水電地質(zhì)培訓教材：四、水庫工程地質(zhì).ppt

各階段水庫區(qū)勘察的主要內(nèi)容,規(guī)劃階段： 了解水庫的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件； 了解可能威脅水庫成立的滑坡、潛在不穩(wěn)定岸坡、泥石流、坍岸和浸沒等的分布范圍； 了解可溶巖地區(qū)的喀斯特發(fā)育情況，含水層和隔水層的分布范圍，河谷和分水嶺的地下水位，并對水庫產(chǎn)生滲漏的可能性進行分析； 了解重要礦產(chǎn)和名勝古跡的分布情況。,各階段水庫區(qū)勘察的主要內(nèi)容,預可研階段： 調(diào)查水庫區(qū)的水文地質(zhì)條件，可能的滲漏地段，估算可能的滲漏量； 調(diào)查庫岸穩(wěn)定條件，預測水庫坍岸情況； 預測水庫浸沒范圍； 調(diào)查影響水庫建設的其他環(huán)境地質(zhì)問題。,各階段水庫區(qū)勘察的主要內(nèi)容,可研階段： 在預可行性研究階段勘察工作的基礎上，針對水庫存在的地質(zhì)問題，開展水庫滲漏、浸沒、庫岸穩(wěn)定性等專門性工程地質(zhì)勘察工作。,預可研階段水庫滲漏工程地質(zhì)勘察,目的是初步圈定水庫蓄水后可能發(fā)生滲漏的地段，估算滲漏量的大小，初步評價滲漏對建庫的影響程度及處理的可能性，為壩址選擇和回水高程的確定提供資料。 方法是測繪和必要的勘探?？碧狡拭娲怪庇诘叵滤炙畮X或平行于地下水流向布置，孔深應達到可靠的相對隔水層或喀斯特發(fā)育相對下限以下的適當深度。,可研階段水庫滲漏地質(zhì)勘察,對存在水庫滲漏地段進行專門性勘察，定量地評定滲漏量，為防滲措施的選擇和設計提供資料。 首先進行比例尺l/萬1/2千的地質(zhì)測繪，其次，應平行于水庫滲漏方向布置勘探剖面線。 查明水文地質(zhì)條件及測得滲透系數(shù)后，應根據(jù)邊界條件選用適當?shù)墓焦浪銤B漏量，以便為防滲措施的設計提供依據(jù)。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫滲漏,水庫滲漏的類型 暫時性滲漏是指水庫蓄水初期，庫水滲入庫水位以下巖土體中未被飽和的孔隙、裂隙和洞穴等，使之飽和而出現(xiàn)的庫水滲漏損失。 永久性滲漏是指庫水沿具透水性的巖（土）體或構(gòu)造、巖溶滲漏通道等流向庫外的鄰谷、洼地或壩下游產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象。是水庫滲漏問題研究的重點。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫滲漏,永久性滲漏的地質(zhì)條件 1、地形地貌條件：水庫與相鄰河谷間分水嶺的寬窄和鄰谷的切割深度對水庫滲漏影響很大。 2、地層巖性條件：庫底和水庫周邊有透水巖層 3、地質(zhì)構(gòu)造條件：水庫所處的構(gòu)造環(huán)境、連通庫內(nèi)外的構(gòu)造破碎帶 4、水文地質(zhì)條件：地下分水嶺的有無、高程及其與水庫正常蓄水位的關(guān)系,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫滲漏,水庫滲漏估算原則 根據(jù)滲漏地段的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、滲流特性和邊界條件，選擇適宜的水文地質(zhì)計算公式估算滲漏量。存在多個透水層時，可分別估算滲漏量。 應根據(jù)水文地質(zhì)測試成果，經(jīng)統(tǒng)計分析后給定各透水層（組、帶）的滲透系數(shù)。要注意透水層（組、帶）的不均勻性，具有多個透水層或明顯滲透分帶的透水層，難以單獨估算滲漏量的，可取各透水層（組、帶）滲透系數(shù)的加權(quán)平均值，用以估算滲漏量。,水庫滲漏估算 （下部有水平隔水層，潛水透水層均一的滲漏量計算）,式中： q單寬滲漏量（m3/d.m） K巖土體的滲透系數(shù)（m/d） H1相對隔水層以上的水庫水頭（m） H2相對隔水層以上的鄰谷水頭（m） L滲漏距離（m） Q滲漏總量（m3/s） B滲漏總寬度（m）,水庫滲漏估算 （不同透水性的水平巖層的滲漏量計算 ）,T1下層透水層的厚度（m）； T2上層透水層的過水部分的平均厚度（m）,Kcp兩層巖土體的加權(quán)平均滲透系數(shù)（ m/d ）,水庫滲漏估算 （承壓含水層滲漏量計算 ）,式中： m1水庫附近承壓含水層厚度（m）； m2同一承壓含水層在排水區(qū)的厚度（m）。 其它符號意義同前。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫滲漏,水庫滲漏的處理 混凝土防滲墻 防滲面板 水平鋪蓋 灌漿帷幕 其它措施除以上措施外，在巖溶地區(qū)還常用圍、隔、堵等措施解決水庫滲漏問題。 在水利水電工程中，究竟選用什么防滲措施，常常要結(jié)合工程區(qū)具體地質(zhì)條件綜合考慮確定。,水庫浸沒工程地質(zhì)勘察,水庫蓄水后使庫區(qū)周圍地下水相應壅高而接近或高于地面，導致農(nóng)田鹽堿化、沼澤化及建筑物地基條件惡化、礦坑涌水等，這種現(xiàn)象稱為浸沒。 調(diào)查分析可能產(chǎn)生浸沒的地形、地層巖性、水文地質(zhì)等條件；通過地下水回水計算，預測地下水回水水位，進行浸沒評價。,不同階段浸沒勘察的任務,預可行性研究階段預測水庫的浸沒范圍 可行性研究階段應對已經(jīng)圈定的浸沒區(qū)進行詳細勘察確定浸沒區(qū)的范圍；查明防護地段的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，提出處理措施建議。,浸沒勘探要求,浸沒區(qū)水文地質(zhì)勘探剖面線應垂直庫岸或平行地下水流向布置。勘探點應采用坑、孔，且控制性鉆孔不應少于2個，其中一個孔應靠近水庫設計正常蓄水位的邊線布置，鉆孔應進入相對隔水層；探坑應挖到地下水位。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫浸沒,水庫浸沒的地形地質(zhì)條件 地形地貌條件：地面高程低于或略高于水庫正常蓄水位的盆地型水庫邊緣與山前洪積扇直接相接的地段、喀斯特地區(qū)暗河出口位于水庫水位以下且暗河系統(tǒng)有大片的溶蝕洼地地區(qū)、平原型水庫的壩下游、順河壩或圍堤或引水渠道的外側(cè)地段均易產(chǎn)生浸沒。地面越是寬闊低平，則浸沒范圍越大。 廣西因庫水位頂托，巖溶地下水排泄不暢產(chǎn)生的內(nèi)澇較多。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫浸沒,水庫浸沒的地形地質(zhì)條件 巖性條件：庫岸帶為透水巖層，易產(chǎn)生浸沒。 水文地質(zhì)條件：蓄水前地下水埋藏較淺，地下水排泄不暢，蓄水后地下水壅高，地下水補給量大于排泄量的庫岸地段、閉封或半封閉的洼地、沼澤的邊緣地帶，易產(chǎn)生浸沒。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫浸沒,浸沒判別分初判和復判兩個階段。 初判-不易產(chǎn)生浸沒地區(qū)的標志 1、庫岸或渠道由相對不透水巖土層組成，或調(diào)查地區(qū)與庫水間有相對不透水層阻隔；且該不透水層的頂部高程高于水庫設計正常蓄水位。 2、調(diào)查地區(qū)與庫岸間有經(jīng)常水流的溪溝，其水位等于或高于水庫設計正常蓄水位。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫浸沒,初判-易產(chǎn)生浸沒地區(qū)的標志 1、平原型水庫的周邊和壩下游，順河壩或圍堤的外側(cè)，地面高程低于庫水位地區(qū)。 2、盆地型水庫邊緣與山前洪積扇、洪積裙相連的地區(qū)。 3、潛水位埋藏較淺，地表水或潛水排泄不暢，補給量大于排出量的庫岸地區(qū)，封閉或半封閉的洼地，或沼澤的邊緣地區(qū)。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫浸沒,復判-在初判的基礎上進行。 主要是三個方面的內(nèi)容： 1、核實和查明初判圈定的浸沒地區(qū)的水文地質(zhì)條件，獲得比較詳細的水文地質(zhì)參數(shù)及潛水動態(tài)觀測資料； 2、建立潛水滲流數(shù)學模型，進行非穩(wěn)定態(tài)潛水回水預測計算，繪出設計正常蓄水位情況下，庫區(qū)周邊的潛水等水位線預測圖，預測不同庫水位時的浸沒范圍； 3、除復核水庫設計正常蓄水位條件下的浸沒范圍外，還要根據(jù)需要計算水庫運用規(guī)劃中的其它代表性運用水位下的浸沒情況。,潛水回水計算,隔水底板水平、陡直河岸、無滲入均質(zhì)介質(zhì)的穩(wěn)定態(tài)潛水回水計算模型與公式如下。,對于非穩(wěn)定態(tài)的潛水回水計算，需要采用數(shù)值法進行計算。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫浸沒,地下水臨界埋深的確定方法 一是根據(jù)浸沒地段所在地區(qū)的具體水文地質(zhì)條件、農(nóng)業(yè)科研單位的田間實驗觀測資料和當?shù)厣a(chǎn)實踐經(jīng)驗確定。 二是計算（根據(jù)上述方法確定浸沒的臨界地下水位埋深有困難時）： HCrHkH 式中HCr浸沒的臨界地下水位埋深（m）； Hk地下水位以上，土壤毛管水上升帶的高度（m）； H安全超高值（m）。對農(nóng)業(yè)區(qū)，該值即根系層的厚度；城鎮(zhèn)和居民區(qū)，該值取決于建筑物荷載，基礎型式和砌置深度。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫浸沒,水庫浸沒的判別標準 浸沒評價根據(jù)當?shù)亟]監(jiān)界值與潛水回水位埋深之間的關(guān)系確定，當預測的潛水回水位埋深值小于浸沒的臨界地下水位埋深時，該地區(qū)即應判定為浸沒區(qū)。,水庫庫岸穩(wěn)定,水庫回水使水庫沿岸的自然條件發(fā)生顯著變化，使原本自然穩(wěn)定的邊坡，穩(wěn)定條件惡化，形成各種破壞現(xiàn)象。 重點勘察研究范圍是近壩地段,第四章 水庫工程地質(zhì)-庫岸穩(wěn)定,水庫岸坡穩(wěn)定性研究的主要內(nèi)容 地形地貌條件，河谷結(jié)構(gòu)類型，沖溝發(fā)育情況； 庫岸巖土體性質(zhì)，完整程度，風化狀態(tài)，巖體應力狀況； 巖體中各種結(jié)構(gòu)面（層面、斷層、節(jié)理裂隙、軟弱夾層等）與庫岸坡向的組合關(guān)系； 庫岸地下水特征及動態(tài)變化，泉水分布及特征； 庫岸穩(wěn)定現(xiàn)狀，變形破壞的發(fā)育階段，變形破壞跡象和位移監(jiān)測資料；,第四章 水庫工程地質(zhì)-庫岸穩(wěn)定,水庫岸坡穩(wěn)定性研究的主要內(nèi)容 庫水位的變化情況，特別是抽水蓄能電站庫水位劇烈變化情況； 降水、地震、地下礦藏開采以及其它天然和人為活動情況等。 在對以上內(nèi)容分析的基礎上，對庫岸進行工程地質(zhì)分段研究和評價，評價庫岸、潛在不穩(wěn)定庫岸和現(xiàn)行破壞體的穩(wěn)定現(xiàn)狀；預測它們在水庫蓄水過程中和運行期（庫水位驟降或頻繁升降）的發(fā)展趨勢；邊坡失穩(wěn)的可能性和變形破壞機制、規(guī)模；提出處理措施等。,水庫滑坡,關(guān)于滑坡的特征、分類、穩(wěn)定影響因素和評價方法等將在“邊坡工程地質(zhì)”中介紹 關(guān)于水庫滑坡引起的涌浪問題，重大工程采用模型試驗或數(shù)值分析方法可以進行估計和評價。 滑坡體入水后所造成的水體反應非常復雜，計算邊界條件不得不進行充分簡化，采用計算方法獲得的浪高常具有局限性。,水庫滑坡部分的重點,垂直滑坡體的滑速計算 式中 m滑體單寬質(zhì)量，kg； g重力加速度，m/s2； L滑體水上部分滑面長度，m； H滑坡體水上部分重心至水面高度，m； 滑面傾角； f滑面摩擦系數(shù)； c滑面的粘聚力，Mpa。 關(guān)于涌浪高度計算建議大家了解,第四章 水庫工程地質(zhì)-庫岸穩(wěn)定,坍岸預測剖面，應垂直于庫岸布置，近岸邊的鉆孔應打到水庫死水位以下510m或陡坡腳，其余坑孔深度則根據(jù)具體情況確定。,第四章 水庫工程地質(zhì)-庫岸穩(wěn)定,水庫塌岸 塌岸的過程見下圖 勘察的目的是預測塌岸的寬度（圖e）,第四章 水庫工程地質(zhì)-庫岸穩(wěn)定,水庫塌岸預測的常用方法 卡丘金法 卓洛塔廖夫圖解法 我國黃土地區(qū)水庫塌岸長期預測 都是半經(jīng)驗的東西總結(jié)出來的，南方不一定合適。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫誘發(fā)地震,因蓄水而引起庫盆及其鄰近地區(qū)原有地震活動性發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象，簡稱水庫地震。,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫誘發(fā)地震,水庫誘發(fā)地震的基本特征 發(fā)震概率：國內(nèi)外統(tǒng)計資料表明，出現(xiàn)水庫地震的工程占水利水電工程總數(shù)的比例不足0.1，但隨著壩高（蓄水深度）和庫容的增大，其所占比例明顯增高。 空間分布：平面上，震中的主體部分集中在庫盆和距庫岸35km以內(nèi)的地方，特殊情況下（例如區(qū)域性大斷裂帶橫穿庫區(qū)或水庫沿喀斯特暗河形成地下支汊），也不至超過10km。垂向上，一般都屬于極淺震，震源深度在35km以內(nèi)；,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫誘發(fā)地震,時間分布： 初震：出現(xiàn)在開始蓄水后幾天至一、兩年。更細致的分析則表明，同一水庫的幾個震中密集區(qū)出現(xiàn)初震的時間是不同的，但大都是在庫水位剛剛上漲到該震中區(qū)并超過當?shù)靥烊蛔罡吆樗坏臅r刻，幾乎沒有滯后。 主震：大部分發(fā)生在蓄水初期、庫水位持續(xù)上升至水庫開始正常運行的時段中，與初震之間的滯后從不到1個月至24年不等，它主要取決于首次蓄至設計水位所需時間。 衰減和平息 ：大部分水庫在主震后的衰減過程延續(xù)數(shù)年至十余年，,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫誘發(fā)地震,水庫誘發(fā)地震的類型與發(fā)震條件 構(gòu)造型：區(qū)域性或地區(qū)性斷裂通過庫壩區(qū)；斷層有晚更新世以來活動的直接地質(zhì)證據(jù)；斷裂帶和破碎帶有一定的規(guī)模和導水能力，與庫水溝通并可能滲往深部。 喀斯特型：庫區(qū)有較大面積的碳酸鹽巖分布，特別是質(zhì)純、層厚、塊狀的石灰?guī)r；現(xiàn)代喀斯特作用強烈；一定的氣候和水文條件（如暴雨中心、陡漲陡落型洪峰等）。 卸荷型：,第四章 水庫工程地質(zhì)-水庫誘發(fā)地震,水庫誘發(fā)地震的主要研究內(nèi)容 水庫誘發(fā)地震的研究和前期預測已成為大型工程庫壩區(qū)的主要工程地質(zhì)問題之一。大體分為三個階段： 第一階段：進行庫壩區(qū)誘震環(huán)境分區(qū)，定性評價水庫誘發(fā)地震的可能性和可能誘震的庫段。 第二階段：開展專題研究，對誘震可能性較大的地