第八章 水利水電工程地質勘察

1、第八章 水利水電工程地質勘察(knch)共五十三頁概 述 在水利水電工程興建之前，都要進行工程地質勘察工作，其目的是查明(ch mn)水庫和水工建筑物地區(qū)的工程地質條件，分析預測可能出現(xiàn)的工程地質問題，充分利用有利的地質條件，避開或改造不利的地質因素，為工程的規(guī)劃、設計、施工和運用提供可靠的地質依據(jù)。 水利水電工程地質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、初步設計和技施設計四個勘察階段。各勘察階段的工作應循序漸進，逐步深入，并與各設計階段相適應。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提供初步的工程地質資料和地

2、質依據(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(jch)上進行的勘察。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行地質論證，并提供工程地質資料。2可行性研究勘察(knch)共五十三頁 3初步設計勘察(knch) 初步設計勘察，是在可行性研究階段選定的壩址和建筑場地上進行的勘察。其目的是查明水庫區(qū)及建筑物地區(qū)的工程地質(dzh)條件，為選定壩型、樞紐布置進行地質(dzh)論證，并為建筑物設計提供地質(dzh)資料。共五十三頁 技施設計勘察是在初步設計階段選定的樞紐建筑物場地上進行的勘察。其目的是檢驗前期(qinq)勘察的地質資料與結論，為優(yōu)化建筑物設計提供地質

3、資料。 4技施設計(shj)勘察共五十三頁第一節(jié) 工程地質測繪(chu) 工程地質測繪是工程地質勘察中最重要、最基本的勘察方法。 它是運用地質學的理論和方法，通過野外調查和綜合研究勘察區(qū)的地貌、地層(dcng)巖性、地質構造、物理地質現(xiàn)象、水文地質條件等，并將它們填繪在適當比例尺的地形圖上，為下一步布置勘探、試驗及長期觀測工作打下基礎。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(dzh)測繪工作，根據(jù)工程設計要求，在搜集并分析測繪區(qū)已有的地形地質(dzh)資料、確定比例尺、范圍及工作內容的基礎上進行。 一般采用下列方法：路線測繪法、地質點測繪法、野外實測地質剖面法

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測繪中也得到了普遍的應用。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。沿路線觀察地質現(xiàn)象和標繪地質界線，然后把各路線上標測的地質界線相連，即可編出地質平面圖。這種方法只適用于地質條件不太復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，但成果比較準確。多用于地層沿走向變化較大、斷裂構造比較發(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(dzh)點測繪方法 在

5、測區(qū)內按方格網布置(bzh)地質觀察點，逐點進行詳細觀察描述，然后通過分析實測資料連接各地質界線。此法工作量大，但精度高，一般適用于地質界線復雜的情形，或大比例尺圖的地質測繪。 觀察點應布置在地質界線或地質現(xiàn)象上，以測繪的目的不同而異，有基巖、構造、第四紀地貌、水文地質點等。共五十三頁三、野外實測地質(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測剖面，以反映測區(qū)的地質條件。 沿垂直于巖層走向或垂直于主要構造線的方向，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行分段，并選取適當?shù)目v、橫比例尺。然后布置測點，用

6、地質羅盤或經緯儀測定方位和地形坡度；用皮尺量距并詳細觀測記錄巖層產狀、地質構造、巖性變化；并采取標本進行編號。最后用規(guī)定的符號將上述觀測內容表示在剖面圖上。 共五十三頁遙感(yogn)是根據(jù)電磁波輻射理論，應用現(xiàn)代化探測手段(如航空攝影、電視攝影、紅外掃描、地質雷達等)，借助于車、船、氣球、飛機、人造衛(wèi)星等各種運載工具，通過對地質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)，從而對地質體進行探測和識別技術。四、遙感技術在工程地質測繪(chu)中的應用共五十三頁第二節(jié) 工程(gngchng)地質勘探 工程地質勘探是在工程地質測繪的基礎上，為了進一步查明以下的工程地質問題，取得深部地質資料

7、而進行的。 勘探工作布置應與不同設計階段的工程地質勘察任務密切配合。 按勘探方法不同可分為坑探、鉆探和物探。勘探工作主要(zhyo)探明以下問題。 1)揭露地層巖性的變化規(guī)律，如覆蓋層的性質和厚度，巖體性質及風化帶的特征，軟弱夾層及可溶性巖層的特性、分布等。 共五十三頁 2)查明地質構造，如巖層產狀變化、構造形態(tài)、斷層性質、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等。 4)為進行巖石(ynsh)物理力學性質和水文地質現(xiàn)場試驗，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、儲量及質量評價。共五十三頁 一、坑 探 坑探是用人工或機械掘進的方式來探明地表以下淺部的工程地質條件(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 坑探的特點是使用工具簡單，技術要求不高，運用廣泛(gungfn)，揭露的面積較大，可直接觀察地質現(xiàn)象，不受限制地采取原狀結構試樣，并可用來做現(xiàn)場大型試驗。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備和工具，在人力或動力的帶動下旋轉切割或沖擊鑿碎巖石，形成一個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、地質構造、巖體風化特征等。從鉆孔中取出巖樣、水樣可進行室內試驗，利用鉆孔可進行工程地質、水文地質及灌漿試驗、長期觀測工作以及地應力測量等。 與物探相比，鉆探的優(yōu)點是可以在各種環(huán)境下進行，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)地質體的物理場來進行地層劃分，判明地質構造、水文地質及各種( zhn)物理地質現(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，用以了解地質體的特征，分析解決地質問題。應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體的導電性大小及其變化，再經過專門量板解釋從而區(qū)分地層、構造以及覆蓋層和風化層厚度、含水層分布和深度、古河道(hdo)、主導充水裂隙方向

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為中心(此點稱為常測點)，用不同供電極距測量不同深度巖層的視電阻率值，以獲取該點處的地質斷面的方法。當測點沿勘探線布置時，可得出地質剖面情況。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，這樣的電場被認為是均勻的。若測量范圍

12、內有高低電阻不均勻地質體時，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造，測線應垂直帶狀構造布置。(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，而測點沿某一方向移動，來探測某深度內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勘探的方法(fngf)之一。它是利用地質介質的波動性來探測地質現(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激發(fā)地震波，地震波以彈性波動方式在巖體內傳播。 根據(jù)不同介質彈性波傳播速度的差異來判斷地質現(xiàn)象。 按彈性波的傳播方式，地震勘探又分為直達波法

13、、反射波法和折射波法。地震勘探可以用于了解地下地質構造，如基巖面、覆蓋層厚度、風化層、斷層等。共五十三頁 一、工程地質試驗 在工程地質勘察中，工程地質試驗是取得工程設計所需要的各種計算指標的一種重要(zhngyo)手段。它分為室內試驗和野外試驗兩大類。 第三節(jié) 工程地質試驗及長期(chngq)觀測共五十三頁室內試驗是將野外采取的試樣送到室內進行的。其特點是設備簡單、比較經濟、方法較為成熟，所測物理力學指標已被公認；但試樣較小，代表天然條件(tiojin)下的地質情況有一定的限制。野外試驗是在天然條件下進行的，其優(yōu)點是不用取樣，可保持巖體天然狀態(tài)和原有結構。試驗涉及的巖體體積比室內試驗樣品大得多

14、，因而更能反映結構面等對巖體性質的影響。但這類試驗設備和試驗技術較為復雜，成本高，且試驗周期長。共五十三頁 野外巖體力學性質試驗，野外水文地質試驗，以及與施工方法有關的地質技術試驗，如灌漿試驗等。其中，野外水文地質試驗主要包括下列項目：抽水試驗、壓水試驗、注水試驗、地下水流向流速試驗、連通(lintng)試驗等。 以下著重介紹野外巖體力學性質試驗。 野外試驗主要(zhyo)包括：共五十三頁巖體變形試驗可分為承壓板法試驗、水壓洞室試驗、狹縫(xi fn)試驗以及鉆孔變形試驗等。它們的基本原理相同，這里僅介紹常用的承壓板法試驗。承壓板法試驗一般在平洞中進行，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，按彈性理論計算巖體變形參數(shù)。 1巖體變形(bin xng)試驗共五十三頁承壓板載荷(zi h)試驗裝置圖共五十三頁 2巖體抗剪試驗(shyn)巖體抗剪試驗可分為下列三類：巖體本身的抗剪強度(qingd)試驗，巖體沿軟弱結構面的抗剪強度試驗和混凝土巖體膠結面的抗剪強度試驗。一般在平洞內用雙千斤頂平推法進行。共五十三頁巖體抗剪試驗(shyn)示意圖共五十三頁 3巖體應力(yngl)測量巖體應力測量常用的方法有應力恢復法、應力解除法及水壓致裂法等。 （詳見第九章） 4野外簡易(jiny)巖體強度試驗(1)點荷載試驗。巖石點荷載試驗是將試件置于上、下一對球端圓錐之間，施加集中荷載直

16、至破壞，據(jù)此求得巖石點荷載強度指數(shù)。該試驗方法簡便，可應用不規(guī)則的試樣，無需巖樣加工，有利于降低試驗成本，加快試驗進程，尤其是對于難以取樣和無法進行巖樣加工的軟巖和嚴重風化的巖石，更顯示出其優(yōu)越性。(2)回彈錘擊試驗。用測定混凝土強度的回彈儀(國外稱施密特錘)來測定巖石強度的方法。共五十三頁點荷載(hzi)儀示意圖共五十三頁 二、長期觀測(gunc)工作長期觀測工作，一般在工程地質勘察初步設計階段就應開始，并貫穿于以后各個勘察階段，因為許多重要數(shù)據(jù)須從長期觀測中獲得。通常進行的長期觀測內容包括(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、不僅在工程地質勘察過程中是一項很重要的工作，而且就是在建筑物修建后，為確保建筑物安全運轉和驗證工程地質預測或評價的結論，也具有很重要的意義。有關水利水電工程在運轉期間水文地質及工程地質需長期觀測的內容，見下頁表所列。共五十三頁長期(chngq)觀測項目和內容（1）共五十三頁長期觀測項目(xingm)和內容（2）共五十三頁 第四節(jié) 工程地質勘察(knch)成果報告一、工程地質勘察(knch)報告(1)緒言。簡述工程位置、工程主要指標、主要建筑物的布置方案、完成的工作項目及工作量等。(2)區(qū)域地質概況。簡要介紹區(qū)域地貌、地層巖性、地質構造、物理地質現(xiàn)象和水文地質條件等，并對區(qū)域穩(wěn)定性和地震危險性作

18、出評價。對于可溶巖區(qū)還應著重說明巖溶發(fā)育的規(guī)律及巖溶地下水的補排條件。 共五十三頁 (3)水庫區(qū)的工程地質條件。先簡述庫區(qū)的工程地質(dzh)條件，然后重點對水庫滲漏、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(dzh)問題作出扼要的地質(dzh)說明、定量評價和結論，并提出處理意見。共五十三頁 (4)建筑物區(qū)的工程地質條件(tiojin)壩區(qū)工程地質條件，包括工程概況；主要地質條件；與選定壩型、壩軸線、樞紐布置有關的工程地質條件說明，如軟弱夾層、構造斷裂、巖體風化程度分帶和風化深度、覆蓋層厚度和物質組成，以及巖體完整性，并給出壩基巖體物理力學性質和水理性質指標參數(shù)。對壩基巖體質量作出分類(fn li)，對滲漏、滲透變形和邊坡穩(wěn)定等問題進行詳細論證，并給出定量評價的數(shù)據(jù)；對不良工程地質條件，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、通航建筑物和導流工程等的工程地質條件進行闡述，對不良地質因素提出處理意見。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、質量、儲量、開采和運輸(ynsh)條件等。(6)結論和建議。扼要綜述建筑物區(qū)的基本地質特點，各建筑物主要工程地質問題及評價，論述工程修建后應注意的地質問題和某些建設性意見。 共五