水電地質(zhì)培訓(xùn)教材：四、水庫(kù)工程地質(zhì).ppt

各階段水庫(kù)區(qū)勘察的主要內(nèi)容,規(guī)劃階段： 了解水庫(kù)的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件； 了解可能威脅水庫(kù)成立的滑坡、潛在不穩(wěn)定岸坡、泥石流、坍岸和浸沒(méi)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(duì)水庫(kù)產(chǎn)生滲漏的可能性進(jìn)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(kù)區(qū)勘察的主要內(nèi)容,預(yù)可研階段： 調(diào)查水庫(kù)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(kù)岸穩(wěn)定條件，預(yù)測(cè)水庫(kù)坍岸情況； 預(yù)測(cè)水庫(kù)浸沒(méi)范圍； 調(diào)查影響水庫(kù)建設(shè)的其他環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。,各階段水庫(kù)區(qū)勘察的主要內(nèi)容,可研階段： 在預(yù)可行性研究階段勘察工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)水庫(kù)存在的地質(zhì)問(wèn)題，開(kāi)展水庫(kù)滲漏、浸沒(méi)、庫(kù)岸穩(wěn)定性等專門(mén)性工程地質(zhì)勘察工作。,預(yù)可研階段水庫(kù)滲漏工程地質(zhì)勘察,目的是初步圈定水庫(kù)蓄水后可能發(fā)生滲漏的地段，估算滲漏量的大小，初步評(píng)價(jià)滲漏對(duì)建庫(kù)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(cè)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(yīng)達(dá)到可靠的相對(duì)隔水層或喀斯特發(fā)育相對(duì)下限以下的適當(dāng)深度。,可研階段水庫(kù)滲漏地質(zhì)勘察,對(duì)存在水庫(kù)滲漏地段進(jìn)行專門(mén)性勘察，定量地評(píng)定滲漏量，為防滲措施的選擇和設(shè)計(jì)提供資料。 首先進(jìn)行比例尺l/萬(wàn)1/2千的地質(zhì)測(cè)繪，其次，應(yīng)平行于水庫(kù)滲漏方向布置勘探剖面線。 查明水文地質(zhì)條件及測(cè)得滲透系數(shù)后，應(yīng)根據(jù)邊界條件選用適當(dāng)?shù)墓焦浪銤B漏量，以便為防滲措施的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)滲漏,水庫(kù)滲漏的類型 暫時(shí)性滲漏是指水庫(kù)蓄水初期，庫(kù)水滲入庫(kù)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(kù)水滲漏損失。 永久性滲漏是指庫(kù)水沿具透水性的巖（土）體或構(gòu)造、巖溶滲漏通道等流向庫(kù)外的鄰谷、洼地或壩下游產(chǎn)生滲漏的現(xiàn)象。是水庫(kù)滲漏問(wèn)題研究的重點(diǎn)。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)滲漏,永久性滲漏的地質(zhì)條件 1、地形地貌條件：水庫(kù)與相鄰河谷間分水嶺的寬窄和鄰谷的切割深度對(duì)水庫(kù)滲漏影響很大。 2、地層巖性條件：庫(kù)底和水庫(kù)周邊有透水巖層 3、地質(zhì)構(gòu)造條件：水庫(kù)所處的構(gòu)造環(huán)境、連通庫(kù)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(wú)、高程及其與水庫(kù)正常蓄水位的關(guān)系,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)滲漏,水庫(kù)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(jì)算公式估算滲漏量。存在多個(gè)透水層時(shí)，可分別估算滲漏量。 應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)測(cè)試成果，經(jīng)統(tǒng)計(jì)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(gè)透水層或明顯滲透分帶的透水層，難以單獨(dú)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(kù)滲漏估算 （下部有水平隔水層，潛水透水層均一的滲漏量計(jì)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(duì)隔水層以上的水庫(kù)水頭（m） H2相對(duì)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(kù)滲漏估算 （不同透水性的水平巖層的滲漏量計(jì)算 ）,T1下層透水層的厚度（m）； T2上層透水層的過(guò)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(kù)滲漏估算 （承壓含水層滲漏量計(jì)算 ）,式中： m1水庫(kù)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(hào)意義同前。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)滲漏,水庫(kù)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(kù)滲漏問(wèn)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(kù)浸沒(méi)工程地質(zhì)勘察,水庫(kù)蓄水后使庫(kù)區(qū)周圍地下水相應(yīng)壅高而接近或高于地面，導(dǎo)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(méi)。 調(diào)查分析可能產(chǎn)生浸沒(méi)的地形、地層巖性、水文地質(zhì)等條件；通過(guò)地下水回水計(jì)算，預(yù)測(cè)地下水回水水位，進(jìn)行浸沒(méi)評(píng)價(jià)。,不同階段浸沒(méi)勘察的任務(wù),預(yù)可行性研究階段預(yù)測(cè)水庫(kù)的浸沒(méi)范圍 可行性研究階段應(yīng)對(duì)已經(jīng)圈定的浸沒(méi)區(qū)進(jìn)行詳細(xì)勘察確定浸沒(méi)區(qū)的范圍；查明防護(hù)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(méi)勘探要求,浸沒(méi)區(qū)水文地質(zhì)勘探剖面線應(yīng)垂直庫(kù)岸或平行地下水流向布置。勘探點(diǎn)應(yīng)采用坑、孔，且控制性鉆孔不應(yīng)少于2個(gè)，其中一個(gè)孔應(yīng)靠近水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位的邊線布置，鉆孔應(yīng)進(jìn)入相對(duì)隔水層；探坑應(yīng)挖到地下水位。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)浸沒(méi),水庫(kù)浸沒(méi)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(kù)正常蓄水位的盆地型水庫(kù)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(kù)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(kù)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(méi)。地面越是寬闊低平，則浸沒(méi)范圍越大。 廣西因庫(kù)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(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)浸沒(méi),水庫(kù)浸沒(méi)的地形地質(zhì)條件 巖性條件：庫(kù)岸帶為透水巖層，易產(chǎn)生浸沒(méi)。 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(bǔ)給量大于排泄量的庫(kù)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(méi)。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)浸沒(méi),浸沒(méi)判別分初判和復(fù)判兩個(gè)階段。 初判-不易產(chǎn)生浸沒(méi)地區(qū)的標(biāo)志 1、庫(kù)岸或渠道由相對(duì)不透水巖土層組成，或調(diào)查地區(qū)與庫(kù)水間有相對(duì)不透水層阻隔；且該不透水層的頂部高程高于水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位。 2、調(diào)查地區(qū)與庫(kù)岸間有經(jīng)常水流的溪溝，其水位等于或高于水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)浸沒(méi),初判-易產(chǎn)生浸沒(méi)地區(qū)的標(biāo)志 1、平原型水庫(kù)的周邊和壩下游，順河壩或圍堤的外側(cè)，地面高程低于庫(kù)水位地區(qū)。 2、盆地型水庫(kù)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(bǔ)給量大于排出量的庫(kù)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(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)浸沒(méi),復(fù)判-在初判的基礎(chǔ)上進(jìn)行。 主要是三個(gè)方面的內(nèi)容： 1、核實(shí)和查明初判圈定的浸沒(méi)地區(qū)的水文地質(zhì)條件，獲得比較詳細(xì)的水文地質(zhì)參數(shù)及潛水動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料； 2、建立潛水滲流數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行非穩(wěn)定態(tài)潛水回水預(yù)測(cè)計(jì)算，繪出設(shè)計(jì)正常蓄水位情況下，庫(kù)區(qū)周邊的潛水等水位線預(yù)測(cè)圖，預(yù)測(cè)不同庫(kù)水位時(shí)的浸沒(méi)范圍； 3、除復(fù)核水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位條件下的浸沒(méi)范圍外，還要根據(jù)需要計(jì)算水庫(kù)運(yùn)用規(guī)劃中的其它代表性運(yùn)用水位下的浸沒(méi)情況。,潛水回水計(jì)算,隔水底板水平、陡直河岸、無(wú)滲入均質(zhì)介質(zhì)的穩(wěn)定態(tài)潛水回水計(jì)算模型與公式如下。,對(duì)于非穩(wěn)定態(tài)的潛水回水計(jì)算，需要采用數(shù)值法進(jìn)行計(jì)算。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)浸沒(méi),地下水臨界埋深的確定方法 一是根據(jù)浸沒(méi)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(shí)驗(yàn)觀測(cè)資料和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。 二是計(jì)算（根據(jù)上述方法確定浸沒(méi)的臨界地下水位埋深有困難時(shí)）： HCrHkH 式中HCr浸沒(méi)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(duì)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(chǔ)型式和砌置深度。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)浸沒(méi),水庫(kù)浸沒(méi)的判別標(biāo)準(zhǔn) 浸沒(méi)評(píng)價(jià)根據(jù)當(dāng)?shù)亟](méi)監(jiān)界值與潛水回水位埋深之間的關(guān)系確定，當(dāng)預(yù)測(cè)的潛水回水位埋深值小于浸沒(méi)的臨界地下水位埋深時(shí)，該地區(qū)即應(yīng)判定為浸沒(méi)區(qū)。,水庫(kù)庫(kù)岸穩(wěn)定,水庫(kù)回水使水庫(kù)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(diǎn)勘察研究范圍是近壩地段,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-庫(kù)岸穩(wěn)定,水庫(kù)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(kù)岸巖土體性質(zhì)，完整程度，風(fēng)化狀態(tài)，巖體應(yīng)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(kù)岸坡向的組合關(guān)系； 庫(kù)岸地下水特征及動(dòng)態(tài)變化，泉水分布及特征； 庫(kù)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(cè)資料；,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-庫(kù)岸穩(wěn)定,水庫(kù)岸坡穩(wěn)定性研究的主要內(nèi)容 庫(kù)水位的變化情況，特別是抽水蓄能電站庫(kù)水位劇烈變化情況； 降水、地震、地下礦藏開(kāi)采以及其它天然和人為活動(dòng)情況等。 在對(duì)以上內(nèi)容分析的基礎(chǔ)上，對(duì)庫(kù)岸進(jìn)行工程地質(zhì)分段研究和評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)庫(kù)岸、潛在不穩(wěn)定庫(kù)岸和現(xiàn)行破壞體的穩(wěn)定現(xiàn)狀；預(yù)測(cè)它們?cè)谒畮?kù)蓄水過(guò)程中和運(yùn)行期（庫(kù)水位驟降或頻繁升降）的發(fā)展趨勢(shì)；邊坡失穩(wěn)的可能性和變形破壞機(jī)制、規(guī)模；提出處理措施等。,水庫(kù)滑坡,關(guān)于滑坡的特征、分類、穩(wěn)定影響因素和評(píng)價(jià)方法等將在“邊坡工程地質(zhì)”中介紹 關(guān)于水庫(kù)滑坡引起的涌浪問(wèn)題，重大工程采用模型試驗(yàn)或數(shù)值分析方法可以進(jìn)行估計(jì)和評(píng)價(jià)。 滑坡體入水后所造成的水體反應(yīng)非常復(fù)雜，計(jì)算邊界條件不得不進(jìn)行充分簡(jiǎn)化，采用計(jì)算方法獲得的浪高常具有局限性。,水庫(kù)滑坡部分的重點(diǎn),垂直滑坡體的滑速計(jì)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(zhǎng)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(jì)算建議大家了解,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-庫(kù)岸穩(wěn)定,坍岸預(yù)測(cè)剖面，應(yīng)垂直于庫(kù)岸布置，近岸邊的鉆孔應(yīng)打到水庫(kù)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(kù)工程地質(zhì)-庫(kù)岸穩(wěn)定,水庫(kù)塌岸 塌岸的過(guò)程見(jiàn)下圖 勘察的目的是預(yù)測(cè)塌岸的寬度（圖e）,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-庫(kù)岸穩(wěn)定,水庫(kù)塌岸預(yù)測(cè)的常用方法 卡丘金法 卓洛塔廖夫圖解法 我國(guó)黃土地區(qū)水庫(kù)塌岸長(zhǎng)期預(yù)測(cè) 都是半經(jīng)驗(yàn)的東西總結(jié)出來(lái)的，南方不一定合適。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)誘發(fā)地震,因蓄水而引起庫(kù)盆及其鄰近地區(qū)原有地震活動(dòng)性發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱水庫(kù)地震。,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)誘發(fā)地震,水庫(kù)誘發(fā)地震的基本特征 發(fā)震概率：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，出現(xiàn)水庫(kù)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(kù)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(kù)盆和距庫(kù)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(kù)區(qū)或水庫(kù)沿喀斯特暗河形成地下支汊），也不至超過(guò)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(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)誘發(fā)地震,時(shí)間分布： 初震：出現(xiàn)在開(kāi)始蓄水后幾天至一、兩年。更細(xì)致的分析則表明，同一水庫(kù)的幾個(gè)震中密集區(qū)出現(xiàn)初震的時(shí)間是不同的，但大都是在庫(kù)水位剛剛上漲到該震中區(qū)并超過(guò)當(dāng)?shù)靥烊蛔罡吆樗坏臅r(shí)刻，幾乎沒(méi)有滯后。 主震：大部分發(fā)生在蓄水初期、庫(kù)水位持續(xù)上升至水庫(kù)開(kāi)始正常運(yùn)行的時(shí)段中，與初震之間的滯后從不到1個(gè)月至24年不等，它主要取決于首次蓄至設(shè)計(jì)水位所需時(shí)間。 衰減和平息 ：大部分水庫(kù)在主震后的衰減過(guò)程延續(xù)數(shù)年至十余年，,第四章 水庫(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)誘發(fā)地震,水庫(kù)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(guò)庫(kù)壩區(qū)；斷層有晚更新世以來(lái)活動(dòng)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(dǎo)水能力，與庫(kù)水溝通并可能滲往深部。 喀斯特型：庫(kù)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(qiáng)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(kù)工程地質(zhì)-水庫(kù)誘發(fā)地震,水庫(kù)誘發(fā)地震的主要研究?jī)?nèi)容 水庫(kù)誘發(fā)地震的研究和前期預(yù)測(cè)已成為大型工程庫(kù)壩區(qū)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一。大體分為三個(gè)階段： 第一階段：進(jìn)行庫(kù)壩區(qū)誘震環(huán)境分區(qū)，定性評(píng)價(jià)水庫(kù)誘發(fā)地震的可能性和可能誘震的庫(kù)段。 第二階段：開(kāi)展專題研究，對(duì)誘震可能性較大的地