水利工程常见的地质问题专业知识讲座课件

本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。水工建筑物控制和调节水流、防治水害、开发利用水资源的建筑物。水工建筑物是实现除害兴利的各项水利工程的重要组成部分。水利工程与国计民生息息相关，而水工建筑物又决定着水利工程能否安全有效地运行。大型或重要的水工建筑物失事，常会造成重大灾害。通用性水工建筑物主要有：挡水建筑物，如各种坝、水闸、堤和海塘；泄水建筑物，如各种溢流坝、岸边溢洪道、泄水隧洞、分洪闸；进水建筑物，也称取水建筑物，如进水闸、深式进水口、泵站；输水建筑物，如引（供）水隧洞、渡槽、输水管道、渠道；河道整治建筑物，如丁坝、顺坝、潜坝、护岸、导流堤。水工建筑物控制和调节水流、防治水害、开发利用水资源的建筑物。1本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.1水库的工程地质问题5.1水库的工程地质问题2本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。库区渗漏库区渗漏库区渗漏包括库水的渗透损失和渗漏损失。由于饱和库岸和库底岩、土体而引起的库水损失，称渗透损失，这种渗漏现象称暂时性渗漏。库水沿透水层、溶洞、断裂破碎带、裂隙节理带等连贯性通道外渗而引起的损失，称渗漏损失，这种渗漏现象称经常性渗漏，或永久性渗漏。通常，库区渗漏指永久性渗漏。库区渗漏可在邻谷区引起新的滑坡，或使古滑坡复活，造成农田浸没、盐渍化、沼泽化，危及农业生产及村舍安全。库区渗漏库区渗漏包括库水的渗透损失和渗漏损失。由于饱和库岸3本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。1.地形与地质构造条件库区渗漏量的大小由构成库岸和分水岭的岩层的渗透性质、地质结构以及地貌条件所决定1.地形与地质构造条件库区渗漏量的大小由构成4本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。水利工程常见的地质问题专业知识讲座课件5本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。背斜构造的河谷是形成库区渗漏的有利条件。库水极易沿透水岩层向邻谷渗漏。背斜构造的河谷是形成库区渗漏的有利条件。库水极6本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。只有当岩层的倾斜较陡，库水位以下的透水岩层插入邻谷谷底以下时，此种渗漏才可避免只有当岩层的倾斜较陡，库水位以下的透水岩层插7本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。2.地层岩性条件未胶结的砂砾石层未胶结的砂砾石层是透水性极强的渗漏通道。此类岩层多存在于河湾或平原河谷的河间地段，山前倾斜平原区的库岸也可能遇到冲积、洪积的砂砾石层。当库水位超出此类堆积层时，即产生严重的渗漏。坚硬岩层的巨厚风化壳坚硬岩层的巨厚风化壳亦可能形成与之类似的渗漏。喀斯特洞穴、暗河通道喀斯特洞穴、暗河通道是形成库区集中渗漏的主要危险。2.地层岩性条件未胶结的砂砾石层是透水性极强的渗漏通道。此类8本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。库区渗透条件库区与邻谷间的地下分水岭高于库水位时，即使具备其他渗漏条件也不会发生渗漏。邻谷切割深，并且水位低于库水位时，在上述诸条件配合下会形成大渗漏量的渗漏。渗漏量还与沟谷间分水岭的厚薄有关，分水岭愈薄，渗漏途径愈短，渗漏量也就愈大。库区渗透条件9本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。库区渗漏防治措施在查明库区和周围地区的地质、水文地质情况的基础上，因地制宜地采取相应的防渗措施。例如：对古河道砂砾石透水层采用粘土铺盖，建混凝土截水墙，施行水泥或水泥粘土灌浆；对大断裂破碎带和溶蚀裂隙，可喷混凝土或水泥砂浆进行堵塞；对喀斯特管道可用混凝土或浆砌块石堵塞其咽喉要道；修建围堤、围井，将岸坡、库内的落水洞与库水隔离起来。库区渗漏防治措施在查明库区和周围地区的地质、水文地质情况的基10本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.1.2水库浸没问题水库蓄水使水库周边地带的地下水壅高，引起土地盐土地盐碱化、沼泽化碱化、沼泽化等次生灾害的现象。地下水壅高可使毛管水抬升，当其上升高度达到建筑物地基或农作物和树木的根系，且持续时间较长时，将产生浸没问题。5.1.2水库浸没问题水库蓄水使水库周边地带的地下水壅高，11本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。土地盐碱化土地盐碱化12本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。土地沼泽化治理排渗沼泽化土地土地沼泽化治理排渗沼泽化土地13本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。水库浸没的危害浸没可使农田作物减产，工矿企业和民用建筑物地基条件恶化而损坏，矿井涌水量增加，铁路、公路发生翻浆、冻胀，有时还影响水库正常蓄水位或坝址的选择。水库浸没是不可忽视的一种环境地质问题。水库浸没的危害浸没可使农田作物减产，工矿企业和民用建筑物地基14本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。浸没实例中国河北官厅水库1955年8月蓄水后，受库水顶托,使原妫水河北岸北辛庄的地下水位上升2.7m，甘子堡上升2.2m，妫水河南岸太平庄上升4m，西榆林村上升3m，定州营上升1.7m，因而发生盐碱化和沼泽化，造成沿库地区农作物及果树减产以至部分涝死、房屋倒塌、墙垣开裂等浸沿灾害，个别地段浸没带宽达3km。云南水槽子水库蓄水76天后，库水沿灰岩岩溶通道向库外的那姑盆地渗漏,在距库3km的白雾三村一带涌出地表；其后不久，库外13km的蒙姑一带，许多农田和房屋也受到浸没影响。浸没实例中国河北官厅水库1955年8月蓄水后，受库水顶托,使15本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。易于发生浸没的条件平原型水库的周边地带和坝下游地区；盆地型水库边缘平地与山前洪积扇、洪积裙相接的地带；地下水埋藏较浅、地表水或地下水排泄不畅的库岸地带，库岸附近的封闭或半封闭的洼地，以及沼泽的边缘地带；与水库渗漏通道相连的邻谷洼地等。易于发生浸没的条件平原型水库的周边地带和坝下游地区；16本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。浸没防治措施应从降低地下水位入手，根据水文地质条件和长期观测成果，布置排渗和疏干工程。对农田可按水、土、盐等具体条件，采取工程与农业措施（如改变作物种类和耕作方法）相结合的综合治理方案。浸没防治措施应从降低地下水位入手，根据水文地质条件和长期17本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.1.3水库塌岸问题水库蓄水后，土质岸坡发生的坍塌破坏现象。又称水库边岸再造。它是某些水库的重要环境地质问题。5.1.3水库塌岸问题水库蓄水后，土质岸坡发生的坍塌破坏现18本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。塌岸发展过程库水改变了库岸土质的含水量，使容重加大、抗剪强度降低，引起土体软化、崩解以至坍滑。又因水面展宽后，风浪增大，库岸在波浪的侵蚀、冲击和淘刷作用下，下部土体被淘空，上部土体失去支撑而塌落，岸线随之后移。塌滑物经水流搬运、分选后形成浅滩。在水和波浪的不断作用下,库岸破坏继续发生,岸线不断后移，浅滩逐渐增大，直到水上岸壁与水下浅滩达到相对平衡时，库岸才趋于稳定。塌岸发展过程库水改变了库岸土质的含水量，使容重加大、抗剪19本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。滑坡塌岸滑坡塌岸20本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。塌岸危害和影响大量土体坍塌入库产生淤积,减少库容,对库容较小的山区水库影响很大。塌落物可淤塞、填堵引水建筑物的进水口。岸线后移，使库边农田、建筑物、道路遭受毁坏。如预测塌岸严重，将影响开发方案、坝址或设计蓄水位的选择等。坝前库岸如发生塌岸，将影响大坝安全。塌岸危害和影响大量土体坍塌入库产生淤积,减少库容,对库容较21本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。塌岸防治措施库边大面积土质岸坡的塌岸防治工程量大、代价高，难以采用工程措施，只能根据气象、水文、工程地质勘察成果,计算一年、三年和最终塌岸宽度,据以考虑移民迁建和弃耕范围。对难以迁移的重要建筑物(厂矿、文物古迹)所在河岸，可修建防护堤等工程，予以保护。根据塌岸量和上游泥沙来源等情况，设计足够的淤积库容和排沙工程，以避免减少水库有效库容和淤塞引水建筑物的进水口。塌岸防治措施库边大面积土质岸坡的塌岸防治工程量大、代价高22本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.1.4水库淤积问题河流挟带的泥沙在水库区的淤积。河流流入水库回水区后,由于断面增大,流速减小,水流挟沙能力降低,所挟带的泥沙将在库区落淤。泥沙在库区的淤积数量、过程和分布受水库库容大小、平面形态、底部地形、壅水高度、运行方式和来水来沙量、过程及泥沙组成等多种因素的影响。5.1.4水库淤积问题河流挟带的泥沙在水库区的淤积。河流流23本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。水库淤积的危害与防治泥沙淤积将使库容逐渐减小，甚至全部丧失。为减缓水库淤积，通常采用以下几种方法：在流域范围内进行水土保持，防止水土流失，减少泥沙来源；在水库上游来沙量较多的支流上修建小型水库，拦截部分泥沙；对水库进行合理调度和运用，利用底孔排泄异重流，滞洪排沙，造成溯源冲刷等，将泥沙排往下游。水库淤积的危害与防治泥沙淤积将使库容逐渐减小，甚至全部丧失。24本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。庙宫水库淤积情况庙宫水库淤积情况25本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。小浪底水库调水调沙小浪底水库承担着下游防洪、河道减淤、防凌、供水、发电等重大任务，因此水库调度运用的条件十分复杂而又严格。要求水库任何时期都有不少于40.5亿m3的有效防洪库容，非汛期(122月)，保证有20亿m3的防凌库容，在凌汛期控制平均下泄量不超过300m3/s。水库运用分为两期：初期为“拦沙、调水调沙”运用期，后期为“蓄清排浑、调水调沙”运用期。小浪底水库调水调沙小浪底水库承担着下游防洪、河道减淤、防凌、26本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.2坝的工程地质问题5.2.1、坝基的稳定问题、坝基的稳定问题1.坝基的沉降稳定坝基的沉降稳定（1）坝基产生较大沉降或不均匀沉降（软弱夹层、断层破碎带、较厚的强风化带岩层）（2）坝体向下游倾覆5.2坝的工程地质问题5.2.1、坝基的稳定问题27本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。2.坝基的抗滑稳定坝基的抗滑稳定重力坝，其稳定性全靠坝体自重来维持。当作用在坝体上的全部荷载对坝基任一可能滑动面的滑动力大于其阻滑力时，坝基就要发生剪切破坏或滑动。坝基抗滑稳定性是关系到大坝安全的关键问题之一。在世界坝工史中，不乏由于坝基滑动而导致大坝失事的实例，如1911年美国的奥斯汀坝，1923年意大利的格莱诺坝，1928年美国的圣弗朗西斯坝等。因此，设计时必须对坝基在各种运用条件下的抗滑稳定性进行验算，以确保大坝的稳定和安全。5.2坝的工程地质问题2.坝基的抗滑稳定5.2坝的工程地质问题28本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。2.坝基的抗滑稳定坝基的抗滑稳定（1）坝基滑动的破坏形式A表层滑动B浅层滑动C深层滑动岩体滑动的边界条件应具备岩体滑动的边界条件应具备3种边界面种边界面u滑动面u切割面u临空面2.坝基的抗滑稳定29本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.2坝的工程地质问题3.坝基处理坝基处理（一）坝基开挖处理的原因：天然的坝基表面往往会有树木、树根、杂草、乱石、水井、窑洞、坟墓、探坑等，表面土壤的有机混合物的含量比级高，自然容重小，坝基范围内可能有高压缩性松软土层、湿陷性黄土层等。对它们如果不进行开挖、清除、处理，必将给坝基的防渗性、稳定性带来很大威胁。因此，坝基开挖、清除、处理，是土石坝施工中的重要内容，它的成功与失败往往就决定了整个水库枢纽工程的成功与失败。所以在坝体施工之前，必须进行坝基开挖与处理。5.2坝的工程地质问题3.坝基处理30本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。（二）坝基处理内容：一般包括坝基、坝肩防渗处理、软弱土层的处理。（三）坝基处理方法：覆盖层比较浅的，一般开挖成截水槽，并回填与坝体的防渗体相同的土料；覆盖层比较深的，一般用灌浆法法处理。对于断层、破碎带、节理裂隙、泉眼等特殊问题，要采取具有较强针对性的具体方法，3.坝基处理坝基处理（二）坝基处理内容：3.坝基处理31本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.2坝的工程地质问题5.2.2、坝区渗漏问题、坝区渗漏问题大坝建成后，库水在坝上、下游水位差作用下，经坝基和坝肩岩、土体中的裂隙、孔隙、破碎带或喀斯特通道向坝下游渗漏的现象。经坝基的渗漏称坝基渗漏坝基渗漏，经坝肩的渗漏称绕坝渗漏绕坝渗漏。5.2坝的工程地质问题5.2.2、坝区渗漏问题32本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。坝的地基在长期渗流作用下，土体颗粒流失，导致地基变形甚至破坏的现象。水工建筑物地基的渗透变形，主要发生在砂砾石层和胶结不良的断层破碎带中。工程实践表明，地基渗透变形可使岩土体孔隙增大，承载力降低,甚至出现管道空洞,导致地基失稳，在闸、坝、堤防事故中占有很大比例。因此，研究坝基岩土体渗透变形及其防治措施，是关系到水利工程安全运行的关键问题之一。坝的地基在长期渗流作用下，土体颗粒流失，导致地基变形甚至破33本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。坝基处理为减小坝区岩体中的渗漏，需采取不同的防渗处理措施。对坚硬的裂隙岩体采用灌浆帷幕的效果最好。对喀斯特化岩体除采用灌浆帷幕外，还可采用铺盖、封堵和建截水墙防渗。对松散岩体宜采用不同防渗材料的垂直防渗或水平防渗铺盖。当坝基表层为弱透水层，下部为强透水层时，宜在坝下游埋设排水减压井、排水槽等以减小渗透压力。坝基处理为减小坝区岩体中的渗漏，需采取不同的防渗处理措施。对34本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.3.1渠道的工程地质问题具有自由水面的人工水道。地面上的渠道多为开敞式明渠。埋设在地面下四周封闭的称为暗渠。渠道按用途可分为：灌溉渠道、动力渠道（用于引水发电）、供水渠道、通航渠道和排水渠道（用于排除农田涝水、废水和城市污水）等。在实际工程中，常是一渠多用，如灌溉与通航、供水结合，灌溉与发电结合等。5.3.1渠道的工程地质问题具有自由水面的人工水道。地面上35本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。渠道选线原则渠线渠道线路可根据运用要求，结合地形、地质、施工等条件，初选几条线路，通过技术经济比较，择优选定。其一般原则和要求是：尽量避开挖方或填方过大的地段，最好是挖方和填方基本平衡，或挖方略大于填方在平坦地段，线路应力求短直，以减少工程量和水头损失。当受地形等条件限制、必须转弯时，其转弯半径不宜小于渠道正常水面宽的5倍。避免通过滑坡、透水性强和土壤沉降量大的地段。通过山脊，挖方过大时，可选用隧洞；遇山谷，可采用倒虹吸管或渡槽。尽量避免与道路、河流或其他渠道交叉，以减少交叉渠系建筑物。此外，还需考虑施工时的交通运输、动力和水源供应以及施工场地、取土场和弃土场的布置等。渠道选线原则渠线渠道线路可根据运用要求，结合地形、地质、36本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。渠道防渗渠道防渗不仅能节约灌溉用水，而且能降低地下水位，防止土壤次生盐碱化；防止渠道的冲淤和坍塌，加快流速提高输水能力，减小渠道断面和建筑物尺寸；节省占地，减少工程费用和维修管理费用等。渠道防渗方法可分两类。改变原渠床土壤渗透性能，又可分为物理机械法和化学法。前者是通过减少土壤空隙达到减少渗漏的目的，可用压实、淤淀、抹光等；后者是掺入化学材料以增强渠床土壤的不透水性。设置防渗层,即进行渠道衬砌,可用混凝土和钢筋混凝土、塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和粘土等各种不同材料衬砌渠床渠道防渗渠道防渗不仅能节约灌溉用水，而且能降低地下水位，防止37本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。5.3.2隧洞的工程地质问题隧洞的优点是线路短，水头损失小，便于管理养护，还能避开一些不良地质地段。由于隧洞修建在地下岩体中，地质条件对隧洞影响很大。5.3.2隧洞的工程地质问题隧洞的优38本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。影响隧洞稳定的地质因素岩性岩性一般新鲜完整的坚硬岩石,其稳定性较好;反之，稳定性差。如松散、软弱和破碎岩体，包括各种类型的第四纪堆积层和粘土岩、页岩、泥灰岩、板岩、千枚岩等软弱岩石，风化带和大的构造破碎带等，一般容易发生变形、塌落和泥石流等失稳现象。地质构造和岩体结构地质构造和岩体结构构造断裂破坏了岩体的完整性，降低了岩体的结构强度；结构面的不利组合形成不稳定结构体；岩层产状的不对称和构造残余应力的存在影响围岩的应力条件；构造断裂和节理裂隙的存在影响岩体内的地下水活动和外水压力条件。因此，在隧洞选线或地下洞室选址时,就应考虑避开大的断层破碎带;无法绕避时，应尽量使洞线或地下洞室的长轴方向与断层或区域构造线方向呈较大的交角，以减轻地质构造对地下洞室围岩稳定的不利影响。地下水地下水地下水活动可能导致某些岩体的结构强度降低，有些岩石吸水后，还会产生大的膨胀应力，造成缩径和围岩稳定性的破坏；松散岩石、断层破碎带和岩溶洞隙中的充填物有时会随着地下水形成泥石流大量涌入洞室，威胁施工安全。影响隧洞稳定的地质因素岩性一般新鲜完整的坚硬岩39本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。围岩支护地下工程开挖过程中，为防止围岩坍塌和石块下落采取的支撑、防护等安全技术措施。安全支护是地下工程施工的一个重要环节，需要支护的地段，要根据地质条件、洞室结构、断面尺寸、开挖方法、围岩暴露时间等因素，做出支护设计。支护有构架支撑构架支撑及锚喷锚喷支护支护两种方式，除特殊地段外，一般应优先采用锚喷支护。围岩支护地下工程开挖过程中，为防止围岩坍塌和石块下落采取的支40本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。衬砌喷锚衬砌喷锚41