第6章（庫(kù)壩區(qū)地質(zhì)問(wèn)題）

第六章庫(kù)壩區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題水工建筑物主要由三大部分組成：擋水建筑物（大壩）主體建筑泄水建筑物取水、輸水建筑物+附屬建筑物（水電站、航運(yùn)船閘、魚(yú)（筏）道等）水利樞紐

水利樞紐按規(guī)模分為五個(gè)等級(jí)一、工程地質(zhì)條件：是指與工程建筑物有關(guān)的各種地質(zhì)因素的綜合。內(nèi)容主要包括：①地形地貌

②地層巖性③地質(zhì)構(gòu)造

④水文地質(zhì)條件⑤自然(物理)地質(zhì)現(xiàn)象

⑥天然建筑材料第一節(jié)水工建筑物工程地質(zhì)條件與工程地質(zhì)問(wèn)題地形：指地表形態(tài)、高程、地勢(shì)高低、山脈水系、自然景物、森林植被，以及人工建筑物分布等，常以地形圖予以綜合反映。地貌：主要指地表形態(tài)的成因、類(lèi)型，以及發(fā)育程度等，常以地貌圖予以反映。

1、地形地貌條件2、地層巖性

兩大類(lèi)壩基，即：巖基(硬基)土基(軟基)4、水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件一般包括以下內(nèi)容：1）地下水類(lèi)型2）含水層與隔水層的組合關(guān)系、空間分布規(guī)律及特征3）巖(土)層的水理性質(zhì)(容水性、給水性、透水性)4）地下水的運(yùn)動(dòng)特征(流向、流速、流量等)5）地下水動(dòng)態(tài)特征(水位、水溫、水質(zhì)的變化規(guī)律)6）地下水的水質(zhì)(水的物理、化學(xué)性質(zhì)、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等)

3、地質(zhì)構(gòu)造決定因素，地質(zhì)結(jié)構(gòu)不適宜，水電工程建設(shè)就不能進(jìn)行6、天然建筑材科

水工建筑天然建材的用量巨大，需要研究以下幾方面的內(nèi)容：

1）產(chǎn)地距離;2）開(kāi)采條件;3）質(zhì)量;4）數(shù)量.5、自然(物理)地質(zhì)現(xiàn)象風(fēng)化滑坡崩塌泥石流巖溶等二、庫(kù)壩區(qū)工程地質(zhì)問(wèn)題1、庫(kù)區(qū)主要的工程地質(zhì)問(wèn)題①水庫(kù)滲漏問(wèn)題；②水庫(kù)浸沒(méi)問(wèn)題；③庫(kù)岸穩(wěn)定性問(wèn)題；④水庫(kù)淤積問(wèn)題；⑤水庫(kù)誘發(fā)地震問(wèn)題

1）

壩體穩(wěn)定問(wèn)題2）滲漏及滲透變形3）壩基巖石在長(zhǎng)期浸泡下的軟化或泥化4）水對(duì)帷幕、混凝土的腐蝕與破壞5）壩區(qū)泄流區(qū)“霧雨”對(duì)周?chē)刭|(zhì)環(huán)境的影響分析2、壩區(qū)主要的工程地質(zhì)問(wèn)題第二節(jié)庫(kù)壩滲漏問(wèn)題滲漏：水體通過(guò)滲透通道流失的現(xiàn)象。一、庫(kù)區(qū)滲漏1.水庫(kù)滲漏形式

永久性滲漏（有滲漏通道）

暫時(shí)性滲漏(飽和后停止）

2.水庫(kù)永久滲漏形式

松散土體孔隙性透水層堅(jiān)硬巖層的強(qiáng)裂隙性透水帶(特別是斷層破碎帶)可溶巖類(lèi)的巖溶洞穴管道永久滲漏通道：永久滲漏形式：巖層產(chǎn)狀溝通縱向河谷段向下游滲漏向鄰谷滲漏斷層溝通根據(jù)滲漏部位不同可分為:壩基滲漏繞壩滲漏壩體滲漏（設(shè)計(jì)問(wèn)題）

根據(jù)滲漏形式又可分為:均勻滲漏集中滲漏二、壩基滲漏類(lèi)型繞壩滲漏壩基滲漏在定性分析了壩基（肩）滲漏的地質(zhì)條件以后，需對(duì)其滲漏量進(jìn)行定量計(jì)算，借以確定防滲措施。（一）壩基滲漏量的計(jì)算1.單層透水壩基：卡明斯基（Kamehck.H）公式：q——單寬壩基的滲漏量，m3/（d.m）；K——土層的滲透系數(shù)；H——壩上下游水位差，m；b——壩底寬度之半，m；T——透水層厚度，m。二、壩基（肩）滲漏量的計(jì)算壩基滲漏總量單層透水壩基壩基滲漏量計(jì)算圖2.雙層透水壩基：

卡明斯基公式計(jì)算單寬雙層壩基的滲漏量q：雙層透水壩基壩基滲漏量計(jì)算圖1—不透水巖層；2—透水巖層；3—弱透水巖層這里K2＞K1！當(dāng)壩基為多層結(jié)構(gòu)，且各層滲透系數(shù)不一時(shí)，需先計(jì)算出滲透系數(shù)的加權(quán)平均值，再視情況分別按單層和雙層情況計(jì)算；

若上下層的滲透系數(shù)K值相差在10倍以?xún)?nèi)，按單層情況計(jì)算滲漏量；若上下層滲透系數(shù)K值相差在10倍以上，則先將地層分為兩組，分別計(jì)算滲透系數(shù)的加權(quán)平均值，再按雙層計(jì)算式計(jì)算滲漏量。3.多層透水壩基：總滲漏量計(jì)算按下式計(jì)算每一條滲流帶的滲漏量ΔQ；

（二）繞壩滲漏量的計(jì)算K——巖土的滲透系數(shù)，m/d；Δb——某一滲流帶的寬度，m；L——某一滲流帶的寬度，m；H1——水庫(kù)正常高水位至隔水層頂板的高差，m；H2——水庫(kù)下游水位至隔水層頂板的高差，m；H——水庫(kù)上下游水位差，m?？偟睦@壩滲漏量Q：壩基滲透變形：

上游通過(guò)壩下地層滲流向壩下游的水流具有較大的動(dòng)力壓力，帶動(dòng)土層中的細(xì)顆粒，使之發(fā)生移動(dòng)或顆粒成分發(fā)生改變的現(xiàn)象。第三節(jié)壩基滲透變形分析一、壩基滲透變形的形式管涌（或潛蝕）----級(jí)配不良流土-----級(jí)配良好壩基滲流示意圖1—壩基上游滲流方向向下；2—壩基滲流方向水平；3——壩基下游滲流方向向上L—滲流距離；ΔH—水位差（ΔH=H1－H2）二、壩基滲透變形的原因分析（一）巖（土）體結(jié)構(gòu)因素分析巖（土）體的結(jié)構(gòu)，特別是顆粒組成的不均勻性，是形成管涌或流土的主要原因。其中影響因素如下。1.土中占多數(shù)的粗、細(xì)顆粒的平均直徑：時(shí)，才能產(chǎn)生管涌。2.土顆粒級(jí)配的不均勻性的影響：不均勻性小時(shí)，土易產(chǎn)生以流土為主要形式的滲透變形；不均勻性大的土易產(chǎn)生以管涌為主要形式的滲透變形；

10＜Cu＜20的土，可能產(chǎn)生流土，也可能產(chǎn)生管涌。3.土層具二元結(jié)構(gòu)或呈多層狀結(jié)構(gòu)，則根據(jù)土層的埋藏條件具體分析二元結(jié)構(gòu)情況下-----當(dāng)粘性土在上，砂性土在下，且粘性土層厚而完整時(shí)，則不易產(chǎn)生滲透變形；當(dāng)粘性土薄或不完整時(shí)，就易在壩的下游產(chǎn)生流土隆起，并相繼產(chǎn)生下層砂土管涌。

有尖滅層、透鏡體等土層存在，且粘性土層厚度由上游向下游逐漸變薄，亦即其下的砂礫石層逐漸變厚，則滲透壓力至下游，會(huì)因過(guò)水?dāng)嗝娴募哟蠖兴魅?。相反，如果砂礫石層向下游尖滅，則滲透壓力會(huì)有很大增加，這些地方就易產(chǎn)生流土或管涌。（二）動(dòng)水壓力因素滲透壓力是滲透水流作用在單位土體上的壓力，其大小主要與滲透水流的水力坡降和水的容重有關(guān)，即

ΔH－水頭差，L－滲流距離，故ΔH越大或L越小，則I值越大，產(chǎn)生滲透變形的可能性亦越大。三、壩基滲透變形計(jì)算

預(yù)測(cè)壩基是否會(huì)發(fā)生滲透變形可按下述步驟：１、確定臨界水力坡降Icp理論計(jì)算法實(shí)驗(yàn)室測(cè)定野外試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以試驗(yàn)法較為可靠，理論計(jì)算次之。2.允許水力坡降的選擇用臨界水力坡降除以規(guī)定的安全系數(shù)（K）可得，如下式：

安全系數(shù)的規(guī)定應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜性及建筑物的重要性而定。砂土：K=2～3粘土：K=2.5～33.壩基實(shí)際水力坡降的確定：4.滲透變形判別：

I與I’比較

I＞I’該點(diǎn)會(huì)發(fā)生滲透變形I＝I’臨界狀態(tài)I＜I’滲透安全四、壩基滲透變形防治措施1.垂直截滲常用粘土截水槽、灌漿帷幕和混凝土防滲墻等方法。

截水槽示意圖

a－心墻壩；b－均質(zhì)斜墻壩心墻與幃幕灌漿2.水平鋪蓋

這種措施只是加長(zhǎng)滲徑而減小水力梯度，并不能完全截?cái)酀B流。

3.排水減壓

常用的方法有排水溝和減壓井，它們的作用是吸收滲流和減小逸出段的實(shí)際水力梯度。設(shè)置在下游壩腳附近。

4.反濾蓋重在滲流逸出段分層鋪設(shè)粒徑不同的砂礫石層，層界面應(yīng)與滲流方向正交，粒徑由細(xì)到粗，常設(shè)置三層。

典型反濾層結(jié)構(gòu)a－各分層間粒徑關(guān)系；b－排水孔反濾層結(jié)構(gòu)

一、壩基巖體滑動(dòng)破壞的類(lèi)型破壞形式---根據(jù)滑動(dòng)破壞面位置的不同，可分為

表層滑動(dòng)淺層滑動(dòng)深層滑動(dòng)混合滑動(dòng)第四節(jié)壩基（肩）巖體抗滑穩(wěn)定分析壩基滑動(dòng)破壞的形式（a）表層滑動(dòng)；（b）淺層滑動(dòng)（c）深層滑動(dòng)；（d）混合滑動(dòng)

(一)表層滑移的穩(wěn)定性分析二、壩基抗滑穩(wěn)定性的分析壩基表層滑移計(jì)算圖形(二)淺層滑移的穩(wěn)定性分析

可按表層滑移情況進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。但應(yīng)注意的是，此時(shí)應(yīng)采用軟弱巖石或破碎巖體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，而不能采用混凝土與巖石間的抗剪強(qiáng)度或抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)。淺層滑移(三)深層滑移的穩(wěn)定性分析**壩基深層滑移體穩(wěn)定計(jì)算圖形(a)、(d)單斜滑動(dòng)面傾向下；(b)單斜滑動(dòng)面頃向上游；(c)、(d)雙斜滑動(dòng)面EGHBCADF三個(gè)面都具備時(shí)，壩基滑移變形可能性最大切割面——ADE、BCF、ABFE滑動(dòng)面——ABCD臨空面——HDCG

壩基深層滑移有限元穩(wěn)定分析壩基深層滑移計(jì)算工況分析1)傾向下游的單斜滑動(dòng)面這種情況下，在壩的下游存在陡立臨空面，構(gòu)成滑移體，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)為2)傾向上游的單斜滑動(dòng)面抗滑穩(wěn)定系數(shù)為：

3)雙斜滑動(dòng)面**①剩余推力法②極限平衡法③等安全系數(shù)法壩基滑移體在傾向下游的滑動(dòng)面上的下滑力P為該段滑動(dòng)力與抗滑力之差第五節(jié)壩基問(wèn)題處理對(duì)不良?jí)位刭|(zhì)問(wèn)題的處理，分為下列三種方式：

清基裂隙巖層的處理軟弱破碎帶的處理

將壩基表部的松散軟弱、風(fēng)化破碎的巖層及淺部的軟弱夾層等開(kāi)挖清除掉，使壩體放在比較新鮮完整的巖體上。一、清基壩基開(kāi)挖二、松散、裂隙巖層的處理----廣泛采用灌漿方法

固結(jié)灌漿所起作用接觸灌漿帷幕灌漿

水泥灌漿灌入物質(zhì)粘土灌漿化學(xué)灌漿

當(dāng)壩基下存在有規(guī)模較大的軟弱破碎帶時(shí)，如斷層破碎帶、軟弱夾層、泥化層、囊狀風(fēng)化帶、裂隙密集帶等，則需要進(jìn)行特殊的處理。1.高傾角軟弱破碎帶的處理混凝土塞混