第八章水利水电工程地质勘察.ppt

第八章水利水电工程地质勘察 概述在水利水电工程兴建之前，都要进行工程地质勘察工作，其目的是查明水库和水工建筑物地区的工程地质条件，分析预测可能出现的工程地质问题，充分利用有利的地质条件，避开或改造不利的地质因素，为工程的规划、设计、施工和运用提供可靠的地质依据。水利水电工程地质勘察按水利水电工程开发前期工作程序，划分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计四个勘察阶段。各勘察阶段的工作应循序渐进，逐步深入，并与各设计阶段相适应。 1.规划勘察规划勘察的目的，是为河流开发方案和水利水电工程选点提供初步的工程地质资料和地质依据。 可行性研究勘察，是在河流或河段规划选定方案的基础上进行的勘察。其目的是为选定坝址、基本坝型、引水线路和枢纽布置方案进行地质论证，并提供工程地质资料。2．可行性研究勘察 3．初步设计勘察初步设计勘察，是在可行性研究阶段选定的坝址和建筑场地上进行的勘察。其目的是查明水库区及建筑物地区的工程地质条件，为选定坝型、枢纽布置进行地质论证，并为建筑物设计提供地质资料。 技施设计勘察是在初步设计阶段选定的枢纽建筑物场地上进行的勘察。其目的是检验前期勘察的地质资料与结论，为优化建筑物设计提供地质资料。4．技施设计勘察 第一节工程地质测绘工程地质测绘是工程地质勘察中最重要、最基本的勘察方法。它是运用地质学的理论和方法，通过野外调查和综合研究勘察区的地貌、地层岩性、地质构造、物理地质现象、水文地质条件等，并将它们填绘在适当比例尺的地形图上，为下一步布置勘探、试验及长期观测工作打下基础。 水利水电工程测绘比例尺参照表 野外工程地质测绘工作，根据工程设计要求，在搜集并分析测绘区已有的地形地质资料、确定比例尺、范围及工作内容的基础上进行。一般采用下列方法：路线测绘法、地质点测绘法、野外实测地质剖面法等。此外，人造卫星、航测和陆摄相片等遥感资料在工程地质测绘中也得到了普遍的应用。 一、路线测绘方法1．路线穿越法这是沿着与地层界线或区域构造线的走向垂直的方向，每隔一定距离布置一条路线。沿路线观察地质现象和标绘地质界线，然后把各路线上标测的地质界线相连，即可编出地质平面图。这种方法只适用于地质条件不太复杂或小比例尺图的测绘。2．界线追索法这是沿着地层界线或断层延伸方向布置观测路线。这种方法工作量较大，但成果比较准确。多用于地层沿走向变化较大、断裂构造比较发育，以及岩浆岩分布区。这种方法多用于中、小比例尺图的测绘。 二、地质点测绘方法在测区内按方格网布置地质观察点，逐点进行详细观察描述，然后通过分析实测资料连接各地质界线。此法工作量大，但精度高，一般适用于地质界线复杂的情形，或大比例尺图的地质测绘。观察点应布置在地质界线或地质现象上，以测绘的目的不同而异，有基岩、构造、第四纪地貌、水文地质点等。 三、野外实测地质剖面图的作法在测绘中，通常要选作几条具有代表性的实测剖面，以反映测区的地质条件。沿垂直于岩层走向或垂直于主要构造线的方向，也可沿大坝、厂房、隧洞、溢洪道、渠道的轴线或横断面方向选定剖面线方向，依据地形坡度变化和岩层出露宽度进行分段，并选取适当的纵、横比例尺。然后布置测点，用地质罗盘或经纬仪测定方位和地形坡度；用皮尺量距并详细观测记录岩层产状、地质构造、岩性变化；并采取标本进行编号。最后用规定的符号将上述观测内容表示在剖面图上。 遥感是根据电磁波辐射理论，应用现代化探测手段(如航空摄影、电视摄影、红外扫描、地质雷达等)，借助于车、船、气球、飞机、人造卫星等各种运载工具，通过对地质体的电磁波辐射信号的接收记录，加工整理成为图像和数据，从而对地质体进行探测和识别技术。四、遥感技术在工程地质测绘中的应用 第二节工程地质勘探工程地质勘探是在工程地质测绘的基础上，为了进一步查明以下的工程地质问题，取得深部地质资料而进行的。勘探工作布置应与不同设计阶段的工程地质勘察任务密切配合。按勘探方法不同可分为坑探、钻探和物探。勘探工作主要探明以下问题。1)揭露地层岩性的变化规律，如覆盖层的性质和厚度，岩体性质及风化带的特征，软弱夹层及可溶性岩层的特性、分布等。 2)查明地质构造，如岩层产状变化、构造形态、断层性质、破碎带的特征、裂隙密集带的分布及随深度变化的规律等。3)了解地下水位的变化、埋藏条件、含水层特征、库坝区的渗漏途径、岩溶的分布发育规律、滑坡体的位置及性质等。4)为进行岩石物理力学性质和水文地质现场试验，以及长期观测工作等而布置必要的勘探工作。5)探明天然建筑材料的分布范围、储量及质量评价。 一、坑探坑探是用人工或机械掘进的方式来探明地表以下浅部的工程地质条件，主要包括：探坑、探槽、浅井、斜井、竖井、平洞等。 一、坑探坑探的特点是使用工具简单，技术要求不高，运用广泛，揭露的面积较大，可直接观察地质现象，不受限制地采取原状结构试样，并可用来做现场大型试验。但勘探深度受到一定限制，且成本高，周期长。 坑探工程（山地勘探工程）类型 山地勘探工程类型示意图 平洞展示图 探井展视图 浅井展示图 二、钻探钻探是利用一定的设备和工具，在人力或动力的带动下旋转切割或冲击凿碎岩石，形成一个直径较小而深度较大的圆形钻孔。通过取出岩心可直观地确定地层岩性、地质构造、岩体风化特征等。从钻孔中取出岩样、水样可进行室内试验，利用钻孔可进行工程地质、水文地质及灌浆试验、长期观测工作以及地应力测量等。与物探相比，钻探的优点是可以在各种环境下进行，能直接观察岩心和取样，勘探精度高。与坑探比，勘探深度大，不受地下水限制，钻进速度快。 岩心钻探示意图 水平及定向钻孔 三、地球物理勘探（物探）物探是以专用仪器探测地壳表层各种地质体的物理场来进行地层划分，判明地质构造、水文地质及各种物理地质现象的地球物理勘探方法。采用不同的探测方法，如电法、地震法、磁法、重力法以及放射性勘探等方法可以测定不同的物理场，用以了解地质体的特征，分析解决地质问题。应用最广的是电法和地震法勘探 1.电法勘探电法勘探是研究地下地质体电阻率差异的地球物理勘探方法，也称之为电阻率法。该法通常是通过电测仪测定人工或天然电场中岩土地质体的导电性大小及其变化，再经过专门量板解释从而区分地层、构造以及覆盖层和风化层厚度、含水层分布和深度、古河道、主导充水裂隙方向等。 电法勘探（电阻率法）示意图 水利水电工程常用的电法勘探方法 (1)电测深法电测深法是在地表以某一点为中心(此点称为常测点)，用不同供电极距测量不同深度岩层的视电阻率值，以获取该点处的地质断面的方法。当测点沿勘探线布置时，可得出地质剖面情况。电测深法根据极距装置形式可分为对称四极测深、三极测深、偶极测深和环形测深四种方法。 电测深法及电剖面法的应用 (2)电剖面法中间梯度法是将供电极A、B的间距固定不变，电极M、N在其中部约1／3的地段沿AB线或平行于AB线测量，这样的电场被认为是均匀的。若测量范围内有高低电阻不均匀地质体时，则反映出极大或极小值；一般用来探测陡倾角高阻的带状构造，测线应垂直带状构造布置。(3)中间梯度法电剖面法是测量电极和供电电极的装置不变，而测点沿某一方向移动，来探测某深度内岩层视电阻率值的水平变化规律的方法。 2.地震勘探方法简介地震勘探也是广泛用于工程地质勘探的方法之一。它是利用地质介质的波动性来探测地质现象的一种物探方法。基本原理是利用爆炸或敲击方法向岩体内激发地震波，地震波以弹性波动方式在岩体内传播。根据不同介质弹性波传播速度的差异来判断地质现象。按弹性波的传播方式，地震勘探又分为直达波法、反射波法和折射波法。地震勘探可以用于了解地下地质构造，如基岩面、覆盖层厚度、风化层、断层等。 一、工程地质试验在工程地质勘察中，工程地质试验是取得工程设计所需要的各种计算指标的一种重要手段。它分为室内试验和野外试验两大类。第三节工程地质试验及长期观测 室内试验是将野外采取的试样送到室内进行的。其特点是设备简单、比较经济、方法较为成熟，所测物理力学指标已被公认；但试样较小，代表天然条件下的地质情况有一定的限制。野外试验是在天然条件下进行的，其优点是不用取样，可保持岩体天然状态和原有结构。试验涉及的岩体体积比室内试验样品大得多，因而更能反映结构面等对岩体性质的影响。但这类试验设备和试验技术较为复杂，成本高，且试验周期长。 野外岩体力学性质试验，野外水文地质试验，以及与施工方法有关的地质技术试验，如灌浆试验等。其中，野外水文地质试验主要包括下列项目：抽水试验、压水试验、注水试验、地下水流向流速试验、连通试验等。以下着重介绍野外岩体力学性质试验。野外试验主要包括： 岩体变形试验可分为承压板法试验、水压洞室试验、狭缝试验以及钻孔变形试验等。它们的基本原理相同，这里仅介绍常用的承压板法试验。承压板法试验一般在平洞中进行，通过刚性或柔性承压板施力于半无限空间岩体表面，量测岩体变形，按弹性理论计算岩体变形参数。1．岩体变形试验 承压板载荷试验装置图 2．岩体抗剪试验岩体抗剪试验可分为下列三类：岩体本身的抗剪强度试验，岩体沿软弱结构面的抗剪强度试验和混凝土－岩体胶结面的抗剪强度试验。一般在平洞内用双千斤顶平推法进行。 岩体抗剪试验示意图 3．岩体应力测量岩体应力测量常用的方法有应力恢复法、应力解除法及水压致裂法等。（详见第九章）4．野外简易岩体强度试验(1)点荷载试验。岩石点荷载试验是将试件置于上、下一对球端圆锥之间，施加集中荷载直至破坏，据此求得岩石点荷载强度指数。该试验方法简便，可应用不规则的试样，无需岩样加工，有利于降低试验成本，加快试验进程，尤其是对于难以取样和无法进行岩样加工的软岩和严重风化的岩石，更显示出其优越性。(2)回弹锤击试验。用测定混凝土强度的回弹仪(国外称施密特锤)来测定岩石强度的方法。 点荷载仪示意图 二、长期观测工作长期观测工作，一般在工程地质勘察初步设计阶段就应开始，并贯穿于以后各个勘察阶段，因为许多重要数据须从长期观测中获得。通常进行的长期观测内容包括：地下水的动态，滑坡体滑移变形，水库坍岸变化，以及工程建筑物(如大坝)地基稳定等。长期观测不仅在工程地质勘察过程中是一项很重要的工作，而且就是在建筑物修建后，为确保建筑物安全运转和验证工程地质预测或评价的结论，也具有很重要的意义。有关水利水电工程在运转期间水文地质及工程地质需长期观测的内容，见下页表所列。 长期观测项目和内容（1） 长期观测项目和内容（2） 第四节工程地质勘察成果报告一、工程地质勘察报告(1)绪言。简述工程位置、工程主要指标、主要建筑物的布置方案、完成的工作项目及工作量等。(2)区域地质概况。简要介绍区域地貌、地层岩性、地质构造、物理地质现象和水文地质条件等，并对区域稳定性和地震危险性作出评价。对于可溶岩区还应着重说明岩溶发育的规律及岩溶地下水的补排条件。 (3)水库区的工程地质条件。先简述库区的工程地质条件，然后重点对水库渗漏、水库浸没，库岸稳定、淤积，以及水库诱发地震等工程地质问题作出扼要的地质说明、定量评价和结论，并提出处理意见。 (4)建筑物区的工程地质条件坝区工程地质条件，包括工程概况；主要地质条件；与选定坝型、坝轴线、枢纽布置有关的工程地质条件说明，如软弱夹层、构造断裂、岩体风化程度分带和风化深度、覆盖层厚度和物质组成，以及岩体完整性，并给出坝基岩体物理力学性质和水理性质指标参数。对坝基岩体质量作出分类，对渗漏、渗透变形和边坡稳定等问题进行详细论证，并给出定量评价的数据；对不良工程地质条件，要提出合理可行的处理措施和建议。其他建筑物的工程地质条件，包括对引水隧洞、渠道、厂址、泄洪建筑物、通航建筑物和导流工程等的工程地质条件进行阐述，对不良地质因素提出处理意见。 (5)天然建筑材料情况。说明天然建筑材料的种类、分布、质量、储量、开采和运输条件等。(6)结论和建议。扼要综述建筑物区的基本地质特点，各建筑物主要工程地质问题及评价，论述工程修建后应注意的地质问题和某些建设性意见。 二、工程地质图表工程地质勘察报告附图（1） 工程地质勘察报告附图（2）