第6章（庫壩區(qū)地質問題）

第六章庫壩區(qū)工程地質問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、航運船閘、魚（筏）道等）水利樞紐

水利樞紐按規(guī)模分為五個等級一、工程地質條件：是指與工程建筑物有關的各種地質因素的綜合。內容主要包括：①地形地貌

②地層巖性③地質構造

④水文地質條件⑤自然(物理)地質現(xiàn)象

⑥天然建筑材料第一節(jié)水工建筑物工程地質條件與工程地質問題地形：指地表形態(tài)、高程、地勢高低、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

兩大類壩基，即：巖基(硬基)土基(軟基)4、水文地質條件

水文地質條件一般包括以下內容：1）地下水類型2）含水層與隔水層的組合關系、空間分布規(guī)律及特征3）巖(土)層的水理性質(容水性、給水性、透水性)4）地下水的運動特征(流向、流速、流量等)5）地下水動態(tài)特征(水位、水溫、水質的變化規(guī)律)6）地下水的水質(水的物理、化學性質、水質標準等)

3、地質構造決定因素，地質結構不適宜，水電工程建設就不能進行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容：

1）產(chǎn)地距離;2）開采條件;3）質量;4）數(shù)量.5、自然(物理)地質現(xiàn)象風化滑坡崩塌泥石流巖溶等二、庫壩區(qū)工程地質問題1、庫區(qū)主要的工程地質問題①水庫滲漏問題；②水庫浸沒問題；③庫岸穩(wěn)定性問題；④水庫淤積問題；⑤水庫誘發(fā)地震問題

1）

壩體穩(wěn)定問題2）滲漏及滲透變形3）壩基巖石在長期浸泡下的軟化或泥化4）水對帷幕、混凝土的腐蝕與破壞5）壩區(qū)泄流區(qū)“霧雨”對周圍地質環(huán)境的影響分析2、壩區(qū)主要的工程地質問題第二節(jié)庫壩滲漏問題滲漏：水體通過滲透通道流失的現(xiàn)象。一、庫區(qū)滲漏1.水庫滲漏形式

永久性滲漏（有滲漏通道）

暫時性滲漏(飽和后停止）

2.水庫永久滲漏形式

松散土體孔隙性透水層堅硬巖層的強裂隙性透水帶(特別是斷層破碎帶)可溶巖類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（設計問題）

根據(jù)滲漏形式又可分為:均勻滲漏集中滲漏二、壩基滲漏類型繞壩滲漏壩基滲漏在定性分析了壩基（肩）滲漏的地質條件以后，需對其滲漏量進行定量計算，借以確定防滲措施。（一）壩基滲漏量的計算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）滲漏量的計算壩基滲漏總量單層透水壩基壩基滲漏量計算圖2.雙層透水壩基：

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

若上下層的滲透系數(shù)K值相差在10倍以內，按單層情況計算滲漏量；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，分別計算滲透系數(shù)的加權平均值，再按雙層計算式計算滲漏量。3.多層透水壩基：總滲漏量計算按下式計算每一條滲流帶的滲漏量ΔQ；

（二）繞壩滲漏量的計算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——水庫正常高水位至隔水層頂板的高差，m；H2——水庫下游水位至隔水層頂板的高差，m；H——水庫上下游水位差，m?？偟睦@壩滲漏量Q：壩基滲透變形：

上游通過壩下地層滲流向壩下游的水流具有較大的動力壓力，帶動土層中的細顆粒，使之發(fā)生移動或顆粒成分發(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）----級配不良流土-----級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）體結構因素分析巖（土）體的結構，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、細顆粒的平均直徑：時，才能產(chǎn)生管涌。2.土顆粒級配的不均勻性的影響：不均勻性小時，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.土層具二元結構或呈多層狀結構，則根據(jù)土層的埋藏條件具體分析二元結構情況下-----當粘性土在上，砂性土在下，且粘性土層厚而完整時，則不易產(chǎn)生滲透變形；當粘性土薄或不完整時，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，會因過水斷面的加大而有所削弱。相反，如果砂礫石層向下游尖滅，則滲透壓力會有很大增加，這些地方就易產(chǎn)生流土或管涌。（二）動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，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、壩基滲透變形計算

預測壩基是否會發(fā)生滲透變形可按下述步驟：１、確定臨界水力坡降Icp理論計算法實驗室測定野外試驗現(xiàn)場觀測經(jīng)驗數(shù)據(jù)以試驗法較為可靠，理論計算次之。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)定應根據(jù)地質條件的復雜性及建筑物的重要性而定。砂土：K=2～3粘土：K=2.5～33.壩基實際水力坡降的確定：4.滲透變形判別：

I與I’比較

I＞I’該點會發(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－均質斜墻壩心墻與幃幕灌漿2.水平鋪蓋

這種措施只是加長滲徑而減小水力梯度，并不能完全截斷滲流。

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際水力梯度。設置在下游壩腳附近。

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

典型反濾層結構a－各分層間粒徑關系；b－排水孔反濾層結構

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

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

(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算圖形(二)淺層滑移的穩(wěn)定性分析

可按表層滑移情況進行簡化計算。但應注意的是，此時應采用軟弱巖石或破碎巖體的抗剪強度指標，而不能采用混凝土與巖石間的抗剪強度或抗剪斷強度指標。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)定計算圖形(a)、(d)單斜滑動面傾向下；(b)單斜滑動面頃向上游；(c)、(d)雙斜滑動面EGHBCADF三個面都具備時，壩基滑移變形可能性最大切割面——ADE、BCF、ABFE滑動面——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算工況分析1)傾向下游的單斜滑動面這種情況下，在壩的下游存在陡立臨空面，構成滑移體，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)為2)傾向上游的單斜滑動面抗滑穩(wěn)定系數(shù)為：

3)雙斜滑動面**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面上的下滑力P為該段滑動力與抗滑力之差第五節(jié)壩基問題處理對不良壩基地質問題的處理，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、風化破碎的巖層及淺部的軟弱夾層等開挖清除掉，使壩體放在比較新鮮完整的巖體上。一、清基壩基開挖二、松散、裂隙巖層的處理----廣泛采用灌漿方法

固結灌漿所起作用接觸灌漿帷幕灌漿

水泥灌漿灌入物質粘土灌漿化學灌漿

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