工程地質(zhì)問題。,（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(shí)度、分選性和土層結(jié)構(gòu)，這些又與其成因、形成時(shí)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

10、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(shí)代由新到老，透水性一般會(huì)變小。 按滲透系數(shù)和滲透率大小，可將土石體分為幾個(gè)不同透水性等級(jí)。,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(duì)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(qiáng)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

11、種原生結(jié)構(gòu)面，都可以構(gòu)成強(qiáng)烈的滲漏通道。,滲漏邊界條件分析 庫(kù)水沿?cái)鄬踊蛄严睹芗瘞Мa(chǎn)生的帶狀滲漏，或者由于隔水層與透水層交互成層，庫(kù)水沿其透水巖層產(chǎn)生的層狀滲漏，易于確定，便于防治。,庫(kù)水沿巖體中裂隙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生散狀滲漏，無一定方向性，邊界條件復(fù)雜而不明確，此時(shí)可以進(jìn)行壓水試驗(yàn)，根據(jù)滲透率大小繪制出透水性剖面圖，以了解巖體的透水性。,2、滲漏量的計(jì)算 通過地質(zhì)調(diào)查和分析以及水文地質(zhì)試驗(yàn)，可以初步確定滲漏的途徑、邊界條件和計(jì)算參數(shù)。以此為基礎(chǔ)，便可以估算滲漏量的大小。滲漏量計(jì)算是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，往往很難找到一個(gè)切合實(shí)際的計(jì)算方法。實(shí)際工作中，多數(shù)情況下是對(duì)實(shí)際地質(zhì)條件做些簡(jiǎn)化，采用水力學(xué)計(jì)算

12、（或作流網(wǎng)圖）方法進(jìn)行估算，以便得到一個(gè)滲漏量的初步評(píng)價(jià)，為確定滲漏損失和合理的防滲措施提供依據(jù)。倘若要求較精確的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)盡可能根據(jù)實(shí)際條件，采用流體力學(xué)等精確計(jì)算或用模型模擬試驗(yàn)方法確定。,（1）壩基滲漏量計(jì)算 表16-3列出了幾種簡(jiǎn)單條件下簡(jiǎn)化的計(jì)算式。有了單寬流量，根據(jù)實(shí)際滲流帶寬度B立即得到總滲漏量Q=B*q。上述均適用于層流狀態(tài)，若水流為紊流，只需將以上各式的水力坡度該為I1/2及紊流滲透系數(shù)KW（I1/2及KW 參考水文地質(zhì)學(xué)），便可用相應(yīng)公式計(jì)算滲漏量。,（2）繞壩滲漏量計(jì)算 繞壩滲漏集中發(fā)生在臨近壩結(jié)構(gòu)的岸邊地帶，因而岸邊地帶某一范圍內(nèi)滲漏的邊界條件，巖土透水性能以及初始地

13、下水位的狀況，是繞壩滲漏的控制因素，繞壩滲漏計(jì)算也有水力學(xué)方法、流體力學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)室方法。目前基本上采用水力學(xué)方法，此法假設(shè)岸邊流線形狀與壩結(jié)構(gòu)建筑物輪廓相似，均為有規(guī)則的幾何曲線，且沿流線流速不變，此外，繞壩滲漏屬三維流，而計(jì)算時(shí)假定為二維流，所以它是近似計(jì)算方法，根據(jù)滲漏邊界條件復(fù)雜程度有全帶法和分束法，也可通過流網(wǎng)法計(jì)算。 全帶法 分束法,全帶法 簡(jiǎn)單的水文地質(zhì)條件下，并假定安邊線平直，透水層均質(zhì)，隔水底板水平，繞滲帶為半圓形,滲流為無壓層流時(shí)： 滲流為有壓層流時(shí)： 式中： H為壩上、下游水頭差； M為承壓含水層厚度； r0 為壩接頭引用半徑 （L為壩頭輪廓周長(zhǎng)）； B為繞滲帶寬度， ，

14、 L為繞滲帶邊緣長(zhǎng)度，在沿壩軸線的剖面上，繞壩滲流邊界一般以天然地下水位相當(dāng)?shù)乃畮?kù)正常高水位的某一點(diǎn)近似確定； 其他符號(hào)意義同前。 當(dāng)岸邊線形狀復(fù)雜，隔水底板傾斜時(shí)，可采用分束計(jì)算流量的方法。,分束法 當(dāng)庫(kù)岸及下游河岸形狀復(fù)雜，隔水底板傾斜起伏時(shí)，需先近似地繪制半橢圓形流線，將滲流范圍分成若干個(gè)滲流帶，計(jì)算每一個(gè)滲流帶的滲漏量（Q），然后將其綜合起來，即為該岸的繞壩滲漏量（Q）。 可根據(jù)卡明基公式近似計(jì)算： 無壓流時(shí)： 有壓流時(shí)： 式中：b、L分別為代表某一滲流帶長(zhǎng)條的寬度和長(zhǎng)度； 其它符號(hào)意義同前。,（二）滲透水流對(duì)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(kù)水與下游河道水位差引起很大

15、的滲透壓力，同時(shí)，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(yáng)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(yáng)壓力。 揚(yáng)壓力是對(duì)壩基穩(wěn)定性極不利的因素，過高的揚(yáng)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。,幾種典型的揚(yáng)壓力分布情況及計(jì)算公式： 1、壩基底面上上的揚(yáng)壓力,（1）對(duì)于厚度不大的均勻透水壩基、水平建基面、無任何防滲措施條件下，壩踵滲入點(diǎn)滲透壓力為 （H為上、下游水位差，g為重力加速度，w為水的密度），壩趾滲出點(diǎn)滲透壓力一般視為零。

16、壩底任一點(diǎn)壓力近似按線性分布，則整個(gè)壩底剖面上滲透壓力分布呈三角形（2）?？紤]到下游水位H2對(duì)壩體產(chǎn)生浮托力（1），整個(gè)揚(yáng)壓力分布呈梯形（圖169）其值為,一定尺寸的防滲帷幕和排水孔，壩基揚(yáng)壓力大小可用理論計(jì)算求得。我國(guó)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，要求設(shè)置帷幕后其中心線處揚(yáng)壓力大小降至 ；排水孔中心線揚(yáng)壓力降至 ，其中1、2稱為剩余水頭系數(shù)，一般1取0.450.6，2取0.20.4，此時(shí)揚(yáng)壓力分布圖1610，其值為,工程設(shè)計(jì)上，為了減小壩基揚(yáng)壓力常在壩基下設(shè)置防滲帷幕及排水措施（如排水孔）。前者可截?cái)嗨骰蜓娱L(zhǎng)滲流途徑，后者適量排水均可達(dá)到降低揚(yáng)壓力的效果。,2、深部滑移面上的揚(yáng)壓力 由于深部滑

17、移面往往是三維空間曲面或二維平面，揚(yáng)壓力分布比較復(fù)雜，可以近似地按一維線性分布規(guī)律計(jì)算，換算方法見圖16-11，滑移控制面上某一點(diǎn)水頭值的計(jì)算公式為：,式中：z（x）為結(jié)構(gòu)面某一點(diǎn)的埋深； H（x）為壩底面滲壓水頭投影到結(jié)構(gòu)面上某一點(diǎn)的值。,（三）裂隙巖體防滲減壓措施 1、基于裂隙巖體的滲透特性，歸納不同的壩區(qū)滲漏模型： （1）散狀滲漏型：在均質(zhì)的結(jié)晶巖或?qū)訝顜r體中，由于構(gòu)造型式復(fù)雜，各種結(jié)構(gòu)面相交切，組成復(fù)雜的裂隙網(wǎng)格系統(tǒng)，巖體破碎，滲漏無一定方向，其邊界條件極為復(fù)雜，滲漏量視裂隙數(shù)量及寬度、連通程度而定。 （2）帶狀滲漏型：在各種巖層中，由于某組結(jié)構(gòu)面發(fā)育，如順河的斷層或裂隙密集帶，此組結(jié)

18、構(gòu)面（帶）就成為集中滲漏通道。這種滲漏型式簡(jiǎn)單、明顯，邊界條件易于確定。當(dāng)各種結(jié)構(gòu)面組合成為規(guī)模較大的帶狀滲漏通道時(shí)，邊界條件較復(fù)雜，滲漏量大。 （3）層狀滲漏型：層狀結(jié)構(gòu)的水平或緩傾巖體中，透水層與隔水層交互成層，連續(xù)性較強(qiáng)的沉積結(jié)構(gòu)面發(fā)育，可沿層狀透水巖體明顯地滲漏，這種情況下，構(gòu)造結(jié)構(gòu)面對(duì)滲漏不起主導(dǎo)作用，當(dāng)多層的透水層與隔水層交互成層時(shí)，則形成多層狀滲漏通道，規(guī)模較大，此種滲漏型式的滲漏帶明顯，邊界條件易確定。,2、裂隙巖體防滲減壓措施 防滲措施原理上采取截?cái)嗨骰蜓娱L(zhǎng)滲徑的辦法，減壓可通過防滲來實(shí)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

19、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(gè)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(shí)，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(zhǎng)度按壩基和壩

20、肩防滲帶總長(zhǎng)度來確定；帷幕厚度受灌漿的孔距及排距控制，具體設(shè)計(jì)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(yáng)壓力的良好效果。排水孔常與帷幕配合使用，也可以單獨(dú)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(duì)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(dú)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

21、要進(jìn)行防滲處理。當(dāng)斷層由角礫巖、碎塊巖組成時(shí)，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(shí)，因含泥質(zhì)較多，可灌性差，需采用防滲井措施，即沿?cái)鄬訋а由旆较蛲诔?，回填混凝土，并在兩?cè)的影響帶范圍進(jìn)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(kù)水與滲漏通道的聯(lián)系。,三、壩基（肩）抗滑穩(wěn)定性問題 概述 重力壩壩基抗滑穩(wěn)定性 拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定性 提高壩基（肩）巖體穩(wěn)定性的工程措施,（一）概述 在巖土體地基上建壩，首先必須在強(qiáng)度和變形上滿足大壩荷載的要求，以便維持其穩(wěn)定。對(duì)于松散土體壩基來說，強(qiáng)度比較低，總的變形量較大，因

22、而只適宜于建造大底面、柔性結(jié)構(gòu)的土石壩，但是高壓縮性土和不均一地基，往往產(chǎn)生過大的沉陷或不均勻沉陷，使得壩頂設(shè)計(jì)高度得不到保證或差異沉陷引起壩身拉裂破壞。巖石壩基的承載力可根據(jù)巖塊單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度，結(jié)合巖體節(jié)理裂隙發(fā)育程度來決定，變形一般可不予考慮。但是，對(duì)于建在非均一巖基上的剛性壩，它們對(duì)不均勻沉陷非常敏感，要注意分析產(chǎn)生不均勻沉陷的地質(zhì)條件，并進(jìn)行不均勻沉陷驗(yàn)算。事實(shí)上，基巖上建壩，導(dǎo)致壩體破壞的地質(zhì)原因主要是沿弱面的滑移剪切破壞。我國(guó)已建和在建的大壩中，因?yàn)榭够€(wěn)定性問題不得不改變?cè)O(shè)計(jì)、延長(zhǎng)工期、增加投資或加固處理者占1/3。,（二）重力壩壩基抗滑穩(wěn)定性 重力壩完全是依靠自身重量與壩

23、基巖體之間產(chǎn)生摩擦力來維持穩(wěn)定的。一旦壩基存在地質(zhì)上的缺陷，使之產(chǎn)生的有效摩擦力不足以維持平衡，便可能沿這些弱面產(chǎn)生整體剪切滑動(dòng)，導(dǎo)致壩體破壞失穩(wěn)。這些地質(zhì)上的弱面通常是壩體與壩基巖體接觸界面、壩基淺部風(fēng)化軟弱巖體及深部軟弱結(jié)構(gòu)面。 因而產(chǎn)生滑移破壞的類型是： 1、表層滑動(dòng) 2、巖體淺部滑動(dòng) 3、巖體深部滑動(dòng),當(dāng)壩基巖體堅(jiān)硬完整、無控制性軟弱結(jié)構(gòu)面存在，巖體強(qiáng)度遠(yuǎn)大于接觸面強(qiáng)度時(shí)，就可能產(chǎn)生這種類型的破壞。此時(shí)，接觸面的摩擦系數(shù)和凝聚力是控制壩體穩(wěn)定的主要指標(biāo)。出現(xiàn)表層滑動(dòng)一般是由于施工質(zhì)量或清基不徹底造成的。只要嚴(yán)格施工，并在設(shè)計(jì)上加以控制，這種形式的破壞是可以避免的。,1、表層滑動(dòng) 表層滑

24、動(dòng)是指發(fā)生在壩底與基巖接觸面上的平面剪切（滑動(dòng)）破壞。（圖16-13）,2、巖體淺部滑動(dòng) 當(dāng)壩基淺部巖體強(qiáng)度相對(duì)于接觸面及深部巖體強(qiáng)度偏低時(shí)，便成為最薄弱的部位，有可能產(chǎn)生沿淺部巖體的平面剪切滑動(dòng)，見圖16-15。,淺部巖體軟弱破碎或建基面風(fēng)化層清理不徹底等是產(chǎn)生這種破壞的主要原因。 淺部滑動(dòng)采用表層滑動(dòng)的公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定性，其計(jì)算指標(biāo)采用實(shí)際軟弱巖體或破碎巖體的抗剪（或抗剪斷）強(qiáng)度參數(shù)。,3、巖體深部滑動(dòng) 深部滑動(dòng)：指壩體連同一部分巖體，沿壩基深部巖體中軟弱面產(chǎn)生的整體滑動(dòng)，地質(zhì)上受控于一定幾何特征和物理性狀的各種界面，其滑移邊界條件復(fù)雜，滑移體形態(tài)多樣。,把滑移體邊界條件歸屬于三類，見圖1

25、6-16，即 滑移面 切割面 臨空面 只有具備了這三個(gè)面，滑移體方能產(chǎn)生整體滑動(dòng)。深部滑動(dòng)是工程地質(zhì)研究的重點(diǎn)對(duì)象，要結(jié)合地質(zhì)條件分析滑移體的構(gòu)成，對(duì)可能滑移體做出穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。,滑移面： 是壩基滑移體沿之滑動(dòng)的面，壩基巖體中性質(zhì)相對(duì)軟弱的連續(xù)結(jié)構(gòu)面都可能成為滑移面，如軟弱夾層面、泥化面、斷層面、夾泥的連續(xù)節(jié)理破裂面等。 滑移面可以是單一的平面（或曲面），也可以是幾個(gè)平面共同組成的楔形、梯形與復(fù)雜的空間界面。一定方式的工程荷載及特定的地質(zhì)條件下，壩基巖體內(nèi)若干結(jié)構(gòu)面中，常常是那些具有相對(duì)優(yōu)越條件的結(jié)構(gòu)面最有可能成為滑移面。 成為滑移面的條件： 結(jié)構(gòu)面傾角低緩，一般小于30，傾向（或走向）與工程作

26、用力方向近一致者，這種結(jié)構(gòu)面容易在下滑方向上產(chǎn)生較大的下滑力； 連續(xù)性好，埋藏較淺； 性質(zhì)軟弱，結(jié)構(gòu)面性質(zhì)軟弱與否，主要取決于其平直光滑程度、充填物厚度、性質(zhì)、膠結(jié)情況，延展性等。 實(shí)際工作中，根據(jù)上述條件分析確定可能的滑移面，當(dāng)存在幾個(gè)可能情況時(shí)，宜采用分別試算的辦法確定。,切割面： 與滑移面相配合起切割巖體作用，使之與母巖脫離而形成滑移體的各種陡傾角地質(zhì)結(jié)構(gòu)面。 縱向切割面：當(dāng)切割面的走向與工程作用力方向近乎平行時(shí)，稱為縱向切割面?；茣r(shí)在該面上主要產(chǎn)生剪應(yīng)力，當(dāng)切割面的抗剪強(qiáng)度較高，所產(chǎn)生的阻滑力對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定有利。 橫向切割面：當(dāng)切割面的走向與工程作用力方向近乎垂直時(shí)，稱為橫向切割面。

27、滑移時(shí)，在該面上主要產(chǎn)生拉應(yīng)力，它一般位于滑移體的后緣。,臨空面： 指為滑移體提供變形、滑移的空間，有水平和陡立兩種類型。圖16-17,潛在臨空面：在滑移體前方，有時(shí)并不具備上述的臨空面，但有與之近乎正交的軟弱巖層，斷層破碎帶，節(jié)理密集帶或隱伏巖溶空間存在時(shí)，由于它們?cè)诠こ塘ψ饔孟碌膲嚎s累積變形很大，因而可能構(gòu)成陡立臨空面，成為潛在臨空面。,滑移體結(jié)構(gòu)形態(tài),壩基巖體多組結(jié)構(gòu)面空間上可以產(chǎn)生多組組合，形成各種復(fù)雜的滑移結(jié)構(gòu)形體。能夠產(chǎn)生滑移者，不可能是豎立的幾何形體，而是那些平臥形狀的。易滑平臥體大致上可歸納為單滑面和雙滑面兩種類型。,（三）拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定性 不同的壩型對(duì)壩肩穩(wěn)定性要求不同。土

28、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(kù)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(duì)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(qiáng)度和剮度時(shí)，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(shí)，將對(duì)拱壩的穩(wěn)定性帶來威脅。因此，拱壩需進(jìn)行壩肩巖體抗滑穩(wěn)定分析。,1、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

29、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(diǎn)：,（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(shí)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(dòng)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

30、,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16-24,2、抗滑穩(wěn)定性計(jì)算 壩肩抗滑穩(wěn)定性計(jì)算的基本原理與壩基抗滑穩(wěn)定性計(jì)算類似，即根據(jù)剛體極限平衡原理計(jì)算出滑動(dòng)方向上抗滑穩(wěn)定性系數(shù)，據(jù)此判斷壩肩巖體穩(wěn)定性。 計(jì)算時(shí)考慮兩種情況： 一是假定拱圈沿壩肩巖體某一水平面上剪斷破壞，進(jìn)行所謂的平面穩(wěn)定性計(jì)算； 二是根據(jù)實(shí)際存在于壩肩巖體中滑移結(jié)構(gòu)體，進(jìn)行整體穩(wěn)定性計(jì)算。,（1）平面穩(wěn)定性計(jì)算 如圖16-25a，對(duì)兩壩肩取若干單位厚度（ ）的水平拱圈，假設(shè)每一拱圈在軸向和切向推力作用下，沿著某一鉛直縱切面及水平面產(chǎn)生平面剪切滑動(dòng)，并分別計(jì)算若干拱圈在上述條件下的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，視

31、穩(wěn)定性系數(shù)最小者為拱端薄弱部位，據(jù)其判別拱端巖體穩(wěn)定性。 對(duì)某拱圈來說，其縱向破裂面可以是一鉛直縱切面，如圖16-25b中ab面，分別假定任一縱切面與水平面組成滑移體，計(jì)算出各自穩(wěn)定性系數(shù)，其穩(wěn)定性系數(shù)最小者所對(duì)應(yīng)的縱切面便為該拱圈的可能破裂面。,計(jì)算中不考慮上、下拱圈的連結(jié)作用，則穩(wěn)定性系數(shù)K為 式中：f1、f2、C1、C2分別為縱切面與水平面的摩擦系數(shù)和內(nèi)聚力； A1、A2分別為縱切面與水平面的面積； G、W分別為縱切面及水平面上的水壓力； pH、pV分別為拱端軸向推力和切向推力，由工程設(shè)計(jì)人員給出。,（2）整體穩(wěn)定性計(jì)算 計(jì)算前應(yīng)先分析岸坡巖體結(jié)構(gòu)，確定滑移結(jié)構(gòu)體，然后根據(jù)極限平衡條件計(jì)

32、算整個(gè)滑移體的穩(wěn)定性系數(shù)，其計(jì)算原理同前，不同的是壩肩結(jié)構(gòu)體屬于復(fù)雜的空間塊體，計(jì)算公式為 式中：f、C、A分別為滑移面的摩擦系數(shù)、內(nèi)聚力和它的面積。,（四）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(shí)，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(jì)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(qiáng)度的有效措施。固結(jié)灌漿是利用鉆孔將高標(biāo)號(hào)的水泥漿液或化學(xué)漿液壓入巖體中，使之封閉裂隙，加強(qiáng)基巖的完整性，

33、達(dá)到提高巖體強(qiáng)度和剛度的目的。常規(guī)的灌漿是在整個(gè)基礎(chǔ)大面積內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)應(yīng)分批逐步完成整個(gè)灌漿工程，應(yīng)根據(jù)壩基壓力，地質(zhì)條件等合理設(shè)計(jì)灌漿孔深、孔距、灌漿壓力和漿液稠度，即先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)。有時(shí)為了處理斷層、軟弱夾層和溶洞等，須進(jìn)行特殊的灌漿方法。,2、開挖回填 對(duì)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(qiáng)地基的強(qiáng)度。應(yīng)根據(jù)對(duì)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(shí)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

34、成具有一定抗拉能力的結(jié)構(gòu)。 此外，對(duì)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(qiáng)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(shí)，應(yīng)充分考慮到防滲排水的作用，一項(xiàng)處理工程有時(shí)問題多樣，條件較復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合采用上述有關(guān)處理措施。,四、壩址選擇工程地質(zhì)論證 （一）壩址選擇的一般過程 （二）壩址選擇工程地質(zhì)研究要點(diǎn) 1、巖土性質(zhì) 2、地質(zhì)構(gòu)造 3、水文地質(zhì)條件,（一）壩址選擇的一般過程 一項(xiàng)重要工程的壩址選擇，受到政治、經(jīng)濟(jì)、工程技術(shù)、自然地理、地質(zhì)條件等多種因素制約，其中地質(zhì)因素在壩址選擇過程中隨著階段的提高和建筑位置具體化而越來越重要

35、，壩址選擇應(yīng)遵循“面中求點(diǎn)，逐級(jí)比較、擇優(yōu)選定”的原則。 首先了解整個(gè)流域的工程地質(zhì)條件，選出若干個(gè)可能建壩的河段，經(jīng)過地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的比較，制訂梯級(jí)開發(fā)方案，并確定首期開發(fā)的河段或壩段。進(jìn)一步研究首期開發(fā)壩段的工程地質(zhì)條件，提出幾個(gè)供比選的壩址，經(jīng)過地質(zhì)勘察和概略設(shè)計(jì)之后，對(duì)各比選壩址的地質(zhì)條件、可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題、各建筑物配置的合理性、工程量、造價(jià)和施工條件等進(jìn)行論證，選定一個(gè)壩址。壩址比選是十分重要的，它決定了以后勘察、設(shè)計(jì)、施工的總方針，因而需由地質(zhì)、水工設(shè)計(jì)及施工等人員詳細(xì)研討后決定。 然后，在選定的壩址再提出幾條供比選的壩軸線，進(jìn)行詳細(xì)的勘探和試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)提供各種必要的剖面

36、和參數(shù)，并主要由地質(zhì)條件來選定供施工的壩線。,長(zhǎng)江三峽壩址,長(zhǎng)江三峽：西起奉節(jié)縣白帝城，東至湖北省宜昌市南津關(guān)，全長(zhǎng)192千米。兩岸因燕山運(yùn)動(dòng)褶皺隆升的巫山、黃陵廟和八面山山地，由于長(zhǎng)江強(qiáng)烈切穿，形成瞿塘峽、巫峽和西陵峽三段大峽及大寧河寬谷、香溪寬谷，總稱為長(zhǎng)江三峽 三斗坪：三斗坪鎮(zhèn)位于宜昌市夷陵區(qū)西南部，地處風(fēng)景秀麗的長(zhǎng)江西陵峽中段南岸。 中堡島：“中包島”，在太平溪與三斗坪之間，是一個(gè)四面環(huán)水，面積為0.15平方公里的小島，也是“兩岸 連山，三峽中唯一的一個(gè)小島。舉世矚目的長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程的壩址，就選在中堡島。 中堡島花崗巖，中堡島成為三峽大壩的基座。,（二）壩址選擇工程地質(zhì)研究要點(diǎn)

37、河段或壩段選擇屬于選址的初期階段。這一時(shí)期的工程地質(zhì)工作主要通過收集資料、大面積的踏勘調(diào)查，初步了解開發(fā)流域的工程地質(zhì)條件。對(duì)區(qū)域穩(wěn)定性、河谷地形地貌、重大的不良地質(zhì)現(xiàn)象作出初步評(píng)價(jià)。大量的工程地質(zhì)研究工作投入在確定壩址和壩軸線的后期勘察階段。整個(gè)選址過程的工程地質(zhì)研究?jī)?nèi)容主是巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件和物理地質(zhì)現(xiàn)象等工程地質(zhì)條件諸要素，并預(yù)計(jì)到可能產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題和處理這些問題的難易程度，工程量的大小等。 下面討論選址中如何考慮工程地質(zhì)條件,1、巖土性質(zhì) 巖土性質(zhì)關(guān)系到建筑物的穩(wěn)定和造價(jià)，在壩址選擇時(shí)常具有決定性意義。一般選擇堅(jiān)硬、均一、完整性較好、透水性差、抗水性強(qiáng)的巖土體作為壩址

38、，尤其是高混凝土壩更應(yīng)如此。水電部門對(duì)巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整性劃分見表16-5、16-6。最理想的壩址是深成的巖漿巖體、深變質(zhì)的花崗片麻巖、厚層石英巖、石英砂巖等。我國(guó)已建或在建的70余座高壩中，絕大多數(shù)建在上述巖體上，個(gè)別建于某些性質(zhì)較差的石灰?guī)r、頁(yè)巖和千枚巖等巖體上。選址時(shí)要特別注意巖漿巖的侵入接觸面、風(fēng)化程度，侵入巖的原生節(jié)理，噴出巖的噴發(fā)間斷面、柱狀節(jié)理等；變質(zhì)巖片理面及軟弱夾層存在情況以及板巖、千枚巖等軟化、泥化問題；沉積巖的軟弱夾層、泥化夾層、頁(yè)巖泥巖存在情況和灰?guī)r巖溶發(fā)育特征等。第四系土層中易變形的淤泥類土、高壓縮性土、強(qiáng)透水砂礫（卵）石分布情況。這些都可能導(dǎo)致壩區(qū)嚴(yán)重滲漏或影響

39、壩基穩(wěn)定性。,2、地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系到區(qū)域穩(wěn)定性及壩區(qū)穩(wěn)定性和滲漏，選壩時(shí)應(yīng)予注意。 首先，應(yīng)盡量避開或遠(yuǎn)離活斷層帶和現(xiàn)代地殼活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)（如地震活動(dòng)強(qiáng)烈及地應(yīng)力高度集中地區(qū)等），壩址應(yīng)置于區(qū)域穩(wěn)定性相對(duì)較好的地塊上。 其次，應(yīng)選擇構(gòu)造變動(dòng)相對(duì)較弱地段作為壩址。往往在大斷層破碎帶附近、強(qiáng)烈褶皺帶和褶皺核部、地層倒轉(zhuǎn)區(qū)等都是巖體斷裂裂隙比較發(fā)育、完整性較差的地段，應(yīng)予以注意或避開。在層狀巖體分布區(qū)，緩傾角軟弱夾層對(duì)抗滑穩(wěn)定極為不利，選壩時(shí)一般應(yīng)盡可能避開。,3、水文地質(zhì)條件 石灰?guī)r巖溶發(fā)育及厚層第四系砂礫石層分布區(qū)，滲漏問題往往非常突出，選壩時(shí)要重視水文地質(zhì)條件的研究。,巖溶發(fā)育區(qū)：最重要的

40、是尋找和利用隔水層；當(dāng)無隔水層時(shí)，應(yīng)選擇弱巖溶化地段作為壩址。 第四系地層分布區(qū)：應(yīng)盡可能避開厚層沙礫石層分布地段，要選擇第四系地層較薄或壩前已形成有隔水作用的天然鋪蓋河段建壩。 壩址區(qū)斷裂及裂隙密集帶透水，有時(shí)也會(huì)引起壩區(qū)嚴(yán)重滲漏，圖16-27。,除上述以外，選壩還要研究壩址區(qū)地形地貌條件，選擇合適的地形地貌對(duì)于工程布置、施工條件、工程投資等都是十分重要的，不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育，尤其是壩址區(qū)兩岸山體穩(wěn)定性，對(duì)于選壩也是至關(guān)重要的，選壩時(shí)應(yīng)避開具有潛在危害性的不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育地段。建壩區(qū)附近要有適宜的天然建筑材料，否則，將會(huì)大大提高工程造價(jià)，甚至不可能建壩。,第三節(jié) 水庫(kù)工程地質(zhì) 一、水庫(kù)基本特

41、征及主要工程地質(zhì)問題 二、水庫(kù)滲漏問題 三、庫(kù)岸穩(wěn)定問題 四、水庫(kù)浸沒問題 五、水庫(kù)淤積問題,一、水庫(kù)基本特征及主要工程地質(zhì)問題 （一）水庫(kù)基本特征 水庫(kù)的庫(kù)容和庫(kù)水位是水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)兩個(gè)重要的特征數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩?、氣象、水文、水?kù)功能和綜合效益等條件合理設(shè)計(jì)，也應(yīng)根據(jù)這些設(shè)計(jì)依據(jù)制定合理的工程地質(zhì)勘察工作，在一定的建壩河段，庫(kù)容是與設(shè)計(jì)的壩高和庫(kù)水位相對(duì)應(yīng)的，壩高確定以后，庫(kù)水位也是一定的。,一、水庫(kù)基本特征及主要工程地質(zhì)問題 （一）水庫(kù)基本特征 水庫(kù)的庫(kù)容和庫(kù)水位是水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)兩個(gè)重要的特征數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩怼庀蟆⑺?、水?kù)功能和綜合效益等條件合理設(shè)計(jì)，也應(yīng)根據(jù)這些設(shè)計(jì)依據(jù)制

42、定合理的工程地質(zhì)勘察工作，在一定的建壩河段，庫(kù)容是與設(shè)計(jì)的壩高和庫(kù)水位相對(duì)應(yīng)的，壩高確定以后，庫(kù)水位也是一定的。,設(shè)計(jì)上把庫(kù)水位規(guī)定為如下特征水位和相應(yīng)庫(kù)容。,1、設(shè)計(jì)低水位（死水位）及死庫(kù)容：水庫(kù)正常運(yùn)用情況下允許的最低水位稱設(shè)計(jì)低水位。相應(yīng)此水位的庫(kù)容稱為死庫(kù)容。主要根據(jù)灌溉、發(fā)電的使用目的而定。 2、防洪限制水位：為了攔蓄洪水，在臨近汛期時(shí)應(yīng)把庫(kù)容騰空至某一限度，此時(shí)的庫(kù)水位稱為防洪限制水位。,3、設(shè)計(jì)蓄水位（正常高水位）及有效庫(kù)容：水庫(kù)正常工作情況下的最高蓄水位，稱為設(shè)計(jì)蓄水位。它是一項(xiàng)主要指標(biāo)，關(guān)系到水庫(kù)效益、投資大小、淹沒范圍等。設(shè)計(jì)蓄水位與設(shè)計(jì)低水位間的庫(kù)容叫興利庫(kù)容。 4、設(shè)計(jì)

43、洪水位及防洪庫(kù)容：按一定頻率設(shè)計(jì)洪水時(shí)，允許達(dá)到的最高水位，叫設(shè)計(jì)洪水位。它是設(shè)計(jì)壩高的依據(jù)。防洪限制水位與設(shè)計(jì)洪水位之間的庫(kù)容叫防洪庫(kù)容。 5、校核洪水為及超高庫(kù)容：按某一頻率校核最大洪水時(shí)，允許達(dá)到的最高水位，叫校核洪水位。其相應(yīng)的庫(kù)容稱超高庫(kù)容。,（二）水庫(kù)工程地質(zhì)問題 水庫(kù)工程地質(zhì)研究首先是要選擇良好的庫(kù)址。實(shí)際上在壩址選擇過程中應(yīng)同時(shí)考慮到庫(kù)區(qū)的工程地質(zhì)條件，良好的壩址必須也是良好的庫(kù)址。良好的庫(kù)址應(yīng)該是具有優(yōu)良的地形、地貌條件，這樣就可以在較小的淹沒區(qū)內(nèi)形成較大的庫(kù)容和充分的匯水域，同時(shí)要注意研究可能存在的工程地質(zhì)問題。 水庫(kù)區(qū)主要是由于庫(kù)水向周圍地質(zhì)體內(nèi)滲入以及形成庫(kù)區(qū)后水動(dòng)力條

44、件的改變，引起庫(kù)區(qū)周圍地質(zhì)環(huán)境的變化，因而水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)問題的產(chǎn)生是水與地質(zhì)環(huán)境相互作用所致?？梢愿爬槲宕蠊こ痰刭|(zhì)問題： 水庫(kù)滲漏問題 水庫(kù)浸沒問題 庫(kù)岸穩(wěn)定性問題 水庫(kù)淤積問題 水庫(kù)誘發(fā)地震,二、水庫(kù)滲漏問題 1、水庫(kù)滲漏形式 可分暫時(shí)性滲漏和永久性滲漏兩種形式。 暫時(shí)性滲漏是水庫(kù)蓄水過程中，用來飽和庫(kù)盆包氣帶巖土體的空隙所需的水量。其特點(diǎn)是水量不滲漏到庫(kù)外，而且經(jīng)過一定時(shí)間后就會(huì)停止。此種形式的滲漏除干旱地區(qū)外，一般來說研究意義不大。 永久性滲漏是庫(kù)水通過某滲漏通道向庫(kù)外的滲漏。這種滲漏是長(zhǎng)期持續(xù)的，對(duì)水庫(kù)蓄水效益有影響。 永久性滲漏的途徑，大致可分為三種情況： (1)通過分水嶺向鄰谷滲

45、漏 (2)通過河灣向河谷下游滲漏 (3)通過庫(kù)盆底部向遠(yuǎn)處低洼排泄區(qū)滲漏 2、水庫(kù)滲漏條件分析 對(duì)水庫(kù)滲漏條件的分析，是進(jìn)行水庫(kù)滲漏工程地質(zhì)研究的基礎(chǔ)工作，主要包括地形地貌、巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件等方面。,三、庫(kù)岸穩(wěn)定問題 （一）水庫(kù)塌岸及過程 （二）水庫(kù)塌岸影響因素 （三）水庫(kù)塌岸預(yù)測(cè) （四）水庫(kù)塌岸防治措施,水庫(kù)建成蓄水后，庫(kù)岸自然條件發(fā)生急劇變化，使之處于新的環(huán)境和動(dòng)力地質(zhì)作用下，表現(xiàn)為： 原來處于干燥狀態(tài)下的巖土體，在庫(kù)水位變化范圍內(nèi)的部分因浸濕而經(jīng)常處于飽和狀態(tài)，其工程地質(zhì)性質(zhì)明顯惡化，f、 c值下降; 岸邊遭受人工湖泊波浪的沖蝕淘刷作用，較原來河流的侵蝕沖刷作用更為強(qiáng)烈; 庫(kù)

46、水位經(jīng)常變化，當(dāng)水位快速下降時(shí)，原來被頂托而壅高的地下水來不及泄出，因而增加了岸坡巖土體的動(dòng)水壓力和自重壓力。 因之，使得原來處于平衡狀態(tài)下的斜坡，有一部分發(fā)生變形破壞，直至達(dá)到新的平衡狀態(tài)為止。,庫(kù)岸的變形破壞，危及濱庫(kù)地帶居民點(diǎn)和建筑物的安全，使濱庫(kù)地帶的農(nóng)田遭到破壞；庫(kù)岸的破壞物質(zhì)又成為水庫(kù)的淤積物，減小庫(kù)容。近壩庫(kù)岸大塌滑體的突然滑落，在水庫(kù)中激起的涌浪，還能危及大壩安全，并給壩下游帶來災(zāi)難性后果 庫(kù)岸常見的破壞形式有：塌岸、滑坡和崩塌。關(guān)于崩塌和滑坡問題前面已介紹，這里著重討論水庫(kù)塌岸問題。,（一）水庫(kù)塌岸及過程 水庫(kù)塌岸：庫(kù)岸土石體在庫(kù)水波浪及其他外動(dòng)力作用下，失去平衡而產(chǎn)生逐步坍

47、塌，庫(kù)岸線不斷后移而進(jìn)行邊岸再造，以達(dá)到新的平衡的現(xiàn)象和結(jié)果。稱為水庫(kù)塌岸（或稱水庫(kù)邊岸再造）。 可見，水庫(kù)塌岸是不同于巖土體崩塌和滑坡的一種特殊破壞形式。這種現(xiàn)象主要發(fā)生于土質(zhì)岸坡地段。 水庫(kù)蓄水最初幾年內(nèi)塌岸表現(xiàn)最為強(qiáng)烈，隨后漸漸減弱，可以延續(xù)幾年甚至十幾年以上。因而，塌岸是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢演變過程。最終塌岸破壞帶的寬度可達(dá)幾百米，某一水動(dòng)力條件和地質(zhì)條件下，最終塌岸完成時(shí)間及塌岸寬度總是一定的。塌岸的過程十分復(fù)雜，大致如圖16-29。,（二）水庫(kù)塌岸影響因素 影響水庫(kù)塌岸的因素有：土石體性質(zhì)、庫(kù)岸形態(tài)特征、波浪作用強(qiáng)度、凍融作用、岸流和片流作用、溶蝕作用等，前三個(gè)方面是主要的。 庫(kù)水作用與性

48、質(zhì)松軟的土石體和對(duì)水反映敏感的特殊土（如黃土類土等）時(shí)，往往容易產(chǎn)生塌岸。庫(kù)岸越高陡、庫(kù)岸線曲率越大、切割越破碎，越容易產(chǎn)生塌岸。波浪沖蝕作用是造成塌岸的主要外動(dòng)力因素，其作用強(qiáng)度取決于波浪高度及波長(zhǎng)和持續(xù)作用時(shí)間，前者又與庫(kù)水深度、水域面積、自然風(fēng)力等有關(guān)。,（三）水庫(kù)塌岸預(yù)測(cè) 1、目的： 為了對(duì)水庫(kù)近岸的土地、工礦、道路等作出短期利用和最終遷移的合理規(guī)劃及防治措施，需要根據(jù)庫(kù)岸地質(zhì)條件和庫(kù)水位變化情況，對(duì)水庫(kù)蓄水后某一短期內(nèi)以及最終的塌岸寬度、塌岸速度、形成最終塌岸線的年限作出定量估算。 2、預(yù)測(cè)方法：預(yù)測(cè)方法很多，包括計(jì)算法、圖解法、類比法、試驗(yàn)法等。 短期預(yù)測(cè)：短期預(yù)測(cè)期限由剛蓄水時(shí)至

49、預(yù)定的最高水位為止，一般是2-3年，該期限內(nèi)水庫(kù)未進(jìn)入正常運(yùn)行階段，水位升降變化無規(guī)律，庫(kù)岸因初次濕化而大量坍塌。 長(zhǎng)期預(yù)測(cè)：在短期預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，以確定最終塌岸范圍，在水庫(kù)運(yùn)行期間，應(yīng)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行觀測(cè)和檢驗(yàn)，并據(jù)以修改長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的結(jié)果。,（1）對(duì)于均質(zhì)土岸、中小型水庫(kù)或大型水庫(kù)中上游庫(kù)岸，最終塌岸寬度（S）計(jì)算如下（圖16-30）：,式中：N為與土的類型有關(guān)的系數(shù)，粘土為1.0，冰積粉質(zhì)粘土為0.8，黃土為0.6，砂土為0.5，多種組合庫(kù)岸取加權(quán)平均值；A為保證率為10%20%的最高水位與非結(jié)冰期最低水位之差（m）；B為正常高庫(kù)水位與非結(jié)冰期最低水位之差（m）；hp為波浪影響深度（m），大約為1

50、2倍波高，也可用半經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算；hB為波浪爬升高度（m），大約為0.10.8倍波高，細(xì)粒土取小值，粗粒土取大值；hs為保證率為10%20%的高水位以上的岸高（m）；為淺灘沖刷后水下穩(wěn)定坡角，與波高和土石性質(zhì)有關(guān)，按圖1631曲線查用；為水上岸坡的穩(wěn)定坡角，按表167查；為原岸坡坡角。,（2）大型水庫(kù)中、下游地段預(yù)測(cè),用估洛塔廖夫作圖法進(jìn)行預(yù)測(cè) 原理：水庫(kù)中、下游的水文地質(zhì)情況與上游不同，水深較大，水面寬廣，波高增加對(duì)庫(kù)岸的破壞，波浪作用是主要的，與上游部分以水流沖刷作用為主的情況不同，水庫(kù)塌岸后的剖面外形結(jié)構(gòu)可分為淺灘外緣陡坡、堆積淺灘、沖蝕淺灘、波浪爬升帶斜坡及水上岸坡五個(gè)帶，各帶遭受的地質(zhì)作

51、用是不相同的，前兩個(gè)帶為堆積作用，后三個(gè)帶為沖蝕作用，各帶的穩(wěn)定坡角不同，作用時(shí)應(yīng)加以區(qū)別。 塌岸后穩(wěn)定剖面的形狀和位置，可利用堆積系數(shù)Ka加以確定 100% 式中：F1為堆積部分中不能為波浪搬運(yùn)走的粗粒物質(zhì)所占的體積； F2為沖積部分體積。,（四）水庫(kù)塌岸防治措施 水庫(kù)塌岸的防治是通過在塌岸段修造防護(hù)體，以減緩或阻止庫(kù)水對(duì)岸坡的浪蝕作用，通?？梢圆捎脪伿?、草皮護(hù)坡、護(hù)岸墻、防波堤等措施。,四、水庫(kù)浸沒問題 浸沒：水庫(kù)蓄水后，引起庫(kù)岸周圍一定范圍內(nèi)地下水位抬升（壅高），當(dāng)壅高后的地下水位接近或超出地面時(shí)，將可能導(dǎo)致農(nóng)田沼澤化、土地鹽堿化、建筑物地基飽水惡化和礦坑充水等不良后果，稱此為浸沒。,（

52、一）浸沒產(chǎn)生的產(chǎn)生的條件 浸沒現(xiàn)象的產(chǎn)生，是各種因素綜合作用的結(jié)果，包括地形、地質(zhì)、水文氣象、水庫(kù)運(yùn)行和人類活動(dòng)等。依地形地質(zhì)的因素而言，可能產(chǎn)生浸沒的條件是： 1受庫(kù)水滲漏影響的鄰谷和洼地，平原水庫(kù)的壩下游和圍堤外側(cè)，特別是地形標(biāo)高接近或低于原來河床的庫(kù)岸地段，容易產(chǎn)生浸沒。高陡的庫(kù)岸不可能發(fā)生浸沒。 2巖土應(yīng)具有一定的透水性能?；鶐r分布地區(qū)不易發(fā)生浸沒。第四紀(jì)松散堆積物中的粘性土和粉砂質(zhì)土，由于毛細(xì)性較強(qiáng)，易發(fā)生浸沒；特別是漲縮性土和黃土類土，浸沒的影響更為嚴(yán)重。如果庫(kù)岸由不透水的巖土體組成或研究地段與庫(kù)岸之間有不透水巖層阻隔時(shí)，不可能發(fā)生浸沒。 3地下水埋深較小，地表水和地下水排泄不暢，

53、補(bǔ)給量大于排泄量的庫(kù)岸地帶或沼澤地帶的邊緣，容易產(chǎn)生浸沒。地下水埋深較大，在水庫(kù)正常高水位以上的庫(kù)岸有經(jīng)常性水流(河溝、泉)，且排泄條件良好的地段，一般不會(huì)發(fā)生浸沒。,（二）浸沒預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià) 浸沒預(yù)測(cè)包括水庫(kù)蓄水后地下水壅高值（z1）計(jì)算和被研究對(duì)象地下水臨界深度（hcr）的確定。有了z1和hcr后，便可按地下水壅高后的埋深h和hcr ，判別浸沒可能性，圈定出浸沒區(qū)范圍。 1、地下水壅高值（z1）的計(jì)算 P297圖16-33，根據(jù)鉆孔揭露庫(kù)岸的原始地下水位，就按下式計(jì)算z1，即 式中：h1、h2分別為壅水前地下水及河水位；z2為水庫(kù)正常高水位與河水位之差。 2、研究段壅高后地下水位的埋深h 式中

54、：h0為研究地段壅高前地下水位埋深。,3、地下水臨界深度hcr的確定：視具體對(duì)象而異 （1）農(nóng)田地下水臨界深度的確定： 與當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼临|(zhì)、地下水礦化度、作物種類、耕作方法及排灌水措施等因素有關(guān)。 在干旱、半干旱地區(qū)種植旱地作物時(shí)：hcr應(yīng)大于該土壤的毛細(xì)飽和帶高度Hk； 在潮濕氣候條件下的水田作物，此值可減小。 （2）城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)建筑物及居民聚居區(qū)地下水臨界深度應(yīng)根據(jù)地基土類型、建筑物規(guī)模和設(shè)防情況（包括地下室）等來確定。 一般地基土hcr 應(yīng)不小于毛細(xì)飽和帶高度Hk和基礎(chǔ)（或地下室）砌置深度hc之和，即 （3）濕陷性黃土地區(qū)地下水臨界深度，應(yīng)在建筑物地基土有效力層（不允許發(fā)生濕陷的地基土

55、持力層）以下。,4、對(duì)比h、hcr判定是否會(huì)發(fā)生浸沒 （1）當(dāng)hcr h時(shí)，會(huì)發(fā)生浸沒 （2）當(dāng)hcrh時(shí)，不會(huì)發(fā)生浸沒,（三）浸沒的防治措施 浸沒防治應(yīng)從三方面予以考慮； 一是降低浸沒庫(kù)岸段的地下水位，可以采用設(shè)置防滲體或疏干工程等措施； 二是采取工程措施，可以考慮適當(dāng)降低正常高水位； 三是考慮被浸沒對(duì)象，如可否改變農(nóng)作物種類、改進(jìn)耕作方式和改變建筑設(shè)計(jì)等。,五、 水庫(kù)淤積問題 水庫(kù)為人工形成的靜水域，河水流入水庫(kù)后流速頓減，水流搬運(yùn)能力下降，所挾帶的泥砂就沉積下來，堆于庫(kù)底，形成水庫(kù)淤積。淤積的粗粒部分堆于上游，細(xì)粒部分堆于下游，隨著時(shí)間的推延，淤積物逐漸向壩前推移。修建水庫(kù)的河流若含有大量泥砂，則淤積問題將成為該水庫(kù)的主要工程地質(zhì)問題之一。 水庫(kù)淤積雖然可起到天然鋪蓋以防止庫(kù)水滲漏的良好作用，但是大量淤積物堆于庫(kù)底，將減小有效庫(kù)容，降低水庫(kù)效益；水深變淺，妨礙航運(yùn)和漁業(yè)，影響水電站運(yùn)轉(zhuǎn)。嚴(yán)重的淤積，將使水庫(kù)在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)失去有效庫(kù)容，縮短使用壽命。 防治水庫(kù)淤積的措施有：在固體徑流來源地區(qū)開展水土保持、整治沖溝，植樹種草，加固庫(kù)岸不穩(wěn)定地段等。也可以在水庫(kù)上游固體徑源來源最嚴(yán)重的支流，溝谷上修建攔砂庫(kù)。此外，修建水庫(kù)時(shí)應(yīng)設(shè)置泄流排砂設(shè)施，以減小庫(kù)內(nèi)的淤積