分析水利水电工程地质测绘规程与工程地质勘察、试验及监测标准规范手册

'水利水电工程地质测绘规程与工程地质勘察、试验及监测标准规范手册主编唐煜东中国科技文化出版社 目录—!— 目录目录第一篇水利水电工程地质第一章水利水电工程地质概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!）第二章水利水电工程岩石地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"#）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"#）第二节岩体的结构特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"$）第三节岩体的力学特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（%"）第四节地应力的工程地质研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&"）第五节岩体的质量评价及工程分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’%）第三章水利水电工程地貌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（#(）第四章水利水电工程外动力地质作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（$’）第五章水利水电工程水文地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（("(）第六章水利水电工程岩石力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（()(）第七章水利水电工程土力学⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（($%）第二篇水利水电工程地质构造研究第一章水利水电工程区域构造稳定性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"")）第一节导言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"")）第二节断层活动性的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"!*）第三节地震危险性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（")(）第四节水库诱发地震研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（")#）第五节区域构造稳定性综合评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"#&）第六节活动断层监测和地震监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（"$%）第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!*(）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!*(）—(— 目录第二节坝基岩体工程地质条件及赋存环境研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!"#）第三节岩体力学特性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$%）第四节坝基岩体稳定性分析与评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&$）第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!’$）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!’$）第二节高边坡稳定性勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!’(）第三节边坡岩体稳定性分析评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)$#）第四节边坡原位监测技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（))’）第五节边坡治理与加固⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)()）第六节发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)#)）第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)#&）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)#&）第二节地下建筑物围岩稳定性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)’"）第三节喀斯特地区地下建筑物围岩稳定性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&$#）第四节地下建筑物的工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&&"）第五节地下建筑物围岩稳定性研究发展趋向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&(!）第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&((）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&((）第二节中国喀斯特发育特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&#)）第三节喀斯特渗漏勘察及库坝址选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（&%*）第四节东风水电站喀斯特渗漏及处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（(*’）第五节喀斯特渗漏研究发展趋向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（($(）第三篇水利水电工程常见地质问题第一章库区工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（($%）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（($%）第二节库区渗漏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（(!"）第三节库区浸没⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（(!%）第四节库区塌岸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（()*）第五节库区淤积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（())）第二章土坝及堆石坝工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（()&）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（()&）第二节坝基渗漏及绕坝渗漏的地质分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（()’）—$— 目录第三节坝基渗漏及绕坝渗漏的估算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!"#）第四节坝基渗透变形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!"!）第五节坝基砂土液化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!$）第三章重力坝及拱坝工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!%&）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!%&）第二节重力坝坝基岩体抗滑稳定分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!%’）第三节拱坝坝端岩体抗滑稳定分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$(）第四节坝基坝肩岩体压缩变形分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)##）第四章溢洪道工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)#"）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)#"）第二节溢洪道岩质边坡稳定分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)#!）第三节溢洪道各段地基稳定分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)&!）第五章地下洞室工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)’*）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)’*）第二节洞室围岩稳定的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)’(）第三节洞室围岩参数的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)*"）第四节坝下涵管工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)(*）第六章渠道工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)("）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)("）第二节渠道渗漏问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)(!）第三节渠道土质边坡稳定问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)"’）第四节渡槽工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)!$）第七章水闸工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（))&）第一节概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（))&）第二节闸基沉降问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（))*）第三节闸基稳定问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（)$"）第四篇水利水电工程地质测绘规程第一章水利水电工程地质测绘范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（%#"）第一节水利水电工程地质测绘工作的依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（%#"）第二节水利水电工程地质测绘概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（%&*）第二章水利水电工程地质测绘准备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（%&!）第三章水利水电工程野外地质测绘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（%&)）—*— 目录第一节一般规定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!"#）第二节地貌调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$%）第三节地层岩性调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$"）第四节地质构造调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$&）第五节水文地质调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$’）第六节喀斯特调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$(）第七节物理地质现象调查⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$#）第四章水利水电工程地质测绘资料整理与成果验收⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&%）第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用第一章工程勘测质量管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&&）第一节地质勘察工作管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&&）第二节勘察的基本手段和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&(）第二章平面与高程控制测量技术应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!))）第一节平面控制测量技术应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!)’）第二节高程控制测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!’#）第三章地形和线路测量技术应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!#%）第一节地图研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!#%）第二节投影测量与应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!#(）第三节地形与线路测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!"）第四章数字化测量技术的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!(）第一节遥感技术的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!(）第二节摄影测量技术的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!!）第三节数字技术的应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!*)）第五章施工与变形测量技术应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!*(）第一节施工测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!*(）第二节变形测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（*%"）第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第一章水库工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（*"’）第二章坝址工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（*$&）—)— 目录第三章边坡工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!"#）第四章地下洞室工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!$%）第五章抽水蓄能电站工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&%）第六章溢洪道工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&#）第七章渠道工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!&!）第八章堤防工程地质勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!%’）第九章天然建筑材料勘察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!%#）第十章水利水电工程地质钻探⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!("）第十一章水利水电工程地质硐探⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!(#）第十二章水利水电工程地质井探⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!(!）第十三章水利水电工程地质坑（槽）探⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!#)）第十四章水利水电工程地球物理勘探⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!#*）第十五章水利水电工程地质试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)))）第十六章水利水电工程地质监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’))$）第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例第一章长江流域水利水电工程地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)’&）第一节长江流域地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)’&）第二节主要工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)*’）第三节重要堤防工程的地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)*"）第四节重大险段工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)"!）第二章黄河流域水利水电工程地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)$(）第一节黄河流域地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)$(）第二节主要工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)%"）第三节开封堤防工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)((）第四节重大险段工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)#)）第三章淮河流域水利水电工程地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)#$）第一节淮河干流河道特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)#$）第二节淮河流域地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)#&）第三节主要工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)!*）第四节重要堤防工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’)!&）第五节重大险段工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’’’’）第四章海河流域水利水电工程地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（’’’#）—&— 目录第一节海河流域地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!!"）第二节主要工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!#$）第三节重要堤防工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!#%）第四节重大险段工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!&!）第五章鄱阳湖水利水电工作地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!&$）第一节鄱阳湖流域地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!&$）第二节主要工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!$’）第三节重要堤防工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!$!）第六章洞庭湖流域水利水电工程地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!$&）第一节洞庭湖流域地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!$&）第二节堤防工程地质分区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!"!）第三节主要工程地质问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!"(）第四节重要堤防工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!""）第五节重大险段工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（!!%&）第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准—&— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第一篇水利水电工程地质!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第一篇水利水电工程地质—!— 第一章水利水电工程地质概述第一章水利水电工程地质概述研究工程建设所涉及的地质问题的学科。工程地质学致力于勘察、研究、解决因工程和人类活动与地质环境相互作用、相互影响而导致的工程和环境问题。工程地质学是地质学的一个分支学科。作为一门应用科学，工程地质学的发展与人类的生产活动密不可分。在人类历史上许多古代宏伟建筑物的建设都隐含着深刻的工程地质知识，但直到!"世纪!"年代#$"年代才发展成为现代科学的一个分支。太沙基（%&’()*+,-./），斯蒂尼（0&12.34），萨瓦连斯基（!&"&#$%$&’()*(+）等曾为工程地质学的建立作出过重大贡献。567!年召开的第!8届国际地质大会，建立了国际工程地质学会，形成全球工程地质学界的联合。中国自!"世纪9"年代起，逐步形成有自己特色的工程地质的理论和实践体系，谷德振和刘国昌为此作出了重要贡献。进入!"世纪:"年代，随着中国许多大型工程的不断开工建设，工程地质的理论和实践又有了重大的发展，如工程地质力学，环境工程地质学的开拓，地质工程的创立，以及系统工程理论和非线性理论的应用等，促进了工程地质学从定性评价向定量评价的跃进，提高了工程地质学在解决工程问题中的地位和作用。工程地质学科在理论、技术方法和工程应用各方面均得到长足的进步，进入了现代科技行列，并对工程地质学的国际发展起了积极的促进作用。与工程地质学关系最为密切的相关学科是环境地质学和岩土工程。三者虽隶属于不同的学科分支，但都具有边缘学科的特点，在研究领域、服务对象和某些基础理论方面，相互交叉和渗透。工程地质学作为一门综合学科和应用科学，涵盖若干专门学科领域，如论述岩土体的工程性质及其形成与演化规律，以及作为建筑物地基和围岩稳定性和天然建筑材料适用性研究的工程岩土学；研究与工程有关的各种动力地质现象和过程，以及地质灾害的发生、发育和分布规律的工程动力地质学；研究各类地区工程地质条件的形成和演化规律，进行区域性工程地质特性和区域构造稳定性评价的区域工程地质学；研究人类工程活动与地质环境的相互作用，进行地质环境质量评价和环境效应预测，协调工程建设和环境的依存关系的环境工程地质学；为指导工程地质勘察工作，运用正确的勘察程序、技术手段和方法，以查明工程地质条件，进行工程地质问题预测，为工程设计和施工提供所需地质资料的工程地质勘察原理；以及研究地质体加固和支护，不良地质环境治理和地质灾害防治的地质工程等。工程地质学的最新发展还表现在其研究内容的充实和提高，并形成了若干新的研究方向和领域。例如，工程地质力学以地质结构对工程地质条件和特征的控制作用为理论基础，指导工程岩土体稳定性评价；应用非线性理沦研究工程地质问题的非线性规律；而系统工程学、信息工程学等则以新的思维方法，为工程地质学的发展开拓了新的研究领—$— 第一篇水利水电工程地质域。工程地质学的发展在总体上经历了工程地质特性和条件评价，工程地质问题分析，工程地质力学分析，达到环境工程地质和地质工程阶段，即追求地质、环境与工程的协调，是今后工程地质学继续发展的主攻方向。工程地质学是水利工程建设中最重要的基础学科之一。中国在半个世纪的大规模的水利水电工程建设中，中国的水利工程地质工作者在工程地质学的理论研究和实践经验方面，取得了丰富的成果，在水利工程建设的区域构造稳定性研究，坝基工程，高陡边坡工程，大型地下厂房和洞室群工程，喀斯特地区建坝，河床深厚覆盖层勘探等方面，都有重大进展，创造了许多新经验，推动了中国工程地质事业的发展。环境地质学研究地质环境的基本特性、功能和演变规律，以及人类活动与地质环境之间相互关系的学科。环境地质学既要研究自然地质作用如何影响人类的各种生活、生产活动，也要研究人类工程活动和生产活动如何改变和影响赖以生存的地质环境，以保护人类生存的环境质量，促进各种资源的合理利用和经济的可持续发展。环境地质学的兴起，与人类在!"世纪对环境保护意识的觉醒密切相关。最初使用这个名词的是哈克特（#$%$&’()*++）于,-.!年，他认为“环境地质学是研究和使用地质学达到协调和完善状态的一个新方向”。此后，许多学者对环境地质学的涵义和研究范畴提出了各自的见解。如凯勒（%/0’1/$2$3*44*1）指出“环境地质学是一门应用地质学，主要研究人与自然环境之间的相互作用的各个方面”。由阿巴尼（56(7’*428’49）主编的环境辞典中，将环境地质一词定义为“应用地质数据和原理，解决人类占有或活动造成的问题（如矿物的采取、废弃物的消纳、地表侵蚀等地质评价）”。自然界自从有了人类以来，人类为了生存和发展，适应自然、利用自然、开发自然，同时也给自然带来许多预想不到的变化，甚至危及到人类自身。早期的埃及阿斯旺水库，中国三门峡水库都曾引起严重的环境问题。随着人类经济活动的日益强大和生存环境的日益恶化，人们对环境问题，包括环境地质问题的重视也日益加强。国际地质科学联合会（:;<=）环境规划地质科学委员会,--!年指出：环境问题的难点、焦点普遍存在，在这个星球上，几乎没有一个地方环境状况不需要引起重视。由于人口压力和缺乏规划，比较小的环境问题往往给许多人带来潜在或实际的灾难，人们不能制止环境问题的发生，但改善规划和维持人类社会的生存方式，是环境地质科学的目的。中国在进入!"世纪>"年代以后，由于国民经济的高速发展，对自然资源的过度开发与消耗，以及污染物质的随意排放，开始出现了许多预想不到或估计不足的环境地质问题。经过几十年的争论、实践和发展，对环境地质学的涵义有如下几点共同的认识：!环境地质学是地质科学中一门新兴的应用学科，是环境科学的重要组成部分。"环境地质学是应用地质科学的理论与方法，研究地质环境的基本特征、功能和自身演变规律的学科。#环境地质学侧重研究人类工程技术经济活动与地质环境相互作用、相互影响、相互制约的关系。$环境地质学着力为人类合理开发利用地质矿产资源和保护人类生存的地质环境，在可持续发展战略中作出贡献。—?— 第一章水利水电工程地质概述环境地质学与工程地质学具有天然的“血缘”关系。工程地质学是研究人类工程建设活动中有关的地质问题，环境地质学研究的重要内容则是研究人类工程活动与地质环境的相互关系。因此二者在研究目的、研究对象和研究方法上有许多交叉和重叠。!"#$年第%&届国际地质大会期间，工程地质学家发表了环境保护宣言；!""&年，国际工程地质学会（’()*）易名为国际工程地质与环境学会（’+,-.+/,01+/2(33140/,01+51.)+60+--.0+6*-12167/+8)+90.1+:-+,），表明了工程地质学与环境地质学密不可分的关系。在中国已形成环境工程地质学的专门学科领域，并经常将水文地质、工程地质和环境地质作为一个有机体，即人们通常称之为“水、工、环”。在一定意义上说来，水、工、环地质工作要求人们不仅重视人类工程活动与自然地质作用的复合系统引起的环境变化，并且尽可能减少或减缓环境的恶化对人类造成的损失。经过半个多世纪大规模经济建设，包括水利水电建设积累的正、反两个方面的经验与教训，环境地质学已经进入了将工程建设与环境协调发展作为主要研究课题的新时期。岩土工程土木工程中涉及岩石或土的利用、处理或改良的科学技术。人类所进行的各种工程活动都要和岩石或土打交道，由于岩石和土具有与其他工程材料不同的独特性质，在解决与岩土有关的工程问题时，形成了特有的科学理论和技术方法———岩土工程，成为土木工程中一个新的分支。岩土工程以土力学、岩石力学为基础理论，密切吸收工程地质学、基础工程学等相关学科的知识，将其直接应用于解决和处理各类土木工程建设中岩土的调查研究、利用、整治或改良。人类发展的历史交织着岩土工程的发展历史，而岩土工程成为一门专门学科，至今尚不足!$$年。!";#年，太沙基（<=>-.?/6@0A）用岩土工程学（6-1,-4@+06B-）这一名词来概括工程活动中涉及的岩土技术问题，*-1,-4@+06B-杂志也于同年创刊、出版发行。岩土工程初期以土力学和基础工程为主要研究对象，其后研究范围随着各类工程建设的发展，逐步扩展到场地和地基、路基与路堤、基础工程、各种开挖工程，以及岩土体的各种加固与支护工程。进入%!世纪，随着土力学、岩石力学、岩土工程学科自身及相关领域科学技术的急速发展，可以预测岩土工程将进入一个新的历史时期。与岩土工程关系最为密切的学科是工程地质学，二者都是以岩土作为研究对象，其目的都是为工程建设服务。岩土工程属于土木工程的一个分支，重点在于工程；而工程地质学属于地质学的一个分支，重点则在于地质。岩土工程与工程地质学都具有边缘学科交叉渗透的特点，两者紧密相邻甚至部分搭接，但不存在相互替代或包容的可能性。岩土工程是把岩土作为一种特殊工程材料对待的，既把岩土作为结构体，也作为介质体和地质体。岩土，特别是土，一般由固态、液态和气态三相物质共同组成，具有可压缩性和独特的应力一应变关系。各向异性和非均质性是岩土的重要特性，包括层理、节理、断裂、裂隙、夹层和包裹体等。可变化性是岩土的另一重要特性，包括水的软化作用，风化变质作用，压密固结效应，以及时间效应等。岩土性质具有明显的地区环境特点。干旱气候环境与湿润气候环境下的岩土具有各自显著不同的性质。—C— 第一篇水利水电工程地质岩土工程始终贯穿于工程建设的全过程。一般可分为以下几个阶段。（!）前期勘察阶段。即岩土工程的前期工作。包括已有资料搜集、调查测绘、勘探物探、现场测试和室内试验等。根据前期工作所得各项资料数据，综合已有经验和理论分析，对岩土特性和工程条件作出评价和判断，提供各种必要的岩土设计参数，并对设计、施工和工程运用提出相应的建议。（"）设计阶段。按照工程目的和要求，遵循技术可靠、经济合理和便于施工的原则进行设计计算，编制设计文件。（#）施工阶段。包括验槽（如大型开挖）、检测（如填土压实质量）和监测（如边坡位移、构件应力等），保证施工安全，及时检验岩土条件是否与设计相符，适时修改设计，指导施工。（$）工程运用阶段。根据事先进行的建筑物安全监测设计，对设定的观测点进行沉降、位移、倾斜、裂缝等方面的定期监测，目的是保证安全，反馈信息，积累经验。水利工程某种程度上是最大规模的岩土工程，包括坝基稳定、边坡稳定、地下洞室围岩稳定、库岸稳定、基础处理、天然建筑材料等都是岩土工程的研究内容，由于水利工程一般规模大，问题复杂，影响因素多，因此必须依靠细的专业分工来综合完成建设项目。面对新的科学技术和社会经济发展，岩土工程将更进一步树立环境观念，建立起将工程植入自然的观点，追求可持续发展的和谐；效益观念，包括经济效益、环境效益和社会效益；以及动态观念，要充分估计到自然环境的可能变化对工程建设的影响以及人为因素和工程活动对自然环境的可能影响。地质学研究地球的物质组成、内部结构、表面特征、发展和演化历史的学科。广义地说，地球科学（%&’()*+,%-+%）是与地球有关科学的总称，除地质学外，还包括气象学、地理学、海洋学、土壤学和水文学等。而地学（.%/*+,%-+%）可有两种涵义：一是地球科学的同义词，另一是地质学内各学科的总称。一般而论，地质学分为"大类，即物理地质学（0)1*,+&2.%/2/.1）和历史地质学（),*(/’,+&2.%/2/.1）。前者研究地球组成物质的性质，探索地表及深部动力学过程；后者则研究地球的形成及随时间的变化，追溯至少$3亿年以来的地球物质及生物的演化历程。地质学是一门古老的科学，人类从远古文明起就有关于地质学的知识和论述，但作为一门独立的现代科学，大体形成于!4世纪。传统的地质学主要包括古生物学、地层学、结晶学、矿物学、岩石学、制图学和构造地质学等分支学科。随着人类文明及科学的发展，逐渐出现和形成了一系列新的地球科学的分支学科和交叉边缘学科。较完整的地质科学系统，据中国图书馆分类，包括动力地质学、古生物学、历史地质学及地层学、构造地质学、地质力学、区域地质学、矿物学、岩石学、地球化学、矿床学、地质矿产普查与勘探、水文地质与工程地质学、地震地质学、环境地质学、海洋地质学、宇宙地质学、行星地质学及灾害地质学等!4大类。除此之外，地理学、火山地质学、地貌学及第四纪地质学、煤田地质学、石油地质学、地球物理学、天文地质学、数学地质学等边缘学科，也属于地球科学的范畴，而且，新的地质学分支学科和边缘学科，还会不断出现和形成。—3— 第一章水利水电工程地质概述地质学是在不断吸取了其他自然科学的精华及成果的基础上逐渐发展起来的，同时，它又是其他许多自然科学和社会科学研究的基础学科之一。地质学与国民经济建设及人类社会生存环境、文明发展息息相关，所有矿产、土地、水资源的开发利用、工程建设和环境保护，地震及其他自然灾害的防治，都取决于人们对地球的认识程度及地质学的发展水平。地壳地球最外面从地表向下达莫霍面的一个圈层。陆地上，地壳表面裸露；有水体的区域、尤其是海洋区则被水圈覆盖。地壳由固体岩石组成，厚度变化很大。大陆地壳（陆壳）厚度为!"#$%&’#$，平均约("#$。大洋地壳（洋壳）很薄，厚约)#$%!!#$，平均约*#$。大陆地壳与大洋地壳的组成和结构也不相同。（!）大陆地壳。一般分上层和下层。上层为花岗质层，又称硅铝层或长英质地壳，主要成分为氧、硅、铝等轻元素，平均密度(。主要岩性为酸性的岩浆岩和变质!!)+,-./$岩，如花岗岩和片麻岩等，也常称为花岗质层。下层为玄武岩质层，又称硅镁层或镁铁质地壳，主要成分为氧、硅、铁、镁等元素，平均密度(。主要岩性为基性岩，如玄!!)+0-./$武岩。地壳表层长期与大气和水体接触，遭受各种外动力和内动力相互作用的改造，形成一平均厚约!+&#$的沉积岩层，最厚可达!’#$，局部地区缺失或完全被剥蚀掉。（)）大洋地壳。一般自上而下分为(层，即未固结成岩的沉积物、固结的沉积物及玄武岩或辉长岩层。成分上总体比较均一，厚度变化也较小，近年来的研究发现，大洋型和大陆型地壳之间有时还存在过渡性即大西洋型大陆边缘地壳，而且大陆型地壳在垂向上的流变学分层性，即所谓“三明治”式的地壳结构样式，也被地学界广泛接受。随着大陆动力学研究的迅速发展，人们对大陆壳组成及结构的认识，将会达到一个新的高度。岩石圈有两个不同的含义："相对于大气圈、水圈而存在的地球外表坚硬的部分；#位于软流圈（1234567284595）之上的地球的固态刚性外壳。地质学上通常定义为后者。岩石圈的厚度约为&’#$（局部可达!"’#$），由地壳和上地幔的顶层物质组成，其下为强度低呈塑性的软流圈（层）。岩石圈被大型构造边界分割成大小不同的块体，称为板块，如大洋板块和大陆板块，两者的组成、厚度及强度都有明显区别，大多数地震都发生在板块边界或板内薄弱带。岩石圈是地球内部结构的重要组成部分。据地球物理学、地质学、热力学及天体行星比较学等多学科长期研究，地球内部分层结构很清楚（见表），其中莫霍面及古登堡界面是)个最重要的地球内部不连续界面，前者为地壳与地幔的分界面，后者则为地幔与地核的分界面。显然，莫霍面只是岩石圈内部一个地球物理和地质特征的分界面。近年来地球物理探测和地质研究尤其是变形岩石高温高压试验研究的最大进展之一，是认识到岩石圈岩石学和物理状态的细分层性，导致了岩石圈力学特征及流变学的分层性（9457:7-;/1:<23913;=;/13;76）（见图!>!）。板块运动、造山带及盆地的演化和天然地震震源深度分布等地球动力学问题，均可从这一概念中得到启示和合理解释。—*— 第一篇水利水电工程地质图!"!岩石圈及其下伏的上地幔示意图（据#$%&’()*+*,*!-.!）莫霍面地壳与地幔间的地质和地球物理特征分界面，又称莫霍洛维奇不连续面。莫霍面是!-/-年由克罗地亚地震学家莫霍洛维奇（0*1232(245’56）首先发现的地震波的!波波速间断面。近年来的地球物理研究进一步证实，莫霍面虽具有全球性，但在横向上是有变化的，是一个不连续界面，不同构造域深度也不相同。怀利（78995:）!-;!年把地壳定义为地震波的!波波速小于;*;<=>)的圈层，这一圈层的厚度一般不太明确，受岩石圈总的热结构及热流值控制。因此，莫霍面的深度在大陆、大洋和洋脊的不同部位是不同的（见表!"!）。表!"!地球内部分层表深度范围弹性纵波速度弹性横波速度名称（<=）（<=>)）（<=>)）大陆海洋地壳（"层）?*?@;*.B*!@C*C!?@./A/@!!盖层（#D层）;/@!?/!!@E/;*.@.*?C*C@C*.上地幔低速层（#F层）!?/@AA/E/@AA/;*-C*C均匀层AA/@B?/.*?@.*.C*E@C*;过渡层（$层）B?/@;//.*.@!!*!C*;@E*A（%D层）;//@A;C/!!*!@!B*;E*A@;*B下地幔（%F层）A;C/@A.-!!B*;;*B外核（&层）A.-!@?!C-.*/E@!/*C/—.— 第一章水利水电工程地质概述深度范围弹性纵波速度弹性横波速度名称（!"）（!"#$）（!"#$）内核（!层）%&’()*+,&&&-.)&&-++-%注：该表引自：本条参考书目中，曾融生撰写的“地球内部的构造和物理性质。”地质上，莫霍面既是一个化学不连续面，也是一个相转换面。除此之外，地壳与地幔岩石之间密度、黏度、热流值、相对密度等特点也明显不同。因而，以莫霍不连续面分界的壳幔间的物质及动力学关系，是一系列内外地质作用的驱动力之一。莫霍面深度变化的梯度带，往往是天然地震多发带，在进行地壳稳定性评价时，应给予更多关注。莫霍面也是一个动态界面，随着整个地球内部动力学系统以及宇宙间动力学系统的改变，其纵向和横向的变化都会发生，需要采用各种方法和技术，长期进行监测和研究。地热增温从地表向下地球的温度随深度增加而不断增高的物理现象。地球的表面温度与太阳的辐射有关，而地球内部的温度变化主要来自放射性热能。太阳辐射提供的热能相对于放射性热能是很小的，深入地球内部的深度有限，一般不超过几十米，平均约&%"左右，而且明显受季节和昼夜温度变化的影响。在太阳热能的影响深度之下，地温不受季节变化影响的地带，称常温层。在常温层之下，地球的温度受地球内部热能的影响随深度增加而增高。通常把每向下加深&.."所增加的温度称为地热增温率或地温梯度（/012304"56/4578092），而它的倒数，即温度每升高&:所增加的深度称地热增温级（/012304"5670/400）。地球的平均地热增温级约+%"。海底的地热增温级一般在&%");%"，大陆在+.")%."，海底明显小于大陆。构造活动与岩浆活动强烈的地区（如板块边缘和造山带）地热增温级小，构造稳定的地区（如板内克拉通）地热增温级大。上述地热增温级推算仅适合于中上地壳，并不适合推算整个地球内部的温度变化。根据地球物理资料推测，地下+.!"深度处温度约*..:),..:，&..!"处约&+..:，+..!"处约&<..:)+...:，;<<%!"处约+%..:)’...:，地心的温度约%%..:)*...:。因此，向地下深处，地热增温级趋向于越来越小。地热增温是许多自然现象（如温泉）形成的直接原因，在工程建设中则主要是对地下深处的采矿作业、深埋隧洞的施工等带来影响。大地构造学说研究地壳（包括上地幔顶部）大型乃至全球构造及其发生、发展规律，分布及组合关系，形成机制及地壳运动方式和动力来源的一门学科。大地构造学主要研究对象是地壳，亦涉及上地幔顶部的橄榄岩质层和软流层。从&<世纪中叶以来形成了众多的大地构造学说，可概括为两大学派。一派主张地壳运动以垂直升降运动为主，以地槽—地台说为典型代表；一派主张地壳运动以水平运动为主，以大陆漂移、板块构造说和地质力学说为典型代表。近年来兴起的超越板块构造学正引起构造地质学和大地构造学界的广泛关注。地槽—地台说认为地壳可划分为;个基本构造单元：活动剧烈的地槽和相对稳定—(— 第一篇水利水电工程地质图!"#全球六大板块构造图（引自：《中国大百科全书·地质学》，杨树锋、郭令智撰写的：“板块构造学”）的地台。地槽（$%&’()*+,)%）的概念，最早是!-./年美国的霍尔（0123++）和!-/4年丹纳（015153)3）在研究北美的阿巴拉契亚（6773+3*8,3)）山脉深厚的浅海相沉积时提出的。地台（7+39:&;<），最早是!--.年奥地利休斯（=1>?%’’）提出的，俄国卡尔宾斯基（61!1"37#$%&"$’）在研究俄罗斯平原地质构造后，进一步发展了地台的系统理论。地槽发展初期为一巨大窄长的盆地，急剧沉降，形成巨厚的沉积；发展后期，地壳回返上升，产生强烈的褶皱、断裂，并伴有强烈而频繁的岩浆活动、显著的区域变质和多次成矿作用，最后形成长条形的宏伟山脉。地台升降幅度小，具有厚度较薄的沉积建造；构造变动、岩浆活动和区域变质作用都较弱；具有双层结构特征，即上部为构造变动较微弱的未变质岩系（沉积盖层），下部为强烈活动过的变质岩系（结晶基底）。多数地质学家认为地槽地台可相互转化，地槽经过造山运动形成褶皱带，逐渐趋于稳定，进而演变为地台；地台也可转化为地槽。板块构造说在大陆漂移、海底扩张等学说的基础上发展起来的。该学说认为地球岩石圈分成若干巨大的刚性板块，重力均衡地位于软流圈之上，并在地球表面发生大规模水平运动。板块与板块之间相互离散、聚合（碰撞）或平移，引起了全球性的构造运动。这一学说为解释地球的内动力地质作用和现象提供了极有成效的模式，是当代最有影响的—!@— 第一章水利水电工程地质概述大地构造理论。板块构造将全球划分!大板块，即太平洋板块、欧亚板块、印度洋（印澳）板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块，进一步还可划分许多次一级的中、小板块（图"#$）。板块漂浮在地幔软流圈上，随软流圈的运动而移动、生长和消亡，并产生相应的构造活动带。板块之间则以洋中脊、大陆裂谷、岛弧、海沟、地缝合线、转换断层等为边界（图"#%）。板块边界往往形成强烈的地震、火山活动带和高压低温、低压高温的双变质带。板块运动的动力来源是地幔的热力—重力对流。图"#%地壳及上地幔剖面图（引自&’()*+#,-../0’1’.2345-*26784(42.29-’*.:’-40’4;，:4’20545-7-20"<==）图中可见岩石圈板块活动于软流圈上，大陆置于板块之中并随其移动。生成洋壳和岩石圈的离散板块边界示于图的右侧；以俯冲带为界的聚合板块示于左侧。"—大洋地壳及岩石圈生成；$—火山链；%—消亡带；>—玄武岩质大洋地壳；?—洋中脊轴；!—玄武岩质地壳部分熔化，产生的热液进入火山链；@—地幔的部分熔化；=—部分熔化的上升地幔柱地质力学说中国地质学家李四光创立的学说，在$A世纪$A年代开始萌芽，"<>?年出版了《地质力学的基础与方法》，正式形成了地质力学。该学说应用力学的原理和方法，在分析全球构造形迹的基础上，认为主要存在%种类型的构造体系，即：!纬向构造体系，又称东西向复杂构造带。"经向构造体系，又称南北向构造带。#扭动构造体系，主要有“多”字形、“山”字形、“入”字形、棋盘格式以及属于旋扭构造的帚状、“歹”字形、:形等构造型式。从这些构造体系追索力的作用方式和方向，推断地壳运动是以水平运动为主；动力来源来自地球自转速度变化引起的惯性力，并把地球自动调节自转速度变化的作用，称为大陆车阀作用，而把这一假说称为大陆车阀假说。地质力学在中国为寻找石油、金刚石、金、铬、钨等矿产，开发地下水资源，工程地质、地震、地热研究等方面作出了重要的贡献。在中国，随着地质工作的发展和地质资料的不断积累，不同观点的大地构造学派蓬勃兴起。其中影响较大的除地质力学说外，还有多旋回说（黄汲清）、断块构造说（张文佑）、地洼说（陈国达）和波浪状镶嵌构造说（张伯声）等。在生产活动中应用较多的是多旋回说—""— 第一篇水利水电工程地质和断块构造学说。多旋回说黄汲清!"#$年在其《中国主要构造单位》一书中首先提出，后经不断研究、补充，创立了多旋回学说。该学说认为在地槽发展的全过程中，不仅具有多旋回造山运动，而且岩浆活动、沉积建造、变质作用和成矿作用也是多旋回的；在地台区，多旋回发展主要表现为隆起和坳陷的发生和发展，少有造山运动。在他指导下编制的!%#&&万《中国大地构造图》（!"’"）和《中国大地构造及其演化》（!"(&），充分反映了这一学说的特点。断块构造说张文佑)&世纪$&年代提出。该学说认为地壳与岩石圈被不同断裂分割成大小不等、深浅不一、形成和发展历史不同的断块。断块按规模可分为岩石圈、地壳、基底、盖层断块#类，按性质可分为洋壳型、陆壳型和过渡型断块，由此构成地球多层、多级和多期发展的断块构造。断块的边界断裂，按其深度、规模和地球物理特征，也可分为岩石圈、地壳、基底和盖层#种断裂。沿着断块的顶底部，还有一种层间滑动断裂。并认为中国大地构造主要受北北东和北北西及北东东和北西西)套*形断裂所控制，在迁就这)套*形断裂的基础上，有时形成近南北或近东西向的锯齿状断裂。大地构造单元根据地壳尺度（+,-./）的构造演化及地壳结构构造的基本特点所划分出的不同类型的大地构造区，是地壳的基本构造单元（0-+1,2/,2341,/./5/42+3627/,89+2）。各大地构造单元或构造区之间，一般以大型构造边界相区分。在全球尺度上研究地壳或岩石圈的演化，不同的学者主要由于思维方式的不同，也由于所处时代、技术手段及所掌握的实际资料的差异，所划分出的大地构造单元有所不同。如地槽—地台说把地壳划分为两大基本构造单元，即活动性弱的地台区和活动性强的地槽区，将其作为一级大地构造单元名词，再根据构造演化和地壳结构的不均一性，进一步划分为二级、三级以及更次级的构造单元，如中国的华北地台、秦岭地槽、扬子地台、祁连山地槽、淮阳地盾、柴达木地块等。)&世纪:&年代;’&年代，板块构造说问世后，构造单元的划分涉及到岩石圈尺度，将全球划分成:大板块和)&多个次级板块。)&世纪(&年代开始，用板块构造说解释大陆岩石圈构造遇到了一定困难，于是大陆动力学萌芽而生，加强了造山带和大型盆地的深入研究，相应地提出了挤压造山带、伸展造山带、造山带前陆褶皱—逆冲带等具有大地构造单元性质的名词体系。地质力学说有另一套大地构造单元划分的理论基础及名词系统，其中构造体系的划分和建立，乃是地质力学说的核心，也在实际工作中用以描述一个地区所处的大地构造单元。无论采用哪一种大地构造理论及其大地构造单元划分方案，确定一个地区归属何种大地构造单元，主要还应以地质、地球化学及地球物理实际资料为基础，进行认真分析和综合，作出合理的判断。地质年代表明地质历史时期形成的地层或发生的地质事件的时代或年龄及其先后顺序和相互关系的地质时间系统。地质年代包括相对地质年代和绝对地质年代。绝对地质年代指通过同位素年龄测定得出的绝对年龄。相对地质年代指地层之间相互新老关系的时代顺—!)— 第一章水利水电工程地质概述序。地质年代与年代地层系统相对应，分为宙（宇）、代（界）、纪（系）、世（统）、期（阶）、时（时带）等不同级别。中国地质调查局在对比国际地质科学联合会（!"#$）最新通过的地质年代表的基础上，组织有关专家学者制定了新的中国区域年代地层（地质年代）表，作为%&’())))区域地质调查的技术要求，并于’))%年*月颁布实行。综合地层柱状图按一定比例尺和图例综合反映测区内地层层序、厚度、岩性特征和区域地质发展史的柱状剖面图。综合地层柱状图是开展测区地质测绘、勘探和制图的基本图件。一般作法是在收集已有地质资料的基础上，进行地质踏勘，选择几条岩石露头较好、地层出露较全、层序清楚和构造变动轻微的路线，实测地层剖面，编制测区综合地层柱状图（见图）。当剖面上岩石露头不好、地层连续性受到构造破坏时，则应在邻近地区测量与其相当的地层的剖面。各剖面的衔接必须准确。当地层岩性、岩相变化较大时，应将测区内实测的几条剖面进行分析，并做成地层对比图表，最后编制测区综合地层柱状图。绘制内容主要包括：（%）地层单位栏。需要表示的地层单位根据测绘比例尺和具体需要确定。（’）柱状图栏。按一定比例尺表示各地层单位的岩性、厚度、接触关系、岩浆岩侵入情况和化石等，地层厚度过大的可用折线画法表示，对于标志层、软弱夹层及其他特殊层位，如厚度太薄时，应扩大比例尺或用符号突出表示。（+）地层厚度栏。标注各地层单位的厚度，当地层厚度变化较大时应标出最大值和最小值。（,）地质描述栏。主要描述各地层单位的岩石名称、颜色、结构和构造、矿物成分；沉积岩的成层状态、胶结程度、胶结物和相变情况；岩浆岩的生成顺序、产出形式和与围岩的接触关系；变质岩的类型和变质程度；地层之间的接触关系等；标志层和软弱夹层的描述；地层的水文地质和工程地质特性。（(）接触关系栏。用文字说明各时代地层间的接触关系，必要时应描述接触面的特征等。地质作用自然动力促使地球物质组成、内部结构及表面形态发生变化与发展演化的作用。地质作用不断地改造和破坏已有的组成地球的矿物、岩石、构造和地表形态，又不断地形成新的矿物、岩石、构造和地表形态。地质作用分为内动力地质作用和外动力地质作用。内动力地质作用是由地球内部能量，如地球内部热能、重力能、地球旋转能、结晶能和化学能等引起的，包括构造运动、地震作用、岩浆作用和变质作用等。外动力地质作用是由外营力或外部能量，如太阳辐射能、生物能和日月引力能、重力势能等引起的，包括风化作用、剥蚀作用、卸荷作用、斜坡重力作用、搬运作用、沉积作用、荷载作用和硬结成岩作用等。内动力和外动力地质作用是相互联系、互为影响的，它们不仅改造固体地球本身，也在改造人类的生存环境，对国民经济的可持续发展有直接的影响。因此，爱护地球和保护环境，减少人为的破坏，是政府和每—%+— 第一篇水利水电工程地质图!"#综合地层柱状图个公民的职责。继续加强对各种地质作用的研究，不断地掌握它们的规律性，提高对地震、滑坡、泥石流、沙尘暴等自然灾害的预测预报水平，促进对热能、水力资源等的合理开发利用，是人类赖以生存所要求的。地质构造组成地壳的岩石在力的作用下发生的连续或不连续永久变形的形迹。地质构造通常指构造地质学研究的主要对象，即组成地壳的岩石在岩石圈力作用下形成的各种构造变形及其空间分布、形成原因和成生规律。地质构造一词也常用作一般描述性术语，如某某—!#— 第一章水利水电工程地质概述地区的地质构造条件，某某工程地质构造复杂（或简单）等。岩石中的构造变形有原生构造变形和次生构造变形，岩石原生构造变形，如岩浆岩中的流面、流线及原生节理，沉积岩中的层理、斜层理、顺层劈理，波痕、砂岩枕等；岩石次生构造变形，如褶皱、断层、节理、劈理和片理等。构造地质学虽然主要研究由构造作用形成的次生构造变形，但在许多情况下，是难以将非构造变形与构造变形、原生构造变形与次生构造变形区别开来的。构造变形有不同的尺度（!"#$%）。狭义的构造地质学主要研究中小尺度（手标本到露头尺度）及大尺度（填图尺寸）的构造变形。但是，近年来各国构造地质学发展的趋势是，将显微尺度及巨型尺度的构造变形与中小尺度的构造变形结合起来进行多尺度的观察分析，研究内容和总体程序是几何学描述和分类，还要结合变形岩石的物理性质、变形环境、应变状态、速度场（&%$’"()*+(%$,）进行综合分析，建立三维空间的几何学和力学模型。作为一般描述性术语的地质构造则没有严格的限定，可以理解为构造地质学研究所包含的概念；也可与构造（!)-.").-%）一词等同，指一个地区岩石分布、产状、排列格局及相互关系，以及地壳运动所导致的岩石变形，如褶皱、断层及岩浆活动，即包括岩石、地质构造及演变历史在内的一个地区地质构造特征的总称谓，在这样使用时，地质构造就不单指或侧重指构造变形了。为了和国际习惯一致，一般情况下可用构造（!)-.").-%）一词代替地质构造。产状岩层层面及构造面（如节理、片理、断层面等）在空间的位置和展布状态。产状用走向（!)-(/%）、倾向（,(0）、倾角（#12$%’+,(0）三要素来确定（见图）。走向是倾斜的岩层层面或构造面同假想水平面交线的方向，也就是层面或构造面上任一高度水平线的延伸方向。用地质罗盘测量走向时，同一层面或构造面的走向有3个读数，数值相差4567，如图中!"#或#"!，读数为8967:和;967<；习惯上用北半部坐标系的象限角表示。倾向是垂直走向线沿层面或构造面向下方引出直线（"$），其水平投影所指的方向，如图中的"$%的方向。"$则称为真倾斜线。倾角是层面或构造面与水平面的最大夹角，亦即真倾斜线与水平面的夹角（!），亦称真倾角。与走向线斜交的直线称为视倾斜线；视倾斜线与水平面的夹角，称为视倾角，恒小于真倾角。产状的记录方式，通常有3种：一种按象限角记录；另一种按方位角记录。如测出层面或构造面的走向为8=67<（即8<9667），倾向;967<（即;<3467），倾角>67。按象限角可记为8=6767，按方位角可记为：8<9667?;!>67，依次表示走向、倾向和倾角。因倾向与走向差@67，故上述记录式倾向不必写度数。简化记录式仅记倾向和倾角：;967<ト!>67或;<3467!>67。在地质图上产状用“>67”表示，长线段表示走向，短线段表示倾向，数字表示倾角度数。整合一个地区的上下两套地层或基本层序产状一致，在沉积上及生物演化上都是连续的现象。它表明这个地区的地壳运动整体上以相对沉降为主，两套地层代表的沉积过程是—4A— 第一篇水利水电工程地质图!"#产状要素示意图连续的，其间没有发生足以引起较长时间沉积间断的构造运动。整合或整合接触面多呈平面或轻微的不规则形态，但根据岩石的颜色、化学成分、岩性、结构构造及成层厚度等特点，可将整合接触面的上、下地层区分开来。有时在露头上可以观察到同一套地层内部由于水流作用造成的冲刷面，如若冲刷面上、下地层间的时间间隔很短，则仍属整合接触。整合接触可以是正式厘定的组内的接触关系，也可以是$个岩组之间的组间接触关系。一般情况下，组内整合接触关系在地质图上不作表示，除非它们可作为特别明显的特殊标志层。随着层序地层学的迅速发展，要求对连续沉积的地层进行基本层序垂向及侧向变化的详细观察分析，以便建立一个地区的正确地层格架及地层模型。假整合上下两套地层产状基本一致，但其间有明显的沉积间断的现象，又称平行不整合（%&’&(()(*+,-+.-’/012）。即上下两套地层间产状总体是一致或平行的，但其间有明显的沉积作用和生物演化的间断。假整合或平行不整合反映在下伏岩层形成之后，地壳曾发生整体均匀抬升，使之遭受侵蚀和发生沉积间断，之后地壳下降重新接受沉积。地壳的升降没有改变地层的产状，使得假整合面上下两套地层的产状得以保持基本一致。可以依据地层垂向上层序突变、侵蚀面、古风化壳、上覆岩层底部砾岩及其他粗碎建造等标志识别平行不整合或假整合。间断时间可依据地层时代及古生物组合进行判断。中国北京西山及燕山地区，中石炭统砂岩及泥灰岩直接覆盖在中奥陶统灰岩之上，中间缺失了大量地层及古生物带，但是上下两套地层的产状是基本一致的，仅以一个古风化侵蚀面分隔开，是中国北方地区一个代表性的区域假整合或平行不整合。沿该假整合，含有丰富的铝土矿及褐铁矿资源。准确地鉴别假整合并深入研究其特征，是建立区域地层格架的重要环节。不整合一个地区上下两套地层之间有明显的沉积间断，其间有明显的地层及生物带缺失的现象。不整合有异岩不整合或非整合（+-+,-+.-’/012）、角度不整合（&+3*(&’*+,-+.-’/012）及假整合等类型。非整合沉积岩层与老的变质岩及侵入体之间的不整合接触关系，故又称异岩不整合。按其含义，中国三峡地区的震旦系莲沱组砂岩与下伏的古老变质岩系及黄陵花岗岩体的不整合接触属于此类。—!4— 第一章水利水电工程地质概述角度不整合与不整合是同义词。指不整合面上下两套地层间不仅有地层及生物演化的间断，而且产状、褶皱型式及变质程度也有显著差别。角度不整合代表一次构造运动及大的构造———热事件，反映在下伏一套岩层形成之后，岩层发生过变形、变质甚至有侵入岩体就位，通过地壳抬升和剥蚀过程，在剥蚀面上产生一套新的沉积岩层。假整合或平行不整合上下两套地层之间出现沉积和古物生带间断，但两套地层的产状是基本一致的。正确鉴别不整合及其类型，是阐明一个地区的地质构造格架及动力学演化历史的关键。在构造比较简单的地区，识别不整合并不困难；而在构造复杂的地区，如造山带或不同尺度的应变局部化带，先期的不整合面往往被后期的变形强烈改造而难于识别，需要通过细致的填图追索和运用构造解析方法才能判断出来。褶皱岩层受地壳运动的作用形成的连续弯曲现象。褶皱中的单个弯曲称为褶曲。褶曲表现为背斜和向斜!种基本形态，它们相间排列构成褶皱。褶曲的基本要素包括：核部、翼部、顶、顶角、轴面、褶曲枢纽、褶曲轴等（图"#$）。核部是褶曲的中心部分，翼部泛指核部两侧比较平直的部分，两者的划分是相对的，无明确的界线。顶是褶曲在横剖面上最大的弯曲点。顶角是两翼层面的交角。顶角大，褶曲开阔，顶角小，褶曲紧闭。轴面是平分褶曲岩层顶角的理想几何面（平面或曲面）。枢纽是同一褶曲面上最大弯曲点的连线（直线或弧线、曲线）。它可以近于水平，延伸很远；亦可以向下倾伏，延伸不远，逐渐消失。枢纽倾斜的褶皱，称为倾伏褶皱，其倾斜角称为倾伏角。褶曲轴是轴面与水平面的交线，亦即枢纽在水平面上的投影，用来表示褶曲的延伸方向。图"#$褶曲的基本要素示意图!"—核；!!—翼；"#$—转折端；#—顶；#%—枢纽；#&%’—轴面；&%—轴；(#&、)#&—顶角；’#%—倾伏角褶皱有多种分类。工程勘察中常用的分类，按褶皱形态和轴面产状分为：!直立褶皱。两翼岩层倾向相反，倾角大致相等，轴面直立。"斜歪褶皱。两翼岩层倾向相反但倾角不等，轴面倾斜。#倒转褶皱。两翼岩层倾向相同，一翼层序正常；另一翼层序倒置。$平卧褶皱。轴面近乎水平。%扇形褶皱。剖面上岩层呈扇形展开，两翼岩层均倒转。&箱形褶皱。剖面上呈箱形，两翼岩层陡立，顶部和底部岩层平缓（图"#%）。褶皱按岩层在平面上出露轮廓的宽窄可分为：!线状褶皱（长轴褶皱）。枢纽延伸长—"%— 第一篇水利水电工程地质图!"#褶皱类型示意图（引自；$%&’())(*+,著《构造地质学，第三版》&&-./*0(1/"23))，!4#5）（3）直立褶皱；（6）斜歪褶皱；（1）倒转褶皱；（7）平卧褶皱；（/）扇形褶皱；（8）箱形褶皱度远大于褶皱宽度，长宽比大于!9。!短轴褶皱。枢纽延伸不远，长宽比:;!9。"浑圆褶皱。长宽比小于:，轮廓呈圆形或椭圆形。岩层呈背斜型构造者称为穹窿，呈向斜型构造者称为构造盆地。研究大地构造时，褶皱按组合形态可分为：#隔挡式褶皱。由一系列紧闭背斜和开阔向斜相间排列组合而成。!隔槽式褶皱。由一系列紧闭向斜和开阔背斜相间排列组合而成。"复背斜。由若干个次一级的背斜、向斜组合而成的大型背斜构造。$复向斜。由若干个次一级的背斜、向斜组成的大型向斜构造。中国天山、祁连山、秦岭等大山脉都是由复背斜、复向斜组成的褶皱带。野外地质调查认识褶皱，主要根据：#地层的时代与岩性。!岩层产状。"层序。如横穿地层倾向，地层对称重复出现，则存在褶皱构造；从核部到两翼地层从老到新，则为背斜；从新到老，则为向斜。水利水电工程除隧洞、渠道等长线状建筑物外，一般仅涉及到褶皱构造的一个局部，多表现为单斜地层，要注意叠加在单斜地层中的小型褶皱构造，如揉皱、挠曲（图!"<），对岩体完整性的影响，有时整个山岭或山峰为单斜岩层组成的单斜山，当岩层为塑性的薄层岩层（如页岩、千枚岩、片岩等）或为软硬相间的互层时，由于岩层蠕动或变形的差异等，常导致边坡产生倾倒、滑移或溃屈。背斜层状地层中一种上凸的、两侧岩层相背倾斜的褶曲（图!"4）。岩层为正常层序时，其中心部分（核部）由时代较老的地层组成。背斜是褶皱构造的5种基本形态之一。判定背斜，不能简单根据其形态的上凸或上拱，而要根据地层的年代自核部向两翼是否依次由老变新（参见彩图=）。如地层时代不明，则泛称背形。背斜可以有多种形态（参见褶皱）。虽然背斜是上凸的褶曲，但在地形上并不一定形成高地。地层在褶曲后，根据—!<— 第一章水利水电工程地质概述图!"#揉皱、挠曲示意图（$）揉皱；（%）挠曲背斜核部岩层的抗风化、抗剥蚀能力的不同，可以形成高山，也可形成低地或沟谷（背斜谷）。石油、天然气的分布常与背斜有关，平缓的背斜顶部是理想的储油构造。背斜核部的岩层通常较破碎，在其上兴建水工建筑物，应注意岩体的完整性和渗透性；开挖地下洞室和工程边坡时，应注意洞顶和边坡的岩体稳定。图!"&背斜构造示意图!’(—地层由老到新向斜层状地层中一种下凹的、两翼岩层相向倾斜的褶曲（见图!"!)）。岩层为正常层序时，其中心部分（核部）由年代较新的地层组成。向斜与背斜一样，同是褶皱构造的*种基本形态之一。图!"!)向斜构造示意图!’(—地层由老到新判定向斜的主要根据是：核部地层年代较新，向两翼地层年代依次渐老。若地层时代不明，则泛称向形。向斜可以有对称、不对称、倒转、平卧等多种形态（参见褶皱）。地层在褶曲后，向斜是下凹部位，经剥蚀作用，在地形上可以形成向斜盆地或低地；但如核部岩层—!&— 第一篇水利水电工程地质抗风化、抗剥蚀能力强，亦可形成高山或高地（向斜山）。许多层状矿体（如煤矿等）和地下水资源常储存在宽缓的向斜盆地中。平缓向斜常形成承压含水层或热水承压含水层，位于其上的水工建筑物应注意分析承压水对建筑物地基稳定的影响；穿越向斜核部的地下工程，要注意涌水和坍顶。断裂构造在构造应力作用下岩体产生的各种破裂的总称。断裂构造一般可分为节理和断层两大类。节理指断裂面两侧岩块未发生显著位移的破裂；断层指断裂面两侧岩体发生过显著位移的破裂。断裂构造在岩石或地质体中规模相差十分悬殊，如微观结构研究中的微裂隙、破劈理、裂纹（!"#!$），只有数微米、数毫米，甚至只有在光学或电子显微镜中才能见到；中、小型断层的长度可达数米、数十米到数公里；大型的断层、断裂带可延伸数十公里到数百公里，甚至上千公里，其深度可穿过地壳或岩石圈到达上地幔。如中国东部著名的郯庐大断裂，北起黑龙江，跨过渤海，经山东、江苏、安徽三省到达长江边，长达%&’’$(；西部的阿尔金断裂、喜马拉雅山断裂中国段，都长达)*’’$(；中国不少著名的活动性断裂，如安宁河、小江、红河、太行山麓大断裂都连绵长达数百公里，是近代的强震活动带；在大陆内部和板块的边缘还存在深切地壳、岩石圈的巨型全球性断裂构造，常形成裂谷、海沟和转换断层。如东非大裂谷，贝加尔大裂谷；太平洋边缘的阿留申、马里亚纳、菲律宾等海沟。断裂构造在地壳中形成了大量的规模不一、类型各异的软弱带，是各种内外营力改造地球表面形态的主要途径，构成了千差万别的大陆、海洋地形、地貌。对断裂构造的研究，也是水利工程地质勘察最重要最基本的任务。对巨型、大型断裂构造的研究，常是水利工程规划、选点、选址，评价工程区域构造稳定性和地震危险性的重要依据。中、小型断裂构造在岩体中形成的各类弱面则是影响坝基、边坡和地下洞室稳定性及岩体渗流场最重要的地质因素。断裂构造分级按断裂构造的规模划分的断裂等级。从工程地质学的角度，不同规模（尺度）的断裂具有不同的地质特性和工程地质意义，与不同类型的工程地质问题相关联。巨型或大型断裂往往是区域性断裂，关系到工程场地区域构造稳定性评价以及山体稳定等地质问题，是规划选点阶段需着重研究的问题；中、小型断裂则关系到建筑物地基、开挖边坡或地下工程围岩稳定性评价，需要随着工程地质勘察工作的深入逐步予以查明。因此，在工程地质调查时，进行断裂构造分级，是工程地质评价和岩体力学分析的基础工作。中国尚无断裂构造分级规范，各工程根据自身出现的断裂规模和特点进行分级。通常按两个层次进行断裂构造分级。从区域构造稳定性评价的角度，可参照表)进行断裂构造分级。—%’— 第一章水利水电工程地质概述表!"#断裂构造（区域构造稳定性）分级表分级名称延伸规模断裂类型工程地质问题区域构造背景研岩石圈断裂一级、二级大地构造单究，新构造运动研究元的分界断裂，切割深度和断层活动性的判区域性断裂带绵延数百公里相当于岩石圈断裂或地定，地震危险性和水壳断裂，对区域构造应力库诱发地震危险性评地壳断裂场有控制作用价，区域外动力地质作用研究和评价等三级、四级大地构造单与场（坝）区区域!型基底断裂元的分界断裂，切割深度构造稳定性和地震数十公里至相当于基底断裂或盖层活动性评价、大型水地区性断裂"型一二百公里断裂，其活动性受控于区库水库诱发地震及域性断裂带，有时具地区其他环境地质问题盖层断裂特点评价等关系密切近场地震地质条构造单元内部的局部件评价，山体稳定，性断层，深度一般局限在地方性断层一二十公里盖层断裂大范围岩体稳定和沉积盖层内，少数可能切边坡稳定等问题的入基底顶部研究有关与建设场地工程地质条件有关的断裂构造分级，见表!"$。表!"$断裂构造（工程地质）分级表级分级名称延伸规模断裂类型工程地质问题区域构造稳定性、新构造运动、天然地大断裂带、区域性或地区域或地震和水库诱发地震!#%&’以上区性断层，深度至少切穿区性断层危险性评价、与区域一个构造层外动力作用的相互影响等贯穿工程区的断层，深山体稳定、大范围"大型断层!&’(#%&’度限于盖层岩体稳定等岩体稳定、边坡稳#中型断层!%%’(!%%%’断层，层间剪切带定、坝基稳定等个别坝段稳定、地小断层、小断层、延伸较长的节$!%’(!%%’下洞室围岩稳定、局大裂隙理、裂隙部边坡稳定等—#!— 第一篇水利水电工程地质级分级名称延伸规模断裂类型工程地质问题局部边坡与洞壁!节理裂隙!"#以内短小的节理、裂隙、劈理的块体稳定，地基岩体完整性评价断层沿破裂面两侧岩体（块）发生显著位移的断裂构造。断层的规模相差十分悬殊，有的深切地壳、岩石圈，如大裂谷、海沟、转换断层等；有的仅限于地壳表层。延伸长度大的可达数百公里，甚至数千公里，小的仅数米、数厘米。断层各部分的要素（图!$!!）"断层面。分割岩体的错动面，可以是平面，也可以是曲面，产状用走向、倾向和倾角表示。#上盘。断层面上侧的块体。$下盘。断层面下侧的块体。%断层线。断层面与地面的交线，亦即断层在地面上的出露线；如断层隐伏在地下未出露，地质图上用虚线表示。&断距。又称离距（%&’()(*+,-）。即断层两盘同一岩层层面或其他标志面（岩墙、矿脉等）错动的相对距离。又可分为地层断距、铅直地层断距、斜断距、水平错开等。其他构成断层的常见组分还有：断层破碎带，即由于断层挤压和错动而形成的破碎岩带，包括压碎岩、断层角砾岩、糜棱岩、断层泥等构造岩（参见断裂构造岩）；擦痕或镜面，即断层面摩擦形成的痕迹等。断层分类按断层两盘岩体的相对位移可分为.种基本类型："正断层。上盘相对下降，下盘相对上升的断层，断层倾角一般较大。#逆断层。上盘相对上升，下盘相对下降的断层。断层面倾角小于."/的逆断层，特称为逆掩断层（,0&)*1)2%*）；倾角极其平缓的巨大逆掩断层，称为推覆构造或辗掩断层。$平移断层。两盘沿断层面走向作近水平滑动的断层。此外还有过渡类型，如平移正断层或平移逆断层，以及旋转断层等。按断层走向与所切岩层走向的方位关系可分为："走向断层。断层走向与岩层走向近于一致。#倾向断层。断层走向与岩层走向近于直交。$斜向断层。断层走向与岩层走向斜交。在地质力学中，按断裂形成的力学性质，将断层分为张性、扭（剪）性、压扭性和张扭性3种类型。由有成因联系的、相距不远的多条断层平行连绵延伸组合形成断裂带，长度可达数百公里乃至上千公里。多条平行的、力学性质相同的断层还可形成如下的组合类型："叠瓦式构造。由许多大致平行、倾向一致的逆断层或逆掩断层，依次由老地层逆冲覆盖在新地层之上，状如叠瓦。#阶梯状断层。由多条大致平行、倾向一致的正断层组成，呈阶梯状排列。$地堑（4)(5&-）和地垒（1,)%*）。由两条或多条正断层组成。当相邻两条正断层倾向相向，中间断块下降，称为地堑；如倾向相背，中间断块上升，称为地垒。中国山西汾河河谷和陕西渭河河谷便是新生代形成的大型地堑；世界著名的大地堑有东非大裂谷、莱茵地堑等；中国江西庐山则是地垒（图!$!6）。断层的野外判别最主要的标志是沿岩层走向或倾向，地层（包括岩墙、岩脉、矿体等）发生不正常的缺失或重复；断层带存在断层构造岩（角砾岩、断层泥、糜棱岩等）；断层面上有擦痕或镜面，在断层两侧存在牵引褶皱，羽状断裂等次一级构造等。当沿盆地或河—66— 第一章水利水电工程地质概述图!"!!断层的断距和滑距（引自：《中国大百科全书·地质学》，宗鸿林、赵中岩撰写的：“断层”）（#）立体图；（$）垂直断层走向的剖面；（%）垂直岩层走向的剖面!"—总滑距；!#—走向滑距；"#—倾斜滑距；$%—地层断距；$&%&—视地层断距；$&’&&$’—铅直地层断距；$(—水平地层断距；!—岩层倾角；!&—岩层视倾角图!"!’断层组合类型示意图（#）叠瓦式构造；（$）阶梯状断层；（%）地堑；（(）地垒谷存在断层崖或一系列断层三角面，或山岭与平原呈直线形接触，泉水呈线状排列出露且涌水量大，或相同岩性组成的山脊被横向错断，以及特定部位出现垭口、冲沟等，则是可能存在断层的间接标志，需进一步通过勘察寻找直接标志加以确认。对陆壳深部隐伏断裂的存在与位置，常用地球物理勘探、地球化学勘探和遥感、遥测等多种方法进行研究。断层是水利工程建设中最常见的地质缺陷，也是引起各类地质灾害的主要地质因素。因此，水利工程地质勘察中对断层的研究，包括它的位置、产状、规模、力学特性、断层带构—’)— 第一篇水利水电工程地质造岩的类型、性质以及抗渗，抗冲刷性能的研究，是一项十分重要的工作。断裂构造岩断层带中因断层错动的动力作用，被搓碎、研磨而改造的岩石，又称断层岩。从其形成的力学条件，断裂构造岩亦可定义为，在脆性和韧性剪切带内由强烈的剪切作用形成的岩石。断裂构造岩是断层活动的产物，也是研究断层的性质、形成条件及运动特征的物质基础。断裂构造岩的类型很多，有多种分类方案。早期的分类主要考虑构造岩的形态及破碎程度进行划分，最通用的分类将构造岩按受力后的破碎程度分为：断层角砾岩、碎裂岩、碎斑岩、糜棱岩、超糜棱岩以及呈松软状态的断层泥。自!"世纪#"年代，逐渐形成新的分类方案，主要是考虑剪切带（断层）形成的物理环境（温度、压力、变质程度），发生的层次（地壳、岩石圈），流变学性质及应力应变状态。其中，玛施克（$%&’()*’+）和米托（,%&-.(’）/011年在西布森（$-2)34）/0##年的分类基础上作的断层岩分类（见表），为国际地学界广泛采纳。其优点是：!分类以基质的含量、基质中碎屑颗粒大小、岩石的固结程度及面理发育程度为基础。"标出了各种断层岩形成的温度、压力、变质作用及深度的大体范围。#指出了不同类型断层岩间相互过渡、转换的可能性及相应物理条件。从断层岩分类表中可以看到，就石英—长石质地壳而言，从地表到大约5+6深范围内形成的断—!7— 第一章水利水电工程地质概述层岩，主要是未固结的断层泥及断层角砾岩。大约!"#以下的断层岩才是固结成岩的。不具面理的碎裂岩系列和面理化发育的糜棱岩系列，是在不同深度和温压条件下形成的断层岩。碎裂岩是脆性剪切破坏摩擦滑动形成的，发育在通常称作的断层或断层带（脆性剪切带）内。而糜棱岩系列是由不均一塑性流动和晶内变形形成的，发育在韧性剪切带内部，具有透入性的面理和线理组构。虽然玛施克和米托的断层岩分类是以长英质岩石中发育的断层岩为基础的，但在分析和描述其他成分岩石的断层岩时，均可参考使用。以往不少地质工作者描述的糜棱岩，大体相当分类表中的超碎裂岩。节理裂面两侧岩块未发生显著位移的破裂。节理按成因可分为原生节理和次生节理$大类。原生节理在成岩过程中形成的节理，如沉积岩在成岩时失水收缩而产生的节理；岩浆岩因冷凝收缩而形成的节理；最典型的如玄武岩喷发冷凝形成的柱状节理，岩体大多数为六边棱柱形体，如英国北爱尔兰东北海岸数万根六边棱柱形（少数为四边，五边，七边）玄武岩体，突出海面，鳞次栉比，蔚为奇观，已列人世界文化与自然遗产。次生节理指岩石成岩后形成的节理，包括构造节理与非构造节理$类。（%）构造节理。由地壳构造应力作用形成的节理，如岩体中常成组出现的剪节理、张节理；与褶皱同时形成的纵节理、横节理；在断裂面附近，与断裂伴生的羽状节理等。构造节理常有规律成组有序地出现，一组产状一致且力学性质相同的节理构成节理组，在统一应力场中形成的两组以上的节理构成节理系，如最常见的两组剪节理互相交切成菱形或&形，称其为共轭剪节理系。张节理呈平行状，也可呈雁列状成组展布。构造节理由于形成时的力学条件不同，其表现特征及工程地质性质亦有很大不同。剪节理表面光滑，平直，闭合，产状稳定，岩脉充填时脉宽均匀，延伸远，通常从数米到数十米，节理面抗剪强度较低；张节理沿裂面两壁仅有相对的张开，表面粗糙，呈弯曲状，延伸短，不远即尖灭，有时呈锯齿状或不规则树枝状，岩脉充填时脉宽变化大，渗透性较强。（$）非构造节理。指外动力地质作用下产生的节理，如风化节理、卸荷节理以及重力滑动剪节理等。非构造节理的延伸规模比较有限，小者数厘米，大者可达数米至数十米；形状一般不规则，分布缺乏规律性。也有一些非构造节理是在构造节理的基础上，改造发展而成。裂隙的涵义比较广泛，是各种节理笼统的、非专业性的称呼，有时与节理同义，有时仅指一些非构造节理，如风化裂隙、卸荷裂隙、爆破裂隙等。在水利工程地质勘察中，岩体节理、裂隙的分布规律、表面特征、力学性质、产状、张开度、延伸性、发育程度等的研究，对评价岩体的完整性、力学性质、透水性及各类工程岩体的稳定性具有十分重要的意义。裂隙参见节理。—$!— 第一篇水利水电工程地质劈理岩石因变形或变质作用产生的，沿一定方向排列，并具有沿之劈裂开来的性质或趋势的密集破裂面或面状构造（见图!"!#）。劈理发育的岩体，受风化或外力作用时，常沿劈理裂成许多细小的薄板或薄片，多见于受构造变动较强烈的岩层中。通常在细粒岩石和含大量片状矿物的岩石中发育得较好。图!"!#北京大灰厂奥陶系白云岩的平卧向斜中的正扇形破劈理（引自：武汉地质学院区域地质教研室$地质构造形迹图册$北京：地质出版社，!%&’）劈理按其形成的力学特性和结构，可分为流劈理、破劈理和滑劈理#类：!流劈理。岩石中的片状、板状或扁圆形矿物颗粒或集合体定向平行排列，岩石容易沿其劈裂开成板状为特征，又称板劈理。"破劈理。与矿物的组合及排列无关，是岩石中一组密集的剪切破裂面。#滑劈理。是一组切过先期流劈理或面理的差异性平行滑动面。沿劈理面有一些微小的位移，矿物只在劈理面附近成平行排列，而在劈理面之间则无定向。()世纪&)年代以来的研究发现，压溶作用所造成的岩石压扁，是上述#类劈理形成的重要因素。破劈理和滑劈理两侧岩石的微小错位，并不是沿劈理面的剪切错动所造成，而是由于压溶作用使劈理域变薄，两侧岩石相互靠拢而产生的视错位，因而破劈理和滑劈理本质上不是剪切面，而是与流劈理相似的压扁面，只是形成的条件不同而已。另外，劈理还有其他多种分类方法，如美国地质科学百科全书的一种分类，将劈理分为(大类：透入劈理（*+,+-./-01+23+/1/4+），非透入劈理（,5,*+,+-./-01+23+/1/4+）。英国出版的《地质词典》将劈理分为折（射）劈理，板劈理和流劈理#种。劈理总是与一定的构造伴生，劈理的发育程度反应了岩石所受的应变强度。按照劈理与褶曲的关系，可将劈理分为：层间劈理，轴面劈理和顺层劈理；按劈理与断层的关系，可分为平行断层面的劈理和斜交断层面的劈理(类。—(6— 第一章水利水电工程地质概述劈理可以用来确定地层顺序，地层是否倒转和褶曲轴面产状，判定露头在褶曲中的位置。观察岩芯上的劈理，有助于确定地下褶曲构造形态，分析断层产状、运动方向和性质等。劈理构造发育的地层，受构造挤压强烈，岩体破碎，作为建筑物地基时，应注意研究其工程地质性质。构造纲要图用不同线条、符号、色调来表示一个地域主要地质构造特征的图件。构造纲要图的编制以地质图为基础，将主要构造要素表示在图上，其目的是为了形象地突出一个地区的主要构造特点，使之能够鲜明、概括地反映出构造复杂地区的主要构造格架、构造特征及构造发展史。构造纲要图的表示内容，不同的研究目的各有所侧重，但均应表示以下基本构造要素：各种褶皱、各类断裂、各类岩浆岩、主要大地构造单元界线、拗陷盆地和断陷盆地类型及边界等。一般无须表示所有的地层界线，只须表示反映构造运动的不整合面、假整合面及以此为依据所划分的构造层。对于需进行新构造运动评价的研究区，可表示地震强震震中和震级。由于研究的学说观点不同，构造纲要图表示的内容和形式不尽相同。如多旋回学说观点突出建造和构造层；断块构造说突出深断裂和边界断裂；地质力学说突出构造体系及其复合关系等。编制构造纲要图应根据研究区的范围和要求，首先确定编图的比例尺，然后按国家统一的图例、符号、色调，将上述各项有关内容表示在图上。构造纲要图广泛用于区域地质调查、矿产资源勘测、工程勘测及专门的构造研究。对于工程勘测，特别是水利水电工程地质勘测，十分重视区域构造稳定性及地震活动性的研究，因此，构造纲要图必须加强对与之有关的构造现象的表示。—"!— 第一篇水利水电工程地质第二章水利水电工程岩石地质第一节概述在!"世纪以前，由于生产规模和科学水平的限制，人们在岩基上修建建筑物时，只注意研究岩石的软硬以区别场地的好坏，很少怀疑其整体稳定性。近百年来，随着生产和科学技术的发展，修建在岩基上的工程日益增多，规模也愈来愈大，对岩基提出了严格的要求。由于圣·弗兰西斯坝、马尔帕赛拱坝和瓦依昂水库出现了灾难性事故，使人们认识到岩石地基的好坏不仅取决于岩石本身强度，而且还与岩石的完整性、地下水的作用等多种因素有关，从而提出了岩体的概念。通常将工程影响范围内的岩石综合体称为岩体，它是地壳的一部分。一个岩体的规模大小，可视所研究的工程地质问题所涉及的范围和岩体的特点而定。水利工程中岩体通常有地基岩体、边坡岩体和地下洞室围岩三种类型。岩体是非均质的、各向异性的不连续体。在一些文献中常把岩体称为裂隙岩体，在岩体中力学强度较低的部位或岩性相对软弱的夹层，构成岩体的不连续面，亦称为结构面。结构面实际上是地质发展历史中，在岩体中形成具有一定方向、一定规模、一定形态和特性的地质界面。这些地质界面，可以是无任何充填的岩块间的刚性接触面，如劈理面、节理面、层面、片理面等；亦可以是具有充填物的裂隙面或明显存在上、下两个层面的软弱夹层；还可以是具有一定厚度（有的称宽度）的构造破碎带、接触破碎带、古风化壳等。由一系列结构面依具自己的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等和成分各异的地块或岩块，统称为结构体。无论从实际存在出发，还是从形态来概括，岩体就是由结构面、结构体两个基本单元所组成的。岩体中的软弱结构面，常常成为影响岩体稳定的控制面。岩体的变形和破坏机制，主要受软弱结构面及其组合形式的控制。在不连续面附近往往导致应力集中，不同特性的地质界面的存在，导致弹性波在岩体传播过程中波速明显降低、波幅显著衰减的结果。图!#$是在一定围压条件下，新鲜完整的花岗岩块、裂隙发育的花岗岩体试件和断裂破碎带试件的应力#应变示意图。从图!#$中可以看出，岩体的完整性亦即裂隙对其变形、破坏的影响是不容忽视的。岩块和岩体的强度、变形特征有很大差别，其内在结构有着本质的差异。岩体还具有以下的特点：岩体为一种多介质的裂隙体，主要由固相和液相两相介质所组成，裂隙水压力将改变岩体的变形与强度特征。岩体是一种流变体，在应力作用下，微观与宏观结构的滑移、位错、形变随时间而变化。岩体本—!%— 第二章水利水电工程岩石地质身还存在着复杂的天然应力场。不仅存在着自重应力，而且还存在着构造应力。例如，由于构造运动和风化剥蚀作用引起的地应力、地球内应力引起的封闭应力等。图!"#一定围压状态下岩块、岩体、断层破碎带试件的应力"应变示意图#—花岗岩块!—裂隙发育的花岗岩体试件$—花岗岩体中断层破碎带试件要明确岩块和岩体的区别，必须重视结构面或不连续面和岩体结构自然特征的研究。岩石是一个泛称的名词，涵义比较笼统，岩块或称岩石材料、石料，其变形和强度性质取决于岩块本身的矿物成分和岩性，而岩体的变形强度性质取决于结构面和岩体结构的工程地质特性。这也是国际上岩石力学奥地利学派（地质力学学派）的基本观点之一。%&米勒在总结岩体力学性质时提到：岩体力学特性，尤其是它的强度，主要取决于单元岩块之间接触面上的强度；对于岩体变形，主要或者可以说’()*’+)的变形产生于节理，而不是单元岩块的变形；岩体是由固体和液体两相介质所组成的，其中液相的压力作用，能够改变岩体的强度和变形特性。这个观点对岩体工程地质分析是十分重要的，也大大促进了工程地质与岩石力学、岩体工程的密切联系。影响岩体稳定的因素有地形地貌条件、地层岩性、地质构造、岩体结构特征、地应力、地下水的作用等地质因素，以及建筑物的规模、类型和施工方法等工程因素。在大多数情况下，岩体的结构特征往往成为控制性因素。第二节岩体的结构特征由于各个地区岩体形成的历史不同，所经历的构造变形就有差异，即使在同一构造变动过程中，由于所处的部位不同，组成物质成分的差异，其微皱、断裂的发展也不一致。岩体的生成、发展和演化历史的不同，使结构面的特性和空间组合以及结构体的性质和形态千变万化，岩体的结构特性也就不同。因而要正确认识结构面的力学效应，首先要对结构—!’— 第一篇水利水电工程地质面的成因及其自然特性进行研究。一、结构面的成因类型结构面是在岩体形成过程中或生成以后漫长的地质历史时期中产生的。由于岩体的成因、时代和形成以后所处的自然环境不同，结构面的类型和特征也不同。根据成因，结构面可分为原生结构面、构造结构面和次生结构面三大类。（一）原生结构面原生结构面是成岩过程中形成的地质界面。自然界三种基本成因的岩类（沉积岩、火成岩和变质岩）由于其物质来源、动力条件、生成环境和形成方式都极不相同，因而它们的原生结构面各具有不同的特点。!"沉积结构面沉积结构面是在沉积和成岩过程中所形成的物质分异面，包括反映沉积间歇性的层面和层理，也包括显示沉积间断的不整合面和假整合面，还包括由于岩性变化所形成的原生软弱夹层等。一般延展性很强，其产状随岩层变位而变化，其特性随岩石性质、岩层厚度、水文地质条件以及风化条件不同而有所不同。但陆相及滨海相沉积岩层往往易尖灭而形成透镜体、扁豆体，使原生层面波浪起伏。工程实践中，最具有实际意义的是原生软弱夹层。例如坚硬石灰岩中夹薄层的泥灰岩、页岩等，坚硬的砂、砾岩中夹薄层的页岩、粘土岩等，在后期构造运动和地下水作用下易次生泥化。沉积间断面是造山运动的标志，即不整合面；也可以是显示升降运动的假整合面。它们有一个共同的特点，即在沉积历史中都经历了一段漫长的风化剥蚀过程，所以不但起伏不平，而且有古风化的残积物，是一个形态多变的软弱带。沿这些结构面经常有地下水的赋存和运行，它往往起着相对阻水层的作用，它的存在不仅构成地下水的富集，而且导致自身的泥化，对岩体稳定是十分不利的。#"火成结构面火成结构面是岩浆侵入、喷溢、冷凝过程中所形成的结构面，既包括大型岩浆岩体边缘的流动构造面（流层、流线）、侵入岩体与围岩的接触界面、软弱的蚀变带、挤压破碎带，也包括岩浆岩体中冷凝的原生节理和岩浆间歇性喷溢所形成的软弱结构面等。岩浆岩体中这些结构面的工程地质性质是很不一样的。流层、流线在新鲜岩体中不易剥开，但一经风化便形成易于剥离或脱落的软弱面。冷凝原生节理常常是平行及垂直接触面的、平缓及高倾角的张裂隙。在浅成侵入岩体、火山岩体中还发育有特殊的节理，例如玄武质熔岩、流纹质熔结凝灰岩中的柱状节理，辉绿岩中的球状节理，等等。这些结构面往往形成裂隙水的通道或被次生的泥质物所充填。岩浆岩体与围岩的接触面，一种是混融接触面，接触带岩体致密，工程地质条件良好；另一种是裂隙接触带，工程地质性质较差；再一种是接触破碎带，构成软弱结构面。接触面的形态、产状、规模及性质均与围岩和侵入岩体的性质有关。接触变质不仅可发生在围岩中即外接触变质，也可发生在侵入体边缘部位中即内接触变质。外接触变质带的厚度与性质亦随围岩的性质和侵入岩体的规模、性质而变化。一般泥质或泥灰质岩石对接触变质极其敏感，其厚度也较大；花岗岩侵入体，其围岩的变质程度要比基性、超基性岩深，—%$— 第二章水利水电工程岩石地质变质带厚度也较大。对于绢云母!绿泥石片岩带，不仅片理、揉曲发育，而且常易在地下水作用下泥化，对工程威胁甚大。而接触带混合岩化，则往往是有利的。因此，对岩浆岩体的围岩接触带或蚀变带要作深入的研究。我国二滩电站坝址，右岸两层玄武岩中，由于印支期正长岩体侵入活动及构造运动的综合作用，而产生围岩蚀变带，形成两条宽"#$%&’的纤闪石化玄武岩带，是控制坝肩岩体变形和稳定的主要因素。()变质结构面变质结构面是在区域变质作用中形成的结构面，可分为变余结构面和变成结构面两大类。变余结构面主要指的是在变质程度较浅的层状岩石中残留下来的原岩的层面，但由于经受变质作用的结果，在层面上往往有片状矿物（如绢云母、绿泥石、滑石等）不同程度的集中并呈定向排列。变成结构面或称重结晶结构面，主要包括千枚状构造、片理和片麻理，可总称之为结晶片理，是由于发生了深度的重结晶作用和变质结晶作用改变了原岩层理的面貌，使片状和柱状矿物大量集中并高度定向排列而形成变质结构面。在变质岩中所夹的薄层云母片岩、绿泥石片岩及滑石片岩等，岩性软弱，片理易揉曲，易于风化并在地下水作用下泥化，往往构成软弱结构面。（二）构造结构面由于地壳运动，在构造应力作用下岩体形成的破裂面或破碎带，称为构造结构面，包括断层、层间错动带、节理、劈理或其他小型的构造动力结构面。断层一般指位移显著的构造结构面，其规模相差十分悬殊，有的深切岩石圈甚至上地幔；有的仅限于地壳表层甚至地表数千米。因此，根据穿切深度，可分为岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂、盖层断裂等。研究构造断裂和断层破碎带的工程地质特征是一个极为重要的课题。断层从地质力学的观点，按力学性质分为压性、张性、扭性、压扭性和张扭性五类，但纯压性的断层实际上是不存在的。因此，在实际分析中，可以分为张性（包括张扭）、扭性、压扭性断层三类。张性断层面多起伏不平，断裂带中一般为松散角砾岩块及岩粉碎屑。扭性断层面比较光滑平直，压扭性断层面则呈舒缓波状，断层带厚度不等，而破碎影响带较宽。在扭性和压扭性破碎带中，常存在断层泥、构造粘土岩、糜棱岩，断距大时还有角砾岩、压碎岩，还可以存在劈理带、褶皱扭曲带以及地下水强循环的浸染带等。层间借动带是指岩层发生构造变动时，在派生力作用下使岩层面之间产生相对的位移和滑动的地带。这在褶皱岩层地区及大断层两侧，分布很普遍。使层面间形成碎屑状、片状或鳞片状的物质，并在地下水作用下产生泥化现象，构成软弱结构面。节理泛指没有位移或位移很小的构造破裂面。无论沿走向延展，还是沿纵深发展，其范围均是很有限的，大者数十米甚至上百米，小者不过数十厘米，其厚度一般小于数厘米，实际上是一个面或者是一条缝隙。有人把大型的无错动的不连续面称为节理，而将小型的称为裂隙、裂纹，但并没有一个明确的界线。节理形成的力学机制也不外乎剪切作用和张性破裂，有的平直光滑，有的波浪起伏，有的参差曲折而粗糙，有的面为擦痕镜面而附有各种泥质薄膜（如高岭石、绿泥石、滑石等矿物组成的薄膜）。由于岩体中节理发育程度的不同，就造成了岩体中工程地质特性差异的分段性。劈理可分为流劈理、破劈理及滑劈理等类型，它影响着局部地段岩体的完整性及强度。劈理的宽度与岩性关系很大。泥岩及板岩劈理间距可小至"$%’’，而砂岩及石灰岩—("— 第一篇水利水电工程地质的劈理间距可达!"#$%&。（三）次生结构面在地表条件下，由于外营力（如风化、卸荷、人工爆破和地下水作用等）的作用，在岩体中形成的结构面称为次生结构面，它包括风化裂隙、卸荷裂隙、次生夹泥层等。它们发育的特点呈无序状，不平整，不连续，并构成软弱结构面。风化裂隙由风化作用形成的结构面，可以分为两类。第一类为单纯因温度变化导致岩体胀缩而产生的风化裂隙，分布范围主要限于风化带以内，延伸较浅，规模较小，方向和产状都较紊乱。第二类则是沿原有结构面经风化而成，又如原结构面为其他成因的节理、裂隙，经风化作用而形成风化裂隙；又如原结构面为断层、岩脉或原生软弱夹层，经风化后形成风化软弱夹层或风化槽、风化囊，它们可以延展到岩体较深的部位。卸荷裂隙河谷尤其是地壳急剧上升的高山峡谷地区的岩体受冲刷剥蚀，破坏了岩体中原始应力的平衡状态，导致岩体产生张性或剪性破裂而形成卸荷裂隙。垂直向卸荷形成了水平或近乎水平的卸荷裂隙；而在谷坡上因侧向卸荷而产生的裂隙则走向与河谷基本平行、直立或略倾向河谷。在河谷两岸岩体应力状态，大致可分为三个区域，即应力松弛区（卸荷带）、应力集中区（应力强化带）和初始应力区（应力不变带），如图’(’所示。在河谷谷坡和谷底，侵蚀切割作用使岩体初始应力得到释放，表面应力降低，形成松弛区。在这一区域内卸荷裂隙发育。应力集中区是在河谷临空面形成后产生应力重分布而形成的，剖面形状与河谷剖面一致。由应力集中区向各坡和谷底岩体深部逐渐转为初始应力区，应力平稳不变。卸荷带的宽度或深度可达数十米至上百米，例如雅砻江二滩水电站，www.bzfxw.com坡高!$$&，卸荷带宽达!$"#$$&；岷江渔子溪电站，坡高!$$&，卸荷带宽达)$"#$$&。新安江水电站的为*$&。卸荷裂隙张开度可达十几到几十厘米。例如，西洱河一级电站厂区施工，开挖出十几条卸荷裂隙，宽达!"’$%&，最宽达!$%&，发育深度可达)$&。在高地应力区，坝基基坑开挖过程中还可能因卸荷而在坡脚一带形成平缓的剪裂面，例如葛洲坝工程基坑开挖初期沿剪裂面滑移速度达’%&+月。图’(’河谷岩体应力状态图#—构造断裂’—卸荷裂隙*—初始应力区,—应力集电区!—应力松弛区-—地表张应力区)—坡脚应力集中区.—分区界线—*’— 第二章水利水电工程岩石地质次生夹泥层主要是由流水或重力搬运的粘土物质沉积充填在已有裂隙中而形成的。另外，在内、外动力综合作用下形成的泥化软弱夹层，在工程地质实践中十分重要，将在第二节作专门的阐述。二、结构面的分级对结构面的规模及其对岩体稳定性所起作用的分级研究，有助于在实际工作中区分主次，在不同问题中，抓住起主导作用的结构面，可对具体的岩体稳定问题得到正确的认识。结构面按规模一般可分为五级：!级结构面：延展几公里到几十公里以上，深度至少切穿一个构造层，破碎带宽数十米到数百米以上的大断层或区域性大断裂，对区域构造起控制作用。"级结构面：延展数百米到数千米，延深数百米以上，破碎带宽度数米到几厘米的断层、层间错动带、接触破碎带及风化夹层等，对山体和岩体稳定起控制作用。#级结构面：延展在百米范围以内的断层、挤压和接触破碎带、风化夹层，其宽度在!"或!"以内，也包括宽度在数十厘米以内，走向和纵深延伸断续的原生软弱夹层、层间错动带等。它们直接影响工程具体部位岩体的稳定。$级结构面：延展短，一般在数米范围内，未错动，不夹泥，如节理、层面、劈理及次生裂隙等。%级结构面：延展性差，无厚度之别，分布随机，有为数甚多的细小结构面，主要包括隐节理、隐微裂隙、劈理、不发育的片理、线理微层理等。www.bzfxw.com结构面的分级是一个相对的概念，各个部门和各个学者对分级的规定和认识不很统一。结构面的分级实际上还必须考虑到岩土工程的规模和类型。三、结构面的自然特征及其定量描述方法结构面复杂的成因，加上后期又经历了不同性质、不同时期构造运动的改造和表生演化，造成了结构面自然特征的千差万别。例如，有些沉积结构面，在后期构造运动中产生层间扭曲和错动，使层间结合力降低；有的结构面由于后期岩浆注入或淋滤作用所形成的石英、方解石脉网络等，使其结合力有所增加；而有些裂隙经地下水的溶蚀作用而加宽，或充以气和水，或充填粘土物质，甚至使其结合力完全丧失。因此，在工程地质实践中，对岩体结构面的现状亦即自然特征的研究是十分重要的。关于结构面的自然特征，国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会在!#$$年提出了《岩体不连续面定量描述的建议方法》（%&’第(号文件），规定从!)个方面进行研究：（一）方位方位即结构面在空间的分布状态，用倾向和倾角表示。结构面相对于工程结构的方位，在很大程度上决定着能否存在不稳定条件和过度变形的发展，对建筑物的安危起重要作用。结构面的方位（即产状）还控制着岩块和岩体的破坏机制，影响到岩块和岩体的变形和强度性质。结构面的方位一般利用罗盘或测斜仪测量。当结构面的规模较大，或者需要测量的结构面的数量较多，或者结构面在磁异常区而不宜使用磁针时，可以采用摄影测量法。所测得的大量结果，可以用玫瑰花图或极点等密图等表示出来。—**— 第一篇水利水电工程地质（二）间距间距指相邻结构面之间的垂直距离，通常是指一个节理组的平均的或最常见的间距。结构面间距是反映岩体完整程度和岩石块体大小的重要指标。根据所测得的结构面的平均间距，可将岩体按表!"#进行描述。表!"#结构面间距的描述描述间距（$$）极窄的%!&很窄的!&’(&描述间距（$$）窄的(&’!&&中等的!&&’(&&宽的(&&’!&&&很宽的!&&&’(&&&极宽的)(&&&岩体的完整性，在生产实践中还常采用表征结构面密集程度的裂隙率来表示。（#）线裂隙率（又称线密度或裂隙频率）!（条"*$）：指沿测线方向单位长度上结构面或裂隙的条数。如结构面的平均间距为www.bzfxw.com（"$），则#!"+（!"#）"（!）面裂隙率（又称结构面面积密度）!#：指单位测量面积中裂隙面积所占的百分率，表示为：各裂隙面积（长度,宽度）之和!#+,#&&-（!"!）所测量的岩体面积（.）体积裂隙率（!$）：即单位测量体积中裂隙体积所占的百分率，可表示为：各裂隙体积（长度,宽度,厚度）之和!$+,#&&-（!".）所测量的岩体体积（三）延续性延续性表征结构面的展布范围和延伸长度。它是岩体很重要的特性之一。然而，在野外进行精确的定量是相当困难的。因为，岩体的露头往往比延续的结构面面积或长度小，这时真实的延续性就只能进行估计。即使有许多岩体的露头，但在野外测量结果中所包含的困难和不确定因素也是相当多的。对岩石边坡和坝基，要尽力估计从产状上看来对稳定性不利的结构面的延续性，特别要注意延续到相邻岩块下面而不是终止于坚实岩石或其他构造面的延续程度。对于隧道工程，如果存在平滑的粘土充填的结构面或有三个结构面组，即使结构面只延续跨过有限的岩块，也会发生局部的破坏。在研究岩体的延续性时，考虑结构面延伸度与岩体工程规模的相对大小更为重要。例如，在隧道或地下洞室的围岩中，如果存在延续/’#&$范围的平直的结构面，那对于—.0— 第二章水利水电工程岩石地质稳定性就可能具有很大的意义。然而，这样规模的结构面，对于!""#高的岩坡或大坝坝基则往往并不重要。在水利电力工程地质地下工程围岩勘察中，延伸长度大于$#或!%$隧洞直径的结构面，便要给予充分注意。结构面的延续性，根据各个结构面组所测得的延续长度作如表&’&的描述。表&’&结构面延续性描述描述延续长度（#）延续性很差的(!延续性差的!)$中等延续性的$)!"延续性好的!")$"延续性很好的*$"（四）粗糙度粗糙度指结构面侧壁的粗糙程度，用起伏度和起伏差来表征。结构面的粗糙度对于研究岩体的抗剪强度和评价岩体的剪胀有重要意义。起伏度常用起伏角!来表示；波状起伏的结构面则以波峰与波谷之间的距离表示起伏差"（单位：+#）。在野外填图的初始阶段（即可行性研究阶段），在小规模的情况下可将结构面分为台阶形的、波浪形的和平直形的三种典型剖面。每种剖面又可分为粗糙的、平滑的和光滑的三种类型，如图www.bzfxw.com&’$所示。（五）结构面侧壁强度结构面侧壁的抗压强度直接影响到岩体的抗剪强度和变形性质。靠近地表的侧壁岩体常易遭受风化，而热液作用则使岩体产生蚀变。由于风化或蚀变，侧壁强度将远较深部的新鲜岩块强度为低。因此，在研究侧壁强度时，必须同时描述岩石类型和岩体风化或蚀变的程度。在野外工程地质测绘时，可用施密特回弹仪或点荷载试验仪等轻便仪器来测定侧壁强度。（六）张开度裂缝张开度是指结构面相邻岩壁间的垂直距离。如果岩壁间具有粘土或其他充填物，则称为充填结构面的宽度。结构面的张开度通常不大，一般小于!,""##。因此，除了钻孔和掘进机钻的隧道以外，小的张开度用肉眼观察是很困难的，并易与爆破裂缝或风化裂隙相混淆。在下述情况下，可能见到颇大的张开度：!波状的或具有颇高粗糙度的裂隙发生剪切位移以后；"张性裂隙，特别是在河谷侵蚀或冰川后退而发生的拉伸作用下形成的张性裂隙；#已有裂隙经冲刷溶蚀而被改造了的裂隙。描述张开度可采用表&’$所列的术语。—$-— 第一篇水利水电工程地质www.bzfxw.com图!"#表示结构面粗糙度的典型剖面及建议术语（每个剖面长度变化范围$%$&’）表!"#结构面的张开度描述张开度（’’）很紧密的(&)$闭合结构面紧密的&)$%&)!*不紧密的&)!*%&)*&窄的&)*&%!)*裂开结构面中等宽度!)*%$&宽的+$&很宽的$&%$&&张开结构图极宽$&&%$&&&洞穴式的+$&&&（七）充填物充填物是指充填于结构面相邻岩壁间的物质。这些物质一般比母岩软弱。典型的充—#,— 第二章水利水电工程岩石地质填物有砂、粉土、粘土、角砾、断层泥、糜棱岩和方解石、石英、石膏等化学沉淀物质。碎屑物质仅起机械填充作用，而充填在裂隙中的方解石脉、石英脉等则对结构面起胶结愈合作用。结构面有时可被外来物质全部填充，有时仅被局部填充。全充填结构面的力学强度主要取决于充填物的性质，而局部充填结构面，其侧壁特征将起不同程度的作用。在充填物的充填方式上还有一种敷膜式充填，即充填物仅附着在侧壁上呈薄膜状，常见的物质有方解石或石膏。尽管它们有时很薄，但对侧壁的力学性能有颇大的影响。对于粘土质充填物，还应注意研究粘土矿物成分、颗粒组成、含水量、渗透系数、团结程度以及结构曾否遭受过剪切破坏等。在充填物较薄的情况下，还应测量结构面粗糙度的平均幅度（起伏差）和充填物的平均厚度。在泥化软弱夹层的研究中，求出充填物厚度!与起伏差"之比，对评价软弱夹层的抗剪强度和变形性质是很有价值的。当!!"时，结构面力学性质受侧壁特征控制；!""时，填充物性质起主导作用。对复杂充填结构面，如剪切带、压碎带、断层带、岩脉和岩性接触面，可绘制野外素描。这样可把两壁岩体的破裂程度或蚀变状况清楚地表达出来。量测尽可能准确到#$%。（八）渗流渗流指在单个结构面或整个岩体中所见到的水流情况。结构面是岩体中地下水流通的主要通道。研究结构面中是否存在渗流和渗流量的多少，对于评价结构面的力学性质，研究岩体中有效应力的改变以及预测岩体的稳定性和施工的困难程度都有重要的意义。（九）节理组数www.bzfxw.com节理组数指组成交叉节理系统的节理组数目。根据结构面分布的规律性，可将其划分为有系统的和随机的两大类型。原生结构面和某些次生结构面（如构造结构面、卸荷裂隙等）分布规律性较强，都属于前者。按照产状，可将其分组进行研究。节理组数有可能是岩坡稳定性的支配因素。在地下洞室围岩中，三组或三组以上节理相互交叉常常构成三维的块状结构。它比少于三组节理的岩体具有更大的活动性。例如，只含有一组窄间距节理的薄层状千枚岩可能与三组宽间距节理的块状花岗岩具有同等好的稳定条件。在隧道中坍落总量通常明显地与节理组数有关。（十）块体大小由数组结构面切割而成的岩石块体，在岩体结构研究中，称为结构体。严格说来，结构体已不属于结构面的特征，而是由结构面的某些特征（如间距、延续性、节理组数等）所决定的岩体结构特征之一。根据结构体的大小可分为断块体（或称地质体）、山体、块体、岩块四级。根据结构体的大小及形状，可将岩体分为下列六种类型进行描述：（#）巨块状：几乎没有节理或间距极宽；（&）块状：各个方向尺寸近似相等；（’）不规则状：岩块大小及形状变化甚大；（(）板状；（)）柱状；（*）碎裂状：节理发育，碎裂成“糖块状”（图&+(）。—’,— 第一篇水利水电工程地质定量表示块体大小的指标，可采用!"帕尔姆斯特拉姆（#$%&’()$&）建议的体积裂隙数!来表示。它的定义是：岩体单位体积内通过的总裂隙数（裂隙数+&,）。亦即沿各组结*构面（裂隙）倾向设测线（长度为-./0&），在单位长度上所切过的结构面平均数之和："/!*1!（234）#1/$#式中：$#———某组结构面的间距。已知体积裂隙数!*，就可按表234中块体大小进行描述。如采用回旋式的合金钻头勘探（%15/./-0&&），岩芯获得率低，统计岩石质量指标678有困难，当已求得!*后，可按下式计算678：图234岩块素描（$）块状（9）不规则状（:）板状（;）柱状6781//-3,",!*（23-）表234www.bzfxw.com岩石块体大小体积裂隙数（体积节理模数）描述!（裂隙数+&,）*很大的块体）的软弱薄层状地质体均划归软弱夹层的范畴，并命名为含软弱层（带）的岩体，它包括块状岩体中的缓倾角断层及破碎带等。对大量实际工程资料的统计分析表明，软弱夹层自身的强度与夹持它的上下坚硬岩层相比较，其强度和变形模量均低于上下硬岩层的/+-./+-0。一般软弱夹层的强度和变形参数如下：摩擦系数&<0"-—,?— 第二章水利水电工程岩石地质饱和抗压强度!"!!"#$%变形模量#"!!"""#$%软弱夹层，特别是其中的泥化夹层是一种非常软弱的结构面，它们是控制岩体稳定性的极端重要的因素，国内外一些工程的失事均与此有关。据不完全统计，在我国已建成或正在设计、施工的&"余座大坝中，由于软弱夹层而改变设计、降低坝高或在后期加固的共有’"余座。因此，在水利水电工程建设中，人们非常重视对软弱夹层的调查与研究。（一）软弱夹层的成因与分类软弱夹层的成因和结构面的成因一样，也有原生的和次生的两大类。长江流域规划委员会等单位，以我国("个大型水电工程的单项研究成果为基础，并广泛参考了其他具有软弱夹层的坝基资料，按成因将软弱夹层分为沉积型、火成型、变质型、构造型、风化型及充填型六类，其分类特征及典型工程见表()*。在工程实践中遇到的软弱夹层，有不少是属于综合成因的。关于软弱夹层的分类，目前还没有统一的标准。有的按照岩性分，有的按夹层的破碎程度分。长江水利委员会建议将软弱夹层分为软岩夹层、碎块夹层、碎屑夹层及泥化夹层四类。（二）软弱夹层的特性软弱夹层的物理力学性质与夹层的物质组成的、颗粒大小、含水量及起伏程度等多种因素有关。现按长江水利委员会划分的四类夹层，分别介绍其工程地质特性如下。www.bzfxw.com!+软岩夹层常见的有粘土岩、疏松泥灰岩、石膏层、碳质条带、斑脱岩等。这类夹层易风化，浸水崩解、膨胀或溶解，其变形和强度的时间效应明显，单轴抗压强度通常小于!*#$%，峰值摩擦系数为"+,"-"+."，变形模量小于("""#$%。表()*软弱夹层的成因分类类型亚类地质特征典型工程粘土岩、粘土质粉砂岩、粉砂河湖相沉积的软弱质粘土岩、炭质细砂岩等，薄葛洲坝、盐锅峡、四川红层若!层至中厚层或呈透镜状、软弱、干工程强度低潮汐相碎屑岩沉积泥质粉砂岩，相变大、层次多、(大藤峡的软弱层厚度薄、连续性差沉积型浅海相沉积的软弱泥质粉砂岩、粉砂质粘土岩及小浪底、朱庄、潘家口老坝址、’层页岩等，层状连续分布宝珠寺、双牌泥质、砂质、炭质页岩、泥灰浅海相碳酸盐岩中,岩、瘤状灰岩、泥质白云岩等，彭水、隔河岩的软弱夹层强度较高—’&— 第一篇水利水电工程地质类型亚类地质特征典型工程陆相火山碎屑岩中的软弱夹层，有凝灰岩、脱玻珍珠岩，连火山喷发沉积的软续分布，厚度变化大，成岩程火成型铜街子、桓仁、亭下弱层度较好，玄武岩喷发间歇期沉积的火山碎屑砂泥质软弱层，成岩程度差区域浅变质岩中的砂质页岩、粉砂岩、泥质板岩!五强溪、凤滩、上犹江、万安软弱层等副变质岩中的云母片岩、绿泥区域深变质岩中的"石片岩、滑石片岩、石墨片岩佛子岭变质型软弱层等，片理发育、强度低侵入接触变质的软岩脉侵入围岩蚀变接触带，蚀#青山、岩滩弱层变粘土及碎屑，厚度变化大葛洲坝、大藤峡、桓仁、五强一般可分为泥化带、劈理带、溪、上犹江、小浪底、宝珠寺、!层间错动软弱夹层节理带等几个带，性能差，强彭水、隔河岩、万安、铜街子、度低构造型www.bzfxw.com朱庄缓倾角断裂带，一般以压扭性龙羊峡、红岩、大化、三峡、丹"断裂错动的软弱带为主，次为张扭性江口、李家峡、安康、潘家口含易风化矿物的母岩，经风!风化溶滤软弱层万安、桓仁化、溶滤作用而成风化型如方解石脉、方解石$绿泥石"脉状风化软弱带岩滩、青山脉的带状风化在河谷卸荷范围内，平缓的裂断裂、卸荷裂隙充填!隙、断层，经地下水携带沉积龙羊峡（白泥）、峡口、雅溪的软弱带形成的充填夹泥充填型碳酸盐类岩石分布地区、沿溶"溶隙充填夹泥彭水、隔河岩蚀缝隙充填的夹泥"%碎块夹层碎块夹层是由&’(以上粒径大于"))的粗碎屑组成。碎块间或上下界面有泥膜，粘粒含量少于!’(，其他为砂粒。夹层的剪切破坏面一般不是平直的，其应力$位移关系曲线较复杂。根据一些工程现场试验资料，其峰值摩擦系数为’%*+,’%-’，变形模量为—*’— 第二章水利水电工程岩石地质!""#$"""%&’。()碎屑夹层碎屑夹层中粒径为")*#!++的细碎屑约占(",，大于!++的粗碎屑含量占(",#*",，粘粒占$",#(",。夹层的抗剪强度与碎屑的母岩性质、碎屑形状及泥质含量有关，一般峰值摩擦系数为")("#")-*，变形模量只有*"#!""%&’。-)泥化夹层粘土岩类岩石经一系列地质作用变成塑泥的过程称为泥化，泥化的标志是其天然含水量等于或大于塑限。因此，泥化夹层具有结构松散、密度小、含水量大、粘粒含量高（一般大于(",）、强度低、变形大等特点，其峰值摩擦系数为")$*#")("，多数为")!，变形模量一般小于*"%&’。泥化夹层是软弱夹层中性质最坏的一类，对岩体的抗滑稳定往往起控制作用。我国对泥化夹层的研究，始于江西陡水的上犹江水电站建设中（$.*/年）。以后，陆续对数十个工程区的泥化夹层进行了程度不同的研究，其中，对葛洲坝工程研究得最全面深入。泥化夹层通常都是综合成因的，一般认为泥化夹层的形成必须具备下述三个条件。（$）物质基础。粘土岩类夹层是泥化夹层形成的物质基础，而且原岩中粘粒含量愈高、蒙脱石组粘土矿物愈多，愈有利于泥化。（!）构造作用。构造作用可以破坏原来粘土岩夹层的完整性，为地下水的渗入提供通道，同时，原岩的矿物颗粒连接也会受到严重的破坏，为泥化提供重要的条件。许多工程实例表明，由层间错动形成的层间剪切带是形成泥化夹层的重要条件。发育完善的层间www.bzfxw.com剪切带，一般可分为泥化错动带、劈理带和节理带三个带（见图!0*）。泥化错动带与层间错动的主滑动面相一致，由于主滑面上下岩层错动时的研磨作用，使粘土矿物和水分沿错动面富集，因而形成泥膜或泥化带，并可见镜面及擦痕等剪切滑动的痕迹。劈理带由于片状粘土颗粒沿劈理面走向排列，水极易沿劈理浸入，故劈理带也常易形成泥化。节理带岩石的结构基本未遭受破坏，因此，一般不能形成泥化带。（(）地下水的作用。粘土岩夹层经层间错动使原岩结构遭受强烈破坏后，水在粘粒周围形成结合水膜，使颗粒进一步分散，颗粒间连接力减弱，含水量增加，使岩石处于塑态甚至接近流态，即产生了泥化。水在泥化夹层形成过程中，还有溶解盐类、水化和水解某些矿物等复杂的物理化学作用。图!0*某工程局间剪切带示意图（据长江水利委员会）（$）节理带（!）劈理带（(）泥化错动带—-$— 第一篇水利水电工程地质五、岩体的结构类型为概括岩体的变形破坏机理及评价岩体稳定性的需要，可根据岩体的节理化程度，划分岩体的结构类型。《水利水电工程地质勘察规范》（!"#$%&’—((）将岩体结构划分为)个大类和*%个亚类，其基本特征见表%+,。表%+,岩体结构分类表类型亚类岩体结构特征整体状结构岩体完整，呈巨大块状，结构面不发育，间距大于*$$-.块状块状结构岩体较完整，呈块状，结构面较发育，间距一般为*$$/#$-.结构次块状结构岩体较完整，呈次块状，结构面中等发育，间距一般为#$/0$-.巨厚层状结构岩体完整，呈巨厚层状，结构面不发育，间距大于*$$-.岩体较完整，呈厚层状，结构面发育，间距一般为*$$/#$-.；呈厚层状结构中厚层状，结构面间距一般为#$/0$-.中厚层状结构岩体较完整，呈中厚层状，结构面中等发育，间距一般#$/0$-.层状结构岩体较完整或完整性差，呈互层状，结构面较发育或发育，间距互层状结构一般为0$/*$-.薄层状结构岩体完整性差，呈薄层状，结构面发育，间距一般为0$/*$-.www.bzfxw.com岩体完整性差，岩块镶嵌紧密，结构面发育到很发育，间距一般镶嵌碎裂结构碎裂结构为0$/*$-.碎裂结构岩体较破碎，结构面很发育，间距一般小于*$-.碎块状结构岩体破碎，岩块夹岩屑或泥质物散体结构碎屑状结构岩体破碎，岩屑或泥质物夹岩块第三节岩体的力学特性由于岩体中存在各种软弱结构面，所以岩体的力学性质与岩块的力学性质有很大的差别。一般来说，岩体较岩块易于变形，并且其强度显著低于岩块的强度。岩体变形与强度理论将在岩石力学中讲述，这里，主要介绍一些最基本的概念和岩体变形与破坏的特征。一、岩体的变形特征岩体的变形通常包括结构面变形和结构体变形两部分。实测的岩体应力+应变曲线是上述两种变形叠加的结果。图%+,分别绘出了坚硬岩石、岩体和软弱结构面的应力，应变曲线，图中反映出这三条变形曲线的特征是不同的。岩体的应力+应变曲线可分为—)%— 第二章水利水电工程岩石地质四个阶段：!"段曲线呈凹状缓坡，这是由于节理压密闭合造成的；"#段是结构面压密后的弹性变形阶段；#$段呈曲线形，它表明岩体己产生微破裂或塑性变形；$点的应力值就是岩体的峰值强度，过$点后产生应力降表明岩体进入全面的破坏阶段。就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。变形模量或弹性模量是表征岩体变形的重要参数。由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体变形的弹塑性特征较岩石更为显著。如图!"#所示，岩体在反复荷载作用下对应于每一级压力的变形，均有弹性变形!%和残余变形!&两部分。变形模量’$和弹性模量’%分别为岩体的变形模量，也是表征岩体质量好坏的一种指标，在水电工程建设中可根据表!"#划分岩体变形模量等级。’$%"，’%%"（!"’）!&&!%!%www.bzfxw.com图!"’岩石、岩体与结构面的!""关系曲线图!"#岩体的弹性变形!(与残余变形!&表!"#岩体根据变形模量的分级#$%&’岩体类型好岩体较好岩体中等岩体较坏岩体坏岩体变形模量（()*）+!$,$-!$!-,$$./-!0$./由于岩体中结构面发育情况、充填情况及岩石性质的差异，岩体在加载变形过程中，其压力（)）与变形（*）的关系曲线通常有下列三种类型：直线型（见图!"1（*）），当岩体—2/— 第一篇水利水电工程地质节理不发育，岩体坚硬完整时其!!"曲线呈直线型；上凹型（见图"!#（$）），它反映出岩体中节理发育且充填不好，在加载初期节理逐渐压密闭合，!!"曲线斜率较缓，随着荷载增加，结构面闭合后则压力与变形曲线变陡最后呈直线关系；上凸型（见图"!#（%）），当荷载较低时!!"呈直线关系，随荷载增加，!!"呈曲线关系，它反映了岩性软弱或深部埋藏有软弱岩层。图"!#岩体压力!变形曲线的三种基本类型（&）直线型（$）上凹型（%）上凸型岩体在地震、爆破、水流振动或机械振动等动荷载作用下的变形特性与静荷载作用下的情况不同。岩体在动荷载作用下的变形特性可用动弹性模量（#$）来表示。岩体中的一点受到动荷载冲击后将产生振动，这种振动是以弹性波的形式向外扩散的。根据弹性理论可导出动弹性模量#$与波速间的关系为：（"(%""）!%&’!)%&（"!*）#$’""%’!%&或www.bzfxw.com（"+,）（+!"）#’!%’""（"!#）$+!"式中：%’为纵波波速（-./）；%&为横波波速（-./）；为岩体的密度，#，其中#为岩体!!’(重度，(为重力加速度；为泊松比。"在生产上一般用动力法（即弹性波法，如地震法、声波法等）测定岩体的动态变形参数。由于弹性波法的作用力小（+0!""范围）和作用时间短暂（秒范围内），因而岩体1.%-的变形是弹性的。而静力法（如千斤顶法、狭缝法等）的荷载大，作用时间长而缓慢。岩体的变形包含有非弹性部分。因此，一般用动力法测得的动弹性模量#$比静力法测得的静弹性模量#)要高。根据国内外+*2个对比资料的统计，#$与#)的比值在+3"0之间，其中为+3+0的占#24强。动力法的优点是简便、快速、经济，能在现场大量量测并能反映较大范围内岩体的变形特性。因此，寻求不同类型岩体的动、静弹性模量之间的关系有重要的生产实践意义。有了这种关系，就可以用动弹性模量推算静弹性模量。但是，由于自然界岩体的复杂性，至今尚未获得一个公认的、能普遍适用的关系式。目前，对于一些不能进行大量现场静弹性模量试验的中小型工程，可通过动力法求得岩体的动弹性模量#$，利用下式估算设计用的岩体静弹性模量：#)’*#$（"!5）式中：*为折减系数，与岩体的完整性有关，可按表"!#选取。—))— 第二章水利水电工程岩石地质表!"#岩体完整性与折减系数!!"岩体完整性系数()$%&’&%(&%(’&%#&%#’&%)&%)’&%*+,&%*+!#折减系数$$%&’&%)+&%)+’&%-+&%-+’&%!+&%!+’&%!&%!’&%$注：!"为岩体的纵波波速；!#为岩石的纵波波速。对于大型水电工程，应根据某一工程地质单元或某一岩类，进行现场动、静弹性模量对比试验，建立%&、%’的关系式。二、岩体的流变特性物体在外部条件不变的情况下，应力或变形随时间而变化的性质称为流变性。流变性有蠕变和松弛两种表现形式。蠕变是指在应力一定的条件下，变形随时间持续而逐渐增长的现象。松弛是指在变形保持一定时，应力随时间增长而逐渐减小的现象。试验和工程实践表明，岩石和岩体均具有流变性。特别是软弱岩石、软弱夹层、碎裂及散体结构岩体，其变形的时间效应明显，蠕变特征显著。有些工程建筑的失事，往往不是因为荷载过高，而是在应力较低的情况下岩体即产生了蠕变。对一组试件，分别施以大小不同的恒定荷载，测定各试件在不同时间的应变值，则可得到一组如图!"(所示的蠕变曲线。www.bzfxw.com图!"(不同应力条件下岩体的蠕变曲线由该图可见，岩体的蠕变曲线，因恒定荷载大小不同可分为两种类型。一类是在较小的恒定荷载作用下（!,!.），变形随时间增长，变形速率递减，最后趋于稳定，是一种趋于稳定的蠕变；另一类为趋于非稳定的蠕变，即当恒定荷载超过某一极限值后（!/!.），变形随时间不断增长，最终导致破坏。典型的蠕变曲线可分为以下三个阶段：（$）初始蠕变阶段，如图中的()段。其特点是变形速率逐渐减小，所以又称阻尼蠕—-+— 第一篇水利水电工程地质变阶段。（!）平缓蠕变阶段，如图中的!"段。其变形缓慢平稳，应变随时间呈近于等速的增长。（"）加速蠕变阶段，如图中的"#段。本阶段的特点是变形速率加快直到岩体破坏。关于岩体的蠕变，目前已经提出了一些经验方程，但主要是模拟前两个阶段的，对于加速蠕变，至今尚未找到简单的公式。图!#$表明，当岩体所受的长期应力超过某一临界应力值时，岩体才经蠕变发展至破坏，这一临界应力值称为岩体的长期强度，以!%或"%表示。岩体的长期强度取决于岩石及结构面的性质、含水量等因素。根据原位剪切试验资料，软弱岩体和泥化夹层的长期剪切强度（$%）与短期剪切强度（$%）的比值，约为&’(（见表!#$），大体相当于快剪试验的屈服值与峰值强度的比值。表!#$软弱岩体和软弱夹层的长期强度工程名称岩层类型主要矿物$%$%&$%""&粘土质粉砂岩)混凝土伊利石、绿泥石、高岭石、蒙脱石&’(*&’(&""&泥化夹层（!&!）蒙脱石、伊利石、高岭石&’!&&’(*""&泥化夹层（"&(）绿泥石&’+,&’(-大冶铁矿软弱夹层蒙脱石&’-!&’*$抚顺煤矿软质泥灰岩www.bzfxw.com蒙脱石&’+(&’*(抚顺煤矿灰白色粘土岩泥化夹层蒙脱石&’+.(&’(+抚顺煤矿紫红色粘土岩泥化夹层蒙脱石&’+*,&’*$抚顺煤矿棕红色粘土岩泥化夹层伊利石&’+$!&’*(注：本表据林天健、吴学谋。三、结构面的强度岩体是由各种形状的结构体（单元岩块）和结构面组成的复杂的地质体。岩体的力学性质必然受到岩块材料和结构面力学性质的双重控制。究竟哪一方面起主导作用，既要看结构面的充填情况、胶结类型、产状组合关系、延续性等自然特征因素的影响，又要看岩体的受力条件和岩体滑移的边界条件。裂隙岩体（或称节理化岩体）的强度，主要取决于结构面的强度，而不是取决于岩块材料的强度。因此，在岩体稳定的工程地质分析中，要确定岩体的强度性质，首先要研究结构面，特别是贯通性软弱结构面的强度。下面重点讨论结构面的抗剪强度。根据结构面的充填程度，可分两种情况：（一）无充填结构面的抗剪强度无充填结构面的抗剪强度主要决定于结构面两壁的起伏形态、粗糙度和凸起体的强度。对于平直光滑的结构面，例如岩体中扭性/节理面和发育较好的平直光滑的层理面和片理面，其抗剪强度比较接近用金刚砂磨制的岩石磨光面的摩擦强度，可用下式表示：—-,— 第二章水利水电工程岩石地质!!""#$!（%&’(）式中："———结构面上的法向压应力；!———结构面的摩擦角。实际上，即使宏观上最光滑的天然结构面，在微观上看来也存在着大大小小的凸起体，表面总是具有细微的凹凸和擦痕，故平直光滑结构面由于局部咬合作用仍具有一部分内聚力，其摩擦角!一般变化在%()*+()之间，内聚力!在(*(,’-.#之间（见表%&’(）。表%&’(结构面地质类型结构面的形状摩擦角!（)）摩擦系数"内聚力（!-.#）滑石外岩片理面绢云母片岩片理平直或微呈波状，/%(/(,01/(,(2面光滑云母片岩片理面粘土岩、泥灰岩、页岩层面、千枚平直，表面光滑%(*0((,01*(,23(,(2*(,’岩、绿泥石片岩片理面砂岩、石灰岩及部分页岩层面，平直平直，或微呈波状0(*+((,23*(,3+(,(2*(,’光滑4节理劈理起伏面等www.bzfxw.com各种坚硬岩体的波状起伏，表面较构造裂隙，部分灰粗糙，有些呈锯齿5+(5(,3+!(,(3*(,’岩层面，砂岩层面状（追踪张裂隙）对于粗糙起伏结构面的抗剪性能，%(世纪1(年代中期巴顿（.#""6$，7,8,）和戈德斯坦（96:;<"=>$，-,）等人在研究中发现与粒状材料有某些相似的现象。在粗糙起伏结构面的剪切过程中，在发生剪位移的同时，垂直向上发生扩张变形，这种现象称为剪胀。巴顿在室内用石膏材料探讨了不同糙度下抗剪强度的机理。他在石膏试件上设置了一些规则分布的锯齿，然后进行直剪试验，当发生剪切破坏后，继续施加剪力，测得残余抗剪强度。结果得出峰值强度曲线#$%与残余强度曲线#&（见图%&’(）。作者认为，结构面在较低的压应力作用下（#$段），由于锯齿状凸起体基本未遭破坏，剪切全系滑越，此时结构面的抗剪强度可用下式表示：!!""#$（#’?(）（%&’’）式中：#’———岩石的基本摩擦角，在实践中可认为近似等于残余摩擦角#)，此处相当于沿凸起体表面的滑动摩擦角；(———锯齿状凸起体的起伏角。当正应力较大时（$%段），剪切破坏是在凸起体被剪断后，通过锯齿的底面发生，不再产生剪胀，此时结构面的抗剪强度由两壁岩石的抗剪强度来决定，符合库伦关系式，即#!""#$!?!（%&’%）式中：#———两壁岩石的摩擦角，#"#)；—+@— 第一篇水利水电工程地质!———两壁岩石的粘聚力。从上述的研究可知，粗糙结构面的抗剪强度，除包括与剪应力方向一致的摩擦组分外，结构面上的凸起体也起着非常重要的作用，且随着有效正应力的大小而不同。不仅完整的岩石具有弯曲的峰值强度包络线，而且结构面的峰值强度包络线也应是弯曲的（近似于双线性关系）。天然的粗糙结构面起伏是不规则的，起伏角变化很大，为此巴顿（!"#$%&，’(）建议用剪胀角来说明。剪胀角"#是剪切位移时实际运动方向与平均剪切运动方向间的夹角，图)*+,规划锯齿状结构www.bzfxw.com面的!*"曲线!$即$"&"#-（)*+.）!%式中：!$———剪胀量；!%———剪切方向位移量。巴顿对粗糙程度不同的/种模拟裂隙进行了剪切试验，测量其峰值剪应力"和压应力##以及峰值剪胀角"（破坏瞬间与峰值抗剪强度同时出现的最大剪胀角），对所得数据#进行最小二乘法分析，计算出"#0$"&（"&##）与"#的关系曲线，将结果列入图)*++中［包括德·弗雷塔斯（123#24$"5）提供的黑石花岗岩中张性断裂的某些试验数据］。其关系式为："-$"&（+(6/"#7.)()/）（)*+8）##大量实验资料证明，岩石的基本摩擦角$’与残余摩擦角$(非常相近，一般介于)9:;.9:之间。为简化起见，对于最粗糙的结构面将系数+(6/修改为)(,，则式（)*+8）可简化为："-$"&（)"#7$’）（)*+9）##式（)*+9）中"#值在剪切过程中除与齿状凸起体的几何形状（高度和底长）有关外，还决定于压应力##和凸起体本身的强度#［巴顿用裂隙抗压强度!<=>（<%4&$=%?@#2554A2>$#2&B$C）来代替］。巴顿对前述/种模拟裂隙又进行了试验，得出了无量纲比值##&#!与峰值剪胀角"#的关系曲线（见图)*+)）。如对比值##&#!取对数比例尺而重新绘出数—8/— 第二章水利水电工程岩石地质图!"##$%&’$(（!!""）与#"的线性变化关系（据巴顿）#—$!%!—$!%&’)—$)(*—$!%+—)!%,—$*%-—$%.—$!+%/—黑石花岗岩据，并进行最小二乘法拟合，就得出下列方程式（见图www.bzfxw.com*+,-）：图!"#!峰值剪胀角#"与""!".的变化关系（据巴顿）#—$!%!—$!%$)—$)(*—$)%+—)!%,—$*%-—$/"%.—$!+%/—黑石花岗岩01（""!".）2"34#3+,#"534##.*—*/— 第一篇水利水电工程地质图!"#$峰值剪胀角!"与!"#!$的对数变化关系稍作简化近似可得：www.bzfxw.com%&（!"#!$）’"()#((!"或!$!"’#(%&()（!"#*）!"将式（!"#*）代入式（!"#+）中，得!$"’!",-.［!(%&()/#%］（!"#0）!"上式中对数项系数表示结构面的粗糙程度，巴顿称之为裂隙粗糙系数（123.,425&6.78892:7;;3<37.,），用149代表。由于式（!"#=）的简化中曾假定结构面是最粗糙的，故系数!(表示粗糙程度最高的情况，即最大值。因当结构面极为光滑时，!"’(，显然此系数为(，则149介于(>!(之间。此外，由于风化作用，裂隙面上及其附近的强度往往较岩体其他部位的强度为低，巴顿用裂隙抗压强度19?代替!$，因而式（!"#0）的通式可写为：19?"’!",-.［149%&（）/#%］（!"#@）!"此即巴顿提出的预测岩体结构面抗剪强度的一般方程式。如果能用简便的方法测得149、19?及#%三个参数，在一个岩石工程设计的初期阶段，就能够对裂隙的抗剪强度作出迅速的估算，并判断裂隙的抗剪强度是否低到必须进行更详细的研究的程度。巴顿建议用以下简便方法确定上述三个参数：（#）对裂隙抗压强度19?，可用回弹仪试验求出回弹值&的平均值，利用米勒的经验—+(— 第二章水利水电工程岩石地质关系式求得：!"（!!）#$%$$$&&""’(%$(（)*(+）式中：!———裂隙表面的单轴抗压强度（,-./)）；!1）。"———岩石的干容重（0-./在裂隙两壁岩石风化轻微的情况下，亦可采用常规的单轴抗压试验或点荷载试验换算抗压强度。（)）基本内摩擦角##，可采用经验数据或用试验测定。巴顿建议用简单的倾斜试验或推拉试验来求得。但2%3450等认为由于试件尺寸较小，用倾斜试验求出的##不可靠。较为理想的是用金刚石锯加工成岩石光面进行直剪试验来确定。在无试验资料时，可用表)*((所列的数据。（1）对裂隙粗糙系数678，可以将结构面的粗糙度剖面与图)*(9中所示的标准剖面进行对比，从而确定出678值，也可以采用倾斜或推拉试验测量开始滑动时的倾斜角!（!$$#:;<=:>，"$，!$$分别是在这种极低应力等级下发生滑动时作用在结构面上的剪应力和!$$正应力），代入式（)*(?）中反算678值，得%*##678#*（)*)$）68@!"()!$$表)*((各种岩石基本摩擦角#A的近似值（据巴顿）!!!岩石www.bzfxw.com#（#B）岩石#（#B）!!!角闪岩1)花岗岩（粗粒）1(C1D!!!玄武岩1(C1&石灰岩11C9$!!!砂岩1D斑岩1(!!!白垩1$砂岩)DC1D!!!白云岩)?C1(页岩)?!!!片麻岩（片状的）)1C)+粉砂岩)?C1(!!!花岗岩（细粒）)+C1D板岩)DC1$（二）有充填结构面的抗剪强度有充填结构面的抗剪强度主要决定于充填物的成分和厚度。大量试验资料表明，充填夹层物质成分对结构面的抗剪强度有很大的影响。如表)*()资料所列，结构面的抗剪强度随夹层内粘土含量增加而降低，随碎屑成分增加、颗粒增大而增加。充填不夹泥的薄层角砾结构面，有时结构面强度反较干净结构面强度高，如直剪试验取得的林县崮山灰岩的层面摩擦系数%#$%ED，而夹薄层灰岩碎屑的结构面强度竟高达%#$%&9。含这种物质的夹层显然已不属于软弱结构面。结构面的抗剪强度还随着充填物厚度的增加而迅速降低。波状或锯齿状结构面的抗剪强度还受充填物质的厚度%与起伏差&之间的关系控制。’与&之比，称为充填度（见—D(— 第一篇水利水电工程地质www.bzfxw.com图!"#$巴顿用以确定%&’的典型粗糙厦刮面图!"#(）。朱庄水库试验资料说明：随着充填度的增加，其力学强度逐渐降低，当结构面内充填物厚度!大于起伏差"近两倍，即充填度大于!))*时，结构面抗剪强度才趋于稳定，结构面强度达到最低点。此时，结构面强度与充填物强度相同。表!"#+列出了国内部分工程岩体结构面的抗剪强度参数，说明不同的充填情况，其抗剪强度参数相差很大。图!"#(夹泥充填度对结构面摩擦系数的影响（朱庄水库试验资料，据孙广忠）—(!— 第二章水利水电工程岩石地质表!"#!夹层物质成分对结构面抗剪强度的影响（据孙广忠）摩擦系数夹层成分粘聚力（"$%&）!泥化夹层和夹泥层’(#)*’(!)’(’’)*’(’!碎屑夹泥层’(+’*’(,’’(’!*’(’,碎屑夹层’()’*’(-’’*’(#含铁锰质角砾破碎夹层’(-)*’(.)’(’+*’(#)表!"#+岩体结构面现场抗剪试验成果（据《岩石坝基工程地质》）抗剪强度参数工程名称岩石结构面物质!（"$%&）三峡石英闪长岩绿帘石#(#,’(#!乌江渡灰岩方解石（弱风化）’(.’’(#-安康千枚岩无充填’()+’(#!七里垄流纹斑岩夹泥厚#’/0’(!-’岩滩辉绿岩碎块夹泥#’*+)/0’(,)’(##白山混合岩无充填’(-)’(’-紧水滩花岗斑岩无夹泥天然湿润’(1’’()#洛河故县石英斑岩铁膜（光面）’(-!’(#,大训花岗岩泥厚#*!/0’(+-’湖南镇流纹斑岩夹薄泥’()-’(’)梅山花岗岩薄泥起伏差!)00’())’(’!恒山灰岩夹泥灰岩接触面无充填’(1-’(’,凤滩砂岩夹板岩泥厚+*)/0’(!’’(#’安砂石英砂岩夹千枚岩碎屑夹泥’(+)’(’#)彰水灰岩夹页岩碎片夹泥’()’’(’,陈村石英砂岩碎屑夹泥’(+’’(’1二滩正长岩中等粗糙，夹泥#*,00’(.2’(#!四、岩体的强度特征岩体强度是指岩体抵抗外力破坏的能力。它有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度之分，但对于裂隙岩体来说，其抗拉强度很小，加上岩体抗拉强度测试技术难度大，所以目前对岩体抗拉强度研究得很少，这里主要讨论岩体的抗压强度和抗剪强度。—)+— 第一篇水利水电工程地质岩体是由岩块和结构面组成的地质体，因此其强度必然受到岩块和结构面强度及其组合方式（岩体结构）的控制。一般情况下，岩体的强度不同于岩块的强度，也不同于结构面的强度，如果岩体中结构面不发育，呈完整结构，则岩体强度大致等于岩块强度，如果岩体将沿某一结构面滑动，则岩体强度完全受该结构面强度的控制，这两种情况，比较好处理。下面着重讨论被各种节理、裂隙切割的裂隙（节理化）岩体强度的确定问题。研究表明，裂隙岩体的强度介于岩块强度和结构面强度之间。它一方面受岩石材料性质的影响，另一方面受结构面特征（数量、方向、间距、性质等）和赋存条件（地应力、水、温度等）的控制。!"岩体强度的测定岩体强度试验是在现场原位切割较大尺寸试件进行单轴压缩、三轴压缩和抗剪强度试验。为了保持岩体的原有力学条件，在试块附近不能爆破，只能使用钻机、风镐等机械破岩，根据设计的尺寸，凿出所需规格的试体。一般试体为边长#"$%!"$&的立方体，加载设备用千斤顶和液压枕（扁千斤顶）。（!）岩体单轴抗压强度的测定切割成的试件如图’(!)所示。在拟加压的试件表面（在图’(!)中为试件的上端）抹一层水泥砂浆，将表面抹平，并在其上放置方木和工字钢组成的垫层，以便把千斤顶施加的荷载经垫层均匀地传给试体。根据试体破坏时千斤顶施加的最大荷载及试体受载截面积，计算岩体的单轴抗压强度。图’(!)岩体单轴抗压强度测定!—方木’—工字钢*—千斤顶+—水泥砂浆（’）岩体抗剪强度的测定一般采用双千斤顶法：一个垂直千斤顶施加正压力，另一个千斤顶施加横推力，如图’(!,所示。为使剪切面上不产生力矩效应，合力通过剪切面中心，使其接近于纯剪切破坏，另一个千斤顶成倾斜布置。一般采取倾角!-!$.试验时，每组试体应有$个以上。剪断面上应力按式（’(’!）计算，然后根据"，#绘制岩体强度曲线。!/"012!#-#（’(’!）{""-340!#—$+— 第二章水利水电工程岩石地质式中：!，"分别为垂直及横向千斤顶施加的荷载；#为试体受剪截面积。图!"#$岩体抗剪试验（%）岩体三轴压缩强度试验地下工程的受力状态是三维的，所以做三轴力学试验非常重要。但由于现场原位三轴力学试验在技术上很复杂，只在非常必要时才进行。现场岩体三轴试验装置如图!"#&所示：用千斤顶施加轴向荷载，用压力枕施加围压荷载。根据围压情况，可分为等围压三轴试验（!!’!%）和真三轴试验（!#(!!(!%）。近期研究表明，中间主应力在岩体强度中起重要作用，在多节理的岩体中尤其重要，因此，真三轴试验越来越受重视。而等围压三轴试验的实用性更强。!)结构面的强度效应为了从理论上用分析法研究裂隙岩体的压缩强度，耶格（*+,-,.）提出单结构面强度理论。（#）单结构面强度效应如图!"#/所示，如岩体中发育一组结构面$%，假定$%面（指其法线方向）与最大主应力方向夹角为，由莫尔应力圆理论，作用于$%面上的法向应力"和剪应力"为：!##"’!（!#0!%）0!（!#"!%）123!!（!"!!）{##’!（!#"!%）345!#结构面强度曲线服从库伦准则#’&$0"6+5%$（!"!%）式中：&、%分别为结构面的粘结力和内摩擦角。$$将式（!"!!）代入式（!"!%），经整理，可得到沿结构面$%产生剪切破坏的条件：!#"!%!#0!%［345!］’&06+5$（!"!7）!#"6+5$%123!#%!%（!&%0!%’%）!#’!%0（#"6+5$126#）345!#%以6+5$’’代入得%%—88— 第一篇水利水电工程地质图!"#$原位岩体三轴实验#—混凝土顶座!—垫板%—顶柱&—垫板’—球面垫(—垫板)—压力枕$—试件*—液压表（千斤顶）#+—液压枕（!!"-!%""）!#,!%-（!"!’）（#""./0#）123!#!式（!"!&）是式（!"!’）和式（!"!!）的综合表达式，其物理含义是，当作用在岩体上的主应力值满足本方程时，结构面上的应力处于极限平衡状态。从式（!"!&）中可以看出：当#,$时，!#!4。!当#,%"时，!#!4。这说明当$和时，试件不可能沿结构面破坏。但!#不可能无穷大，此条件#,!#,%"下将沿岩石内的某一方向破坏。将式（!"!&）对#求导，令一阶导数为零，即可求得满足!#取得极小值!#，523的条件为：#063!#,"（!"!(）063%"即$-%#,&!将式（!"!(）代入式（!"!’），可得（!!-"）""!%（!"!)）!#，523,!%-!"#-"""""此时的应力莫尔圆与结构面的强度包络线相切，如图!"!+所示。—’(— 第二章水利水电工程岩石地质图!"#$单结构面理论分析图当岩体不沿结构面破坏，而沿岩石的某一方向破坏时，岩体的强度就等于岩石（岩块）的强度。此时，破坏面与!#的夹角为（如图!"!%所示）：#$%"%&’(!（!"!)）岩块的强度为：（!!%(!*"%）!#&!*(（!"!$）（#""%+,-"）./0!"式中："%&-10$%，!%、$%分别为岩石（岩块）的粘结力和内摩擦角。为了分析试件是否破坏和沿什么方向破坏，可根据莫尔强度包络线和应力莫尔圆的关系进行判断，如图!"!%所示。图中&&!%(!-10$%为节理面的强度包络线，&&!%(!-10$%为岩石（岩块）的强度包络线，根据试件受力状态（!#，!*）可给出应力莫尔圆。应力莫尔圆的某一点代表试件上某一方向的一个截面上的受力状态。根据莫尔强度理论，若应力莫尔圆上的点落在强度包络线之下，则试件不会沿节理面破坏。所以从图!"!%可以看出，若结构面与!#的夹角"（如图!"#$所示）满足下式：!"!2!"2!"#（!"*%）此时，试件将不会沿结构面破坏。—43— 第一篇水利水电工程地质图!"!#单结构面岩体强度分析在图!"!#中，显然当角满足式（!"$#）所列条件时，试件不会沿节理面破坏，但应!"##力莫尔圆已和岩石强度包络线相切，因此试件将沿!#%&’!的一个岩石截面破坏。若应力莫尔圆并不和岩石强度包络线相切，而是落在其下，此时试件将不会发生破坏，即不沿岩石面破坏。、的值可通过下列方法计算：!(!!由正弦定律"(""$"(’"$!,-.#’!$$!%)*+#$)*+（!!("#$）简化整理后可得：#$(（"(’"$’!!$,.-#$）)*+#$!(%!’!/0,)*+［］（!"$(）"(""$同理可求得：%#$(（"(’"$’!!$,.-#$）)*+#$］（!"$!）!!%!’!"!/0,)*+［"(""$图!"!(给出当"$为定值时，岩体的承载强度$(与!的关系。水平线与结构面破坏曲线相交于"、#两点。此两点相对于与，它们之间的曲线表示沿结构面破坏时的!(!!!1"(值。在此两点之外，即!2!(或!3!!时，岩体不会沿结构面破坏，此时岩体强度取决于岩石强度，而与结构面的存在无关。改写式（!"!4），可得到岩体的三轴压缩强度"($为：（!!$’"$%）$($%"$’（("%,.-）)*+!（!"$$）!!令"$%#，可得岩体单轴的压缩强度"($：!!$（!"$&）"($%（("%,.-）)*+!!!根据单结构面强度效应可以看出岩体强度的各向异性，岩体单轴或三轴受压，其强度受加载方向与结构面夹角的控制。如岩体为同类岩石分层所组成，或岩体只含有一种!—45— 第二章水利水电工程岩石地质图!"!#结构面力学效应（!$%常数时，!#与"的关系）#—完整岩石破裂!—沿结构面滑动岩石，但有一组发育的较弱结构面简称弱面（如层理等），则当最大主应力!#与弱面垂直#$%时，岩体强度与弱面无关，此时岩体强度就是岩石的强度。当"%&’!时，岩体将沿弱面破坏，此时岩体强度就是弱面的强度。当最大主应力与弱面平行时，岩体将因弱面横向扩张而破坏，此时岩体的强度将介于前述两种情况之间。（!）多结构面岩体强度如果岩体含有两组或两组以上结构面，岩体强度的确定方法是分步运用单结构面理论式（!"!(），分别绘出每一组结构面单独存在时的强度包络线和应力莫尔圆。岩体到底沿哪组结构面破坏，由!#与各组结构面的夹角所决定。当沿着强度最小的那组结构面破坏时，岩体强度取得最小抗压强度。此时，沿强度最小的那组结构面破坏。如图!"!!所示含有三组结构面的岩石试件，首先绘出三组结构面及岩石的强度包络线和受力状态莫尔圆。若第一组结构面的受力状态点落在第一组结构面的强度包络线&%!%#’!)*+$%#上或其之上，即第一组结构面与!#的夹角"满足!",#!!",!!",!，则岩体将沿第一组结构面破坏。若满足!，则岩体不沿第一组结构面破坏；而若",",!!!",!!",#此时第二组结构面与!#的夹角"-满足!"-#!!"-!!"-!，则岩体将沿第二组结构面破坏。依次类推，若三组节理面的受力状态点均落在相应的强度包络线之下，即!",!!!",!!",#，!",!!!"-!!"-#，!"’!!!"’!!"’#（!"$(）#$.此时，岩体将不沿三组结构面破坏，而沿".%&’!的岩石截面破坏，因为图!"!!中的应力莫尔圆也已和岩石的强度包络线相切了。若应力莫尔圆不和岩石强度包络线相切，而是落在其之下，则此时岩体将不发生破坏。需要说明的是，若试件沿某一结构面不发生破坏，!#就不会达到图!"!!所示的那么大，不会出现应力莫尔圆和岩石强度包络线相切的情况。若岩体中节理非常发育，则节理面的方向将多种多样，很难满足式（!"$(）所列—(/— 第一篇水利水电工程地质的条件，则岩体必然沿某一节理面破坏。试验表明，随着岩体内结构面数量的增加，岩体强度特性越来越趋于各向同性，而岩体的整体强度却大大削弱了。!"#$和%&"’(认为，含四组以上性质相近结构面的岩体，在地下工程设计中按各向同性岩体来处理是合理的。另外，随着围压!)的增大，岩体由各向异性向各向同性转化，一般认为当!)接近岩体单轴抗压强度时，可视为各向同性体。图*+**多组结构面岩体强度分析),岩体强度的估算岩体强度是岩体工程设计的重要参数，而做岩体的原位试验又十分费时、费钱，难以大量进行，因此如何利用地质资料及小试块室内试验资料，对岩体强度作出合理估算，是岩石力学中的重要研究课题，下面介绍两种方法。（-）准岩体强度这种方法的实质是用某种简单的试验指标来修正岩块强度，做为岩体强度的估算值。节理、裂隙等结构面是影响岩体的主要因素，其分布情况可通过弹性波传播来查明，弹性波穿过岩体时，遇到裂隙便发生绕射或被吸收，传播速度将有所降低。裂隙越多，波速降低越大。小尺寸试件含裂隙少，传播速度大，因此根据弹性波在岩石试块和岩体中的传播速度比，可判断岩体中裂隙发育程度，称此比值的平方为岩体完整性（龟裂）系数，以!表示：*"#$!.()（*+)/）"%$式中，"#$为岩体中弹性波纵波传播速度，"%$为岩块中弹性波纵波传播速度。各种岩体的完整性系数列于表*+-0中，岩体完整系数确定后，便可计算准岩体强度。表*+-0岩体完整性系数岩体种类岩体完整性系数!完整12,34块状2,0452,34碎裂状62,04准岩体抗压强度!#%.!!%（*+)37）准岩体抗拉强度!#&.!!&（*+)38）—/2— 第二章水利水电工程岩石地质式中：!!、!"分别为岩石试件的抗压强度和抗拉强度。（!）"#$%&’(#)*经验方程"#$%和’(#)*根据岩体性质的理论与实践经验，用试验法导出了岩块和岩体破坏时主应力之间的关系为：!（!&-/）!+,!-.!#!!-.!$!式中：!+为破坏时的最大主应力；!-为作用在岩石试样上的最小主应力；!!为岩块的单轴抗压强度；#，$为与岩性及结构面情况有关的常数，可查表!&+0得出。由式（!&-/），令!-,1，可得岩体的单轴抗压强度!#!：!#!,!!$!（!&-2）对于完整岩石，$,+，则!#!,!!，即为岩块抗压强度；对于裂隙岩石，$3+。将!+,1代入式（!&-/）中，并求解!-，可解得岩体的单轴抗拉强度为+!!#",!（!#&!#.4$）（!&41）!式（!&41）的剪应力表达式为’!",%!!(&&)（!&4+）!!+式中："为岩体的剪切强度；!为岩体法向应力；%，’为常数，可查表!&+0求得；&,（#!!&!#.4$），亦可查表!&+0求得。利用式（!&-/）至式（!&4+）四式和表!&+0，即可对裂隙岩体的三轴压缩强度!+、单轴强度!#!及单轴抗拉强度!#"进行估算，还可求出!#，##值。进行估算时，先进行工程地质调查，得出工程所在处的岩体质量指标（565和7值）、岩石类型及单轴抗压强度!!。"#$%8$9曾指出，#与库伦&莫尔判据中的内摩擦角#非常类似，而$则相当于内聚力值。这样，根据"#$%&’(#)*提供的常数（见表!&+0），#最大为!0，显然这时用式（!&-/）估算的岩体强度偏低，特别是在低围压下及较坚硬完整的岩体下，估算的强度明显偏低。但对于受构造扰动及结构面较发育的裂隙化岩体，"#$%（+2/:）认为用这一方法估算是合理的。表!&+0岩体质量和经验常数之间的关系表（据"#$%&’(#)*，+2/1年）具有很好结晶节成岩的粘土质岩强烈结晶，结晶节细粒、多矿物、结粗粒、多矿物结晶岩理的碳酸盐类岩石，如泥岩、粉砂理不发育的砂质晶岩浆岩，如安山浆岩和变质岩、辉长岩体状况石，如白云岩、灰岩、页岩、板岩（垂岩石，如砂岩、石岩、辉绿岩、玄武岩、片麻岩、花岗岩、岩、大理岩直于板理）英岩岩、流纹岩石英闪长岩等#,:;1#,+1;1#,+0;1#,+:;1#,!0;1完整岩块试件，实验室$,+;1$,+;1$,+;1$,+;1$,+;1试件尺寸，无节理，%,1;/+<%,1;2+/%,+;144%,+;1/<%,+;!!1565,+11，7,011’,1;<0/’,1;<::’,1;<2!’,1;<2<’,1;:10&,&1;+41&,&1;122&,&1;1<:&,&1;102&,&1;141—<+— 第一篇水利水电工程地质具有很好结晶节成岩的粘土质岩强烈结晶，结晶节细粒、多矿物、结粗粒、多矿物结晶岩理的碳酸盐类岩石，如泥岩、粉砂理不发育的砂质晶岩浆岩，如安山浆岩和变质岩、辉长岩体状况石，如白云岩、灰岩、页岩、板岩（垂岩石，如砂岩、石岩、辉绿岩、玄武岩、片麻岩、花岗岩、岩、大理岩直于板理）英岩岩、流纹岩石英闪长岩等质量非常好的岩体，紧!%!+’!%’+*!%)+’!%&+’!%)0+’密互锁，未扰动，未风"%*+)"%*+)"%*+)"%*+)"%*+)化岩体，节理间距!"#%*+,’)#%*+-!.#%*+&1&#%*+&&!#%*+..&左右，#$#%&’，(%$%*+,-.$%*+,.0$%*+-*0$%*+-*’$%*+-)0)**%%/*+*0&%%/*+*0*%%/*+*)!%%/*+*)0%%/*+**&!%*+-!%)+*!%)+’!%)+-!%0+’好的质量岩体，仅有轻"%*+**1"%*+**1"%*+**1"%*+**1"%*+**1微风化，轻微构造变化#%*+!,.#%*+10-#%*+’*)#%*+’0’#%*+,*!岩体，节理间距)2$%*+,,.$%*+,&!$%*+,.’$%*+,.&$%*+-*-!"，#$#%,’，(%)*%%/*+**,%%/*+**1%%/*+**!%%/*+**0%%/*+**0!%*+)1!%*+0**!%*+!*!%*+!1!%*+’*中等质量岩体，中等风"%*+****)"%*+***)"%*+***)"%*+**)"%*+***)化，岩体中发育有几组#%*+).&#%*+0!1#%*+0&*#%*+.0.’#%*+!1,节理间距为*+!2)"，$%*+,,0$%*+,-’$%*+,&&$%*+,.)$%*+-**#$#%11，(%)+*%%/*+***-%%/*+***’%%/*+***!%%/*+***!%%/*+***0!%*+*1!%*+*’!%*+*&!%*+*.!%*+)!坏质量岩体，大量风化"%*+****)"%*+****)"%*+****)"%*+****)"%*+****)节理，间距!*2#%*+))’#%*+)0.#%*+),0#%*+)-0#%*+0*!’**""，并含有一些夹$%*+,1,$%*+,’’$%*+,-0$%*+,-,$%*+,&,泥，#$#%0!，(%*+)%%/*+***0%%/*+***0%%/*+***)%%/*+***)%%/*+***)!%*+**-!%*+*)*!%*+*)’!%*+*)-!%*+*0’非常坏质量岩体，具大"%*"%*"%*"%*"%*量严重风化节理，间距#%*+*10#%*+*’*#%*+*,)#%*+*,’#%*+*-&小于’*""，充填夹泥，$%*+’!1$%*+’!.$%*+’1,$%*+’1&$%*+’’,#$#%!，(%*+*)%%*%%*%%*%%*%%*第四节地应力的工程地质研究地应力一般是指地壳岩体处在未经人为扰动的天然状态下所具有的内应力，或称初始应力，主要是在重力和构造运动综合作用下形成的应力，有时也包括在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等作用下形成的应力。在岩体天然应力场内，因开挖或增加结构物等人类工程活动引起的应力，称为感生应力。—,0— 第二章水利水电工程岩石地质一、天然应力的组成地应力是在漫长的地质历史时期中逐渐形成的，按不同起源可分为下列几类：!"自重应力由岩体自重产生的应力。其垂直应力!!，与水平应力!"、!#，分别为：#!!#"$，!"#!##!!#$!!（%$&%）!$#式中："、$、、$分别为岩石的重度、上覆岩体的厚度、泊松比和侧压力系数。#对于坚硬岩石，，"#’"%*(’"&)，因而地壳岩体的自重应力中一般其垂直!#’"%(’")应力总是大于水平应力。但在地壳深部，岩体在上覆岩层的较大荷载长期作用下，或者当浅部岩石比较软弱的情况下，，这时水平应力接近于垂直应力，符合于瑞士学者海!!’"*姆（+,-.）在!/’*(!/!%年提出的静水压力状态理论。大量实测资料表明，不少地区的地应力往往是水平应力大于垂直应力；河谷底部的地应力往往比平坦地区同样深度处的地应力要大得多。这说明地应力的来源还有其他方面的因素。%"构造应力指由构造运动引起的地应力。构造地质工作者常把构造应力作为地应力的同义词。它可分为活动的和残余的两类：活动的构造应力是近期和现代地壳运动正在积累的应力，也是地应力中最活跃最重要的一种，常导致岩体的变形与破坏；残余的构造应力是由古构造运动残留下来的应力。对残余构造应力的重要性，存在着不同的认识。有人根据应力松弛观点，认为在一次构造运动的数万年后，该期构造应力就会全部松弛而无存，现在岩体中的应力只能与现代构造运动有关。但是这种观点并未被人普遍接受。例如，0"赫格特在苏必略湖地区进行应力测量和构造分析之后认为，在加拿大地盾区最近!’亿年间非常稳定，大概只受到上升运动和侵蚀作用，发生于!’亿到%’亿年前构造运动所造成的构造应力至今仍能以成比例的数值保持下来。构造应力的起源，一是用李四光的地质力学观点解释，认为是由于地球自转速度的变化产生了离心惯性力和纬向惯性力而引起的；另一是用板块运动的观点解释，认为是由于地幔物质热对流使板块之间相互碰撞、挤压而引起全球构造应力场。中国大陆的构造应力，一是印度板块从西南向北北东方向推移，在始新世与渐新世之间（约)1’’万年前）与欧亚板块相撞，在我国西部地区形成强烈挤压带。现在印度板块仍以每年*2.的速度向北北东向推进。这是我国西部构造应力场的决定因素。另外，太平洋板块与菲律宾板块分别从北北东和南东方向向欧亚板块俯冲，影响到我国华北与华南地区的地应力场。华北地区目前处于太平洋板块俯冲带的内侧，太平洋板块俯冲引起地幔内高温、低密度和低波速的熔融和半熔融物质上涌并挤入地壳，使地壳受拉而变薄，表面发生裂谷型断裂作用。因此，华北地区一方面受剑北—南东向的拉张，另一方面又受南西西向的挤压。从上述可知，构造应力明显地存在于靠近构造运动强烈的地带，如强烈褶皱地带、深大断裂带常积累有很大的地应力。但如该地区岩体裂隙特别发育或岩体塑性较大，新的构造应力便难以积累，地应力的强度就大为降低，这样就使岩体中的天然应力具有自重应—3)— 第一篇水利水电工程地质力场的特点。!"剩余应力指地壳受风化剥蚀，承载岩体由于卸荷作用残留在岩体中的自相平衡的应力，致使垂直应力相应降低，水平应力则保持不变。#"拉纳利（$%&%’’(）认为它是残余的构造应力的一部分。但由于卸荷作用在岩体内引起高的水平应力（剩余应力）不具有方向性，常是两向水平应力相等；而残余构造应力引起的高水平应力具较明显的方向性。)"变异应力是由岩体的物理状态、化学性质或赋存条件方面的变化而引起的应力，通常只具有局部意义。例如岩浆的侵入，沿接触带产生很大的压应力；喷出时，岩浆迅速冷凝，沿某一方向产生收缩节理，而使岩体应力分布具有明显的各向异性。*+,-年陈宗基曾提出封闭应力的概念。因为岩石是非均质介质，它的颗粒大小、力学性质及热传导系数等各不相同。当地壳经受压力或温度变化后，岩石中各种晶体将产生变形。由于晶体与晶体之间存在有一定的摩擦力，在变形过程中局部将受到阻碍，引起应力积累。在这种情况下，即便卸载，变形也往往不能完全恢复。因此，岩石中有部分应力被封存着，并且处于平衡状态。这部分应力称为封闭应力。他认为开挖巷道或地下洞室的施工中出现的岩爆，是封闭应力释放的结果。在高地应力区钻探取得的岩芯呈饼状，也说明有封闭应力的存在。二、地应力场的分布和变化规律地壳上的构造现象和地震的发生都是由于地应力作用的结果。因此，测定和分析地壳的地应力场，对于研究板块构造的动力来源、地震预报以及地球动力学的研究具有重要意义。地壳的天然应力状态、地应力的大小与方向，对工程场地的区域稳定性和岩体稳定性密切相关。因而，对水利工程、矿山开采、地下洞室开挖、核电站建设以及油气田和地热能开发工程的设计和施工，亦具有很大的影响。早在.-世纪!-/)-年代，为了工程的需要，就用应力恢复法在坑道壁上测量应力。到0-年代，逐步研制出了钻孔应力测量仪器，采用了应力解除法。1-/2-年代应力解除法获得了很大的发展，世界各国研制了各式各样用于应力解除法的测量仪器。,-年代又出现了一种新的深部应力测量方法———水力压裂法，首先在美国的油气田中得到应用。此外还有波速测定法、3射线测定法、声段射测定法、热力法、重力法等多种地应力测量方法。我国地应力测量和地应力预报地震的研究工作是从.-世纪1-年代开始的，2-年代以来，水电、地震、采矿等部门曾先后在华北、华东、西南、西北等地区用应力解除法进行地应力绝对测量。,-年代又开展了水力压裂法的试验研究，均取得了一些研究成果。国外如斯堪的纳维亚国家、美国、加拿大、德国、俄罗斯、日本等国家亦进行了大量的地应力测量，积累了许多有价值的资料。同时，为了工程地质稳定性评价及地震预报工程的需要，美国、俄罗斯、日本和我国还进行了相对地应力测量的研究。仅据*+1-/*+2)年统计，在-"0/!-4深的钻孔中就完成了!万多次绝对应力测量。目前国外用水力压裂法测量地应力的最大深度已达0*--4。根据世界各国地应力测量的资料，对地壳应力状态的规律和构造应力场的基本概念—1)— 第二章水利水电工程岩石地质可以得出下述的几点认识。当然，由于地壳应力状态的复杂性，影响地应力的因素亦多种多样，一些规律的认识有待于进一步探讨与研究。现概述如下：（!）垂直应力!!有随深度线性增加的变化关系。"#$#布朗（%&’()）与"#霍克（*’+,）根据世界各地实测资料，得出垂直应力!!与深度"的关系曲线图（见图-.-/）。此曲线可用下面的关系式表示：!!01#1-2"（-.3/）海姆森（*4567’)%#8#，!92:）在美国用水压致裂法测量原地应力得出：!!01#1-;"（-.33）哈盖特（*+&<+=>#，!92/）根据各国统计资料得出：!!0（!#::?!#-3）@（1#1-A?1#11/）"（-.3;）式中：!!———垂直应力（BC4）；"———深度（6）。从图-.-/可以看出，垂直应力大致分布于平均密度为-#2#赫格特（*+&<+=，!92/）曾得出以下关系式：!H4I0（:#!A?1#;3）?（"1#13-?1#11-）（-.3:4）式中：!H4I———平均水平应力（BC4）；"———深度（6）。图-.-3为加拿大地壳应力测定的结果，在地壳上部-,6深度内，水平应力始终大于垂直应力。—A;— 第一篇水利水电工程地质图!"!#垂直应力随深度而增加（据$%&’(和)&*+）,—澳大利亚!—加拿大#—美国-—南部非洲.—斯堪的纳维亚/—其他地区0—!"1232!0!,4.5年哈斯特提出与当时传统观点相反的结论（地壳中水平应力大于垂直应力）之后，世界不少地区测量结果亦支持了这种观点。因此，普遍认为：地壳上部水平应力总的说来大于垂直应力。但近年来，随着深部应力测量技术的发展，人们发现，在地壳深处水平应力并不大于垂直应力。,40.年南非6373盖（89:）首先发现了这种主应力随深度变化的特征（见图!"!.）：在.22;以上，水平应力大于垂直应力；而在,!22;以下，垂直应力大于水平应力。在.22<,!22;之间，应力场发生了变化。接着在美国（,405）、冰岛（,405）、德国（,405）和日本（,452）都取得了类似的结果。图!"!/是美国用水力压裂法得出的结果，海姆森拟合为下面的关系式：图!"!-加拿大水平应力随深度变化的资料,—!";=(!—!";9>#—!03.（?@9A+;）!B9C1-342D232!2!（!"-5E）—//— 第二章水利水电工程岩石地质式中：!!"#———平均水平应力（$%"）；!———深度（&）。图’(’)南非水平应力随深度的变化（图右相当于’*)+,-./&应力梯度的垂直应力直线，右边直线是根据公式!"0（#$+(#）!#）预测的水平应力直线（按$12"33和2"4，+567）+—!"&89’—!"&":;—’*<)（$%"./&）图’(’*水力压裂法得出美国大陆主应力随深度变化关系（据="8&>?9，+567）+—!"&89’—!"&":;—!"&":@—!"&89)—!#式（’(@;）和式（’(@7）表明，地壳+,,,&以上，平均水平应力比垂直应力高；而+,,,&以下，平均水平应力比垂直应力低。在),,,&深处，平均水平应力为,<7!#。这一趋势同在南非的测量结果几乎完全一致。图’(’6是日本用应力解除法和水力压裂法获得的资料，在),,&之上的测点，!!"#大于!#，而在),,&以下的测点，!!"#小于!#。这一测量—*6— 第一篇水利水电工程地质结果也同南非的结果极为相似。图!"!#日本平均水平应力随深度变化的趋势!解除法测量值"水力压裂法测量值!"$%!"!’!—平均水平应力，（$&()*）!+—深度（,）图!"!-平均水平应力!.*/与垂直应力!#的比值随深度的变化（据01234与5267）$’&&$&&$—$8%&9’!—$8%&9:%%;9<9布朗等人收集了世界各地的原地应力测量资料，从地表到!’&&,深度的区段选择出$!&个测量点作了统计（见图!"!-）。从统计中可以看出，在地壳上部=&&,至$&&&,深度上平均水平应力大于垂直应力，而在地壳下部则相反。德国)9>?,,6@（$A#-）认为，在地壳表层水平应力往往大于垂直应力。但在大多数情—=-— 第二章水利水电工程岩石地质况下，水平应力随深度而变化的梯度比垂直应力的小，当达到临界深度时，垂直应力就成了最大主应力。各地区的临界深度是不同的，在南非约为!"#，而德国东南部的花岗岩区，通过水力压裂法测得的临界深度仅!$%#。我国深部应力测量开展较迟。根据部分浅层应力测量资料，水平应力!!与垂直应力!"的比值在%&’()&!’之间，但成果比较分散。例如，二滩水电站位于共和断块南倾伏端的正长岩和玄武岩上，坝址区山高坡陡，河谷深切。在河床附近岸坡上两个钻孔的应力测量结果表明（见图)*)+），在河床底部’%#以下，有很大的水平应力。左岸’,#深处达-$./0，右岸$’&$#处达1%./0。在$%#以上的浅部存在这样高的水平应力，显然与地形切割和地质历史等因素有关。三峡工程的石英闪长岩体中，当上覆岩体厚度为!)%#时，实测的!"为)&’./0，!##02为!1./0，!##34为%&1./0，平均水平应力比值为1&)。葛洲坝枢纽工程坝基为白垩系沉积岩，所受构造运动比较轻微，岩层产状近于水平，但实测的水平应力亦大于计算的垂直应力（见图)*’%）。以礼河三级水电站，坝基为玄武岩，在深!)%#以上岩体初始应力呈静水压力状态，实测水平应力与垂直应力的比值接近于!（见表)*!-）。图)*)+二滩水电站)号探洞和深孔应力解除法实测主应力分布图（据白世伟李光煜）图)*’%葛洲坝工程初始应力实测曲线图（0）基坑开挖后（5）基坑开挖前—-+— 第一篇水利水电工程地质表!"#$以礼河三级水电站玄武岩体中初始应力计算自重应力实测垂直应力实测水平应力试点测点深度（%）侧压系数!（&’(）（&’(）（&’(）#$)#*$+)*,-)*+!)*+$!$-#*+!!*!!#*,+)*+,.#))!*+)!*.+#*,,)*+//#!)$*.!0*,!+*+0#*#!影响水平初始应力的因素，12345(67（#,$0）曾归结为以下几条：!沉积物横向约束造成的、与重力有关的横向应力分量；"裂缝引起的应力调整；#地形引起的应力调整；$构造起源的纯应力；%侵蚀作用和地壳运动引起的剥蚀作用而造成的残余水平应力；&沉积作用、冰川或火山活动产生的载荷引起的应力调整；’岩石受温膨胀引起的应力。由于影响因素甚多，增加了水平应力随深度的变化的复杂性。但根据已有的研究资料可以看出：水平应力随深度呈线性增大的比率，在地壳浅部与深部是不同的；水平应力与垂直应力的比值仍有待于进一步研究；地质构造历史、岩性和地貌是影响天然应力状态的主要因素。根据已有的资料得出的计算关系或理论概念还很难用于估算应力的大小，尤其是用来了解地壳浅部的应力大小时更是这样。因此，任何重要的地下工程的设计，进行仔细的初始应力测量都是十分必要的。（.）现代地应力场中最大主压应力的方向，主要取决于所处地区的地质历史和构造运动的方式、方向，具有明显的区域性特点。根据地应力测量和地壳形变测量，地震断层资料和天然地震的震源机制解，已经对全球最大主压应力方向的分布情况有了概略的了解。我国现代地应力活动分区如图!".#所示。我国大陆大致以甘、青交界至川、滇中部一线为界，其东、西两部分近期构造应力活动方式明显不同：!我国西部地区主要受到南北方向的挤压作用。根据!)世纪.)年代以来该地区,!个破坏性地震震源机制测量结果，其"轴方位大都在北北西—北北东向范围内，而以南北方向为主导方向。0)年代在川西和滇西南进行的原地应力测量所得最大主压应力方向亦为北北西"近南北向。"我国东部地区以近东西向挤压作用为主，而且以秦岭纬向构造带为界，其南北两部分情况略有不同，北部的华北、东北地区，其主压应力方向以北东东"近东西向为主，而南部的华南地区以东西"北西西向为主。.)年代以来，本区+/个-级以上地震震源机制表明，其压应力轴方位是北东东向（华北地区）、东西"北西西向（华南地区）；$)年代以来，本区,-个原地应力测量结果表明，最大主压应力的优势方向是北西西"近东西向。#在东西部交界地带，构造应力活动的情况比较复杂，地震的"轴方位随时间的变化显示出南北和近东西向的两个优势方向，尤其是$级以上地震的压应力轴方位表现得—0)— 第二章水利水电工程岩石地质图!"#$中国现今应力活动分区（根据地图出版社$%&$年%月印刷的底图编绘）（根据曾秋生）$—实测主压应力方向!—主压应变方向#—!轴方位’—地震形变带反映的作用力方向(—构造应力活动分区及编号更为清楚。（’）地壳中观测到最大剪切应力随深度而变化的趋势。)*+,--和+,.（$%/&）根据各地区$001以下大部分测点的资料，综合成图!"#!。这些资料，根据岩石的性质区分为软岩石（如页岩、砂岩和灰岩等）和硬岩石（如花岗岩、石英岩、苏长岩等）两种类型。从图中可看出：最大剪应力显示出随深度而增加的特征。这种增加的趋势，在地壳$2!31之内，似乎比更深的部位增加得更迅速。在软岩石中，深度$31以下的剪应力梯度明显小于浅层的剪应力梯度。在同一深度上，硬岩石的剪应力比软岩石的要高得多，其剪应力梯度也似乎随深度的增加而减少。在地壳中等深度以上的区域，剪切应力值的下限，一般不超过!0)4,。研究地壳中剪应力的大小及分布规律，对活断层和区域稳定性的研究有重要的意义。断层的蠕动和地震的产生，都是在一定的剪应力作用下产生的。（(）大量的原地应力测量结果表明，一般都是压应力。记录到张应力的地区只具有局部性的特征，而且大部分与岩石裂隙带或破碎带有关。目前，取得张应力数据的测点极少。只是在德国的莱茵地堑、美国圣安德列斯断层帕姆代尔附近以及俄罗斯贝加尔断裂带等地测得了张应力。我国少量测点（泥质页岩与砂岩互层）亦测得张应力资料。三、地应力研究的工程意义地应力的大小、方向和分布变化规律，除和地震有关，影响工程场地的区域稳定性外，—/$— 第一篇水利水电工程地质$图!"#!最大剪应力!（!!%&’"!!%()）随深度的变化（据*+,&--和,&.，$/01）!—软岩石"—硬岩石还对工程建筑的设计与施工有直接的影响。例如，在低应力区岩体松弛、漏水、风化带深；在高地应力地区，由于开挖卸荷会引起岩体的变形与破坏，但有时高地应力也会对工程起有利的作用。关键在于充分认识地应力的分布与变化规律，认识地应力对岩体变形与破坏的影响。在工程上，地应力的高低不是以其绝对值大小来划分的，而是指水平地应力与垂直地应力比较而言的。目前，国内外均以岩石强度"#与最大水平主应力!%&’的比值来区分地应力的高低。如法国隧道协会、日本应用地质协会及前苏联顿巴斯煤矿均规定"#$!%&’2!为高应力区，!2"#3!%&)24为中等应力区，"#$!%&’54为低应力区。我国“工程岩体分级标准”中提出强度应力比小于4为极高应力区，强度应力比等于460时为高应力区。关于低地应力，一般是指水平地应力小于由于自重所形成的水平应力。下面说明地应力对工程建筑设计与施工的一些影响。$7基坑底部的隆起、破坏美国大古力混凝土重力坝，高$811%，建于$/##6$/4!年。坝基为花岗岩。开挖基坑过程中发现花岗岩呈水平层状裂开，剥了一层又一层，一直挖到较大深度，还有这种水平开裂的情况。这是由于岩体中残余应力释放所造成的现象。后来决定坝基停止开挖，迅速浇筑坝体，以恢复坝基的荷载，并用高压灌浆固结裂开的岩体。加拿大安大略省露天矿坑，当挖穿冰积层到达奥陶系灰岩、坑深达$9%时，坑底突然裂开，沿原有裂隙迅速延伸，裂缝两侧的岩层在几分钟之内向上隆起，最大隆起量达!74%，隆起轴的方向与区域最大主应力的方向垂直。经实测，岩体初始水平应力值高达$4*:&。我国白河青石岭坝基开挖时，由于应力释放，新鲜花岗岩亦产生层层的剥离。!7基坑边坡的剪切滑移—0!— 第二章水利水电工程岩石地质葛洲坝水利枢纽二江电站厂房地基为白垩系粘土质粉砂岩夹砂岩及软弱夹层，岩层倾角!"#$"。当厂房基坑开挖深达%&’左右时，发现上、下游边坡均沿几个主要软弱夹层向临空面滑移，最大位移量达$(’，移动方向与区域构造应力的最大主应力方向一致。同时岩体产生新裂隙和沿层面拉开，在深度)&’内，缓倾角断层拉开宽度&*%(’，夹层拉开宽度&*&%#&*+&(’。经测量，初始应力为)#,-./。针对这个问题，在上游岩壁设置适应变形的缓冲软垫层（厚+&(’，以木屑、沥青混合物填实）以削减初始应力对建筑物的影响，并用锚固、固结灌浆及加强防渗、排水等措施，来改善坝基的工程地质条件。,*边坡的倾倒变形碧口水电站位于破碎的千枚岩中。岩层是一套古老的变质岩系，岩性以绢云母千枚岩为主。在溢洪道边坡开挖中，有%&’长一段内，溢洪道轴线平行于陡倾的岩层走向，施工中不断出现倾倒现象，岩体沿着某一明显而面向着变形临空面一侧发生弯折。新鲜开挖面一般在,#%0内即出现倾倒现象，涉及深度达+#)’。据本地区平洞内采用应力恢复法的实测资料，初始水平应力为%*%#+1-./。由于高地应力的释放和溢洪道边坡由软硬相间的层状岩体（板裂结构岩体）组成，因而促使倾倒变形的发生。2*引起岩爆高地应力地区在脆性岩石中开挖地下工程或边坡时，常易产生岩爆现象。这是岩体内储存的应变能以动能方式释放的结果。岩爆现象在水电、采矿、铁路工程的深挖地下工程中时有发生，常引起跳洞或巷道破坏，危及人身安全，影响施工。如成昆线的官村坝隧道、萍乡煤矿、映秀湾、鱼子溪水电站的地下厂房等开挖过程中，都曾发生岩爆。有名的意大利瓦依昂水库，河谷建切,&&’以上，岩体中初始应力很大，开挖边坡时，由于应力解除，使很大一部分岩体与岩壁分离，分离出的岩板，厚约+&(’，并发出炮轰似的响声。开挖到底部时，在深3#+&’处发生岩爆现象。%*对坝型选择的影响美国鲍尔德重力拱坝，高)))’，+3,!年建成。坝基为安山凝质灰质角砾岩，美国垦务局设计者考虑到大坝蓄水后传给两岸拱座的推力很大，可能引起谷壁移动。因此，他们对拱座及坝基的可能变形问题，进行了三维分析。计算结果表明，由于各壁发生位移、坝底基岩将开裂+*&,!(’，这对拱坝的稳定肯定不利。当时设想，如果岩体内有一初始水平压应力，其值足以抵消引起各壁移动的张应力，就可以满足稳定要求。后来利尤雷斯在坝轴线下游穿过河底的排水隧洞中用应力解除法进行了实测，结果得知，初始水平应力约为上覆岩层自重的,倍，于是美国垦务局大胆设计了此坝，时隔多年，证明设计是成功的。!*对地下工程的影响根据岩石力学理论，地下洞室围岩初始垂直应力与水平应力的比值，对洞室周边应力的分布、拱顶和边墙的稳定和支护衬砌的设计有密切的关系。要使地下洞室稳定，最重要的因素是要有一坚固的拱顶。当水平压应力占优势时，对拱顶的建筑是有利的。当围岩中垂直压应力占主导，而且岩体松软或节理裂隙发育时，就很难形成坚固的拱坝。因此，在地下洞室设计中，实测岩体的初始应力大小和方向是特别重要的。在布置地下洞室的轴线方向时，一般认为应尽量平行于最大主压应力方向，亦即垂直于主压结构面。这样不致因应力释放而影响边墙的稳定。但还必须考虑到拱顶和边墙岩体的工程地质特性和构—1,— 第一篇水利水电工程地质造条件，作既有利于拱坝的坚固又保证边墙稳定的布置方案。二滩水电站实测表明，坝区附近岩体最大水平主应力方向为!"#$%&’(%，初步设计中地下厂房的轴线为!")%，与地应力最大主应力方向大体平行，如根据该地区现代区域构造应力，则为东西向和南北向主压应力占优势方向，随时间而交替变化。二滩电站坝区实测的主压应力方向，反映的是残余构造应力场。第五节岩体的质量评价及工程分类岩体质量评价与岩体的工程分类是联系在一起的，根据岩体质量的好坏划分岩体的类别，是工程建设中一个重要的研究课题。一般认为，岩体的质量主要是指岩体的变形与强度特性。针对不同的工程（如坝基、边坡、地下洞室等）进行岩体质量评价与分类时，还包括对岩体稳定性作出评价。影响岩体质量的地质因素主要有岩性、岩体的完整性、结构面的性状、地下水及地应力等。影响岩体稳定性的因素则很复杂，除包括上述的地质因素外，还有工程因素（如工程类型、断面形状及大小、轴线与结构面方位之间的关系等）、施工因素（开挖爆破方法等）及时间因素等。如何根据上述因素对岩体进行分类，用何种指标表征岩体的质量，目前国内外尚无统一的标准。下面是几种国内外应用比较广泛的岩体分类方案一、岩石的质量指标*+,岩石的质量指标*+,是美国伊利诺斯大学提出和发展起来的。它利用直径为(-..的金刚石钻机钻进，用大于/$0.长的岩芯之和与钻进进尺长度之比的百分数表示*+,值，即：长度大于/$0.的岩芯之和*+,12/$$3（#4-5）本回次进尺长度迪尔（,6678，,9:9）按*+,值的高低，将岩体的质量分成表#4/;所示的五级。*+,值不仅能反映岩体的完整性，而且还能反映岩石的风化程度。据统计，*+,值还与岩体的弹性波纵波速度及体积节理数等有一定的关系。因此，在西方用*+,值评价岩体的质量已得到广泛的应用。但是，*+,值不能反映结构面的形态、充填及产状等因素，也不能反映对岩体质量有重要影响的地下水的作用等。表#4/;*+,分类表等级*+,值（3）岩体质量/5$&/$$很好#;(&5$好’($&;(中等-#(&($差(<#(很差—;-— 第二章水利水电工程岩石地质二、节理岩体的地质力学分类（!"#$）由南非科学和工业研究委员会提出的!"#$分类指标值$%$（$&’(%)**$)+,-.）方法用多参数和差计分方法确定地质力学分类。分类考虑了下述五个参数：!岩石的强度；"$/0值；#不连续面间距；$不连续面状态；%地下水情况。分别对上述五个参数给出不同的评分值（见表1234），将各参数评分值相加，即得到了岩体质量的基本评分值，然后再考虑不连续面产状对岩体稳定性的影响（见表1235），对基本评分值进行修正得到岩体质量的最终分值，即：$%$6（37178797:）7（;）（12:<）式中的（;）为表1235中的修正值。按$%$值将岩体分成五类（见表121<）。表121<还给出了各类岩体抗剪强度参数范围值及洞室开挖后围岩的自稳时间等。根据大量的工程经验，发现岩体变形模量!<与$%$间有下列关系：!<61$%$23<<（12:3）式中!<的单位为=>)。从式12:3可以看出，当$%$!:<时，!)）@1:<3<?(（巴顿）等人根据对+##个隧道的实例分析，提出了著名的;@A岩体隧道开挖质量!系统分类。该分类考虑了下述六种参数：岩石的质量指标3:B、节理组系数"#、节理粗糙度系数"$、节理面蚀变系数"%、节理水折减系数"及应力折减系数C3D。巴顿用积商法计算岩体的质量!，即：!3:B"$"&!EFF（+0!+）"#"%C3D3:B"$式中2个参数的组合，反映了岩体质量的三个方面，即为岩体的完整性；表示结构"#"%"&面（节理）的形态、充填物特征及其次生变化程度；表示水与其他应力存在时对岩体质C3D量的影响。按!值大小将岩体分成如表+0+"所示的1种类型。式（+0!+）中各种参数的确定方法可查专门的书籍。—.2— 第二章水利水电工程岩石地质表!"!#按!值对岩体的分类!值$%&&#&&’%&&%&’#&&#&’%&%’#&#’%&(#’#&(&#’&(#)&(&#岩体特别特别极好的很好的好的一般坏很坏的极坏的分类好的坏的!分类法考虑的地质因素较全面，而且把定性分析和定量评价结合起来了，因此，它是目前比较好的岩体分类方法，且软、硬岩体均适用，在处理极其软弱的岩层中推荐采用此分类法。四、工程岩体分级标准国标《工程岩体分级标准》*+,&!#-—.%提出两步分级法：第一步，按岩体的基本质量指标+/进行初步分级；第二步，针对各类工程岩体的特点，考虑其他影响因素如天然应力、地下水和结构面方位等对+/进行修正，再按修正后的+/进行详细分级。#(岩体基本质量分级《工程岩体分级标准》认为岩石的坚硬程度和岩体完整程度所决定的岩体基本质量，是岩体所固有的属性，是有别于工程因素的共性。岩体基本质量好，则稳定性也好；反之，则稳定性差。岩石坚硬程度划分如表!"!!所示。表!"!!岩石坚硬程度划分表岩石饱和单轴抗压强$4&4&’5&5&’#,#,’,),"#0123坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩岩体完整程度划分如表!"!5所示。表!"!5岩体完整程度划分岩体完整性系数$6$&(7,&(7,’&(,,&(,,’&(5,&(5,’&(#,)&(#,完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎表!"!5中岩体完整性系数$6可用声波试验资料按下式确定：!%9:$68()（!",5）%;:%9:为岩体纵波速度，%;:为岩块纵波速度。当无声测资料时，也可由岩体单位体积内结构面系数&6，查表!"!%求得。表!"!%&6与$6对照表&6)55’#&#&’!&!&’5,$5,条095$6$&(7,&(7,’&(,,&(,,’&(5,&(5,’&(#,)&(#,岩体基本质量指标+/值以#&5个典型工程为抽样总体，采用多元逐步回归和判别分析法建立了岩体基本质量指标表达式：—77— 第一篇水利水电工程地质!"#$%&’!(&)*%"+（),*-）式中：!(为岩石单轴（饱水）抗压强度；"+为岩体完整性系数。在使用式（),*-）时，必须遵守下列条件：当!#.$%"+&’%时，以!##$%"+&’%代入该式，求!"值；当"+.%/%-!#&%/-时，以"+#%/%-!#&%/-和!#代入该式，求!"值。按!"值和岩体质量的定性特征将岩体划分为*级，见表),)*。表),)*岩体质量分级基本质量级别岩体质量的定性特征岩体基本质量指标（!"）!坚硬岩，岩体完整.**%坚硬岩，岩体较完整；"**%0-*1较坚硬岩，岩体完整坚硬岩，岩体较破碎；#较坚硬岩或软、硬岩互层，岩体较完整；-*%0’*1较软岩，岩体完整坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎或破碎；$较软岩或较硬岩互层，且以软岩为主，岩’*%0)*1体较完整或较破碎；软岩，岩体完整或较完整较软岩，岩体破碎；%软岩，岩体较破碎或破碎；2)*%全部极软岩及全部极破碎岩注：表中岩石坚硬程度按表),$划分，岩体破碎程度按表),1%划分。)/岩体稳定性分级工程岩体（也叫围岩）的稳定性，除与岩体基本质量的好坏有关外，还受地下水、主要软弱结构面、天然应力的影响。应结合工程特点，考虑各影响因素来修正岩体基本质量指标，作为不同工程岩体分级的定量依据。主要软弱结构面产状影响修正系数")按表),)3确定，地下水影响修正系数"1按表),)4确定，天然应力影响修正系数"’按表),)5确定。表),)3主要软弱结构面产状影响修正系数（")）表结构面走向与峒轴线夹结构面产状及其与结构面走向与峒轴线夹角角&!’%6倾角其他组合峒轴线的组合关系&.3%6，倾角’.4*6’#’%604*6")%/-0%/3%0%/)%/)0%/-—45— 第二章水利水电工程岩石地质表!"!#地下水影响修正系数（!$）表!$%&’()*()*+,)*,)*+!)*-!)*地下状态潮湿或点滴状出水**.$*.!+*.,*.(+*.)淋雨状或涌流状出水，水压!*.$/01或单位*.$*.!+*.,*.(+*.7*.#+*.8水量$*23456淋雨状或涌流状出水，水压’*.$/01或单位*.!*.(+*.7*.#+*.8$.*水量$*23456表!"!9天然应力影响修正系数（!,）表%&!,’))*))*+()*()*+,)*,)*+!)*-!)*天然应力状态极高应力区$.*$$.*+$.)$.*+$.)$.*高应力区*.)*.)*.)*.)+$.**.)+$.*注：极高应力指!:;3!41<-(，高应力指!:;3!41<=(+#!41<为垂直峒轴线方向平面内的最大天然应力。对地下工程修正值［%&］按下式计算：［%&］=%&"$**（!,>!$>!!）（!"))）根据修正值［%&］的工程岩体分级仍按表!"!)进行，各级岩体的物理力学参数和围岩自稳能力可按表!"!8确定。表!"!8各级岩体物理力学参数和围岩自稳能力表密度"（3"·抗剪强度变形级别泊松比围岩自稳能力:4",）模量#3?#3/01跨度!!*4，可长期稳定，偶有$’!.7)’7*’!.$’,,*.!掉块，无塌方跨度$*+!*4，可基本稳定，局部可掉块或小塌方；%’!.7)7*+)*!.$+$.),,+!**.!+*.!)跨度-$*4，可长期稳定，偶有掉块跨度$*+!*4，可稳定数日至$个月，可发生小至中塌方；跨度)+$*4，可稳定数月，可&!.7)+!.())*+,8$.)+*.#!*+7*.!)+*.,发生局部块体移动及小至中塌方；跨度-)4，可基本稳定—#8— 第一篇水利水电工程地质密度!（!!·抗剪强度变形级别泊松比围岩自稳能力"#$%）模量"!&"!’()跨度4-#，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动、小塌方，进而发展为中至大塌#*+,-.*+*-%/.*01+0.1+*2.3+%1+%.1+%-方，埋深小时，以拱部松动为主，埋深大时，有明显塑性流动和挤压破坏；跨度!-#，可稳定数日至3月$5*+*-5*051+*53+%51+%-无自稳能力注：小塌方：塌方高5%#，或塌方体积5%1#%；中塌方：塌方高度%.2#，或塌方体积%1.31"#%；大塌方：塌方高度%。42#，或塌方体积4311"#对于边坡岩体和地基岩体的分级，目前研究较少，如何修正，标准未作严格规定。五、岩体质量评价及其分类的发展趋势为了全面地考虑各种影响因素，又使分类形式简单、使用方便，岩体质量评价及其分类将向以下方向发展：（3）用多因素综合指标的岩体分类。在分类中，力求充分考虑各种因素的影响和相互关系，许多分类都很重视岩体的不连续性，把岩体的结构和岩石质量因素作为影响岩体质量的主要因素和指标。（*）向定性和定量相结合的方向发展。（%）利用简易岩体力学测试（如钻孔岩心，波速测试，点荷载试验等）研究岩体特性，初步判别岩类，减少费用昂贵的大型试验，使岩体分类简单易行。（,）重视新理论、新方法在岩体分类中的应用。电子计算机等先进手段的迅速发展，使一些新理论、新方法（如专家系统、模糊评价等）相继应用于岩体分类中，出现了一些新的分类方法。（-）强调岩体工程分类与岩体力学参数估算的定量关系的建立，与工程岩体处理方法、施工方法相结合。—61— 第三章水利水电工程地貌第三章水利水电工程地貌地表外貌各种起伏形态的总称。地形为地貌的同义词，故在地理学中也称地貌为“地形”。但在应用上，有时又有差异。如地形图和地貌图。地貌是内外动力地质作用在地表的综合反映。地貌形态大小不等，千姿百态，成因复杂。大陆和洋盆，称为巨型地貌；陆地上的山岳、平原、大型盆地，洋盆中的洋中脊、深海沟等，称为大型地貌；河谷、分水岭、山间盆地等，称为中型地貌；阶地、谷坡等，称为小型地貌。地貌类型：地貌常以成因—形态的差异，划分成若干不同的类型。（!）按形态划分。有山地、丘陵、高原、平原、洼地等（表"#!）。（$）按成因划分。有内生地貌和外生地貌类型（表"#$）。内生地貌，由内动力作用形成的内生地貌类型，包括构造作用形成的褶皱山，断陷盆地、断层谷、断层崖等构造地貌和各种火山地貌。外生地貌，由外动力作用（如流水、冰川、喀斯特、海水、风力和重力等）形成的河流侵蚀与堆积地貌，冰川（包括冰蚀、冰积和冰水作用）地貌，重力地貌等。但是一种地貌类型的形成往往是多种内外动力地质作用综合的结果，如背斜谷就是一种内外动力共同作用形成的地貌。因此，地貌的命名应该既能反映该地貌的形态，又要反映其地质成因，如断块山、褶皱山、断陷盆地、坡立谷、洪积扇，河流内叠阶地、基座阶地，洪泛平原、构造———剥蚀平原、纵向谷、横向谷、断裂谷等。地貌除按形态与成因命名外，有时还反映其生成年龄和发育阶段。如峡谷一般代表河流发育的早期阶段，准平原则代表地貌的老年阶段。各种地貌形态之间有着高差、交切、掩埋和重叠等关系，需要采用相应的方法弄清这种关系，才能分析研究不同地貌单元形成的地质年代和地质背景。水利工程建设地区的地貌特征，在很大程度上影响流域、灌区和引水线路的开发规划、河道整治、坝库址选择。地貌形态不仅反映了地区的地质构造和现代动力地质作用的特点，同时也反映了第四纪沉积的特点。所以水利工程建设地区地貌特征的研究对区域构造稳定、建筑场地的规划选址和建筑物地基及边坡稳定评价，水库和坝基渗漏、水库固体径流来源、河道冲淤规律等问题的研究以及天然建筑材料的勘察具有实际意义。地貌类型参见地貌、地貌单元。地貌单元与周围其他地貌类型之间有明确界限的某一地貌类型的空间分布。地貌类型是具有特定成因及形态结构的地形。成因是指动力作用、发育过程、组成物质及其结构构造特征等。形态结构是指其长、宽、高，坡度、坡长及其外形变化等形体要素—%!— 第一篇水利水电工程地质特征的组合状况。主要由地壳的构造运动、地层岩性及其产状特征所决定的，并在形态结构方面与构造类型方面具有对应关系的地貌类型称构造地貌类型；有的学者还提出了与某些活动构造有密切关系的活动构造地貌类型，如与活动断裂有关的（活动构造）断层崖、活火山等。主要由外动力作用推动、地表物质的运动所决定的，并在形态结构方面也具特定性的地貌类型，称外动力地貌类型。根据外动力的种类，划分出河流地貌类型（系统）、冰川地貌类型（系统）、冰缘地貌类型（系统）、风成地貌类型（系统）、海岸地貌类型（系统）等。也有人按岩石类型划分出岩石地貌类型，如火成岩地貌类型（系统）、砂岩地貌类型（系统）、喀斯特地貌类型（系统）、黄土地貌类型（系统）与生物岩地貌类型（系统）等。有关地貌类型的详细分类参见地貌。表!"#地貌的形态类型高程相对高度坡度类型名称（$）（$）（%）极高山&’(((&#(((&)’高山&#(((高山中高山!’((*’(((’((*#(((&)’低高山#((*’((山地高中山&#(((中山中山#(((*!’((’((*#(((#(*)’低中山#((*’((陆地地貌中低山’((*#(((低山’((*#(((’*#(低山#((*’((丘陵+’((+#((高原&,((高平原)((*,((平原平原(*)((洼地海平面以下大陆架(*")((+(-#大陆坡"#.((*"!)((.-!大陆边缘大陆基")(((*"’(((岛弧海平面以下海沟",(((以下海底地貌深海盆地".(((*"’(((大洋盆地海山、海峰、平顶山海平面以下和海底高地洋中脊高出海底)(((*.(((洋中脊中央裂谷深#(((*)(((—/)— 第三章水利水电工程地貌表!"#地貌的成因类型成因类型侵蚀类型堆积类型重力崩塌剥蚀坡、滑坡减损带、谷坡蠕动崩塌堆积体、滑坡体、倒石堆坡面冲刷坡、片蚀浅沟、侵蚀沟、河床、干河坡积裙、堆积斜坡、冲击锥、洪积扇、河漫滩、床、峡谷、深槽、离堆山、侵蚀阶地、基座阶流水三角洲、滨河床沙堤、堆积阶地、河流泛滥平地、劣地、塬、梁、峁、黄土喀斯特、跌水、风原、泥石流口、袭夺弯、泥石流谷地石芽、喀斯特沟、漏斗、竖井、坡立谷、干谷、喀斯特石钟乳、石笋、石柱、石幕（幔）、喀斯特洼地盲谷、石林、峰林、喀斯特洞、地下河冰斗、刃脊、角峰、冰悬谷、冰槽谷、羊背石、冰碛堤、冰碛阶地、鼓丘、冰碛垅、冰碛凹地、冰川锅穴漂砾、冰碛堰塞湖、冰碛阜、蛇形丘外动力作用冰楔裂隙、泥炭丘、秃峰、热岩溶、冰冻风化石海、石川、冰锥、冰丘、网状丘、石环、石带、冻融残丘山原阶地石窝、风蚀垅岗、风蚀残丘、石蘑菇雅丹、风风力石漠（戈壁）、沙漠、沙丘、沙垅蚀凹地、风蚀谷海（湖）积阶地、沙嘴、滨海堤、离岸堤、拦湾海湖水海（湖）蚀穴、海（湖）蚀崖、海（湖）蚀阶地坝、连岛坝、滨海平原、湖生物兽穴珊瑚礁、泥炭沼泽、盐沼草丛、草丘堤垸、拦河坝和水库、城墙、市镇居民点、人人类活动采矿场、运河、渠道、梯田、路堑工岛夷平面、准平原、背斜谷、向斜谷、断层谷、方构造山、单面山、猪背山、背斜高地、地垒高地、褶断陷盆地、向斜盆地、地堑谷、裂谷内动力作用皱山、断块山、断层崖、断层线崖、盐丘高地火山、火山口、火山濑、溶岩槽、熔岩洞、熔岩气孔、火山锥、熔岩丘、熔岩台原、熔岩垅岗、泥火泥火山泥火山热泉山丘地貌单元按地貌类型的空间规模可划分为不同的等级。等级的划分除了地貌类型本身的规模大小外，主要取决于研究目的、研究范围和相应图件比例尺的大小。对服务于区域性资源与环境发展规划的地貌研究，地貌单元的划分多着眼于大的地貌类型如熔岩高原、边缘海（盆地）、断陷盆地、冲积平原等。与工程建设有关的地貌单元划分，则视工程类型和规模的不同，多涉及中小型地貌单元。如与海岸工程有关的有海岸阶地、岬、湾、海蚀平台、湾中坝、湾口坝、沿岸堤等。水利工程建设的地貌类型多与河流地貌有关，而且侧重于中小型和微地貌单元的研究，如河床深槽、漫滩、阶地、谷坡、边滩、沙堤、牛轭湖、古河道等。河谷河流流经的山间长条状凹地，呈线状延伸于山岭或山脉之间，由水流、冰川等动力作用而形成的地貌。—$!— 第一篇水利水电工程地质河谷组成包括谷坡与谷底两部分。谷坡是河谷两侧的斜坡，有时有河流阶地。谷底通常分为河床和河漫滩两部分。河流发育的幼年期以下切为主，河谷断面多呈!形，谷坡陡峭，崩塌、滑坡强烈、谷底窄狭，无泥沙堆积。壮年期侧蚀作用发展，河谷加宽，谷坡变缓，阶地发育，河谷呈现"形，谷底有泥沙堆积。老年期河流下切停止，侧蚀作用加强，河谷很宽，河槽蜿蜒曲折，谷底堆积大量冲积物，厚度可达数十米以上，形成河漫滩或准平原地带。河流阶地由河流侵蚀下切和堆积作用交替进行，在两岸谷坡上形成的台阶状地貌。阶地即古河漫滩，后来由于地壳相对上升，河流下切，河床加深，原来的河漫滩相对抬高至洪水位以上，形成了靠河岸前缘呈陡坎的河流阶地。若流域内发生过多次地壳升降，就会出现多级阶地。一般在间歇性上升地区，阶地位置越高，形成的时间越早。从河漫滩以上最低一级阶地算起，自下而上、由新到老，依次为!级、"级、#级阶地，逐次上推。河流阶地按其结构可分为侵蚀阶地、堆积阶地、基座阶地和埋藏阶地等#类。$侵蚀阶地。阶地面由基岩组成，阶面上没有或很少冲积物，如图$%&中的%级阶地。&堆积阶地。阶地全由冲积物组成，反映河流下切深度未超过老的冲积层，如图中的!级、"级阶地。’基座阶地。阶地的上部为冲积物，而阶地下部为基岩，如图中#级阶地。(埋藏阶地。地壳下降或河水位上升使早期形成的阶地为后期河流堆积物所掩埋，如图中’。图$%&河流阶地结构类型示意图河流阶地的发育和保存状况，受地壳运动的性质，河流的侵蚀、堆积能力，水流状态，岸坡结构等多种因素的影响。一般情况下，阶地沿河的分布是时断时续的；河流两岸也是不对称的，常是一岸发育完好，另一岸发育较差，乃至缺失。河流阶地是水利工程建设中最常遇到的地貌单元之一，山区河流上修建大坝，平原河流上修建闸、涵、堤防都要遇到河流阶地；阶地也是水利工程天然建筑材料（土料、砂砾石料）的重要来源，城镇及居民点地下水供水的重要水源地。阶地还是研究一个地区河流发育史、河道演变、新构造运动的性质、强度等的重要依据。因此，在水利工程地质勘察中，对河流阶地的详细勘察研究是十分必要的。—(#— 第三章水利水电工程地貌河漫滩位于河床主槽两侧，在洪水时被淹没，中水时出露的滩地。水流携带大量泥沙堆积在河谷中，由于主流摆动或弯道环流的横向输沙作用，在河谷中形成宽阔的谷底堆积平原，如图中!所示。它在洪水时被淹没，中水时出露水面。冲积河流地貌形态如图"#$所示。图"#$冲积河流地貌示意图!—河床；"—河漫滩；#—自然堤；$—牛轭湖；%—决口扇；&—支流；’—沼泽河漫滩下层由较粗的床沙质沉积物组成，上层为洪水泛滥时淤下的黏土覆盖层，常称为河漫滩二元结构。水流漫滩后，流速减小，粗沙粒先沿滩边沉积，在滩唇处形成自然堤。当主流不断横向摆动或因弯道凹岸继续后退凸岸边滩不断前伸，在新的滩唇处又会形成第二道自然堤，不断演变，河漫滩上会出现一组平行的土埂，称鬃岗地形。在低洼处则形成大片沼泽地带。此外在河漫滩上常有因自然裁弯留下的牛轭湖及串沟、古河道等。古河道在地质历史或人类历史上因河道变迁而废弃了的河道。山区古河道多以较完整的河谷形状保留在现代河谷的谷坡上或分水岭地段，其中以保留有老的河流冲积层为主要标志。平原区古河道，由于河流经常改道和人为的改造，较难辨认。如中国黄河中下游，由于历史上屡经决口和改道，河流及废弃河道频繁交错，这类平原游荡型古河道的演变十分复杂，其沉积物的变化也很大。对这类古河道的研究，需根据平原上呈断续分布的线状沙堤、沙丘、林带、池塘、凹地等，并参考有关历史文献，了解古河道的大致位置，再通过物探、钻探加以证实。随着遥感技术的发展，应用遥感图像，尤其是彩红外遥感图像，可以提供丰富的古河道演变的多种信息，已逐步取代传统勘探方法，成为研究河流演变和古河道的重要手段。牛轭湖是废弃的河道，也是古河道的一种，只是由于其形态的特殊而易于辨认（见图"#"）。查明古河道的分布，对水文地质、工程地质的勘察工作有重要意义。古河道中常有厚层的砂层或砂砾层，是寻找砂矿和地下水的良好地带；在地下水开发利用中，古河道可作为回灌补给地下水的通道，使开采过度降低的地下水水位回升。由于古河道沉积物往往具有多层结构，砂砾、砂与黏土等相互成层，其空间分布呈不规则的凸镜体，易发生不均匀—&%— 第一篇水利水电工程地质图!"!长江荆江石首河段古河道及牛轭湖分布示意图（引自：长江水利委员会编#长江防洪地图集#北京：科学出版社，$%%&）沉陷及渗透变形；古河道也是导致渗漏的可能通道。水利工程如兴建在古河道上，应详细查明其位置、规模、分布范围、高程，以及古河道沉积物的特征。河床深槽及河床基岩深槽水深超过该河段平均水深的相对低洼的条形凹槽称河床深槽；河床中相对周围基岩下切较深呈条形的基岩凹槽称河床基岩深槽。河床深槽在河床地貌类型中简称深槽。深槽常与浅滩相伴而存，前者河床低、水深大，后者河床高、水深小。发育于河床冲积层中的深槽，主要是河流的水动力条件，即河床水力学的因素造成的，也与河谷地质结构密切相关。平原河流深槽所在位置及其变化，视河型不同而异。弯曲型河流由于水流的惯性力而产生环流，使凹岸冲刷，因此深槽位于凹岸，凸岸为边滩；两个反向河弯的过渡段往往有浅滩，浅滩上游的边滩为上边滩，下游为下边滩，与边滩相对的深水部分为上深槽和下深槽；分汊型河流深槽位于主汊，若支汊较发育，也可有深槽，一般位于汊道中部；游荡型河流河身宽浅，沙滩密布，汊道交织，河床变化迅速，深槽随主流左右摆动不定。有的深槽位于河道局部束窄的河段，或者支流汇入口附近。山区性河流一般河宽较小，水深较大，冲积层较薄，河道相对顺直，断面形态往往呈’形或(形，但由于河岸及河床基岩面形态复杂，河床水流状态变化很大，局部水流流态是形成山区河流河床冲积层中深槽的主要因素，其分布规律远不如平原河流容易掌握，时有弯曲河道深槽位于凸岸之例，如中国长江南津关弯道的深槽。据航道测量图，从奉节白帝城到宜昌南津关长约$%%)*的长江三峡河段之中，有长长短短的深槽约+%多个，多有位于较顺直的河段中者，呈跳跃式分布。河床基岩深槽形成条件则比较复杂，最常见的原因是水流沿顺河向断层的软弱破碎带冲蚀而成，中国许多水电站的河床基岩深槽都属于这种类型。如江西万安水电站基岩深槽沿,!!断层发育（图!"-），丹江口大坝坝基沿,&./断层发育的基岩深槽，铜街子水电站河床右深槽沿,0断层发育等。有的深槽是水流沿软弱地层冲蚀、掏蚀而成。五强溪水电站坝址处河流为顺向谷，水流沿软弱的浅变质岩及层间剪切带侵蚀而成深槽。也有许多基岩深槽主要是水流沿基岩中的一些局部弱点，逐步冲蚀、掏蚀、磨蚀发展而成，中国—.0— 第三章水利水电工程地貌图!"#万安水电站沿$!!断层发育的基岩（河床）深槽三峡水利枢纽的河床基岩深槽即为典型代表。经施工开挖揭露，该深槽段没有发现大的顺河断层或破碎带，其原因是水流先选择岩体较破碎的地段（如横河向断层、大的岩脉出露处等）侵蚀成局部的沟槽或深潭。之后，水流沿沟槽、深潭部位的上游方向及下游方向不断蚀深而形成顺河纵向延伸的深槽。在这个过程中，伴随急流带动的岩砾在槽、潭底部强烈滚磨，形成磨蚀槽、磨蚀穴或类似壶穴的深潭（图!"%）。另外，在深槽底部，基岩中发育缓倾角卸荷裂隙，在深槽的槽壁也有垂向的卸荷裂隙，深槽内的堆积物中，见有沿卸荷裂隙崩落的巨大岩块。说明该深槽的形成，不仅有急流的冲蚀、掏蚀以及急流携带岩砾的磨蚀作用，而且还有急流的减压作用。三峡水利枢纽河床基岩深槽的这种成因，也代表了许多河床基岩深槽的形成机理。河床基岩深槽对水利工程的建设有重要影响。一方面它标志河床中可能存在顺河向的地质缺陷；另一方面会给坝基开挖（混凝土坝型）和坝基防渗（当地材料坝坝型）的施工造成较大的难度。因此，查明坝基下有无基岩深槽及其成因和形态，是水利工程地质勘察工作的一项重要任务。图!"%长江三峡基岩河床深槽槽底磨蚀穴—’&— 第一篇水利水电工程地质河谷地质结构河谷形态及其地质构成的综合。河谷地质结构是孕育河流发生、发展的重要基础，不同的水流、地貌、岩性、地质构造和挽近地壳运动的综合作用，形成了各种河谷类型，具有迥然不同的工程建设条件。河谷地质结构按组成河床及谷坡的岩性可分为!类：岩质河谷；松散地层河谷；下部为基岩，上部为松散地层的河谷；一侧为岩质，另一侧为松散沉积层的不对称河谷。岩质河谷按岩体结构可分为块状岩体河谷和层状岩体河谷。坚硬抗风化能力强的岩体（如石灰岩、白云岩、石英砂岩等）组成的河谷较窄，两岸谷坡较陡；软弱或抗风化能力差的岩体（如页岩、黏土岩等）组成的河谷较宽，两岸谷坡较缓。岩质河谷的地质结构与地质构造的关系密切。依河流流向与岩层产状的关系可分为：水平岩层河谷、纵向谷（又称走向谷，流向与岩层走向一致）、横向谷（流向与岩层走向近正交）和斜向谷（流向与岩层走向斜交），图"#$。按河流流向与岩层倾向的关系可分为逆向谷（岩层倾向上游）、顺向谷（岩层倾向下游）和水平地层河谷（图"#%）。图"#$河谷横剖面示意图（&）横向谷或水平岩层河谷；（’）纵向谷或斜向谷图"#%河谷纵剖面示意图（&）逆向谷；（’）顺向谷；（(）水平地层河谷按河流流经的地质构造部位可分为：背斜谷（流经背斜核部）、向斜谷（流经向斜核部），以及沿断裂发育的断层谷（图"#)）。挽近地壳运动对河谷的发育有着重要的制约作用。强烈上升地区的河谷一般为深切峡谷，两岸谷坡陡峻；间歇性上升地区的河谷以峡谷为主，两岸可发育多级河流阶地；沉降地区的河谷一般为宽浅河谷，河床覆盖层厚度较大，可有埋藏阶地存在。平原区河谷地质结构较为简单。河床和漫滩为松散堆积层，两岸可发育河流阶地；河谷宽阔（图"#*），河道蜿蜒曲折，两岸常有防洪堤以阻止洪水泛滥。由于河床逐年淤积不断升高，防洪堤也越来越高，从而造成河床底部高于两岸地面而形成地上悬河。中国河—))— 第三章水利水电工程地貌图!"#构造型河谷剖面示意图（$）背斜谷；（%）向斜谷；（&）断层谷南、山东境内的黄河是地上悬河的典型。图!"’平原区河谷横剖面示意图河流的纵、横断面形态是水流与其相依存的地质体相互作用的产物。由于组成河床岩石抗冲能力的差异，断裂构造发育方向和发育程度的不同，以及水动力条件的复杂性，形成了复杂的河谷形态。一般条件下，由河口至河源，水力比降和床底坡降逐渐变陡，在上游形成溯源侵蚀，在下游形成堆积。但高原上发育的一些支流，由于其下切速度小于干流，可形成与此相反的下游陡、上游缓的河谷纵断面，如中国云贵高原上的猫跳河等一些河流即有此特征。当河床中存在软弱岩层、断层破碎带等抗冲性差的部位时，在水动力作用下，可形成局部的基岩深潭和深槽；而在另一些地段则形成基岩突起、暗礁，矶头、孤山或跌水。河谷地质结构很大程度上决定了河谷区水文地质、工程地质条件和存在的主要地质问题，是坝址、厂址、建筑物形式选择和水工建筑物总体布置时的重要制约因素。例如，坚硬块状或厚层状岩体组成的峡谷地质结构有条件修建高混凝土坝；河谷较窄且对称，两岸岩体质量优良的河谷，则常选择混凝土拱坝坝型；软质岩石河谷地质结构适宜于修建低混凝土坝或当地材料坝；第四纪松散地层河谷只宜于修建低的当地材料坝。高山深切峡谷地区，两岸岩体卸荷作用较强，高边坡稳定问题突出；无隔水层可用作防渗依托的碳酸盐岩河谷和第四纪松散层河谷存在坝基坝肩渗漏问题；水平岩层或缓倾下（上）游的河谷地质结构，当岩体中存在软弱夹层时，存在坝基坝肩抗滑稳定问题；两岸发育顺河向断层或其他软弱结构面时，影响拱坝坝肩抗滑稳定；河床中存在基岩深槽或深潭时，影响工程施工；平原区河谷两岸防洪堤基础为黏性土时，抗冲性和防渗性均较好，如为砂性土时，堤基常出现渗透变形破坏，造成大堤险情甚至溃决；当组成河岸的土层上部为黏性土，下部为砂性土时，受水流冲刷等因素影响，可造成较大规模的崩岸现象。因此，河谷地质结构是水利水电工程地质勘察研究的重要内容。—#’— 第一篇水利水电工程地质夷平面大范围内波状起伏高差不大的地形面或大范围内高度接近的平缓山顶面，又称剥夷面。夷平面表现为横跨不同地质构造单元和不同岩系出露区，表面形态呈波状起伏的准平原，后来由于地壳运动而上升或沉降变位的地形面，即被构造运动抬升了的准平原，或因构造运动沉降而被堆积物或沉积岩埋藏的准平原。有的夷平面，由于不同部位的升降变位程度不同，而出现在不同的高程上。准平原（!"#"!$%&#）是戴维斯（’()(*%+&,(-./0—-123）创立的侵蚀循环理论中地貌发育到达老年期的地形面。在构造运动相对稳定的时期，一个山峦起伏的区域，最终被风化剥蚀成为起伏平缓的准平原，大约需要4000万年之久，甚至更长时间。如中国的辽东半岛与徐州—连云港一带可能是第三纪时期形成的准平原。在中国，最早被认定的夷平面，是湖北西部山区海拔-5006左右的鄂西期地貌面和海拔-0006左右的山原期地貌面。之后，有的学者又把该地区分布较广、高度相近的宽谷平台及山前平台等定义为发育不完善的夷平面，称亚期夷平面。夷平面或亚期夷平面，常被用来研究一个地区的新构造运动，把夷平面的相对高度理解为该地在准平原形成以来的构造运动抬升（或沉降）的幅度。但是，近期有的科学家发现，山区的山体高度越高，山顶的风化剥蚀速率也越快，表层风化残积物的更新也比较快。所以平缓山顶是在高部位上遭较强风化剥蚀而相对夷平的剥蚀面，并不一定是由构造运动抬升的（古）准平原。因此，山顶（夷平）面所代表的是该地区的构造运动抬升速率与该山顶面所在高度的风化剥蚀速率相互作用的结果。如果构造运动抬升速率慢，那么山顶面高度将由较强的风化剥蚀而降低；如果构造运动抬升速率加快，超过该山顶高程的风化剥蚀速率，那么山顶面高度也相对有所升高。河流袭夺一条河流或其支流的河源，通过较快的河床下切，溯源侵蚀，切穿了与其相邻的另一条河流之间的分水岭，最终夺取了那条河流的部分河段及其水流的现象（见图27-0）。夺水的河流称为袭夺河，被夺水的河流称为被袭夺河，被袭夺河的下游流向不变，但因上游被袭，故又称断头河。溯源侵蚀又称向源侵蚀，指在河流上游或沟谷源头河底（谷底）坡降变陡，水流侵蚀作用加剧，导致河流（沟谷）源头不断向上游方向移动的现象。河流袭夺的形成原因是多种的。两条相邻河流所处地区新构造运动的差异，侵蚀基准面高程的不同，都是形成河流袭夺常见的原因。如图所示，被袭夺河和袭夺河分别位于相对抬升和下降的两个断块内，而袭夺河的支流位于两断块接壤的斜坡上，下切速度快，溯源侵蚀能力强，所以较快地切穿了分水岭，从而袭夺了被袭夺河上游的来水。相邻两条河河床岩性差异或流量大小悬殊等原因，也可能造成溯源侵蚀强度的差别而发生河流袭夺。河流袭夺还可能是由于地下水分水线偏离地表分水脊，向被袭夺河一侧移动，把本来向被袭夺河汇集的坡面水流，通过岩体中的软弱结构面改为向分水脊另一侧的坡麓渗流，最终导致发育成为袭夺河。有的学者还提出，河流袭夺与被袭夺河洪水泛溢，顺渗流裂隙—10— 第三章水利水电工程地貌图!"#$河流袭夺示意图（%）袭夺前的河流系统；（&）袭夺后的河流系统向袭夺河奔流有关。河流袭夺是一种常见的自然现象。中国嘉陵江上游的主要支流西汉水，就是被袭夺的汉水上游水系；赣江的上游支流也曾袭夺了珠江流域北江的支流上游。金沙江由北向南突转向东进入四川盆地，又通过三峡山地进入江汉盆地的发育过程，可能就是由上述多方面原因共同作用而完成的。河流袭夺产生一组特有的地貌形态：!由于被袭夺河与袭夺河河床坡降的不同，在袭夺处常形成裂点。"在发生河流袭夺的地方，河流经常突然转弯，称袭夺弯。#袭夺裂点向上游方向迁移，有时会在裂点位置形成瀑布、跌水。$被袭夺河在袭夺地点以下的河段，由于水量减少而成为水小谷宽的不适称河，不适称河的源头常出现截断现象，故又称断头河。%被夺河段因改道流向袭夺河的部分，称改向河或反向河。&在反向河与不适称河之间形成的新分水岭，仍保留有原河谷形态及沉积物，称风口。’袭夺河来水量增大，导致河流加速下切，并形成一级新的阶地。河流袭夺反映了河流发育和水系变迁的历史，在很多情况下，也提供了研究一个地区地质构造和新构造运动的重要资料。溯源侵蚀参见河流袭夺。瀑布水流从河谷高悬的岩坎上直泻而下的现象。水流在流经途中遇到高悬的岩坎时跌落而下，岩坎的高度小时，称跌水；高度大时，称为瀑布。高悬的岩坎在河谷溪流的纵剖面上是个明显的坡折段，即裂点。岩坎的成因很复杂，如当横越河道的岩层岩性差异很大，上硬下软；或有横越河道的构造破碎带时，上部坚硬或完整的岩石成坎，而软弱的岩石或构造破碎带部位被急流冲蚀或掏蚀成深潭，形成高差很大陡壁。河流溯源侵蚀和相互袭夺也可构成裂点，形成瀑布；悬谷谷口也是常见的裂点。通常小支流或小冰川谷的下切速度与下切幅度，远小于干流或主冰川谷的速度与幅度，于是小支流谷口（或小冰川谷口）就高悬在干流峡谷或主冰川谷的陡直谷壁上，成为瀑布的岩坎裂点。此外，还有熔岩流形成的岩坎瀑布。长白山天池瀑布的岩坎，就是由熔岩与火山碎屑岩岩性不均一而造成的。—’#— 第一篇水利水电工程地质瀑布的形成，还要有足够的水量。山涧小溪或临时性的水流，多只能形成季节性的瀑布；大型瀑布则见于长年性的河流或有长年补给的水流上。如北美著名的尼亚加拉瀑布，中国的黄河壶口瀑布和贵州黄果树瀑布等。喀斯特水对可溶性岩石的溶蚀作用，及其所形成的地表与地下的各种景观与现象，又称岩溶。可溶性岩石通常包括碳酸盐岩（石灰岩、白云岩等）、硫酸岩盐（石膏、硬石膏等）和卤化物岩（岩盐）等。!"#$%来自!#"$一词。!#"$为原南斯拉夫狄纳里克（&’("#’)）高原西北部的一个地名，即石头的意思。该地区为一典型的碳酸盐岩喀斯特区，后以德语!"#$%在国际上通用，用以表达这一特定的地质作用与景观。中文译为喀斯特。喀斯特发育基本条件喀斯特的发育，要以可溶的物质———可溶岩以及可以溶解可溶岩的水的存在为基本条件。可溶岩被溶解，是由于溶液———水对它具有溶解（溶蚀）的能力。硫酸盐岩和卤化物岩可以被水直接溶解；而碳酸盐岩要借助于二氧化碳及其他酸类的溶剂作用。石灰岩（碳酸钙成分）为水所溶解，通常化学反应式为溶解.-0*"*+,-*+.-/.+!*"*+,-/.*+,!*"-./*+,白云岩（碳酸钙、碳酸镁成分）为水所溶解，化学反应式为溶解））.-.-0*"12（*+,.-.*+.-./.+!*"12（*+,.-./.*+,!*"-12-3/*+,上述化学反应是可逆的，水中*+.的蒸发可导致*"*+（碳酸钙）的沉淀，形成钙华、,钟乳石、石笋等喀斯特景观。喀斯特发育的控制因素各种自然条件对喀斯特发育都具有控制与制约作用，例如地形、地貌、温度、水文网、雨量、生物作用等，其中最基本的控制因素是地质构造和气候条件。构造运动产生的褶皱（背斜、向斜、穹窿）和断裂（断层、节理、裂隙），大面积的地壳上升与沉降，都密切地控制着可溶岩中水流的运移、赋存和渗流状态，综合影响到水对可溶岩的溶蚀方式和格局，影响到喀斯特形态的规模和类型。气候因素主要是影响水的性质和水量，以及二氧化碳等溶剂的生成条件。通常湿热气候条件下的喀斯特，比在寒冷或干旱地区发育得强烈。例如，中国南方广西、云南、贵州、湖南、湖北、四川等地，属热带、亚热带湿热气候，雨量充沛，喀斯特发育强烈，大型喀斯特峰林—谷地、峰丛—洼地、孤峰平原，大型喀斯特槽谷，落水洞、溶洞、喀斯特泉、暗河、伏流等随处可见。中国北方河南、河北、陕西、山西、山东、辽宁等地，属中温、暖温带亚干旱—亚湿润气候，现代喀斯特发育较弱，主要表现为溶沟、溶槽、喀斯特干谷，少见喀斯特洼地；地下喀斯特以溶隙为主，溶隙网络可汇集大量地下水形成大型喀斯特泉或泉群，如太行山麓的娘子关泉。在一定条件下也可形成较大的喀斯特洞穴和暗河，如辽宁抚顺的水洞。喀斯特现象及喀斯特类型喀斯特作用过程是由微观至宏观的过程，也相应形成微观至宏观的喀斯特现象。这些现象包括在显微镜和超显微镜下看到的微观喀斯特现象；溶孔、生物蚀痕、水流痕、溶蚀层面、溶蚀裂隙、溶蚀断层、溶沟溶槽、溶牙等岩面喀斯特现—4.— 第三章水利水电工程地貌象；石柱、喀斯特岗丘、喀斯特山峰等正态喀斯特地貌个体现象和喀斯特漏斗、喀斯特洼地、喀斯特谷地等负态喀斯特地貌个体现象；复杂的喀斯特洞穴现象等。各种单一喀斯特现象的集合常呈现不同的状态，又可有不同集合现象分类，例如溶孔集合出现，可有星点状、串珠状、羽毛状、格架状、蜂窝状、骨骸状、海绵状等溶孔集合体。对于洼地，也有星散状洼地、鳞片状洼地、条带状洼地等。喀斯特类型的划分，可有多种原则。按照喀斯特的埋藏条件，可划分裸露喀斯特、半裸露喀斯特、覆盖喀斯特、埋伏喀斯特、古喀斯特、深喀斯特等；按岩性可分碳酸盐岩喀斯特、硫酸盐岩喀斯特、卤化物岩喀斯特；按气候条件可分温带喀斯特及寒带喀斯特；正态和负态喀斯特景观组合，可有溶丘—洼地、峰丛—洼地、峰林—谷地等喀斯特类型。喀斯特洞穴（!"#$）是地下喀斯特的主要形式。一个洞穴（或称洞穴系统）常由许多溶蚀通道聚集、沟通而成。控制喀斯特洞穴通道发育的，主要有层面、断层、节理与裂隙，即溶蚀层面、溶蚀裂隙和溶蚀断层。根据通道的形态，通常可分为：!垂直喀斯特通道。"倾斜喀斯特通道。#近水平喀斯特通道。一个完整的洞穴通道系统，具有其独立的补给—径流—排泄的功能；洞穴系统在三维空间上（或二维平面上），常呈线状、蛇曲状、网状、羽毛状和树枝状。洞穴水流，洞穴中水流状态变化复杂，主要有：渗滴水流、隙状水流、管道水流以及湖塘静水。通常在一个有水流的洞穴系统中，各种状态的水流都可见到。饱水带中的大型管道水流称为暗河，出口形成喀斯特大泉。喀斯特与水利水电工程建设全世界，尤其是中国，在碳酸盐岩地区，已修建了许多水利水电工程，既有修建大坝壅水成库，也有堵塞喀斯特洼地或坡立谷内落水洞口而形成水库，以及堵塞暗河出口而形成地下水库。经验证明，在喀斯特地区兴建水利水电工程，凡是在工程建设前经过详细地质勘察，查明喀斯特发育条件和分布规律，并采取正确对策和措施的，均能达到预期的设计目标，水库运行正常。但由于喀斯特地质问题复杂，如勘察研究不够或处理措施不当，也常出现问题。喀斯特地区主要的工程地质问题有：（%）喀斯特渗漏。由喀斯特通道造成的库水向邻谷和坝下游渗漏，包括水库渗漏、坝基和坝肩绕坝渗漏。喀斯特渗漏是水利水电工程建设最重要的工程地质问题之一，著名的土耳其凯班坝，以及中国的水槽子水库，猫跳河四级水电站等都是典型的喀斯特渗漏工程。修建在石灰岩山区（高原）上的中小型水库，产生水库渗漏以至成为干库的实例更不乏见。研究喀斯特渗漏，一般要调查分析区域地质构造、喀斯特发育规律和水文地质结构，然后据以判定水库及坝址是否存在喀斯特渗漏、漏水去向、渗漏形式、渗漏量大小等，提出防渗漏处理措施（参见水库渗漏及坝基渗漏）。（&）喀斯特塌陷。喀斯特区常出现地面沉降、塌陷、开裂等变形的现象，可危及厂房、民房、道路、电信线路、边坡和施工基坑的安全。地面塌陷可在大气降水、地下水、地震等自然作用下形成，也可在人类的各种生产活动中诱发。例如：水库水位升降以及人工抽排地下水产生的潜蚀塌陷、减压（或负压）塌陷、根蚀塌陷、重力塌陷等；建筑工程荷载产生重力塌陷；爆破震动产生冲爆塌陷、动力塌陷、爆裂塌陷等。喀斯特洞穴充填物及其上覆土层受到浸泡软化，渗流潜蚀，水流冲（掏）蚀，负压吸蚀等侵蚀、搬运、掏空作用而产生的塌陷等。喀斯特塌陷在自然条件下，其过程缓慢，且规模不大。但在人类大量开采或疏排地—(’— 第一篇水利水电工程地质下水时，由于地下水水位下降快，波动强烈，常发生规模较大的地面塌陷。（!）地下洞室稳定。石灰岩、白云岩的岩体强度较高，除遇有胶结不好或溶蚀夹泥的断裂破碎带外，洞室稳定性一般均较好。但在喀斯特发育的地区兴建地下工程时，常遇到突水突泥；围岩失稳（参见地下洞室围岩稳定性评价）等工程地质问题。在喀斯特地区，由于喀斯特裂隙网络连通性好，降雨可迅速补给地下水，造成洞室衬砌的外水压力急增，如果没有合理的排水措施，可造成衬砌乃至洞室的破坏。（"）地基稳定。碳酸盐岩的岩体强度高，是良好的地基。但对于强喀斯特化的地基，在建筑物荷载和渗透水流作用下，除前述地面塌陷的影响外，还可能出现以下一些影响地基稳定的问题：!当地基（坝基）下存在大型洞穴且顶板较薄或坝肩（拱座）靠近大型喀斯特洞穴时，因承受不了过大的外荷载，导致建筑物产生裂缝或较大变形，甚至垮落，危及建筑物的安全。"层面和裂隙经溶蚀扩大并充填黏土，或薄层灰岩与页岩互层，当和其他软弱结构面组合而构成滑动边界时，将影响坝基、坝肩的稳定。#岩体中夹有石膏层，当石膏溶滤后，会从渗透压力、地基承载力和地基稳定多方面影响建筑物的安全。$坝基或坝肩基础下有溶蚀填泥洞穴、裂隙或夹层时，在水库水头作用下可产生充填物的渗透变形和冲刷破坏，而影响坝基坝肩稳定。%两岸山体中的地下水沿喀斯特通道直接进入坝基下岩体中，增大坝基扬压力。（#）喀斯特型水库诱发地震。由水库蓄水造成喀斯特洞穴空气压缩产生气爆、水锤震动、洞穴顶板或充填物塌陷等所形成的地震。喀斯特型水库诱发地震是水库诱发地震的主要类型，据统计中国水库诱发地震中，喀斯特型水库地震约占总数的$%&左右。喀斯特型水库诱发地震多发生在厚层、产状较平缓、喀斯特发育、洞穴规模较大且相对孤立的地区。喀斯特型水库诱发地震的特点是：震源较浅，震级较小（一般小于"’%级），震中烈度较高，衰减较快，且多发生在水库蓄水的初期（参见水库诱发地震）。中国较典型的喀斯特型水库诱发地震有乌江渡、鲁布革、隔河岩等工程。岩溶（()*+,）见喀斯特。堰塞湖河流的河道或低洼地汇水出流道被堵，导致河谷或洼地蓄水成的湖泊。堰塞湖的湖盆，多数为河谷，一旦出流被堵，会有足够的水量蓄积成湖。堰塞湖中起堰塞作用的堆积物称堰塞坝。堰塞坝的成因种类很多。最常见的是由地震或外动力作用引发的山崩和大型滑坡形成的土石堆积体阻塞出流形成堰塞坝。如-$#.年中国湖北咸丰大路坝地震引发的山崩，堵塞了乌江支流唐岩河的支流，形成一堰塞湖，湖长-%余/0，最大水深#10，总容积约2.%%万0!，名小南海，保留至今；-3!!年$月中国四川叠溪发生2’#级地震，引发山体大规模的崩塌及滑坡，形成了众多的堰塞湖（当地俗称海子），大小海子就是两个最著名的至今仍保留完好的堰塞湖（参见叠溪大小海子）。火山熔岩流阻塞沟谷也可形成堰塞湖，如中国的镜泊湖。冰川消融时，终碛物堵塞河道或冰川谷形成堰塞湖，又称冰碛湖，中国新疆的天池就是这种类型的湖泊，这种湖在—3"— 第三章水利水电工程地貌北美地区最后一次冰川消融前广泛存在，且规模很大。以上!种类型是狭义的堰塞湖。就广义而言，大江河干流的自然堤阻塞支流，在支流河口形成自然堤后湖，也是一种堰塞湖。中国长江中下游两岸的大小湖泊多达千余个，它们多是自然堤后湖。如安徽龙感湖、江西七里湖、湖北梁子湖与黄盖湖等。湖滨、海滨沙丘移动，阻塞入湖、入海的支流口，也可形成堰塞湖。而中国四川九寨沟中一些小湖，是由于碳酸钙的淀积形成钙华坝，钙华坝对水流的阻塞形成的小湖也可视为一种堰塞湖。现今仍保留的堰塞湖多已开发为重要的自然旅游资源地和水源地，也可用于水电能源开发。但是堰塞湖形成时的壅水，会淹没上游地区而引发次生地质灾害；而山崩和大型滑坡形成的堰塞坝，多数都在坝形成后不久即自行溃决，湖水在很高的水头作用下宣泄而下，会对下游地区造成巨大的危害。如"#$%年$月&日发生在中国四川雅砻江上的唐古栋滑坡，体积达$&’’万(!，堵塞雅砻江，堰塞坝坝高达"%)(*!))(。#+后大坝溃决，下泄水流水头高达,’(，最大流量)!’’(!-.，以,(-.*&(-.的流速向下游涌进，沿途的耕地、村镇、屋舍、道路、桥涵均一扫而光，造成巨大的损失。发生在"%&$年$月"日的中国泸定磨西烂田湾的滑坡，堵塞大渡河"’+后溃决，史书记载，殃及下游至叙（宜宾）、泸（泸州），死亡达"’万人。最近的一次堰塞湖溃决事件发生在/’’’年,月#日的中国西藏雅鲁藏布江支流易贡藏布河上的易贡滑坡堵江。该滑坡体积达/0&亿(!*!亿(!，大部分进入易贡藏布河形成巨型堰塞坝，坝高#’余(，形成的堰塞湖库容约"’0%亿(!。$月"’日坝体溃决，造成"$1(川藏公路多处被毁，川藏通信光缆受损，麦通大桥毁坏叠溪大小海子（堰塞湖）"#!!年&月/)日")时)’分!’秒，中国四川岷江都江堰（当年称灌县）上游"&’1(处的叠溪镇发生了一次%0)级地震。震中附近/#’1(/范围内为!度烈度区，震害惨重，叠溪镇（当时为叠溪县城）全部毁灭，淹没在崩滑的碎石体中，死亡达)’’余人。地震造成大量的地裂缝，引发了众多的大规模岩崩和滑坡，并在这一带的岷江干、支流中形成了许多的堰塞湖，当地人称为“海子”。叠溪较场附近残留的大、小海子则是堰塞湖中规模最大者。大海子堰塞坝由银屏崖崩塌体构成，坝高约")’(，水深"’’(，湖面长约"!1(，最宽处近/1(，库容约%’’’万(!；紧接其后的小海子位于岷江干流与松平沟、鱼儿寨两支流的汇合处，堰塞坝为较场滑坡前缘堵江体，演变至今坝高约)’(，水深约%’(，湖面长约!1(，库容约,)’’万(!。叠溪地震发生%’年后，大、小海子基本上保持原貌。此外，松平沟和鱼儿寨两支流中还保留着一系列规模较小的堰塞湖。由较场沟、干海子滑坡形成的堰塞坝，在紧邻小海子堰塞湖下游形成一个叠溪海子堰塞湖。该堰塞坝地震后一个半月（同年"’月#日）溃决，湖水汹涌下泄，使断流一个多月的岷江突发洪水，冲毁下游两岸农舍田地，造成约/)’’人丧生。洪水到达灌县时，仍高出正常水位"/(。%’年前的这一场灾难为人们留下了一座可贵的地质博物馆，景色秀丽的天然景观和丰富的水资源，是都江堰与上游黄龙、九寨沟风景区之间另一具有重要科考价值的景点区。—#)— 第一篇水利水电工程地质易贡滑坡堰塞湖!"""年#月$日下午%时许，中国西藏雅鲁藏布江大拐弯处的支流易贡藏布河上，发生了中国近代历史上最大的滑坡堵江事件，滑坡体从左岸扎木弄沟高程&&!"’的冰峰（拉雍嘎布山）下滑，在("’)*内，滑程达("+’，滑落差超过,,""’，形成平均厚-"’，最厚(""’，体积达!.%亿’,/,亿’,的堆积体，其大部分进入易贡藏布河成为巨型堰塞坝。上游易贡湖湖水受阻急剧上涨，造成大规模溃坝态势。扎木弄沟的基岩为石炭系旁多群片麻岩夹大理岩，有花岗岩侵入体。沟底呈上陡下缓的抛物线，有利于高位岩体的势能向动能的转化。滑坡体物质来源复杂，主要有#类：冰峰一带岩层层面与断层组合的大型基岩楔体，估计体积为数千万立方米；陡坡段的崩塌堆积；平缓段的大量冰水沉积、坡积及岩体风化的细粒物质；易贡藏布河河床冲洪积卵石与块石。!"""年(月/,月，易贡地区气温比历年同期高(0/,0，冰川开始消融，冰水的入渗，使位于扎木弄沟沟头拉雍嘎布山高程&"""’以上的巨大楔体岩体突然崩落，驱动下方陡坡及平缓段的崩坡积与冰水沉积物沿抛物线沟底高速运动，冲出沟口，横切易贡藏布河并与河水及空气强烈混合，形成土、石、水、气混合体，至右岸遇陡壁阻挡后改变运动方向，转化为向上、下游方向的泥石流。该滑坡经历了高位基岩崩滑—堆积层滑坡—碎屑流—土石水气混合—泥石流等过程，具复合滑坡特征，集大规模、高位、大落差、大滑距、高速于一身。这些特征是易贡地区特定地形地质、气候、水文条件综合作用的结果。滑坡所形成的堰塞坝，高出上游易贡湖水面约&%’，高出下游坡脚约$"’，底宽!!""’,。由于坝体雄厚，高宽比小，下游坡十分平缓，/!&""’，顶宽约!""余’，体积约(.&亿’在湖水不漫顶条件下可以保持稳定。但坝体以风化及冰水沉积的砂性土为主，碎块石仅占("1/,"1，且表部疏松，在自然漫顶或开渠引流时均会迅速发展成溃坝。堰塞湖形成后，测得易贡湖入湖流量为&(%’,23，水位上涨!$."!’，上涨速度约(’2,。随着水位上涨，易贡湖周边两乡三场将全部被淹，&"""余人将失去家4，库容(".5亿’园；一旦堆积体被漫顶溃决，所产生高水头、大流量的持续溃坝水流，将扫荡两岸的道路、桥梁、农田、居民点和通信、军事设施，引发滑坡崩塌，严重影响生态环境。滑坡堵江事件引起中国中央政府和西藏自治区政府高度重视。国家防汛抗旱总指挥部组织专家组赶赴现场，研究抢险救灾方案。方案包括工程措施与非工程措施。工程措施主要是沿堰塞坝鞍部“开渠引流”，以减少库容，降低水头。泄水渠通水!4后，滑坡堆积体开始溃决，溃决过程历时约!#6，溃口处的滑坡堆积物已基本冲走，上游水位降至滑坡堵江前水位，最大瞬时溃决流量估算达(!("""’,23，下泄水流水位高出下游,(%国道通麦大桥!-’，造成(-+’川藏公路多处被毁，通信光缆、通麦大桥受损，引发多处山体坍塌。但抢险方案的实施，减少了约!"’水头，减少下泄水量，大大减轻了下游灾害，也使上游易贡湖周围约&"""多人赢得返回与重建家园的时间。—$-— 第四章水利水电工程外动力地质作用第四章水利水电工程外动力地质作用大气、水和生物在太阳辐射能、重力能和日月引力等影响下产生的动力，对地壳表层所进行的各种作用的统称。外动力主要来自太阳辐射能。太阳辐射造成的地表水、气、地之间物质与能量的交换，产生空气、水与冰雪等物质的运动是外动力的主要形式。地表物质所具有的势能、重力能，部分生物的机械和化学分解作用，以及日月引力等，也都是“外动力”。外动力地质现象是外动力地质作用的产物。岩体的风化、卸荷、溶蚀，地球表面的侵蚀、剥蚀、刻蚀，表层物质的搬运和各种形式的变位运动，各种类型的沉积、堆积，都是外动力地质作用的表现及其产物。外动力地质作用无时无刻不在改变着地球的面貌，多数情况下这种改变是渐进的、缓慢的，如岩体的风化、溶蚀，河流侵蚀，地表剥蚀，海岸线的变迁，冰川的形成与消亡等。但是，有的情况下，外动力地质现象的发生是突发的、短暂的，常常酿成重大的地质灾害，如山崩、滑坡、泥石流、地面塌陷；有的外动力地质现象虽然不是突发性的，但在一定时期内即可表现出对周围地质环境的影响。如河道的迁移，湖泊的淤积，土地荒漠化，水土流失，三角洲的演化等。外动力地质作用与人类的生存环境有着极密切的关系，并不断地改变着人类的生产和生活条件。而人类活动反过来又会对外动力地质作用产生影响，而且随着人类生产活动的日益加强，这种影响也日益加大。如大量的砍伐森林导致土地荒漠化和水土流失的加剧，也加速了河道和湖泊的淤积，加重了沙尘暴灾害性天气的袭击；人工大量抽取地下水导致大范围地面沉降；矿山开采引起的地面塌陷；修建水库清水下泄引起的下游河道冲刷，人工开挖边坡诱发山体滑坡等。至于“温室效应”所造成的全球气候变暖而引起的大范围外动力地质作用的变化，已日益成为广为关注的重大科学课题。岩体风化地表岩体在太阳辐射、温度变化、水（冰）、气体、生物等因素的综合作用下，组织结构、矿物化学成分和物理性状等发生变化的过程和现象。岩体产生风化的根本原因是所处的环境与其生成环境有了很大变化，岩体为适应新的环境，必然进行自身结构的调整和接受环境的改造。岩体受风化作用改造的强弱程度，取决于其自身抵抗风化的能力和风化营力的强弱。前者取决于岩体的矿物、化学组成及结构特征，后者取决于气象条件及地球物理化学环境，因地域不同而异。岩体风化的分类按风化营力与作用方式分为!种类型：!物理风化。指岩体受到—#"— 第一篇水利水电工程地质温度及水、风、冰川等的作用，产生机械破坏的现象。岩体只改变其整体性，而不改变其矿物化学成分。!化学风化。指岩体在空气、水及微生物等的作用下发生的化学变化的过程和现象，不仅造成岩体破碎，同时也使岩石的矿物、化学成分和结构构造发生显著变化。"生物风化。既有作物根系对岩体的机械劈裂破坏，也有生物活动引起岩体赋存化学环境的改变，造成化学风化。这!种风化作用的强弱主要受气候条件的影响。高寒地带及降水稀少的地区，以物理风化作用为主；多雨潮湿的温带及热带，则以化学和生物风化作用为主。在风化作用的早期阶段，多表现为物理风化，随着风化作用的加深，岩体向化学、生物风化的高阶段演变。工程建设不可避免地要遇到风化岩体。研究风化岩体的性质、空间分布、风化速度、风化程度以及风化岩的物理力学性质，以制定正确的工程对策，使工程建设达到经济与安全的目的。风化岩体的分布及岩体风化带的划分（"）风化岩体的分布。风化岩体分布于地表及浅层一定深度的范围内，以风化营力所能达到的深度为下限。岩体的风化程度具有由表及里、自浅而深逐渐减弱的趋势，多呈现连续渐变过渡关系，并显示出分带特性。当风化现象呈连续渐变的变化过程时，称为均匀风化，发生于岩体的岩性、构造及风化营力均一的地区。反之，若岩体岩性、构造及风化营力存在较大差异，则产生不均匀风化，如：风化带不连续、不完整、突变接触；沿软弱岩层或剪切带形成风化夹层；沿断层带，裂隙密集带和不稳定矿物密集带，形成的风化槽、风化囊等特殊风化现象。风化岩体的分布受风化作用的强弱和风化产物保存条件的双重影响，主要受地形地貌、岩性、构造、水文、植被等条件的制约。（#）岩体分化带的划分。根据岩体风化作用有自地表向下逐渐减弱的特点，自上而下对岩体进行风化分带，目的在于区别不同程度的风化岩体，分类研究其工程地质特性，服务于工程设计，也便于进行横向对比。中国在#$世纪%$年代初期即开始进行岩体风化分带的研究，并制定了岩体风化带划分的统一标准，即根据岩石的颜色、矿物变异、结构及破碎程度，水理、物理性质和强度衰减情况，将岩体风化程度划分为全风化、强风化、弱风化和微风化&个带。国际工程地质协会（’()*），国际岩石力学学会（’+,-）和英国、美国、澳大利亚等国的规范，则以岩体中风化蚀变矿物的多寡为准，划分为全风化、强风化、中等风化和轻微风化&带。这#种分带大体上是一致的，能够反映不同风化岩体工程地质特性的差异，也能基本满足工程建设的需要。但由于这类划分标准都是定性的，对于不同的人和在不同地区应用，常带有主观随意性。自.$年代开始，中国许多勘测设计单位和其他国家的一些研究机构对岩体风化分带开展了定量标准的研究。如中国原水利电力部华东勘测设计院通过对块状岩体风化的研究，提出了风化岩体的定量参数与定性特征相结合的划分标准，主要采用岩体质量、风化特征、裂隙状态和地下水等&项指标，采取综合评分方法划分风化带。保加利亚’/*/伊利耶夫根据二长岩大量的室内超声波速度测试值，提出风化系数!0（"$1"#）$"$，即新鲜岩石纵波速度"$和风化岩石纵波速度"#之差与"$之比，以此来划分岩体的风化程度（表&1"）。日本学者根据超声波法测定大量的岩石室内外动弹性模量值，计算求得风化岩体的裂隙系数%0（&’1&(）$&’和坚固度!0&($&’（式中&’为室内岩石动弹性模量，&(为野外岩体的动弹性模量），以此对岩体风化—2.— 第四章水利水电工程外动力地质作用程度进行分级（表!"#）。中国$%%%年颁布实行的&’()#*+—%%《水利水电工程地质勘察规范》中，依据岩石的宏观特征、矿物蚀变和风化岩体与新鲜岩体纵波速度之比值，仍将风化带分为全风化、强风化、中等风化（弱风化）、微风化!带（表!",）。中国对三峡水利枢纽岩体风化的研究前后经历了!)余年，通过地表露头、坑（槽）探、钻探、竖井、平硐及基坑开挖的充分揭露，采用宏观、微观，物理、化学、地球物理和力学试验等手段，进行了全面深入的研究，概化出最具代表性的铅直方向标准风化剖面，进行岩体风化带的划分（见图!"$），其分带标准中主要包括岩体构成及特征，矿物蚀变特征，勘探技术特性指标，岩体物理力学指标，原位岩体声波特征、透水性等。具有较好的实用性、科学性和可操作性。表!"$按岩石风化系数划分的岩石风化分带表风化程度风化系数!纵波速度（-./）全风化（极强风化）)012$0)3#)))强风化)0!2)01#)))2,)))弱风化（中等风化）)0#2)0!,)))2!)))微风化)2)0#!)))2()))表!"#按裂隙系数、坚固度划分的岩石风化分级表风化程度坚固度!裂隙系数"全风化带3)0#4)0*强风化带)0#2)0,()01(2)0*弱风化带)0,(2)0()0()2)01(微风化带)0(2)0+()0#(2)0(表!",岩体风化带划分风化岩纵波速与新风化带主要地质特征鲜岩纵波速之比全部变色，光泽消失岩石的组织结构完全破坏，已崩解和分解成松散的土状或砂全风化状，有很大的体积变化，但未移动，仍残留有原始结构痕迹3)0!除石英颗粒外，其余矿物大部分风化蚀变为次生矿物锤击有松软感，出现凹坑，矿物用手可捏碎，用锹可以挖动大部分变色，只有局部岩块保持原有颜色岩石的组织结构大部分已破坏，小部分岩石已分解或崩解成土；大部分岩石呈不连续的骨架或心石，风化裂隙发育，有时含强风化大量次生夹泥)0!2)01除石英外，长石、云母和铁镁矿物已风化蚀变锤击哑声，岩石大部分变酥、易碎，用镐撬可以挖动，坚硬部分需爆破—%%— 第一篇水利水电工程地质风化岩纵波速与新风化带主要地质特征鲜岩纵波速之比岩石表面或裂隙面大部分变色，但断口仍保持新鲜岩石色泽岩石原始组织结构清楚完整，但风化裂隙发育，裂隙壁风化中等风化剧烈!"#$%"#&（弱风化）沿裂隙铁镁矿物氧化锈蚀，长石变得浑浊、模糊不清锤击哑声，开挖需用爆破岩石表面或裂隙面有轻微褪色岩石组织结构无变化，保持原始完整结构微风化大部分裂隙闭合或为钙质薄膜充填，仅沿大裂隙有风化蚀变!"#&%’#"现象，或有锈膜浸染锤击发音清脆，开挖需用爆破保持新鲜色泽，仅大的裂隙面偶见褪色裂隙面紧密，完整或焊接状充填，仅个别裂隙面有锈膜浸染新鲜!’#"或轻微蚀变锤击发音清脆，开挖需用爆破注：本表引自：()*"+&,—--《水利水电工程地质勘察规范》附录.。风化岩体的利用与处理自然界风化岩体分布普遍，工程选址时常选择风化岩厚度小的地段，但难以完全避免，因而工程建设中如何利用和处理风化岩成为工程设计的常见问题。风化岩体的利用应根据其工程特性和建筑物对地基的要求确定。对会导致建筑物不均匀变形和引发抗滑稳定、渗透稳定问题的风化岩体必须予以清除；对工程安全影响不大，开挖困难和不经济，适当处理即可满足工程要求的风化岩体经过处理可予以利用。在边坡和洞室工程中，风化岩体的利用更有其重要意义，为保证边坡和洞室围岩的稳定及工程设计的经济合理，应研究合适的断（剖）面形态和有效的开挖和支护方式。岩石的风化速度对于工程建设非常重要。坚硬岩石的风化速度，从工程观点来讲，一般是极其缓慢的，对工程无影响。但黏土岩、页岩、片岩、千枚岩等软岩，含蒙脱石的蚀变岩和构造岩，特别是中新生代红色岩系中的黏土质岩石，一经暴露，就会急剧风化。对这类岩石在清基或进入永久洞壁、坡面时，应及时采取防护措施，必要时应预留保护层。风化岩石还可用作某些建筑物的填筑料，有的还可用作防渗土料，应充分加研究。卸荷变形地表岩体由于天然地质作用或人类工程活动减载卸荷，内部应力调整而引起的变形。区域性剥蚀，水流侵蚀（溶蚀）等地质作用，或地面、地下开挖等人类工程活动卸除部分岩体后，岩体内部原有的应力状态将发生变化，这一作用称为岩体卸荷作用（/01234506507289:3;;），所引起的岩体变形称为卸荷变形（/012345064<=27:3>520）。卸荷作用将引起卸荷面附近岩体内部应力重分布，可以造成局部的应力集中；卸荷还将引起表部岩体卸荷回弹，并可因差异回弹在岩体中形成一个被约束的残余应力体系。岩体在卸荷过程中产生的变形与破裂正是由于岩体应力状态上述两个方面的变化所引起的（见图?@+）。—’""— 第四章水利水电工程外动力地质作用图!"#三峡水利枢纽坝区结晶岩典型风化剖面示意图应力重分布与集中，其所造成的变形和破裂，与应力分异的方式有关。在坡肩或洞室拱顶部位，可因拉应力产生拉张破裂（图!"$中#、$）；平行卸荷面（临空面）方向，由于切向应力的增加，可产生压致拉裂破裂面（图!"$中%&’）；某些情况下切向应力的增高和法向应力的降低，还可造成平行临空面的板状岩层（体）发生向临空方向隆起的弯曲变形或剪切错动（图!"$中(）。差异回弹造成的变形破裂是岩体卸荷过程中所特有的一种变形破裂机制，可以造成与卸荷面平行的拉裂面（图!"$中)）；斜坡上还可见到差异回弹造成的剪切破裂面（图!"$中*&##）。卸荷过程实际上是卸荷后岩体内部应力场的调整过程，造成的变形与破裂是应力调整过程的产物，并随着应力场调整的终止而结束。岩体中原有的结构面或软弱带是岩体在自重应力场条件下进一步变形破坏的重要控—#+#— 第一篇水利水电工程地质图!"#岩体中与卸荷回弹有关的变形破裂面的主要类型示意图制要素，也是外界（大气圈、水圈、生物圈）各种营力侵入岩体内部的通道。因此，岩体的卸荷变形常沿已有的各种结构面（断层、节理、软弱层面等）发生。岩体的卸荷变形对水利工程建筑物，特别是边坡工程、地下工程以及深基坑开挖的设计和施工有重要影响，常使得这些建筑物的表部岩体的工程性质受到不同程度的破坏。因此，工程建设中对岩体卸荷现象的研究和卸荷程度的鉴别具有重要的意义。地面工程中将岩体按卸荷程度划分为强卸荷带和弱卸荷带，作为建基面和开挖边坡设计的重要依据；地下工程中按围岩卸荷深度确定松动圈的范围，作为支护工程设计的重要依据。倾倒发生在高陡斜坡上，由陡立或陡倾内结构面切割形成似板状岩体向临空面倾斜倒落—%$#— 第四章水利水电工程外动力地质作用的变形现象（见图!"#）。在高陡斜坡上，当岩体中走向平行斜坡的陡立或陡倾内的结构面发育，形成似板状结构时，岩体在自重弯矩作用下，由前缘向临空方向作悬臂梁弯曲［图!"#（$）］，并逐渐向坡内发展；倾倒弯曲的板梁相互间错动并伴有拉裂［图!"#（%）］；弯曲体后缘出现拉裂缝，形成平行于走向的反坡台阶和槽沟，板梁弯曲剧烈部位可产生横切板梁的折裂［图!"#（&）’图（(）］；变形进一步发展可因板梁根部折断、压碎导致翻倒崩塌［图!"#（$）］也可通过原有缓倾角结构面或板梁折裂带的逐渐贯通，发展为滑坡（或塌滑体）。在垂直裂隙发育的土质斜坡中（如黄土斜坡），也可发生类似的变形和破坏。图!"#斜坡倾倒（弯曲拉裂）变形演进示意图倾倒变形破坏多发生在天然高陡斜坡。人工开挖的陡立边坡，当具备发生倾倒变形的地质结构（条件）时，也会发生倾倒变形，需及时采取工程措施予以加固或清理。斜坡蠕动变形斜坡岩（土）体向临空方向发生长期缓慢变形并逐渐改变其稳定性的现象。斜坡蠕动变形是地应力、重力等自然营力长期作用的结果。当变形发展形成连续的剪切破坏面时，就将改变斜坡岩（土）体的缓慢变形，发展为急剧变形，进而转变为滑坡、崩塌等变形破坏现象。斜坡蠕动变形按照变形形式和工程地质特征，可分倾倒型、扭曲型、松动型和塑流型等!类。!倾倒型（图!"!）。参见倾倒。"扭曲型。多产生在薄层（如页岩、千枚岩、片岩）及软硬相间的互层岩体（如砂页岩）中。岩体除向临空方向歪斜外，还出现塑性弯曲和层间错动，很少折裂，变形体与下部完整岩体间呈渐变过渡（图!")）。#松动型。多发生在中厚层脆性岩石组成的反倾向斜坡，或由倾倒型蠕动变形发展而成。岩块已错位扰动，部分岩块发生转动，因角变位和剪切变位的幅度较大，松动架空现象比较严重，变形体下部和完整岩体间常有拉张裂隙发育（图!"%）。$塑流型。较厚垫层的塑性蠕变，导致上覆坚硬岩石的缓慢滑移，甚至沉陷挤入软弱层中（图!"*）。发生蠕动变形的斜坡，由于岩体松动，强度较低，承载力差，且不利于抗渗。这类斜坡大多处于临界稳定状态，在自然和人为因素影响下，极易产生滑坡、崩塌及坡面泥石流。修建水利工程时，对大坝两岸和其他水工建筑物边坡是否存在斜坡蠕动变形现象，以及这类斜坡的稳定特点要进行详细的研究，作好监测和预报工作，并采取适当工程措施，以保持边坡稳定。—,+#— 第一篇水利水电工程地质图!"!边坡岩体的倾倒蠕变示意图图!"#边坡岩体的扭曲型蠕变示意图图!"$边坡岩体的松动型蠕变示意图图!"%边坡岩体的塑流型蠕变示意图—’&!— 第四章水利水电工程外动力地质作用崩塌边坡上部岩（土）体，向外倾倒、座滑翻滚、坠落的破坏现象。发生在岩体中的崩塌，称为岩崩；发生在土体中的崩塌，称为土崩；规模巨大、涉及大片山体的，称为山崩。崩塌主要出现在地势高差较大，斜坡陡峻的高山峡谷区，特别是河流强烈侵蚀的地带。崩塌可能毁坏各类建筑物及公用设施，危及人们生命财产安全，造成河道堵塞或阻碍航运，以及引起涌浪造成灾害等。岩质边坡在下列情况容易发生崩塌：!上硬下软或软硬互层的缓倾岩层分布区。当下部软弱岩层受到风化剥蚀、水流掏蚀，使上部坚硬岩层部分悬空而发生（图!"#）。"厚层、块状岩体分布区。斜坡上部被陡倾裂隙深切的板状岩体，在重力及外力作用下，上部逐渐向坡外弯曲、倾倒、拉裂而坠落。特别是当厚层块状坚硬岩体下伏有软弱岩层，构成上硬下软的岩体结构时，更易形成大型崩塌（图!"$）。#矿山采空区的上部岩体由于不均匀沉陷或陷落，可导致边坡岩体拉裂倾倒或推挤倾倒而产生崩塌。图!"#软硬互层坡体的局部崩塌示意图土质边坡往往由于下部地层被水流冲蚀，砂砾石层或黄土被地下水潜蚀或遇水湿陷，引起上部土体开裂变形以至崩塌。崩塌还因地下水的静水压力和动水压力、裂隙水冻胀的楔劈效应、植物根系的膨胀压力，以及地震、爆破、开挖、暴雨等外力与重力分量叠加，使边坡岩土体的倾覆力超过岩土体强度而发生。特别是强震、暴雨常起触发作用。崩塌发生后，坡顶后退，崩落的块石（土）堆积在坡脚，形成坡度较缓的崩积斜坡，并给产生崩塌的陡坡以侧向压力。再次崩塌时，岩土体的折裂处将上移，坡顶逐次后退，边坡高度降低。堆积到一定体积和高度后，侧向压力与岩（土）体倾覆力平衡，达到边坡稳定。崩塌物质不断堆积在崩积斜坡的顶部，给崩积斜坡上部连续加载，会导致崩积斜坡发生推移式滑坡，新滩滑坡就是这种形成机理和过程的典型事例。崩塌大都是瞬时爆发，但从裂隙张开到发生崩塌，有很长的变形发展时间。%$#&年’月中国湖北盐池河磷矿区崩塌土石%&&万()，从发现山体变形到崩塌历时*年多；自变形达到每天%+(至发生崩塌也经历了)*,。因此，发现边坡变形迹象应进行监测，再根据变形速率的变化，提出预报和预警，及时将人畜和财物进行安全转移，以减少损失。对于位置重要、危害严重的崩塌体，则应在失稳破坏前采取工程措施予以治理。长江三峡的西陵—%&-— 第一篇水利水电工程地质图!"#长江三峡链子崖猴子岭崩塌堆积示意图%—厚层燧石灰岩，底部页岩夹煤层；&’—厚层块状灰岩；$%’—上部页岩为主，下部石英砂岩；+,-.—崩积物；(’)*/0—裂缝及编号峡链子崖危岩体的治理即是一例（见链子崖危岩体）兴建水利工程要尽量避开可能发生崩塌的地段。崩塌堆积物的密实度与渗透性变化较大，作为地基时要认真查明其性状，并进行工程处理。链子崖危岩体链子崖危岩体位于中国长江三峡西陵峡的兵书宝剑峡出口南岸陡崖处，与新滩滑坡隔江相望，下距三峡水利枢纽坝址’123。图!"%4链子崖第!段危岩体剖面示意图$%—厚层燧石灰岩，底部页岩夹煤层；&’—厚层块状灰岩；,-.—崩积物；+5.—坡积物；$(—平硐；/—裂缝及编号+%6"%该处陡崖高1437%443，系由坚硬的二叠系栖霞灰岩夹多层薄层炭质条带钙质泥岩—%40— 第四章水利水电工程外动力地质作用组成，底部有厚!"#$%&"’$的煤系地层。岩层倾向北西，倾角约(’)。陡崖东侧为志留系页岩受侵蚀而成的猴子岭凹槽，北侧俯临长江。由于卸荷、风化、溶蚀作用以及崖下煤层大面积采空，造成陡崖临空地带的灰岩岩体不均匀变形，追踪近南北和近东西向的两组构造裂隙，形成一系列与临空面近平行的张裂缝。链子崖危岩体是指在*++$范围内，由&+余条深度不等的裂隙切割而成的岩体，包括互不相连的(段。(。其中,、,、,裂缝规!段：由,+—,#约’+条裂隙包围、切割而成，体积!!(万$!’#模最大，均已切至下伏煤层，将岩体切割成墙状、柱状和楔状，呈向北东临空面倾倒崩滑之势。"段：位于陡崖中段，岩层倾山内，由与陡崖近于平行的,*弧形主缝切割围成楔形体，约’万$(。其根部有明显的压碎现象。#段（习称“’-+万方”）：位于陡崖北段临江一带，以煤层为底界，由,.、,/、,!!、,!’等’*条裂隙包围切割而成，体积’!#万$(。几条主要裂缝均已切至煤层，且煤层已基本采空，加剧上覆岩体的沉降变形（见图）。该岩体的可能破坏方式是被切割岩体向外倾倒崩落和沿软弱岩层向长江方向的滑移。从地表及平硐变形监测资料与静力分析计算成果表明，在一般情况下，不致产生’!#万$(整体滑落入江（见表）。在第#段危岩体中，有两处濒临长江，变形活跃的部位：$,!!0!—,!!0’块状浅层蠕滑岩体。位于,缝以南约’+$的陡崖顶部，体积约&’++$(，滑床为含炭质生物碎屑灰岩软!’弱层面，岩层倾向方向临空。!/*.年以来，沿倾向(!+)%((+)断续滑动，滑距--1$%#/1$（至!/./年!’月）。%,!!—,!’墙状岩体。由,!!与,!’围切而成，下界达煤层夹层，长(。水平与垂直下沉的年变率分别达-"!.$$!++$，宽’+$%(+$，高约!&+$，体积’#万$和’"/!$$，超过相邻岩体相应值的’倍左右，位移方向与岩层倾向一致，且上下端变形有同步性质。调查中发现岩体局部压碎、中部外鼓、原有裂缝伸长等迹象，可能以倾倒或下端剪断、压碎崩滑等形式破坏。表&0&链子崖危岩体各段主要特征表规模崖顶高程段号陡崖方向临空方向长宽高体积（$）（$）（$）（$）（万$(）!-++%&!+南北东’++-+/+!!(（,+—,#）"(.-%(*+南北东&+!--&’（,*）#(’+%!.+北西西—北西北—北东(’+.+/+%!++’!#（,.—,!’）以上(段危岩体中，!段、"段规模较小，如有崩落，将主要堆积于东侧猴子岭斜坡上。总体积!.+万$(的猴子岭崩塌堆积体处于稳定状态，在崩落加载作用下也可能失稳—!+*— 第一篇水利水电工程地质滑移，但入江体积有限。!段危岩体规模较大，直逼长江，如产生崩滑，将直接危及过往船只的安全，大量物质入江，则可能严重碍航。链子崖危岩体所在江段河道狭窄，水流湍急，是长江航道的著名咽喉之一。该危岩体经!"多年勘察与监测，并于#$$!年%#$$&年间制定了防治方案并且付诸实施。防治目标是，改善和提高其稳定性。防止大规模崩塌和整体滑移入江造成阻航和严重碍航。防治对象主要是：临江的第!段危岩体。防治措施主要为：对煤层采空区设置混凝土承重阻滑键，处理面积约’"""()，以阻止危岩体的沉陷与滑移；对浅层蠕滑岩体和*—*墙状###)岩体，进行预应力锚索加固，防止倾倒或滑移；对层间软弱夹层，进行混凝土置换。整治后的监测资料表明，大部分监测标点的位移变小，有的监测点已趋于稳定。山崩参见崩塌。滑坡广义定义，斜坡上部分岩（土）体脱离母体，以各种方式顺坡向下运动现象的统称；狭义定义，斜坡上的部分岩（土）体在重力作用下，沿一定的软弱面（带）产生剪切破坏，向下整体滑移的现象。运动的岩（土）体称为变位体或滑移体，未移动的下伏岩（土）体称为滑床。滑坡的形态特征伴随滑坡的发生，在滑移体和滑床上形成一系列特有的、可用以识别滑坡的微地貌形态。根据国际工程地质协会（+,-.）滑坡委员会的建议，按图’/##来定义和描述这些形态。#—冠（01234），主断壁最高点附近，仍保留在原地而未发生变位的岩（土）体，与旧称滑坡圈谷同义。)—主断壁（(56470518），滑移体滑移后在未扰动岩体上形成的陡面，是滑动面（破坏面）出露地表的部分，与旧称滑坡后壁同义。!—顶（928），滑移体与主断壁接触线的最高点。’—头（:;5<），滑坡的上部，位于滑移体与主断壁交界线附近。=—次断壁（(642170518），由于滑移体块体间差异运动所产生的陡面。次断壁可有多个，使滑移体表面呈现出陡缓相间的阶状地形。>—主滑体（(564?2<@），覆于主断壁与破坏面之上的滑移体部分。&—足（A229），滑移体滑出破坏面趾后覆盖于原地面上的部分，与旧称滑坡舌同义。B—趾尖（968）。$—趾（92;）。#"—破坏面（7C1A50;2A1C89C1;），滑移体的下部界面。上覆滑移体沿此面向下滑动，故一般也称滑动面。滑动所产生的剪切破碎带为滑动带。##一破坏面趾（92;2A1C89C1;7C1A50;），破坏面前缘与原始地面的交线，是破坏面在原坡面上的露头，习惯上称为剪出口，往往被滑移体所覆盖。#)—滑覆面（7C1DA50;2A7;85159624），原始地面被滑移体足所覆盖的部分。#!—滑移体（<678E50;<(59;165E），主滑体与足两部分之和称滑移体（图中>和&之和），其中陷落于原地面之下的部分又名减损体（<;8E;9;<(577）。#’—减损带（F24;2A<;8E;9624），滑移体下陷到原地面下的地带。#=—加积带（F24;2A500C(CE59624），滑移体突出于原地面以上的地带。#>—减损坳陷（<;8E;D9624），主断壁、减损体和原地面线所围限的空间，与旧称滑坡凹陷同义。#&—减损体（<;D8E;9;<(;77），原坡面与滑面间保存的滑坡残体；#B—加积体（500C(CE59624），突出于原地面线以上的部分。#$—滑坡翼（AE54G），滑坡体宽最大值；)"—原地面线。—#"B— 第四章水利水电工程外动力地质作用图!"##滑坡形态特征图#—冠；$—主断壁；%—顶；!—头；&—次断壁；’—主滑体；(—足；)—趾尖；*—趾；#+—破坏面；##—破坏面趾；#$—滑覆面；#%—滑移体；#!—减损带；#&—加积带；#’—减损坳陷；#(—减损体；#)—加积体；#*—滑坡翼；$+—原地面线滑坡的形成因素使斜坡上岩（土）体顺坡向下运动的促滑力是岩（土）体自身重力平行于滑动面的切向分力；使岩（土）体保持在斜坡上而不致下滑的阻滑力是摩擦力和黏聚力，它等于岩（土）体自身重力垂直于滑动面的法向分力与摩擦系数之积及滑动面上的黏聚力。促滑力若大于阻滑力即产生滑坡。组成斜坡的岩（土）体如属易为水软化的黏性土或软岩；或者岩体中的层理、片理、节理、裂隙、断层面等不连续面为软弱结构面，且产状有利于转化为破坏面（滑动面）时，则易产生滑坡。某些自然或人为作用使斜坡变陡，则加大促滑力而减少阻滑力，所以流水、冰川侵蚀坡脚，海、湖、水库波浪掏蚀坡脚、人工开挖坡脚以及自然和人工坡顶堆载，常导致滑坡发生。风化作用、水对黏性土、黄土、软岩的浸润软化作用和岩（土）体中的孔隙水压力效应，可以显著降低岩（土）体的摩擦阻力而导致滑坡发生，所以降雨、融雪、水库充水和水位消落等常是诱发滑坡的重要因素。地震或人工爆破产生的瞬时惯性力也可加大促滑力和减小阻滑力，所以强烈地震常引发大量的滑坡。如#*%%年四川叠溪地震引发了众多的滑坡，岷江多处为滑坡堰塞成湖，叠溪古城也被滑坡摧毁。滑坡的发生往往是以上多种因素综合作用的结果。滑坡的形成过程一般可分为!个阶段。!蠕动变形阶段或滑坡孕育阶段。斜坡上部分岩（土）体在重力的长期作用下发生缓慢、匀速、持续的微量变形，并伴有局部拉张或剪切破坏，地表可见后缘出现拉裂缝并加宽加深，两侧翼出现断续剪切裂缝。"急剧变形阶段。随着断续破裂（坏）面的发展和相互连通，岩（土）体的强度不断降低，岩（土）体变—#+*— 第一篇水利水电工程地质形速率不断加大，后缘拉裂面不断加深和展宽，前缘隆起，有时伴有鼓张裂缝，变形量也急剧加大。!滑动阶段。当滑动面完全贯通，阻滑力显著降低，滑动面以上的岩（土）体即沿滑动面滑出。"逐渐稳定阶段。随着滑动能量的耗失，滑动速度逐渐降低，直至最后停止滑动，达到新的平衡。以上!个阶段是一个滑坡发展的典型过程，实际发生的滑坡中，!个阶段并不总是十分完备和典型。由于岩（土）体和滑动面的性质、促滑力的大小、运动方式、滑移体所具有的位能大小等不同，滑坡各阶段的表现形式及过程长短也有很大的差异。滑坡的分类中国及其他国家有多种分类方案，分别从滑坡的物质组成、运动方式、活动时期、规模大小等方面进行分类。国际工程地质协会滑坡委员会建议采用瓦勒斯（"#$%&’()*+,-）的分类为标准分类。这一分类综合考虑了斜坡的物质组成和运动方式。按物质组成分为岩质、土质、碎块石质斜坡；按运动方式分为.种类型（图!/*0），即#崩塌（&1234%55）；$倾倒（617758’9）；!滑动（)58:(）；"扩离（)7&(%:）；%流动（451;）。其中崩塌以张性破坏为主，是陡坡上部分岩（土）体沿着一个基本无剪切位移的面脱离而向下坠落。倾倒是岩（土）体围绕其重心下的某一点或轴发生向斜坡外的转动。滑动则以剪切破坏为主，岩（土）体沿剪切破坏面或强烈剪切应变带发生向坡下的运动，又细分为平面滑动（6&%’)5%681’%5）和在曲面上的转动滑动（)5<=7，&16%681’）。扩离是刚性相对较大的上覆岩（土）体破裂为块体并陷入下伏软弱岩（土）而产生的侧向扩展（漂移）。流动是由下伏软弱岩（土）体液化或塑性流动（挤出）所引起。图!/*0滑坡的类型（%）崩塌；（>）倾倒；（2）滑动；（:）扩离；（(）流动另外一种常用的分类是原苏联?#&#巴甫洛夫所提出的，按滑动方式分为推落式和牵引式。前者是上部岩（土）体首先滑动从而推动下部滑动；后者是下部岩（土）体首先滑动引起上部相继滑动。国际工程地质协会将这两种滑动方式定义为破坏面的延展方式，并提出用前伸式（7&19&())8@(）和后延式（&(6&19&())8@(）来取代上述术语。中国的工程地质工作者，根据自身的实践，从简单、明确、实用的角度出发，提出了许多的滑坡分类方案。在水利工程地质勘察工作中，最常用的分类如表。—**A— 第四章水利水电工程外动力地质作用表!"#常用滑坡分类表!!!分类因素类型分类因素类型!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基岩滑坡新滑坡组成物质堆积层滑坡形成时代老滑坡混合型滑坡!古滑坡小型滑坡中型滑坡牵引式滑坡规模破坏方式大型滑坡!!!!!!推移式滑坡!!!!!!!!特大型滑坡稳定高速滑坡稳定性基本稳定滑移速度中速滑坡慢速滑坡!稳定性较差滑坡的危害及防治滑坡是最常见的地质灾害之一，常常给人们的生命财产造成重大的损失。对于水利水电工程建设，滑坡的危害也很大。意大利瓦伊昂滑坡不仅使水库毁于一旦，且滑坡激起的涌浪翻过坝顶使下游约$%%%人丧生；中国柘溪水库的塘岩光滑坡也产生过重大灾害；龙羊峡水库近坝地段也有大型滑坡，多年来采取限制水库蓄水位的措施加以防范，并进行系统研究和监测；漫湾水电站、铜街子水电站坝肩滑坡都曾投入很大工程量予以治理。滑坡的防治措施可分为!大类。第一类为改变斜坡形态。包括削减推动滑坡下滑的物质（砍头），增加滑坡阻滑段的物质（压脚）和减缓斜坡的总坡度。第二类为排水。包括不使地表水流入滑坡区和将滑坡区地表水引出区外的地表排水系统；以暗沟、钻孔、廊道和排水孔降低地下水水位的地下排水。第三类为支挡结构物。包括各式挡墙、抗滑桩工程等。第四类为斜坡内部加固。包括岩石锚杆、各类锚索、土锚钉、灌浆等。治理必须针对引发滑坡的主导因素，结合滑坡的活动程度和危害性大小，因地制宜地采取治理措施。新滩滑坡新滩滑坡位于中国湖北省长江三峡的西陵峡中兵书宝剑峡出口的长江北岸，上距秭归县城&$’(，下距三峡水利枢纽大坝$)’(。滑坡发生于&*+#年)月&$日凌晨,时!#分，总体积约$%%%万(,。滑坡摧毁了位于其前缘的新滩古镇，形成的滑坡涌浪在对岸爬高为!*(，向上下游传播中击毁、击沉木船)!只，小型机动船&,艘，造成&%名船上人员死亡。但由于对滑坡早有监测预报，撤离组织得力，使滑坡区内居民&,-&人无一伤亡。新滩滑坡是姜家坡—新滩堆积层老滑坡的复活。该河段为横向谷，岩层倾向上游略偏北岸，倾角$#./,+.。老滑坡西侧紧邻坚硬的泥盆—二叠系砂岩和灰岩组成的陡崖，高,%%(/!#%(，是堆积层物质的主要来源；东侧为志留系页岩组成的低山丘。滑坡后缘高程约*%%(，向南延伸至江边高程约)#(，平均坡度$,.。滑前坡体中部有两级横向陡坎，—&&&— 第一篇水利水电工程地质一为高程!""#$!%"#的姜家坡前缘陡坎，走向&’(")，坡度!")$%")，将斜坡分为上段（姜家坡斜坡）和下段（新滩斜坡）；另一陡坎在毛家院前缘，高程为*+"#$(("#，走向&’+!)，将新滩斜坡分为毛家院台面和陡坎下两段（图,-.(）。图,-.(姜家坡—新滩滑坡地质纵剖面示意图*—二叠系灰岩；5.—二叠系页岩及煤层；/012304—第四系崩坡积碎块石及土；5..2*—石炭系灰岩；6*-(—泥盆系砂岩；7—志留系砂页岩姜家坡—新滩斜坡堆积物，厚度一般("#$,"#，西厚东薄，西侧厚达8"#$.."#，总体积约("""万#(。堆积层以崩积碎块石与崩坡积碎块石夹黏土为主，下段局部夹冲积卵、砾石。整个斜坡自表层向下，自后缘向前缘，有含泥量、密实度增加和透水性减小趋势。下伏基岩面为志留系砂页岩，在纵剖面上，基岩面成上、下两级斜面，高差约8"#。滑前坡体地下水大体沿坡体下部边界分布，相当于老滑体地下水溢出带，泉点长年不干，且明显受降雨影响，说明主要靠区内大气降水补给。滑坡发生前，斜坡变形主要发生在上斜坡（姜家坡斜坡），位移观测资料表明可分为,个阶段，.9+9年8月以前为初始蠕变阶段；嗣后进入匀速蠕变阶段；.98*年%月$+月份，转为加速变形阶段；.98!年!月中旬以后，进入急剧变形破坏阶段（图,-.,）；而此前下段新滩斜坡一直处于稳定状态。(土石体沿基岩面滑动，于高程(""#$,""#的.98!年%月.*日，姜家坡约.(8"万#毛家院平台剪出，在其冲击和加载作用下，促使下方的新滩斜坡也产生了深度和速度不等的滑动。整个滑动的范围为":+(;#*，后缘宽**"#，前缘宽+*"#，总体积约*"""万#(。其中入江土石(,"万#(，约占滑动体体积的.<%，堆积体体积的.<9；有*%"万#(滑入水下，占据当时%*:!#水位时过流断面的.<(。涌浪波及范围，上游达.*;#的秭归附近，下游达..;#的庙河（图,-.!）。推算最大入江速度约(.#<=。新滩滑坡形成的根本原因是后缘广家崖的持续崩塌加载。滑动地区位置较高和较集中的降雨量，有利于斜坡的蠕变，加速滑面的形成与贯通。在加剧变形阶段，雨季初期较小的降雨量是斜坡最终破坏的诱发因素。新滩滑坡发生前，曾进行了长达.+年的详细勘察研究与+年的地表变形监测，因此，—..*— 第四章水利水电工程外动力地质作用图!"#!新滩滑坡观测点!（$!"$）、#$（、#"$）累计水平位移曲线图!"#%新滩滑坡涌浪衰减曲线图$，入水速度#’’()*，水位#%’(；!—计算衰减曲线，入江方量#&’’万($，入水速度&+()*，水位#$’；#—试验衰减曲线，入江方量#&’’万($—新滩#,-%年&月#.日滑坡，爬坡浪衰减曲线取得了预报成功，使滑坡区人员得以及时撤离。新滩滑坡经过大规模高速滑动，作为其驱动力来源的后缘岩堆已基本消失，滑体由高位转移到较低位置，斜坡的稳定性大大提高，在今后相当长的时间内不具备再发生此类大规模复活的条件。地表与深部变形监测资料表明，经历滑后的局部调整变形，滑坡已处于整体稳定状态。查纳滑坡位于中国青海省海南藏族自治州贵南县境内，黄河龙羊峡水电站库区南岸，距水电站—##$— 第一篇水利水电工程地质大坝!"#$%。查纳滑坡于&’()年*月+日（农历正月初三）日落时下滑，体积达&"!亿%)。滑体前部向前推进了约)$%，埋没了河边林带及坡下的查纳上庄。据目击者回忆，剧滑历时仅约*%,-，估算最大滑速(.%/01(#%/0。据《贵南县志》记载：查纳上庄原有二三十户人家，村落前望黄河及河边林木，后倚大山。&’(&年查纳后山山顶出现裂缝，最初不宽，往来行人可跳过去。至&’(*年，缝隙越来越大，且深不可测，遇大风天气，必发声响，似恶狼嚎啕。民国)*年（&’()年）正月初一，狂风呼啸，飞沙走石。至正月初三下午日落时，⋯⋯忽然间如惊雷霹雳，震耳欲聋，霎时山崩地裂，墙倒屋塌，天昏地暗。查纳村上庄山头由南向北翻转，崩塌山体由南向北斜推五华里之远，以至到达黄河北岸，堵住黄河流水达一夜之久。查纳上庄一片田园，&(户人家，男女#.余人荡然无存。正月初四日，黄河水犹如山洪暴发，呼呼奔流东去，人们始知查纳山崩之消息。查纳滑坡是龙羊峡水电站近坝库岸一系列大型滑坡中的一个，这些滑坡的共同特点是：规模大（百万立方米至亿立方米）、滑速高（*.%/01(#%/0）、滑程远（多越过黄河）。国家电力公司西北勘测设计研究院通过多年研究和变形监测，得出以下认识：（&）龙羊峡近坝库岸由第四系中、下更新统河湖相地层组成，相对坡高达)..%1#..%，坡度)#21(#2。岸坡中下部主要由超固结黏性土夹薄层砂土类土地层组成，产状近水平。区内气候干旱，地下水不丰富，有利于形成和维持黏土类地层中少见的高陡边坡，为大规模的滑坡孕育了地形条件。地下水的作用使黏土层界面泥化，控制了滑坡前缘滑面位置；后缘拉裂面则沿土体中一组平行岸坡的陡倾裂隙发育。查纳滑坡是在蠕变—拉裂—剪断复合机制下形成的，有一个缓慢累进性破坏过程，如图所示的)个阶段。（*）滑坡高速滑动的最主要原因是滑体失稳的瞬间，沿滑面或被滑面切过的土体的抗剪强度，由峰值急剧降低至残余强度。峰、残差值愈大，滑速愈高。（)）高速滑坡只产生在由完整的河湖相地层组成的岸坡上，为岸坡第一次滑动（称首次滑坡）；已有滑坡的再次滑动（称二次滑坡）具有明显的分解趋势，规模小、滑速低，不会造成涌浪危害。图(3&!查纳滑坡示意图!、"、#、$、%、&—不同土层分层代号；’、(、)—失稳破坏阶段及相应的滑移—堆积位置示意（(）蓄水以来，岸坡内黏土类地层中地下水水位上升缓慢，库岸的变形型式主要是小型崩塌和滑坡堆积物的二次滑坡，库岸整体仍处于稳定状态。预计今后坡体分块、分解下—&&(— 第四章水利水电工程外动力地质作用滑的可能性较大，因此，已将坝顶高程以下预留的滑坡涌浪高度由!"#$%"#，降为&#$’#。滑坡预报对处于蠕动变形阶段尚未破坏失稳的滑坡，进行变形趋势预测和失稳时间预报的工作。有的滑坡虽处于蠕动变形阶段，但有可能失稳剧滑并造成较大灾害，则需对之进行监测，并根据监测获得的变形发展信息，预报其剧滑失稳时间。特别是那些不宜采取工程整治措施的滑坡，适时作出滑坡失稳的预报，尤为重要，以便及时撤离受到威胁的人员和财物，尽可能减轻灾害损失。滑坡变形监测和失稳时间预报已经成为减轻滑坡灾害的主要手段。中国已经有多个成功预报而减轻灾害的实例。如()’&年*月(!日发生在湖北秭归县长江北岸的新滩滑坡，使有近千年历史的新滩古镇毁于一旦，但因事前作出了成功预报，及时撤离了全部居民，因而无一伤亡。又如())&年(月!)日发生于甘肃省永靖县黑方台边缘的黄茨滑坡，于剧滑前’个月就采取了多种监测措施，获得了大量变形发展的信息，据此进行了成功的预报。滑坡预报的理论依据是：滑坡形成过程是有阶段性的。先经过一段时间的等速小变形的孕育阶段，之后才转入加速大变形阶段，随之而来的是失稳滑动。前者属线性变形或稳态阶段，后者则属非线性变形或非稳态阶段。变形的信息有!类：!产生于地面和地下的一定方向的位移。"岩体微破裂而产生声发射（+,-./01,2#1//1-3，45）。通过地表、地下位移监测获得的位移—时间过程曲线或通过声发射监测获得的声发射频率随时间的变化，是滑坡预报的主要依据。!"世纪6"年代以来，研究较多的预报模型有：马尔科夫模型、78（(9(）线性模型、最优分割模型、分维模型、自适应过滤法模型、正交多项式模型、起动降雨量模型、泊松模型、78（(9(）非线性模型、尖点突变模型等。由于滑坡体材料力学性质及滑坡体结构的差异，滑坡变形孕育的时间，短者数天，长者数年至数十年。一般土质滑坡及老滑坡的可预报性较强，岩质边坡及新产生滑坡的可预报性较差。滑坡预报的准确性，很大程度上依赖于监测资料的多寡。当监测手段较多，监测资料时段较长时，滑坡的可预报性及准确性大大提高。在缺乏监测资料的情况下，要作到滑坡失稳破坏时间的准确预报是很困难的。图给出一滑坡预报的实例。根据图中所示的位移历时曲线，可以进行中长期预报和临滑预报。从统计中的研究表明，突发事件发生前系统的线性变形历时与线性和非线性变形总历时之比是一个普适常数："9*(’。所以，从位移时间曲线上得到线性变形起始点和线性—非线性变形转换点（图:;(6上!点），即可作出中长期预报。临滑预报的判据则是变形趋向于无限大的点，即变形曲线与其渐近线的切点（图:;(6上"点）。由于滑坡的发生受到诸如降雨、气温、流水侧蚀、地震、人工爆破、开挖坡脚等多种自然和人为因素的强烈影响，所以位移历时曲线往往不是如图所示的圆滑型曲线，而往往是波动型、阶跃型或随机振荡型。要根据这些曲线作出预报，就需要首先针对曲线中波动、阶跃或振荡产生的原因，采取相应的滤波或平滑处理措施，将之转化为较为圆滑的曲线。例如阶跃型可采用阶跃起点连线使之平滑化，再根据处理后的曲线作出预报。—((&— 第一篇水利水电工程地质图!"#$某边坡位移—时间曲线当岩体内应力接近岩体的破坏强度时，单位时间内岩体的声发射次数（即声发射频率）迅速增加。所以通过声发射监测获得的声发射频率—历时曲线也可用于滑坡的临滑预报，锡别山露天矿边坡近%万&’危险岩体的临滑预报，就是根据此类监测曲线作出的。根据主要诱发因素（如降雨）的监测进行预报也是一种常用的方法。例如，根据统计资料确定一个地区的临界降雨强度（日或时降雨强度），超过这一强度，即可能诱发滑坡，并据此作出预报。在这方面中国的香港有很多成功的经验。泥石流含饱和或过饱和固体物质（泥沙、石块和巨砾）的高黏性流体。泥石流多发生在山区，爆发突然、来势凶猛、历时短暂、破坏性强的特殊洪流，是中国西部山区常见的一种地质灾害。泥石流的形成需具备’个基本条件：!两岸谷坡陡峻，沟床坡降较大，并具有利于水流汇集的小流域地形。"沟谷和沿程斜坡地带分布有足够数量的松散固体物质。#沟谷上、中游有充沛的突发性供水水源，如瞬时极强暴雨、气温骤高冰雪消融、湖堰溃决等产生强大的水动力。在中国，泥石流的分布具有明显的地域特点。在西部山区，断裂发育，新构造运动强烈、地震活动性强、岩体风化破碎、植被不良、水土流失严重的地区，常是泥石流的多发区。典型的泥石流一般由’个地段组成：!形成区（含清水区、固体物质补给区）。大多为高山环抱的扇状山间洼地，植被不良、岩（土）体破碎疏松，滑坡、崩塌发育。"流通区。位于沟谷中游段，往往呈峡谷地形，谷底纵坡陡峻，是泥石流冲出的通道。#堆积区。位于沟谷出口处，地形开阔，纵坡平缓，流速骤减，形成大小不等的扇形、锥形及垄岗地形。泥石流的分类常用的、有实际意义的分类有：!按流体性质分。黏性泥石流，稀性泥石流，过渡性泥石流。"按物质补给方式分。坡面泥石流，崩塌泥石流，滑坡泥石流，沟床泥石流，溃决泥石流。#按流体中固体物质的组成分。泥石流、泥流、碎石流、水石流。$按发育阶段分。发展期泥石流，活跃期泥石流，衰退期泥石流，间歇（中止）期泥石流。%按暴发规模（一次泥石流最大可冲出的松散固体物质总量）分。特大型泥石流（大于()万&’），大型泥石流（#)万&’’），中型泥石流（#万&’’）和小型泥*()万&*#)万&—##+— 第四章水利水电工程外动力地质作用石流（小于!万"#）等。泥石流的危害中国清朝乾隆十八年（!$%#年），云南巧家白泥沟泥石流摧毁县城，死亡!&&&多人，迫使巧家县城搬迁。云南小江（金沙江支流）蒋家沟泥石流，曾’次堵断小江，形成大片泥石流堆积，造成严重危害。!(%#年(月)(日西藏波密古乡冰川泥石流，以高达*&"左右的“龙头”穿越峡谷形成面积约)*+")的扇形石海和长约%+"的湖泊，造成大量人畜死亡和原始森林被毁。矿山泥石流，如四川泸沽铁矿盐井沟泥石流，造成!&*人死亡。其他如甘肃天水罗玉沟、武都北峪河、文县关家沟等都是泥石流的重灾区。泥石流的勘测与防治!泥石流的勘测。应首先进行泥石流分布规律和形成条件的区域性调查，弄清泥石流可能带来的危害；制定泥石流的治理规划，泥石流治理设计，则需要进行专门性工程勘察，对泥石流的规模、物质组成、运动特征、物理力学性质进行调查和实验分析，以及重要保护地段的模型试验等。"泥石流的防治。包括工程措施，如拦截及固坡工程、排导（泄）工程、停淤工程。生物措施，如农田治理、植树造林及种草等。行政管理措施，如宣传教育、法制管理、建立泥石流预测预报系统等。在水利工程建设中，需在工程的规划阶段进行区域泥石流调查，并根据其对工程可能造成的危害，在以后的勘测阶段，分别不同情况进行具体勘察，提出相应的工程对策。小江蒋家沟泥石流云南省小江蒋家沟泥石流位于金沙江一级支流小江右岸的蒋家沟内。蒋家沟全长)。流域内计有大小!),!+"，流向自东向西，与小江流向成近直交汇入，流域面积*$,!+"支沟!$’条、平均切割密度#,)+"-+")，侵蚀模数高达%万"#)·.）。主要支沟有门前（-+"沟、多照沟、查箐沟、大凹子沟和老蒋家沟等。蒋家沟为一条典型的雨洪型黏性泥石流沟，以泥石流爆发频繁、规模巨大、危害严重而驰名。泥石流最大流量达)*)&"###。每年$月2’月份雨-/、密度),&0-1"2),#0-1"季，发生泥石流次数少则$次2’次，多则)&次以上。年平均固体物质输移量达%&万"#)。历史上曾’次堵断小江、造成巨大灾害。例如，!(3’年’月!&日发生的泥2)#&万"石流堵断小江达(&4，堵江上游小江水位上升!&"，中断交通#个月。与许多泥石流沟不同，蒋家沟泥石流沟只需!%""2)&""的连续降雨便会引发泥石流，降雨历时越长，降水量越大，泥石流规模也越大。蒋家沟流域平面大体上呈栎叶形。沟口以下为堆积区，沟口至多照沟与门前沟汇口处为流通区，汇口以上为形成区。形成区宽（$+"），而流通区窄（)+"），空间形态为瓢状，相对高差)!’!"。沟床平均比降!’5，形成区二级支沟比降多数#%5，三级及四级支沟比降达’&52!&&5。松散堆积物组成的斜坡坡度#%62#’6，而基岩山坡坡度为*%62%&6。蒋家沟流域植被覆盖率极低，仅#52%5，流域内绝大部分地区为荒山秃岭、基岩及土体裸露。如此陡峻且裸露的斜坡与沟床及瓢状流域形态使地表水迅速地在于流汇合，形成强大的冲击力。蒋家沟流域多年平均年降水量大于!&&&""，%月2!&月份的降水量占全年的’&5，且多暴雨。蒋家沟干流枯水季流量一般小于&,%"#-/，而泥石流最大流量达)*)&"/-/，几乎是小江最大洪峰流量（%#!"#-/）的*,%倍，是自身枯水季流量的数千倍，这是形成蒋家—!!$— 第一篇水利水电工程地质沟泥石流的强大的水动力条件。蒋家沟流域地层主要由前震旦系昆阳群灰黑色及灰绿色泥质薄层板岩及紫色薄层白云质、泥砂质板岩组成。地层褶皱强烈，断层密布，节理十分发育，岩石被切割成粒径!"#$左右的碎石。小江地区新构造运动强烈，沿小江南北向展布的小江断裂是一条现代活动性强烈的断裂。据统计，!%"&年以来，烈度大于!度的地震共发生’’次，其中，烈度"(#度的地震)次，使本已破碎的岩石更加松散。流域内高出沟床!""$左右的基座阶地上还覆盖有厚)"$(*"$的洪积、冲积及泥石流堆积的粉质黏土与砾石层。上述物质构成了泥石流的主要固体物源；流域内广泛分布有三级夷平面，其上所覆盖的厚!$()$和*$(+$的棕红色粉质黏土、棕色黏土和红色黏土残积层，成为泥石流浆体的黏性土物源。在上述气象、水文、地形、地质条件的综合背景下，暴雨形成的坡面流对斜坡产生片蚀作用，在向三级及四级支沟汇流过程中逐渐演化成泥石流浆体，泥石流浆体向干流汇聚过程中冲击力越来越大，对沟床及两岸的冲刷能力也越来越强，使两岸产生滑坡与崩塌数量也越来越多，泥石流的容重、流量随之增大并形成干流泥石流；另一方面松散堆积体透水性强、且稳定性差，降雨入渗诱发产生滑坡与崩塌，常导致沟道全部或局部堵塞，起到了蓄积物质和势能的作用，从而使泥石流流量大增并具有阵发性。干流泥石流流经流通区时，流量达到最大；出山口后，由于沟床比降变小且流体不受沟槽约束，其势能与动能迅速降低而快速堆积下来。初步估算，蒋家沟泥石流固体物源总量为,-%亿$)。按年固体物质输移量’%"万$)计，静态估计泥石流将持续活动)""年左右。如不加以治理，还会有新的物源补充，泥石流持续活动时间将会更长。中国科学院成都山地灾害研究所在蒋家沟设立了泥石流长期监测站，东川市矿务局自!+&.年(!++"年的’,年间共投入+%"万元对其进行治理。多年的治理，取得了显著的效果，此后未发生过堵江事件，泥石流的规模和发生的频率都减少了很多。但是，由于植树造林计划实施不理想，以及部分谷坊坝与拦沙坝垮塌，近年来泥石流灾害又有加重的趋势。河岸崩坍河岸因受水流冲刷等作用而发生的坍塌现象。河岸崩坍常发生在：$岸坡较陡的地方，堤岸上部失去稳定而倾倒于河中。%坡脚被水流淘刷，同时上部岸坡受地下水渗流压力作用坍入水中。&在水流冲蚀和波浪的直接冲击下，土壤颗粒被逐渐带走。在水流作用下，河岸崩坍多发生在水流顶冲河岸的部位和弯曲河道的凹岸。河流凹岸崩退过程随着弯道的形态不同而变化。对于较平顺的弯道，枯水期水深小，冲刷范围小，岸坡比较平缓。洪水期水深大，水流冲刷力加大，易发生崩岸，但一般强度不大。洪峰开始下降阶段，强度大的水流继续冲刷凹岸深槽，同时地下水渗流压力加强，因此崩岸机会最大。水位下降到中水位以下，深泓逐渐淤高，冲刷坑变小，虽然受地下水的渗流作用，也有崩岸发生，但由于水流较弱，崩坍的泥沙不能及时被水流带走，同时上游过渡段冲下—!!*— 第四章水利水电工程外动力地质作用的泥沙淤在深槽中，凹岸岸脚得到掩护，河岸崩退逐渐停止。曲率大的弯道，一般枯水期深泓紧贴凹岸，发生冲刷崩坍。汛期水位取直，在凹岸区发生回流，深槽淤高。稳定的直线段河床，由于岸坡上水深较小，仅在特大洪水流量时两岸才发生冲刷。影响弯道崩岸的主要因素为：!水流强度，包括流量大小、持续时间长短和水流对河岸的顶冲情况。"河岸土质的抗冲能力，例如沙层和黏土层的厚度。在大流量、洪水延续时间长的季节，如果水流顶冲河岸，而河岸的黏土层又较薄，则崩岸比较剧烈，反之则比较小。河岸崩坍使沿岸农田、房屋、厂矿、码头和取排水工程等坍塌入江河之中，造成重大损失，应根据崩岸的趋势，采取护岸工程措施。潜蚀渗透到地下的水对土体或岩石的侵蚀作用。潜蚀可使土体的结构发生变化，强度降低，形成地下洞穴，导致滑坡和塌陷，破坏地面建筑物基础和地下构筑物。潜蚀可分!类：!机械潜蚀。即在地下水动水压力作用下，土体受到冲刷，其中细颗粒被冲走，使土的结构破坏。"化学潜蚀。即水溶解土或岩石中的易溶盐分，使土或岩石的颗粒间的胶结破坏，结合力削弱，结构松动。机械潜蚀和化学潜蚀一般是同时进行的。土体中潜蚀的产生需具有适宜的颗粒级配及足够的水动力条件。一般当土层的不均匀系数!"#"!$#%$#时，两相互接触的土层渗透系数之比#$"#!%!时，渗透水流的水力坡度（$）大于&或大于临界水力坡度时，均易产生潜蚀，临界水力坡度（$%）按下式计算：$%’（&($）（$(’）)#*&’（+($）式中，&为土颗粒相对密度；’为土的孔隙度。在黄土地区和喀斯特地区易发生潜蚀作用。在此类地区修建工程时，应对地基采取加固措施，建造隔水屏障，增长渗流途径，减少水力坡度，以防止潜蚀发生。地面塌陷由于自然的或人为的作用，在地面下一定深度形成空洞，引起地面下塌陷落的现象。石灰岩地区地下水溶蚀作用形成的地下洞穴系统；黄土地区当下伏有卵砾石层、喀斯特化碳酸盐岩及断层时，易产生潜蚀空洞；人类采矿形成地下采空区等，都在地下形成一定的空间，导致上覆土层或顶板岩层，在重力的长期作用和自然、人为因素影响下，发生下陷或塌落。当塌陷区内地面有居民点或工程设施时，则会造成一定的地质灾害。在石灰岩分布区，最常见的地面塌陷是下伏有喀斯特洞穴含水系统的上覆土层的塌落。当土层为厚度不大的砂性土时尤其容易发生。其形成机制是喀斯特含水系统中的地下水，在暴雨或人为作用下，地下水水位如迅速涨落，对洞穴充填物或上覆土层产生冲掏或潜蚀，形成不断扩大的土洞。土洞顶板厚度减薄到一定程度时，在地震、降雨、或真空吸蚀的作用下，就会塌落形成地面塌陷。这种塌陷的规模取决于地下洞穴和潜蚀土洞的大小。一般来说，地下洞穴的规模愈大，所形成的塌陷规模也愈大，通常直径多在数米至十余米间。中国石灰岩地区有记录的,-.处地面塌陷地带，总计有-万多个这类地面塌陷点，是石灰岩地区最主要的地质灾害。—$$/— 第一篇水利水电工程地质石灰岩分布区另一种地面塌陷是因溶蚀洞穴的顶板厚度过薄，不能承受上覆岩层的重力荷载而塌落，在地面常形成面积较大的塌陷坑。这种塌陷在溶洞发育过程中不乏实例，但在人们的日常生活中并不多见。采空冒落塌陷是由于地下矿床开采、地下工程开挖的采空效应，引起厚度不大的上覆土体或松散破碎岩体塌落而形成的地面塌陷。如果地下采空区面积很大，上覆岩层即使强度较高、厚度较大，也可造成顶板岩层（体）向采空区坍落和上覆岩层的向下弯沉，在地表形成下陷洼地。这种地表沉陷（!"#$%&’!"(!)*’+&’）也会对地表设施造成严重危害。黄土地区的地面塌陷多是由于下伏地层的潜蚀造成空洞，加上自身湿陷形成的。其规模和危害性远较前两者要小。地面塌陷不仅危及地表各种工程建筑物及人们生命财产的安全，影响矿山生产及供水工程的正常运营，而且还会毁坏农田，造成水土流失和地下水污染等。防治地面塌陷需结合具体地质条件进行塌陷灾害预测，采取控制抽排水强度、改变地下水补排条件、灌浆堵洞、加固地基、回填采空压及陷坑等综合治理措施。冰川作用冰川或冰盖活动对地表岩石与地形的改造和建造作用的总称。包括冰蚀作用、搬运作用和堆积作用。冰蚀作用又称刨蚀作用，指冰川及其所携带的岩石碎块沿途对床底及两侧岩石进行磨锉、挖深及拓宽的作用。冰蚀作用的结果，形成一系列的冰蚀地貌，如角峰、刃脊、冰斗、冰窖、,形冰川槽谷和悬谷等。冰川搬运与堆积作用指冰川携带的、通过刨蚀获得的大量碎屑物，及冰川谷两侧落入冰川的风化物与崩塌物，与冰川一起运动，在冰川消融过程就地堆积的地质作用。按碎屑物质堆积的不同位置分别称为底碛、中碛、侧碛和尾碛等。无论是山岳冰川或是大陆冰川，冰川堆积作用均可形成特殊的地貌组合，如冰碛阜、冰碛垅岗、蛇形丘等。对冰川及冰川地貌和堆积物的研究具有重要的实际意义。现代冰川蕴藏着全球-./01的淡水资源，在干旱半干旱地区可供开发利用。全球气候变暖，冰川消融则将引起海平面上升，从而产生严重的环境后果。冰川堆积的研究，可指导找矿，评价水文地质、工程地质条件，开发利用水资源以及探讨第四纪地质发展史。—432— 第五章水利水电工程水文地质第五章水利水电工程水文地质研究地下水的学科。研究大气圈、水圈、岩石圈、生物圈及人类活动相互作用下，地下水的数量和水质时空变化规律，以及研究利用地下水资源或防治其危害的学科。地下水是宝贵的资源，重要的生态环境因子与灾害因子，活跃的地质营力和重要的信息载体。地下水由于其水质良好、分布广泛、变化稳定、便于应用，是理想的供水水源，在干旱地区甚至是唯一的生活、生产用水。富集盐分、含有特殊成分，具有较高温度的地下水，可用于医疗保健、提取有用元素或开发热能。地下水是十分敏感的生态环境因子。过度开发或抽排地下水，以及修建各种水利工程，会使地下水水位大幅度下降或上升，从而引起地面沉降，土地沙化，湿地退化，海水入侵，建筑物地基浸没和强度降低，矿产浸没，以及土壤盐渍化、沼泽化等一系列问题。增大地下水水力坡度，还将改变边坡岩（土）体的渗流场，引起地基土层产生渗透变形，从而导致边坡及建筑物地基破坏，引发地面塌陷。作为地质营力，地下水积极参与喀斯特作用、成壤作用、风化作用、岩浆作用、变质作用及成矿作用。地下水是重要的信息载体。井孔水位、化学组分、气体组分的变化，可作为地震预报的辅助标志。地下水及其沉淀物的化学组成，有助于找矿、恢复古水文地质条件、了解地球深层圈特征。利用含水层储能，利用弱透水层储存核废料及其他废料，利用包气带渗滤处理污水，是当前水文地质研究的热门课题。打井取水使人类摆脱了“逐水而居”的局限，意味着水文地质学的萌芽。中国浙江余姚河姆渡遗址发现的!"##年前的水井，公元前$!#年左右在四川开凿深达%##多&的卤水开采井，说明了中国先民早期的水文地质意识。%’!(年，法国水利工程师达西（)*+,-./）通过砂土实验得出达西定律（渗透定律），标志着水文地质学进入奠基时代。$#世纪中叶，水文地质学已有了比较完整的理论与方法，成为一门成熟的学科。此后，随着计算机技术、遥感技术、数学地质方法、同位素技术、地理信息系统，以及系统理论、管理决策理论的引入，开始了以生态环境问题为主要研究方向的现代水文地质学的新阶段。由地质学与水文学、水力学交叉渗透形成的水文地质学，已形成一系列分支：水文地质学基础、地下水动力学、水文地球化学、区域水文地质学、水文地质调查方法、古水文地质学、供水水文地质学、矿床水文地质学、农业水文地质学、环境水文地质学等。围绕生态环境问题的研究，一系列新的水文地质学分支正在形成中。当前水文地质学的一些薄弱环节，也将是其未来发展的方向，其中包括：包气带水盐—%$%— 第一篇水利水电工程地质运移与数学模拟、裂隙水与喀斯特水的特性及其数学模拟、地下水中溶质运移规律与数学模拟、水岩相互作用、地球深层圈的水文地质条件等。水文地质学是水利工程建设中重要的基础科学。水资源的综合开发利用，农业灌溉工程，供、排水工程，渠道工程，堤防工程，大坝工程，无一不与水文地质科学有密切关系。因此，应用水文地质学的原理和方法进行工程勘察地区水文地质条件的研究，是工程地质勘察的重要任务。查清与各类工程建筑物相关的水文地质条件，是保证建筑物安全和正常运行的重要基础工作。地下水储存在地面以下饱和岩（土）体孔隙、裂隙及溶洞中的水。地下水是水文循环的组成部分，是工业、农业和人畜用水的重要水源。地下水有广义和狭义之分。广义地下水不仅包括饱和带中的水，也包括包气带中的水。后者处于地下水面以上，可直接与大气相通。包气带在靠近地表部分，主要含有气态水和结合水；靠近地下水水面的部位，由于毛管力的作用，水从地下水水面上升到一定高度，形成毛管水带。雨后不久，包气带中还有正在下渗的重力水和滞留在该带上部的悬着毛管水。包气带中有局部隔水层存在时，重力水可在隔水层上积聚起来，成为上层滞水。地下水类型地下水分!种类型：!渗透水。降水和地表水入渗的水。"凝结水。水汽凝结而成的水，它是干旱地区地下水的重要来源。#原生水。地壳深处熔融的岩浆在上升过程中分异出水汽冷凝而成，它是地下热水的主要来源。$埋藏水。海相沉积物形成过程中封存在沉积层内的海水（未淡化或淡化的水）。%脱出水。含结晶水的矿物（如石膏、芒硝和蛋白石等）在高温、高压下脱出而成的自由水。其中渗透水是地下水最普遍的来源。地下水分类中国比较通用的分类是以地下水埋藏条件为依据，结合考虑地下水的成因和水动力条件，进行综合分类。地下水分潜水、承压水"类。!潜水。处于地下水面以下第一个具有自由水面（称为潜水面）的含水层中的水。潜水含水层上面一般不存在隔水层，直接与包气带相连，故可通过包气带接受降水和地表水体等的补给。潜水面不承压，通常在重力作用下水由高处向低处流动，形成地下径流。潜水可通过包气带或植物吸收而蒸发，这就是潜水蒸发。"承压水。处于地下水面以下，贮存于任意两个弱透水层之间的具有承压性质的饱和水。它的水压力大于大气压力，受重力和正的静水压力作用。当凿井达到该层时，若承压水头高出地面，可成为自流水。地下水的物理化学性质（#）地下水的主要物理性质有：!温度。由埋藏条件和补给条件所决定。在近地面处，受地温的影响较大，有日和年等周期变化；在地下深处，水温比较稳定；在灌溉季节，潜水水温受灌溉水温的影响。"透明度。取决于水中固体与胶体悬浮物的含量。#颜色。取决于水的化学成分及悬浮的杂质。$味觉。取决于水的化学成分，例如，含氯化钠的水有咸味。含硫酸钠的水有涩味等。%嗅觉（气味）。取决于水中所含气体成分与有机物质，例如硫化氢气体使水具有臭味。气味的强弱与水温有关，一般在温度较高时才能辨别。—#""— 第五章水利水电工程水文地质（!）地下水的主要化学性质有：!离子成分。地下水中分布最广、含量较多的离子有"种，即钾（#$）、钠（%&$）、镁（’(!$）、钙（)&!$）、氯（)*+）、硫酸根（,-!+）、重碳酸根.（/)-+）。"硬度。其大小决定于钙、镁离子的含量。#矿化度。是单位重量水中所含0各种离子、分子和化合物的总量，通常以水在123451124温度下烘干后的涸残渣来表示。$氢离子浓度。以6/值表示，中性水为"，碱性水大于"，酸性水小于"。除上述的一般情况外，有些地下水水质呈地区性分布，如受工厂排泄水影响的地下水，含有各种有毒有害的元素，即为污染的水；又如含有氮元素的地下水，称为肥水，对农作物有一定的肥效。地下水动态指地下水水位、水量、水质和水温等主要要素随时间和空间变化的现象和过程。地下水运动地下水由水位差（或水头差）引起其在岩（土）孔隙中的流动，或称为渗透或渗流，其运动形式有层流和紊流!种。由于地下水渗流远较地面水流缓慢，一般为层流；在大裂隙或空洞中可能出现紊流。有时，即使在宽大的空隙中水流仍然为层流状态，这是由于岩层中空隙发育不均匀，顺着水流方向宽大空隙与细小空隙交替出现，细小空隙限制了水的流速。潜水地表以下饱水带中第一个具有自由水面的含水层中的重力水。潜水的自由表面称潜水面，通常为坡度缓于地形坡度的曲面。潜水面上任一点的高程称该点的潜水水位。将潜水位高程相等的各点相连，即得等水位线图。根据等水位线图，可以判断地下水流向与水力坡降。潜水面距地表的铅直距离称潜水埋藏深度。潜水面到隔水底板的铅直距离称潜水含水层厚度。由于潜水含水层之上不存在隔水层，因此，其分布范围均可接受大气降水或地表水的补给。潜水的排泄主要有!种方式：一种是在重力作用下从高处流向低处，以泉或以出渗的形式排向地表或地表水体；另一种是以蒸发或叶面蒸腾的方式经由包气带排向大气。此外，潜水可以接受承压水的补给或向承压水排泄。潜水还可接受水库、渠道及灌溉回归水等人工补给；也可在人为条件下（井孔采水、矿坑排水等）排泄。潜水易受当地气候和水文因素影响而呈现明显的季节性变化，动态变化大。由于积极参与水循环，潜水资源容易得到补充恢复；但是，通常含水层厚度有限，一般缺乏多年调节能力。同时，由于接近地表而易被污染。潜水水质差别较大，湿润气候下多为淡水；干旱气候下，径流条件差，埋藏较浅时，常易形成含盐量高的水。潜水面的深浅是影响生态环境的敏感因素。潜水埋藏过浅，会引起土壤沼泽化与盐渍化。潜水埋藏过深，则引起土壤沙化。潜水也是许多地区人类赖以生存的水资源。多数情况下，潜水是水利工程各类建筑物最常遇见的主要含水层类型。因此，在水利工程建设中，对潜水水文地质条件的勘察研究是一项十分重要的工作。承压水充满于两个隔水层之间的含水层中的地下水（见图3+1）。承压含水层上面的隔水层称隔水顶板，下面的隔水层称隔水底板。顶底板之间的垂直距离称承压含水层厚度。—1!0— 第一篇水利水电工程地质图!"#承压含水层构造示意图凿井时，揭穿隔水顶板底面时测得的是初见水位。随之，水位上升到顶板以上一定高度稳定后，此时的水位称稳定水位，其高程即为该点的测压水位（或称承压水位）。稳定水位高出含水层顶板底面的距离称承压水头。承压水与潜水不同，其含水层顶面承受的压强大于大气压强（表现为承压水头）。将承压含水层测压水位相等的点连线，可得到等测压水位线（等水压线、等势线）图。据此，可以判断其流向和水力坡度。但是，与潜水的等水位线图表征实际的潜水面不同，承压水的测压水面只是一个虚构的、而非实际的水面，它只表示打井时稳定水位的出现高度。通常，承压含水层只能在缺失隔水顶板且位置较高的地方———补给区接受补给，而向缺失隔水顶板且位置较低的地方———排泄区排泄，其间则为承压区。如果承压区的测压水位高出地表，凿井后井水可自行溢出称自流水。当隔水顶底板为松散沉积物或具有裂隙时，构成弱透水层，此时，承压含水层可通过弱透水层接受相邻含水层的越流补给，或产生越流排泄。承压水与外界的联系程度，取决于地质结构。地质结构愈是封闭，与外界联系愈弱，受气候、水文因素的影响愈小，动态愈稳定，水的交替循环愈弱，水质愈差。由于补给受到限制，承压水的水资源开采后不易恢复。但是，由于承压含水层规模大，具有多年调节性，它的资源往往被高估。承压水不易被污染，但是一旦遭受污染，难以治理。在干旱、半干旱地区，承压水是重要的水资源之一；而对于水利工程建设，承压水则常常对建筑物的稳定和施工带来不利影响。孔隙水赋存于松散沉积物孔隙中的地下水。由于孔隙的相互连通性，孔隙水具有分布连续，同一含水系统中的水具有水力联系和统一的地下水面，水量比较均匀等特点。不同成因类型的松散沉积物，如洪积层、河流冲积层、湖积层、三角洲沉积及黄土，赋存于其中的孔隙水具有不同特征。山前冲洪积扇的砂砾石层，形成巨厚的潜水含水层；自山前向平原与盆地内部，砂砾与黏性土交互成层，构成多个承压含水层，地下水埋深由深变浅，水质由好变差（见图!"$）。河流漫滩及阶地堆积物，常呈二元结构，上部多为细粒土，下部为砂砾石层，地下水主要埋藏于下部砂砾石层中。冲积平原中，游荡的河床构成纵向延伸的多个带状含水层，富水性不强但分布比较均匀。湖积层由湖盆边缘向湖心颗粒由粗变细。滨岸地带由于沉积物颗粒较粗，可构成良好的含水层；过渡地带，砂砾层与黏土互层构成承压含水层，富水性强而不均匀，水体交替较差，资源不易得到补充。黄土高原地下水的分—#$%— 第五章水利水电工程水文地质布，受地形切割程度控制。地形完整的黄土塬，地下水较为丰富，地下水由黄土塬的中心向四周辐射状散流，埋深由深变浅，水质由好变差。平原深层孔隙承压水，由于含水层厚度大，富水性好，常被作为重要水源加以开采。但是，实际上它的补给有限，所开采的水量大多来自黏性土压密释水，开采后水位迅速降低，会引起永久性地面沉降。图!"#洪积扇水文地质示意剖面图$—基岩；#—砾石；%—砂；&—黏性土；!—潜水水位；’—承压水测压水位；(—地下水及地表水流向；)—降水补给；*—蒸发排泄；$+—下降泉；$$—井，网点部分有水包气带水赋存于地表以下、潜水面以上包气带中的地下水。地表以下，地下自由水面以上的地带称为包气带，包气带又称通气层、过滤带。包气带中固、液、气三相共存，因此，除了重力势外，还存在基质势，即介质吸附水分的负势。包气带中，空隙壁面存在结合水，细小空隙中存在毛细管水，此外还有重力水。自上而下，包气带分为土壤水带、过渡带及（支持）毛细水带。土壤富含有机质，能保持水分以供植物（作物）吸收。大气降水、灌溉水等通过土壤下渗时，一部分以悬挂毛细管水形式保持于土壤层中，形成田间持水量。土壤水消耗于土面蒸发与植物蒸腾，含水量季节变化很大。潜水面上以毛细管上升方式形成支持毛细管水带，其下部毛细管水趋于饱和，为饱和毛细管水带，向上毛细管水含量逐渐减少。土壤水带与毛细管水带之间为过渡带，其中赋存悬挂毛细管水、过路毛细管水及重力水。当潜水面埋深较浅时，过渡带消失，毛细管水带与土壤水带相接。干旱气候下，上升的毛细管水蒸发将盐分积累于土壤层，便发生土壤盐渍化。当潜水面极浅，饱和毛细管水带达到地表，与土壤水带相接时，发生土壤沼泽化。土壤水是作物唯一可利用的水源。在中国的华北地区，降水有(+,的份额转化为土壤水。降水通过包气带入渗补给地下水；包气带入渗机理的研究意义重大。包气带的过滤作用与微生物的降解作用，对污水净化起着重要作用。加强包气带水这一薄弱环节的研究，是水文地质学发展的重要课题。—$#!— 第一篇水利水电工程地质裂隙水赋存于岩体裂隙中的地下水。按含水介质裂隙的成因，可分为风化裂隙水、成岩裂隙水与构造裂隙水。按埋藏条件，可以是潜水或承压水。与孔隙水比较，裂隙水分布不均匀，水力联系不好，介质的渗透性具有不均一性与各向异性。风化裂隙水赋存于岩体的风化带中。风化作用与卸荷作用决定了岩体的风化裂隙带在近地表处呈壳状分布，通常厚数米至数十米。裂隙分布密集均匀，连通良好的风化裂隙带构成含水层，未风化或风化程度较轻的母岩构成相对隔水层。因此，风化裂隙水一般为潜水。被后期沉积覆盖的古风化壳，也可赋存承压水。风化裂隙水通常分布比较均匀，水力联系较好，但含水体的规模和水量都比较局限。成岩裂隙水赋存于各类成岩裂隙中。成岩裂隙是沉积岩固结脱水及岩浆岩冷凝收缩形成的裂隙。一般情况下，成岩裂隙多为闭合，不构成含水层。陆地喷溢的玄武岩裂隙发育且张开，可构成良好含水层。岩脉及侵入岩体与围岩的接触带，冷凝后可形成张开的呈带状分布的裂隙，赋存带状裂隙水。熔岩流冷凝过程中未冷凝的熔岩流走，在岩体中留下的巨大熔岩孔道，形成管状含水带，可成为强富水的含水层。构造裂隙水赋存于各类断裂构造之中。构造裂隙是固结岩石在构造应力作用下形成的最为常见的裂隙。构造裂隙水以分布不均匀、水力联系不好为其特征。在钻孔、平硐、竖井及各种地下工程中，构造裂隙水的涌水量、水位、水温与水质往往变化很大。这是由于构造裂隙的分布密度、方向性、张开性、延伸性极不均一所造成的。一般说来，层状岩层中，构造裂隙发育较为均匀，在层面裂隙的沟通下，构造裂隙水的水力联系较好。块状岩体中构造裂隙发育极不均匀，通常可分为!个级次的裂隙空间：细短闭合的小裂隙构成的微裂隙岩体；张开且延伸较长的中等裂隙构成的导水裂隙网络；大裂隙与断层构成的局部导水通道。当钻孔或坑道进入微裂隙岩体时，水量微不足道；遇到裂隙网络时，出现较大水量；触及大的裂隙导水通道，水量十分可观。裂隙岩体的渗透性，由于裂隙的性质及发育的方向性而具有各向异性。同时，随着空间尺度增加，宽度较小的裂隙交接处增加，裂隙网络的渗透参数将会降低，这就是裂隙岩体的尺度效应。河谷地带的裂隙岩体中，往往存在两类互相独立的裂隙网络系统，在浅表部连续分布的裂隙网络中，为浅循环水；在深部存在相对封闭而又连通的裂隙网络中，则为深循环水。在裂隙岩体中开采或排除地下水时，要根据裂隙水的特点布置钻孔与坑道。在裂隙岩体中修建水利工程时，要充分考虑裂隙水的复杂性。渗漏计算，排水孔（幕）和灌浆工程的设计，都应充分考虑裂隙岩体渗透性的不均一性、各向异性和尺度效应。喀斯特水赋存于可溶性岩层的溶蚀洞穴与裂隙中的地下水，又称岩溶水。喀斯特水对可溶性介质进行差异性溶蚀，不断扩展原有的空隙，形成大小悬殊的孔穴与通道。赋存于强烈喀斯特化岩层中的喀斯特水，水量大且分布极不均匀，一定条件下，可在数百乃至数千平方公里内形成统一的地下河系。广布地表的落水洞、漏斗利于吸收降水，有时甚至将整条河流转入地下，通过通道构成的地下河系，集中形成流量高达几立方米每秒乃至几十立方米—$#"— 第五章水利水电工程水文地质每秒的喀斯特泉或泉群。在典型的喀斯特山区（高原），喀斯特水深埋地下数百米，成为缺水的干旱山地和石漠；地势低下的河谷、洼地或山前地带为排泄区，泉水喷涌，水量丰富。灌入式的迅速补给，强烈的地下径流，使喀斯特水水位变化强烈，泉的流量动态变化大。由于径流迅速，循环交替快，喀斯特水一般是矿化度相当低的重碳酸盐水。由于裸露可溶岩区缺乏过滤作用，喀斯特水易于遭受污染。喀斯特水的含水介质，由细小的溶蚀裂隙与巨大的洞穴与管道组成，因此，在同一含水层中，承压水流与无压水流同时并存，细小空隙中的层流与巨大通道中的紊流并存。通常，喀斯特水具有统一地下水水位。但是，在地壳上升与停顿交替发生的情况下，有可能形成多层喀斯特通道，从而出现不统一的地下水水位。中国的南北方，喀斯特水的形成条件有很大不同。碳酸盐岩的发育特点，南方多为连续厚层，北方多为层状；地质构造上，南方多为褶皱，北方多为单斜；气候方面，南方湿热，北方偏于干冷。因此，南方的喀斯特发育强烈，喀斯特水常发育为地下河系形式，具有上述典型的喀斯特水特征（见图!"#）；北方喀斯特发育较弱，基本上不存在地下河系，喀斯特水分布相对均匀，只具备上述喀斯特水的部分特征，通常以单个大泉形式出现。图!"#四川芙蓉江坝址$%&喀斯特（芭蕉洞）水量丰富而集中的喀斯特水，是理想的供水水源。喀斯特地区的奇峰异洞和大泉，是宝贵的旅游资源。水量大而分布极不均匀的喀斯特水，常构成采矿的重大威胁。易于渗漏的喀斯特化岩层，难以掌握的喀斯特水的活动规律，常常成为水利工程地质勘察的重要研究课题。岩溶水见喀斯特水。—&(’— 第一篇水利水电工程地质含水层能够透过并给出一定数量水的饱水岩层。含水层透过与给出水的能力，主要取决于岩层空隙（孔隙、裂隙、喀斯特通道等）的大小、多少以及含水岩层的厚度。通常用单井出水量、单位涌水量以及泉的流量来判定含水层的富水程度（富水性）。砂砾石层、裂隙发育的基岩、岩溶发育的可溶岩，均是富水性强的含水层。如果含水层的性质均一，不同地段含水层的渗透系数大致相同，则称为均质含水层，反之则为非均质含水层。含水层的概念具有相对性。例如，一个给出水量有限的岩层，在水源匮乏、供水需求不大的情况下，可以看作含水层；而在水源丰富、供水需求大时，在实际工作中就不作含水层看待。再如，一种渗透性低的岩层，从供水角度不能看作含水层；但从产生浸没，构成坝基扬压力，边坡及地下洞室外水压力的角度，就应将其看作含水（透水）层。根据地下水的埋藏条件和受力状态，可将含水层分为潜水含水层和承压含水层；根据含水介质的类型，含水层又可分为孔隙含水层、裂隙含水层和喀斯特含水层。!孔隙含水层。容水空间为松散沉积物中颗粒间的孔隙，这类含水层多呈层状，分布广泛。"裂隙含水层。容水空间为基岩中各种成因的裂隙，裂隙含水层多呈带状或脉状分布。#喀斯特含水层。主要分布于喀斯特地区，储水空间为各种可溶性岩石中的溶洞、溶隙和喀斯特管道系统。查明地下水含水层的分布、类型、富水程度、渗透性大小，对地下水资源开发利用和水利工程建设，都具有实际意义。隔水层不能透过与给出水量，或者透过与给出的水量极其微小的岩层，又称不透水层。隔水层的确定是以岩层渗透性的大小作为划分标准。通常将黏性土及由黏粒、粉粒为主形成的坚硬岩类（如页岩、黏土岩、板岩）划为隔水层；裂隙极不发育的块状岩类如结晶岩、变质岩（碳酸盐岩类变质岩除外）也作为隔水层看待。隔水层只是一个相对的概念，实际上，自然界不存在完全不透水的岩层。某一岩层是否隔水，取决于所涉及的使用条件。为供水目的，给出水量过小、缺乏实际供水意义的岩层，便是隔水层。水利工程为评价坝基、坝肩的渗漏及考虑降低作用在建筑物上的地下水的水压力时，为确保工程的安全，只有渗透性极低的岩层（岩体）才能看作隔水层，通常是把渗透系数（!）小于!"#$%&’(或吕荣值小于!)*的岩（土）体定为相对隔水层；在渗漏计算中，常把渗透系数小于透水层渗透系数百分之一的岩（土）体称为隔水层，但标准不是固定的，还需结合工程建筑物的特点和规模具体制定。)"世纪+"年代，雅可布（,-.-/0%01）提出越流概念以后，人们开始认识到，原先看作隔水层的某些岩层（如黏性土、裂隙稀少的基岩等），在较大的水力坡降驱动下，通过其分布面积相当大的断面，可以发生有实际意义的越流，因此，将此类岩层称为弱透水层（23*45267，(8&4986:40*(;2<86）。弱透水层是本身能够给出的水量微不足道、但通过它可以发生越流的岩层。—!)=— 第五章水利水电工程水文地质泉地下水的天然露头。地面与含水层或含水通道的相交点，地下水出露成泉。泉常见于山区、丘陵与山前的沟谷与坡脚地带。根据补给泉的含水层特征，可分为下降泉与上升泉。下降泉是潜水或上层滞水的天然露头；上升泉是承压水的天然露头。根据成因，下降泉主要可分为侵蚀泉、接触泉与溢流泉。沟谷切割达到潜水含水层，地下水出流形成侵蚀泉［见图!"#（$）、（%）］。地下水沿含水层与隔水层接触处溢出，形成接触泉［见图!"#（&）］。由于岩性变化或隔水底板上凸，地下水前进方向受阻，溢流形成溢流泉［见图!"#（’）、（(）、（)）、（*）］。上升泉根据成因，主要分为侵蚀泉、断层泉与接触带泉。地形面切穿承压含水层隔水顶板时，涌现侵蚀上升泉［见图!"#（+）］。沿断层上升的地下水，在地面高程低于测压水位处，涌溢形成断层泉［见图!"#（,）］。岩脉或侵入体与围岩接触带，常形成导水通道，沿此类接触带上升的泉，便是接触带泉［见图!"#（-）］。除成因分类外，还有根据其他特征分类与命名的泉。例如，喀斯特含水层补给的喀斯特泉，水温高的温泉与热泉，有医疗保健价值的矿泉，间歇喷发的间歇泉，海底涌出的海底泉等。图!"#泉的类型示意图.—透水层；/—隔水层；0—坚硬基岩；#—岩脉；!—风化裂隙；1—断层；2—潜水水位；3—测压水位；4—地下水流向；.5—下降泉；..—上升泉进行工程地质、水文地质勘察时，泉的调查具有重要意义，可以获得大量宝贵信息。例如，根据泉的分布，可以判断含水层与隔水层以及断层的位置和导水性；统计某一地层中泉的流量，可以判断其富水性；根据泉的动态，能够判断含水层的补给、径流与排泄条件；滑坡体上泉的成排分布，常是滑坡剪出口的位置；岩溶地区对泉水的研究是研究岩溶发育规律，判断岩溶通道和岩溶渗漏的重要基础资料。泉还有众多的实际利用价值。流—./4— 第一篇水利水电工程地质量很大且稳定的泉，是良好的供水水源；有医疗保健意义的矿泉，是建立矿泉疗养院与开发饮用矿泉水的基础；温泉、热泉与间歇泉，是地热利用的资源。地下水蓄水构造由含水层（带）与隔水层组合构成的蓄集地下水的地质构造。根据蓄水构造的岩石特征分为：基岩蓄水构造和松散堆积蓄水构造!大类。（"）基岩蓄水构造。包括：!块状岩体蓄水构造。由裂隙发育的块状岩浆岩和块状变质岩形成的蓄水构造。包括风化裂隙蓄水构造、侵入接触蓄水构造、岩脉蓄水构造等。"层状岩体蓄水构造。如近水平地层蓄水构造、单斜地层蓄水构造、向斜蓄水构造、背斜蓄水构造等。#断裂蓄水构造。以断裂破碎带（包括断层影响带）作含水带，透水性弱的两盘岩石作为隔水边界而形成的蓄水构造。$喀斯特蓄水构造。以岩溶发育带为蓄水空间，非可溶性岩石或喀斯特不发育带作为相对隔水边界的蓄水构造，如中国南方发育的地下暗河系及中国北方的地下径流带（地下水脉）。（!）松散堆积蓄水构造。由第四系（纪）松散沉积物形成含水层与隔水层构成的蓄水构造，包括山前洪积扇、湖积盆地、河谷冲积层和古河道等蓄水构造。地下水循环含水层中地下水交替更新的过程。大气降水和地表水渗入地下岩（土）体成为地下水，并在岩（土）体中流动，至排泄区或揭露点排出，构成一个补给—径流—排泄的地下水循环过程。地下水循环是自然界水循环的一个组成部分，地下水的循环速度关系到含水层中地下水的可采储量（动储量）和水质。循环速度愈快，地下水的可采储量愈充沛，水的矿化度也较低。表示地下水循环速度的方法很多，一般以一定时间内，含水层中地下水的交替更新次数，即含水层的年排泄水量与含水层静储水量之比，即交替循环系数!#"#$表示。式中，"为含水层地下水年排泄量，$%；$为含水层静储水量，$%。据研究，在雨量丰沛区，排水条件良好的情况下，潜水含水层地下水交替循环系数为&’"("&，甚至大于"&；承压含水层地下水交替循环系数一般小于&’"；当缺乏充足的补给，排水条件差，且含水层分布范围很大时，该系数可能很小，地下水循环基本处于停滞状态。地下水循环有%种形式：!垂直循环。潜水含水层受大气降水或地表水入渗补给及蒸发排泄，是包气带地下水循环的基本形式。"水平循环。含水层中地下水以接受侧向补给为主，经过横向径流至排泄区，以泉或其他的形式溢出，多出现在潜水含水层的饱水带及承压含水层。#混合循环。垂直循环和水平循环两者兼有的含水层，多出现在潜水含水层的地下水季节变动带。地下径流沿潜水层或隔水层间的含水层，向河流、湖泊、沼泽、海洋汇集的地下水水流，是径流的组成部分。大气降水落到地面后，经过下渗和渗漏过程到达潜水面。潜水沿重力势能递减方向流动，补给河流、湖泊等，形成地下径流；河流切穿隔水层，上下隔水层之间含水—"%&— 第五章水利水电工程水文地质层中的承压水沿着压力势能递减方向流动，补给河流、湖泊等，也形成地下径流。在水文计算中，通常采用分割基流的方法估算一次洪水过程中的地下径流量（图!"!）。图!"!复式洪峰流量过程线分割图浅层地下径流和河道水流通常存在以下几种水力联系：!周期性水力联系，见图!"（#$）。洪水期河水位高于潜水水位，河水补给地下径流；枯水期，潜水水位高于河水位，地下水补给河水，这种情况常见于大河的中下游。"单向水力联系，见图!"#（%）。无论汛期和枯季，河水位均高于潜水水位，河水不断补给潜水。这种情况常见于山前冲积扇地区、河网灌区、某些河床高于地面的地上河两岸。#间歇性水力联系，见图!"#（&）。河流切穿不透水层，洪水期河水位高于潜水位，河水补给潜水；枯水季河水位低于不透水层，与潜水位不发生联系，此时潜水只能在河岸出露，以泉的形式补给河水。此种情况常见于丘陵、半山区的河流。$无水力联系，见图!"#（$）。潜水层较薄，河流下切不透水层以下很深，河流洪水位和枯水位始终低于潜水位，潜水只能以泉的形式出露补给河流，浅层地下径流和河道水流之间的水力联系对调节河道径流有一定意义。图!"#浅层地下径流与河道水流关系示意图地下径流是多数河流在枯水季的补给水源。地下径流集流缓慢，当地下径流在河流诸补给水源中占较大比例时，河流径流过程将变得平缓。—’(’— 第一篇水利水电工程地质地下水水位地面以下重力水自由水面的高程。在重力作用下，沿土壤中非毛管孔隙由上向下移动的水称为重力水，在水文地质学中称下渗重力水。通常分为：上层滞水水位、潜水水位和承压水水位。上层滞水水位，局部隔水层上积聚的重力水自由水面的高程；潜水水位，地面以下第一个稳定隔水层以上重力水自由水面的高程；承压水水位是指承压水含水层上部隔水层被揭穿后涌出水柱的水面高程。承压水的水头高度，则是指承压水水位高出承压含水层顶板底面的高度。地下水水位主要是通过勘探坑孔钻（掘）进过程中的简易水文地质观测和地下水动态长期观测获得，此外还可以根据稳定泉水的分布高程判断获得。通常钻孔中的地下水水位分为初见水位、终孔水位和稳定水位。初见水位是钻进过程中首次遇到的孔内水位。初见水位随着孔内水文地质条件的变化而不断发生变化。终孔水位是钻探工作结束后所测得的地下水水位，是钻孔所遇地层水文地质条件的综合反映。稳定水位则是代表钻孔所通过的含水层的稳定水位。当一个钻孔穿过多个含水层时，如不分层止水，得到的稳定水位只是一个混合水位，并不代表某一含水层真正的稳定水位。当钻孔所通过的地（岩）层水文地质条件（含水层类型、岩体渗透性和水动力条件等）复杂时，对从钻孔简易水文地质观测所获得的地下水水位要认真进行分析，排除各种假象后才能加以应用。有关长期观测孔中地下水水位观测内容，参见地下水动态观测。地下水水位是反映地下水运动最敏感的因子，是研究一个地区水文地质条件的重要资料。在水利水电工程建设中，地下水水位是研究许多重要工程地质问题的关键性资料。如水库、渠道渗漏，水库周边的地下水浸没，边坡在地下水活动影响下的稳定性，建筑基坑、地下洞室的涌水、突水，地下管道的外水压力等，都与地下水水位密切相关。因此，运用各种方法，主要是通过钻探取得一个地区不同含水层的地下水水位资料，是工程地质勘察的主要任务之一。在分析评价与地下水有关的工程问题时，地下水水位资料最佳的表述形式是，不同时期的地下水等水位线图（或等水势线图）及地下水水位历时曲线图。地下水补给地下水含水层自外界或相邻含水层获得水量的过程。地下水的补给方式有降雨入渗、灌溉入渗、河渠渗漏、山前和邻区侧向补给，以及相邻含水层的水量转移等。降雨入渗补给降雨入渗的水量，首先补充地下水面以上土层。在地下水埋藏较浅的地区，地下水面以上土层内可能蓄存的水量较少，大部分降雨入渗的水量可以直接补给地下水。在地下水埋藏较深的地区，降雨入渗水量很大一部分蓄存在地下水面以上土层中，直接补给地下水的水量相对较少。降雨主要通过汇集径流的沟渠、坑塘、洼地渗漏补给地下水。降雨对地下水的补给量一般采用经验方法计算，例如用降雨量乘以降雨入渗补给系数（!）求得；考虑前期降雨影响的降雨量与降雨入渗补给量之间的相关分析法；降雨量与补给量的经验关系法等。降雨入渗的补给量，一方面取决于降雨时渗入土壤的水量，另一方面也取决于地下水面以上土层能够蓄存的水量。因此，对于某一地区，降雨入渗补给量主要受降雨量、雨型、—#"!— 第五章水利水电工程水文地质地下水埋深、土质等因素的影响。在有长期地下水动态观测资料的地区，可根据动态观测资料进行分析计算。灌溉水入渗补给灌溉对地下水的补给包括两部分，一部分是田面灌水入渗补给，另一部分是灌溉渠系渗漏补给。（!）田面灌水入渗补给。在田面灌水时，若灌水量超过地下水面以上土层的蓄水能力，一部分灌溉水将补给地下水。灌水入渗规律与降雨入渗基本相同，其影响因素主要是土壤条件、一次灌水量的大小、灌水前地下水埋深等。一般以试验资料确定。（"）灌溉渠系渗漏补给。对小型灌溉渠道，特别是田间灌溉渠道，由于数量很多，且分布较均匀，一般可按渠系水利用系数进行估算，其补给量如式（#$!）所示：!"%!（!$!）#（#$!）式中，!"为支（或斗）渠以下渠系在一定时段内对地下水的补给总量；!为渠系引进总水量；为渠系水利用系数；#为渠系渗漏对地下水的补给系数。!河流或大型沟渠的渗漏补给当河流或大型沟渠的水位高于两侧地下水水位时，对地下水的补给量一般可以根据河流水文测验和渠系水观测资料确定，也可根据河流和沟渠两侧地下水观测井资料估算。在后一种情况下，单位长度河渠对一侧的补给量为$%!%&’（#$"）式中，%为含水层渗透系数；!&为地下水含水层平均厚度，&；’为实测地下水水力坡降。一些地上河或某些河流的高水位期以及填方输水渠道通过渗漏补给地下水的水量是很大的。越层补给在两个相邻含水层之间，如果存在一定的水位差，则压力高的含水层将向压力低的含水层补给水量。当进行潜水开发时，若潜水位下降至低于相邻承压含水层的压力水位，则下部承压含水层将通过弱透水层向上部潜水含水层补给，这种越层补给也称为顶托补给。越层补给量的大小，一方面决定于弱透水层的厚度（&）和渗透系数（%），另一方面也决定于含水层之间的水位差（!(）。越层补给强度可表示为"%%!(（#$’）)地下水的侧向补给由于地下水含水层是一个连续的整体，开采引起的地下水水位下降将使开采区周边的地下水水力坡降增大，形成的地下水水位下降漏斗自开采区向外扩展，从而发生开采区周围地下水向开采区补给的情况。这些来自开采区以外的补给也称为周边补给。在开采区水位下降漏斗的范围尚未达到含水层边界（或地下水侧向补给源）以前，这种相邻地区的补给只是含水层水量在空间上的重新分配，对整个含水层而言，地下径流并没有变化。仅当开采区的地下水下降漏斗范围扩展到补给边界后，含水层形成了新的补给排泄条件，这时，由于地下水水力坡降增大，地下水侧向径流才加大。上述几种地下水补给方式，对潜水都是存在的。但对于承压水，由于承压含水层上下均有透水性较弱的隔水层阻隔，不能直接承受当地天然降雨、河渠和灌水的入渗补给，地下水的补给主要来自相邻含水层之间的越层补给和开采区外的地下水侧向补给。明确地—!’’— 第一篇水利水电工程地质下水补给来源是合理开发利用地下水和拟定排水措施的重要依据。地下水动态地下水的水位、水量、水温、水质等要素随时间的变化。地下水水量、热量、能量与盐分的收支关系（地下水均衡），决定着地下水各要素随时间的变化。例如，补给水量大于排泄水量，使地下水水量增加，地下水水位抬升。地下水动态是地下水均衡的外部表现。影响因素有自然因素与人为因素。（!）自然因素。包括气象、水文因素与地质因素。!气象（气候）因素。对地下水动态影响最为明显。雨季，降水入渗补给，使地下水水量增加，地下水水位抬升，矿化度降低；旱季，随着径流与蒸发，地下水水量消耗、水位下降，矿化度提高；由此形成地下水周而复始的季节变化。气候变化则使地下水呈现相应的多年性变化。"水文因素。与地表水体（河、湖、海等）相通的地下含水层，与地表水体发生补给、排泄关系，从而呈现与水体大体同步的变化，其变化幅度随距水体的距离，由近而远逐渐减小。#地质因素。气象（气候）因素决定了地下水动态的基本模式，而地质因素通常影响变化的幅度与敏感度。例如，岩体渗透性的强弱，岩性的均匀程度，喀斯特化岩体的喀斯特发育程度，均影响地下水动态变化的敏感性。承压水在补给区变化迅速且变化幅度大，随着远离补给区，幅度变小，变化滞后、延迟。对于潜水，随着包气带厚度增大，潜水位变化幅度愈小，变化滞后与延迟的时间愈长。地震等剧烈的地质作用，则可使地下水动态发生突然变化。（"）人为因素。对地下水动态的影响，在许多地方已经超过天然因素。!开采或排除（如城市供水、农田灌溉抽取地下水，采矿排水、农田排渍等）地下水。地下水的动态往往取决于地下水采排量的变化，当采排量大于地下水补给量时，地下水位逐年降低。"修建水库。使周围地区的地下水接受更多补给，可能使地下水淡化；也可能由于抬高水位引起土壤盐渍化，最终使地下水矿化度提高；其动态则受水库水位变化的控制。#灌区灌溉水的入渗，使灌区地下水动态同时反映灌溉与气象变化的影响；大量使用农药与化肥，会使地下水水质恶化或水温提高。$城市厂矿工业三废与生活污水的排放。将导致地下水水质恶化与温度改变。%滨海地区采排地下水。可能导致海水入侵，引起地下水咸化。类型根据不同的影响因素与不同研究要求，可将地下水动态划分为不同类型。例如，潜水动态可以划分为渗入一蒸发型与渗入一径流型：前者以垂向蒸发为排泄去路，最终导致地下水浓缩咸化，通常出现于干旱、半干旱平原与盆地；后者以侧向径流为排泄去路，最终导致地下水淡化，通常出现于湿润气候下的山区与山前倾斜平原。在水利工程地质勘察中，常将地下水动态分为敏感型、滞后型和不敏感型，以反映相关含水层的渗透性，以及其与大气降水、地表水体与人类活动的联系程度。研究意义与研究方法（!）研究意义。地下水动态是地下水形成条件的综合反映，因此，许多水文地质问题的最终解决，往往需要依靠地下水动态分析。分析地下水动态，可以解决一系列理论与实际问题。例如，分析地下水动态，有助于查明补给来源，查明地下水与地表水体的联系，以及不同含水层之间的联系。多年的动态观测成果，是地下水资源评价的依据，也是进行数学模拟以及验证其结果的主要依据。开采地下水，必须进行地下水动态观测，以验证资源—!$#— 第五章水利水电工程水文地质评价的可靠性，监测水量、水质的变化趋势，以便及时采取调整措施。灌区地下水动态的观测与分析，有助于避免次生的土壤沼泽化与盐渍化。在拟建库区与邻谷间布置地下水动态观测，对于判定库区蓄水后是否会向邻谷渗漏，以及计算可能渗漏量，都是十分必要的。（!）研究方法。!地下水动态观测。是地下水动态研究的基础。"地下水均衡计算。通过大气降水、地表水、地下水收支（补给与排泄）项的总量平衡，计算并预测地下水动态变化趋势。#数字模拟。将地下水水位、水量、水温、水质等要素，以及相关的影响因素，进行集中参数的模拟分析（如回归分析），或进行分布参数的模拟计算（如解析、数值模拟），以进行地下水动态预测等。地下水分水岭两个相邻地下水流域之间地下水水位最高点的连线。地下水分水岭所在处，地下水向两侧相背分流，因此，构成相邻两个地下水流域的分界。对于岩性单一、渗透性较低的非可溶性岩石（如一般的孔隙含水层和裂隙含水层），地下分水岭的位置一般与地表分水岭相一致。但是，当两侧岩层的渗透性有差别，或地下水排泄基准高程不同时，地下分水岭的位置就会偏向渗透性较弱或排泄基准高的一侧，从而与地表分水岭不一致。在喀斯特发育区，当存在两个初始排泄基准不同的喀斯特水系统时，排泄基准低的系统构成较强的势汇，吸引较多水流，从而发生较强的溶蚀作用，地下水分水岭就偏向排泄基准高的一侧；随着溶蚀作用的不断进行，排泄基准低的一侧的岩体渗透性愈来愈强，吸引的水流愈来愈多，最终袭夺排泄基准较高的一侧的喀斯特水系统，成为无地下水分水岭的统一喀斯特水系统。地下水分水岭的平面位置与高程，除受岩体渗透性、地下水的补给与排泄条件控制外，也受人类开发地下水和水利工程建设的影响。地下水分水岭的研究是水文地质勘察的重要内容之一。一般是通过测量不同地点的泉、水井、钻孔或坑道的地下水稳定水位（尤其是地下水水位低的时期），绘制地下水等水位线图，以确定地下水分水岭的高程和平面位置。在水利工程地质勘察中，查明地下水分水岭的位置和高程是研究一个地区水文地质条件，正确评价地下水资源的重要资料。地下水分水岭的高程是分析判断水库是否会产生渗漏的重要依据之一。如果地下水分水岭高于水库蓄水位，库水一般，不会向邻谷渗漏；反之，可能产生向邻谷渗漏问题。地下水水量平衡一定区域、一定时段内地下水输入水量、输出水量与蓄水变量之间的数量平衡关系，又称地下水均衡。所选定的研究地区或地段称均衡区，进行均衡计算的时段称为均衡期。根据质量守恒原理，地下水量平衡关系式为!""!##!!（$"%）式中，!"为地下水输入水量；!#为地下水输出水量；!!为地下水量收支相抵后的盈亏水量。当!"&!#，即!!&’时，为正均衡，地下水水位上升，含水层的储水量增加；当!"(!#，即!!(’时，为负均衡，地下水水位下降，含水层的储水量减少。—*)$— 第一篇水利水电工程地质在浅层地下水量的平衡分析中，输入水量包括：降水入渗补给，地表水体（河、渠、湖、库等）的入渗补给，区外侧渗补给，灌溉水入渗和回归补给以及越层补给等。输出水量包括工农业和人畜用水，潜水蒸发，地下水流入河、渠、湖、水库，向区外排泄以及越层排泄等。地下水在自然和人为因素的影响下不断补给和消耗，使地下水处在不断地运动之中，平衡关系也在不断变化。研究地下水量平衡的任务是在进行地下水动态长期观测的基础上，查明地下水平衡特征形成的原因及其发展趋势，以便作出相应的预测、预报，为合理开发利用地下水资源和有效地防治因地下水引起的危害提供科学依据。在地下水开发利用地区，需要研究地下水开采情况下新的平衡条件，以及输入、输出水量自身的变化。在地下水水位降低后，降水入渗补给量发生变化；潜水蒸发量减少，原来地下水补给河湖水的情况会改变，或变成河湖水补给地下水；越层补给量加大以及侧向补排量都可以发生新变化。过量开采地下水，会使平衡关系严重失调，即地下水水位不断降低造成地下水枯竭等后果。因此，应根据当地的具体条件，拟定科学利用地下水的方案，使地下水量在一定年限内能以丰补歉，达到地下水量的基本平衡。另一方面，如果地下水水位过高，由于毛细管水的作用，会使农作物的耕作层的土壤含水量过大，不利于作物的生长。对此，必须建立健全的排水系统，合理控制地下水水位。地下水均衡见地下水水量平衡。地下水导水系数反映含水层导水能力的参数。表示单位宽度含水层在单位水力坡降作用下的水流通量。导水系数等于含水层渗透系数与含水层厚度的乘积。量纲为［!"$%］。由于潜水含水层过水断面沿流程是变化的，可根据含水层厚度平均值确定导水#参数。地下水导水系数取决于土壤的渗透能力和含水层厚度。土壤渗透能力主要与土壤结构、质地以及水流在土壤空隙中的流动性有关。土壤的渗透能力明显地受土壤结构和质地的影响，它不仅决定于总孔隙度，而更主要的是取决于可导水孔隙的大小，如多孔的、成碎块的或成团粒的土壤要比压实的和致密的土壤有较高的渗透能力。所以尽管黏土的总孔隙度比砂质土壤要高，但具有粗孔隙的砂质土壤的导水能力比具有细孔隙的黏土要大得多。地下水在含水层中流动时，与原有的土壤溶液进行各种化学的、物理的和生物的作用，使代换性离子复合物的组成发生变化，从而大大影响其导水性能。其导水性将随电解质溶液的浓度降低而减少。在长期水流作用下，黏粒的分散和移动还可能造成孔隙堵塞，降低土壤的导水性能。地下水在孔隙中流动时，温度变化可能使流动的水溶解和释放气体，从而改变空隙通道，影响导水性。同时，温度的影响还会使流体本身的密度和黏滞度发生变化，从而导致水流渗透能力的改变。在承压含水层中，由于水在流动过程中含水层厚度不变，当渗透系数一定时，导水系数为常量。但在潜水含水层中，由于水在流动或开采过程中，含水层厚度是变化的，所以—%’&— 第五章水利水电工程水文地质地下水导水系数也随之变化。地下水矿化度单位体积地下水中可溶性盐类的质量，常用单位为!"#或$!"#。它是水质评价中常用的一个重要指标。地下水矿化度的形成和变化规律主要取决于以下几方面的因素：（%）地下水补给源的原始化学性质。由于来自补给源的地下水含盐情况不同，地下水的含盐成分和数量亦不相同。（&）含水层性质及其与地下水的相互作用。地下水在含水层中运动，含水层中的盐类将溶解于地下水中或发生其他反应，使地下水矿化度发生变化。（’）有机体对地下水矿化度的影响。由于植物根系吸收水分和养分的能力不同，地下水的含盐浓度和盐类离子的组成也将改变。由于地下水和含水层中的氧化一还原电位依赖于微生物的活动，含水层中的微生物也会使地下水发生一系列的生物化学反应，改变水质。（(）参与地下水水量平衡的各项因素对地下水矿化度的变化规律有着重要影响。在非灌溉地区，地下水矿化度与地下径流速度有关。地下径流移动速度快，与含水层岩石相互作用少，矿化度就小。地下水水位高，蒸发消耗大，矿化度就高。在灌溉条件下，地下水水量平衡的补给因素主要是灌溉水，排泄因素主要是土壤蒸发、叶面蒸发和地下水出流。地下水矿化度的变化取决于灌溉来水和蒸发、出流的消长关系。如来水量大于出水量，则地下水水位抬高，地下水大量消耗于蒸发，使得地下水中盐分在表层土壤中积累，表层地下水矿化度高于下层，从而引起盐分向下层扩散，但是扩散的速度极其缓慢。地下水水质地下水的物理性质及化学成分。地下水的物理性质是指地下水的温度、透明度、颜色、味道、气味、导电性及放射性等。地下水的化学成分则包括地下水中的各种阴阳离子、微量元素和气体含量，以及矿化度、硬度等。地下水水质主要受含水层的岩性组成、地下水的埋藏深度、补排条件、交替循环强度等条件的影响。水文和气候环境以及人类与生物活动等因素，也是影响地下水水质的重要因素。（%）含水介质与地下水水质。地下水在含水层中运动，对岩石有溶滤作用，使岩石中的部分物质进入水中，从而改变地下水的化学成分。因此，含水介质与地下水水质有密切的关系。例如石灰岩地区的地下水多为低矿化的)*+,—*-&.型水；花岗岩地区的地下’水往往是低矿化的)*+,—/-.型水；富含石膏的沉积岩地区的地下水中，0+&,、*-&.、’(&.离子和总矿化度常较高；火山地区的地下水，其2,、34,、#5.等微量元素含量明显增1!高。（&）地下水补排条件对地下水水质的影响。来源于大气降水渗入的地下水和凝结水，一般矿化度低，且富含+&、*+&、/&、64等气体。埋藏水则反映古沉积盆地的特点，常为高矿化度的*7,—/-.型水。而受河、湖、海等地表水体补给的地下水，其水质与补给的地表—%’8— 第一篇水利水电工程地质水体的水质密切相关。（!）地下水交替循环的强度。在开放的构造隆起地区或地形切割强烈的山区，地下水交替循环作用强烈，形成低矿化的重碳酸型水；封闭的向斜盆地或地势平坦的低洼地区，地下径流条件差，地下水交替缓慢，有利于盐分的积聚，因而矿化度增高；沼泽区由于排水条件差，从风化壳中浸出的"#$%、&’离子不断积聚，故水中的"#$%、&’离子含量增高。（(）气候环境。干旱地区蒸发作用强，使地下水产生浓缩，形成)*$+—,-%型或(./+—)*$+—,-%型高矿化水。湿润多雨气候区，由于大气降水的不断补给，可促使地下(水不断淡化。（0）人类和生物活动。人类的活动对地下水化学成分有很大的影响。如渠道渗漏和不合理的灌溉制度可导致地下水水位抬高，蒸发作用加强，促进地下水化学成分改变。工业三废和农作物大量施用化肥，导致其中12、34、56、7’、.8、&’、.9、.:等有害元素及（.,）（氰）、$.;30*3（苯酚即碳酸）、3,*（亚硝酸）等化合物进入地下水而造成严重污染。$沿海地区过量开采地下水，常引起海水侵入而使得地下水水质变坏。人类和动物排泄物和生物遗体腐烂，均可造成地下水水质严重污染，其主要标志是耗氧量、有机含氮化合物和细菌等含量增加，并引起地下水的气味和味道、透明度和浓度等物理性质发生变化。测定和检验水的物理性质、化学成分、细菌和其他有害物质含有情况的工作，统称水质分析。按照水质分析的目的和内容可分为简易分析、全项分析和专项分析。水质分析工作是研究和评价地下水形成、补排条件、进行地下水资源评价、环境水对混凝土的腐蚀性评定、环境污染和土壤盐渍化及其防治等工作的重要依据。研究地下水作为生活饮用水、灌溉用水和各种工业用水的适用性，称为地下水水质评价。各国或有关国际组织对各种用途的水的水质都有一定的要求，称为水质标准，如生活饮用水水质标准，灌溉用水水质标准，环境水侵蚀判定标准，水工混凝土拌制和养护用水水质标准，锅炉用水水质标准等。研究地下水水质，除上述目的外，对阐明地下水的形成条件；研究各含水层间及其与地表水体间的水力联系；判定地下水对建筑物的腐蚀性；查明地下水和河（湖、水库）水的污染源以及水化学找矿等方面均有十分重要的意义。环境水对混凝土的腐蚀性环境水所含的特定化学成分对混凝土产生的不同类型的腐蚀，从而降低了混凝土的整体性、耐久性和强度的过程和结果。环境水主要指天然地表水和地下水。为评价环境水对混凝土的腐蚀性而进行的水化学成分分析试验中，除特殊需要外，一般只进行水质简易分析。分析项目主要有：<%、%、.-$%、&4$%等阳离子；./+、)*$+、3.*+等阴离子；溶于水的侵蚀性.*、游离.*气,-(!$$体，以及水的酸碱度的重要衡量指标=3值等。水的总矿化度和总硬度按有关规定计算得出。>?0@$AB—CC《中国水利水电工程地质勘察规范》中，环境水对混凝土可能产生的腐蚀性分为!类。（D）分解类腐蚀。水中某些化学成分使混凝土表面的炭化层与混凝土中固态游离石—D!A— 第五章水利水电工程水文地质灰质溶于水，降低混凝土毛细孔中的碱度，引起水泥结石的分解，导致混凝土的破坏，此为分解类腐蚀。如溶出型腐蚀，一般酸性型腐蚀和碳酸型腐蚀。（!）结晶类腐蚀。由于水中某些离子与混凝土中的固态游离石灰质或水泥结石作用，形成结晶体，体积增大，产生膨胀力而导致混凝土破坏。如生成"#$%&·!’!%时，体积增大(倍；生成)*$%&·+’!%时体积增大&,-倍。此类腐蚀主要表现为硫酸盐型腐蚀。（-）分解结晶复合类腐蚀。水中含某些弱碱硫酸盐，如)*$%&，（.’&）!$%&等，既使混凝土发生分解，又在混凝土中形成结晶体，而导致混凝土破坏。环境水对混凝土的腐蚀程度分级是指混凝土在没有防护条件下水对其所产生的破坏程度，以混凝土使用(年后的抗压强度与其养护!/0的抗压强度相比较，按强度降低的百分数（1，234，!3452!14，!!14）划分为无腐蚀、弱腐蚀、中等腐蚀与强腐蚀&个等级。表为在大型水利水电工程地质勘察中，使用的环境水对混凝土腐蚀性的判定标准。表36(环境水对混凝土腐蚀性的判定标准表腐蚀性特征腐蚀性类型腐蚀程度界限指标判定依据’"%6<(,1+无腐蚀-’"%6含量弱腐蚀(,1+!’"%6<1,+1--溶出型（7789:;）中等腐蚀’"%61,+1-"强腐蚀—无腐蚀=’<>,3弱腐蚀>,3!=’<>,1分解类一般酸性型=’值中等腐蚀>,1!=’<3,3强腐蚀=’"3,3无腐蚀"%!2(3侵蚀性弱腐蚀(3""%!2-1碳酸型"%!含量中等腐蚀-1""%!2>1（7*:;）强腐蚀"%!!>1)*!?2(111无腐蚀)*?:含量弱腐蚀(111")*!?2(311!分解结晶复合类硫酸镁型（7*:;）中等腐蚀(311")*!?2!111强腐蚀!111")*!?2-111普通水泥抗硫酸盐水泥无腐蚀!6!6$%&2!31$%&2-111$%!6含量弱腐蚀&!31"$%!62&11-111"$%!62&111结晶类硫酸盐型&&（7*:;）中等腐蚀&11"$%!62311&111"$%!623111&&强腐蚀311"$%!62(1113111"$%!62(1111&&注：(所属场地应是不具有干湿交替或冻融交替作用的地区和具有干湿交替或冻融交替作用的半湿润、湿润地区。当所属场地为具有干湿交替或冻融交替作用的干旱、半干旱地区以及高程-1117以上的高寒地区，应进行专—(-@— 第一篇水利水电工程地质门论证。!混凝土一侧承受静水压力，另一侧暴露于大气中，最大作用水头与混凝土壁厚之比大于"。#混凝土建筑物所采用的混凝土抗渗标号不应小于$%，水灰比不应大于&’(。%混凝土建筑物不应直接接触污染源。有关污染源对混凝土的直接腐蚀作用应专门研究。渗透系数水力坡降为)时的渗透速度。是岩（土）透水性强弱的数量指标，又称水力传导度渗透系数来自达西定律：!*"#（$%&）*"#’（"+"）式中，!为渗透流量；#为过水断面面积；$为水头损失；&为渗透长度；’*$%&为水力坡降；"为渗透系数（单位为,-.或/,-0）。由于渗透速度(*!%#，故(*"’（"+(）当’*)，(*"。透水性强的岩（土），渗透系数大；反之则小。渗透系数除用达西渗透装置测定外，还可用野外抽水、注水和压水试验等方法获得。松散岩（土）的渗透系数参考值见表。表"+!松散岩（土）的渗透系数表!!!岩（土）名称（",-.）岩（土）名称（",-.）!!!亚黏土&’&&)1&’)&中砂"1!&!!!亚砂土&’)&1&’"&粗砂!&1"&!!!粉砂&’"&1)砾石"&1)&&!!!细砂)1"卵石)&&1"&&影响渗透系数的主要因素是岩性，如岩石的空隙大小、空隙多少和胶结情况。水在岩（土）空隙中流动，需要克服空隙壁及水质点之间的摩擦阻力，因而渗透系数还与水的物理性质有关。例如，黏滞性大的液体，其渗透系数小；反之则大。另外，水温的增高，能使水的黏滞性显著减低，故使渗透系数增大。达西定律是以砂土作为试验材料得来的，经后人试验表明，其他类岩（土）在一定范围内，也符合达西定律。因此，渗透系数成为水文地质和地下水计算中的基本参数。抽水试验在钻孔（井）中抽取地下水，降低孔中地下水水位，以求取含水层渗透性能的一种试验。抽水试验是在选定的钻孔、竖井中，对预定含水层（组）进行抽水，形成人工降深场并利用其涌水量与水位下降的关系，研究含水层（组）的渗透性能（见图"+2）。抽水试验主要在松散岩层和地下水埋藏较浅的基岩中进行。试验场地应选择在地层岩性、水文地质结构和地下水的补给排泄条件都具有代表性的地段内。抽水试验分类按抽水是否带观测孔分为单孔抽水和多孔抽水；按钻孔揭露含水层的程度，分为完整井抽水和非完整井抽水；按抽水过程中补给状态，分为稳定流抽水和非—)%&— 第五章水利水电工程水文地质稳定流抽水。单孔抽水简单易行，适用于确定含水层的渗透性和单孔出水量。多孔抽水用于比较精确确定含水层的透水性和影响半径等参数。完整井抽水系指在整个含水层中的抽水，适用含水层厚度不大（小于!"#）的均质岩（土）层；在基岩区，当强透水带全部被揭穿时，也可视为完整井。非完整井抽水系指对部分含水层或强透水带进行的抽水。当钻孔揭露多层性质不同的含水层时，则应进行分层抽水，测得各层的渗透系数。图"$%潜水完整井抽水示意图!—含水层厚度；"—抽水时钻孔中水的深度；#—抽水降深值；$—影响半径抽水试验方法（!）稳定流抽水。在工程项目的勘察中一般多采用稳定流抽水，即抽水时流量和水位同时保持不变，适用于抽水量小于补给量的地区。抽水一般按&个降深值进行，降深顺序一般从小到大。单孔抽水最小降深值不宜小于’("#；多孔抽水最远观测孔的降深值不宜小于’(!#。最大降深值对潜水层不宜大于含水层厚度的’(&倍，承压水则不宜降到含水层顶板以下。稳定延续时间，应视含水层的颗粒组成和补给条件而定。为了保证抽水达到相对稳定，每次降深稳定时间不宜小于)*。（+）非稳定流抽水。供水水文地质勘察多采用非稳定流抽水，以往在工程部门的地质勘察中较少采用，近年来也逐步推广采用非稳定流抽水。非稳定流抽水通常是采用控制流量，保持抽水量为常数，同时观测水位变化的方法进行。观测时序为!#,-、+#,-、&#,-、)#,-、.#,-、/#,-、!’#,-、!"#,-、+’#,-、+"#,-、&’#,-、)’#,-、"’#,-、.’#,-、/’#,-、!+’#,-，以后每&’#,-观测一次。非稳定流抽水试验延续时间应视其目的、水文地质特征和水位下降与时间关系曲线类型确定。抽水试验要求试段孔径在松散岩层中不小于!./##，基岩中不小于!’/##；当含水层厚度和渗透系数较大时，试段的孔径应选择大些。抽水孔与观测孔均应采用清水钻进。在正式抽水试验前，要进行洗孔与试验抽水，检查水泵及各种测试机具的工作状况，实测可能达到的最大降深值。正式抽水试验过程中一般不宜间断，记录各种水位、流量观测数据，并绘制各种关系曲线。如曲线反常，则要查明原因，必要时需重做。试验结束时要立即观测恢复水位。抽水试验设备主要有抽水机械，过滤器和水位、流量量测工具等。抽水机械应视地下水埋藏深度和可能最大出水量来选择。地下水动水位埋藏深时，多采用潜水泵；当总—!)!— 第一篇水利水电工程地质流量大于!"#$%&时，宜选用空气压缩机；地下水动水位埋藏浅时，可选用离心式水泵。过滤器的选择，对砂砾石和中粗砂层，采用包网和缠丝过滤器；细砂和粉砂层宜采用填砾石过滤器；对半坚硬和软弱地层、构造破碎带、裂隙密集带和含砂量很少的卵石层，多用管架过滤器。流量的量测工具，视流量大小，分别采用量水筒、三角堰和矩形堰。资料整理首先检查原始观测数据，然后绘制各种关系曲线。如稳定流抽水试验，绘制涌水量、水位降深与时间关系曲线和单位涌水量与水位降深关系曲线。再根据试验地段的地质与水文地质条件、抽水孔结构和观测孔的布置形式以及其他各项边界条件，选择相应适宜的公式计算渗透系数。非稳定流抽水试验主要绘制水位下降与时间对数关系曲线，选择不同曲线线段，分别计算有关水文地质参数。影响半径在无限延伸含水层中的垂直井孔中抽水，当其达到稳定状态时，由井轴至降落漏斗外缘的距离。稳定状态系指在抽水过程中，保持一定的降深，抽出的水量大体稳定，降落漏斗的边缘不再扩展，漏斗边缘的地下水水位不再下降（相对静止）时的状态。影响半径是稳定井流计算公式中的一个重要参数，也是开采井或降水井井距布置的依据。求取影响半径（!）通常采用以下方法：布置带观测孔的抽水试验，利用观测孔资料计算或通过作图法获得；在不带观测孔的抽水试验中，则根据涌水量（"）、渗透系数（#）、抽水井降深（$）、含水层厚度（%）等利用经验公式计算。稳定井流计算常用的是裘布依（’()*+*,-）公式和齐姆（’(.&,/#）公式。裘布依稳定井流公式是建立在一个假定之上，即平底的圆柱形岛状含水层的周边是定水头边界，抽水影响到周边定水头边界时，即视为稳定状态。此时，由井轴到边界的距离既是影响半径也是补给半径。然而，裘布依假设的条件在实际中几乎不存在。因此，齐姆在计算稳定井流时，近似地取无限延伸含水层中抽水井中心到实际上观测不出地下水下降处的水平距离作为影响半径。理论上，在无界含水层中抽水，当不存在补给时，降落漏斗应该无限扩展，不可能存在所谓的影响半径。但是，在实际的井孔抽水中，却往往可以观测到比较稳定的影响范围。这是由于随着抽水影响范围的扩展，一般情况下，会引起补给量的增加以及排泄量的减少，当井孔抽水量与上述补给增量及排泄减量之和达到大体平衡时，抽水影响范围即可保持相对稳定，此时观测到的影响范围即是影响半径。影响半径也反映了含水层的补给条件和补给能力，因此，有的研究者称影响半径为引用补给半径或引用影响半径。求取准确的影响半径，需要进行带观测井的多孔抽水试验。但是，此类抽水试验需要花费很多的经费与时间。短期单孔抽水试验所能得到的影响半径并不精确，但可满足实用要求。钻孔压水试验将清水压入钻孔试验段，根据一定时间内压入的水量和施加压力大小的关系，测定岩体相对透水性的试验。钻孔压水试验的作用：测定岩体透水性，为评价岩体的渗透性和渗控设计提供基本资料；提供岩体完整性，裂隙、喀斯特发育程度的信息；评价（检查）帷幕灌—210— 第五章水利水电工程水文地质浆效果。压水试验在水利工程地质勘察中应用普遍，它不受岩层中有无地下水的限制，在坚硬与半坚硬岩层中均可进行，并可模拟地基所承受的渗透压力，进行相应水头的压水试验。试验方法分类有吕荣试验法和单位吸水量法。吕荣试验法是!"##年由法国地质师吕荣（$%&’()*+）首先提出的，并在大多数国家广泛采用。中国!"",年颁布的-&,.—",《水利水电工程钻孔压水试验规程》规定一律采用吕荣试验法。单位吸水量法是原苏联在吕荣试验法的基础上修改而成，中国从,/世纪./年代开始引进，一直沿用到"/年代初期，现已废弃使用。（!）吕荣试验法。-&,.—",规程规定的吕荣试验做法是，采用#个压力级和.个压力阶段的循环式试验方法。最大压力为!$01，一般情况下#个压力级分别为!!2/%#$01、!,2/%3$01、!#2!$01，.个压力阶段为!!、!,、!#、!42!,、!.2!!；试验工作主要包括洗孔、下栓塞隔离试段、水位测量、仪表安装和压入流量观测等；试段的地下水水位宜在工作管内测量；压入流量的观测!56+7,56+进行一次，直到稳定。（,）单位吸水量法。以单位吸水量（!）为试验成果的压水试验方法。单位吸水量的定义为：在试验压力下，平均每米水柱压力，每米试段长度内每分钟压入的水量，其表达式为"!2（.89）#$式中："为压入流量，&:56+；#为试验压力，以水柱高度计，5；$为试段长度，5；!的单位为：&:（5·5·56+）。试验设备及操作方法根据地形地质条件、技术要求和设备情况，在具体做法上有所不同。常用的压水试验操作方法是单栓塞隔离试段，自上而下地分段进行。也可采用双栓塞自下而上或自上而下地分段进行。加压和供水方式在条件允许时，宜采用自流供水方法，并尽可能利用水柱的自重形成水压；另一种是利用机械（水泵）所给出的压力，将水压入钻孔中。在地下水水位高，要求压力大，漏水量大的情况下，多采用此法。止水栓塞的基本要求是，止水可靠，使用方便，压水试验中单管顶压式和水（气）压式栓塞使用较多。水压测量有压力表和试段压力计，宜优先选择后者。流量测量最好选用瞬时流量计，以保证快速测量和正、反两个方向的流量测量。资料整理包括校核原始记录、采取统一比例尺绘制!—"曲线、确定!—"曲线类型、计算试段透水率和根据需要进行渗透系数计算等。吕荣值（&’）的计算，参见吕荣值。吕荣试验参见钻孔压水试验吕荣值通过钻孔压水试验获取的，以吕荣为单位表征的试段岩体的透水率。!&’的定义为：当试段压力为!$01时，每米试段的压入流量为!&:56+，即!&’2!&:（5·$01·56+）。吕荣—!4#— 第一篇水利水电工程地质试验方法是法国著名地质师吕荣（!"#$%&’(）在)*++年为估计坝基岩体进行灌浆的必要性而提出来的，故称为吕荣试验，试验成果也以吕荣为单位表示。此后吕荣试验做过许多改进，现普遍采用多级压力的多阶段循环压水试验。中国实施的,#-.—*-《水利水电工程钻孔压水试验规程》规定：压水试验段长为./，采用+个压力（!)01"+!23，!-01"4!23，!+0)!23），.个阶段（!)、!-、!+、!50!-、!.0!)）的循环压水试验为基本试验方法，并将!—"曲线划分为.种类型，这与国际上多数国家的基本类型划分是相同的。试段透水率，即吕荣值，采用最大压力阶段（第+阶段）的压力值（!+）和流量值"+，按下式计算"+)#0（.67）$!+式中，#为试段的透水率，#$；$为试段长度，/；"+为第+压力阶段的计算流量，#8/9(；!+为第+阶段的试段压力，!23。试段透水率取-位有效数字。每个试段的试验成果，用试段透水率（吕荣值）和!—"曲线的类型符号（加括号）表示，如1":5（;）、（7<）、（.=）等。此外,#-.—*-规程中还明确规定：当最大试压力不等于)!23时，不论曲线为何种类型，透水率的计算可采用线性比例关系换算，求得)!23压力下的透水率。单位吸水量参见钻孔压水试验。注水试验向钻孔或试坑内注水，通过定时量测注水量、时间、水位等相关参数，测定目的层介质渗透系数的试验。注水试验主要适用于松散地层，特别是在地下水水位埋藏较深和干燥的土层中。在透水性较强的喀斯特化岩体和破碎基岩中，也可用于取代钻孔压水试验。)**1年中国有色金属工业总公司和冶金工业部联合颁布实施的>,?—7*，>,?—7*，>23()<2?=3()2@72AB—$#$— 第一篇水利水电工程地质!"#$%&’#(%&)!’&’&*+#’"&#"(）、《岩石力学》（,-#.!"#$%&’#(）、《国际岩土力学数值及解析方法学报》（/&0"1&%0’-&%23-41&%25-1647"1’#%2%&)8&%290’#%2!"0$-)’&:"-7"#$%&’#(）。中国出版的期刊主要有《岩石力学与工程学报》和《岩土工程学报》。研究内容分为理论和应用两个方面。（;）理论方面主要研究：!岩石强度。包括抗压、抗拉、抗剪强度，以及岩石破坏、断裂的机理和强度准则，大多采用库伦—纳维准则和莫尔准则，少数采用格里菲斯准则和修正格里菲斯准则（参见岩石强度理论）。"岩石变形。包括变形理论、变形曲线特征、变形机理、弹性和塑性变形、本构关系、岩石流变理论（应力—应变—时间关系）、扩容以及各种变形参数的测定方法（弹性模量、变形模量、泊松比、弹性抗力系数、流变常数等）。#岩石应力。包括应力来源，各种地应力（如自重应力、构造应力、重分布应力、附加应力等）的分析计算以及现场测试。$岩石渗流。包括岩石渗透性、渗流理论、渗流应力状态、渗流控制。%岩石动力学。包括爆炸、爆破、地震、冲击等动力荷载作用下岩石的动力性状、应力波在岩石中的传播规律、地面振动与损害等。（<）应用方面主要研究：!地表建筑物地基，如各种型式的高坝岩基、高层建筑物地基、水电站和核电站等地基的稳定和变形问题。"地表挖掘，如水库岸坡、山坡、高坝岸坡、渠道、路堑、露天开采坑、武器库的防护建筑（如导弹发射室）或民用防护设施等人工和天然岩坡的稳定和加固问题。#地下洞室，如地下电站、水工隧洞、交通隧道、采矿巷道、地下储油库等的围岩稳定、变形和加固问题。$岩石破碎（如将岩石破碎成各种所要求的规格）。%建筑材料，如堆石坝料、混凝土骨料、土坝护坡石料、建筑物面石等应用问题。&地质作用，如分析因开采地下矿体或流体而引起地表下陷、解释地球构造理论、预估地震等问题。研究方法分为试验研究和理论分析。试验研究又分为室内试验、现场试验（包括现场地应力测试）和原型观测。室内试验包括岩块试验和岩体模型试验。理论分析常常采用固体力学和流体力学理论，也可应用断裂力学和损伤力学的理论和方法。<=世纪>=年代以来，以计算机为基础的现代计算方法为理论分析和数值计算提供了有利条件。数值计算最常用的是有限单元法和边界单元法，有时也采用离散单元法。岩石强度理论研究岩石在复杂应力状态下普遍适用的强度准则的理论。强度准则又称破坏判据，表征岩石在破坏条件下的应力状态和岩石强度参数之间的关系。常用的岩石强度理论主要有库仑强度准则、莫尔强度理论、格里菲斯强度理论、德鲁克—普拉格准则等，库仑强度准则和莫尔强度准则统称为!-$1?@-42-7A准则，简称@?!准则。库仑强度准则最简单但最重要的岩石强度准则是由库仑（@-42-7A）于;BBC年提出的“摩擦”准则。库仑认为岩石的破坏主要是剪切破坏，岩石的强度等于岩石本身抗剪切摩擦的黏结力和剪切面上法向力产生的摩擦力之和（图>?;），可用下式表示：!D!E"0%&#式中，!为剪切面上的剪切强度，!F%；"为剪切面上的正应力，!F%；!为黏结力，!F"；#为摩擦角。—;G<— 第六章水利水电工程岩石力学莫尔强度理论莫尔（!"#$）于%&’’年把库仑准则推广到考虑三向应力状态，认识到材料性质本身是应力的函数，极限状态时滑动面上的剪应力达到一个取决于正应力与材料性质的最大值，并可用函数关系!(（!"）表示，在!)"坐标系中为一条对称于!轴的曲线，称为莫尔强度包络线，由对应于各种应力状态下的破坏莫尔应力圆包络线给定（图*+,）。利用该曲线可以判断岩石中的一点是否发生剪切破坏，如果应力圆位于包络线下方，则研究点不产生破坏；如果应力圆与包络线相切或相割，则研究点产生破坏。应力圆包络线的主要型式有直线型、二次抛物线型、双曲线型等。其中直线型为库仑准则，是莫尔准则的一个特例。图*+%岩石的库仑强度准则图*+,岩石的莫尔强度包络线（二次抛物线型）莫尔强度理论实质上是一种剪应力强度理论，该理论比较全面地反映了岩石的强度特征，既适用于塑性岩石也适用于脆性岩石的剪切破坏，同时也反映了岩石抗拉强度远小于抗压强度这一特性。莫尔强度准则的缺点是忽略了中间主应力的影响，且只适用剪切破坏，受拉区的适用性值得进一步探讨。格里菲斯强度理论格里菲斯（-$./+/.0#）于%&,’年提出脆性材料断裂起因是分布在材料中的微小裂纹尖端拉应力集中所致，并建立了确定断裂扩展的能量不稳定原理。当作用力的势能始终保持不变时，裂纹扩展准则为：—%21— 第一篇水利水电工程地质!（"#!"$）!"（#!$）!!式中，!为裂纹长度参数；"#为裂纹表面能；"$为储存在裂纹周围的弹性应变能。当单位厚度板内存在初始长度为%!的椭圆形裂纹时，在拉伸应力作用下裂纹扩展准则为：%%&""（#!%）##!式中，"为拉应力，&’(；&为裂纹表面单位面积的表面能；%为未破裂材料的弹性模量。双向压缩应力条件下（图#!)），在不考虑摩擦对闭合裂纹的影响并假定椭圆形裂纹将从最大拉应力集中点开始扩展，裂纹扩展准则（即格里菲斯强度准则）为：（"!"）%$)+,"（’"$*)")""）（#!)）"$*")")+!"（’"$*)")-"）（#!.）式中，"’为单轴抗拉强度，&’(。图#!)平面压缩条件/0122134裂纹模型和强度曲线德鲁克—普拉格准则德鲁克—普拉格（5067890!’0(:90）准则简称5!’准则，是在;—&准则和塑性力学中著名的&1<9<准则基础上扩展和推广而得。5!’准则考虑了中间主应力的影响和静水压力的作用，克服了库仑强度准则和莫尔强度准则没有反映中间主应力的影响和不能解释岩土材料在静水压力下屈服破坏的现象等不足之处，在世界各国岩土力学与工程数值分析中获得广泛的应用。断裂力学研究含裂纹固体的应力、变形、强度和裂纹扩展规律的学科，是固体力学的一个分支。同时它又是一门边缘学科，对金属物理学、冶金学、材料学以及航空航天、机械、水利水电等领域，都有重大影响。发展概况$=%$年，格里菲斯（>?>?/0122134）根据能量平衡原理研究了玻璃、陶瓷等脆性材料中的裂纹扩展问题，但当时脆性断裂还不是一个严重的问题。随着生产的发展，船舶、飞机、桥梁以及化工容器等一再发生断裂事故，才引起普遍重视。%"世纪@"年代以来，各国学者对金属材料作了大量的试验和理论研究工作，逐渐形成了断裂力学这门学科。中国学者陈篪在断裂力学的发展和在中国国内的推广应用，作出了杰出的贡献。卡—$@.— 第六章水利水电工程岩石力学普兰（!"#$"%）等学者又将断裂力学理论应用于混凝土、岩石和陶瓷等非金属材料，并取得了一定的成果。研究任务通常的强度设计方法，无论是传统的材料力学方法还是概率极限状态方法，都是按构件的材料不存在缺陷和裂纹而建立的。但近代一系列“低应力脆断”事故分析表明，构件中总是会存在初始裂纹或类裂纹缺陷，因而在加工、使用（如加载、变温或腐蚀）过程中会发展成宏观裂缝，并使其扩展，最后导致构件在工作应力远低于材料的强度极限或屈服极限的情况下发生断裂破坏。可见，常规的强度设计方法并不能保证这些构件的安全，在出现宏观裂缝后，应采用断裂力学计算方法和设计准则。断裂力学的任务是研究含裂纹固体在外力或其他外界因素作用下，裂纹尖端附近区域（亦称裂纹前缘）的应力、位移状况和裂纹的扩展规律，建立断裂判据；确定材料抵抗断裂的指标，并研究其测定方法；探讨如何控制裂纹扩展和防止结构的断裂破坏；为构件材料的选择和确定提供依据。主要内容和方法断裂力学的理论包括微观和宏观两个方面，微观断裂力学属于固体物理的范畴；宏观断裂力学称为工程断裂力学，包含线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学两大部分。线弹性断裂力学是研究裂纹尖端附近的塑性区很小、材料基本处于弹性范围的物体。因而可用弹性力学的方法分析裂纹的扩展，并找出控制裂纹扩展的物理量，建立相应的断裂判据。按研究途径不同，又有两种方法：!由弹性力学的基本方程解得裂纹尖端附近的应力和位移，引进应力强度因子（!）作为表征应力场和位移场强弱的物理量，当应力强度因子达到其临界值（称为断裂韧度）时，裂纹开始扩展，并据此建立应力强度因子判据（!判据）。"从研究裂纹扩展的能量变化入手，以能量释放率（"）作为裂纹扩展参量，当裂纹扩展中所释放的弹性应变能达到形成新的裂纹面所需的能量这一临界值时，裂纹开始扩展，并据此建立能量判据（"判据）。弹塑性断裂力学是研究裂纹尖端周围塑性区较大，其影响不能忽略的物体，因而需用弹塑性理论分析、求解。通常采用#积分或裂纹尖端张开位移（$%&）!作为裂纹扩展参量，并认为当了或!达到其相应临界值时，裂纹开始扩展，从而建立起弹塑性断裂的#判据或$%&判据。由于弹塑性力学处理裂纹问题比较困难，故弹塑性断裂力学还处于发展阶段。此外，断裂力学中还有一些专门的课题，如疲劳断裂、蠕变断裂、应力腐蚀断裂、动力断裂等。裂纹的类型在断裂力学中，按受力情况及裂纹面的位移特征，将裂纹分为&种类型：图（’）为张开型（#型），受垂直于裂纹面的拉应力作用，裂纹面上各点的位移垂直于裂纹平面。图（(）为滑移型（$型），受平行于裂纹面并垂直于裂纹前沿的剪应力作用，裂纹面上各点的位移在裂纹面内并垂直于裂纹前沿。图（)）为撕裂型（%型），受平行于裂纹面又平行于裂纹前沿的剪应力作用，裂纹面上各点的位移在裂纹面内又平行于裂纹前沿。’型裂纹最容易发生失稳扩展和断裂破坏。工程构件中有些裂纹是(种甚至&种基本裂纹的组合，称为复合型裂纹。还有些裂纹，受垂直于裂纹面的压应力作用，裂纹面将相互压紧，称为压缩型或负#型，可归并于#型中。—*))— 第一篇水利水电工程地质混凝土断裂力学断裂力学中研究混凝土材料或混凝土构件中宏观裂缝扩展规律的一个分支。分为混凝土线弹性断裂力学和混凝土非线性断裂力学两部分。前者是将线弹性断裂力学的理论和方法应用于混凝土，因而也是以应力强度因子（!）或能量释放率（"）作为断裂参数，以!判据或"判据作为判断裂缝是否发生失稳扩展的判据。判据中必需的单一型断裂韧度和复合型的断裂临界曲线或曲面，应由混凝土的断裂破坏试验测定。后者则基于混凝土中宏观裂缝发生前或扩展过程中将首先发生微裂纹并形成微裂纹区，微裂纹在受载过程中将有不可恢复的附加变形，同时混凝土还具有应变软化特性，即应力在超过强度极限而下降时，附加变形仍在继续增长，因而其应力一应变关系是非线性的。混凝土非线性断裂力学中的两个常用模型是希勒博格（!"##$%&’%(）提出的虚拟裂缝模型和巴赞特（)*+*,-）提出的钝裂纹带模型，并以断裂能"#作为断裂参数。水利工程中的混凝土结构，如混凝土坝中的开裂问题的分析研究，宜采用混凝土断裂力学理论和方法。由于混凝土材料分布的随机性和断裂性能的不确定性，也可以概率理论和随机理论来研究混凝土的断裂力学问题。图./0裂纹类型示意图（$）张开型（1型）；（%）滑移型（!型）；（&）撕裂型（"型）岩石破坏岩石在应力作用下分裂为两个以上部分的现象。从工程意义上看，屈服和产生显著变形也算是一种破坏。岩石破坏的性状，可通过单轴、三轴、扭转、弯曲和劈裂等多种类型的试验测定。以单轴和三轴试验最常用。这两种试验的优点是试样受均匀应力，破坏现象易于解释，而像扭转、弯曲等一类试验涉及到非均匀应力，破坏现象解释较难。岩石破坏可分为2种类型，#脆性破坏，见图./3（*），在岩石上施加单轴荷载，变形很小时（没有或仅有很小永久变形）就丧失承载能力的破坏，大多数坚硬岩石在一定条件下都表现出这种破坏的性质。$塑性破坏，又称延性破坏或韧性破坏，岩石（一般有围压）在屈服后应力—应变曲线开始变缓，表现出显著的塑性变形，待应变达很大值时才丧失承载能力的破坏，见图./3（&）。脆性破坏还可分2种基本形式：#剪切破裂。这时破裂体之间的相对位移平行于破裂面，破裂面与大主应力方向的夹角小于034，见图./.（*）、（5）。$张破裂。破裂体分裂的方向垂直于破裂面，而破裂面垂直于小主应力方向（以压应力为正），见图./.（&）、图./.（6）。除了围压极低的情况外，剪切破裂是三轴压缩试验中脆性破坏的主要形式。在这2种情况中，破裂面与大主应力方向的夹角通常在2748—93.— 第六章水利水电工程岩石力学!"#之间。该角常随围压的增加而稍有增大的趋势。在三轴伸长试验中，随着围压的增加，破裂面的方向有从张破裂方向朝剪切破裂方向逐步转变的趋势。在三轴压缩试验中，随着围压的增大而出现脆性一塑性转变时，轴向应变不断增大，在剪切破裂时往往无明显的破裂面，而呈现密集破碎的剪切带，表现出较大的塑性。图$%&岩石破坏类型（!）脆性破坏；（"）屈服与塑性破坏!—轴向应力；"—轴向应变图$%$岩石脆性破坏类型（’）拉伸试验中的剪切破裂（小主应力垂直）；（(）拉伸试验中的张破裂；（)）压缩试验中的剪切破裂（大主应力垂直）；（*）压缩试验中的张破裂岩石受力时出现脆性破坏还是塑性破坏，除了与围压有关外，还与温度、应变速率、有无应力集中点和有无侵蚀性介质等因素有关。岩石物理性质岩石固有的物质组成和结构特征所决定的基本物理属性。岩石物理性质主要包括含水率、吸水率、孔隙率、颗粒密度、块体密度、渗透性、膨胀性、耐崩解性和抗冻性等。对于膨胀岩应研究膨胀性，对于在干、湿交替状态下的黏土岩类和风化岩石应研究耐崩解性，对于经常处于冻结和融解条件下的工程岩体需进行冻融试验研究其抗冻性。岩石含水率岩石试件在+"&,-++",温度下烘至恒量时，所失去水的质量与试件干质量的比值，以百分数表示。岩石含水率在实验室采用烘干法测定，按式（$%&）计算：#"%#$#"./+""0（$%&）#$—+&1— 第一篇水利水电工程地质式中，!!为岩石天然含水率，"；!!为试件烘干前的质量，#；!"试件烘干后的质量，#。岩石吸水率包括自然吸水率、饱和吸水率和饱水系数等指标。岩石自然吸水率是岩石在常温常压条件下自由状态下的最大吸水量与试件固体质量的比值，以百分数表示，采用在大气压力和室温条件下自然吸水法测定。岩石自然吸水率的大小取决于岩石中空隙的多少及连通性，岩石的自然吸水率愈大，表明岩石中空隙大，连通性好，岩石力学性质愈差。岩石饱和吸水率是试件在强制饱和状态下的最大吸水量与试件固体质量的比值，以百分数表示，采用煮沸法或真空抽气法测定。饱和吸水率反映岩石内部总的张开型孔隙和裂隙的发育程度，对岩石的抗冻性和抗风化能力有较大影响。岩石饱水系数是指岩石自然吸水率与饱和吸水率的比值。岩石的自然吸水率、饱和吸水率和岩石饱水系数分别按式（$%&）’式（$%(）计算：!#%!"!#)*+!!$（$%$）!"!%%!"!%)*+!!$（$%,）!"!#&’)（$%(）!%式中，!#为岩石自然吸水率，"；!%为岩石饱和吸水率，"；&’为岩石饱水系数，"；!#为试件浸水-(.后的质量，#；!%试件强制饱和后的质量，#。不同岩石吸水性指标不同，大致范围为自由吸水率!/!0"’,/!+"，饱和吸水率!/1&"’++/00"，饱水系数!/+!’!/(2，其中砂岩吸水率较高。岩石孔隙率岩石孔隙体积与岩石总体积的比值，以百分数表示。根据孔隙和裂隙的类型分为总孔隙率(、总开孔隙率(!、大开孔隙率()、小开孔隙率(%和闭孔隙率(*。岩石孔隙率反映岩石所包含的孔隙和裂隙的多少，是岩石的重要结构特征之一。孔隙率愈大，力学性质愈差。岩石孔隙率大致范围为!/+"’1(/!"，其中火山角砾岩、泥岩、砂岩孔隙率较大。岩石颗粒密度岩石固相物质质量与体积的比值。岩石颗粒密度采用比重瓶法或水中称量法测定，比重瓶法是将岩石粉碎成岩粉后进行测试，按式（$%0）计算；水中称量法采用规则或不规则试件进行测试，按式（$%+!）计算。水中称量法具有可用不规则试件、操作简便的优点，但由于水不可能完全充满岩石中的闭合裂隙，致使水中称量法测定的颗粒密度略偏小。!"（$%0）"+)!+3!"%!1"’!"（$%+!）"+)!"%!’"’式中，为颗粒密度，#4562；!为瓶和试液总质量，#；!为瓶、试液和岩粉总质量，#；"++1"’为试验温度下试液密度，#4562；!为强制饱和试件在水中的称量，#。’不同岩石颗粒密度不同，大致范围1/1!#45622，其中石膏较低，橄榄岩较’2/-!#456—+&(— 第六章水利水电工程岩石力学高。岩石块体密度岩石试件质量与体积的比值，根据岩石含水状态分为天然密度、干密度和饱和密度。采用量积法、水中称量法或密封法测定。水中称量法岩石块体密度按式（!"##）$式（!"#%）计算：!&（!"##）!&’!""!#!#!$（!"#(）!$’!""!#!#!"（!"#%）!"’!""!#!#式中，为岩石块体天然密度，)*+,%；为岩石块体干密度，)*+,%；为岩石块体饱和密!&!$!"度，)*+,%，其余符号意义同前。不同岩石块体密度不同，大致范围(-#&)*+,%$%-%&)*+,%，其中坚硬的石英岩较高。岩石渗透性岩石被水（流体）通过的能力，用渗透系数%表示。渗透系数等于水力坡降为#时的渗透速度。在实验室采用岩石渗透仪测定，在现场采用抽水或压水试验测定。渗透性还可用吕荣值./表示，当试验段压力为#012时，每米试段压入的流量为#.*"6,34，即#./’#.*（,·012，,34）。吕荣值与渗透系数的关系约为#./’#5#&+,*7。岩石的渗透性与岩石种类、结构、孔隙裂隙的大小和应力状态有关。岩石膨胀性岩石内含亲水易膨胀的矿物（蒙托石类的矿物）在水的作用下，吸收无定量的水分子，产生体积膨胀。发生膨胀的岩石，绝大多数属于黏土质类的岩石。这类岩石中含有一定量蒙托石类的矿物时，只要改变其含水状态，就会产生膨胀松动和崩解，造成地表和地下建筑物的破坏，特别是对隧道、地下洞室、边坡挡墙和水池底板的毁坏更为明显。表征岩石膨胀特性的指标有岩石自由膨胀率、侧向约束膨胀率和体积不变条件下膨胀压力（图!"8）。岩石自由膨胀率是岩石试件吸水后产生的径向和轴向变形分别与原试件直径和高度之比，以百分数表示，采用岩石自由膨胀率试验方法确定（图!"9）。岩石侧向约束膨胀率是岩石试件在有侧向约束不产生侧向变形的条件下，轴向受有限压力（6:12）时，吸水后产生的轴向变形与试件原高度之比，以百分数表示，采用侧向约束膨胀率试验方法确定。岩石膨胀压力是岩石试件吸水后保持原体积不变所需的压力，测定膨胀压力的试验方法有即平衡—加压法、膨胀—加压恢复法和加压—膨胀法%种试验方法。岩石耐崩解性黏土类岩和风化岩等岩石试件在软化和崩解作用下所表现出的抵抗能力。像黏土质类的岩石，特别是含有亲水矿物的岩石，在干湿交替作用下容易膨胀松动和崩解，若将这类岩石作为建筑材料使用，它就会因受到干、湿变化的影响，使岩石的耐久性改变和崩解碎裂。耐崩解性试验是模拟干燥及湿润过程，测试岩石对软化和崩解作用所表现出的抵抗能力。岩石耐崩解性通常以耐崩解性指数&$表示，是指岩石试块经过干燥和浸水两个标准循环后试件残留的质量与其原质量之比，以百分数表示。岩石耐崩解性指数&$按式（!"#;）计算：!’&$’5#&&(（!"#;）!$—#6<— 第一篇水利水电工程地质图!"#岩石膨胀压力试验仪示意图$—螺母；%—平垫圈；&—横梁；’—螺母；(—摆柱；!—接头；#—压力传感器；)—上压板；*—金属透水板；$+—试件；$$—套环；$%—调整件；$&—容器式中，!"为岩石耐崩解性指数，#；$"为原试件烘干质量，,；$%为残留试件烘干质量，,。岩石抗冻性指岩石抵抗冻融破坏的性能，以冻融质量损失率&’和冻融系数(’表示，通常采用直接冻融法测定。冻融质量损失率&’是岩石在-%+.范围内经过多次（%+次/%(次）反复冻融后的质量损失与冻融前的饱和质量之比，按式（!"$(）计算，以百分数表示；冻融系数(’是指反复冻融后岩石饱和单轴抗压强度和冻融前的饱和单轴抗压强度之比，按式（!"$!）计算，以百分数表示。岩石反复冻融后质量损失和强度降低的主要原因是由于裂隙中的水结冰，体积膨胀产生膨胀压力，使岩石结构发生改变直至胀裂破坏。$)"$’&’01$++#（!"$(）$)*’(’0（!"$!）*)式中，&’为冻融质量损失率，#；(’为冻融系数；$)为冻融试验前试件饱和质量，,；$’为冻融试验后试件饱和质量，,；*’为冻融试验后的饱和单轴抗压强度平均值，234；*)为冻融试验前的饱和单轴抗压强度平均值，234。岩石变形性质岩石在载荷作用下发生形状和大小改变的力学属性。在外力作用下，岩石内部结构和晶格受到压缩而产生变形。岩石是由多种造岩矿物组成的非弹性、非塑性和非均质的—$!+— 第六章水利水电工程岩石力学图!"#岩石自由膨胀试验仪示意图$—铝板；%—金属透水板；&—试样；’—紫铜片；(—容器多种介质的集合体，其力学属性十分复杂，往往表现出弹性、塑性和粘性等复合性质。由岩石压缩实验取得的应力—应变关系曲线可见，其切线斜率不是一个常数；逐级一次循环加卸载应力—应变关系曲线显示，加载线与卸载线不重合，存在着一定量的残余变形。因此，岩石具有与金属类弹性材料不同的独特的变形特性，这种变形特性用变形模量、弹性模量和泊松比等参数表示。室内试验确定岩块变形参数主要根据岩块单轴压缩变形试验。岩块的变形模量是指岩石试件在纵向应力作用下，应力与相对应的纵向应变之比的比值，也称割线模量，一般用)(*表示，即指应力—应变曲线原点与抗压强度(*+处应变点连线的斜率。岩石的弹性模量是指岩石试件在纵向应力作用下，应力与相对应的纵向弹性应变之比的比值，一般由应力—应变曲线直线段的斜率表示。岩石的泊松比是指岩石试件在纵向应力作用下，所产生的横向应变与相对应的纵向应变的比值。岩石压缩变形试验常用的方法有电阻应变片法和千分表法%种。现场岩体变形试验主要方法有承压板法、狭缝法、单（双）轴压缩法、钻孔径向加压法、径向液压枕法和水压法等，其中承压板法使用最普遍，为了深入研究岩体性质的复杂性，试验中常常采用反复循环（包括逐级一次循环、逐级多次循环、大循环等）加载的方法。通过试验得到的岩体压力—变形曲线是研究岩体变形性质的重要依据，根据这些曲线可以计算出岩体（石）的弹性模量、变形模量。压力—变形曲线归纳为’种基本类型：直线型、上凹型、下凹型、长尾型（图!",）。图!",岩体压力变形曲线的基本类型（图中!为试验压力，"为变形）（#）直线型；（$）上凹型，（%）下凹型；（&）长尾型完整、坚硬致密、裂隙较少的岩体，其性质比较接近均质弹性体，压力—变形曲线表现—$!$— 第一篇水利水电工程地质为直线型。具有层理、裂隙等结构面的非均质岩体压力—变形曲线表现为上凹型，初始加载时压力—变形曲线的切线斜率较小，随着压力增加，切线斜率也逐渐增大。具有层理、裂隙等结构面并且其表层较坚硬随深度刚度减弱的岩体，压力—变形曲线表现为下凹型，初始加载时的切线斜率较大，随着压力增加切线斜率逐渐减小。裂隙较多或受到爆破震动影响或开挖卸荷后表层松动的岩体，压力—变形曲线表现为长尾型，初始加载时变形较大，压力—变形曲线切线斜率较小，随着压力增加，变形曲线变成较陡的直线。图!"#$岩石应力—应变全过程曲线!—轴向应力；"—轴向应变；!$—屈服强度；%$———峰值强度图!"##花岗岩三轴应力—应变全过程曲线$、&、’、!、#$、#’—圈岩!&岩石应力一应变全过程曲线是研究岩石本构模型的依据，需要在刚性伺服试验机上进行试验才能获得（图!"#$、图!"##）。岩石应力—应变全过程曲线分为(个阶段：!"段为压密阶段，微裂隙压密，体积缩小。"#阶段为直线段，岩石基本呈弹性性质，但可能出现细微的开裂，这两个阶段中，残余变形不大，岩石的结构和性质并无大的改变。#$裂隙产生、张开和扩展阶段，从#点开始出现所谓剪胀现象（即在剪应力作用下出现体积膨胀），并产生永久变形，属于塑性强化阶段，岩石出现不可逆变形，在连续加载卸载循环过程中，出现较大的残余变形。$点为加载的峰值点，$%段为岩体不稳定阶段，亦称应变软化阶段或破裂阶段，承载能力随变形的增大而减小，体积应变不断增大，岩石强度从峰值强度下降至残余强度，此时应力应变曲线的斜率为负值，卸载时产生较大的永久变—#!)— 第六章水利水电工程岩石力学形。以上!个阶段基本可以描述岩石的弹塑性力学特性。岩石抗压强度岩石试件在轴向压力作用下抵抗破坏的极限强度。岩石抗压强度是反映岩石力学特征的重要参数，是划分岩石级别和评定岩石质量的重要指标，也是岩体工程和建筑物基础设计的重要依据。岩石抗压强度分为单轴抗压强度（"#$%&$%’()*+,-..$/-.0,-#102）和三轴抗压强度（0,$%&$%’()*+,-..$/-.0,-#102）。单轴抗压强度是指岩石在无侧限条件下受轴向力作用破坏时所能承受的最大压力，三轴抗压强度是指岩石在侧向压力条件下受轴向力作用破坏时所能承受的最大压力。影响岩石抗压强度的因素有矿物成分、结晶粗细、颗粒联结、含水量、加压方向、加载速率等因素。岩石抗压强度按岩石试件的含水状态可划分为天然状态、饱和状态和烘干状态3种，岩石试件的含水状态不同，其单轴抗压强度值不同，一般烘干状态4天然状态4饱和状态。岩石饱和抗压强度与干抗压强度的比值称为岩石的软化系数，软化系数小于5，并取决于岩石矿物成分及其亲水性、岩石孔隙和裂隙状况等因素。当岩石具有定向结构时，不同方向的抗压强度不同，表现为岩石的各向异性特征。不同岩石抗压强度不同，根据岩石单轴抗压强度可进行岩石坚硬程度划分，单轴抗压强度6(4789:%为坚硬岩，389:%;789:%为较坚硬岩，5<9:%;389:%为较软岩，<9:%;5<9:%为软岩，=<9:%为极软岩。图7>5?实验室岩石抗压强度试验岩石抗压强度通过实验室岩石抗压试验取得（见图7>5?），试验过程中的加载速率对岩石单轴抗压强度影响显著。试验加载速率快，对岩石试件产生冲击载荷作用，难以显现出岩石破坏阶段应力—应变的非线形特征，会造成在破坏阶段时裂隙不能充分展开和发展，使所得强度值增高，加载速率快甚至比低应变速度下的强度高达58倍左右。试件的高径比对岩石抗压强度有较大的影响。在高径比小时，影响显著，当高径比达到?;3时，强度趋于渐近值，强度差不超过?@。试件大小影响岩石抗压强度，一般试件的最小—573— 第一篇水利水电工程地质尺寸应大于岩石最大矿物颗粒的!"倍。已有研究成果表明，不论是圆柱体试件还是立方体试件，强度试验值随着试件尺寸的增大而减少，称为岩石抗压强度的尺寸效应。另外，岩石试件形状和端部约束对岩石单轴抗压强度也有一定的影响。为此，《水利水电工程岩石试验规程》规定采用直径为#"$$高径比%&!圆柱试件作为标准试件，加载速率控制为每秒"’#()*+!’"()*。岩石抗压强度试验参见岩石抗压强度。图,-!.实验室岩石直剪试验岩石抗剪强度岩石在剪切载荷作用下破坏时所能承受的最大剪应力。岩石抗剪强度按试验方法的不同分为岩石直剪强度和岩石三轴抗剪强度。岩石直剪强度分为抗剪断强度和抗剪（摩擦）强度。抗剪断强度指岩石受剪断破坏时的强度；抗剪（摩擦）强度则是岩石剪断后所进行摩擦试验时所具有的抗剪强度。研究岩石抗剪强度的目的主要是为大坝、边坡和地下洞室岩体稳定性分析提供抗剪强度参数。获得岩石抗剪强度的常规试验方法主要有直剪试验和三轴试验。岩石直剪试验岩石直剪试验装置见图,-!.。根据岩石试件在不同法向载荷下相应剪切强度，按库仑准则确定岩石的抗剪强度参数，包括摩擦系数!和黏聚力"。岩石直剪试验在实验室或现场进行，分为岩块（或岩体）抗剪强度试验、结构面（或软弱夹层）抗剪强度试验、混凝土与基岩接触面抗剪强度试验。现场直剪试验是测定岩体抗剪强度最常用的方法，在平硐、基坑、甚至在大口径钻孔中均可进行。试验前可预先选择破坏面的位置，剪切载荷可按所需要的方向施加，试验方法比较简单，因此特别适用于测定岩体软弱结构面的抗剪强度。岩石三轴试验岩石三轴试验压力室装置见图,-!/。根据岩石试件在不同侧向压力（!%和!.）下取得的轴向抗压强度!!，在剪应力"与正应力!的坐标系中，绘制莫尔应力圆簇和莫尔强度包络线，按莫尔—库仑准则确定岩石的三轴抗剪强度参数。岩石三轴抗剪强度试验在一定的程度上消除了直剪试验时剪切面上的应力分布不均匀的缺点，成果的规律性较好，且反映了实际岩体的受力状况。但三轴抗剪强度试验和直剪试验的意义和结果不尽相同，这主要是由于直剪试验是预先确定剪切面，而三轴抗剪强度试验破坏面主要由应力控制，从试验结果来看，三轴抗剪强度试验所得到的"值大于直剪试验所得到的"值，而!值大致相同。三向应力状态下岩体抗剪强度参数也可根据各试体破坏时轴向应力!!和对应侧向—!,/— 第六章水利水电工程岩石力学图!"#$岩石三轴仪装置图#—压力机施加垂直压力；%—侧压力液体出口处，排气处；&—侧压力液体进口处；$—密封设备；’—压力室；!—侧压力（!&(!%）；)—球状底座；*—试件应力!&，绘制各试体破坏时轴向应力!#与对应侧向应力!&的关系曲线，确定!#—!&关系直线的斜率!和截距"，按下列公式计算三向应力状态下岩体抗剪强度参数：!"##(%!!"$(%!!式中，!、"分别为!#—!&关系直线的斜率和截距，+,-；#为摩擦系数；$为黏聚力+,-。岩体抗剪强度试验参见岩体现场试验。岩石抗拉强度岩石在单轴拉伸载荷作用下破坏时所能承受的最大拉应力。岩石抗拉强度是地下洞室和岩质边坡稳定性分析和支护设计的重要参数。岩石抵抗拉伸的能力很小，其抗拉强度远小于抗压强度，一般为抗压强度的#.$/#.%’，平均为#.#0。测试岩石抗拉强度的试验方法很多，有轴向拉伸法、劈裂法、弯曲试验法、离心机法和圆柱体或球体的径向压裂法等。在实践中最常用的是劈裂法，轴向拉伸法次之，其他试验方法使用很少。劈裂法试验是沿试件直径轴面方向施加一对线载荷，使试件沿直径轴面方向劈裂破坏（见图!"#’），按下式计算岩石的抗拉强度。劈裂法又称巴西法，为间接拉伸法，在一定程度上能反映岩石抗拉强度特性，操作比较简单且实用，所以被广泛使用。%&!%("’(式中，!%为岩石抗拉强度，+,-；&为破坏载荷，1；’为试件直径，22；(为试件高度，22。—#!’— 第一篇水利水电工程地质直接（轴向）拉伸试验是测定岩石抗拉强度的一种直接的试验方法，其关键技术是胶接剂和夹具应有良好的胶接及夹持能力，以保证试件在载荷作用下被拉断，为此进行过许多试验研究。尽管轴向拉伸试验是测定岩石抗拉强度的一种直接的试验方法，但由于试验技术比较复杂，偏心问题难以解决，且与劈裂法的测试成果接近，在我国新近的岩石试验规程中未被推荐采用。图!"#$岩石劈裂试验示意图（!）劈裂试验加载情况；（"）试件开裂情况；（#）试件内的应力分布!$—水平向拉应力；!%—垂直向压应力岩石抗拉强度试验参见岩石抗拉强度。岩石剪切弹性模量在线弹性变形范围内，岩石剪应力增量与剪应变增量的比值。在线弹性变形范围内，岩石剪应力与剪应变的关系服从剪切胡克定律，此时，剪应力与剪应变的比为常数，该比例常数称为岩石的剪切弹性模量。剪切弹性模量与拉压弹性模量的量纲相同，国际单位为%&’。在实验室测定岩石剪切弹性模量时，由于需要通过特定的加载方式使试件中所有单元体形成纯剪应力状态，在试验技术上存在较大难度。迄今，岩石剪切弹性模量尚无成熟’的测试方法。通常是用已知的岩石拉压弹性模量按弹性力学的理论公式&(来（)#*"）换算。式中，&为剪切弹性模量；’为拉压弹性模量；为泊松比。"岩石点荷载试验利用点荷载仪给岩样施加压力至岩样破坏，求取岩石抗压强度的简易试验。该试验是将岩石试样置于点荷载仪的两个球端圆锥之间，施加垂直集中荷载一直至试件破坏。根据岩石抵抗变形直至破坏的能力，估算岩石抗压强度。该项试验方法简便，有利于现场试验，成本低，可对未加工成型的岩块进行测试等优点。在中国得到广泛使用，并积累了大量测试资料。点载荷指数（()）系点载荷试验岩样破坏时的载荷（*）与加荷点距离（+）的平方之比—#!!— 第六章水利水电工程岩石力学!"!#$%"，但在应用点载荷强度求岩石抗压强度时，采用!（"#$）作为换算指标。!（"#$）为直径为#$%%标准试件，求得点载荷强度指数!（"#$）。当试件不符合!（"#$）定义所规定的标准尺寸时，则应进行尺寸效应和形状效应的修正。中国标准&’#$"()—*+《工程岩体分级标准》中规定的岩石点荷载强度试验的尺寸要求及!（"#$）的修正计算公式如下：（(）试件尺寸：规则试件。径向加载试验用的岩芯，直径,$%%!&!-$%%，长度为岩芯直径的(.+倍；轴向加载试验用的岩芯，直径取,$%%!&!-$%%，长度为岩芯直径的$.#倍/(倍。不规则试件。最短边长’!,$%%/)$%%，加荷点间距（%）与最短边之比，即%$’!$.#/(.$（"）点荷载强度指数!（"#$）用式（01(-）计算：!（"#$）!!"(&(%&（01(-）式中，!（"#$）为直径#$%%标准试件的点荷载强度指数；!"为非标准试件的点荷载强度指数；(&为尺寸效应修正系数；(%&为形状效应修正系数。当试件尺寸与标准试件尺寸一致时，取(&!(，不一致情况下，(&按式（01()）计算［直径（&）的单位为2%］$.++"0（01()）(&!$.+*$#&试件形状效应修正系数按式（01(*）计算".,$,［（%$&6*+,%$&）7"］（01(*）345!$.,(0()在使用式（01(-）时，当测试采用圆柱状岩芯时，取(%&!(，当测试采用不规则试件时，取(%&!(。（,）对每组试件，计算点荷载强度指数的平均值。由于加荷特点和试件受荷载时的破坏特征，点荷载试验不适用于砾岩和-.8#9:;的极软岩。除上述方法外，亦可应用布劳奇（<.’=>2?）和富兰克林（@.A.B=;CDEFC）所推荐的点荷载强度试验尺寸修正值曲线，将!"换算成标准尺寸（直径#$//）的点荷载强度指数!（"#$），见图01(0。参考中国及其他国家的相关研究，岩石点荷载强度与单轴抗压强度具有代表性的相关回归方程，见表01(。岩石流变性岩石的应力和应变随时间而变化的现象。当温度、湿度等环境条件不变时，在恒定应力作用下，变形随时间逐渐增长的现象称为蠕变；当温度、湿度等环境条件不变，应变保持恒定时，岩石承受的应力随时间逐渐减少的现象称为应力松弛。岩石流变性是岩石的固有性质，岩石流变力学已成为岩石力学的一个重要分支并引起岩土工程界的广泛重视，尤其是在岩石蠕变方面。理论蠕变曲线可分,个区段，即应变随时间增长但速率递减的初期蠕变；应变随时间—(0-— 第一篇水利水电工程地质图!"#!布劳奇和富兰克林的尺寸修正曲线增长、速率为定值的等速蠕变；应变速率加速增长直至破坏的加速蠕变。当应力水平较低时，只产生第一区段或第二区段的蠕变，不发生第三区段的蠕变。岩石流变的力学行为，用表述其应力—应变—时间关系的本构方程来描述。本构方程的建立可以通过经验公式、元件组合模型、积分形式模型来实现。经验公式是对流变试验曲线进行拟合，求得被试验岩石的应力—应变—时间关系式，常用的有幂函数，对数函数和指数函数等类型。组合模型是按岩石的弹性、塑性和黏性等基本性质相应的弹性元件（胡克体）、塑性元件（圣维南体）和黏性元件（牛顿体）等基本元件，然后根据岩石流变试验曲线的特征，由不同元件组合成反映岩石流变属性的本构方程。对于更一般的情况，如施加应力不是常量时，用积分形式表示的本构方程则更合适。岩石流变力学的试验研究，始于$%世纪&%年代。迄今为止，大量的研究仍然是岩块的实验室试验，主要为单轴压缩、三点弯曲、扭转、剪切和三轴条件下的蠕变试验等。近年来，中国针对高陡边坡、大跨度地下洞室的稳定性研究，开展了大量的现场岩体压缩试验、岩体及软弱结构面剪切蠕变试验和边坡、洞室岩体蠕变位移观测，为这些工程的长期稳定性研究提供了必要的资料。岩石蠕变在应力和温度不变的情况下，岩石变形（或应变）随时间增长的现象，又称岩石徐变。自然界中岩石蠕变是缓慢而不易察觉的，但这种缓慢变形的积累可造成严重后果，如山崩、洞室坍塌等。岩石蠕变在室内用单轴压缩、三轴压缩和扭转试验研究，以单轴压缩试验用得最广，试验结果用蠕变曲线表示。蠕变曲线有$种类型：!稳定蠕变曲线，如图!中的曲线#和曲线$，蠕变甚小，施加荷载后，短期内变形就趋稳定。"不稳定蠕变曲线，如图!"#’的曲线&，变形达到一定值时就以某种常速率不停地增长，直至破坏。不稳定蠕变主要发生在软弱岩石中，但坚硬岩石的应力超过屈服界限时也可产生不稳定蠕变。岩石不稳定蠕变曲线可分为&个阶段（参见徐变力学）：第!"#’阶段曲线向下弯曲，历时—#!(— 第六章水利水电工程岩石力学较短，这阶段的蠕变称岩石瞬时蠕变，如将所加荷载骤然卸去，应变可随着时间恢复到零，即无残余变形。第!阶段曲线具有近似不变的斜率，这阶段蠕变称岩石稳态蠕变，在该阶段内卸载岩石有残余变形。第"阶段曲线的斜率逐渐变陡，这阶段的蠕变称岩石加速蠕变，蠕变速率增长，最终使岩石脆性断裂或塑性破坏。岩石单轴抗压强度与点荷载强度关系表名称!"与#（$#$）的关系相关系数比尼奥斯基（%&’(&)*+,&）、布劳奇（-./01）2富兰克林!"5!67$8#（$#$）$76!（3.)(,4&(）、布鲁克（-.//,）等人试验资料国际岩石力学试验方法委员会测定点荷载强度的建议方法!"5（!$;!#）#（$#$）（96:#年修订）向桂馥，梁红7岩石力学与工沿短轴加载时!"5（9:;96）#（$#$）程学报，第二期，96:<沿长轴加载时!"5!"78#（$#$）中国东北工学院!"5<#=987>#（$#$）中国长沙矿山研究所对坚硬岩石!"5#"78=9##（$#$）$768<中国铁道部第二勘测研究所!"5!!7:96#（$#$）$76$$!（966$）图$5.?&37.@，2:=$）将岩石和岩体的回弹—)’A— 第六章水利水电工程岩石力学仪测试方法列入《关于确定岩石和岩体地质指标的规范》。现场回弹试验应选择具有代表性的完整岩体（石）、不同类型风化岩石（除全风化以外）及构造岩。根据有关规程要求，测试时，回弹仪应与岩面垂直，处于其他角度时应作角度校正。每点锤击次数不少于!"次，舍去最大、最小值各#次，用剩下的!$次求得平均值。地应力岩体在天然状态下所具有的内在应力，在工程上通常称为初始应力（%&%’%()*’+,**），地应力的名称有多种，在国际上还称为现场应力（%&-*%’.*’+,**）、天然应力（&(’.+()*’+,**）、原岩应力（/%,)0*’+,**）和残余应力（+,*%0.()*’+,**）等。自然界中大的山崩，深切峡谷边坡的坍塌滑落，地震、火山爆发，以及地震引起的地表变形都是地应力变化的结果。在矿山和地下工程开挖和利用过程中，坚硬脆性岩区所出现的岩爆，在软弱岩层区常出现的鼓起和挤出，大型基坑开挖后出现的岩体位移，以及在钻探过程中所出现的岩饼和剥落现象都是地应力的作用。曾经还发现，即使在已脱离母岩的岩块中，也可能存在一定的内部应力。引起岩体地应力的因素很复杂。其中包括：沉积自重作用、地质构造作用、变质作用、结晶作用、变温作用、放射性元素衰变作用、固结作用以及水解作用等，此外还有地球运动的作用。在这些因素中最主要的是自重作用和地质构造作用。同时，地应力还与岩体的性状，地表形态，内在裂隙的分布、方向和多少，岩石本身的性质（弹性、塑性），以及断层、褶皱等地质现象有密切关系。由于这些因素的影响，地应力在岩体中也不是均匀的，而是随着空间和时间而变化的。地应力场属于不稳定的应力场。地应力类型按来源的不同可分为自重应力、构造应力和热应力等，其中最主要的是自重应力和构造应力。自重应力假定岩体简化为均质半无限弹性体，忽略地质构造和地形变化对岩体初始应力的影响，自重应力引起的应力场随深度的变化如图"-12所示，其量值为：!!"3"#，!!$3!!%3#"#（"-11）式中，"为岩体的容重；#为距地表深度；#为侧压系数。#系数可根据半无限体侧向变形为零的条件求得：#3$（&!-$）（"-1#）当埋深较大且超过一定深度时，岩体的自重应力超过岩石的弹性限度，岩体将处于塑性状态。在一般情况下，均质岩体由地表往下先是弹性区，再往下则是塑性区。在有构造作用的地区，情况则并非如此。构造应力由于地壳运动引起的岩体内的应力。在漫长的地质年代中，地壳始终在不断运动和变化。由于这种地质构造运动，使岩体受到很大的外力作用，并产生相当大的塑性变形，从而岩体内积存着应力，这种应力即为构造应力。在某些新的破坏性扰动下，或者经过长期地质过程，构造应力可能全部释放，也可能部分释放。部分释放后，构造应力就成为岩体残余应力。图"-#$中曲线’(表示初次加载时的应力—应变曲线，当!达到与(点相应的数值，并在卸载时达到)点时，则面积’((!等于全部消耗的能量，即—!42— 第一篇水利水电工程地质图!"#$自重应力场的变化规律示意图!!"—铅直应力；!!#、!!$—水平应力；%—距地表深度"!&%!（"）&!（!"#’）!面积’’!(为卸载时能够从所消耗能量中恢复的储备能量，其值为(#&)%!")%!（!"#*）##*)面积+’(为卸载后不能恢复的变形能。可见，岩体储存的能量通过弹性变形才能达到。岩体的弹性变形越大，储备的能量就越多。若应力达到强度极限，岩体破坏，这时岩体中除保存残余变形外，储存的能量将全部或部分消失，构造应力也将全部或部分消失。热应力岩层在不同部位受到不同程度的加热或冷却，由此而产生的岩层中的应力。例如，岩浆的冷却或早期被冰覆盖的岩石的升温等。在水利工程中所遇见的岩体热应力常常较小，一般可忽略不计。图!"+)变形时的"—#图地应力变化特征一般高地应力地区，水平地应力分量大大超过其上覆盖层的岩柱重量。这种现象有随深度变化的趋势，达到一定的深度以后，水平应力开始小于铅直应力，这个转变点的深度（临界深度）在各地各不相同。通常将平均水平地应力（!#）与铅直地应力（!"）的比值称为侧压比（#），其值随深度的增大而减小。对于不同地区，$值各不相同，但其变化范围基本上介于下列不等式所限定的范围之内())(*)),)-+)"#",)-*)（!"#!）$$—(.)— 第六章水利水电工程岩石力学式中，!为实测应力的深度，!。地面地形是影响地应力的因素之一，在河谷地区，两岸大主应力方向与谷坡平行，谷底的大主应力方向趋于水平。图"#$%是中国四川省二滩水电站河谷山体内大主应力实测的结果。河谷地区的应力大小分为$个地带，地带!的铅直应力小于或接近于岩体的自重应力，为应力释放区；地带"的实测铅直应力相当于自重应力的$倍&%’倍，为应力集中区；地带#不受河谷影响，为应力平稳区。图"#$%二滩水电站(号探硐实测最大主应力值及%’号钻孔主应力分布)—应力释放区；"—应力集中区；#一应力平稳区地质构造对地应力有显著影响。在背斜构造中，背部的地应力一般比埋深所决定的应力要小，而在两侧部分则相反，会出现较大的地应力。在向斜构造中，中央部分存在着比埋深大一些的地应力，两侧部分则较小（图"#$(）。楔形地块中的地应力小于埋深所决定的应力，在倒楔形地块中却会产生比埋深所决定的应力更大的地应力。实测结果还表明，靠近断层的地应力受到应力解除，其数值较外围要小。图"#$(背斜向斜对地应力的影响（"）背斜；（#）向斜———实际地应力；####与埋深一致的地应力地应力的量测和估算地应力的量测，参见地应力测试。必要时可采用直观估计和理论计算方法。理论计算常根据实测应力或位移进行反推。在高应力区进行工程设计时，应根据具体情况采取相应措施，以避免因地应力过大而导致工程破坏。常用方法有：$根据侧压力系数的不同，对不同的可能破坏位置采取加强措施。%调整洞轴方向以适应最大水平主应力。&对于最大水平地应力与单轴抗压强度—%*%— 第一篇水利水电工程地质之比值大于!"#、易于产生岩爆的地区，采取恰当的施工措施加以防止。地应力测量对岩体内部应力状态所进行的测量。根据测量原理的不同分为应力恢复法、应力解除法、应变恢复法、应变解除法、水压致裂法、声发射法、$射线法、重力法等。其中应力解除法的钻孔套芯应力解除法和水压致裂法是目前应用最为普遍、技术发展最为成熟的地应力测量方法。钻孔套芯应力解除法是利用大口径钻头将岩芯与围岩分离开来，从而使得岩芯内原来承受的应力全部解除，根据此过程中岩芯产生的应变（或变形）和岩石的弹性常数，反演原来的应力状态。按照被测量的物理量及其测量部位的不同，分为钻孔孔壁应变测量法、钻孔孔径变形测量法和钻孔孔底应变测量法。其中钻孔孔壁应变测量法应用最为广泛，该方法利用安设在小钻孔的孔壁应变计测量的解除应变值计算解除前的应力状态，在一个钻孔的一次测量就可以确定岩体的三维地应力状态。浅钻孔应力测量通常在勘探平硐中进行，测量钻孔方向一般为水平向，测量深度一般为%&’"()’。该方法首先在岩壁上用大口径（一般直径为%!)’’）钻进到预测深度后，在其孔底同心钻一个小直径的钻孔（一般直径为!)’’"&)’’），然后安设钻孔应变计（或变形计），再用大口径钻头在小钻孔周围（同心圆方式）进行套钻，解除岩芯的应力，同时记录应变计（或变形计）的应变（或变形）变化，据此推算岩体的应力状态。套钻解除过程中解除深度与释放应变关系全过程曲线（图#*!!）。图#*!!解除深度与释放应变的关系曲线图%、(、!—应变计、应变片编号+—无应力影响区，解除时无变化；!—应力集中区，由于施钻孔起的应力集中；"—应力释放区，随着解除过程应力的变化；#—应变稳定区，应变值随着解除深度加深逐渐趋于稳定深钻孔套芯应力解除测量法一般采用孔壁应变测量法，世界上最大测量深度为&%)’。为解决钻孔深度大所带来的一系列问题，在浅钻孔岩体应力测量技术的基础上有—%,(— 第六章水利水电工程岩石力学许多发展。主要有能够在深水中工作的深钻孔水下三向应变计，包括配套的应变片水下黏结剂、水下应变计粘贴技术；安装定位的触发装置；井下测定应变片方向的装置；深钻孔套钻技术以及井下数据采集系统，可以在深达数百米钻孔中不间断地取得应力解除全过程的解除应变数据。图!"#$水压致裂法实测现场水压致裂法地应力测量原理是建立在弹性力学平面问题理论基础上的，其经典理论以如下#个假设条件为前提：!围岩是线性、均匀、各向同性的弹性体；"围岩为多孔介质时，注入的流体按达西定律在岩石孔隙中流动；#岩体中初始应力的一个主应力方向为铅垂向，与钻孔方向一致。该方法主要设备由#部分组成：钻孔承压段的封隔系统、加压系统和量测、记录系统（图!"#$）。利用一对可膨胀的橡胶封隔器，在预测深度处取一段钻孔进行封隔，然后泵入液体对这中间段钻孔施压，加压到钻孔围岩出现破裂缝（此时的压力称破裂压力），立即关闭压力泵，维持裂缝张开（此时的压力称为瞬时关闭压力）最后将压力泵卸压至零。围岩第一次破裂后，重复注液施压至破裂缝继续开裂（这时的压力为重张压力），以获得较准确的压裂参数。根据实测压裂过程曲线（图!"#%）确定压裂参数并计算测段岩体最大和最小水平主应力，根据裂缝张开方向确定主应力方向。水压致裂法是迄今为止进行深部地应力测量最有效的手段，世界上最大测量深度达%&’%(。除此之外，该方法还具有钻孔套芯应力解除法无法比拟的突出优点：!资料整理不需要岩石弹性常数参与计算，避免因弹性常数取值不准确而引起的误差；"岩壁受力范围较大，避免点应力状态的局限性和地质条件不均匀性的影响；#可以利用现有地质勘探钻孔进行测量，不需要专门钻孔；$操作简易，测量周期短。山岩压力地下洞室开挖后由于围岩的变形、松动和破坏而作用在支护或衬砌上的压力，又称围岩压力。山岩压力有变形压力、松动压力、膨胀压力和岩爆时的冲击压力等之分。围岩变形压力是由于围岩变形产生的，大多发生于中等质量的岩石以及整体性良好的坚硬岩体中；围岩松动压力是由于围岩的松动与塌落引起的，大多发生于破碎与软弱的岩石中；围—&)#— 第一篇水利水电工程地质图!"#$水压致裂法实测压裂过程曲线%&’—水压压裂过程岩膨胀压力主要产生在围岩为膨胀岩的岩体中；在高地应力区的坚硬岩石中易发生岩爆，因骤然释放所储存的弹性能，可对支护产生强大的冲击压力。影响山岩压力的因素主要有：地质构造与围岩的岩体结构；洞室的跨度、埋深、形状和洞轴取向；支护衬砌结构的型式、刚度与设置时间以及开挖施工方法等。对于完整而坚硬的围岩，一般可不计山岩压力。对于较完整的围岩，可通过弹塑性理论分析来计算变形压力，常用()芬纳公式。对于较破碎的围岩，可用普罗托季亚科诺夫（*)*)!"#$#%&’(#)#&）的压力拱理论（普氏理论）或者+)太沙基公式计算山岩压力。普氏理论假设围岩为松散体，洞室开挖后洞顶一部分岩石将塌落，在洞的上方形成一个拱形区域，该拱称压力拱或塌落拱。拱的形状近似为抛物线，其矢高与岩石强度及洞的跨度有关。计算山岩压力，只需计算塌落拱下的岩石重量。()芬纳分析了初始应力为各向等值时的深埋圆形洞室围岩的塑性平衡，导出变形压力公式5123!$4%"123!!","#-./!0［#-./!0!（%"123!）］()%式中，!"为围岩变形压力，*67；#为岩石的黏聚力，*67；!为内摩擦角；!为洞室中心开挖前的初始应力，*67；$4为圆形洞室的半径，8；%为围岩内出现的塑性区半径，8。适当允许塑性圈有一定发展，变形压力可以减小。适时采用刚度适宜的衬砌是减少变形压力的有效方法。对于复杂地质构造情况，可用赤平投影等作图方法分析围岩崩塌体或滑动体的高度及形状，计算其松动压力。现场实测山岩压力时，主要是采用钢弦压力盒量测衬砌周围的接触压力，以及采用支柱测力计来量测单体支护柱体承受的压力。围岩压力见山岩压力。—%:9— 第六章水利水电工程岩石力学水工结构地质力学模型试验通过以相似原理制作的模型和所施加的荷载来模拟水工结构物和地基岩体的地质构造、物理力学特性及其在受荷载情况下产生结构破坏的试验。这种试验的模型通常是采用高容重、低变形模量、低强度的材料制成。用模型材料的容重来模拟原型材料的自重。水工结构地质力学模型试验主要用于研究结构及基础在超过弹性极限以后的黏塑性范围直到破坏的静力平衡问题。由于模拟了地基的工程地质条件，因此这类模型试验是研究结构的地基及坝肩稳定、岩石高边坡稳定以及地下结构围岩稳定等问题的有效方法。在这种模型中，如果只模拟地基中的断层及软弱夹层等主要不连续体，称大块体地质力学模型。如果除模拟上述主要不连续体外，还模拟岩体中的主要节理、裂隙组，称小块体地质力学模型。水工结构地质力学模型试验应满足的相似条件与结构破坏模型试验相同。但对小块体地质力学模型，还应同时满足：!岩体中各方向节理、裂隙出现的频度之比，模型应与原型（实际地基的概化模型）相同。"岩体中节理、裂隙的连通率，模型应与原型相同；节理、裂隙面的抗剪强度，模型与原型应保持相似。#模型中小块体材料的物理力学指标除应与原型中相应岩石试件的室内试验指标保持相似外，模型材料的小块体组合体（至少由!""多块小块体砌成）的力学性能也应同原型相应岩体的宏观力学性能保持相似。模型材料的研究是本类模型试验的技术关键，只有采用合适的模型材料才能保证试验结果的可靠性。意大利贝加莫结构模型试验所（$#$%#）首先研制出用石膏、氧化铅、膨润土、水和用环氧树脂、重晶石粉、浮石粉、甘油、水等混合料作为模型材料，其中氧化铅、环氧树脂固化剂等会造成环境污染，对人体健康有害。中国近年来采用重晶石粉、砂子、石膏、水、甘油等的混合料以及石膏、重晶石粉、铁矿石粉、砂、水、石蜡油等混合料，它们无污染、较经济。地质力学模型材料要同时满足变形特性及强度特性相似，而且容重要比较大，这些问题的研究，已取得较大的进展。大块体地质力学模型的制作，可用模板现浇成型。为了减少养护干燥时间，也可采用在模板内夯击成型。对于小块体地质力学模型，由于需用上万块甚至数万块模型材料块体，故多采用压模成型，即将搅拌均匀的混合料置于钢模具内，在成型压力机上压制成各种标准尺寸的块体，用以制造模型。此种制模的方法效率较高，如改变成型压力也可以调整块材的力学性能，同时容重也会相应地改变。三轴试验结果表明，这种方法制成的模型块体，能较好地模拟多种岩石。但这种压制的块材有时会出现各向异性的特点。由于模型材料强度较小，变形模量也较低，因此，地质力学模型试验要求加荷设备具有较高的精度，如采用加工精度较高的小型或微型千斤顶组或其他液压加荷装置。但模型加荷直至破坏时其总荷载也需增大若干倍，故通常在试验中安装两套量测压力的装置，一套量程小，分辨率高；另一套量程大，分辨率较低，以适应不同加荷阶段之需。关于地震惯性力，按拟静力法的概念，可将模型向惯性方向倾斜某一角度，用模型自重沿该方向的分量来近似地模拟地震惯性力。水工结构地质力学模型试验以量测位移为主，包括模型表面的绝对位移和模型内部一些地质构造面两侧的相对位移。量测设备多采用电测微型位移传感器和自动检测记录—!’&— 第一篇水利水电工程地质系统（参见水工结构模型试验量测技术）。由于模型材料的变形模量比较小，在模型表面粘贴电阻应变片不能反映测点的真实应变（刚化影响），故通常在模型表面贴电阻应变片是为了监测模型的开裂时机及裂缝的发展情况，以便配合位移的量测成果，分析判断结构物及地基失稳的发生和发展过程。水工结构地质力学模型试验于!"世纪#"年代首先在意大利开始进行，随后在南斯拉夫等国也相继进行这种试验，且规模较大。中国在!"世纪$"年代后期也开始了这方面的试验研究工作，清华大学首先开展了凤滩拱坝地质力学结构模型试验，此后中国许多高拱坝都进行过地质力学结构模型试验。岩体渗流应力岩体在渗流作用下产生的应力。研究岩体渗流应力的主要目的是分析岩体的变形与稳定。岩体渗流应力决定于渗流场，而渗流场又决定于岩体裂隙系统的物理和几何特性。作为几何特性的裂隙隙宽与岩体应力有关，即岩体渗流场与应力场有关。岩体渗流场和应力场相互影响，构成了岩体渗流应力分析的特殊性和复杂性。工程上计算由渗流而产生的岩体应力常按两个步骤进行。（%）按一定的岩体渗流数学模型（参见岩体渗流理论）求得渗流场!&"#!$’%的分布（!$为水的容重，%为位置水头，"为孔隙压力）。按下式求出渗流的单位体力荷载&’&("’（!）用数值分析法（例如有限单元法）计算岩体渗流应力。必要时再根据应力场修正裂隙隙宽，重新进行渗流场计算，反复迭代至收敛。当计算域岩体相对均一，算题规模不大，也可采用渗流场与应力场全耦合法直接求解。岩体渗流应力的另一特殊性，是其与水荷载的历史有关。在建筑物施工前、施工期及运行期中，岩体渗流场常发生相应的变化。某时段的渗流应力不仅决定于该时段的渗流荷载，而且决定于渗流荷载的历史。因此，为了求得岩体渗流应力，需用渗流增量荷载分析方法。例如，对于水工隧洞，在开挖以前，岩体内就存在着初始渗流场（!（"））及相应的渗流体积力（（&"）），在（&"）作用下岩体初始渗流应力为"（"）。隧洞开挖后，形成渗流场’’(（!（%）），在渗流体积力增量!（&%）（%）（"）作用下产生应力增量!"（%），则此时岩体应力’&&’(&’!为"（%）（"）（%）。隧洞衬砌后，渗流场变为!（!），在!（&!）（!）（%）作用下，岩体及(&"(’!"(’&&’(&’衬砌产生应力增量!"（!）及!"（!），则此时岩体及衬砌应力分别为"（!）（%）（!），"（!）()(&"(’#"()（!）。隧洞充水后渗流场及应力场照此类推。各阶段的渗流应力按如下递推公式计&#")算（(）（’(%）（’）")&"(’#"(（’）（’(%）（’）")&")’#")工程措施的设置能够改变渗流场的分布，从而也改变岩体渗流应力场。合理地布置防渗帷幕和排水设施，可优化渗流应力状态，使之有利于"程的安全。岩体结构岩体内部结构面和结构体的组合形式。岩体中的结构面和结构体称为岩体结构单—%)#— 第六章水利水电工程岩石力学元，不同类型的岩体结构单元在岩体内的组合和排列形式称为岩体结构。岩体的力学强度、受力后的变形、破坏机制和稳定性，主要受岩体结构的控制。岩体结构面岩体内部具有一定方向、一定规模、一定形态和特性的面、缝、层和带状的地质界面。它是在地质发展历史，尤其是地质构造运动中，在岩体内形成的物质分异面和不连续面。结构面可分为原生结构面、构造结构面及次生结构面!种：!原生结构面。包括沉积结构面，如层面、层理；火成结构面，如岩浆岩体边缘的流层、流线与围岩的接触面，蚀变带、冷凝原生节理和岩浆的间歇性喷溢形成的结构面等；变质结构面，如片理、板理、剥理和黑云母、绿泥石、滑石富集带等。"构造结构面。系构造应力作用形成的破裂面，如断层、节理、层间错动面和劈理等。#次生结构面。一般由原生结构面或构造结构面经风化、地下水活动、卸荷和人工爆破等外营力叠加作用演化形成。如风化裂隙、卸荷裂隙和爆破裂隙等，常充填岩屑和次生泥。由于结构面的成因、规模和形态各异，不同的结构面甚至同一结构面的不同部位具有不同的自然特性，其物理力学性质存在着明显的差别。结构面的几何形态（曲折、起伏、粗糙、平直、光滑），结合状态（闭合、张开），充填物质（岩屑、泥质、锈膜、方解石或石英胶结）及其厚度，直接影响着结构面的结合力和强度。按结构面的性质，可分为刚性结构面和软弱结构面。前者一般胶结较好或无充填，两面间呈硬性接触；后者一般充填有泥，岩屑等软弱物质。结构面的强度通常低于结构体的强度，在一定条件下成为受力岩体首先变形和破坏的部位。结构面的产状（走向、倾向、倾角）变化、延伸范围、发育密度、组数及其结合关系，直接影响岩体受力后的力学行为。各种结构面的组合构成岩体变形的边界，控制岩体破坏方式。岩体结构体不同规模、产状的结构面所围限的岩石块体。结构体的物质基础是地层与岩性。由于原岩的产状、岩性的差异以及后期受构造作用、次生地质作用程度的不同，其形状、规模、强度和排列有很大差异，直接影响岩体的工程性质。常见的单元结构体形态有：棱柱体、立方体、板状体、楔形体、菱形体和角锥体等。结构面和结构体是岩体的基本组成部分，其物理、力学性质影响着岩体的工程地质性质，是控制岩体稳定的边界条件和主要因素。进行水利工程设计时，除针对控制性结构面进行处理外，还应充分利用结构体固有的强度，使之与水工结构物形成整体工作状态。岩体结构类型中国的工程地质工作者寻求通过岩体结构类型的划分来评价岩体完整程度和稳定性。在水利水电工程中，应用较普遍的分类有二，一是中国科学院地质研究所早期的分类（表"#$）；二是%&’($)*—++《水利水电工程地质勘察规范》中的分类（表"#!）。表"#$中科院地质所早期的岩体结构分类表结构类型亚类岩体结构特征代号名称代号名称岩性单一，结构面不发育，岩体呈完整状态或基本完整体,-整体结构整状态,块状岩性单一，由强度相近的岩层共同组合，结构面将岩结构,$块状结构体剖切成岩体集合体，岩块间结合力强—-)*— 第一篇水利水电工程地质结构类型亚类岩体结构特征代号名称代号名称岩层单一，或不同性质岩层互层或夹极薄的软弱夹!!层状结构层；层面，软弱夹层及层间错动呈层状分布!层状结构薄层状岩相、岩性变化大，组合复杂，层状以薄层为主；层理、!"结构片理发育，结合力差，岩体呈薄板状结构岩性单一，岩质坚硬，#、#级结构面密度大、组数"!镶嵌结构多，岩块棱角明显，彼此镶嵌啮合镶嵌"碎裂结构""岩性复杂多变，软硬相间明显，软弱破碎带相对完整碎裂结构岩性组合繁简不一，具有明显的各向异性，结构面"$碎裂结构组数多，组合复杂，多被软弱物质充填岩性复杂，基本呈松散状，有的为岩块夹泥，有的为泥#散体结构包岩块表%&$’()*"+,—--的岩体结构分类表类型亚类岩体结构特征整体结构岩体完整，呈巨块状，结构面不发育，间距大于!**./块状结构块状结构岩体完整，呈块状，结构面轻度发育，间距一般大于!**./0)*./次块状结构岩体较完整，呈次块状，结构面中等发育，间距一般大于)*./0$*./巨厚层状结构岩体完整，呈巨厚层状，结构面轻度发育，间距一般大于!**./厚层状结构岩体较完整，呈厚层状，结构面轻度发育，间距一般!**./0)*./中厚层状结构岩体较完整，呈中厚层状，结构面中等发育，间距一般)*./0$*./层状结构岩体较完整或完整性差，呈互层状，结构面较发育或发育，间距一互层状结构般$*./0!*./薄层状结构岩体完整性差，呈薄层状，结构面发育，间距一般小于!*./岩体完整性差，岩块镶嵌紧密，结构面较发育到很发育，间距一镶嵌碎裂结构碎裂结构般$*./0!*./碎裂结构岩体较破碎，结构面很发育，间距一般小于!*./碎块状结构岩体破碎，岩块夹岩屑或泥质物散体结构碎屑状结构岩体破碎，岩屑或泥质物夹岩块许多大型水利水电工程，根据本身岩体结构的特点，制定了适用于本工程的岩体结构分类，如长江三峡水利枢纽、云南漫湾水电站、青海龙羊峡水电站和四川二滩水电站等。—!++— 第六章水利水电工程岩石力学岩体工程地质分类根据岩体的结构特征和物理力学性质，对岩体的工程特性和质量进行的分类或分级。岩体工程地质分类用以对岩体的质量和基本工程地质特性作出评价，为岩石工程的设计计算及工程处理措施的选择提供基础。岩体工程地质分类是把岩体当作工程应力作用下的材料进行研究。不论岩体由何种岩石组成，只要岩体的工程地质性质相同或近似，均可划为同一类岩体。岩体工程地质分类种类繁多，大部分用于地下洞室围岩分类，较有代表性的有：!苏联普罗托季亚科诺夫（!"!""#$%$&’()$*$’）#$%#提出的岩石坚固系数分类，以岩石单轴抗压强度的#&为指标把岩石分为#’类，用以评价地下工程支护结构上的地压。+美籍学者太沙基（(")*+,-./01）#$23年提出的岩体载荷分类，按不同的岩性和裂隙发育程度把岩石分为$类，并提出相应的地压范围值。,美国迪尔（4"5"4**+*）#$32年提出的岩石质量指标（!"#）分类，将!"#分为678&、78&98’&、8’&9:8&、:8&9$’&、;$’&等8级。-苏联罗姆塔捷（<"."/$0%$&12）#$:7年修改后的萨瓦连斯基（3"4"56’6#2*7)89）分类，把岩石分为坚硬、半坚硬、松散碎屑、松软和特殊成分、特殊性质岩石等组，每组又分别按岩浆岩、沉积岩、变质岩及其物理、水理性质给以定量参数。:比尼奥斯基（=")"<0*>0-?@10）#$:2年提出的地质力学分类（!$!），主要用于地下洞室。它利用岩石单轴抗压强度、岩石质量指标（!"#）、裂隙间距、不连续面状态、裂隙面走向及地下水状况等3项指标，和差后得出围岩的评分进行分类。;挪威巴顿（A"）#$:2年提出的隧洞岩体工程地质分类（"分类）。该分类利用岩芯质量指标（!"#）、裂隙组数（%&）、裂隙粗糙度（%’）、沿最弱裂隙面的蚀变或填充程度系数（%(）、裂隙含水折减系数（%)）及地应力折减系数（*!+）等3项指标表达岩体质量（"），"值从’"’’#9#’’’，相当于从严重破碎的糜棱化岩体到完整坚硬岩体，分为$级。<日本菊地宏吉、斋藤和雄、楠建一部#$D7年提出坝基岩体分级标准和定量分级标准，以岩石单轴干抗压强度分为坚硬、中等坚硬、软弱岩石%类；再按岩体风化程度分成,、-、./、.$、.0、#3级，建立岩体等级与岩体变形模量、静弹性模量、抗剪强度、弹性波速度、施密特锤、回弹值间的关系，进行定量分级。表3E2岩体基本质量分级表基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标（-"）F坚硬岩，岩体完整;88’=坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整88’928#坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，>28’9%8#岩体较完整；较软硬岩，岩体完整坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎9破?碎；较软岩或软硬岩互层，以软岩为主，岩体较完%8’978#整—较破碎；软岩，岩体完整9较完整—#D$— 第一篇水利水电工程地质基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标（!"）较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎"破碎；全!#$%&部极软岩及全部极破碎岩表’(%坝基岩体工程地质分类表)坚硬岩（#$*’&+,-）.中硬岩（#$/’&"0&+,-）%软质岩（#$#0&+,-）类别岩体工程性岩体工程性岩体工程性岩体特征岩体特征岩体特征质评价质评价质评价)2：岩体呈整体岩体完整，强度或块状、巨厚层高，抗滑、抗变形状、厚层状结构，性能强，不需作专1结构面不发育一门地基处理。属轻度发育，延展性优良高混凝土坝差，多闭合，具各地基向同性力学特征)!：岩体呈块岩体较完整，强.!：岩体呈整状或次块状、厚层度高，软弱结构面岩体完整，强度体或块状、巨厚层状结构，结构面中不控制岩体稳定，较高，抗滑、抗变状、厚层状结构，等发育，软弱结构抗滑抗变形性能形性能较强，专门!结构面不发育(面分布不多，或不较高，专门性地基性地基处理工作轻度发育，延展性存在影响坝基或处理工作量不大，量不大，属良好高差，多闭合，具各坝肩稳定的楔体属良好高混凝土混凝土坝地基向同性力学特征和棱体坝地基)"2：岩体呈."2岩体结岩体较完整，局次块状或中厚层构特征基本同)部完整性差，强度状结构，结构面中!。即岩体呈块较高，抗滑、抗变岩体较完整，有等发育，岩体中分状或次块状、厚层形性能在一定程一定强度，抗滑、布有缓倾角或陡状结构，结构面中度上受结构面控抗变形性能受结倾角（坝肩）的软等发育，软弱结构制。对影响岩体构面和岩体强度弱结构面或存在面分布不多，或不3"：岩体强度大变形和稳定的结控制影响坝基或坝肩存在影响坝基或于2%+,-，岩体呈构面应作专门处稳定的楔体或棱坝肩稳定的楔体整体状或巨厚层岩体完整，抗理"体和棱体状结构，结构面不滑、抗变形性能受发育"中等发育，岩石强度控制&"$：岩体呈岩体完整性差，!：岩体呈次岩体具各向同性"$互层状或镶嵌碎强度仍较高，抗岩体较完整，局块或中厚层状结力学特征裂结构，结构面发滑、抗变形性能受部完整性差，抗滑构，结构面中等发育，但贯穿性结构结构面和岩块间抗变形性能在一育，多闭合，岩块面不多见，结构面嵌合能力以及结定程度上受结构间嵌合力较好，贯延展差，多闭合，构面抗剪强度特面和岩石强度控穿性结构面不多岩块间嵌合力较性控制，对结构面制见好应做专门性处理—24&— 第六章水利水电工程岩石力学!坚硬岩（!""#$%&’）(中硬岩（!")#$*+$%&’）#软质岩（!",+$%&’）类别岩体工程性岩体工程性岩体工程性岩体特征岩体特征岩体特征质评价质评价质评价$!-：岩体呈岩体完整性差，岩体完整性差，互层状或薄层状%!-：岩体呈互抗滑、抗变形性能抗滑、抗变形性能结构，结构面较发层状或薄层状，存明显受结构面和明显受结构面和育一发育，明显存在不利于坝基岩块间嵌合能力岩块间嵌合能力在不利于坝基及（肩）稳定的软弱控制。能否作为控制。能否作为坝肩稳定的软弱结构面、楔体或棱岩体较完整，强高混凝土坝地基，高混凝土坝地基，结构面、楔体或棱体#!：岩石强度度低，抗滑、抗变视处理效果而定视处理效果而定体大于-/%&’。结形性能差，不宜作!构面发育或岩体为高混凝土坝地强度小于-/%&’，基。当局部存在岩体较破碎，抗岩体较破碎，抗结构面中等发育该类岩体，需专门$!.：岩体呈碎%".：岩体呈薄滑、抗变形性能滑、抗变形性能处理裂结构，结构面很层状或碎裂状，结差，不宜作高混凝差，不宜作高混凝发育，且多张开，构面发育*很发土坝基。当局部土坝基。当局部夹碎屑和泥，岩块育，多张开，岩块存在该类岩体，需存在该类岩体，需间嵌合力弱间嵌合力差作专门性处理作专门性处理岩体破碎，不能岩体破碎，不能岩体破碎，不能$1：岩体呈散体状%1：岩体呈散#1：岩体呈散作为高混凝土坝作为高混凝土坝作为高混凝土坝结构，由岩块夹泥体状结构，由岩块体状结构，由岩块地基。当坝基局地基。当坝基局地基。当坝基局0或泥包岩块组成，夹泥或泥包岩块夹泥或泥包岩块部地段分布该类部地段分布该类部地段分布该类具松散连续介质组成，具松散连续组成，具松散连续岩体，需作专门性岩体，需作专门性岩体，需作专门性特征介质特征介质特征处理处理处理中国适用于水利水电工程建设的岩体工程地质分类，近年来有：（-）国家标准2(/$.-3—45《工程岩体分级标准》（表#65）。根据表#65确定岩体基本质量级别（%&）。%&值按下式计算%&)4$7+!’7./$()式中，%&为岩体基本质量；!’为岩石单轴饱和抗压强度，%&’；()为岩体完整性指数。在岩体基本质量的基础上再结合工程特点，对地下水状态、初始应力状态、主要软弱结构面产状等因素进行修正后，对工程岩体作详细分级［%&］。（.）国家标准2(/$.38—44《水利水电工程地质勘察规范》附录9。坝基岩体工程地质分类，是根据影响坝基岩体工程地质条件的主要因素：岩石单轴饱和抗压强度、岩体结构类型、岩体完整程度、结构面发育程度及其组合作为分类基础，将坝基岩体分为/大类8亚类（表#6/）。这一分类反映了坝基岩体质量的好坏，#类、$类岩体为高质量的坝基岩体，!类、0类岩体作为坝基则需从工程设计和地基处理多方面慎重对待。（+）国家标准2(/$.38—44附录&。围岩工程地质分类，是以控制围岩稳定的岩石单轴饱和抗压强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状/项因素之和总评分为基本判据，围岩强度应力比:为限定判据，将地下洞室围岩分为/类（参见洞室围岩分类）。—-4-— 第一篇水利水电工程地质岩体工程地质分类是在建设和科学研究中发展起来的。随着计算机技术发展和资料的积累，在分类方法上逐步推广采用了聚类、模糊、灰色等理论，总的趋势是由单因素向多因素过渡，由定性向定量发展。各种分类在设计中还要结合工程实际选用或调整。岩石强度分类根据岩石的强度将岩石划分为坚硬程度不同的级别。岩石强度系指岩石在外荷载作用下，抵抗变形直至破坏的能力。表示这一分类的定量指标主要是岩石单轴抗压强度（!"）。按岩石单轴抗压强度指标进行岩石坚硬程度分类，划分为硬质岩和软质岩两大类。又根据不同工程需要划分不同的亚类。中国不同行业规范中的岩石强度分类，较有代表性的有!种："#"$%!—&’《公路与桥涵地基基础设计规范》采用三分法，即硬质岩、较软岩、极软岩；()’$%&*—++《水利水电工程地质勘察规范》采用四分法，即坚硬岩、中硬岩、较软岩、极软岩；()’$%,&—+!《工程岩体分级标准》采用五分法，坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩、极软岩；-.,/!—&!《水工隧洞设计规范》采用五分法，即极硬岩、坚硬岩、较硬岩、较软岩和极软岩。岩石单轴抗压强度一般指单轴极限饱和抗压强度，通过室内试验取得，也可通过点荷强度#（$’$）、回弹指数等换算求得。中国各行业岩石强度分类情况见表010。表010中国各行业岩石强度分类表抗压强度岩质分类硬质岩!（"234）软质岩!（"234）!"中硬岩极硬岩坚硬岩较软岩软岩极软岩（较硬岩）标准名称"#"$%!—&’《公路与桥涵地基基础设计规5/$’6/$7’范》#)",%—&’《铁道工程地质技术规范》50$/$60$’6/$—7’)(’$%&*—++《水利水电工程地质勘察规50$/$60$,’6/$’6,’—范》()’$$%,—%$$,《岩土工程勘察规范》50$/$60$,’6/$’6,’7’-.,/!—&!《水工隧洞设计规范》5,%$0$6,%$/$60$,’6/$—7,’()’$%,&—+!《工程岩体分级标准》50$/$60$,’6/$’6,’7’岩体完整性系数用岩块和岩体声波波速的比值来评价岩体完整程度的定量指标，通常用%&’表示。—,+%— 第六章水利水电工程岩石力学该项系数反映了岩体结构类型、岩体的完整性、结构面发育程度与性状等。其表达式为：!!（#&#）""$%$’(式中，##$现场测试的岩体纵波速度，$%&；##’为室内测试的岩块纵波速度，$%&。!"值的相对大小，表示岩体完整程度的相对差异。中国各行业规范根据!"值对岩体完整程度的划分，以(级划分为主，均可用于工程实践（见表)*+）。表)*+岩体完整程度分级表!"岩体完整程度完整较完整中等完整完整性差破碎标准名称,-(."/0—12《工程岩体分级标准》3.4+(.4+(5.4((.4((5.46(.46(5.4/(7.4/(,-(."0+—11《水利水电工程地质3.4+(.4+(!!"3.4((.4((!!"3.46(.46(!!"3.4/(".4/(勘察规范》,-80)—0(《锚杆喷射混凝土技术3.4+(.4(5.4+(.465.4(.4"5.467.4"规范》上述岩体完整程度分级与岩体结构类型有一定的对应关系。《岩体工程地质力学基础》（谷德振，/1+1）中的建议：整体结构，!"大于.4+(；块状结构，!"为.4+(5.46(；层状结构，!"为.4)5.46；薄层状结构，!"小于.42；碎裂镶嵌结构，!"为.465.42；破裂结构，!"%为.4"5.46；散体结构，!"小于.4"。—/16— 第一篇水利水电工程地质第七章水利水电工程土力学将土当作一种材料，研究其物理力学性质及在外界因素（力、水流及温度等）作用下的应力、变形和稳定性的学科。土力学是力学的一个分支学科，它是将固体力学和流体力学的定律应用到土体上的一门应用学科，目的在于解决水利、土建、交通、冶金和国防等建设中与土有关的工程实际问题。如建筑物地基、边坡、挡土结构、地下建筑及土工建筑物等的稳定、变形、维护和加固问题。发展简史人类在远古就已懂得用土来进行工程建设。如公元前!"""年，古埃及在软土地基中用木材与石料建沉箱基础；中国在公元前就用石硪及木夯压实土料填筑堤坝，防洪抗灾。!##$年法国%&’&()库仑发表了著名的土的抗剪强度和土压力理论。!*+#年英国,&-&.朗肯也发表了土压力理论。!*+/年法国0&1&2&达西发表了著名的达西渗透定律。这些理论为土力学的建立起了重要作用，至今还被广泛应用。!34!年5!34+年6&太沙基发表了著名的有效应力原理与一维固结理论，从而为土力学的建立奠定了基础。他在!34+年出版了《土力学》（)7(89:;)<=9>?@）专著，公认是土力学学科的形成。!3$/年成立了国际土力学与基础工程协会（ABB.CD），并在美国召开了第!届国际土力学与基础工程会议。截至!333年，这个协会共召开了!E次国际会议。6&太沙基于!3E$年出版《理论土力学》，!3E*年他又与佩克（F&1)<@）出版了《工程实用土力学》。从此土力学成为具有较完整体系的现代学科。4"世纪+"年代起是土力学的发展时期，成果丰硕。在土的基本性质、测试手段、计算技术、加固方法等方面均有较大的进展。#"年代国际上又常将土力学与岩石力学相结合，统称为岩土力学（G)H;)<=9>??<9K)>G?L>))7?>G）。土力学的分支学科也逐渐发展起来。按研究内容的不同，有土流变学、土动力学及非饱和土力学等，按研究对象的不同有黄土力学、冻土力学、海洋土力学等。土力学的相邻学科，主要有土质学、工程地质学和岩石力学等。4"世纪$"年代后期，中国的一些高等学校开始设置土力学课程，并相继建立土工试验室。!3E3年以来，大规模的水利、土建等基本建设对土力学的研究起了重大作用。许多部门相继成立土力学研究机构，从事土力学的研究队伍迅速扩大。随着高土石坝建筑的发展，理论水平和测试技术不断提高，并研制了一批实验仪器设备，水利部颁布了新的行标BM4$#—!333《土工试验规程》。中国土木工程学会、中国水利学会、中国力学学会等均设置了土力学方面的专业委员会。!3/4年召开了中国第!届土力学与基础工程（岩土工程）会议，到!333年，共召开了*次会议。美国、英国、俄罗斯、日本和印度等国家都出版有土力学方面的期刊。中国从!3#3年开始出版《岩土工程学报》。研究内容分基本理论与实际应用两方面。基本理论又包括土的基本性质和分析理—!3E— 第七章水利水电工程土力学论两部分。基本理论（!）基本性质主要研究：!土的物理化学性质。如土颗粒的矿物性质、土的流塑性和土的微观结构等。"土的变形。即土在外力作用下的形状和体积的变化及其与时间的关系。#土的强度。即土在外力作用下抵抗破坏的能力及相关的破坏机理，建立强度准则和强度理论。$土的渗透性。即孔隙水和孔隙气体在固体骨架中流动规律及相互作用，包括渗透破坏的机理。%土的动力性质。即土在各种动力作用（如地震、爆破、振动）下的基本力学性质，包括砂土液化。（"）分析理论包括：!弹性和弹塑性分析理论。"按多孔介质分析的固结理论。#按刚塑性介质分析的极限平衡理论。$考虑土体变形与孔隙水流和孔隙气流热流耦合作用的分析理论。实际应用主要解决如下问题：!建筑物地基，如各种闸坝地基、高层建筑地基等的稳定、变形问题。"各种土坡，如土坝边坡、水库岸坡、渠道边坡等的稳定、变形问题。#土中结构物（如隧洞、涵洞等）和挡土结构（如挡土墙、板桩）上的压力以及这些结构物的稳定和变形问题。$土料，如土坝坝料、路基和河堤材料的应用和压实问题。土力学应用中的一个重要问题是运用土力学知识提出对上述工程问题的加固措施，例如采用桩基、进行夯实、掺合水泥和应用土工织物等，以提高它们的稳定性和减小变形量。研究方法分实验研究和分析研究。实验研究包括室内试验、原位测试和现场观测，以测定和分析土的各种参数和指标以及有关物理量，实验研究的资料是分析研究的重要依据。分析研究又可分理论分析、数值分析和经验分析#种。由于土力学研究对象的复杂性，除少数简单问题（如太沙基单向固结解、明德林应力解和鲍辛内斯克解）外，大都难以求得理论解。以有限元计算为代表的、以数值分析为主要内容的计算土力学已成为土力学的一个重要分支。但是，数值分析方法在本构关系选用和计算参数确定上尚存在许多难点，计算结果的精度往往不高。实际问题解决仍离不开经验，以计算机专家系统为代表的经验分析方法仍是不可缺少的手段。发展趋势随着高层建筑物、高土石坝、大型地下工程的兴建，将发展高应力、高精度、高度自动化的土工试验仪器设备。在理论方面研究土的流变性质、动力性质、非线性、非均质性、各向异性以及复杂的本构方程及相应的计算方法，逐步建立和改善土工模型试验技术和发展土工离心模型试验技术、原型观测技术等工作。为了在软弱地基上建筑工程，将发展现场快速而有效的加固技术和方法，开展土工聚合材料、深基础、深防渗墙等研究。土的物理性质表征土的矿物组成、结构和物理状态等性质的量。土的物理性质能够反映土的形成环境、矿物成分、密实程度、稠度状态等特征。物理性质指标用于土的分类和定名、土工计算、土质评价等。成土矿物大多数土是岩石风化的产物，组成土的矿物称为成土矿物。岩石经物理风化作用形成的成土矿物称为原生矿物，主要有石英、长石、云母等；岩石经化学风化作用形成与母岩成分不同的成土矿物称为次生矿物；土中的动植物遗骸和腐殖质称为有机质。原生矿物一般颗粒较大，呈浑圆状或菱角状，是粗粒土的主要成土矿物；次生矿物一般颗—!%$— 第一篇水利水电工程地质粒极细，多呈薄片状，是黏土颗粒的主要成分，因此，有时直接称次生矿物为黏土矿物，实际上次生矿物除黏土矿物外，还包含次生氧化物。土体中的黏土矿物主要是高岭石、伊利石和蒙脱石。土中的有机质对土的力学性质有极大影响。土的三相组成土体由成土矿物组成土的固体骨架，同时土体中含有大量的孔隙，土的孔隙由液体和（或）气体充填。土的固体骨架、孔隙水和孔隙气体称为土的三相。当土的孔隙中仅含液体时，称为饱和土，土的孔隙中仅含气体时，称为干土，饱和土和干土称为二相土；当土中同时存在液体和气体时，称为三相土或非饱和土。土中的水和气土体中的液体一般是水，称为孔隙水，孔隙水中含有各种溶解质。土中孔隙水含量（常用含水率表示）多少、溶解质的种类和浓度对土的变形和强度特性有大的影响。对黏土颗粒，孔隙水与土粒间存在活跃的吸附反应，据此可将黏性土中的孔隙水分为吸着水、毛细管水、重力水等!类。（"）吸着水。存在于黏土颗粒表面，主要受黏土颗粒表面负电荷的静电引力控制的水。它是黏土具有可塑性、流变性、膨胀性等工程特性的原因。（#）毛细管水。在非饱和土中，存在于较细的孔隙（毛细管）中的水，其运动受毛细管吸力和重力共同作用。（!）重力水。在土的孔隙中，仅受重力作用的水。用烘干法测定的土的含水率时，其孔隙水包括重力水、毛细管水和部分吸着水（一般称为弱吸着水）。土中的气体成分一般与大气成分接近，通常二氧化碳（$%#）含量较高，在含有机质的土层中，甲烷等有机气体较多。土体力学性质的多变性是固体颗粒、孔隙水和孔隙气体间比例变化和相互作用的结果。土的结构和组构土的结构包括固体颗粒空间排列方式和粒间电作用力两个方面的内容。黏土颗粒间电作用力大小与土粒的矿物成分、孔隙水中阳离子浓度、粒间距离等因素有关。一般土粒的比表面积越大、颗粒所带表面电荷越高，孔隙水中阳离子浓度越高，粒间距离越小，则粒间引力越大。土体中固体颗粒空间排列方式称为土的组构。土的组构受沉积环境、粒组大小和成分等控制。对黏土颗粒，当两个颗粒相互靠近时，粒间电作用力起主导作用。土的组构各种各样，下面是!种极端组构类型：（"）单粒组构。在沉积过程中，重力起主要作用，其他的力可忽略不计，是砂、砾等粗粒土的代表性组构。（#）絮凝组构，又称片架组构。是黏土颗粒在阳离子浓度高的咸水中沉积时，颗粒间吸力大，形成团块状沉积的结果。絮凝组构的特征是颗粒间以角、边与面的接触或边与边的搭接为主。（!）分散组构，又称片堆组构。是黏土颗粒在阳离子浓度低的淡水中沉积时，粒间作用力表现为净斥力，颗粒单独下沉沉积的结果。分散组构的特征是土粒间以面与面接触为主，土体各向异性程度较高，密度较大。土的膨胀性又称土的胀缩性，指非饱和黏性土随着含水率的增加或减少，土体体积也显著发生增加或减少的性质。当一种土体体积胀缩性较大时，称该土为膨胀土。当黏性土中蒙脱石含量较高时，一般有较大的胀缩性。黄土的湿陷性风积黄土具有高的孔隙率和多的大孔隙，形成蜂窝状构造，颗粒或团—"’&— 第七章水利水电工程土力学块间盐质胶结，遇水后，盐质胶结物溶解，构造破坏，体积缩小，地表发生大的沉降。土的物理性质指标表征土的三相比例关系特征数值。常用的有如下!个指标：（"）土粒比重（!"）。为土粒质量与体积相同的#$%纯水质量的比值，它的大小能反映土的矿物组成。实验室采用浮称法、虹吸筒法和比重瓶法测定。土粒比重一般在&’!()&’*(之间。（&）含水率（含水量#）。土中孔隙水的质量与干土质量比值的百分数。（+）密度（）。单位体积土的质量。有天然密度、干密度、饱和密度和浮密度之分。!（#）饱和度（$%）。土中孔隙水体积占孔隙体积的百分数。$%,-为干土，$%,"--.为饱和土。（(）孔隙比（&）。土体中孔隙体积与土粒体积的比值。（!）孔隙率（’）。土体中孔隙体积占总体积的百分率。粒径和特征粒径与土粒体积大小等效的圆球的直径称为土的粒径。在土工计算中经常使用的土的粒径称为土的特征粒径，如(!-表示土中!-.的土粒粒径小于该粒径，同样((-表示土中(-.的土粒粒径小于该粒径。一般称((-为平均粒径、("-为有效粒径。土的级配土中各粒组的相对含量。当土中含有多个粒组，且每个粒组含量相近时，称该土级配良好，否则称为级配不良。常用不均匀系数),(+(和曲率系数),(&+*!-"-,+-（(!-/("-）两个指标判断土的级配。当)*!(且),,")+时，称为级配良好；否则称为级配不良。砂土的相对密实度（-%）表征无黏性粗粒土的相对密实程度的指标。计算公式为&0123&-%,&0123&045式中，&012、&045、&分别为土在最松状态、最密实状态和实际状态的孔隙比。-6-%"-’++为疏松状态，-’++6-%"-’!*为中密状态，-’!*6-%""为密实状态。黏性土的稠度表征黏性土抵抗变形或破坏的能力的指标。常用的稠度指标有液限、塑限和缩限，它们也称为阿太堡（7889:;9:<）界限含水率。阿太堡据重塑土在不同含水率下不同变形特性，将其分为以下+种状态：!流动状态。重塑土在自重作用下不能保持其形状，发生塑性流动。"可塑状态。重塑土在外力作用下可塑成任意形状而不发生断裂，外力消失后能保持形状不变。#固体状态。重塑土在较小外力时，发生弹性变形；外力大到一定数值，发生断裂。（"）液限（#.）。重塑土的流动状态与可塑状态的界限含水率。用碟式仪或圆锥仪测定。（&）塑限（#/）。重塑土可塑状态与固体状态的界限含水率。用搓条法或联合测定法测定。（+）缩限（#"）。重塑土在固体状态中，含水率减小到一定数值后，土体体积不随含水率进一步减小而变化，这一界限称为缩限。当土的含水率在塑限与缩限之间，称之为半固体状态；当土的含水率低于缩限时称之为固体状态。（#）塑性指数（01）。表征黏性土可塑性范围的物理量。01,#.3#/，#.、#/用去掉百分数的整数表示，如#.,!(’+2，#/,&*’!2，则01,+=。黏性土用塑性指数和液限作为—">*— 第一篇水利水电工程地质土的分类指标。（!）液性指数（!"）。表征黏性土所处状态的物理量。!""（###$）（%#&##$），当!"!$时，土处于坚硬状态；当$%!"!&时，土处于可塑状态；当!"’&时，土处于流动状态。（(）活性指标（’）。表征黏性土中黏土矿物吸附水的能力，’%$)*!为非活性黏土；’"$)*!+&),!为正常黏土；’’&),!为活性黏土。活性指标越高，表示黏土矿物表面吸着水厚度可能达到的数值越大。如蒙脱石吸附水的能力比其他常见黏土矿物高得多。土的颗粒组成土中各种不同粒径的颗粒按适当的粒径范围分成若干粒组，用各粒组土重占总重量的百分数来定量说明土的颗粒构成状况。土是由土颗粒、水和气-部分组成的，其中的土颗粒起着骨架的作用，土颗粒的大小及其组成决定着土的工程性质。因此，分析土的颗粒组成是研究和评价土的工程性质的一项基本工作。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径，根据不同的界限粒径可以划分出不同的粒组。中国国家标准./0&1!—2$《土的分类标准》对土的粒组划分（见表*#&），与国际流行的粒组划分标准基本一致。表*#&土的粒组划分表"""粒级名称粒径（33）粒级名称粒径（33）""""""""""""""""""漂石（块石）(’,$$粗砂,#(’$)!巨粒卵石（碎石）,$$#(’($粗粒砂粒中砂$)!#(’$),!"粗砾($#(’,$细砂$),!#(’$)$*!粗粒砾粒中砾,$#(’!粉粒$)$*!#(’$)$$!细粒"""""细砾!#(’,黏粒$)$$!#(土中各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总质量的百分数）称为土的颗粒级配。土的颗粒级配是通过颗粒大小分析试验确定的。粒径大于$)$*!33的粗粒组用筛分法测定，粒径小于$)$*!33的细粒组用比重计法测定。根据颗粒分析试验成果，可以绘制颗粒级配曲线（见图*#&）。表示粒径的横坐标用对数坐标，纵坐标为小于（或大于）某粒径的土质量累积百分含量。由曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度。较陡的曲线表示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不良；反之，曲线平缓表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。不均匀系数（)*）和曲率系数（)+）是反映土颗粒级配的特征指标，可按下式计算：，)）,)*",($%(&$+"（(-$%(&$4(($式中，(&$、(-$和(($为在粒径分布曲线上粒径累积质量分别占总质量&$-、-$-和($-的粒径，(&$又称为有效粒径，(($为限定粒径，33。根据不均匀系数和曲率系数判定粗粒土的级配，当)*#!、)+"&+-时，为级配良好；如不能同时满足以上条件，则为级配不良。根据土的颗粒组成对土进行分类是十分重要的。不同的土类工程性质不同。基于土颗粒组成的分类体系较多，对不同的工程，应根据性质选用适应的分类标准。土的工程分类为了选料和评价质量等工程目的，用一组通用的名称和符号，对土进行分类定名，使其反映和代表各种土的不同工程性质。土的工程分类将土的物理力学性—&25— 第七章水利水电工程土力学图!"#土的颗粒级配曲线图质相似作为分类标准。由于土的使用目的不同，采用的分类指标有差别，土的分类方法也就不一致。在$%世纪末，不仅国际上各国分类标准有差别；中国不同部门分类方法也不同。中国于#&&%年颁布了土的工程分类国家标准’()#*+—&%《土的分类标准》，水利部#&&&年颁布的行业标准,-$.!—#&&&《土工试验规程》采用了国家标准。土的工程分类特性指标作为土的工程分类依据的指标。中国采用如下指标：!土的颗粒大小和级配。"土的塑性指标；#土中有机质含量。对特殊性土（黄土、膨胀土、红黏土、分散性土等）采用特殊分类指标。对于一般土的分类，首先按照有机质含量分为有机土、含有机质土和无机土。有机质土和无机土按照颗粒大小分为粗粒土和细粒土。粗粒土按照颗粒大小和级配分类，细粒土按照塑性指标分类。粒组物理力学性质相近的某粒径范围的土粒。中国标准粒组划分如下：漂石（块石）组（粒径!/$%%00），卵石（碎石）组（$%%00!!/1%00），砾粒（角砾）（1%00!!/$00），砂粒（$00!!/%2%!+00），粉粒（%2%!+00!!/%2%%+00），黏粒（!"%2%%+00）。一般将漂石和卵石组统称为巨粒组，砾粒和砂粒统称为粗粒组，粉粒和黏粒统称为细粒组。土的基本代号表示土的工程名称、级配、塑性指标等的符号。基本代号用大写英文字母表示。土的基本代号有$类。第#类为粒组的英文单词第一个字母大写（或后加第二个字母），如：34—卵石、’—砾、3—黏土、5—有机质土等；第$类为土的级配好坏和液限高低，如："—级配良好、#—级配不良、$—高液限、%—低液限。土的工程名称用规定符号表示的土的工程分类名称。它由#个6.个基本代号组成。由#个基本代号构成时，表示土的名称，如：34—卵石、碎石7—粉土。由$个基本代号构成时，第#个基本代号表示土的主要成分，第$个基本代号表示土的特性指标（土的级配或液限），如：’8—不良级配砾；3-—低液限黏土。由.个基本代号构成时，第#个基本代号表示土的主要成分，第$个基本代号表示土的特性指标（土的级配或液限），第.个基本代号表示土中所含的次要成分，如：39’—含砾高液限黏土；7-,—含砂低液限粉土。—#&&— 第一篇水利水电工程地质土的分类和定名巨粒土和含巨粒土按粒组含量定名。如：巨粒含量!"#$%&&#称为巨粒土、巨粒含量"&#$!"#称为混合巨粒土、巨粒含量%"#$"&#称为巨粒混合土。砾类土由粒组含量、级配，细粒含量，细粒成分’个指标分类，如：级配良好砾、黏土质砾（黏粒含量%"#$"&#）、含细粒土砾（细粒含量"#$%"#）等；砂类土的分类由粒组含量、级配，次要粒组含量，次要粒组成分’个指标分类，如：级配良好砂、黏土质砂（黏粒含量%"#$"&#），含细粒土砂（细粒含量"#$%"#），含砾砂土（砾粒含量("#$"&#）等。细粒土（粉土和黏土）用塑性指数和液限组成的塑性图分类。特殊性土（黄土、膨胀土、红黏土、分散性土等）采用相应规范给定指标分类。土的简易鉴别、分类和描述土的工程名称需要进行多项室内土工试验才能确定。在现场取土后，为了初步确定土的性质、层位等，需要用目测法代替筛析法确定土的颗粒组成；用手捻、搓条、摇振等定性方法代替仪器测定土的塑性和强度。这种方法称为土的简易鉴别、分类和描述，它的准确性与描述人员的工程经验有极大关系。土的强度土在力系作用下发生破坏时的抗力。根据破坏时受力的不同，土的强度分为抗剪强度、抗压强度和抗拉强度。土的破坏理论广泛应用的是莫尔—库仑破坏准则。莫尔（)*+,-.）指出材料的屈服和断裂破坏是剪切破坏，剪破面上的剪应力是法向应力的函数，!/（!"）。该函数确定的曲线称为莫尔—库仑破坏包线，表示材料在不同应力状态下达到破坏时的抗剪强度。在一定应力范围内该包线常用直线，即库仑方程近似表示（图!0(）。当剪破面上的法向应力用总应力表示时，该方程为!/"1!234"（!0%）式中，"、，为总应力强度指标；，为剪破面上的法向总应力。当剪破面上的法向总应力用#有效应力表示时，该方程为!/"#1（"0$）234"5（!0(）式中，"#、，为有效应力强度指标；$为剪破面上的孔隙压力（饱和土中为孔隙水压力）。##图!0(莫尔一库仑理论破坏包线在三轴压缩试验中，大、小主应力"%、"’，为已知，孔隙水压力可实测，因此，常用土剪坏时的大、小主应力建立土处于极限平衡状态时的应力条件，即—(&&— 第七章水利水电工程土力学（!!"!#）!（!!&!#）!%’()!&"*+’!$$（."#）（"!,"##,）-（#$,&##,）-}%’()!,&"#*+’!,$$式中，下标!表示破坏时，式（."#）称为莫尔—库仑破坏准则。其中破坏包线为直线，"、"、"#，和"#，为常数，因此，（!!"!#）$$"（!!&/"!#）$$和（!#!"!##）$$"（!!#&!##）$$关系曲线亦为直线。显然，这一理论假定强度取决于破坏时的大、小主应力，而与中主应力（!$）无关。土的强度试验土的强度试验的目的是为了测定土的各项强度指标。为模拟各种现场应力条件，强度试验仪器种类繁多，各有特点和适用性。真三轴仪，平面应变仪，实心、空心扭剪仪和单剪仪等供研究试验专用。常用试验仪有直接剪切仪和三轴压缩仪（图."#）、无侧限压力仪、十字板剪切仪等。按试样受剪时的加荷方式，试验仪有应力控制式和应变控制式两类。前者直接施加应力，量测应变，有利于排水剪试验、控制应力路径试验和蠕变试验；后者给定应变速率，量测应力，有利于量测峰值强度和残余强度。应变控制式采用广泛。直接剪切试验直接量测试样在恒定法向应力下预定剪破面（通常为水平面）上的抗剪强度。有快剪、固结快剪和慢剪试验之分。加荷步骤基本相同，先对扁圆柱形试样施加法向力，然后逐渐施加剪切力，测读剪位移，直至破坏。为得到破坏包线，需取#个01个同样试样在不同法向力下试验。直接剪切仪不能控制排水条件和量测孔隙水压力，除进行慢剪试验，测定有效强度指标和大应变下的残余强度外，不宜采用。三轴压缩试验直接量测试样在恒定周围压力（!#）下破坏时的附加轴向压力（!!"!#）。分不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪#类。试验步骤基本相同，将圆柱形试样（径高比!2$）放在压力室底座上，裹以乳胶薄膜，两端扎紧，向压力室注水至满，然后施加周围压力（!#），通过活塞杆逐渐施加附加轴向压力（!!"!#）使试样受剪，同时量测试样的轴向变形和孔隙水压力或体积变形，直至破坏。为得到破坏包线，需取#个01个同样试样在不同周围压力下进行试验。测得各自破坏时的附加轴向压力，绘制极限莫尔—库仑应力圆，作公切线，即为莫尔—库仑破坏包线（图."1）。#种试验的不同处在于不固结不排水剪在试验全程不允许排水；固结不排水剪允许在!#作用下排水固结，施加附加轴向压力时不排水；固结排水剪则全程允许充分排水。三轴压缩试验的结果也可用应力路径表示。应力路径为试样受剪过程中特定平面上的应力状态过程线，通用的平面为与大主应力面成13%的平面。它可直接或间接反映试验土中应力、孔隙水压力和体积变化的全貌及其剪胀性、灵敏性等。应力路径有总应力路径和有效应力路径两种。前者为与坐标横轴成13%的直线，后者为曲线。图."3为固结不排水剪中的应力路径。无侧限抗压强度试验是三轴不固结不排水剪的特殊情况，试验中!#%/，大主应力等于轴向压力。剪破时的轴向压力称为无侧限抗压强度（&’）。取抗压强度的一半为不排水强度，通常小于现场十字板试验的测定值。该试验常用于弱透水性的饱和黏土，不适用于裂隙黏土。—$/!— 第一篇水利水电工程地质图!抗剪强度试验仪器（!）直接剪切仪；（"）三轴压缩仪图"#$莫尔—库仑破坏包线图"#%应力路径抗拉强度试验适用于黏性土。有!类：!直接拉断试样，有单轴和三轴拉伸试验。"压裂试样，通过计算间接确定抗拉强度，有土梁弯曲法、土柱径向压裂法、土柱轴向压裂法和空心圆筒压裂法等。拉伸破坏具有脆性断裂特征，断裂面沿主应力面发生，而剪切破坏面与大主应力面的夹角为$%#&（），这是两种破坏的明显区别。!$!十字板剪切试验广泛用于测定饱和软黏土的原位不排水强度（参见土工原位测试），对检验软基加固效果较其他测试方法灵敏。—!’!— 第七章水利水电工程土力学强度试验的结果都可用应力—应变关系来描述。图!"#为直剪试验的应力—应变关系，当剪应力水平低时，剪应力—剪应变关系近似直线，如图中曲线的!"段，"点称为屈服点。其后随着剪应力的增加，土体产生塑性变形，直到破坏。土体的破坏可分为脆性破坏和塑性破坏$类。图!"#剪应力一剪应变关系（%）脆性破坏。如图!"#曲线%所示，当剪应力达到#点，土体开始破坏并形成剪破面，此时剪应变一般不大，#点的剪应力称为峰值抗剪强度。其后剪应力随剪应变增加而降低，最终达到$点而不再变化。$点的剪应力即为土的残余强度。剪应力随剪应变增加而降低的过程称为应变软化。（$）塑性破坏。如图!"#曲线$所示，当剪应力达到#点后，剪应变不增大而导致土体破坏。这类破坏无明显剪破面。剪应力随剪应变增加而增长的过程，如"点到#点，称为应变硬化。土的抗剪强度由于流变作用，随着时间的推移要逐渐削弱，最终形成长期强度（参见土的流变性质）。土的破坏标准通常取应力—应变曲线的峰值。在三轴压缩试验中，各国广泛采用（!%—!&）’()当不出现峰值时，则取轴向应变%*%时的主应力差）和（!&%’!&&）’()两种标准。不同的破坏标准有时会得出不同的破坏包线，因而也就会有不同的强度指标。主应力差与有效应力比存在下列关系!&%（!%—!&）+（!&—(）("%)（!",）!&&可见，在常规三轴试验中，两种破坏标准求得的强度差异取决于试验过程中孔隙水压力的发展过程，也就取决于试验类型和土的剪切特性。（%）砂土。砂土的透水性强，在静载作用下其强度与固结不排水剪强度相当，主要取决于它的初始孔隙比，含水率的影响不大。（$）给定饱和黏土。其强度除受固结程度和排水条件影响外，在一定程度上还受应力历史的影响。在不固结不排水剪中，周围压力的增加引起孔隙水压力的等量增加（因)+%；)为孔隙水压力系数，参见土体孔隙水压力），有效应力不变，总应力破坏包线为水平线，总应力强度指"(+-、$(+（!%"!&）*’$，称为不排水强度。有效应力圆只有一个，得不到有效应力破坏包线和有效应力强度指标$&和。在固结不排水剪中强度随周围压力"&增加而增加，有总应力强度指标$$(、"$(，当试验中测得孔隙水压力，可得有效应力强度指标$&和。在固结排水剪中强度亦随周围压力增加而增加，因试验中孔隙水压力保持为"&—$-&— 第一篇水利水电工程地质零，总应力强度指标!"、!"也就是有效应力强度指标。正常固结饱和黏土在固结不排水剪、固结排水剪中的!值都为零。（!）非饱和土。由于在不排水剪中既产生孔隙水压力（#$），又产生孔隙气压力（#%），且#%"#$，因此，非饱和土的强度远较饱和土复杂。#$%$毕肖普为把适用于饱和土的有效应力原理（参见土体有效应力）直接引申到非饱和土，建议用孔隙压力（#）来代表孔隙水压力和孔隙气压力的综合作用，即#&#%’"（#%’#$）（(’)）于是，非饱和土的抗剪强度表达为#&&!’*［$’#%*"（#%’#$）］+,-!.（(’/）式中，!’、为有效应力强度指标，由饱和试样测定；为由试验测定的参数。!’"为避免测定值的困难，0$1$弗雷德伦德撇开饱和土的有效应力原理，把非饱和土"的强度直接表达为#&&!’*（$’#%）+,-!.*（#%’#$）+,-!2（(’(）式中，!’为有效黏聚力；和为第一和第二有效摩擦角。!’、由饱和试样测定。为测!’!(!’定!(，剪切试验中要保持（$!’#%）不变，量测#$。在三维空间坐标内式（(’(）规定的破坏面为一平面（图(’/）。由于（#%’#$）+,-!2仅增大纵轴截距，可看作属于黏聚力分量，于是非饱和土的总的黏聚力为!!&!’*（#%’#$）+,-!（(’3）图(’/非饱和土的破坏面至此，一切适用于饱和土的计算公式都可引申到非饱和土。稳定分析法有总应力法和有效应力法两类，分别采用总应力强度指标和有效应力强度指标。有效应力法可用于各种稳定问题和工况，只要孔隙水压力为已知。总应力强度指标原则上只有当现场条件与试验条件相匹配时，才能用于实际问题。严格地说，只有弱透水性的饱和黏土施工期采用不排水强度才是明确的，固结不排水强度指标只能用于某些特定情况。土的压缩性土体在外荷载及自重作用下体积变化的性质。体积减小为压缩，卸载后体积增大为回弹。回弹是可恢复部分，称弹性变形；卸荷后不能恢复的压缩量，则为塑性变形。土的压缩使其密度增大，压缩模量增大，抗剪强度提高，并使地面发生沉降。土粒和土中水在一般工程荷载下可视为不可压缩体。因此，土体的压缩本质上是颗—654— 第七章水利水电工程土力学粒位移、孔隙比变化和水被排出的结果。进一步研究揭示，黏土骨架比砂土和一定程度上的粉土骨架的压缩性大得多，因此，黏土层的体变是土变形的主要来源。另外非饱和土的饱和度变化也对土压缩有重要影响。除土体的本身性状外，环境因素也控制土的压缩性，其中有土的应力历史（在土形成的地质年代中曾经经历过的垂直最大有效应力）、应力路径（达到现有应力状态经历的应力过程）以及温度变化等。土内的有效应力愈大，压缩量也愈大。粗粒土多是单粒结构，其压缩主要为土粒间相互滑动与滚动，高压力时土粒被压碎。细粒土土粒多为片状或管状，呈絮凝结构（土粒随机排列）或分散结构（近于平行排列），其压缩主要是孔隙水被挤出，或土粒间相对滑动，土粒间水膜被挤薄。具有絮凝结构或含有机质多的土压缩性大。对于同样的土来说，超固结土压缩性低于正常固结土。土的压缩有明显的滞后效应，即加荷后压缩需经历一段时间才能稳定，黏性土尤其如此。土的渗透性愈小，压缩稳定所需时间愈长。砂土稳定时间甚短。土的压缩性由土的压缩试验测定。由此可求得沉降计算中所需的有关压缩性指标。试验直接测得的有压缩曲线（图!"#）和压缩过程曲线（图!"$）。要计算的指标有%类：沉降量、沉降过程和先期固结压力。前&类指标见表，后’类的先期固结压力（!"）可由#—()$曲线用*+卡萨格兰德方法求得。图!"#土的压缩曲线图!"$土的压缩过程曲线土的压缩试验是测定土的压缩性指标的试验，如果试样为饱和土，需要获取土变形速率的指标，则在试验过程中需不断测记试样的下沉量，这样的压缩试验亦称固结试验。计算建筑物地基沉降量一般多用单向压缩理论，需用压缩试验指标。压缩试验采用压缩仪（又称固结仪）。试样筒是一个刚性圆环（图!"’,），试样上下各有一块透水石，通过杠杆或液压方式逐级施加荷载（压力）。每加一级荷载，按规定时间测记试样的压缩量，直至压缩稳定（一般取&-.），再加次一级荷载。最后，将试验结果整理成#—!、#—()!、#—%等相应的压缩曲线及相应的压缩性指标。这里#为土样孔隙比，!为压力，%为时间。土的—&,/— 第一篇水利水电工程地质图!"#$固结仪示意图压缩性指标表，见表!"%。压缩试验每%&’加荷载一次，故试验历时较长。为加速过程，除采用快速压缩试验法外，%$世纪($年代以来发展了连续加荷固结试验。按控制条件不同，该试验又分为恒应变率固结试验（加荷过程中试样应变率为常量），恒荷载频率固结试验和等梯度固结试验（加荷过程中试样底面的超静水压力保持一常量）等。这类试验以)*太沙基单向固结理论（参见土的固结理论）为基础。试验仪器类似于压缩仪，但可以量测试样底面的孔隙水压力。试验过程中，在任意时刻测记试验开始后的历时（!），对应的压力（"），试样压缩量（!）和底面孔隙水压力（#），然后按相应的理论公式计算出所需的各项压缩性指标。这类试验的历时比常规试验缩短很多。表!"%土的压缩性指标表指标公式参考图物理意义压缩系数（$）&&#"&%"&图!",（$）单位有效压力变化%#++"%""#""时孔隙比的变化$单位有效压力变化体积压缩系数（’%）’+"(+%##-&#""时孔隙率的变化侧限压缩时垂直压#压缩模量（)*）)*+力增量与垂直应变之’%比&#"&%"&&—./"曲线的直线段+,++压缩指数（+,）"%"（./"）图!",（-）./()的斜率"#.反映土固结快慢的指固结系数（+#）+,+’#%/标，由&—./!曲线求得&—./!曲线次压缩段直线的斜率。其中"&+$+次压缩系数（+$）!图!"0!、!"分别为加一级荷./(!)"载增量后经历的时间和主固结完成时间在按三向变形理论计算地基沉降量时，采用侧向约束条件下的压缩试验指标显然不—%$(— 第七章水利水电工程土力学符合三向变形条件，一般要借用三轴压缩试验来测得土的压缩指标，固结系数则要另外测得土的弹性模量和泊松比，通过计算来确定。对于粗颗粒的砾质土、砂卵石、堆石料等，采用试样直径的大型压!!""##$!%""##缩仪，试验方法与上述相同。土的压缩模量土在侧限条件下压缩时，竖向应力与竖向应变的比值。其计算式为#$’()#$!"&("""（"$’()"$）式中，!"为压缩模量，*+,；"$’(、"$为#$’(、#$压力（-+,）下固结稳定后的单位沉降量。压缩模量和压缩系数是两个最常用的压缩性指标，通过室内固结试验结果求得，一般先求出压缩系数，再根据上式求出压缩模量。通常采用压力间隔由#$&".(*+,增加到#$’(&"./*+,（或".!*+,）时所得的压缩模量!()/（或!"()!）来判定土的压缩性，压缩模量越大，表明土在同一压力变化范围内压缩变形越小，土的压缩性越低（见表0)!）。表0)!黏性土按压缩模量分类表压缩性分类高压缩性中等压缩性低压缩性!"!"!%%1!"!(%!"2(%压缩模量和其他固结试验各参数之间的关系为：(’%((（(’%(）#!"&!"&!"&&’(".3!%)*式中，%(为土样的初始孔隙比；&为压缩系数，*+,)(；’为体积压缩系数，*+,)(；#为初(始压力和最后压力的平均值，*+,；)*，为压缩指数。土的固结理论研究土体在外荷载作用下排水固结过程的理论。在外荷载作用下，饱和土中孔隙水排出、孔隙水压力消散、土体积减少的过程称固结。土的渗透性愈大，固结愈快，故砂土比黏土固结迅速。4.太沙基在/"世纪/"年代首先创立单向固结理论。他假设土体均质，压缩性和渗透性不变，垂直荷载瞬时施加，以及单向排水和单向压缩等，导得著名的单向固结微分方程如下：/"+"+)+/&","-式中，)(为固结系数（参见土的压缩性）；,为研究点在地面以下的深度；-为瞬时加荷后的时间；+为研究点的超静水压力。根据给定边界条件和地基内的初始超静水压力分布，可得上式的解析解+&（.,，-），它表明任何时刻（-）、深度（,）处一点的超静水压力的分布规律。4.太沙基认为，固结过程即超静水压力消散过程，消散度即固结度。将土层沿深度各点的固结度积分求其均值，则得全土层的平均固结度（/）。可以建立/和时间因数0，（0/，式中，2为土((&)(-12层的最大排水距离。当压缩土层只有一面排水时，2为土层厚度；若为上、下层面排水，则2为土层厚度之半）的函数关系（见图0)((）。这一关系可用于解决两方面的问题："—/"0— 第一篇水利水电工程地质求给定时间（!）的地基沉降量。!求地基完成给定沉降量所需的时间。实际土层常为非均质，如果变化不大，计算可采用"#沿深度的平均值。否则，应根据格雷（!"#$%&）或帕尔默（’%()*$）等学者建议的方法，求取综合固结系数，然后，按均质地基计算。图+,--土层固结度（.）和时间因数（/0）关系图实际地基一般具有三向变形、三向排水性质。基础宽度或直径与压缩土层之比愈小，三向效应愈显著。只有当该比值相当大时，固结才接近单向特性。按单向固结算得的固结时间往往较实际的为长。比奥（$"%"&’(!）为此给出了三向固结理论，)"太沙基等也提出了简化的三向理论（扩散方程），前者在理论上较为严谨。三向理论求解较复杂，常需借助有限单元法或者有限差分法。利用砂井预压法（参见土体预压加固）加固软土地基即需采用轴对称排水的三向固结理论设计。处理软土地基广泛采用的塑料排水带地基的设计也按这个理论，只是要先将排水带的周长转化为砂井的等效直径。土体有效应力土体内由土骨架（土粒）承担或传递的应力，又称粒间应力，土体有效应力为土单位面积上所有粒间力的法向分力之和。有效应力无法按定义直接计算或实测。对于饱和土，可根据1，太沙基于-234年提出的有效应力原理计算。该原理确定了土体内任一平面上的总应力、有效应力和孔隙水压力三者之间的关系即!*5!,+（+,2）式中，!*为有效应力；!为总应力；+为孔隙水压力。当总应力不变，有效应力和孔隙水压力可相互转化。总应力和孔隙水压力通常可计算或实测。非饱和土的孔隙中存在着气和水，由于水、气界面上表面张力的作用，孔隙水压力（,-）和孔隙气压力（+.）是不相等的，且+.6+-。-242年，7"8"毕肖普为把上述适用于饱和土的有效应力原理引申到非饱和土，把式（+,2）改写为"95",:5",+%;#（+%,+<）（+,-=）式中，为孔隙压力；为由试验测定的参数，主要取决于土的饱和度，但在强度和体变问$#题中，相同的饱和度，值未必相等。对于饱和土，式（3）简化成为式（-）；对于干土，##5-#5=，!95";+%。>"#"弗雷德伦德在处理非饱和土的强度问题时，为避开测定#值中的不定性，把有—3=?— 第七章水利水电工程土力学效应力分为由外荷引起的有效应力（!!!"）和内部有效应力（!"—!#），它们分别影响强度中的摩擦力分量和黏聚力分量（参见土的强度）。土体的体积变化和强度取决于有效应力变化，而与总应力变化和孔隙水压力变化无关。有效应力增加，土体压密，强度增加。因此，缩短渗径，加快孔隙水压力消散的排水固结法成为软基处理的常用方法。土体孔隙水压力土中由孔隙水所承担或传递的压力，又称中性应力、孔隙压力。土内孔隙是连续的，因此，饱和土中孔隙水压力也是连续的。孔隙水压力产生的机理为：!水力条件形成的孔隙水压力，如静止地下水水位下土中的静水压力，其值为""#（""为水的容重，#为所求点到水位的距离），又如渗流引起的孔隙压力，其值可根据渗流理论，绘出流网，求出测压管水头而得。"荷载作用在土体内形成的孔隙水压力。如在压缩试验（参见土的固结理论）或剪切试验中，荷载加到土体试样上，引起孔隙水压力，它们常称为超静水压力或超孔隙水压力。非饱和土中孔隙水未必是连续的。在荷载作用下除引起孔隙水压力（!"）外，同时引起孔隙气压力（!$）。$%&%毕肖普用孔隙压力（!）来代表孔隙水压力和孔隙气压力的综合作用（参见土体有效应力），即!’!"!#（!"!!#）（(!))）式中，为试验测定的参数。#如果土单元由荷载引起的大、小主应力增量为$!)和$!*，则在常规三轴试验中是分$!*和（$!)!$!*）两个加荷阶段来实现的。在不排水条件下孔隙压力（$!）为$!’$!*+$!)’%［$!*+&（$!)!$!*）］（(!)*）%’$!*’$!*，&’$!)’%（$!)!$!*）式中，$!*、$!)，分别为由$!*和（$!)!$!*）引起的孔隙压力；&、%分别为孔隙压力系数，饱和土%’)，干土%’,，&在试验中不是常数，随（$!)!$!*）而变。孔隙水压应力通常为正值，但在地下水水位以上，强超固结土、剪胀性土受剪时以及非饱和土中可出现负值。土体内的孔隙水压力是各向相等的，仅引起土粒的压缩，不直接影响土的性质。鉴于常规三轴试验有局限性，使得孔隙水压力的室内测定值与现场值可能有较大差异。因此，对于重要工程，常要进行现场原位孔隙水压力观测（参见土工原位测试）。土的压缩试验参见土的压缩性。土的强度试验参见土的强度。土工离心模型试验把土工模型放在离心力场中，研究土工建筑物力学性态的物理模型试验。它借助离心力的作用来模拟土工建筑物的自重惯性力，使在常规物理模型试验中难以模拟的土工建筑物所承受的最主要的力———自重得到较为理想的模拟，使模型中土的应力与原型应力相等，从而达到模拟原型的目的。发展历史离心模型试验的设想是法国人-%菲利浦于)./0年提出的，他推导了离心模型和原型的相似关系，并建议用离心模型试验对拟建横跨英吉利海峡的大钢桥等进行可行性研究。首次离心模型试验由美国人1%布基在)0*)年完成，与此同时原苏联学者用离心试验研究了土坡稳定问题。—2,0— 第一篇水利水电工程地质!"世纪#"年代末期，是土工离心模拟技术发展新时代的开始。日本和英国首先开展了这方面的工作。$%#&年，日本的三笠教授用离心试验研究软土固结问题，$%#%年起’(斯科菲尔德在英国的工作使英国的离心试验技术发展很快，对北海石油平台的建设起了很大作用，并对世界范围内土工离心模型试验的发展起了推动作用。!"世纪)"年代以来，土工离心模型试验技术进入加速发展阶段，$%)$年成立了国际离心试验技术委员会，以后每隔*年举行$次国际性的离心试验专门会议。离心模型试验技术几乎在岩土工程的各个领域都得到了应用，已成为岩土工程岩土力学领域中最主要的试验研究方法。中国从!"世纪)"年代初开始离心模型试验研究，已建和在建土工离心机有近$"台。在三峡、小浪底、瀑布沟等国家重点水利水电工程的设计建设中发挥了巨大的作用。并已建成模拟断层错动装置、分层填料装置及离心机振动台等离心机附属设备。相似理论与试验原理模型与原型的相似理论是模型试验的依据和准则。用离心模型模拟原型时一般应满足以下的条件。（$）运动平衡条件。模型试验的主要控制条件，其目的是使模型的受力与原型一致。（!）土的本构条件。其目的是使模型在受到与原型相似外力作用时与原型有相似的反应，试验中一般用与原型相同的材料制模即可满足。（*）运动边界条件。包括几何相似条件，是模型试验的必要条件。用离心模型来模拟原型就应该使模型与原型有相同的力学表现，有相同的力学表现就可以用同一个力学方程来描述。原型：!!（$!!）-"（.,$*）"#，#+"!",#"模型：!%%（$%%）-""#，#+"",#"（.,$/）式中，!为应力；为密度；$为重力加速度；#为位移；上标!为原型；上标%为模型。从式（$）、式（!）可以得到"%%%%!$&-"（.,$&）!!!!!"$&式中，&为特征长度。式（.,$#）是所有模型试验都应遵循的试验准则。在常规普通土工模型中，重力加速度$%!，如模型用与原型相同的土料，可得到!%!%!。即普通模型的应力水平-$’!-&’&与模型几何尺寸的大小直接相关，考虑到土的应力水平相关性和非线性，可以预计普通土工模型在选择不同模型比尺时，所得到的结果是不同的。离心模型试验方法就是在这样的背景和条件下应运而生的，离心模型可以任意加大离心惯性力场，由于!%!%’!-（$(’!）·（&%!），当模型离心惯性加速度（$%）增大到重力加速度（$!）的(倍、模型几何尺寸$’&（&%）缩小到&!的$’(时（(为模型比尺），模型应力（!%）与原型应力（!!）相等。相同的应力水平，相同的土体，在相同外力作用下就必然有相同的力学表现，这就是离心模型的基本原理，而应力相等则是其核心。离心模型的相似关系除了可以通过基本控制方程直接推求之外，对一些复杂的甚至是尚无数学方程描述的自然现象和工程问题，则可以通过量纲分析的方法来推求相似关系。主要物理量的相似关系如表.,/所示。—!$"— 第七章水利水电工程土力学表!"#离心模型律表（假定模型与原型材料相同）物理量符号量纲原型$%离心模型!"长度&’&&#!位移!’&&#!应变"&&面积$’(&&)!(体积%’*&&)!*质量&+&&)!*密度#+’"*&&容重!+’"(,"(&!力’+’,"(&&)!(应力$’("(&&时间),惯性动态过程)*,&&)!渗流扩散过程)+,&&)!(蠕变黏滞流现象),,&&速度,’,"&&&角速度%,"&&!加速度"’-"(&!功和能-+’(,"(&&)!*荷载频率.,"&&!研究内容"相似理论，研究离心模型的相似关系。#模拟技术，研究制模技术、模型土的制备技术。$测试技术，研究位移、土压力、孔隙水压力等物理量的测量技术。%成果分析理论与技术。离心模型试验技术的研究内容已涉及了几乎所有的岩土工程研究领域，它的应用主要可以归纳为#种类型："模拟原型。研究工程问题，比选验证优化设计方案，了解工程运行状况，预测工程未来的运行安全与可靠性。#研究新现象。研究自然现象与复杂结构物的工作机理和破坏机理，为建立解释这些复杂现象的理论提供定性依据。$研究参数。针对某些理论和设计中的关键技术参数，用离心试验可以提供非常有用的数据资料。%验证计算理论和方法，用模型试验的结果验证计算理论与计算方法，检验数学模型。此外还可以在岩土工程与岩土力学专业教学中应用。试验设备主要由离心机系统、测试系统、安全监控系统及附属设备等#部分组成。（&）离心机系统。由拖动系统、调速系统、离心机组成。离心机的作用是提供一个有离心惯性加速度场作用的试验平台。一般可分为转臂式和转筒式两种，转筒式离心机结构简单，一般有效半径较小，转臂式离心机结构复杂，应用范围广泛，是主流机型。土工离—(&&— 第一篇水利水电工程地质图!"#$小离心机转臂、摆动挂斗与摄影系统示意图（单位：%%）#—&’()闪光摄影机；$—摄影窗；&—有机玻璃窗；*—模型箱；+—集流环；,—变速箱；!—闭路电视摄影机；-一运转中挂斗；.—转臂；#/—电动机++0123；##—静止时平衡重挂斗心机一般用容量（!""#$，最大离心加速度4有效荷重）和有效半径（%）来表示其性能，容量反映离心机试验能力的大小，有效半径则表现试验的精度。图示为一小离心机主要系统示意图。（$）测试系统。采用机械、电子、光学等方法对位移、孔隙水压力、土压力、加速度等物理量进行量测。各种量测设备联入计算机控制的数据采集处理系统。测试系统的技术关键是准确稳定可靠，为了提高抗干扰能力，采用光导滑环和光纤传输技术。（&）安全监控系统。通过对离心机运行状态的监测，对离心机实行安全控制，控制的范围包括电机转速、动平衡状态、电机电流、电机电压、电机温度、机坑温度等。有闭路电视监视系统。有自动报警和自动关机功能。（*）附属试验设备。离心机提供的仅仅是一个试验的平台，由于土的应力历史及应力路径对土的力学特性影响较大，理想的方法要求能在离心机运行的高重力场中完成各种动作。离心模型试验水平的高低，在很大程度上取决于附属设备的水平。发展各种功能的试验附属设备将成为土工离心模型试验技术的主要发展方向之一。已研制出了可以在高重力场中模拟堤坝分层填筑过程的填料装置，模拟基坑开挖和隧道开挖过程的机器人装置，模拟断层错动的模拟器，模拟打桩过程的自动打桩仪，模拟地震的振动台及检测模型土体强度的自动贯入检测仪等多种附属设备。离心机振动台是离心机附属设备中发展最快的技术，仅在日本就已建成各种离心机振动台#+台套。土工原位测试在现场原位对土的工程性质进行的勘测和试验。取原状土样试验常因原位应力释放和土样扰动而影响测试结果。对砂砾土层取原状土样有很大困难。原位测试可在一定程度上克服上述缺陷，所以它是土工测试的一个重要分支。但是，现场试验条件的多变性、不定性，使得测试成果的应用常带经验性或地区性。土工原位测试有直接测试和间接测试之分。十字板剪力试验、载荷试验、旁压试验、波速试验、原位直剪试验，以及抽水、压水、注水试验等能直接测出土的性质指标，属直接测试方法。触探试验、标准贯入试验、核子射线法测定密度和含水率试验等，要通过率定曲线或经验关系才能得出土的性质指标，属间接测试方法。—$#$— 第七章水利水电工程土力学触探试验分静力触探和动力触探!种。!静力触探。是将一定规格的锥形探头以一定速率匀速压入土中，双桥探头分别量测锥尖阻力（!"）和侧壁摩擦阻力（#$），单桥探头量测两者之和，称比贯入阻力（%$），用于划分地层，评价地基土的工程性质，探找桩基持力层和确定单桩承载力，以及检验人工填土密实度和地基加固效果。"动力触探。能快速连续地反映土层松紧软硬的变化特征，常与钻孔取样试验相配合，以提高判别精度。在探头上装孔压传感器可同时量测孔隙水压力，以鉴别土层的透水性和估算其水平向固结系数。该法不适用于卵石层及夹有较多砖瓦、贝壳、礓结石的土层。动力触探是用一定锤击能量将一定规格的锥形探头击入土中，测记探头每贯入一定深度的锤击数或单位贯入深度的贯入阻力。有轻型、重型、超重型等类型，用于不同土层。标准贯入试验一种动力触探试验，用一定规格的对开筒式贯入器（外径"#$$，内径%"$$）取代锥形探头。试验用&!!’()的穿心锤，以(&*$自由落距，先把贯入器击人孔底土中#"*$，然后测记继续击入%+*$的锤击数，称为标准贯入击数（&）。根据&值可判断砂土的相对密度或黏性土的稠度，作为估算地基承载力的依据；根据&值还可判断砂层液化可能性和估算单桩承载力。十字板剪力试验将一定规格的十字形板头（通用板头的高宽比为!,#）压入土中，以一定速率旋转钻杆，测出最大力矩。根据板头在土中转动时形成的圆柱形剪破面，按力矩平衡条件，可算出土的不排水抗剪强度，作为地基或土坡稳定分析法或推算桩壁!-+摩阻力的依据。一旦测定重塑土的不排水抗剪强度，就可得到土的灵敏度。十字板剪力试验适用于饱和软黏土，在夹有薄层粉细砂、贝壳或草根的土中往往得出偏大的结果。旁压试验土的旁压试验可认为是一种横向载荷试验。试验用旁压仪是由旁压器、加荷和体积变化量测装置组成。旁压器呈圆柱形，外包橡皮膜，可横向扩张。有单腔室和三腔室两种。试验时将旁压器置于孔中，分级向旁压器施加液压，测得压力一体积变化关系曲线，以确定土的承载力和旁压模量。按成孔方式，旁压仪有预钻式和自钻式两种，常用预钻式。扁铲式横压试验、钻孔千斤顶横向贯入试验也可归属这类试验。波速试验有跨孔法、单孔法和面波法（稳态振动法）等。前两种方法都需预先钻孔，可作深层检测。试验中由检波器测得来自振源的剪切波和压缩波的初至时间，算出它们的波速。面波法无需钻孔，用于表层检测。试验中给定激振频率，测出波长，计算面波波速。根据波速可以划分场地土抗震类型、检测地基加固效果和混凝土的质量，并推算土在小应变（#+./.&）条件下的动力参数。0#+原位直剪试验包括混凝土板抗滑试验。与试验室直剪试验相类似，用以测定土体、软弱面和混凝土板与地基土之间的摩擦角和黏聚力。多裂隙性的膨胀土，采用原位大剪试验测得的强度参数比较符合客观地质体的实际情况，是边坡稳定分析计算指标取值的可靠依据。核子射线试验用"射线测定土的密度，用快中子测定单位土体内水的质量，然后计算土的干密度和含水率，常用于填土的快速质量检查。现场测定土渗透系数的抽水、压水和注水试验，参见抽水试验、钻孔压水试验和注水试验。标准贯入试验在钻孔中将一定规格的贯入器打入土中，根据贯入击数判断土的性—!#%— 第一篇水利水电工程地质质，估算土的承载力的现场试验方法。标准贯入试验是使用最为广泛的原位测试手段之一，它适用于砂土、粉土及一般黏性土、风化岩及冰碛土等。它的主要设备包括标准贯入器、触探杆、穿心锤!部分。标准贯入器为两个半合圆管，外径"#$$，内径!"$$，全长"%%$$&’#%$$。用质量为(!)"*+（重力(,,)-.）的穿心锤，以%)-($的自由落距，将标准贯入器先打入土中%)#"$，不计击数；然后再打入%)!%$，所用的锤击数为标准贯入锤击数。标准贯入锤击数的校正问题尚有争议，主要包括杆长校正、上覆有效压力影响的校正和地下水影响的校正，应根据所使用的规程规范决定是否需要校正。由于影响标准贯入试验成果的因素较多，因此，在使用标准贯入锤击数时，不应根据单孔的锤击数对土的工程性质作出评价。根据可靠性估值理论，取置信概率为%)/"，取单侧置信下限，按下式计算标准贯入击数标准值。!!0!1#)("2!"式中，!为标准贯入击数的平均值；!为标准差；"为参与统计的组数。根据标准贯入锤击数和各类土的相关参数建立的经验关系，可以估算地基土的承载力标准值、地基土的变形模量和压缩模量、砂土的相对密度、桩基承载力，判定黏性土和粉土的天然状态，判别饱和砂土和粉土的液化可能性等。静力触探以静压力将探头以一定的速率压入土中，按其所受阻力的大小划分土层，确定土的工程性质的原位试验。静力触探适用于黏性土、粉土、砂土、软土等土类。静力触探探头贯入土体过程中的力学机理是十分复杂的。在实际工作中，通常采用在理论分析基础上建立统计经验关系，即半理论半经验关系来确定土层的工程性质。静力触探的设备，主要包括贯入设备（加压装置和反力装置）、探头、量测记录仪器。中国常用的有单桥和双桥探头两种，单桥探头测定的是比贯入阻力（#$），双桥探头测定的是锥尖阻力（%&）和侧壁摩阻力（’$）。此外，还有能同时量测孔隙水压力的两用或三用探头，即在单桥和双桥探头上增加了能量测孔隙水压力的装置。利用静力触探试验成果，可以进行土层划分和土类判别，确定砂土的相对密度和内摩擦角、黏性土的不排水抗剪强度、土的变形参数、地基土承载力基本值、饱和黏性土的固结系数，预估单桩承载力，判别砂土和粉土的液化可能性，估算土的渗透系数、压缩模量、静止水压力和静止地下水水位、黄土的湿陷系数等。动力触探利用锤击能量，将一定规格的圆锥探头打入土层中，依据贯入击数或动贯入阻力判别土层变化，确定土的工程性质的原位试验。根据锤击能量，将动力触探分为轻型、中型、重型和超重型2种类型（见表-1"），标准贯入试验也是动力触探的一种。轻型动力触探。一般适用于深度小于2$的一般黏性土和黏性素填土层，以每层实测击数的算术平均值作为该层的平均值，用以确定承载力标准值和砂土的密实度。—,#2— 第七章水利水电工程土力学表!"#动力触探类型及规格表锤重落距探杆外径类型探头规格贯入指标（$%）（&’）（’’）圆锥头，锥角*)+，锥底面积(,-*!",，锥贯入/)!"的锤击数轻型()#),#底直径.!"#()圆锥头，锥角*)+，锥底面积/)!",，锥底贯入()!"的锤击数中型,00)//-#直径*-(0!"#,0圆锥头，锥角*)$，锥底面积./!",，锥底贯入()&’的锤击数重型*/-#!*.,直径!-.&’#*/-#圆锥头，锥角*)$，锥底面积./&’,，锥底贯入()!"的锤击数超重型(,)())*)直径!-.&’#(,)中型动力触探。一般用于黏性土和粉土。当杆长大于(’时，实测锤击数应进行杆长修正；当贯入深度超过.’时，应进行侧壁摩擦影响的修正，根据修正后的锤击数确定承载力标准值和变形模量。重型动力触探。一般适用于砂土和碎石土。当杆长超过,’时，锤击数需进行杆长修正；对地下水水位以下的中、粗、砾砂和圆砾、卵石，需进行地下水水位影响的修正。超重型动力触探。一般用于密实的碎石土或埋深较大和厚度较大的碎石土。实测锤击数应作杆长修正和侧壁摩擦的修正。根据重型或超重型动力触探锤击数可以确定地基土的承载力标准值、变形模量、砂土的密实度和孔隙比、桩基持力层和单桩承载力。十字板剪力试验参见土工原位测试。土的旁压试验参见土工原位测试。地基载荷试验通过向基础或模型基础逐级施加荷载，根据荷载与变形（沉降）量的关系，确定地基土的变形特性和承载能力的一种土工原位测试方法。利用载荷试验成果，可以确定天然地基、复合地基、桩基的承载力和变形特性参数，也可以确定某些特殊土的特征指标。按照试验目的、适用条件及施载方法等，可将载荷试验分为/类：平板载荷试验，螺旋板载荷试验和单桩载荷试验。平板载荷试验（12345263789%45:4，;<=）是在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，利用获得的压力与沉降关系曲线，确定地基土的变形模量、承载力和其他特性指标。其基本理论是什塔耶曼夫的竖向均布荷载作用于刚性圆形板（方形板）上，板下各点的沉降公式。（(",）圆形板：%>)-!?!’·(&)（(",）方形板：%>)-00!)·(&)式中，%为沉降量，’’；!为地基土的泊松比；&)为地基土的变形模量，$;3；’为圆形板的直径，’’；)为方形板的宽度，’’；(为刚性板上的平均压力，$;3。按照施加荷载的方式，载荷试验有相对稳定法、快速法和等应变法。—,(#— 第一篇水利水电工程地质平板载荷试验的设备由承压板、加荷装置、沉降观测仪表及装置组成。对承压板面积、试坑大小、加荷标准、沉降稳定标准和最终荷载等，不同的技术标准有不同的规定，应按所选技术标准确定。根据载荷试验!—"曲线确定地基承载力时，可从表!"#中任选一种方法。地基土承载力确定方法表方法要点适用条件适用于硬塑至坚硬的黏性土、比例界限法以比例界线作为地基承载力粉土、砂土、碎石土根据沉降量和承压板宽度的比值"#$确定。除黄土以外的其他任何类土相对沉降控制法一般黏性土、粉土取"#$$%&%’都可用对应的压力；砂土取%，%(%)%&%(*对应的压力当比例界限!%和极限荷载!%接近时，取极限荷载的(#+)(#’作为地基承载力；当比例界限和除黄土以外的其他任何类土极限荷载法极限荷载不接近时，地基承载力都可用$!%,（!%"!%）#&"，&"取+)*。!%、!%分别为比例界限压力与极限压力变形模量按下式确定：’）·(#")’%$（("!式中，’%变形模量，-./；!为地基土泊松比，碎石土取%&’*，砂土和粉土取%&+%，粉质黏土取%&+*，黏土取%&0’；(为承压板上的总荷载，1；"与荷载(相应的沉降量，22；)承压板直径，当为方形板时应为等代直径，22。另外，还有测定黄土湿陷特性的黄土浸水载荷试验、测定膨胀土膨胀特性的膨胀土浸水载荷试验、测定复合地基承载力的复合地基载荷试验等。螺旋板载荷试验是用人力或机械将螺旋形承压板旋入地面以下的预定深度，通过传力杆向螺旋形承压板施加压力，测定承压板下沉量，从而获得地基上的应力—应变—时间关系曲线，通过计算求得地基土的压缩模量、固结系数、承载力和饱和软黏土的不排水抗剪强度、变形模量等，测试深度可达(%2)(*2。螺旋板载荷试验分应力法和应变法。前者为分级施加荷载，每级荷载沉降速率达到相对稳定后再加下一级荷载；后者是以等沉降速率控制加荷速率，连续加载，直到土体破坏，同时按等沉降量间隔测记荷载量。利用螺旋承压板试验!—"曲线，可以确定地基承载力，其方法与平板载荷试验相同。变形模量、固结系数和不排水抗剪强度的计算，有不同的经验公式，可参照有关的技术标准、手册选用。—’(#— 第七章水利水电工程土力学单桩载荷试验用以确定单桩竖向承载力、桩侧各土层的极限摩阻力和端承力。实验方法分为垂直静载荷试验和水平静载荷试验，垂直静载荷试验又可分为慢速维持荷载法、快速维持荷载法、等贯入速率法、循环加载卸载法和平衡法。一般多采用慢速维持荷载法；水平静载荷试验可以确定单桩的水平承载力、地基土的水平抗力系数，测定桩身应力变化并求出桩身的弯矩分布。单桩竖向承载力可以根据单桩垂直静载荷试验测定的极限荷载除以安全系数确定（一般取!）；也可以根据桩顶下沉量确定，一般取桩顶下沉量为"##$%&##所对应的荷载。桩侧摩阻力和桩尖端承力可用拔桩试验、悬底桩静载荷试验或埋设量测元件等试验方法实测，也可利用桩载荷试验曲线确定。单桩水平承载力取临界荷载，也可取水平极限荷载除以安全系数（一般取!）。地基土水平抗力系数可参考有关公式求得。砂土液化砂土颗粒组成的土体在静力或动力作用（包括渗流作用）下，由固体状态转化为液体状态的现象或过程。此时砂土的剪切刚度趋近于零，即抗剪强度趋近于零。液化一般发生在松散的饱和砂土中，也可发生在黏性颗粒（粒径小于&’&&"##）含量不大于%’"($!&(的饱和少黏性土中和粗粒（粒径大于"##）含量不大于)&(的饱和砂砾土中，它对水利工程危害极大。液化的主要形式有砂沸、砂土流滑或“有限度”的往返流动性变形等。（%）砂沸。常出现在河堤内侧低地、挡水建筑物下游地面、开挖基坑坑底、钻孔孔底以及地震后的地面。它主要是由于砂土中孔隙水压力超过上覆有效压力而引起的喷水冒砂现象。（!）砂土流滑。常出现在海岸、河岸和土坝的饱和松砂边坡中。它主要是由于饱和松砂在单程或往返剪切作用下，有不可逆的体积剪缩，引起孔隙水压力不断上升和抗剪强度降低，直至出现“无限度”的流动性滑坡。这种破坏可以是渐进性的和大面积的，流滑后的砂面坡度十分平缓。（*）“有限度”的往返流动性变形。大都出现在地震时中密的饱和砂土中。它是由于在地震往返剪切过程中，在小剪应变时的剪缩趋势和大剪应变时的剪胀趋势的交替作用下，出现的间歇性液化和“有限度”的流动性变形，也称为往返活动性（+,+-.+#/0.-.1,）。可使建造在它上面的建筑物和挡土墙等产生“有限度”的下沉和倾斜。饮和砂土液化的影响因素与判别方法液化的影响因素有渗流条件、颗粒组成、松密程度、形成地质年代、受力状况等，在评价其液化可能性时必须加以考虑。对于判别水平地面下饱和砂土地震时是否会发生液化的方法，用得较多的是标准贯入试验。中国的抗震设计规范都以此作为主要手段。这个方法可以同时考虑饱和砂土上覆有效压力、地震动剪应力（或地震烈度）、地震震级（或地震历时）以及土中黏粒含量等因素的影响。此外尚有静力触探、往返三轴和往返单剪试验等方法。标准贯入试验判别法，在地面下%"#深度的范围内的液化土应符合二式要求：!2*’"3!!（)4%2）*%!!5!［&&’67&’%（"#4#$）］（)4%)）!"&—!%)— 第一篇水利水电工程地质式中，!!"#$为饱和土标准贯入锤击数实测值；!"#为液化判别标准贯入锤击数临界值；$%为饱和土标准贯入点深度，%；$&为地下水位深度，%；!"为饱和土的黏粒含量百分率，’，当!"&"’时，取!"’"’；!(为饱和土液化判别标准贯入击数基准值，当地震设防烈度为!度、"度、#度时，近震分别取!、)(、)!，远震依次取*、)+。根据式（,-),）判定为可液化土层的地基，应进一步探明各液化土层深度和厚度，并计算液化指数和划分液化等级。防止砂土液化的工程措施包括控制渗流条件、疏干、挖除或人工加密。加密后的砂土应达到密实状态（相对密度不小于,(’./(’）。此外，如合理采用围封、压重、排水设备等，亦可起到减轻液化破坏的效果。管涌与流土土体由于水的渗流作用而引起的渗透变形现象。水在土孔隙中的流速增大引起土的细颗粒被冲刷带走的现象称为管涌。常发生在砂砾土（不均匀系数()0)(.+(）中，其临界渗流坡降较小。在渗流压力作用下渗水出逸面大块土体突然松动隆起的现象称为流土。砂土中向上的渗透力等于土的浮容重时，即发生流土现象。此时的水力坡降称为临界水力坡降。*’"（,-)*）"&式中，"为土的浮容重；"&为水的容重。当水力坡降更大时，砂土呈液态，并伴有砂粒跳动现象，称砂沸（1234356）。一般来说，对于大多数土的管涌临界水力坡降*"!)。按水文地质条件或施工条件，可取安全系数)#$."#(来确定容许的平均出逸坡降。一般防止隆起的安全系数（+%）为#,+%’（,-)/）)式中，#,为任一点的总垂直应力；)为同一点的相应孔隙水压力。通常可取+%")#$。图,-)"坝基渗流管涌破坏险情管涌或潜蚀变形，至今尚不能用力学理论分析。如对砂砾石的管涌临界水力坡降（*"），一般是取搅动土样装填在垂直或水平管涌仪内进行试验测定。*"值一般在(#).(#7之间。危险的渗透变形，可使水流挟带土粒通过挡水结构物或地基，特别是砂基，从而形成隐蔽的集中渗流通道，造成管涌洞。如图,-)"所示，在工程习惯上也称为管涌。事实上，土坝渗流失事多发生于地下冲刷即潜蚀而形成的管涌洞，而非流土造成。这显然与天—+)*— 第七章水利水电工程土力学然土层不均匀性有关。特别是当地层中夹有粗粒透镜体，或地基与基础间接触不良或有裂缝的情况时，使渗流水集中形成内部冲刷通道，导致管涌失事。因此，工程设计中必须有详细的现场勘探资料，从而发现可能引起管涌与流土危险的重要土层，如砂砾石、碎石等夹层，以便采用合理的渗流控制措施。工程建成后，还需进行原型观测，以了解渗流控制措施的可靠性，并监测险情的发展，为维护管理提供信息。为防止建筑物和地基发生渗流破坏作用而采取的工程措施称渗流控制（!""#$%"&’()*+’,），对闸坝、堤防的安全有重要意义，其目的是：!控制建筑物下游的剩余水头、降低扬压力和浸润面，保证建筑物和下游边坡的稳定性。"控制地下水水位，避免下游沼泽化和影响农作物生长。#控制渗流场内的水力坡降或流速，防止土体发生管涌与流土，保证堤坝、坝基、闸基和坝两岸的渗透稳定性。$控制过大的渗水量损失。对堤坝而言，渗流控制的基本原则为“前堵后排中间截”（图-./0）。不论在内部或外部的渗流出逸面，都必须加反滤层覆盖保护，反滤层是防止管涌和流土的有效和必须的措施。图-./0土石坝渗流控制概括示意图!—防渗体；"—铺盖；#—截水槽；$—灌浆帷幕；%—垂直排水层；&—水平排水层；’—减压井与排渗沟渗流控制有1类基本方法：!防渗；"设反滤层；#排水。1种方法常需结合使用。防渗方法是利用比较不透水的材料构成防渗体，在建筑物内一些部位消减渗流能量。比较不透水的材料有黏性土、混凝土、沥青混凝土、黏土与水泥的混合物等。23世纪-3年代兴起的土工聚合物也是良好的不透水材料。地基防渗有水平防渗和垂直防渗两类。其作用是延长渗径，后者有时还用于切断强透水层。水平防渗有上游黏土铺盖、沥青或混凝土护面和护坦等；垂直防渗有各种材料构成的防渗墙、灌浆帷幕、板桩等。土石坝坝体防渗有各种材料构成的斜墙（或面板）和心墙等。防渗体自身的渗透稳定性应得到保证。用泥浆槽法在水下和较深的河床冲积层中建造防渗墙，是一种经济和重要的方法，在世界各国应用较多。此法的施工步骤参见泥浆槽防渗墙施工。反滤层是利用砂、砾、天然优良级配的砂砾石或土工织物作成具有过水滤土功能的滤层，铺设在渗流出逸面上，对于土石坝，也铺在防渗心墙或斜墙的上游面。滤层可以是单层的，也可以是多层的。排水则是利用更透水的碎石、堆石或排水管，在尽量减少水头损失的条件下来排泄渗流。排水体有褥垫式排水、上昂式排水、贴坡排水、堆石排水及减压井等。渗透变形试验测定松散砂性土和基岩中软弱层带渗透变形和渗透破坏水力坡降以—2/4— 第一篇水利水电工程地质及变形破坏特征的试验。松散砂性土层和软弱层带的渗透变形破坏，是由于地下水渗流引起的机械、化学作用，使土的结构发生变化，造成土颗粒或软弱层带物质、易溶盐随地下水渗流带出土体的过程和结果。在渗透压力作用下，细颗粒随渗流逐渐流失形成渗流通道的过程与现象，称为机械管涌；土体中的易溶盐被溶解随渗流带出的现象称化学管涌。在渗透压力的作用下，松散土层或基岩软弱层带的局部或整体发生浮动、隆起、开裂，最终被渗透托起的现象和过程称为流土。机械管涌从变形的发生、发展直至破坏具有一定的坡降区间和量变过程，这个过程有时甚至很长；流土的破坏常是突变性的。不论是管涌或流土，在地下水的渗流场作用下，其产生都有一处于极限平衡的临界状态，这时的水力坡降即理论上的临界水力坡降。渗透变形试验，一般分为室内试验和现场原位试验。室内试验对松散砂层的扰动样，需在进行颗粒分析试验，确定试样级配的基础上选择仪器，并根据需要控制干密度和试样高度，使试样均匀、分层装入仪器中。对黏性土层和基岩软弱层带的原状样，在取样和安装试件的过程中，要防止试样扰动、破坏、失水干裂等现象发生。试样装置方向，需使水流尽量通过夹层或与夹层接触的裂隙。当试样岩体节理发育可能使渗透水流严重流失时，试验前尚应对试样进行堵缝处理。试验方法、步骤及注意事项：!需确定加压方式、起始压力、压力级差和观测时间等。加压最好选择静水加压方式，或配装调压罐的水泵加压方法；起始压力不宜太大，一般以形成!"#$!"%水力坡降的压力开始，以后可视试验情况，适当加大级差，直至产生变形和破坏；每个压力阶段的压力与流量稳定持续时间不少于&’($)*(。"试验用水最好无气或少气，并仔细做好试验样品的饱和。#在全部试验过程中都要定时认真、细致地观察试样渗水出逸面的情况，并做好观测记录；观测时间间隔，每!"%($#(观测#次。现场原位试验对砂砾土可利用浅井、大型试坑或试槽，按水平或垂直渗透的不同要求，布置通过试体的进出水系统，压力、流量的量测系统和出逸面的观察窗等。对基岩软弱层带的试验，首先是选择具有代表性的试验点，利用勘探平硐和辅以必要的支洞，制成能方便供水和观测的立体试件（通常为长方体），并使渗透水流以平行流的方式通过基岩软弱层带。此外从供水线至渗流出逸面间布置#排$&排观测孔用以直接观测水力坡降（见图+,#%）。试验方法、步骤及注意事项，基本与室内试验相同，但值得提出的是：!这样的大型现场原位试验，做一次不容易，因此，每个压力阶段的稳定延续时间应适当延长。"试件试验结束后，不管其破坏与否，尽可能做一次降压试验（或复压试验），这对分析夹层破坏特征有一定的参考价值。资料整理，在认真检查和校正原始资料的基础上，绘制压力（或比降）、流量、渗透系数历时曲线，绘制渗流水力坡降（!）与流量（"）关系曲线，试件范围内的等水头线和水质成分变化曲线，并结合现场观察情况进行综合分析。一般情况，!—"关系曲线和现场渗流出逸面的观察记录是分析判断试样发生渗透变形性质（类型）及临界水力坡降的主要依据。土的动力性质土在动力作用下的变形和强度特性。动力作用包括地震、爆炸、打桩与夯击、波浪等。土的动力性质与动力作用的类型有关。土在一次冲击作用下的抗剪强度一般都高于静力作用下的相应值，对于黏土约高#倍，对于砂土约高#!#。土在往返—&&!— 第七章水利水电工程土力学图!"#$葛洲坝水利枢纽%&%号夹层层间剪切带现场渗透变形试验布置图（单位：’）引自：曹乐安主编(葛洲坝工程丛书，基础设计与处理(中国水利水电出版社，#))*作用下的抗剪强度，常随往返次数的增多而降低，一般可降低到静力抗剪强度的*&!+)&!；对灵敏性黏土和可液化土则将更低，其数值需通过专门的试验确定。表示土在动力作用下变形特性的常用参数是剪切模量和阻力比。土在小应变（剪应变小于#&","-）时呈线弹性性质。土在剪应变为#&",时的剪切模量称为最大剪切模+#&量（"’./）。"’./值与土类（砂土或黏土）有关，并主要随孔隙比（#）的减小、有效压力（!$&）的增大以及黏土超固结比的增大而增大。当剪应变大于#&"-后，土呈非线性弹塑性性质。常以往返剪应力幅值（"）与往返剪%应变幅值（#%）之比作为土的动力剪切模量（"）。从图!"#,中可以看出，剪切模量随剪切应变的增大而减小。土的阻尼比（&）（参见阻尼），相对于单自由度粘弹性振动体系中的阻尼比，仅有当量或等效的意义，反映出土体中动能的耗散特性。&值是滞回圈面积$’（图中()($)$(的面积）与动应变能’（图中三角形(*+(的面积）之比乘以常数（#,-）%。土的阻尼比（&）一般随往返剪应变幅值（#%）的增大而增大。剪切模量（"）和阻尼比（&）对土体的动力反应和共振现象有重大影响。在允许排水的条件下，土受到冲击、振动或往返荷载所产生的体积变化主要与土的密度、应力状态、动应变幅值和往返（或重复）作用次数有关。当砂土在应力空间的剪缩区内时，往返剪切可使其体积逐次压缩，并最终趋于稳定，称为振稳（01.234567）；反之，在剪胀区内时，往返剪切可使其体积逐次膨胀，并出现递增破坏。饱和黏土在冲击荷载下也产生固结压密，对于灵敏性黏土还可能出现触变现象，由于颗粒骨架结构的改变，在允许排水—%%#— 第一篇水利水电工程地质的条件下也引起体积变化。图!"#$往返剪切滞回圈示意图—%%%— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第二篇水利水电工程地质构造研究!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第二篇水利水电工程地质构造研究—""!— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究第一章水利水电工程区域构造稳定性研究第一节导言近!"年来，我国水利水电建设的区域构造稳定性研究取得了很大的进展，通过自身的工程实践和吸收国内外相关学科的先进技术，逐渐形成符合水利水电工程建设要求的、一整套具有特色的研究和评价方法，并纳入了中华人民共和国国家标准#$%"!&’—((《水利水电工程地质勘察规范》和与之配套的技术规程、规定。本章从水利水电工程建设的特点和需要出发，对区域构造稳定性研究的意义、内容和工作要求、研究和评价方法等，作一简单介绍。一、区域构造稳定性对水利水电工程建设的意义新中国成立初期，随着水利水电工程建设的开展，建设场地的区域构造稳定性研究逐渐受到人们注意。例如!"世纪%"年代末，四川紫坪铺水库勘测工作中对龙门山断裂带的研究；广东新丰江水电站发生水库诱发地震后，)(*"+)(*!年对东江断裂带及其区域构造环境的研究；甘肃昌马水库坝址选择阶段对祁连山断裂带和)(,!年昌马里氏’-*级地震的研究；)(*,年以来，对青海龙羊峡水电站及其周围地区断裂体系新构造活动性的系统研究等，是一些比较突出的事例。作为远期规划的基础地质研究工作，三峡工程勘测设计工作的早期，从!"世纪%"年代末就开始对黄陵地块及其周缘的区域构造环境和断裂进行系统研究；)(%.年布设了库首及外围地区的地壳垂直形变测量环线，)(%&年设置了工程专用的地震台网，至今均已连续观测."年以上。区域构造稳定性研究也是!"世纪*"年代初南水北调西线规划的大规模综合科学考察和)(*,年开始的四川锦屏水电站规划勘测工作的重点之一。!"世纪*"年代中期进行的水利水电工程地质总结工作，以及在此基础上编写的《水利水电工程地质》（)(’.）一书中，对这一阶段的经验进行了初步总结和概括。)(’&年由中华人民共和国水利电力部颁发试行的/01).2’&《水利水电工程地质勘察规范》中，对坝、库区构造稳定性评价、现代活动性断裂的鉴别、地震基本烈度的鉴定、基本烈度!度或大于!度地区工程抗震的工程地质问题等，都提出了相应的规定。!"世纪’"年代后期，一系列大型和特大型水利水电工程项目陆续开展勘测设计工—!!%— 第二篇水利水电工程地质构造研究作，区域构造稳定性研究得到了很大的重视。特别是在我国西部，地质条件十分复杂，现代构造活动和强烈地震有可能给工程建设带来重大影响。有些工程，如新疆克孜尔水库、云南小湾水电站、宁夏大柳树水库和甘肃黑山峡水电站等，正确的区域构造稳定性评价成为工程能否建设或合理选择坝址的决定性因素之一。新中国成立以来!"年水利水电建设工程地质勘察工作的重要经验之一，就是越来越深刻地认识到，区域构造稳定性研究和评价，不仅是工程地质勘察中的一项基础地质工作，而且是决定工程可行性和坝址、引水线路等方案选择的重要地质问题。区域构造稳定性研究覆盖的地域广阔，涉及的学科和采用的手段众多，但最后要回答的问题却十分具体。概括起来，对于制订合理的流域开发规划、正确选择第一期开发河段和工程，以及大型跨流域调水、引水工程线路的比较选择等，需要提出构造稳定条件最有利的方案；对于拟选的水工建筑物场地，需要回答在当前和今后一二百年内，遭受现代断层活动或地震活动的破坏强度和破坏概率有多大，提出水工设计和抗震设防所需的地学参数。或者形象地说，区域构造稳定性评价就是要落实到建设场地有没有“活断层”和会不会遭受强烈地震的袭击。现代活动断层有可能导致其上建筑物发生难以抗拒的损坏，而造成场地影响烈度在!度以上的地震，将引起地表和各类水工建筑物极为严重的破坏，这些都是抗震设计迄今还难于解决的问题。因此，区域构造稳定性的正确评价不仅有助于规划、设计方案的最佳选择，带来重大的经济效益，而且在一定的条件下，还有可能起到“一票否决”的作用，确保在地质条件的选择上避免重大失误。为满足#$世纪我国水利水电建设进一步向西南、西北推进的需要，#"世纪%"年代以来，西部各省（自治区）一大批大型水利水电工程，其中包括若干#""&’""(量级的高坝，开展了规划和可行性研究阶断的勘察工作；金沙江、雅砻江、澜沧江流域的进一步开发，南水北调西线的规划选线等勘察研究，也都开始启动。其中许多项目将处在现代构造运动强烈、地震基本烈度"度或更高的地区，对区域构造稳定性评价工作提出了更高的要求。通过这些工程的丰富实践，我国的区域构造稳定性研究水平必将有新的飞跃发展。二、水利水电工程建设对区域构造稳定性研究的要求按照我国现行的前期工作程序，水利水电工程的地质勘察分为四个阶段，循序进行，逐步深入，并与相应设计阶段的深度相适应。每一个勘察阶段有其明确的目的和任务，区域构造稳定性研究的要求和内容也各不相同。$)规划阶段在搜集、整编和分析区域地质构造资料和区域地震资料的基础上，提出规划河流或河段的区域构造稳定性初步评价。对于跨越多个大地构造单元、地震地质条件复杂的大江大河，或大型的跨流域调水、引水工程，区域构造稳定性往往成为合理确定近期开发河段或首期工程、合理规划选择调水引水线路的关键性因素，应在本阶段早期进行规划河流或选线地区的区域构造稳定性分区。为此，必要时可安排一定数量的野外地质调查和少量轻型勘探工作，复核和补充已有的区域地质资料。—##*— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究!"可行性研究阶段它是区域构造稳定性研究的主要阶段，要求开展区域构造背景研究、断层活动性研究和现代活动断层判定、地震危险性分析和场地地震动参数的确定、水库诱发地震危险性研究和预测等工作，提出工程场地的区域构造稳定性综合评价。如果待选坝段、坝址处在不同的大地构造单元或同一单元的不同构造部位，则应分别给出区域构造稳定性评价意见并加以比较。在地震地质条件特别复杂或区域构造稳定性成为论证工程可行性的控制因素的情况下，有时需要在本阶段布设一定规模的断层活动性监测和地震监测站（网），及早开始观测和积累有关资料。#"初步设计阶段上一阶段已经作出了工程场地的区域构造稳定性综合评价时，一般情况下本阶段不再安排大规模的勘测研究工作。对于地震地质条件复杂的工程，初步设计阶段要求在必要时进一步开展某些专题研究，诸如活动断层监测、重点库段的水库诱发地震危险性预测和库坝区地震监测等，为水工建筑物抗震设计提供定量参数，为今后工程施工和运行阶段的监测工作奠定基础。（$）活动断层监测，主要是对距坝址%&’范围内有可能直接影响水工建筑物稳定的、已确认的现代活动断层进行仪器监测，以取得断层活动的性质和速率等定量数据。坝址周围!()*(&’范围内已判定的区域性现代活动断层，以及与坝址区活动断层有密切成生联系的现代活动断层，有时也布置一定的仪器监测。（!）在上一阶段判定有可能发生水库诱发地震的库段，进行水库诱发地震危险性专题研究，预测诱发地震的具体地段、可能的成因类型及最大震级和烈度。（#）在水库诱发地震的预测烈度大于!度，或主要活动断层沿线有明显小震活动的情况下，布设工程专用地震台（网），对蓄水前后的地震活动进行监测。（*）上一阶段的勘测研究工作完成后，若在区域地质环境、区域地震活动性等方面又发现重大的新情况，且有可能影响区域构造稳定性评价结论时，往往组织针对性的专题研究，并据之复核和修正原来的结论。*"技施设计阶段继续进行活动断层监测、地震监测等工作，以取得较长时段的、连续可靠的基础资料，掌握天然状态下断层形变和地震活动的动态特征。施工和运行期则需要根据监测资料及时分析断层活动性质和速率的变化、库区地震活动性的变化，综合判断水库诱发地震的特点，预测其发展趋势，评价其对水工建筑物抗震安全的影响。三、区域构造稳定性研究的主要内容新中国成立初期至!(世纪+(年代，区域稳定性研究是水利水电工程区域地质勘察研究的一部分，主要了解库坝区新构造运动特点、第四纪断层的展布和性质、破坏性地震的位置及对建设场地的影响等，多半采用小比例尺地貌考察和地质测绘、历史地震调查、地表剥土或少量坑槽探等常规手段。个别重大工程如长江三峡，很早就开展了地震台网—!!,— 第二篇水利水电工程地质构造研究监测和大范围的地壳形变监测，但一般情况下，当时深入进行专题研究的工程还不多。!"世纪#"年代以来，随着大规模水利水电建设的开展，以及国内外对地质灾害、环境治理等问题的认识和研究日益深化，区域稳定性研究的范围、内容和方法也发生了很大的变化。目前，在水利水电工程地质勘察的实践中，倾向于把主要研究内动力地质作用对建设场地的直接影响的工作，明确称之为“区域构造稳定性研究”。而把介质及其结构条件、各种外动力地质作用及其造成的地质灾害，以及它们对建设场地和建筑物稳定条件的影响，分别划入坝区和库区工程地质研究的范畴，并列出一系列专题，诸如岩体结构及坝基稳定研究、风化规律和风化带划分标准研究、表层水文地质条件和渗透稳定研究，以及喀斯特、边坡稳定、库岸稳定和库岸再造、水库渗漏和浸没研究等。依据中华人民共和国国家标准$%&"!’#—((《水利水电工程地质勘察规范》和配套的技术规程、规定的要求，水利水电工程场地的区域构造稳定性研究包括以下项目。（)）区域构造背景研究和区域构造稳定性分区。（!）断层活动性研究和现代活动断层（以下简称活断层或活动断裂）的判定。（*）地震危险性分析和场地地震动参数的确定。（+）水库诱发地震危险性研究和预测。（&）区域构造稳定性综合评价和工程场地构造稳定性评价。（,）活动断层监测和地震监测。四、区域构造背景研究区域构造背景研究属于基础性的地质工作，是区域构造稳定性各项专题研究和综合评价的基础，同时也是库坝区各项工程地质和水文地质研究的重要基础之一。此项工作一般安排在规划阶段和可行性研究阶段进行，可分为三个层次。)-工程场地周围*""./的范围（远场区）需要了解区域地层岩性、断裂和褶皱构造、深部地球物理场、区域性断裂及其活动性、现代构造应力场、区域地震活动性等资料，复核大地构造单元（二、三级）和地震区（带）的划分，分析并评估各构造单元和地震区（带）的构造稳定性，确定工程场地所处的大地构造部位。研究范围可根据工程场地所处的大地构造单元和地震区（带）的分布特点确定，通常包括坝址所在的二、三级大地构造单元及相邻单元的有关地区，以及发生强烈地震对坝址的影响烈度有可能达到或超过!度的地震带，但无需超出距坝址*""./的范围。为确保能进行合理的宏观分析和评估，一般也不宜小于距坝址)&"./。虽然本层次的工作深度要求不很高，但它是正确安排下两个层次详细研究的基础。!"世纪,"年代以前，对地质研究深度较差地区的特大型工程，曾经组织过较大范围的补充野外地质调查和历史地震调查。目前，我国已积累了丰富的区域地质、深部地球物理和地震资料，大部分情况下，通过搜集已有资料，结合重点地段的路线考察复核，就能满足要求。我国西部某些特别重要和规模宏伟的远景项目，如南水北调西线方案，由于涉及地区—!!’— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究偏远荒凉，地质研究程度不高，规划阶段的工作量就十分巨大。不仅!"世纪#"年代初曾组织过大规模的综合科学考察，并对若干枢纽建筑区安排了简单的工程地质测绘和少量勘探工作，至$"%&"年代，又连续多年进行了航卫片解译、现场区域地质和地震地质调查、现代构造活动研究、区域地震活动性研究和大范围的地震危险性分析等工作。这类工作需要专门论证立项，不是某一个水电工程力所能及的。!’坝址周围!"%(")*的范围（近场区）它是区域构造背景研究的关键地区，需要详细搜集和分析各项资料，对穿过此范围的区域性断裂和地震带进行现场调查复核，判定对坝址可能有直接影响的活动断裂，编制中等比例尺的区域地质图，以及相应的构造纲要图、第四纪断裂分布图、历史地震和仪测地震震中分布图、地震综合等烈度线图等。研究范围可根据第一层次研究的结果确定，一般应包括坝址所在的四级（或三级）构造单元及邻近地区，但不宜小于距坝址!")*。地震地质条件复杂地区或地质研究程度较低的边远地区的大型工程，则需要进行专门性的构造地质测绘，着重调查区域性断裂带的展布和构造活动史、第四系沉积物及其变形特征、第四纪断层及其活动性、第四纪断层的构造等级及其与区域性断裂带的关系、历史强震和古地震遗迹等，并研究深部构造与地表构造的关系。测绘中可辅以少量浅层勘探、物探和断层测年工作。由于本范围内的区域性活动断裂和地震带（或发震构造）的性质，对判定直接影响坝址的活断层、划分近场潜在震源区的边界、最终评价工程场地的构造稳定性等，有着决定性的影响，在地震地质条件复杂的地区，往往成为长期争论的焦点。许多大型水利水电工程，如长江三峡和!"世纪&"年代初期锦屏工程的经验表明，本范围内的区域构造背景研究，特别是构造地质测绘或地震地质调查，最好由工程勘测部门主持和参与，组织多学科的有关专业队伍参加，最后由主持部门验收汇总资料，进行综合分析，得出结论。这样的做法，可充分发挥不同部门、不同专业的技术特长，又密切结合水利水电工程地质的特点，能较好地满足工程可行性研究的需要。+’坝址周围$)*的范围（工程场区）在上一层次研究中，若判定坝址区存在活断层或处在历史强震的极震区，以及确定的发震断层通过工程场区或区域性活动断裂的延长线指向工程场区，这时就有必要对坝址周围$)*的范围内进行专门的构造地质测绘，作为指导进一步开展现代活动断层研究和判定的基础。以往有的工程，过早地把断层活动性专题研究集中到坝址区少量低等级的小断层上，虽然投入了很大的工作量，仍然难于作出明确的判断，未能取得预期效果。坝址周围的专门性构造地质测绘，比例尺一般选用,-.""""%,-,""""。除满足相应比例尺的精度要求外，对初步判定或怀疑具有现今活动性的断裂构造，要特别注意追索其空间展布，查明其规模和构造等级，与区域性断裂带及高等级断层之间的成生联系和空间相关性。为此，需要布置一定数量的勘探工作，以取得确凿的证据，排除地表观察和取样的不确定性和某些假象。构造地质测绘可与坝区工程地质测绘结合进行，并充分利用大比例尺工程地质测绘和勘探的资料。必要的断层测年工作也应考虑与断层活动性专题研究的需要相结合。—!!&— 第二篇水利水电工程地质构造研究五、区域构造稳定性研究的发展近况水利水电工程的区域构造稳定性研究是一项综合性很强的工作，它收集、引入或直接应用地学众多领域中的先进理论、方法、技术手段和多年积累的大量资料。特别是!"世纪#"年代以来，我国地质矿产部门、地震部门、石油和其他工业部门，以及许多科研教学单位，在区域地质、大地构造、区域地貌、第四纪地质和新构造运动、地震和地震地质、深部地球物理等领域，取得了大量重要成果，为区域构造稳定性研究提供了坚实的基础。我国水电工程地质人员，除传统的地面地质测绘和各种类型的勘探、物探工作外，也广泛采用了卫星和航空遥感、人工地震剖面等深部地球物理勘探、深孔地应力测试、高精度形变测量、专用地震监测台网、先进的分析鉴定技术、物理和数学模拟等手段，使区域构造稳定性研究的水平有很大的提高。对这些新的进展及其推广应用中的经验，将在下文中结合各项专题研究工作，给予介绍和论述。第二节断层活动性的研究无论在区域构造稳定性研究，或是在水库诱发地震危险性评价中，断层活动性的研究、识别和判定，都具有十分重要的意义。自!"世纪$"年代在某些大型工程的区域地质条件研究中引进新构造运动（%&’(&)*(’+,-.）的概念以来，关于新构造运动、现代构造运动（/&)&+((&)(’+,-.，0’1&2+(&)(’+,-.）和现代活动断层（/&)&+(’20’1&2+3)(,4&5367(）等概念，几十年来一直是我国水利水电勘测工作中十分引人注目的课题之一，通过许多工程的实践，如四川紫坪铺、甘肃昌马等工程，取得了经验，逐步形成自己的特色。随着地勘工作水平的提高和工程地质学科的发展，人们对活断层的认识不断深化，特别是!"世纪#"年代末期以来，由于重大工程项目的需要和在地震危险性研究方面的进展，国内外在活断层研究上取得了长足的进步。另一方面，一些新方法、新学说和新的测试手段的出现，又引起了许多新的问题和争论，有时甚至带来某些混乱。地学的不同领域对新构造运动的研究，具有不同的目的，从而提出了不同的要求，采用不同的方法。例如在区域地质测绘、探矿等工作中，把新构造期作为构造发展史中的最后一个轮回，从全球或大区域构造运动的规律及其对矿床生成的影响等方面开展研究。从这个角度上看，以百万年作为断层活动性研究的时间尺度，换言之，将第三纪划分到世，把整个第四纪看作一个时期，已能满足要求。我国89!"万区域地质图及其说明、各省（自治区）区域地质志等多采用这个标准。又例如地震地质学的研究对象，主要是全球或较大范围内地震构造带的空间分布特征、现今地震活动的时空分布规律、地震烈度区划等，重点研究第四纪以来的新构造运动和断层活动性。如马杏垣主编的《中国岩石圈动力学地图集》（8:;:年）中，各省（自治区）—!<"— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究地震构造图的断层统一按不活动、第三纪以来活动和第四纪以来活动三档划分。近十余年来，为满足编制新的中国地震区划图（第三代区划图）和确定重大工程项目抗震设防标准等要求，在第四纪以来活动的断层中，也着重划分出晚更新世活断层和全新世活断层，强调其对工程抗震安全的直接影响。大型水利水电工程和其他重大建设工程对断层活动性的研究有十分直接的工程目的，主要着眼于两个方面，即：（!）在工程的设计基准期内（一般为"#$%##年），活断层对工程可能产生的直接破坏。（%）邻区断层活动时工程可能遭受的地震影响。这些研究的范围，空间上距场址不过%#$&#’(，往往局限在四级或三级大地构造单元之内；时间上主要研究晚更新世以来的最新构造活动。而在这样一个有限的时空范围内，则要求取得更直接、更确切的证据，不仅为区域构造稳定性评价提供基本依据，而且往往直接用于确定工程项目的可行性，以及在抗震设计中采用何种具体工程措施。可见，水利水电勘测工作中的断层活动性研究，既要充分利用国家区域地质测绘和区域构造研究、地震区划和地震地质研究的大量成果，又必须结合工程的需要和要求，解决某些其他学科无法开展或很少涉及的问题。本节将着重介绍水利水电工程地质实践中多年形成的特色和积累的经验。一、现代活动断层的界定目前对断层活动性的研究十分广泛，文献和资料浩如烟海，但不同领域或不同的人员对“活断层”往往赋予各自的标准，经常混淆，不便沟通。我们建议将活断层划分为：（!）第三纪活动断层，指第三纪期间有确凿活动证据，而第四纪以来没有活动或缺乏可靠的活动证据者。（%）第四纪活动断层，指第四纪中更新世及以前有确凿活动证据，而晚更新世以来没有活动或缺乏可靠的活动证据者。（)）现代活动断层，指晚更新世以来有确凿活动证据者。在上下文不致发生误解的情况下，亦可简称为“活断层”。对于水利水电工程而言，断层活动性研究最关键的内容，就是对现代活动断层（活断层）的研究、识别和判定。（一）国内外流行的几种规定关于活断层的定义和年代界定，国内外从不同目的出发，提出了种种观点，包括从早第三纪以来直至全新世的各种地质时代；不同行业为便于工程应用，在各自的规范、导则中规定了各种标准，如!万年（大致相当于*以来）、)+"万年（相当于!&&,的年龄测定能力）、!#万年（大致相当于*)以来），以及没有特殊根据的人为规定如#+-万年、"万年等，有关的部分资料列入表!.!。—%)!— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"!活断层年代下限界定标准比较表作者或机构地质时代年代（万年）邓起东（!#$%）早第三纪&’’’韦森等（()**+,，-./.，!#&%，!#&0）早更新世———全新世1’’2!日本活断层组，滕田和夫（!#$’）伊利斯（3445*，德国，!#$’）早更新世约%’’丁国瑜（!#$%）李（!#$1）中更新世约!’’0’（多次活动）伦森（/),*),，6.7.，新西兰，!#&8）中更新世———晚更新世（一次活动）0美国核管理委员会（!#&!）0’（多次活动）中更新世———晚更新世美国原子能委员会（!#&1，能动断层）1.0（一次活动）9:7!;—&$《水利水电工程地质勘察规范》（中国，!#&;，晚更新世—!#&$）6<0’%$&—##《水利水电工程地质勘察规范》（中国国晚更新世!’2!0家标准，!###）艾伦（=44),，>.-.，美国，!#80）晚更新世早期!’美国垦务局（!#8&）古宾（!"#$$，%.?.前苏联，!#&;，!#&8）晚更新世———全新世!12!.!美国垦务局（据费雷）—0晚更新世晚期李兴唐（!#$&）02!———全新世（多次活动）0格兰特"泰勒等（6@A,B"CAD4+@，C./.，!#&;）晚更新世———全新世’.0（一次活动）美国陆军工程师兵团（据费雷）1.0林正夫（日本，!#$!）晚更新世———全新世12’.0尼科尔等（E5FG+4，9.:.-.）引用新西兰城镇和国家计（引用）%晚更新世末———全新世划委员会工作服务部，!#80年规定（提出）!美国加里福尼亚州地矿部（!#&8）全新世!.!博尼拉（<+,544A，H.6.，!#&’）全新世!克拉夫等（>4IJJ，/.9.K<+4B，<.=.，!#8#）全新世中晚期最近几千年注：据李兴唐（!#$#）增补改编。—%1%— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究从表!"!所列资料看，今后相当长时间内很难在工程界和学术界取得一致看法，也不可能很快出现某种得到公认的唯一标准。有鉴于此，我国水利水电工程地质部门有必要总结近半个世纪水电建设的经验，提出适用于大型水利水电工程的“活断层”年代界定的标准。（二）水电工程建设中采用的标准在重大工程项目的区域构造稳定性评价和确定地震基本烈度的各种方法中，实际上都含有一个不言而喻的基本前提，就是假设研究区的构造活动的特点，在以往一个足够长的时间段内，在时间和空间分布上是稳定波动的。关于现代活动断层中“现代”这一时间概念，按我们的理解，指的应该是人们能够分辨（测定）的、构造活动性比较稳定均一、能满足统计外推至今后数百年的最近时段。随着第四纪地质学和地震地质学研究的深入，人们发现，第四纪以来的构造运动和断层活动性，在不同地区或同一地区的不同地质时段内，可以有很大差别。如果回溯统计的时段取得过长，例如取为整个第四纪，跨越了若干个构造活动性差别很大的地质时段，这样就违背了统计外推的前提条件，很难得到恰当的评价意见。另一方面，如果这一时段取得太短，例如全新世或全新世中晚期等，按照目前勘测工作和测试手段的水平，在现场无法取得足够和可靠的资料数据，往往会因为结论的可信度太低、安全裕度太小而无法实际应用。#$世纪%$年代初期，我国水利水电系统在研究坝址区的构造稳定性时，考虑到工程的实际需要和当时研究手段的可能性，就提出要特别注意查明“上更新世（&’）以来的断裂活动情况”。!(%)年颁发试行的*+,!-—%)《水利水电工程地质勘察规范》中更明确地把“晚更新世以来第四系地层的错断和变形”作为活断层的主要标志之一。#$世纪)$年代后期开始编写国家标准系列的《水利水电工程地质勘察规范》，其中“活断层”的时间下限是讨论的重点问题之一。特别是考虑了航空航天遥感资料判读、各种断层测年手段、古地震考证、地震和断层错动遗迹的定量研究等近年发展起来的新方法，总结了水利水电系统和其他部门应用这些手段的成功和失败两方面的经验，经过反复研究，规定“活断层指晚更新世（绝对年龄!$万.!/万年）以来有过活动，今后还可能活动的断层”。根据这一标准，对于重大的水利水电工程项目，晚更新世以来有过活动的断层，在工程使用期内存在着再次活动的可能性，应该认为属于“活断层”；而晚更新世以来确证为没有活动的断层，外推至工程未来使用期内（!$$.#$$年）发生突然错动的可能性极小，可以不予考虑。（三）水电工程活断层标准确定的根据通过近年的工作，进一步证明选取晚更新世以来作为研究现代活动断层的时间范围，是比较合理的，这是因为：（!）在中更新世和晚更新世之间，特别是我国西部，有过一次较大范围的构造变动。#$世纪%$年代李就曾指出，有些地区可以观察到&#与&’地层之间存在着轻微的不整合。)$年代以来对若干区域性活动断裂带的详细研究表明，在很多地区，中更新世与晚—#’’— 第二篇水利水电工程地质构造研究更新世的构造运动在性质上有明显变化。如海南岛，在中更新世以东西向水平挤压为主，到晚更新世则是北北西—南南东方向的挤压。又据《四川活动断裂与地震》一书论述，鲜水河—安宁河断裂带在中更新世中后期至晚更新世早期，在区域性近东西向构造应力场作用下，北西、北东两组断裂为走滑运动性质，南北向断裂除走滑运动外，还伴随有不同程度的垂向差异运动；而晚更新世中、后期至全新世，它们成为川滇菱形块体的东边界断裂，以强烈的水平运动为主，主要表现为左旋正走滑运动性质。青海龙羊峡坝区的!"断层，在左岸北大山水沟椅子背探槽可见其错断#$地层，但未错断#%砾石层，仅在其底板处略有扰动；伊黑龙断层在黄河右岸拉果沟被五级阶地砾石层（#%）覆盖，亦仅在砾石层底板&’()范围内发现轻微构造扰动。另一方面，目前尚没有关于晚更新世与全新世之间存在构造变动的明确报导，一般认为，全新世继承了晚更新世的区域应力场和构造运动方式。（&）在大多数情况下，#%以来的时段是能够有效地进行宏观地貌和地质研究的最小时段。大型水电工程的建设场地多在山区，第四系沉积物分布零星，成因类型复杂，其中河流低阶地、低洪积扇等多为#%沉积，发育和保存相对完好，最新构造错动迹象也比较清晰；全新世沉积物分布更为局限，多在河床或沟谷底部，有时构成河漫滩、一级阶地或最新的洪积扇，取得可靠地质资料也更困难。（%）#%以来是多数断层测年手段能充分发挥作用的时段，而新近的研究表明，热释光和电子自旋共振等目前广泛采用的测年手段，一般不适用于全新世断层。（*）#%以来的时段，相当于重大工程所考虑的地震、洪水等特殊荷载校核标准（重现期千年至万年）的$’’+$’倍，从统计学上讲也是比较合理的。近年来，随着地震地质研究和重大工程区域构造稳定性研究工作的不断深入，我国西南和西北地区有一些资料表明，在晚更新世早期与中期之间可能有一次构造变动，似乎主要集中表现在现今区域性的巨大发震断裂带沿线。例如，唐荣昌等认为四川西部地区第四纪断裂活动大致可分为四个活动期，其中第三期为中更新世中后期至晚更新世早期，最后一期则为晚更新世中后期至全新世，而四川东部地区表现不明显。这样，在有足够地质资料的地方，也可以把晚更新世中期（距今约,万年）发生过构造活动的断层称作为活断层；而该时期以来没有活动的断层，即可认为不属于活断层。然而，由于绝大部分水电工程的坝址尽可能避免选择在区域性发震断裂附近的河段上，库坝区断层现代活动的迹象往往不甚明显，特别是我国中部和东部，更难取得足够的、无可置疑的直接资料。具体到某一工程在断层活动性研究中是否能采用,万年的标准，应取十分慎重的态度，需要作出专门的论证。二、活断层的研究和判别通过查明与所研究断层有关的地貌、地质、地球物理、地震等条件，就能判定该断层的现今活动性，取得有关的参数。以往有关活断层的判别标志，多半亦按不同学科分类列出。水电工程的实践表明，按各种标志的重要性，可分为直接标志、间接标志和参考标志等几类，在组织现场工作，特别是对与坝区构造稳定性密切相关的断层进行详细研究时，更有利于排除假像，抓住重点，由浅入深，取得可信度较高的结果。-./’&0"—11《水利水—&%*— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究电工程地质勘察规范》就是按这一原则编写的。下文中的!条直接标志和"条间接标志引自该规范，并作简单说明。（一）直接标志具下列标志之一的断层，可判定为活断层：（#）错断晚更新世以来地层的断层。（$）断裂带中的构造岩或被错动的脉体，经绝对年龄测定，其最后一次错动的年代，距今#%万&#!万年者。（’）根据仪器观测，沿断层有位移和地形变（大于%(#))*+）者。（"）沿断层有历史和现代中、强震震中分布或晚更新世以来的古地震遗迹，或密集而频繁的近期微震活动者。（!）在构造上，证实与已知活断层有共生或同生关系的断层。直接标志一般可以为断层活动提供可靠的实证，特别是#&"条中，只要找到确凿无疑的证据，便可确定该断层为活断层。第（!）条在单独使用时必须结合活断层分段的研究成果，充分考虑同一断裂系中不同断层在活动性质上的时空不一致性，以免夸大了活断层的范围。（二）间接标志（#）沿断层，晚更新世以来同级阶地发生错位；在跨越断层处，水系有明显的同步转折现象，或断层两侧晚更新世以来的沉积物厚度有明显的差异。（$）沿断层有断层陡坎，断层三角面平直新鲜，山前经常分布有连续的大规模的崩塌或滑坡，沿断层有串珠状或呈线状分布的斜列式盆地、沼泽、冷泉和承压泉等。（’）沿断层有明显的重力失衡带分布。（"）沿断层有水化学异常或同位素异常带分布。间接标志主要是沿所研究断层实际观察到的地形地貌、遥感、地球物理场、地球化学场、水文地质场等方面的形迹，它们能为断层活动性研究提供重要线索，但在尚未找到直接证据的情况下，不能单独作为判定活断层的依据。（三）参考标志（#）卫星相片和航空摄影相片上判读的清晰线性形迹、小比例尺地形图上标示的线形排列的沟谷、山脊、陡崖等。（$）区域夷平面或高阶地面上明显的高程差异，河谷阶地位相图上明显的转折，两岸阶地发育明显的不对称性等。（’）小比例尺地球物理（重力、航磁、地热）和地球化学图件上的线性异常带，人工地震剖面中解读的深部断点和隐伏断裂等。（"）覆盖地区用简易物探、化探方法测得的线性异常。（!）区域构造应力场物理模拟（光弹、泥巴试验）和数学模拟（线弹性有限元分析、流变过程分析）求出的活动性强烈的断层段。参考标志往往是工作中首先引起人们注意的现象，在大范围的新构造研究中有时也可以作为区域性断裂活动性的主要标志。在水电工程场区小范围的研究中，它们能指出—$’!— 第二篇水利水电工程地质构造研究工作的重点地段和重点问题，避免遗漏并节省许多工作量，但这些标志是否为活断层的反映，必须经过实地检验，取得直接证据，才能作出可靠的结论。还需要指出，在不利的地质环境或恶劣的现场勘测研究和取样条件下获得的直接或间接标志，许多情况下也只有参考意义。（四）各种标志的多解性和不确定性间接标志具有多解性，已为水电部门大多数勘测人员所接受。直接标志在许多情况下同样具有多解性，却还未引起足够的重视。就以最直接的晚更新世地层错动来说，它可能是发震断层向覆盖层中的直接延续；也有可能是地震重力错动，指示附近有发震断层，但本身只反映了在强烈震动下松软沉积物表层的重力压密变形，并非真正的活断层；还可能由外动力地质作用引起（如滑坡、流水侵蚀、冰川推挤等），没有构造意义。因此，在没有发现与之相应的基岩活断层之前，往往不能得出最终的结论。活断层的各种判别标志都具有一定的不确定性。在不同的地质环境和研究条件下，不同判别标志的可信度有所不同，或者说，在分析确定某条断层是否为活断层时，它们的权重是不一样的。第四系地层的错动或变形是最可靠、最直接的证据，在确认它属于构造成因之后，权重最大。例如，断层带物质测年为!"活动过，但断层上覆!"或!#地层没有错断或变形，仍应判定为!"以来无活动；反之，测年资料较老而地层错动资料很新，就应该认为该断层确有新的活动，而测年资料需要作进一步的核对。同一类现象在判断断层活动性上，也可能有多种含义和不同的权重。例如，断层线上发生过里氏$%&级以上地震或多次&’$级地震，可以认为是该断层有现今活动的直接证据；个别&’$级地震或相对密集的小震只能看作为间接证据；而少量沿断层线分布的小震最多只能看作为参考标志，不足以证明该断层的现代活动。研究条件对判别标志的权重有很大的影响。例如断层位移观测，数十年的连续资料是可靠的直接标志，而三五年的资料只能作为参考。又如断层测年样品，取自埋深百米以下的平洞，应属可靠的直接标志，取自浅埋的平洞也较为可信，而在地表露头或探槽中取样，有时只能作为参考。（五）活断层的综合判别在断层活动性研究的实际工作中，由于自然地质条件和经费、时间及其他种种因素的制约，多数情况下取不到足够的、无可争议的证据。往往不得不在信息不足的条件下，以研究者长期积累的经验为基础，对收集到的资料进行综合分析判断。表()#是云南漫湾地区断层活动性研究中为进行综合判别而编制的资料汇总表（有删节）。目前有些工作中，只提供研究者认为正确的或有价值的资料，而其他资料往往随意略去不提。我们认为，正确的做法应该是把本单位取得的资料和从其他单位收集到的资料，包括研究者本人赞成的和认为错误的在内，尽可能完全地列入综合研究汇总表。在断层活动性判别时，申明主要资料取舍的理由，再对有价值的资料进行综合分析，得出结论。这样既充分表达了研究者的观点和判断，又为使用方和审查方留下了进一步核实、验证的充分余地，将会在很大程度上增加结论的可信度。为改善人工判别中很难避免的个人经验的局限性和主观性，近年来，一些大型工程采—#"$— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究用模糊数学综合评判等数学方法对断层的活动性进行综合判别。袁登维等（!""#）在三峡地区断层活动性的研究中，选取断裂规模、断裂结构性质、活动性表现、应力条件等四类!!项指标，按断裂活动性的大小分为四级，结合本区具体特点，分别给出其隶属函数和各项指标的权重，然后针对待评判断层进行模糊运算，求出其归属于某一活动性级别的隶属度，以此来评判断层的活动性。三峡地区选用的待评判断层各项指标名称及取用的指标值、不同权重方案及相应的取值等，可参看表!$%。应该说，这类方法是从数学上解决在信息不完全的情况下进行合理决策的有希望的手段，在地学的许多领域中都有所应用，但需要指出的是，目前这类方法仍处于试用阶段，关键是如何结合不同地区特点，恰当选取参与评判的指标及其权重，每项指标分成几种状态及其隶属函数的确定，还需积累较多的工程应用实例，进行深入分析归纳，才能逐步发展成为成熟有效的方法。三、活断层的分类可以按各种不同的标志对断裂构造进行分类，如断层的等级、切割深度、断层错动的力学性质等。这些分类原则同样适用于活断层，不再赘述。用于表述断层现今活动特点的，主要是活动时代、现今运动的方式、平均滑动速率等。按这几类标志进行分类，有助于我们正确评估场地的区域构造稳定性和活断层对工程的影响。表!$&漫湾地区断层活动性综合研究汇总表断层名称黏土偏光显微+,!!)(-!!!资料卫片影像断层泥宏观观测颗分粒度()*!主干断层次级断层’衍射镜下观察（万年）（万年）来源反映较为清晰，中更新世有多期活多期活.&$%有活安乐影像线直，两侧动，位移大，南强北长期活动稳定滑动动，移动#/001/"#动迹象反差大弱量大多次活动，发生在位移大，.%以后有卫片显示并不清大村中、晚更新世，位移长期活动稳定滑动有新的新活动迹02/!—晰，长度不大中等活动象多次活活动时代较新，在晚.%期间活（大村）徐家菁—稳定滑动动，时代!&/1—更新世期间动较新!1/1大坟山温竹沟—晚更新世期间活动持续活动稳定滑动———&3/"卫片上反映最新活动为一白色条——————不晚于.&纹，小湾以西不明显，向东!2万年以!1/&!1/&5!1/#到哨街河消————来无活动&4/45%&/3&"/0514/4失—&%4— 第二篇水利水电工程地质构造研究断层名称黏土偏光显微%&!!#"’!!!资料卫片影像断层泥宏观观测颗分粒度"#$!主干断层次级断层!衍射镜下观察（万年）（万年）来源,-.*+万年以,-2()—————**-./*.-.来无活动0+-./1+-1八字耳朵*+万年以2-1(*1—————1-2.来无活动0*-+/00-+影像清晰，两后期有侧反差大，有灰白色断层泥，含小明显活一条隐约断砾石，活动期为晚更—稳定滑动3041——动，位移续的影像向新世大寨中等北西延伸，过云县，与北澜,-256+-1.沧江断裂带—————7*5+*2-26+-22遥相对应影像连续，据《南汀河断裂带地震构造研究》，东支断裂主要的活动时期是反差极大，似东支断裂乎该断裂的在晚第三纪至第四纪早期，晚更新世以后基本趋于停歇，北端局出现使得澜部地段活动仍持续至今，主要是西支断裂的活动所致沧江断裂带南汀河中段扭转而——呈弧形。断西支断裂是进入第四纪以后才重新活动的，活动性一直很强层向北东的西支断裂延长线方向烈，断陷活动南强北弱，走滑运动则是北强南弱。多次古地震遗上，还出现断迹和现代强震事件说明，中更新世至今曾发生多次脆性剪切活活续影像注：《资料来源》一栏从略。!"#$———石英颗粒表面显微结构法。!!%&———热释光法。!!!#"’———电子自旋共振法。（一）按活动时代的分类美国地质调查所（*2)8）在编制美国现代断层分布图中，将活断层分为六类，即历史时期活断层（数百年以来）、全新世活断层、第四纪后期活断层、第四纪活断层、新生代后期活断层和新生代活断层。我国在编制*9.++万“中华人民共和国地震构造图”时，把活断层分为三类，即第四纪、晚第三纪和新生代以来的活断层。":;<<=>?，@-A-等把活断层分为三种，即第四纪以来（约0++万年）活动过的断层、全新世以来（约*-*万年）活动过的断层和历史上（一二百年）活动过的断层。四川省地震局（*221）将四川的活断层分为三类，即全新世活断层，中、晚更新世活断层和第四纪活断层。（二）按断层运动方式的分类（*）以黏滑运动为主的断层，强震成串分布。（0）以蠕滑运动为主的断层，以蠕滑为主，有中、小地震发生。—018— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究（!）黏滑与蠕滑兼有的断层。（三）按活动性强弱的分类"#$%%&’(等（)*++、)*,-）按断层在晚第四纪的平均滑动速率，将活断层从活动速率极高（!)..%%/0）到不活动或活动速率极低（1.2.)%%/0），共分为六档（见图)3)）。表)3!三峡地区主要断裂活动性模糊评判参数表)5!67-+,*).))断层)*7*年航卫片与现今最新明显切割指标长度断层泥厚度黏粒含量已发生的以来气<=异形变速率线性影主压应力活动年龄深度（8%）（9%）（:）最大震级!(;!2.常（倍）（%%/0）像清（平面）夹角（万年）（8%）（!(）次数晰度（>）仙女山"@.2.-?.2)6（)7.）)7?7.5-2*)62!!2.)5?!7)577（北段）#@.2.-都镇湾平均"@.2.!7.).?5.5.576,)662*62*)!—7)577（中段）57#@.2.桥沟)5————)———)577（南段）4：断层活动性"@.2.九湾溪!.5?6)627)+!2.)%0A：6+).5*指标值#@.2.+平均"@.2)7雾渡河+.,)*52..—6)-+*57上盘上升"@.2.+天阳坪-.6!52!5!)27.—5)++*#@.2."@.2.远安)5.),5,62,)6—*)5727#@.2.7,牛口6..27).—72))——6)-!.水田坝5.——).527.——+).!.7.新华———!2!)——7)+!.（)7.）方案).2.6.2.7.2.7.2)..2)!.2)..2)-.2)7.2)..2.7.2.+B：权重方案5.2.7.2.-.2.-.2)!.2)+.2)6—.2)-.2)).2.7.2.+值分配方案!.2.+.2.+.2.+—.256.25)——.2)-.2.+.2))方案方案6.2.,———.25+.25!——.25..2.*.2)!方案7.2.,——.2)+.255.25.——.2)7.2.+.2))注：据袁登维等（)**-）改编。四川省地震局在"#$%%&’(分类的基础上，采用地质地貌法求得的晚第四纪以来断层平均滑动速率，并参照地壳形变测量法的成果和晚更新世以来的断错地貌特征，将四川的活断层划分为“活动速率非常高”至“活动性低”共四档。强祖基（)*+*）根据第四纪以来断层的平均滑动速率，将我国华北地区的活断层分为两级。滑动速率$!.2)%%/0者为一级活断层，控制C!-2+级地震；$1.2)%%/0者为二级活断层，控制C@7?-27级的中强地震。—5!*— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#断层活动性按晚第四纪平均滑动速率的分类图（注：本图假定绝大部分能量由地震释放而不是通过无震活动释放，并假定平均位错为最大位错的一半）（据$#%&&’()和*%+’,’，#-./）四、活断层的分段对发震断裂带的详细研究和构造学的模型试验中，人们发现，活断层沿线的活动性并不是均一的，活动强烈的区段与活动性较弱或没有明显活动迹象的区段相间排列；在构成同一条断裂带的几条平行的主干断裂中，往往也只有一、两条断裂明显活动，而其他断裂则处于相对“休眠”的状态中。根据丁国瑜等（#--0）的论述，由于地质结构、应力状况及环境条件的不同，断层的活动往往呈现有明显的分段现象，不同段落的活动特征各异。断层分段可概括有以下四种，即断层形态的几何学分段、断层的结构分段、断层的活动性分段和断层的破裂分段。较之前三类分段，断层的破裂分段在区域构造稳定性评价和地震危险性评估中具有更为重要的实际意义。一条断层的破裂活动是通过一个或多个独立破裂段的组合而完成的。段是断裂在一定时空上稳定的独立破裂单元，这种稳定的破裂效应的累积足以形成一定的结构时，就是段。断层分段就是对断层进行破裂单元的划分。对一条活断层的分段，包括了对断层不同段落的方位、连续性及其活动特点的识别。所以，段的划分需要有关破裂的资料、结构的资料。如果破裂尚未形成一定的足以辨认的结构，则进行分段也是比较困难的。!1世纪.1年代中期以来，研究人员对我国几条主要的区域性活动断裂开展地震地质填图和系统研究，在活断层分段的理论和实际工作方面都取得了重大进展。—!21— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究在重大水电工程区域构造稳定性评价的实践中，区域性大断裂带现今活动的时空不均一性和活断层的分段问题，显得十分敏感。安宁河—易门断裂带是川滇南北向构造带中的主干断裂之一，其活动性分段对沿线的南桠河、安宁河及邻区雅砻江上一系列大型水利水电项目有明显的影响。现参照唐荣昌等（!""#，!""$）的分段研究成果作简单评述。安宁河断裂带分为东支和西支两条主干断裂，晚更新世以来，西支断裂全线已没有活动的明显证据，东支断裂可分为北、中、南三段（参见图!%&）。益门断裂北与安宁河断裂在川滇边界呈雁列状相接，南端交入北西向的楚雄—通海断裂。（!）东支断裂北段（石棉—紫马垮段）为中强活动段，地表最新活动迹象不明显，小震频繁并有少量$级左右的中强震。南桠河梯级&’(级电站由南向北沿本段分布。（&）中段（紫马垮—冕宁—西昌段）为全新世的强活动段。冕宁大桥水库坝址在东、西支断裂之间，距东支断裂最近处仅!)(*+，按后文表!%!!的标准，属稳定性差的场地。冶勒水库（南桠河—级）坝址在紫马垮西南，距东支断裂,),*+。过去北段和中段的分界定在大桥北的彝海一带，近年根据古地震研究资料，将中段向北延至紫马垮（见图!%&）。这样，冶勒水库处在强活动段范围内，按后文表!%!!的标准，区域构造稳定性评价将由“较差”的一档改为“稳定性差”。安宁河东支断裂距雅砻江上的锦屏二级和官地水电站都在#-*+以远，虽然在地震危险性分析中是贡献最大的潜在震源区，但影响到工程场区，基本烈度仍为!度。（#）南段（西昌—会理段）晚更新世以来断层活动不明显，目前仅有零星的小震记录，定为弱活动段。本段对雅砻江二滩和桐子林两电站已没有影响；在地震危险性分析中，中段的贡献也退居次要地位。（,）益门断裂南端与楚雄—通海断裂相交处，!.$$年曾发生里氏()$级地震，此外三百多年间沿线只有五次$级左右的地震，因此认为属于弱活动段，没有划分出潜在震源区。!""$年!-月在断裂北端又发生一次里氏()$级地震，证明本段实际上是中强活动段，沿线应划出一个南北向的.级潜在震源区。考虑到其与安宁河断裂带及雅砻江断裂带南段的构造联系，复核了新增潜在震源区对二滩坝址地震动参数的贡献，证明它没有带来实质性的影响。从上述可见，在具有足够多的区域资料和现场工作的情况下，应该努力对通过坝址区或与建设场地有关的活断层进行有充分依据的分段工作，做到既不忽视活断层对工程场址的直接危害，又能在大的构造环境中细致区分出现今构造活动性相对较弱的区段，以利于正确选择建设场地及确定抗震设防标准。五、水电工程活断层研究的特点（一）活断层对水电工程的影响正如上文所述，活断层对水电工程的影响，主要表现为以下两个方面：（!）由于工程场区活动断层的错动（包括引起强烈地震的突然错动和无震蠕滑错动），直接导致水工建筑物被错断而遭致破坏，或近坝边坡因基岩错断而失稳，影响到工程的正常运行。—&,!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#安宁河断裂带的分段（据唐荣昌等，!$$%）!—强活动段；#—中强活动段；&—弱活动段!—安宁河东支断裂；"—安宁河西支断裂（#）由于活断层突然错动引发强烈地震动，其巨大动荷载造成水工建筑物结构的破坏、库岸崩塌或滑坡、软基液化失效等，影响工程正常运行。有些文献和资料中，把引起地震的断层（发震断层）或由于地震活动而产生的地表破裂笼统地称之为“地震断层”，这种做法混淆了不同的概念，不利于活断层的正确识别，不利于恰当地评价活断层的工程地质意义及其对水电工程可能造成的影响。从水电工程地质研究和评价的角度，应该对“地震断层”区分出以下几种情况。!’地震断层地震断层亦称为发震断层，人们一般能观察到的是地震断层在地表形成的破裂带。丁国瑜（!$(#年）认为地震断层是指地震时应变积累的突然释放所形成的地壳破裂，它是活断层存在最直接的反映。松田时彦（!$)*年）认为，地震断层是地下震源断层的直接延伸，或是其分枝断层到达地表的反映。地表松散堆积物或岩体风化破碎带中的线状破裂，只有当它们与下伏基岩中的活断层相联系时，才能确认其归属于地震断层。!$&#年!#月，在甘肃玉门县昌马盆地南部发生里氏)’*级地震，现场调查发现地表的地震断层穿越不同岩性和地貌单元，延伸长度!!*+,，最大垂直错距可达-,；!$*&年专门设置了临时地震台网，沿该地震断层仍然测到了较频繁的微震活动。这是我国水利工—#-#— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究程（昌马水库）为论证区域稳定性和断层活动性而对地震断层进行现场调查和微震观测最早的实例之一。并非所有地震都会在地表产生地震断层。邓起东等（!"#$年）的统计表明，在我国，一般里氏%级以上地震才有明显的地表地震断层。从工程建设的角度看，延伸到地表的地震断层，其所造成的变形和错动，是人力所无法抗拒的，只能避开或采取工程措施尽量减少其可能带来的危害。无震蠕滑错动形成的活动断层，一般不称为地震断层。其所造成的变形和错动，同样是人力所无法抗拒的，但由于活动方式和活动速率与地震断层有很大的差别，工程地质评价和可能采用的工程措施也有很大的不同。&’地震重力断层地表土体或岩体在强烈地震的动力作用下所产生的错动、变位破坏，有时称之为地震重力断层。四川岷江叠溪!"((年的里氏%’)级地震，极震区广泛发育地震重力断层。该处的大海子地震堰塞坝位于基岩窄谷段，其右岸谷坡中部有一条著名的蚕陵山“地震断层”。现场考察表明，它是在孤立窄长的条形山脊的特殊地形条件下，变质砂岩沿中等倾角的层面及垂直层面的两组构造节理震裂后，顺层面重力塌滑的结果，因此，所谓蚕陵山新断层只是一条地震重力断层。地震重力断层的错距不能等同于发震断层的错距。事实上，经多年考察研究，迄今尚未找到叠溪地震在地表的发震断层。地震重力断层不是地震之因，而是其后果，一般在地震影响的!度或"度区就有出现，多发生在谷坡或山坡等具有明显临空面的地段，与山体的重力失稳关系密切。如果将这类现象一律看成为发震断层，必然会过分夸大活断层的危险性。从工程建设上看，地震重力断层与滑坡、崩塌体内及其后缘的裂隙系统没有本质上的区别。对库坝区稳定条件不好的地段进行地震荷载下的谷坡稳定性分析与计算，可以比较准确地预测可能出现地震重力断层的部位，考虑适当的工程措施。(’地震地裂缝一般是指在强烈地震作用下，松散沉积物固结、粉细砂层液化等引起地表不均一沉陷而形成的裂缝、小错动等。它们与第四系沉积物的岩性、结构和水文地质条件有关，在平原地区分布广泛，常伴有喷沙冒水、塌坑等，是地震时最引人注目的现象；山区则以河流阶地、谷坡底部等处比较多见。修建在基岩上的水工建筑物原则上不会受地震地裂缝的危害。对于软基上的工程，实际上是地基不均一沉陷和砂基液化的问题，在抗震设计中已有比较成熟的经验，不致带来特别的麻烦。$’隐伏断层许多强烈地震，包括某些里氏%级以上的地震，并没有发现相应的地表地震断层。上述叠溪地震即为一例。龙羊峡大坝以西#*+,的塘格木-’"级（!""*年）和-’*级（!""$年）两次强震，新丰江大坝下游约!+,的-’!级（!"-&年）地震，是发生在我国大型水电工程附近的几次较大的地震，也都没有找到出露地表的活断层。有些研究者常用“隐伏断层的错动”来解释这些地震的成因。如果说，从地震地质学的角度看，这样的解释是可以接受的，那么，对于工程建设而—&$(— 第二篇水利水电工程地质构造研究言，却带来了很大的难题。因为发生了强烈地震的隐伏断层必定是活断层，但除测震资料和某些不确定性很大的地球物理资料外，当前的勘测手段无法对其进行研究；在隐伏断层穿过坝区的情况下，也很难评价其对水工建筑物的直接危害。对于隐伏的活断层，水电部门通常只评价沿其发生地震时对坝区可能带来的地震影响（烈度或峰值加速度）。关于隐伏断层今后再次活动时是否会出现地表地震断层而直接错断水工建筑物，可以认为，如果晚更新世以来的断层活动没有造成出露地表的地震断层，外推至今后!""#$""年的工程运行期间也不会出现新的地表地震断层，特别是对于震级在里氏%&’#(级以下的隐伏发震断层，即使通过场区，也无需考虑其直接错断水工建筑物的可能性。（二）针对水电建设的活断层分类及其研究从活断层对水电建设工程的影响和前期勘测研究工作的合理安排等两方面综合考虑，也可以做以下的分类。!&远场活断层远场活断层，系指距坝址$"#)"*+以远，或地震影响烈度衰减两度以上者。它们是构成大范围区域构造条件和天然地震活动性背景的控制性因素，但对建设区没有直接影响，一般不需要专门研究，主要是收集已有资料，进行综合的构造地质和地震地质分析，仅在其穿过库区时要研究水库诱发地震的可能性。在使用不同来源的资料和文献时，要特别注意资料中新构造运动和现代活动断层等概念的界定，同一术语之下所论述内容的相关性和可比性。例如，$"世纪五六十年代的文献中，新构造运动一般泛指喜马拉雅期以来的构造运动；七八十年代的资料，已更多地侧重于喜马拉雅晚期或第四纪以来的构造活动；而八九十年代，特别是与重大工程建设有关的勘测资料中，则往往根据各自所属部门的规定，多数以晚更新世至全新世的活断层作为研究重点。如果不加区分地将这些资料捏在一起，就很难得出可信的结论。远场活断层研究的最远范围，取决于它们至坝址的最近距离，以及该活动断层可能孕育的最大地震，大体在距坝址!’"#,""*+范围以内。$&近场活断层近场活断层，系指距坝址-*+以远、$"#)"*+之内、烈度衰减一至两度者。它们构成对场区贡献较大的潜在震源区，往往对坝址的地震基本烈度和地震动参数产生实质性的影响。需从地貌、地质、地球物理、地震等各方面进行详细研究，辅之以一定数量的坑槽探和取样测试，对于关键的活断层，在条件许可的情况下，应及早设置专用地震台网和断层位移监测。在此基础上，对近场范围内的各断层的活动性逐一进行综合判别，并根据活动性的强弱和各种定量资料（包括地震活动性的分析），细致地确定近场潜在震源区的性质、空间范围及各项相关参数。,&场地活断层场地活断层，系指距坝址-*+以内，或其地表显示明显的部分位于近场区，但沿走向可能穿过建设场地者。这类断层发震时建筑物将位于极震区内或直接被错断，必须运用包括重型勘探在内的多种手段，排除各种假象，逐一找到无可置疑的直接证据。当确证存在场地活断层时，必须慎重考虑该坝址技术上能否成立。若由于其他原因不能改变坝址—$))— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究时，必须对建筑物的抗震安全作出专门论证并进行特殊的抗震设计。关于“场地”的大小，美国原子能委员会规定，在核电站厂址半径!"#$%（即&’"）范围内不得有活断层通过，我国核电和水电部门沿用了该项规定。按照地震部门对我国华北、华南和西部各地震区地震衰减情况的统计，除新疆中部地震区外，极震区的短轴半径一般为()&’"，长轴半径为*)+,’"。若直接在场地下方发生强烈地震，&’"大体上相当于极震区的平均半径。因此，采用&’"作为大型水利水电工程建设场地的半径，对我国同样是适宜的。考虑到我国地震地质条件比较复杂，东、西部差异很大，也可以选择!)+-’"的区间，根据具体情况确定。在资料比较齐全，断层活动性标志十分清晰的情况下，场区的范围可以取窄一些；而当断层活动性的显示不明显，可靠资料的取得比较困难时，场地活断层的研究范围最好取得宽一些。六、几点经验（一）野外实地调查是第一性的工作近二十年来，活断层研究发展极为迅速，出现了众多的新方法和新技术，有些方法在一段时间内快速传播，形成一个又一个“热潮”。每出现一种新方法或新技术，都有人主张可以取代野外工作。然而经过一段时间的应用之后，总是证明不能忽视野外直接的宏观地质调查和宏观地质判断工作。宏观地质调查和宏观地质判断之所以重要，不仅在于它能指导我们正确地选择断层活动性研究的方向和途径，正确地选择勘探和取样地点，选取恰当的测试手段，而且在于当取得了来自不同测试手段、离散度很大、有时甚至是互相矛盾的大量资料时，能够帮助我们辨别真伪、舍弃明显不合理的资料和数据、选择恰当的权重、并最终作出正确判别。因此，在采用多种技术手段进行断层活动性研究的工作中，现场的地质调查是第一位的，根据断层出露的地质条件作出的判断，是评价各种技术资料和综合分析的基础，也是最终正确判别断层活动性的基础。由于断层活动性研究中新技术新方法层出不穷，许多方法要求有专门的技术训练和测试手段，往往需委托专业人员参与共同工作。水电部门多年的实践经验表明：（+）水电勘测部门必须组织人员亲自主持和参加工程区的区域地质调查和编图工作，勘测工作的技术负责人必须对工程区的区域地质环境建立起清晰的宏观概念。在区域稳定性和断层活动性研究中，没有清晰的宏观区域地质概念，是无法有效地担负起组织多学科多手段综合研究的。具体的专业工作可以外委，而建立宏观地质概念的工作是无法外委的。（,）在断层活动性研究的过程中，对于合作单位在野外发现的重大地质现象，水电勘测部门的区域地质测绘人员必须亲自到现场一一核实，必要时适当扩大调查范围或补充一定的勘探工作，并及时与参加研究工作的有关人员交换资料，沟通观点；对于可能改变原先宏观概念或影响最终结论的重大地质现象，勘测技术负责人必须亲自到现场考察核实和指导进一步的工作。（二）活断层与构造等级的关系一般来说，地质体是由相对比较完整坚硬的块体（“块块”）和围限这些块体的断裂带—,.!— 第二篇水利水电工程地质构造研究（“条条”）组成。大至全球构造，小到工程场地所在的岩体，都是如此。“条条”的活动性远高于“块块”，如果围限的断裂带中没有发现现代差异性构造运动的迹象，那么被围限于其中的地块更不可能出现明显的现代差异性活动。在“块块”和“条条”的结构体系中，又可以划分出不同的等级，具有全球或区域意义的称之为一、二级大地构造单元，具有地区性意义的划为三、四级构造单元，更小的“条、块”只有地方性的局部意义。一、二级大地构造单元的边界断裂带，一般延伸长度为!""#$""%&或更长，切割深度!"#$"%&或更深（基底断裂、地壳断裂或岩石圈断裂）。它们是构造体系的主要组成部分，作为大地构造单元的边界，与区域应力场和现代构造运动有直接联系；同时，对于构造单元内的应力状态和活动方式，具有决定性的控制作用。地区性断裂带相当于三（四）级构造单元的边界断裂，延伸长度在几十公里以内，一般不超过一百公里，发育深度数公里至十几公里（盖层深断裂或隆起区的某些基底断裂），它的形成和活动方式统一于区域应力场，与高等级构造单元的活动直接相关，但断层两侧的应力状态和方向也可能有所变化，具有地区特性。地方性的小断层常表现为大断裂带的旁侧伴生构造，或低等级的次生构造，或作为褶皱构造的伴生或后期断层，成因与活动方式上受局部应力条件控制，长度一般在$"%&以下，切割深度数百米至一二公里。一般在高等级活动断裂带的牵动或直接影响下，发生一些调整性的活动。可见，若是高等级的区域性断裂带没有活动，很难想象距它不远、又低几个等级的“毛毛”断层会是活动断层。在场区和近场断层活动性的研究中，首先要把所考察的断层放到地质大环境中，对该断层在区域构造格架中所处的地位和等级，建立明确的认识。离开了区域构造规律而孤立地研究某一条断层的活动性，特别是过早地把研究工作集中到个别低等级的小断层上，有时会得出十分荒谬的结论。（三）老构造、新构造和现代构造运动分区的关系在一般的大地构造单元划分中，以往受固定论的影响很大，往往把不同构造期的活动边界混杂在一起，作为划分的界线。固然，许多大的断裂带在很长的地质历史中有过多次强烈活动，直至今日仍有很高的活动性。但也有另一些断裂带，历史上曾是巨大的活动边界，后来已不再活动或退居比较低的构造等级。例如雅砻江地区的金河—箐河断裂带和锦屏山—小金河断裂带，印支期曾是巨大的地质界线，至今仍分别被划为二级和一级构造单元的边界。实际上，它们在燕山期虽仍有活动，但构造等级已经下降；至喜马拉雅期、特别是中更新世末期或晚更新世早期以后，由于川滇菱形断块的形成和发展，使得鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂系和金沙江—红河断裂系上升为断块边界活动断裂，而上述两条断层已逐渐停止活动，成为川滇菱形断块内部的低等级断层。又如澜沧江断裂带，作为一个整体，被认为曾是华力西构造期的扩张和削减边界，印支期成为控制三叠系巨厚类复理石建造和火山岩的边界，到燕山期还成为控制中生代兰坪—思茅拗陷带的边界，说明它仍有一定的活动性；喜马拉雅期以来，其东北的金沙江—红河断裂带和西侧的怒江断裂带成为主要的一级活动边界，控制着新生代沉积盆地和火山岩的分布，而澜沧江断裂带则成为所谓三江褶皱系块体内部的一条等级较低、活动性较弱的断层。因此，在断层现代活动性的研究中，特别是地质史上曾有过多期活动的重大地质边界，应该主要考虑它们在喜马拉雅期以来的构造活动等级，特别是第四纪以来实际的构造—$(’— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究活动性。这是有别于一般大地构造单元和等级划分之处，在重大工程的区域构造稳定性评价中具有极为重要的意义。（四）外动力地质作用与活断层判别应该着重指出，从几百、几千公里的空间尺度和十万、百万年的时间尺度来看，构造运动无疑是主导因素，起着控制全局的作用。然而，在每一个局部的时空范围内，外动力地质作用的强度和速度，往往大于构造运动的强度和速度，有时甚至会大出几个数量级。只有在排除了各种外动力地质作用的可能性之后，才能确认某个现象属于无可怀疑的现代构造活动。这一问题已引起许多实际工作者的注意，出现了一些专题论文。现参照丁梦林（!"#$）、李兴唐（!"#$）等的资料，将容易与活断层混淆的、较常见的外动力作用列举如下，即：!地表水侵蚀、剥蚀作用；"地下水溶蚀—塌陷作用；#冰川和冻融作用；$第四系沉积过程中的非构造变形作用；%差异风化作用；&重力滑坡、崩塌作用；’啮齿类动物活动遗迹；(人类活动的遗迹。随着重大水电工程建设项目的大量兴建，在寻找或确证断层活动的直接证据时，勘测研究人员越来越明确地认识到，对于各种外动力地质作用造成的“活断层”假象，必须给以特别的重视，坚持实地验证和多手段的综合分析判断，并注意在实际工作中积累有关事例，供今后的借鉴。（五）古地震遗迹的评价从%&世纪$&年代末以来，我国展开了关于古地震的研究，并很快引用到水电工程的区域稳定性和活断层研究中。初期阶段由于缺乏经验，沿原有断层带发现有线状分布的凹槽、土坎或岩坎、倒石锥、小水塘，以及上大下小的充填裂缝等，在阶地等松散沉积层中找到小错动、层间揉皱、砂线、砂楔等，往往都看成是古地震的遗迹，有时还据之推算出古地震的强度和复发周期，作为活断层的确凿证据。雅砻江桐子林水电站坝址区一级阶地粉细砂层中的层间揉皱及几条小错动，曾被解释为数次里氏$级地震的证据，专门划出一个桐子林烈度)度地震危险区；小湾水电站外围朱家村附近二级阶地沉积物中的一组小错动，有人认为是三次以上里氏$级古地震的遗迹，有人认为只表明一次古地震，也有人指出该处有明显的圈椅状地貌形态，有可能是河岸塌滑的结果。应该说，上述种种现象可以看作是古地震及活断层的间接标志，提示我们去进行更深入的追索；但在地形强烈切割的山区，许多外动力地质作用也可能形成这些现象，在取得明确的直接证据之前，不要轻易给予定论。水电工程直接选址于巨型发震断裂带地区的情况很少，坝区断裂的现今活动多半比较微弱，古地震遗迹比较零星，许多情况下也不够典型，辨认较为困难。当“古地震”成为场区区域构造稳定性评价的关键因素时，在进行专门的构造地质测绘之后，可邀请有经验的专业人员指导或协助，选择测区中迹象最明显的部位，采用大探槽等技术手段，以取得肯定或否定的直接证据。但这些资料同样必须纳入综合分析中，切忌以某一种手段取得的资料取代多学科多手段的综合研究。—%’$— 第二篇水利水电工程地质构造研究（六）各种测年方法的局限性!"世纪#"年代初，由于重大工程项目建设的需要，出现了数种测定断层泥最后一次活动绝对年龄的新方法，如电子自旋共振法（$%&）、石英颗粒表面显微结构法（%$’）等；早已用于考古学和第四纪地质学中的热释光法（()），也推广到断层泥的测年。虽然它们都还处于研究和试验阶段，但许多工程纷纷采用，并很快被纳入规程、规范，在个别情况下，甚至成为判定断层活动年代的唯一手段，似乎只要有一、两组测年数据，所有的问题都解决了。通过十余年的工程实践和国内外学者的深入研究，人们逐渐发现，不同的测年方法及分析原理都还存在一些问题，在一定的条件下甚至是不能使用的。因此，在选择断层测年方法和使用所获得的测年资料时，必须充分考虑不同方法的基本原理、取样要求、适用范围和局限性，在保存全部原始数据的前提下，从宏观地质的角度进行综合分析、合理取舍，并与断层活动性的其他标志互相印证，才能得出可信度较高的结论。根据实际使用中的经验，对部分测年方法的特点和问题，作一些简略的讨论。（*）断层泥的颗粒分析资料。一般认为断层的活动时间越长，位移量越大，粗粒级的含量就会减少，细粒级成分增加。因此，细粒级的富集说明断层活动的时间持续较长，粗粒级含量高则反映位移和磨研的开始，代表着相对新的活动。但是假若断层短暂活动后就不再活动，同样会反映出粗颗粒偏多的特点，因此，还要同时考虑断层泥的胶结程度。（!）断层泥厚度与位移的关系。一些研究者认为两者间具有较好的线性相关性。通过对漫湾地区断裂带中断层泥厚度与宏观位移这两个指标的调查，并未发现明显的规律性。除安乐断层的断层泥厚度大于!+外，其他诸断层，包括大村、大寨等断层，平均都在*,*"-+之间。断层泥的出现和厚度，取决于两盘的岩性、断层受力状态、活动方式、活动历史、地下水条件等多种因素。一般说，大断裂有较厚的断层泥，在一定范围内、特定条件下，某些断裂带的断层泥厚度可以与位移成线性关系，但推广到不同的地质条件下并不恰当。（.）()和$%&法。在定量测年方法中，()与$%&法的应用比较广泛。这两种方法具有类似的原理，主要研究的是断层泥中石英颗粒的累积年龄。人们假定，断层在运动中所产生的温度和压力效应可使石英颗粒的地质时钟退火复零，以后，在周围放射性元素的作用下又重新积累。但是退火实验表明，石英在*/",!0"1时，有#"2退火，直到3""1时，才能退尽，这就要求断层活动时样品所处的环境温度达到3""1，否则退火不尽，测到的是以前的积累作用量，相应的年代就大于最新活动年龄。据黄培华的介绍，有的试验表明，在两盘或至少一盘为坚硬岩层的断层中，其断层泥所含石英达到零化的样品深度应不小于*""+（正断层）、0"+（走滑断层）和!"+（逆断层）；也有人认为，断层位移为*+时，距地表./",.4"+以下的围压条件，才能保证$%&信号达到零化。计凤桔的工作表明，用断层物质测()（或$%&）年龄，一般不适用于全新世断层，对晚更新世及以前活动过的断层具有应用的实际意义；测得的年龄值与断层物质本身的厚度、其位移量与位移速率，以及断层活动时的应力场等密切相关。（3）%$’法。在相对年代测定中，%$’法的应用也很广泛。这种方法虽然只能给至“世”一级的时标，似乎没有另几种方法“精确”，但其成果相对比较稳定，对取样环境的要求也比较宽松。这是因为断层泥中石英颗粒受地下水溶蚀的速率在任何地质条件中几乎—!3#— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究一样，在断层剪切面上采集的石英颗粒的表面形态确实能反映断层的活动年代，还能提供有关断层活动方式的某些信息。各种测年断代方法都各有其适用范围和局限性。可以认为，目前并没有哪种测年方法是绝对准确和可靠的。近年来最热门的!"、#$%、铀系法等，由于其理论基础尚存在较大争议，应根据不同情况来分析使用所测得的资料。用某些传统方法（化石、孢粉或&’(）测定被错断地层或其上覆地层年代比较成熟；用!"、#$%法测定新生脉体（石英、方解石）和沉积物（方解石、钙华、黄土等）的生成年代，从而求出断层活动年代的上限，也比较可靠；在目前的水平下，断层泥中物质的测年，可靠性最差，要十分慎重，但其中$#)法的相对年代较为稳定。（七）坝区范围内对“活断层”的追踪研究坝区范围内的活断层研究，对于大型水利水电工程的各个设计阶段都有十分重要的意义。当在场区（距大坝*+,以内）特别是水工建筑物布置区，发现有被怀疑具有新活动性的断层时，往往不惜投入许多人力、物力和经费，务求取得多方面的确凿证据，作出可信程度很高的结论。刘家峡工程对通过坝基的-./断层的追踪研究是较早的实例。三峡地区的杨麻柳树湾断层、龙羊峡左坝肩下游011,处横穿河谷并通过右岸副坝的-2断层、小湾在比较坝线附近横穿河谷的-2断层等，都采用了包括重型勘探在内的多种手段，除水电勘测设计单位外，还邀请不同部门和单位的专家参与，经过多年的反复论证而得出结论。31世纪*1年代中期三峡工程可行性论证期间，对航空遥感影像判读中发现穿过坝区并怀疑“第四纪以来有明显活动迹象”的北北东向线性影像，开展了极为细致的追索验证工作。在遥感线性影像可能通过的范围（南北跨越长江长约&’+,，宽&+,以上），逐段进行地面追索、实测地质剖面、槽探等工作；在冲沟覆盖较深的地段，应用物探（地震和电法剖面）、钻探（斜孔对）、平洞等手段，取得了详尽的第一手资料，确凿地证明不存在相应规模的断层。（八）跨越活断层的水工建筑物美国&/1.年旧金山里氏*45级大地震，有&.座水坝距发震的圣安德列斯断层不足*+,，均未发现严重损害。其中恰好建在该断层上的有上晶泉坝（坝高334/,）和圣安德列斯坝（坝高32,），前者坝顶错开34’,，后者东坝头的隧洞被错扭，但都没有发生溃坝事故。美国赫布根大坝是跨越活断层的挡水建筑物之一例。该坝为混凝土心墙土石坝，高0，&/&5年建成。赫布根断层通过大坝右坝头，平行水库右岸延伸。0245,，库容’432亿,&/5/年*月&2日，该断层突发24&级强烈地震，震中烈度达到!度。地震中赫布根断层垂直错动达’4.6545,，以水库为中心的几十平方公里范围内，地面沉陷了06’45,，坝下基岩也下降了0,。地震使赫布根坝遭受严重变形破坏：坝体相对基岩发生沉陷，右坝肩下沉316357,，坝的中部心墙上游坝体沉陷&4*0,，靠近右岸的混凝土心墙上出现’条垂直裂缝，缝宽为24.6017,。事后的分析表明，坝体不同部位的沉陷，可能分别与坝基覆盖层的压密、上游坝坡土壤饱和而造成地震时发生剪切位移等原因有关。—3’/— 第二篇水利水电工程地质构造研究我国新疆可可托海水电站建在可可托海—二台断层上，是!"#!年发生富蕴里氏$级地震的同一条断层，与震中相距%&’(左右。该工程为混凝土重力坝，坝高)*(，库容&+*亿(#，!",#年竣工。水电站建成后该地区尚未记录到较强地震。克孜尔水库的主坝高**(，副坝高!)+%-#)+.(，库容.+*亿(#，坝轴线直接跨越/)活断层（见图!0#）。!"..年，在工程初步设计阶段的勘测工作中，已确认该断层至今还在活动，并对其活动性质和速率开展了一系列专题研究，预测了工程运行期内的累计活动量和最大一次黏滑错动量；在坝线坝型选择、水工建筑物的布置、坝体设计、沿断层带的防渗处理，以及应付险情的预备性工程措施等诸多方面，进行了精心设计和精心施工。该工程于!"$.年正式动工兴建，!""!年建成蓄水，冬季最高蓄水位曾达到距正常高水位仅.+"(，水库运行正常，断层位移观测的长趋势分析表明，/)的活动并未因水库蓄水而发生明显变化。图!0#新疆克孜尔水库坝址区及/)断层展布示意图（引自彭敦复，!"".）!—洪积扇；)—大坝；#—阶地编号；*—被/)错断抬升后的阶地；%—断层；.—下坝址轴线；,—滑坡随着水电工程勘测、设计和施工水平的提高，对于建设场区的活断层，必将会找到更加安全、更加经济的处理方法。目前，我国已在某些特大型工程的勘测设计工作中，开展了对场区活断层处理的专门研究。—)%&— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究第三节地震危险性研究在当地或邻近地区发生地震时，建设场地会受到不同程度的影响，直至产生巨大破坏。建设场地所受影响的大小，与该次地震的强度（震级）、传播途径（场地到震源的距离）、场地特征（地质、地形）等条件有关。这种影响可以用不同的方式表示。以场地一定范围内遭受地震破坏程度现场调查的平均水平来表示，就称为该场地的地震影响烈度。不同的地震对同一场地造成的影响烈度往往是不同的。也可以直接用场地或附近仪器实测的地震动物理参数来表示，最常见的是地震水平峰值加速度值。在水利水电建设的规划和工程设计中，都必须充分考虑建设场地今后可能遭受的地震影响。建设场地地震危险性研究的主要任务，就是评估其未来的地震危险程度。根据地震危险性研究的结果，结合工程的安全要求和经济合理等因素，才能恰当地确定工程的抗震设防标准。对于全国范围和面积相当大的一般工业、民用建筑的抗震设防标准，我国是采用“地震基本烈度”为指标，通过地震烈度区划图的方式来表达的。大多数水利水电工程采用地震基本烈度作为其抗震设防的标准，但对于特别重要或位于地震地质条件复杂地区的高坝大库，则要求进行专门的地震危险性评定和地震动参数确定。一、我国的地震烈度区划和工程场地地震基本烈度的确定（一）地震基本烈度和!"#$年中国烈度区划图作为工程抗震设防的标准，首先必须评估建设场地今后可能遭受的地震影响，同时，要考虑工程自身的结构特征和抗震安全要求，还要兼顾国家或某一地区的经济发展程度和对风险的承受能力。因此，随着我国水利水电建设和整个国民经济建设的发展，随着各地区地学研究程度的加深，以及工程地震学科水平的不断提高，“地震基本烈度”的内涵也有较大的发展，日趋合理与完善。早在新中国成立初期，已有许多建设部门提出，凡是将来作为工矿基地的，都需查明该地区在最近的将来，有无遭受地震破坏的危险。第一个五年计划期间，我国政府已明确规定，地震区的重大工程项目必须进行抗震设防，应有当地的地震基本烈度数据，作为抗震设防的依据。为满足编写黄河流域规划报告（!"#%）的需要，曾把流域范围各地历史上遭受的最大地震强度标示在图上，相邻的同样强度的地区勾画在一起，编制了比例尺为!&’((万的黄河流域地震烈度区划图，是我国水利水电建设中第一份专用的烈度区划图。!"#)年，中国科学院成立了“中国地震工作委员会”，短期内完成了编制《中国地震资料年表》等重大基础工作，按照“（!）曾经发生过地震的地区，同样强度的地震还可能重演；（%）地质条件相同的地区，地震活动性亦可能相同”的原则，于!"#$年编制了《中国地震烈度区域划分图》，这是我国烈度区划的首次尝试，目的是提供各地工程建设单位，用图上所示的地震烈度作为确定该地区抗震设计烈度的参考。!"#$年区划图上的地震烈度，并未—%#!— 第二篇水利水电工程地质构造研究赋予明确的时间概念，它既没有考虑不同类型工程项目使用期限上的差别，也没有考虑在地震活动演化过程中频度和强度的变化，实际上是一种极限地震危险性的预测，特别是对一般工业民用建筑，不少地区得出的地震基本烈度值偏高，因而未被建设部门所采纳。一般的水利水电工程，直至!"世纪#"年代中期，很长时间内基本上采用了这一区划图所提供的地震基本烈度值，作为其抗震设防的标准。规模较大、地震地质条件复杂或位于地质研究程度较低的偏远地区的工程，则由水电工程地质人员开展区域构造稳定性研究和当地历史地震的文献资料收集及现场访问调查，将取得的资料提供给中国科学院地震工作委员会或地震专业部门，由后者对区划图相应地区进行复核及必要的修正，正式提出该工程的地震基本烈度值或地震基本烈度复核报告。一些特别复杂或重要的工程项目，如广东新丰江、甘肃昌马、四川锦屏，南水北调西线规划等，还组织了多部门多学科的综合研究，其工作成果不仅为确定地震基本烈度提供了可靠依据，而且为烈度区划和工程地震学的发展积累了经验和资料。（二）$%##年中国烈度区划图随着区域地质、地震基础资料的丰富，全国地震台网的建立，以及大量工程项目抗震设防工作经验的积累，特别是$%&&年邢台地震发生后，我国确立了地震工作以预防为主的方针，地震烈度研究工作得到迅速发展。$%#!年，国家地震局组织力量，开展编制新的全国地震烈度区划图的工作，并于$%##年颁布了《中国地震烈度区划图》（比例尺$’(""万）。$%##年的《中国地震烈度区划图》对地震基本烈度赋予了明确的时间概念，其含意是指：“在未来一百年内，在一般场地条件下，该地可能遭遇的最大地震烈度”。根据这一指导思想，首先对未来百年内可能发生地震的地点和强度进行预测，在此基础上预测未来地震的最大烈度分布，这样就使烈度区划与地震长期预报密切联系起来。在《中国地震烈度区划工作报告》（$%)$）中进一步指出：“给基本烈度赋予时间因素具有十分重要的意义。事实上，由于各类工程建设需要考虑的使用时间有所差别，因此，即使在同一地点，对不同使用年限的工程也应各自有自己的基本烈度”，强调了地震基本烈度的确定必须与各类工程的具体要求相结合。国家建委和国家地震局批准$%##年的烈度区划图作为国家建设部门规划中、小型工程的抗震设防时参考使用。国家建委和国家地震局对大、中型基建项目和少数特别重要工程的场地地震基本烈度鉴定工作，还作出了专门的规定，委托国家地震局安排有关单位承担。按此规定，许多大型水利水电工程，如天生桥一级、漫湾、二滩、小浪底、观音阁、瀑布沟、构皮滩、龙滩、百色、五强溪、黑山峡、大柳树、隔河岩、三峡等工程，都由地震部门有关单位进行了专门的地震基本烈度鉴定或复核工作，水电勘测人员给予了积极配合。$%)#年，原水利电力部和国家地震局联合颁发了《关于水利水电工程地震工作的通知》，根据水利水电工程对地震工作的要求和水电勘测人员在区域构造稳定性研究方面的某些有利条件，将水利水电工程分成三种类型，分别规定了工作的要求、内容和成果审批权限，使地震基本烈度鉴定工作的管理规范化，同时适当增加了水电勘测设计部门的参与。（三）$%%"年中国地震烈度区划图$%*#年和$%##年编制的地震区划图，基本思路都是以该区地震活动特征和地震构造—!*!— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究条件为依据，以此判断未来的地震危险程度，也可统称为以确定性的方法编制的地震区划图。从!"世纪#"年代初开始，我国研究人员借鉴国外地震危险性概率分析的思路和方法，试行对一些重大工程场地的地震危险性进行评估。$%#!年，国家地震局工程力学研究所章在墉等首次用简单的数学模型对二滩水电站的地震危险性进行了概率分析，$%#&年四川省地震局在二滩地震基本烈度复核鉴定中也做了类似的工作；$%#’年进行的小浪底坝址场地地震危险性分析研究工作中，计算模型有明显的改进；这一时期由不同单位进行烈度鉴定的某些大型水电工程（瀑布沟、构皮滩、龙滩等），也都同时开展了概率分析方法的探讨。在水电、核电等领域一批重大工程实践的基础上，国家地震局颁发了“重大工程场地的工程地震工作大纲（试行稿）”，极大地推动了地震危险性概率分析方法的推广。水电和其他部门一些单位也对各自的重大工程项目积极开展了这方面的工作，如福建棉花滩（华东勘测设计研究院、水利水电科学研究院）、长江三峡（长江委三峡大队）、江西斗晏、四川冶勒、锦屏、广西百色（水利水电科学研究院）等水电工程。$%#(年，国家地震局决定地震危险性分析采用概率法编制新的中国地震烈度区划图。$%%"年完成《中国地震烈度区划图（$%%"）》（比例尺$)&""万）的全部工作，$%%!年经国务院批准，由国家地震局和建设部联合颁布使用。新的区划图上标示的地震裂度值：“系指在’"年期限内，一般场地条件下，可能遭遇超越概率为$"*的烈度值。该烈度值称为地震基本烈度”。该图适用于经济建设和国土利用规划、一般工业与民用建筑的地震设防和制定减灾防灾对策。对于地震设防要求高于烈度区划图设防标准的重大建设工程等，要求进行专门的地震安全性评价工作。为此，国家地震局于$%%&年颁布了+,""$—%&《工程场地地震安全性评价工作规范》，$%%’年建立了从事工程场地地震安全性评价工作单位的资格审查和发放许可证书的制度，中国地震局下属的各级地震研究单位，以及有关工业部门、科研单位、大专院校中一批长期从事工程抗震和地震地质研究的单位，取得了许可证书。我国大型水利水电工程的地震危险性研究与评定工作，严格遵照有关的规定和工作规范，按不同类别，由取得许可证书的单位进行，并经相应的部门审定后，提交工程设计单位使用。!"世纪%"年代以来，先后有三峡、溪洛渡、积石峡、石匣里、大柳树、锦屏、糯扎渡等多项重大工程完成了地震危险性分析评定工作。南水北调西线工程地震烈度区划工作（$%%&，国家地震局地质所、青海和四川地震局）、兴山县城新址（$%%!，国家地震局地球物理所、长江委三峡地震大队）和万县市古滑体群区（$%%&，长江委三峡地震大队）的地震安全性评价，则是与水电建设有关的地震小区划工作。（四）以地震水平峰值加速度形式表达的地震危险性参数《中国地震烈度区划图（$%%"）》中标出的是地震基本烈度。重大工程场地地震危险性概率分析的结果，则可以根据工程需要，给出不同年限、不同超越概率的地震烈度值或地震动参数（如基岩地震动峰值加速度、基岩地震相关反应谱曲线、以表格形式给出的反应谱值等）。水利水电工程抗震设计中需要的基础资料，主要是工程使用期限内、不同超越概率水平下的坝、库区可能遭受的地震烈度和坝址基岩地震水平峰值加速度值，通常同时以表格和超越概率曲线的形式给出。—!’-— 第二篇水利水电工程地质构造研究二、重大工程场地的地震危险性研究与评定（一）地震危险性评价的基础研究主要包括区域地震活动性和地震构造研究、近场地震活动性和地震构造研究、场地工程地震条件研究、地震衰减关系的确定等内容。（!）区域地震活动性和地震构造研究工作的范围，其半径应不小于工程场地外围!"#$%，但一般也无需超出&##$%。应收集并编制历史地震目录和区域地震台网地震目录，分析目录的可靠性与相对完整性；分析地震活动的时空强特征，收集分析历史地震的场地烈度资料。在分析区域大地构造、深部地球物理和地壳结构等资料的基础上，重点收集、调查和分析第四纪以来活动的断层和盆地及其性质，现代构造应力场方向等。对场地地震危险性分析有较大影响的第四纪活动断层，查明其最新活动年代、性质和运动特性并进行断层活动性分段。依据以上资料对研究区进行地震区、带的划分和区域地震构造综合分析，并为潜在震源区的划分提供背景（基础）资料。（’）近场地震活动性和地震构造研究的范围，应在区域地震构造研究的基础上确定，一般取距工程场地’#()#$%的地区。应对所有已知的破坏性地震进行必要的资料核查和现场调查，重新确认其震中位置和强度。整理编制近场小震目录和震中分布图，分析其与活动构造的关系。利用近场震源机制资料，进行局部构造应力场分析和分区。对主要断层进行详细调查，采用多种手段确定其最新活动年代、运动特性、空间展布和分段情况，并结合现代构造活动的特点，对近场地震构造作出综合评价。（&）场地工程地震条件研究的范围，可取为工程场地及其外围*$%的地区。对地震作用下可能产生断层活动的场地，应详细调查断层分布、产状、断层带宽度、位错量及覆盖层厚度等影响资料。对土基应进行土动力性能测定。对可能产生地震地质灾害的场地，要调查分析饱和无黏性和少黏性土发生液化、软土震陷、崩塌、滑坡与地裂缝等的条件。（)）地震衰减关系的确定包括地震烈度衰减关系和基岩地震动衰减关系。应收集区域及邻区的等震线图或地震烈度资料，采用椭圆或圆模型，通过回归分析，求出适用于研究区的地震烈度衰减关系。收集区域及邻区的强震观测资料，通过回归分析，求出适用于研究区的基岩地震动衰减关系。在缺乏强震观测资料的地区，应根据研究区地震烈度衰减关系以及参考区的地震烈度和地震动衰减关系，确定研究区地震动衰减关系。（二）地震危险性的确定性分析地震危险性评价的确定性方法具有较大的安全裕度，目前主要用在核电站等安全性要求极高的某些特殊工程。个别特大型水利水电工程（如三峡等），或历史地震资料缺乏、地震研究深度较差地区的重大工程，必要时也采用这类方法，作为极端情况下的校核标准。确定性分析包括地震构造法和历史地震法。（!）地震构造法包括以下主要内容：依据地震活动性和地质构造划分地震构造区；对地震活动断层进行分段；根据断层活动段的尺度、活动特点、活动规模，以及断层活动段上最大历史地震，判定各断层活动段的最大潜在地震；确定地震构造区内与地震活动断层无关的最大潜在地震（本底地震）；将各最大潜在地震置于其可能发生范围内距场地最近处—’")— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究（本底地震置于场址），计算场地的地震动参数值，并考虑衰减关系的不确定性；取各区段计算结果中的最大值，作为地震构造法所确定的地震动参数。（!）历史地震法包括以下主要内容：取用研究区内所有历史地震的资料，凡震中位置不确定的历史地震，应取在其可能范围内距场地最近之处，震级不确定者应取为其可能范围内的最大值；按适合于本地区的衰减关系，对各次历史地震计算场地的地震动参数值；根据各次历史地震破坏情况的记载与调查资料，确定其在场地的烈度值，按有关规定转换得到地震动参数值；取以上计算结果中的最大值，作为历史地震法所确定的地震动参数。（"）取地震构造法和历史地震法结果中之大者，作为地震危险性确定性分析的选用值。（三）地震危险性的概率分析地震危险性概率分析方法原是为评价工程场地的地震危险性而提出的，很快得到许多工程部门的认可，是重大工程场地地震危险性评价工作中目前国际上普遍采用的方法。地震危险性概率分析的步骤如下。（#）潜在震源区的划分。在地震带或地震区的基础上，按照一定的地震和地质标志，结合区域地震构造综合分析的结果，进行潜在震源区的划分，合理确定潜在震源区的边界，以及其地震衰减的方向性函数。（!）地震活动性参数。包括确定地震带的震级上限、$值和地震年平均发生率，各潜在震源区的震级上限、地震年平均发生率和空间分布函数，起算震级，本底地震震级和年平均发生率等。（"）地震危险性的概率计算。选取合适的概率模型和震源模型（如椭圆模型、断层破裂模型等），计算场地地震动值的概率分布，从这一分布可以得出场地给定年限内具有任何概率水平的地震动值分布，或给定年限、给定地震动值的概率分布等。（%）不确定性校正。按一定的公式进行衰减关系的不确定性校正，同时应考虑其他不确定性因素的影响（如进行敏感度分析等）。（&）结果的表述。根据工程的需要，以图、表形式给出不同年限、不同超越概率的地震烈度和地震动参数值，同时以表格的方式说明对场地地震危险性起主要作用的各潜在震源区的贡献。三、地震危险性研究在水利水电工程建设中的应用（一）水利水电工程地震危险性评价工作的现行规定水利水电工程的地震危险性研究工作，根据工程的规模和重要性，以及所在地区地震地质条件的复杂程度，而要求有不同的深度。按照’(&)!*+—,,《水利水电工程地质勘察规范》和有关水利水电工程地震工作的规定，可分为以下几种情况。（#）坝高大于!))-、或库容大于#))亿-"、或位于地震基本烈度!度及以上地区的坝高大于#&)-的大（#）型工程，应进行专门的地震危险性评定和地震动参数确定。（!）其他大型工程，可按现行《中国地震烈度区划图》（#,,)）确定地震基本烈度；对地震基本烈度为!度或!度以上地区的坝高为#)).#&)-的工程，当历史地震资料较少时，—!&&— 第二篇水利水电工程地质构造研究应进行地震基本烈度复核。（!）中、小型水利水电工程按现行《中国地震烈度区划图》（"##$）中确定的地震基本烈度考虑抗震设防。（二）重大水利水电工程场地地震危险性研究的某些特点与一般的工业、民用建筑和城市建设相比，大型水利水电工程的地震地质条件往往要复杂得多，而且地处偏僻，山高水深，交通不便，地质研究深度较差，给区域构造稳定性和地震危险性研究带来很大的困难。加之水工建筑物种类繁多，对抗震安全的要求不一，给坝段、坝址的地震危险性研究和评价带来某些特点，需要给以足够的重视。"%潜在震源区及其地震活动性参数的不确定性划分潜在震源区的主要依据之一，是第四纪、特别是&!以来的活断层的空间展布、分段和运动性质等。不少工程受现场工作条件的限制，活断层的判定往往缺少必要的直接证据，只是根据航片、卫片判读、区域地球物理场异常，或者现场地形和微地貌的某些特征等间接标志，就得出结论，并以之作为划分潜在震源区及确定其边界的依据。由于断层间接标志的多解性，必然给潜在震源区的确定带来很大的不确定性，有时争论不下，还影响到场地地震危险性的评价。三峡仙女山断裂带是否北延过江并经香溪河北上，距坝址仅’()的“狮子口断裂束”是否存在，就是一例。小湾水电站附近的南汀河断裂是否北上并切穿云县花岗岩体，东西向的八字耳朵断层是否现代活动断层等问题，更直接关系到坝址附近的潜在震源区划分方案，极大地影响到地震危险性分析的结果。历史强震的核实及其震中位置和强度的确定，是引起许多争论的另一个问题。三峡"库区外围"’*+年的黔江小南海里氏+级地震，龙滩外围"’-*年乐业、望谟间的里氏+,"级地震，都属于该地区（弱震区）历史上的最大地震，对它们的震中位置、震级的不同意,见，是经过多年争论最后由专题研讨会评定的。小南海地震关系到兴山—黔江地震带的展布和震级上限的确定，其北段距坝址最近为+$()，是对坝区贡献较大的潜在震源区之一；乐业、望谟地震更是决定了通过龙滩坝区的"号潜在震源区的走向和震级上限，成为贡献最大的潜在震源区。古地震遗迹如何与一般的外动力地质作用（滑坡、崩塌、流水侵蚀等）区别，古地震期次和强度的判定等，同样带有很大的不确定性。对于这些不确定的因素，目前主要是根据研究者的观点（专家判断），将其转化为确定的结论，据之划分出确定的潜在震源区、选取确定的地震活动性参数，进入地震危险性的概率计算。显然，这种状况是不理想的，有时甚至会给工程的建设或其抗震安全性带来十分严重的影响。如何合理地考虑活动断层和历史强震判定中的不确定性，迄今还没有成熟的方法。.%近场地震地质条件的详细研究从地震危险性概率分析的工程实践可知，近场潜在震源区对场地地震基本烈度和地震动参数的贡献最大。因此，工程场地和近场的活动断层及历史强震，对场地的地震危险性评价具有决定性的作用，减少其判定中不确定性的最好办法，就是通过详细的现场工—.*+— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究作，尽可能取得无可置疑的实证。重大水利水电工程对近场范围以内的区域构造稳定性研究提出了很高的要求，特别对活断层进行详细地质测绘、断层沿线的追索和勘探、在深平硐中对断层取样测年和进行脉体分析等，往往得出可信度很高的资料，有效地降低了潜在震源区判定中的不确定性。地震专业研究人员与水电勘测工作者合作，共同工作，取长补短，是行之有效的方法，许多工程在这方面积累了丰富的经验。二滩下游!"#$的桐子林水电站，%&’%年在坝址附近发现多期次的“古地震”遗迹，牵涉到是否应在坝区划出一个震级上限很高的潜在震源区及坝址能否成立的问题，引起较大争议。为此成都勘测设计研究院和有关单位进行了深入的现场地质和勘探工作，取得了可靠的资料。%&&%年，在该工程的地震危险性评价工作中，四川省地震局和成都勘测设计研究院研究人员共同进行野外考察核实，确认李明久断层没有穿过坝区，也不是现代活动断层，场地的地震基本烈度确定为!度。()水库诱发地震在地震危险性分析中的作用水库诱发地震是水利水电工程建设和运行中特有的现象，在某些特殊情况下，水库诱发地震有可能成为抗震计算中的控制工况（如新丰江）。水库诱发地震潜在危险区的预测，主要依据对地震地质和工程地质条件的分析而作出。然而，在某个水库还没有发生诱发地震之前，是不可能取得该库诱发地震的活动性参数的。因此，现有的地震危险性概率分析模型，还无法将水库诱发地震包括在内。水库诱发地震对工程场地的危险性评价，目前一般采用确定性方法，将在下一节中讨论。*)概率分析方法的局限性对于很大的地域和一般建筑物来说，概率分析方法的优点十分明显。它较好地反映了当前人们对地震现象认识和预测的水平，便于工程人员按照不同的抗震设防标准选用相应的地震动参数值；另一方面，概率分析的结果多数情况下略低于确定性方法的结果，在经济上也带来明显的好处。然而，正如上述，目前的概率模型只对衰减关系的统计不确定性进行校正，其他参数不论是否存在着明显的不确定性，却都是以确定的形式进入计算的。这样，在某些参数的选择上就隐含了重大误判的可能性。对于重大的水利水电工程，这意味着有可能出现人为的夸大或缩小场地地震危险性的情况，而且在概率计算的过程和结果中是检查不出来的。有鉴于此，在对工程（特别是近场）的区域地质条件或地震活动性评价有重大分歧的情况下，除进一步补充勘测研究工作外，往往还同时采用确定性方法，计算最不利条件下场地的地震危险性，与概率法的结果比较，并作为极端情况下的校核标准。（三）水工建筑物抗震设计标准的确定水工建筑物的抗震设计标准是根据其等级、规模和重要性确定的。水利水电科学研究院抗震所陈厚群等（%&&(）对已做过地震危险性概率分析的!(个水电工程的成果进行了统计分析，求得我国重大水利水电工程实际采用的地震基本烈度在设计基准期%""年内的超越概率水平为")%%左右；对于%级挡水建筑物所采用的基本烈度加%度的设计烈度，在设计基准期%""年内的超越概率水平为")"%’+")"%&。%&&,年发布实施的-./",(—%&&,《水工建筑物抗震设计规范》主要适用于设计烈度为"、!、#、$度的%、!、(级水工建筑物的抗震设计。按照该规范的规定，对于%级壅水—!/,— 第二篇水利水电工程地质构造研究建筑物，可根据其遭受强震影响的危害性，在基本烈度基础上提高!度作为设计烈度。经专门的地震危险性分析的工程，其设计地震加速度代表值的概率水准，对壅水建筑物应取基准期!""年内超越概率#!""为"$"%，对非壅水建筑物应取基准期&"年内超越概率#&"为"$"&。其他特殊情况需要采用高于基本烈度的设计烈度时，应经主管部门批准。’(&"%)*—++《水利水电工程地质勘察规范》基于目前我国水工建筑物抗震设计的水平，规定水利水电工程坝址不宜选在震级大于或等于里氏,$&级的震中区或地震烈度大于或等于!度的强震区；大坝等主体工程不宜跨建在已知的活断层及与之有构造活动联系的分支断层上。第四节水库诱发地震研究一、水库诱发地震研究的现状%"世纪-"年代以来，人们发现，大规模的工程建设活动在某些情况下会引发地震。水库诱发地震是人工水库在蓄水初期出现的、与当地天然地震明显不同的地震活动，亦简称水库地震。我国广东省的新丰江水库，修建在弱震区，坝高!"&.，库容!-+亿.-，!+&+年!"月下闸蓄水。蓄水后一个月，开始记录到水库地区的微弱地震活动，并随着水位抬升而逐渐加强。!+,!年冬库水位首次达到峰值，不久即于!+,%年-月!+日发生里氏,$!级强烈地震。震中距大坝仅!$!/.，烈度为"度，造成坝体数处产生水平裂缝，向下游面渗水，坝段间的止水和发电厂房等也有局部破损。这是我国首次报道的水库诱发地震事例，也是世界上第一例大于里氏,级的水库地震。新丰江水库地震之前，世界坝工建设中只识别出很少几次水库诱发地震现象，其中希腊的马拉松（01213456）水库被认为是发生最早的震例，而最大的则认为是!+-+年在美国米德湖（当时世界最高的胡佛坝形成的水库）发生的里氏&级地震。自新丰江水库地震开始，仅仅在&年的时间里，世界上先后又有赞比亚—津巴布韦的卡里巴（712891，!+,-年，,$!级）、希腊的克里马斯塔（72:.1;31，!+,,年，,$-级）、印度的柯依纳（75<61，!+,*年，,$&级）等-座水库发生了里氏,级以上的强烈地震，引起各国坝工界、工程地质和工程地震界的强烈关注。从那时起，“水库诱发地震”就成了大型水利水电工程抗震设防和库区环境评估中的重要课题之一。联合国教科文组织（=>?@AB）于!+*"年专门成立由各国著名专家组成的“与大型水库有关的地震现象工作组”，先后召开三次工作会议，并于!+*&年在加拿大的班夫城（(16CC）召开了第一届国际诱发地震讨论会。在历届国际大坝会议、工程地质和工程地震领域的许多专业会议上，水库诱发地震经常列为讨论的课题，不断有新的震例资料和研究论文发表。目前，世界上见诸报道的水库诱发地震事例已有!-D起，分布在六大洲的-D个国家，其中得到较普遍承认的超过+"处（见表!ED）。在这些震例中，有许多已经过详细研究，积累了丰富的工程资料。—%&)— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究表!"#世界各国水库诱发地震震例统计表已报道水库按最大地震强度分档统计（!$）序号国名诱发地震强烈地震中等强度弱震微震震例总数!%&’(&)*#&(#&#*+&’,+&’!阿尔及利亚（-./0123）!!4澳大利亚（-5$613.23）(44!+奥地利（-5$6123）!!#阿塞拜疆（-70183293:）!!(巴西（;1372.）)4#+%加拿大（<3:3=3）#!4!>中国（日本（K3G3:）+!4!@哈萨克斯坦（L373M?$63:）!!!)吉尔吉斯坦（L21/272$63:）!!4’墨西哥（N0O2DB）4!!4!新西兰（P0QR03.3:=）4444巴基斯坦（S3M2$63:）+!!!4+罗马尼亚（TBC3:23）++4#南非（UB56?-V12D3）!!4(西班牙（UG32:）>44+4%瑞士（UQ26701.3:=）>+#4>塔吉克斯坦（W3=92M2$63:）!!4@泰国（W?32.3:=）444)土耳其（W51M0F）!!—4()— 第二篇水利水电工程地质构造研究已报道水库按最大地震强度分档统计（!!）序号国名诱发地震强烈地震中等强度弱震微震震例总数!"#$%#&’(#%(#(’)#$*)#$)$美国（+#,#-#）.&%"/).乌兹别克（+01234!567）..)8委内瑞拉（92720:2;6）..))南斯拉夫（<:=>!;6?46）88)(赞比亚（@6A146）8..震例数.)(()"()%.合计百分比（B）.$$8#&&8"#/C)8#$&)/#$%我国水库诱发地震研究始自8$世纪"$年代之初。C$年代以来，丹江口、窝等大型工程和一批中、小水库又陆续发生地震，水利水电建设的实践提出了加强水库诱发地震研究和前期预测工作的要求，.&C/年颁行的《水利水电工程地质勘察规范》和《水工建筑物抗震设计规范》已有初步规定。近8$年来，我国发现的水库诱发地震震例大都进行过详细研究；几乎全部拟建的大（.）型工程和相当数量的大（8）型工程在可行性研究阶段已开展了水库诱发地震危险性的专题研究，通过系统论证，提出了前期预测或评估意见；重大工程已普遍开展蓄水前后库区地震活动的动态监测和追踪分析预测工作。在此期间发表了若干专著和数以百计的论文，.&/.年和.&&$年两次召开全国性的水库诱发地震专题研讨会，并于.&&%年在北京主持召开了国际水库诱发地震学术讨论会。通过这些国际、国内的学术和经验交流，可以看到，在水库诱发地震的发震机理和成因类型等方面，虽然进行着多方面的探索，取得了一定的进展，但理论上仍不够成熟。目前，在水库诱发地震危险性的前期评价、水库地震的判别和对策研究等具体工作中，工程类比仍然占据着重要的位置。我国水库诱发地震研究的突出特点，是始终紧密结合工程建设和工程抗震安全的需要，具有很强的实用性和可操作性。通过($年的工作，积累了丰富的水库地震震例研究资料、前期评价预测资料和工程实践资料，对成因机制、判别标志、评价和预测准则等问题，进行了多方面的探索，逐渐形成一整套具有特色的研究和评价方法，特别在研究和确定工程的抗震对策方面，取得了宝贵的经验。本节将尝试从水利水电工程地质的角度，对我国水库诱发地震的前期研究和预测、蓄水期间的监测预测和发生水库诱发地震后的对策研究等几个方面，进行初步的总结。（一）我国水库地震简况我国是个多地震的国家，地震地质条件十分复杂，水库诱发地震现象也屡见不鲜。迄今已报道发现水库诱发地震的工程有8%例，其中得到广泛承认的达到./例，是世界上水库地震最多的国家之一。表.D%按各库初次出现水库地震的时间排序，列出了这些工程的简况。从表.D%中可见，五六十年代只发现新丰江水库和南冲水库8个震例，其中坝—8"$— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究高百米以上的!例；"#世纪$#年代水库地震的数量激增至!!例，其中坝高百米以上的"例；%#年代相应为%例和&例。’#年代初，随着一批大型水库的蓄水发电，截至!’’(年已有&个水库发生诱发地震，其中坝高百米以上的占)例。通过对我国已有震例的研究，从工程抗震安全的角度，可归纳出水库诱发地震的以下特点。!*发震概率表!+,所列发生了水库地震的",个工程中，从坝高看，有!#个坝高在!##-以上，!,个小于!##-。从库容看，发震水库中!’座属于大型工程（库容大于!亿-)），其中!!座大于!#亿-)，为大（!）型工程；另有&座中型和"座小型水库，最小的邓家桥水库坝高仅!)-，库容&#万-)。国内外统计资料表明，虽然出现水库地震的工程占水利水电工程总数的比例不足#*!.，但随着坝高（蓄水深度）和库容的增大，其所占比例明显增高。按坝高统计，我国（含香港和台湾地区）已建成坝高大于!##-的工程为)!座，有!#座出现了水库诱发地震，发震概率约为)".；其中!’$’年以来建成蓄水的!(座百米以上大坝中有%座发生水库地震，发震概率高达,#.，远远高于世界的平均水平；按库容统计，!##亿-)以上的%座水库中)座出现了水库地震，发震概率为)$*,.，亦远高于世界平均水平。"*空间分布水库诱发地震研究的早期，当时区域地震台网分布稀疏，震中定位精度较低，许多发震水库又缺乏应有的现场调查资料。由于受到这些限制，有的研究者曾先验地选取距大坝或水库几何中心在",/,#0-以内的地区，认为如果蓄水后在此范围内地震活动增强，就属于水库诱发地震。这类标准引起专业人士很大的争议，也给工程人员确定大坝设防标准和库区环境保护对策带来许多困难。近年来，震中区详细的现场调查和工程专用小孔径台网的测震资料都表明，典型的水库诱发地震在空间分布上具有若干明显的特点。平面分布上，震中的主体部分集中在库盆和距库岸)/,0-以内的地方，特殊情况下（例如区域性大断裂带横穿库区或水库沿喀斯特暗河形成地下支汊），也不至超过!#0-。垂向分布上，水库地震一般都属于极浅震，震源深度在)/,0-以内；国内外曾对一些水库用极近场密集台网（可控制震源深度误差小于#*,/#*$0-）进行专门研究，测得的震源深度只有#*"/!*"0-。此外，虽然有一些水库地震（包括新丰江和柯依纳两次强震）发生在大坝附近，但大部分较大水库的诱发地震并未发生在水深和载荷最大的库首部位，而是在库区中段甚至在库尾。许多发震水库可以明显地划分出若干个震中密集区，它们相隔有一定的距离，有相对确定的范围，各自有相对独立的发生发展过程。也有的震例中，相距较近的震中区地震此起彼落，来回迁移，表现出某种有机联系。水库诱发地震的空间分布特征证明，水深及载荷只是诱震的因素之一，而局部地段是否存在有利于诱发地震的地质地形条件组合，可能更为重要。)*时间分布蓄水与地震活动之间的相关关系，是水库地震研究中首先受到注意的特征。有些研究者曾提出，水库诱发地震活动的频次和强度与库水位呈明显的正相关，最大地震往往在—"(!— 第二篇水利水电工程地质构造研究水深达到!""#前后发生；地震活动滞后于水位上升的现象则归因于孔隙压力传递至震源区所需的时间。随着震例的增多，人们发现，诱发地震活动与水库充水过程之间，或者说，水库地震在时间分布上存在着十分复杂的景象。（!）初震。是指坝前人工水体形成（包括围堰挡水、中孔导流或分期蓄水提前发电阶段，以及正式蓄水初期）的过程中，库区范围内地震活动首次出现明显超出天然状态的情况。从表!$%的资料可见，我国大部分震例的初震出现在开始蓄水后几天至一、两年。更细致的分析则表明，同一水库的几个震中密集区出现初震的时间是不同的，但大都是在库水位刚刚上涨到该震中区并超过当地天然最高洪水位的时刻，几乎没有滞后。值得特别注意的是，大型水库的施工组织复杂，工期长，蓄水过程也长，诱发地震的初震多半在施工期间或蓄水初期出现，有可能成为施工人员必须立即采取适当对策的实际工程问题。新丰江和!&’&年以来发生诱发地震的(座高坝大库，无一例外地都遇到了这种情况。表!$%中国水库诱发地震震例基本情况一览表工程总库容开始蓄水出现初震已知最大地震序水库坝高竣工省（区），河流坝型（亿时间时间备注号名称（#）日期#)）年*月年*月年*月*日震级（烈度）震中区位置震中区岩性年*月!新丰江广东，新丰江!"%单支墩大头坝!)&*"!&%&*!"!&%&*!!!&+,*")*!&+*!（!）坝下游!-#花岗岩!&+&*"&,南冲湖南，新泽河.%黏土心墙坝"*!)%!&+’*".!&+’*"%!&’.*"’*,%,*(（"）水库南侧喀斯特化灰岩!&+&年)南水广东，南水(!*)爆破堆石坝!,*!(!&+&*",!&’"*"!!&’"*",*,+)*"（#）库区中尾段喀斯特化灰岩.丹江口湖北，汉江&’,"&!&+’*!!!&’"*"!!&’)*!!*,&.*’（$）丹库中段碳酸盐岩%前进湖北，黄畈河%""*!+(!&’"*"%!&’!*!"!&’!*!"*,")*"（"）库尾喀斯特化灰岩喀斯特!&’,+柘林江西，修水+,’!*’!&’,*"!!&’,*",!&’,*!"*!.)*,（/）库中段北岸化灰岩年初水库所在地区天然地震活动水平很高，蓄黏土斜墙新第三系’曾文台湾，曾文溪!)+*%(*&!&’)*",水后库盆以下地震频度和强度降低，且明显!&’)年有争议堆石坝砂页岩与库水位负相关(窝辽宁，太子河%"重力坝%!&’,*!!!&’)*",!&’.*!,*,,.*(（"）库尾混合花岗岩大坝西侧大理岩，层状&佛子岭安徽，淠河’.混凝土连拱坝.*’!&%.*"+!&’)*")*!!.*%有争议约!,-#变质岩!"黄石湖南，白洋河."*%+*!,!&+&*".!&’)*"%!&’.*"&*,!,*)（#）库尾以上厚层灰岩混凝土坝下游变质岩，!!石泉陕西，汉江+%.*’!&’,*!"!&’)*"&!&’(*"!.*,（#）有争议空腹重力坝!+-#结晶灰岩!,新店四川,+*%"*,&!&’.*")!&’.*"’!&’&*"&*!%.*,（"）库中段北岸灰岩，岩盐有争议!)乌溪江浙江，乌溪江!,(梯形支墩坝,"*+!&’&*"!!&’&*"+!&’&*!"*"’,*(（#）水库中部花岗斑岩喀斯特!.乌江渡贵州，乌江!+%拱形重力坝,)*"!&’&*!!!&("*"!!&&,*"%*,")*%水库中段!&()年化灰岩喀斯特!%邓家桥湖北!,"*"".!&’&*!,!&("。"(!&()*!"*)",*,（"$）库区西北缘化灰岩青海，湟水!+盛家峡))"*".%!&("*!!!&(!*")!&(.*")*"’)*+（"0）库区花岗岩河南岸支—,+,— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究工程总库容开始蓄水出现初震已知最大地震序水库坝高竣工省（区），河流坝型（亿时间时间备注号名称（!）日期!"）年#月年#月年#月#日震级（烈度）震中区位置震中区岩性年#月$%龙羊峡青海，黄河$%&重力拱坝’(%#%$)&*#$+$)&$#$$$))+#+$#’%’#(库首花岗岩有争议坝前喀斯特$)&(#$$#$)$#*有争议$-,.!化灰岩$&大化广西，红水河&+重力坝"#,($)&’#+,$)&’#+*上游岩喀斯特$))"#+’#$+(#,（!）库区右岸滩水库化灰岩蓄水后$)冯村陕西，清浴河"+#%,均质土坝+#$$"$)&’#+%$)&"#+($)&"#$$’#’库区西侧石灰岩$)%+#$$有争议喀斯特’+东江湖南，耒水$,%双曲拱坝&$#’$)&*#+&$)&%#$$$)&)#+%#’(’#"库区左岸$))+年化灰岩坝前有滑坡发黏土斜心喀斯特’$鲁布革云南，黄泥河$+"#&$#$$$)&&#$$$)&&#$$$)&&#$’#$%’#(（"）库首段育，与墙堆石坝化灰岩水库地震无关喀斯特’’岩滩广西，红水河$$$宽缝重力坝’*#$’$))’#+"$))’#+"$))(#+*#’$’#)库区中段有争议化灰岩玄武’"铜街子四川，大渡河&+重力坝’#(($))’#+($))’#+($))’#+%#$%’#)（#）大坝下游岩，灰岩喀斯特’(隔河岩湖北，清江$,$重力拱坝"($))"#+($))"#+,$))"#+,#"+’#*库区中段化灰岩’,水口福建，闽江$+$重力坝’*$))"#+,$))"#$$$))*#+(#’$"#&库区中段花岗斑岩$)),#+%注：$#本表按水库诱发地震出现初震的时间排序。’#为便于比较，最大地震震级均按公式!/0$#$"!12$#+&由31转换为!/。（’）主震。水库地震在发展过程中发生的最大地震，也可以称之为该水库地震震例的主震。主震与蓄水过程的关系比较复杂，大致可以归纳为以下几种情况：$）大部分震例的主震发生在蓄水初期、库水位持续上升至水库开始正常运行的时段中，与初震之间的滞后从不到$个月至’-(年不等，它主要取决于震中区的地震地质条件，但与首次蓄至设计水位所需时间也有一定的关系。图$2(中的克里马斯塔、新丰江等水库属于这种情况。’）一些具有多年调节性能的大水库，投入运行后库水位长期不能达到设计高程，主震发生的时间可能在开始蓄水后数年至十几年，没有明显规律性。卡里巴、胡佛、阿斯旺等水库属于这种情况。"）少数水库，达到最高水位后，又经历了若干次正常的充水—消落年周期，才在库区或邻近地区出现较大地震。美国的渥洛维尔水库是典型的震例，我国佛子岭、大化等水库也有类似情况。它们是否属于水库诱发地震，往往争议较大。—’*"— 第二篇水利水电工程地质构造研究!）有一部分水库，初震序列中最大的地震也就是该库的主震，以后诱发地震活动逐渐减弱、平息。这类主震震级一般不高，多数在里氏"级上下。#）同一水库的几个震中区，往往有各自的主震，它们发生的先后、震级大小等，主要取决于该震中区自身的地震地质特征，相互间没有明显关系。图$%!世界七大水库地震主震时间与蓄水过程比较图（据&’()*，+,-,$../）（"）衰减和平息。水库诱发地震活动的衰减一般比较缓慢，当其频次和强度回落至蓄水前天然地震的水平，就可以认为因蓄水而诱发的地震活动已经平息。!次强震中，新丰江和柯依纳的水库地震经历了"0年以上，至今仍未完全平息；卡里巴和克里马斯塔估计在主震后$0年左右已趋平息。大部分水库在主震后的衰减过程延续数年至十余年，但同一水库中不同震中区往往不一样，其中一些在发震后很快就停止了活动，另一些则会延续较长时间。一般来说，主震震级较小，其衰减至平息的时间也较短一些。也有一些中、小水库，主震强度并不大，但历经多年，遇到一定的水位和天气条件的情况下，仍然会发生地震。上述时间分布特征同样也证明，水库诱发地震的成因是复杂的，不能单一地只考虑库水位高低一个因素。!,最大地震的强度一般把!1!!,2级（或震中烈度!!度）的天然地震称为破坏性地震，小于!,2级则称为小震。考虑到水库地震震源较浅，震中烈度偏高等因素，在水库诱发地震研究中，将!1!3,0级的水库地震称为强烈地震（强震），#,.4!,#级的称为中等强度地震（中强震），!,!4",0级称为弱震，小于",0级称为微震，有时还将!15$,0级（!65$,7级）的划分出—/3!— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究来，称之为极微震。按表!"#统计，全球的水库诱发地震，强震仅占$%，中强震约&’%，另外’(%是弱震和微震；我国则相应为#%、!)%和*(%。也就是说，在已知的震例资料中，其最大水库诱发地震绝大部分是微震和弱震，只有少数中强震和个别强震。根据同时调查确定了震级和震中烈度的水库地震震例资料，#次强震（!+),!-),.）的震中烈度为!度和!度强；中强水库地震震中烈度为"度至#度，如窝#,’级地震为#度，丹江口#,*级为"度。可见，强烈和中等强度的水库地震，其震中烈度与浅源天然构造地震的情况基本一致。弱震的震中烈度往往可达到$至"度（如新店#,&级为"度，南水$,(级为$度，前进$,(级为"度等），微震的震中烈度可达$度，有时在一个极小范围内甚至能达到"度（如铜街子&,/级为$度，南冲&,*级"度，鲁布革&,#级为"度等）。它们均明显高于天然构造地震的情况，而且可以观察到震级较小时烈度偏高的程度更大一些，但尚未见到#,.级以下的水库地震震中烈度达到#度的事例。强烈和中强水库地震在大多数情况下都超过了当地历史记载的最大地震，许多发生了弱震和频繁有感微震的水库，也是当地居民记忆中所未曾有过的重大事件。$。但现有震例的统计资料#座发生强震的水库，水深在!((0上下，库容大于&(亿0表明，从总体上看，发震水库的最大地震和水库规模之间，并不存在明显的相关关系。许多水深超过!.(0，或库容大于!((亿0$的工程只出现了弱震甚或微震。反之，也有不少水库，水深不足.(0，库容小于!(亿0$，却发生了#,.级甚至.级以上的中强震。发生在坝址附近的强震和中强震，有可能对大坝和其他水工建筑物造成直接损害。已知挡水建筑物遭受明显损害的有两个震例（表!")），但尚未发现大坝因水库地震而溃垮或严重破坏的情况。水库地震中的弱震和微震，即使发生在坝址地区，一般也不会给主要水工建筑物带来损害。表!")水库地震造成水工建筑物损害情况汇总表震中至水工建筑物受到的损坏大坝名坝区影震级大坝距离加固处理情况（国家）响烈度（10）挡水建筑物其他建筑物!&-!*号坝段和地震后降低水&#-$(号坝段坝顶坝顶起吊塔严重位，用环氧树脂对以下#(0左右发生破坏，坝面上其他附裂缝灌浆粘合，并柯依纳),.$-)!多条水平裂缝，下游属建筑也有损坏，水用预应力钢索加（印度）面出现严重漏水现电站建筑物受轻微固，耗资约’#(万象，但库水位并无明破坏而中断运行美元，至今已安全显下降运行近$(年—&).— 第二篇水利水电工程地质构造研究震中至水工建筑物受到的损坏大坝名坝区影震级大坝距离加固处理情况（国家）响烈度（!"）挡水建筑物其他建筑物蓄水初期发生大坝右侧接近顶微震，开始大坝第部%&’"高程产生贯一期加固工程，主穿性水平裂缝，长达新丰江坝后厂房主结构震后进行第二期#$%%$%!’("。左侧同一高程（中国）受轻微损坏加固。加固过程有断续水平裂缝，长中运行未中断，迄%)$*"，出现轻微渗今已安全运行)&漏现象余年水库诱发地震对库区及邻近地区居民点的影响则更为常见。强震和中强震会造成一定范围内的人员伤亡和民居严重损坏。表%+,是)次强烈水库地震对震中区造成的损害情况。水库地震中的弱震和微震，烈度往往偏高，加之震感明显，地声频频，常常会在震中区极小范围内造成少量房屋的损坏和个别人员受伤，并在当地居民中引起普遍惊慌，影响正常的生产生活，带来间接的经济损失。表%+,强烈水库诱发地震对震中区造成损害情况汇总表坝名震级震中烈度人员伤亡物质损失柯依纳死%’&人震中区几个村镇的大部分房屋倒毁，受到影响的村镇达到#$*!（印度）伤()&&人%&&&个，震坏房屋-,&&&栋新丰江死#人#$%!倒塌房屋%’&&间（中国）伤’&人克里马斯塔死%人-’&间房屋倒塌，%(&&间严重破坏，(%*&&处建筑物受损#$(!（希腊）伤#&人坏（二）水库诱发地震研究的必要性从上文的简要介绍可见，水库诱发地震是客观存在的事实，是人类大规模水利水电建设中所遇到的特殊问题之一，其研究的必要性表现在三个方面。（%）在已建工程中，水库诱发地震现象有一定的发生概率。对于高坝大库来说，其发生概率超过了库区若干常见的不良工程地质现象。已有的震例显示，中等强度以上的水库地震，有可能造成大坝和水工建筑物的损坏，也会给库区带来一定的人员和物质损失。在某些特殊情况下，近坝的水库诱发地震有可能成为抗震设计中的控制工况。因此，在水利水电工程的勘测设计阶段，必须对水库诱发地震的危险性作出合理的预测或评估。（(）在施工期间或蓄水初期，若发现库坝区的地震活动明显增强，是否需要对水工建筑物采取预先加固措施或调整水库调度运行方式，是否需要在震中区采取一定的防震抗—(##— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究震对策等，是工程建设者必须及时解决的实际工程问题，处之不慎，就会造成重大的安全问题和经济损失。可见，像水情监测和滑坡监测系统那样，从施工初期就设置水库诱发地震监测预测系统，就成为保障工程抗震安全的重要措施之一。（!）在我国西部和中部地区，一批坝高"##$!##%量级、库容&##亿%!以上的工程正在加紧进行前期勘测设计和科研工作，预期"&世纪初将陆续开工兴建。这些拟建工程地区的地震地质条件更加复杂，水库诱发地震危险性预测将是工程抗震安全和环境保护的重要问题之一，而目前的研究水平很难满足设计和施工的要求，必须结合现有工程的实践，加强现场工作和理论研究，及早积累必要的技术储备。（三）水电工程建设对水库诱发地震研究的要求在我国水利水电建设的实践中，水库诱发地震的研究和前期预测已成为大型工程库坝区的主要工程地质问题之一，它是水工建筑物场地区域构造稳定性评价的有机组成部分，又是水库环境评估中的一个重要方面。施工期和运行初期的水库诱发地震监测预测工作引起越来越多的重视，在大部分重大工程中得到实施。配合勘测设计和施工各阶段的进程，水库诱发地震研究和分析预测工作大体可分三个阶段进行。第一阶段，在区域构造背景研究和库坝区工程地质测绘基础上，进行库坝区诱震环境分区，定性评价拟建水库诱发地震的可能性和可能诱震的库段。对具备诱发地震条件的重点库段进行水库诱发地震危险性的初步评估，着重从地质环境的角度判断水库地震的最大强度，以及对坝区的影响是否会超过地震基本烈度而成为工程抗震设计的控制因素。一般情况下，本阶段的工作配合可行性研究阶段进行。地震地质条件复杂的大型河流或河段，也可以在规划选点阶段开始。第二阶段，在初步定性评价中认为水库诱发地震对坝区的影响有可能超过地震基本烈度或水库地震震中区的最大地震烈度有可能等于或超过当地基本烈度的情况下，对诱震可能性较大的地段逐一进行工程地质和地震地质论证，详细校核当地的具体诱震条件，进一步判定发震地点，预测合理的发震强度，并对坝区和有关库段可能遭受的影响作出定量或半定量的评价，直接为水工抗震设计和环境保护工作提供必要的依据。本阶段的工作一般以专题研究的形式在初步设计阶段进行。第三阶段，对于特殊重要的工程项目和前期预测中确定水库诱发地震危险性较大的一般大型工程，建立水库诱发地震监测预测系统，包括地震监测台网、其他必要的长期监测设施，分析预测中心等。主要目的是：监测蓄水前、后库坝区的地震活动性；对蓄水后的震情变化进行实时动态分析；在发生水库地震后组织现场调查和专门性的补充研究，预测地震发展趋势，评估水工建筑物实际抗震能力，进行对策研究，为工程抗震决策提供技术依据。本阶段的工作一般应在初步设计阶段或技术施工设计阶段早期开始，地震台网投入运行不得晚于施工准备期。施工期结束后，此项工作应纳入水电站管理部门的大坝内外安全监测系统中，至少延续至库水位达到设计水位二三次之后，在发生水库地震的情况下则应延续至水库诱发地震活动基本平息。—"(’— 第二篇水利水电工程地质构造研究二、水库诱发地震的前期研究和预测水库诱发地震研究的初期，是当某个工程蓄水后，其附近发生了破坏性地震，才着手开展基本地质、地震条件的研究，监测地震活动的发展，配合坝工人员评估地震对大坝安全的影响和必要的工程抗震措施。同时，通过对已发震水库的回顾性研究，积累震例资料，探索水库地震的特征和可能成因。!"世纪#"年代的$起强烈破坏性水库地震，迫使人们认识到，对于大型水利水电工程，有必要在可行性论证阶段就作出水库诱发地震可能性的评估。国际上从%"年代初以来陆续对某些拟建的大型工程项目开展了简单的前瞻性研究，主要是基于专家的个人经验，定性推断蓄水后是否有出现诱发地震的可能性，并提出有关设防的建议。我国首次作出的前期预测，是&’#(年对新丰江上游枫树坝水库诱发地震可能性的评价，提出的抗震设防标准的建议被设计人员所接受。&’%’年对乌江渡水库诱发地震的正式预测意见，蓄水开始不久（&’)"年#月）就得到了证实，是预测成功的首例。这些事例也都具有专家评估的性质。自!"世纪%"年代末开始，我国已逐渐由回顾性研究转为系统的前瞻性研究。近!"年来，几乎全部大（&）型和许多大（!）型水利水电工程，在勘测的早期阶段就通过一定的地震地质和工程地质工作，对诱发地震的潜在危险性及其对工程和环境的影响作出论证，数十个重大工程在蓄水前提出过正式预测意见。（一）水库诱发地震的定义已有的震例表明，水库诱发地震是一种相当复杂的现象，其发生发展的机理还没有完全搞清楚。在目前的认识水平上，工程类比法（包括地震地质条件类比和工程地质条件类比）是常用的有效方法。积累的震例资料越多，分析和概括工作越细致，归纳出来的判别条件就越有说服力，所提出的研究方法和预测意见更能被工程建设者所广泛接受。在这里，什么是水库诱发地震，或者说水库诱发地震的界定，具有十分重要的意义。如果把距水库很远的地震或蓄水后库区范围内发生的所有地震都认为是水库地震，必然会将许多无关的地震事件与由蓄水引起的地震混淆在一起，不可能得出正确的判别标准。反之，一概否认水库地震的存在，或把蓄水后发生的地震笼统地认为是天然构造地震的观点，也早已被事实所否定。根据大量震例和蓄水后没有发生水库地震的工程资料，特别是对我国已建成工程蓄水前后的地震活动资料，可以建议将水库诱发地震定义为“水库蓄水而引起库区以及库水影响所及的邻近地区新出现的地震现象，或原有地震活动性的明显改变（加剧或减弱），称之为水库诱发地震”。水库地震的诱发条件（亦可称之为诱震因素）是复杂的，其中有些与地壳的内动力地质作用有关，也有一些与地表的外动力地质作用关系密切。因此，可以认为，水库诱发地震是人类大规模水利水电建设工程活动与地质环境中原有的内生不稳定因素或外成不稳定因素相互作用的结果，是成因类型不同、最大发震强度及其对工程危害程度不同的工程地质现象的总称。（二）水库诱发地震的多成因理论&*库水与库盆地质体的相互作用—!#)— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究尽管关于水库诱发地震形成机理的观点繁多，但是，绝大多数地震地质和工程地质人员一致承认，库水在诱发水库地震上起着重要的作用。然而，库水与地质体到底怎样相互作用这一本质问题，恰恰是水库诱发地震研究中涉及最少的问题之一。可以用图!"#表示水库蓄水前后库盆和两岸山体中水文地质条件的变化。蓄水前河谷两岸的地下水位高于河水面，以实线表示。两岸山体中的地下水向河谷流动，并在河谷底部排出地表，补给河水。因此，在蓄水前，河水面和两岸地下水面以下的地质体都处于饱水状态，蓄水并不会引起原有水文地质条件的本质变化，也很难想象这部分岩体或其中的软弱带会出现软化、泥化、润滑、溶解等作用突然加剧的情况。图!"#大型水库蓄水前后地质体内水文地质条件变化示意图蓄水后两岸岸坡中的地下水位用虚线表示，它们在河谷中与库水面连接。虚线和其下实线之间的空间（图中用垂直的细线条标出），蓄水前是包气带，蓄水后变成为饱水带，水文地质条件发生了本质的变化。从图!"#中可见，这个地带在垂直方向上距地表数十至数百米，应属于地表极浅层的范围；在水平方向上不超过河谷的第一分水岭，一般小于$%#&’。在这个地带中，蓄水前没有孔隙压力，蓄水后出现了孔隙压力；库水与地质体之间的其他各种作用，如泥化、软化、润滑、溶解、热应力作用等，蓄水前基本不存在，蓄水后才有可能出现。库水位和岸坡中地下水位的上升，将会对库盆和两岸的岩体施以一个附加的孔隙压力，它只能小于或等于该横断面上的新增水深，由已建成的水库看，其量值不超过$()*，并且向两岸很快降低至零。许多研究者认为，这个在地表极浅层新出现的水压力增量，似乎能无条件地传递到地壳深处。因此，孔隙压力传递的途径，就成为理解库水与地质体深部相互作用而诱发地震的关键。从理论上讲，静水压力可以传递到连通水体中的任一点，而在两个互不连通的水体之间是不能传递的。水文地质学的研究表明，松散岩体和孔隙层状岩体中，静水压力通过地层中的连通孔隙传递，特称之为孔隙压力。而被隔水层隔开的承压含水层，其压力水头互不影响，只有在其间的隔水层受断层或张开裂隙破坏的情况下，才会有所沟通，形成某种水力联系。块状岩体中没有孔隙水，地下水赋存在断层、裂隙，以及岩脉与围岩接触带等不连续面之中，在地表风化、卸荷带范围内可能形成连续的潜水含水层，但进入新鲜岩体后，整体上已不透水，只有断层和较大裂隙中才会观察到少量互不连通的脉状水。前苏联在科拉半岛+!"$超深钻井及邻近其他深钻孔的水文地质研究中，将地壳上部划分为,个水文地质带，最上层称为“外生裂隙带”（或区域地下径流带），下界的深度为-.#%/&’，—/10— 第二篇水利水电工程地质构造研究平均!"#$%。该带岩体中的外生裂隙度很低，导水系数很少超过&’(%()*，仅在构造断裂带内稍微增大；地下水通常是超淡水和淡水，其中所溶解气体的成分，证明它们具有大气降水成因；只有当岩体被断裂带（特别是被张性断裂）切割时，外生裂隙带的地下水化学成分中，才能发现深成水、气向地表排出而引起的异常组分。由!"#$%直至&!"($%深处的另三个水文地质带均为几乎不透水的地层，岩石中水的基本形式为富水矿物的化学结合水和微裂隙中所保存的、水龄在&!亿年以上的原始海相沉积物中所含的水。这说明，表层地下水与地壳深部水、气的连通，只有通过岩体中的断裂带才能实现。综上所述，库水与地质体的相互作用，主要集中在库盆及两岸的地下水位变动带范围内，水压力增量沿一般的脉状导水通道向下传递的深度也很难超过&$%的量级。只有近期仍有所活动并保持比较破碎状态的较高等级的断裂带（活断层），才有可能将库水造成的附加孔隙压力传递至数公里以下的岩体深部，给区域构造应力场带来某种扰动，从而诱发较强的水库地震。蓄水前后库盆水文地质条件变化的上述特点，在水库地震震例资料的统计分析和许多震例的详细研究中，都有鲜明的反映。成功的水库地震成因模型，应该对这些基本事实给予合理的解释。("水库诱发地震的成因分类早在(!世纪+!年代初联合国教科文组织召开的几次座谈会上，除构造型水库地震外，已有人报道了喀斯特地区的塌陷型地震和阿尔卑斯地区高山水库的冻裂型地震等其他成因类型。随着震例资料的积累和分析对比工作的深入，人们发现，很多震例很难一概用构造地震来解释。我国研究人员在+!年代后期已提出了成因分类的概念，如将水库地震分为应力型、重力型和应力一重力型，或分为构造型和非构造型等。由于工程勘测阶段开展水库地震前期研究和危险性预测的需要，通过对大量震例特征的分析归纳，逐渐形成了我国的水库诱发地震多成因理论，将水库地震划为以下几种成因类型。（&）内成成因的水库诱发地震。由于蓄水导致地壳上层（数百米至数公里，极少数情况下可达到&!$%）的区域地应力场发生变化，从而改变了某些地块构造运动原先的进程，引起水库及其邻区地震活动性的明显变化，称之为内成成因的水库诱发地震或构造破裂型水库诱发地震（简称构造型水库地震，亦可称为断层破裂型）。按照地震活动性变化的性质，构造型水库地震可分为两个亚型。&）增强亚型：蓄水导致构造应力加速释放和地震活动加剧，如中国广东新丰江水库、印度柯依纳水库等。(）减弱亚型：在库水的影响下，原来处于黏滑状态的断层变为蠕滑，导致地震活动减弱，如美国安德逊和格兰峡水库、中国台湾曾文水库等。在没有特殊说明的情况下，构造破裂型水库地震一般均指其增强亚型。（(）外成成因的水库诱发地震。由于蓄水改变了外动力地质作用的条件，导致地表（零米至数百米）局部范围内不良自然地质作用加剧，岩体或岩块相对位移或遭受破坏，所伴生的地震现象称为外成成因的水库地震，其中又可分出五个亚型。&）喀斯特塌陷型：蓄水改变了天然喀斯特管道系统中的水动力条件，使其中的塌陷、气爆作用加剧而伴生的地震，如中国贵州乌江渡水电站、湖南黄石水库，南斯拉夫的比累—(+!— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究恰水库，土耳其凯班水库等。!）地壳表层卸荷型：由于河流侵蚀下切作用而在谷坡中形成的水平卸荷裂隙及岸边剪切裂隙，在库水的影响下加速其破裂过程所带来的地震效应，如美国蒙蒂赛洛水库、中国浙江乌溪江水库等。"）冻裂型：严寒季节库水位大幅度快速消落时，库岸充水裂隙中的冻裂作用所产生的地震效应，如瑞士埃莫逊坝、蓬达加尔坝等。#）易溶岩溶解塌陷型：蓄水引起水库与开采中的岩盐矿床相连通而导致的快速溶解及塌陷地震，如中国四川新店水库（有争议）。$）滑坡崩塌型：库水位大幅度升降引起谷坡滑坡崩塌作用加剧而伴生的地震效应，如意大利的瓦依昂坝（有争议）。（"）混合型水库诱发地震。在蓄水过程中，在同一库段或水库的不同地段，同时或先后出现几种不同成因的水库地震，它们之间可能相互影响，也可能互不联系，这种现象暂称之为混合型水库诱发地震。混合型水库诱发地震并不是一个独立的成因类型，但在不少震例中，蓄水后发生震情变化的初期，几种成因的水库地震的特征都有表现，互相混杂，不易辨别。为此，专门将其列为一种类型，以强调在发震之初不能把所有的震情变化都一概认为是构造地震和断层活动，而要从早期大量其他外成成因水库地震的表现之中，及时辨识是否存在构造型水库地震的最初信号。"%多成因理论对水电工程建设的意义在水库诱发地震危险性的前期评估、蓄水初期的监测预测工作和发生水库地震后的对策研究中，多成因理论都得到了广泛的应用。首先，在已有的震例中，外成成因的水库地震所占比例在&’(以上。因此，前期预测中不顾具体地质条件，一概按构造型水库地震考虑，或在库区发生地震后，不加区别地一概归因于断层的最新活动，这些做法往往夸大了水库地震的危险性，会给工程带来很大的经济损失。另一方面，中等强度以上的破坏性水库地震占到!’(以上，绝大部分属于构造型水库地震，应该成为研究和预测的重点。轻率地否认水库地震的存在，或认为它不会超过当地天然地震强度的观点，忽视水库地震已经造成安全和经济上的损害，同样是不恰当的。常见的水库诱发地震主要属于三种类型，即构造破裂型、喀斯特塌陷型和地壳表层卸荷型（亦有称之为浅表应力局部调整型或微破裂型或重力失稳型等）。构造型水库地震有可能达到较高的强度，常与一个地区的区域构造条件、现代构造活跃程度及地震活动水平等密切相关。喀斯特塌陷型水库地震只出现在碳酸盐岩分布的库段，与喀斯特洞穴和地下管道系统的发育有关，震级一般小于里氏#级。地壳表层卸荷型水库地震具有一定的随机性，在断裂发育、坚硬性脆的岩体中，具备一定的卸荷应力和水动力条件时即可发生，但其震级一般在里氏"级以下。不同成因类型的水库地震，其诱震因素的组合不同，发震条件不同，地震的最大发震强度和对工程的影响程度也大不相同。因此，不同成因的水库地震必然存在有不同的判别标志组合（判据集）。不加区别地把它们并入一个样本集，无论是宏观的地震地质类比，—!&)— 第二篇水利水电工程地质构造研究还是各种数理统计模型，都不可能从这样的样本中汲取出符合客观事实的有用信息。按照多成因理论，实用的水库诱发地震预测模型至少必须能辨别出上述三种主要类型的诱震环境，并分别进行预测。对于不常见的水库地震类型，最好也具有一定的识别能力。下面对几种类型的水库地震的判别标志进行讨论。（三）构造破裂型水库地震的判据构造破裂型（增强亚型）水库诱发地震是对水利水电工程影响最大的一类，也是国内外研究最多的类型。通过对已有震例资料、特别是那些主震震级在!!"#$级以上的发震水库的条件，以及它们所处地震地质环境的分析，可以将构造破裂型（增强亚型）水库地震的主要发震条件归纳为如下几条。（%）区域性断裂（高等级大地构造单元之间的边界断裂）或地区性断裂（或低等级构造单元的分界断层）通过库坝区。（&）断层有现今活动（’(以来）的直接地质证据。（(）沿断层线有可靠的历史地震记载或仪器记录的地震活动。（"）断裂带和破碎带有一定的规模和导水能力，有可能成为通往地质体深处的水文地质结构面。（$）断裂带与库水直接接触，或通过次级旁侧断层、横断层等与库水保持一定的水力联系（可按主断裂带至库边距离不大于%)*+考虑）。这五条判别标志中，前三条是诱发构造型水库地震的地质构造基础，第四条指必要的水文地质环境，第五条则反映了库水作用的途径和方式。它们共同反映了一个概念，就是认为诱发构造型水库地震的必要条件，是必须存在库水向深部循环的通道，蓄水后才有可能引起数公里以下地质体中原有构造应力场的某种扰动，进而在特定条件下导致原已积累的构造应力“提前释放”。喜马拉雅期以来强烈活动的区域性断裂带，既是现今构造应力场中的突变段或薄弱地带，又因其最新活动而至今保持着相对破碎松散的状态，只有它们才能构成这种深循环的必要通道。有些研究者根据某些震例的经验，还提出过多种判别标志。有些标志如新生代盆地的边缘部位、库区有温泉出露等，只是活动断层的间接标志，本身就具有多解性和较大的不确定性；另一些如花岗岩等块状坚硬岩体的介质条件等，也不是诱发构造型水库地震的必要条件。构造破裂型（减弱亚型）的水库诱发地震，&)世纪,)年代初已有个别震例报道，-./012，3#4#（%55&）在其专著中，列出了美国的安德逊水库、我国台湾省曾文水库等6个震例。由于数量较少，且因其蓄水后地震活动减弱而不易引起工程界的注意，研究程度较差。目前只能提出以下几个初步的判别标志，供工作中参考。（%）有明显的现代活动断层穿过库坝区，且与库水之间保持有水力联系。（&）库坝区原来的天然地震活动水平就比较高，蓄水前记录到相对频繁的微弱地震，蓄水后地震活动反而减弱。（(）库盆主要由较软弱的砂、页岩等层状岩体组成（美国佛莱敏峡水库的震中区为前寒武系的层状变质岩）。—&,&— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究（四）喀斯特塌陷型水库地震的判据喀斯特塌陷型水库地震是最常见的类型，我国的震例中，!"#以上处在碳酸盐岩分布地区。不少研究人员曾经推断，库水能通过喀斯特管道的沟通而沿断层渗入到地质体的深部，并认为这是诱发构造型水库地震的有利条件。实际上，现代喀斯特主要是当地侵蚀基准面附近和地下水水位变幅带范围内的现象。任美锷等（$%&’）统计了我国部分地区深部洞穴的最低标高，多在()""*至(!""*之间，距当地地表不到$+*。这说明在侵蚀基准面以下$+*的深度上，断层带内地下水的循环已极为缓慢，很难形成一定规模的喀斯特发育带，对于引发中强以上构造型水库地震，其作用已微不足道。对我国碳酸盐岩地区震例的分析表明，喀斯特发育初期（溶孔溶隙阶段）不会诱发地震，深部喀斯特和现今已不再活动的古喀斯特也不会诱发地震，发育晚期的喀斯特（溶丘—洼地或宽谷—残丘阶段）发生水库地震的可能性也很小。只有在喀斯特发育的壮年期（喀斯特管道系统阶段）和青年期：（溶隙和个别漏斗、溶洞阶段），才会出现喀斯特塌陷型水库地震，其中又以前者的可能性更大。结合对其发震机理的研究，可总结出喀斯特塌陷型水库地震发生的主要条件如下：（$）库区有较大面积的碳酸盐岩分布，其中包括某些地层厚度较大且质纯的厚层块状灰岩。（)）现代喀斯特作用发育，可见明显的喀斯特管道系统，蓄水前已有天然喀斯特塌陷或喀斯特地震的记载。（’）一定的气候和水文条件。（,）合适的喀斯特水文地质结构条件。在这里，第一条是岩性基础，第二条指喀斯特发育的阶段，第三条提出有利于在管道系统中出现强烈的水动力作用的外部条件，它们综合表示出可能发生喀斯特塌陷型水库地震的大环境，通过一般的地质和工程地质调查不难取得必要的资料。然而，在同一个地区，喀斯特的发育阶段往往是不同的，它取决于局部地段是否具有合适的喀斯特水文地质结构条件。因此，判别标志中的第四条就成为判断发震库段和具体部位的关键标志。所谓喀斯特水文地质结构，是指碳酸盐岩层组类型与喀斯特水动力单元在空间上的组合关系，它决定着每个局部地段喀斯特的发育阶段和特点。根据控制喀斯特发育的主要地质和水文地质因素，如岩性、单层厚和总厚度、地层中可溶岩与非可溶岩的组合关系，以及地质构造（褶皱形态和断层、裂隙的发育程度）、地貌形态和水动力特征等，可划分出若干种喀斯特水文地质结构类型。不同类型与水库地震的相关性各不相同，在前期预测中可作为一个专项加以考虑。（五）地壳表层卸荷型及其他类型水库地震的判别美国南卡罗莱那州的蒙蒂赛洛水库（$%!!年$)月蓄水）和我国浙江的乌溪江水库（$%!%年$月蓄水）发生了地震，它们具有某些突出的相同特征。经过详细研究，从其空间分布图像、强度和序列特征、震源深度和震源机制解等资料看，显然有别于典型的构造型水库地震；两库震中区分别为花岗质深成杂岩和酸性火山岩系，排除了喀斯特塌陷型水库地震的可能；震中区没有观察到明显的地表变形现象（滑坡、崩塌等），排除了其他外成—)!’— 第二篇水利水电工程地质构造研究成因水库地震的可能性。可以认为，这是由于库水渗入库盆以下岩体的卸荷松动区或卸荷应力场与构造应力场之间的过渡区，降低了不连续结构面上的正压力或促进了裂隙端部的应力腐蚀，导致卸荷应力场的局部调整及地表卸荷作用的进程加快，而伴生的微震效应。这就是地壳表层卸荷型（简称地表卸荷型）的水库诱发地震。近年的资料表明，地表卸荷型水库地震比原先预想的更为常见，某些构造型或喀斯特塌陷型水库地震序列的初震期间，可能也包含有部分地表卸荷型地震的组分在内。由于这类水库地震的震级很小，不致对工程和环境带来明显危害，且收集完整的测震资料比较困难，国内外研究得都不多，其宏观地震地质条件目前还不很清楚，难于概括出明确的判别标志。现代强烈下切的河谷下部（所谓的卸荷不足区），富硅的岩性条件（如酸性火成岩、硅质或富含燧石结核的灰岩等），可能有利于其出现。震中区初次被库水淹没时立即发震，时间滞后期极短，但库水消落后再次回升时，只要水位不超过曾达到的高程，往往不再出现新的微震序列。达到设计的最高库水位后二、三年内，地震活动就逐渐平息。震中空间分布和震源机制解没有明显的优势方向、地震主压应力轴与谷坡局部应力场相关密切等，也是这类地震的显著特征。另几种不常见的水库地震类型，其发震的主导条件比较单一明显。冻裂型水库地震与高山地区中、小型发电水库在严冬季节水位反复大幅度升降的运行方式关系密切；易溶岩溶解塌陷型水库地震要求水库或其邻区有正在开采的岩盐矿床；滑坡崩塌型水库地震只有在谷坡存在大型的滑坡、崩塌体，且蓄水前已处于不稳定（现代活动滑坡）或临界稳定状态的情况下才可能发生，对它们的预测不会有很大困难。（六）水库诱发地震危险性评价水库诱发地震前期研究和预测的目的，就在于对水库诱发地震的危险性作出可信的评价，为水工建筑物的抗震设防和库区的防震减灾工作提供合理的依据。早期以专家评估为基础的预测方法，一般是通过简单了解工程的地质情况或现场短期考察，与其他水库地震的震例资料进行比较后，对诱发地震的可能性和最大震级作出判断。其方法学的基础就是工程类比法。然而，由于缺乏普遍公认的工作方法和判别准则，受个人经历和观点的限制，往往采取比较保守的态度，不必要地加大抗震设防的安全裕度，很多情况下难于得出具有说服力的可信结论。特别是一些地震地质条件比较复杂的工程，意见纷繁，莫衷一是，长期争论不休，个别情况下甚至成为影响工程可行性的因素之一。有鉴于此，!"世纪#"年代末以来，我国一些重大工程，如潘家口、二滩、三峡、小浪底、龙滩等工程，将水库诱发地震危险性评价作为区域构造稳定性研究的一部分，开展了系统的前期论证工作，其中以二滩的研究比较深入。这是第一批以地震地质类比法为基础的预测模型的探索，它们之间在研究思路、工作程序和评价标准上，存在许多不同之处，互相间也缺乏可比性。到$"年代中期，在总结前一阶段经验的基础上，提出了一套逻辑上比较严密、工作步骤上充分程式化的水库诱发地震危险性评价方法，成功地应用于三峡工程的可行性重新论证工作，随后又在许多大型工程的水库诱发地震前期论证中得到了推广。现结合近年来新的进展，简述如下。%&诱震环境分区—!#’— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究结合拟建工程的区域构造稳定性研究和水库区工程地质调查的成果，综合分析已查明的地震地质条件，按照实际存在的诱震条件组合，对整个库区进行工程地质分区，即为库坝区诱震环境分区。这种宏观的工程地质分区对于规模巨大的水库尤为重要，因为它们的库盆范围大，常常跨越不同的构造单元，在岩性、水文地质条件和外动力地质作用等方面也有很大的差异，从而可能具有不同的诱震环境。如果从研究工作之初，就把注意力只集中在一、两个地段，难免主观片面之处，甚至可能由于重大疏漏而造成不必要的工作失误。水库诱发地震工程地质分区主要考虑以下几方面的因素：（!）组成库盆的岩层，包括地层和岩体性状两方面，后者从岩体结构上分成松散结构、层状结构和块状结构。其强度可分为松软、半坚硬和坚硬三类。（"）地质构造，包括大地构造部位、褶皱与断裂构造。其中断裂构造可分为区域性断裂、地区性断裂、低序次或低等级的断层裂隙等。（#）水文地质条件，包括地下水类型、水文地质结构面的性质。（$）地震活动，包括强震活动、微震活动与基本烈度等。（%）其他，如河谷形态、自然地貌形态、不良自然地质现象等。工程地质分区所需要考虑的库区范围，一般限于距库岸#&%’(，特殊地带，如区域性大断裂带与库水有水力联系的情况下，最远不超过!)’(；垂直深度上可主要考虑%’(以内的地质体。将划分出来的每一工程地质区段，分别与表!*+中相应的水库诱发地震工程地质类型进行比较，结合各库段到大坝的距离、蓄水深度等因素，逐段定性地评价其诱发地震的可能性和可能发震强度，以及对工程和库区环境的可能影响。分区中发现的诱发地震可能性较大或对工程影响较大的库段，将成为后续工作中的重点库段。表!*+水库诱发地震的工程地质类型表类型类型名称亚型名称岩性、构造及水文地质特征可能的诱震强度!松软岩体类型第四系松散岩体诱震可能性极小沉积岩中的页岩、砂岩、砾岩，变质岩中的片岩、千",裂隙层状枚岩、板岩等；裂隙发育，无以微震为主岩体亚型大规模现代活动断层或虽有断裂但没有形成向深部"层状岩体类型的导水通道库盆由层状岩体构成；有"-断裂层状较大的现代活动断层通过弱震或中强震岩体亚型并构成使库水向深部渗透也可能有个别强震的通道—".%— 第二篇水利水电工程地质构造研究类型类型名称亚型名称岩性、构造及水文地质特征可能的诱震强度火成岩、混合岩、巨厚层沉积岩，裂隙发育，无大规!!裂隙块状模现代活动断层或虽有断微震或弱震岩体亚型裂但没有形成向深部的导水通道!块状岩体类型库盆由块状岩体构成；除发育一般的裂隙外，还有较!"断裂块状中等强度或大的现代活动断层通过，并岩体亚型强烈的地震能使库水向深部产生集中渗透库区喀斯特发育；无大规模现代活动断层通过，库水"!裂隙（洞穴）喀斯特只能沿裂隙或喀斯特管道微震或弱震岩体亚型渗透，未形成向深部渗透的喀斯特导水通道"岩体类型除了喀斯特管道和裂隙""断裂喀斯特的渗透外，还有沿现代活动弱震或中强震岩体亚型断层破碎带形成的集中渗也可能有个别强震透通道表#$%中，诱震环境按两级划分。第一级“类型”以研究库段所处介质的综合性状为其主要划分标志。采用以岩体结构为主的分类，是因为它能更明确地反映介质的强度和水文地质性状，而这是通常的岩性分类所无法涵盖的。第二级“亚型”则按岩体结构面（也就是可能的水文地质结构面）的性质来划分。“断裂岩体”亚型特指研究库段有区域性或地区性现代活动断裂通过（参见本章第二节），有可能形成通往地壳深部的大型透水导水通道，从而引发较大的构造型水库地震；而“裂隙岩体”亚型中“裂隙”的含意，则是指一般的裂隙密集带、低等级小断层和现今不再活动的不同规模的老断层。它们的透水性只局限于表层风化、卸荷带，向深部很快闭合，因此只能导致外动力地质作用的加剧及相应类型的外成成因的水库地震。表#$%中“可能的诱震强度”一栏所表示的，乃是按世界震例统计资料所得的、该地质类型中水库地震的强度上限，其震级分等与表#$&同。事实上，同属某一类型诱震环境的水库，蓄水后大多数并未诱发地震；诱发地震的事例，其发震强度大多数也远低于表列的上限。因此，在进行具体评价时，还要根据实际地质条件加以调整。’(水库诱发地震危险性评价对诱震环境分区中划分出来的重点库段，用地震地质和工程地质类比法预测发震地段和最可能的发震部位，按表#$%所示各类型和亚型的可能诱震强度，并结合当地具体条件预测各发震地段的可能最大震级，用控制地震法预测其对大坝和环境的影响。—’*)— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究地震地质和工程地质类比法是工程类比法在水库诱发地震研究中的具体应用。它基于大量已发震和未发震水库资料的分析，宏观上归纳出易于诱发地震的若干地震地质和工程地质因素，作为类比的判别标志；通过对重点库段的地震地质、工程地质和水文地质条件的系统调查，分析具体的诱震条件，与不同成因类型水库地震的判别标志进行比较而作出判断。这种方法比较直观，为工程人员所熟悉；简单易行，采用现有的勘测手段按公认的流程次第开展论证，就能得到可比性很高的预测意见；特别是它以多数专业人员易于接受的宏观综合判断为主，较少受物理意义不明确的个别次要因素的干扰，所得结论的可信度较高。控制地震法是工程地震学中常用的方法，也是场址天然地震危险性评价的现行方法之一。在充分考虑水库诱发地震自身特殊规律的情况下，应用控制地震法能有效地从上限框住水库地震对工程可能造成的极限影响，具有足够的安全裕度；同时又使获得的结果能与天然地震危险性评价具有可比性和相近的可信度，从而能在坝址地震危险性评价中综合考虑天然地震与水库诱发地震的联合作用。（!）发震部位的确定。按照诱震环境分区的结果，在库区工程地质测绘工作的基础上，对重点库段的地质条件进行详细复核及补充调查，要注意查明主要断裂带的现今活动性，取样测定最新活动年龄，以及与天然地震活动的关系，其空间展布及与拟建水库的连通情况；注意查明碳酸盐岩分布区的喀斯特发育状况，对喀斯特强烈发育地段现场查访天然喀斯特塌陷和历史上喀斯特塌陷地震的情况。根据库区实际存在的地质条件，分别按照构造型、喀斯特塌陷型和其他类型水库地震的判别标志，在重点库段内圈划出诱发地震可能性最大的区段，称之为水库诱发地震的潜在危险区。在有较细致的地质论证的情况下，潜在危险区的范围宜尽量划小一些。在每个潜在危险区中，按照不同的成因类型，将诱震条件最集中、表现最明显的地点划分出来，即为最可能的发震部位。在潜在危险区中，有时会同时具备几种类型的水库地震的诱发条件，应分别进行评价。在碳酸盐岩地区判别构造型水库地震的可能性时，要注意不应把喀斯特发育程度列入判别标志中。窝水库的构造型水库地震曾被认为与喀斯特有关，现场调查表明，"#$级主震发生在古老的混合岩分布区，大部分小震沿北东向的断层带分布，而大坝右岸和库尾的喀斯特发育区却没有明显的地震活动。（%）最大震级的估算。水库地震的最大可信地震，可称为“极限水库地震”，是在目前诱震条件下，该潜在危险区所能发生的强度最大的水库诱发地震，它应该是为所有已知地质和地震资料所支持的、合理和可信的地震。不同成因类型的水库地震，其最大震级的估算原则是不一样的，如果一概按构造型水库地震来对待，在很多情况下会不合适地夸大水库地震的危险性。!）构造型水库地震的震级估算：目前国内外常取工程区天然构造地震的最大可信地震作为构造型水库地震最大震级的上限。然而，这种做法的安全裕度留得过大，除工程极为重要而又缺乏区域地震地质资料的情况外，一般不宜轻率采用。已知的全部震例资料都表明，水库地震的发震危险期在蓄水后的!&’%&年以内。因此，在有一定地震地质资料的地区，按照构造应变能“提前释放”的概念，构造型水库地震最大震级，应该小于或等—%((— 第二篇水利水电工程地质构造研究于从目前直至蓄水后!"#$"年的时段中天然地震的预期最大地震。在实际工作中以下方法用得较多：%&工程类比法。当所研究工程的地质构造环境和地震地质条件与已诱发地震的工程相类似时，取后者的最大震级作为本工程可能发生的极限水库地震。’&构造类比法。当工程所处的构造单元或控震断裂带（地震带）与邻近其他地区的构造条件相类似，且后者有比较丰富的历史地震资料时，取其历史最大地震或今后某一时段内最大地震的预测值，作为本工程可能发生的极限水库地震。(&断层破裂长度法。借用天然地震震级与断层破裂长度的相关统计公式，其表达形式为：!)"*+#,$式中!———震级；#——断层破裂长度，-.；"、$———待定系数。在水库地震危险性评价中采用这类公式，必须首先确认所研究的断层是有确凿证据的现代活动断层，同时要十分注意研究断层的分段（带）特征，合理估计水库地震可能引起的破裂段长度，否则所得结果太大，无实用价值。/&地震应变能积累与释放曲线法。根据当地的地震应变能积累与释放曲线，取当前外推至蓄水后!"#$"年内可能释放的最大能量，来估算极限水库地震的震级。可以看出，上述几种方法大都存在预测值偏大的因素。0&统计模型法。将在下文中结合前期预测的数学模型予以讨论。$）其他类型水库诱发的震级估算：我国1个喀斯特塌陷型水库地震的震例，最大震级为!23&4#!&1级，与库容和震中区水深之间没有相关关系。因此，喀斯特塌陷型水库地震的最大震级可取$&"#3&"级。在喀斯特管道系统十分发育，地形、水文、气候等条件极为不利的地区，最大震级可取其相当于历史记载最大天然塌陷地震的震级，一般不超过!25级。地表卸荷型水库地震和其他几种外成成因的水库地震，实测最大地震在!23级以下，一般对其最大震级无需进行专门的估算。3）震中烈度和衰减规律：许多文献中都提到，由于水库诱发地震的震源很浅，其震中烈度一定偏高，而衰减则较天然地震为快。在现场调查中也确实发现，!、$级的小震在震中区造成相当强烈的震感，甚至在一个很小的范围内带来某些破坏。在三峡水库地震的前期研究中，曾收集了我国震例中兼有震级和宏观调查震中烈度的资料，绘入图!67，并与浅源天然构造地震的!—%"经验关系式相比较。图!67中的实线为萨瓦连斯基—梅世蓉关系式，取震源深度&为!"-.的情况；虚线为湖北省地震局根据该省浅源地震资料拟合的关系式。从图!67中不难发现，当水库地震的震级大于里氏5#5&4级时，其震中烈度与上述经验公式的计算值大致相当，与天然地震相比并没有偏高的现象。我国!85&4级以上的水库地震只有3例，即新丰江、丹江口和楼窝。将其实测的宏观影响场资料与我国天然地震宏观影响场的统计资料相比较，两者的衰减规律之间也没有发现实质性的差别。可以认为，中等强度以上的构造型水库地震与浅源天然地震的衰减规律大致—$:9— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究相同。从图!"#还可以看到，所谓水库地震震中烈度偏高的情况，主要出现在震级较低的时候，而且烈度偏高的程度与震级之间也并非线性增长的关系，至今还没有看到里氏$级以下水库地震的震中烈度超过!度的情况。这些弱震大部分属于喀斯特塌陷型水库地震，其烈度和衰减规律受当地喀斯特发育特点、地形、水系等局部因素影响，离散度很大，难于拟合出普遍适用的经验关系式。有些研究人员把构造型水库地震与其他类型的水库地震的等震线资料集合在一个样本中，拟合出“水库地震的烈度衰减曲线”，应该说是没有实用意义的。图!"#水库地震震级与震中烈度的关系根据上述研究，在评估水库地震对建设场地的影响时，对于构造型水库地震，其主震的震中烈度和衰减规律可以直接选用当地天然浅源地震的相应数据；最大地震为里氏$%&级的非构造型水库地震，可以结合当地的地质条件，取其震中烈度为"至!度，极震区的范围不超过&%#’(。（&）对水工建筑物和库区环境的影响。对重点库段内确定的数个预测发震部位，按照各自的可能最大震级和恰当的衰减规律，逐个计算其对场（坝）址的影响，取其中最大者，即为水库地震的控制地震。一般情况下，控制地震都是构造型水库地震。非构造型水库地震的震级较小，即使发生在大坝附近，也不会带来很大影响。按照以上步骤求得的最大震级和对坝址影响最大的控制地震，是考虑最不利的条件下所可能发生的最坏情况。从工程可行性论证的角度，这是一个发生概率极小、但可以接受的上限值。在水工建筑物抗震设计中，这样的标准只适用于校核大型工程中的挡水建筑物和某些特殊重要的水工建筑物的抗震安全性。枢纽区的其他建筑物，则应按其不同的等级分别选取相应的设防标准。至于水库沿岸的一般工业民用建筑和分散的居民点，用此上限值来评估库区环境所受的影响，更是明显不恰当的。因此，对于诱发地震危险性较大的库段，在给出“极端水库地震”值的同时，还应该再给出一个发生概率较大的强度预测值，作为施工和运行期间具体组织日常防震抗震工作—+*)— 第二篇水利水电工程地质构造研究的合理标准。这个“一般情况”下的水库地震强度预测值，也可以称之为“常遇水库地震”，可按照该库段地震地质背景、天然地震的本底活动水平和具体的诱震条件加以确定，根据二滩水电站的经验，其取值比最大震级低!"!#$级较为合适。%#前期预测的数学模型在水库诱发地震的前期研究和预测中，研究人员曾尝试引入各种物理、数学模型，以期达到减少专家主观因素的影响和使预测意见定量化两大目的。（!）物理模型。一般是先验地选择某种成因假设或发震机制，设定岩体的若干参数及其诱发或不诱发水库地震的临界值，采用解析法或有限元法计算在库水荷载及孔隙压力作用下，库盆岩体中应力和形变随时间的变化，得出定量的预测意见。这类模型往往对复杂的地震地质和水文地质条件进行高度简化，主要参数难于取得实测值，在工程实践中没有得到广泛的应用。（&）统计预测模型。这类模型避开成因机制方面的争论，把与水库诱发地震有关的若干因素视为随机量，选取一定数量的发震水库和未发震水库组成样本集，分别求出每一因素不同状态的先验概率，然后按某个统计模型预测所研究水库的诱发地震可能性。我国研究人员试用过多种统计模型，目前应用较广的可分为以下两类：!）统计检验预测模型。美国地质调查所’()*+),等（!-.&）选用了库深、库容、构造应力环境、断层活动性和岩性类型等五个因素，用贝叶斯公式建立了预测是否发生水库地震的统计检验模型。这个方法引入我国后得到进一步发展：在待测对象上，从将整个水库视为一个判别对象改为按诱震环境的不同分成若干区段进行判别，有助于发现诱发地震危险性最大的地点；在影响因素方面考虑了不同成因类型的判别标志，增加了反映水文地质条件和库水作用的因素，取消了在分段判别中没有意义的库容因素；在预测目标上将震级分为三档至五档不等，同时判别水库地震的有无和最大震级的量值，且便于更好地反映不同成因类型的水库地震的特点。表!/-是二滩等水库采用的一种模型。表!/-水库诱发地震影响因素及状态状态诱震因素!&%!#库深0!$12-&"!$123-&2&#构造应力场环境逆断层环境正断层环境走滑断层环境%#断层活动性活动的不活动的—4#岩石类型块状岩体层状岩体碳酸盐岩体$#地震活动背景强中等微弱5#断层发育情况导水深度0&62导水深度1#$"&62导水深度31#$627#断层与库水接触关系直接接触有间接沟通不沟通.#喀斯特发育程度强弱不发育目标：诱震上限预测，分为五档：强震，!!5#1；中强震，5#10!!4#$；弱震，4#$0!!%#1；微震，%#10!；不发震。样本大小：选取&$!个大型水库，其中未发震&1$个，发震的45个（未取中、小型）。—&.1— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究!）模糊数学和灰色系统方法。由于迄今对水库诱发地震的成因机制及各种影响因素之间的关系仍不够清楚，有些指标很难用确定的数量关系给以描述，为统计检验模型的应用带来一定困难。模糊数学和灰色系统理论正适合这种部分信息已知、部分信息未知的问题。近年来提出了一些基于模糊数学和灰色系统理论的水库诱发地震预测模型，在前期预测中也有一定的应用。统计预测模型的共同弱点，在于样本的选取、诱震因素的选择及其状态分档，以及隶属度、权值、置信水平!的选取和功效函数的建立等，都带有人为的经验性，无法摆脱宏观类比法的巨大影响。因此，在目前的实际应用中，统计预测方法往往作为一种辅助手段，与地震地质类比法的结果互相印证比较，以使综合分析预测的意见更趋于合理和准确。三、蓄水期间水库诱发地震的监测预测施工和蓄水初期的水库诱发地震监测预测工作，实际上是整个水库诱发地震研究中最为敏感的部分，是施工和运行部门最为关心、也是勘测设计部门验证其预测意见的关键时段。水库诱发地震的前期预测不是具体某一次水库地震的震前预报，而是一种工程地震学范畴的评估。蓄水后不发生地震，或只发生了小于事前估计强度的地震，或者在非重点库段发生一些微震、极微震，都是很有可能遇到的情况。另一方面，即使在勘测阶段进行了水库诱发地震危险性的专题研究和预测，仍然难免发生一些出乎意料的情况，甚至在意外地点发生超出预测强度的震情。虽然!"世纪#"年代后期我国已在许多水利水电工程上设置了地震单台，但$"年代投产的一系列大型工程，如乌溪江、乌江渡、龙羊峡、东江、鲁布革等，在蓄水后地震活动明显增强的情况下，仍然面对着天然地震背景不清，新发生的地震无法精确定位，没有立即开展宏观地震考察和震中区地质调查等诸多问题。至于震情的动态监测及其与各种可能诱震因素之间的相关分析等工作，更是十分薄弱，不能及时判断是否出现了水库诱发地震，难于提出可信的发展趋势预测，给正在进行的工程施工带来被动。面临$"年代中、后期一批新的大型工程开始兴建和即将陆续投产的形势，直接为施工和运行服务的水库诱发地震安全监测保障的问题，必然地提上了议事日程。!"世纪$"年代末，在二滩水电站的施工准备阶段，首次提出“水库诱发地震监测预测系统”的概念，把地震台网监测和水库地震分析预测结合在一起，作为一个安全保障系统，自施工初期开始，直至蓄水位达到设计高程!%&次的整个时段内，严密监视库坝区的地震活动。一旦发生震情变化，立即采用现场地质调查和工程地质分析、大坝实际抗震性能的模型和原型测试等多种手段，作出判断和发展趋势的预测，及时为建设部门采取综合抗震对策提供技术依据，并指导进一步的监测和研究预测工作。目前，二滩工程的水库诱发地震监测预测系统已顺利运作’"年，三峡、小浪底、四川大桥水库等一批大型工程也都根据各自的特点组建了类似系统，先后投入运行。现结合二滩工程的具体做法概括介绍如下。（一）水库诱发地震监测预测系统的组成二滩水电站位于四川省雅砻江下游河段上，库坝区及其外围地震地质条件相当复杂，—!$’— 第二篇水利水电工程地质构造研究前期勘测阶段进行了初步预测，认为蓄水后出现诱发地震的可能性较大，建议及早设置水库诱发地震监测预测系统。!"##年$月，在施工准备阶段初期，工程建设单位（业主）就同时着手组建水情、滑坡和水库诱发地震三大监测预测系统。其中水库诱发地震监测预测系统在工程地质专业人员的主持下，由工程专用的地震遥测台网和水库地震分析预测组两部分组成。（!）二滩遥测地震台网。包括#个子台、%个中继站和!个台网中心，目的是监测坝区和两个主要诱发地震危险区蓄水前后的地震活动，能保证在台网的监控范围内不漏测!&!’()级地震。地震信息采用较大地震由计算机自动处理，微小地震信号由人工辨识、人机对话处理的方案，平行保存模拟信号纸介质记录和数字化磁介质记录两套原始资料。台网于!""!年$月建成，至今已连续运行#年多，从大规模土石方工程开始前一年，直至库水位首次达到设计高程期间，积累了二滩库区及外围地震活动的系统记录资料。为保证蓄水后库区出现震情异常时，能及时到震中区进行短期机动观测，在监测预测系统的总体设计中，预留了设置小型临时流动台网的手段。除此之外，没有安排其他的地震前兆观测手段。（%）分析预测组。由工程地质和地震地质人员组成的专门班子，负责组织和指导整个监测预测系统的工作，对诱发地震各主要危险区的地质构造和诱震条件开展多次现场调查，根据历史地震和台网观测资料细致分析库坝区天然地震活动的特点，制定了水库诱发地震的量化判据集，在截流前和正式蓄水前分别进行了补充预测，提出了工程建设各阶段防御水库地震的相应标准。自工程截流、库区出现人工水体之时起，本着直接为保障工程施工和运行期的抗震安全服务的目的，分析预测组坚持对震情进行不间断的动态分析。凡属库坝区地震活动的种种微小变化、外围强烈地震的影响、施工爆破作业和附近工矿爆破等，无一遗漏地处于严密监视之下；地震活动中每一次重大事件对工程可能带来的影响，都进行了地震地质分析，提出了相应的评估意见。（二）水库地震判别标准的制定一个地区的天然微震活动，在时间和空间上具有一定的随机性，可以用若干统计参数予以表征，称之为该地区的天然地震本底。只有当蓄水后库区地震活动性的变化明显超出天然地震本底的正常波动范围时，才有可能是诱发地震的表现。因此，在蓄水之前，根据水库地区的大地构造部位、地震地质条件和天然地震本底特征，制定适合于二滩具体情况的水库地震判别标准，是蓄水后辨识是否出现了水库地震及分析预测其发展趋势的基本依据之一。蓄水前对二滩库坝区进行的工作及成果如下：（!）根据本区地质构造的特点和水库淹没范围，将坝址和库首区所在的共和断块（含盐边断块东部）及其边界断裂带划为一个统计区，水库中、尾段所在的雅砻江断凹为另一个统计区，分别进行天然地震本底分析并判断其可能的水库地震类型。（%）将四川省区域地震台网、西昌遥测台网和二滩遥测台网的地震目录汇集在一起，连接成一个近*’年的资料序列，据此分别求出上述两个统计区中!&!%(’级的天然地震年频次和年释放能量的多年平均值及其变幅，实测最大年频次为平均值的*+)倍，最大年释放能量比平均值高出一个数量级（相当于!&’(,+’(#级）。（*）确认整个库坝区均属弱震环境，地震的发生具有随机性。其中只有三处小震比较—%#%— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究集中，它们分别与不同的断裂带和区域地应力场相关，有各自的空间分布特点，在时间序列和强度变化上也可以看到各自的准周期性。此外，还有几处小震成堆的图像，确认属于矿山和工程爆破所造成。以上述成果为基础，结合国内外已发震水库的资料，提出二滩水库蓄水初期辨识水库诱发地震的量化判据集如下。（!）时间分布。水库地震的初震只发生在围堰挡水之后和蓄水位"次达到设计水位之前的时间段内，发震初期地震与库水位有比较明显的相关性（正相关或负相关）。（#）空间分布。一般情况下，地震集中区处在距库边线$%"&’范围之内；在区域性活动断裂穿过或平行库边通过的地段则不超过!(&’。（$）地震年频次。超过天然地震实测多年平均值"%!(倍，其中后者适用于天然地震活动性相对较高的局部地段。（)）年释放能量。高出天然地震实测多年平均值#%$个数量级。（"）前、余震序列的*值。高于多年统计的天然构造地震的*值，可能超过!+(。（,）关于构造减弱型水库地震。蓄水初期地震年频次和年释放能量连续数年接近或低于多年观测系列中的最低值，且与库水位的升降呈明显的负相关。（三）库区震情的实时动态分析自施工截流后出现超过天然洪水最大水深和淹没范围的水体之时起，直至水库蓄水达到设计水位#%$次的整个时间段，是坝前人工水体形成的时期，也就是库盆水文地质条件原有的平衡受到破坏直至建立新的平衡的时期。水库诱发地震一般发生于这一时段，因此是监测预测系统工作的重点时段。（!）围堰挡水时期。二滩工程于!--$年!!月截流，主施工期经历了)个汛期，上游来水均属中等偏枯，堰后水位不高，两个主要的诱发地震危险区没有受到淹没。围堰设计淹没范围内的地震活动略低于多年平均水平，且与洪峰的时间和历程没有明显相关，说明整个围堰挡水期间并未出现水库诱发地震现象。（#）正式蓄水的第一年。!--.年"月!日，二滩水库下闸蓄水，库水位迅猛上升，第一天上升#/’，头!"天上升."’，淹没了西番田断裂和李明久断裂两个主要的诱发地震危险区。至,月#(日库水位已上涨了!#(’，达到第一台机组发电的要求。"月!/日和,月#/日，在西番田断裂危险区沿线的龙胜和茶海两地各发生一组极微震，最大震级为!0!+,级和!+!级。这一带是共和断块边缘弱震活动相对较多的地区之一，具有!(年左右的准周期，!--,年.月直至蓄水前夕的!--.年)月微震不断，其中最大为!--/年#月!0#+,级。上述两次微震群从频次和能量两方面均未超出天然地震的活动水平。通过对库区地震活动的实时动态分析、与水位升降特征的相关比较、地震地质条件和天然地震本底的对比，可以确认二滩水库蓄水第一年没有出现水库诱发地震。（$）现场巡视查访。许多震例经验表明，水库地震的初震有时极为微弱，只有很小范围内的居民有感。因此，当库水初次淹没预测危险区、短期内集中记录到多次小震的地段、当地居民反映有震感等情况时，都及时进行了现场巡视查访，对核查台网记录的可靠性，分辨地震传闻的真伪，判断小震的性质，安定库区居民情绪等，均有明显的作用。—#.$— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）重大地震事件的补充研究和影响评价。虽然二滩库坝区属于弱震区，但仍然遇到库区和外围的一些重大地震事件，需要及时作出正确的评价。"）"##$%"##!年间，发现紧邻坝址区极微震数量异乎寻常增多的现象，专题研究证明，主要是少量工程爆破和岩爆信号误判为地震所致，天然地震活动水平并未改变。$）"##&年"’月云南武定发生里氏()&级强震，"##(年$月又在云南丽江发生里氏*)’级强震，坝区均有明显震感。对其中影响较大的武定地震开展了震中区现场调查和地震危险性概率分析核算，证明由此引起二滩坝区峰值加速度的增加值不到"+，对二滩的区域构造稳定性评价没有实质性的影响。,）"##(年,%!月份，水库中段的德石、田湾一带发生-.!级的地震序列，是"#*’年区域台网运行以来，二滩库区范围内发生的最强地震活动之一。专题研究表明，它是库区正常天然地震活动的反映，预计蓄水初期&%"’年内可能再次发生类似强度的地震，但不属于水库地震，也不影响该库段水库地震的预测意见。（四）直接为保障施工和运行初期的抗震安全服务以往的水库诱发地震监测工作，局限于提交地震目录的旬报、月报，不能直接满足工程建设人员对安全监测的要求。二滩水库诱发地震监测预测系统，参照水情和滑坡监测预报系统的做法，结合工程施工、运行的计划安排，主动向业主提供震情信息、分析意见和对策建议，协助主管部门做好防震抗震工作。"）按照水电工程安全保障系统通常的做法，施工和蓄水的关键时段，每天提交观测日报，每周提交震情分析简报，保证业主能随时了解库区震情变化和可能的影响。$）按照施工和运行计划，结合各阶段安全鉴定工作的要求，分别在截流前、正式蓄水前和竣工安全鉴定前，提交水库诱发地震专题研究报告，对前一阶段震情变化规律作出小结，辨别是否出现异常事件并给以初步评价，提出下一阶段震情可能变化的预测意见、建议采用的防震抗震标准和对策措施等。,）根据《中华人民共和国防震减灾法》和其他规定，协助业主编制《水库诱发地震应急预案》；当库坝区发生破坏性地震时，在业主统一布署下，加强地震态势跟踪，调查震情灾情，预测发展趋势，并参加有关的应急工作。截至"###年"$月底，二滩库水位最高已达""##)#’/高程（"###年"$月"*日#时），距设计正常蓄水位"$’’/仅差"’0/，库坝区迄未发现异常地震活动。二滩水库诱发地震监测预测系统正继续严密监视着震情的动态变化，以确保水库运行的抗震安全。四、发生水库诱发地震后的对策研究当库区发生多次明显有感地震，或出现频繁的小震，经初步研究确认为水库诱发地震现象，并有继续加强的可能性时，工程决策者将面临着是否需要进行抗震加固，是否需要调整施工进度、改变蓄水和初期运行的安排，库区可能出现什么灾害等急待解决的问题。作为安全保障系统之一的水库诱发地震监测预测系统，就应该着手组织深入的专门性水库地震研究，以便及时提出趋势预测和对策建议。水利水电工程的抗震安全性评价工作必须由以下三部分组成：（"）工程场地的客观自然条件及其工程评价，水库诱发地震活动的特殊规律及其发展—$1!— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究趋势的预测。（!）水工建筑物本身及其与介质（地基、库水）相互作用下的抗震特性。（"）抗震对策的研究及各种方案的综合经济比较。新丰江水库诱发地震的研究，是世界上进行大规模综合研究的首次尝试，从一开始就十分注意研究的综合性和实用性，围绕确保大坝安全这个主要目的，地质、地震、水工抗震等各个领域协同攻关，从不同的角度探讨水库地震发生发展的特点和规律，及其对大坝和其他水工建筑物可能带来的影响，确定了合理的抗震加固措施。新丰江的经验对以后我国三十余年的水库地震研究具有深远的影响。新丰江之后，我国发生过水库地震的大型工程，如丹江口、乌溪江、乌江渡、龙羊峡、东江、鲁布革、铜街子等，都在不同程度上进行了水库诱发地震的地质和地震特性研究和发展趋势预测，工程抗震性能的复核，乌溪江、龙羊峡、东江等还进行了专门的大坝原型振动试验，测取其实际的动力参数，其中以乌溪江的工作最为典型。乌溪江水库位于浙江省衢江的支流乌溪江上，该地区天然地震活动微弱，构造上认为属稳定地区，坝区地震基本烈度!度。水工建筑物未考虑抗震设防，且选用了与新丰江相似的混凝土梯形支墩坝，但鉴于这类轻型坝型的横向抗震性能较差，特意在坝垛间的下部设了加劲撑墙，并进行横缝灌浆。#$%$年#月库水位开始上升，同年&月，距大坝#’()的高山村一带出现有感地震，#*月%日发生!+!,-级地震，震中烈度"度，民舍有轻微损坏，以后仍有频繁的微震。设计单位组织了水利水电、地震、地质、高等院校等部门，开展了深入细致的多学科综合研究，大体上可归纳为以下五个方面：（#）地质学研究，其中包括区域地质和地震背景研究、库区地质条件复核、震中区地震地质和工程地质条件详细调查等三个层次，以查明诱发地震的构造环境、发震构造和应力条件，并对以往确定的地震基本烈度进行复核。（!）地震学研究，包括库坝区及相邻地区地震活动整体规律的研究、震中区水库诱发地震活动特征的连续监测和研究、地震宏观调查等。在震中区组织了两次短期的小孔径密集台阵观测，重点研究了水库地震的时空分布规律和震源机制变化。（"）在大坝浇筑到设计高程之后，采用多种人工激振手段，进行大坝原型振动试验，现场实测大坝在顺河和垂直河流两个方向的自振特性。（.）按照已建成大坝的实际断面和经试验求得的各项参数，检验建成初期和混凝土达到设计强度后大坝的实际抗震能力。（’）按不同的抗震设防要求，对大坝的加固方案进行初步研究，作出所需经费的估算和比较。整个研究工作历时’年，其间召开了两次专题科研讨论会。一方面，确认该地区属于构造稳定区，地震基本烈度为!度；震中区和坝区均没有活动断层通过，水库地震是某个特定地段库盆及库岸表浅应力场局部调整的结果，与区域构造应力场无关；#$%$年#*月以来水库地震活动开始缓慢衰减，今后预期最大震级为!/"0.级，对大坝的极限影响不会超过!度。另一方面，通过大坝的现场振动试验、模型试验和动力计算，证明横向撑墙等结构措施使该坝的抗震性能有很大改进，实际上已能承受#度地震力的作用。根据上—!-’— 第二篇水利水电工程地质构造研究述结果，采取了明确的对策，即大坝可暂不采取加固措施，也没有必要推迟蓄水进程，但应继续严密监视水库地震活动的变化。经过蓄水多年和数次超过设计水位的考验，证明此项研究是成功的，结论符合实际情况，既确保了大坝建设的安全和按时投产，又节省了加固工程所需的大量补充投资。由于每个大型工程都有其特殊的地形、地质和其他自然条件，大坝和水工建筑物各具特色，在抗震方面需要解决的问题也各不相同，发生水库诱发地震后，很难列出统一的应急方案，必须由承建或设计单位补充编制有针对性的专题研究计划，组织地质、地震、水工、施工、环保等有关部门，共同开展多方面的论证，才能制定出合理恰当的对策方案。以下几点可以认为是我国在水库诱发地震对策研究中的共同经验：（!）最好的对策是及时开展水库诱发地震危险性的前期研究和预测、进行正确的工程抗震设计和在施工初期设置水库诱发地震监测预测系统。（"）由于目前大型工程各方面研究程度的提高，一般不需要再像新丰江或乌溪江那样补充大量基础地质、地震工作。但水库地震震中区的地震宏观调查、地震地质条件的详细研究、小孔径密集地震台网的短期观测研究、大坝原型振动试验和工程地震特性研究等工作，对制定正确的对策方案具有重要意义，需要花大力气进行。（#）“蓄水后库区发生的地震都是水库诱发地震”，这种观点是错误的。如果工程及时组建水库诱发地震监测预测系统，根据其资料是有可能比较准确地分辨天然地震与水库地震并区分出水库地震的主要成因类型的。只有预计将发生强烈水库地震且大坝不够安全标准的极少数情况下，才需要预先采取抗震加固等重大工程措施。（$）国内外水库地震的资料表明，发生大震的时间和强度，与震中区附加水头和水位上升速率之间，并未发现明确的相关性。因此，对于“延缓工期、分期蓄水”或“限制库水位上升速率”等措施，付出了极大的经济代价，却不一定能有效地降低工程在抗震安全上所承受的风险度，在采用时应取十分慎重的态度。（%）前期预测中提出的“极限水库地震”，只能用于校核大坝和对下游安全有重大影响的重要水工建筑物的抗震安全性，不宜套用到枢纽区的一般建筑物和库区的工业民用建筑物上。在库区地震活动显著增强，或已判定为水库地震时，可按预测的“常遇水库地震”组织有关库段的防震减灾工作，并根据震情发展的实际情况和趋势预测意见适时作出调整。第五节区域构造稳定性综合评价区域构造稳定性综合评价是水利水电工程可行性研究（或预可行性研究）阶段的重要工作之一，对论证工程的可行性、合理选择坝址、坝型等有一定的意义；在现代构造活动强烈，区域构造条件特别复杂的地区，有时可能成为确定规划方案和坝段坝址选择中的决定性因素之一。一般情况下，通过上述的区域构造背景研究、断层现代活动性研究、地震危险性研究和水库诱发地震研究等方面的详细工作，就能够对建设场地的区域构造稳定性—"’&— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究得出恰当的评价意见。然而，水利水电工程所处的自然条件千差万别，研究程度深浅不一，在区域构造条件复杂的地区，往往有些问题一时很难查清，或者不同的研究者各执一词，使其结论带有较大的不确定性，从而影响到区域构造稳定性综合评价的可信度和不同坝址、不同方案之间的可比性。因此，近年来国内外研究人员都在探索评判因子的量化和利用某些数学模型的方法和途径。一、定量（半定量）评价方法我国区域构造稳定性评价的定量化探索，始自!"世纪#"年代初期。为解决区域构造条件复杂地区重大水电、核电、矿山等工程的选址和抗震设计等问题，工程地质人员尝试判定影响区域构造稳定性的各主要因素（因子），并通过因子的量化和赋以不同权值的方法，寻找一种尽可能减少主观随意性、从而具有较高可比性的方法。经过十余年的工程实践，迄今还没有一种方案得到普遍的认可，其关键在于影响因子的合理选择和区域构造稳定性等级的划分。（一）影响因子的确定目前常见的几种方案主要适合于区域构造稳定性分区（或区划）的需要，实践中有时也套用于重大工程场址的区域构造稳定性评价。中国科学院地质研究所（$%#&，$%#’）结合二滩水电站、苏南核电站和金川矿区的研究，提出区域地壳稳定性评价的$"项因子，即：!地壳结构与深断裂；"活动断裂和地壳第四纪升降速率；#叠加断裂角；$大地热流值；%布格异常梯度值；&地壳压强偏差值；’地壳应变能量；(地震最大震级；)地震基本烈度；*与地壳运动有关的地面形变。《长江三峡工程坝区及外围地壳稳定性研究》的宏观评价中也考虑了其中部分因子的影响。原地质矿产部环境地质研究所胡海涛等（$%#(）在广东大亚湾核电站的工作中将区域稳定性区划分为三级。一级区划按构造体系及其联合、复合关系进行。二级区划主要考虑：!次级断裂组合关系；"断裂活动性；#地震活动性；$断块的介质结构特征。三级区划按：!构造部位；"介质条件，包括岩体质量系数和岩体平均裂隙率两项；#断层活动速率；$地震活动指标，包括地震基本烈度和外来影响烈度两项；%物理地质作用指标，如山体稳定系数等。殷跃平（$%%$）在黄河大柳树坝址的区域地壳稳定性评价中考虑了以下因子，即：!区域断裂活动性；"潜在震源；#场址基本烈度；$地质灾害；%坝区岩体结构类型；&坝区及附近地表断裂。袁登维、孙叶等（$%%(）在三峡工程区域稳定性分区中列出了$$项因子：!地震基本烈度；"历史地震影响烈度；#地壳形变特征；$断层位移速率；%断裂延伸长度；&断裂切割深度；’应变能集中程度；(断裂安全度；)断裂活动最新年龄；*地块介质类型及完整系数；+,-与断裂活动有关的外动力地质灾害发育程度。以上均属于多因子方案之列。不同方案选取的因子差别相当大，但大体上包括了三—!#)— 第二篇水利水电工程地质构造研究类指标，即区域地球物理场和地壳应力—形变场资料、场区或近场活动断层和地震影响资料，以及地壳表层的区域工程地质资料。对于一般大型水电工程场区而言，受需要和可能之限制，有些因子很难取得可靠的资料，另一些因子只能反映区域性的变化，对!"#$%&尺度的建设场地并不敏感，也过于粗糙。在编制《水利水电工程地质勘察规范》（#’(’"#’’)）和与之配套的《水利水电工程区域构造稳定性勘察技术规定》（#’’*）的过程中，总结了某些大型水电工程的经验，结合《水工建筑物抗震设计规范》的规定，提出：!地震基本烈度及相应的水平峰值加速度；"活动断层；#地震活动；$区域重磁异常等+项，作为建设场地区域构造稳定性分级和评价的基本因子，近期已被许多大型水利水电工程所采用。这是典型的少因子方案，突出了现代构造运动对工程可能造成危害的两大问题，所需资料是常规区域构造稳定性研究中所规定工作能取得的，比较适合于大型水电工程场区的区域构造稳定性评价。另一方面，这个方案对地壳形变场和深部地球物理场的区域性变化考虑不足，若用于涵盖若干一、二级大地构造单元的大范围区域构造稳定性分区（区划），则显得过于简单。（二）分级（分区）的确定中国科学院地质研究所李兴唐等以地震灾害为主，结合工程抗震要求，将地壳稳定性分为“稳定区、基本稳定区、次稳定区、不稳定区”+个等级。原地矿部编制的《工程地质调查规范》（#’(’）将地壳稳定程度分为“稳定、较稳定、较不稳定、不稳定”+个等级。三峡工程库首区地壳稳定性分区（#’’,）在以上+个等级之下，又根据地块的岩体性状特征，即“块状岩体的地块、一般沉积岩类的地块、松散堆积类的地段、构造带内稳定性相对稍差的地段”，在每个等级之下再划分出+个二级分区。水利水电工程地质的有关规定中则分为“稳定性好、稳定性较差、稳定性差”)个等级。四分法和三分法两类方案没有本质上的区别。各项指标的量化，一般也按稳定性的等级分为四档或三档，其中有些分档标准是否合理，还缺乏深入论证，从而影响到最终评价结果的可信度。在水电工程的实际使用中，四分方案的二、三档界线较难于掌握，特别是在我国西部地区的大型水电工程，由于各项因子都带有不同程度的不确定性，研究人员的个人取舍具有很大影响，往往偏向“基本稳定”的等级，个别情况下甚至造成某种虚假的安全感。以规范化程度较高的“地震基本烈度”这一因子为例，表#-#$列出了几种量化分档的方案。遭受烈度%度地震影响的地区，“一般房屋严重破坏和部分倒塌，平均震害指数达到$.!"$.*”，“滑坡塌方常见，基岩可能出现裂缝”，将其归入“次稳定区”或是划为“不稳定”区，是存在争议的；至于将烈度&度区划为“基本稳定”，而烈度’度区划为“次稳定”，意见就比较一致。然而在实际工作中，正如胡海涛指出的那样，往往把“基本稳定”区认定为“(度/基本烈度/’度”。由于每一烈度值本身就包括了地震影响强弱的一定范围，而并非一个确定值，这样就难免人为地扩大“基本稳定”区而缩小“次稳定”区。—0((— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究表!"!#研究区按“地震基本烈度”分档的比较表区域构造稳定性分档方案提出单位或研究人员稳定基本稳定次稳定不稳定稳定较稳定较不稳定不稳定中国科学院地质研究所!!度"度#、$度"%度（李兴唐等，!$%&，!$%’）胡海涛、殷跃平等!度(基本四分法!!度#、$度"%度（据李兴唐调整修改，!$$’）烈度(#度原地质矿产部!!度"度#度"$度《工程地质调查规范》（!$%$）《水利水电工程区域构造稳定性稳定性好稳定性较差稳定性差三分法勘察技术规定》（送审稿，!$$)）!!度!度(基本烈度($度"$度为了更确切地反映场址在区域构造稳定性上的差异，在水利水电工程地质规范的编写过程中，结合目前我国水工建筑物抗震设计的水平，以及相应行业规范的规定，提出了稳定性分档的三分法方案。其中“地震基本烈度”一项（见表!"!#），是将等于或小于!度区划为“稳定性好”的等级，其工程意义是“可不进行抗震计算”；!(基本烈度($度的地区合并划为“稳定性较差”的等级，在这类地区中，我国已经积累了成功进行抗震设防的丰富经验，发布了相应的专业规范，规定大型水电工程的壅水建筑物必须根据不同情况分别按设计烈度"、#、$度进行抗震设计，能够确保工程抗震安全；基本烈度"$度的地区划为“稳定性差”的等级，这类地区目前还缺乏大型水电工程抗震设计的成熟经验，一般不宜选作拟建工程的坝址。（三）区域稳定性评价的数学模型这类数学模型目前还处于初步探索阶段，见诸文献的有以下几类。（!）选择容易量化且可比性较好的若干因子，按稳定性等级进行相应的分档，每档赋予某一确定值或某个取值范围，然后由研究人员根据地质、地震等条件，确定场址各因子所属的分档（或称为该因子的“状态”），经过人工综合分析判断，作出场址的区域构造稳定性评价意见。这是一种半定量的方法，简单易行，也有较好的可比性，工程上应用比较广泛，但只适用于少因子的方案。对用于区域构造稳定性分区的多因子方案，常遇到不同因子所属状态不一致甚至互相矛盾的情况，人工综合分析的不确定性很大，不同研究人员得出的结论可比性较差。（*）对区域构造稳定性的不同等级由专家分档赋值（例如按+分制打分或确定各档的取值范围）；每个因子分为若干状态，亦由专家进行赋值。根据研究区的实际条件，分别判定某一地区或地段各因子所处的状态，并按因子的重要性分别确定权值，通过加权平均求得“区域稳定性系数”，与事前规定的稳定性等级标准比较，从而确定该地区所属的区域构造稳定性等级。—*%$— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）区域构造稳定性专家系统，是在充分吸收一位或几位本学科权威专家的知识的基础上，建立专家知识结构模型和几个层次的知识库，应用计算机辅助决策评价的方法，设计同时具有形式逻辑推理、概率推理、可信度推理和反映专家主观专业直觉的默认推理等能力的推理机，通过人机对话，输入研究区有关的地质和地震资料，由计算机作出该区的区域构造稳定性评价。（"）按照选定的区域构造稳定性等级划分和若干影响因子的隶属函数，利用模糊数学的方法，进行多因子模糊评判，并通过选用不同的因子组合及权重组合方案进行敏感度分析，以减少评判中的主观随意性，提高成果的可信度。（四）区域构造稳定性数值模拟根据对研究区地球动力学环境、区域地质构造格局、区域构造应力场、区域新构造运动和地震活动规律，以及库坝区附近主要断裂的空间展布、交切关系、新活动性、古地震和现今地震活动等资料的认识，建立一定的力学—数学模型，通过有限元数值模拟分析，反演研究区现今应力—形变场及应变能分布特征，并据以作出区域构造稳定性评价。这种模型将反演得出的应力—应变集中部位和量级作为唯一标志，来评价给定地区或地段的区域构造稳定性，也可称为单因子模型。早期多采用线弹性有限元模拟分析，如#$世纪%$年代初期中国科学院地质所在二滩地区的工作。%$年代末进一步发展为同时进行线弹性和黏弹性有限元数值模拟，分析现今应力—形变场特征，并分析其随时间（例如&$$年后和#$$年后）的演变趋势，成都理工学院在锦屏、小湾、溪洛渡等特大型工程可行性研究阶段的工作具有代表性。（五）水利水电工程区域地质工作中建议的评价方案回顾近#$年定量（半定量）化方面的探索，对于大型水电工程场区的区域构造稳定性评价工作，可以提出以下几点看法。（&）区域构造稳定性定量评价方法的任务，是从地震地质背景方面，尽可能客观地求得建设场地构造稳定性程度的定量、半定量参数。至于建筑物的抗震要求、工程施工活动导致的地质灾害等，不同类型的工程有不同的要求，不同行业部门已经制定了各自的抗震设计规范，没有必要也不可能有效地纳入区域构造稳定性评价方案的考虑之中。（#）合理选取影响因子，是评价方案能否得到推广应用的关键，不能只按一般概念确定，也并非越多越全面，而是必须通过多个工程实践的筛选以及专门的敏感度分析，才能被地学界和工程界所接受。先由不同行业按其工程特点制订各自的定量评价模型并在应用中逐渐改进，然后再通过理论概括得出普遍适用的模型，可能是一条更有效的途径。（!）对于用目前常规勘察手段很难取得定量参数的那些因子，模型中尽量不要选用，以免人为增加新的不确定性或掩盖主要因子的作用。（"）水电工程的区域构造稳定性评价应以场区评价为主，稳定性分区（区划）只限于规划阶段的某些情况（参见本章第一节）。按照上述认识，结合近年来水利水电工程区域构造稳定性研究的经验和规范编制研讨中的进展，可提出适用于大型水利水电工程场区区域构造稳定性评价的半定量方案见表&’&&。—#($— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究表!"!!区域构造稳定性分级和评价表分级标准稳定性好稳定性较差稳定性差参量地震烈度!!"##$"%相应的加速度!$%$&’($%$’$(#$%)*)("$%)*+(坝址&,-以内有长坝址&,-以内有长坝址&,-以内无现度小于!$,-的现代活度大于!$,./的现代活现代活动断层代活动断层动断层，但不是!"*动断层，且有*级以上级地震的发震构造地震的发震构造近场区（坝址周围半近场区有*!!12径0$#+$,-范围之级中强地震或不多于近场区有多次!"2地震活动内）无!"*级地震活一次的!"2级强烈地级的强烈地震活动动震区域性重磁异常不明有明显的区域性重磁重磁异常无区域性重磁异常显异常表!"!!中所列各项指标，需结合坝址及其近场区的具体情况，进行综合分析判定，不能以某一单项指标作为唯一依据。考虑到我国水工建筑物抗震设计当前的水平，在稳定性差的地区内，坝址不宜选在震级等于或大于里氏3%*级的震中区，大坝等主体工程不宜跨建在已知的现代活动断层及与之有构造活动联系的分支断层上。必须修建者，其抗震安全性应进行专门研究论证后，报主管部门审查、批准。二、定性评价方法（一）现行定量评价方法的局限性由以上简述不难看到，现有的区域构造稳定性定量评价方法还存在着相当大的局限性，主要表现在四个方面：&尚未能建立得到公认的区域构造稳定性评价的物理模型；’数学模型中影响因子的选择有较大的任意性，缺乏对每个因子贡献大小的定量研究，也影响到权值的合理确定；(影响因子分档标准的量化大都缺乏足够样本的论证；)不同方法和方案之间缺乏可比性。这可能正是近0$年来，与断层活动性研究、地震危险性研究相比，区域构造稳定性综合评价的定量化方面进展较小的原因所在。事实上，许多工程场地定量评价的结果，往往只是专家个人宏观判断的某种量化表达形式。在实际工作中，通常先用定性的综合分析—0’!— 第二篇水利水电工程地质构造研究法对场址的构造稳定等级作出判断，再用一种或几种定量方法进行计算，得到的结果作为定性评价的佐证。（二）构造类比和地震地质类比法这是水利水电地质人员十分熟悉的方法，主要从大地构造格架、区域性活动断裂及其次级断裂的展布、地震活动等方面进行综合分析评价，不再赘述。“安全岛”理论也是构造类比和地震地质类比法的一种具体应用，其出发点在于可在强震区或高烈度区寻找到“相对稳定地块”，作为工程建设的场址。这个方法在水电工程的区域构造稳定性研究中曾得到一定的应用。从理论上讲，大至板块，小到岩体，都能划分出相对活动的区带和相对稳定的地块，通过水电工程的实际应用，取得了以下两点经验。（!）所谓“相对稳定”，应指其与邻区构造稳定性的比较而言。在稳定性差的地区中的“相对稳定地块”，其稳定性等级可能是“稳定性较差”，也可能仍然属于“稳定性差”。因此，笼统地作出类似“坝址所在地块属于相对稳定地块”的评价，是没有工程意义的。为避免将“安全岛”与区域构造稳定性分级中的“基本稳定”、“较稳定”相混淆，应该同时对“相对稳定地块”本身的稳定性等级作出明确评价，例如“坝址所在地块属稳定性差的等级，与其周围强烈地震带相比，是条件略好的‘相对稳定地块’”。（"）相对稳定地块必须有一定的尺度。划分得过细过小，例如将同一区域性断裂带中相距数公里的两条断裂之间相对完整的大型构造透镜体确定为“安全岛”，从区域构造稳定性的角度看，同样是没有意义的。用四级大地构造单元作为评价相对稳定地块的基本尺度比较适宜，最小的范围不应小于半径#$%&’(、或距边界断裂不小于#$%&’(。这一数据相当于强震影响场统计所得的极震区的尺度，也是现代活动断层距坝址的最小允许距离。综上所述，笔者建议在区域构造稳定性评价中宜详细阐述工程区区域构造稳定性的具体条件，不宜笼统使用“安全岛”的概念。（三）工程类比法在抗震设计和制定抗震措施方面，工程类比是常用的方法之一。在区域构造稳定性分析评价中，将若干工程进行宏观比较，同样有一定的意义。这是因为当地质工作局限在一个工程的范围内，有时难免夸大或缩小某些影响因素的作用，而对处于不同构造环境中的工程进行横向对比，往往有助于发现本工程在评价中存在的问题。二滩、百色和龙滩等)个水利水电工程均确定为地震基本烈度!度地区，场区!**年超越概率*+*!的水平峰值加速度分别为*+"#,-、*+"*"-和*+)!!-。然而，从这)个工程的大地构造部位和近场构造环境的宏观判断，可以得到十分明显的结论，即二滩的区域构造稳定性是三者中相对较差的，而龙滩应是三者中相对较好的。经过详细核查，发现在龙滩工程的地震危险性分析中，在潜在震源区的划分、不确定性校正等几个方面存在某些不完善之处。三、区域构造稳定性的综合评价中应注意的事项本章各节所述，就是水电工程场地的区域构造稳定性分析和综合评价的内容与顺序。—"."— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究在这里，从当前学科发展水平和实际工作的经验出发，提出一些注意事项。（!）区域构造背景研究是重要的第一步工作，要作出区域构造稳定性初步的宏观评价，找出影响研究地区的关键因素，合理地指导后续各项专题研究。对区域构造条件简单明朗的场地，可以不再进行更多的工作而直接得出最终评价意见。（"）专题研究是人力物力耗费相当大的工作，如果脱离大的构造环境而过分沉迷于个别现象或个别方法中，往往会事倍功半。（#）许多影响因素的研究结果带有多解性和不确定性，或不同方法得到的数据互相矛盾，在决定取舍时同样不能脱离对区域构造环境的判断。采用某些数学方法进行综合评判，对单个因子的效果要比对复杂系统的更好些。（$）区域构造稳定性综合评价的各类数学模型，其结果在现阶段更多地反映稳定性程度或趋势上的差别，实际上只具有定性的参考意义。（%）在专题研究和各类数学模型分析评价的基础上，再由工程地质人员综合各方面的成果，进行更高层次上的宏观评价，是十分必要的。这样得出的结论往往争议较少，可信度较高。四、区域构造稳定性评价在水电建设中的应用一般情况下，区域构造稳定性的评价很少成为水电工程建设中的控制因素，然而，也不乏因区域构造稳定性问题而促进或影响建设进程的事例。（!）规划和第一期开发河段的选择。云南省的水电开发规划，在纵贯全省的金沙江、元江、澜沧江和怒江中，选择了澜沧江，又首选澜沧江中段作为第一期开发的河段，从区域构造稳定性的角度看，是十分合理的。目前，该河段上的#个梯级电站，漫湾、大朝山已经建成，小湾正在积极筹建中。（"）场地和枢纽建筑物类型的选择。黄河黑山峡河段的小观音坝址和大柳树坝址的选择，区域构造稳定性评价曾是长期争论的问题，经过许多单位多年研究，认为两处均处于活动构造带内的相对稳定地块之上，地震基本烈度均为!度，区域构造稳定性不属坝址选择的决定性因素。新疆克孜尔水库坝址位于强震区，秋里塔格断裂在坝址南#&’处通过，是一条具有里氏(级以上强震背景的现代活动断裂，其分支断层)"沿河谷右岸阶地穿过坝址，有全新世活动的确凿证据。经过专门论证，采用特殊的坝型和防渗措施，建成我国第一座横跨已知活动断层的当地材料坝，!**!年+月蓄水，已安全运行+年。云南小湾是我国拟建的首批坝高#,,’量级的重大工程项目之一，澜沧江断裂带中段的八字耳朵断层北距坝址不足$&’，其次级断层)(等平行坝轴线通过坝区，据测年资料认为晚更新世早期有过活动，成为坝型、坝线选择和水工建筑物布置的主要控制因素。（#）关于区域构造稳定性的复核。在勘测设计过程中或水库建成投产后，若发现区域构造稳定条件有重大变化，为确保工程的抗震安全，有时需要根据新的情况进行区域构造稳定性复核。桐子林是勘测阶段因对断层活动性有更深化的资料而重新进行地震危险性复核的事例（参见本章第三节）。二滩水电站施工后期，!**%年!,月在坝区以南!"%&’的云南武定县境内发生里氏-.%级地震，虽然该次地震对二滩的影响仅为烈度"度左右，但使二滩外围的地震构造格局发生了重大变化。为此开展了专题研究，沿控震的易门断裂—"*#— 第二篇水利水电工程地质构造研究增补一个南北向的!级潜在震源区，通过地震危险性复核计算，证明不会对二滩坝址的区域构造稳定性带来实质性的影响。第六节活动断层监测和地震监测一、监测工作的意义和目的活动断层监测和地震监测是区域构造稳定性长期监测的主要工作内容，具有重要的实用价值和理论意义。"#为前期勘测中区域构造稳定性评价服务对于大型水电工程，在地震地质条件复杂，特别是区域构造稳定性成为论证工程可行性的重要因素的情况下，有时需要在可行性研究阶段，甚至早在规划阶段后期，就布设一定规模的断层活动性监测站和地震监测台（网），及早观测和积累有关资料。这类直接在现场观测的数据，经过严格检查和科学分析，往往极具说服力。三峡工程早在"$%&年就围绕黄陵地块布设了地震监测台网，至"$$’年共(&年的资料，坝址所在的黄陵地块南半部（雾渡河断裂以南）只记录到%次!)*"#+级的极微震；在“七五”期间，专门在坝址附近结晶岩体内的沿江地段设置密集台网进行强化观测，于"$&!,"$&$近两年半观测期间没有记录到任何微震和极微震，为确认黄陵地块是稳定地块的结论提供了无可辩驳的证据。新疆克孜尔水库穿过坝址的活断层-.，于"$!"年设立跨断层短水准观测，"$!$年增设短基线观测，根据"$!.,"$$+年"&年的实测数据，求得断层两盘垂直位移量年均值+#"//00、左旋扭动量年均值+#(%/00等参数，对确定大坝布置方案和抗震措施提供了可靠的依据。.#为施工和蓄水运行初期服务由施工截流至蓄水头几年，人为工程活动对坝址和库首地质体造成的影响最为强烈，是库岸边坡和坝基失稳的敏感期，也是水库诱发地震的敏感期，活动断层的异常变化或库首区地震活动水平的增强，有可能影响到施工正常进程和水库运行的计划安排。有关的监测资料及其实时分析，对工程抗震决策有重要意义。在二滩水电站施工期间，其外围发生了多次强震和中强震（"$$%年"+月武定’#%级、"$$’年.月丽江!级、"$$&年""月宁蒗’#.级、"$$&年".月宣威%#"级和大理/#&级等），距大坝$+,.(+10，工程区明显有感；"$$’年(月，库区中段德石一带发生!)/#+级地震，是二滩地震监测台网运行以来库坝区记录到的最大地震，坝区亦有震感；蓄水的头几个月，库区不同部位也记录到一些极微震。由于监测资料完整，通过实时分析计算，提出对外围强震的影响无需采取特殊防范措施，也没有必要为防范水库地震而限制蓄水高程和控制蓄水速率，从而保证了施工和蓄水进程的顺利实现。(#为水电工程长期抗震安全保障服务—.$/— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究对场区确有活动断层或已发生水库诱发地震的工程，在竣工投产后很长时间内仍需坚持其监测工作，并纳入大坝内外安全监测工作的序列之中，以保证能及时发现意外险情，采取恰当的对策，确保工程抗震安全。龙羊峡水库于!"#$年开始蓄水，!"#%年在左坝肩下游&’’(处、垂直河流展布的)%断层上布置了两个监测点，进行平面二维变形监测；!""!年又在通过左坝肩且大致平行)%的小断层)%&上设了一个测点，观测一直延续至今。!""’年*月在大坝以西#’+(的塘格木地区突发里氏$,"级强震，断层活动测量仪的记录笔产生突跳后即刻恢复到原位运行，说明该地震未引起)%的活动，对大坝安全没有威协。新丰江水库自!"$-年发生里氏$,!级强震后的二十余年间，还记录到大于.级和多次大于*级的强余震，迄今余震没有完全平息。自!"$’年开始组建地震台网后，几经调整、改造，地震监测坚持至今，已近*’年。*,检查验证前期工作中的结论和预测模型前期勘测工作中的区域构造稳定性评价意见是否正确，采用的预测模型是否真有道理，长期监测积累的资料，是最权威的评判者。根据实测资料来检验各种理论，改进工作方法和物理—数学模型，是学科发展的重要途径。隔河岩水库蓄水前曾进行过水库诱发地震危险性研究，采用“喀斯特水文地质结构分类”的方法预测喀斯特塌陷型水库地震的可能发震部位和强度。蓄水后库区多处发生了水库地震，根据遥测地震台网和震中区现场考察的资料，证明该方法整体上是有效的，同时也找到了某些环节上改进的途径。经过改进的方法在长江三峡库首区技术施工设计阶段开展的喀斯特塌陷型水库地震的预测工作中得到了应用。二、活动断层的监测水利水电工程建设中的断层活动性观测包含两个层次的工作，即论证所研究断层是否具有现代活动性和测取已确认的现代活动断层的活动性参数。（一）用于论证断层活动性的监测工作在区域构造背景研究中，对于场区或近场范围内通过的高等级断裂，或场区所在的构造单元的边界断裂，当认为或怀疑它们可能具有现代活动性，而又缺乏直接证据或与现有其他资料互相矛盾时，往往求助于断层活动性观测。在观测时段足够长的情况下，其结果具有很高的可信度，是证实所研究断层是否具有现代活动性的重要定量方法之一。长江三峡地区的仙女山—九湾溪断裂、天阳坪断裂和远安西断裂，是黄陵地块周缘的边界断裂，它们的活动性对三峡坝区的区域构造稳定性评价关系重大。这几条断裂的测年资料相应为!%万/!*万年、-&万年和-#万年，记录到沿断裂的!01&级的地震相应为!次、’次和!*次（包括远安东断裂和西断裂），最大震级相应为&,’、!,.和*,#级。!"%%年和!"#’年分别在这些断裂上设置了短水准和短基线观测，十余年的资料显示其年均形变量相应为’,’$/’,’%%((、’,’’((和’,’-#((。结合其他指标进行综合评判，确定这三组断裂的活动性分别为轻微活动—微活动、基本不活动和弱活动。新疆克孜尔水库!"%!年跨)-断层设置的测点和青海拉西瓦水电站下游伊黑龙断裂于!"#.设置的测点，也具有类似—-".— 第二篇水利水电工程地质构造研究的作用。为此目的而设置的断层形变观测站，一般于可行性研究阶段布设，对个别争议很大的区域性断裂带，也有早在规划阶段后期就布置测站的。最好是沿断裂带选择两处以上有代表性的地段设站，构成观测带，可以大大减少资料解释的不确定性。这些测站，特别是距勘探工地较远的地方，多采用地表跨断层的短水准、短基线、三角网等方法，近年已开始应用高精度的!"#技术。此外，对于一、二级大地构造单元的活动边界断裂，国内有关部门大都已设置了观测断面；国家水准线或有关部门设置的大地形变观测网，当其跨过场地附近的断层时，也会积累一部分点距大、复测周期长的形变资料，都应该收集以供综合分析参考。（二）测取断层活动性参数的监测工作当通过区域构造背景研究和断层活动性专题研究，确认在场区（坝址$%&范围内）存在现代活动断层，特别是存在有可能直接影响建筑物抗震安全的断层时，必须进行长期监测，其目的有二：（’）直接测取断层活动性参数（年均位移速率、两盘相对运动性质等），为建筑物抗震设计提供必要的定量资料，并在工程投入运行后监测断层活动对抗震措施的实际影响，前者如云南小湾工程对()断层的监测，后者如新疆克孜尔水库对(*断层的监测。（*）外围天然地震或工程施工活动对断层活动的影响，用于估计断层的应力应变状态和运动性质，并作为一种前兆信息，预测近期发生地震的可能性，如对青海龙羊峡水电站()和()+断层的监测等。这类监测多数安排在可行性研究后期或初步设计阶段开始，我国已有多个大型工程开展了场区内活动断层形变的仪器监测。目前应用较多的是在专门的平洞内设置断层活动测量仪，对断层形变进行连续自动的模拟记录；也可以采用跨断层的短水准、短基线、钻孔倾斜仪，以及水管倾斜仪、石英伸缩仪等方法。（三）水电工程活断层监测的某些特点活断层的监测工作，除遵守现行的各类测量规范外，还需要充分考虑水电工程建设的某些特殊要求和取得的经验。（’）已有观测资料表明，多数断层活动的年速率仅为’,-’,,的量级，而大型水利!&水电工程从可行性研究到开始正式施工，一般仅有’,年左右，在这么短的时间内要取得断层是否活动的确凿证据，是相当困难的。因此，对于必须进行监测的重要边界断裂，应尽早决策，同时在几个断面上开展观测，以利于排除其他干扰，获得可靠数据。（*）水电工程坝址多半选择在山区峡谷地段，活断层通过的地方常又比较破碎，布置地表观测断面时，要特别注意避开重力变动带和陡坡岩体蠕变的影响带，保证两盘测点均设在断层影响带之外的稳定基础上。（+）从某些工程的经验看，在大范围的区域构造格架及高等级边界断裂的活动性尚不清楚的情况下，最好避免过早在坝区低等级的小断层上布置形变观测点。这是因为这类测点往往按测年资料选设在最后一次活动很新的断层上，由于各种测年方法的不确定性较大，即使形变观测资料显示断层有微小或弱活动，仍然难于达到证明高等级边界断裂是—*/.— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究否活动的目的。（!）对场区可能直接影响建筑物的重要活断层，如必须进行监测的，测点应争取布置在平洞中，并应深于边坡风化、卸荷带的范围；地表测点要选在山体（岩体）稳定的地段，设在专门修建的观测室内，以尽量降低温度、降水、风和各种人为因素的干扰，提高观测精度；应争取进行三维、至少是平面二维变形观测，不能只按断面最新擦痕的性质布置单向测线；应争取沿断层的不同部位布置两个以上的观测断面（点），以利于排除与断层活动无关的地表局部影响；对于坝区和库盆范围内的断层，应争取至少在施工之前一二年开始监测工作，以取得天然状态下的断层活动的背景资料。（"）在观测资料的分析中，除按规范排除一般的测量误差影响外，要注意分辨场区或外围地震造成的瞬时影响（如龙羊峡，见上文）和中、短期影响（克孜尔外围两组中、强震之前#$的观测曲线上有明显异常，相当于地震中期和短临前兆异常）；对处在大坝和库盆开挖及载荷影响范围内的断层形变分析，则应与各施工阶段坝基岩体变形和库盆沉陷等因素综合考虑，将断层在外载荷作用下的应变与构造活动的反映细致地区分出来。还需要指出，有的工程从大坝稳定的角度，对坝基及其附近的软弱结构面进行监测（如东江水电站对距坝踵$"%以内的#&和#$两条断层，以及斜穿拱坝左坝肩第$"坝块的’(裂隙的监测），虽然使用的方法和设备相同，但其观测结果并不具有构造形变的意义。三、地震和水库地震监测地震监测是区域构造稳定性研究中另一项行之有效的手段。自)*"+年组建长江三峡台网和)*(,年组建广东新丰江水库诱发地震监测台网以来，!,年间我国有近&,个水电工程先后设置了专用的小孔径地震台网，另有数十个工程设有单台。随着地震仪器研制的进展，水电地震台网技术不断更新，目前无线模拟遥测地震台网已得到广泛应用，正向数字遥测台网发展。在台网设计组建、运行管理、资料分析应用等方面积累了丰富经验，形成了有别于区域地震台网观测的一些特点。（一）水电工程地震监测的类型按照建设工作阶段和研究目的之不同，地震监测可分为三类。（)）临时台站或台网观测。在前期勘测工作的可行性研究阶段，少数情况下在规划阶段进行，只设一个临时台或由&-!个台组成小网，观测几个月至一、两年，取得一定资料后即撤消。观测目的通常是配合区域构造稳定性研究或地震基本烈度鉴定，粗略了解坝址近场的地震活动，前者如)*(&年锦屏地区设置的&个临时台，后者如)*+&年二滩附近设置的两个临时台。有时为某些专门目的也进行过临时台网的观测，如甘肃昌马水库，为配合对断裂现代活动性的研究，)*($年用!个临时台组成的台网观测了一年，发现小震集中在外围)*&$年发生过./(级地震的昌马断裂沿线，距坝址较远，而通过坝区的祁连山断裂带微震活动很少；又如广东新丰江上游的枫树坝水库，与已诱发了地震的新丰江水库同处在东江断裂带沿线，为评价枫树坝水库诱发地震的可能性，)*("年用"个台观测了两个月，测到若干微震，据此提出了抗震设防的建议。（$）水电工程专用地震台网（或单台）监测。是地震监测的主要形式，多在初步设计阶—$*.— 第二篇水利水电工程地质构造研究段或施工初期组建台网，监测工作一直延续到工程蓄水运行之后许多年，属于固定台网的性质。专用台网监测的目的是：!水库蓄水前，监测拟建水库地区的天然地震，分析其活动规律，积累本底资料，为区域构造稳定性和地震活动性评价服务，同时查明主要干扰信号的特征和来源；"围堰挡水和正式蓄水后继续监测库坝区地震活动的动态变化，捕捉可能出现的水库诱发地震信号；#在证实已发生了水库地震的情况下，严密监测震情发展变化，为水库地震成因研究、趋势预测和抗震措施决策提供重要的基础资料。（!）密集台阵观测。是库区出现频繁水库地震之后，围绕震中区布设临时台网开展的专题研究工作，其目的是查清水库地震活动的时间、空间和强度变化规律、微弱地震震源机制解概率分布和震源应力状态等。台网一般由"#$%个或更多的临时台组成，台距数百米至数公里，台网孔径数公里至十余公里。每一处的观测时间在两个月左右，很少超过半年；往往根据现场初步分析对台站布局作出调整，以期在地震定位和求解震源机制中获得更好的效果。新丰江、乌溪江、乌江渡、东江等水库地震研究中开展过此项观测，铜街子水库地震研究中亦曾使用&台数字式地震仪，围绕枢纽建筑物组成孔径不到%’(的小网，进行了短期观测研究。近年三峡工程则将类似方法用于研究坝区和库首某些地段天然地震的本底和成因。（二）水电工程地震监测的某些特点水电建设中的地震监测工作和专用地震台网的设置，一般按照有关部门颁发的《地震台站观测规范》（$))*）、《遥测地震台网观测技术规范》（$))$）进行。由于水电工程地震监测工作的重点和要求在一些方面有别于区域地震台网，水库诱发地震研究也有许多不同于天然构造地震之处，经过多年探索，逐渐形成了一些自己的特点，在%*世纪)*年代建成的一批遥测台网中得到比较充分的体现。（$）台网的规模和档次。水电地震监测是直接为工程服务的，台网的设置应根据工程规模、对抗震安全性的要求、地震地质条件复杂程度和前期预测等因素，在确保施工、运行安全的前题下，按实际需要选用适当的规模和监测项目。对于非地震区的大型工程，至少应在场址附近设一个三分向的地震台；若前期勘测工作中预测有发生水库地震的可能性，也可先设!#&个子台组成小台网，蓄水后根据震情的变化和发展情况再逐步扩充。台网可以是遥测的，也可以是人工值守的，着重其运行的稳定可靠。地震地质条件复杂或位于地震区的大型工程，不仅出现水库诱发地震的危险性较大，而且库坝区或外围中强以上的构造地震也会给施工和运行带来不利影响，最好及早布设规模足够（包括+#$*个子台）、自动化水平高的遥测地震台网。水电工程专用台网一般只限于测震，不设置用于天然地震预报的其他前兆观测手段。长江三峡属于特殊重要的工程项目，枢纽规模巨大，水库绵延近,**’(，对抗震安全性有极高的要求，目前正在建设的包括：由%&个子台组成的超大型无线数字遥测地震台网；地壳形变监测网络；地下水动态监测井网；地震监测总站等，将于%**$年形成一个具有科学试验性质的、巨型的水库诱发地震监测网络。（%）台网监测范围和布局。大型工程一般以水库诱发地震预测危险区作为监测重点，适当兼顾对区域构造稳定性有影响的活动断裂带和地震带。水库分布范围很大的工程，—%)"— 第一章水利水电工程区域构造稳定性研究优先安排对枢纽建筑附近和库首段的预测危险区、以及其他重要城镇和工矿企业集中库段的预测危险区的监测。野外台站的布局，围绕每一重点监测区布置!"#个子台，其中一个台应设在监测区中部，相邻两台距离$%&’左右为宜，形成孔径(%"!%&’、相对独立的小台网。若两个监测区相距不远，常考虑部分子台共用，从而联成较大的网。一般情况下避免在整个库区范围内均匀等距布台的做法。水电台网监测的经验表明，建设场区内最好能专门设一个子台，虽然施工和泄洪干扰会使其放大倍率降低，但能够详细记录工程干扰和其他近坝微弱信号，给外围子台辨别非地震信号、减少误判漏判，带来很大的帮助。蓄水后震情出现明显变化或发生水库地震时，常根据实际情况和分析预测的需要，对台站布局做适当调整，必要时也可增设固定台站或布设临时台网。（)）水库诱发地震研究中十分重视微小地震的记录和分析，要求网内和网缘不得漏测!!*%+#或$+%级的极微震，更小的地震（包括零级以下的和只有单台测到的）也要尽可能记录下来。（!）为更好地采集和记录震源浅、高频丰富、波列持续时间短的微震信号，我国研制了水库诱发地震监测专用的成套仪器设备，系统响应频带高端提高至!%,-，计算机实时处理，采样率(%%次每秒，现已得到广泛使用。在垂直向上同时记录地动的位移量和速度量，提高了地震初动震相的清晰程度，也更有利于计算机处理。无线传输采取直传和中继结合、传输路径备份、关键设备热备份等措施，最大限度地降低台网整体的中断率，提高运行的可靠程度。平行地保存连续纸介质记录和地震事件触发磁介质数字记录各一套，既利用计算机实时处理和速报较大地震的长处，又保留了人工判识微弱信号的优势和回溯检查极微震漏判误判的余地。此外，在松散堆积层大面积覆盖的水库区，也有将地震仪台基设置在经特殊处理的土基上的经验，对拾取近距离微小地动信号取得了满意的效果。（#）台网最好在大规模土石方施工开始前$"(年建成并投入监测，最晚亦应于蓄水前$"(年建成，以便取得监测区天然地震的本底资料并研究其活动规律。（.）台网中心设在工程前方指挥部所在地，像水情监测预报系统、滑坡监测预报系统一样，直接为保障工程施工和运行安全服务。中心由台网运行管理人员、测震资料处理人员、水库诱发地震研究预测人员等组成。在施工后期至蓄水初期水库诱发地震的敏感时段内，台网中心除按常规提交地震目录旬报、月报、年报外，应该像其他安全监测项目一样，按周、月、年提出震情分析简报，定期对库水淹没的水库地震预测危险区进行巡视访问；在库区及其影响范围内发生!/!)级的地震或明显有感的微弱地震后，组织现场调查，确定宏观震中、有感范围和当地居民的感觉；经判别确认为水库诱发地震后，组织震中区的地震地质条件复查和密集台阵观测、分析水库地震成因，提出趋势预测和工程对策意见等。（0）蓄水后发生了水库诱发地震的工程，应长期坚持台网监测，至少要到库区地震活动恢复至蓄水前天然地震活动水平数年之后，才能考虑逐步缩小监测工作的规模。若蓄水达到设计高水位数次后仍未观测到诱发地震迹象，则可分期撤去地震台网；对处于地震区内的特大型或重要工程，最好仍保留一个或少数台站作为永久性的安全保障措施。—(11— 第二篇水利水电工程地质构造研究（三）水工建筑物强震反应监测台阵!"#$$%—&’《混凝土大坝安全监测技术规范》中明确规定：“在地震区的大坝应设置强震仪，监测坝体在地震时震动反应情况”。近年来，混凝土坝和土石坝强震反应监测台阵技术都有很大发展。龙羊峡拱坝地处高烈度区，强震反应台阵由((个测点共)*个测量通道组成，沿拱冠梁、顶拱和比较单薄的左坝肩分别形成$条断面，观测拱弧径向、切向和垂直向反应，全部信号集中到设在大坝底部廊道的中心观测室，用数字盒式磁带记录和回放，另外在坝体之外的基岩上还单独布设了强震仪，监测河谷自由场的地震动反应。该台阵由专业科研部门、工程设计和建设单位共同设计实施，龙羊峡电厂负责运行管理。四、监测工作展望断层活动和地震活动是地壳运动表现的两个主要方面，它们之间有密切的内在联系。活断层监测、地震和水库诱发地震监测、大坝强震反应监测的最终目的，都是为了保障水电工程的抗震安全。在我国，这些工作以往分别由不同的部门设置和管理，多以收集、积累资料为主，相互联系交流很少，更缺乏综合分析预测，从工程抗震的要求来看，是很难令人满意的。展望未来，水电抗震安全监测工作将沿着监测、预测并重，各种手段联合，利用最新电子技术和计算机技术，逐渐组成大系统，进行实时、动态的综合监测预测的途径发展。目前，二滩水电站正以“水库诱发地震监测预测系统”的形式，以测震资料为主，结合水情、滑坡监测等资料，进行震情实时分析预测的尝试；长江三峡、黄河小浪底等工程准备将地震监测和活断层监测进行统一管理和综合分析；龙羊峡电厂则将遥测地震台网与大坝强震台阵合并成一个系统，在科研人员的配合下进行统一管理和综合分析。同时，有关科研单位已开始探讨将上述几种监测手段组合在一起，形成“大坝抗震安全监测预测系统”，应用+,!技术开展动态监测和综合预测的可能途径。—$--— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究第一节概述一、坝基岩体工程研究的意义坝和自然地质环境间的相互作用使得水坝的构筑十分复杂，不仅要求大坝本身的结构坚固，而且要求坝基和坝肩的岩体具有足够的坚固性和稳定性。由于岩体存在性状各异的缺陷，如果坝基的选择或处理不当，坝的稳定性则难以得到保证，甚至导致破坏性事故。据统计，仅到!"世纪#$年代，水工建筑物的破坏事故就达!$$$余次。%$世纪&$年代以来，由于工程勘察设计的加强和筑坝技术的发展，事故有所减少但仍有发生。例如，西班牙的托利—维加坝、法国的马尔帕塞坝、意大利的瓦伊昂坝等。据国际大坝委员会所属的大坝失事统计分析委员会，对世界!’%座大坝失事的分析，其中’&座是由于基础管涌、渗漏、不均匀变形、抗剪强度低等地质问题造成的，占溃坝总数的#!()*。从许多坝的具体破坏原因分析，虽常是多因素综合产物，但坝基的渗透变形和抗滑条件恶化在多数坝的破坏中起着主要作用。当然，与修建成功的坝的数量相比，失事的坝仍是少数。但必须看到，水坝失事所造成的损失通常是巨大的，例如!++"年美国苏弗尔坝的破坏就使%&$$余人丧生。所以对于水坝工程的勘察、设计和施工绝不可疏忽大意，否则将可能造成严重后果。随着水电建设的发展和坝工建设规模的日益增大，所遇到的坝基岩体工程问题也越来越多，尤其是一些重大坝工事故的发生，特别是法国马尔帕塞坝的溃决，是拱坝坝基岩体引起破坏的最严重一例，并成为坝基岩体工程发展的转折点。在此之前，各国都把注意力放在设计更为先进和经济的拦河坝上，因而坝体设计技术获得了大踏步的进展。但对坝基岩体工程却未引起足够重视，当查明马尔帕塞坝溃决的原因是沿坝下游平行于拱弦的断层滑出，而产生这种滑动的推动力是坝基深部出现的高扬压力；又由于对坝基岩体未进行必要的勘察工作，对复杂的地质条件和岩体的力学特性缺乏深入的研究和全面认识，忽略了应有的基础处理措施，从而导致工程的破坏。该事件引起了当时世界坝工技术界的很大震动，使人们深刻地认识到坝基岩体的稳定与坝体本身一样重要，某些情况下甚至更为重要。因此，对一个新的坝址，首要的工作是勘察，应在彻底查明岩体工程条件的基—#$!— 第二篇水利水电工程地质构造研究础上进行设计。坝基岩体工程与坝工建设经济性的关系也十分密切。坝工建设尤其是高坝建设常耗资巨大，建设周期长。因此，减少工程投资，缩短建设周期，以提高水电工程建设的经济性，已成为坝工建设的又一重要任务。而在这方面，基础岩体工程起着举足轻重的作用。以我国二滩拱坝为例，坝基岩体抗剪强度!值只要提高!"#，即可减少石方开挖$"%万&’，节约混凝土("(万&’；建基面只要减浅#&，即可节约石方开挖##"(万&’，减少混凝土%"’万&’。因此，从工程安全和经济两个方面都使人们深刻认识到，加强坝基岩体工程研究的重要性。坝基岩体工程勘察中的具体技术要求，已在有关规范、规程中作出了明确规定。从宏观看，坝工建筑物对地基的要求有三个核心问题：其一，坝基在所承受的荷载作用下不会发生滑动失稳，而且还应有必要的抗滑稳定安全裕度；其二，在各项荷载作用下，坝基各部位的应力及变形值要在许可的范围内，避免产生过大的局部应力集中和严重的不均匀变位，影响坝基和建筑物的安全或正常运行；其三，坝基在渗透水的长期作用下，要能保持岩体在力学和化学性质上的稳定，渗漏量和渗透压力都要控制在允许的范围内，因此，围绕这些核心问题，工程勘察需要开展多方面的工作。二、坝基岩体工程研究现状我国坝工建设事业自新中国成立以来，得到了迅猛发展。据初步统计，全国已建成坝高#%&以上的大坝#)!!!余座。尤其是改革开放的*!年来，无论在数量和规模上均有了更大的发展，最大坝高已达*(!&（二滩双曲拱坝），最大装机#)*!万+,（三峡工程）。已建和在建坝高大于#!!&的大型水利水电工程共’*座（详见表*-#），还有相当一批大型、特大型工程正在加紧勘察设计中。但与我国水能资源丰富程度相比，开发潜力还很大；与发达国家开发程度相比差距较大。全国水能可开发资源达’".)亿+,，年发电量#$*!!亿+,·/，是我国能源资源中的一大优势。但我国水能资源的分布不均衡，主要集中在中西部地区，其主要江河的共同特点是流量大、河谷深狭、工程规模巨大。这些地区自然地质环境复杂，对坝基岩体工程的研究提出了更高的要求。表*-#国内已建坝高#!!&&以上的水利水电工程简况工程坝高总库容装机容量坝基勘探工作量（&）工程坝型主要工程地质问题名称（&）（亿&’）（万+,）岩石钻探洞井探情况坝肩岩体稳定，高边坡重力花岗闪龙羊峡#.)*(.".#*)"!#0##!’$(0已建稳定，近坝库段滑坡及拱坝长斑岩水库地震拱型重力喀斯特发育，右坝肩稳乌江渡#0%*’"!0’"!石灰岩($%)*%*((已建坝定及黄崖不稳定岩体—’!*— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究工程坝高总库容装机容量坝基勘探工作量（!）工程坝型主要工程地质问题名称（!）（亿!"）（万#$）岩石钻探洞井探情况岩体风化及边坡卸荷裂东江双曲拱坝%&’(%)*&+)+花岗岩,(*((&-已建隙发育坝左岸缓倾角断层，并白山重力拱坝%.-)&,*)-%&+)+混合岩%+*+,*"(*已建存在边坡及洞室稳定问题坝基活动断层，右导流云母石刘家峡重力坝%.’&’)+%**)&%.*%.-"&已建洞出口边坡稳定及库区英片岩苏州崖坍滑体边坡稳定问题和局部坝流纹湖南镇支墩坝%*(*+),*’)+*’,(%(-已建基扬压力高引起的稳定斑岩问题石英岩体构造、风化破碎严故县重力坝%*%%%),,)+已建斑岩重，坝基碎裂岩体缓倾角断裂带与坝基稳安康重力坝%*(*&)(&(+)+千枚岩*"’+(*&*%已建定，两岸岩体蠕变边坡稳定空腹重砂岩夹左坝肩软弱夹层及绕坝风滩%%*)&%’)%&.+)+%%,,"(-已建力拱坝板岩渗漏问题潘家口重力坝%+’)&*-)"+.")+片麻岩-+*""(&已建断层夹泥，右坝肩高边黄龙滩重力坝%+’)+%%)(%&)+片岩"(’""(.已建坡，水库滑坡闪长泄洪洞出口边坡坍滑，三门峡重力坝%+,)+%&-.+)+%%-%&".+已建玢岩库区坍岸，淤积宽缝重右岸"号坝基板岩泥新安江%+&)+**+)+,,)*&砂岩%-’,’*+.,已建力坝化、防渗围幕渗透破坏新丰江单支墩坝%+&)+%"-)++"+)*&花岗岩(%,,-’(已建风化夹层，水库地震石英斜长次生夹层，水库滑坡涌柘溪支墩坝%+."&)’..)’&",&",’(已建岩、板岩浪问题—"+"— 第二篇水利水电工程地质构造研究工程坝高总库容装机容量坝基勘探工作量（!）工程坝型主要工程地质问题名称（!）（亿!"）（万#$）岩石钻探洞井探情况千枚岩、溢洪道高边坡稳定，地碧口土石坝%&%’()’*%"&’&)(+"%,%+已建凝灰岩下洞室岩体变形花岗紧水滩双曲拱坝%&*%"’+""&’&"*-%+-&已建坝肩岩体变形斑岩岸坡深风化，右岸蚀变正长岩、二滩双曲拱坝*,&)(’&""&’&"-,%&%&",(已建玄武岩软弱带，缓倾角玄武岩裂隙，高地应力东风双曲拱坝%-*%&’*))%’&石灰岩%.&+),+*已建喀斯特渗漏右坝肩滑坡，顺河断层，片岩、李家峡双曲拱坝%-)%-’&*&&’&-.")".-(已建左岸岩体单薄，缓倾裂混合岩隙软弱夹层，喀斯特渗漏，隔河岩重力拱坝%)%",’&%*&’&石灰岩*+",+*-,,已建坝基及两岸岩体抗滑稳定粉砂岩、缓倾夹层，左岸边坡稳宝珠寺重力坝%"**)’).&’&%.,,&%.**已建灰岩定，库岸稳定漫湾重力坝%"*%&’(%)&’&流纹岩%.(",)%-(已建左岸岩体稳定断层压缩变形，深风化，辉绿岩滩重力坝%%%*-’%*%*%’&*-)).*)&)已建缓倾角裂隙，喀斯特渗岩、灰岩漏顺坡向节理发育，存在水口重力坝%&%*"’,%,&’&花岗岩%&&-,%%-,已建局部高边坡岩体稳定坝址边坡，地下洞室围白云岩、鲁布革土石坝%&"’(%’%%-&’&"))(&,.).已建岩稳定及喀斯特渗漏，灰岩水库地震灰岩、天生面板泥质灰喀斯特渗漏，库区岸坡%.(%&*’-%*&’&+%*,%,&,在建桥一级堆石坝岩、砂稳定，地下洞室稳定岩、泥岩闪云斜长风化深厚，近坝库段有三峡重力坝%.)"+"’&&%(*&’&%"%.*&*-..在建花岗岩大型滑坡和危岩体—"&,— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究工程坝高总库容装机容量坝基勘探工作量（!）工程坝型主要工程地质问题名称（!）（亿!"）（万#$）岩石钻探洞井探情况深覆盖层，坝基砂层，地斜墙堆砂岩、下洞室稳定，库区边坡小浪底%&’%()*&%+,*,’"-."(-..在建石坝粘土岩和隧洞进出水口边坡稳定通过大量工程实践经验的总结，特别是近(,年来广泛吸收国外先进技术，同时结合我国一批大型工程的建设，开展了多方位多学科的研究，研制和完善了一批勘探、测试技术，并运用有关理论和新技术形成了有效的研究分析方法，成功地解决了一批复杂坝基岩体工程问题，在工程地质、水文地质、岩体力学等领域，从理论、技术和应用方面均有了较大发展和进步。诸如：基础地质条件勘察新技术；岩体结构定量化研究和不同力学结构模型的建立；软弱结构面的勘探、测试系列新技术的研制；岩体力学特性测试手段、参数值的分析、预测和取值研究；岩体渗透场、地应力场、外动力地质场及其与工程关系的分析；坝基岩体工程质量体系的建立；坝基岩体稳定性分析方法的发展以及工程处理措施的进步等。这些将在下面各节中择要简介。当然，也必须清醒地看到，坝基岩体工程虽有了较大发展和进步，但需继续深化和探索的课题还很多。随着我国国民经济的高速发展，水利水电建设尤其是大型高坝建设会愈来愈多，将涉及更多更复杂的岩体工程问题。因此，坝基岩体工程的研究，将面临更大的挑战，要有更大的发展和提高，方能适应发展的要求。三、坝基岩体工程研究的指导思想及发展趋势大量工程实践经验表明，鉴于客观自然地质条件的复杂性、多样性和随机性，坝基岩体工程研究必然是一个多专业、多学科、多手段相结合的庞大系统工程。由于在实际工作中尚未形成完整科学的研究体系，有时工作做了不少，可是问题解决得并不理想，甚至出现失误，究其原因可能是多方面的，但缺乏严密和完整的研究体系，可能是重要原因之一。这不仅影响了对岩体工程问题的正确认识，而且阻碍了岩体工程的发展和进步。因此，很有必要从理论、方法到应用，建立一套反映现代科学技术的研究思路、内容和分析方法的体系。为此，成都勘测设计研究院结合二滩工程的研究，在总结已有工程实践经验和充分吸收现代科学技术的基础上，紧密结合工程实际，初步建立了坝基岩体工程研究体系，即“分层多元系统分析法”，形成坝基岩体工程研究的总体技术路线，这也是系统工程理论在坝基岩体工程研究中的具体化。分层多元系统的所谓“分层”即是在研究思路和方法上要分层次分步骤进行，从基础做起，层层剖析，逐步深入；“多元”则是对制约和影响岩体工程特性的各主要因素进行深入的研究，查明它们的性质、状态、特点和规律；“系统”就是在分层、多元研究的基础上，将众多因素纳入一个系统进行研究，即重视各自的特点，又强调彼此间的耦合作用和影响，纵横联系形成系统认识和完整概念。“分层多元系统分析法”从广义上建立岩体和环境模型、岩体力学模型、工程岩体模—",&— 第二篇水利水电工程地质构造研究型、岩体工程优化模型、监测反馈模型的研究层次和彼此关联的体系，在每一层次中又包括若干内容所形成的子系统。（!）岩体和环境模型。它的基本任务是查明工程区的基础地质条件和主要环境因素，是岩体工程研究的重要基础。该层次主要包括的子系统基础地质条件、岩体结构特征和结构模型、环境场的建立（初始地应力场、外动力地质场、渗透介质场）和岩体工程质量初步分级等。（"）岩体力学模型。它的核心任务是查明不同工程岩体和结构面的力学性质及其在各种工程荷载作用下的变化规律，建立相应的反映岩体力学特性的模型。它既是评价岩体工程质量的定量标志，又是各种工况下岩体稳定分析的基础。该层次主要包括的子系统有岩体力学基本特性研究、岩体强度预测分析、建立工程岩体力学参数系统、建立岩体质量分级和力学参数的统一体系等。（#）工程岩体模型。它的核心是研究工程岩体的稳定性，其实质是进行分析和判别、作出评价和决策。研究中首先要通过诸多复杂因素的分析，抽象出反映工程岩体实际的物理力学模型和数学力学模型，再进行多手段的分析、验算，并对各种分析成果进行安全度的综合评判，进而明确工程岩体的安全度和影响安全的主要因素，提出对基础岩体改造的要求以及工程优化的目标等。（$）岩体工程优化模型。它的核心内容是建基岩体的改造和建基面的优化，以达到对建基岩体利用程度上的技术经济最佳状态，这是岩体工程研究系统中提高设计质量的重要环节。深化认识和辅以改造措施是优化的基础，技术经济的最佳状态是优化的目标。必须在上述各层次研究的基础上，以及正确的优化思想指导下，进行岩体改造和建基面优化，才能建立岩体工程最佳的和符合实际的优化模型。（%）监测反馈模型。它是岩体工程研究的最后环节，其基本任务是信息反馈，是对整个岩体工程认识全过程的检验，是经验的积累，同时又为工程安全提供信息服务，是提高岩体工程技术水平的重要途径。每一层次的研究内容及其所属子系统的研究任务和目的，都是整个坝基岩体工程研究系统中不可分割和相互依存的组成部分，共同协调地服务于岩体工程总目标。整个研究体系是将工程岩体作为研究对象，从认识、评价、改造、利用纳入一个完整的科学体系，实现全过程的认识。突出的目标是解决坝基岩体稳定性问题，这就是岩体工程研究的指导思想。这一体系有别于传统概念和专业划分，在理顺专业结构、改善工作环境、提高决策水平、促进岩体工程技术进步具有重要的现实意义。在水利水电工程的勘察、设计、施工过程中，专业多、分工细，对于指挥者和具体工作者都需要对岩体工程的全局及其相互关系有清楚的认识，方能做到目标明确、工作协调有序。综上所述，近年来我国坝基岩体稳定性分析研究的发展趋势有以下特点：（!）国家高度重视工程勘察设计，制定有关规范、规程和技术规定，尤其对于大型工程，更加大科研力度。有关科研院校也把重心逐步转向结合工程实际的研究方向，不仅有效地解决工程实际问题，也促进了科学技术的进步和发展。（"）重视两个方面的结合。其一，坝工上部结构和坝基岩体工程的结合，即将坝基岩—#’&— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究体纳入整个工程结构的系统；其二，坝基岩体工程与有关专业学科的紧密结合。大量工程实践愈来愈使人们认识到，要解决好坝基岩体工程问题，就必须将有关专业学科紧密地结合在一起，形成坝基岩体工程大学科，才能切实解决岩体工程问题。（!）加强工程岩体基本条件、性状和基础理论的研究。近年来在岩体结构模型、环境场的建立、岩体力学本构关系、破坏机理方面的研究有较大发展，将弹塑性、黏弹塑性、断裂、损伤等力学理论逐步应用于岩体力学，有力地促进了基础岩体工程的发展。（"）不断改进勘探、测试技术，开发引进新兴分析方法。针对疑难问题研制完善勘探新技术，在岩体力学测试手段的多样化、自动化等方面都有了较大发展，为较确切地认识和掌握岩体条件和物理力学特性提供了条件。随着计算机技术的发展、数据库的建立以及大量应用程序的问世，加快了工作进程。而物理模拟、数值分析以及两者相结合的应用，已成为解决岩体工程问题的有力手段。（#）重视工程实践经验的总结，发展工程岩体监测技术。通过工程实例的总结和监测成果的反分析，不断提高对岩体工程特性的认识和判断能力。（$）坝基嵌入深度向浅嵌方向发展。这不仅出于经济的考虑，同时也出于技术的原因：!由于深嵌常带来高边坡问题；"由于嵌入深度过大常涉及高地应力而引起的岩体工程问题；#由于坝面或弧长的增加，导致工程荷载的增大；$基于对岩体工程特性认识的深化和基础处理水平的提高。因此，浅嵌成为一种发展趋势。至于嵌入深度的最佳选择，则是各工程从其自身实际出发，需要研究的重大课题。第二节坝基岩体工程地质条件及赋存环境研究一、主要勘察方法工程地质勘察对水电水利工程设计和施工具有重要意义，离开对工程地质条件的客观认识，就难以选定水工建筑物的最佳位置、适合于客观地形地质的建筑物类型、枢纽布置、坝基岩体稳定性分析评价、工程措施的合理选择和科学的施工方法。而客观地质条件又十分复杂，常因地而异，因此，研究工作难度就很大，不仅常需要多种手段的工程地质勘察，同时要进行大量深入细致的分析研究工作，方能对工程区岩体工程地质条件做出反映客观实际的认识和工程所需的评价。实践证明，工作之始就必须重视基础地质条件的调查，查明工程区域地质环境和地质构造格局，这是决定工程区基本地质条件优劣的前提。在此基础上，开展坝址区工程地质条件的全面勘察，以查明具体工程地质条件和主要工程地质问题，勘察的技术要求在有关规范、规程中已有明确规定。为了提高调查研究工作的深度和精度，达到客观准确地认识岩体工程条件，更有效地服务于工程，尤其是近%&年来，随着工程勘察经验的积累和科技的进步，勘察手段和分析方法也相应地得到发展。除大量常规手段和分析方法外，诸如在遥感技术、物探技术和综—!&’— 第二篇水利水电工程地质构造研究合钻探技术以及一些专门问题的研究方法等方面，均取得了较大进步，将择要介绍于后。（一）遥感技术遥感技术自!"世纪#"年代以来在我国水利水电系统取得了不少成果，#"年代中期有关部门便组织开展遥感技术的基础研究，传感器和遥感图像处理设备的研制及软件开发，同时进行了一系列遥感实验，并在许多应用领域中取得了初步成果。近!"年来，已在全国大、中型水电水利工程项目的工程地质调查中较普遍地使用了遥感技术，建立了遥感应用机构，能独立完成工程应用和科研任务。主要应用情况如下。$%卫星遥感多用于水利水电规划阶段的大范围地质调查，主要解释地形地貌、区域地层岩性、构造格架等，编制小比例尺地质图或构造图，对区域地质环境、地震和构造稳定性作出评价。如三峡、二滩、大岗山、锦屏等工程，均应用卫星遥感编制了小比例尺图。!%航空遥感多用于水利水电预可行性阶段的工程地质调查，绘制中比例尺的地形地质图，主要用来解译区域地质调查和构造稳定性分析、喀斯特调查、水库岸坡稳定性及物理地质现象调查等。如龙滩、三峡库区等工程，均采用该项技术。&%地面遥感适用于小范围的工程地质调查，可获得小区域大比例尺的高分辨率的遥感图像，多用于水利水电工程可行性研究阶段、招标文件、施工图阶段的工程地质调查和制图。目前已发展到不但能完成$’("")$’!"""坝址地形地质彩色影像图，还应用在岩体结构研究、基坑和边坡素描、洞井探开挖的地质编录工作中。彭水、岩滩、李家峡、溪洛渡、碧口等地形地质图的编制和边坡编录工作等均有应用。此外，在使用遥感图像进行计算机制图、区域地质分析、水库地质调查、地形地质一次成图技术等方面也取得了不少成果。（二）工程物探技术我国水利水电工程物探始于!"世纪("年代，近十余年来，在技术队伍发展、仪器设备更新、综合物探技术应用、科研等方面都有明显的进展。在技术方法的应用方面，改变了以电法为主的方式，逐步开展多种方法的综合应用。目前应用较普遍的技术方法有电法（包括直流或交流）、地震（包括折射与反射）、综合测井（包括电、核、声及辅助测井）及声波测井等。此外，还开展了放射性微伽重力和水声勘探、弹性波和电磁波层析成像、声波全波列测井、地质雷达等新技术、新方法。$%层析成像技术利用人为设置的射线（弹性波、电磁波）穿过探测对象（地质体、工程结构等）时不同介质对其能量吸收的差异，进而达到探测其内部结构的目的，常用的有地震波层析成像技术、电磁波层析成像技术。层析成像技术具有很高的分辨率，有助于较细地划分岩体质量和圈闭地质异常体。三峡工程船闸高边坡区、小浪底工程地下洞室区均利用该方法进行工程地质研究，思林、洪家渡等工程用于研究喀斯特发育情况，均取得良好效果。—&"*— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究!"浅层折射勘探技术对于满足折射条件的水平多层介质，可在剖面的每个排列上分别追踪其相应的层位，达到分层的目的。#"浅层反射勘探技术该方法是近年来发展较快的一种物探新技术，是以勘探两种不同介质分界面的反射波信息为主要依据而达到探测目的。由于其数据采集和处理较折射波法复杂，且浅层各种干扰波发育，使该方法难度较大，但其具有所需震源能力小、分层能力强、探测精度高的优点，目前应用较广泛，是很有发展前景的工程物探方法。$"地质雷达的应用地质雷达是利用交频电磁波在地下介质中的传播规律进行勘查和检测的一项高新技术方法，近年来已在较多工程投入使用，如天生桥二级、羊湖等工程；进行喀斯特、堤坝隐患、风化带、滑坡体、地裂缝等探测，以及检查地下洞室混凝土衬砌厚度、钢筋排列间隔和混凝土浇筑质量等，取得了令人满意的结果。%"高密度电阻率探测技术该探测技术与常规的电阻率勘探相比，具有测点密度大、数据采集精度高、测量速度快、存储信息量大、一次布点可以完成纵横二维探测过程，同时具备剖面和测深的功能。任何一种先进的物探新技术方法，都有各自的特点和适用范围，有其工作条件和局限性，都需要扬长避短。所以，要合理地使用物探技术方法，尽量在论证同一地质问题时，投入两种以上的物探技术方法，进行综合研究，以各种可以利用的物理参数（波速、电阻率、密度、吸收系数等），从不同角度、不同侧面、不同途径，对被勘探的地质对象做出评价和结论，使论证更趋完善。工程地球物理参数是工程设计目标参数与地质单元之间联系的中介定量指标，以综合物探参数划分的层次结构，无论是定性的还是定量的，都是评价工程地质条件的重要依据之一。尤其是综合物探提供的量化明显的低速、低阻、低密度、高吸收系数的软弱夹层、断层和溶洞，往往存在着工程隐患，必须引起高度重视。（三）工程钻探钻探是水利水电工程地质勘察中的主要勘探手段，具有极其重要的地位，它是通过取出岩芯和进行各种测试手段来查明岩层的分布、构造、性状等地质情况。我国从!&世纪’&年代起，不论在装备或技术上都有了较大的发展。过去认为较难钻探的硬脆和松散地层均能有效地钻进，在松散地层中已可裸孔钻进达数百米。下面简述近!&年来水利水电工程钻探技术的主要发展。("金刚石钻进技术不断得到优化与完善!&世纪)&年代以来，水利水电钻探技术已普遍应用金刚石钻进。软弱夹层及破碎带复杂地层中，由于采用了特种取芯机具和技术，如半合式双管取芯、内管超前切割靴取芯钻具等，岩芯采取质量有大幅度提高。!"定向取芯技术通过单孔对岩芯进行定向，进而确定岩层层面及其他结构面的产状，还可为室内测试地应力（*+,-./效应）等试验提供原位定向岩样。近年来已开发出新型岩芯定向器具，主—#&0— 第二篇水利水电工程地质构造研究要装置有!"#—$型岩芯定向器、!%&—$型岩芯复位测量仪以及求解层面或结构面的计算软件。该装置适用孔径大于’$((、孔深小于)**(，定向精度+,-，顶角+.-，具有直接定向和间接定向两种功能，已在较多工程应用并取得良好效果。/0金刚石套钻取芯技术由黄河水利委员会研究的金刚石套钻取芯技术，是目前了解软弱夹层及断层带有效的方法。在事先钻好的中心小孔（!,1((）中灌注化学粘合剂，将软弱夹层或破碎带粘结牢固后，再用大口径（!’$((）金刚石钻具以套钻方法取出被粘结的破碎岩芯，钻进时回次进尺不得超过$(。可采取不扰动原状岩芯直接观察软弱夹层的位置和性状，但成本较高。,0&234$型液动阀式双作用回转钻进设备由长江水利委员会研制成功的这种设备是金刚石钻进坚硬打滑地层的有效机具，比一般金刚石钻进效率提高/*56,*5，现已推广使用。.0绳索取芯报警钻具取芯方法将岩芯管改制成特殊结构的岩芯管，即超前隔水及设置报警器的取芯钻具，当遇到夹层时一般会发生岩芯堵塞，这时地面警报器发出叫声，可立即停钻和关闭水泵，将钻具提出地面取出岩芯。钻进时以较高转速、低钻压、低泵量为宜。采用此种方法提高了软弱夹层的取芯质量。该方法是由东北勘测设计研究院和西北勘测设计研究院研究成功的。1078植物胶无固相冲洗液和8!4$型冲洗液金刚石取样新技术金刚石钻头，不仅适用于完整的岩层中钻进，而且在特制的冲洗液作用下，金刚石钻头还成功地用于松散的砂卵石和软弱破碎的（如断层带、滑带）地层中钻进，并能取出近似原状的柱状岩芯，钻进效率比一般方法提高$倍，现已普遍推广。由原电力部成都勘测设计研究院研制成功的这种特制的冲洗液具有较好的润滑减振作用，为金刚石钻头在卵石或软弱破碎带岩层中钻进创造了条件，使成柱状的岩芯能较快地进入到钻具内管中，且在岩芯表面被特制的冲洗液所包裹，使岩芯在较短时间内不致溃散，从而获得近似原状的原位岩样。90大口径竖井全断面钻进技术采用长江水利委员会设计研制的%:—$)**型大口径全断面钻井机和国产;:),型楔形焊齿破岩滚刀组合而成的直径为’,*6$)**((全断面（不取芯）钻头，适用于中等硬度的岩石中钻进，采用孔底加压及空气反循环钻进工艺，钻进深度一般可达1*(左右。其优点是：钻进效率比取芯方法高$倍以上；能够保证井身的垂直度；钻进深度超过取芯钻进的深度；避免了人工到井下排水及捞取岩芯的繁重劳动；可以到井内直接观察地质构造性状，进行坝基岩体力学试验，进行基础处理效果检查，以及地下水开采和隧洞通风等。<0钻孔彩色电视钻孔电视是应用工业电视技术观察钻孔壁情况的一种方法。我国从)*世纪1*年代开始进行仪器研制，9*年代初已广泛应用于生产，经不断改进，现已广泛采用的是长江勘测技术研究所生产的=>"—.*型钻孔彩色电视系统。钻孔电视在井下摄像探头中密封装入微型摄像头、照明灯、转向机构、罗盘，可摄录孔壁影像，其分辨率比其他测井方法高得多。厚约*0)((以上的微小地质现象均可被观察—/$*— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究到，并可分清不同色调的岩层界线和软弱夹层；测量岩层、断层、破碎带和裂隙的产状；观察喀斯特、裂隙充填物和岩体结构等地质现象；借助钻孔中悬浮物的漂动，还可观察到孔内地下水的流动情况。为了更进一步完善钻孔电视及图像系统，研制了以光电耦合摄像器（!!"）为主体的!#$%%钻孔彩色电视。它具有性能稳定、耐冲击、坚固、工作电压低等优点。近几年来，以提高图像质量、便于进行质量分析为主要目的的图像处理研究，在图像采集、显示、存储、图像灰度变换、滤波处理，开窗、拼接，特征信息提取等方面都有所进展，为钻孔彩色电视录像进一步在勘探钻孔中直接观察地质现象开辟了更为广阔的前景。钻孔彩色电视录像已得到广泛应用。二、岩体结构研究（一）岩体结构研究的意义和内容随着岩体力学研究的不断深入和发展，人们逐渐清晰地认识到岩体是具有一定结构的地质体。岩体结构及其赋存条件控制着岩体变形和破坏的基本规律或本构关系，影响和决定着岩体的基本力学性能和力学作用。因此，岩体结构的研究对于岩体变形和强度预测，以及分析岩体变形和破坏对工程结构稳定的影响，乃至建立完整的岩体力学理论体系，都具有重要意义。岩体是由结构体（完整岩石）和结构面两部分构成，是不连续介质。由于结构面是岩体中力学性质薄弱的部位，因此在很大程度上，结构面决定着岩体的结构特征和力学特征。在研究岩体力学特性中，重要的是研究岩体的构造和结构面的性质，这些常是评价岩体稳定性参数研究的基础，应尽可能地予以定量。结构面的定量描述是一个复杂的课题，首先要强调的是现场第一性定量数据的搜集。由于地质体的复杂性和勘探揭露的有限性，在现场第一性资料的基础上建立的随机模型分析，在一定程度上弥补了第一性定量数据搜集的不足，因此现场第一性定量数据搜集与随机模型分析相结合，是当前研究岩体结构、尤其是结构面特征的有效途径。（二）岩体结构面研究方法岩体中的结构面在岩体抗滑稳定及抗力体岩体的稳定性评价中具有重要的意义。因此，对坝区岩体结构面的发育展布规律及结构特征的研究是坝区工程地质研究的主要内容之一。岩体中的断续延伸的节理裂隙，从工程地质意义上，主要应研究延伸长度&$’#%的断续延伸节理（延伸长度($’#%的节理的效应一般都已包括在现场大型试验中），即一般结构面按五级分级中的)级结构面。它们在岩体中大量分布，具有一定随机性，控制局部岩体的稳定性，或可能通过累进性破坏逐渐贯穿形成宏观的潜在岩体失稳边界。同时由于它的大量存在，在很大程度上控制了岩体结构类型及岩体质量。因此，查明这类结构面的发育特征，提出表征其发育状况的一系列定量指标是岩体结构工程地质研究的一个主要内容。对于岩体结构面的描述，是由其基本特征指标所决定的，这些指标包括结构面产状、—+**— 第二篇水利水电工程地质构造研究间距、密度、迹长、粗糙度、面壁强度、张开度、充填物、渗透性、节理组数、岩块尺寸以及岩体裂隙的连通率等。由于岩体结构面在岩体中分布的随机性、普遍性和提供调查露头的局限性，因此如何查明岩体结构面的上述特征，一直是工程地质和岩石力学领域的难题。总的来说，目前在这方面的工作主要遵循了两条途径：一种途径是确定性的统计模型方法，即通过对岩体裂隙的现场大量调查与测量，通过统计的方法获得表征结构面特性的上述参数；另一途径是非确定性的概率模型方法，即通过有限露头及有限数量的调查与测量，获得结构面参数具有代表性的概率分布模型，以此为基础，对结构面参数进行估计，并采用随机模拟的方法对结构面分布进行模拟（一般采用!"#$%&’()*"模拟方法），获得结构面分布模型。实际上，裂隙在岩体中的分布既有确定性的一面，同时又有随机的一面，对岩体结构面的研究，可采用确定性方法与非确定性方法相结合，从综合的途径探讨其分布特征及发育规律。在调查及研究中可采用以下方法。+,普遍测网法在坝区布置大量的岩体裂隙测网，对各部分工程岩体实施有效的控制和覆盖，通过现场的精细测量，在所获得的单个测网岩体结构特征指标的前提下，采用统计的方法，提出工程区各区段或各具体工程部位的岩体结构参数。采样的点数足够多时，具有统计意义的参数估计（数学期望）可以逼近其真实值。当工程区有足够的勘探工作，并能对整个工程区的岩体结构作到基本有效的控制时，这种方法所提供的信息及它在有效地提供不同部位岩体结构参数方面所显示的优越性，是其他方法所不能比拟的。当然，普遍测网调查也意味着极大的工作量。-,连通率调查分析（+）全迹长调查法。由于水电工程多在高山峡谷区，要获得良好的天然人工露头以满足对岩体裂隙全貌的测量和研究是极其困难的，只有当勘探平洞的方向与结构面的走向相一致时，在洞顶可找到此组裂隙良好的全迹长露头，通过展示图可获取此组裂隙的全迹长资料，进而较为实际地计算此组裂隙的连通率。（-）迹长估计法。针对天然或人工露头对结构面全迹长测量和研究的困难，在结构面普遍测网法调查的基础上，通过建立概率模型对结构面“迹长”和结构面“间断长”进行估计，可以广泛探讨具有宏观统计意义的结构面连通率。不连续面平均迹长为"+/-"0!$%!.·（-&+）-#（$/%）式中!———不连续面平均迹长；#———测网内不连续面总数；"+———测网内一端不可见的不连续面条数；"0———两端不可见的不连续面条数；$、%———分别为测网的苋度和高度。不连续面平均间断长（&）的估计式为—1+-— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究""#$"$!#$!!·（$&$）（$""#$"$#"%&"’）（##$）式中"$———二端可见的不连续面条数；"’———可视其为零；"%、""、%同式（$&"）。平均迹长和间断长代入连通率公式并经简化后得""#$"%&!（$&’）$%#"$上述公式在两种极端情况下不能用：一是当"%、""、"$都等于零时，即没有不连续面与测网相交切；二是当""!"$!%时，即"%!%，也就是所有不连续面两端均不可见，&!"，说明测网太小，不足以控制该地区的不连续面迹长。’(结构面网络的二维、三维模拟由于岩体结构面的随机性和分散性，因此结构面发育状况的概化模型研究具有特别重要的意义。近年发展起来的结构面网络模拟技术具有独特的优势。在研究中一方面可以采用通常的模拟方法，对岩体裂隙发育展布情况进行二维模拟，另一方面可以采用最新的结构面三维网络模拟技术，对岩体结构面网络进行三维模拟。（三）结构面粗糙度的量测结构面的粗糙度是结构面抗剪强度的重要组成部分，它随着构造和表浅生改造，例如结构面遭受风化卸荷使面壁强度降低、张开、充填，又如强烈构造错动起伏已被剪断磨擦为光面等原因，致使这部分强度随之降低。因此，只有在结构面壁新鲜坚硬、粗糙起伏、互相镶嵌紧密时，结构面粗糙度的作用才能表现出来，测定粗糙度的目的在于对结构面抗剪强度和位移时产生的剪胀作出最后评价。结构面粗糙度对抗剪强度的贡献，主要是由于结构面上粗糙或起伏不平形成的爬坡角（!）引起的。一般地说结构面的粗糙度可由起伏度（一级凸起的爬坡角!"）和不平整度（二级凸起的爬坡角!$）来表征。由于!"所表征的是较大范围的起伏情况，只有在位移较大时才能起阻滑作用，而坝基不允许有大位移发生，因此结构面最终抗剪强度为"!#)*+（$%#’）式中———残余摩擦角；$%’———不平整度所表征的粗糙度（即二级凸起的爬坡角!$）。表征不平整度的爬坡角!$在天然或人工露头中直接量测。如果已知坝的滑动方向，可在与滑动方向平行的断面上量测；若滑动受两个相交结构面控制，可沿这两个结构面交线的方向量测；如果滑动方向是未知的，必须用三维量测来代替二维量测，倾向和倾角的读数可以按极点的形式标绘在等面积网上，绘制出等值线，表示出不平整度的变化范围，以便选用。（四）岩体块度系数迪尔（,--.-）等人的岩石质量指标（()*）被广泛应用于评价岩石的完整性，也常作为岩体质量分级的一项重要指标。()*是指每次进尺中等于或大于"%/0的柱状岩芯的长—’"’— 第二篇水利水电工程地质构造研究度与每个钻进回次进尺之比（以百分数表示）。但规定为钻孔孔径应取得直径不小于!"##的岩芯，以金刚石钻头钻进，双层单动岩芯管取芯，因此，!"#只将完整程度分为大于$"%#和小于$"%#两级。为了更客观地反映岩体完整程度，我们采用“岩体块度系数（$%#）”作为对!"#的一种补充。岩体块度系数（$%#）定义为完整岩芯长度分别为$"&’"%#、’"&("%#、大于("%#三级岩芯长度获得率的加权平均值，用下式表示$%#)$"*%+$",’"*%+’",("*%+("（’-.）式中%&$"、%+’"、%+("———分别为完整岩芯长度$"&’"%#、’"&("%#、大于("%#的岩芯获得率，以百分数表示，下角标$"、’"、("为权值。完整岩芯长度的分级，参考国际岩石力学学会推荐的节理间距分级标准确定，划分为小的（$"&’"%#）、中等的（’"&("%#）和大的（大于("%#）三个块度等级。$%#的最大值为("，表示完整岩芯长度均大于("%#。具有同等!"#值的岩体，其块度系数$%#越大，完整性越好。（五）节理岩体损伤张量的概率统计将损伤力学引入节理岩体的研究，通过岩体损伤张量概率统计分析建立岩体损伤力学结构模型，结合二滩工程岩体进行了系统的研究，取得了有价值的成果。岩体损伤力学分析是将岩体中存在的节理裂隙视为损伤，节理的基本几何参量（长度、密度、方向等）决定着岩体的损伤程度，制约着岩体的力学性质。因此，岩体损伤张量/是这些基本几何参量的函数，反映了岩体中由于节理的存在，使岩体有效承载面积的减少。从其定义看，它表示面积为’!!的任意表面元的减少，减少的量值为#（’!!）。若减少##后的有效面积矢量为’"!"，则张量（(-#）也可理解为’!!转换到’"!"的线性变换算子，即##’"!")（(-#）’!（’-!）’"##或)")（(-#）)（’-(）’#已知损伤张量#时，任意方向!上面积的减少率’"*’即可由上式确定。因此，可以’"得到该方向的面连通率。")’-’此外，由于损伤张量#在三维空间中可表示为一个三阶对称矩阵，根据矩阵分析方法，任意对称矩阵都可通过一系列的初等变换转换成对角形矩阵，而损伤张量对角形矩阵显然对应着三组正交节理岩体的损伤张量。所以，任何含有多组节理的岩体，经过一定的坐标变换后，总可以将其转换为含三组相互正交节理的理想岩体模型，从而大大简化了节理岩体的力学分析。由此可见，损伤张量不仅能用于岩体的损伤力学分析，而且也可作为反映岩体结构的一种指标，将岩体结构的研究定量化。在损伤张量计算中，必须首先求得节理的各几何参量。由于观测面常被限制在有限平面内，直接获得损伤张量定义式中的各项节理几何参量十分困难，为此采用概率统计的方法进行分析。—0$.— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究!"节理法向矢量!建立如图#$!所示的直角坐标系，记"轴与节理走向的夹角（从"轴逆时针转）为!!，节理法向矢量与%轴夹角（从#轴转到!的正向）为!#，则法向矢量!可以用!!、!#表示为图#$!节理法向矢量与产状的关系!&（’()!!)*+!#，)*+!!)*+!#，’()!#）（#$,）!!、!#与传统意义上的走向角"!，倾向角"#有如下关系-0"#：!!&!123$"!，!#&"#-"!./（#$1）4."#：!!&!123$"!，!#&!123$"#-."#：!!&"!，!#&"#-"!0/（#$5）40"#：!!&"!，!#&!123$"#如果已知一组节理的平均走向和倾角，根据式（#$,）、式（#$1）和式（#$5）即可"!"#求得其平均法向矢量。#"节理平均迹线长度!$据6"7"巴顿（6"7"89:;(+）的模拟试验统计研究，将节理面形状视为圆形时，节理平均迹线长度可以比平均直径稍小或稍大。节理直径可以近似地等于平均迹线长。图#$#节理迹线出露的三种情况4"<"普雷斯特（4"<"=:*>);）和?"@"哈德森（?"@"ABC)(+）根据概率统计理论，导出平均迹线长的推算方法。即通过在观测面上布置测线和删节线（见图#$#、图#$D）测量部分迹线长来推求全迹线长。节理迹线长度多服从负指数分布，节理平均迹线长可用下式求取—D!E— 第二篇水利水电工程地质构造研究"!!（&"%’）#"#$%"()$式中$———在观测面上统计与测线交切的迹线总条数；#———仅与测线交切而不与删节线交切的迹线条数；"———在既定的测线与删节线间，某组删节迹线长，可视为常数。()节理的面密度!和体密度"图&"(平均迹线长统计方法示意图（%）节理的面密度!。为单位面积上节理迹线中心点的数量。节理迹线的出露大致有三种情况：*型（两端都出露），+型（仅一端出露），,型（两端都不出露）。从图&"&可知，+型和,型两种迹线中心点%不一定位于观测面内，所以节理的面密度不等于观测到的节理数和观测面面积之比。但根据迹线在观测面内的出露长度&和’，计算出它们的中心点在观测面内的概率。以此概率为权，计算节理的面密度!))(-!［+（%"）］*-!［+（’"）］**!%*!%!!（&"%%）,式中(、)、$———分别为观测面内*、+、,三种出露类型的迹线数；+（%#）、+（’#）———分别为+型和,型迹线中心点%位于观测面内的概率；,———观测面面积。仅一端出露的迹线（+型），其中心点位于观测面内的概率是（"）!+（&"!.&&/!#&）!%"-"#&（&"%&）+%两端都不出露的迹线（,型），其中心点位于观测面内的概率为0’+（’"）!-#’-.#!/!0%.-.#’（&.%(）$&’!.’上两式中，!为平均迹线长。#!%1!（&）节理的体密度。为单位岩体体积内节理中心点的数量。由于观测面是有限的"二维平面，因此，只能先统计节理的面密度!，然后推求体密度。根据卡林（12*#3$）的观"点，如果几何元的密度在空间是一个泊松过程，那么这些几何元在空间的位置就是独立的、均匀分布的，因而可假定不同观测面上可以得到相同的!值，由面密度按下式推求体密度—(%4— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究!!!""（"#$%）（六）软弱结构面研究软弱结构面，特别是坝基下缓倾角的软弱夹层，是影响水电水利建设的关键问题，关系到工程的质量、安全、造价和建设速度。软弱夹层与坝基抗滑稳定关系密切，除应加强工程勘察、测试，更新勘探和测试手段，以提高勘察速度和质量外，还需组织地质、试验、设计人员共同研究软弱夹层抗滑稳定的边界条件和验算方法，使之更加切合实际。设计与施工也应着手研究改进软弱夹层的处理方法，因地制宜、更为有效可行。影响坝基抗滑稳定的软弱夹层，一般为连续性强、倾角小于&’"，特别是小于$’"、倾向上游或微倾下游的夹层。陡倾角的软弱夹层，则有可能影响拱坝坝肩和岸边坝段的稳定，这些是我们研究的重点。$(软弱夹层的成因地层岩性是产生软弱夹层的基础，而构造和水的作用则是产生软弱夹层的条件。软弱夹层的成因类型一般有三种。（$）构造型（亦称综合型）。这类软弱夹层在自然界中占多数，为岩体中某种软弱岩石或软弱面，经过地质构造的作用，岩石原始结构被破坏，原生颗粒重新分布并定向排列，经地下水活动和物理化学作用而形成软弱夹层或泥化夹层，如页岩、泥灰岩与板岩等层状地层中的层间错动夹泥，块状岩体中的破碎夹泥。这类软弱夹层分布面积大，连续性强，具有节理带、劈理带和光滑泥面等分带现象，各带的颗粒组成、结构与力学强度差别很大，其中以光滑泥面的强度最低。需运用地质力学的方法，分析各种结构面的组合关系和力学属性。一般在陡倾角压性或压扭性结构面两侧，尤其是上盘部位多发育缓倾角断裂；在单斜、平缓褶曲或两个扭性断层间的地块部位，经常产生层间错动或反倾向、缓倾角断裂。（"）原生型。这类软弱夹层在自然界中占次多数。软弱夹层与两侧非软弱夹层的物质组成，在成岩过程中就存在差异，表现在软弱夹层中的石英含量与起胶结作用的碳酸盐类含量少，黏土矿物总量与黏粒含量高，力学强度低，如沉积岩的沉积韵律层面上的泥化物质，侵入岩体两侧的蚀变带，不同时期喷发物质的接触面，变质岩中变质矿物富集带以及泻湖相、陆相、滨海相层间可溶盐类夹层等。（&）次生型。是原生型的软弱夹层经水与风化作用的产物，或为地下水淋滤而充填于裂隙中的泥及碎屑。一般含铝硅酸盐为主的矿物，经过物理化学风化作用后，产生含水铝硅酸盐的黏土类矿物，通常有高岭石、伊利石（水云母）和蒙脱石三种，其中蒙脱石亲水性最高，多分布在地表浅层地下水循环带内。"(软弱夹层分类及工程实例软弱夹层类型的划分，主要目的在于区别并阐明其成因、工程地质特性及对建筑物的影响程度。目前国内划分标准有些侧重于成因；有些则侧重于岩性组合（有的还结合泥化程度）或形态特征（特别是颗粒组成）等等，尚无统一的标准。为便于根据上述目的说明夹层的实际情况，所采用的类型划分标准，不一定强求一致。现将几种划分标准的实例列举如下。—&$)— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）按夹层成因划分的类型：!）四川自贡市葫芦口水库坝基为侏罗系红色地层，产状平缓，软弱夹层按成因划分为三类：!类：原生型。砂岩中夹炭质条带、炭质页岩及软弱矿物富集带，形成透镜状软弱夹层。"类：构造型。黏土岩与泥质粉砂岩层间挤压破碎夹层，分布稳定，厚度较薄。#类：次生型。砂岩与黏土岩的接触面上，在黏土岩顶部出现泥化层，层面波状起伏，分布不稳定。四川省的狮子滩、黑龙滩、升钟等工程都有类似的软弱夹层存在。"）广西下桥水电站坝基地层为石炭系灰岩与页岩互层，岩性软硬相间，并经历#次构造运动，岩体破碎，喀斯特发育，软弱夹层按成因划分为四类：!类：原生夹层。页岩中所含炭质、泥质、钙质经地下水活动成为黏土及结核体，分布比较稳定，但有的连续性差。"类：次生夹层。灰岩中的硅质条带，风化后成砾质黏土。#类：层间错动夹层。软硬层面间，经构造错动形成厚$%"&!’(的炭质物，面光滑，有些成片状劈理，类似页岩。$、充填夹层（次生型）。溶蚀裂隙中充填黏土。（"）按夹层岩性组合（有的结合泥化程度）划分的类型：!）葛洲坝工程坝基为白垩系砂岩，夹有多层黏土质粉砂岩，以及黏土岩、砾状黏土岩和炭质条带等，其中亲水性强、遇水易于软化和摩擦系数小于%$%#)的夹层即定为软弱夹层。根据其岩性组合，并结合泥化程度，分为五类：!类：普遍具泥化带的黏土岩夹层。"类：黏土岩夹层，又根据其泥化程度分为两个亚类（"!、""）。#类：砾状黏土岩或黏土岩团块夹层。$类：含炭质条带的页状粉细砂岩夹层。%类：黏土质粉砂岩夹零星的黏土岩薄层或透镜体的夹层。根据不同类别，分别定出摩擦系数。!类为$%!*&$%"$；"!类为$%")；""类为$%#$；#类以上为$%#)。泥化夹层或局部泥化带的变形模量为!$+,-。"）河北省朱庄水库坝基位于震旦系长城统石英砂岩夹页岩层上，处于大逆掩断层的上盘，构造型软弱夹层极为普遍，但类型划分的标准是按岩性组合，分三类：!类：泥质砂岩泥化夹层。页岩已全部泥化，并有挤压的扁豆体、鳞片状、镜面、擦痕及微揉皱体等，夹层分布广而稳定。"类：页岩泥化夹层。页岩或页岩透镜体，挤压后呈串珠状扁豆体，在水的作用下已泥化，分布较广。#类：薄层砂岩泥化夹层。泥质与铁质砂岩经水作用形成!&)((的夹泥，分布不稳定。（#）按夹层形态特征（特别是颗粒组成）划分的类型。湖南省内广泛分布前震旦纪板溪群地层，在双牌、涔天河、子良岩、风滩、五强溪等工程的坝址中均遇到不同类型的软弱—#!.— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究夹层。以五强溪为例，根据夹层形态特征（特别是颗粒组成）分为三类：!类：泥化板岩。分布在地下水垂直循环带及风化带内，一般为白色胶泥，无碎屑或很少碎屑，有层间错动磨光面。"类：碎块状夹泥层。挤压错动面附近的岩石糜棱岩化，一般有一条白泥连续成层，两侧或一侧为泥含碎屑，碎块及碎屑一般都经过滚动或角度变位。#类：片状破碎层。多形成于薄层泥质板岩中，局部挤压破碎成似鳞片状的相互迭置的薄片，鳞片间有时充填因错动产生的岩粉或泥膜，板岩呈磨光面，其上也有泥膜。（!）按夹层综合成因分类。四川省铜街子水电站坝基位于二叠系峨眉山玄武岩中，常发育有两类缓倾角软弱夹层（带）———层间错动和层内错动带，都是综合型的软弱夹层，即在原生结构面的基础上，后期的构造变动以及浅表改造恶化了这些软弱夹层的性质。层间错动为火山喷溢间断的沉积物经后期构造改造所形成，其特点是产状稳定、规模大、连续性好、起伏差小等。层内错动是指发育于各岩流层内部的缓倾角错动带，由于是原生裂隙经后期构造错动形成的，所以不切穿岩流层，并多分布在岩流层中、下部的玄武岩一侧，产状分散，结构、性状、规模因地而异。不同地区因原岩结构、错动强度的不同，工程地质性状有很大的差异。如铜街子"#等层间错动带，受构造作用强烈，主错泥层厚约#$%&’’，分布稳定，连续性好，抗剪指标低。而二滩工程虽属同时代的玄武岩，却不存在层间、层内错动带。（#）()#&%*+—,,《水利水电工程地质勘察规范》将软弱夹层划分为岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型和泥型四类，有利于区分其抗剪强度。不同类型的软弱夹层，在天然状态下的物理力学性质差别很大，对建筑物的影响也很悬殊，这主要取决于它们的成因、岩性、形态、泥化程度和分布规律。因此，对软弱夹层，不仅要用一般的地质调查方法，从宏观上研究它们的分布规律和天然状态下的物理力学性质，还应该借助于微观分析来揭露其矿物组成和结构，分析判断其亲水性。这样对软弱夹层的现状及其在水库运行期间的发展变化，才会有比较全面的认识。（七）岩体结构信息系统和三维可视化模型岩体结构是岩体工程地质特征的决定性因素之一，查明岩体的地质条件，尤其是不连续面的空间展布特征，包括产状、几何形态、间距、规模、密度及各类结构面相互限制、交切而形成的结构形态，是工程地质勘察的重要内容之一。利用有限的地质资料，对地质结构进行可视化描述，能够清晰表达和显现各类结构面的特征和空间组合规律，提供可能的组合模型，为岩体的稳定性分析奠定基础。近年来研究开发的“岩体结构信息系统和三维建模系统”，实现了地质信息的科学、有效的管理和地质结构可视化。大量的定量或半定量的原始地质数据和室内建模分析统计获得的成果数据，都是建立三维地质可视化模型和室内分析研究的基础。为实现数据信息合理地流入三维地质模型，方便地获取研究中所需的信息，又研制开发了“坝区岩体信息管理系统”。图形、图像是一种描述真实物理地质信息的重要手段和工具，它能直接反映地质特征、地质现象，便于进行综合分析，对工程中存在的地质问题作出合理的结论和决策。因—.-,— 第二篇水利水电工程地质构造研究此，三维可视化模型不仅是地质信息可视化图形、图像的操作构图过程，而且也是一个岩层、结构面地质特征的模拟分析的综合系统。三、地应力场研究（一）地应力场研究的目的和意义地应力是坝基岩体赋存环境的重要因素之一，是岩体自重、构造作用、岩浆侵入、地形（势）等因素综合作用的结果，因此岩体的应力状态十分复杂。未经人为扰动的岩体，处于相对平衡的地应力环境中，并制约着岩体的力学特性、本构关系和破坏机制。主要表现在以下三个方面。（!）影响岩体的承载能力。对赋存于一定地应力环境中的岩体来说，地应力越大，岩体的承载能力越高。（"）影响岩体变形和破坏机制。许多低围压下呈脆性破坏的岩石，在高围压下却为塑性变形，这种变形和破坏机制的变化，提示着岩体赋存的地应力条件不同，岩体的本构关系也不同。（#）影响岩体中应力传播法则。岩体是不连续介质，但在地应力形成的高围压作用下，可以使不连续变形的岩体，转化为连续变形的岩体，从而使岩体中应力传播具有连续介质的特性。地壳表层岩体的天然应力状态与人类的工程活动关系极大，越来越多的实例表明，在高地应力区，地表、地下工程施工期间所进行的岩体开挖，破坏岩体原始应力状态而引起一系列与应力释放相关联的变形和破坏现象，不仅恶化地基或边坡岩体的工程地质条件，同时对建筑物造成直接危害。归纳起来，伴随地表和地下开挖产生的变形破坏有以下几种形式。（!）基坑底部爆裂、隆起。我国的青石岭水电站坝基开挖时，当上部厚约!$%的冲积层清除后，河床左半部比较完整的片麻状花岗岩在暴露不长时间后，岩体表层即沿水平略倾下游的面突然爆裂，响声震耳，爆裂形成的片状岩厚约"&’()*%，裂开层清除后，下部又平行开裂。（"）边墙或边坡向临空方向的水平位移和沿已有缓倾结构面发生剪切错动。在我国葛洲坝水电站厂房机窝开挖过程中，由于坡脚根部受限，上、下岩体差异回弹，沿平缓软弱夹层发生向临空方向的剪切滑移。观测资料表明，开挖初期滑移速度"*%+月，,’-个月以后趋于稳定。山西汾河二库坝基开挖过程中，坑壁沿白云岩平缓层面、层间错动带及缓倾断层，向基坑和齿槽发生错动，错距!’$*%。（#）边墙或边坡倾倒。这种情况往往发生在高地应力的陡倾地层中，如碧口水电站溢洪道施工中发现，在通过片状绢英千枚岩&)%长的段内，溢洪道轴线平行陡倾的岩层走向，开挖过程中边坡岩体不断发生倾倒变形，新鲜的开挖面一般在#’&天内即行倾倒，涉及深度约!’"%。综上所述，岩体内赋存的地应力，不仅直接关系坝基岩体的力学特性、本构关系及破坏机理，还直接影响到混凝土高坝设计和施工。—#")— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究（二）初始地应力场的研究岩体的天然应力场是极其复杂的，它的形成、量级及空间状态等一方面取决于地区的地质、地貌发展史，同时又反映在各种地质、地貌现象中。因此，为了从定性、定量两个方面阐明一个地区岩体天然应力状态，需采用下述结合研究途径。!"构造应力场的演变史及现今地应力场基本特征研究（!）构造应力场演变史的研究。通过对区内大量测点处断层错动机制的赤平投影解析，配合各种构造形迹的地质力学分析，就能掌握造成地区历次构造断裂活动的构造应力场特征，然后根据各次构造变动所涉及的构造层的时代和各构造形迹间的交切、改造关系，判定应力场的演变史及最新构造应力场的特征，后者通常就能代表该区现今地应力的基本情况。（#）现今地应力场基本特征研究。除上述方法外，近年来用于研究现今地应力场的方法还有新断裂网络地质地貌解析法。所谓新断裂是指最新构造应力场下形成与发展的断裂，在一个特定的地区，不同性质的新断裂往往构成一定形式的网络，其特征包括一对共轭剪切面，一组压性结构面和一组张裂面，其中压性和张性结构面往往发育较差，且其特征也与老断层无差异；而共轭剪切面大多表现为两组区域性剪裂面，通常是陡倾角且彼此近于正交，常常是新断裂网络中的基本成分，且其锐角平分线就是区域最大主应力的展布方向。因为新断裂的突出特点是未充填，未胶结，有的还有现代活动，所以这类断裂通常总是明显地控制着地形和水系的发育。也正因为如此，新断裂在遥感图像上一般都有清晰的显示，这就为利用现代遥感手段查明它们的发育分布奠定了基础，由于新断裂网络中的各组成成分与最新构造应力场的最大主应力方向均有特定的方位关系，所以解释了新断裂网络之后，就能直接定出最新构造应力场的最大主应力方向，这个方向通常也就是现代地应力场的最大主应力方向。此外，震源机制解能表示出发震断层的类型、断层走向和地应力场的基本情况，大量震源机制解的资料也可以用来判定区域构造应力场。（$）区内岩体应力积累条件和程度的研究。为此需要查明的问题有：!历史上各时期及当代地壳隆起的速度和高度，这就要求测定各级阶地的绝对年龄和它们之间的相对高度，以确定地壳岩体应变速率的变化趋势，结合历史时期的断裂活动情况，总体判明当前区内岩体应力积累的条件和程度。"区内应力集中条件和应力集中区的分布，在一个区内有无应力集中的条件，应力集中区分布在哪里，主要取决于岩体的岩性、埋藏和结构条件。岩性坚硬、结构完整、处于应力集中部位的岩体，通常易于出现应力集中。#高地应力区的地质、地貌现象，河谷范围内的强烈卸荷回弹和应力释放，河床钻孔钻进过程中岩芯裂成饼状的现象、基坑或平洞中的板裂、片帮、葱皮以及岩爆和其他强烈变形现象集中发育的部位就是高应力集中区。#"地应力的测试定量确定工程区地应力的量级和方向，一般都采用现场或室内测试。近#%年来，水利水电系统在地应力测试方面有较大的发展，无论岩体浅部或深部应力，还是平面或三维应力均做了大量工作。目前常用的测试方法有钻孔应力解除法、水力劈裂法、原位模型洞变形测量及反演分析等。—$#!— 第二篇水利水电工程地质构造研究一般同时采用多种手段量测，以相互验证和获取更多信息。在测点布局上，结合建筑物位置形成三维系统，为建立地应力场提供可靠的基础。!"地应力场的数值模拟研究通过定性分析方法可以确定最新构造应力场的最大主应力方向，判明区内岩体应力积累的条件、程度和应力集中的部位；通过测试可获得地应力的量级和方向。但作为一个大型水电工程，仅从定性分析或通过有限几个孤立点的实测地应力成果，没有系统了解工程区河谷各部位地应力状态，显然是远远不够的。近年来，由于电算及有限元方法的迅速发展，已有可能在现场调研和实测地应力基础上，采用平面或三维有限元反演分析现今区域地应力场，建立定量化模型。以二滩水电站地应力场的建立为例简述如下。二滩水电站位于四川省西南部的雅砻江下游，川滇南北向构造带中段西侧，为断裂构造所围限的共和断块上。坝址区位于谷坡陡峻的峡谷段，基岩由二叠系玄武岩和后期侵入其中的正长岩组成。据现代构造应力场分析，震源机制解及小震平均应力场分析均表明，本区自喜马拉雅运动以来构造应力场最大主应力方向为#$%#$$向。坝区勘探过程中，河谷及谷坡下部钻孔中较普遍出现饼状岩心，探洞掘进及原位试验试件加工过程中出现的岩石葱皮、片帮、爆裂等现象，均说明本区存在较高地应力。为了定量地确定地应力量级和方向，在不同部位进行了现场钻孔应力解除法地应力量测和地下洞室原位模型洞位移量测反分析，获得了丰富的实测资料，进而采用有限元回归分析，建立较大范围三维地应力场及坝址区子域应力场（见图&%’），实测值与回归值基本一致（见图&%(）。图&%’初始地应力场!等值线图（单位：)*(+,）)经综合分析，对岩体初始应力场有如下认识：（)）三向主应力均为压应力，最大主应力（!)）方位稳定，两岸最大主应力均垂直河谷，倾向河床，倾角!*-以内，三向应力平均比值是：!&.!)/*"(&0*"1*；!!.!)/*"&20*"!1。（&）据实测成果换算，各测点水平应力大于垂直应力，上覆岩体自重应力仅为实测垂直应力平均值的’23，实测最大水平应力是理论计算值的10)(倍，实测最小水平应力是理论计算值的’0))倍。（!）从应力场显示应力分区现象明显，大体划分为：应力释放区，位于谷坡表层，应力量级一般小于(4+,；应力过渡区，位于河谷周边浅层，应力量级多在(0&*4+,；应力平稳区，位于谷坡较深部位，应力量级&*0’*4+,；应力集中区，位于河床，应力量级’*05*4+,，是岩芯饼化最严重的部位。上述’个区，由于地应力状态和量级的不同，岩体工程特性有显著差异。—!&&— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究图!"#$%&’(向应力对比曲线图（)）应力释放引起的岩体破损现象不仅与应力大小有关，同时与岩石性质密切相关。以应力平稳区正长岩为例，平均地应力为!#*+,，相当于正长岩单轴抗压强度的&-#.&-/，在此应力量级下，因应力释放而出现的岩石破损微弱，当超过这一应力水平时则显著增加。但对结晶程度甚差的高强度玄武岩，其比值达&-%时，仅出现少量破裂现象。（#）从应力状态分布特征表明，坝址区空间应力场由构造应力和自重应力共同形成，而重力对应力场的空间展布具有明显的影响。地应力不仅是控制岩体力学作用的因素之一，而且是在岩体赋存环境条件发生改变时引起变形和破坏的力源之一。初始地应力场的建立，为研究二滩地应力对拱坝拱座抗滑稳定的作用、地应力对坝基开挖的时空效应、坝基总体应力场的建立和高坝建基面优选研究奠定了基础。四、水文地质条件研究（一）地下水研究的目的和意义地下水是影响岩体力学性质和岩体力学作用的另一个重要的岩体赋存环境因素。裂隙岩体作为不连续介质，其渗透性主要取决于岩体结构特性和岩体的围压状态。地下水对岩体的作用主要可归纳为两个方面：一是地下水对岩体的物理和化学作用，使岩石或软弱结构面产生软化泥化，从而降低其强度，有时在渗透压力作用下，还可能产生化学的或机械的潜蚀作用；另一方面，由于地下水的渗透压力作用，抵消了外界作用的有效应力，从而对岩体变形破坏产生影响。对混凝土高坝地基的硬质岩体来说，一般具有较好的物理、化学方面的稳定性，第一方面的问题往往不突出。第二方面的问题即由于渗透压力的增加恶化坝基（肩）抗滑稳定的工程实例是较多的。法国马尔帕塞坝的破坏以及我国梅山水库连拱坝的破裂事故，都是这方面的典型实例。由此可知，为了大坝的长期安全运行，必须详细研究地下水渗流条件及其变化规律，预测其相应后果，并采取适宜的工程措施，是工程勘察中重要的组成部—%!%— 第二篇水利水电工程地质构造研究分。为了查明坝址区水文地质条件，首先应在查明坝址区及其外围地区地形、地质条件的基础上进行水文地质专门调查，形成初步认识，这是做好该项工作的基础。（二）地下水测试技术为了确定坝基渗漏和渗透稳定所需的水文地质参数，通常需要进行大量测试研究，如现场钻孔（井）抽水试验、注水试验、压水试验以及地下水位动态观测分析等，除这些常规方法外，根据不同目的，可选择采用下列技术方法。!"地球物理测井在水利水电工程地质勘察中，为研究钻孔剖面中的岩性变化、裂隙发育状况、断层破碎带的性质和规模、含水层的位置和厚度以及有关的水文地质参数等一系列问题，广泛应用地球物理测井方法。改革开放以来，由于生产的发展，新技术不断引入，同时通过科研研制出新的仪器，使测井方法和内容越来越丰富，所能解决的地质问题也愈来愈多，已成为地质勘察中必不可少的重要手段。地球物理测井一般要运用多种手段综合研究，才能获得较好的效果。常用的方法有电测井、声测井、电磁波测井、放射性测井以及井径、井斜、井温测井等，并随着生产的发展不断更新。#"环境同位素技术目前，在水利水电工程的水文地质研究中，应用环境同位素技术主要解决下列问题。（!）利用放射性同位素测定地下水年龄。如乌江渡、锦屏、南桠河冶勒工程利用放射性同位素$%（氚）测定地下水年龄。（#）利用稳定环境同位素!&’、(（氚）等研究地下水的起源与形成过程，确定水交替程度，帮助确定补给区高程；在金沙江溪落渡水电站前期工作中，应用该方法研究阳新灰岩喀斯特水补给高程及补给区。乌江渡、窄巷口工程利用$%（氚）研究深喀斯特及渗透问题，效果良好。（$）利用环境稳定同位素不同组成（例如!#!$)*)）判断水中化学组成的来源，进而确定地下水的补给与形成历史。（+）示踪试验及人工放射源测定地下水的流向、渗透流速及渗透系数，以及岩土的密度、孔隙度、含水量、导水系数等地质和水文地质参数。该方法得到广泛应用，如乌江渡、隔河岩、万家寨、江垭、大化、岩滩等工程均曾采用。$"现场渗透试验水利水电工程地质勘察中，注水试验、抽水试验、压水试验都是用来了解岩（土）体透水性的常规方法，其中压水试验已采用国际上较通用的吕荣压水试验方法。与此同时，通过“六五”、“七五”和“八五”期间的研究，新的测试仪器相继问世，其中主要有：适用于量测压水试验段实际压力的,)-.!型钻孔压水试验段测压仪；适用于量测钻孔内水的流量、压力，直接计算单位吸水量和吕荣值的/,数字式水文地质钻孔测试仪；适用于观测地下水动态的钻孔地下水长期监测系统。此外，随着渗透理论的发展和有限元应用更加普遍，对水文地质参数提出了更高的要求，即不再满足于求得单位长度孔段的平均渗透性，还希望了解岩体渗透性的非均质性和方向性。为达此目的，针对具体工程的特点和需要，提出并采用了各种非常规的压水试验—$#+— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究方法，主要有：（!）测定一组裂隙的渗透性的压水试验。根据地质测绘和裂隙统计资料，确定影响试验区透水性的主要裂隙产状，把试验钻孔布置成与该组裂隙正交，使试验段内只包括该组裂隙，这样，试验所得成果就代表该组裂隙的透水性。（"）多孔压水试验。在压水试验钻孔周围设置一批观测孔，在观测孔内的相应试段高程放置双栓塞，了解压水试验的影响范围，岩体透水性的非均质性和各向异性。（#）源$汇试验。用三栓塞试验器隔离出两个试段，使所研究的地质体位于两个试段之间，分别对两试段进行压水和抽水试验，据此了解该地质体两侧的水力联系，并计算该地质体的透水性。（%）自由振荡试验。根据自由振荡法原理和艾德尔（&’(’)*+,）的试验，在“七五”、“八五”期间，成功研制了能够满足自由振荡法试验所需的-.—!///钻孔水文地质综合测试仪，并分别在瀑布沟、紫坪铺工程中应用，取得了良好效果。（三）地下水模拟研究!’电阻网络模拟用电阻—电阻或电阻—电容组成的网络，对地下渗流区域进行模拟计算的方法，称为电阻网络模拟法。依据电流在电阻网络模型中的运动规律与地下水在地质体中的运动规律相似，这种相似性使得所遵循的差分方程和差分微分方程也具有相似性。由于电阻网络模型能用差分方程及差分微分方程求解，因此，国内外将它纳入计算机范畴，称之为电网络模拟法。电阻网络模拟可进行二维和三维地下水流模拟，并能识别含水层中流势的分布、富水部分、地下水分水岭位置和高程，以及补给边界、径流途径和排泄去向。在水文地质研究中，电网络模拟方法是常规地质方法的必要补充，不仅对现有资料能够进行科学的归纳和系统的消化，而且也是分析水文地质条件和提高对含水地质体认识程度的有利手段。在充分利用现有资料的基础上，电网络模拟通过正演和反演，可以大大提高对各种水文地质现象的认识程度，将原有的定性分析上升到定量评价，可以解决如下问题：（!）了解含水层中流势的分布、富水部位、地下水分水岭的位置和高程，以及补给区和排泄区的情况。（"）查明相邻含水层之间的水力联系，特别是越层补给量及反求各层的渗透参数；可以确定渗流场中任何一点的渗透压力，水流强度和流向。（#）可以模拟建库前的区域渗流场，预测建库后渗流场的变化，对闸（坝）基岩土体渗漏量及渗透稳定作出评价。近!/多年来，在东风、鲁布革、小湾、百色、隔河岩、窄巷口、冶勒、江垭、高坝洲及万家寨等工程中应用，都取得了较好效果。"’渗流场数值模拟为了评价坝基渗流和扬压力的分布状态及其渗流量，合理布置渗控工程措施，大型水利水电工程都普遍进行了地基二维、三维渗流计算，建立了相应的计算软件。过去曾一直沿用土体渗流力学观点来解决岩体渗流问题，然而水在岩体中的渗透流—#"0— 第二篇水利水电工程地质构造研究动的主要通道是裂隙，其张开度与岩体所处的应力状态有关，因此岩体的渗透性具有明显的围压效应和结构效应。二滩工程从制约岩体渗透性的主要因素，即岩体结构效应和围压效应出发，在现场渗透试验和室内试验研究相结合的基础上，建立相关关系及坝基岩体的渗透场。其研究预测途径是：（!）岩体渗透性的围压效应。将含裂隙的试样在围压下进行室内渗透试验测定围压效应。研究成果表明，渗透性受结构面控制，但同时又表现出明显的围压效应。随围压增加渗透性减小，围压减小渗透性增大。通过非线性回归得到渗透系数"与围压的非线性回归方程，相关系数大于#$%，表明拟合效果很好。（&）岩体渗透性的结构效应。通过原位岩体与实验室裂隙岩块的渗透系数之比值’来描述，它们间接反映岩体中结构面的发育特征。统计分析发现，’值与岩体质量指标()*之间存在较好的线性关系，从而建立起’与()*的回归方程。它表明随着()*增大’值减小，说明’值的变化反映了岩体结构的差异。归纳以上分析，可建立坝基各类岩体中既考虑围压、又反映岩体结构特征的渗透系数预测方程式，并应用现场大量压水试验成果验证，其预测值与实测值较吻合，说明其可信。（+）在了解岩体现今应力场和岩体结构（*,）空间变化的基础上，用上述预测方程，则可建立坝基岩体渗透介质场，从而预测所需部位的岩体渗透系数值。（-）在上述渗透介质场的基础上，考虑多种工况组合情况，采用三维渗流有限元计算，研究坝基岩体水动力场，为渗控工程设计提供依据。五、坝基岩体质量分级随着坝工建设的发展和进步，以各种岩体质量分级作为评价工程岩体质量的重要手段日益得到广泛的应用，并且在工程实践中愈来愈感到它的重要性。合理的工程岩体质量分级将有助于客观地反映岩体的固有属性，是坝基岩体稳定分析和评价的基础；有助于认识岩体力学特性及参数的合理选取；有助于岩体工程设计和施工，有助于加强各专业间的有机联系和指导地质勘探和试验工作的布署。我国坝基岩体分类的研究工作起步较晚，从&#世纪.#年代至/#年代中期，主要以岩体风化程度作为岩体工程地质分类标准。/#年代末期以来有很快的发展，从不同角度提出了很多分类方法，简单介绍如下。!$由水利部主编的0,.#&!1—%-《工程岩体分级标准》采用定性与定量相结合的方法，并分两个层次进行，先确定岩体基本质量，再结合具体工程的特点确定岩体级别。岩体基本质量分级主要考虑岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个因素。其中，坚硬程度定性划分为坚硬岩、较坚硬岩、较软岩、软岩和极软岩五级，并采用岩石单轴饱和抗压强度!2或岩石点荷载强度指标［"（3.#）］的实测值定量划分；岩体完整程度定性划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎五级，并采用岩体完整性系数（#4）实测值作为定量指标，无条件取得该值时也可用岩体体积节理数（$4）确定对应的#4值，并以基本定性特征和基本质量指标（,)）确定岩体基本质量分级。,)值按下式计算—+&5— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究!"#$%&’!(&)*%"+（),-*）岩体基本质量分级定量标准为，!级!".**%，"级!"#**%/0*-，#级!"#0*%/’*-，$级!"#’*%/)*-，1级!"2)*%。关于工程岩体级别的确定，标准规定对岩体进行初步定级时，宜按岩体基本质量级别作为工程岩体级别。在进行详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上结合不同类型工程的特点，考虑地下水状态、初始应力状态、工程轴线或走向线的方位与主要软弱结构面产状的组合关系等必要的修正因素，岩体基本质量指标修正值（［!"］）可按下式计算［!"］#!",-%%（"-&")&"’）（),-3）式中"-———地下水影响修正系数；")———主要软弱结构面产状影响修正系数；"’———初始应力状态影响修正系数。"-、")、"’值均可按4!*%)-5—$$附表确定，附录中还附有各岩级的岩体及结构面物理力学参数供选用。)64!*%)57—$$《水利水电工程地质勘察规范》坝基岩体工程地质分类根据岩面饱和单轴抗压强度首先将岩体分为8（硬质岩!9.3%:;<）、!（中硬岩!9#3%/’%:;<）和=（软质岩!92’%:;<）三大类。然后根据岩体结构、完整性、强度和结构面的抗滑、抗变形能力分为五类：!类：由硬质岩组成（8!类），岩体完整、强度高、抗滑、抗变形性能强，不需专门地基处理，属优良的高混凝土坝地基。"类：由硬岩组成的8"类和中硬岩组成的!"类。8"类岩体较完整，强度高，软弱结构面，不控制岩体稳定。!"类岩体结构特征同8!类。两者均为抗滑、抗变形性能较强的岩体，专门地基处理的工作量不大，属良好的高混凝土坝地基。#类：由硬岩组成的8#类、中硬岩组成的!#类和软岩组成的=#类。8#类岩体较完整，局部完整性差，强度较高，抗滑、抗变形性能在一定程度上受结构面控制，需经专门处理后方能作为高混凝土坝地基；!#类岩体较完整，有一定强度，抗滑、抗变形性能受结构面和岩石强度控制；=#类岩体完整，抗滑、抗变形性能受岩体强度控制。后两者能否作为高混凝土坝地基，需视承载力与强度论证而定。$类：由完整性差/较破碎的硬岩（8$）、中硬岩（!$类）和完整性差的软岩（=$类）组成。其中，8$、!$类抗滑、抗变形性能明显受结构面控制，能否作为高混凝土坝地基，视处理效果而定；=$类强度低，不宜作为高混凝土坝地基，即使局部利用，也需作专门处理。%类：散体结构，不论由哪类岩质构成的，均不能作为高混凝土坝地基。’6三峡水利枢纽坝基岩体分类该分类从岩体结构的观点出发，认为岩体的变形和破坏主要受岩体结构控制。根据不同坝基岩体的具体工程地质条件进行岩体结构工程地质分类。具体分类方法是在岩体结构类型及其特性研究的基础上，采用多因子结合的和差计分法（简称三峡>?;法），该法考虑3个主要因子作为评定岩体质量的依据：—’)7— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）岩体完整性指标（"#$、!%），分配权值!!&’()；（’）岩块单轴饱和抗压强度（"*），分配权值!’&!+)；（,）裂隙发育程度（间距#），分配权值；!,&’()（-）结构面状态（风化程度、开度、充填物及性状、糙度和连续性），分配权值；!-&’()（+）岩体透水性及渗流特征，分配权值；!+&!()（.）变形特征（变形模量或弹性模量），分配权值。!.&!+)将这.个因子的参数值转换的分值相加，就得出岩体质量分级的基本值。划分标准为/级优质岩体（!((01(分）；$级良好岩体（1(0.(分）；2级中等岩体（.(0-(分）；3级差的岩体（-(0’(分）；4级极差岩体（等于或小于’(分）。对于不同地段影响坝基岩体稳定的一些不利地质因素，上述.个因子不能概括时，均单独列为附加因子，对基本分值进行一定的折减，以反映局部特殊地段的岩体质量。例如，影响坝基抗滑稳定的缓倾角结构面相对发育地段、较严重透水地段、深风化槽地段、岩体强卸荷地段等，根据其对坝基岩体稳定的影响程度，均对基本分值作适当折减。-5二滩工程坝基岩体质量分级该分级是以反映岩体固有条件和物理力学性质为准则，以控制岩体质量的主要地质因素作为分级的基本要素，又以岩体物理力学参数作为分级的工程指标，采用系统工程原理，从单因素级差的建立到多因素综合评判，形成分级的纵横系列，进而建立完整的岩体质量体系。二滩工程多因素综合分级针对坝区地质特点，选取岩质、岩体结构和围压状态作为分级的基本因素，在分别研究各单因素定量分级的基础上，以它们的乘积作为岩体质量分级的基本依据，再从局部差异视需要可分亚级。分级的表达式为$6&%&’·7·!（’8!9）):!(&);)%式中%&’———岩石点荷载强度，<=;；(———岩体结构系数；)%———体积节理数；):———节理面糙度系数；);———节理面蚀变系数；———围压效应系数。!二滩工程坝基岩体质量分级结果可归纳为如下类型：（!）优良岩体（/02级）。属弱风化下段至新鲜岩体，节理一般无软弱物质充填，岩块间嵌合紧密，常处于较高围压状态，岩体完整均一，属优良地基，可直接作为大坝地基。（’）一般岩体（3级）。属弱风化中段，完整性和岩块嵌合不均一，部分裂隙中充填不连续泥膜或个别出现风化透镜体，但总体上仍具有一定天然结构强度，经工程处理后可作为大坝地基。（,）较差岩体（48,级）。出露于谷坡浅层，属弱风化上段，岩体松弛，完整性及均一性差，裂隙风化，普遍充填次生夹泥，风化夹层出现机率高，自然状态下不宜作为高坝地—,’1— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究基。（!）软弱岩带（"#$、"#%级）。岩体破碎、软弱，天然状态下深埋山体内，结合尚紧密，开挖后即松弛，具流变特性，需特殊处理。（&）松散岩体（’级）。全强风化，强烈松弛，散体结构，不能作为主体建筑物地基。第三节岩体力学特性研究一、岩体力学特性研究的目的和意义随着坝工建设规模的日益增大，对坝基岩体力学特性提出了越来越高的要求。尤其是对一些重大坝工事故的失事原因和机制进行深入研究后，在世界坝工技术界已基本达成共识，意识到坝基岩体稳定与坝体本身同样重要，并深感加强坝基岩体力学特性研究的重要性和迫切性。为了更好地研究岩体的力学特性，实践中需遵循以下原则。（$）按岩体的工程地质条件进行岩体质量分级，将复杂的工程岩体划分成相对均一的地质单元，分别对其进行研究，以减小因自然条件的差异带来岩体力学特性的不确定性，最终形成以工程岩体质量体系为基础的岩体力学参数系列。（%）采用多种手段进行对比研究，综合分析认识岩体的力学特性；同时在充分掌握岩体及其结构条件的基础上，针对不同的特点有的放矢。（(）由于不同的坝型和坝基岩体稳定分析方法对岩体力学特性的了解有不同的侧重点，因此在研究岩体力学特性时，应考虑到不同的坝型和稳定分析方法。对一些重大工程或重要部位，常采用多种分析方法和手段，针对不同强度准则下的岩体力学参数值进行敏感性分析。因此，对于具有控制意义的岩体或结构面，应根据其破坏机理，分别研究各变形阶段的强度特性。二、岩体力学特性（一）岩体变形特性在我国水电建设中，坝基岩体变形特性的研究主要采用现场承压板试验，这是了解岩体变形特性、确定岩体变形模量最重要的手段。根据大量试验成果，岩体的变形特性主要受岩石强度、风化程度、裂隙发育程度、充填情况和围压状态等因素制约。从岩体应力—应变关系曲线的外包络线分析，归纳起来大致有四种变形类型（如图%#)*图%#+所示）。$,上凹型这种类型的变形曲线主要在强度较低的软弱岩体或风化卸荷较强烈的岩体中出现，绝对变形量一般较大，变形表现为硬化（塑—弹）特征。%,“-”型这种类型的变形曲线多出现在强度不均一的岩体中，如下覆有相对较软弱的岩层。—(%+— 第二篇水利水电工程地质构造研究!"直线型岩体在试验荷载作用下变形近似于等比例增加，应力应变关系曲线呈线性变化。完整性较好的岩体多表现为此类变形特征。图#$%上凹型曲线（二滩）图#$&“’”型曲线（锦屏二级）图#$(直线型曲线（二滩）)"陡坎型这种类型的变形曲线主要发生在强度较高的坚硬、完整岩体中，并与高地应力有关。（二）岩体强度特性大量试验表明，一定荷载作用下的岩体在达到最终破坏之前通常要经过)个阶段，即压密阶段、弹性变形阶段、稳定破裂发展阶段、不稳定的破裂发展阶段，最终达到强度丧失—!!*— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究图!"#陡坎型曲线（二滩）和完全破坏阶段。与岩体变形各阶段相对应的岩体强度有屈服强度、长期强度、峰值强度和残余强度等$种，如图!"%&所示。工程实践中，峰值强度容易通过试验测定，长期强度和残余强度因直接测定较为困难，一般均通过峰值强度间接确定。因此，对岩体破坏和峰值强度的分析仍是坝基岩体强度研究的重要内容。目前，在描述坝基岩体破坏所采用的强度准则方面，仍普遍采用库仑—摩尔准则，我国二滩水电站坝区在大量的现场岩体抗剪试验的基础上，经分析总结建立了一个经验性强度准则，可在一定程度上补充和完善库仑—摩尔准则的不足。图!"%&三轴压应力作用下岩石的变形破坏过程（据’()*、+,*),(-./,等，%#0&）&!"1"2#()（!"%3）!&!&式中"、#、$———均为常数，完全松散的岩体"1&，完整岩石"1%，$1&40$5&400，与岩石坚硬程度有关；!&———近似于岩石的初始黏聚力，仅与岩石类别有关；#———与岩体质量有关的无量纲参数，可根据大剪试验资料用式（!"%3）求得。—66%— 第二篇水利水电工程地质构造研究（三）岩体力学参数的取值由于岩土体具有各向异性的非连续结构，所处的地形地质环境不同，岩土体的物理力学性质差别较大。因此，首先根据岩土体物理性质和岩体结构，进行岩土体质量分级，或划分工程地质单元，并按不同级别、不同工程地质单元，布置岩土体力学试验和试验成果的整理，分别提出力学参数。中国水电工程岩土体力学参数取值经历过不同的阶段。!"世纪#"$%"年代，以峰值强度按算术平均值或最小二乘法进行试验值的整理，所得摩擦系数和凝聚力乘以"&’#的修正系数，相当于屈服强度；或者以峰值强度的小值平均值作为地质建议值提供设计使用。("年代以来，抗剪强度根据岩体剪切试验破坏时的性质，是脆性、塑性、塑—弹性，按照剪切破坏准则取值。近年来，在保留算术平均法、最小二乘法、图解法的同时，又采用数值统计或优定斜率法对试验成果进行整理；一般以整理后的试验值作为标准值，再结合水工建筑物地基的工程地质条件进行调整，提出地质建议值；如采用结构可靠度及极限状态设计，根据试验值概率分布的某一分位值确定标准值；设计计算值由设计人员确定。岩土体变形（压缩）模量以建筑物最大荷载下相应的变形，从压力—变形曲线上选取标准值；或按压缩（变形）试验的压缩性能，根据其固结程度选定标准值；或以概率分布的"&#分位值作为标准值；对于高压缩性软土，则以压缩试验值的大值平均值作为标准值。土的抗剪强度与土的级配、矿物成分、含水量、孔隙比等有关，同时还与受剪时土的排水条件、剪切速率和原始结构应力等环境有关。由于水工建筑物对地基土体的滑面加载破坏过程是渐进破坏，以及变形的不均匀性对强度的影响，其平均强度低于峰值强度。因此，以峰值强度的小值平均值或屈服强度或取"&)的分位值作为标准值。软弱夹层或夹泥层也按此原则提出标准值。软弱夹层、断层按照其物质组成划分为岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型和泥型四类，分别进行试验值整理，提出标准值。当黏粒含量大于*"+、泥化镜面或粘土矿物以蒙脱石为主，则以流变强度作为标准值。具有显著流变特性的中、强膨胀土也是以流变（长期）强度作为标准值；弱膨胀土、含钙铁结核的膨胀土或坚硬黏土，以峰值强度的小值平均值作为标准值。混凝土坝坝基与基岩接触面的抗剪强度或岩体的抗剪强度取值，均与现行的设计规范所采用的稳定计算方法和安全系数相配套，原则上以原位抗剪试验和中型抗剪试验值为依据，按岩体质量级别或工程地质类别进行整理。拱坝坝基岩体以峰值强度的平均值作为标准值。重力坝坝基岩体，当抗剪试件呈脆性破坏时，以峰值强度的小值平均值或以优定斜率法的下限值或以"&!的分位值作为标准值；当抗剪试件呈塑性或脆—塑性破坏时，以屈服强度作为标准值。当结构面（不连续面）为无充填或胶结的硬性结构面时，以结构面的峰值强度小值平均值作为标准值，根据结构面粗糙度、起伏差、张开度、结构面壁的强度等因素，对标准值进行调整，提出地质建议值。三、二滩工程岩体力学参数的预测我国坝工设计中当前仍然应用虎克定律和库仑—摩尔强度准则。这里所讲的岩体力—**!— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究学参数的预测分析，最终目的是要通过现场或室内试验，并结合相应的理论分析手段，确定出岩体的变形模量、内摩擦角和黏聚力。以下介绍二滩工程坝基节理岩体变形和强度参数的预测分析。（一）损伤力学的预测分析通过引用损伤力学中的损伤张量和有效应力的概念，借助!"拉梅特（!"#$%&’($)）等效应变假设，将岩石弹塑性本构关系中的表观应力增量用等效应力增量替换，即得到岩体的弹塑性—损伤本构模型，以期用连续介质力学理论解决节理岩体力学问题。损伤演化方程可描述岩体内部裂隙在外荷载作用下的发展和岩体力学性质恶化的过程，二滩工程在已有理论和试验研究的基础上，结合二滩坝基岩体的实际情况提出了损伤演化方程。在这一弹塑性—损伤本构方程基础上，通过调整损伤参数用以描述具体的节理岩体的力学特性。图*+,,模拟试件为预测岩体力学参数，利用已建立的弹塑性—损伤本构模型在计算机上模拟岩体试件的常规三轴试验，其单元划分、约束情况和加载条件如图*+,,所示。表*+*所列为二滩坝基-级和.+/级岩体的力学参数预测成果。计算中采用的损伤张量为统计意义上的平均量，所以预测成果代表的是该统计范围内岩体力学参数的平均值。（二）相似材料模型试验二滩工程采用石膏块体模型模拟岩体变形试验；采用不同粒径的黄砂、重晶石粉、聚醋酸乙烯白胶液配制而成的模型材料，并结合数值分析模拟岩体的强度试验。试验中考虑了地应力因素，未考虑地下水温度等对岩体力学性质影响不大的因素。表*+*二滩坝基岩体力学参数损伤力学预测成果.+/级.+/级.+/级岩级-级（正长岩）（右岸玄武岩）（右岸正长岩）（左岸正长岩）变形模量（01&）,/"23"/4",4"3内摩擦系数!2"52"532"5*2"63黏聚力（71&）*"2,"*,"3,"/—///— 第二篇水利水电工程地质构造研究!"石膏块体模拟岩体的变形试验!模拟几何比尺选取!#$，根据原型岩体节理间距，设计模型的节理间距，分别对应!%于&、’和(级岩体的节理间距。经过反复的无节理石膏模型的配方试验和力学参数测试，最终选定石膏模型材料的基本力学参数：变形模量为)*%+,-，抗压强度为."/+,-，应力比尺!$!%.。其中，模型材料的抗压强度对应等于或大于岩块的抗压强度，以反映原!型岩体的全部应力过程。全部试件采用单轴或三轴两种加压方式进行。当节理倾角在0%1左右时，模型块变型模量最低，围压越高，变形模量越大。因此，参考倾角分别为*21、0%1和3%1的单轴试验成果来确定变形模量的预测值，见表.4)。表.4)模拟试验预测成果岩级&级’级(4!级(4.级变形模量（5,-）!/"26.%"2!26!3"2!*"26!2")!)"26!*"2注：该表为围压等于零情况下的试验成果。."模型试验与数值分析相结合模拟岩体的强度试验首先进行相似材料模型试验，再以试验为基础确定计算模型，然后对岩体的强度试验进行模拟计算。将不同粒径的黄砂、重晶石粉、聚醋酸乙烯白胶液等，按要求配制成模型材料，其应力比尺为*%%，按原位岩体的结构条件分别设计了*种不同结构特征的模型，如图.4!.所示。经无侧压试验表明，-型节理具有较低的强度和较大的侧向变形。因此，为安全起见，以-型节理模型来模拟原位岩体。图.4!.节理岩体的类型针对二滩&6(级岩体的特点，采用强度等效法，将节理岩体单元等效视为一种似连续体，按库仑方程计算，并进一步验证强度等效模型的可靠性。即经*种节理类型的模型单轴压缩试验成果与计算对比，-型和7型节理模型，两种方法的拟合程度较高；还就-型节理模型在双向加载时的应力—应变曲线将两种方法进行对比（如图.4!)所示），其结果较为接近，验证了强度等效计算模型的可靠性。根据现场地质调查，将二滩&级岩体简化为-型节理模型。完整岩石和节理面的力学参数可在实验室确定，而节理的几何参数可通过现场调查得到。模拟计算表明，内摩擦角为*01，黏聚力为3+,-。（三）相关关系的预测分析!"岩体声波速度与变形模量之间的相关分析—))*— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究图!"#$双向加载条件下两种模拟结果的比较为了建立变形模量与纵波速的相关关系，二滩水电站进行了大量的声波测试和现场荷载试验的原位对比，通过%#组对比试验，得到正长岩和玄武岩体变形模量!&与纵波速度"’(之间的相关关系$（!"#*）!&)#"’(其中正长岩：#)#+&#&&,-#&"#.，$).+&*&&%玄武岩：#)!+,%$%*-#&"!!，$)/+#&,&$!&单位为012，"’(单位为(34。!+块度模数与变形模量的相关分析岩体的块度模数是通过统计岩块大小及其组合关系来表征岩体质量好坏的一个参数，是在分析和总结了葛洲坝、三峡、丹江口等工程的实际资料后提出的，计算公式为6#7!6!7$6$7.6.7,6,%5)&5()（!"!&）#&&式中%5———岩体块度模数；&5———裂隙性状系数，与裂隙的充填情况和胶结好坏有关，可根据裂隙含泥量由图!"#.确定；———表!".所示各级块度所占的百分数，&相应于块度小于&+&#(!。&,,表!".裂隙密度和块度分级等级裂隙发育程度裂隙间距（(）块度分级（(!）#不发育9#+&9#+&—$$,— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$裂隙性状系数与含泥量的关系等级裂隙发育程度裂隙间距（%）块度分级（%!）!稍发育&’()#’&&’*)#’&+较发育&’+)&’(&’#)&’*$发育&’#)&’+&’&#)&’#*很发育,&’#,&’&#块度模数的统计方法一般是选择某一平面或剖面进行，即在建筑物区内选择面积大于#&%!的若干统计点，根据表!"$的块度分级标准进行统计，同时记录裂隙性状，计算各级块度的百分量，通过式（!"!&）求得块度模数!-。对于坚硬和半坚硬岩体，变形主要取决于结构面的数量和性状，因此在岩块强度相近的情况下，岩体的变形和块度模数之间必然有一定的相关性。图!"#*是丹江口、三峡、乌江渡、隔河岩、万安、青山、陆水等工程坚硬岩体（"./0&123）的块度模数与变形模量之间的关系，图!"#0为丹江口、葛洲坝等工程半坚硬岩体（".4+&)0&123）变形模量与块度模数之间的对应关系。图!"#*坚硬岩体#&)!-关系图!"#0半坚硬岩体#&)!-关系+’数量化理论分析—++0— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究岩体的变形特性是由多种因素共同决定的，在这些因素中，有的可以定量，有的则很难确切地给出一个定值，这限制了一般相关分析的广泛适用性。数量化理论具有同时处理定量变量和定性变量的特点，因此能充分地利用可能搜集到的信息，更全面地研究并发现事物间的联系和规律性。以二滩工程坝区岩体中大量的现场承压板试验为例，经分析和研究，选择表!"#所列$个岩体变形模量的影响因素（即$个项目），每一因素又细分为若干个不同水平（即类目）。从表!"#中可见，其中既包括了定性的因素，也含有可以定量的因素。表!"#项目、类目及回归系数综合表项目、回归系数类目&’(（)）*!#!#+#,#,+-#.-#—%回归系数/%0"!-!1-$2"!-%1,3"!-!1!3$"!421,,1,不连续面间距（56）*44+!#!#+2,2,+4,.4,!回归系数/!0%,71$74%%,1%#4%%!1#44%%31,,$%!31#裂隙张开裂隙张开%裂隙微张大于!66，+!66，部不连续面条件开或闭合，——3全部充填分充填软无充填软弱矿物弱矿物回归系数!30"!2%1$3%"!2%172!"!371,,1,,1,水文地质条件试点潮湿或干燥试点饱和———2回归系数/20"#$1!-3"4,173$,1,,1,,1,加荷方向垂直主洞水平向支洞水平向——#回归系数/#0"21%37"%1-2%",123,1,,1,岩体松动区（6）!+3,1#+!*,1#——4回归系数/40"%,!1-22"%,!1-%"$413-#,1,,1,岩块抗压强度（89:）.!#,!,,+!#,%#,+!,,*%#,—-回归系数/-0"%3%133!"%!417%$"%!71$4"%3,13-#,1,声波速度（6;<）.4,,,#,,,+4,,,2,,,+#,,,3,,,+2,,,*3,,,$回归系数/$0241!!$241372413,-23173-24127-将岩体变形模量",作为标准因变量，表!"#中各项目和类目作为自变量，以二滩坝区右岸玄武岩及少量正长岩体中的4$个现场承压板试验为基础，通过数量化理论直接建立各地质因素与",间的相关关系$#",=4##1,%%>!!!#$!#$（!"!%）#=%$=%式中",———预测的岩体变形模量，?9:；!#$———回归系数；—33-— 第二篇水利水电工程地质构造研究———表!"#中所列项目和类目，按$、%形式取值，对某一具体对象来说，如果调!!"查结果表明其条件符合第!项目的第"类目，则取%，否则为$。!!"四、二滩工程岩体力学参数取值分析与研究目前坝工设计的力学基础仍以虎克定律和库仑强度准则为主，因此所采用的岩体力学参数是变形模量、摩擦系数和黏聚力。岩体力学参数取值分析的目的是要合理地确定工程岩体的这三个参数，除了通过室内试验和计算分析进行预测外，更直接和重要的是现场原位试验。但由于工程岩体条件和力学性质的复杂性，如何将局部试验点的成果转换成工程岩体的力学参数，下面侧重介绍二滩工程的力学参数取值方法，以及多种手段的综合分析。二滩工程是以岩体质量分级为基础进行岩体力学参数的取值分析，采取从单因素级差研究，到多因素综合评判，最终建立完整的岩体质量体系。因此，岩体质量级差的建立事实上已将复杂岩体划分成了相对均一的地质力学单元，为岩体力学参数的分析和取值奠定了基础。（一）岩体变形参数的选取我国在确定坝基岩体变形参数时主要以现场承压板试验的压力—变形曲线包络线模量为标准，根据岩体结构等地质因素采用不同的方法分析和整理试验数据，最终提出岩体变形模量的地质建议值。以下介绍二滩工程坝基岩体变形模量选取的具体方法。根据二滩坝基岩体的结构特征和赋存环境，可将其划分为似均质结构（&’(级）和非均质结构（)’*级）两种介质类型。%+似均质结构岩体二滩&’(级岩体完整性较好，节理裂隙紧密闭合、断续延伸，各个方向均有分布，处于较高的地应力状态，可近似地视为均匀的各向同性介质。变形模量试验成果分别采用散点图和格拉布斯（,-.//0）准则分析法进行整理，最终选取值则是在综合分析预测和试验成果的基础上确定的。散点图法是以试验成果散点图的点群集中段的平均值作为参数选取的基础。表!"1为二滩坝区&’(级岩体变形模量散点图方法的分析成果。表!"1岩体变形模量试验成果的散点图分析岩级试验组数点群集中段的组数变幅（,23）平均值（,23）Lj+61’47+##45+578（8"%）91%!+#6’59+%9!1+7!("%%5%%7+$#’!6+7%1+!7(("!59!14+$9’%9+11%$+$!格拉布斯准则分析法二滩危险概率定为$+$%，相应的置信限剔除异常的试验数据，—556— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究再计算正常数据的平均值，作为参数选取的基础。表!"#为二滩$%&级岩体变形模量试验数据的格拉布斯准则分析成果。表!"#岩体变形模量试验数据的格拉布斯统计分析岩级试验组数正常数据点数正常数据变幅（’()）平均值（’()）标准差（’()）$**+,-,.%.#-+/0,-0011-*#*2##1!-*,%*/-*+1-*#10-/3+&"11+1+!-0,%+0-/1.-10/-+./&&"!+#+.1-1!%+3-011-!##-,##由于坝基$%&级岩体，已分别采用相似模型试验、现场承压板试验（厂房区）以及地下洞室的位移反分析计算，综合各种方法的成果确定岩体变形模量的建议值为：$级岩体+*’()，2（2"1）级!*’()，&"1级1*’()和&"!级13’()。!-非均质结构岩体二滩坝区硬质弱风化4、5"+级岩体，尽管已进行了岩体质量划分，但其完整性、风化、充填情况和卸荷松弛程度仍不均一，以致构成了岩体力学特性的极不均一性。针对这种情况，变形模量的选取采用“细单元—变形等效”分析法，即按控制岩体变形特性的主要地质因素，即岩体完整性、风化程度、节理性状进行岩体细单元划分，以评价岩体变形特性的复合指标（!!"#）定量表征。然后按与各类细单元条件相似，!!"#指标类同的试验点成果值代表各级细单元的变形模量值，根据应力均等的假定和变形等效原理，由下式计算非均质结构岩体的综合变形模量%%’&$36!’&!（!"!!）&61&61$&式中’7、$7———分别为各类细单元的分布段长和变形模量值。（1）细单元划分。从岩体现场调查和现场变形试验可知，影响岩体变形的主要因素为完整性、节理性状和风化程度。因此，为了对4、5"+级岩体作更进一步的细单元划分，主要考虑以上三个因素设定评价岩体变形特性的复合指标（简称!!"#），按下式确定!!"#6!89:!;:!<（!"!+）式中!89———岩体完整性评分；!;———岩体节理性状评分；!<———岩体风化程度评分。岩体完整性由体积节理数(9表征，节理性状和岩体风化程度分别由充填节理（软弱物质）和风化节理的百分数表征。!89、!;和!<按表!",%表!"13取值。—++/— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"#!$%取值表分级描述体积节理数（"%）评分!$%最大块&’(大块’)*()+中等块体*)’,+)-小块’,)*,-)!最小块.*,’表!"/!0取值表软弱物质分级描述评分!0充填裂隙（1）极少夹泥&’,23+较少夹泥’,)!223+)-32一般夹泥!2)-2-32)*3,较普遍夹泥-2)(2*3,)’32普遍夹泥.(2,32表!"’,!4取值表分级描述风化裂隙（1）评分!4新鲜&’223,轻度风化’2)*223,)-3,中等风化*2)22-3,)!3(较严重风化22)#2!3()’3+严重风化.#2,3#2—*-,— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究表!"##细单元分类表细单元类别描述$$%&值!很好的#’#(#)*"好的**(#’’#较好的+#(*,$较差的!,(+’%差的##(!+&很差的’-+!,(#’统计结果表明，."/级岩体中!(#类细单元占#0-/1，$(&类占0#-21；%级岩体中!(#类细单元占,)-!1，$(&类占+’-01。（!）各类细单元岩体变形模量值的确定。通过对现场承压板试验点进行仔细的地质调查，计算出各试件岩体的复合指标!!"#，见表!"##，并以此为基础分类、归并和整理试验值，确定各类细单元岩体变形模量的代表值，如表!"#!所示。表!"#!各类细单元岩体变形模量代表值变形模量（345）类别平均值小值平均值!("!#-*)#+-00#($#’-)0,-0+%(&+-#/!-*#（/）综合变形模量的计算。根据对一些典型勘探平洞的统计和表!")，利用式（!"!!）可计算出各探洞内."/、%级岩体的综合变形模量。."/级正长岩为/-0(*-#+345，平均+-)2345；玄武岩为!-0(/-2!345，平均/-!*345；%级正长岩为,-0+()-+345，平均2-*!345。对于二滩坝基%、."/级岩体，除进行损伤力学预测分析和上述承压板试验外，还做了孔壁弹模法测试，其中%级岩体测试成果为,-+!(0-!*345，."/级为+-0(,-+345。最终确定的岩体变形模量建议值是以细单元变形等效法分析成果为基础，同时综合考虑多种手段的成果后得出，即%级岩体为,(0345，."/级为/(,345。（二）岩体抗剪强度参数的选取我国大中型水电工程中一般以现场大剪试验作为岩体抗剪强度参数选取的基础。按我国规范要求，“抗剪（断）强度取值应与现行设计规范和稳定计算方法以及安全系数相配套，⋯⋯”。因此，应结合大坝的允许工作状态、坝基岩体的受力条件、稳定分析安全系数，从岩体的破坏机理入手进行岩体抗剪强度指标的选取。由于抗剪试验仅能测得峰值强度，所以，其他强度直接测定较为困难，往往是在峰值强度的基础上通过系数折减间接地—/+#— 第二篇水利水电工程地质构造研究求得。以下介绍二滩工程峰值强度参数的选取方法。!"优定斜率法（!）斜率优定的依据。库仑强度准则的两个参数!和"并不具有确定的物理意义，所以岩体的抗剪强度是一个整体，可用摩尔包络线!#（!"）来表示。由于试验条件不同（例如抗剪断试验、摩擦或抗切试验），!中可以包含部分的黏聚强度，有时多一些，有时少一些。可见先近似地确定岩体的!值，而后再根据试验求取"值，这个过程与!、"的含义是不矛盾的。其次，试验研究证明，同一岩石材料在具有相似的结构条件时，其内摩擦角的变化较小，但黏聚力值却有较大的变化。又由于岩体质量分级本身就是对岩体质量的宏观定量评价，其级差体现了岩体及其结构条件的差异。因此，以岩体质量分级为基础进行试验成果的整理分析，就为不同岩级斜率的优定创造了条件。（$）斜率优定的方法。斜率优定的方法主要有两种，即综合分析法和公式计算法。综合分析法包括三个方面的内容：第一，对于岩体质量较好的似均质体，可利用材料力学的原理和方法，通过室内三轴压缩试验，探索内摩擦角的变化规律，从而辅助斜率的优定。第二，对于主要岩级，例如二滩%、&级，由于现场大剪试验成果较多，因此，有条件根据各岩级的试验成果，从!’"平面上点群分布的总体趋势和规律，大致确定出试验点群上、下包线的斜率。第三，参考国内外有关工程的实践经验，如日本总结部分工程经验中各岩级岩体的内摩擦角大致为：(、)级##**+,-*+，%级##./+,**+，&级##0/+,.*+，1、2级##!*+,03+。综合分析法就是考虑到上述三方面的内容后，再经过全面分析后确定各岩级的斜率。公式计算法是采用在式（$’!3）基础上导出的斜率计算公式进行计算得到各岩级的斜率，随意性较小，增强了科学性，即#!’#!’#!’#%/!#$()（$’$.）!"&!’#!’#式中，除"&为与工程规模有关的坝基可能承受的最大应力外，其余均为式（$’!3）的参数，可通过最小二乘法对试验数据进行回归分析后确定。（0）黏聚力"的取值原则。在!’"平面上，用已经确定的斜率!，作试验点群的上下包线，它们与!轴的截距即是黏聚力的上限和下限（如图$’!4和图$’!3所示）。对于个别太离散的试点，应认真分析其地质条件和试验条件，根据具体情况，可以不在包线之内。由于岩体结构的复杂性，即使对同一级岩体，其试验数据也较为分散，使得黏聚力的上、下限之间具有较大的差别。因此，如何选取一个合理的设计采用值，仍然需要进一步的研究。以下原则是在对二滩水电站所有原位剪切试验进行深入分析的基础上，结合其他一些工程的情况总结提出的。!）在岩体质量分级的前提下，仔细、深入地研究各试验点的地质条件和试验条件，保证每个数据都具有足够的可靠性和代表性。$）对于硬质节理岩体，由于岩体中节理、裂隙状况常常是千差万别的，几乎不可能对—0.$— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究它做到全面的了解。同时，岩体本身的非均质性必然导致其中应力分布的极不均一，使得岩体中某些薄弱部位首先破坏，而在相邻部位产生不同程度的应力集中。这样，一旦岩体中产生破裂，就会累进性地加速发展，通过应力集中效应以“各个击破”的方式使岩体的抗剪强度逐渐削弱。从各试件的试验数据可知，这种渐进破坏的方式，不但存在于每一个原位抗剪试验的试件中，而且就整个岩体来说，其抗剪性能具有较大的差别。所以，在那些强度较低的试点处，可能会首先发生破裂，从而导致一系列的渐进破坏。为此，将岩体的抗剪强度水平限制在组成岩体的大多数基本单元所能承受的范围内，避免因某些薄弱单元的破坏而危及岩体的整体结构，将是选取黏聚力值的出发点。基于这样的理由，一般宜选择下限值作为设计采用值。!）相对于硬质岩石而言，软弱岩石的均一性较好，结构条件没有那么复杂，因而不可知的因素相对较少，由于结构不均一而导致的累进性渐进破坏的机会也相对较小。因此，可在优定斜率法的下限与平均值之间选取黏聚力的设计采用值。"）当试验数据较少，不足以代表该岩级的实际情况时，必须结合已有的工程实践经验，采用工程类比等方法进行综合分析，才能最终确定黏聚力的合理取值。图#$%&、图#$%’为二滩($%和($#岩级的现场抗剪强度试验数据的优定斜率法上、下包线，表#$%!为各岩级的优定斜率法分析成果。图#$%&($%级岩体抗剪强度—!"!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$%"!级岩体抗剪强度表!"#&优定斜率法分析成果岩级%"#级%"!级’"#级("#级摩擦系数!#)*$#)!+)$+),-黏聚力（"./0）&)+!)+#)*+)1!)可靠度分析当采用库仑—摩尔强度准则来分析抗剪强度试验数据时，常用的最小二乘法和优定斜率法均采取首先固定!的办法来求解所遇到的不定方程。从概率分析的角度而言，这是不太严谨的。因此，提出可靠度分析法，假定!和"为两个相关的随机变量，采用最大似然准则，即认为!2、"2、（23#，!，&，⋯，4）为满足!23!"225"2且出现概率最大的数。其中"2、!2为试验数据之一。根据可靠度理论，若极限状态方程为（6!2，"2）3!2"!"22""23+（23#，!，⋯，4）（!"!,）那么这个极限状态方程的设计验算点就是所要求的!7、"2。利用改进的一阶二乘矩法，通过一系列迭代计算后，得到4组（#2，"2）及其统计参数，其中#23089:04;2。对所得的4组（#2，"2）进行<"=检验可知，服从正态分布，且相关系数无一例外地均接近#)+，说明#、"完全相关。选择适当的#+、"+进行坐标变换，使得在新坐标系下#>、">的均值都为零。那么，根据上述计算得出的、"完全相关的结论，可得到!、"的概率分布模型为#—&**— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究!!"#$（!%&"’(#）{"’*#)+,（"’(#）（*-*.）)!&"%)+,（!%&"’(#）式中"’(和"’*———新坐标系下!#和"’的标准差；#———标准正态分布变量。若给定一保证率$，则"应满足(*$!(-%%-"&"（*-*0）!-/*#*由式（*-*.）和式（*-*0）得到保证率为$的!和"。二滩坝基岩体，选取保证率$!01213（相当于小值平均值），相应的!、"值见表*-(4。表*-(4可靠度分析成果岩级5-(级6-*级7-(级8-(级摩擦系数!(249(2(%21(%20:黏聚力（";<#）42=4(20*(24.%2.1:2综合分析如前所述，二滩坝基岩体抗剪强度参数已经过了损伤力学、相似材料模型等方法的预测分析，同时就现场大剪试验数据的整理分析，也分别采用了优定斜率法和可靠度分析法，从不同的角度对岩体抗剪强度参数进行了分析。考虑到优定斜率法的基础是大量的现场原位试验，且方法本身也较为完善，因此最终提出的建议值主要以优定斜率法成果为主，并参考多手段的成果，经综合分析后得出，如表*-(=所示。表*-(=二滩坝基岩体抗剪强度参数岩级>级?级6-(级6-*级7-(级8-(8-:级摩擦系数!(20:(20:(24:(2(9%214%2=1%20黏聚力（";<#）=2%42%:2**2%(2*%2.%2=（三）结构面抗剪强度参数的选取岩体中的各种结构面破坏了岩体的完整性，其强度也相对较低，因此往往对岩体的整体强度起到控制作用。结构面抗剪强度参数选取主要针对以下两种类型的结构面。(2贯通性软弱结构面贯通性软弱结构面主要指断层、构造挤压破碎带等，一般属结构面五级分级中的$、%级，其力学性质较差，对坝基岩体稳定起控制作用。二滩工程中未遇到这类情况，下面以李家峡水电站为例加以说明。我国李家峡水电站坝基岩体中，存在一组顺河断层和一组顺层断层，设计阶段曾进行了深入研究。该工程坝址区岩石为前震旦系深变质的黑云更长质条带状混合岩及黑云角闪斜长片—:4=— 第二篇水利水电工程地质构造研究岩，与工程相关的断层主要分布有两组。一组为顺层断层，主要为层间构造挤压破碎带，产状!"#$%&#$’()’!*#$%+#$，控制坝肩及洞室围岩的稳定；另一组为顺河断层，产状!&#$%,+$-(!’（)-）!,#$%..$，直接影响坝基岩体的变形、承载、抗滑和渗透稳定性。通过上述两组断层大量的原状样直剪试验成果分析，处于深部、围压较高的断层岩强度较高，而表部或河谷斜坡上部的断层岩强度较低，断层强度由断层泥控制。进一步研究表明，断层泥的强度与含水量、密度、黏粒含量、稠度状态等因素有关。通过对各单因素与强度相关性的分析，发现断层泥的摩擦系数与天然稠度指标———!"!/之间有较好的相关性。其中，!为夹泥的天然含水量，!/为塑限含水量。由于两组断层的糜棱岩、断层泥所含云母类片状矿物和黏土矿物有所差异，因此对它们分别进行相关分析，成果见图0123和图010#。在测定了各断层泥的天然含水量、饱和含水量和塑限含水量之后，利用图0123和图010#的相关曲线即可求得断层的抗剪强度参数。在具体确定坝址区主要断层带的抗剪强度参数时，考虑了以下几个原则。（2）对于陡倾角断层，由于它们穿越了不同的风化带，从坡顶到河谷下部，其强度参数应与岩体厚度或围压状态呈函数关系连续变化。因此，各断层的强度参数并不是一个常数。图0123顺河断层456!%!"!/相关曲线图010#顺层断层456!%!"!/相关曲线—"*&— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究（!）顺层断层按风化带考虑，顺河断层（主要是两岸的"!#、"!$）、按高程考虑。（%）正常蓄水位时，两岸岩体中断层位于浸润线以上按天然稠度状态取值。浸润线以下，弱风化带内按饱和稠度状态取值，微风化带内按&’(饱和稠度状态取值。（)）鉴于稳定分析中不考虑*值，因此只建议+,-值。!表!./#和表!./$为坝区主要断层的强度参数取值。表!./#顺河断层强度参数取值断层"!#（左岸坝肩）"!$（右岸坝肩）部/0号高程高程高程!/’12//号&号%/号高程高程!’112位平洞处!/%12!//12及以下平洞处平洞处平洞处!’#12及以下+,-!’3/#’3%!’3)0’31#’3//%’3!$0’3%%$’3)&$’31$$表!./$顺层断层强度参数职值浸润线以下+,-"断层风化带浸润线以上+,-"饱和度/’’(饱和度&’(弱风化’3%!%—’3)$/4%1微风化’3%1’3)#’31’%4!)弱风化’3%#0—’3)#14%!微风化’3)%$’3)$)’31%#4%’弱风化’3%)%—’3)%)4!04微风化’3)#0’31’/’3#/0!’!3基本结构面基本结构面主要指断续延伸的节理、裂隙，一般属结构面五级分级中的5级结构面。二滩坝基岩体中存在着较多的基本结构面，稳定分析中按不利的结构面组合，强度参数只计入内摩擦角，对不同的强度和渗压工况进行敏感性分析。为了配合坝基岩体稳定的浮值分析，按不同的强度准则分别对结构面的残余摩擦角、峰值摩擦角、综合摩擦角和考虑岩桥作用的综合摩擦角进行分析和取值，形成系列强度参数值。（/）残余抗剪强度。残余强度为结构面在峰值强度以后的剩余强度，是最基本的强度参数，相当于剪切位移不断增加，而抗剪强度却不再升降时的剪应力。由于常规的直剪试验无法直接测定残余强度值，采用国际岩石力学学会建议的标准化试验方法，以峰值强度的#.$曲线高应力段的斜率近似地视作残余摩擦角。如图!.!/所示，残余摩擦角"67"8。—%)$— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"!#抗剪强度和法向应力的关系利用二滩坝基$和%"&级岩体中缓倾角结构面现场大剪试验成果，按上述原则将!""曲线划分为高应力和低应力两个区段，可求得它们的残余摩擦角分别为!’()*和!+*。,-.级岩体中结构面的残余摩擦角因无试验数据，经类比分析后确定，详见表!"#/。表!"#/二滩坝基岩体中基本结构面的各类摩擦系数残余抗剪强度峰值抗剪强度综合抗剪强度有岩桥作用的综合强度岩级（*）012#3（*）012#（*）012#（*）012#,-.&4-&)4()/-4(5+!-+54(6-#(#&&-&54(’)-4(5))4-))#(!-#(+$!’()4()&)()4(5!!64())+44(/+%"&!+4(+)(’!54()#&)4(5图!"!!一级凸起和二级凸起（710082）（!）峰值抗剪强度。峰值抗剪强度应包括由于结构面粗糙或起伏不平所引起的爬坡角!的作用。图!"!!表示结构面的一级凸起和二级凸起。对于二滩这种粗糙起伏的硬质结构面而言，当结构面上正应力较小时，其爬坡效应受二级起伏控制。随着法向应力的增加，爬坡效应将受到抑制，二级凸起被剪断，"值降低，但黏聚力#值将增大。所以，结构面的峰值抗剪强度可表示为当"!"3!9"012（#3:!!）（!"!/）当";"3!9<=:"012#3（!"!6）—&+/— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究式中!!———结构面的残余摩擦角；!"———结构面二级起伏爬坡角；"#———结构面壁岩石的黏聚力；"!———临界法向正应力。对二滩坝基$、%&’级岩体中缓倾角结构面的调查统计表明，!"集中段变幅为()*+,)，平均值-.()，小值平均值/.0)，大值平均值++.1)。鉴于同地相同岩性的同一组结构面，其起伏程度大体相似，因此各岩级缓倾角结构面的起伏角都以上述统计值为基础确定。但另一方面，结构面抗剪强度与结构面壁抗压强度有关，任何引起抗压强度减小的过程，都必将减小抗剪强度。如风化程度、含水量、加载速率和试件尺寸的增加都可能引起岩石抗压强度的减小，也必将导致结构面峰值抗剪强度的降低，同时结构面的充填情况和张开度也是影响抗剪强度的重要因素。二滩坝基%&’级岩体中结构面普遍具有程度不同的风化、卸荷、泥膜及夹泥等现象，$级岩体中的结构面稍好，2*3级岩体中结构面大多新鲜、闭合、无充填。因此，在选定各岩级岩体中结构面的爬坡角时，应视具体情况有所区别，经综合分析后确定。各峰值摩擦角建议值见表"&+1。（’）综合抗剪强度。综合抗剪强度反映了由于法向正应力的变化而引起的爬坡和剪断的综合效应，仅就内摩擦角而言表示在某一正应力范围内各瞬时摩擦角的平均值。其值可通过现场结构面大剪试验，采用优定斜率法确定，详见表"&+1。（(）考虑岩桥作用的综合抗剪强度。二滩坝区岩体中，除个别软弱破碎带和断层外，节理裂隙一般呈断续错列延伸。其中，缓倾角节理在稳定分析中具有重要意义，但该组节理产状不稳定，裂面粗糙不平，呈断续错列分布，因此，岩桥对结构面的抗剪强度将会发生显著作用。基于这种认识，以岩体现场原位试验为基础，确定有岩桥作用的结构面综合摩擦角，见表"&+1。表"&+1中结构面的各类抗剪强度参数分别代表了在不同条件、应力状态和强度准则下的参数值，由于它们具有较为明确的物理意义，因此补充和完善了坝基岩体抗滑稳定的敏感性分析。结构面残余摩擦角是由取决于岩石结构成分的光面摩擦和微小起伏所贡献的那部分强度共同组成的，反映了结构面最低限度的和最基本的强度水平，是结构面经位移错动后所剩余的强度。对二滩坝基岩体而言，结构面一般均存在不同程度的粗糙或起伏，对其抗剪强度影响较大。因此，结构面实际的抗剪强度大于残余强度。峰值摩擦角是结构面在法向应力较低情况下客观存在的强度水平。由于二滩坝基岩体中节理裂隙普遍存在的不连续性，当形成统一的滑面时，“岩桥”总是或多或少地会起作用，但峰值摩擦角中并未考虑这一因素。因此，峰值摩擦角可以作为结构面强度参数的代表值应用，并有一定的安全储备。综合摩擦角是考虑结构面在法向应力较高情况下客观存在的强度水平的一部分。当正应力较大时，结构面的爬坡作用部分地转换成了黏聚力，因此，其强度是由摩擦角和黏聚力两部分组成的。显然，仅采用综合摩擦角代表结构面抗剪强度将偏于保守。有岩桥作用的综合摩擦角充分考虑到结构面的不连续性，当岩体沿结构面发生破坏时必然会剪断部分岩桥。考虑到岩桥对抗剪强度的贡献主要是体现在黏聚力"上，并且—’(-— 第二篇水利水电工程地质构造研究其大小取决于结构面的发育程度、连续性、围压状态、均一性等。此外，由于浮值分析法的假定前提是岩体中已存在贯穿性结构面，因此当采用该摩擦角时应考虑留有足够的安全余度。（四）岩石动态力学特性的研究长期以来，对坝基岩体在地震荷载作用下的稳定分析通常采用静态条件下的力学参数，这显然是不恰当的。但由于各种因素的影响，目前岩体动态力学性质的研究还很不充分，国内外有关资料甚少。近年来随着岩体力学测试技术的发展和提高，结合二滩坝基岩体进行了实验室条件下岩石静、动态摩擦系数、弹性模量、泊松比等的分析和研究，得到了一些初步认识。!"岩石动态摩擦系数采用二滩坝基的正长岩岩块和砂浆块试件（磨光），分别在静态条件下和振动台上进行岩块#岩块，砂浆块#砂浆块的摩擦试验研究，分析它们摩擦系数的变化规律。静态条件下的试验表明，当砂浆块的滑动速度小于$%&&#’，岩块的滑动速度小于!%&&#’时即滑动开始的短时间内，摩擦系数随速度的增加而减小；之后，摩擦系数随滑动速度的增加而增大（如图()($所示）。此外，砂浆的静摩擦系数为%"*((，各种滑动速度下的滑动摩擦系数平均为%"+,$-%"+*(，岩块的静摩擦系数为%"+.$，各种滑动速度下滑动摩擦系数平均为%"+%/-%"+$$。可见，静态条件下静摩擦系数大于滑动后的滑动摩擦系数。动态条件下的砂浆和岩块摩擦试验是在振动台上进行的，采用的振动频率分别为.、!%01和!.01。试验表明，动态条件下砂浆的静摩擦系数为%",-%"*+，平均%"+!2，岩块的静摩擦系数为%"$$-%"*!，平均%".,。由此可见，动态条件下静摩擦系数小于静态条件下静摩擦系数。分析其原因可能主要是四个方面：!岩块表面凸起部位裂隙因端部应力集中而扩展，从而削弱凸起部位抵抗摩擦阻力的能力，使摩擦系数降低；"在动态条件下试件上块滑动前的微动摩损将减小其摩擦系数；#动态条件下第一次滑动总是沿阻力较小的方向滑动，使其静摩擦系数低于静态条件下的静摩擦系数；$在动态条件下，振动台面的竖向扰动分量将导致其静摩擦系数提高!3，才是真正的动态条件下的静摩擦系数。图()($静态条件下摩擦系数与滑动速度的关系根据振动试验的加速度、速度和位移时程曲线，可将其划分为五个阶段。图()(,为第三阶段!(-!（台面加速度保持不变，无高频波动现象）摩擦系数与相对速度和相对位$移之间的关系。从图()(,中可见，在该时段内摩擦系数不断降低，上、下试块相对位移—$.%— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究呈两端大，中间小，相对速度两端接近于零，中间较大。因此，在动态条件下每一个半波（时段）内摩擦系数与相对位移和相对速度并不像静态条件下那种摩擦系数随相对滑动路程增大而增大，而是随相对滑动路程的加大而降低，造成这种摩擦系数变化规律不同的原因可能主要是两个方面，动态条件下相对速度所产生的上、下试块间撞击作用减小，使摩擦系数不断降低，不随速度增大而增大；在上、下试块间相对速度较大，而下块的绝对速度又较大时，摩擦系数不随相对速度的加大而加大，而是不断降低。图!"!#!$与相对速度、相对位移的关系!!$"动摩擦系数；"%"相对速度；&%"相对位移试验成果表明，岩块的动摩擦系数是一个十分复杂的问题，不同种类的岩石，不同的表面粗糙度，不同法向荷载及不同的荷载特性，摩擦系数及其变化规律都是不相同的，并且动摩擦系数在滑动过程中变化量很大。显然，在地震荷载作用下坝基岩体的稳定分析中，应采用岩体动态条件下的摩擦系数。但目前情况下要合理确定该参数，尚需进行大量的理论和试验研究工作。从二滩试块实验结果看，砂浆块的摩擦系数动态条件下为静态条件下的’()*倍，即!$+’()*!,。对于用#’’号金刚砂研磨（可视为光面）后的正长岩试块，!$+’()-!,。!(岩石动态弹性模量和泊松比二滩工程中，曾分别采用共振法、敲击法和超声法对取自坝基的正长岩试件进行了试验研究，图!"!.为试件动弹性模量与激振频率之间的关系。图!"!.动态弹性模量与激振频率的关系从图!"!.可知，岩石动态弹性模量高于静态弹性模量，并与激振频率有关，频率越高，弹性模量也越高。由于地震时主要的激振频率成分在!’/0以内，因此可考虑在地震荷载作用下，正长岩岩块的动态弹性模量为-.123，较静态弹性模量约提高4’5。—-.4— 第二篇水利水电工程地质构造研究岩石动态泊松比的量测要比静态困难得多，且动态泊松比的规律也较难摸索，可用的资料也少。从对正长岩的较为肤浅的研究情况来看，岩石的动态泊松比稍小于其静态泊松比。第四节坝基岩体稳定性分析与评价一、坝基岩体稳定性分析概论（一）坝基岩体应力分布特征坝基内的应力分布取决于荷载特点和岩体的结构特征，为了反映非均质各向异性坝基岩体对应力分布的影响，仅就垂直荷载下层状结构和碎裂结构岩体的地基内应力分布作简要分析。!"层状结构地基层状结构地基内应力分布与均质地基截然不同。实验研究表明，由相互平行的软弱结构面发育而成的层状结构，通常使地基内的应力分布具有明显的各向异性特征。从条形荷载作用下层状结构地基内最大主应力等值线的分布特征表明：（!）分割岩体的软弱结构面（如节理、层面裂隙等），由于其抗剪强度低，限制着应力向结构面的两侧传递、扩展。致使附加应力在所限岩体内集中，并顺沿“层理”方向延展到很大的深度。而分割岩体的软弱结构面抗剪强度愈低，上述效应愈明显。（#）层状结构地基内应力分布的特点，与软弱结构面的产状有密切关系。当分割岩体的软弱结构面直立时，基础下岩体内的应力集中程度最高，应力与形变区延展的深度也最大。当软弱结构面倾斜产出时，地基内则有两个应力方向，顺沿软弱结构面应力集中程度较高，垂直软弱结构面次之，且两者相对大小随软弱结构面的陡缓而异。当软弱结构面近水平分布时，地基内的应力集中程度则相对较低。#"碎裂结构地基模型试验表明，其应力分布与基础的刚性、块体间缝隙的充填胶结情况、块体堆砌的紧密度以及现今的受力状态等有密切关系。当块体间未加充填、堆砌后未经预压，在柔性传压板加荷的极端情况下，地基内应力分布的主要特点是沿基础中心线产生极高的应力集中，以致在地基上部的较大范围内出现垂直应力大于表面荷载强度的情况。当随基础刚度的加强使应力集中线移至两侧近基础边缘处，垂直应力等值线也随之而呈驼峰型。同时，施加预压使应力集中程度为之减弱，地基内可能出现的垂直应力大于表面荷载的范围大为减小，仅局限在基础边缘的浅部地带。试验结果还表明，块体间缝隙的充填、胶结会使地基内的应力集中程度进一步降低，使地基范围内不再出现垂直应力高于表面荷载的区域。（二）坝基岩体滑动破坏形式由于坝基岩体条件不同，在库水推力作用下的滑动破坏形式宏观可归纳为三种不同—%$#— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究类型：表面滑动、浅层滑动和深层滑动（见表!"#$）。表!"#$岩石坝基滑动破坏分类表抗滑控制滑移破坏形式基本图示产生的岩体条件类型接触面的坝基岩体的强度远大于坝体混凝土强度，且表面滑动剪切破坏岩体完整，无控制滑移的软弱结构面浅层岩体的坝基岩体的岩性软弱，岩石本身的抗剪强度剪切破坏低于坝体混凝土与基岩的接触面浅层坝基由近水平产出的夹有软弱层的薄层状滑移弯曲滑岩层组成动剪动滑移碎裂结构岩体组成的坝基坝基内缓倾下游的软弱结构面与陡立临空单滑面面或强度低、变形大的断裂带或软弱岩层组简合成滑移体单滑坝基内交线缓倾下游的双滑面与陡立临空移双滑面面或陡倾的软弱岩层（或断裂带）组合成滑移体无坝基内发育有缓倾上游的软弱结构面，横向抗单滑面切割面可以是已有的断裂面，也可由坝上游深力滑层体移拉应力区张裂变形发展而形成滑拉裂动双滑面坝基内发育有交线缓倾上游的双滑面双滑面的坝基内有由缓倾下游的软弱结构面与缓倾近弧形滑动上游的软弱结构面组合而成的滑移体有坝基内仅发育有缓倾下游的软弱结构面，横抗向切割面可以是已有的断裂面，滑动受到下剪断滑移力游岩体的抵抗，剪断下游岩体后，方能产生体滑移#%表面滑动表面滑动是混凝土坝沿其与基岩接触面发生剪切滑动，主要发生在坝基岩体的强度远大于坝体混凝土强度，且岩体完整、无控制滑移的软弱结构面的条件下。此时，混凝土—&’&— 第二篇水利水电工程地质构造研究基础与基岩接触面的抗剪强度值，是控制重力坝设计的主要指标。坝体必须具有足够的重量，以使接触面上的摩阻力大于作用在坝体上的总水平推力。!"浅层滑动当坝基表面岩体的抗剪强度低于坝体混凝土时，剪切破坏往往发生在浅部岩体之内而构成浅层滑动。从产生条件可概括为三种主要类型：!坝基岩体软弱，岩体本身抗剪强度低于坝体混凝土与基岩接触面的抗剪强度，易于沿表层岩体的内部发生剪切破坏；"由近水平的薄层状岩层（特别是夹有软弱层者）组成的坝基，在库水推力作用下，产生滑移弯曲，坝趾下游岩层往往因发生隆起而丧失了坝基沿软弱层滑动的抗滑力，促进坝基整体滑动的发生；#碎裂结构岩体组成的坝基在坝体推力作用下，沿不同方位结构面发生渐进的剪切滑动破坏。#"深层滑动在工程应力条件下，岩体的深层滑动主要是沿已有的软弱结构面发生。因此，只有当地基岩体内存在有软弱结构面，且按一定组合能构成危险滑移体时，方有发生深层滑动的可能。构成危险滑移体的软弱结构面，可分为滑移控制面和切割面两类，它们与一定的临空面组合构成了深部滑移的边界条件。滑移控制面通常由平缓软弱结构面构成，这类面上的抗剪强度是控制稳定的重要参数。至于滑移控制面的确定，一般有两种情况：!坝基内存在有利于滑动的软弱结构面，且其抗滑能力低于坝体混凝土与基岩接触面的抗剪能力；"坝基岩体内不同方向的裂隙普遍发育，此时深部滑移控制面往往是由坝基内最大剪应力带的分布所决定，分析中需根据该带的综合抗剪强度校核坝基的抗滑稳定性。此外，尚需注意在大坝施工及运行期，常有影响和降低坝基抗滑稳定性的因素，如果不采取相应措施任其发展，将可能导致坝基的破坏，概括有如下几方面。（$）基础开挖过程中卸荷回弹与应力释放造成岩体的变形和破坏，尤其在高地应力区，施工开挖常引起一系列与卸荷回弹和应力释放作用相联系的变形和破坏现象。例如葛洲坝水电站厂房基坑开挖过程中所发生的情况就非常典型。这些现象的产生，通常会使坝基或边坡岩体的工程地质条件恶化，若认识不足，处理不当，有时也会造成严重后果。（!）在附加应力作用下坝基岩体变形、破坏的逐渐发展以及与之相联系的孔隙水压力（或扬压力）的增高。属于这类作用的主要有：坝基在附加压应力作用下产生不均匀变形，使坝体因不均匀沉陷而断裂，丧失其整体性。有时还会使防渗排水设施遭到破坏，引起基础底面扬压力的提高，所有这些都会使坝基岩体的抗滑稳定性遭到削弱；坝基上游拉应力分布区内的岩体，在水平拉应力作用下产生近垂直方向的张裂，且这种张裂的发展常与孔隙水压力的增大相互促进，最终可使垂直方向的张裂向深处发展到与已有的缓倾角软弱结构面相连，从而导致横向切割面的形成和岩体结构面上孔隙水压力的显著增大。在水库蓄水之初，当张裂尚未充分发展时，岩体内已有缓倾软弱结构面上孔隙水压力相对较低，一旦当张裂深入发展到与缓倾结构面相连时，近垂直的张裂面及缓倾软弱面上的孔隙水压将急剧增大。值得注意的是，一些裂隙性岩体，在拉应力作用下透水性显著增大，而在压应力作用下透水性则显著减小。因此，在坝趾下游压应力高度集中的部位，岩体透水性变得很低，甚至成为不透水的封闭区，进而使结构面上的孔隙水压大增。上述作用综合进行的结果，将使大坝的稳定性受到严重威胁。马尔帕塞坝的失事就是典型事例。—#&%— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究（!）高水头作用下地下水渗流和地表水溢流所造成的坝基岩体性质和状态的恶化。这类作用主要包括泥质岩石的软化及泥化、破碎岩体的渗透变形以及下游岩体的溢流冲刷等，如湖南双牌水电站就是例证。（三）坝基岩体稳定分析的基本环节"#岩体工程特性和基本要求坝基（肩）岩体稳定性评价，是坝工勘察设计中最重要的，也是难度很大的课题之一，其原因在于研究对象工程岩体存在于特定的地质环境之中，其形成和发展过程经受了地质历史时期的各种内外动力地质作用的改造，是一种受多因素制约的十分复杂的材料，而不同的坝址又各具独特的地形、地质条件和岩体的力学特性，这些都是人们所无法控制的。另一方面，由于岩体材料是一种不连续介质，岩体中存在形态各异的不连续结构面，将岩体切割成一种由不同块体组成的不连续体，这种不连续体的力学性质并不取决于岩石块体本身，而是基本上取决于不连续结构面及其组合形式，岩石越坚硬，结构面的影响越显著。因此，岩体的物理、力学性质都呈现各向异性。当制约因素又以不同的方式组合时，则构成了岩体的复杂模式。在工程荷载和工程活动的作用下，岩体的力学性质、变形和破坏机理显示出很大的差异，是岩体工程研究的困难之处。鉴于上述情况，要做好坝基（肩）岩体稳定性分析和评价，首先要提高对坝基（肩）岩体工程地质条件的客观认识程度，尤其是对工程安危密切相关的重要工程地质问题更应加深研究全面论证。由于坝基岩体稳定分析和评价是一项复杂的系统工程，所以只有在多专业、多学科的紧密结合下方能完成。在整个系统中各专业虽各有侧重，但必须是一个有机的整体，各相关专业间需要相互渗透和对整个分析系统都要有基本的了解，这是做好坝基（肩）岩体稳定分析的重要环节。为此，作为重要组成部分的工程勘察，不仅要做好自身的工作，不断总结工程实践经验，提高理论和技术水平，以适应工程的需要；同时，还要对整个分析系统和基本分析原理以及不同分析方法的基本假定和利弊条件有更多的了解，方能做到有效的结合和有的放矢，也才能对分析成果反映客观实际的程度、工程措施的有效性进行综合判别。因此，我们应不局限于工程勘察范畴，而是要从分析系统的需要出发来分析探讨坝基（肩）岩体的稳定性。这既是做好稳定性分析的需要，又是做好工程勘察的前提，随着工作阶段的深入和细化，上述要求更显得突出和必要。根据坝基（肩）岩体稳定性分析和评价的需要，对工程勘察要力求做到：基本条件清楚、重点问题明确、基础资料齐全、各类数据可靠、分析论证充分、工程评价准确。$#稳定分析的基本环节根据坝工实践经验，坝基（肩）岩体的稳定性评价，通常按下列基本程序进行分析。（"）建立坝基岩体工程质量分级和结构面工程特性分类系统。其本身既是稳定分析的基础，沟通专业间的桥梁，又是对坝基岩体稳定性的初步评价。针对具体工程条件，在工程地质调查、勘探和岩体力学特性研究的基础上，经综合分析，建立以反映岩体稳定性为核心的工程岩体质量体系。（$）分析坝基滑移破坏的模式。在充分掌握坝基客观条件的基础上，分析确定坝基滑移破坏的类型及需要重点研究的滑移破坏形式。（!）确定可能滑移体的形态和规模。根据所查明的岩体结构特征，分析确定坝基内主—!%%— 第二篇水利水电工程地质构造研究要滑移控制面及与之相配合的切割面和临空面，从而判明可能滑移体的形态及规模。对一些重要和敏感的工程部位，根据需要可采用先进的勘探测试综合技术，建立主要结构面的确定性模型。（!）正确选定各种验算参数。在进行稳定性验算分析时，必须明确不同工况下坝基的受力条件，如坝体重力、库水推力、泥沙压力、扬压力、地震力等。尤其需要慎重而合理地确定坝基各级岩体及各类结构面的力学参数，并与不同分析方法相配套形成系列值。（"）坝基岩体稳定性的验算。目前国内外坝基（肩）岩体稳定分析方法很多，其坝型和具体条件不同，采用的分析方法也有所区别，对一些重大工程一般采用多种方法对比分析，相互验证，为科学决策提供更为可靠的依据，同时在分析方法上要根据分析对象的不同条件加以选择。对众多分析方法大体可归纳为三类，参见图#$#%、图#$#&。图#$#%坝基岩体稳定分析与评价方法框图图#$#&坝肩（拱座）岩体稳定分析与评价方法框图（%）工程处理措施的拟定。天然地基总是存在不同程度的缺陷，一般有一定的地基处—’"%— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究理工程量。随着优良的坝址逐渐被开发，今后所面临的工程地质问题也会愈来愈多，工程处理措施也就更显重要。如世界上有的工程在地基处理上的耗资已相当于建筑物本身的造价，甚至有超过的情况。通过稳定性验算分析，为了保证或提高地基的整体和局部稳定性，必须针对具体条件，考虑相适应的工程处理措施。如开挖、置换、锚固、灌浆、排水和设置键槽等。只要措施得当，质量可靠，一般能较好地弥补天然地基存在的缺陷，保证建筑物的安全。（!）坝基岩体稳定性的综合评判。实质是对上述各环节中合理性、可靠性的复核。如对坝基岩体及结构条件认识是否客观，反映是否全面，有无疏漏和存在潜在隐患；工况考虑、分析成果的正确性以及边界条件，选用参数的合理性及潜力或富裕度的大小；变形、破坏机制是否符合实际；环境因素的影响如时间效应、围压效应、松弛效应、渗压效应等是否有所考虑，工程措施是否合理、有效及可操作性等。通过上述诸多方面的综合分析、评判，最终做出坝基（肩）岩体稳定性的综合评价。二、重力坝坝基深层抗滑稳定问题（一）概况为了确保坝体安全，坝基必须在稳定、应力、变形和防渗各方面都满足相应的要求，其中地基连同坝体的整体稳定性更占首要位置。实践经验证明，坝基内如果存在不利于稳定的软弱夹层或不稳定组合，则成为影响坝基稳定的关键因素。值得注意的是，在我国已建和正在勘察设计的大、中型闸坝工程中，地基内有软弱夹层的达"#多座，其中由此而改变设计、降低坝高、增加工程量或在后期加固的共达$#余座，有的甚至使工程停工、改变坝址或限制库水位运行，可见问题有一定的普遍性。在国外也存在类似的问题，并发生过垮坝事故。对地基的安全核算首先要考虑的是岩体的抗剪强度问题。如坝基岩体较好，抗剪断强度可以满足建坝要求。但当坝基岩体内存在软弱结构面，其!值就会锐降，"值也较完整岩体有较大降低，如果有夹泥，则其降幅更大。若软弱面延伸很广，产状不利，则可能构成坝基岩体的稳定控制面，必须进行坝基深层抗滑稳定性核算。（二）软弱结构面抗滑稳定性研究软弱结构面类型很多，在不同岩体结构类型分布区，具有不同的特点、性状、规模和分布规律。但较为常见且危害较大的主要有平缓层状岩体分布区的层面、层状节理和软弱夹层等，尤其软硬相间的岩层，如砂页岩互层中的黏土质夹层，可作为软弱夹层研究中的典型。这类夹层力学强度低、亲水性强、抗风化能力弱，对外部条件和岩体内应力状态的变化最为敏感。在一些软弱夹层内还常发育有小挤压滑动面、层间揉皱和错动等，这些破裂变形形迹的产生不仅使原已很低的强度进一步弱化，而且由于天然结构遭到破坏，遇水后极易泥化或软化，成为岩体中最薄弱、在外力作用下最易于发生滑动破坏的部位。软弱夹层常构成坝基深层抗滑稳定的控制面，为了对其稳定性做出可靠的分析、判断和具体的验算，首先必须查明作为主要滑面的真实产状、成因、起伏程度、延伸范围、组成物质、结构特征、厚度及其变化等；然后分析与其他结构面特别是软弱结构面相互切割关—$%!— 第二篇水利水电工程地质构造研究系，研究其可能组合的滑动模式、滑动机理、方向及其有无抗力体和分析其抗力条件等，经过初步分析判断确定需要核算哪几种组合形式，明确其各种边界的几何参数。至于一般的节理、裂隙对稳定影响虽较前者为轻，但与完整基岩相比仍是弱面，并常成组出现、相互切割，形成锯齿状或阶梯状的破坏面。对于这类弱面，还必须查明它们的组数，每组的产状、分布、密度、单条延伸长度、裂面性状、有无充填及其物质组成、连通率、相互切割关系、可能组合的滑移模式及块体大小等，确定对稳定最为不利而需要验算的组合模式。从岩体结构条件看，这类弱面包含更多的不定因素。在查明软弱面的几何形态后，需要深入研究的是软弱结构面的物理力学特性，测定其强度参数。这些参数对抗滑稳定的核算结果影响很大，必须慎重选用，力求较客观地反映其力学特性。对于重要工程，须通过有效而适宜的测试手段进行具体测试研究。鉴于不同岩体的破坏机理、剪切特性和具体参数相差很大，而软弱面又常具有不均匀性的特点。因此，对各类软弱结构面或同一破坏面上的不同部位都应区分其类型，分别进行研究。深层抗滑稳定分析的核算，目前尚缺乏简单、合理的分析方法，尤其是在边界条件复杂的情况下。现在采用最多的还是“刚体极限平衡法”。近!"年来已在较多大、中型工程中广泛地应用有限单元法，分析坝基中的应力和变位及其变化过程，直至不能维持稳定，从而确定总体安全度。除计算方法外，还进行模型试验，尤其是地质力学模型试验，以测定深层抗滑稳定的安全度，这在我国许多大型工程中已得到应用，技术上也有发展。（三）增加抗滑稳定性的措施经过详细的勘察、验算分析或模型试验，证实坝基深层抗滑稳定安全度不足，或经施工揭露和运行中发现存在影响稳定的隐患，则必须采用各种有效可行的措施处理缺陷、加固地基，以满足抗滑稳定要求。至于具体措施应视各工程的实际情况和条件而定，不宜简单照搬其他工程经验。一般常用措施主要有：#$改变坝轴线、结构形式或布置如果坝址区存在较不利的地质缺陷，坝体深层抗滑稳定问题较严重，则可另选坝址或适当移动坝轴线，以避开最不利的地质条件，或者改变原定的结构形式，如将重力坝改为拱坝或堆石坝等。!$加深开挖如软弱岩带仅为一条或少数几条，位置明确，埋藏浅，可适当加深坝基开挖，将其全部或部分挖除，而将建筑物置于较稳定的地基上。这当然是较彻底的措施，但增加工程量或延长工期较多。因此，在许多情况下不将软弱岩带全部挖除，而只在坝基开挖齿槽加以切断。齿槽一般设在上游，可兼起防渗墙的作用并与灌浆帷幕衔接，也有设在下游端或中部的，则将视软弱岩带产状或结构布置而定，齿槽宽度、深度要通过计算确定，即齿槽嵌入段所能发挥的被动抗力应满足抗滑安全度的要求。如软弱夹层成层分布，并不是单独的一条，则齿槽应伸到已不影响抗滑的要求。一般情况夹层埋藏愈深，对抗滑稳定的影响愈小，到一定深度后其影响即可不计。%$增加建筑物重量或降低扬压力坝体重量的增大可直接增加抗滑阻力，也是常用的措施。但如软弱结构面上的!值很小，或夹层微倾下游有倾角"，则其效果就不显著。理论上讲，如果!&’()"，则由于增—%+*— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究加坝重而得到的抗滑力正好为所增加的下滑力抵消。如坝后有厂房等建筑物，则可考虑将两者联为整体以增加抗滑阻力，如伊泰普工程和三峡左岸厂房坝段。降低扬压力是有效的措施，而且对各种产状的软弱岩带都是适用的。设置有效和完善的帷幕及排水系统，不仅可以降低破坏面上的扬压力，而且还可防止或减轻渗透水流对软弱破碎带的不利作用。如采用封闭式排水，尚可进一步降低扬压力。排水孔穿过软弱层时要有防止管涌的措施，同时应有监测和维修的条件。如葛洲坝枢纽的护坦设计中，采用完善可靠的封闭式防渗排水系统，收到很好的效果。!"充分利用尾部抗力很多情况下，坝体下游抗力体可以提供相当大的抗力，成为维持稳定的重要因素。抗力体表面可适当加铺混凝土作为压重和保护，若抗力体由水平薄层岩层组成，可设置钢筋混凝土锚桩加固，防止失稳，如葛洲坝对抗力体中的缺陷进行处理、补强、固结灌浆等。#"设置抗剪键槽或抗剪桩如果主要的软弱破碎带为一缓倾角夹层，其上下岩层均较坚硬，仅夹层的抗剪能力很低，成为控制抗滑稳定的关键，又不能全面挖除时，则可考虑采用混凝土或钢筋混凝土的抗剪键槽。键槽的尺寸，应满足抗滑安全的需要，伸入夹层上下的厚度应足够防止破裂面越过键槽延伸。如坝基下有数层夹层，则可采用钢筋混凝土抗剪桩代替抗剪键槽，其优点是能穿过几层夹层，缺点是每个桩的断面有限，不及键槽有效。$"利用上游水重在坝前设置防渗板（防渗铺盖），并将帷幕及排水上移，就可利用防渗板的水重增加抗滑力。防渗板和坝体的联接处必须做好可靠的止水，并有检修补强措施。防渗板本身也决不能漏水，否则将失效。我国葛洲坝和大化水电站等都曾采用这种措施。%"采用预应力锚索可增加软弱夹层上的法向压力，从而增加抗剪阻力。设计中应考虑预应力的损失，锚索要固定到深部完整的基岩中，使能承受设计的预应力。我国双牌大头坝和梅山连拱坝等的加固处理中均采用过该种措施。&"提高夹层的刚度和强度对软弱破碎岩带进行高压固结灌浆、化学灌浆或采用高压旋喷等，可以显著提高其压缩模量，也可适当提高其抗剪参数。以上简述的常用工程措施，在实际工程中，一般常综合采用，即根据具体条件选用几种适宜的措施，以达到较好的效果。（四）软弱结构面构成的深层滑动实例’"深层与浅层滑动并存的实例葛洲坝水利枢纽泄水闸最大闸高%()。闸基为白垩系黏土质粉砂岩、砂岩与黏土岩互层，岩质软、强度低，岩层倾角#*+&*（顺流向视倾角’*+,*）。经大量工程勘察、基坑开挖、特别是大孔径钻孔的揭露，查明坝基砂页岩地层内发育有’,层软弱夹层，其中对抗滑稳定影响最大的是沿黏土岩层间错动带发育的#个泥化夹层，泥厚一般’))至数厘米，最厚达’(+,(-)，延续稳定，分布范围广。这些泥化夹层的抗剪指标低，!值仅(",+(".#，"/("((#+("(#012，在构成闸基深层抗滑稳定的控制条件。其中,(,号夹层分布—.#3— 第二篇水利水电工程地质构造研究较浅，夹泥厚至数毫米，经现场进行抗力体试验表明，地层受推力后因发生弯曲变形而隆起，使下游护坦向上拱起，最大可达!""左右。随着隆起变形的发展，沿夹层发生层间错动，构成下游抗力体浅层抗滑稳定的制约因素。抗滑稳定核算中，当不考虑夹层的!值时，要求"值不小于#$%（设计情况）至#$#（校核情况）。由于夹层数量多、分布深，经核算夹层的位置低于某高程后，即不成为控制条件，此高程称为“临界高程”。若夹层位置高于某闸段的“临界高程”以上，&值就达不到设计要求，需专门处理。最后确定采用底宽’()"的混凝土齿槽，切断夹层以及防渗排水等措施，抗力体部位设钢筋混凝土桩等加固。帷幕及排水线移至防渗板的上游端廊道内，可利用板上水重，提高“临界高程”，减少齿槽深度，与齿槽联合作用，满足"值要求。*$有抗力体的深层滑动实例大化水电站位于广西红水河上，最大坝高)’$!"。坝址地质构造复杂，为薄层泥岩和灰岩互层。开挖后发现平缓断裂发育且普遍夹泥（#+,$%!(,$’），有一定的连续性，构成深层滑动的失稳条件，尤以溢流坝段最为突出。滑移控制面为缓倾角的断层和近乎水平的裂隙，侧向切割面为平行河流的垂直断裂，横向切割面为与坝轴线平行的断层，下游为临空面或抗力体（见图*-*.）。坝基采取了以下处理措施：!开挖#,"深齿槽，齿槽底宽!(/"，截断缓倾角断层，使其下的水平裂隙不再构成滑动控制条件。"安全度不足时在上游设防渗铺盖（此时齿槽移到防渗板前端），板长约*,"，厚%()"。#做好防渗排水，灌浆廊道移到齿槽内，进行水泥及化学灌浆，设置可靠止水，并在防渗板上填筑!"厚的黏土铺盖，以确保防渗板及各种接缝间不漏水。$加厚护坦，增设二道坝以保护抗力体，以免在长期运行中被冲刷破坏。图*-*.大化坝基工程处理措施示意图%$无抗力体的单滑面深层滑动实例上犹江水电站位于江西省赣江支流上犹江上，为混凝土重力坝，最大坝高/.米，坝基（如图*-*0）由泥盆纪砂岩、板岩组成，地层中夹有一层板岩泥化夹层，在坝基连续成层。倾角一般小于#,1，抗剪强度低，摩擦系数#+,$*’(,$%,，混凝土与基岩接触面的摩擦系数#+,$!.，显然板岩泥化夹层是坝基滑移控制面。同时，岩体又被顺河向及横河向的两组节理切割，形成坝基中危险滑移体。—%/,— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究图!"!#上犹江电站坝基内板岩泥化夹层示意图因此，施工中对于埋藏较浅的泥化夹层进行了开挖处理，埋藏较深的部分经详细核算是稳定的，仅增加了防渗措施。（五）软弱夹层发生恶化的深层滑动实例湖南省潇水双牌水库的大坝是一座双支墩大头坝，坝高$%&%’，坝基由泥盆纪中下统跳马涧组砂岩和板岩组成。岩层缓倾下游，层间发育有构造破碎软弱夹层$条，均分布于砂岩和板岩的界面，厚度一般()*+’，个别厚达,)$+’，主要由板岩碎片夹泥组成。!值约-&**)-&,$，"值很小，另有一些陡倾角的断层，总体稳定条件不利，在建设过程中未引起足够的注意。(#.(年蓄水后，发现扬压力不断增高，(#/(年发现有黄色物质涌出，经勘察证实，坝下夹层机械管涌发展严重，$个破碎夹层均出现架空现象，上游帷幕也发现局部失效。另外，由于溢流冲刷的发展，在坝下游地带形成深(.)(%’的冲刷坑，破坏了抗力体。不得不采取多种措施加固。该工程是在完建后采用以预应力锚索为主的综合措施提高抗滑稳定安全度的典型实例。（六）硬质结构面构成的深层滑动实例三峡枢纽工程左岸坝段为坝后式厂房布置，共设$台机组。坝基岩体缓倾角结构面发育，特别是存在倾向下游的长大缓倾角结构面（长度大于(-’）。为了充分利用坚硬岩基，根据地形地质条件和坝体结构要求，坝基建基面高程确定为#-’，厂房机组开挖面高程为!!&!’，坝与厂房之间形成总体坡度为$,0，坡高约.%’的临空面，厂房坝段坝基深层抗滑稳定问题就成为关注的焦点之一。(&工程地质概况厂坝地基岩体为前震旦系闪云斜长花岗岩，中、粗粒结构，岩质坚硬，建基面及坝后边坡均处于微风化———新鲜岩体内。经大量工程勘察论证，厂坝范围内缓倾结构面的分布规律和性状已基本查明。为进一步查清坝基下长大缓倾角结构面的确切位置和组合关系，于施工过程中，采用特殊勘察手段，即以较小孔距（!-’1）的勘探控制剖面，采用小口径金刚石钻进无磨损新工艺，确保岩芯获得率(--2，并配合孔内彩色录像及结构面产状量测等，做到不遗漏一个缓倾角结构面。经综合分析，建立岩体结构确定性滑移模型，和三维可视化模型，为深层滑移边界的认识、分析和确定提供了可靠的基础。—*.(— 第二篇水利水电工程地质构造研究施工开挖和上述特殊勘察查明，长大缓倾角结构面均为硬质结构面，充填物为绿帘石及长英质物质的缓倾面约占!"#!$，无泥质或软弱物质充填，绝大多数为平直稍粗和波状粗糙面，平直光滑面仅占%#"$；在走向和倾向方向大多被陡倾角结构面切割，切错距一般%&!’()；据统计，长大缓倾角结构面优势产状为*+,"-./+!,0-&,1-，而倾角小于!0-的缓倾面极少；!&0号机组坝段缓倾角结构面虽属相对发育区，但其分布具有明显的不均一性。据钻孔统计，区内短小缓倾角面平均垂直线密度为’#020条.)，长大缓倾角结构面以厂%号机组坝段平均垂直线密度相对较高，达’#!,!条.)，其相邻坝段坝基则为’#’1!&’#’1"条.)。长大缓倾角结构面之间的短小缓倾角裂隙连通率，采用剖面投影法和二维结构面网络法进行调研。经综合分析，优势组短小缓倾角裂隙连通率为!!#0$&!,#3$。结构面及岩体物理力学参数，分别采用现场原位大型直剪和室内中型剪试验，取得大量基础资料，再经综合分析，形成不同结构类型岩体和结构面抗剪强度参数的系列建议值。,#深层滑动概化模式及边界条件（!）确定性滑移模式。控制!&0号机组坝段岩体滑动的主要因素为长大缓倾角结构面。在不同走向、倾向的滑移面中，以走向与坝轴线呈锐角相交、倾向下游的缓倾角面最有可能形成滑移通道。以勘探所取得的缓倾角结构面和坝段结构形式为依据，按一定的原则进行坝基滑移面概化，所确定的滑移路径为确定性滑移模式，针对各机组坝段的实际条件分别建立，参见图,4%’。（,）边界条件分析：!）概化滑移面上的长大缓倾角结构面的走向仍有一定变化幅度，看作统一滑面，存在安全裕度。,）由平行于坝段分缝线的北西向陡倾角裂隙的侧向切割面不发育，仅占2$左右，存在侧向约束条件。%）虽然厂%号机组坝段左侧存在567裂隙性小断层，但一般胶结良好，坚硬；顺水流方向陡倾角结构面连通率按,’$计，其侧向约束作用也不容忽视。%#稳定性验算成果（基本荷载条件下）厂!、,、2、0号机组坝段在大坝单独承载下，均满足!"("%#’的要求；厂%号机组坝段按确定性滑移模式（89:;6）并计入分块面剪力时，!<(=%#,3，不计入分块面剪力时，!<(=,#1>稍小，但厂坝联合作用!<(=2#,3，有较大裕度。综上所述，厂!&0号机组坝段抗滑稳定问题，经大量工程勘察，查明了缓倾角结构面的空间展布及其特性，提出偏于安全的确定性滑移模式，并以刚体极限平衡法为主，其他多种分析方法为辅的稳定分析。结果均表明，稳定安全系数大于2#’，满足设计要求，有相当的安全裕度。在此基础上又采取了多种工程措施，因此，坝基岩体的抗滑稳定有充分保证。—%3,— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究图!"#$三峡左岸厂房#号机组坝段坝基抗滑稳定概化模式剖面图%"闪云斜长花岗岩；!"断层及编号；#"裂隙产状；&"裂隙面平直光滑（局部光滑）；’"裂隙面焊合（!）、粗糙（"）；("绿帘石充填及厚度（))）；*一碎裂岩充填及厚度（))）；+"石英充填及厚度（))）；,"英帘质充填及厚度（))）；%$"钙质充填及厚度（))）；%%一潜在滑移面（实线为确定部分、虚线为推测部分、点线为岩桥部分）；%!"钻孔—#(#— 第二篇水利水电工程地质构造研究（七）坝基存在剪应力集中带的深层滑动实例乌江渡水电站位于贵州省乌江上，最大坝高!"#$，坝基为三叠系玉龙山灰岩、沙堡湾页岩及九级滩页岩，分别分布在坝基的上、下游（如图%&’!）。模型试验及有限元法计算表明，由于下游有强度低、变形大的九级滩页岩，因而在玉龙山灰岩中应力高度集中，在坝基内剪应力最高的集中带与坝底面成约%()*%#)的交角分布，与地基内一组较发育的裂隙方位大体一致。根据这个带抗剪指标的加权平均值校核坝基的抗滑稳定性，发现原设计坝基的抗滑稳定安全系数不满足规范要求，于是将原设计的混凝土重力坝改为拱形重力坝，以便把%(+*’(+的水平荷载传到两岸，以保证坝基的抗滑稳定。图%&’!乌江渡电站坝基地质情况示意图三、拱坝拱座岩体的稳定问题（一）问题的性质拱座岩体稳定和坝基深层抗滑稳定，都是大坝勘察设计中的重要问题。对于承受巨大水压力的高拱坝，拱座稳定更是拱坝安全的前提。据统计，至今拱坝遭到破坏而无法使用的共有,座，其中’座拱坝都是因为拱座岩体失稳酿成的。例如，美国的莫伊埃（-./01）拱坝，!2%,年建成，!2%#年左岸拱座遭到特大洪水冲刷失稳。美国的拉尼尔湖（3451346017）拱坝，!2%#年建成，!2%"年左岸拱座受地下水渗水潜蚀，由管涌引起拱座沉陷和坍塌，连同左侧坝体一起冲走。第三座是众所周知的法国马尔帕塞（-4084991:）双曲拱坝，!2#,年建成，!2#2年!%月%日晚，左岸拱座的一部分岩体突然失稳滑动，使大坝在一瞬间完全毁坏，有近,((人死亡。马尔帕塞坝失事后，使得全世界坝工人员认识到，拱坝的真正危险在于两岸拱座的稳定，乃开始从单纯重视坝身设计转而重视坝基的稳定问题。第四座是我国!2"%年!!月安徽梅山连拱坝右岸拱座滑动。因此，各有关规范对两岸拱座的稳定都提出了明确要求和相关技术规定。需要指出的是，从坝体传递的荷载角度看，拱坝和重力坝的情况不同，拱坝坝基上的反力是超静定力系，随地基刚度、变形和坝体体型而变化，有自行调整的能力，所以拱座失稳问题和重力坝的深层抗滑稳定有本质的区别。（二）影响拱座稳定的因素工程实践证明，影响拱座稳定的因素是多方面的，如地形、地质和受力条件，而地质条件尤为重要，同时也和工程的枢纽布置、泄洪方式、坝体体型选择、施工方法（特别是开挖方法）以及基础处理的好坏有密切的关系。—’",— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究!"工程地质水文地质条件为了对拱座岩体稳定问题得出比较符合实际的结论，首先必须全面查明拱座岩体的工程地质条件，尤其是拱座内各种不利结构面的性状、可能的组合形式和岩体内地下水渗流的性质及其分布特性，而最重要的是查明坝基内软弱结构面的性状及其分布，它们往往是构成滑动岩体的主要滑裂面。另一方面需要查明的是成组的裂隙系列，它们具有平行或雁行状和不连贯的特点，但在工程荷载作用下，会沿已有的裂隙并剪断部分完整岩石形成不规则断裂面，成为滑动面或与其他滑动面组合形成滑动岩体的侧裂面。侧裂面的主要危险是引进水库的高压渗水，使扬压力成倍增加，马尔帕塞坝失事的计算表明，即使假定各个面上均无凝聚力，单由岩石自重本身所产生的摩擦力，已足够维持岩体在拱推力作用下的稳定。要使具有这样重量的大岩体被推出，至少要有!#$%&的推力，其数值相当于设计中计算拱推力的’倍。因此，除拱推力之外，必须还要有其他的外力作用，而这个力正是由扬压力引起的。我国梅山的情况同样如此，根据事故发生时一个灌浆孔中喷出的水柱推算，侧裂面内的渗透压力已经高达水库水头的(#)，库水渗入陡倾角裂隙，产生的巨大推力促使岩块沿另一组缓倾角裂隙面向河床滑动，幸亏侧裂面与下游连通，滑移使渗水有了较宽敞的出路，水压随之降低，而未酿成马尔帕塞坝式的事故。值得注意的是上述两座坝在失事后的检查发现，基岩面上沿坝的上游坡脚有张开裂隙发生。在马尔帕塞坝左岸*+坝块上游出现很宽的张开裂隙，在梅山大坝上游岩体中原来闭合的陡倾裂隙张开了#,!$--，正是这种张开裂隙，使库水长驱直入，其作用相当于液压千斤顶一样。这种裂隙在建坝前都是闭合的，其产生显然和建坝受荷后地基内的应力条件有关。因此，岩体边界的勘察，不仅要从滑动角度考虑，同时也应从建坝后地基内的应力状态和可能形成较高渗透压力的角度加以分析。#"岩体力学特性从一些失稳事例说明，有些坝址单纯从地质条件看，情况并非特别不利。如马尔帕塞坝除当时并未发现的坝后缓倾角断层外，基岩是一般的片麻岩，虽然岩体受构造切割明显，但压水试验说明渗透性很小，平均小于!./。坝址区的岸坡也没有任何明显的不稳定迹象，只是从失事后经过几年的岩石力学研究才揭示出坝址岩石具有两个明显的特点：（!）岩体片理发育。这种不连续体的应力分布与均质弹性体完全不同，当拱推力作用方向和片理面平行时（该坝左岸即如此），岩基内的等应力线由圆形变成狭长形，使应力集中在推力方向而不向四周扩散。（#）岩体的渗透性具有随应力而变化的特性。在拉、压应力作用下的渗透系数比值平均高达!$$，而其他’$种岩石的比值都在!,!$之间。正是这两个特点，使坝左岸拱推力传播较远，并使坝基下的渗透系数大大减小而成为一道地下挡水坝，使扬压力剧增。经过上述研究，才理解到马尔帕塞坝的失事是特定地质条件下的岩石力学问题。这个事例从一个方面说明，要保证拱座岩体的稳定，必须重视查明地基岩体结构和岩体力学特性的试验研究。而研究工作必须建立在工程地质勘察的基础上，对最可能组成滑动破坏形式的各类滑裂面和影响应力、变形的主要因素进行分析研—’10— 第二篇水利水电工程地质构造研究究，并随着认识的深化而不断完善。对于参数的选取，应建立在充分考虑岩体和结构面的利弊条件及力学特性的综合分析研究基础上，力求较客观地反映其力学特性，并与验算分析方法、安全系数的确定有机地联系起来。!"枢纽布置拱坝大多建造在狭窄的河谷中，两岸坡较陡。枢纽中各种建筑物如厂房、溢洪道等常利用坝下游的河谷空间布置。在这种情况下，厂房基础的开挖，或溢洪道内泄流的冲刷，往往会破坏岸坡底脚的支承，促使两岸拱座稳定的恶化。例如莫伊埃拱坝左岸拱座的失事，是因为溢洪道布置在左岸拱座一个单薄山脊的鞍形垭口处。拱座为层状石英岩，倾向下游，倾角!#$%&’$，一次特大洪水不仅冲毁溢洪道的衬砌，并进一步冲刷基岩，将山脊切割出一条深(’")*、底宽’"’*、长)&"&*的深槽，使拱座孤立失稳滑动。此外，坝顶挑流泄洪方式也有可能在坝下形成深的冲刷坑，淘挖两岸坡脚，使两岸坝座稳定条件恶化。&"坝的体型坝的体型选择中，应力和稳定会有矛盾。拱圈半径小，中心角大，有利于应力调整，但拱推力偏向下游，不利于稳定。从提高拱座稳定考虑，应尽可能加大拱圈半径，减小中心角，使推力指向坡内，这样，一般会在拱冠下游面出现较大拉应力。但权衡二者利弊后，一般认为在拱座稳定情况不利时，即使拉应力达到("’+,-（允许极限值），也要增大拱圈半径，以提高拱座稳定。例如日本川俣坝高((.*，两岸拱座内断裂发育，其走向与拱推力成&#$%’#$角，容易引起剪切破坏。最后决定改变原有只考虑应力状态的方案，加大拱圈半径，将推力向山体内部转动’$%/$。在布置上增加拱端插入基岩的深度，也是提高拱座稳定的有效方法，但要相应增加工程量。’"施工方法施工方法，特别是坝基开挖，考虑不周也会影响拱座稳定。不适当的基坑和坝下厂房基础等的切坡开挖，会使上部岩体失去支撑。紧靠坝下游的边坡，如果削坡过陡或者过度扰动，可能会使原来稳定安全度已较低的边坡，在蓄水后地下渗压增加或发生地震时坍塌，从而危及大坝安全。秘鲁的弗来瑞（01-234）拱坝即发生过这种坍塌。一般爆破开挖时，炸药的一部分能量转变为振动岩体的能量，使岩体内的裂隙张开，胶结的层面脱开和岩体松弛，从而降低其原岩强度。因此，目前国内外拱坝施工中都十分重视减少开挖爆破影响的研究，在施工前一般都进行爆破振动试验，以确定最有利的开挖方法。例如日本奈川渡拱坝的坝基开挖，经试验后采用每层高(&*的台阶式开挖方式，并用斜孔爆破以减短最小抵抗线（比垂直孔），减少对基岩的损伤。法国的柯因—贝里埃公司为我国台湾省设计的一座高约/#*的古关拱坝，右岸坝座边坡呈5#$%.#$，基岩是板岩与石英岩的互层，且有含石墨的薄黏土夹层，稳定条件很不利，用常规方法不可能挖去厚达)#%&#*的表层破碎板岩。经研究采用了一种从下到上逐层（共分/层）开挖隧洞回填混凝土的办法，解决了开挖，也保证了岸坡稳定。所以在研究拱座稳定性时，应全面考虑上述各方面因素，使之协调一致，方能对拱座稳定性作出较客观和科学的评判。—!55— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究（三）拱座空间力系的确定作用在拱座上的力系有拱坝传来的推力、岩体自重、渗透水压力、岩体内的地应力和地震力等。!"拱推力综合坝上游水压力、泥沙压力、温度和自重的影响，其大小和方向与拱坝的体型布置有关。我国石门拱坝设计中，曾对影响推力大小的因素作过分析，认为：（!）当采用极限平衡法计算时，在目前国内的各种坝体应力分析方法中，以试载法成果并参考模型试验结果较为合适。（#）拱冠梁法成果偏安全，但也可用。（$）施工中对坝体的超冷或超压进行横缝灌浆和考虑拉应力区开裂等，会使拱推力增加（石门增加!%&），其他工程如白山、二滩、龙羊峡等也大都采用试载法或拱冠梁法的成果。#"岩体自重它既是阻滑力也是坝的滑动推力，具有数值始终不变、不随滑动位移增大而减小的特点。为了准确求得自重数值，岩体的边界应尽可能符合实际情况，不宜随意截除一部分岩体于计算之外。$"岩体地应力一般情况下在边坡开挖后，其水平分量会形成一个水平推力，使近边坡的岩体发生一定的水平位移，形成平行坡面岩体的松弛（即所谓应力释放现象和形成卸荷裂隙）。但是随着这种位移的发生，地应力也就随之消失。因此，在一般常规分析验算中，除考虑开挖面浅层因应力释放对岩体的影响外，基本上不考虑地应力因素。鉴于拱座有一定嵌深，其稳定分析属于深层抗滑稳定范畴，因此，地应力对抗滑稳定的作用如何，尤其在较高地应力区是需要探讨的课题。为此，结合我国二滩高拱坝基岩体处于较高地应力区的特点，进行了探索。研究工作是在已建立较完整地应力场的基础上，引用弹塑性三维有限元子结构凝聚法进行分析，分析中假定受荷后岩体破坏只在结构面上产生，而为弹塑性，其余部位均为弹性。选用二滩左岸坝肩岩体可能潜在的滑移模式作为算例，拱座抗滑稳定分析的荷载由拱推力、岩体自重、渗透压力和地应力（包括坝基开挖后的释放应力）组成，拱推力采用试载法成果。为了分析地应力的作用，设方案一计入地应力，方案二不计入地应力，每个方案都按逐级加载与强度下浮两种方式进行，研究结构面的应力和变形。两方案进行对比分析，得到如下主要认识：（!）通过两方案的比较，可以看到方案二的总破坏率都大于方案一（见图#’$#），说明二滩坝区地应力对拱座抗滑稳定起着有利的作用。作用的大小与结构面所处部位的地应力大小及结构面的产状有关。（#）在自然条件下，由于地应力作用，岩体内的顺河向陡面（(!）处于受压状态，说明左岸坝肩岩体自身是稳定的。（$）蓄水过程中方案二的总破坏率大于方案一，破坏率变化度（最大)最小）前者是后者的#"%倍，说明在蓄水运行期内，初始地应力仍起重要作用。（*）在大坝建成尚未蓄水时，方案二的破坏率仍远高于方案一，说明若不计地应力的—$,+— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#!破坏率过程线（$）蓄水过程；（%）超载过程作用，将使稳定分析失真。从上述初步分析看出，拱座抗滑稳定分析中地应力因素不可忽视，不计入地应力因素设计似偏于安全。若按超载安全储备!&’(，强度安全储备!)’*为设计准则，二滩左岸坝肩岩体未出现失稳迹象。施工和运行期内，左坝肩岩体的实际工作状态是天然情况由于地应力作用，结构面被压紧，大坝浇筑期内由于坝重作用使顺河向的侧裂面少部分被拉裂，蓄水期内由于水推力作用结构面又逐渐被压密，当运行到常蓄水位时，岩体处于弹性工作状态，未到达初始屈服状态。从地应力角度出发，及时蓄水将有利于二滩左坝肩岩体的稳定。*+渗透水压力在马尔帕塞和梅山拱座失稳事故中已表现得很明显，它不仅会在岩体中形成巨大扬压力推动岩体滑动，而且会改变岩石的性质，降低其强度，减小滑动面上的有效正应力。作为一种推力，当侧裂面与水库直接连通，水流能得到充分补给时，扬压力是一种持续力，具有不随滑动位移增大而减小的特点，始终全力作用。然而与此同时，岩石的抗滑力，是随滑动位移增大而降低的。因此，这种情况下的失事往往是突然爆发的（如马尔帕塞坝）。当裂隙细小渗水途径长而曲折，水流补给不充分时，位移的增大（如节理张开）使容水体积增大，水位降低，推力减小，位移也随之停止，直到渗水再次充满空隙时，又开始形成推力，产生新的位移，这种情况下的破坏是逐渐缓慢地形成的（如梅山连拱坝）。在均质和节理裂隙发育的岩体内，可能形成稳定的渗流条件，可用通常的达西定律确定岩体内的渗压强度。然而岩体内节理裂隙等的分布总是不规则的，渗透性也呈各向异性，而且会随着岩体内的应力状态不同而有很大变化。这种情况下的渗压场，已不能用均匀流网来预测，目前只能依靠在现场设置成批测压孔，进行试验和监测。控制扬压力的有效办法是在地基内设置灌浆帷幕和排水系统，当马尔帕塞坝失事后，第一次向人们揭示出坝址地质特征、坝基应力分布和渗透压力的不利组合，会引起如此重大危险时，世界各地的拱坝都纷纷在坝基内增设排水系统。排水孔要布置得当，只有当排水孔能穿入到拱推力引起的压应力集中区的上游时，排水才有效。布置在压应力区及其下游的排水孔，几乎不会改善地基的稳定性。—#(,— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究此外，排水孔中渗水量和测压孔中压力的增加，还能反映出地基内的变化和险情，从而起到报警器的作用。!"地震力目前国内外都用传统的静力法计算。对于作用于拱座地基的地震力，我国水工建筑物抗震规范已有一些规定。从抗震角度考虑，应该特别重视拱座上部岩体的稳定性，因为上部岩体相对较松散，地震时受到的惯性力比较大，而防止滑动的上覆岩体重量又比较小，坝体传来的推力方向也较不利。鉴于动、静荷载作用下，岩石材料的力学效应迥然不同，所以在地震荷载下的稳定分析中，利用静态力学参数显然是不恰当的，但目前动态力学性质研究尚很不充分，国内外有关资料甚少，因此，一般分析中常间接地确定动参数。我国结合二滩高拱坝对坝基岩石进行了动态力学参数探索性的研究（见本章第三节）。同时有必要强调的是，在地震烈度较高的大型工程区布设强震观测台阵的必要性。我国水能资源丰富，又多集中在西南、西北较高烈度区，因此，对一批大型工程抗震设防问题，就成为勘察设计中的重点和难点之一。鉴于大坝结构复杂，其地震反映不仅对坝址的地质、地形条件的影响敏感，而且还涉及地基和库水的动力相互作用，目前大坝抗震理论和动力分析方法尚有许多问题处于探索之中，有待进一步验证和完善，其中有些很难在室内试验中模拟和实现。而强震监测正是对此作出检验和改进的最重要手段，是推动大坝抗震学科发展的基础，对保证大坝抗震安全、改进其抗震设计具有重大意义。我国在一些大型工程中已建立了强震观测台阵，如龙羊峡水电站在大坝建成以前就建立了场地效应台阵，并于#$$%年&月’(日取得了青海省海南里氏(")级的强震记录。大坝竣工后最终建立起大坝反应台阵，该台阵由)台强震仪、##个测点、’*个通道组成，在发生里氏!"(级地震和+"#级水库诱发地震等多个地震时，取得了完整表现坝体、基岩和山体地震加速度反应特征的十分有价值的强震记录。对一些重要而与地震关系密切的工程，为了更合理地确定大坝抗震设计中地震动输入的各种参数，应争取尽早在坝区布设工程强震观测台阵，若能取得近场强震记录，则为抗震设计提供了极为重要和反映客观实际的基础资料。（四）拱座岩体抗滑稳定分析和评价#"抗滑稳定分析概况拱座岩体的稳定性取决于地形、地质和受力条件，而客观地质条件尤为重要。鉴于拱座受力特点，通常有两类结构面对抗滑稳定影响最大：!平缓的软弱结构面、缓倾角裂隙等常易构成滑体底滑面；"大体平行或小角度斜交于岸坡的卸荷裂隙和各类陡倾角的构造结构面，则常成为侧向切割面或滑移控制面。尤其应注意的是卸荷裂隙，它广泛分布于岸坡地带，多有夹泥充填，抗滑能力低。同时，尚应注意临空面的作用，如果其他条件具备而没有一定的临空条件相配合，岩体就不可能滑出。构成临空的条件有两种情况：!沟谷、河流急弯，岸坡突出段等，均可构成横向临空面，削弱坝肩岩体的抗滑稳定性；"岩体内有可能起到横向临空作用的断裂破碎带、软弱岩层或潜伏溶洞等，在推力作用下产生大的变形而起到临空作用。就地形条件而言，一般情况下“,”形谷最大应力多集中在底部，而“-”形和梯形谷多在#.+坝高段，因此，对这些部位尤应结合地质条件加强勘察和分析—+($— 第二篇水利水电工程地质构造研究验算工作。而理想的地形、地质条件则应是两岸岩体完整、坚硬、均质、耐风化以及没有可构成横向临空面的地形、地质条件等。在查清拱座基本地质条件的基础上，判明可能的滑移形式及滑移体的形态、性质和规模，即可初步定性评价各类结构体的稳定性及其需要加强分析验算的重点。分析验算的方法很多，但目前仍以刚体极限平衡法为主要手段，同时也较广泛采用有限元分析，以解决坝肩岩体稳定问题，对一些重要而地质条件复杂的工程，还需辅以模型试验测定超载系数，并观察其失稳机理。刚体极限平衡法将岩体假定为刚体，不考虑刚体上作用力引起的转动作用（即弯矩影响），在极限状态下建立平衡方程。这种方法概念清晰、计算简单，有长期实践经验的基础，至今仍为一种主要分析手段。但这种方法存在不足之处主要是，它只能对某种整体失稳状态从极限平衡观点出发作出一个笼统的安全度估计，而不能确定各部位的应力、变位、失稳机理以及发展过程。某些工程的破坏，并非简单的坝肩整体失稳，而是在拱推力作用下地基不断变形、坝体和地基内的应力和变形不断调整、发展、恶化，最后在某些部位破坏招致失事。这种破坏情况则是刚体极限平衡法所不能反映的。有限元分析正好弥补了刚体极限平衡法的不足。将坝和地基作为弹性或弹塑性体，分析中将应力、变形和稳定统一起来计算，了解破坏的过程和机理。这对于非均质和不连续的非线性岩体是一种很有希望的方法，近些年来我国已广泛应用于研究拱座稳定问题。但根据目前国内外使用情况，大都作平面问题计算为主，空间计算的较少。这是因为即使加入少数夹层，要取得实用成果，其计算机容量一般难以胜任，而要反映更多的结构面，则更困难。同时，有限元成果的正确性同样取决于其输入数据的可靠性，所以在目前情况下，也只能作为大型工程或复杂地基研究拱座稳定的辅助论证手段。模型试验是研究坝体及地基的应力、变位和失稳问题的一种重要手段。地质力学模型能够较全面地模拟不连续岩体的自然条件和岩石力学性质的方法，包括模拟岩体的构造，结构面产状，岩体的自重、强度、变形和抗剪强度等。通过试验可以了解到拱座从加荷开始到破坏的过程和机理，拱推力在拱座内的影响范围和裂隙分布规律，测出拱座内各部位的相对位移，指示出一些薄弱部位和需要加强的地段等。这是一种很有希望的研究方法，国内外许多高拱坝都已采用，如我国的龙羊峡、二滩、拉西瓦、小湾等大型工程均已应用，代表我国当前水平。但由于试验的正确性同样取决于天然岩体的勘察和测试的精确性，另一方面对复杂地质条件要做到客观模拟尚有困难，一般只能抓住一些主要条件，以取得大体反映实际的成果。而模拟试验工作量大、费用高，试验成果仅具相对定性价值，还难以做到准确定量评价稳定性。因此，目前还不能作为一种主要手段，只能是在重大工程或地质条件复杂时的一种重要辅助研究手段。综上所述，稳定分析验算方法虽然很多，但各有其利弊，同时均依托于对客观地质条件的认识和各种参数的可靠程度。因此，对一些条件复杂的重大工程，一方面加大工程勘察力度，力求较客观地认识和反映工程岩体条件；另一方面采用多手段进行分析验算，以达到取其所长、互为补充和相互验证，为稳定性评价提供较全面而科学的依据。同时仍需结合工程实践经验进行综合评判。!"分析方法的探索—%$#— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究目前常用的一些分析方法，虽然有了很大进步，但并非完善，尚需努力探索以求发展，方能适应工程建设的需要。近年来结合二滩拱坝工程岩体实际，在已有大量分析研究工作的基础上，对有限元分析方法进行了新的探索，从理论、方法到应用形成较新颖的分析系统，简称“节理岩体弹塑性损伤分析系统”。简介如下，以资参考。（!）研究目的。高拱坝坝基岩体工程研究的核心是正确评价复杂岩基的稳定性，而关键因素在于如何客观地建立岩体结构模型，预测岩体强度和合理的稳定分析方法，其基础则是如何建立反映岩体客观结构条件的力学模型。而现行的岩体强度试验方法，因尺寸效应和结构效应等原因难以得到满意的结果，又由于岩体的力学特性和强度存在很大的分散性，因此定值分析法难以客观反映岩体力学特性的变化及其对稳定性的影响。造成这些困难的根本原因在于工程岩体中具有如节理、裂隙、层理、断层等结构面。这些结构面给建立岩体力学模型带来很大困难，虽然目前有些问题已有了解决的办法，如对于宽度较大断层带，可用弹塑性理论处理；对于较薄的错动带等软弱夹层，可以用节理单元模拟；对于层理发育的层状岩体，可采用层状材料模型。但是，对于被大量断续节理、裂隙切割的岩体，目前尚无有效的方法模拟其特性。对于这种裂隙岩体，我们既不能用节理单元逐一模拟众多的裂隙，又不能将断续裂隙近似为连续的层面，更不能无视节理、裂隙的存在。因此，对这类岩体的本构关系研究难度很大，在分析中一直缺乏有效而又实用的力学模型。但在工程实践中节理裂隙岩体又是涉及最多、最具有普遍性的岩体，因此，在这方面开展研究，从理论和实践上都具有重要意义。（"）研究思路和概念。基于上述情况，研究中引用损伤力学原理，建立节理、裂隙岩体的本构模型。在损伤力学中，岩体的节理、裂隙被看作是岩体的损伤，通过引用损伤变量和有效应力的概念来考虑节理、裂隙对岩体的力学影响。同时，引用拉梅特的应变等价性假说，将裂隙岩体力学问题转换为连续介质力学问题，进而应用连续介质力学原理建立起裂隙岩体的本构模型。这种方法的优点是：!它不具体考虑个别裂隙的力学性状，只追求其宏观（整体）的力学效应，这就避免了如断裂力学等在研究中所遇到的困难。"借助张量性质的损伤变量，对含多组断续裂隙的岩体都可以写出其本构方程，这是其他方法较难以办到的。#弥补了裂隙岩体原位测试中难以解决的比尺效应和各向异性问题，同时可适当减少耗资较大的现场原位测试。$它可从研究岩体力学特性基础条件做起，直至对坝基岩体稳定性的整体分析。基本工作程序是：在对岩石和结构面采用常规试验取得基本力学参数的同时，对岩体中结构面进行概率统计计算分析，在求得表征岩体结构条件的结构参数基础上，建立节理岩体的损伤力学模型，进行所需岩体力学参数的预测，以及包括基础在内的坝工建筑物三维有限元非线性分析，形成一套系统的分析方法。该系统在理论和应用上的难点主要有：节理岩体损伤的定义和初始损伤张量的计算；裂隙岩体损伤张量的概率统计和计算方法；有效应力修正式和损伤演化方程的建立；外力作用下损伤扩展过程的描述等。通过深入的研究，对上述难点均得到较满意的解决。（#）应用简况。结合二滩工程归纳取得的应用成果主要有：（!）根据损伤力学及弹塑性损伤复合模型的需要，对现场岩体结构进行概率统计分—#$!— 第二篇水利水电工程地质构造研究析，建立以岩体损伤为基础的岩体结构模型，并在以往统计模型的基础上，建立了修正的统计模型。（!）应用损伤力学理论，建立了节理岩体的弹塑性损伤力学模型，既对几何损伤定义，又对能量损伤体做了系统的研究。节理岩体损伤力学模型，可以较全面反映岩体的力学特性、各向异性、各种耦合作用以及软、硬化特征。（"）研究了节理岩体的破坏过程，由闭合摩擦、压剪起裂、分枝扩展到相互击穿，导致岩体局部破坏的机理，建立起损伤张量的演化发展方程，从而将节理裂隙的损伤演化过程和断裂扩展过程相互联系起来，并得到了模型试验的验证。（#）提供了岩体力学参数的预测系统，对二滩拱坝坝基弱风化带中各段岩体进行了不同尺寸模型试件的三轴加载计算分析，得出力学参数的预测值及其各向异性的变化规律。（$）根据已建立的节理岩体弹塑性损伤力学模型、岩石类损伤材料的宏观断裂模型，编制了损伤断裂的三维非线性有限元程序（%&’()）。程序包括岩体参数的预测分析及岩体稳定性分析系统，并进行建基面强度可行性分析。（*）根据损伤断裂力学原理，建立了大坝建基面的强度设计准则，即坝踵的拉裂范围、坝趾的脆断屈服范围，按此准则判断大坝和坝基的安全度和破坏机理。（+）根据弹塑性损伤本构模型编制的三维非线性有限元程序，进行二滩拱坝———地基体系的有限元分析，将拱坝连同其左、右岸坝基岩体一起作为计算分析对象。大量分析成果总的说明二滩大坝和坝基的应力、变形、压剪区、拉裂区、安全度等均能满足要求，进一步论证了大坝基础充分利用弱风化下段（,级）、部分利用弱风化中段（-级）岩体的可行性，为二滩拱坝建基面优化提供了更充分的依据。这种基于弹塑性理论和损伤力学原理，为节理岩体工程的研究和水工建筑物稳定分析开拓了新的途径，当然仍需在不断实践中深化、完善和发展。（五）不均匀地基与拱坝稳定./地基刚度对拱坝应力的影响从结构力学角度看，悬臂式重力坝是静定结构，即在坝基断面所承受的总轴向力!、总剪力"及总弯矩#均是常量。坝基刚度不同，只影响正应力!0及剪应力"10的分布方式。拱坝的情况有所不同，它是个高度超静定结构，按通常的梁拱法分析概念，任一拱端或梁基上的内力并非常量，而是随地基刚度而变化的，所以地基刚度对拱坝应力状态的影响更为复杂。地基刚度对梁拱分荷的影响，在梁拱法（试载法）分析中，假定水压力等荷载由水平拱及垂直梁分担，并要求两套系统有相同的变位。由此可知，荷载将按两种系统的刚度进行分配，刚度大者分担较多荷载。在靠近地基处，梁受地基约束，其刚度大于拱，故将分担较多的水压力。越往上，梁的刚度迅速降低，拱的分担比例逐渐增大，在坝顶附近，梁甚至承担负的（指向上游）荷载。当地基刚度降低时，梁和拱的刚度都降低。对梁拱荷载分配的影响需视那一种系统的刚度降低得更多。这一问题牵涉很多因素，如峡谷形态、拱坝的体型等，很难得出通用的规律。一般地基刚度对拱坝应力的影响似可归纳为如下几方面。（.）地基刚度愈大，结构系统愈接近于两端固定的拱或位于刚性地基上的梁，整个结构的总变位愈小，拱的作用（特别是厚拱坝）可以发挥得愈充分。—"+!— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究（!）对拱坝具体部位的应力来说，并不是在任何部位上地基愈刚固应力状态就愈好。总地讲，地基愈软弱，拱圈拱冠截面上的应力状态一定变坏，但两端应力条件可能反有改善，对悬臂梁底的应力也可能改善。如果原设计中拱冠截面上应力有富裕而拱端及梁底的应力紧张，则适当降低岩体变形模量（!"）反而稍较有利。（#）在计算拱坝应力时有意地降低地基的!"值，并不一定是偏于安全的。（$）薄拱坝的应力及变位状态受地基刚度变化的影响，要比厚拱坝为小。（%）从全局来衡量，&"值以大一些为好，但并没有必要追求很高的!"值。如以!’!()!"为参数（!(为混凝土的变形模量），则大体上可将地基按刚度分为四类：!"!*（!(’!$+,-计，!"约不小于!$+,-），可称为极刚固的地基。这种地基很少遇到，修建在这类地基上的拱坝是可靠的，变位将很小，但应采取优良体型，避免在局部地区产生拉应力。#*!"!（$!"’!$./+,-），可称为较刚固地基，修建拱坝一般无大问题，但不同的"值，对坝体应力有不同影响，可通过分析加以研究。$$!"!（0!"’/.#+,-），可称为软弱地基，应当对地基影响作详细深入分析，但如能谨慎从事，在这类地基上修建拱坝仍然是可取的。%0!"!!1（!"’#.*2!+,-），可称为极软弱地基，必须进行详细论证，才可修建拱坝。由此也可知，如果整个坝址基岩基本均匀，仅仅是!"值较低，则从应力和变位的角度上看，仍可能修建拱坝，这就扩大了拱坝的适用范围。许多研究指出，基岩中的不均匀性特别是刚度的剧烈变化（集中的软弱破碎带）所带来的影响往往更为严重。!2不均匀地基上的拱坝地基刚度对拱坝的应力及变位有相当大的影响。如果地基是均匀的，则这一影响可以用参数"’!()!"来反映。但很多坝址基岩具有明显的不均匀性，对拱坝应力和变位的影响也十分复杂，而且缺乏简单、精确的分析方法，一般采用模型试验和数值计算进行分析。近年来通过工程实践，分析研究方法有了较大进展，下面仅举二滩工程实例以资参考。（*）坝基岩体变形模量不均一对拱坝应力影响的敏感性分析。二滩工程采用招标设计方案确定的拱坝体型，研究了左、右岸岩体变形模量（以下简称变模）不对称，以及不同高程岩体变形模量变化对坝体应力的影响。计算中引入参数"’!#!（1!1为设计中采用的变形模量值，!为变形模量的浮动值），浮动范围为12/.*2$，这是根据二滩工程实际，并考虑基础处理措施后确定的。*）左、右岸变模分别浮动的情况下，当右岸变模不变左岸变模浮动时，对右岸坝基及拱冠的应力影响很小，仅对左岸*1314高程以下的坝基应力有影响，梁向应力最大变幅为*.*2!5,-，拱向拉应力在上游面随"值加大而略有增加。计算表明，当"’12/.*2$时，基础变模浮动对坝体应力影响不大，主拉、压应力均能满足设计要求。当左岸变模不变右岸变模浮动时，对左岸坝基及拱冠的应力影响很小，右岸随&值的增加，梁向压应力最大变幅为*215,-，拱向拉应力变化幅度不大，除"’*2$时坝体下游主压应力稍大外，其余主拉、压应力均能满足设计要求。因此，就二滩拱坝而言，不论左岸或右岸，坝基岩体变模在"’12/.*2$之间浮动，对—#6#— 第二篇水利水电工程地质构造研究坝体内应力影响均不大，并且一岸变模变化，对另一岸基本无影响，这可能与宽高比（!"#!"#$）较大有关。"）不同高程变形模量变化对坝体应力的影响。根据不同高程将坝基分为上、中、下三段，%&’()*)*+高程为下段（变模较高），)*’*()*%*+为中段（变模较低），)),*()"*’+为上段（变模最低）。共拟定&个计算方案，分析不同高程岩体变模变化对坝体应力的影响。计算表明，二滩工程改变局部坝基岩体变模，将对坝体应力产生较大影响。具体可得到以下几点认识：!上段岩体变模变化，中、下段不变。仅对上、中段交接处拱向应力有影响，对主拉、压应力影响不大，基本可以满足设计要求。"中段岩体变模变化，上、下段不变时，对坝体中、下部梁向、拱向应力均有较大影响，入值降低对拉、压主应力影响较大，#值提高则对坝体应力有利。当#!*#$时，中段变模左右岸平均值为下段的)-"，此时应力条件即不能满足要求。$下段变模变化，中、上段不变时，下段变模增大对坝体下部高程应力影响较大。当#!)#"时，中、下段变模相差近"倍，此时应力不能满足要求。%中、上段变模变化，下段不变时，对坝体应力影响较大。当#.)时，由于与下段变模的差值更大，应力条件恶化是必然现象。如果增大中、下段变模，坝体应力会略有改善。&中、下段变模变化，上段不变时，对坝体应力影响不大，即使#!*#&，中段与上段之比均为)#’，仍小于"。’上、下段变模变化，中段不变时，当下段变模增大时，造成应力条件恶化，类似于$。以上浮值分析表明，二滩工程不同高程坝基岩体变模变化对坝体应力的影响主要反映在某些局部位置，即当坝基中、下段岩体变模比值大于"#*时，坝体应力将不能满足设计要求。但就二滩坝基岩体的实际和考虑工程处理措施后，出现这种情况的可能性较小。（"）右岸蚀变玄武岩软弱岩带工程特性的研究。二滩坝址右岸中、下部发育两条宏观上大致平行，中、陡倾山内、斜切谷坡、强烈蚀变的软弱岩带（见图"/,,），其空间分布位于拱座作用力影响范畴，成为重要的岩体工程问题之一。该软弱岩带是由于正长岩侵入作用致使其围岩玄武岩遭受挤压破碎再经热液蚀变所致。其蚀变程度不均，与围岩呈渐变过渡，无明显界面，带内岩体呈块裂和碎裂结构交互组成，块体间常有明显错动迹象，但面短小、杂乱，其间充填软弱变质矿物。该岩带在天然状态下处于较高地应力环境中，岩块间嵌合紧密，透水性微弱，空间分布极不规则，最大带宽)*()’+。对该软弱岩带曾进行较多现场勘察、测试和处理措施试验研究工作，在此基础上，从岩体及环境系统动态分析的基本原理出发，进一步开展了系统研究。其一，首先着眼于地质原型研究，对软弱岩带的成因、演化过程、岩相变化、空间分布、岩体结构及其环境特征等进行了系统的调研，并建立岩体结构定量化模型。其二，研究岩体力学特性及其地质因素的相关性，并在室内、外试验结合、直接测试和间接预测结合、定性分析与定量评价结合的基础上，评价了软弱岩带的力学性质，同时应用统计数学的方法，建立了岩体的力学模型。其三，在考虑地应力场因素下，通过数值分析和物理模拟试验，研究了软弱岩带初始应力场、开挖后的二次应力场、在工程荷载作用下的整个变形性及其对右岸拱座岩体稳定性的影响，以及超载条件下的破坏机理，定量地评价了二滩右坝肩岩体稳定性及其对坝体应力的影响。—,10— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究图!"##岩体结构模型经以上系统研究，得出如下一些基本认识：$）通过形成和演化过程的研究，清楚地认识到这类岩体在结构上的极不均匀性，是由于构造破碎和气热液蚀变的不均一所形成，从其破碎和蚀变程度的差异为空间上把握和评价这类岩体奠定了基础。!）通过数值和物理模拟，反演初始地应力场的分布特征，成果和现场实测值基本一致。表明目前软弱岩带处于一种封闭式的地应力环境中，应力量级在#%&’(左右，处于三向受压状态，可以近似为结构上的连续体和力学性质上的弹性体。但其对卸荷十分敏感，卸荷后极易形成一定范围的松动圈，力学性质也会产生质的变化，因此保持原有围压是十分关键的措施。#）由于松弛效应十分显著，用现场常规试验效果甚差，因此，采用有限元增量变模法反演深部未扰动岩体的变模和钻孔深部变模测试相结合，效果良好。)）根据室内、现场流变试验和有限元反演结果，表明软弱岩体有一定的时间效应，但蠕变量不大，为软弱岩带变模值的综合分析提供论证。同时采用有限元模拟和单结构面理论，在考虑岩体结构、蚀变度、围压效应和时间效应等综合因素基础上，预测软弱岩带抗剪强度。*）建立在大量统计分析和试验基础上，考虑地应力因素下的三维嵌合组合块体地质力学模拟试验，并与数值模拟分析互相验证、互为补充，对于评价软弱岩带的力学性质和强度特性，是一种有效的研究途径。+）经地质力学模拟试验和计算分析，在正常工程荷载作用下软弱岩带的压缩变形虽不均一，但仅占坝肩总变形量的*,-.,。/）在超载条件下，软弱岩带的变形破坏大体是弹性极限荷载为!0*’，屈服荷载为+0%’。同时，坝肩岩体破坏过程经历了一个上游拱端张裂、下游拱端剪裂、软弱岩带塑流和坝肩岩体破坏的全过程。因此，拱端上、下角和软弱岩带上带端部是坝肩岩体中相对薄弱部位，是工程岩体监测的重点。1）现场蠕变试验和有限元黏弹塑性数值分析表明，在正常工程荷载下，两条软弱岩带均从减速蠕变阶段进入稳定状态。在工程较长年限内，上、下带的最大压缩蠕变量，分别占坝肩总变形量的%0**,和%0.+,，说明软弱岩带的蠕变不会导致坝肩岩体大的变形破坏。.）软弱岩带的变形对模量值的敏感分析表明，软弱岩带的压缩变形对变形模量的降—#/*— 第二篇水利水电工程地质构造研究低比较敏感，因此只要使软弱岩带保持天然封闭状态，对坝基局部出露部分，采取严格控震开挖、局部置换和高压固结灌浆等措施即可，不需进行其他特殊处理。（六）增加稳定性措施经综合分析研究后确认拱座某些部位稳定性不足时，必须采取适当措施以求提高安全度和减少沉陷变形，改善坝体及地基中的应力。采取的措施一般为：适当加深开挖，调整拱坝体型改变推力方向，加强帷幕、固结灌浆和排水，设置传力塞穿过构造面（如李家峡水电站），在构造断裂带中以混凝土置换或设置抗剪键（如龙羊峡水电站），以及用预应力锚索加固山体等。在处理拱座地基缺陷时，一般同时考虑抗滑稳定和减少沉陷的要求。而对拱座岩体进行监测、预报各种可能的变化险情，也是十分重要的措施。国外有日本的奈川渡和川俣坝是工程处理构造软弱带的代表性实例。日本水力资源开发渐尽，常需在地质条件复杂的地区建坝，他们用细致复杂的基础处理，加固岩体，仍然修建高拱坝，认为较为经济，其中奈川渡拱坝以置换混凝土，川俣坝以设置传力墙为主要手段。四、建基面的确定和优化（一）概况坝基岩体工程重要的研究目的之一，就是确定最佳建基面。但影响建基面选定的因素很多，既有坝基岩体工程条件的因素，又有上部结构的因素，既有技术因素又有经济因素，涉及面十分广泛。而建基面的确定是否合理，又关系工程建设的安全和经济性，因此，优选建基面就成为坝工勘察设计中一项重大而又困难的课题。坝轴线位置和坝体体型的优化对建基面优选具有战略意义。一般影响坝轴线位置和坝体体型优选的主要因素有：（!）地形条件对拱座开挖深度的影响比重力坝要显著得多。坡面较顺直，山体浑厚、向下游收缩，则是有利的地形条件。（"）建基岩体中存在的主要不利因素的空间分布和工程荷载作用下的应力状态需要深入了解和认识。在轴线优选中，力求回避不利的，尽可能多利用好的岩体。（#）对枢纽建筑物的总体布置和施工方法，尤其是拱坝体型的优化，应从客观实际出发，加大研究力度，以工程最大技术经济效益为目的。只有对上述各方面进行全面研究和技术经济的充分论证后，才能确定坝的最佳位置和体型。鉴于坝工建筑物的重要性，要求地基应具有足够的强度、刚度和抗渗性，不仅能安全承受坝体所施加的荷载，并使坝体和地基的应力、变位、渗透流速等都在容许范围内。但客观地质条件又十分复杂，总是存在各种缺陷。因此，对优化后的坝轴线位置和体型来说，仍可能存在不利条件，则需对坝基进行一定开挖和采取相应的工程处理措施，但如何做到既满足要求，又经济可行，这就需要进行系统而大量的综合分析研究。不同的工程规模和坝型，对地基要求有较大差异。一般拱坝坝基开挖在相同条件下要比重力坝嵌深为大，但决非意味着必须深挖才能满足要求，相反，过量的开挖反而会带来一系列的岩体工程问题，不仅会增大工程投资、延长工期，还会造成由于认识上的失误而给工程带来不安全因素。经验告诉人们，对岩体自然状态的破坏程度愈大，带来的岩体—#%$— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究工程问题也愈多。因此，合理地确定建基面，就成为十分重要的技术经济课题。建基面的确定和优化的研究工作，又必须从不同工程的实际需要和地基客观条件出发，因地制宜的区别对待。就不同坝型而言，由于拱坝是高度超静定结构，坝基应力较高，尤其是高拱坝，受体型影响显著，所以对坝基的要求较其他坝型要高。鉴于此，下面结合我国二滩高拱坝建基面的优化和其他工程的实践经验作一概要介绍。（二）二滩高拱坝建基面优选研究二滩水电站混凝土双曲拱坝为抛物线型，最大坝高!"#$，顶拱中心线弧长%%"&’($，最大厚高比#&!)!，最大跨高比!&%*，最大弧高比)&!*，坝身泄洪建筑物分别设有表孔、中孔和底孔。枢纽区河谷呈不对称的“+”型，河道顺直，两岸谷坡陡峻，临江坡高)##,"##$。组成基岩为二叠系玄武岩、后期侵入的正长岩、以及因侵入活动而形成的变质玄武岩等。岩体的岩质坚硬，主体为块裂结构，断层不发育，数量少、规模小，并多以中、高倾角垂直或斜交河床。此外，尚有一些小型破碎带，延展有限，主要分布于玄武岩体中。就坝基而言，需要重点研究的主要岩体工程问题有：不同类型岩体结构模型的建立；因强烈蚀变而形成的软弱岩带工程条件问题；分布普遍而较深厚的裂隙式弱风化岩体的工程特性及其利用问题；高地应力对坝基（肩）岩体稳定性的影响和评价问题；以及各类岩体和结构面力学特性和参数合理选取的研究问题等。针对上述工程的具体条件和特点。在指导思想上，将坝体和坝基岩体视为一整体，深入研究和掌握岩体工程特性，遵循坝基岩体工程“分层多元系统分析法”的研究程序，对不同嵌深方案所涉及的具体地质条件，拟定相适应的拱坝体型和基础处理措施，本着技术先进、安全可靠、经济合理、缩短工期等原则进行多方案的综合分析论证，力求做到科学决策。在具体工作过程中，首先必须明确影响建基面优化的主要因素及其具体工程条件和评价，然后在大量分析研究的基础上，再进行综合评判。这些因素主要有以下几个方面。*&轴线位置的优化二滩坝址处于深窄河谷之中，基坑及高边坡开挖，是开挖工程量的重要组成部分。坝址上、下游有沟谷切割，基本地质条件又具有较大的不均一性。因此，如何降低开挖坡高，增强拱座山体抗滑能力，充分利用最有利地质条件，回避不利地质因素，同时考虑工程总体布置处于较有利状态。为此，对轴线位置进行了上移!#、)#、%#$微调对比研究后，确定上移)#$为最佳方案，这是建基面优选的重要宏观决策。!&可利用岩体问题的评价二滩坝址岩体在漫长的地质岁月中，两岸谷坡形成较厚而分布不均一的、以裂隙式风化为特色和具有不同松弛度的弱风化岩体。针对其工程特性将其分为下、中、上三段，面对!"#$高的拱坝，坝基能否利用弱风化岩体及其可利用程度，就成为建基岩体研究中突出的问题。为此进行了大量研究，研究结果表明，二滩弱风化岩体具有以下基本特点。（*）岩质条件。就二滩岩石条件而言，风化作用总是沿节理、裂隙面进行，致使裂隙面壁遭受不同程度的风化，但被裂隙所分割块体总体仍是较新鲜而坚硬的，这就为弱风化岩体的利用提供了物质基础。（!）岩体结构条件。这种裂隙式风化的规模一般受已有结构面控制，常短小而未构成—)%%— 第二篇水利水电工程地质构造研究连续的或贯通性弱面；另外，由于岩体结构的不均一性，其风化和松弛程度同样具有不均一特点；再者，在弱风化岩体中、上段风化裂面，常有不均一分布的次生泥膜，但对于这种硬质结晶岩裂面而言，经大量试验研究证明，只要其厚度小于裂隙面粗糙度，其结构面强度主要受面壁强度的粗糙度控制，而充填物居次要地位，这些构成弱风化岩体的结构特征。（!）通过现场多种固结灌浆试验表明，上述结构特征，经固结灌浆加固处理后，岩体工程条件均有明显改善，尤以高压固结灌浆效果更为显著。（"）赋存环境，在弱风化岩带内初始地应力状态常处于地应力过渡区或释放区，这对于高地应力地区，有利于减小高地应力对开挖地基的影响。（#）弱风化岩体上述现象一般均呈渐变过渡状态，即所谓的“灰色地带”。通过对二滩弱风化岩体各段基本条件、物理力学特性、力学参数的合理选取，灌浆加固的可能性及改善程度，以及一系列数值分析和物理模拟试验等的研究后，结论是明确的，即弱风化岩体可以利用，固结灌浆对不同岩体有其不同的改善程度。最后得到的结论是：$级岩体可直接作为大坝建基岩体，%级岩体经加固灌浆处理后可适当利用，&’!级岩体不能利用，为建基面优化提供了宏观指导。!(高地应力的评价从初始地应力测试到地应力场的建立和分区，以及开挖后的二次应力场、工程荷载作用下的附加应力场等的研究，得到明确认识，即高地应力有利于拱座岩体的深层抗滑稳定，但不利于基坑开挖。因此，大坝嵌深原则上尽可能地回避高地应力集中区，两岸谷坡则充分利用应力过渡区和部分利用应力释放区。根据在勘探过程中所产生的因应力释放而导致岩石破损现象的调查分析，得到正长岩在地应力与岩石抗压强度比值在)(*+)(,#范围是一个明显界限值。低于此值基本上无明显反映，高于此值则破坏现象显著。二滩工程谷底以天然基岩面作为建基面，按上述考虑，施工实施过程顺利。"(软弱岩带的评价软弱岩带无疑是建基岩体中的薄弱环节，但问题的实质不在于它本身，而在于它对坝基应力的影响。从野外承压板试验和相似材料模拟试验研究表明，即使岩基的强度相当低，多数情况下不是地基破坏，而是拱坝坝体发生了破坏。这是由于加载过程中，基础内产生了局部破坏，发展成不可恢复的高变形区，导致拱坝应力急剧增加而发生破坏。当出现这种情况时，应仔细研究改善岩体应力状态的专门结构措施，使拱座联结处形成有利的三向应力状态，而经济有效的方法是对岩体采取加固措施和保持岩体自然的赋存环境，而不仅是开挖。据了解，世界上已有*)余座拱坝采用岸坡拱座锚固措施，以改善拱座的应力状态，一般可采用多种形式的综合性措施加以解决。二滩工程右岸拱座中下部存在宽度较大、破碎、蚀变严重且很不均一的软弱岩带，其物理力学性质、对工程的影响、建基面应如何考虑，这也是建基面优选中需要重点研究的课题。通过系统深入的论证，同样得到明确的结论：在优化的合理体型下，只要保持天然围压状态，对坝体应力、稳定不会构成大的威胁，仅需对基坑表浅层进行适当处理。#(技术经济综合分析在上述主要因素研究的基础上，进一步的任务就是对建基面的具体化。实施办法是—!.-— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究根据二滩坝址区岩体质量分级，对建基面可能利用的岩体选择了四种不同嵌深方案，并配合相适宜的坝体体型、基础处理措施，按统一的优化原则和设计依据进行技术经济的综合比较分析。从大量的分析论证得出明确的结论：以!"方案为最优（简称招标方案），它达到了技术和经济的最佳统一。优选的建基面较初步设计时的嵌深有了较大幅度的减浅，平均嵌深减少#$%&’，混凝土节约(#万’(，石方开挖减少)*万’(。坝肩岩体利用程度已达到充分利用弱风化下段（+级），部分利用弱风化中段（,级）岩体，地基岩体在工程处理措施的配合下，已满足工程要求，并经地质力学模型试验验证。但在个别高程的局部部位，还需采取适当措施，以增加点安全储备，如目前采取的坝踵、坝趾角缘部位适当回填混凝土等措施。&$优选建基面的复核为了进一步验证目前选定方案是否稳妥可靠以及弱风化岩体再多利用一些的可能性，又进一步开展了研究工作，即在目前选定体型的基础上再外移%’。采用两种方法进行分析。其一：考虑在初始应力场基础上，用弹塑性有限元黏聚法，研究拱座抗滑稳定。分析表明，结构面的破坏机制与形态、应力、位移分布规律与选定体型基本一致，未出现失稳现象，但结构面的屈服域在强度储备-的情况下大于选定方案。其二：用弹塑性—断裂损伤三维非线性有限元法，进行位移、应力、点安全度、坝踵拉裂区、坝趾压剪区等分析，与选定方案无本质上的差别，但在..(*’高程一带，左坝趾的安全度略低。上述研究说明，选定方案建基面是稳妥可靠和比较合理的，并留有一定余地。同时，也不排除视具体部位在适当工程措施的配合下，再多利用部分弱风化岩体的可能性，这将取决于技术经济的比较和工程措施的难易程度。#$坝基岩体变形模量不均匀性对建基面影响的研究坝基岩体变形性质对拱坝的影响从两方面分析，即变形模量的大小和变形的均匀性。当岩体变形性能是均匀的，则建基岩体对拱坝的应力状态影响是有限的。工程实践经验表明，拱坝能较好地承受坝基变形，当混凝土与岩体变模的比值为./-时，在坝体内引起的最大应力变化仅有0*1；当基础位移相当坝顶最大位移的.%1以内时，拱坝的应力状态图形基本上不改变。至于坝基不均匀变形性能，则取决于岩体的不均一的程度。当坝基变形性能不均匀时，除了用混凝土置换较大的局部软弱岩带外，固结灌浆对均化变模有很好的效果，许多工程实践已证明了这一点。因此，一般不宜以变模或不均匀作为深嵌的依据，可通过体型优化和具体措施给予改善。)$建基面岩体强度设计准则的研究（.）破坏机制的分析。由于岩体是一种复合损伤材料，因此二滩工程引入弹塑性一损伤断裂三维有限元分析及断裂力学模拟试验，研究其破坏机理。当大坝挡水后在水平荷载作用下，上游坝踵部位的基础岩体处于拉剪应力状态，由于坝踵形态一般呈角锥形，所以它又是应力集中部位。即使在正常荷载作用下，此区的微裂隙也已处于张裂或稳定扩展。紧靠上游面局部位置的微裂隙甚至可能相互贯通，形成宏—(#2— 第二篇水利水电工程地质构造研究观裂纹；下游坝趾区基础岩体则处于压剪应力状态，此区的破坏形式是由微裂隙的受压闭合、摩擦滑动、压剪起裂、分支扩展至相互贯通的渐进破坏过程。建基岩体破坏过程还与坝底扬压力密切相关。当上述破坏过程改变了扬压力的分布状态后，反过来又会促使渐进破坏过程的发展，两者相互耦合。由于上游坝踵岩基微裂隙的拉裂扩展，使坝底靠上游部位的渗透系数提高，扬压力增大；而下游部位由于微裂隙压密，渗透系数变小，扬压力水力梯度变大，存在于裂隙内的渗透压力使裂纹尖端的应力强度因子增大，而具有水力劈裂作用，又由于渗压提高减少了破裂面上的正应力（有效应力），而使破裂面抗剪能力降低。因此，确定建基面区域的局部破坏范围时，不仅考虑扬压力产生的不利影响，同时考虑可靠的防渗排水工程措施有重要意义。（!）建基岩体强度设计准则。基于上述裂隙岩体破坏机制和发展过程的认识，上游坝踵应力集中部位完全不允许局部拉裂是不经济合理的，但拉裂区范围应有所控制。其控制原则是：在保证正常运行的前提下，当考虑到扬压力的不利影响，其微裂纹相互贯通区域保证不得发生上游帷幕被击穿破裂现象发生，因此微裂纹贯通区的范围不允许越过帷幕位置，即安全系数乘以贯通距要小于帷幕至上游坝面的水平距离（"#$%&）。下游坝趾区，一般处于压剪应力状态。由于上游坝踵允许局部范围拉裂，经应力调整后，下游坝趾区域主压应力会有所提高。因而岩体中的裂隙在正常情况下，一般已处于闭合摩擦滑动状态，超过了宏观应力—应变关系中的弹性阶段，但在压剪应力场中，这种压剪起裂是稳定的。因此，在正常设计情况下，不允许超过弹性范围是不够经济合理的，应当允许岩石中的裂隙处于摩擦滑动或局部稳定压剪起裂，但不允许存在有分支扩展裂纹贯穿形成岩桥剪断区。为此，下游坝趾岩体的第一主应力应小于基岩的裂隙起裂贯通状态应力，即!’。&%［!］()建基岩体优选的稳定性分析（&）在研究坝基最优建基面时，必须考虑岩基的稳定性，而只有在保证稳定的前提下，才能优选建基面。（!）在进行稳定分析时，必须深入了解岩体结构特征和合理的岩体力学参数，这是稳定分析的基础。（*）稳定分析方法虽然一般多采用刚体极限平衡法，但对于断续节理岩体存在着较多不确定性，因而采用多手段对比分析研究是必要的。（+）随着理论研究的发展，许多力学模型引入岩体力学，如弹塑性、黏弹塑性、弹脆性、损伤等理论，因而需要根据不同的岩体结构，不同的力学介质，采用不同的力学模型和破坏判据进行稳定计算，这是稳定分析中应注意的原则。（,）数值分析和物理模拟试验相结合的方法成为岩体稳定分析的有效手段。针对影响坝基岩体稳定因素的不确定性，采用浮值法进行敏感性分析，不但能研究每种可能出现的破坏状态和所具有的安全储备，而且还能掌握坝基岩体在不同条件下的反应，有利于明确影响稳定的主因及其适宜的对策。（-）坝基岩体破坏往往从某些局部首先突破，渐进发展。通过稳定分析，早日明确、及时加固，可以事半功倍消除隐患。因此，对一般岩体不应因局部强度较低而采用增加开挖深度来解决，而应在充分分析的基础上，采取适宜的工程措施加以改善。—*/.— 第二章水利水电工程坝基（肩）岩体稳定性研究（!）坝基岩体的渗透特性对建基岩体稳定有重要意义，它是影响稳定的重要因素，因此加强坝基岩体渗透介质场、水动力场研究十分必要。但一般不应以透水性作为开挖深度的依据，而应加强合理的渗控措施来解决。"#$关于施工质量问题必须强调指出的是，通过大量分析和论证，对建基面及可利用岩体以及需采取的合理措施都作出了最佳的选择。但若施工质量不能保证，如开挖过程中不能做到防震、控震爆破，施工面不能及时覆盖，所需工程措施不及时实施和不保证质量等等，而导致开挖岩体性质的恶化，工程措施不能达到预期目的，那么再优秀的设计也将成为泡影，继而造成施工的被动和工程量的大幅度增加，这在国内外都有不少的教训。也就是说：“优秀的岩体工程设计只有在施工质量有保证的前提下，才是现实的。”""$监控措施的重要性（"）还需强调指出在施工和运行过程中监控措施的重要性，它不仅在于指导施工，掌握工程动态，而且是对岩体工程设计的检验和再认识，是提高岩体工程科学技术水平的重要途径。（%）设置立体监测系统。坝基岩体监测不仅要监测岩体三度空间的变化，还要监测随时间推移的变化过程，同时要建立地表与深部监测的联系。（&）对坝基开挖释放的变形监测应引起足够的重视。通过基坑开挖释放的位移可以进行反分析研究，较早地建立计算模型。经过逐步修正、逼近，便可建立一个综合性的确定性模型。同时应特别注意首次蓄水监测的至关重要性，以便及早对大坝性态作出正确评价。（’）必须从单纯跟踪坝体的性状，发展到坝体和坝基岩体全过程的性状监测。—&("— 第二篇水利水电工程地质构造研究第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究第一节概述在水电站的勘察设计、施工、运行期间，边坡稳定问题一直是主要的工程地质问题之一。例如!"世纪#"年代初修建的黄坛口水电站大坝左岸坝肩即位于老滑坡上；$%&$年’月，柘溪水电站下闸蓄水时，近坝库岸发生了约$&#万(’的顺层滑动。从)"年代起，我国的水电建设开始向西南、西北地区转移，这些地区处于地貌上的第二台阶过渡带，地形地貌反差大，地质条件复杂，普遍存在严峻的高边坡稳定问题。有些边坡工程已成为制约水电站选点、施工进度、投资和安全运行的关键因素，基于这些认识，人们越来越重视对岩质边坡的勘测、设计、施工与加固技术的研究。我国在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”期内建成，现在建和待建的一大批大型骨干水电站，如三峡、二滩、李家峡、五强溪、隔河岩、漫湾、天生桥二级和龙滩等工程中，涉及的天然边坡高达$"""(以上，工程边坡可达!""*’""(高度。其中垂直边坡高度已接近$""(，见表’+$。拉西瓦高达,""(的张裂边坡、龙滩水电站进口$’""万(’倾倒蠕变体以及一系列变形失稳边坡的加固治理，其工程规模和技术难度都是空前的，为此，在$%)#年*$%%#年间，依托这一批大型的水电工程，组织了科技人员。对边坡稳定有关的勘测、稳定性分析、加固和监测等方面进行了研究，在实践和理论方面都取得了丰富成果，并在困难环境条件和复杂的地质条件下，成功地治理了一些变形失稳边坡，取得了较大的成就。表’+$已建、在建、待建水电工程地质高边坡工程名称边坡位置坡高（(）岩石主要问题贯穿拉裂缝和缓倾角裂隙。变质砂岩夹板岩及花龙羊峡泄水消能区-!""虎丘山的虎山坡因泄洪雾化而岗岩滑坡天生桥二级厂房$)"砂页岩夹泥岩沿层面顺层滑动—’)!— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究工程名称边坡位置坡高（!）岩石主要问题左岸坝肩、三坝肩开挖切断顺坡断层产生漫湾"#$流纹岩洞出口滑坡隔河岩厂房"%$页岩、灰岩上层灰岩硬，下层页岩软五强溪大坝左岸"&$砂岩、石英岩蠕变及顺岩层滑动左、右岸坝层间挤压断层、裂隙、()的裂李家峡肩、厂房，左右’’$片岩、混合变质岩隙发育，开挖切脚岸泄水建筑物引水系统进、岩层软弱、断裂发育、岩体破小浪底"’$砂岩与泥岩互层出口碎边坡高陡，受断层、破碎带和三峡左岸船闸"&$闪云斜长花岗岩节理裂隙切割天生桥一级溢洪道""$*"’$灰岩顺向、逆向坡构造小湾泄水建筑物’+%片麻岩、少量片岩顺层及楔形体滑坡龙滩左岸进水口’,$*’#$砂岩、泥板岩蠕变体中的开挖边坡拉西瓦坝区左岸&$$花岗岩贯穿拉裂缝和缓倾角裂隙一、高边坡勘测的新技术和规范化在边坡勘测领域内，除了对传统的方法进行改进外，还不断引入新技术与新手段。在地质调查方面，着重调查边坡的岩体结构；在选定岩体结构参数时，多采用测线法或统计窗法对节理裂隙进行统计，应用蒙特卡洛法模拟岩体的二维裂隙网络，并进一步确定岩体的-./、节理密度和连通率。在李家峡工程还发展了裂隙网络自适应生成系统；在勘探技术方面，水库库岸稳定性调查时广泛采用遥感遥测技术，在边坡勘探中，普遍使用综合测井技术、微地震技术、浅层反射以及层析成像技术；采用01无固相冲洗液金刚石钻进滑坡体和滑动带，大大提高了岩芯采取率，定向取芯技术可以确定特定结构面的产状；在制图技术方面，发展了摄像成图新技术，有效地提高了工作效率。勘测工作已逐步向规范化迈进，现已制订了《水利水电边坡工程地质勘察技术规定》，对勘察工作内容、方法、勘探技术等都明确了要求，提出了稳定性分析方法和稳定性评价标准的建议，还对边坡原位监测和治理加固等提出了指导性意见；此外，对有关的名词术语定义，分类的标准也作出了统一的规定。—+#+— 第二篇水利水电工程地质构造研究二、边坡失稳机理的认识我国已加入了!"##年成立的世界滑坡登录联合工作组。从!""$年起，用了%年时间开展了国内水利水电系统的边坡和滑坡登录工作，征集范围涉及&!个省、自治区共!%&个边坡，实际登录的有!#个省、自治区共!!’个边坡，见表()&。表()&边坡登录统计表类新甘青四西广贵云湖陕辽吉湖江广河黑浙福山山合龙别疆肃海川藏西州南北西宁林南西东北江江建东西计征!*!(+&!!(!$!!!(#((!$&+&(&(!!!%&集登!*!!(&!!&+!+*’$$"&+$&!(!!!!’录这次登录工作不仅范围广，而且也是国内第一次的登录工作。登录文件共!%"!页，并建立了滑坡和边坡数据库。在登录工作的基础上，以谷德振教授提出的岩体结构理论作指导，对登录成果进行分析，总结出块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构边坡岩体及其变形失稳类型，包括了崩塌、滑动（平面、圆弧、楔形）、倾倒、溃屈、张裂、流动和复合七种类型。不同的类型受控于边坡的岩体结构，而变形失稳的诱发因素则取决于环境因素的变化，这些认识为正确地进行边坡设计和加固治理打下了坚实的基础。三、稳定性分析手段在传统的极限平衡分析方法继续用于稳定性分析的同时，还对较重要的工程边坡采用应力应变分析方法，二者相互补充检验。三维有限元分析在评价天生桥二级下山包滑坡和龙滩进水口边坡的稳定性中得到了应用；静动力离散元分析也先后应用在天生桥、五强溪和龙滩等工程；弯曲倾倒是一种特殊的变形类型，国外多采用霍克（,-./）提出的多块体倾倒极限平衡分析方法，我国的研究人员作了改进，引入了侧裂面（块体间）的摩擦力和底裂面的抗拉强度，在分析龙滩倾倒变形中得到较好的应用。此外，还采用地质分析与力学分析相结合的方法，较深入地研究了反倾向岩层在倾倒分析中的倾角效应、坡角效应、互层效应和软基效应，针对岩层厚度和倾角大小分别建立数学模型，运用组合梁理论提出了弯曲折断带的深度和最大弯曲角的初步判据；溃屈破坏是我国首先总结出的一种特殊的失稳类型，在天生桥二级和李家峡工程分别利用板梁原理，推导出计算极限坡长的公式，成果与实际破坏情况吻合较好。为了加快分析工作的前期处理，“八五”期间，在龙滩工程开发了边坡工程地形地质数据库处理系统，在建立准三维地质模型基础上，自动生成边坡稳定性分析所需的任意方向的分析剖面图。在物理模型试验方面，基底摩擦模型和块体模型分别用于五强溪、天生桥（二级）的大型工程边坡。使用!%$0的离心机二维与三维模型研究了龙滩工程厂房进水口边坡的倾—(#+— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究倒蠕变体的稳定性。这些模型试验的研究结果能较合理地揭示边坡破坏机制及其过程。继“六五”、“七五”提出地下工程围岩分类和坝基岩体分级之后，“八五”期间，在总结分析大量边坡资料基础上，对目前流行的!"!—#"!体系作了修订和补充完善，提出了边坡岩体分类———$#"!体系，填补了国内空白。稳定性分析的有效方法是：强调从工程地质和岩石力学研究出发，结合考虑环境因素的可能变化，以定性分析为基础，定量分析作为补充，二者相互结合，全面评价边坡的稳定状态。这种方法是一种综合集成方法，其实质是将调查测试结果与理论分析、专家群体经验、反馈的监测数据和各种信息与计算机技术有机结合起来，把各种学科的知识与人的认识结合起来的方法。通过已施工建成和运行的工程边坡验证，这是一种可靠的有效分析方法。四、岩体自稳能力与综合治理岩体作为一种结构体，一方面有着自身材料与结构的强度和相应的自稳能力，另一方面又因受环境因素或人类活动的工程因素影响，其强度和自稳能力可大幅度下降，故工程施工期常是边坡失事的高发期。鉴于此，在边坡工程中，减少对岩体的扰动、尽可能减少削弱岩体的强度，维持岩体的自稳能力，抑止边坡向大变形发展，这些措施已成为边坡治理和加固的关键所在。在实践中，越来越重视工程边坡的施工程序和施工方法，尤其是边坡开挖的控制爆破技术。预裂、光面爆破已广泛采用，及时的喷锚有效地抑制边坡的蠕动变形和局部的块体失稳。通过控制爆破和锚固，保证了处于临界状态的漫湾、五强溪和李家峡工程边坡安全开挖到设计断面；预置锚杆成功地治理了倾倒破坏的天生桥二级厂房南坡。通过安康、天生桥二级、隔河岩、漫湾和五强溪等不同类型工程边坡的治理，逐步摸索出一套适合我国国情的边坡工程综合治理措施，在水电边坡工程实现经济、安全的优化设计中前进了一步。针对边坡岩体的结构、变形类型、潜在滑面的形态和性状，结合影响边坡稳定性变化的环境因素，采取了包括减载压脚、锚固、排水、支撑等一系列各有侧重的综合治理加固措施。漫湾采用了包括削坡减载，加设锚固洞、抗滑桩及预应力锚索，做好表面喷混凝土保护及边坡内外排水措施，治理了左坝肩的失稳边坡到支洞出口边坡；天生桥二级下山包滑坡，方量达%%&万’(，最大位移速率为)’’*+，针对前部滑面平缓的特点，采取了上部减载、下部预锚、抗滑桩、挡墙、坡面保护和内外排水等综合措施；安康工程的右岸尾水渠滑动棱体采用了%&&个锚固桩加,&-’厚的混凝土护面和排水洞，结合头部减载，取得较好的治理效果；碧口水电站的大面积倾倒体则以削缓坡角为主的措施，而五强溪船闸边坡的倾倒、反翘变形则以锚固桩、锚固洞结合坡面保护和内外排水措施为主，均取得了良好的效果；天荒坪下库滑坡排水系统经受了强台风暴雨的考验。上述的治理措施中，坡内外排水始终是边坡工程中必须和优先考虑的重要措施。五、边坡岩体原位监测由于边坡岩体的地质条件在前期勘察工作中难以认识透彻，而且边坡的稳定性又受—(.,— 第二篇水利水电工程地质构造研究环境因素的影响而具有动态变化的特点。因此，在一些大型水电工程的高陡边坡或重要的工程边坡，都极重视边坡的原位监测。从边坡原位监测现状和趋势看，有几点值得注意：!边坡监测已贯穿了边坡研究治理和运行的全过程，根据不同的阶段（前期勘察阶段、施工阶段和运行阶段）原位监测目的有所不同。前期阶段主要是掌握变形的规律和自然因素的影响，帮助认识边坡变形的边界和变形机理。施工期着重了解工程开挖、爆破等因素对稳定性的影响，判断稳定性变化趋势，为边坡治理与检查治理效果提供可靠的信息，保障施工安全。运行期则以监测在工程荷载或其他工程作用下，边坡工程的工作状态，以保证边坡工程长期、正常工作。观测网和观测项目根据不同的阶段，结合边坡变形类型、变形阶段而定，一般均是多层次，多项目和内外观测结合。"观测手段向新技术靠拢，采用!"#定位系统和电子手簿自动测量系统，钻孔倾斜仪最大观测深度已超过$%&’。“八五”期间，针对龙羊峡水库滑坡开发了(#—)*+型全自动滑坡遥测报警系统，具有耗能低、全天候、实测精度高的特点。#监测数据管理向功能全、数据处理高效性方向发展，漫湾和五强溪的工程边坡都建立了数据库管理系统，具有二维、三维图形程序和可视化的表达方式。第二节高边坡稳定性勘察,&世纪-&年代以来，随着一大批大中型水电站的勘测、兴建，遭遇到规模大小不等、类型复杂的变形失稳边坡，包括天然与工程边坡。工程地质师面临着一系列亟待解决的边坡问题。例如：龙羊峡、三峡水库的大型库岸滑坡在蓄水后的稳定性变化趋势；鲁布革溢洪道、东风进水口及三峡船闸等高陡垂直边坡的开挖与加固；隔河岩、五强溪等变形边坡的开挖与治理；漫湾、安康等失稳边坡与老滑坡的处理等。在勘察这些边坡过程中，积累了不少成功的经验，包括指导理论、勘探与测试技术、分析手段等配套的理论和方法，有效地解决了上述的边坡稳定问题。一、边坡岩体结构和变形破坏类型（一）岩体结构分析早在$)-)年，我国已故的著名工程地质学家谷德振教授发表了他的专著《岩体工程地质力学基础》，提出了岩体结构的概念，认为岩体是在漫长的地质历史过程中，经过建造和改造两个阶段形成。建造阶段形成岩体的原生结构，改造阶段经历了构造作用和风化、卸荷作用。因此，岩体是在建造过程中形成的，在改造过程中经受变形、遭受破坏的地质体。这种地质体具有一定的岩石成分和不同的结构，后者称为岩体结构。岩体结构是由岩体内的结构面和被结构面切割成的岩块来表征，结构面的发育密度、规模大小、连续性和组合型式，决定岩块的空间形态和体积大小，形成不同的岩体结构。孙广忠教授进一步提出了岩体结构控制论的观点，认为“岩体是有结构的，其变形和破坏是由岩体结构控制的。岩体变形不仅是材料变形，而且许多情况下是结构变形。岩—/.%— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究体破坏也不仅是材料破坏，而且许多情况下是结构失稳”。结构面按成因分为原生、构造及次生结构面，按其力学特性可分为软弱结构面和硬性结构面，其连续性与工程地质性状均有所区别，边坡的稳定性很大程度上是由控制结构面决定的。因此，合理地对结构面进行分级是认识边坡稳定性的基本条件，这有助于在实践工作中区别主次，便于对具体的岩体稳定性问题得到正确认识。按结构面规模大小及其对岩体稳定所起的作用可分为不同的等级，见表!"!。各工程均分为五级，但具体分级标准仍有差异，并不完全统一。表!"!结构面分级级别性质规模对边坡稳定性的影响区域构造单元的控制性延伸数十公里以上，宽!控制山体、边坡的稳定性断裂度数十米以上不整合面、假整合面、原延伸数百米以上，宽度"生软弱夹层、断层、层间错控制山体、边坡的稳定性#$%&动等断层、接触破碎带、软弱延伸数百米以内，宽度#控制边坡的稳定夹层、层间破碎带小于#&断层、夹层、裂隙、节理、延伸数十米以内，无明与#级结构面组合控制边坡稳定$层理显宽度性，$级结构面组合控制局部稳定节理、劈理、隐裂隙、微层%延伸数米内仅影响个别岩块的稳定性理从表!"!可看出，各级结构面对岩体稳定性所起的作用，大体可归纳为：!级结构面关系到边坡所在区域的稳定性，这种规模巨大的破碎带在边坡可构成威胁性甚大的病害地段；"级结构面控制着边坡岩体的稳定性，是岩体变形和破坏的控制条件；#级结构面直接影响着边坡岩体的稳定性，制约着岩体的破坏方式；$级结构面的发育情况，直接反映了岩体的完整性，控制着岩体的强度，影响岩体的工程地质性状和受力后岩体变形、破坏方式；%级结构面主要影响岩块的强度及岩块的破坏方式。岩体结构分类是以目前较为流行的整体块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构四类为基础，并对层状结构岩体根据层状结构面与坡面的空间关系进一步划分为层状同向结构、层状反向结构、层状斜向结构和层状平叠结构四个亚类，亚类的划分有助于对最常见的层状岩体边坡变形、破坏机理的深入分析，是对岩体结构认识的深化。分类标准详见表!"’。分类的意义在于把岩体结构和边坡可能出现的变形、破坏方式联系起来，对指导边坡勘察，分析边坡的稳定性有重要意义。—!)(— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"#岩质边坡分类（按岩体结构分类）边坡结构分类序号岩石类型岩体特征边坡稳定特征类型亚类边坡稳定条件好，易形成高陡边岩体呈块状、厚层状，块体岩浆岩、中深坡，失稳形态多沿某一结构面崩塌结构面不发育，多为刚性$结构变质岩、厚层沉或复合结构面滑动。滑动稳定性结构面，贯穿性软弱结构边坡积岩，火山岩受结构面抗剪强度与岩石抗剪断面少见强度控制层面或软弱夹层，形成滑动面，边坡与层面同向，倾向坡脚切断后易产生滑动，倾角较陡层状夹角小于!&’、岩体多呈时易产生溃屈或倾倒。稳定性受同向互层和层间错动带常为坡角与岩层倾角组合关系、顺坡向结构贯穿性软弱结构面软弱结构面的发育程度及强度所控制岩层较陡时易产生倾倒弯曲松各种厚度的动变形，坡脚有软层时，上部易拉层状层状沉积岩、层状变边坡与层面反向，倾向裂，局部崩塌滑动。稳定性受坡角%结构反向质岩和复杂多夹角大于$(&’，岩体特征与岩层倾角组合、岩层厚度、层间边坡结构次喷发的火山同上结合能力及反倾结构面发育与否岩所控制层状边坡与层面斜交或垂易形成层面与节理组成的楔形斜向直，倾向夹角!&’)$(&’，体滑动或崩塌。层面与坡面走向结构岩体特征同上夹角越大稳定性愈高结构在坡底有软弱夹层时，在孔隙水近于水平的岩层构成层状压力或卸荷作用下产生向临空面的边坡，岩体特征同上平叠的滑移各种岩石的岩体结构面发育，岩体碎裂边坡稳定性较差，坡角取决于岩构造影响带、破宏观的工程力学特性已!结构块间的镶嵌情况和岩块间的咬合碎带、蚀变带或基本不具备由结构面造边坡力风化破碎岩体成的各向异性—!**— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究边坡结构分类序号岩石类型岩体特征边坡稳定特征类型亚类各种岩石的散体由碎屑泥质物夹大小构造破碎及其边坡稳定性差，坡角取决于岩体!结构不规则的岩块组成，软弱强烈影响带、强的抗剪强度，滑动面呈圆弧状边坡结构面发育成网风化破碎带（二）边坡变形破坏类型在边坡登录丰富素材的基础上，进行了分析归纳总结，认识到天然或工程边坡的地质条件尽管千差万别，促使、诱发边坡变形破坏因素可能是多种多样，但其变形破坏形式不外乎有几种。依据变形破坏特征、变形破坏机制和破坏面形态，把边坡变形破坏类型归纳为表"#$。这一分类与世界滑坡登录联合工作组建议的分类基本吻合，便于国际间的交流。更重要的是，在边坡勘察中对变形破坏现象的认识、描述和表达有了统一的标准，使边坡勘察工作向规范化迈进了一大步；为针对不同的变形破坏类型研究与其相配套的稳定分析方法和软件系统打下基础，将促使水电工程的边坡勘察研究工作登上一个新台阶。表"#$边坡变形破坏分类变形破坏序号变形破坏特征变形破坏机制破坏面形态类型亚类边坡上局部岩体松动、脱落，拉裂。岩体存在临空面，在结%崩塌主要运动形式为自由坠落或滚合力小于重力时，发生崩塌动平剪切—滑移。结构面临空，坡层面或贯通边坡岩体沿某一结构面整体面脚岩层被切断，或坡脚岩层挤压性结构面形成向下滑移型剪切滑动面圆土质及散体结构的边坡，沿圆剪切—滑移。内摩擦角偏低，圆弧形滑动&滑动弧弧形滑动面滑移，坡脚隆起坡高、坡角偏大面型楔两个或三个结构面组合而成两个以上滑形的楔形体，沿两个滑动面交线方剪切—滑移。结构面临空动面组合体向滑动层状反向结构的边坡，表部岩弯曲—拉裂，劈楔。由于层面沿软弱层面弯曲层逐渐向外弯曲倾倒等现象。"密度大，强度低，表部岩层在风与原反倾向节倾倒少数层状同向边坡也可出现弯化及重力作用下产生弯矩理面追踪形成曲倾倒—"(’— 第二篇水利水电工程地质构造研究变形破坏序号变形破坏特征变形破坏机制破坏面形态类型亚类层状结构顺层边坡，岩层倾角滑移—弯曲。顺坡向剪应力与坡角大致相似，上部坡体沿软过大，层面间的结合力偏小，上层面拉裂，局!溃屈弱面蠕滑，由于下部受阻而发生部坡体软弱面蠕滑，由于下部受部滑移岩层鼓起，拉裂等现象阻而发生纵向弯曲边坡岩体沿平缓面向临空方塑流—拉裂。重力作用下，软软岩中变形"拉裂向产生蠕变滑移，局部拉应力集岩变形流动使上部岩体失稳带中而发生拉裂，扩展移动等现象崩塌碎屑类堆积在重力作用下，向坡脚或峡谷内流动，形成碎屑体内流流动。碎屑体饱水后在重力#流动碎屑流滑坡，多发生在具较大自动，无明显滑动作用下，产生流动然坡降的峡谷地区，及施工堆渣面边坡值得提出的是，“溃屈”与“劈楔”破坏是我国首次总结出的一种破坏类型，其形成机制与一般的滑动有所不同，将在后文加以阐述。对我国$%个水利水电工程变形破坏边坡的统计，不同岩体结构边坡的变形破坏类型是有所差异的，见表&’#。表&’#不同岩体结构边坡变形破坏类型统计层状同向层状反向层状斜向块状结构碎裂结构散体结构失稳边坡结构结构结构破坏类型数量百分比失稳失稳失稳失稳失稳失稳（个）（(）崩塌%%%%)%"$*)!滑动+%)&#,,&",$&*,!溃屈),)))),,*+,倾倒))!)))!"*#&拉裂%)%%))&!*,&流动))))))))复合)%,,))"$*)!数量失%)%!%%%),#%))稳（个）$%边百分比坡%!*)+%-*$,%"*!-%!*)+&#*#&%))（(）从表&’#看出，变形破坏以滑动为主，占总数$&*,!(。引起变形破坏因素是复杂—&-)— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究的，据!!"个边坡的统计，可分为天然与人为两种诱发因素，见表#$"。统计数据表明，暴雨和人类工程活动对边坡失稳影响最大。表#$"边坡变形、破坏诱发因素统计其中诱发因素数量稳定所占比例变形破坏所占比例备注（个）（%）（个）（%）水的作用&’#()*+)#’,!+&（!）暴雨#’!,)&+-!",#+!（’）水库蓄水!*!(,,+&*))+)大中型或巨型滑坡为（#）地下水变化#!##+#’&&+"主（)）降雨、地下水&#,(+(#,(（,）冲刷#!##+#’&&+"人类工程活动))!’’"+##’"’+"中小型楔体滑动为主，（!）开挖)!!’’-+#’-"(+"拉裂及大型崩塌（’）采矿#(—#!((其他!!)#&+)"&#+&倾倒、崩塌及溃屈、滑（!）重力"#)’+-),"+!动（’）降雨、地震)!’,#",合计!!")&#-+#"!&(+"(二、边坡岩体分类岩体分类是研究岩体稳定性的基础，对于坝基岩体、地下洞室围岩的分类，国内外都已有较为成熟的方法，而对边坡岩体分类，世界各国广泛应用的./.或0/.方法仍存在某些缺陷。我国“八五”期间充分利用了大量登录资料，参照./.10/.方法，完善了只./.分类参数及评分标准，并计入了边坡高度及结构面条件对边坡稳定性的影响，经慎密的理论分析和)(个工程的验证，提出了20/.（234567608796:;<=0/.）分类体系。（一）./.10/.体系存在的缺陷./.体系由比尼奥斯基（>4654?@7A4）!-"&年提出，它将完整岩石的抗压强度、.BC、节理间距、节理条件、地下水这几个基本特征值，作为对岩体质量进行量化描述的依据。该体系虽对岩体本身质量的评定方面给出了十分详细的标准，但是在结合工程中结构面对开挖边坡稳定的影响方面，则仅给了总体的控制标准，没有详细规定。如边坡工程中，对控制结构面的影响提出了最多为&(分，最少为(分的折减，但没有具体的指导。针对./.体系的这一缺陷，罗曼那（.<:?5?）在!-*,年提出了对控制结构面影响的&(分的具体标准，称为0/.体系。该体系最大的特点是充分考虑了岩体结构特征对边坡—#-!— 第二篇水利水电工程地质构造研究稳定的影响，对工程边坡最常见的滑动、倾倒和楔体破坏这三类都给予了适当的考虑，将计算获得的!"#值$%、&%、’%，分别作为确定边坡为破坏、基本稳定、稳定情况良好的判据。然而，这一体系既没有考虑边坡高度对稳定性评价的影响，也没有区分控制结构面的条件对边坡稳定性的影响，显然，边坡的高和矮，以及控制结构面为连续、长大的夹泥层和不连续的硬性结构面，它们对边坡稳定的影响是有很大区别的。（二）(!"#分类体系鉴于#"#)!"#分类体系所存在的缺陷，我国(!"#分类体系增加了坡高因素的修正和结构面条件系数。该体系分类因素基本上分为两部分：一部分是岩体基本质量（#"#），另一部分是各种边坡影响因素的修正，采用积差评分模型，其表达式为表*+,#"#分类参数及评分标准表参数评分标准岩石强度点荷载强度0-%&)-%$)&-)$1-不宜采用-（"./）单轴抗压强度$2%)-%%-%%)’%’%)*%*%)-2-2)2评分-2)-%,2*$)%岩石质量指标#34（5）6%)-%%72)6%2%)72$2)2%1$2$评分$%-7-*,*结构面间距（89）$%%)-%%-%%)2%2%)*%*%)212*评分$%)-2-*-%,2粗糙度很粗糙粗糙较粗糙光滑擦痕、镜面评分’&$-%充填物无1299（硬）0299（硬）1299（软）0299（软）结评分’&$$%构张开度未张开1%:-99%:-)-99-)2990299&面评分’2&-%条件结构面长度1-9-)*9*)-%9-%)$%90$%9评分’&$-%岩石风化程度未风化微风化弱风化强风化全风化评分’2*-%地状态干燥湿润潮湿滴水流水下2水透水率（;<）1%:-%:-)--)-%-%)-%%0-%%条件评分-2-%7&%=!"#>!·#"#+"·!-·!$·!*?!&（*+-）式中!-———边坡和结构面走向间平行度有关的系数；—*6$— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究!!———与结构面倾角有关的系数；!"———边坡角和结构面倾角间有关的系数；!#———取决于开挖方法的调整因子。式（"$%）中岩体基本质量评分标准和各种边坡影响因素的修正：（%）&’&：岩体基本质量，由表"$(确定。（!）坡高修正系数，按下式计算!"#+#（"$!）!)*+,-."式中"———边坡高度，/。对于倾倒边坡：。!)%（"）!%、!!、!"：由表"$0确定。表#$0结构面方位修正情况非常有利有利一般不利非常不利1!%)2#3$#425"*6"*67!*6!*67%*6%*67,68,69!%)2#3$#4$%(*621、9!%*+%,*+#**+-**+(,%+**1!!)2"325!*6!*67"*6"*67",6",67#,65#,61!!*+%,*+#**+-**+(,%+**$!!%%%%%1!")"3$"45%*6%*67*6*6*67（$%*6）8$%*69!")"3."48%%*6%%*67%!*65%!*6——1、9!"*,!,,*:*注：;—平面滑动<4—边坡倾向<3—结构面倾向9—倾倒滑动"4—边坡倾角"3—结构面倾角（#）!#：由表"$%*确定。表"$%*边坡开挖方法修正方法自然边坡预裂爆破光面爆破常规爆破无控制爆破!#.,.%*.(*$(（,）#：结构面条件系数，由表"$%%确定。表"$%%结构面条件系数#!!!结构面条件#结构面条件#!!!断层、夹泥层%+*节理*+-!!!层面、贯穿裂隙*+(7*+0—"0"— 第二篇水利水电工程地质构造研究通过上述的边坡岩体质量评价和各项边坡工程因素的修正后，所求得的!"#$总分即可根据表%&’(确定边坡岩体类别，半定量地评价岩体质量和稳定性，预测可能的破坏模式及处理方法。表%&’(边坡岩体分类———!"#$体系类别!"#$%!"#$)*()(’*+)+’*,),’*-)-’*’))岩体质量很差差中等好很好稳定性很不稳定不稳定局部稳定稳定很稳定平面滑动，大规模的平面小规模的平面破坏模式类似土质滑或楔形体滑动，严或楔形体滑动，浅掉块无坡重倾倒层倾倒开挖、抗滑大规模减载、加小规模减载、加局部加固加固方式无桩与排水固与排水固与排水与排水表%&’%边坡综合评分一览表序坡高岩体质量评分修正系数及相应评分实际稳定状态工程名称岩性岩体结构号（.）$#$!’!(!%!+"#$&’!"#$安全系数/"#$’柘溪水电站塘岩光滑坡板岩大理岩层状同向())%01-’1))1-2’2’2+)1)2)10+’%)1))132%+1%-(李家峡坝前%号滑坡混合岩层状斜向(22+’13)1-+)1’2,)’2+31%+)10)2’%,13-)130%213-%李家峡$号滑坡混合岩层状同向(’)%+13)1’2)1’2,)’)+%122)10%+’%+1(,’1)%-1(+天生桥二级水电站+砂页岩层状反向’(+%2)1’2)1’2,)’)+%1,2)1-+0’%-1%’1)%-1(+厂房西边坡2东风水电站进水口边坡石灰岩层状同向’2,+21,)1’2)1’2,)’)2+1(2)103’’++10(’1’(+21--,苗家坝蠕变体变质凝灰岩层状同向%2)%31-)1-2’1))’22+1-)1,,-’+’1,)’1)2+’1,00石磨岭库区边坡砂岩层状同向((),)1()1-2)1+,)’22+1-)10(,’%-1%’’1’++10+大朝山电站玄武质火山-块状-2+)1’)1+)1+,)’2+212)1302’++12’1)2+’1,0进水口边坡角砾岩3拉西瓦左岸坝肩边坡花岗岩碎裂(2)+2)1’2)1-2,)’22(1%2)10)-’%31(’1)%-1(+’)安康电站尾水渠边坡千枚岩层状同向’))%()10)1’2,))(210)13’+’(313+)13%)1)’’南一水库厂房外围边坡花岗岩块状’2),0)1’2)1-2,)’),31%2)1033’2213’1’0+-12%’(卧虎山电站溢洪道边坡石灰岩页岩层状同向’%(%2)1’2)1’2,)’)+%1,2)1-(3’%01,2)13%)1)三板溪电站库区’%凝灰质粉砂岩层状同向%-)%)1’)1-0’1))’2+21’)1,,)2’%+1--’1’++10+%号边坡’+太平驿导流洞进口边坡花岗岩块状’()2-)1’2’1),))+3)1-20)10+%1%2)13%)’2李家峡导流洞进口边坡混合岩片岩层状斜向’%2%0)1(2)1’,,)-+(1,)1-(2)13%,1%,’1)++’1)’’,太平驿尾水渠边坡花岗岩块状’’)22)1’2)1-(2)2()1--()10+,1+’’1)%-1(+’0太平驿取水口边坡花岗岩块状-(,))13’1)(2)%012)13-3)10+%1,(’1(2)1)’-漫湾三洞出口边坡流纹岩块状’0)231-)10)13-,))’-1,+)100(+)10’0)13%)1)’3二滩(号尾水渠边坡玄武岩块状’’)+2)1’-)13(,))%21),)1--%)10%(10,’1)++’1)’()二滩泄洪洞进口边坡玄武岩块状3)2,1+)123’1),))(’)132()10(-13%’1)%-1(+—%3+— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究序坡高岩体质量评分修正系数及相应评分实际稳定状态工程名称岩性岩体结构号（!）"#"!$!%!&!’(#"!")(#"安全系数*(#"%$苗家坝水电站何家滑坡变质凝灰岩层状斜向&+,’+,-$.$-,.$./%-%.,-//,-+’/-$$-,&+-%’%%乌江渡大黄崖边坡石灰岩页岩层状反向&,,.$-0,-%+$-,/,$..,-$,-/+.,-+&1-$$-,&+-%’%&公伯峡电站古什群滑坡片麻岩层状斜向’’.’$-&,-+%,-&+$0$..,-&+,-/’1,-+&1-,$-%.,-,天生桥二级水电站%’砂岩、泥岩层状反向$’,.$$-,$-,.+.’,-+$.,-+’.-/,$-$.’1-.厂房后山边坡天生桥二级水电站%.石灰岩层状斜向$&,/%,-’,-+.%.+/$-.,-+&.,-+.%-0$-&.’-&.溢洪道边坡混合岩变%/小峡石坪台滑坡层状同向$$0&.-1,-.$,-$./,$.’/-$$,-+/,-1’%-.$-,’’$-,$质砂岩%1积石峡’号滑坡砂岩、砾岩散体&&,.,-&$-,,-%$/,$..%-+,-/1’,-1’,-$/$-$.’1-.,%+漫湾石料场边坡流纹岩块状$0&1.-.,-.’$-,+$,+$-%+,-1’+,-1/&-.$-$’’-1’%0积石峡水电站$号滑坡砾岩砂岩层状同向%$+’$-0,-/&,-$0/,$.’0-1%,-1%+,-+&0-1.$-,.’$-/1天生桥二级电站&,砂页岩层状反向$%,1$,-$.,-$./,$,10-/.,-+.1,-+/$-1’$-’.+调压井边坡天生桥二级电站&$砂页岩层状斜向$$,1$,-1$-,/,,%0,-++%,-+%0-,1$-,.’$-/1西边陡崖边坡&%苗家坝电站右岸楔形体变质凝灰岩层状斜向%.,’1,-$.$-,,$./%-&,-1,+,-1’+-%+$-,.’$-/1&&东风水电站右岸边坡灰岩层状同向$.,’1-1,-$.,-$./,,’.-/.,-+,,-+&/-.$-$’’-1&’东风水电站左岸边坡灰岩层状反向$,,.&,-$.,-$./,,.$-/.,-0$’,-+’1-&/$-$.’1-.表&2$&列出了分别采用(#"和)(#"体系对我国&’个典型水电工程边坡进行评判的评分。从图&2$（3）、（4）中(#"2*(#"和)(#"2*(#"相关分布状况上可看出，)(#"体系的相应特征点更接近’.5线，亦即)(#"较(#"更合理。三、变形破坏边坡典型实例及机制（一）块状结构岩体边坡具有块状结构的岩体主要由以下各岩组岩石构成；沉积岩组中碳酸盐岩组的巨厚层到中厚层的灰岩、白云岩及其过渡岩类；砂砾岩组的巨厚层至中厚层的砂岩、砾岩及其过渡岩类；岩浆岩岩组的花岗岩、闪长岩及辉绿岩类；火山岩岩组的流纹岩、安山岩及玄武岩类；变质岩岩组的混合岩、片麻岩、大理岩及石英岩等。块状结构岩体构成的边坡一般易形成高陡边坡。$-岩体结构特征岩体主要由强度相近的硬岩（湿抗压强度大于/,#63）构成，一般不被区域性断裂（#级结构面）所切割，长几公里、宽几米至十几米的贯穿工程区的大断层（$级结构面）不从岩体中部通过，但可被长几百米至$7!左右，宽二三米至几十厘米的断层（%级结构面）切割，&级与’级结构面普遍发育；’级结构面节理间距一般大于&,8.,9!，多为硬性面，故岩体完整性好。总的说来，块状结构岩体的岩石强度高，完整性好，岩体的不均一性和各向异性不太突出。%-边坡的稳定性由于岩体强度高，而结构面是块状结构岩体中的薄弱环节，通常结构面的峰值摩擦系—&0.— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#!$个工程实例在直角坐标系中的分布（%）&’(")&’(相关点分布；（*）+&’(")&’(相关点分布&’("罗曼那（(,-%.%）分类体系；)&’("采用罗曼那分类体系评分时的得分值；+&’("修正的罗曼那分类体系数只相当岩体的#/01#/2，黏聚力为岩体的#/#31#/03，故边坡失稳主要沿贯穿性结构面（!、"级结构面）发生，或者大部分沿贯穿性结构面，局部剪断岩体；失稳边坡滑体的边界一般由贯穿性结构面与地形临空面组合而成，有时节理也参与其中；此类岩体表浅部位因受溶蚀、风化与卸荷影响，常发育强风化带、卸荷带或溶蚀。据统计，漫湾电站左岸顺坡向结构面连通率大于435；小湾电站左岸微风化岩体结构面连通率为#251!35，而强风化岩体可达6351735。裂隙带、结构面性状变坏，摩擦系数可由原来的387降低到38!左右。节理密度加大，节理连通率增高，故表浅层部位深度十余米至二三十米部位的稳定性，远低于边坡深部的稳定性，边坡失稳多发生在表浅层部位，故失稳体积在数十万立方米数量级内，一般多为数百到万余立方米左右。但火山岩岩组存在火山灰沉积形成的凝灰岩夹层，一旦发生滑动，体积可达百万立方米以上。—!46— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究失稳的常见型式为崩塌，平面滑动和楔体滑动。除了崩塌外，边坡失稳的演化过程较复杂，这里提出两个注意之处：（!）边坡是以整体、还是分块渐进的方式破坏？研究后倾向于后者，有人将首先滑动的块体称为“关键块体”。一旦破坏关键块体的稳定性，即会诱发大体积坍滑，因此如何维持关键块体的稳定至关重要。（"）多数边坡的失稳变形可分为蠕滑和滑动两个阶段。前者变形小，可能每月仅十几毫米，随着外部触发因素的减弱，变形将趋停止；边坡进入滑动阶段前，滑速加大，直到滑体体位降低，满足了新的平衡条件，滑坡停止活动。国内水利水电工程中块状结构边坡变形破坏类型统计，见表#$!%。#&典型实例（!）漫湾水电站左岸滑坡。漫湾水电站是云南省澜沧江中下游河段的第一期开发工程，工程于!’()年开工，现已投产发电。大坝为混凝土重力坝，坝高!#"*。坝后式厂房，第一期工程装机容量+,"+万-.，总装机!+/万-.。坝区河道曲折，左岸山体为单薄条形山脊。边坡坡角%"01+/0。河流流向为223方向。表#$!%块状结构边坡变形破坏类型统计边坡变形破坏类型规模数量占统计数滑动边坡稳定现状崩倾拉溃复流方量（个）（4）平弧楔塌倒裂屈合动（万*#）面面体失稳""/!!+1’处理后稳定55/!##/&/!1!%/蠕变!!/!!+&)合计!/!//!%!#!边坡岩体岩性为坚硬、块状流纹岩，无原生软弱夹层，因山体三面临空，且岸坡较陡，风化卸荷较强烈。强风化铅直深度一般在"/*左右，但不均一，在山脊较厚，坡脚较浅。卸荷带水平深度一般!+1#(*；裂隙张开宽一般为+1!/6*，个别达"/1#/6*，充填次生泥和岩屑。强风化岩体强度参数为：!7+/-89，!7#"0。顺坡向的节理和断层较发育。节理倾角%"01)/0，顺坡向的:#’#断层倾角%+01)+0，为潜在滑面；另有一组陡倾断层平行分布，倾角在5/0以上，如:#%)、:##)，对滑体起切割、分离作用；另有一组顺坡向缓倾角!级节理，形成局部滑面。断层面呈舒缓波状延伸，破碎带物质以碎块为主，断层泥薄而少见。自!’(5年左岸缆机地基开挖以来，到!’((年!!月"+日止，边坡开挖从高程!/"/*下降到’#%*，同时对大部分开挖面进行了喷锚处理，完成了部分锚固洞和锚筋桩支护工程。!’((年!"月’日边坡开挖到高程’"%*，周边出现断续延伸的弧形与雁行式排列的裂缝，!’(’年!月)日，周边裂缝贯通并出现错台，同月5日下午%时，对高程’"/1’!"*—#’5— 第二篇水利水电工程地质构造研究边坡开挖爆破，炮后约!小时，后缘裂缝张开"##，下午$时%$分边坡发生滑动。滑体前缘剪出口高程&!"’&!%#，后缘抵低缆机地基前缘。据电站地震台记录到滑动过程产生的振动波有两个序次，第二次为主滑序列，可见失稳过程不是一次整体下滑，滑动过程仅十几秒。滑面由()&)与顺坡缓倾角节理组合构成，沿走向及倾向均呈阶梯状，沿滑动方向滑面的起伏差为$*’+*，见图),"。事后调查认为，!&--年!"月前，滑坡已处于孕育阶段，蠕滑阶段历时月余，边坡连续下挖，开挖坡不断增高，至!&-&年!月初，坡脚底部顺坡向断层已被切脚挖断，滑体已实际处于滑动阶段，!月+日的破坏首先是())$（平行边坡，顺坡向陡倾）上盘岩体失稳，紧接着是其上部岩体因失去支撑临空，继而发生大规模滑落。滑体平均厚约!.#，最厚达)。".#，总体积为!./$万#（"）天荒坪抽水蓄能电站下库左岸滑坡。电站下库位于浙江省天目山区大溪河峡谷内，河谷狭窄呈“0”型，山体微向东突出，岸坡陡峻，部分地段分布陡崖、悬崖、陡坎。山体垂直高差约1..#。高程%..’$1.#，坡角为).*左右，高程%..#至河床为1.*’%.*，高程$1.#以上地形陡峻，见图),)。图),"漫湾水电站左岸!!2.+.#地质剖面图边坡覆盖层发育，植被较好，基岩为流纹质角砾（含砾）熔凝灰岩（3!）与含砾流纹质)4熔凝灰岩（3（!6）），且有花岗斑岩（7",)）和煌斑岩脉侵入其中。岩体中的"’#级结构)5!8面发育，以高陡倾角为主，强风化埋深"$#，最深达+./&.#，弱风化埋深一般1.’-%#，最—)&-— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究深为!"#，!$一般大于"%%%#&’，卸荷破碎带埋深在弱风化上部(%)"%#之间，!$*!%%)(+%%#&’，,-.一般%/)"0/。卸荷破碎带内充填的夹泥黏粉粒含量平均为12320/，天然状态下"值平均为2%345678，!平均为259；饱和状态下的平均值"*("35678、!*2(359。风化卸荷破碎带内地下水埋深在1%)11#间。(!!2年((月2%日开始进行大溪公路隧洞进口开挖，至(!!"年"月(1日停止，挖除土石方23+万#"，在开挖过程中及开挖停止后，先后于(2月2日、(!!"年元月("日和(!!"年"月20日发生"次塌方，塌方量逐次增大，分别为(+%%#"、4%%%#"和(%%%%)(1%%%#"。在"月20日塌方前，已在高程4!%#出现不连续的裂缝，塌方后裂缝进一步扩展，沿南北向（河谷方向）缝宽2%)"%:#，长"%)+1#；下游侧沿东西方向缝宽")(%:#，长约!%#，基本上围绕塌滑体上部和下游侧连成弧形圈。随后将公路隧洞进口向上游移动"1%#，已进行的裂缝封堵及地面排水、挡墙支护等处理措施尚未竣工。(!!0年"月份，连续降雨，总量达2+1##，其中"月(")2!日降雨量为21430##，占"月份总降雨量的+!/，(!!0年"月2!日，浅层风化卸荷破碎岩体连同上部的坡积层发生滑动，滑体最大铅直厚度约"%#，边界基本沿(!!"年"月20日后形成的弧形裂缝形成，体积约"%万#"。滑床上部坡面角1%9)119，无明显连续滑移面，而是起伏的锯齿状。滑坡发生后，后缘高程4+1#以上出现多条裂缝，高程12%#以上的测斜孔表明浅层"231#以上存在变形，位移速率在雨季为(3+0)(324##&;，旱季在%3"##&;以内。（二）层状结构岩体边坡层状结构的岩体主要由沉积岩及变质岩中具片理、板理的板裂状岩组构成，岩性与岩层组合都十分复杂，构成的边坡也因岩性差异、组合的不同以及产状与边坡相互关系而呈现多种类型，既形成高陡边坡，也形成低丘缓坡。由于沉积岩广泛分布，因而层状结构边坡在自然界与水电工程中占主导地位。(3岩体结构特征层状岩体结构类型一方面与岩体的建造有关，另一方面与岩体经历的构造作用有关。最本质的特征是有一组平行发育、连续性好的结构面，从而形成层状结构。从力学介质角度看，层状结构岩体在力学强度、变形特性和渗流特性上具有正交各向异性。根据工程实践总结，层状结构又可分为两个类型：一是与原生建造有关的原生层状结构；另是与构造成因有关的板裂层状结构。（(）原生层状结构。其组成岩层以复理式碎屑沉积岩或碎屑———生物、化学沉积岩为主。一般具有硬层软弱层相间的互层状或夹层状组合，大部分经受过构造运动影响，在软弱岩层内或软硬层之间形成层间错动或层间剪切带，形成破碎夹层或泥化夹层，成为控制滑动的弱面。同时在较坚硬的岩层内可发育原生或构造节理———!级结构面。这些节理多与层面正交或斜交，一般呈共轭节理分布；节理一般限于硬层内，不同岩性层的节理密度相差较大，其平均间距一般与层厚成正比。（2）板裂层状结构。组成岩层以变质的千枚岩和片岩为主，具有大范围分布、平行发育的劈理、片理、层间错动带，形成板裂层状结构岩体。23边坡稳定性—"!!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"!“!#$%”滑坡工程地质第一横剖面图—’&&— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究边坡稳定性受层状结构面的发育程度、强度、结构面倾向和倾角与边坡坡面倾向和坡角之间相互关系控制。根据层状结构面与坡面相互关系，层状结构边坡可分为：层状同向结构边坡、层状反向结构边坡、层状斜向结构边坡及层状平叠结构边坡四种（详见前述表!"#）。（$）层状同向结构边坡。层状结构面倾向与边坡倾向夹角小于!%&，当层状结构面特别是其中的软弱结构面，由于剥蚀作用或人类工程活动而被切脚出露在坡面（称为切脚坡），即构成潜在滑动面，易形成滑动；如果层状结构面倾角大于坡角而插入坡内（称为插入坡），其稳定性一般较好，但在一些特定条件下，如边坡过高而层状结构面十分发育且层间结合力较差时，亦可形成溃屈破坏或弯曲反翘变形，见图!"#。层状同向结构边坡出现顺层或顺层一切层滑动时，体积可达百万立方米量级甚至更大。图!"#溃屈模型最终破坏迹象素描图在三峡工程的库岸，对层状同向结构边坡的变形失稳方式与机制作了深入研究。三峡库岸长约!%%%’(，其中层状同向结构岸坡长约))%’(，占总长的*%+左右。据调查，岩层走向与岸坡走向夹角!的大小对稳定性影响很大，如图!",示。失稳破坏机制模式有以下主要类型：$）滑移破坏型。主要发育于缓-中倾角（$%&-#%&）和变倾角（椅状）层状边坡，当边坡前缘受径流冲刷或工程活动使潜在滑移面被切脚，可引起坡体以不同方式沿滑移面向下整体滑移，或解体呈块状崩落。这种平面滑落类型在中等倾角（"!*%&）时多见（见图!")）。滑动启动判据条件为—#%$— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#岩层走向与岸坡走向夹角!的大小与滑坡发生率的统计直方图图!"$平面滑动型破坏图式（%）滑落；（&）崩落"·()*!!’（!"!）"·*+,（#"!）式中"———黏聚力，-.%；!———内摩擦角，（#）；!；"———岩石容重，/01#———岩层倾角，（#）；!———坡高，1。对于椅状层状边坡，当后侧陡倾弱面的坡体的下滑力足以将下部平缓弱面上的坡体起动而形成滑坡，形成机制与前述相似。岩层缓倾情况下（#’2345634），前缘临空的坡体可能沿滑移面发生间歇性的缓慢滑移，其稳定性随季节而变。滑移通常从临空面附近启动，逐渐向后缘扩展，坡体随滑移导致拉裂解体—缓慢滑移拉裂。在有侧向约束条件下，还会出现平面旋转滑移拉裂。6）剪切破坏型。一般出现在岩层层面与边坡坡面一致的层面坡中，潜在滑移面未被切脚，但由于坡高坡长较大，坡脚应力达到岩体强度极限而剪断（见图!"7）。!）滑移—弯曲破坏型（溃屈）。在三峡工程库区奉节至新隆场库岸及黄河李家峡工程库岸，都见有较多这种破坏类型。一般发生于中倾到陡倾的层状岩体内，剪出口多见于河—836— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#顺层岸坡平面滑动前沿剪出两种情况（$）坡脚未破坏；（%）坡脚被切割谷常水位上下附近。变形可分为三个阶段。首先是轻微弯曲阶段，上部轻微下错（滑），前缘坡面轻微隆起，岩层弯曲，产生拉裂缝，促进地下水活动和风化、软化作用；第二阶段为强烈弯曲与滑面贯通，上部明显下错，或形成拉裂陷落带，滑移岩层层间错动明显，前缘强烈隆起形成台地，岩层弯曲加剧伴随弯折，弯曲段架空现象加剧，剪裂面开始形成并与上部的滑移面逐渐贯通；最终是破坏滑动阶段，弯曲段剪裂面形成并与滑移面贯通，滑体下滑形成滑坡（溃屈破坏），破坏过程通常由坡面向深部发展，有时，也可以强烈褶皱弯曲变形取代整体滑落。有几种观点解释这种溃屈破坏，多数强调初始挠曲和弯曲变形的时间效应，随河谷下切，岩层倾角等于或大于坡角情况下，当边坡坡面发生卸荷回弹时，由于坡脚受约束，这种不均匀的回弹使坡脚发生初始挠曲，在自重及其他荷载作用下，岩层进一步弯曲，随着弯曲挠度的增大，弯曲处首先产生张破裂，使岩层受剪面积及抗剪强度不断减少，最终从岩层最薄弱处剪断。其发生和发展是一种时效作用为主的蠕变过程，其最终破坏则受抗拉或抗折强度控制，因而一旦弯折破坏时，将发生突然的剧烈滑动。三峡工程通过多种物理模拟（包括底摩擦试验、相似材料地质力学模型等）和平面弹性有限元及流变有限元模拟，再现了这类破坏的演化全过程和过程中的时间效应特征。研究后得出如下认识和结论：!模拟再现了这类变形的演化过程，长达&年的地质力学模拟所得的过程图式与前述演化阶段相当。"物理和数值模拟证明变形发展过程中，坡体上部发生顺层的滑移和层间错位，下部发生隆起，隆起由坡面向深部逐渐发展，并造成板裂和层间虚脱架空现象。层间错动的发展在层内形成羽裂，隆起加剧则出现反向缓倾剪张裂隙，裂隙进一步发展延伸一旦与下伏滑面贯通，即造成滑动（见图!"’）。#平面弹性有限元分析表明，边坡的变形是不均匀的，即使在同一滑移面上各点的位移也有差异，变形后层面将起伏不平，层间存在局部脱层的可能；边坡应力集中区主要在坡脚的边坡坡面部位和层面之间。$流变有限元数值模拟得出顺向层状边坡的变形有一个临界幅度深度，并随岩层倾角增大而减小，最大深度在’()左右，边坡隆起部位位于中下部，弯曲段长度与坡长之比约(*!+,(*&(。黄河李家峡工程利用底摩擦模型试验，对%号滑坡的溃屈破坏过程进行了模拟，模型比例尺为-.-(((。模型最终破坏迹象素描图见前述图!"&。从李家峡%号滑坡的模拟结果可以看出，在坡脚处岩层折断后，形成两个明显的折断带，为上部岩层顺层滑动提供了两个潜在的剪出口。位于岩层弯曲隆起部位的剪切面向坡里反倾，其下部岩层受变形—&(!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#顺层斜坡地质力学模型试验变形破坏图示（$）整体滑移轻微隆起阶段；（%）前缘滑移强烈隆起阶段；（&）滑移剪断破坏阶段形成反倾，沿此折断带剪出是比较困难的。位于坡体根部的折断带受剪贯通后形成比较平缓的剪切带，其下部为未受溃屈破坏的完整岩体，沿此带发生剪切滑动比较容易，可形成滑坡底面剪出口。模型的破坏过程和结果与李家峡!号滑坡的现状完全符合，见图!"’。图!"’顺层滑移弯曲滑坡形成过程(—上部张裂带、岩层折断带；)—下部张裂带、岩层折断带"—次滑面；#—主滑面；$—沿“*”节理形成的滑面+）劈楔弯曲破坏型。该型与滑移—弯曲破坏型同样是出现在同向的插入坡内，溃屈破坏与劈楔弯曲破坏是我国水电工程根据实践总结出来的一种新的变形破坏机制，它的变形模式为平行边坡的陡倾角断层破坏了同向边坡岩体的连续性，断层与中陡倾角的层间软弱面组合成尖角朝下且平行边坡的大小不一若干岩楔，在重力作用下，岩楔因自重而向下楔入，导致外侧边坡岩层向临空面发生弯曲甚至反翘，沿层面或断层面出现反坎，继而岩楔顺层下滑位移，边坡上部出现拉裂缝；随着岩楔不断向下切入，外侧边坡岩层反翘变位愈大，直到折断倒伏。变形由坡面向坡内缓慢发展，最终在边坡表部形成一定厚度的—+,+— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究变形岩体。据不完全统计，层状同向结构边坡变形破坏类型见表!"#$。（%）层状反向结构边坡。岩层走向与边坡走向夹角小于!&’，倾向与坡向相反（或二者夹角大于#$&’）的边坡属此类。常见的变形破坏类型为弯曲倾倒，一般多发生于岩性软弱、易风化的薄层状岩体，软硬相间或互层状、或层面及层间软弱结构面发育的岩体，以及有软基的二元结构的岩体。以柔性为主的薄层状岩体易发生弯曲倾倒变形。以脆性为主，横节理发育的层状岩体，多呈块体倾倒或弯曲倾倒变形。表!"#$层状同向结构边坡变形破坏类型统计表边坡变形破坏类型规模数量占统计数滑动边坡稳定现状崩倾拉溃复流方量（个）（(）平弧楔塌倒裂屈合动（万)!）面面体失稳*$&#%+#,$-+%&&处理后稳定%#+.!##%%.,+-!&蠕变$!$.*%#%*.&-#/&&合计#+#&&#+$#%#弯曲倾倒变形破坏特征为：破坏程度由坡面向深部逐渐减弱，在垂直方向上一般可分为上部倾倒带、中部弯曲的折断带和下部过渡带；变形破坏深度不低于坡脚高程，自然边坡中弯曲变形体一般限制在弱风化及以上的全、强风化带内；变形岩体与下伏正常岩体接触可分为过渡式接触与突变式接触，后者存在一明显的弯曲折断面；变形破坏沿层面或层间软弱结构面产生错动，错动方向一般为上盘向下，下盘向上，在坡面形成反坡向陡坎，位移矢量不协调，唯整体上边坡向坡外发生弯曲倾倒；自然边坡的弯曲倾倒变形破坏是具有相当长的时效累积变形，如长江黄腊石弯曲变形边坡的水平位移速率为&.&!-&.#$))01，如果不产生大规模扰动，难以形成整体突发破坏，但工程开挖边坡的弯曲倾倒变形具有变形速率高、几乎与边坡开挖同步发生的特点。如碧口溢洪道开挖边坡新鲜的千枚岩在开挖面形成!-$天内可见明显的弯折倾倒，整个边坡形成/年内，变位速率仍达#.%-/.!))01；砂页岩互层的天生桥二级电站厂房南边坡，在开挖后*天即发生倾倒变形破坏。层状反向结构边坡，无论是自然边坡或是工程开挖边坡，坡脚岩体稳定性对上部岩体弯曲倾倒起关键性作用，一旦坡脚失稳，必将加剧上部岩体的变形，并可能诱发牵引式倾倒破坏。#）变形破坏的一般规律。根据国内%,个水电工程的弯曲倾倒变形、破坏边坡的实例及日本的2.艾丹（2.34516）和7.卡万莫托（7.8191):;:）对!%个边坡实例统计资料，边坡变形破坏的岩层倾角!与边坡坡角关系见图!"#&。发生变形的起始倾角和坡角都"大于或等于!&’，少数有外力作用的边坡（黄蜡石、浪石滩）可略小于!&’，*$(以上的变形—+&$— 第二篇水利水电工程地质构造研究边坡集中在!"#$!%范围内（见图’(&"、图’(&&）。"$&’"#岩层倾角)"#*+"#，坡角)"#*,"#时，发生弯曲倾倒的机遇最大，见图’(&-、图’(&’。图’(&"边坡破坏时岩层倾角与坡角关系图图’(&&破坏边坡频数与岩层倾角、坡角关系图当岩性与岩体结构相似的条件下，岩层倾角为)"#*+"#范围内，在自重作用下，有利于岩层弯矩效应的发挥，因此变形的规模和深度也大，如图’(&)（.）所示。坡高与变形的规模亦有直接关系，坡高小于/"0时，变形难以发生，随坡高（!）增大，变形的水平深度（"）有呈直线变大的趋势，如图’(&)（1）所示。-）弯曲倾倒变形的充分和必要条件及主要影响因素。变形的充分和必要条件是有产生弯曲倾倒的变形空间和有使岩层弯曲或转动的力和弯矩。而变形量的大小则主要取决于岩层的抗弯刚度、承受的弯矩和可供变形的空间及时间因素。岩层的“离层化”降低了抗弯曲的刚度，而坡脚受侵蚀或存在软基、工程边坡的坡脚开挖都可提供必要的变形空间。—)",— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$岩层倾角与变形边坡频数图图!"#!坡角与变形边坡频数图影响变形的主要因素除前述的岩层倾角、坡角大小外，风化作用和地下水活动可促进变形的发展。!）变形破坏机制的模拟研究。利用物理模拟和数值模拟研究了弯曲倾倒变形时岩层的倾角效应、坡角效应和软基、互层效应。物理模拟采用基底摩擦试验法；数值模拟用能考虑不连续面和层面、视岩体为等效正交各向异性体的有限元法，用层面单元模拟岩层效应，用非线性—弹塑性力学模型模拟软基或互层效应。物理和数值模拟都只考虑了自重应力场的作用。研究得出下列认识和结论。%&倾角效应表现在当中陡倾角（!’()*’(）时，变形从下部或中下部岩层压密———弯曲开始，逐渐在上部后缘发生拉裂和切层裂隙进而坡体各部位岩层弯曲倾倒，切层裂隙贯通导致边坡失稳。岩层倾角大于*’(时，变形过程相类似，唯坡顶拉裂更明显，但岩层最大弯曲折断深度相对略小。坡角相同时，变形深度有随岩层倾角增大逐渐增加的趋势，但倾角!+*’(或!,!’(时，变形深度有明显降低。倾角大小对主应力和剪应力的影响也有相同的结论，如图!"#-。—/’.— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#!岩层倾角、坡高与边坡变形深度关系图图!"#$典型部位应力变化曲线图%&物理模拟显示，在倾角相同时，变形深度随坡角增加而增大，但当坡角大于’()以后，变形深度有下降趋势，数值模拟分析表明，倾角相同条件下，坡脚部位的最大主应力和剪应力都随坡角增大而升高，但当坡角大于’()左右后，应力反而下降，如图*"#’。上述“+&”和“%&”说明了当岩层倾角在’()、坡角在$()左右时，边坡最易产生弯曲倾倒变形。,&软基效应与互层效应本质上都为边坡变形提供变形空间，所不同的是前者以提供集中变形空间为主，后者提供分散的、较均匀的变形空间。软基上部的岩体具有弯曲—拉—!(-— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$典型部位应力变化曲线图裂破坏性质，软基本身具压致拉裂特点，若软硬相间成层时，这两种变形机制交互出现，促使边坡更易于发生弯曲倾倒变形，且影响深度也较大。图!"#%和图!"#&分别表示软基和互层状态下的应力分布状况，软基上层面附近主应力、剪应力和拉应力集中程度都随时间!!增大而增大，其结果是软层压缩挤出，软层以上岩体拉裂破坏。对于互层岩体，每一软弱夹层处应力等值线均发生不同程度偏转，存在类似软基的应力状态和拉破损区。见图!"#’。据不完全统计，层状反向结构边坡变形破坏类型见表!"#$。表!"#$层状反向结构边坡变形破坏类型统计表数量占统计数边坡稳定状态崩塌滑动倾倒拉裂溃屈复合备注（个）（(）失稳))处理后稳定*#)##蠕变!)#合计#+#),#)（!）层状斜向结构边坡。岩层倾向与坡向夹角在大于!+-到#*+-间。边坡的稳定性随夹角大小而变化，当夹角接近’+-时，稳定性最好，夹角在!+-到’+-以内时，稳定性随着夹角变小面变差。如果发生滑动，除了必备的潜在滑面和前缘临空面外，通常还需要有侧向—,+’— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$!%&!!应力等值线图（软基）（’）最大主应力等值线；（(）最小主应力等值线；（)）剪应力等值线（单位：*+’）切割面和后缘切割面。侧向切割面可能是断层或节理裂隙，如东津电站左岸溢洪道滑坡的侧向切割面就是由一组节理面构成，而东风电站进水口变形边坡是由溶蚀裂隙构成侧向切割面；后缘切割面有两种情况，如果岩层倾角较缓，潜在滑面未在地表出露时，后缘切割面只能由断层构成（如东风电站进水口边坡），当岩层倾角较陡，潜在滑面直接在后缘出露，无需另一后缘切割面也可以产生滑动。滑动由于受侧向切割面限制而使运动受阻，故位移带有程度不同的旋转。特别是侧向切割面系由节理组成时，这种现象更为明显，其表现是远离侧向切割面一侧位移较大呈抗剪状态，而邻近侧向切割面的坡体位移较小且呈压剪状态。图!",-为李家峡左岸边坡楔体滑动的离散元计算图形，显示出远离侧向切割面坡体的拉剪情况。—&#-— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$互层效应应力等值线图（%）最大主应力等值线；（&）最小主应力等值线；（’）剪应力等值线（单位：()%）据#*个此类结构边坡的登录成果，变形破坏的有#+个，占统计数的,$-$.，见表!"#*。—/##— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$破坏区分布图图!"%&楔体滑动离散元图形（迭代%&&&&次的几何图）表!"#’层状斜向结构边坡变形破坏类型统计边坡变形破坏类型规模数量占统计数滑动边坡稳定现状崩倾拉溃复流方量（个）（(）平弧楔塌倒裂屈合动（万)!）面面体失稳**&##%#&+&&,-.#,&&&处理后稳定##&##’蠕变//&%##,-.#-/*合计#&#&&#/%###经统计，当坡面倾向与结构面倾向夹角小于*&0时，仍以滑动变形破坏为主。（/）层状平迭结构边坡。这类边坡在三峡库区、金沙江向家坝电站的库区和沅水五强溪库区均大量分布，多见于丘陵区开阔舒缓的向斜河谷段，岩层倾角!!#&0，构成坡体主—/#%— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究要为侏罗系、白垩系的河湖相红色砂泥岩互层岩体，砂泥岩接触带为相对富水带，泥岩面常有泥化现象。这类边坡的稳定状况很大程度上取决于泥岩的性状及其与砂岩接触面的抗滑性能以及坡形特征，变形破坏多发生于三面临空的山嘴地带，且多与水的诱发密切相关。由于岩层平缓，变形破坏有其特殊的演化方式，可概括为塑流拉裂与压张拉裂两类变形机制，前者随位移可导致滑面上部砂岩解体，因而多见于上部砂岩厚度不太大的台面坡，砂岩解体还可能与下部泥岩膨胀、致使上覆砂岩隆起破裂有关；图!"#$为此类型的典型剖面。压张拉裂变形的演化过程如图!"##所示，多为规模较小的切层滑坡，因阶状嵌合带（或岩桥）被剪断发展而成，此类变形边坡多见于砂泥岩互层的中等坡度的边坡中。图!"#$丰都长江支流龙河所见块状解体滑坡$—砂岩；#—泥岩图!"##滑移压张拉裂滑坡演化图示利用数值模拟研究此类型边坡的变形破坏，结果显示：$）岩性差异所造成的重力分异效应明显，拉应力除在坡顶、坡面出现外，坡内靠近下伏泥岩的砂岩中也有所显示（见图!"#!），上、下配合，可形成拉裂缝。图!"#!平缓层状岩体岸坡有限元分析最小主应力等值线图$—应力等值线；#—潜在滑动面；!—砂岩；%—泥岩（玉皇观滑坡原型）#）黏弹性分析结果显示（见图!"#%），泥岩表现出较强的时效变形，砂岩则极小，这就导致砂岩层相对其下的泥岩都发生了向坡外的相对位移，且位移量在滑面位置明显增大。—%$!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$黏弹性的时效变形和位移变化图（玉皇观滑坡原型）%—砂岩；#—泥岩!&典型实例（%）柘溪水电站塘岩光滑坡（切脚坡顺层滑动）。滑坡位于湖南省资水柘溪水电站大坝上游%&’’()的水库右岸，边坡相对高差在#**)以上。自然边坡为层状同向结构边坡，边坡上陡下缓，坡角!’+,$’+。表部有$,%*)厚的残坡积层覆盖，下伏基岩为砂岩夹板岩，岩层走向-*+,.*+，与边坡走向近一致，倾角!/+。岩层层间错动发育，沿错动带有厚%,#0)夹泥，节理抗剪指标为!1*&!’,*&’-，"1$’,%#*(23，层间错动带与节理组合构成滑坡底滑面，见图!"#’。%4-%年#月’日，正在施工的大坝已上升至%’!)高程，水库开始初期蓄水，库水位以!。在此期间，从#.,%%)56速度上升，逐渐减缓为%,#)56，%*天后，蓄水已达-&-亿)月#.日至!月-日，连续/天降雨，降雨量达%#4))。至!月-日库水位由原河水位高程%**)上升至%$/&4)，日平均升高%&.’)。!月-日上午.时左右，开始出现小的崩滑，岸坡上出现弧形裂缝，并逐渐加宽。下午-时左右，巨大滑坡突然发生，并同时形成涌浪，在库面宽##*)，水深’*,.*)情况下，对岸涌浪高达#%)。滑坡平面形态呈长方形，两侧侧壁顺横向断层延伸，侧壁高%*,%-)，滑坡后缘陡坎高’,.)，高程为#/*)。滑体厚#*,!’)，总体积%-’万)!。滑坡发生后，在其后缘和中上部，都见有平行边缘的弧状裂缝，缝宽*&’,%&*)，延伸%*)至数十米，缝可见深度!,’)；滑坡两侧还见有呈雁行排列的裂缝，缝宽*&#,#&*)，延伸%*)左右。在滑坡上部有地下水渗出，滑坡后缘洼地中汇集成面积约’**,/**)#的集水坑。滑后!*余年，历经高水位及库水位升降，滑坡体未见复活迹象。显然，库水位急剧升高和连续降雨是滑坡的诱发因素。（#）李家峡水电站!号滑坡。!号滑坡位于坝前左岸，其下游边界距拱坝轴线/!*)，属大型、深层、顺层的岩质滑坡。平面上形似鲤鱼，面积*&!#()#。滑坡底宽%#**)，纵向最大长度!-*)，最大铅直厚度%%*)，体积%/$&’万)!。后缘有圈椅状地形，破裂壁高$*)，主要由第三系红色砂砾岩组成。滑坡主要发育在层状变质岩中，外围正常岩层走向与河流大致平行，属同向层状结构—$%$— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$柘溪水电站近坝库区塘岩光滑坡主滑线地质剖面图%—坡残层、土夹碎石；#—层间错动及夹泥；!—滑坡堆积块石；&—岩层分界线；$—细砂岩夹带状板岩；’—第四系与基岩分界线；(—滑动后的岩石破碎状态的插入型边坡。靠上游的前缘剪出口和后缘高程分别为#)’)*和##))*，靠下游则朋分别为#)$)*和##’)*，后缘高出水库水位#)+,)*。后缘见有弧形拉裂缝，长达!))*，缝宽%)+#$-*，滑体内的裂缝长达%’)*，宽$+%$*。经调查，尽管滑体中岩层弯曲柔皱、破碎，片理紊乱，拉裂与架空现象比比皆是，但坡顶到河边，片理倾角变化仍有一定的规律可循，一般上部倾角较陡，中部缓，下部剪出口以上&)+’)*范围内呈揉皱、倒转反倾。滑动的总体方位为##).，大致垂直岸坡，滑床形态具下述特征：后缘及滑体中部顺片理发育，倾角&).+$).，中下部倾角#).+!$.，底部平缓，前缘剪出带滑面反翘%$.左右。滑床前缘及底部岩体破碎，并有拖曳和反倾现象。分析!号滑坡形成过程如图!"#’所示。滑动带除主滑带外，还有%+#条次滑带。主滑带厚)/,+%/$*，由片状岩、岩块、岩屑为主，次为岩粉和黄褐色、褐绿色泥质物，泥质物厚%+$-*，原状碎屑土天然状态下峰值，!0)/$$，"0)/)’$123，饱水状态峰值!0)/&,，"0)/)%’123。（!）龙滩水电站倾倒变形边坡。龙滩水电站是一座坝高#%’/$*，装机容量45’)万67的巨型水电站，位于广西壮族自治区红水河中游。倾倒变形边坡紧靠左岸地下厂房进水口及其上游，顺河展布长约($)*，分布高程为!。变形边坡区内正常岩层产状#!)+’&)*，变形体铅直深度!)+()*，总体积%#,,万*!&$.+!$$.89:!’).，岩层走向与岸坡近平行，倾向山内，为典型的层状反向结构边坡。自然岸坡坡角#,.+!(.，局部&$.，坡高约&#)*。边坡中上部以板纳组砂岩为主间夹—&%$— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$李家峡!号滑坡形成过程示意图板岩，下部以罗楼组泥板岩为主。砂岩、泥板岩软硬相间，且层理平均间距仅%&’(，故有大量的层间错动分布，平均间距在罗楼组弱风化以上岩体内为)*#(，板纳组弱风化以上岩体内为’&#(；此外岩体受顺坡向小断层和节理以及+$’、+$,及+)!-等较大的断层和冲沟切割，破坏了层状岩体的连续性，在边坡形成历史中，遭受风化，在自重等综合营力作用下，岩层向坡外缓慢弯曲、倾倒折断，以致局部崩坍、滑坡。见图’"#-。根据岩体变形破坏程度，将变形体在平面上划分为.区和/区；在剖面上，由表到里分为倾倒松动带、弯曲折断带和过渡带。倾倒松动带的岩层弯曲折断角（变位后的岩层倾角与正常岩层倾角之差）在板岩中大于#%0，砂岩中大于)%0，岩层以倾倒为主，折断、拉裂、架空严重，岩块相互间上下或旋转错位。整体呈破碎散体状，节理间多被次生夹泥充填，地震波速!123%%*)3%%(45。此带水平发育深度#’*-$(，占总体积3#6，滑坡及崩坍多发生在此带内；弯曲折断带内，弯曲折断角在泥板岩内为)%0*#%0，砂岩为30*)%0。岩体呈弱*强风化状，节理裂隙发育，也见有张裂、架空和重力错位、重力挤压现象，岩体波速!12)3%%*#3%%(45。本带水平发育深度$*3’(，占总体积’%6；过渡带的弯曲角小于30*)%0。无明显张裂面，仅为轻微连续的挠曲变形。岩体呈弱*微风化状态，完整性与正常岩体无明显差异，地震波速与正常岩体相近，该带占总体积)76。（!）乌江渡水电站大黄崖变形边坡。乌江渡水电站位于贵州省乌江干流的灰岩峡谷区内。变形岩体处于近坝库区左岸，距大坝!%%*3%%(。边坡系由溶蚀裂隙发育的灰岩构成的高悬陡坡，软弱的煤系地层形成约#%0的平缓坡脚，上部为厚层块状坚硬的灰岩构成的陡坡，坡角达-30*730，崖顶高出水库水位’%%*!!%(。边坡岩体地质结构为一倒转背斜的一翼，地层走向与边坡走向基本一致，倾向山里，倾角3%0*$30，为一典型的具有上硬下软二元结构的层状反倾向岩体结构边坡。岩体中发育小断层和反向的顺坡裂隙，断裂走向以889、89、8::方向为主，裂隙断续分布，局部形成裂隙密集带，倾角!%0*3%0。经勘探证实，沿反倾向裂隙未见有滑移现象。坡体内地下水位均低于正常蓄水位，水库蓄水后地下水位壅高-%(左右。大黄崖边坡曾于),-%年和),7!年发生过两次崩塌，体积约3%%(’，边坡上部和坡顶—!)$— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$龙滩水电站左岸地下厂房进水口倾倒变形岩体地质剖面图有多条陡倾、空缝状的大裂隙（!），最大水平延伸长度#%%余米，垂向切割深度达&’%(#%%)。裂隙地表出露线呈圈椅状，且有错落现象，而缓坡段的煤系地层表层已变形，局部有明显架空、弯曲外鼓现象。边坡岩体如一旦发生崩滑，将对水电站造成严重危害，见图!"#*。为此对大黄崖边坡进行了地质勘探和监测工作。监测表明，大黄崖边坡后缘裂隙!#的水平位移和沉陷位移与库水位升降无明显关系，但受暴雨和库水位骤降影响很大，见表!"&*和表!"&+。表!"&*大黄崖变形边坡变!点暴雨期与暴雨前后变形对比水平位移（))）沉陷位移（)）项目与暴雨前后与暴雨前后月变率月变率变形值之比变形值之比暴雨前后变形&,!&(#,$$&"%,-’(&,-#&第一次大暴雨变形&%,!-,.(!,$"*,.&#,+(’,#第二次大暴雨变形#&,*&-,-($,+"&%,+&-,*(-,$第三次大暴雨变形&%,$*,#(!,+"’,#*(!,#—.&$— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$乌江渡水电站大黄崖变形边坡主滑轴线地质剖面图表!"%&大黄崖变形边坡变!点岩体变形与库水位骤降关系累计变形量月变率观测日期库水位总降深日最大变形观测日期观测时间骤降降深沉陷水平沉陷水平（年’月’日）（(）（(）（(）（年’月’日）（月）（)(）（((）（((）（((）%&$!’*’#+.,#’-%+%&$#’%#’%,+#*’/,#’!-,’,"%-’#.%$’.!"%’$,!’!.%&$!’,’%-.#.’!/%&$!’/’%%&$*’#’#!+%&$*’#’#%+.,/’.$+#!’%&-’&-%&$*’%-’%$.’&"%&’-#.’%"#’*%!’*!%&$*’*’%..!!’,&含暴雨叠加%&$*’%-’%,+.,&’&.+%&$*’%-’%$+!#’$/-’.-/’&"$’$&&’!#"%’#&%’!,%&$,’,’%*.#.’%%%&$,’,’%*从监测数据看出，大黄崖边坡变形特点是：%）崖顶变位最大，随高程降低，变位显著减小，至高程$/-(，沉陷月变率仅"-’-%*+"-’#!((。—*%$— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究!）崖顶"!后缘变#点水平位移量$%&倍于沉陷量，其余二者较接近。#）变形速率无明显变化，但遇大暴雨，库水位骤降则明显增大。’）各平洞中的沉陷变位随洞深增加而减小。监测和调查后认为，变形边坡的演变过程为：边坡下部煤系地层软弱，易风化剥蚀。第四纪以来，乌江急剧下切，软弱的煤系地层，坡脚被压缩沉陷，坡顶及中上部岩体产生拉裂。随时间推移，拉裂缝不断下延和加宽，被拉裂的上部岩体重心不断外移，沿下部软弱夹层产生剪应力，形成拉剪型的崩塌，目前，煤系地层的反倾向顺坡节理面尚未贯通。因此，在工程年限内，边坡只能产生崩塌破坏。为安全计采取削头减载处理措施，对高程(&)*以上的变形岩体减载’+万*#，处理后，变形明显减小，高程(!,*的-,&观测交通洞内的沉陷变位平均月变率从处理前的.)%!,/.$%(,**到处理后减小为.)%)!0/.)%!$**。变位值减小了一个数量级。（&）东风水电站进水口变形边坡。电站位于贵州省乌江支流的灰岩峡谷内，右岸地下厂房装机&$万12。右岸坡走向$$)3/$!)3，倾向45。岩层为厚层灰岩、白云质灰岩，夹连续分布厚)%&/$%&6*的软弱碳质页岩，走向&)3/0)3、倾向42，倾角$&3/!)3，为层状斜向结构边坡。边坡由两级陡崖构成，坡角+)3以上，二者之间是坡角#)3/#&3的斜坡。进水口座落在一级陡崖上部，长&$*，宽0&*，后缘高0)*。边墙采用垂直开挖边坡，其间设有三级施工马道，进水口建基面高程($+*，水库正常蓄水位(,)*。变形边坡后缘为7#’走向断层，侧向切割面为42向的溶蚀卸荷裂隙!!等，底部滑移面为碳质页岩夹层。进水口边坡于$(()年0月!日开始自上而下分层开挖，并随开挖及时喷锚支护，到$((!年初边坡成型。开挖过程中，先后安装’个钻孔倾斜仪，’只深孔多点位移计和测缝计监测边坡深部和表部位移情况。钻孔倾斜仪反映在孔深0)*左右出现位移突变，该部位相应为’号夹层的埋深，表明沿’号夹层出现位移。多点位移计也测得类似情况。与此同时，下游侧坡沿7’!断层及裂隙出现拉开，坡面混凝土喷层拉裂，随时间推移，靠临空面一侧的测缝计89:7.!显示闭合趋势，而靠后缘的89:7.$仍显示拉开，说明了后缘岩体向前挤压。上下游侧的深部变形差异，说明了变形稍带旋转。图#.!(为边坡地质剖面，表示了岩体以7’!作为后缘切割面，以’号夹层作为滑动面发生变形，侧向切割面为442的节理裂隙。（三）碎裂散体结构边坡$%岩体结构特征碎裂结构岩体主要为构造变动强烈—剧烈地区的断层影响带、压碎岩带、节理密集带或风化破碎岩体等，岩体中结构面十分发育，复杂多样，彼此交切，多短小无规则分布，岩体显得支离破碎，岩块间尚存在咬合力。散体结构岩体是指各种不同成因类型的松散堆积物及区域性断层破碎带等，岩体极度破碎，结构面高度密集，由碎屑泥质物夹大小不规则的岩块组成，岩体呈松散状。!%边坡稳定性碎裂散体结构边坡既不同于岩质结构边坡，也不同于土质结构边坡，而是介于岩石结—’$(— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$东风水电站引水洞进水口地质剖面图构和土质结构之间的复合结构。有其特殊性和复杂性，主要是结构体特征为不均一的弹塑性、塑性或松散体。边坡的变形破坏形式，一方面因岩体结构松散使其具有土的特征，而发生圆弧形滑动；另一方面，岩体中软弱结构面的存在与组合仍控制岩体的变形方式，边坡稳定往往受此双重特征中最不利因素所控制。此外，边坡的稳定性受水的影响特别显著。!%典型实例（&）鲁布革水电站发耐滑坡。鲁布革水电站位于云贵两省交界的黄泥河上发耐滑坡为一散体结构的堆积体滑坡，滑坡位于水库左岸，距坝址&’()#%&*+，边坡高度&(,+，坡角#(-).(-。滑坡体方量#/,万+!，滑体垂直深度一般为#,)!,+，最深约.$+，滑面呈弧形。滑坡大部分由崩塌堆积的松散大岩块、块石、碎石及块（碎）石质黏土或壤土组成，少部分为不均一层状碎裂结构的砂岩、页岩夹煤，岩体硬软混杂，破碎松散。滑坡地带主要为裂隙含水层，表部堆积层结构松散，透水性好，不含水，降雨及地表水通过堆积体下渗，向河床排泄，见图!"!,。&$0$年开始，施工单位在此坡体上兴建生活住宅和公路，至&$1!年雨季，阶地前缘首先出现张开裂缝，地表水入渗后，山坡有变形迹象；&$11年&&月水库下闸蓄水，随着库水位升高，边坡出现新裂缝，当库水位升高!(+时，发生了里氏#%$—.#,— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究级水库诱发地震，裂缝发展并贯通，形成滑坡后缘；!"月!#日又发生里氏$%!级诱发地震，滑坡范围内出现大量裂缝，多处产生塌陷，滑坡已形成；!&’&年(月至)月旱季，滑体水平位移一般$*)++,-，垂直位移一般(*#++,-；.月至&月雨季，滑体变位明显加快，水平位移一般为!/*")++,-，垂直位移一般!)*$/++,-，房屋地基开裂，公路边坡变形加剧，部分地段形成鼓包，前缘陡坡段坍塌严重；!/月以后的枯水季节，变形又显著减小，水平位移一般为/0"*/%)++,-，垂直位移一般为/%$*/%#++,-。因此，边坡的变形与降雨、水库水位升高引起地下水位变化及地震等因素的影响直接相关。一方面，水库水位升高，坡脚岩体被库水淹没，减少了阻滑体的重量，降雨的下渗，使松散岩土体饱水，增加了下滑体的重量；另一方面，滑动面受雨水和库水浸泡后，力学指标显著降低，加上地震的惯性力，综合影响致使边坡变形。图$1$/鲁布革水电站发耐滑坡地质剖面图!—冲积砂卵砾石；"—砂岩、页岩夹泥灰岩及煤；$—崩塌堆和块碎石及砾质土；(—滑坡滑床；)—滑坡体块石、碎石及砾质土；.—滑坡裂缝；#—砂岩、页岩及灰岩（"）其他实例。尚有黄河拉西瓦水电站!号变形体；天生桥二级水电站的2号滑坡和芭蕉林古滑坡以及长江三峡库区的刘家屋场滑坡、碗米坡水电站的黄土坡滑坡等。四、边坡勘测技术方法（一）遥感技术在库岸调查中的应用遥感可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感三类。我国水利水电系统应用遥感技术起步较晚，但也做了不少工作，在库岸稳定性调查中，主要使用的是航空遥感。三峡、二滩、龙滩等大型水利水电工程都先后开展了此项工作，其中以三峡工程的工作最为深入，—("!— 第二篇水利水电工程地质构造研究自!"世纪#"年代至$"年代进行过近%"次黑白片和彩红外片航摄，利用航空遥感图像，重点解译库岸及两岸!&’()范围内已发生的崩塌、滑坡及危岩体、危岩裂缝，对其中规模较大的约#"处进行了实地校核，对几个主要的崩塌滑坡体，应用计算机图像处理系统作不同时段航片的叠加，以及定向滤波、光学增强等处理，最终提出库岸稳定性分析—航空遥感图像研究报告。经数次调查，特别是应用了%*+""""和%*’""""多种航空遥感图像的地质解译，在水库两岸各!&’()宽的范围，共发现崩塌滑坡体,$处，其中干流-+处、支流有!!处。经实地校核、验证，干流-+处中，规模大于%""万)’的崩塌滑坡体共有’’处。进一步工作还发现了大型滑坡集中分布在红层内的褶皱收敛部位或向斜的扬起端，剪出口多与!、"级阶地和现代河水位相适应，从而为评价库岸稳定现状和蓄水后稳定性变化提供了有力的论据。成都勘测设计研究院与中国科学院合作研究二滩水库滑坡，使用彩红外航片解译，绘制了%*#"""""滑坡分布图。天津勘测设计研究院在潘家口水库使用彩红外航片，解译出,处过去未发现的滑坡体。北京勘测设计研究院与西北勘测设计研究院协作，使用彩红外航片解译拉西瓦库岸的滑坡、变形体、松动体和崩塌体，绘制了%*%""""库岸稳定解译图。中南勘测设计研究院与中国科学院合作，取得了龙滩库区%*!的彩红外航空遥感图像，对库岸进行工程地质分区，编制了%*%"""""’#"""共%.$万()万库岸边坡稳定性分区图并进行了评价。（二）地震法及层析成像技术的应用常规的浅层折射法不能鉴别较完整、地震波传播速度较高岩体以下的软弱破碎带或滑动带，因此在探测滑坡时多使用浅层反射法。“八五”期间通过对水平多层介质和一个倾斜界面的反射解析的研究以及各种波的人工地震记录合成，指导了对反射波识别、最佳窗口选择、观测系统设计及资料处理解释；发展了纵波和横波反射的综合运用，从而可以验证、提高勘探精度，同时还可以提供弹性模量、剪切模量及泊松比等动力学参数，扩大了浅层反射的应用范围；对横波震源技术取得了进展，使激发能量和勘探深度有所增加，在锦屏电站的三滩坝址蠕变体内，使用钉钯震源，探测深度最大可达$")；在数据处理研究方面，针对浅层反射数据处理特点，即水平方向速度变化大，垂直方向速度倒转，静校正量和剩余静校正量较大，浅层动校拉伸大，有效波与干扰波、有效波组与干扰波组之间相互干涉，信噪比低等特点，开发了//0及///12浅层反射数据处理系统；在实际应用方面，对锦屏电站水文站坝址滑坡体的地震勘探中，利用浅层反射法，区分出平均波速分别为,-"&$"")34、%,""&%$"")34和’""")34的三个速度层，划分出坡积物（厚%!&’")）、滑体（厚!"&+")）和滑面，根据同相轴变化判断滑面产状突变。在开展浅层反射的同时，还采用了多重观测折射分层的工作方法，两者综合运用，互为补充，取得了明显的地质效果，在锦屏电站三滩坝址蠕变岩体的地震勘探中，由于采用了钉钯震源，获得了较完整的纵波和横波反射资料，横波获得率在5"6以上。采用浅层反射与折射法也取得良好效果，地震勘探成果提出蠕变体后缘深度为-"&+")，经钻探证实为+%)，具有较高的可信度。地震射线（穿透）层析成像方法是测定钻孔、平洞及钻孔与平洞间岩体纵横波速，通过反演计算，圈定岩体速度异常带。图’1’%为水利部长江委员会在构皮滩坝址利用弯曲射线成像方法处理，反演得出波速等值线图与色块图。反演成像单元为!.-)7!.-)。图中显示出由卸荷和溶蚀形成的低速异常带范围及分布方向。—#!!— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"!#构皮滩$%&"$#’剖面()波速等值线图“八五”期间，水利部长江水利委员会与中南勘测设计研究院共同合作，利用地面反射资料，借助()原理，根据射线的几何光学特征，反演了地下介质速度分布及界面，取得较满意的速度剖面。这一方法使得()技术不仅仅局限在钻孔、平洞间，在地面上同样可开展工作；使得地震层析成像技术不仅可以用透射波进行反演，还可利用反射波资料进行反演，为今后利用反射波和透射波资料联合反演奠定了基础。图!"!%和图!"!!为三板溪水电站库区边坡变形岩体的地震反射成像成果和验证对比。结果表明反射成像法与其他方法所得结果基本吻合，表明该方法可行。成图系统已完成了程序编制工作，可将()计算结果纳入图像处理系统，进行滤波信号增强、边缘检测、伪彩色等，同时还可以完成常规的成图，如等值线图、色块图、灰度图及立体图等。（三）滑面（带）取芯技术我国在“六五”和“七五”期间，先后研究和开发了覆盖层、松散地层的钻探取芯技术，“八五”期间，结合锦屏一、二级电站勘察工作，进一步将这一取芯技术完善配套，形成体系，并开始应用在滑面（带）钻探中。滑动面（带）一般沿受构造作用破坏或扰动的软弱夹层（带）发育，经过重力变形后，岩石组织结构进一步受到破坏，常形成岩石碎块、碎屑夹泥的软弱带，其颗粒组成大小、软硬、黏结与密实程度很不均一，有时甚至出现架空情况，常规的钻探技术难以取出岩芯，给地质分析判断带来极大困难。国家电力公司成都勘测设计研究院研制*+无固相冲洗液，使取芯技术获得了新的突破，不仅采取率有较大的提高，由过去的,&-以下提高到.&-以上，而且可以取出近似原状样。这一技术的要点是利用植物胶类冲洗液在岩芯表面包裹一层黏弹性胶膜，起到隔离—/%!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"!#三板溪水电站库区边坡变形岩体的地震反射成像法$%剖面成果图图!"!!三板溪水电站库区边坡变形岩体$%剖面各种方法处理结果对比图作用，减少冲洗液中的水分浸入岩芯，同时这层膜具有一定的黏弹性和强度，又具有较好的润滑性，起到减轻钻具对岩芯的机械破坏作用；其次是采用与之相配套的$&系列金刚石钻具，这种钻具具有双管单动结构，内管磨光，设有单向阀，单动及抗堵塞性能好，对复杂地层有较强的适应性。这一技术已先后用于锦屏一级电站滑坡勘察，取得了良好效果。此外，国家电力公司—’#’— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究中南勘测设计研究院曾利用绳索取芯技术，在酉水的碗米坡电站，顺利地钻进厚度!"余米的滑坡堆积物，成功地确定了滑坡底面。滑面（带）取芯的另一关键问题是定向岩芯的采取技术，曾利用机械或岩芯定向装置在斜孔内采取定向岩芯，研究了小浪底工程的坝基构造和三峡左岸厂房坝段缓倾角裂隙的产状，取得一定的效果，但使用有局限性，要求岩芯连续采取，且只适用于斜孔。“八五”期间，由国家电力公司组织研制成#$%&’型岩芯定向器、#()&’岩芯复位测量仪。岩芯定向器和岩芯复位测量仪系配套使用，前者利用*"级水力涡轮动力钻眼器及安装在防磁钻杆内的定向测量仪，通过在孔底岩芯顶面钻出标记眼，并同步测量标记眼的方位而实现岩芯定向，适用孔深为*""+以内、顶角为",-.",的钻孔，定向精度方位角/!,，顶角/"0.,。在岩芯复位实测装置上，可使岩芯恢复至原位状态，并借助安置其上的罗盘，直接读出产状。这一技术较之传统方法有了改进，不仅适用于垂直孔，且无须用三孔定向，可节省*12的工作量，但也只适用于完整和微裂隙岩体内，在锦屏一级、紫坪铺及桐子林三个工程都取得了合格的样品。（四）钻孔彩色电视孔壁成像系统由于定向岩芯采取技术的局限性，又出于成本考虑，所以在勘察结构面产状时，我国的水电工程多使用包括钻孔摄影和钻孔黑白或彩色电视的测井技术，也都取得较好效果。由于摄像镜头视场角为2.,左右，全孔壁图像需’’幅才能构成。“八五”期间长江水利委员会又研制成的钻孔彩色电视孔壁成像系统技术有新的突破，实现对孔壁的全面观察。其关键技术是：（’）采用!.,光学锥形镜摄取孔壁23",图像，经变形图像归正处理，实现全柱面一次观察成像。（*）采用深度自动控制采集图像和拼接图像，使孔壁图像连续展开，自动拼接，实现了井下自动化摄像。（2）球形方位指示罗盘的研制成功，为钻孔电视的应用从垂直孔扩大到可用于斜孔和水平孔。这一系统技术先进，自动化程度较高，效果直观，准确可靠，提高了勘测精度和速度。在三峡工程的厂房坝段勘探中取得良好的效果。（五）岩质高边坡快速摄像成图技术对工程开挖的边坡进行地质素描是边坡工程的基本工作，为边坡优化设计提供必不可少的地质资料。*"世纪4"年代以前，边坡地质素描主要采用人工方法，效率低、精度差，大量的地质信息难以全面收集反映，更存在高陡边坡攀登的困难。4"年代中，根据摄影测量基本原理和计算机应用技术，形成新的地质编录方法，即摄像、计算机图像处理和计算机成图，目前已完成了便携式黑白地质素描成图系统、现场工作站彩色地质素描成图系统和车载实时机动彩色地质素描系统等三种不同配置的技术装备；基于开挖边坡一般表面起伏不大，可使物方坐标和像方坐标间的联系按平面问题处理，同时考虑连续摄像，在控制点布设与测量、摄像方法、图像处理等方面有所创新。这一技术已在三峡工程船闸边坡地质编录中应用，经检验，在坡高."+以下的长、陡边坡中是成功的，工作效率已达—!*.— 第二篇水利水电工程地质构造研究!""#$%&左右，精度误差一般在$"##内，满足地质素描精度要求。（六）裂隙网络生成与连通率计算边坡稳定性勘察中首先遇到两个问题，一是可能变形失稳岩体的边界确定，二是潜在滑面力学参数的选定。解决这两个问题的关键是潜在滑面的形态、连续性与性状的研究。对于由特定的软弱结构面，例如断层、层间错动或软弱夹层构成的潜在滑面，这两个问题不难解决，但对于一些由不连续的节理裂隙等组成的滑面，常规方法难以解决。须研究不连续的节理裂隙沿可能滑动方向或沿理论上最危险滑动方向上的连通率。连通率的定义为岩体沿某一剪切方向发生剪切破坏所形成的路径中节理面所占的比例，即!’!"#（!)*）!"#(!$%$式中!"#———沿剪切路径节理面的总长度；!$%$———沿剪切路径岩桥的总长度。连通率的确定通常利用天然或人工露头（如平洞、槽壁、井壁），沿一选定的测线进行统计。+,-.年，首先在三峡工程采用二维裂隙网络模拟，随后，相继在漫湾、龙滩、小湾和李家峡等工程开展这一工作，见表!)$"所示。表!)$"结构面网络模拟理论在工程中的应用测线结构面网络模拟工程名称工程描述工程地质成果应用总数总数成果碳酸盐沉积思林水碾压混线连通率、面边坡倾倒分析、为主，地层产状+"""$."""电站（贵州凝土重力连通率、抗剪强滑坡稳定分析、楔为/*"01%/2余条条省乌江）坝度指标体分析"3"0砂岩为主，砂碾压混龙滩水岩、粉砂岩、泥凝土重力+"""3"""连通率、强度左岸进水口边电站（广西板岩互层夹少坝，坝高多米条参数坡倾倒稳定分析红水河）量灰岩的层状$+45.#岩体三峡.闸室基岩为三峡船级永久性闪云斜长花岗确定连通率船闸边坡稳定——闸边坡船闸，位于岩，中间穿插不和强度参数性分析左岸同岩脉李家峡混凝土前震旦系变确定连通率边坡稳定分析、水电站（黄双曲拱坝，质岩，岩体中结3-条4-""条和强度参数楔体稳定分析河中游）坝高+4.#构面发育—*$4— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究测线结构面网络模拟工程名称工程描述工程地质成果应用总数总数成果强风化至新大型水小湾水鲜花岗岩，岩体左岸下游边坡、电开发工确定连通率电站（云南经历多次应力$%%条$&’(’条厂房进水口边坡程，!"!#高和强度参数省澜沧江）释放，断裂较发稳定分析拱坝育漫湾水左岸山体为重力坝确定连通率电站（云南流纹质熔凝灰$"条$&$%条左岸滑坡分析坝高$&!#和强度参数省澜沧江）岩，节理密集根据这些实测资料，建立结构面几何参数的概率统计模型，进而应用蒙特卡洛方法，在计算机上求出表征结构面分布特征的裂隙网络图像。然后选定一个剪切方向)，以)为轴，确定一个长为*、宽为+的剪切带，将这个带中的结构面进行投影统计，得出沿三个方向的连通率。剪切带的宽度对连通率大小有影响，随宽度增大而增加。经检验，当剪切带宽度大于!,!-(倍节理间距时，连通率将趋于一稳定值。在连通率问题上，还注意到了在网络图像上搜索确定最短途径时，引进了动态规划中的逆序搜索方法，以保证精度。第三节边坡岩体稳定性分析评价一、国内边坡岩体稳定性分析现状边坡岩体稳定性分析方法很多，有工程地质类比法、极限平衡分析法、应力应变分析法、模型试验法等，这些方法在我国水电工程边坡岩体稳定性研究中得到了广泛应用，并根据各类边坡的实际情况作了部分改进。表&.!$为我国一些大中型水电工程岩质边坡稳定性分析所采用的方法。综观这些分析研究成果，可以看到我国水电工程中岩质边坡稳定性分析有如下特点：!极限平衡分析作为最基本、最简易的方法在多个边坡工程中得到了广泛应用，其分析结果通常作为设计依据；"重要的工程边坡常以多种方法综合研究，相互验证；#应力应变分析法、模型试验法除具有评价边坡的天然稳定性外，更具有了解各类工程治理加固措施的作用和有效性。—%!/— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"#$国内部分水电工程边坡岩体稳定性分析方法极限平衡法二维有三维有模型边坡名称离散元平面滑动楔体倾倒溃屈限元限元试验五强溪水电站船闸边坡!!!!!!三峡工程船闸边坡!!!!!龙滩水电站左岸蠕变体!!!!!!天生桥二级水电站厂房高边坡!!!!!!东风水电站厂房进水口!!!碗米坡水电站黄土坡滑坡!小浪底工程泄水建筑物出口边坡!!二、不同岩体结构边坡的稳定性分析方法岩质边坡的类型有块状结构、层状结构、碎裂结构和散体结构，相应各类边坡岩体的变形破坏机制有平面滑动、弧形滑动、块体或楔体滑动、倾倒、溃屈等，与此相应各有不同的稳定性分析方法。$%极限平衡分析极限平衡分析是我国目前应用最简易、最成熟、最广泛的边坡稳定性分析方法。即假定滑坡体为刚体，本身不产生变形且可传递应力，故只需研究滑动面的受力状况和滑面强度，无需涉及坡体内部应力状态。极限平衡分析的准确性取决于边坡地质结构分析、潜在滑移面的确定以及滑面力学参数和所受荷载的拟定。根据不同坡体的变形破坏条件，极限平衡分析也形成了圆弧滑动、单滑面滑动、楔体、倾倒等多种变形破坏机制下的分析方法。在我国水电工程建设中，对由&%’%萨尔玛（&%’%&()*(）于$+,+年提出的萨尔玛法和古德曼（-../*(0）与布雷（1)(2）于$+,3年提出的倾倒分析方法作了改进。陈祖煜等对萨尔玛法的改进主要是将萨尔玛法的静力平衡方程转化为微分方程，通过求微分方程的闭合解得到安全系数，而且还开发了最优化程序，具有自动搜索最小安全系数和临界滑动面的功能。古德曼和布雷（$+,3）提出的倾倒稳定分析方法，对条块的几何条件作了许多简化：!假定岩柱底完全连通，且只有摩擦力。实际上岩柱底是节理和岩桥共同作用，使岩柱产生对岩块倾倒和滑动的抵抗力和力矩，显然将底滑面的连通率视为$445，会得出过于保守的计算结果。"-"1模型将坡脚第一岩柱所需外力作为衡量边坡稳定的标准，实际应用时，需将计算结果转换为安全系数。#模型假定条块为矩形，实际情况往往是两组非正交结构面构成的岩块。如龙滩左岸进水口边坡，其反倾向的层面倾角为346，另一组顺坡向节理倾角也是346，故实际岩块为一个夹角$#46的梯形条块。结合龙滩边坡工程的研究，陈祖煜等对-"1模型倾倒分析方法进行了重要的改进：!安全系数采用和萨尔玛法一样的定义，体积力系数$也是如此。"计入节理连通率，在—8#7— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究改进的方法中考虑滑面上岩桥的作用，岩桥抵抗剪切和倾倒的弯矩计入静力平衡方程中。!考虑了底面和侧面不正交的一般情况。对某一条块，根据力的平衡条件，计算侧面作用力的方程是分别基于滑动块和倾倒块建立静力和力矩平衡方程。如图!"!#（$）和图!"!#（%），条块右侧的法向力!&，可以由最后一个倾倒块的!’确定。!&("!’)#)!$%（!"*）式中!&、!’———分别为右侧、左侧面作用力；"、#、%分别为系数。对滑动岩柱，令&(+,-（"&)"%）-.+"&（!"/）-.+"%+,-（"’)"%）则"(（!"0）&#’-12（"%"$）"!$#’+,-（"%"$）)%#(+,-"%))$+,-（$"")%）#(&（!"3）#’+,-（"%"$）%(（!"4）&式中"%、"’、"&———分别为底面和岩块左右侧面的摩擦角；———作用在条块上的水平地震力。!$#’对倾倒岩块，有#(&-12（"&"’）&(*&)+)"#(5$2"&+,-’)(-12’（!"’6）!+,-"&#(&-12（"’"’）*’)!+,-"’"(（!"’’）&’’77’)$[*$"!#(&-12（$)%）]/(5#(&"#’（,8)!#(&+,-$）#())!$%&&（!"’7）’#’,(9"#(&-12$)!%(（!"’!）&式中+———台阶高度，:；———底裂面和反倾向侧面法线方向的夹角，（-）’,;、,9———条块重心距<点的=和>方向的距离，:。根据第一条块的?’和最后一个条块的?.为零的条件可以确定安全系数@和水平体积力系数。"7A溃屈破坏分析当顺向坡岩层厚度较薄、边坡高度大时，在坡脚有一层或几层岩层向外鼓起，与下伏岩层脱开、弯曲折断，继续发展造成其上岩体滑动。显然，溃屈破坏与岩层单层厚度、坡高、软弱夹层性状与地下水的作用等有关。—#74— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"!#倾倒边坡的破坏形式与岩块受力分析（$）倾倒边坡破坏示意；（%）滑动块受力；（&）倾倒块受力溃屈破坏的分析采用梁板原理，属于一层或几层岩体轴压稳定问题。长度为!的板的溃屈破坏极限荷载，为)#!#$%*+,""&’()"!（!"-#）!)式中#———岩体弹性模量，./$；!$———岩板极惯性矩，单宽取值为&’-)，&为岩板厚度，0；—#!1— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究!———弯曲段坡长，!。在自重作用下产生溃屈破坏时，板柱的极限长度为%&!’"#!"#$（%+,-）!$()*"式中符号意义同前。!"#与%之间的关系式为%’"%’!"#$!（%+,.）!%&()*"计算表明天生桥二级电站厂房边坡在自重作用不产生溃屈条件为当岩板厚度大于/0&!时，单级坡长可达&,!；板厚/0.!时，单级坡长可达&.01!。显然岩板厚度与极限坡长有密切关系。地下水在边坡中的渗流异常复杂，难以解析计算，可以假定层间由地下水充满，且受岩板封闭，此时只考虑岩板受静水压力作用’2$#2(·)（%+,3）式中)———地下水深度，!。图%+%-为某边坡溃屈破坏示意图，在地下水作用下轴向压力为图%+%-溃屈岩体受力平衡条件示意图’$（!+,）·｛$()*"+［$"4("+#2(·（!+,）()*"*’］·56*$72++72｝（%+,1）式中———水的密度，89"!%；#2$72———滑动面饱水条件下内摩擦角，（,）；+72———滑动面饱水条件下黏聚力，:;6。%0应力应变分析极限平衡分析假定滑坡体为刚体，研究的主要对象为滑动面的力与强度的关系。实际上，岩体为十分复杂的各向异性、非均质体，岩体的变形破坏方式也十分复杂，边坡岩体内部结构的变形对判断边坡的稳定有重要作用，显然仅考虑滑动面情况的极限平衡分析对滑面复杂、结构复杂、结构面不连续的边坡稳定分析有一定的局限性。此外，极限平衡—&%,— 第二篇水利水电工程地质构造研究分析不能很好的考虑边坡加固处理措施如抗滑桩、锚索等详细作用机理和局部应力状态，对重大的工程边坡而言仅用极限平衡分析是不够的，有限单元法、离散元法则可以满意地解决这些问题。依据边坡的复杂程度和工程重要性，可采用二维或三维有限元进行分析，多数工程二维分析即能满足要求。通过有限元分析可以得出边坡应力分布、塑性区分布和位移。此外，通过计算参数和条件的改变，如改变力学参数、开挖坡型、坡角、处理方案和地下水等，寻找影响边坡岩体稳定的敏感因素，优化边坡开挖处理。!"边坡稳定分析的模型试验法通过模型试验研究，可以了解在特定边坡岩体结构和开挖、治理条件下，边坡岩体变形与破坏机制、变形的大致部位和危害程度。试验方法主要有块体结构模型试验、底面摩擦试验和离心模型试验。块体结构模型试验依据相似性原理，该模型侧重于岩体材料的模拟，模型与原型的几何尺寸、强度、物理性质应比例相似，砌块间的摩擦系数应和天然结构面的摩擦系数一致，其主要目的是研究施工荷载作用下的边坡岩体变形机制，耗资较大，常用于大型重要的工程边坡。底面摩擦试验是一种简单的块体结构试验，将边坡岩体砌于活动皮带上，移动皮带观察块体的变形，主要侧重于边坡变形破坏机制的了解，价格低廉，易于应用。离心模型试验不仅保证了原型与模型的相似性，还保证了两者体力与应力相似性，真实地反映了原型结构的工作状态。其突出的特点是试验条件复杂，模型制作困难，需要大型离心试验机等，因此价格高、试验复杂，仅用于重要的大型工程边坡。#"边坡地质结构分析手段的现代化针对边坡分析时绘制地质剖面的需要，研究了建立三维空间地质模型的方法，在空间计算域内任意指定剖面线上，依据实测资料，由计算机自动绘制地质剖面图。实测资料包括地表、松散地层、风化带、地层界线、断层面、地下水面、滑动面、指定开挖边坡面等。程序可根据不同类型的数据，将它们拟合成不同类型的空间曲面函数，其中断层面、开挖面为空间平面，地层界面为空间多值曲面，其余为空间单值曲面。当断层切割地层时，拟合地层曲面沿断层面可产生局部间断，从而在剖面上表现出断层断距。利用三维地质模型，结合节理统计资料，可以进行三维节理网络分析，为岩体力学计算提供前处理手段。有关计算机制图中的具体细节不在此作详细说明。三、典型岩质边坡岩体稳定性分析$"龙滩水电站高边坡岩体稳定性分析龙滩水电站左岸地下厂房进水口紧靠已产生弯曲倾倒变形的反倾层状结构岩体，进水口边坡开挖后，形成长约%&&’，最大坡高%(&’的倾倒边坡。该变形体在平面上可划分为相对独立的)区（包括)$、)(、)%小区）和*区（包括+$、*(、*%小区），见图%,%-。（$）倾倒变形体*区边坡稳定性分析。地质勘察表明，*区为已产生倾倒变形的自然边坡。对该区边坡岩体在天然和蓄水过程中的稳定性，需进行综合研究，分别开展了刚体极限平衡、非线性有限元、动静力离散元计算。$）萨尔玛法计算。选取变形体的*,*、.,.剖面计算，结果表明：*区天然状态下整体稳定，蓄水位达%(&’时，!/最小；地震时边坡处于临界状态。分布于高程!!&0!1&’—!%(— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"!#龙滩水电站左岸倾倒变形体与地下厂房进水口地质平面图的$’()’*层厚层砂岩，承担了上部岩层向下的倾倒力，而高程+,,)++,-岩层则出现压%&应力低谷，表明上部边坡岩体的开挖对下部边坡岩体状态改善不明显。排水条件下整体安全系数普遍提高,.,(),.’%(，压脚处理对安全系数仅提高,.,%，效果不明显，但对位于—+!!— 第二篇水利水电工程地质构造研究坡脚的!"、!#区的安全系数可提高$%#&’$%(&。分区计算表明，!"区稳定性最差，故保持坡脚稳定对边坡至关重要。#）三维块体计算。采用空间多块体等!法，!"区在水库蓄水前后和减载处理后的安全系数列于表)*##。表)*##!"区滑体稳定安全系数成果表处理方案未处理抗剪塞处理减载处理安全系数!"!#!"!#!"!#天然状况"%",-"%$.)"%)$&"%##&$%000（"-）#&$"/$("$%0&,"%##)"%",$"%$-&（"-）库"%$"(（#(）水$%00)（#.）位)#$$%0($$%..)"%",("%$.."%$$&（#.）"%$#(（(.）（+）)&,$%0.$$%0(&"%#(."%"&0"%##&（#.）"%"(&（#.）($$$%00$$%0,."%#&""%"00"%"$)（"-）"%$),（"-）"%抗剪塞处理为在高程)$$’)-$+，对底滑面采用洞挖回填混凝土，使底滑面1值提高到备$%(,，"值提高到$%",234。注#%减载处理为从高程)$$+以上削坡，（）内数据为减载量，单位：万+)。)%!"为自重5地下水工况下的安全系数，!#为自重5地下水5地震工况下的安全系数表)*#)!区边坡稳定安全系数表#，"荷载类型低值中值备注!)"!)#6)"6)#静力法!7$%"8"%$#"%$)"%$0"%"#$/"8"%$""%$#"%$&"%$.拟静力$%#89"%$9"%$9"%$"%$!)"表示!"区滑坡稳定:;—<:=>?@$%"8"%$""%$""%$0"%$0安全系数；!)#表示!区地震$%#8"%$$"%$$"%$0"%$0整体稳定安全系数龙滩人工$%"8"%$""%$""%$0"%$0地震$%#8"%$""%$""%$0"%$0)）非线性有限元计算。采用非线性有限元法计算着重了解边坡岩体细部力学特性、地震、施工荷载的影响。分析表明，坡脚!区稳定性差，边坡中部受>",’"&层砂岩阻隔，使"#A边坡上部岩体稳定性相对较好，地震荷载对边坡稳定性影响大；削坡减载、对折断面用抗—()(— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究剪塞加固对提高边坡岩体稳定性作用不明显，且削坡减载恶化了边坡应力状态。!）动静力离散元分析。用离散元方法分别对"区进行了静力、动力、拟静力分析，计算成果列于表#$%#。静力分析表明，边坡在自然状态、蓄水至高程!&&’的条件下基本上是稳定的，在设计地震荷载下，也是满足稳定要求的。超载地震（&(%)）作用下，静力分析表明"*区失稳，其余部分处于临界状态；动力分析表明，边坡有较强的超载能力，边坡的破坏首先自坡脚"*区开始，向上引起连锁反应，导致边坡整体破坏。（%）倾倒变形体+区稳定性分析。+区边坡稳定性相对较弱，不会产生整体式滑动，+区的分析计算主要针对+*区进行，分析结果列于表#$%!。表#$%!离散元法分析边坡稳定安全系数成果表引水洞未开挖引水洞开挖后项目备注!,!!，!!,&(-!!!,&(.!方法!%(*.%(&-%(&.*(静力计算方法!和动力静力方开挖坡*(/&0%(&&计算地下水荷载按浮容重计计算法（水库未蓄水），安全系数为单"开挖坡锚固后%(110#(-!元间实际强度值与系统处于临界状态强度值之比。人工地震%(&#%(静力计算方法"，地下水荷载按渗流体积力施加，安全动拟静力法%(&#系数",234（"5#）·672#，#为力计斜坡坡角234",#$%#，#$为水算锚固后人工地震#(*-平超载加速度，#为重力加速度锚固后拟静力法#(*-计算成果表明，在考虑地震和水荷载等不利因素下，边坡不存在整体滑动问题，但坡面上可能会发生一些由小断层和节理相互组合构成的高约#0/’的小楔体破坏。非线性有限元分析成果，开挖后+区边坡的应力、位移、塑性区分布较未开挖前的自然边坡有明显改善，但沿主要断层面，离开挖面一定深度内仍有拉应力存在。（#）进水口反倾向层状结构开挖边坡稳定性分析。进水口开挖边坡岩体稳定性采用刚体极限平衡抗滑、抗倾倒分析，平面非线性有限元和三维线弹性、弹塑性有限元分析，离心模型试验等多种手段进行研究，其成果主要有：*）刚体极限平衡抗滑分析。计算表明，边坡整体抗滑稳定性安全裕度高，即使按最不利参数计算"8,&(1，只需加*&&&&9:;’的锚固力就可使边坡稳定。%）<$"模型抗倾分析。抗倾分析底裂面考虑了两种形式，见图#$#=。其一为顺坡向优势节理和有限元分析边坡拉应力最大影响深度所确定的坡角为.&>的直线型底裂面；另一种裂面则是在直线型裂面的基础上，利用离心试验成果和最大倾倒折断深度所确定的双折线底裂面。分析表明，按离心模型试验验证的双折线体型计算，边坡整体稳定，但—!#.— 第二篇水利水电工程地质构造研究陡坡段!"#$%&层抗倾安全裕度低。按节理连通率（保守情况"(()）估计，维持边坡稳定所%’必须的支护力为"*"*$+&,,-./0。图&1&2龙滩水电站地下厂房进水口开挖边坡抗倾分析模型图（3）双折线底裂面；（’）直线底裂面&）平面非线性、三维线弹性和弹塑性有限元分析。有限元分析成果表明，陡坡段离洞室段近，拉应力值较大，最大值达"4(563；在洞室附近，边坡拉应力与洞室顶拱拉应力成片分布，坡脚和洞间岩柱有压应力集中现象；边坡屈服区集中在边坡浅表层与洞室之间区域，这说明加强边坡区断层附近岩体的处理有利于边坡稳定。三维线弹性、弹塑性分析成果规律近似，边坡变形以弹性为主，整体稳定性好，说明对边坡合理支护，尤其是对陡坡段的支护对保持边坡稳定极为重要。,）离散元动静力分析。以#号机开挖剖面为例，进行了离散元动静力分析，引水洞开挖后恶化了边坡状态，安全系数降低*)，但预应力锚固后，边坡稳定性显著提高，超载破坏时，破坏区域也集中在引水洞附近和陡坡段，故这一区域为加固的重点地段。*）边坡二维、三维离心物理模型试验。离心模型试验可以包含大体积模型，因此可以模拟重要的深层滑动和折线型滑动。首先采用模型试验与计算对比，模型的材料为石膏，见图&1&7和图&1&#，其中图&1&#包含锚索，石膏侧面贴有裂缝片。试验时，当离心加速度为278和"(78时，发生倾倒破坏，锚索拔出。破坏方式为坡脚的最后块滑动，边坡上部的&块保持稳定。有锚索时裂缝片的测试结果与计算结果相符。然后将龙滩水电站地下厂房2号机组进水口边坡，按"9*((制作模型进行试验研究。模型按坡脚有支撑和无支撑（直立边坡）考虑。试验表明，坡脚有支撑者在"*(8重力加速度时边坡未发生整体倾倒破坏，但坡脚处多数岩块沿节理处有裂缝，且裂缝与节理有贯通破坏的趋势。坡脚无支撑模型在"&(8离心加速度下发生整体破坏，形成深层贯穿破坏面，构成双折线型台阶滑面。—,&+— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"!#不带锚杆模型边坡$%东风水电站进水口边坡稳定分析图!"!&带锚杆的模型边坡边坡岩体由三叠系下统永宁镇组’("!"((",厚层、中厚层灰岩、白云质灰岩夹薄层()*+’()*灰岩组成，其中有连续分布、厚约-%.+(%./0的软弱夹层（编号为1$2、1!2、132、1.2、43、4(!），夹层充填物为黄色黏土矿物、灰黑色炭质薄膜与岩屑、方解石脉。边坡区岩层属单斜地层，岩层走向.-5+,-5，倾向67，倾角(.5+$-5。引水洞进水口边坡8"89开挖剖面如前图!"$&所示。为了研究边坡在蓄水状态下岩体稳定性，选取边坡区多条剖面，考虑边坡内优势结构面，采用全空间赤平投影分析、块体稳定分析方法、快速拉格朗日变换（8:;<）、非线性有限元等多种方法进行了计算分析。（(）块体稳定分析计算。进水口开挖边坡受83$、陡倾角裂隙:(+:((及倾向河床偏上游、倾角(.5+$-5软弱夹层的相互切割，形成多个块体。水库蓄水后，软弱结构面强度降低，会导致局部块体失稳，需进行块体稳定分析。(）全空间赤平投影法定性分析。地质勘察表明，进水口边坡有五种优势结构面：!%产状为6,.5=>?=!@.5；"%产状为6!(-57>6=或?7!#-5+#.5；#%产状为6(.5=>771,5；$%产状为6,35=>671$.5；—3!@— 第二篇水利水电工程地质构造研究!!产状为"##$%&"’()*$（夹层）。由上述#组结构面可以作出全空间赤平投影图，从而找出可移动块体的各种组合及其与进水口边坡的关系，见表+,-#，进水口边坡、陡倾角裂隙组合交线均指向山里，块体稳定性较好；进水口开挖区上游边墙、陡倾角裂隙组合而成的块体，其交线倾角大，指向临空面，开挖时采用分层开挖及时支护，仅局部失稳；下游边墙以层面、缓倾角裂隙为底滑面，与其他陡倾角结构面组合，以河床和基坑为临空面，形成较多可移动块体，开挖过程中沿./-、01裂隙出现拉裂变形，进行锚固和减载后趋于稳定。表+,-#全空间赤平投影分析成果表!交线产状出现可移动块体部位块体结构面的组合倾伏向倾伏角上游边墙里边墙下游边墙（)）、（-）)23$*3$4（)）、（+）)#+$5#$4（-）、（+）32$53$4（-）、（#）+)-$)#$44（-）、（/）+)/$-#$44（+）、（#）)*$)2$44（+）、（/）)1$)1$44!据中南勘测设计研究院资料。-）特定可滑移块体的稳定性分析。利用块体理论计算程序，对进水口边坡下游边墙下部、进水口前缘的以（/）号夹层为底滑面的))个块体的)*种组合滑动，按三种荷载组合（天然状态下自重、自重4静水压力、自重4静水压力4动水压力），建立了三维块体极限平衡力学模型，计算出各块体的安全系数及维持稳定需要的锚固力（!6")!+时不考虑加固）。计算结果表明，在自重状态下，各块体的安全系数!6均大于)!+；静水压力作用下，结构面力学强度降低，安全系数减小；泄洪时水库水位骤降，结构面受动水压力作用，))个块体中有5个块体安全系数!6小于)!+。+）三维块体稳定性计算。采用刚体极限平衡法，重点研究了进水口与坝肩之间的岩体在水库蓄水，泄洪与加固治理状态下的稳定性。计算时分析了-2个块体（见表+,-*），块体形态为四面体和五面体，计算工况同二维块体分析。计算结果表明，开挖边坡自然状态下加现有锚杆加固措施，各块体的安全系统!6大于)!+；水库蓄水后，夹层软化，抗剪强度降低，在现有锚固作用下，其!6值大于)!+；泄洪时，产生裂隙水压力，对某些块体影响大，位于高程1)37、1+)7平切面附近的)、)2、)#号块体为不稳定块体，即使考虑现有锚杆加固，其!6值小于)!+，需补充加固措施。表+,-*潜在滑动块体及边界条件块体编号边界条件)（/）夹层，0-，坡顶面，斜坡面，1)37平面—/+3— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究块体编号边界条件!（"）夹层，#$%&$；坡顶面，斜坡面，’$()平面%（"）夹层，#$%&$，#!，坡顶面，斜坡面，’$()平面"（%）夹层，#"!，#’，坡顶面，斜坡面，’$()平面*（!）夹层，#"!，+’，坡顶面，斜坡面，’$()平面,（%）夹层，#-!，坡顶面，斜坡面，’$()平面.（%）夹层，#$，坡顶面，斜坡面，’$()平面(（%）夹层，#"，#$，坡顶面，斜坡面，’$()平面’（!）夹层，#"!，#-$，坡顶面，斜坡面，’$()平面$/（"）夹层，#$，坡顶面，斜坡面，’$()平面$$（"）夹层，#"!，#’，坡顶面，斜坡面，’%.)平面$!（"）夹层，#"!，#’，坡顶面，斜坡面，’%$)平面$%（"）夹层，#!’，#$$，坡顶面，斜坡面，’%$)平面$"（"）夹层，#$，坡顶面，斜坡面，’%$)平面$*（"）夹层，#-!，坡顶面，斜坡面，’%$)平面$,（"）夹层，#-!，#"，坡顶面，斜坡面，’%/)平面$.0$%夹层，#-!，#’，坡顶面，斜坡面，’*.)平面$(（"）夹层，#’，进水口下游边墙，坡顶面，斜坡面，’"")平面$’0$%夹层，进水口下游边墙，坡顶面，斜坡面，’*$)平面!/0$%夹层，进水口下游边墙，坡顶面，斜坡面，’*.)平面（!）非线性有限元分析。为研究进水口边坡在蓄水、现有锚固处理、泄洪时裂隙水压力作用下边坡岩体稳定性和应力应变特征，对边坡区两个剖面进行了非线性平面有限元计算。计算采用北京大学编制的“12#3(%—岩土系统非线性应力应变和稳定性分析有限元程序”。从计算成果看有如下特点：$）应力场分布规律。开挖边坡的主压应力分布在4"!左侧，与坡面呈%/5左右的夹角，右侧基本与重力方向一致，水库蓄水至高程’*.6’.$7*/)并加上已有锚杆锚固力，并考虑%7*)水头差骤降，应力场的大小和方向均有改变；在裂隙水作用下，4"!断层左侧主应力方向基本平行坡面。!）拉应力分布。在开挖卸荷作用下，拉应力沿边坡浅表部零星分布或沿断层4%"、4"!、#"、#’、#$$与0$%夹层附近集中分布。水库蓄水后，拉应力分布向上扩展至高程’./7/)平台。%）位移场分布规律。开挖边坡卸荷回弹，位移矢量指向上及坡外临空面，’$()高程平台最大回弹位移量为!7(*))，坡顶为/7%"))。在水库蓄水和泄洪条件下，位移场有所—"%’— 第二篇水利水电工程地质构造研究改变，!"#断层左侧位移矢量基本平行层面，量值很小，位移随水位的升高稍有下降。$%小浪底水利枢纽泄水建筑物出口二区边坡稳定分析（&）边坡工程概况。小浪底工程左岸是&、#、$号施工导流洞、&、#、$号排沙洞和溢洪道的出口。边坡倾向&&$’，自桩号()(((*到()&((%+,*段，根据工程地质条件将其定义为二区，$号导流洞和$号排沙洞在此通过，边坡高度约-,*。该边坡由.-/&和.,地&&层组成，!#$-、!#""在此交汇，岩体极为破碎，岩层倾向变化于&(-’0&&$’之间，层间夹泥层发育，出现频率高。因此，采取了多种措施，保证边坡在施工期、运行期的整体和局部稳定性。&++-年,月#1日，边坡西侧的&&号公路处发生了一次约#万*$的沿泥化夹层滑动的滑坡。随后，形成了&1(*高程平台。在该平台上，以间距&*、深&$%$(0&,%1(*在铅直方向布置!$#的锚杆并喷混凝土。在施工导流洞洞口和边坡开挖过程中，该平台上出现了平行边坡走向的裂缝，这些裂缝不断扩展延伸到距边坡外缘"(*左右，裂缝变宽，数量急剧增加，有些混凝土盖板被拱起。为提高此段边坡稳定性，&++-年-月开始，在&1(*高程平台上打一层混凝土盖板，并在二区&"2*高程以上的直立坡上，布置&1根锚索（其中&,根，吨位#(((34，#根$(((34，长&,*）。根据倾斜仪和地面测量，在&++-年-月&(日0#(日，边坡的水平位移速率平均为&%,**56。&++-年&(月#,日，$号排沙洞出口直立坡突然崩坍2((*$，说明该直立坡尽管有锚索加固，但直立坡仍处于临界状态。为确保边坡开挖到消力塘底板全过程的稳定性，对二区（()(&-%,*0()&((%+,*）边坡需要施加一定规模的预应力锚索和抗滑桩进行加固，主要工作有：&）在&""*高程以下的二区边坡段布设$(((34锚索1-根。#）在()(-(*0()&((*边坡段布置-根抗滑桩。$）优化设计，将原消力塘底板高程由&(-*提高到&&(*。（#）复核计算工作。复核计算是结合小浪底工程边坡的开挖加固施工进行的。此项研究分三阶段进，第一阶段，&++-年,月0+月，边坡开挖至&""*高程，需要对向下开挖边坡岩体稳定性作出分析判断，并对预应力锚固加固量进行定量计算；第二阶段，&++-年2月0&#月，在二区()(1(*0()(+(*边坡段，为!#$-、!#""断层交汇部位，又是$号排沙洞出口，为确保边坡稳定，改用抗滑桩加固，且将消力塘底板从&(-*提高到&&(*；第三阶段，&++-年&#月0&++1年$月，抗滑桩施工完毕，边坡开挖至设计高程，施工过程中，对软弱夹层的位置、性状进一步确定，且在抗滑桩井内&("*高程发现新的软弱夹层，据此又对边坡稳定性进行了补充复核计算。&）边坡失稳形式。由边坡已有破坏实例和边坡区地质条件，可以将边坡可能的失稳模式归纳为两类：第一类为结构面组合滑动，边坡下部沿某一软弱夹层，上部沿断层如!#$-、!#""为滑动面，见图$/"(。此类滑动结构面已从抗滑桩井的开挖中得到证实。第二类为圆弧滑移形式，由于整个二区岩体破碎，滑动可能并不沿某些特定的结构面发生，而是按破碎岩体、土体的破坏模式，形成一圆弧形滑动面，见图$/"&。#）稳定性计算方法。采用极限平衡法计算边坡安全系数。对特定结构面组合滑动形式，采用萨尔玛法计算安全系数；对圆弧滑动面，采用中国水利水电科学研究院开发的—""(— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$小浪底枢纽泄洪建筑物出口边坡组合滑移形式图!"#%小浪底枢纽泄水建筑物出口边坡圆弧滑动形式&’(程序进行计算。!）对具有抗滑桩的边坡稳定性分析。有抗滑桩的边坡稳定性分析，目前尚缺乏成熟的理论。在计算加抗滑桩后的安全系数时，通常将抗滑桩的作用视为在抗滑桩部位施加外力，这些外力取决于桩在滑动部位能够提供的抗剪力、抗剪力矩和桩侧岩体的抗力，边坡稳定性计算时，只需加入这些外力。抗滑桩的设计还取决于两个方面，其一是抗滑桩应能截断所有可能的滑面；其二是抗滑桩受到滑坡推力后，应保证桩后岩体的稳定，故抗滑桩的极限抗力取决于抗滑桩锚固段桩周岩体的允许应力和变形的要求。#）计算成果。计算分三个阶段进行，下面分述三个阶段的计算成果：第一阶段对)个剖面进行了复核计算，强度指标分别按*、+方案取值，见表!",-，其中*方案边坡内地下水位%,$.时，没有考虑进一步排水措施；+方案作为校核和敏感性分析。%!-.高程以上的直立坡锚索总荷载为%!!/!012.，%!-3%$4.高程边坡按间距#/).布置!$$$01级预应力锚索，平均为53%$排，折合锚索荷载为4$$$012.，计算结果见表!",6。由表!",-可见，经过预应力锚索加固和排水，按方案+参数计算的安全系数却大于%/%，但按方案*计算的安全系数仅$/5#，不满足边坡稳定性要求。表!",-方案*、方案+所采用的基本计算参数抗剪强度高程%#!.以上方案节理岩体断层影响带断层软弱夹层层面指标加固岩体!（7）!$/54%)/4#%%/!%%%/!%,#/,!*!（012.,）)$$/$$/$$/$$/$—##%— 第二篇水利水电工程地质构造研究!（"）#$%&’()%*$)+%$$)+%$$(+%(#(’%,$!!（-./0(）,$#$$%$$%$$%$$%$—++(— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究表!"#$小浪底枢纽泄水建筑物出口边坡复核计算成果方案滑动形式桩号加固前安全系数设计单宽锚固力（%&’(）加固后安全系数&)&*+,+&,-*-%!!)+&&%,&&+&)&.$,#&,$&-%!!)+&&%,#&$/圆弧形式&)&-&,-&,$$0%!!)+&&%,!$-&)&$-,#&,+#*++,-)+&&&,0.!&)&0+,#&,.#+%$&)+&&&,0**&)&*+,+%!!)+&&%,#*0&)&.$,#%!!)+&&%,!%-1圆弧形式&)&-&,-%!!)+&&%,*0!&)&$-,#++,-)+&&%,%&!&)&0+,#%$&)+&&%,&*!&)&*+,+&,-!*%!!)+&&&,0!%/结构面&)&.$,#&,--+%!!)+&&%,%&0组合&)&-&,-&,!-&%!!)*&&&,+#$&)&$-,#&,*&$++,.).&&&,-!$&)&*+,+%!!)+&&%,%-0/结构面&)&.$,#%!!)+&&%,*%0组合&)&-&,-%!!)*&&&,0#*&)&$-,#++,-).&&&,0--第二阶段的计算分析是在第一阶段已确认!号排沙洞出口部位（&)&-&23&)&0&2段）存在较严重边坡稳定问题的基础上，修改原设计，在此段边坡布置.根抗滑桩（#4.,.2）和一个抗滑井桩，见图!"*#，且在%**2平台下布置了预应力锚索，其锚固载荷在&)&-&,-2剖面为%&&&’(52，在&)&$-，#2剖面为*.&&’(52。此外，抗滑井桩开挖揭露出夹层的产状在&)&$-,#2剖面已从倾角%*6变为#&6，计算时按倾角#&6考虑。第二阶段的计算分析有以下内容：7,求抗滑桩抗力!。利用极限平衡方法计算使边坡达到设计抗滑稳定安全系数时要求的抗滑桩抗力!，在&)&-&,-2和&)&$-,#2剖面所需的抗滑桩抗力!分别为.&.&’(52和*$&&’(52，相应计算安全系数列于表!"#0。—**!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$小浪底枢纽消力塘西侧边坡抗滑桩布置图表!"$%小浪底枢纽泄水建筑物出口边坡&’&(&)(*和&’&+()$*剖面稳定计算成果&’&(&)(*剖面&’&+()$*剖面剖面外力安全系数外力安全系数,)抗滑桩抗力,)抗滑桩抗力控制性组合滑面-&-&./0*,)&-!#+&&./0*,),$$)锚索$&&&./0*$)锚索--&&./0*,)抗滑桩抗力,)抗滑桩抗力桩底高程-&-&./0*,)-1&#+&&./0*,)$(-,&&*$)锚索$&&&./0*$)锚索--&&./0*坡底高程,,&*,)抗滑桩抗力,)抗滑桩抗力桩底高程-&-&./0*,)-+%#+&&./0*,)!$$%1*$)锚索$&&&./0*$)锚索--&&./0*—###— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究!"!#!$#%剖面!"!&#$’%剖面剖面外力安全系数外力安全系数($抗滑桩抗力($抗滑桩抗力桩底高程*!*!+,-%($./*.&!!+,-%($(#/(!!%’$锚索’!!!+,-%’$锚索**!!+,-%坡底高程(!)%($抗滑桩抗力($抗滑桩抗力桩底高程*!*!+,-%($.#!.&!!+,-%($’!/0)%’$锚索’!!!+,-%’$锚索**!!+,-%($抗滑桩抗力($抗滑桩抗力(./%高程以上*!*!+,-%($#&/.&!!+,-%($#’&采用1指标’$锚索’!!!+,-%’$锚索**!!+,-%2$抗滑桩弹性极限抗力计算。采用悬臂桩法对滑动面以下桩锚固段进行计算。考虑到!"!#!。#%和!"!&#$’%剖面处岩体呈碎裂状，故地基系数3取’$*4(!*+,-%/，计算出沿桩深度岩体水平抗力分布如图/5./，最大抗力发生在滑动面处，在!"!#!$#%剖面其值为’$!678，在!"!&#$’%剖面为($*.678，均超过岩体允许抗压强度($!678，岩体的局部强度不能满足要求。9$弹塑性有限元计算。采用弹塑性有限元进行桩、岩体共同作用分析，计算模型见图/5..。计算中考虑两剖面存在明显的滑移面，为考虑剩余下滑力对抗滑桩的作用，把临界滑移面以上的岩体简化为外载，此荷载可均匀分布在抗滑桩受荷段或者将滑移体的自重荷载作为三角形荷载垂直分布在滑移面上。计算结果表明，桩的最大水平位移在滑移面处，!"!#!$#%剖面该点位移值为#$(9%，!"!&#$’%剖面的位移值为’$).9%，且桩有倾斜现象。桩侧岩体水平应力最大值也发生在滑移面与桩交界处，!"!#!$#%剖面、!"!&#$’%剖面最大水平应力值分别为.$*678、’$.&678。两剖面均有较大塑性区分布，相对而言，!"!#!$#%剖面较!"!&#$’%剖面塑性区大。从两剖面按弹性地基梁法和平面有限元分析结果看，两者的应力分布形态有较大差异，按有限元分析成果，桩周两侧岩体水平应力均为压应力；弹性地基梁的分析结果为，在桩锚固段下部，桩前岩体的水平应力为拉应力，显然弹性地基梁分析结论不合理。有限元分析是以是否收敛判断结构稳定的，故两剖面整体是稳定的。另外，在滑动推力作用下，桩周岩体内将产生较大剪应力从而进入塑性状态，桩的作用将体现在使边坡潜在滑移面向深部完整岩体转移，达到提高边坡稳定性的目的。第三阶段的复核是抗滑桩开挖后通过竖井地质素描，了解到/号排沙洞出口段地质情况，如!"!#!$#%和!"!&#:’%剖面处的竖井内在高程(’)%和(!’%分别见夹层，(’)%高程夹层的位置和性状与原来估计一致，但(!’%处的夹层是原来未估计到的，需进行稳定性复核。计算成果列于表/5/!，复核时安全系数有所提高，在!"!&#$’%剖面考虑(!’%高程夹层的安全系数达($*#(，说明此夹层不是边坡稳定的控制因素。—..*— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#!$%$&$’&(和$%$)&’*(剖面桩后岩体抗力沿深度分布图（+）$%$&$’&(剖面；（,）$%$)&’*(剖面表!"!$修正后的$%$&$’&(和$%$)&’*(地质剖面的安全系数工况外力安全系数-’抗滑桩提供/$/$012($%$&$’&(剖面，高程-*.(控制滑面-’-/!*’锚索*$$$012(-’抗滑桩提供#)$$012($%$)&’*(剖面，高程-*.(控制滑面-’//.*’锚索//$$012(-’抗滑桩提供/$/$012($%$&$’&(剖面，高程-$*(控制滑面-’3.&*’锚索*$$$012(-’抗滑桩提供#)$$012($%$)&’*(剖面，高程-$*(控制滑面-’/&-*’锚索//$$012(—##.— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"##$%$&$’&(和$%$)&’*(剖面抗滑桩有限元分析模型（+）$%$&$’&(剖面；（,）$%$)&’*(剖面—##&— 第二篇水利水电工程地质构造研究第四节边坡原位监测技术一、监测工作在边坡工程中的特殊地位边坡工程是一个复杂的动态系统，其稳定性受控于边坡岩体所处的地质、环境与工程条件。边坡工程的复杂性主要表现在地质条件、施工和环境因素的复杂性，且地质条件的复杂性在勘察期间受勘察技术和经济条件的制约难以完全准确查清；边坡工程的动态性是指施工、环境因素的多变性，诱导边坡性态的变化，使边坡稳定性呈现动态特征。鉴于边坡岩体的复杂性和动态性，因此边坡岩体的原位监测对评价岩体稳定性、掌握其动态变化具有重要作用。国内已建的工程如乌江渡水电站大、小黄崖危岩体、龙羊峡水库近坝库岸、李家峡水库坝前!、"号滑坡、三峡水库的链子崖危岩体、黄腊石滑坡、新滩滑坡、湖南沅水五强溪水电站左岸船闸边坡、隔河岩水电站导流洞出口边坡与厂房边坡都开展了原位监测，取得了比较丰富的监测资料，为工程建设的顺利进行作出了贡献。二、国内外监测技术进展和现状岩质边坡监测仪器、方法发展很快，仪器种类多样化，已应用于许多大型工程。早在!"世纪六七十年代，国外即开展了岩质边坡的原位监测、滑坡的预测和预报研究。#$%$约翰（#$%$&’()）（*+,,）讨论了与岩质边坡设计有关的监测：位移、水压力和加固力监测，监测方法有收敛测量、大地测量、钻孔与平洞内单点、多点伸长计测量与倾斜仪测量等。缪勒（-$./0012，*+,,）、基尔希凯（3$#4256(71，*+,,）、考克斯（8’9，*+:;）、皮洛特（<40’=，*+:>）、科瓦里（#’?@24，*+:;）、格芬斯（A$-0@B51，*++;）、希米朱（C$D(4E4FB，*++>）、萨库雷（D@7B2@4，*++>）讨论了边坡岩体内钻孔倾斜仪、滑动测微计与地表岩体带式伸长计、测角计、->:— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究（!）监测仪器多样化。监测仪器已从早期传统的大地测量仪器与简单的收敛测量仪器，逐渐发展到包括地表高精度激光测距仪、全自动偏光测量系统和地下的钻孔倾斜仪、滑动测微计、倒垂线、钢筋计、应力计、孔隙水压力计、测压计在内的多样仪器，监测项目包括了应力、位移、水压力等。（"）监测仪器精度和自动化程度逐步提高。早期传统大地测量方法受仪器精度限制，误差较大，而现在由于高精度激光测距仪等投入使用，使测量精度有了很大提高；而全自动测量系统、全球定位系统（#$%）、边坡遥测系统则提高了测量速度和预警能力。（&）众多仪器相互补充成为许多大型边坡监测的突出特点。（’）我国岩质边坡监测具有自己的鲜明特色。国内开展岩质边坡原位监测的历史虽尚短，但近年的发展也显示国内在岩质边坡监测方面也有其鲜明特点，如监测系统布置时，综合考虑地质条件、边坡岩体的变形特点，合理地分阶段布设监测系统；遥测与自动化水平有较大提高；在分析、预报方面发展了灰色系统方法、黄金分割等新方法，成功地预报了长江干流新滩滑坡的变形破坏。三、国内水电工程中岩质边坡原位监测的技术特点在国内水电建设工程中，为评价和掌握潜在危险边坡的稳定性，通常采用地质分析、稳定性计算和原位监测法来进行研究。原位监测在前期勘察阶段、施工阶段、运行期间分别实施。原位监测的实施主要包括监测系统设计与布置、监测数据分析和整理两个重要环节。（一）监测系统设计与布置!(监测目的岩质边坡监测系统建立的目的主要是通过监测，掌握边坡岩体的实时状态，验证地质判断和稳定性计算的结论；检验加固治理手段的可靠性，确保边坡安全；分析多种信息并反馈到施工加固上，调整必要的施工程序和方法、措施，达到经济合理的目的，实现信息化施工；分析多种信息，预测运行期岩体的可能变化，保证运行期各工程建筑物正常运行。针对监测的不同阶段———“前期勘察、施工、运行”，监测的目的和意义还可进一步具体化。前期勘察阶段一般不进行边坡稳定性的原位监测，只针对有变形迹象的大型水库滑坡体、特别重要的工程边坡进行，所采用的手段常有地表的大地测量法、结合勘探平洞布置在洞内裂缝带中的拉裂、沉陷观测，如玻璃条、砂浆条带、观测标等，其特点是手段简单、实用。显然，这一阶段的主要目的是获得天然状态下岩体稳定状态信息，初步验证地质分析和稳定性计算的结论。尽管通过前期勘察中的地质分析，可以宏观判断水库岸坡与工程边坡在施工、运行期潜在危险地段，指出可能的变形破坏形式，但它不能给出施工、运行期边坡岩体变形的实时信息；另一方面，稳定性计算成果的准确性，取决于地质分析所提供的物理模型和计算参数的准确性，鉴于岩质边坡的复杂性，试验参数的准确性难以评价，因此需要用原位监测来验证计算成果，故在施工、运行期需针对上述目的和环境条件来建立高效的监测系统。此外，在施工期间，边坡岩体稳定监测系统还为信息化施工提供了必要的手段。在运行期间，监测的根本目的是保证工程的正常运行。对水库岸坡而言，监测重点是—’’)— 第二篇水利水电工程地质构造研究捕捉水库水位急剧变化时岸坡岩体的变形信息，掌握边坡动态，目的是预测可能的失稳部位、方式和规模，指出这些变形破坏可能对工程运行的影响与需采取的相应措施，为工程的安全运行提供可靠的资料。对工程边坡而言，它可能与工程建筑物直接相连，显然，运行期监测的重点是工程边坡与建筑物的相互作用。!"监测系统设计的基本原则从了解边坡的地质特点、边坡可能的变形破坏方式出发，突出边坡特点来布设完整高效的监测系统。杨志法等（#$$%年）将水电工程边坡监测系统设计应遵循的原则归纳为九个方面：可靠性原则、多层次原则、以位移为主要监测对象原则、分期监测原则、优先监测关键部位原则、方便实用原则、无干扰和少干扰原则、多种信息综合原则、经济合理原则。监测网一般采用点、线、面相结合布置，以掌握边坡的空间运动状态，这种布置方法是边坡监测系统的基本框架，但需结合边坡地质结构特点和可能的变形破坏形式，重点突出线布置，做到既便于全面掌握边坡变形特点，又重点突出地分析边坡可能的失稳形式与变形机制。通常面状监测网的目的主要是圈定边坡变形区范围，反映整体运动趋势，监测的主要手段是大地测量方法。线状布置的主要目的是用于比较某一水平或垂直剖面内不同部位的运动位移矢量，从而论证边坡变形破坏机制，确定滑移面。如沿剖面线布置的钻孔倾斜仪可用于测量各剖面线上不同点的相对位移，以确定边坡是滑动变形还是倾倒变形，若为滑动变形尚可确定滑移面；地表的收敛线剖面可以测定多个测点间相对位移变化，可确定其挤压、拉伸状态，从而判断整个边坡的变形破坏机理。点布置的目的主要是突出重点部位或敏感部位。如边坡开挖时，断层或软弱夹层两侧布置测点以了解其运动状况；边坡后缘裂缝处布置伸长计、测缝计以掌握裂缝的开合趋势。由此可见，网布置是控制性的，线布置是分析变形破坏机理的基石，点布置则进一步突出了重点部位。&"监测内容与仪器设备岩质边坡岩体原位监测的内容一般包括变形监测（地表、地下）、应力监测、地下水监测，岩质边坡原位监测，而以变形监测为其重点。（#）地表变形监测。地表变形监测常用方法包括大地测量法、机械测量法和全球定位系统（’()）方法。#）大地测量法常用于监测地表水平位移和垂直位移，它的突出优点是可以多点网状布置，且不受量程限制，便于边坡位移的全过程监测和边坡变形空间形态的确定。边坡原位监测中常用的大地测量法有边角网法、视准线法、水准测量法。*"边角网法。一般边角网由三角网或三边网构成，其精度可由位移中误差来衡量：，,+（-./#（&/#$）!"+!!!#"$(-）式中!"———第"个位移量中误差；!———单位权中误差；,———边角网协因素矩阵；(———观测值权矩阵；-———观测方程系数阵；.———-的转置矩阵；-（-./#———-.(-）(-的逆矩阵；—%10— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究!!"———#矩阵的对角元素。边角网的精度可以达到很高，其位移中误差可控制在$%&’’，常用的仪器有精密测距仪()*+++、,$&++&、电子经纬仪-&+++.、光学经纬仪-/等。图/01*为长江三峡新滩滑坡边角网与视准线组合系统。边角网也有其局限性，一般而言难以实现自动遥测。图/01*新滩滑坡监测系统布置图23视准线法。通常沿工程边坡马道布置，视准线通常垂直位移方向，线段两端工作基点相对固定，然后用经纬仪测出视准线上各测点间的微小角度变化，从而得出视准线上各测点相对基准线的位移值。该方法简单、灵活、易于实施，特别适合施工时临时测点的位移监测。如五强溪水电站左岸船闸边坡!闸首开挖时岩体产生较大倾倒变形，当时在高程4+’马道布置视准线$条进行临时观测，保证了该段边坡的安全开挖。53水准测量。水准测量常和前述几种方法配合使用，以确定边坡的垂直位移，一般常用二等水准测量，许多高边坡监测，如金沙江向家坝水电站马步坎高边坡、红水河龙滩水电站蠕变体，都采用二等水准测量垂直位移。—1*$— 第二篇水利水电工程地质构造研究!）机械测量法。地表监测中常用的机械式仪器有收敛计、测缝计，此类仪器具有安装方便、价格低廉、可靠性高的特点。收敛计可顺边坡位移方向布置多点，通过各点之间的位移量比较判断边坡位移机制。图"#$%为五强溪左岸船闸边坡收敛监测的剖面示意图。测缝计在边坡工程中应用很多，常用于了解特定裂缝带的开合程度和变化趋势，有单向测缝计、三向测缝计等类型，可根据需要采用机械测读或遥测。图"#$%五强溪水电站船闸边坡某收敛监测剖面示意图"）&’(监测。全球定位系统（&’(）可提供连续的位置、位移信息，其突出的优点是没有通视要求，受气象和环境条件的影响很小。我国在龙羊峡滑坡监测中也开展了&’(监测研究，研究的&’(网共组成)!条边（其中大于$*+的"$条，,-$*+的,)条，,*+以下的"条），其点位中误差为".%-,/.0++，边长中误差为/-!)++，高程中误差,$.1-!/.!++，无论点位还是边长精度，能满足滑坡监测要求。预计&’(监测在西南、西北的水库岸坡的稳定性监测中将广泛应用。（!）地下变形监测。地下变形监测指利用钻孔、平洞设置的监测项目，监测内容有：水平、垂直位移与倾斜量等边坡岩体内部变形量，所用的仪器有钻孔倾斜仪、滑动测微计、多点伸长计和平洞内使用的水管倾斜仪。其中钻孔倾斜仪在边坡工程监测中应用最多，它利用垂直钻孔监测其各段岩体的水平位移，判断岩体的变形机制，寻找滑坡的滑动面。我国水电边坡工程中使用最多的钻孔倾斜仪有美国边坡监测仪器公司（(23’45647893:）的数字倾斜仪、滑动测微计有瑞士土工专家仪器公司（(342;<’;:9(）的产品，多点位移计以国内产品为主。（"）地下水监测。地下水监测包括水位监测、孔隙水压力监测、渗压监测等，其中水位监测是了解边坡水位变化，常用测压管观测；孔隙水压力监测用于了解滑移面附近孔隙水压力消长情况，了解暴雨、库水骤降时孔隙水压力状态，结合岩体变形分析边坡所处状态；渗压观测主要用于边坡加固处理部位的水压力监测，了解边坡挡土墙等支挡结构处水压力的变化。（$）应力监测。用于岩质边坡的加固处理监测上，如用预应力锚索加固边坡岩体，其受力状态与变化对了解边坡岩体的稳定性有重要意义。应力监测主要用于边坡加固体结构内部和其与岩体接触面的应力监测。锚索受力监测可用测力计，应力观测可用应力计进行，国内已有厂家生产并广泛应用于三峡、五强溪、东风等大型水电工程边坡加固措施的监测上。（)）自动化监测系统。国外边坡自动监测系统的研究与应用步伐较快，其中美国的森—$)!— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究科（!"#$%）公司、应用地质力学公司（&’’()*+,*-.*/012)/3"2/）、地质仪器公司（,*-.14)-2(52/）和日本地质仪器公司（-6-）都开发成功边坡自动化监测系统；国内许多研究单位也开展了此项研究，如西北勘测设计研究院与成都灾害研究所合作研制了789:型遥测报警系统；成都灾害研究所研制了!89:型边坡遥测仪；西北勘测设计研究院应用;$9<=遥测系统对龙羊峡水库近坝库岸进行了<年多的监测，并且新研制成功>!9?@&型全自动滑坡监测报警系统，采用标准器件、模块化设计可灵活应用于边坡监测；中南勘测设计研究院与中国科学院地质研究所合作研究成功自动监测系统，应用于五强溪水电站船闸边坡监测，实现了数据自动化采集，借助于可视化监测数据分析软件（!,"!）可结合边坡地质资料，综合分析边坡的变形趋势。边坡自动化监测的突出优点是工作效率高、监测资料的实时性与连续性好；其不足之处为需要电源、价格昂贵。因此，边坡自动监测系统，一般应用于运行期的大型边坡岩体稳定监测。国内部分岩质边坡工程监测项目列于表A9A:，由表A9A:可见，大型工程边坡监测项目覆盖面广，涉及岩体位移、应力、加固效果、地下水位等多项监测；而水库滑坡的监测侧重于地表变形、岩体变形和滑动面探测及地下水位观测。表A9A:国内部分岩质边坡工程监测项目一览表监内部观测外测部项观钻孔倾多点伸锚杆应地下水位目渗压计钢筋计测缝计工程测斜仪长计力计观测五强溪水电站船闸边坡!!!!!!!东风水电站地下厂房进!!!!!!!水口天生桥二级水电站厂房!!!!!!!边坡鲁布革水库发耐滑坡!!李家峡水电站!、"号滑!!!坡乌江渡水电站大、小黄崖!危岩体隔河岩水电站厂房边坡!!!!!（二）监测数据分析、整理与利用原始监测数据是信息和干扰误差的载件，其中蕴含着有用的信息，又包容有误差因子；它不能直接引用，需经过去伪存真的处理后才能成为具有一定规律性的反映边坡岩体状态的可靠信息。同时，监测数据又是边坡岩体内多种因素的综合反映，数据分析时需将因素分解，才能洞察主次因素。分析时采用多时段、多空间相互对比、相互补充的方法，才能发现监测数据时间、空间上的规律性。:B监测数据的存贮—@CA— 第二篇水利水电工程地质构造研究随着计算机技术的发展，现在无论是自动化监测系统还是普通监测系统，都采用数据库方法来存贮数据。如三峡工程船闸边坡监测数据及时进入工程数据库；五强溪船闸边坡运行期监测数据自动进入!"#!地质信息系统；东风电站进水口边坡监测数据也是采用数据库存贮的，这为监测数据的综合、快捷利用提供了必要条件。$%监测数据的初处理监测数据通常含有趋势性成分、周期波动和随机误差。其中趋势性成分是边坡岩体变形、破坏内在规律的反映；周期波动反映了受季节性降水、温度、水位的变化；随机误差无确定性规律，受测试与环境条件变化影响。寻找周期性、趋势性成分对边坡岩体变形破坏预测有重要意义。因此，首先要剔除随机误差，寻找规律性变化，一般常用平滑滤波方法进行监测数据初处理。常用的方法有：（&）移动平滑。移动平滑可以修匀局部波动，估计局部均值，设!"为"时刻的观测值，考虑移动平滑的范围为#’$$(&，则&$%’!!"(&（*)$+）$$(&&’)$式中%"———’时刻的平滑值。（$）指数平滑。指数修匀的逆推公式为%’’!·!"(（&)!）%")&（*)$&）式中%"———’时刻观测值!"的指数修匀值；%")&———")&时刻观测值!")&的指数修匀值。（*）五点二次平滑。选用五点测值（!")$，!")&，!"，!"(&，!"($），用二次多项式进行拟合平滑，其中心点的平滑值%"为&%’（)*!")$(&$!")&(&-!"(&$!"(&)*!"($）（*)$$）*,式中!"———"时刻观测值；%"———"时刻平滑值。*%预测方法岩质边坡稳定性预测的内容包括边坡岩体变形破坏的时间和空间，水库岸坡、工程边坡的变形破坏范围可以依据地质资料分析圈定。边坡稳定性预测分为中长期与短期预测，中长期预测指施工期和运行期岩体稳定性预测。短期预测仅涉及临失稳前几天。在中长期预测基础上，依据某些信息，如位移、裂缝、地下水等异常变化及其他变形迹象作出短期预测，应用最多的是位移预测。根据时间一位移曲线，采用多种方法进行预测。预测方法有：回归法、时间序列法、灰色系统法、斋滕法、黄金分割法等。&./0年，日本学者斋滕迪孝（12345）基于岩土体加速蠕变经验方程9!67（"8)"）’())67（*)$*）94采用作图法建立滑坡预报模型。&.0:年，日本学者;%;2<2=>?2采用差分法及最小二乘法建立计算机求解的蠕变经验微分方程—:,:— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究!"#"（#$$）$（%$&’）!!求得参数"、#，建立滑坡预报模型，式中!为位移变量，$为时间，#滑坡时间。苏爱军等（())*）利用蠕变理论，分析已有岩土体室内流变试验资料和数个滑坡监测资料，得出加速蠕变微分方程!!%$#（%$&+）!"&$$式中!———位移或应变；$———时间；%、&———常数。此外，国内许多学者还研究了灰色系统理论，黄金分割法在滑坡预报中的应用。应用斋滕法，长江水利委员会得出新滩滑坡的经验式为$,#(*’-(+(./0(1+2%#(%%1&33（!）其预报结果是滑坡时间为()3+年2月(*日到2月(’日，新滩滑坡实际发生时间为2月(&日。利用苏爱军等经验方程，建立黄龙西村黄土滑坡、三峡新滩滑坡的预报模型分别为$&+1%*(4黄#*1&+$513’56(*（$$&&）-&1%*)6.7（%$&2）&51%*($$$%(+(13&4新#&1*+2$+13536(*（$$((）-*1)+36.7（%$&5）(2&133&$$其预报结果与实际滑坡时间相符。晏小明等开发研制了边坡监测数据处理预报软件系统（89:;9系统）。该软件中包括中长期预报、短期预报、临滑综合判断等，系统开发和汇集了&*个预测预报模型，这些模型从不同角度、不同阶段用不同参数对各种滑坡的变形趋势、临滑及失稳进行分析预报和综合判断，可在实际工程中方便应用。四、典型边坡工程监测实例国内许多水电工程边坡开展了内容和形式不同、目的不一的边坡岩体稳定监测，如五强溪水电站船闸边坡，李家峡坝前的!、"号滑坡，三峡水库的链子崖危岩体、新滩滑坡、黄腊石滑坡，隔河岩水电站厂房后边坡和导流洞出口边坡，东风水电站地下厂房进水口边坡，乌江渡水库大、小黄崖危岩体，都运用多种监测手段进行了多年的监测，为评价边坡岩体稳定性和预测边坡变形破坏趋势、进行经济合理的工程处理、安全施工与工程的安全运行提供了切实可靠的实证数据。下面以李家峡坝前!、"号滑坡，五强溪水电站船闸边坡为例，说明边坡监测系统的布置，监测资料分析整理和利用的方法。（一）李家峡!、"号滑坡监测(1李家峡!、"号滑坡的主要特点李家峡水库大坝上游前震旦系层状变质岩体组成的斜坡上，发育着两个大型岩质滑坡（!、"号滑坡）。!号滑坡位于右岸拱坝轴线上游)*<2%*=处，是一个大型深层、切层—’++— 第二篇水利水电工程地质构造研究岩质滑坡如图!"#$所示。平面上似扇形，面积%&’()*+,。纵向最大长度为!-%+，底宽)#%+，中部最大铅直厚度约’%%+。前缘剪出口高程,%().,%$)+，高出乎水期河水面’).,)+，后缘最高处高出河水面,$!+，滑坡总体积(-,万+!。!号滑坡位于左岸拱坝轴线上游/!%.,%-%+，为一大型的深层顺层滑坡，如图!"#$所示。平面上似鱼形，面积%&!,*+,，最大纵向长度!(%+，底宽’,%%+，最大铅直厚度’’%+，总体积’/#)万+!。前缘剪出口高程为,%#$.,%()+，在河水位附近；滑坡后缘有圈椅状地形，滑坡壁高#%+。图!"#$李家峡水电站"、!号滑坡分布图,&监测系统布置李家峡坝前"、!号滑坡的监测是分阶段进行的，遵循了简易方法与仪器相结合、地表监测与地下深部监测相结合、滑面裂缝的局部监测与整体稳定性监测相结合的原则，分三个阶段进行。（’）前期监测阶段（’-/!.’-/$年）。此期对近坝库岸进行了全面的监测，以查明潜在不稳定区域，初步判断最不稳定的区域为两滑坡的下游区，这对坝址选择、施工影响程度的判断、导流洞布置等都有重要作用。主要侧重点为：地表、地下位移监测。所用的仪器设备有经纬仪、精密水准仪、平洞内玻璃条带、简易观测桩等。（,）施工监测阶段（’-//.’--(年）。针对前期监测判断的不稳定区域进行详细的施工期监测。主要是改进地表位移观测系统，如增加观测点、手段等，增设深部观测手段、地下水观测。应用的主要仪器设备有光电测距仪、012",型边坡自动记录仪、地表位移收敛计、钻孔倾斜仪。（!）运行期监测（’--$年以后）。拟对实际不稳定区或尚未找到最有效、最经济的工程处理措施的边坡完善、发展监测系统，为安全运行提供条件。主要监测内容有：地表位移、地下位移和地下水等。地表位移除施工期位移监测手段外，增加遥测系统，适当缩短监测周期；地下位移和地下水监测方面继续采用钻孔倾斜仪，增加孔隙水压计、钻孔伸长计与滑带附近岩石噪声监测。—#)(— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究李家峡坝前!、"号滑坡综合监测布置如图!"#$和图!"#%所示。图!"#$李家峡!号滑坡监测布置图!&滑坡动态预测预报滑坡失稳的预测预报包括滑坡发生的时间、空间、体积等内容，李家峡坝前!、"号滑坡研究中，建立了滑坡预测工程数据库和灰色动态模型、斋藤方程与专家系统。滑坡动态预测软件能够对滑坡的各种类型的信息进行采集、分类存贮、检索、计算分析、图形处理和专家系统分析判断，为滑坡预测提供手段和信息。岸坡失稳破坏发生滑坡会因边坡介质、结构、环境与触发因素不同而变形过程长短和加速蠕变速率各异，因此无论以时间、位移速率作报警界限数据，均有某种程度的不确定性和困难。李家峡坝前滑坡拟定三级报警值：#级报警：多种监测数据异常，表面位移加剧，经滤波处理和理论预测已进入加速蠕变阶段，地表位移速度’&())*+左右为报警界限值。"级报警：加速蠕变幅度骤增，或经加固处理未显示减速效应，可以位移速度,’))*+左右为警戒值报警，此时应采取紧急泄洪的非常调度措施。!级报警：当加速速率已达到-’))*+以上时，可发出滑坡紧急报警。—#(.— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$李家峡!号滑坡监测布置图—#&%— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究（二）五强溪水电站船闸边坡监测五强溪水电站三级船闸布置在沅水左岸，左岸船闸边坡、工号变形区与坝前坡沿河流方向长约!""#，走向!"$，最大坡高%&’#，有’、&、!号冲沟切割此边坡，自然坡上缓下陡，分布有!("蠕变松动体。边坡由千枚状板岩、砂质板岩、石英砂岩等组成，具有软弱相间的岩体结构特征，其中共有软弱夹层’%层。五强溪背斜轴部斜穿边坡中、下部，南翼岩层产状为)&’$(*’$+,-+!.’$(’’$，为顺向坡；北翼岩层产状为)&’$+()/*"$0,)0或)+1’"$(*"$，为反向坡。边坡岩体中断裂发育，对边坡稳定起控制作用的断层有2*!(2%/%，沿背斜轴部展布，地表出露高程%."(%.’#，产状为)!"$(*"$+,-+或)01’"$(*’$，破碎影响带宽*3’(//#，胶结差。边坡岩体破碎，夹层发育，风化深度大，强风化下限深度达&"#，因此船闸边坡稳定问题一直是五强溪工程建设中的重大关键技术问题之一。%3监测系统的设计（%）监测目的和要求。监测目的和要求为：#监测边坡开挖、治理与船闸施工期和运行期的安全。针对施工期开挖、边坡治理施工对仪器设备的影响大、自然环境恶劣且变化快的特点，因此施工期的监测仪器以机械式或光学式仪器为主，少用电测仪器，监测的频率依施工进程确定，准确掌握施工的影响，捕获边坡破坏征兆。运行期环境条件改善，用电有保障，可重点考虑自动化监测系统。$监测为设计、施工服务，保证信息化施工的需要。掌握边坡变形规律，预测其变化趋势，指导边坡施工，确保工程安全，适时调整边坡加固处理设计。%根据监测信息，评价边坡稳定性，检验边坡整治措施。（/）施工期监测设计。施工期监测是在充分考虑边坡岩体结构特点、环境条件的情况下拟定的。其突出的特点是建立了以重要的监测剖面为主体的监测系统，该系统用剖面的形式重点监测边坡可能的变形破坏方式，以外观网的形式把握边坡岩体的整体变形，以点的形式突出重点部位如断层带岩体的变形。在边坡上共布置&.个外观点呈网格覆盖边坡整体，见图45’"（见插页）。此外，岩体内部还布置了多点伸长计、溢流式水管倾斜仪、钻孔倾斜仪、收敛计、断层活动仪、渗压仪等%%种仪器；锚固洞内布置了测缝计、钢筋计、伸长计、应变计；边坡上还布设了%6个地下水位长观孔。（4）运行期监测设计。在施工期监测仪器的基础上，针对运行期条件的改善，监测的重点部位在坡脚处和船闸的运行状态。运行期监测主要考虑了两个原则：一是在综合考虑尽可能提高监测、分析效率和经济的基础上，提出了人工与自动监测相结合原则；二是增加原施工期监测没有的综合地质信息系统，实现信息存贮、查询和分析的计算机化。运行期监测系统的主要设计要点有：%）外部观测系统。施工期的外部观测测点全部保留；在边坡的适当部位增加4个测点，船闸上增设%!个测点，在坝前坡和%号变形区各增设%个外观点。/）内部观测系统。对部分内部观测仪器进行了改造，如多点位移计实现了人工和自动监测；增加了新仪器，如增加4个沟埋式伸长计，监测边坡和船闸之间回填石渣体的水平压缩量，判断边坡对船闸的作用；在船闸左侧墙设&只土压力计，监测边坡与船闸间的压力变化；船闸左闸墙设.支渗压计，了解渗透水压力变化。边坡上共布设”个地下水观测孔，深部排水洞设置量水堰观测地下水排水量。—.’6— 第二篇水利水电工程地质构造研究!）内、外观测联网，地表和地下相结合。"）建立部分内部观测仪器的全自动监测系统。（"）运行期监测中心和软件系统。#）设立船闸边坡监测中心。在左坝头水工综合楼设立船闸边坡监测中心，利用计算机控制绝大部分内部观测电测仪器，实现信息自动采取、存贮、查询和分析。$）建立各种软件系统。软件系统包括自动监测系统控制软件、监测信息数据库管理软件、监测数据处理分析软件和综合地质信息系统的监测信息可视化查询与分析软件。自动监测控制软件可进行各测点传感器通道的自动标定、循环检测、自动采集、异常报警、监测数据管理等。首先将施工期监测数据输入数据库，再与运行期监测数据合并，进行左岸船闸边坡综合监测数据管理，监测数据分析处理软件包括曲线滤波分析、灰色系统预测、时间序列预测等。综合地质信息分析软件包括地质图文管理环境、监测数据库的可视化查询与边坡监测信息的可视化分析等，它实现了综合监测数据库、工程地质图文库、理论分析模型库三位一体化；采用了先进的面向对象的可视化程序开发技术，整个系统高度集成化，全%&’()*+界面，中文化、程序结构清晰流畅，操作稳定可靠，界面美观，功能强大，开发了先进的,--.++数据库，已管理多达$"个项目近/年的监测数据，具有存贮容量大、查询速度快、维护好，可进行网络应用开发与交叉混合编程；实现了船闸边坡监测数据可视化查询、分析一体化；具有新颖实用的边坡内部和表面三维动态图形显示分析功能，可任意指定多个日期在任意地质剖面、平切面上迭加位移等值线、边坡表面变形线。$0监测资料分析（#）外观监测资料分析。#）施工期边坡变形特点。施工期边坡监测始于#112年!月#3日，截止于#114年#$月，边坡变形受边坡岩体结构控制，变形速率的增大与边坡开挖和雨季有关，资料表明边坡在施工期变形显著，进入运行期后变形速率有所降低，一般速率微小。50水平位移。主位移随降雨量曲线变化，说明降雨量是边坡变形的重要原因之一。施工开挖、浇筑对边坡变形有重要的作用，#11!年!月边坡开挖至坡脚，随即进行坡脚处理、船闸浇筑，6月边坡变形速率大幅度降低，说明边坡的开挖是边坡变形速率增大的主要原因。所有变形测点变形速率统计表明，边坡下部的测点变形速率比上部测点大，这是由于边坡下部开挖边坡陡、软弱结构面集中造成的。在开挖过程中，以#11$年边坡变形值最大，位于4号冲沟的42"点（临时）自#11$年4月$!日到#11!年6月$/日，水平变形量为!/!77，其中#11$年##月的变形速率最大达##778月；#"2/测点在#11$年的变形速率为60"$778月。90垂直位移。边坡主要监测剖面垂直位移特征线，表明边坡垂直位移呈上部下沉、下部抬升的总趋势。结合水平位移情况综合分析后认为，边坡中上部（:63以上）为反向坡，边坡变形以倾倒变形为主；边坡中下部为同向坡且受多条断层切割，因而边坡中下部的岩体变形以反翘弯曲、拱曲抬升变形为特点。针对上述变形特点，及时采取了控制变形措施，安全渡过施工期。$）运行期边坡变形特点。运行期边坡变形的主位移仍以向河床方向的水平位移为主，但变形较施工期有大幅度降低，如边坡中上部4号冲沟侧点的#22/测点全年（#11/年—"42— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究!"月#!$$%年$月）的水平位移为&’’，平均速率为"()!’’*月，仅相当于施工期开始速率的&+（!$$,年），表明变形已趋于稳定，反映边坡处理效果较好。（-）内观监测资料分析。船闸边坡监测的主要内观项目有钻孔倾斜仪、钻孔伸长计、水管倾斜仪与地下水位观测。通过这些观测，能及时掌握边坡岩体的动态变化，内部性态的改善，准确判断边坡的稳定状态。!）钻孔倾斜仪。在施工开挖期间。其位移方向指向河床，累积位移量（!$$-年#!$$.年）为.,(-&#/!(//’’，边坡位移随高程降低而增大，如坝下"0-,"’剖面高程/-1""’的23-钻孔最大水平位移为/.(/&’’，位移方向以向河床为主，速率以!$$,年最大，平均为-(,!#&("$’’*月，!$$.年以后逐渐减小，平均速率为4"(-&#"(&/’’*月。钻孔倾斜仪监测数据还表明不存在滑动面，进一步证实了倾倒、弯曲的变形机制。-）水管倾斜仪。位于)#%号冲沟间坝下"0-!"剖面的5,平洞中布置了溢流式水管倾斜仪，监测资料表明!$$-年#!$$.年!-月，施工期，运行期都以6/&断层-#,号测点相对位移最大，断层以北下沉，断层以南上抬，开挖影响7/&，使其产生,$(,&’’的垂直位移；!$$)年!月#!$$%年.月，其相对位移为..(,’’。针对此特点，对7/&进行了包括锚固洞的处理，控制边坡向大变形方向发展。,）地下水位。施工期、运行期地下水观测资料表明，边坡部位地下水位均有降低，其降幅为-(,.#-%(..’，这是因工程边坡开挖后导致地下水排泄通畅，渗径变短及排水洞和灌浆处理的结果，表.4,-为自然边坡的地下水位和工程边坡地下水位比较表，图,4)"为五强溪水电站船闸边坡)#%号冲沟地下水位埋藏图，形象地揭示了地下水位下降的情况。图,4)"五强溪水电站船闸边坡)#%号冲沟地下水位埋藏特征—.%!— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"!#自然边坡和工程边坡地下水位降幅对比表高程钻孔深度（$）地下水位（$）降幅工程部位孔号（$）自然边坡工程边坡自然边坡工程边坡（$）坝头防渗墙端%&#’&(&)#**’+)+!(&)&!&,-)..&!#)’-&#)*#坝后坡顶%&#.&,()!.!’+)&+’+)’(&#&)(&&+.)(,&!)*.坝下+/&#*%&+!&!!)(,&++)+-(!)#’&&()+’*,),(#&)(#船闸坝下+/&.!%&&&(+)!(’.&)*-.+),,&#+)&(*#)**#.)&.边坡坝下+/#&&%&+,&.+)#,&&#+)+!*+),+&!.)-(&#(),(.)&+!)监测资料的利用———信息化施工五强溪水电站船闸边坡施工期长达-年，在此期间由监测系统不间断地提供信息，才使设计、施工人员准确把握边坡的动态变化，针对施工过程中出现的具体情况，对某些施工加固方案进行了变更设计，得到了合理的加固处理措施和施工方法，从而抑制了边坡变形的发展，节省了工程投资，保证了边坡的开挖、加固治理工程的顺利进行。（&）依据监测信息及时治理&号蠕变体。&**+年(月&,日沅水过坝区洪峰流量达!#&#++$01，因施工导流使河床缩窄，洪水以&+$01的流速伴随高约#$的大浪淘刷位于坝线上游的&号蠕变体坡脚，导致高程&&+$下的蠕变松动岩体坍塌，在高程*-$、&&-$的出渣道路被切断毁坏，平行边坡出现大量裂缝，边坡下部有水平宽度&+$、体积约-万$!的岩体被洪水冲走，边坡上部的监测点表明边坡岩体呈加速变形（见图!"-&），需加固治理。根据蠕变松动岩体与松散堆渣在坡比&2&)#时即能保持边坡长期稳定的实际，对此边坡采取上部按&2&)#坡比开挖减载和坡底压脚的治理方案，保证了边坡的稳定及施工的顺利进行。（#）利用监测信息调整缆机边坡设计。跨河高低缆机平台与施工导流拓宽工程同期进行，缆机平台的稳定对大坝施工有重要的影响。高缆平台坡比&2&，坡高,-$，于&*’’年.月开挖基本完成。同年’月雨季，坡顶见岩块崩落，坡面见片状岩块剥落，*月，坡顶及东侧坡沿反倾向节理出现弧形羽状裂缝，&*’’年&&月#’日3&*’*年,月#(日裂缝南侧4、5两点降低了!.3,-$$，向临河方向水平位移-’3(()($$，变形速率为+),*3+)-&$$06。裂缝逐渐发展，岩体变形速率加快，4、5点速率达到&)’$$06。依据这些监测数据，对原高缆平台设计进行了变更，平台拓宽，台后边坡坡比改为&2&)#，坡高达,($。低缆平台后坡原设计坡比为&2&，坡高!+$，与高缆后坡同属反向坡，坡体变形为岩体的倾倒变形，深度较大。边坡开挖成坡后，高程&.-$平台上的顺层断层7&#&与倾向坡外的顺坡向断层7组合切割形成块体，该块体顺断层面下滑克服了7&#&断层的&+8爬坡角向坡外滑移#+9$，高程&*+$坡顶断层上盘岩体相对错落,+9$，边坡裂缝不断增多。为使此边坡稳定，&**+年,月将坡顶前缘-$高的堤形岩体挖除，实施坡顶减载，坡高降低了&0!，7&#&断层上盘岩层滑移停止，边坡稳定，见图!"-#。—,(#— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$五强溪水电站船闸边坡$号蠕变体变形曲线图!"#%五强溪水电站左岸低缆后坡处理示意图边坡变形监测资料表明，治理后，高、低缆平台边坡变形速度明显减缓，其旱季速率为&’(!)$’#*++,月，雨季为&’#-)!’*++,月。以后逐渐降低，边坡稳定，满足了大坝施工缆机工作的要求。（!）坝后坡治理的信息化施工。$）施工不当导致坝后坡开裂。$--&年-月，大坝左岸地基开挖形成坝前、坝后坡，其中坝后坡为横向坡，原设计坡比为$.&’#。施工初期爆破控制不当，使高程$%&+平台下坝后坡前缘的/$0观测洞钢筋混凝土衬砌、洞底产生多处平行边坡裂缝。大坝挖至建基面后，在$%&+平台下形成高达#&+的边坡，因未及时加固，$%月(日，坝后坡$%&+平台出现平行边坡、追踪节理的裂缝。监测信息表明，受1$$#、1$%$断层切割的岩体变形加剧。断层上盘岩体发生约%&&+!的坍塌，变形继续向平台内$--$年!月%日晚，平台前缘1$$#扩展，*月在平台上出现多条平行坡后的裂缝，见图!"#(。%）监测信息指导施工、节省投资。综合分析边坡岩体结构和变形特点，坝后坡的变形—(0!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#!五强溪水电站左岸坝后坡与高程$%&’平台岩体拉裂变形示意图是($%$)($%&断层间的多个块体向坝后坡临空面的倾倒变形，故治理的措施初步拟定为混凝土面板压坡、上部压梁加预应力锚索、下部锚桩处理。面板、锚桩施工后，布置在坝后坡的近水平的钻孔多点伸长计表明边坡表部岩体向临空面位移缓慢，其速率仅%)!’’*月，已趋于稳定。此外，坝后坡与大坝间堤式桥的施工，使坝后坡岩体受到支撑，故取消了坝后坡原拟定的预应力锚索加固，节省了投资。第五节边坡治理与加固作为地质结构体的岩体边坡，是一个开放性系统，其演化、形成均处于动态变化的过—+,+— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究程中，不仅受到自然环境因素的影响，而且还受到各种工程作用的影响。与自然边坡相比，工程边坡更具有坡度陡、快速卸载、回弹松弛和爆破扰动的特点，边坡岩体的完整性、强度和应力状态都明显地恶化，所以，边坡事故高发期一般都出现在工程施工期。基于这一点认识，边坡治理与加固已改变了过去的被动、消极的观念，逐渐建立起一种新的边坡治理加固理论和设计概念。我国水电工程边坡治理加固的目的已不仅仅是边坡发生或即将发生变形破坏的一种补救措施，而是针对边坡开挖及加固这一复杂的动态过程，从设计理论上考虑加固构件与被加固岩体的联合作用效应；从施工角度考虑控制爆破技术、确定合理的施工程序、及时加固和预加固措施，以达到维持和提高边坡岩体的自稳能力；从地质上考虑边坡变形演化的过程和阶段，抑止边坡向大变形发展。鉴于边坡变形是各种环境因素与工程因素复杂作用的结果，因此，在工程实践中，从改善边坡岩体应力状态和提高岩体强度出发，分清主次因素，结合边坡岩体结构类型、变形特点及演化阶段，因地制宜地采取综合治理加固措施，强调“一减小、二及时、三控制”，即最大限度地利用控制爆破技术减少开挖对岩体的扰动、及时的加固防治、控制渗流对岩体稳定的不利影响。通过这样的综合治理，已成功治理和加固水电工程不少的变形失稳边坡，其中包括了层状结构的滑动边坡、倾倒、反翘变形破坏边坡，块状结构的滑动破坏边坡，碎裂散体结构的老滑坡⋯⋯等。采用的措施包括了预裂爆破低爆速炸药，分段起爆单响药量，小梯段的保护层一次爆破起爆网络等控制爆破和减震技术，减少对岩体扰动；削坡减载以改善边坡的应力状态；利用各种锚固措施如锚固洞，抗滑键、抗滑桩、深锚杆及预应力锚索以提高岩体强度，加固岩体稳定性；及时对坡面喷锚保护，抑制坡体蠕动变形；实施地面、地下的排水措施来有效控制水对坡体的不利影响等。在治理加固的全过程中，配合各种监测手段进行动态监测，为及时优化设计、保障施工安全和工程决策提供了必不可少的依据。下面分别介绍这些边坡治理加固方法的实例。一、漫湾水电站左岸坝肩滑坡的治理加固漫湾水电站左坝肩于!"#"年元月$日发生!%&’万()滑坡后，重新核算边坡稳定性，根据计算，需提供加固的抗滑力要大于**%%+,才能维持稳定。研究后按边坡不同地段的地质条件，建筑物布置、技术可靠性、施工条件与难度及造价，分别选择削坡减载，加设锚固洞和抗滑桩及预应力锚索，作好表面喷混凝土保护及山坡内外排水等综合处理措施，同时建立边坡观测系统。见图)-.*。（一）抗滑桩、锚固洞滑坡发生前已完成并仍然起作用的小锚固洞（/(0/(）/%个，每个洞可承担"%%%1,的下滑力；另外，利用地质探洞和永久观测、排水洞承担一部分下滑力。坡面上设置大型（)&.(0.&%(）的抗滑桩//个和锚固洞!"个。部分洞、桩在同一剖面上首尾相接，形成地下框架结构，以增加其抗滑能力（见图)-.’）。洞桩的深度要求桩底伸入最大可能滑面以下!2*3!2)的洞（桩）总长。排距中心距为!.3!$(。洞呈水平或向下倾斜!%4左右布置。洞（桩）均用/.%号混凝土回填，并配置钢筋、型钢，洞顶作回填灌浆。—*’.— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$漫湾水电站洞（桩）锚索平面布置&、’&—导流洞；!—泄洪洞；%—削坡减载区；%$—缆机基础；#—上游围堰；(—下游围堰（二）预应力锚索预应力锚索具有不破坏岩体，主动受力的优点，加之坡面岩体抗压强度较高，因此采用大量预应力锚索加固边坡。在坝轴线至桩号坝横)*!%#+和高程,,$-%)’$+范围内共设置了%)))./级预应力锚索0!(根，!)))./级的($1根，()))./级的’%根。锚索间距是根据地形条件和所需的锚固力确定的。%)))./、!)))./和()))./的间距分别为（!-#2#）+3（!-$2#）+、（$-#）+3（!-#）+、#+3#+。锚索深入可能滑面以下#-%)+，为避免锚索预应力集中在同一剖面上而形成连通的新的破裂面，锚索深度呈深浅相间布置。锚孔与滑裂面夹角等于滑面的内摩擦角时，锚索可获得最大抗滑力，但锚索则过长；反之，锚孔垂直滑面时，锚索最短，但抗滑力最小。从经济性和安全出发，考虑滑面平均倾角!4$’!，内摩擦角"4’%2,!，则锚索倾角取*%)5#-%#5。（三）表面保护和排水为防止地表水渗入坡内，开挖坡面均挂网喷混凝土保护；为降低地下水位，减少渗透压力，在坡面打深%#-’)+的排水孔，每(+3(+设一孔，利用施工支洞和排水洞排水，在洞内向上、向坡外方向打辐射形排水孔，孔深%#+。二、天生桥二级水电站厂房区下山包滑坡的整治（一）滑坡发生发展情况下山包滑坡体积为%%)万+!。滑体厚度’#-$)+，平面似一不对称的“海贝”形。—$((— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$坝横%&%$%’剖面(—缆机平台；)—强弱风化界线；!—钢筋网喷层厚(#*’；$—预应力锚索；#—设计开挖线；+—坍滑后地面线；,—最大可能滑裂面；-—平洞；.—桩；(%—排水孔；((—微弱风化界线滑坡处于厂房后侧的下山包，东临南盘江，北至芭蕉林，南靠拉线沟，见图!"#+。岩体为层状结构，处于苞蕉林向斜内，岩层向东倾，倾角-/0(!/，岩性为砂泥岩互层，呈强风化状，含夹泥层，滑床沿层状的夹泥层分布。滑坡原因是由于施工、排水不当，使夹泥层强度降低以及边坡的大规模开挖，将滑坡前缘赖以抗滑的(%%’长的岩体挖掉，阻滑力减少导致滑坡滑动。滑坡主滑方向为朝南盘江方向，大体为北东东向，滑动特点是前部的位移为后部位移的)0!倍；表面变位速率为滑面变位速率的)0$倍；随滑移过程，后缘裂缝亦向后扩展、推移。据滑坡发展实际情况和不同时期的变形特征，下山包滑坡发生发展过程可划分为五个阶段。第一阶段，变形开始阶段（(.-+年+月0-月）。在(.-#年(%月厂房后侧（西侧）坡开挖，挖至##%’高程时，发生小滑坡。此期累计变形量约)%’’，平均变形速率约%1!’’23，同年.月，滑坡趋向稳定。第二阶段，变形加速阶段（(.-+年((月中旬0(.-,年!月）。从(.-+年((月起，开始大规模开挖，变形加速，至(.-,年!月$日，累计变形(-%’’，平均变形速率为(1+-’’23，)月份平均变形速率为,1)’’23，最大达.’’23，且呈整体位移趋势。第三阶段，减速发展阶段（(.-,年!月初0+月初）。自(.-,年(月中旬打钢筋桩，)月截断进入滑坡体的水源，)月)#日起开始对滑坡后部减载，从而使变形减速，此期滑坡累计变位$%’’，平均速率为%1$(’’23。第四阶段，基本稳定阶段（(.-,年+月#日0(.--年+月）。由于.根抗滑桩，#(根—$+,— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"##天生桥二级水电站厂区工程地质略图钢筋桩，约#$根!$$%&预应力锚杆和’$$(排水洞相继完工和发挥作用，’)*+年,月的变形速率降到$-’,((./以下，,月份以后进一步降至$-’((./以下。第五阶段，稳定阶段。’)**年,月以后，各种仪器观测值均摆动在测读误差范围内，表明滑坡进入稳定状态。（二）滑坡整治采用了综合整治措施，见图!"#*和图!"#)。主要的工程手段如下。’-减载—0,*— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$天生桥二级水电站厂房后侧下山包滑坡综合治理图图!"#%天生桥二级水电站厂房后侧下山包滑坡综合治理剖面图滑坡体后部减载&!万’!，()*%年&月&#日+,月($日施工。&-排水、截水滑坡体汇水区内，上起高程*..’，下至高程$*.’公路，设置了,层排水沟。在滑坡体下部滑面以下，分别在高程#$&’和#*.’打了两条连通成/形、总长!*,’的排水洞，并在地表向下、洞内向上分别打穿滑面形成排水孔幕，在洞端向滑坡后部打斜向排水孔，同样打至滑面以上。()*)年+()).年枯水期，排水洞水量仅.-.(!+.-.&)012，说明排水有一定效果。地面排水系统于()*%年#月基本完成，排水洞于()*%年和()**年雨季前分两次建成。!-抗滑桩共(*根，长&,-)#+,!-!’，分别在()*%年和()**年雨季前各完成)根。按单排布置，分两期施工，桩的锚固深度仅为桩长(1,+(1!。桩布置在滑坡前缘坡顶&.’左右处，在滑面高程距滑出口约%.’，这样可有效地利用前部滑体抗力。抗滑桩尺寸为!’3,’，—,$)— 第二篇水利水电工程地质构造研究净距!"，每根桩承受推力为#$%&’()，$’’号混凝土浇筑并配钢筋。&*预应力锚索和锚杆根据下山包滑坡体风化严重、裂隙张开且多充填，允许一定量的变位和运行期长的特点，预应力锚索选用钢绞线制无粘结、可调预应力、被动加力的型式。锚索为#$’’()级，共$$&根，排距+*,"，孔距+*’"，共-排，长$+.-/++*-"，锚固段长-/#’"。锚索布置在,0,/,%’"高程的坡面上，也是滑坡变形最明显、位移量最大的部位、锚固段长-/#’"，根据滑面倾角、内摩擦角!1#’2，采用的锚索倾角&,2和,,2，相应的锚固角为,#2与0#2，稍大于最优锚固角（&,23!4$）。锚索布置见图+5,%。+’’()预应力锚杆是为了控制抗滑桩前方仍在运动的坡体，进一步提高雨季在滑坡前缘施工的安全性而布置的，选定在高程,0,"、+"宽的马道上布置$排，排孔距$"，倾角0’2，要求深入滑面下,"，长度为#$/$’"。先对锚固段进行灌浆，达到了强度后，再对张拉段进行灌浆，在初凝前施加预应力锁定。,*钢筋桩#!%-年#月中旬，滑坡的平均位移速率已达#*,/$""46，为抑止大变形持续发展，并保证抗滑桩施工安全和锚索孔成孔，从#!%-年#月开始，先后在滑坡体前缘高程,%&"平台至高程,-’"间布置了#’’根钢筋桩，长+,"，由-!#+$钢筋束组成。分两排布置，桩距+"，排距&"。除上述治理措施外，坡面还采用了$"7$"方形框架护坡，框架断面为,’8"7,’8"，节点处设置了!+$长#$"和!+0长#$"的砂浆锚杆。采取了上述措施后，滑坡已经受,/-年考验，监测仪器显示了滑坡处于稳定状态。三、东风水电站进水口边坡治理实际监测和分析计算表明，缓倾坡外偏上游的&号夹层为一潜在滑动面，下游边墙侧坡沿夹层在施工期已出现,/%""的位移。运行期泄洪时，由于水位下降产生的裂隙水压力在$/+*,"时，安全系数小于要求的#*+’，为此需进行加固处理。（#）首先在边墙下游侧坡采取减载措施，开挖成高程!,-、!&&、!+#"三个减载平台，减载总方量约为#$’’’"+；（$）在进水口底板作系统锚杆加固，范围包括建筑物地基及前缘部分卸荷带，锚杆用!$,/!+,、长&，,/#,"、间距+"7+"/&"7&"梅花型布置，锚杆一律穿过&号夹层。（+）对下游减载平台的后坡采用!$%、长$’"的长锚杆加固。（&）最重要的措施是利用右坝肩出渣洞设置一条长$’"、宽+’"、高,*’"的钢筋混凝土锚固洞。洞身在&号夹层上、下盘间，洞底高程!$+/!$+*,-"，用9$’混凝土填塞；另外，在高程!#%"的进水口底板地基设置一道长#$*’"、宽+*’"，高0*,"的钢筋混凝土抗滑键，卡住&号夹层。（,）为有效地限制泄洪时水位下降引起的裂隙水压力，在进水口下游侧边坡岩体内，自高程!&&"至!,-"之间设置了排水孔群。排水孔的孔径为:##’""，倾角#’2，孔深达到裂隙;!。排水孔分别设在!+#"、!+0"和!&#"三个高程上，孔数分别为-孔、0孔、-孔共$’孔，孔距为,"，交错排列布设。—&-’— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究图!"#$天生桥二级水电站厂房后侧下山包滑坡体%&’’()级预应力无粘结锚索布置图（*）锚索布置剖面；（+）锚索布置平面通过上述综合治理加固，安全系数均达到%,!的要求，变形已趋稳定。四、五强溪左岸船闸边坡处理五强溪水电站左岸船闸开挖边坡高%&’-%#’.，边坡为前震旦系上板溪群的千枚状板岩、砂质板岩及砂岩、石英砂岩组成的同向与反向层状结构岩质边坡，岩体中断裂构造走向与岩层走向近于一致，和干流边坡小角度相交，分布密集，天然状态下边坡已显蠕动变形。治理设计针对边坡不同部位、不同的岩体结构、不同的变形机理和变形类型，将边坡分为/个区域，采取不同的处理措施，见图!"#0。第%区：#-1号冲沟之间、高程%&’.以上边坡。边坡为全-强风化的陡倾反向坡，平行边坡的断层、夹层发育，2$1-2%%&断层破碎带宽$-%#.，在本区#-/号冲沟间坡脚附近出露，边坡变形形式主要表现为软弱夹层及断层破碎带的压缩引起岩层倾倒。本区主要处理措施为：开挖坡比%3%,/-%3%,$#，缓于自然边坡；挖槽回填混凝土封闭断层破碎带及软弱夹层；坡面网格梁种草皮护坡。第&区：/-1号冲沟之间、高程%&’-$’.边坡。边坡为强风化反向坡，自然边坡表部为厚约4’.的蠕变松动岩体，边坡变形表现为倾倒蠕变。主要处理措施为：将散体结—41%— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$五强溪水电站左岸工程边坡防护治理图构的蠕变松动岩体挖除，开挖坡比%&%’!#(%&%’)，缓于自然边坡；坡面喷*+,混凝土厚-./，布设间距!/0!/、孔深!(#/的!+#锚筋；局部岩体破碎部位挂!1、间距+,./0+,./钢丝网，喷混凝土%#./厚。第!区：坝下,2,-,/(,2%)%’+#/之间、高程%+,/以下边坡。边坡为强(弱风化厚层砂岩夹板岩组成的同向坡，岩体较完整，但有3)!、3-+等平行边坡的陡倾角断层在坡面出露，破坏了边坡岩体的连续性，易产生劈楔变形。主要处理措施为：边坡按%&%顺层开挖；坡面采用喷混凝土-./护面；永久边坡采用!+#锚杆加固，深度!/，间距!/0!/，梅花型布置；对易产生劈楔变形的断层部位，采用!!!+锚筋桩加固，沿断层布置一排，间距!(#/，串连断层上下盘岩体。第1区：坝下,2%)%’+#/(,2+-,/之间、高程%+,/以下边坡。该区上部为反向坡，下部为同向坡，地质条件最复杂，3-4、3%%+、3%%#、3%+%、3)!、3%,$等断层在此密集交汇，千枚状—14+— 第三章水利水电工程岩质高边坡稳定性研究板岩、砂质板岩风化破碎，自然边坡蠕变松动岩体发育深厚，施工过程中亦发生严重的劈楔—反翘变形、拉裂变位及剪切滑移等多种形式。主要处理措施为：反向坡按!"!#$%开挖，同向坡按!"!&!"’#$%顺层开挖；对()*与(!!%&(!+!断层间组成的劈楔岩体采用锚桩、锚洞锁定，锚桩按%,-%,梅花型布置，桩长+’&.’,，锚洞断面!#%,-!#$,城门洞型，深+’&*%,，锚桩、锚洞均穿过断层和软弱层带，锚入较新鲜完整岩体*&$,；对反向坡岩体较完整部位，采用系统锚杆加固，锚杆直径!+%,,，间距*,-*,，梅花型布置，孔深*#%,；坡面大部分采用喷$/,厚混凝土防护，破碎部位采用现浇钢筋混凝土面板护坡。第%区：)&0号冲沟间、高程$’,以下边坡。为强风化砂质板岩组成的反向坡与同向坡，($0&(!!+断层破碎带在坡脚通过，破碎带宽$&.’,，断层上盘同向边坡岩层已蠕变倾倒或直立。变形主要表现为倾倒—反翘，即上部反向坡倾倒变形产生的山岩压力传递到边坡下部，迫使同向坡岩层反翘变形。主要处理措施：边坡开挖仿自然边坡，坡比!"!&!"!#)；对($0&(!!+断层破碎带出露部位采用混凝土塞处理；对断层两侧岩体采用锚硐锚固；坡面较陡部位布置*!*+垂直锚桩，间排距%,-%,，桩深!%&+’,，防止倾倒变位；高程)’,以下全面进行固结灌浆；坡面高程$’&)’,喷$/,厚混凝土保护，高程)’&%’,采用现浇.’&%’/,厚钢筋混凝土护坡。第)区：坝后侧坡。为强&弱风化岩体组成的横向边坡，变形表现为(1$、(!+’与(!!%断层相互组合形成棱线倾向坡外的楔体滑动，以及沿平行边坡的陡倾角节理发生卸荷松动。主要处理措施为：坡面采用混凝土喷锚支护；对不稳定楔体采用混凝土面板压坡，上部压梁加预应力锚索，下部锚桩处理。水是诱发和加速边坡变形的重要因素，因此对整个边坡设置了完善的内外排水系统。坡面纵横排水沟网覆盖整个高程$’,以上永久边坡，各级马道内侧设有纵向排水沟，坡面每隔*’,左右设有横向排水沟与马道排水沟相连。在所有被喷混凝土、混凝土面板覆盖的坡面均设置间距*,-*,、孔深进入岩体!,的表层排水孔，以便排除喷混凝土及混凝土面板下的浅层地下水。边坡内部排水，在充分利用原地质探洞和观测洞进行排水的基础上，还对加固处理的水平锚洞回填时，在其底板预留排水沟；在边坡下部打水平排水深孔，孔深!%&*’,，孔径!!’’,,；对具有阻水作用的($0断层，其南北盘地下水位相差较大，新挖排水洞重点是降低($0断层以北的地下水位，并在洞顶从坡面打!!%’,,的竖向排水孔，间距!’,，形成一个竖向排水帷幕，使雨水迅速流入排水洞，通过排水洞流出坡外，以缓解降雨形成的动、静水压力影响边坡稳定。边坡在施工过程中，坚持自上而下的开挖施工程序，边开挖边治理的原则，采用动态监控设计，加强信息化施工，根据边坡开挖揭露的地质情况及内外观测资料，综合分析边坡稳定条件，有针对性地提出了有效的处理措施及合理的施工程序，特别在地质条件复杂，边坡稳定性较差部位，有效地抑制了边坡的严重变形，保证了边坡的稳定和施工的顺利进行。—.0*— 第二篇水利水电工程地质构造研究第六节发展趋势随着水电建设事业的发展和建设规模向巨型化的演变，水库大型变形边坡和高陡工程边坡的稳定性问题，已愈来愈成为影响工程建设和运行安全、建设工期与造价的关键问题之一，采用常规方法已很不适应水电工程建设的需要。目前，趋向于采用系统工程的理论和方法来解决边坡稳定问题。（!）解决问题的总体目标是边坡稳定性判断、评价和未来演变趋势的预测以及整治措施的优化与采用。目标解决的前提是要弄清边坡变形破坏的过程：变形破坏力学机制及其演化。这一过程的演变则受控于边坡赋存的地质、力学环境，因此应从地质调查入手，一方面弄清构成地质、力学环境的各种要素及它们的相互关系，如岩体结构、物质组成、应力场、岩体强度、地震地质及地下水动力场等；另一方面要了解河谷边坡的形成，后期风化卸荷的改造与重力地质现象的演变。进一步归纳出各种变形破坏类型与机理，进行边坡岩体工程分类，从宏观和整体上评价边坡的稳定性。（"）由于边坡是一个复杂的系统，因此目前趋向于综合采用现代遥感、遥测技术及各种勘测技术；现代测试技术：包括热释光、包体爆裂测温、扫描电镜技术等测龄技术；现代数学力学新理论、新方法，如各种数值分析，模糊数学、灰色系统理论，断裂力学和损伤力学及概率分析等，实现地质过程及各要素的定量描述和定量解释，并与现代计算机技术紧密结合起来，实现边坡变形破坏地质过程的定量计算模拟。（#）边坡又是一个开放、动态的系统，因此在边坡设计与治理措施的选取与实施过程中，趋向于通过各种监测信息，发现边坡变形的突破口、影响的敏感因素，治理措施实施前后变形的变化差异，及时优化边坡治理措施及改进施工程序和方法。通过大量的工程实践与总结和理论探索，逐步实现可靠的边坡稳定性预测。（$）越来越重视针对各类型边坡和变形破坏类型的综合治理措施的优化研究，控制爆破技术、排水和抑制向大变形发展的喷锚措施始终占有重要的地位；另外，超前锚固和主动加固边坡岩体的预应力锚索技术将更广泛应用，并向群锚、大吨位、快速施工方向发展。—$%$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究第一节概述新中国成立以来，特别是改革开放!"年来，我国水利水电工程建设取得了举世瞩目的伟大成就。其中，水工地下建筑物在水利水电工程中占有重要的地位。据不完全统计，我国已建和在建的水利水电地下工程达!#"个。其中地下厂房$!座，水工隧洞总长达$""余公里。!"世纪%"&’"年代，我国建设的以中小型水电站居多，洞室的规模也较小，地下厂房一般跨度小于!"(，高度低于#"(，但为数众多，至今仍运行良好。如云南的以礼河$个梯级、西洱河一级、绿水河一级、三九股水，广东的流溪河、潭岭、龙颈、泉水、南水、长湖（地下厂房高度已达#)*’(），福建的古田一级、上杭、山美，浙江的马蹄岙、桐柏、百丈襜一级，四川岷江的映秀湾、渔子溪一级、二级（#个地下厂房高度已超过#"(，分别为#’*+’(、##*#(、#+*,(），江西的罗湾，广西的青狮潭、拔贡、拉浪（地下厂房高#$*’(），辽宁的回龙山（地下厂房高#’(），黑龙江的镜泊湖等地下厂房，以及成功地建成了跨度约!’(、高度%"&)"余米、长度+""(左右的四川大渡河龚嘴和甘肃黄河刘家峡两个窑洞式（拱座跨度#+*%(）大型地下厂房。这个时期，我国建设的引水隧洞直径（或洞跨）一般#&)(，长度一般数百米，部分长达数公里，如西洱河一级引水隧洞长-*+’$.(；压力管道承受的内水压力也不太高，一般数十米至百余米，仅部分较高。-"年代以来，随着我国改革开放，国家经济建设蓬勃发展，对电力和供水的需求极大地提高，在我国主要的干流水系上建设了一批大型巨型水利水电工程。相继建成投产的吉林第二松花江白山、云南鲁布革、贵州东风、四川二滩、即将建成的河南黄河小浪底、云南澜沧江大朝山等大型地下厂房洞室群，其开挖跨度已达#"(左右，高度%"(以上。如二滩水电站地下厂房跨度!%*%(、高度)%*#-(、长度!-"*!,(，为目前中国最大的地下发电厂房。此外，我国还建成了广州、北京十三陵、浙江天荒坪、西藏羊卓雍湖等一批高水头的抽水蓄能电站的地下建筑物，压力管道承受的内水压力高达)""余米至+"""(。我国已在喀斯特地区复杂地质条件下建成了长,*%.(，洞径,*-(，埋深’""(的广西天生桥二级和长,*$.(，洞径-(，埋深#""(的鲁布革有压引水隧洞；穿过不同地质单元长达+%*’.(的引大大秦盘道岭无压输水隧洞。已完成运用使命的我国最大的二滩导流隧洞跨度+’*%(，高度!#(；云南澜沧江漫湾导流隧洞跨度+%(，高度+,(。—$’%— 第二篇水利水电工程地质构造研究我国水力资源丰富，可供开发的大部分集中于西南、西北高山峡谷地区。著名的金沙江干流及其主要支流、澜沧江、怒江、珠江上游以及黄河上游干流等，水量丰沛，水电站规模宏大。待建和正在开展勘测设计工作的如金沙江溪洛渡水电站装机容量达!"##万$%，金沙江最大的支流———雅砻江锦屏一级&&#万$%、锦屏二级&"#万$%、官地水电站!’#万$%，大渡河瀑布沟水电站&&#万$%，澜沧江小湾水电站("#万$%、糯札渡水电站)##万$%、珠江上游红水河龙滩水电站)(#万$%等等，均采用地下厂房；锦屏二级引水隧洞长达!’$*，洞径!#*，埋深达"###余米，属超深埋越岭长大隧洞；我国的南水北调中线、西线工程，从长江中上游水系长距离跨流域引水至京、津、冀地区，沿线穿过不同大地构造单元，兴建长大输水隧洞，将遇到变化多端，十分复杂的地质条件。地下建筑物围岩稳定性的工程地质评价是水利水电工程勘测、设计、施工运行中的主要问题之一。"#世纪)#+,#年代，我国兴建的水利水电工程，地下洞室规模不大，其设计思想，基本上是把洞室的围岩作为荷载的观点，衬砌承担围岩荷载和内水外水压力荷载，以维持围岩的稳定。其设计理论即基于散体介质建立的普氏塌落拱理论，并扩大应用于非散体介质。对围岩的工程地质评价，多侧重定性描述和确定围岩的坚固系数（普氏系数）-值和围岩的单位弹性抗力系数.#值。设计上根据地质提供的洞室分段-、.#值，进行衬砌支护设计。’#年代以来，随着一大批大型水利水电工程兴建，大型地下洞室的开挖，我国对地下建筑物的地质勘察研究和围岩稳定性的工程地质分析评价，在理论和实践上都已获得了很大的发展，积累了丰富的经验。主要表现在以下几个方面。（一）基本观点人们通过越来越多的地下工程实践，经验的积累和深化，深刻认识到地下洞室的围岩也是一种具有自稳能力的结构体，而不再是单纯的荷载来源，这就是围岩结构的观点。这一突破性认识，也极大地促进了岩石力学学科的发展。在洞室设计的实践中，设计主导思想是：围岩本身就是承担洞室荷载的主要结构，而衬砌或支护仅是加固围岩，提高其自稳能力的工程结构措施，同时强调围岩和衬砌或支护联合为一整体，共同发挥承载作用，以保持围岩的稳定性。上述设计基本观点和思想的改变与发展，也带来了围岩稳定性工程地质评价的进展，这就是以勘察研究围岩岩体结构为主线，多因素综合定量评价围岩岩体的质量，划分不同的围岩类别，分别评价其整体稳定性和设计支护及衬砌；同时，对于大型的或主要的洞室，查明由软弱结构面所构成的对洞室围岩稳定不利的特定块体及其物理力学性质，分析评价局部稳定性，为特殊的、局部的加固处理设计提供资料。可以说，围岩作为一种结构的观点，贯穿于工程地质勘察与评价的全过程。（二）基本内容（!）以划分围岩岩体结构类型为基础，查明围岩的岩性、强度与抗变形特性，围岩的完整性，结构面性状与方位，围岩的透水性与含水性，地应力状态等，定量评价围岩总体质量和整体稳定性。（"）对于大型地下洞室或主要地下洞室，还要查明结构面，尤其是软弱结构面的空间组合关系，对顶拱、边墙、端墙围岩稳定不利的特定块体进行稳定性计算分析，评价洞室围岩局部稳定性。—(,/— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究（!）进一步研究围岩失稳的机制，针对不同的机制类型，选择不同的分析、计算及评价方法。（"）研究洞室开挖后二次应力场对围岩稳定性的影响及洞室群的相互影响，评价围岩破损形式、程度及其范围，预测岩爆的可能性和程度并研究防治措施。（#）研究软弱围岩的长期强度、流变特性及其工程意义。（$）研究外水压力、内水外渗压力及其对裂隙岩体和裂隙充填物的水敏效应，评价其对围岩稳定性的不利影响。（%）查明围岩及其上覆岩体的水文地质条件，预测洞室开挖后可能出现的构造涌水或喀斯特涌水及突泥，研究防治措施。（&）预测和评价洞室开挖及运行中可能产生的有害气体，有害物质，深埋洞室的地温，研究防范措施。（’）在研究区域及工程区喀斯特发育规律的基础上，采用综合勘察手段，探明和预测洞室喀斯特工程地质条件及水文地质条件，为洞室的选址及喀斯特工程处理提出地质建议。勘察研究地下高压管道及岔管布置区岩体的完整性、物理力学特性，高压水流作用下的渗透性及地应力场，为研究地下管道布置的深度、位置、形式以及衬砌形式提供地质资料。（()）研究洞室支护衬砌后围岩特性的可能变化及其补强措施。（((）研究洞室开挖的空间（尺寸）效应，时间效应，应力调整（集中与释放）效应：包括开挖后的二次应力场和支护衬砌后的三次应力场，支护及其与围岩的相互作用，应变—应力分析等。该项研究多采用试验洞测试和施工监测等手段。（(*）地下建筑物枢纽区场地，地震安全性评价及隧洞所通过的活断层的活动性和处理措施研究。（三）理论和方法（(）针对不同的围岩介质特性及可能失稳机制类型，分别采用或综合采用散体理论、弹性理论、弹塑性理论、塑性理论及块体极限平衡理论，对围岩的应力分布及其变化、变形及其稳定性进行研究，预测洞室开挖所引起围岩破损的形式、程度及范围，研究适宜的开挖程序、方式及加固处理措施。（*）工程地质勘察中，在对地下建筑物区（尤其是深埋长大洞室）开展高分辨率遥测遥感地质解译的基础上，对地下厂房枢纽区、调压井及高压管道布置区以及引水隧洞的重点部位，有针对性地进行洞探和钻探。同时，在对围岩作工程地质调查时，已更多地使用岩体弹性波速（声波、震波）、点荷载强度、回弹值测试等手段，以更多地获取有关岩体力学特性的量化资料，并注重资料的系统分析。在对地下建筑物区工程地质勘察资料的整理分析时，强调剖面分析（包括垂直剖面和水平剖面）、赤平极射投影分析、实体比例投影分析、块体分析等，以便把握住软弱结构面空间展布及其组合，节理裂隙的发育规律及其组合，为洞室的位置选择、轴向确定以及围岩稳定性分析计算提供翔实的资料。（!）在大型地下洞室的勘察研究中，广泛应用岩体力学测试手段。除常规的岩石（体）物理力学性质测试外，还开展了现场模拟试验洞围岩的收敛与变形监测，研究洞室开挖后围岩变形的空间效应、时间效应及尺寸效应，为研究围岩的开挖、洞室支护及围岩处理提—"%%— 第二篇水利水电工程地质构造研究供可靠资料。同时，应用监测所积累的围岩变形资料，进行位移反分析，获取能代表更大范围围岩实际的力学参数（地应力及弹模等）。在施工过程中对围岩变形进行监测，利用监测资料开展反馈分析和设计优化。关于岩体天然应力测试，已普遍采取在探洞中应用钻孔应力解除法量测三维应力值；深孔水压劈裂法测试地应力多运用于高压管道的勘察中；此外，也开展了定向试样室内测试地应力的工作，如凯塞（!"#$%&）效应法、饼芯反演法、裂纹闭合法等。根据地应力实测成果，进行地应力场的回归分析。（’）在喀斯特地区地下洞室地球物理探测方面，除了常规的电法、地震法外，还应用了层析成像技术（()法），如勘探点间电磁波或弹性波穿透()成像，以及超高频电磁波法———地质雷达、钻孔电视和甚低频电磁波测试等，对探测喀斯特洞穴和研究喀斯特发育程度，均有较好的效果。（*）在地下洞室围岩稳定性的室内模型试验研究方面，主要包括计算机数学模型研究和相似材料的地质力学模型研究、光弹模型试验研究等。（+）对围岩稳定性的工程地质评价，主要是进行深入的工程地质分析，以定性评价为基础，定性和定量评价相结合。进行洞室工程地质条件分段评价及围岩分类，评价围岩的整体稳定程度和潜在的特定软弱结构面不利组合的局部稳定性。在分析评价中，作为一种辅助手段，也引入了应用计算机开展的有限元法、边界元法等数值分析。可以说，对围岩稳定性的工程地质评价的深入，已越来越多地涉及岩体力学及计算数学领域。（四）研究成果（,）,-./0,-.+年，结合当时在建的鲁布革水电站地下工程，重点开展了围岩稳定、岩石力学性状以及支护设计理论和计算方法等方面的研究，主要成果有：,）“水电地下工程围岩分类方法”。经修改和简化现已纳入12*34.5—--《水利水电工程地质勘察规范》，详见本章“第二节一、（三）”。4）地下洞室围岩应力应变特性和测试技术。研究了鲁布革工程岩石（体）物理力学性质试验、岩体初始地应力测试、初始地应力场回归分析和原位模型洞试验，为研究围岩稳定的有限元计算和模型试验提供参数，为地下厂房轴线调整与洞群合理布置提供依据。将地应力场分析成果应用于围岩稳定计算和试验在我国尚属首次。/）地下洞室围岩稳定和支护的模型试验。研究了平面和空间光测模型试验、平面应力应变和三向整体的相似材料模型试验，应用了激光散斑技术等，第一次研究了在平面试验中无法解决的交叉洞群围岩稳定和支护问题。’）地下洞室围岩稳定和支护的有限元、边界元分析。研究了非线性平面和空间有限元、黏弹塑性、平面非线性边界元及空间线性边界元分析。在平面和空间非线性有限元分析中，考虑了地应力、开挖过程、喷锚作用及岩体的非线性力学特征等复杂因素，调整了鲁布革洞室布置。黏弹塑性分析考虑了断层、节理和混凝土的流变性态。边界元程序简化了地下工程计算，并首次提出用计入刚体位移与转动的虚荷载法分析非均质围岩稳定。*）地下洞室运行期监测及反馈。在鲁布革地下厂房顶拱和边墙埋设了深孔多点位移计和收敛计等永久应力应变量测仪器，用于施工过程中及运行期的变形监测，为反馈验证该项研究及分析方法的实际效果，这也是我国水电地下工程首次开展的反馈验证。总之，该项目对水电地下工程进行了全面系统的研究，并在鲁布革厂区枢纽中具体应—’5.— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究用，取得明显的效果。同时，对我国以后的地下工程建设亦具有指导意义。（!）!"世纪#"年代后期至$"年代以来，结合一批大型水电地下工程的建设，针对不同的围岩特点，开展了一系列各具特色的施工生产性科研，其中具有代表性的主要有以下四个方面：%）在较高地应力条件下，坚硬裂隙块状岩体中开挖大型地下洞室群围岩的稳定及其支护研究。以二滩水电站地下厂房洞室群为代表，开展了地应力场三维有限元回归分析、洞室群围岩稳定和支护的非线性有限元计算分析、施工期洞室群围岩变形监测及其反馈分析，论证了在较高地应力围岩中开挖大型洞群洞周围岩应力调整松弛的特征与机理，优化了喷锚、锚索支护与固结灌浆处理设计，确保了施工期及运行期的长期稳定。!）在较低地应力条件下，缓倾角硬、软互层状岩体中开挖大型地下洞室群围岩的稳定及其支护研究。以小浪底水利枢纽地下洞室群为代表，开展了跨度达%&’的试验洞围岩稳定和支护监测，初步揭示了缓倾角有夹泥的砂页岩地层中，且存在陡倾角裂隙系统及断层破碎带情况下，进行光面爆破及喷锚支护时围岩变形的空间与时间效应，初步论证了喷锚支护参数的合理性。结合施工，还开展了洞群开挖围岩变形的系统监测及监测资料的反分析，论证了早强水泥砂浆锚杆对层状缓倾角有夹泥岩层能及早发挥支护抗力，以保证顶拱围岩稳定的有效性与经济性，优化了支护设计。(）高水头电站地下压力管道围岩稳定及其支护研究。以广州、天荒坪等抽水蓄能电站为代表，开展了对压力管道区围岩岩体结构及其完整性、岩体物理力学特性、高水压力作用下岩体的渗透性及完整性、围岩岩体的原始应力状态等方面的勘察研究，结合后续的施工及运行通风、排烟和排水，采用了深长探洞及深孔等勘探手段，开展了深孔应力解除法和水压致裂法量测原始地应力、对局部软弱围岩（如蚀变岩）进行了现场三轴试验及膨胀力试验等，天荒坪电站在岔管处进行高压（)*#+),-.）压水试验及渗透压力观测。两电站均从上覆岩体最小厚度、初始地应力、岩体的渗透特性等方面为高压管道位置的选择、布置的型式、支护及衬砌型式的确定提供了可靠的地质资料，在解决了一系列技术难题后，成功地采用了钢筋混凝土衬砌结构，在高水压作用下斜井和岔管工作正常，渗水量微小。/）喀斯特区水工地下建筑物围岩稳定及处理研究。以天生桥二级引水隧洞为代表，开展了对洞室穿过大型充填型溶洞、空溶洞、隐伏溶洞、小溶洞群、溶隙密集带及破碎溶蚀带的围岩稳定问题及其处理研究，预测喀斯特洞穴高压泥石流突涌、喀斯特涌水及其治理，研究了喀斯特区隧洞高外水压力问题及其处理。天生桥二级引水隧洞的建成并成功运行，标志着我国在喀斯特地区建设大型水工地下建筑物的勘察、设计与施工技术水平已处于世界前列。—/0$— 第二篇水利水电工程地质构造研究第二节地下建筑物围岩稳定性研究一、围岩工程地质分类围岩分类是对地下工程岩体工程地质特性进行综合分析、概括及评价的方法。!"世纪#"年代以来，该方法已发展为多因素综合、定性与定量结合、评价围岩整体稳定性及设计系统支护的重要方法。分类的实质是广义的工程地质类比，是相当多地下工程的设计、施工与运行经验之总结；分类的目的是对围岩的整体稳定程度进行判断，并指导开挖与系统支护设计。（一）分类的思路围岩分类的思路是，首先对围岩的岩体质量进行评价分类；然后结合考虑工程因素对围岩的稳定性进行判断；第三，根据测试及类比，建议供设计参考使用的地质参数；第四，确定各类围岩的开挖、支护准则。$%围岩质量评价主要考虑影响围岩质量的三大因素（或指标），即围岩的完整性、坚固性和含水透水性。岩体的完整性在很大程度上反映在岩体结构上。岩体的坚固性包含岩组类型或岩组的成层组合、岩体强度（抗压）、结构面（主要是软弱结构面）的抗剪强度、岩体的抗变形特性等。岩体的坚固程度，要从岩体强度与初始地应力及洞室开挖后应力调整相比较，才能获得清晰的概念。地应力状态对洞室围岩稳定关系密切，但一个工程部位的地应力变化不致于很大，一般不作为围岩分类的基本依据，而将围岩强度应力比作为分类的限定判据。地下水状况对较完整坚硬岩体的质量影响不大。因此，从总体上分析，影响岩体质量的因素首推岩体的完整性。国内外众多的围岩分类法，都十分强调结构面对岩体的分割和其性状对岩体质量的恶化。!%围岩稳定性评价在岩体质量评价基础上，进一步考虑工程因素，如洞室的轴向，断面形状与尺寸，及其与结构面产状的关系等，以及围岩强度应力比和地下水对碎裂与散粒结构岩体的作用等，进行围岩稳定性评价。&%物理力学参数研究与选取各大类或亚类围岩，根据测试及类比，建议供设计计算参考使用的物理力学参数、山岩压力或围岩应力计算的理论方法。建立在散体理论之上的坚固系数’值，需要在导洞开挖后根据实际塌落高度或结构体切割高度反算修改。或者用可能分离体高度推算’值，分离体高度可根据洞周岩体松动范围或洞室跨度按经验估计。(%确定各类围岩的开挖支护准则工程地质、岩石力学、设计及施工人员结合，确定各类围岩的开挖支护准则。—()"— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究（二）国内外围岩分类概况据不完全统计，国内外已提出的围岩分类超过百余种，按分类的方法大致可归纳为七类（见表!"#）。国内外围岩分类已发展到采用多个指标复合，即岩体质量复合指标定量评分的方法并指导开挖与支护的阶段。其中，在国际上较为通用的是以巴顿（$%&’()）岩体质量*系统分类为代表的综合乘积法分类和以比尼奥斯基（$+,)+%-./+）地质力学010分类为代表的和差计分法分类。这些分类，均根据大量工程经验的总结类比而提出，并经过大量工程应用，使之不断修正完善，还提出了相应的开挖支护准则，便于推广应用。由于是根据多个指标的复合（和差或积商）结果得出的总分来划分围岩的类别，这就在很大程度上避免了指标之间的矛盾和重复。与此同时，为使分类在现场简易化、快捷化，仅考虑一个综合性指标的分类法也有所发展。如日本国有铁道局#234年《新奥法设计施工指南》中提出的弹性波速56分类，就是这种分类方法的代表。我国水电系统于#237年提出了水电地下工程围岩分类成果，研究过程中经48个大中型地下工程的反馈应用，说明分类具有适应性。经过进一步修改和推广使用后纳入了国家标准9$8:;3<—22《水利水电工程地质勘察规范》。（三）我国水电围岩分类#=水电地下工程围岩分类该项研究工作收集了国内外#2;8年）单一指标（法国）抗压强度!?（捷克）抗拉强度"’（美国）太沙基，岩石荷载#（6#2!7年）（奥地利）0%@?,-+,A自稳时间$（#28<年）一个综合指标（美国）迪尔等岩石质量0*B（#272年）（日本）《新奥法设计施工指南》弹性波速%（6#234年）—!3#— 第二篇水利水电工程地质构造研究方法类例（奥地利）新奥法围岩分类少量指标并列（中国）铁路隧道围岩分类（!"#$年《铁路隧道设计规范》）（中国）总参工程兵围岩分类（!"#%年《国防工程锚喷支护技术暂行规定》）多个指标并列（中国）水工隧洞围岩分类（!"#&年’()*%—#%《水工隧洞设计规范》）（中国）锚杆喷射混凝土支护技术规范围岩分类（!"#$年国标+,-#$—#&）（中国）铁路隧道围岩质量指标.与稳定性指标/（!"0*年）（中国）工程兵岩体质量系数.（挪威）12,34567岩体质量.系统（!"0%年）乘积法（前苏联）!82"9#:)9;,稳定程度（’!"00年）（中国）杨子文岩体质量指数<2=2.（!"0#年）（中国）中国科学院地质所岩体质量系数>（!"0"年）（中国）关宝树围岩质量指标.和稳定性分级/（!"#?年）多个指/@8AB3C岩石结构等级<’<（!"0D年）标复,@;7@3EFA@地质力学<=<（!"0*年）合（中国）王石春<=.（!"#!年）和差法（中国）水电地下工程围岩分类（中国）围岩工程地质分类（!"""年国家标准+,&?D#0—""《水利水电工程地质勘察规范》）乘积、和（中国）洞室围岩质量分级（+,&??D!———"%《岩土工程勘察规范》和+,差综合法&?D!#———"%《工程岩体分级标准》）（中国）国家建委人工洞室围岩分类（!"0&年）岩体力学介质属性（中国）原水电部东北勘测设计院地下洞室围岩分类（!"#!年）特殊膨胀岩类G@H@;I“一种新的岩石坚固性工程地质分类”（!"0"年）表%JD围岩工程地质分类围岩围岩总评分围岩强度应力比围岩稳定性支护类型类别K’不支护或局部锚$稳定。围岩可长期稳定，一般无不稳定块体KL#&L%杆或喷薄层混凝土。大跨度时，喷混凝基本稳定。围岩整体稳定，不会产生塑性变土、系统锚杆加钢筋%#&!KL$&L%形，局部可能产生掉块网—%#D— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究围岩围岩总评分围岩强度应力比围岩稳定性支护类型类别!"喷混凝土、系统锚稳定性差。围岩强度不足，局部会产生塑性变杆加钢筋网。跨度!形，不支护可能产生塌方或变形破坏，完整的较#$!!%&$’%’为’()’$*时，并浇软岩，可能暂时稳定筑混凝土衬砌不稳定。围岩自稳时间很短，规模较大的各种"&$!!%’$%’喷混凝土、系统锚变形和破坏都可能发生杆加钢筋网，并浇筑混凝土衬砌#极不稳定。围岩不能自稳，变形破坏严重!"’$注：+,围岩强度应力比：".#/!-$*式中".———岩石饱和单轴抗压强度，012；#/———岩体完整性系数；!*———围岩的最大主应力，012。’,%、!、"类围岩，当其强度应力比小于表&3’规定时，围岩类别宜相应降低一级。表&34岩石强度评分表（5）硬质岩软质岩岩质类型坚硬岩中硬岩较软岩软岩饱和单轴抗压强度".".%#(#(!".%4(4(!".%+$+$!".%$（012）岩石强度评分4()’(’()+(+()$$)(5注：+,当岩石饱和单轴抗压强度大于+((012时，岩石强度评分为4(。’,当岩石完整程度与结构面状态评分之和小于$时，岩石强度评分大于’(的，按’(评分。表&3&岩石完整程度评分表（6）岩体完整程度完整较完整完整性差较破碎破碎岩体完整性系数+,()(,8$(,8$)(,$$(,$$)(,4$(,4$)(,+$小于(,+$#7岩体完整硬质岩&()4(4()’’’’)+&+&)#小于#性评分6软质岩’$)+9+9)+&+&)99)&小于&注：+,当#(012!".%4(012，岩石完整程度与结构面状态评分之和大于#$时，按#$评分。’,当4(012!".%+$012，岩石完整程度与结构面状态评分之和大于$$时，按$$评分。4,当+$012!".%$012，岩石完整程度与结构面状态评分之和大于&(时，按&(评分。&,当"."$012属特软岩，岩石完整程度与结构面状态，不参加评分。—&:4— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"#结构面状态评分表（$）张开度闭合稍张张开!!&’(#’(#!!&#(’!!#(’结（%%）构面充填物无充填岩屑泥质岩屑泥质状态起伏光起伏光起伏光起伏粗起伏平直起伏平直起伏平直起伏平直滑或平滑或平滑或平糙状况粗糙光滑粗糙光滑粗糙光滑粗糙光滑直粗糙直粗糙直粗糙硬质岩)*)+)!)++#)++*+)+#+),+)-评分较软岩)*)+)!)++#)++*+)+#+),+)-$软岩+.+!+*+!.+!++.+’.-.!注：+(结构面的延伸长度小于/%时，硬质岩、较软岩的结构面状态评分另加/分，软岩加)分；结构面延伸长度大于+’%时，硬质岩、较软岩减/分，软岩减)分。)(当结构面张开度大于+’%%，无充填时，结构面状态的评分为零。表!"-地下水评分表（0）活动状态渗水、滴水线状流水涌水)#&""+)#水量（"12%34·+’%洞长）"")#或#"+’—或"5+)#或#5+’’或压力水头#（%）+’&#"+’’675.#’’8")")8"-基本.#!675-#’8")")8"-"-8"+’因素地下水-#!675!#")8"-"-8"+’"+’8"+!评分评分67!#!675)#"-8"+’"+’8"+!"+!8"+.67"-#"+’8"+!"+!8"+."+.8")’注：基本因素评分67系前述岩石强度评分9、岩体完整性评分:和结构面状态评分$的和。表!"*主要结构面产状评分表（;）结构面走向与,’<8-’<-’<8/’<&/’<洞轴线夹角结构面倾角5*’*’8!#!#8)’&)’5*’*’8!#!#8)’&)’5*’*’8!#!#8)’&)’（<）结构洞顶’")"#"+’")"#"+’"+)"#"+’"+)"+)面产状评边墙")"#")’"#"+’")’"+’"+)"#’分;注：按岩体完整程度分级为完整性差，较破碎和破碎的围岩不进行主要结构面产状评分的修正。)(=:#’).*—,,《水利水电工程地质勘察规范》附录>围岩工程地质分类在水电地下工程围岩分类的基础上，经水利水电部门)’个工程、#-个隧洞总计,)(,?%洞段试用，进一步修改简化，纳入新编国家标准=:#’).*—,,《水利水电工程地质勘察规范》，作为规范的附录>围岩工程地质分类。该分类方法已在我国水电行业中广泛应用。围岩工程地质分类以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整性系数、结构面状态、—!.!— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究地下水和主要结构面产状五项因素的和差为基本依据，围岩强度应力比为限定判据，按表!"#进行分类。各因素的评分按表!"$、表!"!、表!"%、表!"&和表!"’所列标准确定。该分类不适用于埋深小于两倍洞径或跨度、膨胀土、黄土等特殊土层和喀斯特洞穴发育地段的地下洞室。规范要求对大型或重要地下洞室的围岩分类应采用本规范规定的“围岩工程地质分类”和国标()%*#+,—-!《工程岩体分级标准》的规定分级两种方法进行分类，对比分析，综合评定。必要时，还可采取国际通用的围岩分类方法，同时对比使用。（四）围岩分类在我国水电建设中的应用#*世纪’*年代以前，我国在水电地下洞室的勘察和工程地质评价中，主要是对洞室围岩进行分段的工程地质描述，并提出各段的.、/*值供设计衬砌使用。,*年代以来，围岩分类判断稳定性及指导系统喷锚支护的方法逐渐应用到我国水电地下洞室的工程地质评价中。,*年代我国自己的水电地下工程围岩分类尚不成熟，处于探索、研究的阶段。此时国内很多水电工程结合各自的特点，提出各工程地下洞室自用的围岩分类，如鲁布革、乌江彭水、黄河小浪底、水丰扩建电站等；同时，还有一大批水电工程借鉴国际通用的010、2系统以及日本34分类等，作了尝试性应用，如天生桥一级、漫湾、鲁布革、二滩、太平驿等等。经过近+*年的探索研究及应用。到-*年代，我国水电系统有了统一的围岩分类，列入新规范执行，全面进入生产使用，为我国水电地下工程围岩稳定性评价、地下工程的勘察、设计与施工起到重要作用。鉴于水工隧洞运用的特殊性，尤其是有压隧洞，由围岩分类所确定的喷锚支护基本上属初次系统支护。为满足过水糙率要求，或在围岩质量较差的条件下，为维持运行期围岩的长期稳定，一般仍需要进行第二次衬砌，两次支护紧密结合，共同作为永久支护而承力。（五）围岩分类研究水平及发展当前国内外围岩分类仍普遍采用多因素综合或多指标复合、定性和定量评价相结合的综合分类方法，其发展趋势是：（+）随着工程应用的积累，工程类比的深入，尤其是围岩失稳实例的经验总结，不断对各因素（指标）的计分进行调整修改，以使分类能更全面、准确反映围岩稳定性的实际，更好地指导支护设计。如挪威56格里姆斯坦德（56(789:;<=）和>6巴顿（>6)<7;?@）+--$年发表的改进2系统方法的文章指出，根据+*%*个工程新实例，在高应力状态下坚硬完整岩体中开拓洞室围岩往往产生剥落、板裂及岩爆，其所需的支护远远超过按原2系统建议的支护量，根据2值与实际支护的相关性分析研究，2系统中第六个参数———岩石应力折减系数!"#的最大值应从原#*增加到!**，改进后的!"#新值变幅为*6%A!**（原*6%A#*）。同时，实践表明，高应力下坚硬岩石隧洞支护可采用较少的锚杆，而广泛应用钢纤维喷混凝土。（#）目前的围岩分类，主要是从总体上评价围岩的整体稳定性，并确定系统喷锚支护；而由软弱结构面组合所决定的围岩局部稳定性评价如何纳入围岩分类中，将是需要进一步加深研究的课题。（$）进一步探索应用系统论的原理和模糊数学的方法，深入分析影响围岩稳定的自然因素和工程因素，确定不同因素组合条件下的主控因素，对围岩进行综合评判分类。—!,%— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）加强施工地质、围岩变形监测及洞室施工、支护、运行信息的反馈分析，改进围岩分类与支护设计、施工方法的结合，使围岩分类更好地为地下工程设计和施工服务。二、地下洞室的选线与选址（一）水工隧洞的选线"#选线的基本原则作为过水建筑物的水工隧洞，有其不同的应用要求。按其用途，可分为引水发电、尾水、输水灌溉、泄洪、排沙、放空、施工导流等。同时，水工隧洞往往是水电工程枢纽建筑物的一部分。因此，水工隧洞选线的基本原则是：根据隧洞的用途，结合枢纽总布置，综合考虑地形地质、水力学、沿线建筑物、洞线长度、施工条件、运行条件、环境影响等因素，从技术和经济两方面对可能方案进行比较选定。选线应首先满足水工隧洞的应用要求和枢纽总布置要求，同时，尽可能避开对隧洞围岩稳定不利的复杂的工程地质、水文地质条件的区段（如沿线深大沟谷发育、地质构造破坏强烈、地下水汇集、喀斯特洞穴发育等），避开将对环境带来严重恶化的区段，尽量选择较短的路线，对长隧洞应考虑施工支洞成洞及进口条件。在充分研究上述条件的基础上，洞线宜选在沿线地形较完整、上覆岩体厚度较大、地质构造简单、岩石坚硬、岩体完整、喀斯特不发育、水文地质条件简单、施工方便的区段。实际工作中，由于客观自然条件的复杂性，以及水工隧洞的用途和枢纽总布置的限制，往往难以面面俱到，这就需要加强分析研究，结合工程的特点，抓住主要问题，“避重就轻”因地制宜地选出较为合理的洞线。$#选线对地形地质的一般要求（"）洞身部位对地形地质的一般要求。地形条件要求沿线山体完整，洞顶上覆及傍山侧向都有足够的山体厚度，有压隧洞的最小覆盖厚度一般按洞内静水压力小于洞顶以上围岩重量的要求确定。相邻两隧洞间岩体的厚度一般不宜小于$倍洞径，岩体较好时也不应小于"倍洞径。同时，也应尽量避免隧洞埋置过深，以免深部地应力过高、施工支洞过长增加施工困难。洞线应尽量避免穿沟谷、山脊鞍部及大型喀斯特汇水洼地等负地形地带，这些地带往往岩层软弱、破碎、断裂发育、地下水汇集、风化强度大。当条件限制必须穿越沟谷时，其穿越位置的确定，往往对洞线长度起到控制作用。应加强沟谷地带的地质调查，并采用适宜的勘探手段，如物探、钻探等，查明沟谷内覆盖层厚度、基岩岩性、构造、岩体风化卸荷深度、岩层渗透性、地下水及沟谷水的水量、水质等，为研究确定洞线最佳过沟位置提供基础资料。越岭深埋引水隧洞和跨流域长距离输水隧洞洞线，亦应尽量绕避分水岭上的大型负地形地带。地质条件直接关系到隧洞的开挖成洞。为了利用围岩的自承能力，确保施工安全，简化支护，降低工程造价，在洞线选择时，尽量避开易风化、崩解、膨胀的岩体、强烈风化地带、大规模的断层破碎带、活断层、喀斯特洞穴发育带、地下水汇集区（如向斜轴、导水断裂、喀斯特暗河等）、地应力过大地段、有害气体聚集地带等。洞线与构造线、褶皱轴向、岩层走向、主要断裂及软弱岩带应尽量具有较大的交角，一般不宜小于%&’；并且尽量选择在断层破碎带较窄、胶结较好的地段通过。高地应力地区的隧洞，宜使洞线与最大水平地应—!)(— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究力方向的夹角尽量减小。最大水平地应力方向的确定当实测有困难时，可根据地质力学分析，或结合坝址、厂址枢纽区实测值回归的地应力场成果类比分析确定。当条件限制或枢纽总布置要求，不能避开不良地质地段时，则应查明不良地质问题，评价其围岩的稳定性，以便在施工中采取必要的加固处理措施。当洞线与岩层、褶皱及断裂构造等近于平行或交角较小时，则可尽量使隧洞通过厚层均质坚硬的岩体、背斜轴及两翼、压性断层下盘，尽量避免通过软弱地层、向斜轴及压性断层上盘。（!）进出口对地形地质的一般要求。根据枢纽总体布置要求，在地形条件上，进出口应尽量布置在山坡完整，沟谷切割少的地带，避开地表径流汇水区。为使进出水流畅通，减少回流冲刷及淤积，要求进口尽量布置在原河道主流线的凹岸，避免凸岸引水，形成取水口前严重的淤积；出口方向亦应与河流有尽可能小的交角，以利水流归槽，避免对岸坡和出口建筑物的冲刷破坏。地质条件上，要求进出口尽量位于基岩裸露，岩质坚硬、完整，块状或厚层状岩体上，或地质条件相对简单、风化覆盖层较浅的地区。尽量避开断层破碎带、岩质软弱及风化破碎、卸荷严重的地段；边坡地质结构以横向谷或纵向谷的反向坡、陡倾角及缓倾角顺向坡较为有利，而中等倾角顺向坡对洞口开挖边坡稳定最为不利。进出口应避开不良物理地质现象的地段，如滑坡、崩塌、危岩、变形体、泥石流等。对于进出口洞脸，应尽量避免开挖高边坡。若避免不了时，则应查明边坡的地质结构，分析研究开挖高边坡的稳定性，采取适宜的加固处理措施，确保开挖及运行期的稳定。"#隧洞选线的实例（$）实例一鲁布革水电站有压引水隧洞的选线。该电站位于我国珠江水系上游黄泥河，装机容量%&万’(，已建成投产。引水隧洞长)"*+,，洞径*,，分布岩层为三叠系石灰岩、白云岩夹少量泥质岩。在规划阶段曾比选了左、右岸布置方案。鉴于右岸地形异常陡峻，沿线交通及施工布置难度很大，且隧洞末段将通过砂页岩软弱岩层；而左岸洞线地形较为开阔，便于施工布置，隧洞末端及地下厂房枢纽区白云岩、石灰岩山体雄厚，岩性坚硬完整，同时洞线比右岸短$#!’,，因此选择了左岸引水方案。隧洞区地质条件较为复杂，分布有与河流近平行的-!&$、-!&.、-$"、-!%*等规模较大的断层；石灰岩、白云岩喀斯特发育，地表喀斯特洼地直径可达$&&,以上，在地下也发现了高达/&0.&,的大溶洞；石灰岩、白云岩中夹有软弱的泥质岩层。针对上述不利的地质条件，左岸隧洞选线考虑了以下四条原则：第一，尽量避开大断层或以较大的交角穿过断层破碎带较窄、胶结较好的地段；第二，避开喀斯特洞穴强烈发育地段，而从喀斯特发育相对微弱的地段通过；第三，隧洞尽量少穿软弱的泥质岩层；第四，隧洞线路较短。经过前期设计阶段的地质测绘，地质构造、喀斯特及水文地质专门调查，钻探以及施工初期利用施工支洞导洞延伸勘探平洞等手段，收集了大量实际资料，进行了深入研究分析，洞线在初设拟定的基础上遵照上述原则经过两次调整后才最终选定。开挖后引水隧洞地质条件良好，!、"类围岩占)$#.1，#类围岩占.#.1，$、%类围岩仅占"1；施工顺利，进展快，$)*/年$$月开始掘进，经两年施工全线贯通，平均月进尺!!&,，最高月进尺达"+"#.,；%%#.1洞段采用了薄型（厚/&2,）素混凝土衬砌，""#.1采用钢筋混凝土衬砌，投资比初设节省"!.&万元，比招标设计节省%&&万元，表明引水隧—/*+— 第二篇水利水电工程地质构造研究洞的选线和定线是成功的。（!）实例二碧口水电站地下洞室。其围岩为绢云母石英千枚岩，层次薄，强度较低，属软弱碎裂岩层，但岩层倾角较陡，大多数洞室选择了与岩层交角大的洞线，开挖后围岩皆稳定。个别隧洞，如左岸泄洪洞、排沙洞因布置限制，在弯道平行岩层处发生了严重塌方。（二）地下厂房的选址与轴向确定"#地下厂房选址（"）选址的基本原则。地下厂区位置的选择应首先考虑地下厂房，兼顾厂区其他洞室，综合岩性、岩体结构及完整性、软弱地质结构面（断层、裂隙密集带、岩脉及蚀变带）的空间展布、风化卸荷深度、地应力状态、水文地质及喀斯特洞穴的分布等条件，确定地下厂房的临河距离、埋置深度及空间位置。（!）选址对地形地质的一般要求。厂区在地表地形上，要求山体完整雄厚稳定，避免沟谷起伏。一般根据地下厂房顶部能形成自承拱的基本准则确定厂房埋深。对完整围岩，一般要求上覆岩体最小厚度不小于"$"#%倍开挖跨度；对裂隙较发育的围岩，不小于"#%$!倍开挖跨度；对完整性较差的围岩，不小于!$&倍开挖跨度。地下厂房水平埋深不宜过大，以免增加尾水长度及施工困难。厂区相邻洞室的间距，根据工程经验类比及辅以围岩稳定性有限元、边界元数值分析、试验洞位移监测资料分析等方法确定。完整坚硬围岩内洞室间距一般要求不小于"$"#%倍开挖跨度；中等围岩内，不小于"#%$!倍开挖跨度；较差围岩内，不小于!$!#%倍开挖跨度。在高地应力区完整坚硬岩体中开挖洞室，尤其应注意应力调整围岩松弛破损的问题，其洞室间距不宜过小。地下厂房位置应尽量选在岩体完整坚硬、水文地质条件简单的部位，避开较大的断层破碎带、风化卸荷带、地下水汇集地段及喀斯特洞穴、暗河。根据厂区地应力实测资料及地应力场回归分析成果，划分谷坡应力释放降低带、应力集中增高带及应力正常带，地下主厂房宜布置在应力正常带，以避免围岩松弛成洞困难或应力过高且不等向等问题。一般要求开挖跨度大于!%’的洞室，不应布置在!类围岩中；开挖跨度大于!(’的洞室，不应布置在"类围岩中。地下厂房进出口位置，一般要求选在边坡地形顺直，基岩裸露，岩体完整的稳定地段，洞口前场地相对开阔平坦，便于布置交通洞和施工场地。避开滑坡、崩塌、变形体及泥石流等不良物理地质现象分布地段，并尽量避免洞脸开挖高边坡。!#地下厂房轴向确定地下厂房轴线方向的确定，应根据厂址范围内岩体结构、地应力条件，并结合进水、尾水建筑物的布置综合分析确定。原则上，当地质结构面比较发育，又处于低地应力地区，厂房轴向确定应以考虑岩体结构条件为主；当岩质比较坚硬、完整，软弱结构面不发育，裂隙短小闭合，性状较好，又处于高或较高地应力地区，厂房轴向确定则应以考虑地应力因素为主。（"）岩体结构条件。首先，对地质结构面进行分级研究，一般按发育规模分为五级（见表)*+）。但各工程在应用中五级的具体划分有所差异，并不一致。—)++— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究表!"#结构面分级表破碎带宽度延伸长度分级主要类型（$）（%$）!区域性大断层&’(&’("大断层’)’(’)’(#中等断层(*+)’(*’)’$小断层、错动带、挤压带,(*+,(*’%节理裂隙在厂房选址时，应避开!、"级结构面，尽量避开#级结构面。厂房轴线应尽量垂直于#、$级结构面及主要发育的裂隙组，或具有较大的夹角，避免上下游边墙直接承受侧向力作用，以利于围岩稳定。一般通过节理裂隙调查统计，进行结构面及其组合与初拟轴向空间关系的分析，合理调整和确定轴向，保证围岩的整体稳定性，预测厂房各部位的局部稳定性。重点是要抓住主要结构面与边墙和顶拱的关系，主要结构面与边墙和顶拱的交角（二面角）要大；在边墙和顶拱上不存在或要少出现主要结构面的不利组合块体。（-）地应力因素。厂房轴线方向与厂区初始地应力场最大主应力方向的夹角不宜过大，一般要求小于+(.。在高地应力地区开挖大型地下厂房洞室群，厂房轴向不宜完全平行最大主应力方向；否则，与厂房边墙垂直的进水、尾水管、母线洞岩柱及高端墙的围岩稳定问题突出。鉴于实测地应力较少，其成果有一定局限性和离散性，我国大多数地下工程，尤其是大型地下厂房洞室群，均进行了地应力场的有限元回归分析，推求工程区地应力场。根据初拟轴向，结合地应力场成果，概略分析厂房开挖后边墙和顶拱围岩的二维应力状态，以洞周不产生过大的拉应力区为准；否则，应调整轴向或断面形状，使边墙和顶拱能处于较好的应力状态。如果三向地应力不完全相互垂直或厂轴与最大主应力有夹角时，则应转换成与厂轴相应的正应力和剪应力，以边墙和顶拱所受正应力之比进行分析。（+）厂区枢纽其他建筑物布置条件。影响厂轴确定的枢纽布置条件主要是进水和尾水建筑物的布置，尤其是进水线路要求平顺通畅，有时会与由岩体结构和地应力条件确定的厂轴不协调。此时，应综合分析，在基本合理的基础上相互调整。+*实例鲁布革水电站地下厂房位置选择及轴向确定。该地下厂房跨度’#$、高+/$、长’-($，其空间位置的选择、轴向的确定及围岩稳定性的评价，对整个厂区枢纽地下洞室群具有控制意义。在选厂阶段（初步设计第一期），曾比较了地面厂房、小山包地下厂房和空岩梁子地下厂房三个方案。经技术、经济综合分析比较，选定了空岩梁子地下厂房方案。选定方案山体雄厚，为0’灰质白云岩、角砾状灰质白云岩及0白云质灰岩，厂址距区域-1’2性的3-(+大断层较远，岩体较坚硬完整，建厂条件优越。（’）岩体结构与围岩分类。厂区最主要的’(4号勘探平洞，其高程接近地下厂房拱座，总深度近!(($；主洞深-’!*!$，两个支洞各深/5$和#5$，均穿过厂房范围（见图!"’）。—!#/— 第二篇水利水电工程地质构造研究洞内钻孔!个，总进尺"#$%，勘探布置较好地控制了厂房的地质条件。根据勘探及试验资料的分析研究，并在探洞工程地质条件分段的基础上，对厂区的岩体结构划分出四种类型，即&’(’(’角砾块状岩体，完整；&’(’("裂隙块状岩体，较完整；&层状岩体，较完")")’*整；&’*碎裂层状岩体，处于风化及卸荷裂隙发育带，完整性差。在此基础上应用国际通用的+,+和-系统分类方法，划分围岩类别（见表.(/），以供开挖与支护设计参考。图.(’厂房0001$%高程平切地质图表.(/厂区围岩分类表岩体类别角砾块状裂隙块状层状碎裂层状&’*白云岩灰岩，中层&’(’(’角砾状灰质&白云岩灰岩，中厚")’*’(’("灰质白云岩，—厚层状，层间局部有&")岩组类型白云岩，方解石及钙质—厚层状，层间局部有方解石脉发育软弱夹层，处于风化卸胶结较坚牢软弱夹层荷裂隙发育带完整性完整较完整较完整完整性差+,+评分#$2#!!$2#$.$2!$"$2.$分类评价好（!）一般偏好（"）一般（"）差（#）-评分’$!3$1’2$1!分类评价好偏一般一般坏很坏（"）地下厂房位置选择及围岩整体稳定性地质评价。在厂房建基高程已确定的前提—./$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究下，结合工程地质条件及其围岩类别，厂址选择主要考虑下述几方面。!）主要洞室（地下厂区枢纽的厂房、主变压器室、尾水调压室三大洞室）的临河距离，即水平埋深，由两方面而定。!避开岸边卸荷裂隙发育带。厂区峡谷深切，陡壁高耸，卸荷带水平深度达""#，此带内卸荷裂隙一般宽"$!%&#，最宽可达’%&#，并夹泥，岩体纵波波速!"%%$()%%#*+，完整性系数%,%-$%,.。""#以里，纵波波速突升至"%%%$-%%%#*+。"避开倾角平缓、层理发育，层间有软弱夹层，且风化破碎的/!0，碎裂层状岩体。据探洞揭露，该层岩体与以里的/!1!3完整角砾块状岩体分界在洞深’%#处。故厂区主要洞室2临河的距离应不少于’%#。2）地下厂房的东南端，应避开性状很差的区域42%(断层破碎带及其上盘派生的4(!(、5!!断层。据围岩应力应变有限元计算分析，当厂房底板至42%(的距离为..#时，开挖后底板的回弹位移量已小于!%##。因此，厂房底板到42%(至少应有!,!倍洞高（洞高()#）的距离，以防止下伏强烈挤压破碎的4断层及下盘软弱的/25砂页岩向厂内开挖临空面2%(2产生过大变形，危及洞室安全。此外，42%(上盘派生的4(!(、5!!断层虽胶结较好，但其与厂房的距离亦应保持!%#以上。这样，洞周应力的重新调整才不致受到这些软弱介质的不利影响。经分析，厂房东南角底板到42%(断层的垂直距离约"%#（约!,(倍洞高），距4(!(断层约!%#（见图.12）。往北西，厂房底距断层的垂直深度更大（见图.1(）。厂房东南端顶拱距5!!断层的水平距离约(%#。据勘探资料，大致以孔!2"为界，其东南部位岩体裂隙发育，后期充填方解石脉，垂直脉体的变形模量仅!,6789，平行与垂直两方向弹性模量比达!%倍，岩体各向异性问题突出。因此，厂房东南端应大致以孔!2"为限，不宜南移（交通洞口在南侧，厂房南移可缩短交通洞）。图.12地下厂房地质纵剖面图(）地下厂房北西端的顶拱，已避开/!0层状岩体。该岩体缓倾，层理发育，层间有黏土岩软弱夹层，对顶拱稳定不利，但对边墙和端墙影响不大。据以上分析，选定的厂房位置大部分置于完整的角砾块状岩体中，属#类围岩，仅北西边墙及端墙置于较完整的平缓层状岩体中，属$类围岩。故从总体看，厂房围岩整体稳定性好。经施工开挖及安全运行证明，鲁布革地下厂房的选址是合适的，成功的。（(）厂房轴线选择及围岩局部稳定性地质评价。厂轴的确定，主要考虑了地应力因素和岩体结构条件。!）据地质力学分析，北北东向的42%(及其上盘派生的4(!(断层，是厂区规模最大、具控—.)!— 第二篇水利水电工程地质构造研究制性的压性断裂，故形成该组构造的北西西—南东东向主压应力应为地区的构造应力。后期发育的北东向!""扭性断裂，将#$"$右行错开，显示了这一构造应力场的继承性。厂区实测岩体初始地应力成果，与上述地质力学分析结论基本一致，最大主应力（!"）"%&’(，方向)*+,-.+,/，倾向01，与#2+$倾向)/正好相反（见表34"+）。表34"+中所列成果，均为在离地表水平距大于"5+6、垂直距离2%+6的探洞内测试的。图34$#$"$断层面等高线图表34"+厂区地应力量测成果表最大主应力中间主应力最小主应力位置!"!2!$方位角倾角方位角倾角方位角倾角（&’(）（&’(）（&’(）0"+,-2+,1上游支洞区间"*7+-".7+)*+,-.+,/"+7*-"37+$75-572)$+,-5+,183+,-*+,**6处平均"%7+82+,-$+,""7.37582+,-$5,0"$,185+,主洞区间)3+,-*+,/"+7+-""7+03+,-*+,/)3+,-5+,1"$75-"57+37+-57+"..6处平均8"+,-2+,"+7*83+,-*+,8"+,-$+,下游支洞区间"*7+-"97+02+,-5+,1)+,-25,1)%+,/8$5,"$7+572556处平均"%7$83+,-5+,8+,-2+,注：倾角为主应力与通过该点的水平面的夹角，在水平面以上为正。—392— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究在距地表水平深度!""#处地应力量测，!!约$$%&’，方向为(!")*，与峡谷走向一致，大致++#以外的岸边卸荷带为应力释放降低带；++,!""余米为应力集中升高带；!""余米以里为原始应力正常带。考虑到北北西向峡谷地形的影响以及进水管道布置的合理性，故厂轴方向，不完全与!!平行，而稍往北偏，拟定为(-+)*。根据这一轴向，概略分析厂房边墙和顶拱围岩的二维应力状态。地应力量测成果表明，中间主应力!$约!!./%&’，倾角较陡；最小主应力约-.+%&’，方向(0"),+")1且倾角平缓，与厂房边墙基本垂直（见表-2!"）。厂房的高跨比为$.$，大体上适应于中间主应力!$与最小主应力!0之比（$.3）。由于!$不完全铅直，且0个主应力也不绝对互为正交，故垂直顶拱与垂直边墙方向正应力的比值更为接近厂房的高跨比，这说明拟定的轴向和断面是大致适应该处地应力状态的，后来的开挖也证实了这点。$）厂房虽已避开规模较大的断层破碎带，但仍将遇到几条小断层（"级结构面）及节理裂隙（4级结构面），详见表-2!!、表-2!$。$"节理裂隙除5!6层面裂隙外，其余均短小、闭合，互切性差。运用赤平极射投影及极点图方法分析了厂房拟定(-+)*轴向条件下各结构面及其组合与边墙、顶拱和端墙的关系。表-2!!厂房北半部各结构面与边墙、端墙、顶拱关系与厂轴夹角垂直厂轴与边墙交角与端墙交角与顶拱交角结构面（二线角）视倾角（二面角）（二面角）（二面角）78(8")19:1!/")3+)38)$!;33)/")层面节理(-")1!:1!$")/+)!)-<;/8)8")层面节理(+")19(*!$+)/+)$)$";//)33)节理(3)19(*!++)+!)-!)+8;+<)+")++)节理(3$)*9:*!3+)!8)3-)"";03)8-)3+)节理(/$)19:1!8")+0)+/)+";+<)-!)8")节理:(91!-")-+)0")-!;3$)30)-")表-2!$厂房南半部各结构面与边墙、端墙、顶拱关系与厂轴夹角垂直厂轴与边墙交角与端墙交角与顶拱交角结构面（二线角）视倾角（二面角）（二面角）（二面角）7!(/")*9:*!++)0+)-<)$/;-/)++)70(/")*9:*!3")0+)+-)-<;--)3")7+(++)19:1!/")/")<)--;/3)0")贯通节理(++)19:1!/+)/")30)!3;/")/+)节理:(91!+")-+)-")"8;+8)+8)+")节理(83)19(*!-")+<)$<)-3;8!)++)-")节理(03)19:1!-/)/!)<)+!;/-)-0)-/)节理(+-)*9:*!-3)<)-+)0<;-0)/-)-3)’.在厂房北半部（见表-2!!），除产状(3$)*9:*!3+)的裂隙与厂轴夹角小，对北东上游边墙稳定不利外，其他结构面与厂轴夹角均较大，对围岩稳定无影响；顶拱也基本上避开了层面裂隙发育的5!6平缓层状岩体。—-<0— 第二篇水利水电工程地质构造研究!"在厂房南半部（见表#$%&），’(和)*#+,-.,!#/+裂隙与厂轴夹角较小，对北东上游边墙稳定不利。’%与厂轴夹角虽也较小，但其仅在南西下游边墙分布，且倾向围岩内；)(/+0-.0!#1+裂隙与端墙交角亦较小，且倾向南东端墙围岩内，二者对稳定均无影响。2"厂房南半部顶拱’*倾角仅(3+，对其稳定起控制作用，但无特定软弱结构面与其组合。’%、’(是一组近乎平行的小断层，估计其产状变化的最不利情况，在顶拱可能组合向下方扩散有不大的、且在围岩内插得较深的屋脊形体（二者与顶拱的二面交角达**+4/3+）。根据以上分析，厂轴)#*+,时，厂房各部位围岩的稳定性较好。施工中需要监测厂房南半部’*对顶拱、’(对上游边墙稳定的不利影响，并加强支护。三、围岩稳定性评价（一）围岩稳定性的工程地质分析%"影响围岩稳定性的地质因素分析影响围岩稳定性的地质因素主要包括岩质特性、地质构造、地下水和岩体应力四个方面。工程实践表明，地质分析方法是判断围岩稳定性的最基本最重要的方法。（%）岩质特性分析。我国水利水电系统根据岩石饱和单轴抗压强度，将岩石划分为硬质岩（可再细分为坚硬岩、中硬岩）和软质岩（可再细分为较软岩、软岩）的标准见表#$(。凡围岩具有一定的强度和一定的厚度，一般是稳定的。对于坚硬的、比较完整的围岩，要注意高地应力的问题。对于软质岩、特别是泥岩、页岩、千枚岩、泥质板岩及易溶岩等，常因遇水而软化、泥化、膨胀、溶蚀及崩解，使围岩强度降低，产生较大变形而破坏，对这类围岩常要采取及时封闭隔水等措施。（&）地质构造条件分析。具体分析洞室所通过的褶皱、断层、节理裂隙及其组合对围岩稳定性的影响。%）洞线垂直褶皱轴比平行褶皱轴有利于围岩稳定；横穿陡倾角紧密褶皱比舒缓褶皱有利于顶拱围岩稳定。向斜轴部常形成地下水汇集的储水构造，应注意涌水影响围岩稳定问题。&）断层破碎带洞段围岩的稳定性差。洞室垂直穿过断层破碎带可最大限度缩短其出露长度，减小其不利影响。当洞线与其夹角小于(3+时，对围岩稳定最为不利。断层破碎带的宽度和性状对围岩稳定具有控制作用，破碎带宽，且以松软物质为主时，对围岩稳定性的不利影响最大。同时，应注意软弱破碎带开挖后吸水软化泥化问题，须及时封闭保护。对于规模不大的断层，尤其应注意与其他结构面（特别是软弱结构面）有无不利组合，具体分析不利块体出现的部位、规模、可能产生的松动压力，为加固处理提供依据。(）分析节理裂隙及其组合对围岩稳定的影响。鉴于节理裂隙分布广，规模小，对围岩稳定的影响程度也各不相同。因此，应通过调查统计，首先按产状分组归纳；第二，重点调查层面裂隙及其它贯通性长大裂隙的规模和性状；第三，运用赤平极射投影、极点图或实体比例投影等方法，分析节理裂隙及其与断层的组合关系，分别筛选出对顶拱、两侧边墙及端墙围岩稳定不利的组合形式（当节理裂隙与特定断层组合时，其具体位置亦可确定）；第四，根据各组裂隙的长度研究其相互交切性、估计不利组合块体的规模；第五，根据各组裂隙的性状、辅以少量试验及工程类比，研究其力学性质。在上述分析基础上，评价围岩—#5#— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究的稳定性。这一工作，在工程枢纽区，由于勘探工作较多，能分析得深入一些；而对线性的长隧洞，相对就粗略一些。一般而言，如顶拱存在向下方扩散的组合块体、边墙存在组合交线以中陡倾角倾向洞内的组合块体时，对围岩稳定性的影响最不利。（!）地下水作用分析。地下水的动、静水压力作为荷载不利于围岩的稳定。此外，地下水对围岩稳定起到恶化作用还表现在：地下水对断层、裂隙等结构面和软岩的软化、泥化及膨胀等；流动的地下水对结构面松软充填物的潜蚀；地下水对易溶岩的溶解；向斜轴部或导水断裂及交汇带的构造涌水；喀斯特发育带的集中涌水等等。上述作用均降低了岩体及结构面的强度，严重恶化了围岩的稳定性。当无地下水活动，或虽有地下水活动，但岩体及结构面的水敏性弱，如硬质岩体，岩体内多为刚性结构面，或涌水量不大，不影响施工开挖时，地下水对围岩稳定性的影响不大。凡在地下水位线以下的水敏性强的围岩中开挖洞室，围岩稳定性均很差，必须加强排水或提前疏干、导水等处理措施，以避免在外水压力作用下的突水和塌方。（"）岩体应力条件分析。岩体应力（即地应力）绝大部分是以水平应力为主的三向不等压空间应力场。三个主应力的大小和方向随时空而变化。#）据国内外对岩体初始天然应力实测资料统计，水平应力很多大于垂直应力，垂直应力基本等于和略大于上覆岩体重量，说明在大多数情况下地下洞室围岩内储存的天然应力源以构造应力为主。而岩体中最大水平主应力方向主要取决于现代构造应力场。在进行岩体初始应力条件分析时，要考虑三方面因素。!断裂构造对应力大小和方向的局部影响。"地形剥蚀侵蚀，谷坡形成与演化，使谷底及斜坡一定深度范围内应力状态产生较大的变化。典型的结果是：表部应力释放降低，岩体松弛，应力以自重场为主；浅部应力集中增高，主应力方向产生偏转，最大主应力大致与坡面平行，而最小主应力则与之近于垂直；深部逐渐恢复到初始应力的正常状态。#岩体的强度、完整性及其抗变形性明显影响岩体应力积累的程度。据对比研究，弹性模量较大的岩体有利于应力积累，弹性模量#$%&’以上的岩体，其最大主应力一般可达#$(!$)&’，易产生岩爆；而弹性模量小于#$%&’的岩体，最大主应力一般小于#$)&’，易产生变形，不利应力积累。在洞室开挖中通过合理的断面设计、施工程序、施工方法及工程处理，并能有效控制住二次应力重分布所带来的围岩松弛、破损等条件下，岩体初始应力又具有对围岩稳定有利的一面，即围压效应。工程实践表明，随围压增高，岩体由块裂介质向连续介质转化，强度逐渐提高。在地下高压管道的设计中，考虑岩体的初始应力，可以提高岩体承担内水压力的能力，同时，当岩体中最小主应力大于内水压力且留有一定安全裕度条件下，可防止因内水外渗而使岩体产生水力劈裂导致围岩失稳，可减薄高压管道衬砌，具有经济效益。*）洞室开挖影响围岩二次应力状态的因素主要是天然初始应力场特征、断面的形状及围岩本身的地质条件。初始应力大，围岩二次应力也大。表征初始应力场特征的参数主要是侧压力系数$。$值可根据实测应力成果中水平应力与垂直应力的比值估计确定。在单一洞室的条件下，围岩二次应力状态与不同入值初始应力场的关系一般如下：’+$,$时，即水平应力为$，出现在围岩中发育张性断裂带及洞室处于岸边卸荷带内。对于任何断面形状和高跨比的洞室，其顶板均出现最大拉应力集中，而边墙为压应力集中。—".-— 第二篇水利水电工程地质构造研究!"!#$时，即各方向水平应力均与垂直应力相等的静水式应力场，出现在洞室位于近期未受明显构造挤压的深部塑性变形区，以及具有高塑性的沉积岩层中，或者洞室横断面上水平应力与垂直应力相等的构造应力和自重应力叠加的应力状态下。对于任何断面形状和高跨比的洞室，都不出现拉应力集中区。%"&’!’$的初始应力场时，洞室顶板拉应力集中程度与!值的增大呈反比，并逐渐转化为压应力集中，而边墙一般为压应力集中，且随!值增大而减小。为消除顶板围岩的拉应力集中，可改善断面形状，加大高跨比。当!#&"()*&"+,时，为比较典型的自重应力场，一般出现在未受构造扰动和挤压的坚硬岩层内，其水平应力由垂直自重应力导出，大致为垂直应力的&"()*&"+,倍（!#"，式中为岩体的泊松比）。当&’!’&"()时，$-""为比较接近第.种的应力状态。当&"+,’!’$时，为自重应力与构造应力叠加的应力场。/"!0$时，水平应力大于垂直应力，为构造应力与自重应力叠加的应力场。洞室顶板不出现拉应力，而为压应力集中，但边墙随!值的增大，由压应力转化为拉应力集中。为改善边墙围岩不利的二次应力状态，可减小高跨比。从以上分析表明，在经常遇到的以构造应力为主、水平应力大于垂直应力的地区，要充分利用!值的异向性，洞线选择尽可能照顾到横断面上!值接近$，或者优化断面形状，以改善洞周二次应力状态，消除或减少拉应力区。,）在分析岩体应力条件对围岩稳定性的影响时，大致按以下步骤进行：#应用地质力学理论并结合地应力量测资料，分析岩体初始天然应力状态。$鉴于初始应力对围岩稳定性的影响，主要是通过洞室开挖洞周围岩二次应力的形成所反映，故应分析在初拟洞线、洞型的情况下，出现拉应力区的可能部位。%对于压应力集中部位，应根据围岩强度应力比来评价围岩的稳定性。当围岩强度与初始最大主应力之比小于+时，会出现应力超限，形成塑性区，围岩的稳定性差；当比值小于(时，围岩不稳定。&应注意断层等软弱结构面及层状各向异性岩体对二次应力分布的不利影响，将可能在弱面上产生剪应力导致块体失稳，或增大压应力和拉应力的集中程度。("洞室塌方的地质研究通过对勘探平洞、施工导洞及开挖洞室发生塌方实例的调查研究，查明具体工程围岩失稳破坏的控制因素及影响因素，分析围岩变形破坏的力学机制，归纳其破坏形式，这是预测预报具体工程围岩的稳定性、研究适宜的施工方法及处理措施的主要方法。（$）发生塌方的因素。塌方的产生，往往是多种不利因素综合作用的结果。据工程实际，由断层破碎带与其他结构面的不利组合、又有地下水活动所产生的塌方，一般均较严重；另外，不及时支护的小规模塌方酿成大塌方的实例也很多。因此，工程经验表明，及时适宜的支护和排水是治理塌方最重要的措施。$）围岩强度与塌方的关系。据统计，塌方大多发生在强烈风化带、强烈卸荷松弛带、断层破碎带及其交汇带、极软弱岩层中。围岩强度越小，塌方规模越大。如猫跳河五级隧洞，煤页岩中断层破碎带洞段长度$)余米，全部发生塌方，塌方的最大高度达))1；煤页岩洞段长度的,)2，也发生过塌方，最大塌落高度约$$")1；白云岩、灰岩中断层破碎带最—+43— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究大塌落高度约!"#；白云岩、灰岩洞段仅约!"$的长度发生过小规模塌方，塌落高度仅%&%’(#。%）岩体结构与塌方的关系。据近(""个塌方实例统计，塌方与岩体结构类型关系密切，其中散体结构岩体占塌方实例总数的%"$，最大塌方高达)"#；碎裂结构占*+’!$，最大塌方高*"#；层状结构占*,’($，最大塌方高!,#，一般约*#；块状结构占-’+$，最大塌方高(#，一般约%#.在这些塌方实例中，大约("$都是由结构面的不利组合及结构面强度低所引起；在层状和块状结构中，由结构面不利组合形成的塌方占绝大多数，其中以在顶拱组成的屋脊形及在边墙组成的倾向洞内中陡倾角的楔形块体为典型。*）地下水活动与塌方的关系。地下水的活动对恶化围岩稳定性导致塌方起到至关重要的作用。在断层裂隙发育及水敏性强的软岩情况下，地下水因洞室开挖而汇集排泄，对围岩不仅产生外压（静压），而且将产生动水压力，带走不稳定的松软物质；同时，软化、泥化及膨胀作用也将减小结构面的摩阻力。因此，地下水的活动极大地促进塌方发生，且规模增大。在上述塌方实例中，近("$的塌方均与地下水活动有关，且塌落高度比无水时大。当地下水为流水、滴水状态时，软岩的塌落高度最大达)"#，一般!"余米；硬岩塌方高最大-"#，一般/&,#。当地下水为渗水状态时，软岩塌方高度最大可达*"#，一般/&,#；硬岩最大塌方高%(#，一般(&/#。+）围岩应力与塌方的关系。塌方实质是围岩应力不平衡的表现。洞室开挖前，岩体处于三向受力的围压状态。随洞室的开挖，洞周围岩在天然初始应力场的背景下产生应力集中，或集中后的应力释放使应力集中区往围岩深部迁移，从而形成二次应力场，即围岩应力场。当岩体强度（包括结构面的强度）能够承受集中的应力或虽不能承受，但围岩的松弛变形较小在允许范围之内，二次应力达到新的平衡状态，此时，围岩不会发生明显的失稳破坏和塌方。当围岩不能承受集中的应力，且松弛变形自身不能控制时，围岩应力不平衡，产生了向洞内方向的围岩压力，即山岩压力，围岩失稳破坏，发生塌方。因此，塌方的规模可以验证提出的围岩压力（山岩压力）的合理性。在硬脆岩体高地应力地区，洞室开挖发生岩爆，也是围岩应力不平衡的结果。岩爆是围岩强度适应不了集中的过高应力，而突发的失稳破坏现象。如天生桥二级引水隧洞的%号施工支洞，为石灰岩岩体，当围岩强度与最大主应力（!!）比值小于%’(时，发生有强烈的岩爆；比值小于(时，有中等岩爆发生。(）施工方法与塌方的关系。对潜在不稳定围岩，若施工方法不当，如放大炮、临时支护不及时、开挖跨度过大等，均可促成塌方。如天生桥一级水电站左岸!号导流洞进口洞段，开挖洞径约!/#，围岩为新鲜的中厚层状砂岩泥岩互层岩体。鉴于洞线与岩层走向夹角较小，且有一组反倾向裂隙发育，在顶拱可组合成不稳定的屋脊型块体。地质和设计作出了顶拱稳定性差，应及时喷锚支护的预报。由于施工中未进行及时支护，在洞顶已产生小规模塌方的情况下，仍未支护处理；到第二年雨季发展成中等规模塌方，仍未加处理；到第三年雨季，塌落顶已扩展至表层强烈风化岩体，最终酿成塌通地表的大塌方，最后只得采取明挖埋管的处理措施。—+),— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）围岩失稳破坏的机制类型与形式。根据大量围岩变形破坏及塌方实例的调查、分析与试验研究，按导致失稳破坏的主控因素，可将围岩失稳的机制归纳为围岩强度一应力控制型、软弱结构面控制型和混合控制型三种基本类型（见表"#$%）。表"#$%围岩失稳机制及破坏形式失稳机制破坏形式力学机制岩质岩体结构类型岩爆压应力高度集中突发脆性破坏脆性块状及厚层状结劈裂剥落压应力集中导致压致拉裂硬质岩破构裂张裂塌落拉应力集中导致张裂破坏弯曲折断压应力集中导致弯曲拉裂硬质岩层状、薄层状结构围岩强度一围岩应力超过围岩屈服强度向塑性挤出软弱夹层夹层状结构应力控制型洞内挤出围压释放围岩吸水膨胀强度降内挤塌落膨胀性软质岩层状结构低松脱塌落重力及拉应力作用下松动塌落硬质岩、软质岩散体及碎裂结构弱面控制型跌体滑移塌落重力作用下块体失稳硬质岩（弱面组合）块状及层状结构硬质岩（结构面密碎裂松动压应力集中导致剪切松动碎裂及镶嵌结构集）硬质岩（结构面组混合控制型剪切滑移压应力集中导致滑移拉裂块状及层状结构合）硬质岩（结构面较块状及厚层状结剪切碎裂压应力集中导致剪切破碎稀疏）构$）围岩强度—应力控制型。进一步按围岩失稳的特征，大致划分出五种破坏形式，见表"#$%。由于散体几乎丧失了抗压强度，其抗剪强度亦低，在垂直应力一重力作用下导致塌落，故散体松脱塌落破坏形式可归于围岩强度—应力控制型的一种特例。!）软弱结构面控制型。破坏形式为块体滑移塌落，表现为围岩中局部特定块体的稳定性，往往需要特殊的加固处理。%）混合控制型。应力集中，导致剪应力超限，大于结构面抗剪强度，围岩发生剪切破坏，既受强度—应力控制，又受结构面控制。进一步按结构面的发育程度及性状分三种破坏形式。%&应用围岩分类法评价围岩稳定性目前国际通用的’(’、)系统分类和我国水电系统等使用的围岩分类，就是采用多因素指标计分复合，对围岩整体稳定性进行综合分析评价，确定支护参数的较为实用的方法，具体详见本章第二节一、围岩工程地质分类。"&应用块体分析法评价围岩稳定性块体分析法要求在地质调查、勘探的基础上，对有特定软弱结构面切割的围岩，用块体分析法找出其与附近结构面的不利组合，确定滑移方向、滑移面、切割面及其面积，可能不稳定块体体积和重量，通过测试及工程类比，研究确定结构面的强度参数，考虑重力及—"+*— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究围岩应力作用，运用块体极限平衡理论，验算由特定弱面组合块体的局部稳定性，为特殊加固处理提供依据。!"围岩稳定性地质分析应注意的一些问题（#）关于边墙围岩稳定问题。对于边墙，应十分注意有无与之平行或锐角相交倾向洞内的中陡倾角贯穿性结构面，除了规模较大的断层破碎带和软弱夹层，对大型洞室还包括小断层、小错动带以及虽不夹泥但长大的裂隙。这些面往往作为滑移面，与侧向陡倾切割面和上部缓倾切割面组合成向洞内滑动的不稳定块体。尤其要注意倾角$!%&’(%的滑移面。这是因为一方面该倾角结构面易在高边墙的中下部出露；而倾角太陡的面可能不出露。另一方面这种倾角的结构面与其他结构面组合块体往往比较大，下滑力也较大。图$)$地质剖面图（桩号(*’#"!+）例如，我国东北第二松花江白山水电站地下厂房，位于混合岩中，跨度,!+、边墙高!$+、长#,#"!+。其下游边墙不稳定块体的滑移控制面，就是与厂轴（-$!%.）交角仅,!%的小断层（见图/0$)$），产状-1(%.23.（厂内）!!(%，破碎带并不很宽，仅#(&4(5+，由构造碎屑岩组成，夹有(",&$5+厚的灰白色断层泥。/0强度试验（室内）成果：/6("7，!6("(!89:。在/0上盘发育一组--;向长大裂隙，如<$=、<#=!裂隙，倾向-.，倾角达4!%，构成侧向陡倾切割面。拱座附近发育缓倾厂外倾角约,(%的裂隙组，如<4(长大面，构成上部缓倾切割面。这种不利的组合对下游边墙的稳定至关重要，处理加固也较复杂（见后述）。如果虽有倾向洞内的结构面，但无不利组合时，问题趋于简化，处理也较简单。如我国四川大渡河龚嘴水电站窑洞式地下厂房，跨度7(+、边墙高!$+、长#(’+，发育有近3-向与厂轴交角#,%的陡倾结构面，尤以花岗岩中陡倾辉绿岩脉为典型，延伸较长。上部缓倾切割面也有发育。但-;向的侧向切割面仅断续存在，一般短小，尚未形成严重威胁边墙稳定的不利组合。故总体上高边墙是基本稳定的。开挖后证实，仅有7&!+7方量的局部坍塌。考虑到与边墙近平行的陡倾岩脉对稳定的局部影响，故采取了比较简便的锚杆处理，提高了围岩稳定程度。（,）关于顶拱围岩稳定问题。对于顶拱，应注意有无缓倾的软弱结构面。并以此作为可能引起顶拱失稳的控制面，进而注意有无陡倾结构面与之组合成矩形体或向下方扩散—$==— 第二篇水利水电工程地质构造研究的楔形体。此外，还应注意有无倾向相反的中等倾角结构面在顶拱形成屋脊形不稳定块体。例如四川岷江渔子溪水电站引水隧洞，在水平裂隙发育洞段，当存在与洞轴近平行的陡倾结构面组合时，往往发生突然的塌方。又如广西南盘江天生桥一级水电站，导流洞及引水隧洞中段与岩层走向平行，在顶拱，层间错动带与反倾向裂隙组成屋脊形块体，施工中凡及时支护的，顶拱稳定得到保证，施工顺利；凡不及时支护的，则酿成塌方影响施工。（!）高边墙的稳定性往往是大型洞室最重要的工程地质问题。在一定程度上，高边墙比大跨度顶拱的问题更复杂、更困难。复杂在于边墙的失稳往往波及到顶拱；而且根据围岩应力实测及有限元计算，高边墙易出现拉应力，而顶拱反而处于受压状态，这是因为大型洞室（如地下厂房）一般埋置较深，构造应力比较突出，致使水平应力大于垂直应力，侧压力系数大于"。困难在于边墙的失稳多发生在边墙已开挖到下部，才暴露出不稳定块体的滑移面，从而引起突然的滑塌，再回头来处理加固整个边墙既困难又费时。而一般开挖程序是先拱后墙，故即使顶拱出现失稳，由于此时洞室高度不大，较易处理。例如我国西北黄河刘家峡水电站地下厂房，高边墙开挖后出现滑塌，塌方量虽仅#$$余立方米，但回头来加固处理延长了半年工期。又如前述白山水电站地下厂房下游边墙的不稳定块体，方量达%&’$(!，并影响到拱座和紧邻主变洞的稳定性（见图#)#）。勘测阶段基本查清了问题，施工中采取了分层开挖、分层处理，维持了边墙的稳定。开挖和处理的程序是：第一步，开挖厂房顶拱；第二步，开挖主变压器室；第三步，从主变压器室打锚洞，沿滑移面（*+作混凝土塞（见图#),）；第四步，开挖厂房中部，*+与侧向切割面（-#.）在边墙上的交点以上的岩体；第五步，在不稳定块体部位，埋入!&根&$$/0预应力锚索，从厂房对穿主变室，每根长"&(。此外，还从厂房边墙埋入"1根长"%(的&$$/0预应力锚索。最后，在厂房边墙上，沿*+出露线，打入"!#根!%,、长#2,(“缝合锚杆”。通过上述处理，获得总抗力超过"",30。加固后块体的稳定安全系数4广值由未加固时的$21$提高到%211；第六步，上述加固处理完成后，再继续开挖厂房下部。经近两年的监测，厂房边墙变形已趋稳定，位移量仅"$5%$((，证明处理效果是显著的。总之，在勘测设计阶段，应十分重视高边墙的问题，查明有无对边墙稳定不利的结构面组合。（二）围岩稳定性计算围岩稳定性计算的方法很多，具有不同的适用条件，根据围岩受力状态大体上归纳为考虑二次应力和不考虑二次应力仅计重力两大类，进一步按围岩介质类型大致分四种计算方法。"2考虑围岩二次应力采用围岩应力—围岩强度判据进行稳定性计算。当围岩应力大于围岩强度，围岩不稳定；当围岩应力小于围岩强度，并留有一定安全裕度，围岩是稳定的。围岩应力可通过估算、有限元及边界元分析计算、光弹模型试验、开挖后围岩应力实测等方法求得。一般认为，围岩不能承担拉应力，拉应力区是围岩不稳定区。根据初始地应力场所决定的侧压力系数，设计合理的断面形状，已在很大程度上避免了洞周出现拉应力区。因此，应力参数主要考虑切向应力的压应力集中值。压应力的集中，一般为初始地—,$$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究图!"#混凝土塞布置示意图（$）平面图；（%）剖面图（&"&）应力的’()倍。当无实测地应力资料时，初始地应力可按自重应力估算；当有地应力实测值时，可按基尔希（*+,-./）公式（!"&）估算最大切向压应力!"0)!1"!)（!"&）式中!———最大切向压应力，23$；"!&———实测最大主应力，23$；!)———实测最小主应力，23$。关于围岩强度的估计，也有许多方法，除常规岩体抗剪强度试验外，岩体大三轴试验成本高、费时，难以普遍采用。这里介绍两种比较通用的估算方法：第一种，用纵波波速确定的岩体完整性系数折减岩石单轴饱和抗压强度，得出围岩抗压强度（亦称准围岩强度）；第二种，45霍克（456789）等&:;<年提出的根据岩石单轴抗压强度、围岩=系统分类或>2>分类评分建立的破裂准则，估算裂隙围岩抗剪强度经验方法。其破裂准则为’（!"’）!&0!)?!!!.!)?"!.式中!&———破坏时最大主应力，23$；!)———最小主应力，23$；!.———岩石单轴抗压强度，23$；!、"———岩体材料常数，45霍克（456789）给出了不同类别围岩（=值或>2>值）@和-的经验范围值。（&）连续弹性介质围岩。简略地估算可采用围岩强度—应力比（-）进行稳定性判断。#%·$A"0（!")）!@’%B@$A0[]（!"!）%B,上二式中"———围岩强度—应力比；#%———岩石单轴饱和抗压强度，23$；$A———围岩完整性系数；!@———实测最大主应力或自重应力，23$；—#<&— 第二篇水利水电工程地质构造研究!!"———岩体弹性纵波速，"#$；!!%———岩块弹性纵波速或完整岩体弹性纵波速，"#$。当"&’时，围岩稳定；当’&"&(时，围岩稳定性差；当")(时，围岩不稳定。（(）不连续弹性、弹塑性介质围岩。围岩被地质结构面切割，但嵌合比较紧密，其稳定性计算方法复杂，宜采用有限元及边界元分析，求出结构面上各点应力状态，依据各点强度，按应力—强度判据，分析判断围岩的稳定性。下面仅介绍简化的平面课题且偏于安全的估算方法。当切向压应力大于围岩抗压强度时，围岩不稳定。当切向压应力小于围岩抗压强度时，进一步验算结构体的稳定性，即边墙围岩稳定时#*+$#!")（’./）*+$$$,-（$.#）式中!———切向压应力，012；"#———结构面黏聚力，012；#———结构面内摩擦角，（3）；$———结构面倾角，（3）。顶拱围岩稳定时#*+$#!")（’.4）$,-$*+$（$.#）(5仅考虑重力当围岩应力小，或围岩中存在软弱结构面不利组合块体时，只考虑重力对稳定的影响。（6）弱面组合块体介质围岩。采用块体极限平衡计算方法，当简化为平面问题，且不考虑切割面强度时%*+$$82-#9#&$*7（’.:）%$,-$式中$*———块体的稳定系数；=；%———块体重量，;<#"$———潜在滑移面倾角，（3）；#———潜在滑移面内摩擦角，（3）；#———潜在滑移面黏聚力，012；&———潜在滑移面长度，"。（(）散体介质围岩。在强烈破碎的断层带、强烈风化带及第四系松散堆积层中开挖洞室，洞顶围岩不稳定，形成塌落拱，拱圈内岩体的重量即视为作用在衬砌上的围岩压力（山岩压力）。围岩的条件（或围岩的坚固系数>）和洞室尺寸两者决定了最大可能塌落拱的高度及山岩压力。根据普氏围岩分类，松散介质围岩的坚固系数>值小于6。—/?(— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究我国水利水电地下工程围岩稳定性研究从沿用散体介质理论到数值分析方法是随着设计思想的变革而发展的。鲁布革、二滩、小浪底、十三陵、天荒坪等一大批水电地下工程均开展了该项数值分析，取得了丰硕的成果。由于计算机的快速发展，有限元、边界元等方法更具有速度快、计算准确的优点，成为设计的有力工具。为使计算成果更能反映围岩的实际，关键在于建立合理的计算模型。这里有三点需要加以注意：!计算模型对复杂地质条件的简化要有代表性，能客观地把握住总体的实际，计算可从线性到非线性，从二维到三维，逐步深入；"合理选取岩体及结构面的物理力学参数，需要相关专业人员共同认真研究，将实测资料与工程类比结合起来，有条件的还可通过模型试验洞的位移观测进行参数反分析；#初始地应力场是地下工程数值分析相当重要的原始资料，直接影响到计算的围岩二次应力场是否反映地下建筑物的实际工作状态。初始地应力实测往往不可能大量进行，而且由于种种原因一些实测值代表性差。因此，一般需要在实测基础上进行地应力场的回归分析研究，为计算提供较为可靠的初始地应力场。围岩稳定性的数值分析方法要与其他方法紧密结合，用模型试验洞监测、原型监测及相似材料模型试验成果相互印证，综合分析评价。（三）模型试验分析地下洞室围岩稳定性研究的模型试验方法，主要有地质力学模型、光测模型等。随着模拟技术和试验量测技术的发展，模型材料的密度、强度及变形特征和模型的几何形状、边界条件，作用荷载等均能基本满足相似原理的要求；同时，在模型中已能模拟出洞室区的断层、软弱破碎带、主要裂隙组等地质结构面，在一定程度上反映了岩体非均质、非弹性、非连续的力学介质特征。因此，我国水电地下洞室模型试验成果已由定性分析进入到定量分析的阶段，成为围岩稳定性分析评价重要方法之一。鲁布革、白山等水电站地下厂房曾成功地开展该项研究。!"地质力学模型试验（!）地质力学模型试验的特点。其一是要模拟地质条件，这就要求收集足够的现场地质资料以及原位和室内的岩石（体）物理力学试验资料，同时又要对地质条件进行恰当的简化，使模型基本上满足与现场地质条件相似的条件；其二是要选好相似材料，鉴于地质条件的复杂性、岩体与结构面力学性质的差异性，因此要求模拟材料的力学参数变化范围相对要大。（#）鲁布革水电站地下厂房三维地质力学模型试验。鲁布革地下厂房洞室群在空间上大致分布在!$%&’!$%&’(%&（长’宽’高）的范围内。考虑到上覆岩层厚度及底板以下)%*$%&深度存在的+#%,、+,!,断层，以及模型边界的影响，故模拟范围定为,%%&’,%%&’,%%&（长’宽’高），模型尺寸定为!",&’!",&’!"#$&（长’宽’高）。按照初始三维地应力场向模型施加三向荷载。在模型上用内部埋点和洞壁贴片方式共布置#-个空间测点和$#个表面测点，用以观测围岩的应力应变状况。该三维模型在规模和技术难度上均达到新的高度，成为我国第一个为实际地下工程建设服务的整体地质力学模型。三维模型试验得出下述几点重要成果：!在洞群交叉处，只是在超载工况下才出现局部性破坏，且破坏区不贯通，表明洞室设计间距合理（主厂房与主变室间距,-&，为厂房跨度的#"#倍、主变压器室跨度的,"!倍；尾水管间距为其洞径的!"$倍）。"超载工况下破—$%,— 第二篇水利水电工程地质构造研究坏区出现在下游拱端和上游边墙底角附近，其破坏形态和机理属压剪破坏，主厂房底部的!"#"、!$%"断层对应力状态亦有明显影响，这些均与二维模型试验结果相符。三维模型还揭示了破坏区的空间变化规律。!逐级加载超载试验显示，各洞室及其不同部位围岩的稳定安全度各异，总体上约为#&’($，比二维模型试验结果小。"三维模型试验与三维非线性有限元分析结果基本一致，仅在破坏程度上有一定差异。鲁布革还开展了研究喷锚支护对围岩加固效果的二维平面应变模型试验。成果表明，喷锚支护提高了洞室整体刚度，而且越到后期加固效果愈显著；原设计喷锚支护以厂轴为界对称布置不尽恰当，根据试验结果建议在上游边墙底角和下游拱座增加锚杆长度和密度，已为工程采纳应用。$&光测模型试验（#）光测模型试验的特点。该项试验是籍助光测技术，对洞室围岩的应力及变形状态进行分析研究。光测方法是一种精确的、无接触的、全场的测试技术。以往的试验，一般是应用光测技术，通过光弹性模型，研究在自重作用下洞室开挖后围岩的应力状态。$%世纪)%年代以来，我国光弹性模型试验已开展了考虑地应力场时围岩的应力状态研究，以及地质构造对应力分布的影响。鲁布革地下工程还进行三维光弹性材料模型应力分析研究，同时在国内首次采用激光散斑干涉技术测定脆性材料（石膏）模型在地应力场作用下的变形状态。光测模型试验的关键技术在于光测试手段的准确可靠和光弹性材料的合理选用。为此重点研究了三方面的关键技术：#为使光测模型试验不仅能研究围岩应力，也能研究围岩变形，应用激光散斑干涉技术并采用附加刚体合成矢量的方法，解决了位移方向的判定问题。同时，根据激光散斑干涉获取的少量测点位移成果运用边界元及有限元计算全场应力，解决了由位移场反分析应力场的问题，即光测物理模型与数值分析数学模型相结合。$为了在模型上模拟出不同的岩层及断层破碎带，需要研制相应的光弹性材料。为此，经反复试验，采用了在环氧树脂中改变酸酐固化剂含量和固化条件，或掺合聚酯增塑剂等方法获得不同弹性模量的光弹材料。!为了模拟岩层界面和断层界面的接触特性，在接触面涂上或贴上不同黏聚力（!）和摩擦系数（*）的材料（如描图纸、铅芯末、机油等）。测定这些介质材料上的!、*值，必须在同一试验条件下进行。（$）鲁布革水电站地下厂房光测模型试验。该项试验开展了五个方面的研究。#）厂房底板以下+%(’%,深度分布的!"#"、!$%"断层对厂房围岩应力状态的影响。试验结果表明，在自重作用下，断层对地下厂房开挖后围岩应力的分布和数值均无明显影响；但在地应力作用下，断层的存在使厂房开挖面的压应力值显著增高，且应力分布规律亦有差别；自重作用下，厂房顶拱和底板将产生局部拉应力区。$）卸荷带对厂房围岩应力状态的影响。光弹模型中卸荷带按临空面处理，相对而言，厂房埋置深度减小，地形因素造成地应力场的不平衡特点更为突出。试验证实，厂房开挖面围岩的应力分布产生了急剧变化，应力值也远较断层的影响为大，而且，在厂房下游拱端和上游墙角压应力集中，上游拱座和下游墙角呈现局部受拉状态。"）地下厂房围岩潜在破裂范围研究。在围岩应力状态确定后，根据莫尔—库伦准则预估了围岩的潜在破裂范围。断层的存在使厂房围岩潜在破裂深度较无断层时为大，而—’%+— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究且考虑构造应力与自重应力联合作用时，潜在破损的深度最大，主要潜在破损区出现在厂房下游拱端和上游墙角附近压应力集中部位，分析属压剪破坏，但在主厂房与主变室之间围岩尚未发现裂穿现象。上述情况与地质力学模型试验成果大体一致。此外，在上游拱座和下游墙角出现较小范围的拉裂破损。应该注意，潜在破损区的分析，还不能代替稳定性的最终评价。!）地应力场作用下厂房围岩位移分析。应用激光散斑干涉技术，通过半整体石膏脆性材料模型，研究了地下厂房围岩的变形状态。结果表明，在地应力场作用下，围岩基本处于压缩变形状态；由于中间主应力（!"）的方向与铅直线呈#$%夹角，而垂直于顶拱的上游拱弧，故主厂房和主变室的上游拱弧段向洞内收敛变形较大（见图!&’）。图!&’地应力作用下（!"与主厂房轴线夹角#$%）开挖后洞周围岩总相对变形"(曲线图)）三维光弹性均质材料模型围岩应力分析。该试验采用精密浇铸的三维光弹模型研究洞室群围岩应力状态，模型比例尺*+’$$，尺寸#*,--.#*$--.#$$--，重约!$/0，是国内最重光弹模型之一，并首次按地应力场回归分析结果施加作用力。三维试验可反映出二维分析不能反映的最大主应力（!*）对围岩应力状态的影响。根据三维光弹模型试验获得的应力状态，按莫尔—库仑准则分析预测围岩的潜在破损范围，结果如下（见图!&1）：#在地应力作用下，主厂房与主变室下游拱座和上游墙角将出现压剪破坏区，压应力集中值可达*,234（见图!&,），深度约*"5*#-，应进行必要的加固处理；$主厂房与主变室上游拱座亦有程度不同的应力集中与破损，亦应采取适当的处理措施；%两大洞室间岩柱内部未出现破裂，应力值也较低，说明岩柱是稳定的。三维光弹模型试验成果与二维光弹试验、地质力学模型试验及有限元分析成果基本一致。—)$)— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#地应力$自重洞室边界应力图!"%地应力$自重围岩破裂范围（四）现场测试分析&’岩体现场测试的分类与目的随着现代测试技术和手段的进步，岩体及围岩特性的现场测试已成为地下建筑物围岩稳定性分析评价的重要方法。按测试的主要目的，大体可分为两类。第一类是现场岩体物理力学及透水含水性质测试，包括岩体的强度、变形特性、地应力、透水率（渗透系数）等，一般在勘测设计阶段完成，或在施工初期予以补充。该类参数测试详见本章第四节有关内容。第二类是围岩的现场监测，主要包括位移、应变、应力、渗压、渗水量等，以及支护的应力、应变等。按阶段划分，可分为前期监测、施工开挖期监测及运行期原型监测。前期监测主要是通过原位模型试验洞，量测围岩的变形及应力，分析围岩位移的时空效应，验证改进围岩应力应变数值分析模型，反分析地应力场和岩体弹性模量等参数，为围岩稳定性评价、优化支护设计及施工开挖程序和方法提供能反映围岩实际的资料。施工开挖期监测要求在施工中布置位移及应力监测系统，随洞室开挖及支护过程获得有关围岩稳—*)(— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究定性及支护工作状态的真实信息，通过分析评价围岩稳定性和支护效果，为进一步有针对性地修改支护参数及后续的开挖提供依据。这个过程可随开挖及支护的每一循环，不断调整优化。这种动态的监控，既是对围岩稳定性及支护效果的直接监测，又是一种信息化反馈设计的方法。同时，通过位移反分析，验证和确定能代表实际的更大范围岩体的特性参数以及施工过程完整的数值模型，为将来运行管理和工程安全稳定提供信息化服务。运行期原型监测一般是将施工期的监测仪器转入长期观测，根据施工监测的情况和运行期的要求予以确定。!"围岩现场监测的应用!#世纪$#年代以来，在我国大型水利水电地下工程建设中，均普遍开展了原位模型洞和施工期围岩的变形监测，如鲁布革、天生桥一级、二滩、小浪底、东风以及天荒坪、十三陵、广州抽水蓄能电站等等。原位围岩的变形监测主要应用于以下三方面：（%）通过变形观测，建立围岩的位移标准，即允许变形值。认为围岩的失稳破坏，主要取决于变形量，强度是次要的。根据观测资料，首先确定破坏变形的极限值，然后，再确定变形的允许值。这种根据洞室的具体条件，直接建立位移标准的方法，对围岩稳定性的判定更为直观、准确、简捷。我国&’(—$)—$*《锚杆喷射混凝土支护技术规范》提出以洞周相对收敛量作为判断围岩稳定的判据之一（见表+,%+）。表+,%+允许的洞周相对收敛量隧洞埋深（-）围岩类别.*#*#/0##0##/*##!#"%/#"0#"!/#"*#"+/%"!"#"%*/#"*#"+/%"!#"$/!"###"!/#"$#")/%")%"#/0"#注：%"洞周相对收敛量系指实测收敛量与两测点间距离之比。!"脆性岩体中的隧洞允许相对收敛量取表+,%+中较小值，对塑性岩体则取表+,%+中较大值。0"表+,%+适用于高跨比为#"$/%"!和下列跨度的隧洞：!类围岩!!#-；"类围岩!%*-；#类围岩!%#-。（!）根据围岩变形（洞周收敛、围岩位移）和支护应力（如锚杆内力、喷层应力）观测资料，建立围岩和支护二者的特征曲线（见图+,1），两条曲线的交点即为平衡点，用以分析评价洞室的稳定性及支护的效果。当支护特征曲线与围岩特征曲线在最大允许变形处相交（’点），则所需提供的支护抗力最小。如果考虑一定安全裕度，围岩变形控制在最大允许值之内，则支护抗力可适当提高，如选择在’点以左的2点。当平衡点位于’点右侧时，变形急剧增加，洞体将发生破坏，应及时采取加固措施。围岩收敛观测的时间过程曲线还可用作确定最终支护的时机，为此，一般考虑在收敛速度明显下降时、收敛量已达最大允许值的$#3/1#3时、收敛速度达到#"%*--45或顶拱位移速率小于#"%--45时。（0）位移的反分析，即应用围岩变形及围岩应力监测资料，反向修正初始参数，如初始地应力、岩体弹性模量、强度等，不断优化设计。广义而言，现场测试弹性模量、量测地应力也是位移反分析，但用模型试验洞及施工开挖中，围岩监测系统量测位移的数值反分析更能综合反映更大范围围岩的实际。反分析的方法又可分为逆演法和正演法两种。逆演—*#6— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#围岩开挖后变形特征曲线法反分析是直接把量测得到的位移作为输入变量，输入逆系统方程组求解初始地应力或岩体材料参数。为了得到逆系统方程—反推模型，往往需要对岩体结构和材料组成进行大量简化合并。而正演法则不改变原有数值分析的模型，也不简化地质条件，只把量测获取的位移作为一种反馈信息处理，建立误差目标函数模型，通过不断修正初始参数和反复叠代运算，对目标函数进行优化，最后使各种参数达到“最佳值”，这种正演法反分析又称为反馈法分析，具有较广泛的适应性，可用于解决复杂的非线性问题，但计算量大。$%围岩现场监测实例（&）原位模型试验洞监测实例。’(世纪)(年代，我国先后在黄河小浪底水利枢纽和鲁布革水电站开展的原位模型试验洞围岩变形量测。前者为软弱层状围岩，后者为坚硬块状围岩，颇具代表性。&）鲁布革水电站地下厂房原位模型洞围岩变形量测试验。现场实测起于&#)$年底，至&#)*年&月结束，历时一年余。原位模型洞布置在地下厂房&(*号探洞内未开挖的岩体中，岩性为三叠系中统角砾状灰质白云岩，块状结构。洞轴为+!*,-，与确定的厂房轴向一致，与最大主应力方向夹角小于$(,。断面取主厂房原设计尺寸的&.&(，高*/、宽’%0/方圆形，洞长$(/，洞身位于主厂房开挖范围。在试验洞深度&%’0)/、&1%)(2&)%$(/和’’%$*/分别设置!、"、#三条主要观测断面，每个主断面上分别在边墙、拱腰、顶拱对称埋设深&*/钻孔多点位移计*个；洞深度*/开始，每隔’%*/设收敛断面&条，共有辅助收敛断面#条，每个断面在边墙下部、中部、顶拱对称埋设标点*个；为了获得边墙变形随开挖进尺和时间变化的全过程关系曲线，利用早期旁侧探洞分别在三个主断面于试验洞开挖前预埋钻孔多点位移计；此外，为了解开挖过程中洞周围岩应力变化情况，在第3主断面周边安装&(个弧形液压应力计，分别观测切向应力和径向应力变化值。鉴于鲁布革岩体比较坚硬完整，变形量不大，因此要求使用的仪器具有较高的精度。试洞采用全断面光面爆破开挖，每次进尺&2&%$/。监测成果表明：4%主断面、预埋孔及收敛量测结果基本一致，边墙位移约为(%02&%’//；顶拱位移约—*()— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究!"#$!"%&&。由于河谷深切，主应力方向顺坡偏转，故内边墙的位移大于外边墙，内拱腰’!(斜孔的位移较大，外拱腰’!(斜孔的位移较小。小断层交汇的局部地段，位移量可达)$)"#&&，为上述一般情况的)$)"#倍。*"预埋孔多点位移计量测到的位移释放全过程显示，大约掌子面推进到预埋孔前+"#$)"#倍洞高距离时，岩体开始向洞内收敛；掌子面接近预埋孔断面，变形增加较快；当推进到断面时，位移为总位移的)#,$’#,；超过断面!"#倍洞高时，已释放变形的%!,$-!,；之后，位移增幅减小；过断面+倍洞高时，变形释放已达-#,$+!!,；过断面+$+")倍洞高后，已趋稳定。存在小断层的预埋孔断面，变形过程比较特殊，当掌子面远离断面’"#倍洞高时，就已观测到变形，但位移是向洞外扩张的；当掌子面推进到距断面!"#倍洞高时，变形开始转为向洞内收敛，且增长很快。从上述变形的量级和过程看，岩体变形呈弹性特征，位移值不大，且在初期量测后就基本稳定，说明岩体变形的时间效应（流变）不明显，而空间效应比较突出。."全孔位移随孔深增加而趋于减少。总体上，模型洞围岩!$)&深度范围内，岩体大多受拉伸且位移较大；)&深度之后，到/$+!&，岩体有拉伸，也有压缩；一般到0"#$+/&岩体已基本稳定。1"由于液压应力计埋设在距掌子面+&左右处，部分应力已释放，加之岩体弹性模量高等因素，洞周切向应力随开挖虽有变化，但变幅较小，轴向应力随开挖而逐渐减小。2"根据实测位移值，采用编制的边界元回归反分析计算了厂区的地应力场和弹性模量值，并与实测值对比，二者是接近的（见表/3+#）。表/3+#位移反分析计算值与实测值对比表弹性模量!水平应力!垂直应力!剪应力"项目（456）7（856）9（856）79（856）计算值)%#"’/+!"!!+"-%实测值’)0")!+!"-!’"#!同时，又根据实测地应力场，采用边界元、有限元分析计算了模型洞围岩的位移场和围岩应力场，并与模型洞的量测位移与应力进行对比，二者也是比较接近的。这就反复验证了所建立的围岩应力应变边界元、有限元数学模型是可行的。:"应用这一已经验证的数值分析模型，对将开挖的地下厂房围岩的变形和应力进行了预估，成果如下：厂房完整围岩的位移大约为+)$+#&&，边墙位移略大于顶拱位移；断层及附近破碎岩体位移约’!$/!&&；围岩应力分布较为均匀，基本上处于压应力状态，切向应力约%$+!856；最大压应力集中于上游墙角和下游拱座，大约接近’!856，与地质力学模型试验和光测模型试验成果在部位上一致，数值稍大。总之，厂房围岩位移较小，应力分布较为有利，围岩整体稳定性较好。)）黄河小浪底水利枢纽+#&跨度试验洞围岩位移量测。该工程左岸布置了导流、发电、泄洪洞群，断面大，且穿越缓倾角互层状粉细砂岩、页岩、夹泥层及较大的断层破碎带，能否安全成洞，成为重大的工程问题。+-%)年0月起，进行了跨度达+#&的开挖成洞试—#!-— 第二篇水利水电工程地质构造研究验，历时近一年。试验洞全长!"#$，其中导洞长%&$（%$’($断面尺寸），!#$跨度试洞长#)$，高)*(#$。采取分部开挖，一般先挖中部，再扩挖两侧；断层带先挖两侧，再挖中部。围岩位移量测使用三种方法：!在洞外设基准点，对洞顶下沉和底板隆起进行精密水准观测，精度为"等水准；#试验洞内"+")%$和"+",%$处设两条钻孔多点伸长计观测断面，每一断面对称布置#个钻孔多点伸长计，顶拱垂直孔(个，单孔深-!$，两侧边墙上部或拱座布置水平孔-个，单孔深!"$；$引进的铟钢丝收敛计布设于每一断面顶拱中心和两侧边墙中部，呈三角形布置。.*"+")%$断面观测成果。该断面围岩为平缓的砂页岩互层。测试成果表明，随掌子面往前推进，围岩位移值增大，大约到前方掌子面距断面"*/0!倍洞跨时，围岩位移趋于稳定。拱顶、拱腰围岩"0-!$深度松动位移%$$，其中"0-$深度为压缩位移%$$；-0!"$松动位移/$$；!"0-!$松动位移!$$，大致围岩松弛深度在!倍洞跨（!#$）左右。边墙位移值仅"*!0"*-$$，深度仅%$。围岩表浅部出现受力压缩，这与%$深的锚杆加固有关，说明喷锚结构发挥了应有的支护效果。1*"+",%$断面观测成果。2-()断层破碎带从该断面左侧顶拱通过，在"+",($处对2-()断层施加了#根!#$深预应力锚索处理，观测断面上也作了喷锚支护。观测成果显示，围岩松弛深度为!倍洞跨，松动位移(0%$$，与"+")%$断面基本一致。总之，观测成果说明，对这类平缓软硬相间围岩采取适当的喷锚支护，并对断层作特殊加固处理，开挖!#$跨度的洞室也是可行的。（-）施工开挖期监测实例。!）二滩水电站地下厂房洞室群施工开挖期围岩监测。二滩地下厂房洞室群布置在雅砻江左岸以正长岩为主的坚硬完整岩体内，围岩具有较高的地应力，最大主应力正长岩-"0-#34.，玄武岩("0(#34.，方位5!"60("67，平均倾角约--6，与地下厂房轴线方位（5)68）夹角较小。为了掌握洞室群随施工开挖应力调整过程围岩的变形及破坏特征，并对围岩的稳定性进行反馈分析和支护设计优化，开展了施工开挖期围岩变形监测。地下厂房洞室群的布置及其典型剖面见图%9!"和图%9!!。在整个地下厂房系统中布设了!-个监测断面（见图%9!-），每个断面沿洞周不同高程埋设了多点位移计、锚杆应力计等，每支多点位移计长-"0("$，均设有#个测点，形成了洞室群围岩变形的空间监测网。每支锚杆应力计长)0,$，设有%个测点。仪器埋设后初期每周观测一次，以后逐渐加长观测时间间隔，各测点历次观测资料和不同测点的同步观测资料反映了洞室群围岩在施工开挖过程中变形的时空特点，并为反馈分析提供了依据。位移计误差小于!$$，当变形量在:!$$之内时，可认为岩体基本无变形。仪器的埋设均是在顶拱及其以下相应部位开挖后逐步埋设的，完整的监测断面要在开挖完中下部后才能形成。因此，监测数据不包含相应部位开挖过程中的位移释放和应力重分布的影响，只能监测到该部位以下各层开挖对围岩位移和锚杆应力的影响。通过监测资料分析，围岩变形有如下特点：.*位移一时间过程曲线表明（见图%9!(），围岩变形多呈台阶状突跃增加，并与分层开挖台阶基本对应，反映围岩变形受开挖扰动影响明显，但变形只是在新增加一个开挖台阶附近时才发生显著增加，之后很快趋于稳定，无流变特征或断层等软弱结构面造成的破—#!"— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究图!"#$二滩地下厂房立体透视图坏迹象，岩体表现为明显的弹性、脆性特征。%&顶拱围岩的沉降主要发生在开挖之初，且变形小，顶拱表面位移普遍小于’((。)&主厂房上、下游边墙、主变压器室及尾调室上游边墙变形普遍为*$+’$((，主变压器室及尾调室下游边墙位移较小，一般为’+*$((。局部位移大于#$$((的部位，主要是主厂房上游边墙吊车平台及下游边墙高程#$#$(附近、主变压器室上游边墙高程#$,$+#$!$(附近和尾调!室上游边墙高程#$*$+#$!’(附近（见图!"#!、图!"#’）。-&因工程部位及岩体条件的不同，围岩变形与深度的关系大致可归纳为三种类型（见图!"#.）：工型，变形影响深度小，但表层变形大于#$$((，’(深度内变形量迅速递减，这种变形主要反映在上游边墙拱座附近坚硬完整围岩中，应力集中导致部分表层岩石板裂破坏。!型，变形影响深度’+#’(，表面局部岩体在一定深度内基本同步变形，最大位移!$+/$((，这种变形主要出现在上游边墙中上部及主厂房下游边墙中下部，该变形特点反映表层岩体在系统锚杆作用下整体性得以加强，变形受到限制，围岩变形向深部传递所致。"型，变形影响深度’+#’(，但变形量一般小于!$((，以弹塑性变形为主。0&从高程#$,$(平切面变形等值线图（见图’+#’）可以看出，尾调室与主变室之间岩柱局部地带变形等值线出现交叉现象，反映该部位岩体变形较大、较深。总之，由于厂区初始地应力较高，岩体坚硬完整，在大跨度高边墙洞室群分层分序开挖过程中，出现一系列与开挖有关的应力集中一释放（应力调整重分布）现象，从而导致围—’##— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"##二滩地下厂房平面布置及典型剖面图#—主变压器室；$—安装间；%—主厂房；!—进水口；&—尾调室；’—副厂房；(—$号尾水洞；)—交通洞；*—#号尾水洞；#+—主坝岩局部变形较大，这在前期已有所预测，设计了预裂爆破和喷锚支护系统。但局部超挖较严重，预裂效果较差，一定程度上增加了对围岩的扰动。监测成果表明，围岩拱座局部及上游边墙中上部有较大位移，系围岩局部压应力集中导致围岩表层劈裂、局部压剪滑移，洞室交汇地带沿裂隙张裂松动变形所致。根据开挖期围岩变形监测成果，对设计支护进行了有针对性的调整优化。目前监测成果表明，现阶段围岩变形已趋于稳定。$）小浪底导流洞施工开挖期围岩监测。小浪底导流洞位于黄河左岸单薄分水岭地区缓倾层状砂岩夹泥岩中，顺层剪切破碎带、软弱夹层及泥化夹层发育，断层及节理裂隙系统以陡倾角为主；地应力量级低，最大主应力仅%,’-./，且以自重应力为主。三条平行—&#$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究布置的圆形导流洞直径达#%&’(，长度均达#)(，洞轴间距%*+*$(。采用锚杆和钢丝网喷混凝土支护，导流任务完成后改建为泄洪洞，进行钢筋混凝土衬砌，衬后洞径#,&%(。为掌握洞室施工过程中围岩变形规律，以便为围岩稳定分析提供可靠依据和有效预报，并进行支护设计优化，结合导流洞上中导洞的施工开挖，开展了全面的原位监测。在开挖支护后，共安设收敛量测断面!#个，多点位移计图!"#$二滩地下厂房监测断面布置图#,套，锚杆应力计#-支，混凝土喷层液压应力计%支，获得了大量监测数据，揭示了不同类别围岩的变形规律，指导了上中导洞及上半圆扩挖，并且顺利通过了.$/%、.$/*断层带的施工开挖，提出了优化围岩支护设计的意见，对其他地下建筑物的施工有着重要的指导意义。0&上中导洞施工期围岩收敛监测。上中导洞开挖尺寸为宽*(、高*&!,(。开挖后及时在顶拱喷锚支护，边墙部分!类以上围岩不支护，"、#类围岩仅喷混凝土，局部加短锚杆。在!#个观测断面中，!类以上围岩#%个，"、#类$,个。观测结果表明：（0）围岩变形与围岩类别具对应性。!类以上围岩顶拱下沉量#&$*$+’&!*((，一般在,((之内；边墙收敛值1+#!&/%((，两边墙收敛之和最大为#,&’#((，一般在#1((之内。"类围岩顶拱下沉量1&$*+$-&#$((，一般,+#,(；边墙收敛值一般,+#,((，两边墙收敛之和一般#1+/1((。2类围岩顶拱下沉量最大达/!&1!((，一般大于#,((；边墙收敛值最大达,$&-’((，一般大于#,((，两边墙收敛之和最大达-,&1/((，一般大于/1((。（3）该区虽为缓倾角的层状岩体，但由于较好类别围岩为厚层钙质硅质砂岩，其顶拱与边墙变形量相差不大；而较差类别围岩，如#类围岩，往往陡倾角的断层比较发育，且与洞轴交角较小，对边墙稳定不利，故这类围岩边墙变形量反而比顶拱大。（4）围岩具流变特点，尤其是"、#类围岩流变效应明显。如#号导流洞15%1*&$(桩号断面，埋设仪器时距掌子面$&#(，变形达稳定时顶拱下沉量#,&1’(，两边墙变形值之和为%,&%,((，应属#类围岩。当掘进至%(时，停止掘进/-小时后顶拱下沉量增加!&1*((，日顶拱下沉量达$&,((；右边墙变形增加!&,#((，日变形量为$&’/((。当掘进至#*&-(时，停止掘进!/6后顶拱下沉量又增加1&,$((，日下沉量1&$’((；右边墙变形增加1&/%((，日变形量为1&$((。说明#类围岩流变明显，但随时间亦具收敛之势（见图!"#-）。3&!类围岩上半圆扩挖监测。鉴于上中导洞监测围岩变形较小，且采用的胀壳式张拉锚杆多数达不到设计要求，不少锚杆滑落失效，故进一步开展!类围岩扩挖上半园的监测，并改变为早强水泥锚杆支护。该项监测选定在#号导流洞15*#%(+15*,%(段，长!1(，为厚层砂岩夹薄层粉砂岩，有一组近于平行洞线的节理发育，实测声速平均值—,#/— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$二滩地下厂房%—%剖面位移一时间过程曲线—&#!— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究图!"#!二滩地下厂房$—$断面变形等值线图图!"#%二滩地下厂房系统#&’&(高程平切面变形等值线图!&)%(*+。首先开挖,(-,(上中导洞，并及时对顶拱喷锚支护，在顶拱及边墙安设监测仪器，投入观测。上中导洞完成后，向两侧扩挖，形成!#./!(上半圆，并对新挖成的边墙喷锚支护，重新在边墙安设仪器，继续观测。通过收敛量测、多点位移计及喷锚应力测定，分析扩挖前后的围岩稳定性。（0）收敛量测。共’个断面，监测结果表明，上半导洞围岩的变形甚小，最大变形值在#((之内；扩挖后变形值明显增加，但总变形值也不大，仅%((，远小于允许变形值（跨度—%#%— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$三大洞室收敛变形一深度曲线类型图（%）!型曲线；（&）"型曲线；（’）#型曲线图!"#($类围岩时间效应曲线#)*+),，岩石单轴抗压强度大于#-./%，埋深-)*#)),的#类围岩允许变形值+!*!),,）。（&）顶拱下沉量测。安设0个精密水准测点，上中导洞顶拱下沉量为+,,，上半圆扩挖后增加+,,，累计下沉量!,,。（’）多点位移计量测。埋设-支多点位移计组成一监测断面，每一支长#$,，!点。监测结果表明，上中导洞围岩最大变形值)1-$*#1)(,,，影响深度-*#),；扩挖后上半圆—-#$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究围岩变形明显增加，最大变形值增至!"##$!"%#&&，影响深度!#&。（’）锚杆应力量测。埋设(支锚杆应力计，顶拱锚杆受力最大部位在!"%&处，最大受力值%"(%)*；边墙锚杆受力最大部位亦在!"%&处，最大受力值!#"+,)*，说明锚杆受力不大，与围岩变形较小有关。-"!、"类围岩上中导洞改为早强水泥锚杆与钢丝网喷混凝土支护后的监测。该项监测选定在!号导流洞#.%/#&$#.(!#&段，共0#&，此段通过1,2(、1,2(3!断层，开挖断面+&4+&，洞线与断层夹角小于2#5，破碎带分别宽,&左右，泥化严重，受断层影响，裂隙发育，岩体破碎，声速平均值仅!60#&78。（9）收敛量测与顶拱下沉量测。经一个月观测，由于开挖后及时实施了喷锚支护，左边墙和顶拱变形值基本在,#&&以内；而处于泥化的断层影响带的右边墙，变形值达%#&&左右，变形速率大，,2:达,("+!&&，喷层局部开裂滑落，扒除表层松动岩土补喷后，变形才得以控制。因此，网喷及增加随机锚杆是必要的。（;）多点位移计量测。由于岩体破碎，塌孔严重，顶拱多点位移计仅埋入0&，边墙!!&，顶拱埋设深度偏浅。半年左右的监测结果表明，围岩变形大部分发生在,&之内，顶拱表部位移!#"(+&&，边墙("/!$/"66&&，深部位移也不大，这主要是及时喷锚的作用。（-）锚杆应力监测。经两个月观测，锚杆受力达!#%"#%)*，但锚杆受力之初轴力急剧增大，两天之内受力就接近稳定轴力值的+#<，在抑制了有害变形的发展之后，其轴力增加速率显著减小，锚杆轴力趋于稳定，表明及时支护之必要。锚杆轴力偏大的主要原因是距1,2(断层很近，而且锚杆的插入深度不够。’"根据以上监测成果分析，并参照国家和国际有关标准，提出供设计和施工参考的小浪底围岩允许变形控制标准（见表03!(）。鉴于小浪底围岩具流变特征，一般流变约占全变形的2#<左右，!、"类围岩变形的时间效应更为明显，变形值绝大部分由时间延长引起，且早期变形速率高。因此，变形速率亦应加以控制，当超标时（我国规定的稳定标准是：当收敛变形已完成总收敛量的+#<$6#<，变形速率小于#"!&&7’，顶拱下沉速率小于#"#/&&7’），应加强支护。表03!(小浪底围岩允许变形控制标准单位：&&洞径围岩类别说明（&）#$!"+=%%$,#,#$%#%#$!,#此表制定标准埋深/#&；!/=!#!#$2#2#$6%—$类围岩!;>!%?@9；,#=!,!,$2%2%$!!#—!类围岩!;=!%?@9；"类围岩!;=!#?@9,%=!%!%$0#0#$!0#—监测资料表明，小浪底围岩大部分变形发生在表层，变形向围岩内部衰减快，上中导洞及上半圆扩挖围岩变形影响深度仅!#&。对!、"类围岩，变形衰减更快，有些部位实测变形值很大，但对其表层松动围岩处理后，变形很快减小。小浪底原设计采用胀壳式锚杆，鉴于夹层发育，塌孔严重，锚杆插入深度达不到设计要求，加之该种锚杆对钻孔要求严格，孔径必须与锚头尺寸匹配得当，施工质量难以保证，—%!/— 第二篇水利水电工程地质构造研究!"#不合格，张拉力达不到$"%&·’，故改以早强水泥砂浆锚杆，能够尽快提供支护抗力，及早限制围岩有害变形的发展。改变支护后的监测证明，采用早强水泥砂浆锚杆是成功的，而且节省了工程造价，技术经济效益显著。四、洞群围岩稳定性的工程地质研究厂区地下洞室群包括厂房、主变压器室、尾水调压室三大洞室及压力管道、岔管、尾水洞、出线洞、交通洞等洞室，在空间上构成规模各异、形状不同、纵横交错的洞室群。开挖后围岩的应力状态极其复杂，洞室相互影响，将产生明显的偏压。洞室布置愈紧凑，岩柱愈单薄，对岩体的强度、抗变形能力及其完整性要求愈高。而在岩体坚硬完整、初始地应力较高的地区，若洞室间距过小，开挖后随着应力的重分布、围岩（尤其是洞室之间的岩柱）的变形与破损效应将较突出。因此，洞群围岩稳定性的评价是一个复杂的非线性问题，更需要以系统论的观点，从多因素多方法的角度综合分析判断。洞群围岩的稳定性与岩体工程地质条件、水工地下建筑物的布置需要、各洞室的规模及施工方法和运用条件等因素有关，要求洞室之间应有足够的厚度，并充分研究围岩的强度、变形特性、应力应变规律及两洞间岩柱的稳定性，采用适宜的施工方法、施工程序和处理措施，以确保洞群的稳定安全。水工洞群一般都选在岩体比较坚硬完整的山体内，洞群间岩柱宽度一般要求不小于()(*"倍相邻两洞室的平均开挖跨度。鉴于影响洞群岩柱稳定性的因素复杂，在采用系统分析综合评价的方法中，工程地质研究仍然是最基本的，三维非线性有限元计算、三维地质力学模型试验、原位试验洞变形观测和施工开挖期监测等也是洞群围岩稳定性研究的有效方法。下面重点介绍工程地质研究方法，其他方法及其应用实例在前面的章节已有叙述。（一）洞群围岩稳定性工程地质研究思路洞群围岩的稳定性主要受控于洞室间岩柱的厚度、围岩类别及其赋存的工程地质环境条件，包括岩性及岩体结构特征、岩体的物理力学性质、天然地应力场特征、地下水及其动力特征等，归结为岩体的力学环境条件。应用地质调查、勘探及试验查明岩体力学环境条件，是洞群围岩稳定性工程地质研究的基础。从勘察研究洞群区岩体力学环境条件出发，进行以下几方面的评价：（(）洞群各洞室各部位围岩分类与整体稳定性评价，为系统支护设计提供依据。（+）洞群围岩局部不利块体稳定性评价，为局部加固处理设计提供依据。（$）根据围岩弹塑性应力应变分析计算、地质力学模型试验、试验洞变形观测、施工开挖期围岩变形监测及弹性波速测试成果，结合已开挖洞室围岩地质条件和已实施的支护措施，进一步对洞群围岩稳定性及支护效果进行工程地质分析评价与预测，为支护设计的优化提出建议。（,）对洞室开挖后可能产生的岩爆、突水、突泥等特殊工程地质问题进行地质评价、预测及研究防治措施。在洞群围岩稳定性工程地质研究中，强调采用综合的勘察与测试手段，探洞、钻孔相结合，开展前期模型试验洞变形观测和施工开挖期围岩变形监测；运用现代计算机技术，提高工程地质定量描述及综合分析评价水平。—"(-— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究（二）洞群围岩稳定性工程地质研究内容!"岩体力学环境条件勘察研究（!）岩性及岩体结构特征。主要勘察研究以下内容。!）岩性及成层组合特征。岩石的名称、时代、成因、岩体结构与构造、沉积岩及副变质岩的单层厚度和不同岩性的岩组类型等。不同岩性的岩石在洞群各洞室各部位的分布特征。#）结构面分级及分组。结构面按发育规模一般分为五级（参见表$%&），洞群布置应避开规模巨大的工级结构面—区域性的断裂带，也应尽量避开!级结构面。不同级别结构面按其产状分组。’）结构面分类。不同级别结构面按其性状分类，大致可分为刚性结构面和软弱结构面两大类，前者细分为胶结和未胶结两亚类；后者又可分为岩块岩屑、岩屑夹泥、泥夹岩屑和泥四亚类。研究不同类型结构面的工程地质特性。$）根据勘探资料和结构面调查统计资料，建立洞群区岩体结构三维量化模型，主要有包含"级及以上结构面的确定性模型、#级结构面的概化模型等。（#）岩体力学特征。主要试验研究以下内容。!）现场原位岩体力学试验。包括孔、洞弹性波速（声波、地震波）测试、孔内弹模测试、岩体变形试验、结构面剪切试验等。#）室内岩石力学试验。包括岩块物理力学性质试验、点荷载试验、岩石三轴试验、岩石的刚性压力机应力—应变全过程试验，岩石及结构面流变试验，结构面刚度系数试验等。（’）地应力场特征。主要测试研究以下内容。!）地应力实测。包括现场解除法三维应力量测、水压劈裂法应力测试、声发射法应力测试研究等。#）高地应力现象的研究。包括探洞及洞室围岩岩爆、片帮、劈裂、钻孔岩芯饼裂等现象的调查、分析与研究。’）洞群区地应力场数值模拟研究。根据地应力实测点资料，回归分析现今地应力场、河谷下切地应力场的历史演变、洞群开挖地应力场的预测等。（$）模拟试验洞围岩变形观测。根据观测资料，并结合试验洞围岩地质编录资料及波速测试成果，分析研究围岩变形特征及规律，反分析围岩的变形模量、应力等。（(）岩体水动力特征。根据洞群区探洞、钻孔所揭露的岩体含水—透水介质特征、地下水出溢状况、地下水水位、水质、水温、压水试验（包括高压压水）等有关水文地质条件方面的资料，以及洞群开挖后地下水的实际状况，主要研究以下内容。!）含水—透水裂隙网络岩体结构及其概化模型研究。#）裂隙网络岩体水力学参数研究与选取。’）洞群区天然状态、施工开挖及运行期（防渗、排水处理后）地下水渗流场数值模拟、地下水补给、迳流与排泄条件及其动态研究预测。#"洞群围岩分类（!）分类方法。可采用)*(+#!&—,$《工程岩体分级标准》、)*(+#&-—,,《水利水电—(!,— 第二篇水利水电工程地质构造研究工程地质勘察规范》规定的方法进行分类。两种方法对比分析，综合评定。此外，还可采用国际通用的围岩分类方法，如!系统分类、"#"分类等，同时对比使用。（$）鉴于洞群规模大，洞室复杂，应分别对各洞室的顶拱、边墙进行分类评价。分类时，要充分考虑洞群开挖，围岩应力的强烈分异对岩柱稳定的不利影响。（%）根据围岩分类，对围岩整体稳定性进行工程地质评价，为系统支护加固设计提供依据。%&洞群围岩局部块体稳定性分析根据围岩岩体结构确定性模型、概化模型及岩体力学特征参数研究成果，并结合洞群的布置条件，分析研究以下内容。（’）特定弱面组合的不利块体稳定性分析。（$）一般裂隙面组合的不利块体稳定性分析，采用的方法主要有：’）赤平投影块体稳定性分析。$）关键块体稳定性分析。%）离散元法块体稳定性分析。(）神经网络法块体稳定性分析。（%）围岩不稳定块体的加固处理建议。(&洞群围岩弹塑性稳定性分析（’）建立数值分析的物理力学模型。建立能尽量客观反映洞群围岩岩体力学环境条件的计算模型，是开展数值分析的前提和重要基础。建立模型所依据的基础资料是：’）岩体的确定性结构模型及概化结构模型。$）通过试验、位移反分析及工程类比所选取的岩体物理力学参数，其中最主要的是不同类别围岩的变形参数、强度参数及流变参数；结构面的强度参数及流变参数等。%）根据实测地应力资料及地应力场回归分析成果所确定的应力边界条件。(）根据以上资料，提出洞群围岩岩体的非线性本构模型，选取非线性参数；划分岩体屈服破坏类型，提出各种破坏类型的判别条件与安全系数，确定岩体屈服破坏准则，将这些准则应用于洞群围岩稳定性数值分析中。（$）数值分析研究。’）研究方法有平面弹塑性有限元分析、三维黏弹—黏塑性有限元分析、单洞与洞群弹塑性稳定分析等。$）研究的对象随阶段进展而深化，可分为设计期洞群布置方案围岩稳定性数值模拟分析研究、施工开挖期结合变形监测资料对洞群围岩稳定性进行数值反馈分析等。%）研究的目标是：)&围岩塑性区出现的部位、范围、屈服破坏的类型及形态。*&洞群对塑性区的影响及“岩柱”的稳定性。+&洞群施工开挖后结合围岩变形与破坏的实际状况，反馈分析围岩的长期稳定性。,&洞群布置与施工程序的优化分析。-&围岩支护处理的优化分析。.&地质力学模型试验—.$/— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究前已述，此处略。!"围岩变形监测前已述，此处略。#"岩爆预测分析岩爆是高地应力地区地下洞室开挖中出现的特殊工程地质问题，表现为围岩突然释放大量弹性应变能的剧烈的脆性破坏。其产生的机制是高蓄能硬脆岩体在高地应力环境下洞室开挖，围岩应力集中超过或接近于岩体强度。应从研究影响岩爆发生的因素人手，探讨岩爆发生的条件与判断的准则，预测岩爆出现的部位和类型，研究适宜的防治措施。（$）岩爆的类型主要分为岩石弹射、岩石剥落及岩石劈裂。岩石弹射是典型强烈的岩爆，对围岩的稳定和洞室施工危害大；而岩石的剥落及劈裂是比较轻微的岩爆现象。（%）影响岩爆发生的因素需研究以下内容：$）岩性及岩体强度。%）岩体结构特征及完整性。&）地应力量级、方向。’）地下水活动状况。(）岩爆与岩体弹性应变能及岩体声发射特征、氡气逸出量等的关系。!）岩爆与洞室形状、尺寸及出现部位的关系。#）探洞内岩爆现象的分析研究。（&）通过影响岩爆因素的研究，初步建立岩爆发生的准则，预测岩爆发生的部位及类型，研究相应的防治措施。（’）洞群施工开挖期岩爆现象的调查研究，修改完善预测岩爆的准则，提出有效的超前探测手段，优化防治措施。（三）洞群围岩稳定性工程地质研究实例二滩水电站目前是世界第四位、亚洲第一位的大型地下水电站，总装机容量!)((万*+，洞群布置在左坝肩正长岩、辉长岩山体内（见图’,$-、图’,$$），规模宏大，结构复杂，且处于较高地应力区。$"岩体力学环境条件（$）岩性。二滩地下厂房洞室群围岩为新鲜坚硬的正长岩、辉长岩及变质玄武岩，其岩石单轴湿抗压强度在$--./0以上。正长岩、辉长岩占洞群开挖围岩面积的1%"#2，玄武岩占!2；相对软弱的裂面绿泥石化蚀变玄武岩仅占$"&2。（%）岩体结构。洞群岩体结构特征是一套比较短小的硬性节理裂隙系统，为!级结构面，可归纳为(组（见表’,$#）。节理裂隙的分布及发育程度具有明显的区段性和不同岩性的差异性。在正长岩、辉长岩内，以第（$）、（%）、（(）组为主，但同一地段内一般出现$3%组，岩体完整性较好3好。—(%$— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"#$优势节理产状一览表分组号产状性状描述厂房系统主要节理组。分布普遍，延伸长&)#’/，间距多大于#/，裂面平直粗糙，偶见方解石充填，硬性接触。断（#）%&’()**(+,%-!.’()$*(续错列构成系统内主要陡倾角裂隙发育带，宽’0*)1/，长#’)1’/分布受（#）组节理限制，延伸相对短小，裂面平直粗糙，（1）%!’()$’(-,%+!*’()$’(区段性强（&）%!’()*’(+,2+!.*()$’(主要分布于31!4内，"5及#，中分布随机，延伸短小（!）%!’().’(-,2-!*’()$’(%.’(+)+-,2+（2）（*"#）分布区段性强。产状变幅大，单面延伸短小。断续错列!#’()!*(（*）构成系统主要缓倾角裂隙带，且与系统内主要软弱结构面%!’(-)+-,2-（2）（*"1）产状一致!#’()!*(注：31!4—二叠系峨眉山玄武岩；"—正长岩；#—辉长岩，辉长辉绿岩。在变质玄武岩内，以第（&）、（!）、（*）组为主，产状变幅大，延伸短小，相互交切的一般1)&组，岩体完整性中等。此外，岩体中软弱结构面稀少，延伸一般#’)#*/，个别大于1’/，宽度一般’0#)’0./，带内物质结合紧密，多属$级结构面。其中规模稍大的67断层在空间上呈错列展布，产状亦有一定变化。二滩有关结构面性状、岩体完整性及岩体结构类型的量化标准见表!"#8、表!"#7、表!"1’。表!"#8二滩结构面性状量化标准结构面性状描述理性状系数9:9;,9<粗糙，不连续，闭合或有方解石、绿帘石充填，偶有微蚀变*)1粗糙或平滑微起伏，微蚀变或绿泥石膜，偶有泥膜1)#粗糙，面壁蚀变，有次生泥膜或少量夹泥#)’0*面壁较强蚀变，有一定开度，充填泥膜或夹泥’0*)’0#岩石强烈蚀变，节理张开，充填连续夹泥=’0#表!"#7二滩岩体完整性量化标准岩石质量指标岩体块度系数节理间距体积节理数完整性评价>?@（A）!"（/）#（条B,/&）5/完整C7’C!’C#0’=&较完整7’)$*!’)1’#)’0.&).—*11— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究岩石质量指标岩体块度系数节理间距体积节理数完整性评价!"#（$）!"（&）#（条’(&)）%&中等完整*+,+-.-,*-/0,-/10,2-差+-,.+*,./+-/1,-/.2-,2+很差3.+3./+3-/.32+表14.-二滩岩体结构量化标准结构面性状完整性岩体结构系数岩体结构类型##’$5#%#’+,.3)6-/0*整体结构.,2),0-/0*,-/2*块状结构2,-/+0,2--/2*,-/-+镶嵌结构-/+,-/22-,2+-/-+,-/--*碎裂结构3-/262+3-/--*散体结构（)）水文地质条件。洞群区水文地质条件简单，为裂隙含水岩体。前期勘探揭露局部有封闭型裂隙承压水，初见流量较大，水头较高，但持续时间短。施工开挖时，仅在2号尾水洞出现过短暂的小流量裂隙承压水。（1）岩石（体）力学特性。前期大量的岩石（体）物理力学性质现场及室内试验研究成果表明：2）岩石单轴抗压强度高，抗拉强度低，其比值为2-72,.-72，表现为明显的脆性特征。表14.2围岩岩体力学参数建议值岩体质量分级泊松比变形模量岩体抗剪断强度级亚级!&（-89:）;:<"（’=9:）>)+2/*)+?—2-/2*.+2/*)1??—.2-,)+2/.,2/*).,+@—22+2/1))/.@-/.-@—.2-2/..#—21,+/+-/A12/.#-/.+#—.1-/A12BB—.-/)-./+-/+A-/A断层带-/)+2/--/+-/..）岩体具有较高的弹性模量和变形模量（见表14.2）。)）围岩内节理裂隙面多平直粗糙，延伸短小，结合紧密，具有较高的抗剪强度（见表14.2）。—+.)— 第二篇水利水电工程地质构造研究!）岩石无明显的流变特性。（"）初始地应力场。前期在洞群区曾作了#组空间地应力测试，成果表明：$）洞群区存在较高地应力，最大主应力量级在正长岩为%&’%"()*，玄武岩为+&’+"()*。%）最大主应力方位较稳定，多在,$&-’+&-.，平均,%+-.，倾角一般小于+&-，平均%%-。+）最小主应力量级、方位不稳定。三向主应力的平均比值是：!%/!$0&1"%’&122，!+/!$0&1%3’&1+2。!）水平应力大于垂直应力，垂直应力大于上覆岩体自重。模型试验洞和施工开挖期围岩变形监测资料反分析初始地应力场成果与前期实测成果基本吻合。%1洞群围岩分类采用国际通用4系统分类和我国水电围岩分类法，并与岩体质量分级相联系，随施工开挖又及时对分类进行复核调整。分类复核结果表明，厂区洞群围岩#$5属稳定和基本稳定的"、#类围岩，与前期预测一致（见表!6%%）。表!6%%围岩分类水电围岩分类4系统分类（,78）所占面积百二滩岩体质量分级分类评价4值评价分比59、:"稳定;!&很好#$1&<#基本稳定$&’!&好=$$!’$&一般$局部稳定性差3.6+$%$’!坏.6$，.6%%不稳定&1&$’$很坏’极坏$1+>?极不稳定@&1&$特坏&13+1洞群的施工开挖效应（$）围岩应力重分布与局部应力集中。围岩应力重分布主要特征是径向应力从里到外逐渐减小，至洞壁处变为零。而切向应力的变化在一些部位是从里到外逐渐增大，至洞壁处达最大值，即产生压应力集中；在另一些部位则相反，甚至于洞壁附近出现拉应力集中。其量级主要受洞形与初始应力状态制约。据洞群非线性有限元计算分析成果，各洞室顶拱切向应力均较大，主厂房拱座和拱座至吊车梁岩台之间直墙部位出现较大的压应力集中，最大值达2&()*左右，应力集中系数约为+；主厂房上游边墙与压力管道交叉部位和尾调室上游边墙与尾水管交叉部位拉应力集中，可达6"12()*。根据#组地应力资料，采用基尔希（ABCDEF）公式计算最大切向应力（!0+!$6!+），其成果与上述有限元计算成果在量级上基本一致，为2&’G&()*。考虑到局部开挖面形状不规则，应力集中值在局部地段可能还会大些。（%）围岩收敛变形及局部破坏。由于初始地应力较高，围岩坚硬完整，在大跨度高边墙洞群开挖过程中，出现一系列与开挖有关的应力释放—围岩局部变形较大或破坏现象。—"%!— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究!）围岩变形特点。施工开挖期开展了围岩变形监测，前面已有叙述，此处从略。"）围岩的局部破坏。施工过程中，在较完整的正长岩、辉长岩段不同程度产生过岩石板裂劈裂现象，尤其在应力相对集中的三大洞室上游拱座附近，洞室交叉口、岩柱等部位，围岩变形较大，曾发生过岩石板裂，伴有声发射现象，剥落掉块及混凝土喷层开裂、脱空、局部钢丝网拉断、个别锚杆垫板凹进变形、锚索失效等。表#$"%列出了围岩主要破坏形式、破坏机制，以及与围岩类别、岩体结构的大致关系。表#$"%围岩变形破坏形式一览表变形破坏形式力学机制围岩类别岩体结构相应工程地质现象岩石片帮及喷混凝土层开裂劈裂剥落压应力集中造成的压致拉裂剥落，导致局部表层围岩较大变形整体块状&压应力高度集中造成的突然!&"开挖过程中伴随岩石声发射，岩爆块状结构脆性破坏局部岩块突然崩落洞室交叉口部位张裂松弛，顶张裂塌落拉应力集中造成的张裂破坏拱局部塌落镶嵌一碎裂裂隙发育带，破碎带地段出现碎裂松动压应力集中造成的剪切松动#&$结构较大变形!号、"号母线洞底板及相应剪切滑移压应力集中造成的剪切破坏块状镶嵌"&#部位厂房下游边墙喷混凝土开剪切碎裂及滑移拉裂结构裂拉应力导致岩体碎裂松动$碎裂结构副厂房’(塌落"%重力坍塌重力作用下自由塌落&散体结构)、*掉块不利结构面组合块状结构局部块体塌落注：’"%+$裂面绿泥石化产武岩；)—小断层；*—挤村破碎带。（%）围岩开挖与支护。洞群开挖采用分层、分序、台阶式预裂爆破方法，初期及最终喷锚支护相结合的形式。系统喷锚支护主要包括砂浆锚杆、网喷或钢纤维喷混凝土、锚索等联合支护型式。施工开挖中，预裂爆破半孔率低、开挖面不平整，局部超挖较严重，预裂效果较差，一定程度上造成对围岩扰动破坏增强，应力集中在局部地段可能更严重，对表层围岩稳定不利。根据开挖的情况及揭露的地质条件，对设计支护作了调整，如：!）三大洞室上游侧拱座、洞室交叉口、岩柱等部位，因应力集中，不同程度发生过围岩板裂、剥落掉块及混凝土喷层开裂脱空，采取了补打带垫板锚杆，喷钢纤维混凝土等补强处理措施。"）厂房锚索总体上减少##,-.，但对下游边墙局部围岩松动变形处又增加%/根锚索（长!0&%(1、预应力20(&!20(34）。%）!号、"号母线洞岩柱靠主变室侧，围岩松动，剥落掉块，采用三排对穿锚索预以加固；靠主厂房侧也打了三排长"01锚索。—0"0— 第二篇水利水电工程地质构造研究!）主变压器室与尾水调压室间岩柱，在主变压器室下游边墙中下部布置了两排对穿锚索加固。"）第一副厂房边墙裂面绿泥石化玄武岩带、尾水调压室#$断层带等处锚索加强。%）大跨度厂房顶拱增加了间距为!&长’’&的锚索，并架设了链节网。!(洞群围岩稳定性工程地质评价（’）!、"类围岩稳定性。占洞群$’)的!、"类正长岩、辉长岩围岩（*值大于’+）整体稳定。其局部稳定性的关键部位是洞周最大压应力和最大拉应力集中的部位，如三大洞室上游边墙拱座附近、主厂房下游边墙与母线洞、尾水管交叉地段、洞室岩柱部位等。对这些特征点采用应力—强度判据进行洞周围岩稳定性验算，依据格里菲斯（,-.##./0）强度理论破坏准则，验算结果均不发生破坏。然而实际开挖中局部地段出现过围岩片帮、混凝土喷层开裂及轻微岩爆现象，说明又有破裂产生，分析其原因可能系初始地应力场较高且不均一、局部超挖严重，开挖形态不规则，导致局部应力更为集中。为此，采取了补强加固处理措施，随着施工扰动的减小，监测成果显示围岩变形已逐渐收敛或缓慢减速，趋于稳定。（1）软弱破碎带围岩稳定性。软弱岩带主要为分布局限、规模不大、连续性差的裂面绿泥石化玄武岩、#$断层、#%断层及各种小型破碎带，对洞群局部稳定有一定影响，经支护和加固处理后已稳定。’）分布于第一副厂房上游边墙及部分顶拱的裂面绿泥石化玄武岩条带，宽’"21+&，产状3’+!45231+46，倾向36或76，倾角!"42""4，与周围变质玄武岩呈渐变过渡。带内伴有8条小型构造破碎带，岩体多呈碎裂—镶嵌结构，属#类围岩，自稳能力差，顶拱曾发生’++21++&8塌方，边墙超挖严重。该段采用及时喷锚，顶拱加网，边墙布置两排深’"&、’9"+:3预应力锚索（间排距1("&）联合支护，最后全断面钢筋混凝土初砌。变形监测表明围岩已趋稳定。1）洞群围岩内软弱结构面不发育，且规模小，连续性差，其中规模稍大、断续错列展布于主变压器室、尾水调压室的#$断层破碎带，开挖过程中，仅表现为顶拱掉块或局部塌落，经及时加网喷锚支护，围岩尚能维持稳定。为长期安全，要求进一步灌浆加固，局部开挖回填。（8）局部结构面不利组合块体稳定性。厂区优势结构面为走向35、36两组陡倾角及一组较缓倾角节理裂隙，采用赤平投影，分析了三大洞室不同部位可能出现的不利组合模式。由于节理裂隙延伸较短小，间距较大，不利组合块体的规模有限；且裂隙面组合紧密，多无充填，具有良好的力学性质。故这些不利块体在高嵌合力及支护作用下，对稳定不构成威胁。开挖过程中，对围岩局部块体沿结构面发生塌方掉块现象进行了调查，并对#%、#$断层与节理裂隙可能存在的楔形块体组合进行了分析。调查研究结果表明：’）洞群区不存在因组合楔体失稳而危及围岩整体稳定。1）施工期局部沿结构面不利组合造成的塌方、掉块，多受开挖爆破扰动或缺乏适时支护的影响，但分布局限、规模小，一般多小于’+&8，经处理后围岩稳定。"(洞群围岩稳定性综合评价根据前期及开挖期工程地质研究，三维非线性有限元分析、变形监测及反馈分析，可—"1%— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究以得出以下结论。（!）二滩地下厂房洞室群围岩多为块状"整体块状结构的新鲜坚硬正长岩、辉长岩及变质玄武岩，软弱岩带分布局限，岩体完整性较好"好，围岩以!、"类为主（占#!$），按%系统分类多属好"很好岩体（%值!&"’(），围岩具有良好的自承能力。（)）由于初始地应力较高（最大主应力)("*+,-.），岩体坚硬完整，在大跨度高边墙洞室群开挖过程中，出现一系列与开挖有关的应力集中—释放导致局部围岩变形较大或破损。变形监测资料表明，拱座及上游边墙中上部较大位移系局部压应力集中导致表部劈裂和局部块体压剪滑移所致；洞室交汇地带较大位移则属局部拉应力集中，形成张裂松弛。（*）围岩变形监测成果表明，洞群实施喷锚联合支护后，使围岩变形得以有效控制，变形已趋于稳定，围岩整体稳定"基本稳定。（/）变形监测反馈分析成果表明，二滩地下厂房洞室群布设是合理的，整体稳定性是有保证的。反分析地应力场说明实测地应力较准确，因此根据原实测资料对洞群的设计、稳定性计算分析等基础可靠。第三节喀斯特地区地下建筑物围岩稳定性研究我国碳酸盐岩广布，出露面积#!万01)，占我国国土面积的#2/$。喀斯特地区的水力资源十分丰富。在喀斯特地区修建的大型水利水电地下工程有：天生桥二级、鲁布革、猫跳河五级水电站的长隧洞；东风、鲁布革水电站的大型地下厂房；隔河岩、乌江渡、东风、普定、猫跳河四级水电站的导流洞；东深供水工程的雁田、引大入秦的输水隧洞等。拟建水电站的大型地下工程有：锦屏二级长引水隧洞；洪家渡、思林、水布垭水电站的大型地下厂房及导流洞；南水北调工程中线、西线工程的长引水隧洞等。在喀斯特地区勘测及修建地下工程中，积累了较丰富的经验。一、地下建筑物的喀斯特工程地质条件（一）碳酸盐岩围岩的工程地质特性!2一般特性（!）强度特性。纯质碳酸盐岩包括灰岩、白云岩以及白云质灰岩、灰质白云岩、大理岩等属硬岩类，其单轴抗压强度一般为&("!((,-.，个别高达!+(,-.以上。随着岩石中泥质成分的增加其定名变为含泥质、泥质灰岩（白云岩），强度亦发生变化，变为中硬岩，甚至为软岩。（)）结构特性。碳酸盐岩围岩结构亦分为块状、厚层状、中厚层状、薄层状及互层状、夹层状。)2溶蚀特性碳酸盐岩围岩与其他类围岩不同的工程地质特性是围岩有溶蚀现象，其一岩体被各—+)3— 第二篇水利水电工程地质构造研究种地下喀斯特所削弱，其二围岩含有喀斯特地下水系统，二者皆能引起特殊的重大工程地质问题。（!）围岩中的地下喀斯特形态。根据天生桥二级、鲁布革、猫跳河五级水电站等引水隧洞开挖出的地下喀斯特形态看，有以下几类：!）溶洞。大小不等，大者可达数百米。形态及空间组合形式较为复杂，既有单个溶洞，又有树枝状、网状、迷宫状溶洞群；既有充填型溶洞，也有空溶洞。"）暗河。地下水通道，可与多个溶洞串连。有的为单—管道，有的为多个小管道群或由宽大溶洞构成一定宽度的透水带，有的暗河终年流水，有的暗河平时无水在雨季短时有水。#）溶隙。裂隙被溶蚀后加宽，常常互相穿插构成网状、树枝状溶隙带，削弱围岩。$）溶蚀破碎带。在构造裂隙、破碎带的基础上溶蚀加宽而成，缝中多数夹泥，削弱围岩。（"）喀斯特地下水系统。碳酸盐岩围岩中包含的喀斯特地下水系统可分为：!）溶洞—管道水。以暗河或地下河系的形式出现，具有径流集中，衰减迅速，分布极不均一，水动态变幅大等特点。"）溶隙—溶洞水。含水介质主要为脉状裂隙和孤立状洞穴，地下水过水断面变化大。#）溶孔—溶隙水。含水介质为溶孔、溶隙。地下水流态为“层流”，运移缓慢，流速很小，隧洞开挖后可见洞壁滴水。（二）碳酸盐岩围岩的工程地质评价!%碳酸盐岩围岩稳定性的基本估计总的来讲，碳酸盐岩强度高，多数为坚硬岩，单轴抗压强度在&’(!"’)*+，少数为中硬岩，单轴抗压强度低于,’)*+。碳酸盐岩单层厚度变化大，有的可呈整体状，厚层状，有的则成薄层状。随着夹层的多少不同，岩体完整性差异也很大，厚层、中厚层碳酸盐岩不含夹层或夹层少，属!、"类围岩，对修地下建筑物有利。对于长隧洞来说，因跨越的地质单元多，许多不良喀斯特地质体不易避开，但通过方案比选可以获得较多围岩好和较好洞段，例如根据已修建的三座隧洞的围岩统计（见表$-"$），!、"类围岩占$./(.!%0/，#类围岩仅占’%$/($%0/，因此总的来看，利用碳酸盐岩修建地下工程是有利的。"%喀斯特引起的主要工程地质问题（!）溶洞引起的工程地质问题。!）毛洞稳定问题。大型充填溶洞中常常充填块石、黏土、沙、卵砾石、淤泥等，多数为混杂堆积，局部成层分布。因洞内常有水流，充填物处于饱水状态，隧洞通过时成洞非常困难，需要进行特殊的开挖及支护。对大型空溶洞处理较为容易，可以回填废渣，填平隧洞底部，保证施工通行。对于溶洞群，其形态、空间组合复杂，常成树枝状、网状、迷宫状，处理难易程度取决于单个溶洞的规模及溶洞间围岩的完整性。单个溶洞规模小、溶洞间岩体较完整者易于处理；单个溶洞规模大或溶洞群间岩石强烈溶蚀者，或充填泥夹石者，难于处理。溶蚀破碎带、溶隙密集带，常有地下水活动，围岩稳定程度差别大，常需进行特殊的开挖和支护。对于可溶岩与非可溶岩接触带岩体，由于溶蚀影响，地下水作用常常引起非可溶岩强烈风化，围岩稳定性较差，需进行特殊的开挖和及时支护。—0"&— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究根据天生桥二级、鲁布革、猫跳河五级电站引水隧洞，东深供水工程雁田输水隧洞的开挖实践，通过溶洞的开挖方法有：挑梁法、马口法、管棚法、钢支撑法、混凝土边墙钢拱架法、侧导洞钢拱架法及喷锚法等。!）隧洞围岩永久稳定性问题。隧洞在穿过溶洞时，不论为空溶洞或者充填型溶洞，围岩的弹性抗力系数都大大降低，甚至降为零，需要进行特殊设计，还需要考虑溶洞充填物，或者溶洞周围破碎岩体引起的山岩压力问题。"）地下建筑物地基稳定性问题。隧洞跨过溶洞堆积物时，需考虑隧洞地基承载力和压缩变形问题。常常需用桥、桩基、管桥等结构物解决承载问题或用高压灌浆等方法改良堆积物工程地质性质以提高其承载力。（!）喀斯特水系统对地下建筑物的影响。#）突水、突泥。当隧洞通过暗河和充水溶洞时常发生突水、突泥。一种情况是暗河、溶洞中的水囊突水，夹带黄泥、沙石突然涌出，涌水规模较小，短时即可减小。另一种情况是暗河中的稳定流量涌水，短时涌水量不易减少。再一种情况是位于地下水位以上的喀斯特管道落水洞和溶蚀洼地在暴雨期发生短时大涌水和突泥。!）高外水压力。由于喀斯特管道系统直接与隧洞相交，围岩透水性好，地下水可直接作用在衬砌上造成较高外水压力。此外，在雨季喀斯特地下水系统中的水位迅速陡升，短时造成很高的地下水位，引起高外水压力。表$%!$喀斯特地区已建的主要长隧洞围岩分类统计表碳酸盐岩段围岩类别隧洞炭酸盐岩!"#$%隧洞总长度段长度名称长度（&）长度（&）长度（&）长度（&）长度（&）（&）（&）———————————————（’）（’）（’）（’）（’）$)+$!!"!()!,+"$#,!!()**+*(*————————————)),--!.,)(##,.+$,!!天生桥二$*+*"#(",$.$+"((级水"(.))+$!#————————————电站$+,$-".,(!$,"+$,)引水隧洞$.))!-".,)-*+,)!+.#(-#)+""#,"————————————).,"."#,+!.,"",$-!!)*-"$!)#*!$)$*鲁布革("+.("+.———————————————引水隧洞!$-.,)),)!,-*,$—)!(— 第二篇水利水电工程地质构造研究碳酸盐岩段围岩类别隧洞炭酸盐岩!"#$%隧洞总长度段长度名称长度（!）长度（!）长度（!）长度（!）长度（!）（!）（!）———————————————（"）（"）（"）（"）（"）’())(’,)#&)+(猫跳河五#$%$&$&$————————————级引水隧洞#’*+,’*$()*&(*+#说明：猫跳河五级电站围岩类别系根据普氏坚固系数换算。二、溶洞区地下建筑物的围岩稳定性（一）喀斯特洞穴中高压泥石流的突涌问题实例(天生桥二级水电站"号引水隧洞%-)&$!段溶洞涌泥（(）突涌情况。"号引水隧洞从下游向上游掘进至%-)&$!，反铲在工作面清理石渣时，隧洞掌子面及左侧岩体突然破坏，从长+!宽#!的溶洞中涌出黄泥约(&$$!)，将反铲从工作面推出’+*#!远，推测溶洞塌落高度约)#.&$!。将黄泥清除后，&月’’日，溶洞发生第二次大规模塌方，洞内再次涌出黄泥(/$$!)，地表发生塌陷，形成&$$!’的深坑，深坑周围多处出现(.($0!宽的裂缝，此溶洞涌泥口堵住处理完毕之后，继续向上游掘进，在%-)’&!又出现)!1#!的竖井状溶洞，涌出黄泥#$$!!)2，此溶洞与%-)&$!溶洞相通，涌泥后地表陷坑扩大成长/%!、宽#$!的椭圆形深坑；经处理后，继续向上游掘进，至%-)(,!时，左侧边墙又出现#!1#!溶洞，溶洞中涌出泥夹石将%-)’$!.%-)’(*#!处钢支撑和混凝土拱冲垮。经再一次处理，于(,%,年#月(’日掘进至%-)$)。#!桩号与上游贯通，全线溶洞群处理完毕。（’）高压泥石流的成因。此段溶洞属于桠杈暗河系统，该暗河系统沿3’4砂泥岩与3’5灰岩相变接触带发育，相变带在地表形成桠杈沟，洼地在沟中成串珠状分布，洼地半边为灰岩，半边为砂泥岩，6,+断层斜穿桠杈暗河。此段7&$8./$89组长大裂隙及小断层十分发育。此外，9:向及近;7向小断层也较发育。沿断层及裂隙发育管道、竖井，在平面及空间上形成迷宫式洞系。冒顶段溶洞群属于沿6,+发育的支暗河系统，在地表恰好位于桠权主沟与右侧砂泥岩支冲沟的交汇处。由于沿桠杈沟分布串珠状封闭洼地，所以降水直接通过洼地、落水洞补给桠杈暗河，暗河大大低于隧洞顶板，因此隧洞位于垂直渗流带中，喀斯特洞系多呈竖井状，狭缝状。冒顶段溶洞群发育在3’5纯灰岩中，此灰岩之上覆盖有+$.%$!厚的砂泥岩。在溶洞群的发育演化过程中，由于溶洞竖井中充填物被水流冲走，而使上覆砂泥岩垮塌、松动、强烈风化，不断地塌入竖井、溶洞中，水流又不断带走这些充填物，垮塌向上延伸至地表。推测地表曾发生过塌陷，由于冲沟中堆积的覆盖层较厚，而将陷坑掩埋填平。陷坑以下的喀斯特竖井中在开挖隧洞之前已堆积了很厚的泥石，由于经常有流水下渗、冲刷、泥石不易固结，隧洞揭穿溶洞洞壁后，高压泥石流即冲出。—#)$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究（!）开挖处理方法。"）地表处理。陷坑搭设防雨棚，陷坑周边设置排水沟避免雨水进入陷坑。#）溶洞处理。$%上部管棚混凝土护顶。先在涌入隧洞的泥石中，打管桩避免再次涌泥（见图&’"(）。再清除两侧泥石开挖拱座。然后打管棚、锚杆，布置如图&’")。形成管棚后，挖出管棚下泥石，架钢支撑，浇混凝土，整个混凝土护顶形成后，在纵、横向用"*号槽钢加固。+%下部侧墙施工。管棚混凝土护顶完成以后，下部侧墙施工方法是：清除黄泥开挖下台阶。架钢支撑，立模浇混凝土。（&）第二次垮塌及处理方法。距原开挖支护,年后扩挖减底进行永久支护时，本塌方段再次垮塌，塌方在洞线方向上长,-，桩号为(.!"!-/(.!#0-。塌方压毁该处原一期支护的)榀钢支撑。塌方堆积物为砂泥岩与灰岩块石、褐黄色砂质黏土及水混杂成的泥石流，使隧洞的正常施工被迫中断。塌方冒顶至地表与原塌陷坑位置重合，在地表形成一个长轴"#-，短轴(/)-，深#/&-的椭圆形塌陷坑。到"))*年*月#"日，塌陷继续扩大，形成长轴#(-、短轴#*-、深&-左右的椭圆形大坑，坑外围"1-范围内环向裂缝宽"0/!02-，出现裂缝错台现象，错台高度达"0/"#02-，并拉裂了塌陷坑西侧的混凝土排水沟。图&’"(管棚施工拱座开挖示意图"）塌陷原因：!正值雨季，溶洞内充填物已充分饱和，增加了支护上的压力。"隧洞扩挖和减底后，原一期支护钢支撑未接脚，呈悬空状态，钢架未起到或仅部分起到拱的作用。#(.!"#-/(.!")-桩号左底溶洞深挖形成的边墙与原钢支撑间出现!0/102-的空隙，此空隙在施工过程中不断漏泥石。#）修复方法：首先对溶洞充填物预加固。在邻近的!号主洞（平行#号主洞中心距&0-）向上开斜洞至溶洞斜上方，再平行隧洞轴线开掘一灌浆廊道，在廊道中打孔灌浆，钻孔深入隧洞顶部上方，对溶洞充填物加固。然后挖除泥石、修复接长钢支撑、减底、挖至设计底板线，再进行永久衬护。实例#天生桥二级水电站$号引水隧洞(.",0-/(.#00-溶洞涌泥—1!"— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$管棚施工示意图该段为前述桠杈暗河之迷宫式管道系统的一部分。发生涌泥主管道发育在%&’边阳组厚层灰岩中，主管道呈一倾斜竖井状，沿(&断层破碎带发育。此竖井原为一落水洞，地表黄泥及碎石将其掩埋，落水洞中充填黄泥及碎石，开挖时黄泥涌入隧洞内，地表发生塌陷。由于该竖井通至地表，深达)*+，所以泥石压力较大。采用上导坑钢支撑顶拱混凝土等方法通过。实例*天生桥二级水电站厂区!号施工支洞,-#&)+.,-#*#+段涌泥冒顶该段围岩岩性为薄层状灰岩（%!），地表为强风化砂页岩，支洞埋深近#,,+。该段有&/一破碎带横穿支洞，带宽*.!+不等，在薄层灰岩中沿破碎带发育喀斯特管道，在砂页岩中亦形成风化深槽。支洞开挖后先是大量流塑状态黏土夹碎块石涌入支洞，清除后多次塌落，几天之内扩展至地表，形成陷落竖井（见图!"&,）。冒顶原因是下半部灰岩中发育有竖直状喀斯特管道，管道中充填有黄泥夹碎块石，隧洞开挖揭穿溶洞后泥石涌出，使原喀斯特竖井形成空洞，上部强风化砂页岩垮塌至喀斯特竖井中，现场观测到每隔半分钟至数分钟有垮塌轰鸣声，并从溶洞口涌出大量土石，最后发展至地表造成冒顶。（二）地下洞室穿过大型充填型溶洞的开挖支护方法#0有一定自稳能力的溶洞充填物开挖支护方法天生桥二级水电站!、"号引水隧洞在,-)*,+.,-)1*+段（以号主洞桩号为例）揭露出一大型充填溶洞［见图!"&#（2）］，宽&*.&$+，长度方向跨越!、"主洞，!号主洞内溶洞深及高均不详，"号主洞处深!.3+。充填物可分为两种类型［见图!"&#（’）］。4类。褐黄色黏土层，黏土中夹少量块石，斜层理明显，层面上覆盖灰黑色、黑色薄膜，含薄层粉砂层，土较密实，呈可塑或硬塑状，此种充填物分布在溶洞中心部位，呈一长条形核状［见图!"&#（2）］。5类。褐黄色黏土与块石大小混杂堆积，无层理，结构松散，遇水黏土呈流动状，主要分布在溶洞充填物的边缘部分。对于4类充填物采用马口法开挖锚喷混凝土钢支撑支护方法。上部施工时，掌子面中部预留土核，然后进行环挖，再进行支护，顺序为：架钢拱架!第一次喷混凝土!挂钢丝网!第二次喷混凝土"安前一循环段的锚杆。在岩石中用砂浆锚杆，在土中由人工敲入。—1*&— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究图!"#$!号施工支洞$%&#’()$%&*&(桩号溶洞涌泥冒顶示意图图!"#&天生桥二级水电站!号、"号引水隧洞$%’*$()$%’+*(桩号溶洞图（,）平切面图；（-）,",剖面图&—.类土，较密类的黏土；#—/类土，软塑土夹块石；*—灰岩掌子面黏土自稳能力较差时，在未开挖前沿顶拱或其他需要预先加固部位打斜插锚杆，然后再进行环挖。当上部断面施工通过溶洞后，用马口开挖方法进行下部断面施工，仍然用环挖方式，—+**— 第二篇水利水电工程地质构造研究将钢拱架往下接长!"#$%，并浇筑&’(%厚护脚混凝土，然后再将开挖断面中部岩埂挖出。此段处理历时)&天。处理模式见图’*++。+"自稳能力较差的溶洞充填物开挖支护方法天生桥二级水电站!号引水隧洞在!,#’’%-!,##."’%段遇到充填型溶洞，充填黄色黏土，含水量高，溶洞左侧向上发育成竖管状，竖管底部为黄泥，上部充满水，挖穿时冲出!///%0左右水和泥浆。在!号引水隧洞!,.0$%-!,.$/%遇另一斜管状溶洞、充填黄砂。图’*++有部分自稳能力的溶洞堆积物开挖处理模式图（单位：%）（1）平面图；（2）纵剖面图；（(）上台阶开挖顺序；（3）下部开挖顺序上述二溶洞采用挑梁法开挖支护，先在溶洞口!"$-+"/%范围内架设钢支撑，打锚杆，并在架好的钢支撑上向溶洞内打入!/号工字钢，间距’/-$/(%，长度为!-!"$%，形成“挑梁”，然后将挑梁部分和钢支撑部分整体浇筑混凝土形成安全棚，再挖去挑梁下充填物，接长边墙支腿，按此步骤循环。0"无自稳能力的溶洞充填物开挖支护方法（!）顶管法。天生桥二级水电站在!号主洞/,)//%-/,)!+"’%溶洞中，4类充填物为黏土，呈流动状态，无法自稳，采用顶管法。其方法是：在保证设计断面的前提下，在掌子面顶拱沿周边设#根钢套管（见图’*+0），钢套管内径每根从前到后由!!/(%变至)&(%，钢管用千斤顶往掌子面前方顶入，挖除管内泥石，—$0’— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究将导管焊接接长一节，再顶入，重复上述过程，使导管向前延伸一节。逐次进行，直至穿过整个待处理地段。在!根钢管间打入"#根灌浆管，进行固结灌浆。之后在每根导管内沿隧洞周边线上穿入#根##$%工字钢钢梁，以下的施工顺序为：切割能架设一榀钢拱架的钢梁下部导管部分!架设!榀钢拱架呻!浇护脚混凝土呻浇钢筋混凝土支护（#&’个间隔进行一次）一墙背水泥砂浆回填，如此逐次进行，直至完成整个处理段。（#）管栅混凝土护顶法。图()#’顶管法施工示意图（*）断面图；（+）侧面图实例"天生桥二级水电站!号主洞,-".!%&,-’(/%段溶洞涌泥的处理（见前述）。实例#东深供水工程雁田输水隧洞"-’’’%桩号冒顶段的处理。该处上半洞以上为溶洞充填物，拱座以下为石灰岩。开挖暴露后，即发生溶洞充填物掉块。在支护过程中，适值连日暴雨，地表水与地下水连通。溶洞充填物呈软塑&流塑状涌塌，连续性塌方，历时"0#/%12，塌穴直达地表。摧毁钢拱架3榀，扭弯4榀，塌方体堵塞隧洞长达#"%，塌方量约4//%’。塌方处理步骤为："加固塌体四周围岩，采用管棚法处理，钢管间距"/$%（中心距），打一排管棚插入塌方体中，管棚钢管均为花管，使塌体中的水集中排出，在地表设置排水系统，以免地表水涌入洞内。#将管棚的外露端焊接在钢拱架上，形成一个封闭的保护罩。在管棚的保护下，从两侧向掌子面以人工挖出拱座，打锚杆、焊制拱架底座。$每挖进/5!3%安装一榀钢拱架。%拱架安装至塌方前原掌子面时，清除已完成的管棚下的塌方体，浇筑封闭式永久混凝土衬砌。&回填地表凹陷。（’）侧墙对顶法处理边墙塌方。实例东深供水工程雁田输水隧洞"-’.4%&"-(/3%桩号段边墙塌方。该段整个洞身以及底板以下#%均为软塑—硬塑状的溶洞堆积物，地下水十分丰富，在下半洞开挖时，用挂网喷锚方法进行一次支护。当开挖高度为’%时，边墙发生径向隆起，径向最大位移’!$%，地下水大量沿裂隙流出，继而发生塌方，采用侧墙对顶法进行支护：紧贴边墙立工字钢，用(英寸钢管对顶工字钢腿，然后沿工字钢腿从上至下挖槽，焊接长工字钢立腿，挖一层焊接长度等高的一截工字钢，并在工字钢立腿后插板。挖至#%高时，对顶第二层钢管，顶住接长了的工字钢立腿，然后继续下扩至设计规格线；最后浇筑封闭式永久混凝土衬砌；!天后割除对顶管。—3’3— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）双侧壁边导洞拱座钢拱架法。实例东深供水工程雁田输水隧洞"号支洞工作面浅埋溶洞段的处理。该支洞下游工作面为浅埋溶洞段，埋深#!$!"%，长#&!%，洞身为下石炭统黑色灰岩夹碳质页岩、粉砂岩等。灰岩中有’$(层溶洞，有#$)层溶洞分布在洞身中，呈串珠状，溶洞多为壤土，黏土充填，含碎块石，一般呈硬塑$软塑状，溶洞间溶隙连通性较好，地下水丰富，沿溶洞或断层带成束状涌出。洞室开挖后自稳时间极短，采用双侧壁边导洞施工方法，利用双侧导洞作顶拱拱座（见图!*#!），然后再开挖和支护顶拱，再扩挖下部。（+）回填混凝土再开挖和使用钢支撑法。实例天生桥二级水电站!号主洞#,!#"%溶洞塌顶高达&-"%，号主洞),.(&%溶洞塌顶)-+$+-’%%，"号主洞(,#""%溶洞失稳，顶部塌高用电筒照射看不到尽头，以上洞段溶洞充填物均为稀泥夹块石，作业人员无法接近塌方区。处理方法是：回填弃渣于垮塌物之上，然后用草袋装入开挖弃渣，堆砌后以代替挡头模板（见图!*#+），然后用混凝土泵向塌空区回填混凝土。填好后再放炮开挖，边开挖边作钢支撑。图!*#!双侧壁边导洞开挖程序图图!*#+回填混凝土再挖处理溶洞塌方示意图（’）围岩预加固法。实例东深供水工程雁田输水隧洞.,).!%$.,!++%溶洞段，溶洞充填物呈软塑、流塑状，采用了固结灌浆预加固围岩的方法。化学灌浆是用水泥水玻璃及丹宁等化学材料进行灌浆止水、加固地层。但由于溶洞与溶洞之间及溶蚀裂隙连通性较好、地层及喀斯特情况复杂多变，导致浆液扩散范围难以控制。洞内地质情况无明显改善。改用高喷灌—+)’— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究浆在洞室两侧先施工两道防渗墙，然后在!"#!$%&!"#’’%段利用高喷使溶洞的土层形成网格状，将喀斯特发育串通的地层切割喷灌成一个相对密实的可灌区，在网格区和!"#’’%&!"#($%段布置固结孔，采用较高的压力（!)’*$+,-）进行固结灌浆。通过实际洞内开挖施工观测表明，利用高喷及固结灌浆相结合的方法对提高地层力学强度和防渗具有显著的效果。三、喀斯特涌水问题（一）概述喀斯特地区地下工程的实践表明，喀斯特地区与非喀斯特地区的涌水不同，喀斯特涌水有其显著的特点：（!）流量大、压力高。特别是深埋隧洞，地下暗河高悬于隧洞顶上时，当隧洞打穿向下连通的管道、溶蚀裂隙时，发生大流量、高压力涌水。（’）涌水具有显著的季节性。当隧洞位于地下水位以上时，枯水期洞内干燥，无涌水现象，但在雨季，特别是在暴雨期，地表水沿洼地、落水洞直接灌入隧洞中；当隧洞底板以下有暗河，在暴雨期排泄不畅，补给条件好时，造成地下暗河水位壅高发生短时间大流量、高压力涌水。（(）不均一性。在喀斯特不发育的地段，无涌水现象，喀斯特发育段，则发生较大涌水。（#）突发性。当打穿喀斯特潭、喀斯特湖时，短时发生大量涌水。（二）实例!天生桥二级水电站引水隧洞涌水天生桥二级水电站引水隧洞从进口到调压井分别遇到岩宜、龙须、打劫洞、下坝、周家洞、大庆湾、桠杈等暗河。在工号隧洞中揭露出!’个涌水口；!号、"号隧洞在相应部位均遇到这些暗河或支暗河。在三条隧洞中，一般连通均较好，随着#号隧洞衬砌，通水转向!号、"号隧洞，经多年观测，不同部位的暗河，涌水情况不同。!*涌水类型（!）龙须暗河、打劫洞暗河的特点是：!）涌水口距暗河出水口远，常达.&/*$0%。((’）涌水流量大，单个出水口流量达!*$%12，单条管道最大涌水量达’*3%12（此流量为目测流量，可能偏大）。(）压力高，龙须暗河’号管道（#号主洞’"’$.%处）观测到水平射流4%，封堵之后又冲开新的涌水口。龙须暗河工号管道在#号主洞’"!33%处有一厅堂式大溶洞、溶洞高’$%，溶洞顶高于隧洞底’$%，溶洞壁上覆盖泥膜，未见钟乳石、方解石晶簇等生长，推断在开挖隧洞之前，暴雨期此溶洞经常充满浑水，暴雨期短时间水位高出该溶洞顶部。（’）岩宜暗河、周家洞暗河枯水期隧洞内只有滴水或小涌水，到暴雨期涌出大量细砂，说明喀斯特管道位于隧洞顶板附近。暴雨时水位升高快，压力大。（(）大庆湾暗河，枯水期涌水量3*3//%((12，暴雨期涌水量可达!&’%12。涌水口压力不大。隧洞已切穿喀斯特管道，但排泄条件好，管道畅通，距河边较近，因此暴雨时水位升—$(/— 第二篇水利水电工程地质构造研究高不大。（!）隧洞通过桠杈暗河系统中的溶洞群时，枯季和暴雨期均未发生涌水，说明管道位于隧洞底板以下，管道距河边近，畅通，排泄条件好，所以暴雨期水位不易升高。"#涌水量与降雨的关系（$）开始涌水及到达高峰涌水量的时间。$%&’年&月$’日"时开始下暴雨，!时大庆湾暗河"号管道（!号主洞()!%*+,()(--+）隧洞内涌水量增大，中午涌水量达到最高峰，说明开始下暴雨后$*.左右隧洞涌水达到最高峰。$%%$年&月&日至%日隧洞区连降中雨，%日深夜（也可能是$*日$,"时）突降暴雨，龙须暗河在下半夜大量涌水，淹没隧洞，$*日%时涌水达到最高峰，高峰涌水量持续至该日下午。推算开始下暴雨到最大涌水量所需时间为$*,$".左右。（"）涌水结束时间。从大庆湾暗河"号管道$%&’年&月"%日这次涌水情况判断，暴雨后/,!天涌水停止（或恢复至暴雨前的状况）。据调查，龙须暗河亦是暴雨后/天多涌水停止。/#涌水口的变化发展（$）消水变涌水。龙须暗河$号管道（"号主洞")*-*+,")$**+溶洞）打穿时，钻孔水位低于隧洞底板"(+。$%%*年/月$-,$(日!号主洞")"-(+及")!&!+两处同时涌水，隧洞被淹，用抽水机将水抽排至"号主洞")*-*+,")$**+大溶洞内，由此溶洞排水。(月$-日!号主洞")"-(+及")!&!+涌水量共计$#-+/01，亦利用此溶洞排水。(月"/日""时至"!日&时/*分又降特大暴雨达’(++，从")"-(+出水口向"号主洞")*-*+,")$**+大溶洞排水，溶洞排不完，水位上升，漫在洞内。$%%$年&月$*日大涌水时此溶洞本身新增涌水口，原消水洞反而往外涌水，致使")$**+以上至$号支洞被淹。此种现象说明龙须暗河$号管道比较通畅，但横断面有限，在流量大时，排水不畅，使水位上升。（"）新增涌水口。龙须暗河$号管道（"号主洞")$&*+左壁底），在$%%$年&月$*日大涌水时，新冲开一出水口，在此以前几次涌水（$%%*年/月、(月、$%%$年(月(日）此处均未发现涌水，说明&月$*日涌水时压力较大。（/）滞后涌水。打劫洞暗河!工号主洞/)’$/+,/)’%"+桩号段，当打穿暗河时发生穿突然涌水，淹没隧洞。第一次涌水滞后暴雨两天左右。即$%%$年(月(日暴雨时其他地方发生涌水，此洞段未发生大涌水，暴雨过后两天即(月&日（此时未下雨）发生突然涌水。此种现象说明打劫洞暗河排泄不太畅通，暴雨后两天暗河中仍有较高压力，冲开涌水口。从开挖情况看，暗河洞段岩体中缝隙较大，水流易于流动，可能是在远离隧洞处发生堵塞，造成滞后涌水。（三）实例"东风水电站导流洞涌水枯季施工中发生两次涌水：#右岸导流洞上台阶开挖到*)*&!+桩号附近，于洞底右壁（高程&/&+），2断层下盘3灰岩中两个小溶洞发生涌水，最大涌水量为*#*"/+/$$4501，/天后停止，总涌水量为/-**+/，导洞被淹/*,-*6+深。$(号支洞*)/!&+桩号；2断层$下盘高程&/!+射出水流约半人高，流量约!*+/0.。$%&&年(月$-日凌晨"时!*分至上—-/&— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究午!时"#分，雨量达$#%%以上。此时顺&’断层带、边墙上溶洞及叉洞顶部溶洞中产生大量涌水，最大涌水量达’(’)%*+,，’#时*#分，从$号支洞涌向导流洞和"号支洞，进入尾水洞。（四）实例*猫跳河五级水电站引水隧洞涌水该电站是一引水式电站，洞长约)()-%，洞径$%，引水隧洞通过铁厂沟进入下二叠系.’石灰岩地段时，发生突水和涌砂。铁厂沟地段有一高角度&"/断层，与洞线正交通过，与其平行发育一个条型封闭洼地，洼地中发育0’*1落水洞，洞口高程’"#!%，可探深度’*#%，下导坑高程为’#’!%，与0’*1落水洞底部相遇（地下水位为’#2!%）。枯季该处仅见沿&"/断层清泉出流，流量约每秒几升。当第一次洪峰来后，次日发现+顷该泉突然涌水，淹没洞段长约’2)%，随着继续涌水，水量增大，喷射水流（夹砂）直射到边墙上，随着突水，&"/断层塌方，溶洞显形，估测流量)##3$##4+,，在长约’###%洞段内，洞底板沉积#()3(’(#%厚的泥砂，水深齐腰。停工2天方抽干。突水原因是从落水洞和封闭条形洼地的降水沿喀斯特管道涌入。（五）其他如鲁布革水电站引水隧洞揭穿&"#’断层带时，喀斯特洞穴涌水也曾淹没工作面*’’##%，造成停工。清江隔河岩导流洞开挖过程涌水’/次，最大涌水’($2%+,。四、喀斯特区高外水压力问题（一）实例’天生桥二级水电站引水隧洞的高外水压力问题’(隧洞沿线地下水位（’）枯水期地下水位。根据地表、隧洞内钻孔以及涌水情况连成枯水期水位。此水位线的特点是凸峰和凹槽相间出现，凹槽为喀斯特暗河分布洞段，凸峰洞段洞壁干燥为各暗河间的横向分水岭。凹槽洞段枯水期水位通常低于隧洞底板，隧洞内无大涌水，而在暴雨期则有大涌水出现。凸峰洞段在暴雨期亦不出现大涌水。（"）暴雨期短时间水位。龙须暗河、打劫洞暗河、下坝暗河、周家洞暗河穿越的洞段（即#52"2%3)5")#%洞段）暴雨期短时水位很高，其原因是：’）隧洞区产生高外水压力的龙须暗河与打劫洞暗河，皆汇入纳贡暗河北支流，北支流上游段水力比降稍陡，落水洞呈阶梯状。隧洞所遇暗河的底板，据钻孔和溶洞水位推测，大致在)$#%高程左右，至纳贡暗河出口平均水力坡降为"6左右；而纳贡暗河出口段水力比降更为平缓，从出口段实测暗河剖面图看，在#3’)#%桩号暗河为虹吸管，上游河床反而比下游低)#%，在#32)%段，堆积砂，自然休止角为*)7，斜坡向上游倾斜，此系洪水期暗河水流向上逆冲，将沙堆积成斜坡，此种虹吸管状的暗河，极易被堵塞，而使暗河排泄不畅，短时内抬高上游暗河的水位。"）龙须、打劫洞、下坝等暗河在隧洞区地表分水岭地带，距暗河出口远，排泄条件不好，而地表汇水区几乎全为封闭型大洼地，洼地中有落水洞，补给条件好，暗河中水位容易壅高。*）龙须、打劫洞、下坝等暗河与洞线相交处位于暗河之源头区，地表洼地、落水洞位于—)*!— 第二篇水利水电工程地质构造研究高山上，暗河水流为垂直渗流，仅在雨季有水流动，因此溶蚀、冲蚀缓慢，落水洞、暗河过水面积不大。根据地表观察落水洞直径为!"#$左右。隧洞开挖揭露，龙须、打劫洞、下坝暗河过水断面均很小，一部分为狭缝状及管道状；管径为%$左右，缝宽数十厘米，一部分为溶蚀裂隙，局部有较大溶洞。因此，总的来说这些暗河横断面很小。前述!号、"号主洞涌水具高压力大流量之特点，当#条隧洞衬砌之后，原涌水隧洞内的水将被迫回入暗河之中，必然使水位壅高。&’外水压力值的确定据前述的地下水位，采用折减系数确定外水压力值。在暗河与地表连通十分通畅的地段，采用的折减系数为(’)"!’(。#’高外水压力的治理（!）设置排水洞。针对天生桥二级水电站引水隧洞的实际情况，高外水压力是暴雨期短时地下水位升高引起的，故采用排水洞降低水位是有效的。排水洞平行隧洞布置，设置在#号引水洞旁，两洞中心距#)$，洞底高程相同，总长*’&+$左右，并用排水支洞将#条隧洞的涌水口与排水洞相连。排水洞断面,$-,’.$（施工时为通车需要，排水洞两端断面扩挖成)$-,’.$），使暴雨期地下暗河中的水迅速从排水洞中排走，起到降低暴雨期地下水位的作用。（&）高压灌浆。引水洞洞周作环向高压灌浆，孔深/")$，压力/012，以减少作用在衬砌上的压力。（二）实例&猫跳河五级水电站引水隧洞铁厂沟地段的高外水压力问题铁厂沟地段隧洞从条形洼地及落水洞3!#)底下通过，隧洞遇到3!#)落水洞的底部，暴雨期隧洞下导坑发生大涌水，其原因是洼地中雨水沿落水洞直接灌入的结果，洼地距隧洞顶板铅直距离!4($，暴雨期落水洞短时充满水。因此，将洼地积水面至隧洞顶板的高差考虑为外水压力的最大水头。五、溶洞地区地下洞室围岩的加固处理（一）环向高压固结灌浆对引水发电隧洞，必须提高围岩的承载能力，才能承担一定内水压力，同时必须减少围岩中外水压力以保证结构安全。因此，常采用环向高压固结灌浆加固围岩。加固的围岩种类为：溶蚀破碎带，小溶洞群，溶洞堆积物等。灌浆的目的除直接充填缝隙外，主要作用在于挤密土石，减少土石的孔隙比及含水量，为此必须提高灌浆压力。实例天生桥二级水电站引水隧洞环向高压固结灌浆!’设计参数溶洞充填物固结灌浆排距!’.$，孔间夹角&,5，孔深/")$，压力,"/012。原设计考虑每孔分孔深!’.$（压力!’.012），,$（压力&’."#012），/")$（压力,"/012）三层灌浆；后经施工试验，改为孔深&$（压力&012），/")$（压力,"/012）两层灌浆。在灌浆程序上，原设计分三序进行，施工中为方便施工改为分两序施灌，一般采用填压式灌浆，浆液改为#6!，&6!，!6!，!6(’)，!6(’/，!6(’.六个等级。对于（$!!的孔采用!6!，!6(’)，!6(’/，—.,(— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究!"#$%四个等级。&$环向固结灌浆工程量采用环向高压固结灌浆的洞段!号主洞共计!!段，累计洞段长!’&&(，累计灌浆进尺)#&**(（见表’+&%），"号主洞总工程量比!号主洞略多，累计灌浆进尺达!#万余米。,$灌浆效果评价!号主洞灌浆成果分析（如表’+&%），现将注灰量较小的第,段和最大的第!!段各序单位注灰量和透水率绘制成曲线，如图’+&-。从表’+&%和图’+&-中可以看出：表’+&%各洞段灌浆成果汇总表洞段号!&,’%*)!#!!合计洞段长（(）’-!-%,-#!-!’%!,%-#!%#,##!’&&完成灌浆量（(）,%%’),.*&*#%%!%&&.&&&’-,%&&*’*.!’&!%%#*)#&**完成锚杆（根）’-%!,--,!%#!&%.,’%!##%’%&!!&%&&#%!!,.#注入水泥（/）!-%$-!#,$.%*)$%&*!*$-’*$-&&$.!,&&$).%$&%&’’!#,)#$*填入砂石（/）%%!#&.!#*&!序%’$’!’$-,#$’,!)&,$*-$!.)’&#$’%!’$%!*#$-"序’$,-$’!,.*$!,$%!$,!),!$,!*’$.%%$%单位注入补灌-*,$-!#!$,&#$%!$#量（012(）检查&$.#$’’$,&$-#$’##$&’$*!$,#)&$,平均’-$-!!$!&!$#!*%$!!.$*,$-’*&$*!#$-’#’$’!,!$’重点部位’$,!,$%’%$!#%$.*波速（0(23）,$*%’$#.’$-!’$%-,$*,%$-)%$)*%$-%’$),（!）各洞段、各序孔单位注灰量和透水率呈明显递减趋势，规律性良好，反映岩体逐序被加固密实。（&）各洞段第一序孔注入量，一般都占总注入量的绝大部分，这反映了大多数溶蚀裂隙、洞穴都在第一序孔中得到了灌注。（,）喀斯特地层中有的溶洞连通性不好，在第!、"序孔中发现后又进行了补灌，有的补灌注灰量还很大，这是喀斯特灌浆中常有的现象。（’）喀斯特地层透水率常呈两极端情况：与溶洞、溶缝贯通则透水率特大，多数不连通的岩体则透水率很小，在!45以下。以上是宏观综合分析灌浆效果，从灌浆中得到的信息也可以判断灌浆的作用。#充填密实溶洞，如灌浆中发现许多灌浆孔在钻孔时掉钻，灌浆时出现大耗浆量，许多孔单位耗浆量达!###6!####012(，例如在!号主洞&7’!’$,%(的)号孔，孔深’$%6*$!(，注入量达’!’*.$%01。这些溶洞灌浆时采用加速凝剂、低压限流、浓浆限量、间歇灌浆等措施，使灌浆效果达到设计标准，溶洞得到充填密实。$减少溶洞充填物的水量，很多孔在钻孔时发现涌水，如!号主洞&7’!*$,%(的*号孔，孔深,$!6*$!(出现大量涌水，开始涌水量约!%#42(89，!%分钟后，逐渐减少，这些涌水钻孔经灌浆处理后达到设计标准，土—%’!— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$部分洞段各序孔单位注灰量和透水率频率曲线（%）第&不良地质段；（’）第((不良地质段石中的水已被挤出，含水量大大减小，土石得以密实。!钻孔串浆冒浆表明溶洞得以充填密实，从()号孔内涌出*+),长的膏状黄泥，表明灌浆浆液置换充填溶洞。（二）高压旋喷置换及高压灌浆天生桥二级水电站"号主洞)-./$+*,0)-1)$+*,溶洞段，其充填物为黏土，采用高压旋喷置换加高压固结灌浆处理，灌浆压力!0$23%，灌浆深度.,，排距(+*,，每排(*孔，并利用灌浆孔插入锚杆。施工时先作高压旋喷置换，然后再作高压固结灌浆和锚杆加固。处理效果：#高压旋喷置换效果不佳；$高压固结灌浆后经!#个检查孔压水，多数孔小于(+)45，仅(孔透水率在(+)45，实测波速为(#))0$()),67。低于#))),67的测点占*8，又作.孔深.,的高压固结灌浆，补灌孔无漏水。（三）加厚衬砌为了抵御内、外水压力，加厚隧洞衬砌成为管梁。天生桥二级水电站%号隧洞有几个洞段，因已作好二次支护，采用缩小内径的办法加厚衬砌，此种方法对水头有所损失。（四）化学灌浆天生桥二级水电站%号主洞#-)&.,0#-)1.,隧洞左侧及洞底有大溶洞，致使隧洞左侧壁及底板岩体厚度仅为&01,（见图!"#/，图!"#.），由于围岩中裂隙含有较多的铁质薄膜，除加厚衬砌外，还采用了化学灌浆以增加围岩强度。化学灌浆材料为环氧树脂类，最大压力为(+*0#+923%，化灌前先进行硅粉水泥灌浆，化灌孔设在硅粉水泥灌浆孔中间，呈梅花型布置，排距(+*,，孔间夹角#):，自#-)!*+#*,（第一环）起共布置&!环，每—*!#— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究环!个孔，化灌段长（进入围岩）"#$%，钻孔深度"#!%（&’(%为混凝土衬砌），共计化灌孔"’)个，化灌工程量为*’+*%。化灌浆液固化时间*,-&’.，抗压强度/,0*!-&/123，!’0"&-),123，一年+$-!+123。图&4/+用硅粉及化学灌浆加固溶洞附近岩体示意图（纵剖面）化灌效果分析：（*）按!序、"序、检查孔顺序分区统计灌浆结果，单位灌浆量递减。说明灌浆区域内围岩的裂隙，已被化灌浆液逐步填满。（/）检查孔岩芯薄片观测与分析。本段化灌后共布置取岩芯孔两个，即54+（’6’)*#77%4/’8）和54!（/6’)+#’’%4*/’8），它们分别位于隧洞底部和左侧，从这两个检查孔所取岩芯观测，明显看出环氧浆液在岩体微细裂隙中渗透充填饱满，尤其是在岩芯断面上有明显薄膜状环氧树脂聚合体黏结。通过本段化灌实践，编者认为，化灌可以大大提高裂缝的黏聚力。图&4/,用硅粉及化学灌浆加固溶洞附近岩体示意图（横剖面）—$&"— 第二篇水利水电工程地质构造研究（五）钢板衬砌对难于抵抗内水压力的弱围岩，采用钢板衬砌。钢衬外加钢筋混凝土衬砌，并设锚筋，洞周作深孔固结灌浆，压力!"#$。六、溶洞中地下工程地基的加固处理（一）改良充填物性质，利用充填物承受荷载在溶洞跨度大，充填物以块石为主或土夹石，土较干时，采用深孔固结灌浆，改良充填物性质，提高地基承载能力。（%）实例%天生桥二级水电站!工号主洞&’&()*+,-&’)&)*+,段隧洞跨越一大型充填型溶洞，溶洞位于隧洞半腰及底板，充填灰白色、红色黏土夹碎块石，黏土含水量高，溶洞在隧洞线上跨度达&.,，为提高地基承载力，防止过大沉降，采用深孔固结灌浆处理。沿隧洞轴线布置/排钻孔，孔深)+,，灌浆压力0-!"#$。从灌浆成果可以看出，单位灌入量按!序、"序、检查孔依次减少，单位吸水率依次减小，说明溶洞土已被挤压密实，但声波测试显示灌前、灌后波速提高不显著，说明此种方法可以改良土石的性质，但改良效果不会很好。（&）实例&天生桥二级水电站!号主洞)’/%&*+,-)’/(&*+,段，其中)’/%),-)’/01,为溶洞，充填块石夹黏土，黏土呈塑流状；)’/01,-)’/(&,为溶蚀裂隙密集带。溶蚀裂隙将岩体切割成千砌块石状态，缝宽1*+-)12,，缝中充填黄泥。此段沿隧洞轴线布置0排钻孔，进行深孔固结灌浆，孔深&+-01,，压力!"#$，溶洞段灌浆效果与实例%相同，溶蚀裂隙密集带灌浆效果较好，灌后波速较高。（二）用桩基及管桥跨越大溶洞（%）实例%天生桥二级水电站"号引水隧洞&’%1),-&’%)%,桩号大溶洞基础处理。此大溶洞跨越"号、#号主洞，溶洞中有多个落水洞，平时有水从溶洞顶流出，从溶洞底部落水洞中消水，但在特大暴雨时，从落水洞中向外冒水，估计此落水洞与地下暗河主河道相通。该溶洞在"号主洞跨度为&.,，溶洞顶高出隧洞底板&1余米，为半充填型溶洞，溶洞底板在隧洞底板以下01-+1,，充填物为块石夹黄泥。其成因为胶结差的紫红色混杂原生角砾岩被溶蚀而成。由于溶洞跨度大，溶洞侧壁岩体破碎，不能利用溶洞壁承载。充填物含黏土多，承载力低，采用桩基处理。在溶洞的中部分别布置深0+,至!+,，厚%*0-%*.,，宽.,的灌注桩，桩底座落在溶洞底部基岩上，桩上设承台，然后将隧洞置于承台上。隧洞衬砌加厚至%*+,，双层钢筋，提高混凝土强度为3)1，底板加厚至&,，结构上按管梁设计。当隧洞顶部在溶洞中时按明管设计，并回填%*+,厚的黏土，防止溶洞掉块直接冲击管梁。溶洞充填物采用深孔高压灌浆将其固结，以免暗河流水冲刷。#号引水隧洞对应的溶洞亦采用上述桩基管桥处理。（&）实例&天生桥二级水电站"号引水隧洞&’.!1,-&’(11*&,桩号段大溶洞基础处理。该段遇一大型充填型溶洞，宽（隧洞轴线方向）01-+1,，深!1余米。永久支护采用管梁结构，管厚%,，管底厚&*+,，在下部设)根直径),的挖孔桩，原设计为端承桩，后因桩底为溶洞深槽，除&号桩在深%!*+,进入基岩，为端承桩外，%号、)—+00— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究号桩在!"余米深仍未能进入基岩，改为摩擦桩。地基亦采用高压固结灌浆处理，压力#$%&’(，孔深#)*，孔距+,#*，排距+,)*。（三）用桥梁跨越溶洞+,梁桥实例天生桥二级水电站!号主洞-.!%/*$-.#!0*桩号段溶洞基础处理。溶洞位于相变带-.!""*附近横跨隧洞，隧洞顶及左侧为空洞，右侧为空洞及破碎角砾岩。采用梁桥跨过此溶洞，洞底放置长++*，宽-*，厚+,)*的钢筋混凝土板。板下空洞回填石渣，并对石渣进行高压固结灌浆，灌浆深度//*，压力%&’(。隧洞周边作深-*、压力%&’(的固结灌浆。/,拱桥实例天生桥二级水电站!号引水隧洞0.-""*$0.-!"*桩号段溶洞基础处理。溶洞发育在三叠系中统边阳组1/厚层灰岩中，为半充填型，跨度+/$+)*，深度大于+!*，/2向隧洞左侧底斜穿，溶洞充填黏土夹块石，采用拱桥基础明管通过，拱桥跨度/)*，宽-*，厚+*，隧洞边顶拱作-*深高压固结灌浆，压力%&’(，排距/*，每排+)孔。七、岩爆问题（一）实例天生桥二级水电站引水隧洞的岩爆天生桥二级水电站引水隧洞共!条，每条长约3,)4*，平行布置，中心距!"$#"*，开挖直径3,3$+",-*，用钻爆法和掘进机施工。隧洞穿越地层为三叠系中统边阳组、青岩组、江洞沟组，灰岩洞段长约-4*，砂泥岩洞段长约+,)4*，隧洞普遍埋深0)"*。灰岩、白云岩强度变化大，单轴抗压强度为%"$/+"&’(。最大主应力近水平，与尼拉背斜轴近于垂直。+,岩爆的特征掘进机施工洞段在距掌子面/$)*的地方，岩石从洞壁爆裂出来，发出噼啪响声，岩片掉在掘进机护盾板上，随着机头向前掘进，岩爆向前方扩展。钻爆法施工洞段，放炮散烟后发现洞壁出现爆裂抗。有时，在距掌子面!$)*处，突然出现环向开裂，发出巨大声响，尤如冰层开裂声，裂缝长+"余米。/,爆裂面的形态特点及类型（+）平行洞壁的破裂面。破裂面与洞壁近平行，岩爆片有的厚度均匀，厚)$/"5*；有的边缘薄中间厚，长宽相差不大。部分岩爆片长轴平行于洞轴方向。岩爆坑边缘多为阶梯面，少数为斜面或顺应构造节理面。坑底由平行于洞壁的破裂面组成，岩爆坑边缘为斜面者，斜面仅分布在浅部，岩爆坑深部边缘仍为阶梯面。（/）与洞壁斜交的破裂面包括"类破裂面，破裂面与洞壁夹角+)6$/"6，破裂面将洞壁岩体切割成)$/"5*的岩板，岩板与洞壁尚未断开，破裂缝宽",/$",05*；!类破裂面，破裂面与洞壁夹角!"6$#"6，破裂缝将岩石切割成)$#"5*的岩片（块）。岩片（块）与洞壁之间还受平行于洞壁的破裂面切割，因此与洞壁完全分离。岩爆片长轴垂直于洞轴方向，洞底岩片与洞壁分离后尚未解体，向洞壁内隆起形成似背斜状。—)#)— 第二篇水利水电工程地质构造研究斜交洞壁破裂面与掘进方向有关，与洞壁所夹锐角始终指向掘进方向。在!号支洞与!号主洞交叉处，主洞分别向上下游两个方向掘进，结果破裂缝的方向完全相反（见图"#$%）。图"#$%岩爆破裂缝示意图（&）开挖方向影响斜交破裂缝的排列方向；（’）平行及斜交洞壁的破裂缝（"类破裂缝）()破裂面的力学特征（!）张性破裂面：岩爆块爆裂断口由大致平行的多个平整面构成，面上附着极薄的小碎片，并常见垂直小陡坎，电镜扫描鉴定为沿晶拉花、穿晶拉花，沿化石表面拉开等几种形式，证实破裂面为张性面。平行于洞壁的破裂面属张性破裂面。（$）张剪性破裂面：岩爆面平直，可见放射状细沟、擦痕、擦阶，电镜扫描鉴定为沿晶擦花、切晶擦花、擦阶、擦花等几种形式，证实为剪性破裂。斜交洞壁的破裂面属张剪面。")岩爆的深度和宽度经安全处理后，岩爆在洞壁上留下岩爆坑，可测量其深度。由于影响因素多，各处的深度和宽度变化较大，深度一般在*)*+,$-之间，宽度在*)+,.-之间变化。+)岩爆发生的时间（!）爆裂活跃期。掘进机施工洞段，在距掌子面$,+-的洞壁上，随着掌子面向前推进，岩爆不断向前扩展；钻爆法施工洞段，放炮散烟后即发现岩爆在洞壁留下的深坑。一般情况，大量岩爆发生在放炮后(*-/0以内，以后在$"1内有零星岩片爆裂、掉块。在个别地方发现岩爆坑表面的混凝土喷层脱落现象。（$）延迟破坏期。"号主洞曾发生过多次延迟破坏的实例，其中一次的特点是：开挖放炮、经安全处理后几小时至十几小时内，在距离掌子面+,!*-范围内，洞壁突然塌落岩块，体积!,$-(。塌落的岩块是洞壁凸出的部分。塌落后可清楚看到分离面为新鲜破坏断口。此种延迟破坏曾造成伤亡事故。据分析，在进行安全处理时，洞壁是完整的，没有切割洞壁的结构面或破裂面，无法撬挖下凸出的岩块。在以后的几小时至十几小时内，由于应力释放而突然形成破裂面，使岩块从洞壁分离。另外，在隧洞壁采取的岩样放置一段时间后也会自行破裂。2)岩爆的动力特征岩爆的动力特征是发出如鞭炮声或劈裂声等声响，且观察到轻微弹射现象，洞顶岩爆块向下撒落时有一定散射角。—+"2— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究!"一次受岩体中弱面影响的特强岩爆!号主洞开挖至#$%&&’桩号时，在#$()#’*#$%&&’洞段，在洞之左上方产生长(&余米，宽#*+’，深(’左右的岩爆坑，%&余天以内，常听见围岩深部发出声响，洞壁不时出现掉块现象。于(,,&年(%月((日(+时，突然发出剧烈爆裂声，顶拱爆裂出一大块岩片。面积("&’%，厚&"%’，岩片砸坏在下工作的平台车，伤%人。(%月(#日(+时%)分，施工、地质及设计人员共%)人到现场研究防治方案，突然发出巨响，随之掉块，%’-.后，于(+时#&分又发出巨大爆炸声，同时爆出大量岩石，在不到一分钟时间内爆出及塌落岩石%&&&余立方米。第一次爆声之后人员都撤离了危险区，仅锚杆机来不及撤退，埋入渣堆之中。爆裂后在洞的左上方及洞顶形成一个高/*0’，长!’，宽(&余米的岩爆深坑。洞壁岩石为整体状白云岩，在洞顶上方距洞壁约0’的深处围岩为薄层灰岩，层面含碳质。分析此种爆裂的产生过程为：隧洞开挖前，整体状白云岩及薄层灰岩中皆赋存着很大的地应力，隧洞开挖后，由于薄层灰岩弹性模量低，层间黏结力差，从而造成薄层灰岩与洞壁间的岩体中过大的应力集中［见图+1#&（2）］，洞壁爆裂出小岩爆坑。随着时间推移，小岩爆坑加深、扩展。%&多天内，一直听到围岩深部发出很大的声响，深部围岩出现裂缝［见图+1#&（3）］，最后裂缝贯穿，突然垮塌［见图+1#&（4）］。图+1#&!号主洞#$(,(’受弱面影响的岩爆发展示意图)"岩爆规律（(）岩爆沿洞轴线的分布规律。(）岩爆洞段和无岩爆洞段。岩爆洞段系指该洞段有岩爆分布，分布方式可能是一个紧接一个，也可能是间隔一定距离分布。岩爆洞段一般反映了该洞段的地应力赋存条件好。无岩爆洞段主要分布有溶洞、断层、溶蚀带等造成地应力释放的地质体的洞段。这些地质体在岩爆洞段中可能是连续分布，也可能是零星或相间分布。据"号主洞0,&&’灰岩洞段统计显示，岩爆洞段共%&段，每段长(&*/&&’，累计长度为+&&)’，占统计洞段的/!"05；零星岩爆及成片岩爆长(,%%’，占统计洞段的%!"05；连续岩爆长(()(’，占统计洞段的(!5；无岩爆洞段共(+段，共长%,/%’，占统计洞段长的+%"+5。岩爆洞段的间距为+/*/)&’，主要受喀斯特及断层等难于储存地应力的地质体洞段长度控制。%）岩爆坑长度百分比。各岩爆洞段中，岩爆的频度也不相同，在零星岩爆及成片岩爆洞段中，岩爆所占的洞段长度比为&"&/5*++")5。此外，还可以用零星岩爆、成片岩爆、—/+!— 第二篇水利水电工程地质构造研究连续岩爆定性的描述岩爆的频度。（!）岩爆在横断面上的分布规律。岩爆在隧洞横断面上具有对称性，岩爆坑在洞顶和洞底对称出现。洞顶岩爆坑略偏左方（面向下游），与洞底岩爆坑的连线大致通过隧洞中心，连线倾角（与水平线夹角）"#$%&’$，倾向()。（*）岩爆的深度和宽度变化规律。岩爆的深度和宽度变化规律概括起采有如下几点：+）零星岩爆的深度和宽度都比较小，变化幅度大，随机性强，深度在’,+%’,"-范围内，宽度在’,.%*-范围内。!）连续岩爆及成片岩爆的深度和宽度变化规律性较强，在同一段连续岩爆中，厚度和宽度变化幅度很小。*）岩爆深度及宽度与岩石强度有一定相关关系。如图/0*+、图/0*!所示。用回归分析，得出岩爆深度、宽度与围岩最大假主应力（隧洞横剖面上的主应力，如图/0**所示，其值可用空间应力换算）和围岩单轴抗压强度比值之间的相关关系为图/0*+岩爆深度同围岩最大假主压力和围岩单轴抗压强度比值相关关系图图/0*!岩爆宽度同围岩最大假主应力和围岩单轴抗压强度比值相关关系图!,3/4!5!!1’,’!."2+6（/03）+,!/4!5!#1’,/""2+6（/0&）式中!———岩爆深度，-；#———岩爆宽度，-；—./3— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究!———洞室半径，!；!"#———围岩最大假主应力；!$———围岩单轴抗压强度。%）深度和宽度成正相关关系（见图%&’%）。(）"号、#号引水隧洞岩爆坑的位置画在平切面上，可以看到由于地层岩性相同，岩爆形式也相同。图%&’’隧洞横剖面上假主应力位置示意图)）空间分布规律反映了地应力的变化。表现在：连续岩爆洞段中岩爆深度变幅不大，反映了该洞段地应力和岩石强度变化幅度都不大。零星岩爆洞段则反映了岩石的非均匀性，连续爆裂发生在岩爆洞段的中部，两端有零星岩爆产生，这说明中部地应力高，连续岩爆的分布带爆裂坑大致位于洞顶中心部位，偏移不大，反映了地应力场中最大主应力近似水平，在其他部位偏移较大，分析是受地形影响的缘故；在埋深不大的洞段（*+,"++!）也有岩爆发生，表明残余构造应力较大。图%&’%岩爆深度与宽度相关关系图*）岩爆动力现象的强弱与岩石的强度成正相关关系。在角砾状灰岩中，岩石强度较低（-(,’*.*/01），而岩爆深度和宽度很大（深度+.(,".*(!，宽%,2!），但未听见声响。—(%3— 第二篇水利水电工程地质构造研究而在白云岩中，强度达!"#$!%#&’(，岩爆深度和宽度都不大（深#)!*$+)#,），但其岩爆声响却最大。轻微弹射现象亦发生在白云岩中。（二）岩爆预测方法的探索通过对天生桥二级水电站引水隧洞岩爆规律的研究和对国内外岩爆的统计、分析，我们发现，产生岩爆必须具备必要和充分两个条件，必要条件是围岩必须具备破坏条件，即围岩应力必须超过围岩强度。充分条件是岩石本身必须具备产生猛烈破坏的特性。岩爆的本质是围岩伴随能量释放的一种破坏，这就是说岩爆首先是围岩的一种破坏形式，同时又是一种能量释放的现象，所以岩爆预测是对围岩破坏的预测和能量释放猛烈程度的预测。!)岩爆信息预测法通过大量的观察统计和回归分析，可以找出岩爆和围岩应力、强度之间的相关关系式能较为准确地预测未开挖洞段的岩爆情况，比如利用式（%-.）和式（%-/）式能较为准确地预测滞后开挖时出现的岩爆，这种关系也可粗略地预测其他工程的岩爆规模（主要指深度），其理论根据是：岩爆是围岩的一种破坏形式，所以它基本不服从各种强度理论，亦即破坏深度主要取决于岩石强度和围岩应力。")岩爆弹射程度与强度关系根据国内外岩爆弹射猛烈程度的分析统计发现，弹射的猛烈程度与围岩的强度为!01.)+$!#)2&’(（!31!.#$"+4&’(）（!0为点荷载指数，可用!01!35""换算）的围岩中发生岩爆时，为强烈弹射。若在强度为!01*)%$.)+&’(（!31!"#$!.#&’(）围岩中发生岩爆，其弹射程度为中等。若在强度为!01+)4$*)%&’(（!31.#$!"#&’(）围岩中发生岩爆，为弱弹射。于是，我们可以用粗略地判别岩爆的弹射猛烈程度。此外我们可以根据前述岩爆的特征及发生的规律，来预测岩爆，比如预测岩爆发生的部位（与地质体的关系），在横断面上的位置、发生时间、破坏面特征，岩爆块的大小等。第四节地下建筑物的工程地质勘察一、大型地下洞室（群）工程地质勘察（一）大型地下洞室（群）工程地质勘察的特点鉴于大型地下洞室（群）规模大、洞室多、结构复杂，对工程地质勘察的深度要求较高，需采取工程地质测绘、勘探（钻探、洞探、物探）、试验与测试等综合勘察方法和手段，往往需要较多的勘察工作量，以查明洞群区的工程地质条件—围岩岩体力学环境条件，进而分析评价洞群区围岩的稳定性，提出围岩处理与加固的地质建议。针对不同的围岩，工程地质勘察工作也有所侧重。（!）坚硬完整围岩，节理裂隙不发育。开挖大型地下洞室（群），其顶拱、拱座易出现压—**#— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究应力集中，而洞室交叉部位及岩柱，则易产生拉应力集中。工程地质勘察工作重点，是查明洞群区初始地应力场，分析研究和预测洞室开挖围岩应力重分布所导致的围岩变形破坏问题。地应力场的勘察除开展实测外，还应重视地形条件和构造形迹的地质力学分析，把分析与量测结合起来，同时还应开展大型洞室（群）区地应力场的回归分析，为主要洞室的轴向选择和围岩稳定性的数值计算提供基础资料。（!）裂隙围岩，节理裂隙较发育，有软弱结构面切割。工程地质勘察的重点是查明软弱结构面及测试其力学参数。尤其应查明特定的软弱结构面的空间展布，与其他结构面的可能不利组合，重要洞室尽量避开其不利影响。若不能避开，则必须查明特定不利组合块体出现的部位、规模，验算其稳定性，提出加固处理的建议。（"）软弱围岩，一种是黏土岩（泥岩、页岩）、板岩、片岩、千枚岩等软弱岩石；另一种是节理裂隙特别发育，且嵌合不紧密的破碎岩体。这类围岩一般很难储存构造应力，而以自重应力为主。工程地质勘察的重点是研究风化崩解、软化泥化、膨胀等水敏特性，以及测试其变形、强度与流变参数。（#）层状围岩，其特性介于裂隙围岩与软弱围岩之间，工程地质勘察的重点是研究层面性状、岩体力学性质的各向异性、顺层软弱带与其他结构面的可能不利组合等。（二）围岩岩性与岩体结构勘察（$）大型洞室勘探布置。大型洞室围岩岩性与岩体结构勘察，除了一般的工程地质测绘和钻探外，洞探是必不可少的。而且宜在拟建洞室的纵横方向和拱座、洞顶上部等不同高程上布置探洞，并视地质条件的复杂程度和拟建洞室的规模在探洞内布置不同方向的钻孔及竖井以查明洞室区的空间地质条件。如条件所限，至少应在拱座或接近拱座的高程上布置探洞，洞深应穿过拟建洞室后还需掘进一倍边墙高的距离，以便查清可能在边墙上出露的倾角大于#%&的结构面，基本把握住高边墙和顶拱的地质条件。如鲁布革地下厂房洞室群的探洞，高程接近拱座，主洞长!$#’#(，已穿过尾水调压室、主变室和主厂房三大洞室，并深入主厂房内边墙以里#)(，略大于边墙高度；此外，沿内、外边墙方向分别布置长*+(、,+(的支洞。该探洞总深近#))(，洞内布置钻孔%个，较好地查明了地下厂房枢纽区的地质条件，为优化建筑物的布置和围岩稳定性评价奠定了必要的基础。二滩、小浪底、东风、官地、溪洛渡等一大批地下厂房洞室群的勘探，也都是这样做的。（!）混凝土衬砌高压管道与地下厂房区勘探布置。为了充分利用围岩的自承能力节省投资，在一些地质条件优良的地下厂房设计中，往往需要研究取消钢衬而代之以混凝土衬砌的高压管道及岔管的方案，这就首先要求高压管道要有足够的埋置深度，以避免围岩在高压水流作用下被抬动的可能性。并要求最小主地应力大于内水压力。此外，一些抽水蓄能电站的地下厂房布置得比较深，但水头高，需要研究高压管道及岔管的衬砌型式。在上述情况下，地下厂房区勘探布置，应结合查明高压管道及岔管的围岩岩性、岩体结构、岩体完整性、岩体坚固性及抗变形特性、岩体在高水压下的渗透性、岩体天然应力场等一并考虑，以埋置最深、水头最大的岔管为控制，勘探深度应进入岔管布置地段，高压管道及岔管地段的钻孔尚需布置适量的水力劈裂、高压压水等特殊试验。十三陵、广蓄、天荒坪、泰安等一批抽水蓄能电站地下厂区开展了相当深入的勘探和试验，积累了丰富的经验。（"）勘探资料的收集编录与分析研究。从一定意义上说，勘察研究地下工程的地质条—%%$— 第二篇水利水电工程地质构造研究件，比地面工程更需要加强分析判断。重要的是，要以探洞地质资料的收集编录为基础，综合其他勘察成果，绘制探洞高程和洞室顶拱、腰部、底板等高程平切地质剖面，以及洞室纵、横垂直地质剖面。通过三维!"#成图，推测空间的全貌，尤其是特定的软弱结构面的展布及其与其他结构面的不利组合，建立确定性的岩体结构模型。进行节理裂隙的调查统计，建立裂隙围岩的概化模型。上述勘探资料和分析成果均是洞室定位定线和围岩稳定性研究的重要基础。（三）围岩岩石（体）物理力学性质勘察围岩岩石（体）物理力学性质勘察的目的是通过测试获取有关岩石（体）物理性质、力学强度及变形特性指标，为选取围岩稳定性分析计算参数提供实测资料。其测试方法分室内岩石和现场岩体两大类。（$）岩石物理力学性质室内测试。常规的测试项目包括岩石密度、吸水率、单轴抗压强度及软化系数、抗剪强度、抗拉强度、点荷载强度指数、波速、动弹性模量、泊松比及岩石薄片鉴定等。特殊的测试项目有岩石三轴抗压强度测定，结构面强度的直剪法和三轴法测定，软弱破碎岩的三轴强度、蠕变特性、膨胀压力与应变指数测定等。对结构面和软岩的试验，要求取出不扰动试样，加以封闭后运送。（%）岩体强度及变形特性现场测试。常规的测试项目主要有岩体回弹值，岩体及结构面的抗剪强度，岩体及断层破碎带、裂隙密集带、裂隙松弛带的变形模量（承压板法和钻孔加压法），波速（声波、地震波、电磁波）测定与!&成像，以探测岩体的完整性、动弹性模量及泊松比，建立岩体波速与变形模量相关关系。特殊的测试有岩体抗压强度试验、软岩大三轴试验、软岩流变试验等。此外，在技施阶段，根据需要，进行隧洞围岩弹性抗力系数测定（水压法、径向千斤顶法）。（四）岩体天然应力场勘察众所周知，地下工程是置于应力岩体内的建筑物，围岩稳定性研究必须考虑天然应力场这一重要因素。岩体天然应力场的勘察，应将定性分析与定量测试相结合。定性分析是综合区域构造地质资料、工程区地形切割状况、岩性条件和断层裂隙发育情况及洞室埋置深度，分析判断洞室区岩体应力是以自重应力为主或构造应力为主。当以构造应力为主时，运用地质力学原理分析构造主压应力方向；当以自重应力为主时，根据洞室上覆岩体厚度估算应力量级。岩体天然应力场的定量测试，主要是通过对地下工程区内若干地点地应力的实测，回归计算地下工程区的应力场。实测地应力的方法很多，我国水利水电系统地应力测试技术已有较大的发展，归纳起来主要有以下几种方法。$’应力解除法该法广泛应用于工程中。（$）钻孔套钻解除法，可测试岩体内部的三维应力。按测试仪器分为孔径变形、孔底应变、孔壁应变三种。（%）风钻孔解除法。测试岩体表面的平面应力。有钢弦应变计、电阻丝片及电阻应变计、光弹应变计等。—((%— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究!"应力恢复法测试岩体表面平面应力，如扁千斤顶法、弧形扁千斤顶法等。#"破裂法测试岩体深部的应力，主要方法为水压致裂法，可获得岩体最大与最小水平主应力，测试深度可达数百米。水压致裂法的成果与同一孔中相近位置应力解除法成果对比分析表明，在埋藏比较深，高程比较低的测段，水压致裂法测得的最小水平主应力与应力解除法测得的最小主应力，其方位角、倾角和量级是接近的。$"室内测试法现场采取钻孔定向岩芯试样，在室内进行地应力量测研究。此法所得成果是否代表当今地应力状况，目前看法尚不一致。（%）&’法（声发射()*+,-效应测试）。（!）应力应变曲线特征点法（裂纹闭合法）。这是一种在室内采用岩石的应力应变试验测定地应力的方法。所得成果与&’法比较吻合（见表$.!/）。（#）饼裂岩芯分析法。对高地应力区饼裂岩芯进行研究，分析其力学机制，统计裂饼的个数、厚度、厚径比、岩饼形状、凹槽方位（岩芯定向或与岩芯中产状比较稳定的层理、层纹对比），结合岩石的力学指标，分析研究地应力。室内测试地应力的方法具有简便、快捷、低廉的优点，但应与现场测试方法进行对比研究，以提高其实用水平。表$.!/现场解除法和各种室内测地应力法的试验结果对比取样点01!21%应力值主应力方向角!倾角"主应力方向角!倾角"（30)）（4）（4）（30)）（4）（4）试验方法#%5$6"$#6$##%5%7"%%$$86现场解除法#!5#9"#!69/:#!5%6"!#!%7##5%!"8#8!%##59"9!7:#8&’法#%5!7"6!7:8"9!#%5%7":%#%"8.$7"%&’.$66;型声#!5!!"$%9:"%.9#"$#!5%/"8#!":.%7"8发射仪##5%9"8!6"/.%8"$##5%$"!%6%"9#/":&’法#%5$6"!#!%!:#%5!9"9%$6%9"9&’<.8666;声#!5#%":%#%/6#!5%9"6$$%7发射仪##5!#"6$:8##5%!"$!9%/$#%5$#"9#%7#8#%5!6"/%%8!!应力应变#!5!:"!%/$8!#!5%/"#!%$8特征点法##5!6"!89%###5%8"/!$##/8"现场位移测量反分析法—88#— 第二篇水利水电工程地质构造研究根据前期模型试验洞和施工开挖期洞室原位围岩变形监测资料反分析地应力的方法，能代表较大范围内岩体地应力的综合平均值，克服了因岩体性状的不均匀对地应力测量带来的影响。目前，我国大型水电地下工程设计和施工中，广泛应用了以实测位移为依据的反分析法，成为反求岩体初始应力、弹性模量等物理力学参数，围岩应力计算与稳定性分析，支护设计及施工的重要方法。（五）围岩变形特征勘察对于大型地下洞室，在前期勘察设计阶段，为了更有效的研究较大范围岩体开挖洞室围岩的变形特性，反求更具代表性的地应力、弹性模量等参数，建立正确的计算模型，预测评价大型洞室群围岩稳定性和设计施工与支护方法，往往需要结合勘探平洞，扩挖模型试验洞，开展围岩变形（位移）量测。如鲁布革、二滩、小浪底、天生桥一级、天荒坪、十三陵等地下工程，在前期勘测阶段，均进行了模型试验洞围岩位移量测，取得了有价值的成果。原位模型试验洞的断面尺寸，应根据设计断面按一定比例缩小，布设若干观测断面。为了求得试验洞围岩变形随开挖进尺和时间变化的全过程关系曲线，需要首先平行挖掘或利用已有探洞作为预埋洞，按设计观测断面位置向试验洞方向预埋观测仪器。!"围岩变形观测内容通过观测，获得有关围岩变形的空间效应、时间效应、变形值、变形速率、变形分布、变形范围、松弛范围及动态变形等方面资料。#"围岩变形观测方法（!）表面位移观测，包括收敛计、精密水准测量等。（#）围岩内部位移观测，包括钻孔多点位移计、钻孔测斜计、挠度计、测微计等。$"其他配合测试在围岩变形观测中，应配合开展波速测试、弹性模量、变形模量测试及地应力实测等，以便全面分析评价围岩稳定性。（六）岩体水文地质条件勘察大型地下洞室（群）布置区岩体的水文地质条件勘察，其目的是通过水文地质测绘和钻孔水文地质试验及观测，查明洞室区地下水的补给、径流与排泄条件，岩体的渗透特性、地下水的水量、水位、水压、水质及其动态，为洞室的防渗、排水处理设计提供依据。水文地质勘察方法主要有以下几种。!"现场渗透试验在钻孔中进行。（!）钻孔压水试验。压水试验在水利水电工程水文地质勘察中普遍应用，是测试岩体透水性指标最常用的方法。!%%#年我国水利部、能源部颁布了新的&’#()%#《水利水电工程钻孔压水试验规程》。新规程采用国际通用吕荣压水试验，并结合我国实际，要求提高三级试验压力，且进行五个阶段压水试验，即*"$+,-—."/+,-—!+,-—*"/+,-—*"$+,-。试验成果采用透水率（0）表示，单位为吕荣（’1）。!’1定义为当试段压力为!+,-时，每米试段的压入人流量为!’2345。在高压管道工程地质勘察中，如果设计上需要研究混凝土衬砌方案，除了查明相应部—((6— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究位岩体的岩性、完整性及地应力外，往往还需要查明在高压渗透水流作用下岩体的透水性，而常规的压水试验最大压力仅!"#$，远远不能满足要求。因此，需要开展特殊的高压压水试验。我国天荒坪抽水蓄能地下水电站装机容量!%&万’(，采用钢筋混凝土岔管，岔管最大静水头达)%&*。为查明岔管区岩体在高水压作用下的渗透性和稳定性，为设计提供高水压下岩体的透水率、允许坡降及高压灌浆参数资料，为采取工程措施提供依据，在岔管区开展了高压渗透试验。试验孔布置于地下厂房探洞+)+*处岔管附近的深!%&*试验支洞内，试验孔,个，孔径!!&**，孔深)%-%.*不等，分别倾向上、下游，倾角)&/。此外，还布置了!个观测出水情况的孔（被动孔）和0个埋设渗压计的渗压孔。试验的最大水压力)1+!-%1)"#$。加压方式有快速（每级压力维持约.*23）、中速（一般为&1.4）及慢速（第!、第+次循环的最高压力维持0+4外，第0、,次循环各次压力均0-)4）。快速试验表明，在)1%0"#$压力下的透水率大多小于&1&056，个别段01!-01756；中慢速试验测得的稳定最高压力大多高于岔管工作压力,8-0)8，相应透水率&1&!-&1&056，仅个别段稳定最高水压约低于工作压力，二者比值为&17+，透水率亦相对较大，为,1)56。鉴于岩体透水的不均一性，虽然环境地应力总体满足要求，但考虑到各点地应力的波动性，因此建议采取!10倍于岔管静水头的高压（约%1,"#$）灌浆处理。（0）钻孔抽水试验及注水试验。主要目的是测定岩层的渗透系数。01地下水水位、水压、水量、水质、水温及其动态观测测定孔、洞、泉及有关地表水体的水位、水量、水温，并取样进行水质简分析与全分析。应用钻孔渗压计测定地下水渗透压力。为掌握地下水的动态，在勘察阶段随着勘探的深入，逐步建立地下水及相应地表水体的长期观测网，查明地下水位、水压、水量、水温及水质随时间的变化过程及其与气象等因素的相关关系，为地下洞室区渗流场的研究及防渗排水设计提供基础资料。,1地下水渗流场的模拟试验包括物理模拟和数值分析模拟两类。在物理模拟中，电阻网络模拟是一种简易有效的方法，它不仅可以清晰地反映渗流场，还可以反求其中一个水文地质参数或修正某一个边界条件，具有较好的适用性。无论渗流场物理模拟，还是数学模拟，重要的是在水文地质参数、水文地质结构及边界条件等方面具备必要的基础资料。二、深埋长隧洞工程地质勘察（一）概述!1我国深埋长隧洞工程简介我国有一批已建、在建和拟建的长隧洞，其中以跨流域灌溉引水隧洞最长，其次是大型引水式电站的引水发电隧洞。引大入秦工程从大通河引水，跨越庄浪河后进入秦王川灌区。总干渠全长%)17&’*，其中隧洞,,座，共长9.1!!’*，最长的盘道岭隧洞和水磨沟隧洞（,&:隧洞），长度分别为!.190,’*和!!1)’*。东一、东二两条干渠共长!&+’*，包括隧洞,7座，共计长,.1.7’*。在建的山西省万家寨引黄工程是一项以地下工程为主，跨黄河、海河流域的大型引水工程。从黄河万家寨水利枢纽库区取水，将水东调，经总干线、南干线和北干线分别为太原、大同、平朔三个能源工业基地供水，引水线路总长约,!+’*，—...— 第二篇水利水电工程地质构造研究其中地下引水隧洞长度约!"#$%，有#&个自然洞段，最长的隧洞达’’$%，施工支洞长约#($%。引洮工程自九甸峡水利枢纽经阳阴峡、大营梁、华家岭至党家岘，长!)&$%，其中隧洞#*座，长!+&$%，单洞长于!($%的*座，最长单洞#($%。!条干渠全长+#)$%，其中隧洞",座，总长&(&-’$%。拟建的南水北调西线工程跨越长江和黄河水系引水线路长*&)-,$%，需设+座引水隧洞，隧洞累计总长*&+-*$%，洞径*-#.!(-#%。已大部建成的天生桥二级水电站引水隧洞长"-’$%，三条隧洞平行布置，洞径"-).!(-)%。已建的鲁布革、猫跳河五级、西洱河一级、渔子溪一级等水电站引水隧洞长’.!($%。拟建的锦屏二级电站引水隧洞长!)$%，洞径!(.!#%。#-深埋长隧洞工程地质勘察的特点（!）线路长，距离远，需跨越大河流之间的分水岭，地形条件恶劣。（#）线路长，需要研究的范围大，跨越地质单元多，遇到的地层构造及不良地质体多而复杂。所遇的工程地质问题难度大。（&）深埋隧洞常跨越大河流的分水岭，埋深大，地表地质界线延伸到隧洞线上误差极大，钻孔困难，且有效利用率低，勘探洞亦难于布置，因而地质结构难以准确控制，若有隐伏地质体，隧洞沿线地质界线更难于勘察准确。&-深埋长隧洞工程地质勘察对策深埋长隧洞和一般短隧洞及地下厂房勘察，最显著的不同点是勘察范围广，深度大。要做到既要省钱省时，又要满足设计需要，应充分注意以下几点：（!）充分注意勘察的阶段性。各个勘察阶段的目的不同，对勘察精度要求亦不同。一般地说，在进行方案比较时，勘察重点在隧洞区的面上，涉及范围较广，较为注意工程量和工期问题；在选定洞线之后，涉及范围大大减小，勘察重点放在洞线上，较为注重技术方法问题。根据勘察阶段不同，可以先粗后细，先普遍后重点，先了解基本地质情况，后进行关键地质问题的勘探，先进行地质分析预测后勘探。（#）充分发挥地质分析工作的作用。地质分析工作包括资料汇集和资料分析两方面，资料汇集包括地质调查、资料收集、遥感、航片及卫片解译，这些工作相对花钱少，可以获得范围较广的地质信息，但精度稍差。资料分析主要是根据收集到的资料，对拟定隧洞的工程地质条件进行预测和评价。根据地质分析，可以预测以下工程地质问题。!）地形。控制洞长、埋深、洞口、施工支洞条数及交通运输条件等。#）岩性。岩性是控制围岩类别的主要因素。硬岩、中硬岩一般说来是好的或较好的围岩，而松散地层、湿陷性黄土，膨胀岩，软岩常常引起重大的工程地质问题。&）构造。尽量避开大的构造带，在不可避免时，应使构造线与洞线尽量以大角度相交。,）喀斯特。灰岩围岩条件好，但有溶洞、涌水、高外水压力等工程地质问题。’）地质灾害。!地震及活动断层；"有害气体；#高地温；$高地应力岩爆。（&）充分发挥专门地质研究工作的作用。对喀斯特、岩爆、活动断层，地温、有害气体等重大工程地质问题，可用相关学科的专门技术进行研究。（,）重点勘探。对工程起控制作用的地质问题进行勘探验证。（’）施工期的补充勘探，勘察范围很小，针对性强。—’’+— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究（二）勘察方法应用实例!"用工程地质分析法进行洞线比选的实例———引黄入晋工程引水（!）线路比选。在满足工程总体布置的条件下，比较了三种线路，从地质上考虑的是，在洞线布置上尽量避开和减少高水头、高地应力及大范围的断层破碎带，严重风化区，遇水易泥化、崩解、膨胀和溶蚀的岩体，以及湿陷性黄土与土洞地段，选择地质构造简单、岩体较完整、岩石坚硬以及上覆岩层厚度适中的地段通过。比较结果表明，决定的因素主要在设计、施工、运行费用方面，地质条件不是主要影响因素。（#）引水线路高程比选。引水线路的高程降低，可减小引水的扬程，节省电能消耗，引黄工程若降低!$扬程，年运行电能约节省%!&万’(·)。但洞线高程降低，会带来用水面积减小、隧洞埋深增大，施工支洞加长，地应力及地下水压力增大；施工排水及运渣费用增加，工期延长；工程投资增大。如何选定合理的洞线高程，应视不同方案比较论证的结果。!）北干线高、低线的比较。低线方案引水总扬程降低!*+$，隧洞埋深加大，地下水位以下的洞长增加了约!!"&’$，支洞增加约#"&’$，增加了施工方面的困难。但三级站后线路顺直，沿线地质条件较好，取消了交叉建筑物及四级站、北岭电站，工程管理维护方面较高线简单，可减少运行管理人员。综上比较，低线方案在技术上可行，经济上合理，为选定的方案。#）南干线高、低线比较。高线方案埋深大于+,,$的洞段短!+’$，在地下水位以下的洞段约少#,’$，隧洞承受最大外水头比低线小*#$，地应力对隧洞的影响、岩爆问题以及施工中断层破碎带的高水头大涌水量等问题比低线方案要轻。但高线方案交叉建筑物多，地基基础多属软基。高线方案二级站扬程高*#$，增加运营费用。低线方案隧洞埋深大，施工支洞需增加&条，支洞总长约增加&"*-’$。通风、运渣条件变得更困难，预计施工工期延长半年左右。隧洞增长."%’$，使高线方案的部分渡槽变为隧洞，部分埋涵变为地下水位以下的土洞。通过以上各项的分析及详细计算，高线经济指标、地质条件、施工条件、工期等明显优于低线，故南干线高线为选定方案。以上实例说明，在方案比较阶段，常需要从设计、地质条件、工程造价、施工工期、运行条件等方面考虑问题。在进行比选时，所需的地质资料是宏观的、粗略的，可以从收集到的地质资料的分析中获得，而不需要做较多的勘探工作。#"特长勘探平洞及多种勘察方法综合应用的实例———锦屏二级水电站引水隧洞的勘察该水电站位于四川省冕宁县和盐源县境内，系利用雅砻江大河湾间+,,$天然落差截弯取直开洞引水发电。大河湾间为南北长-,余公里、东西宽!#/#%’$的条形山体，构造上为一复式向斜，部分地区岩层倒转，岩层整体走向、褶皱轴面走向和山脉展布基本一致，区内大断层走向亦与山体走向基本一致，山体中部为白山组（0#1）和盐塘组（02）碳酸盐岩，东西两侧为玄武岩、砂岩、板岩等非可溶岩所围限。该水电站总装机+#,万’(，引水隧洞长!./!3’$，上覆岩层平均厚度!&,,$，最大厚度#.,,$，隧洞直径!,/!#$。（!）基本地质条件的勘察。主要方法是：收集资料、航片和卫片解译、地质测绘，以获—&&.— 第二篇水利水电工程地质构造研究得基本地质条件的基础资料，用各种分析方法（少用勘探工作）预测主要工程地质问题。!）勘察工作："#收集资料。$#航片，!%&’(((航片，解译)((*+&。,#卫片，解译，’万*+&。-#地质调查，!%!(((((，!#!万*+&；!%&’(((，.)(*+&；!%&’(((，喀斯特水文地质调查/.(*+&；实测地质剖面)条，总计长/001+。2#研究分析工作。进行了喀斯特水文地质分析工作，活动断层的研究分析工作，地温场的研究分析工作。&）隧洞的工程地质条件初步评价：通过上述工作所掌握的资料，对隧洞区工程地质条件作出了初步预测。"#引水线路穿越的地层，主要为三叠系中、上统的大理岩、灰岩、砂岩、板岩及少量绿泥石岩、绿片岩等，围岩类别以!类为主，少量为"类，#、$类围岩仅局限于薄层砂板岩和断层破碎带通过地段。$#线路区通过断层，一般为"级或"级以下断层，且宽度较小。,#隧洞平均埋深!’((+，最大埋深&1((+，按自重应力粗估地应力最大可达1(34"，需考虑高地应力的影响，如围岩的塑性变形、岩爆等。-#深埋条件下的引水隧洞，按一般地温梯度推算预测可达5(6’(7。2#工程区内碳酸盐岩出露面积达1(86)(8，大致高程&(((+以上喀斯特较发育，且有喀斯特大泉分布；喀斯特水文地质条件，也是引水隧洞的重要研究课题之一。尤其是深部喀斯特发育程度和引水洞的最大涌水量的预测，难于用地质分析方法作出确切的结论，有待进一步的勘探。9#锦屏二级水电站引水洞将穿越碳酸盐岩中的“臭大理岩”，分析含硫化氢（:&;）有害气体，需进一步落实其影响程度。（&）特长勘探平洞对确认重大工程地质问题的作用。为进一步核实重大工程地质问题，在大水沟厂址开挖两条相互平行、中心间距为0(+、断面为城门洞形的’*+长探洞，并确定还将此探洞作为本水电站引水隧洞的施工模拟洞。’*+长探洞自!//!年开始施工，到停止掘进时，4。预计原曾担心的高地温问题实际不存在。’）隧洞区雅砻江在宽谷期时喀斯特发育，高程&!((6&&((+间有磨房沟泉、老庄子泉—’’)— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究等喀斯特大泉。雅砻江强烈下切的峡谷期喀斯特发育弱，探洞中仅可见到近直立裂隙溶蚀形成的串珠状宽缝（或小溶洞）。值得重视的有两方面的问题：!"探洞#$%&’()*发生的突水，测到的最大流量为("+*,-.，以后稳定在%/,*,-.%左右；还有一些涌水量小于0*,-.的出水点。因此，引水隧洞施工时，喀斯特裂隙涌水也是不可避免的。此外，资料表明探洞涌水已影响到磨房沟泉和老庄子泉的水位，今后开挖规模更大的引水隧洞和长时间大量排水对锦屏山地区地下水位的影响及由此引起对环境的影响问题都需要引起重视。1"探洞封堵时，实测到地下水位的水头值与上述两个喀斯特大泉水位一致或稍高，即隧洞外水压力将在0222*的量级，也是设计中需研究的课题。3）据长探洞实施情况，在隧洞掘进到“臭大理岩”后，施工通风可解决4%5的影响。（,）钻孔在隧洞勘察中的作用。根据’个钻孔的（孔深)2/()2*）资料，未遇到溶洞，仅见岩芯上的小溶孔。抽水试验资料表明，较完整大理岩的渗透系数672"28/2"222%*-9，较破碎的为2"%+/2"+*-9，个别破碎段为%,")/((*-9。这样的岩体渗透条件，说明隧洞大部分属于溶隙—裂隙发育的区段，少数区段可能沿断裂发育有喀斯特管道。（(）专项研究———活动断裂观测。为了研究活动断裂的活动，进行了精密水准测量，在%2世纪32年代，分别布设了横跨:02、:)、:00断层的观测线，0++2年02月至0%月，0++0年02月到0%月，时隔%2多年后，对各测线又分别进行了第二期和第三期重复精密水准测量。测试成果表明，断层的垂直变形量是微小的，属于不明显变形或微弱变形，因而工程区地壳稳定，断层不会危及引水隧洞的建设和运行。,"喀斯特工程地质分析法，长平洞、深钻孔应用实例———南盘江天生桥二级水电站引水隧洞勘察该水电站位于广西隆林县和贵州安龙县界河南盘江上，隧洞线布置在向北东凸出的河湾地带，隧洞截弯取直获得0’2*天然落差，水电站装机0,%万;<，隧洞长+");*，,条隧洞平行布置，中心距(2/)2*，开挖直径+"’/02"’*。（0）基本地质条件的勘察。进行了0=02222地质测绘3);*%。在隧洞两端（进口及调压井）及较浅处布置了,/)个钻孔，进行了岩石物理力学试验。通过上述工作，掌握了隧洞区基础地质资料，隧洞区分布的地层为二叠系长兴组（#%>?）灰岩及泥页岩，三叠系飞仙关组（@0A）砂页岩，永宁镇组（@BCD）、青岩组（@%B）白云质灰岩，边阳组（@%1）灰岩，新苑组（@%E）、江洞沟组（@%F）砂页岩。隧洞有’;*位于碳酸盐岩地区，0");*位于砂页岩地区。褶皱主要为尼拉背斜和拉线沟复式向斜。在隧洞区南边，有一由碳酸盐岩构成的穹窿状安然背斜。分布的断层有北东向:(、:3、:8’，近东西向:0，隧洞区有3条暗河组成放射状地下水系排向南盘江。在获得上述基本地质信息后，进行了洞线比较和初步工程地质评价，认为坚硬的灰岩洞段长约’;*，占’("%G，砂页岩洞段长0");*，占0)"’G，预测主要工程地质问题，有不良围岩稳定问题（包括断层带、溶洞段、褶曲密集、裂隙密集带等）、涌水问题、高外水压力问题、高地应力引起的岩爆问题。（%）喀斯特工程地质勘察。进行了0=02222喀斯特水文地质调查3);*%，对钻孔地下—))+— 第二篇水利水电工程地质构造研究水、泉水进行了长期观测，在喀斯特发育规律研究方面得出结论为：!）喀斯特发育的空间分布，受地貌、岩性和地质构造等因素的严格控制："#远离河谷的分水岭地区，多喀斯特洼地、落水洞和暗河伏流进口，洼地规模较大，长度可达$#%&!’(。)#近河岸坡地区，多水平溶洞，呈阶梯状向河床倾斜。落水洞亦甚发育。*#在高程!!$$(以上，特别是!+%$(以上，喀斯特强烈发育；而!!$$(以下，喀斯特显著减弱。,#喀斯特的发育方向，基本上受构造控制，如沿-!断层发育了近东西向的纳贡暗河和科风暗河；沿东北向断层发育了周家槽、川眼树、泥家凼子和桠杈等暗河和喀斯特管道水。+）喀斯特发育的阶段性和继承性："#喀斯特发育之水平成层性较为明显，同时与地貌分期—阶地和夷平面的划分相对应。高原期喀斯特，多残留水平溶洞和洼地；峰林期喀斯特发育适应放射状地下水系，高程!!$$&!+%$(附近的溶洞多朝向洼地；峡谷期喀斯特常对应于河流阶地，呈现阶梯状向河流倾斜；谷坡地带喀斯特以落水洞为主；河谷两岸常见水平溶洞和暗河。)#不同时期的喀斯特，彼此常有联系，后期喀斯特往往继承于前期喀斯特发育，如已成为纳贡暗河源头的小湾和坡洋条形洼地，高程分别为.%$(和/%$(，但它们是早在高程!!$$(以前的峰林期就业已形成。（0）喀斯特水文地质分析方法的应用。!）喀斯特地貌与水文网分析法。作为对喀斯特进行宏观研究的一种手段———喀斯特地貌与水文网分析法，旨在研究区域喀斯特地貌类型及其演化；现代地貌和水文网与古地貌和古水文网的关系；喀斯特洼地群的分布规律与深部地下水文网的关系。根据隧洞区喀斯特水文地质调查资料，用此分析方法得出隧洞区及南边安然背斜喀斯特含水系统地貌及水文网的演变过程如下："#宽谷期喀斯特水文网的演变。南盘江发育至!!$$(高程（下游为!$$$(），向北凸出的宽谷河道基本定型。坡合一带仍为南盘江南岸的一个宽谷分流。)#峡谷期喀斯特水文网的演变。（"）南盘江从!!$$(（下游!$$$(）下切至.$$(（下游/%$(）高程。河流下切，宽谷解体，干流水量大，下切迅速；支流水量小，只能溯源侵蚀。坡合宽谷分流退缩为两支沟流：向东排向南盘江下游的一支为纳贡沟流；向西排向南盘江上游的一支为科风沟流。纳贡沟流附近还相应发育了坡洋、老龙良等洼地。（)）南盘江从.$$(（下游/%$(）下切至1+$(（下游2%$(）高程。地壳仍处于急剧上升之中，区内喀斯特水文网由地表径流为主，演变为与地下径流并存为特征的水动力条件，此时形成了隧洞区向北东排泄的放射状暗河系统，当时纳贡暗河已颇具袭夺能力，此期纳贡暗河越过坡河垭口地下水分水岭，袭夺了科风暗河部分水流。安然背斜北翼发育了许多大型洼地套落水洞，尼拉背斜南翼部分洼地、落水洞中的地下水流已开始被纳贡暗河所袭夺。（*）南盘江从1+$(（下游2%$(）下切至2%$(（下游33$(）高程。随着纳贡暗河进一步—%2$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究袭夺科风暗河，为纳贡暗河支流———隧洞区尼拉背斜南翼诸暗河的发育创造了极好的条件，这些暗河主要形成于此期，又继续发展至今。尼拉背斜北翼放射状地下暗河系统亦继续发展至今。!）水均衡法进行泉域划分。根据泉水流量及降水长期观测资料，结合前述喀斯特地貌及水文网分析法的分析成果，对隧洞区出露的泉水进行水均衡计算，大致划出各泉的地下分水岭，推测各暗河的位置，暗河特征见表"#!$。经施工期的观测计算，表"#!$大部分是准确的，有部分是不准确的，%条隧洞均在!&’(()*%&$+!)段遇到多个大溶洞，枯季仅有少量涌水，但暴雨季短时涌水量可达%*,)%-.。发生预测误差的原因是未考虑隧洞区深喀斯特问题和尼拉背斜南翼暗河被纳贡暗河袭夺所致。（"）深钻孔的作用。折线方案和直线方案分别在洞线的中部钻了两个深孔，孔深,((余米。孔底达到隧洞底板!()以下。这些钻孔的作用是：’）控制重要的岩层界线。据隧洞平面地质图切制的隧洞纵剖面图上/01砂页岩距隧洞底板仅%(*"()，由于产状变化可能将此软岩上抬至隧洞中，通过2.—3、2.—$钻孔证实，此软岩位于隧洞底板!()以下。!）了解断层深部情况，2.—3预计在深部穿过4"，通过钻孔证实，断层胶结较好，宽度不大。%）进行水位长期观测，2.—3孔水位为’(!’5"3)，高于隧洞顶板"(()，2.—$孔水位为33(5(,)，高程隧洞顶板3()。表"#!$隧洞区地下暗河（或岩溶管道水）发育特征流量（)%-.）推测在隧洞线的位置洪水枯水工出口高程水力坡降长度集水面积发育方向与期名称期平期平最大验（)）（6）（7)）（7)!）穿越地层桩号（)）高程（)）与隧洞关系均流均流流量证量量93(:*8(:;8&(((*低于洞底板$(*8()，汛期桠杈暗河""8!*%约%5,,5$+(5!,(5(335,",((*,’(较准/!<8&(!(有突然涌水发生发育在隧洞北面，源头高于朱家洞93(:*8(:;洞顶!$,)左右，源头区积水,(,’’5%%!5$%(5’"(5(%%5"8,&%%,’(’(*’(’,较准暗河/!?面积(5!,7)!，可能产生小量岩溶涌水发育在隧洞北面，源头高于9%,:*,(:;川眼洞顶%+,)左右，源头区积水,!,’,53%5!!5,,(5’!(5(%%5’8"&!3(88(*8+(较准树暗河面积(5$7)!，可能有小量涌/!@、/’>?水泥家凼9,(:*%(:;发育在隧洞北面较低，对隧,,(’!5,%5,’5$8(5(8(5(!!5’8准确暗河/!=洞无影响—,3’— 第二篇水利水电工程地质构造研究流量（!%&’）推测在隧洞线的位置洪水枯水工出口高程水力坡降长度集水面积发育方向与期名称期平期平最大验（!）（"）（#!）（#!$）穿越地层桩号（!）高程（!）与隧洞关系均流均流流量证量量周家槽.%*/0低于洞底板)*34*!，汛期()*+(,%+,(+,-$*,*%*,*+*,)$准确暗河1$2有突然涌水发生.4*/6高于洞顶+(*3$**!，可能岩宜暗河5-$%*+,(%*,*$*,**%*,%-+8-**9$*39$(较确1$7发生小量岩溶涌水-）了解喀斯特随孔深减弱的情况，仅见局部有溶孔，在隧洞附近!:*,*+。钻探情况说明钻孔岩芯的;<=显示围岩情况良好。>’—)孔多次出现饼状岩芯，显示存在高地应力。（(）勘探平洞的作用。+）实测地应力。地应力测量结果为"?+@$+,*ABC，倾向.(*/6，倾角5-/。"$@+4,(ABC，倾向D%9/0，倾角$(/。"%@-,(ABC，倾向.-9/0，倾角-/。但此测点距隧洞线有(%*!远，且尚位于河谷斜坡地带，因此不能代表山体深部的地应力，尽管如此，它仍表明隧洞区有较高地应力的存在。$）了解围岩情况。（三）施工期的补充勘探+,施工地质编录及地表校核性地质测绘鉴于深埋长隧洞的特点，前期工作中不可能将地质问题查得十分清楚。施工开挖后会揭露丰富的地质资料，对其进行编录、分析、加上地表地质复核，查清各种地质界线和地质体的位置，除作为资料保存以外，最主要是可帮助对前方未开挖段作出地质预报。此外，有多条隧洞互相平行时，同样可以用先开挖的隧洞资料，分析预报后开挖的隧洞的工程地质问题。例如天生桥二级水电站引水隧洞，在施工期曾多次在地表进行地质复核，目的是了解地表断层，地表喀斯特洼地，落水洞和地下的对应关系，了解洞内涌水量受降水影响明显的原因。据地表地质复核，隧洞区地表均为封闭型喀斯特洼地，降水直接从落水洞中灌入隧洞中而形成短时大涌水。$,利用支洞、导洞勘察施工支洞和导洞先于主洞开挖，根据支洞和导洞揭露出的地质现象，可推测主洞地质情况。同时支洞和导洞开挖是该工程隧洞开挖的最早模拟，因此从支洞和导洞得到的地质信息，毛洞稳定状态，测试结果可以对该工程相对应的岩体进行详细围岩分类。例如天生桥二级水电站砂页岩段的详细围岩分类就是%号施工支洞开挖、测试获得的资料；灰岩洞段主要是从$号施工支洞开挖、测试获得的资料进行的。天生桥二级水电站%条平行的引水隧洞，开挖先后的顺序不同，充分利用早先开挖的E号主洞的资料对#号、$号主洞进行地质预报，获得了良好效果，地质情况、围岩类别、溶洞、断层涌水、岩爆等均发生在—(5$— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究各隧洞相对应的洞段上。!"钻探（#）超前钻，当遇到不良地质体时，常用超前钻进行探查，如天生桥二级水电站引水隧洞在!号主洞$%&!!’遇到大型溶洞，利用向"号主洞方向和向前方打超前钻决定处理方案。（(）钻孔查溶洞边界。天生桥二级水电站!条隧洞共遇大型溶洞&段，溶洞在洞线上跨度($)!$’，隧洞底板以下深度不详，用钻孔勘探，查清溶洞边界，充填物性状，为设计永久支护的处理措施提供了资料。*"物探利用地质雷达探查隐伏溶洞，如天生桥二级水电站!条引水隧洞，共进行了&个方向（底、顶、左、右、左上、右上、左下、右下）的地质雷达探查，共计测线+*,’；鲁布革水电站引水隧洞亦全部进行了地质雷达探查。第五节地下建筑物围岩稳定性研究发展趋向一、重视对影响围岩稳定地质因素的研究影响围岩稳定性的因素可归纳为客观的地质环境和主观的工程因素两大类。地下建筑物区的工程地质条件体现在岩体力学环境条件上，它主要包括岩体结构及其物理力学性质、岩体应力及地下水作用三方面。而工程因素主要包括洞室形状、规模、洞群间距、施工方法、开挖程序、支护手段等。查明地质条件，并对围岩的稳定问题进行工程地质分析评价，既是围岩稳定性研究的基础，也是围岩稳定性评价的重要方法之一。随着现代计算技术突飞猛进的发展，监测手段的广泛应用，更需要加深对地质条件的认识和研究，查明岩体结构条件，建议物理力学参数，合理概化岩体力学环境条件，建立切合客观实际的物理数学模型，这是围岩稳定性数值分析等研究方法的基础。不言而喻，地质研究工作在过去、现在和将来都是必须予以充分重视的。二、综合系统分析的发展鉴于影响围岩稳定性的因素很多，各因素之间的内在关系还认识不深，从本质上说，围岩的稳定性是一个复杂的非线性问题。尤其在大型、巨型地下洞室群的研究中，需要引入系统论的分析思路，除了继续采用工程地质、数值计算分析、模型试验、位移变形监测等多种方法综合系统研究外，还应进一步将构成围岩岩体力学环境的三要素———岩体结构场、岩体应力场和地下水渗流场三者结合，探索其共同影响围岩稳定性的内在关系，及其与工程因素的相互制约、相互影响，以更好地解决围岩稳定问题。—-+!— 第二篇水利水电工程地质构造研究三、围岩分类的发展围岩分类是对围岩整体稳定性进行评价的方便和有效方法，目前已发展到多因素综合评判的阶段，并已广泛应用于我国水利水电地下工程的勘测设计中。鉴于影响围岩稳定性的因素复杂，且具有不确定性，需要不断根据工程的实践经验、进一步研究总结、修正各单项因素在系统中的影响程度和权重，改进单项评分标准。例如岩体应力和地下水的折减，根据近几年来我国若干大型水电地下工程施工的实践，将会逐步予以改进。四、地下建筑物设计的突破与发展!"世纪#"年代以来，随着我国一大批水利水电地下工程的建设及国外以新奥法为代表的先进施工方法的引入，我国水电地下建筑物的设计进入了一个新的发展阶段，并跨入世界先进行列，主要体现在以下三个方面。（$）设计思想的突破。以往的设计，是将围岩视为一种荷载，支护的目的是承受围岩荷载，以保证洞室的稳定与安全。大量的工程实践业已证明，围岩本身也是一种能承载的结构，设计的指导思想从围岩荷载观点发展到围岩结构观点，这是一个突破。可以预料，围岩作为一种结构的观点，将会更深入地指导围岩稳定性研究、支护设计和施工。（!）支护的作用是提高围岩的自承能力。根据围岩不同的结构类型及其自承性能，并结合工程的特点，设计不同的有针对性的支护形式，广泛地采用喷锚手段，总的趋势是充分发挥围岩的自承能力，减小支护量，以降低造价和缩短工期。在地质优良地段布置高压管道采用可透水的混凝土衬砌型式代替钢板衬砌，也是充分利用围岩承载性能的先进技术。（%）围岩变形观测贯穿于勘测、设计、施工与运行全过程。洞室开挖应力重分布导致围岩的变形与破坏，这正是支护所要解决的围岩稳定问题。通过勘测设计阶段模型试验洞变形观测、施工期变形监控及运行期变形监测，取得大量全过程的围岩变形动态资料。依据围岩变形的实际资料，分析变形的特征与规律，反分析求得更具代表性的围岩力学参数，修正围岩稳定性计算的模型和数值分析程序，反馈分析围岩的稳定性，优化支护设计。这种动态的信息化设计方法已获得越来越广泛的应用。总之，以充分发挥围岩的自承能力为核心，以喷锚为主要支护手段，以变形观测为主要依据的现代地下建筑物设计施工方法将会得到更大的发展。五、围岩稳定性计算分析方法的进展由于计算机的飞速发展，带动了围岩稳定性计算分析方法的进展。如地下结构应力分析的数值反分析方法中，逆演法反分析直接把量测得到的位移作为输入变量输入逆系统方程组求解初始应力场或围岩的力学参数，为了得到逆系统方程，往往需要对岩体结构和材料组成进行大量简化及合并，影响了成果的可靠性。而正演法反分析，即反馈分析则不改变原有数值分析的模型，也不对岩体结构和材料组成进行简化和合并，只是将量测的位移资料作为反馈信息，建立误差目标函数模型，通过不断修正初始参数和反复迭代运算，对目标函数进行优化，使各种参数达到“最佳值”。这种方法对于解决工程实际问题具—(’&— 第四章水利水电工程地下建筑物围岩稳定性研究有更大的适应性，而且可用于各种复杂的非线性问题；虽计算量很大，但计算技术的发展已提供了前提条件。又如块体与关键块体理论的应用与进展，也与现代计算机的发展密切相关，应用计算机对复杂岩体结构条件下块体的各种组合、与洞室各部位的关系、关键块体的搜索及其稳定性分析评价等，发挥了手工不可替代的作用。六、数据库与专家系统的作用鉴于客观地质条件的复杂性和一定程度上的不确定性，地下建筑物围岩的稳定性评价需要定性与定量相结合。工程判断是十分重要的，但这需要大量的工程类比和专家的经验智慧，藉助计算机，建立数据库和专家系统，将日益显示出所具有的重要意义。—!"!— 第二篇水利水电工程地质构造研究第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究第一节概述我国出露的碳酸盐岩的面积约!"万#$%，占国土总面积的!&’(，如图)*"（见插页）所示，主要集中在湘西、鄂西、贵州、广西和滇东，次为太行山区、鲁中及晋西北。按水系主要分布在长江中、上游干、支流与珠江流域，其次为黄河中游干、支流与辽河、太子河。这些河流、河段的水力资源十分丰富，如图)*%所示（见插页）。已开发、在建和进行规划设计的水电站的总装机容量在+,,,万#-以上，约为全国可开发水能资源的".)。可见，我国喀斯特区水力资源的开发，对国民经济的发展极为重要。众所周知，喀斯特区河谷一般断面狭窄，岩石硬度中等，边坡稳定，有质量较优的人工砂石骨料料源，为良好的筑坝兴库地区，但存在着影响其兴建的至关重要的工程地质问题———喀斯特渗漏问题。新中国成立以来，我国在喀斯特区兴建的大部分大、中型水电站和水库的喀斯特渗漏问题情况，如表)*"所示。由表)*"可知：（"）我国在喀斯特区兴建的水利水电工程，由于采取了正确的防渗措施，绝大部分不漏水，或在初期出现漏水以后补作了处理，从而发挥了巨大的效益。（%）出现漏水的工程大部分是%,世纪),/0,年代勘察的中型以下的工程，且多为喀斯特极复杂的排泄型河谷，反映当时我国对喀斯特地区筑坝的勘察和认识水平较低。（1）从%,世纪+,年代，特别是2,年代以后，所兴建的以乌江渡水电站为代表的一大批高坝大库，没有一个出现喀斯特渗漏，即使是复杂的堵洞成库也是成功的。这充分说明我国对喀斯特基本理论的认识、喀斯特渗漏的勘察手段与处理方法，均达到了较高的水平。此外，我国在喀斯特区正在施工的黄河万家寨水电站、清江高坝洲水电站、珠江北江白石窑水电站、南盘江天生桥一级水电站和水库内有%,,#$以上库段为碳酸盐岩分布的长江三峡水利枢纽等；已完成可行性研究阶段勘察的有乌江干、支流上的洪家渡、思林和构皮滩水电站、雅砻江干流的官地水电站、清江水布垭水电站等；正在进行可行性研究阶段或预可行性阶段勘察的有龙口、溪洛渡、向家坝、五马河口、光照、锦屏一、二级水电站。部分工程的喀斯特渗漏问题如表)*%。—)00— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究表!"#中国大、中型水利水电工程岩溶渗漏问题简表最大装机蓄水防渗序工程库容河流坝型坝高容量时间地质条件及判断处理措施面积蓄水检验号名称（亿$%）（$）（万&’）（年）（万$(）流域面积约抬高水*))&$(，水源可靠。选弱岩溶化六郎暗河位#!$，#六郎洞)+))#(+!#*,)周围有砂页岩包围，段封堵，再设帷—成功洞河堵洞利用水头暗河只有一个出口，幕接砂页岩#)*$封堵后可成库库首%处可疑渗漏地段地下水分水岭略低于库水位，认可疑为渗漏问题不大。监测可疑地地段地猫跳河猫跳木斜墙坝址为缓倾上游白下水位变化，坝(!(+!,+)#(+)#*,)#+)下水位一级河堆石坝云质灰岩夹泥质灰址设常规帷幕壅高，不岩的横向谷，岩溶不深()-.)$漏水发育，为防止产生渗漏问题仍作了防渗处理库区有数条由寒武系、石炭系、二叠系灰岩构成的分水宽缝新安新安岭，无贯穿洞穴，地%重力#)!((),,+(!#*,#未做帷幕不漏水江江表溶蚀裂隙或小洞坝穴多被方解石、黏土充填，且分水岭地下水位高于蓄水位水库河弯有一分水岭渗径长#+/&$，分水分布寒武系、奥陶系混凝岭地下窝太子灰岩、白云质灰岩，未做处理，作.土重!)+%/+)%+0(#*0(水位壅水库河岩溶发育，但认为蓄水位监测力坝高，不漏水后地下水分水岭水可壅高，建议暂不处理两岸帷幕向水库无渗漏问题，上游接页岩，廊坝址为倒转陡倾的道.-!层，河拱形灰岩横向谷，两岸有床为悬挂幕，一乌江效果!乌江重力#,!(%+),%+)#*/(暗河，左岸沿断层在般深/)$，局部#/+*渡良好坝河水面以下())$有(,)$。(-%排高*+%!$的充填溶孔，孔排距#+(洞-($。灌浆压力%-,123—!,0— 第二篇水利水电工程地质构造研究最大装机蓄水防渗序工程库容河流坝型坝高容量时间地质条件及判断处理措施面积蓄水检验号名称（亿!"）（!）（万#$）（年）（万!%）亮山分水岭西侧有暗河，枯季地下水分水比库水位低*/岭地下分水岭作水&大化红水河重力坝’()*")*((+)+,-.",%!，渗径长,,#!，水位壅位监测，未处理估计枯季漏,)’!"0高，不漏1，坝址为泥岩及泥水灰岩，不漏水水库不漏。坝址两岸帷幕截为中三叠系白云岩，风化低水位，全长缓倾下游，判断白云鲁布黄泥料心(",!。河床悬不漏’,+").,),,&+)+,-.-岩为弱喀斯特化岩%)+革河墙堆挂幕深(%!。水体。蓄水位以下喀石坝灌浆压力+)%*斯特弱，为溶缝及小/,)’234孔洞库首两岸石炭系、二叠系大理岩、灰岩地块渗径长，地下水红水重力位高，不致漏水。坝不漏.岩滩,,,%&),%,%,)+,--%未做处理河坝基辉绿岩下埋深水%++!的灰岩，渗径长&#!，喀斯特不发育，不会漏水设单排防渗碾压坝址左岸河湾有天生帷幕，孔距"!，南盘混凝三叠系、灰岩及断层-桥二*.)*+)%&,"%)+,--%孔深*+/.+!。%),不漏水江土重贯穿分布，地下水位级左岸帷幕与地力坝低平，会漏水下水位衔接水库罗家坳河间地块寒武系灰岩贯坝址全帷幕穿上下游，渗径长%长,(-+!，廊道/%)*#!，分水岭地(层，,/"排下水位低于库水位隔河重力孔，孔距+)-/不漏,+清江,*,"()+,%+)+,--"&+/&*!，岩溶不发,.)-岩坝,!，灌浆压力(水育，判断不漏水，坝/*234。帷幕址为缓倾上游的灰接页岩和泥灰岩横向谷，帷幕上遇岩洞&+个，体积约&"+++!—*&.— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究最大装机蓄水防渗序工程库容河流坝型坝高容量时间地质条件及判断处理措施面积蓄水检验号名称（亿!"）（!）（万#$）（年）（万!%）水库不漏水。坝悬挂帷幕全碾压址为三叠系灰岩、白长),(!，灌浆三岔混凝&&普定’()*%’*(&++"云岩，缓倾上游，右压力"-(./0，&"*((不漏水河土拱岸顺断层发育溶洞，-%排孔，孔距坝最大体积&,,,!"&-"!库首右岸为弦长厂、坝防渗与库%*(#!河弯，三叠首防渗帷幕连系、二叠系灰岩贯通接，全长"*上下游，库水将沿库11#!，厂、坝底薄拱&%东风乌江&1%&,*%((&*,&++)内鱼洞暗河向下游接页岩，廊道"((不漏水坝凉风洞暗河漏水。层，&-%排孔，坝址灰岩有喀斯特孔距%*(-"!，裂隙性渗漏，影响地灌浆压力"-下厂房及大坝安全(./0寒武系灰岩倒转，陡倾下游，横向谷，&-()号坝段底有“&,!页岩”，但碾压全帷幕，以后为右岸被断层错断。观音太子混凝悬挂帷幕。&-不漏&"2%%&*12"*,&++)沿层面及断层喀斯&2阁河土重"排孔，孔距&*水特发育，有塌陷与溶力坝(-%!，灌浆压洞，河床&,,!以下力"-)*(./0喀斯特弱。两岸地下水位平缓区域断层纵贯库区，下盘为寒武系砂板岩，上盘中三叠系悬挂帷幕长灰岩。堵头处地下&""(!，廊道"水位与伏流水位相混凝高层，单一多排五里同，以上为悬托型。漏水五里土塞""*)!，孔，孔距%!，总&)冲伏,*’+&++(蓄水位以下有"个%1*%量小于冲形堵获水深%&*)(万!。流大洞，两处塌陷。伏%345头头&"+!另有长(,!，高流以下2+!有砂卵2,-+,!，厚%-砾石充填溶洞高(*%*(!防渗墙(!，&"’!有紫色钙质泥岩充填的溶洞高&1!。坝下硅质灰岩中有溶左坝肩设帷漏水永定堆石蚀裂隙发育，库水沿幕，下游做排&(官厅)1*(%%*’"*,&+((—&!"45，河坝北沟绕左坝肩向下水，上游黏土铺后作了游渗漏盖处理—(1+— 第二篇水利水电工程地质构造研究最大装机蓄水防渗序工程库容河流坝型坝高容量时间地质条件及判断处理措施面积蓄水检验号名称（亿!"）（!）（万#$）（年）（万!%）向"#!的那姑盆河流属悬托河，河地及床冲积层厚").&%#!外,)!，水库有-))!长堵洞。作截的金沙河段为石炭系、二叠水坝，对覆盖层江、小江系灰岩，地下水位在水槽以礼重力薄的加混凝土漏水&’"()*)+,-&*(,&+,-河床以下&))/"!。"子河坝"板，以及考虑水&/-!01。原河床漏水)/,!0库以后的天然、处理后，1。预计向%/,."#!淤积减为以外高程低+).")/"!01，&,)!的那姑盆地漏以后随水水库淤积基本不漏右岸河弯分水岭上洼地土层掩盖下右岸坝址为常规钢筋的三叠系灰岩喀斯河弯漏帷幕。分水岭猫跳混凝特发育，勘察中未发水&!"0猫跳上筑小坝拦截坝址&(河二土斜2-/(&/-%%/%&+’’现，认为属裂隙性渗1。分水河库水，使其不能)/,"级墙堆漏，可暂不处理。坝岭筑坝直接流入下游石坝址灰岩缓倾上游，喀后，不漏洼地斯特不发育，防渗可水作全帷幕坝址为奥陶系砂处理利用帷幕与岩、灰岩、页岩互层，前漏青铜重力天然隔水层，铺"&-黄河2%/(,/’,%(/%&+’(岩层陡倾，斜向上&!01，峡坝盖长2+)!。处游，灰岩溶隙、溶洞处理后理"次发育)/&’!"01处理坝基及部分库盆前漏为奥陶系灰岩，其地设黏土铺盖，"%(/-!0桃曲沮水下水位低于河水长2+)!。堵洞&+土坝’&)/2"&+(21，处理坡河",)!。灰岩之上为用土石方&)+后石炭二叠系砂页岩万!"")/&’!0夹煤层，有煤洞1坝址为三叠系白初期云岩、灰岩，缓倾上仅左岸右岸河弯仅猫跳游。坝基及右岸河小管道猫跳拱作&&,!长帷%)洞六’))/""/)&+(2弯喀斯特不发育，地%/&漏水约河坝幕，左岸&%)!级下水位低于库水位，)/&!"01，均为悬挂帷幕左岸有低支沟和一处理后小喀斯特管道不漏水坝址为奥陶系灰岩、白云岩及有软弱作帷幕，未打夹层的角砾状灰岩，重力穿相对隔水层，效果%&天桥黄河2%)/(2&%/-&+(-后者为相对隔水层。—坝同时用井、孔排良好为避免承压水引起水渗透稳定问题，要求处理—,()— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究最大装机蓄水防渗序工程库容河流坝型坝高容量时间地质条件及判断处理措施面积蓄水检验号名称（亿!"）（!）（万#$）（年）（万!%）漏水最大’)!"./，多次处理后减为堵塞大型喀斯特广西"(&!"./。大龙堵洼地的落水洞’&个防渗长,-)!%%上林%&’(&’)(*’+&*—’++0年又洞洞成库，山坡用混凝土（护面填缝）县分区进行护坡和勾缝帷幕灌浆，漏水量减少为")(0*,!./坝址库首为二叠系灰岩，喀斯特特别发育，有河床落水洞初期及涌水洞。左岸有在坝址设帷漏%)!"".拱桥-"（从体积%"万!的溶幕拦截，堵塞明猫跳/，现漏猫跳上作基岩洞及多个洼槽，勘测显的进水口多初期%"河四)()-,(&’+-)’-!"./，河双曲面起期未发现。查漏勘个。但初期帷"(’%级故少一拱坝算）探发现多条喀斯特幕太浅，仅能防台机发管道低于河水’))!止渗透稳定电左右。原来天然小水库在漏水，河水补给地下水库首两岸二叠系灰岩的地下水位低于库水位，左岸低%0右岸1%+!。右岸下游漏)(&1%(&#!有流量%(-1右岸未做帷)(+&!".重力"%,拉浪龙江%*(*’(’%&(’’+-’’)(%-!./的暗河，幕，左岸建截水/，左岸坝但未发现该管道与墙并灌浆漏水库相通，认为只有)(0%!".裂隙性渗漏，预测为/")(0""!./，不影响发电坝基坝基断裂发育，喀心墙到基岩漏水严温峡%&&’&(,’+-)斯特也发育，清基时面，基岩中未灌重，降低口见泉水出口&)多个浆水位&!运行漏水，坝基喀斯特发育，心墙到基岩降低水%0南川土坝&"’(’%—有承压水，坝基下面，基岩中未灌位&!运")!以内透水性大浆行—&-’— 第二篇水利水电工程地质构造研究最大装机蓄水防渗序工程库容河流坝型坝高容量时间地质条件及判断处理措施面积蓄水检验号名称（亿!"）（!）（万#$）（年）（万!%）下游出现沼沿裂隙喀斯特发灌浆平均深%&海子土坝’()*)+——泽地，漏育度"(!水(*,-"(*./!01喀斯特平原宽谷，斜向纵谷，石炭系灰混凝岩陡倾，覆盖层厚/单、双排帷白石土坝-))!*)&(个孔遇幕，孔距)-%+北江"+*/)*(+&%)..&—窑与土"/&个洞，洞高(*%-)*/!，灌浆压力坝).!，一般埋于河水(*+345面以下%,!，&.2充填，其余未充填表/6%在建与勘察的主要大型水利水电工程喀斯特问题简表最大装机序工程库容河流坝型坝高容量阶段喀斯特水文地质条件拟采取措施号名称（亿!"）（!）（万#$）从坝址右岸以上)"#!到认为属裂隙下游"/#!有寒武系、奥陶性渗漏，黄河枯系灰岩、白云岩，岩层缓倾期河水流量大，混凝土下游，地下水低于河水,(-不影响使用。)万家寨黄河)(/+*.,)(+*(在建重力坝+(!，形成纵长/(#!，横宽拟以适当加深%(#!低槽带。比河水低%)帷幕，减少渗漏-’’&!处遇充填泥砂洞量与防止渗透穴，高(*%-%"*+"!破坏库区左、右岸各有一段灰岩通向下游，喀斯特发育，混凝土天生桥左岸勘查证明地下分水岭防渗帷幕灌%南盘江面板)&+)(%*,)%(*(在建一级高于库水位，无水库渗漏问浆进尺’*/万!堆石坝题。近坝右岸坡为灰岩，岸坡地下水补给河水在建，库尾有石炭系灰岩，不存混凝土计划"飞来峡北江’.%(*.)’*(在喀斯特渗漏，坝址为花岗重力坝)...年岩完工—/&%— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究最大装机序工程库容河流坝型坝高容量阶段喀斯特水文地质条件拟采取措施号名称（亿!"）（!）（万#$）坝区泥盆系、二叠系砂页通过长约碾压混岩与灰岩相间分布，缓倾下(++!的帷幕，澧水%江垭凝土重&’(&)*%"+*+在建游，以顺层溶蚀为主，表部两岸向上游接支流力坝有溶隙&(处，小管状溶洞"隔水层形成全个封闭帷幕库首左岸&*,#!段分布奥陶系灰岩，地下水位低于坝址适当加河水"-&’!，为一洼槽，有混凝土深帷幕。可研,龙口黄河,+&*,%+*+预可溶隙、溶孔式渗漏，渗径长重力坝阶段进一步勘%#!，按渗透系数为&,!./察计算，渗漏量为"*&,!".0，不影响水库效益坝前二叠系灰岩埋藏于坝基玄武岩下约&++!，有承压水。灰岩于下游&,#!混凝土进一步勘察1溪洛渡金沙江’)"&&,*)&’++*+预可河床又出露，其间灰岩埋深拱坝研究已在高程负,++!以下，喀斯特不发育，向下渗漏的可能性很小库首右岸的一构造切口，构造切口处地下水位低于库水位，岩溶混凝土再补充勘察，坝不发育，渗漏可能性很小。)洪家渡六冲河面板堆&(’*"%2*’,,%*+可研址设全封闭帷坝址三叠系灰岩缓倾上游，石坝幕，面积约2*"(有厚(+-2+!页岩泥灰岩万!’作防渗依托水库不漏水，坝址为三叠坝址设悬挂碾压混系灰岩夹页岩，倒转陡倾横帷幕，两岸接页(思林乌江凝土重&&"*(&1*,&++*+可研向谷，左岸下游有岩溶管道岩，面积约力坝水，为补给型水动力条件，’%*,!河床岩溶化程度低水库不漏水，坝址为三叠系灰岩夹页岩，陡倾下游，帷幕防渗面2光照北盘江重力坝&2,*,"’*)((&*+可研似横向谷，岩溶不发育，为积约2*21万!’补给型，有页岩作防渗依托—,)"— 第二篇水利水电工程地质构造研究最大装机序工程库容河流坝型坝高容量阶段喀斯特水文地质条件拟采取措施号名称（亿!"）（!）（万#$）两岸大部分及河床均为悬水库不漏；坝址为二叠系挂式，面积’’(-双曲灰岩，陡倾上游，横向谷，两万!（地面厂房’%&构皮滩乌江’"’()*+(,’+&&(&可研拱坝岸上游有岩溶管道水，有厚方案）或"%(’页岩作防渗依托万!（地下厂房’方案）库首右岸二叠系灰岩上、下两侧有岩溶管道水，地下碾压坝址设全帷水分水岭高于库水位，不漏%%引子渡三岔河混凝土%’*+())’+(&可研幕，面积约-(,水；坝址三叠系灰岩缓倾下拱坝万!’游，左岩岩溶发育，下游有一暗河建坝岩体为二叠系栖霞组（.%/,）茅口组（.）灰岩%0%!混凝土和软岩互层。其上、下均有坝址设全帷%’水布垭清江面板堆’""+,(%%*&(&可研巨厚层隔水层和相对隔水幕，防渗面积约石坝层分布，为独立的含水层和++(%+万!’岩溶系统。岩层倾向上游偏左岸，为横向谷由表)/’可知，我国在喀斯特区正在进行规模较前更大的大型与超大型水电站的施工与勘察，表明我国有能力研究与处理更复杂的高坝大库的喀斯特渗漏问题。第二节中国喀斯特发育特征为分析各工程喀斯特渗漏问题，有必要了解中国喀斯特发育的主要特征。据已有研究资料，我国北方与南方的喀斯特发育特征是明显不同的，其原因是南、北方影响喀斯特发育的因素差别较大。相应南、北两地对喀斯特渗漏问题的研究、评价与处理手段也有所区别。—),+— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究一、中国南、北方碳酸盐岩简况据《中国可溶岩类型图说明书》，我国的碳酸盐岩基本上分布于天山—阴山纬向构造带（伊犁河—辽河）以南，即大致在北纬!"#$!%#以南。这一点和现代碳酸盐岩的沉积作用受纬度制约（南、北纬度!&#线之间）的认识极为相近。我国碳酸盐岩既产于沉积盖层，也产于褶皱基底中，即既有稳定的地台型碳酸盐岩沉积建造，又有活动的地槽型碳酸岩———碎屑岩沉积建造。从分布面积看，以前者占绝对优势，主要在我国东部；后者则主要分布于西部，且多发生变质。本文所述的北方地区的范围，大致在我国的中朝准地台部分。这里的碳酸盐岩有中元古界的长城系（’(）白云岩和蓟县系（)*）燧石白云岩最为稳定，厚度达到近千米，最厚达%!&&余米，主要分布于本区北部。震旦系上统在龙首山地区有较厚的灰岩分布。下古生代碳酸盐岩沉积出现于早寒武世晚期至中奥陶世末。其特点是下部多碎屑岩夹层或为不纯碳酸盐岩；向上纯度增大，连续性较好，无碎屑岩夹层。中、上寒武统以泥质条带灰岩、竹叶状灰岩及致密灰岩为主，厚%&&$+&&,。奥陶系一般厚+&&$-&&,，下奥陶统多为白云岩类，中奥陶统则以灰岩类为主。下古生代碳酸盐岩广泛分布于本区的中、西部与南部。南方地区的范围大致包括扬子准地台，华南准地台和松潘—甘孜褶皱系一部分。扬子准地台固结于晚元古代，基底的前震旦纪地层在大部分地区都是浅变质碎屑岩，偶尔夹大理岩透镜体，但四川会理和云南昆阳仍有较厚的微变质的大理岩或结晶灰岩和白云质大理岩。扬子准地台的盖层中，自震旦系至三叠系均含有碳酸盐岩，大致可分四个主要的碳酸盐岩沉积阶段：即晚震旦世、早古生代清虚洞期至早奥陶世红花园期，晚古生代中泥盆世至二叠世和中生代初期的早、中三叠世。上震旦统以白云岩类为主，厚千米左右。寒武系厚达千米，川黔为白云岩类，长江中游白云质含量低，泥质含量高。奥陶系以灰岩为主，岩性稳定，厚数百米。泥盆、石炭系多数地区缺失，仅西部边缘及南部有泥盆系白云岩和中、上石炭统灰岩，厚%&&$-&&,。二叠系广泛分布，相对以纯灰岩为主，一般厚%&&$.&&,。下三叠系则以灰岩类为主，并逐渐变为碎屑岩，其中上统连续厚度可达/+&&$"&&&,。华南准地台区的碳酸盐岩主要连续沉积于地台发育阶段的中泥盆世至早二叠世，为纯灰岩局部夹不纯碳酸盐岩及白云岩，厚达数千米。三叠系碳酸盐岩分布范围极为有限，厚度也不稳定。松潘一甘孜褶皱系的东部，从古生界至中生界夹有碎屑岩的碳酸盐岩均遭受变质作用。泥盆—二叠系片岩与火山岩组间有大理岩。石炭系大理岩、结晶灰岩及白云岩类厚逾千米。中三叠统以厚约%&&&,的大理岩为主，有时白云质含量高，局部层段变质轻微。碳酸盐岩层和非碳酸盐岩层在地层剖面上的组合情况是很复杂的，它影响喀斯特的发育强度和渗透特性。为此需要划分喀斯特层组类型，划分的依据是：!岩石类型。纯的、不纯的碳酸盐岩，以及灰岩、白云岩等。"岩层单层厚度和连续厚度。统计发现，碳酸盐岩连续厚度大于"&,时，对喀斯特发育的意义才比较大。#岩类组合关系。分为均匀状，是指所夹有的非碳酸盐岩厚度小于总厚度的/&0；互层状，为非碳酸盐岩约占!&0$—+1+— 第二篇水利水电工程地质构造研究!"#；间层状，为非碳酸盐岩占$"#%&"#或!"#以上；断续状，如含燧石结核（或团块）灰岩（或白云岩）、非碳酸盐岩含小碳酸盐透镜体等。据此，《中国岩溶研究》划分了十种喀斯特层组类型，如表’()。此种划分，对了解区域喀斯特发育程度有帮助。表’()碳酸盐岩喀斯特层组类型喀岩纯的碳酸盐岩类斯石特成层分组不纯的碳酸盐岩类变质碳酸盐岩类等类灰岩类白云岩类型岩层组合形成均匀状纯碳酸盐岩类型均匀状变质碳酸盐岩均匀状均匀状灰均匀状白云均匀状不纯碳酸盐岩类型类型岩类型岩类型间互状间互状纯碳酸盐岩类型间互状不纯碳酸盐岩类型间互状变质碳酸盐岩断续状断续状纯碳酸盐岩类型断续状不纯盐岩类型类型二、北方喀斯特发育特点北方主要指黄河中、下游干、支流，海河、辽河与太子河水系的流域地区。（一）基本条件与因素&*喀斯特层组类型（&）均匀状灰岩。中寒武统（!+）厚层鲕粒灰岩，厚&"’%$+",；中奥陶统（-+）厚层灰岩，下部为白云质灰岩，角砾状灰岩及泥灰岩，厚++!%!’",，山西境内中、下部夹&"%+!,厚的石膏层。此两层为北方喀斯特发育最强，分布最集中的岩层。（+）均匀状白云岩。下奥陶统（-&）含燧石条带的厚层白云岩、白云质灰岩，厚’!%+!),。（)）间互状纯碳酸盐岩。上寒武统（!)）泥质条带灰岩、白云质灰岩、竹叶状灰岩，底部夹黄绿色页岩，厚."%+"’,。（$）均匀状不纯碳酸盐岩。中下震旦统（/&0+）中上部为硅质白云岩、硅质灰岩，多燧石条带，呈断续状分布，燕山地区最厚可达."""多米。上述碳酸盐中，局部泥质含量高的及页岩可为相对隔水层。各已建、在建或勘察中的水电站，如万家寨、龙口、天桥、桃曲坡、观音阁、訰窝等工程多位于寒武、奥陶系碳酸盐岩上。+*地质构造地质构造呈平缓褶皱及块断构造。如黄河中游干流段为宽缓背、向斜，地层倾角小于&"1。块断构造表现为大面积上升和下陷形成的地垒隆起和地堑盆地。主要是喜马拉雅运动形成，该运动为间歇性，故隆起区有北台期、太行期、唐县期三级剥夷面，剥夷面以下—’.!— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究有黄河期四级阶地。隆起区如渭北高原、山西高原，鲁中南、辽东山地则以裸露!覆盖型喀斯特为主。本区覆盖型系黄土或沙漠等覆盖。下陷区如下辽—华北平原、渭河盆地等，则以埋藏型喀斯特为主。可利用建坝兴库的河段或河流基本位于各隆起区。河流嵌于最低—级剥夷面之下，成为峡谷。如黄河中游在禹门口以上嵌深在!级阶地面以下"##$左右，河谷断面多呈“%”形，谷底宽一般&##!’##$。黄河干流及主要支流一般发育四级阶地，"级为堆积阶地，#、$、!级为侵蚀基座阶地。’(气候现代气候属中温、暖温带亚干旱———亚湿润气候型。年降水量为)##!*##$$，愈向西愈减少，且蒸发量超过降水量。河川径流系数仅"#+!’#+。年平均气温一般为*!"),，年平均相对湿度--+!.#+。不利于喀斯特发育。中生代中期至晚第三纪的气候属热带、亚热带湿润气候型，利于喀斯特发育。（二）喀斯特及水文地质特征"(喀斯特特征喀斯特地貌为中等或浅切割的中低山地或低山丘陵，旱谷发育。地表喀斯特个体形态以溶沟、溶槽、喀斯特裂隙为主，仅仅在较高的剥夷面上残留有浅平的封闭负地形，如山西阳城析城山大洼地，平顺县赵城洼地群，都分布在高程"/##!"*##$的分水岭地带。现代喀斯特洼地主要见于辽宁太子河地区。溶洞主要分布在河流及沟谷两岸，据《中国北方岩溶和岩溶水研究》资料，华北地区现已发现洞穴")’个，规模较小，多数长度小于"###$，宽度#(-!&#$，高#(-!"&$。形态较简单，多呈单一管道状。洞内沉积物一般不发育。如黄河万家寨水电站发现的主要溶洞0个，大者高"-$、宽&"$、深)#$，洞内多被泥土及碎石充填。龙口水电站发现的"&个溶洞，最深的为&.$。两者均是在中奥陶系马家沟统灰岩顶部发育龄厂其土沉积石碳系本溪统的砂页岩，洞底亦多有石炭系砂页岩残留，表明是在石碳纪以前形成的古喀斯特基础上发育的。而在偏关县城东南楼沟乡的分水岭部位，高程""-#!"&##$的奥陶系白云质灰岩中见一长"(-1$，高"(-!&(-$，宽*!"-$的大洞，洞内潮湿、滴水、发育石笋、石柱、石钟乳，局部地段还有黄土堆积，推断为第三纪中新世末唐县期产物。北方有些地区溶洞也多，如渭北石川河的桃曲坡地区，#(-1$&就有溶洞")0个，最大洞径"#余米。溶洞高程分布与阶地有所对应，大致有’!)层。与南方普遍发育的暗河不同，北方的地下喀斯特一般是以溶孔、溶隙和少量孔洞为主，溶洞不多，且多孤立，不构成喀斯特系统。如万家寨水电站右岩库首河弯地带有*个勘探孔，通过钻探与测井发现的溶洞".个，高度#2&!&’(’*$，一般为"!-$，多充填泥沙。比坝址河水位低的有""个，约占/-+，低于河水位&"!))*$（洞顶），多数位于河水位以下"--$之内3。龙口水电站坝址区"/个钻孔有-个遇溶洞，共/个溶洞，高度#(&!&(#$，充填砂质页岩和蚀余岩块及砂泥质物，)个在河水位以上，"个比河水位低/’(-)$。在山地与平原和盆地交接处，或低河谷，常有大型喀斯特泉出露。据晋、鲁、冀、豫诸—-..— 第二篇水利水电工程地质构造研究省不完全统计，流量大于!"#$%&’的泉约(!余个，总流量达)*!$%&’，流量最大的为阳泉泉群，为)%"#$%&’。多数在寒武、奥陶系碳酸盐岩中出露，如黄河天桥刘家畔泉群，流量为)$%&’以上。各喀斯特泉多具承压性，有气泡上涌，流量稳定，流量峰值一般滞后于降水峰值数月，甚至更长。喀斯特泉，特别是大泉的出露，不仅显示泉水上游有广大泉域，也标志其附近地下喀斯特相对发育，但喀斯特泉出口又多为直径十数厘米至数十厘米的小洞。在局部地形、岩性和构造的适宜部位，也可发育大的溶洞与暗河，对水库坝址位置的选择有重大影响。如滹沱河上游清水河与干流交汇地带，地质构造上为一北东向背斜，核部为前震旦系片麻岩及下寒武系馒头页岩，清水河总体方向平行背斜，原坝址选于背斜北西翼，地层为中寒武系张夏统厚层鲕状灰岩。勘察发现干支流汇合口附近河床水下张夏灰岩层面上+节理有承压水溢出，可高出河水面约)!,-!.$，每年春分和秋分从出水点随承压水可流出全身透明无鳞的地下暗河鱼几百斤至千斤以上（中央新闻电影制片厂在-!世纪#!年代将此摄有“石窟跃鱼”一片），经追索清水河自河口向上游沿河有多处承压水出水点，显示中寒武系灰岩地下水受阻于下寒武系页岩，沿岩层走向运移和向上在河谷底部排泄，从涌出的鱼量可推断有较大暗河存在。为确保水库不致发生严重渗漏，坝址下移至片麻岩河段。-"水文地质特征受岩性与地质构造的控制，本区水文地质结构为均匀状纯碳酸盐岩平缓褶皱型与块断构造型。因降水量小，排泄区低远，许多地区地下水位很低。如黄河万家寨至天桥地区，在面积达**!!/$-的范围内，由寒武、奥陶系碳酸盐岩组成一平缓的统一含水透水层。据大量抽水试验成果与%%个钻孔水位观测资料，采用电网络模拟试验进行反算所得渗透系数为!"!-#,)#$&0，为喀斯特裂隙性透水，地下水运动以层流为主，补给来源除少量降水之外还有黄河水的渗入。在万家寨库首右岸地下水位低于坝址上游河水位1,2!$，低于坝址河水位%!$左右，形成地下水洼槽。如图#3%所示，洼槽中心比降为!")(4。地下水有部分从龙口水电站右岸成泉群排出，总流量21"%5&’。故该河段河谷水动力类型为补排型。左岸地下水位高于河水位，右岸低于河水位。有的支流上的峡谷段则多为悬托型水动力类型。如渭北的漆水河、右川河、泾河、洛河，山西的汾河，山东的淄河等的碳酸盐岩河段，地下水位低于河水位%!,%!!余米。地表水流经悬托河谷时，一般有水量漏失。山西在汾河罗家曲至峙头区间与锦河地都站以上曾测得渗漏系数介于!"),!"#。渗漏形式以面状裂隙性为主，少数为点状管道性渗漏。（三）喀斯特渗漏情况根据我国工程实践，北方地区水利水电工程出现的喀斯特渗漏问题，可按如下三种河谷水动力条件进行研究。)"悬托型这种河谷的地下水位多处于谷底以下几十米至几百米，两岸地下水位也低于河水位，故建库后多发生严重渗漏，处理难度大。此种情况主要出现在河流的支流，如桃曲坡水库地下水位低于河床%!!,%#!$，建库后，最大渗漏量达-("1$%&’，经多次处理后才减少至%!")2$&’。-"补排型—#(1— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究图!"#黄河万家寨库首右岸喀斯特水文地质剖面图（坝址$龙口）该类型河谷一岸为地下水补给河水，另一岸则为河水补给地下水，蓄水后会出现大范围的库水渗漏。防渗处理主要是防止渗透失稳和适当减少渗漏量，如万家寨、龙口水电站河段。%&补给型这类河谷两岸地下水均补给河水，渗漏问题决定于地下水位高低，可能有绕坝渗漏或河弯渗漏，但处理相对较容易，如太子河上的訰窝、观音阁水库等工程。三、南方喀斯特发育特点（一）基本条件与因素#&喀斯特层组类型本区地域辽阔，处于三个不同的!级构造单元上，碳酸盐岩分布面积’(余万平方公里，占全国碳酸盐岩出露面积的)*%以上。从元古代至中生代均有碳酸盐岩沉积，喀斯特层组类型复杂。按大层系简述如下：元古代碳酸盐岩系主要分布于西昌—昆明一线以西，次为三峡与汉水中游地区。其中昆阳群的白云岩已变质，影响喀斯特发育。震旦系灯影组白云岩夹硅质灰岩为均匀状不纯碳酸盐岩，厚)(($#((!+，以西部较厚。早古生代碳酸盐岩系主要分布于贵阳—涪陵—三峡一线以东，即乌江中下游、清江等流域，位于其上的水电站有沙沱、彭水、隔河岩、水布垭等。寒武系下统上部为泥质条带灰岩并略含白云质，向上过渡为白云岩，属均匀状灰岩、白云岩类，鄂西厚#(($%((+，黔北厚百余米；中统以白云岩为主，普遍夹页岩、泥质条带及燧石结核或条带，厚#(($,((+，属间互状纯或不纯碳酸盐岩类；上统为白云岩与灰岩之间的过渡类型，厚)(($#(((+，属—!.-— 第二篇水利水电工程地质构造研究均匀状白云岩与间互状纯碳酸盐岩类。奥陶系下统下部为白云岩类，其余皆为骸粒灰岩及泥灰岩类，常夹多层页岩，厚!"#$%##&，属间互状纯碳酸盐岩类。晚古生代碳酸盐岩系集中分布于雷波、个旧与六枝构成的三角区和贵阳—文山一线南东侧直至广东的一大片。前者有金沙江中、下游干、支流上的锦屏一、二级，溪洛渡、水槽子等水电站；后者有构皮滩、猫跳河四级、大化、岩滩等水电站。泥盆系下统在部分地区有灰岩及白云岩，厚’%$!##’&；泥盆系中、上统亦为灰岩及白云岩，分布广且稳定，属均匀状碳酸盐岩类或灰岩类，一般厚"##$!###&，最厚!%##&。石炭系灰岩及白云岩属纯碳酸盐岩类，多数厚"##$!(##&。二叠系下统下部为含燧石结核或条带灰岩，上部为纯灰岩或白云斑块灰岩，多属均匀状灰岩，一般厚(##$)##&。中生代碳酸盐岩类主要集中分布于川南、黔中至滇东南一带，次为川东、鄂西与川西地区。发育水系有乌江中上游干、支流，南盘江、北盘江与长江三峡段。位于其上的坝址或水库有猫跳河一、二、六级，洪家渡、普定、引子渡、东风、乌江渡、思林、五马河口、光照，天生桥一、二级，鲁布革，六郎洞与三峡等。三叠系下统夜郎组玉龙山（*+）灰岩厚!##$!,"##&，属均匀状灰岩；永宁镇组（*!,-）或茅草铺组（*!&）分四段，每二段构成一个灰岩向白云岩过渡的旋回，含角砾岩层，属均匀状纯碳酸盐岩类，总厚约"##&。安顺、贵阳一带为大冶组（*!.）白云岩、泥质白云岩及灰岩，厚"##$/##&，亦属纯碳酸盐岩类；中统关岭组上部（*’）厚1/(&，下部（*!）厚%1)&为白云岩、白云质灰岩，属均匀状纯碳酸盐岩类，中部+0+0（*+2(）厚’%#&为灰岩、白云质泥灰岩夹钙质页岩，属间互状纯碳酸盐岩类；法郎组（*）+0+3中、下部灰岩厚!#+&。滇东罗平三叠系广泛出露，从永宁镇组至中统个旧组及法朗组下段均为碳酸盐岩类，厚+###多米。上述碳酸盐岩组之间有多层砂页岩、泥岩、泥灰岩、煤层与玄武岩等非可溶岩组成隔水层。+4地质构造扬子准地台区有’次以上沉积间断，发育了古喀斯特。燕山运动奠定了地质构造基本格局，发育了从紧密线状褶皱到开阔的短轴褶皱及断块构造。华南褶皱系的晚古生代及中生代碳酸盐岩系于印支期强烈褶皱与断裂，燕山期以断块活动为主，褶皱形态一般属于过渡型的箱状、梳状及平缓开阔的短轴褶皱。松潘—甘孜褶皱系主要形成于印支期，褶皱形态复杂，断裂发育，有的规模巨大。喜山运动使地壳抬升，除西部上升幅度大、东部渐小之外，同时长江中、下游还有断块差异运动，形成断陷盆地。在抬升过程中，有暂时稳定或上升缓慢时期，发育了+$(级剥夷面、($’级阶地。干流及大支流形成于第四纪中更新世，多深嵌于最低一级剥夷面之下!##$!###&，流经碳酸盐岩区多为峡谷。总之，受新构造运动的影响使地表、地下水的运动强烈和复杂，因此，形成了南方地表、地下喀斯特现象的复杂多样性。(4气候现代气候属热带、亚热带湿润型，年降水量大于)##&&（绝大部分介于!###$!1##&&），多年平均气温大于!’5，向南增至+#$+’5，溶蚀作用占主导地位，河谷地区则以侵蚀—溶蚀为主。金沙江中、上游属高原湿润型气候，年降雨量"##$!###&&，年平均气温一般+$!+5，溶蚀作用属于次要地位。—")#— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究第三纪时，属热带湿润型气候，利于喀斯特发育。（二）喀斯特及水文地质特征本区地形总的轮廓是西高东低的梯状斜面，最高一级高程!"""#以上为青藏高原的东侧，有金沙江中、上游干、支流切割，岭谷高差$"""%&"""#，甚至’"""#以上。在雅砻江锦屏山地区可见三级剥夷面（见图()&），高程分别为!"""、’"""与&&""#。第二级高程$"""%&"""#（如滇东高原、贵州高原与鄂西山原），也有&%’级剥夷面。最低的一级为高程&""#以下的平原、盆地及高程(""#以下的丘陵地区（如四川盆地、江南丘陵、两广丘陵等）。再往东进入濒海平原区。在各梯级之间的过渡区，即地貌斜坡带，如滇黔之间、黔桂之间、川黔和湘黔之间、滇桂之间（见图()’）以及鄂西山地与江汉平原之间等。在这些地带河流出现裂点，裂点以上，因溯源侵蚀，使第三纪地形解体，但总体还是老的地形面为主。而裂点附近，河流多形成伏流，如黔南、滇东南有十几条河流均有伏流段。裂点以下，老的地形则迅速解体，而呈齐一的峰顶面，并产生新的地形。图()&锦屏山东侧地貌示意图（据余朝庄《锦屏山二级水电站岩溶水文地质的勘察研究》）$)夷平面；&)红土；’)风化壳；!)残坡积图()’西江流域滇东至桂东地貌剖面图（据《中国岩溶研究》）大量资料反映第四纪早更新世初期地壳有较长的相对稳定时期，长江、珠江水系多发育宽谷形态，其后地壳强烈上升，才形成深切峡谷，其间有短暂稳定时期，发育了’%(级阶地、石质平台与溶洞层。各次级支流在其下游多具伏流与反平衡剖面，如图()!所示。干流在其上游也有伏流段，如乌江北干支六冲河上有总长*+#的九洞天与梯子崖两个相邻的伏流段；南干支三岔河有长$+#多的下扒瓦伏流段；清江上游有长$!+#的腾龙洞伏流段等。同时，各级剥夷面，阶地面也总是自西向东，从上游至下游逐渐降低。另据调查—(,$— 第二篇水利水电工程地质构造研究对比表明：深切河谷中的阶地与其两岸高原面上的河谷阶地，虽然高差很大，但仍为“同期异相”关系，仅因高原上的阶地之间高差较小，甚至某些级重叠发育显得级数少。由于本区地域辽阔，不同地区沉积的碳酸盐岩类、地质结构、新构造运动和气候等诸因素的不同，使喀斯特个体与组合形态和喀斯特水文地质条件极其复杂，限于篇幅，只能选择重要的与喀斯特渗漏有关的地区综述如下：图!"#乌江上游主支流河谷纵断面示图（据杨明德）（$）反常型结构；（%）梯级型结构&’西部———金沙江中、上游干、支流地区该区碳酸盐岩为可溶性较差的变质碳酸盐岩类，在平面上呈带状分布，在急剧上升的新构造运动和侵蚀、剥蚀、溶蚀的共同作用下形成高山峡谷地貌，喀斯特相对不甚发育，而—!)(— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究以流水侵蚀地貌为主。以雅砻江锦屏山地区为例，在高程!"""#、$"""#和%%""#左右广泛残留三级剥夷面；在$!""&$’""#高程上分布有小溶洞、天生桥等。最高一级剥夷面构成山脊，后两级面即高级及低级的谷肩。地表以喀斯特沟谷为主。剥夷面或沟谷中有些洼地、漏斗、落水洞、溶沟与石芽等，个别地段有深度较大的溶隙，如朝天井、斜井等。在低级剥夷面上常出现喀斯特大泉和喀斯特湖，如磨房沟大泉，出露高程%()!#，出口直径%&$#，有承压性，流量为%*+&()#$,-；老庄子泉群，分布高程%($"&%()"#，流量为"*.)&/*..#$,-；三股水泉的高程则与河流!、0级阶地高程（(!’’&(!.+#）相当，流量为(*’&%"#$,-，虎跳峡高于河水面))"#的喀斯特裂隙泉，丰水流量为$""&("""1,-。各高位的大喀斯特泉除降雨补给外，还有雪山融化和区域性补给，所以流量较稳定。泉水高位出流，一般反映其深部喀斯特的发育应减弱。%*中部———长江上、中游干、支流与珠江上游干、支流地区该区包括滇东、黔川、鄂西与桂北等地，处于中国地形第二阶梯与向第三阶梯过渡的斜坡上。可溶岩以寒武系至三叠系的均匀状纯碳酸盐岩为主，并有多层隔水层相间其中。本区有三级剥夷面，其中以高程最低一级分布最广，即云贵高原面，为主要的居民聚集地与耕作区。滇东为较广阔的喀斯特平原，贵州则以大型洼地、坡地为主，其上有不同高度的峰林、石林、浅洼地、漏斗和落水洞。溶洞多指向盆地或洼地，较新的近河床的则指向河流。河谷多浅切，地下水埋藏浅，有喀斯特湖。该剥夷面向川、鄂、桂等地倾斜，部分多被肢解，表现为一些平台、槽谷或整齐的山脊。第四纪以来地壳强烈上升，长江上、中游干、支流与珠江上游干、支流急剧下切，深嵌于高原面之下数百米，形成深切峡谷。河谷两岸纵向和横向的喀斯特发育特点与喀斯特地貌组合类型，如图’2$所示，西江上游为喀斯特平原———丘峰盆地，中游为峰丛洼地———峰林洼地，下游则为峰林盆地———孤峰平原。横向上如图’2!所示，乌江两岸，由分水岭（高原面）至河谷的喀斯特地貌类型变化一般为残丘坡地一峰林盆地!峰林谷地"峰丛谷地"峰丛洼地"峰从峡谷。远离河谷，地下水浅埋，水力坡降小，至峡谷地下水深埋，水力坡降增大，临近河床一定距离时，水力坡降又变小。乌江渡水电站两岸，洪家渡与思林水电站等多处均普遍出现此种情况。干流总是比支流切割得深，而成为地表水、地下水的较强排泄基准面。两岸支流或以瀑布、急滩注入干流，或在距干流几百米甚至几公里处潜入地下补给碳酸盐岩地下水，形成一定规模的洞穴，或形成伏流集中排出，如乌江洪家渡水电站右岸的底纳河在天星桥形成长(*$’3#的伏流；东风水电站右岸的老虎洞、大洞口溪沟与马鞍山沟，沟水潜入地下后，分别发育了鱼洞暗河与凉风洞暗河；红河支流田心河在个旧斗姆阁（高程(!""#左右）潜入地下，至红河边出露（高程$""#），.3#内落差("""#以上；再如清江半峡河段右岸的小儿河，潜伏后形成迷水洞伏流等。由于河谷地带为地表、地下水的排泄区，故喀斯特较发育，如各水电站的勘探平洞均或多或少会遇到一些洞穴。在河谷两岸可见$&!层溶洞，底层多为喀斯特管道水或暗河，如东风水电站库首右岸的无名洞长%3#以上；猫跳河四级库首左岸的4(+2%溶洞长$等。河床以下的喀斯特化程度，除排泄型河谷与有断裂带分布的’."余米，体积%$万#河段之外，则与岸坡有无喀斯特管道水（或暗河）及地下水水力坡度有关，有喀斯特管道或—’+$— 第二篇水利水电工程地质构造研究两岸地下水水力坡度小则河床以下喀斯特化程度低，如乌江渡、东风与普定等水电站，坝基勘探孔和大量的灌浆孔均很少遇到溶洞，有的也仅高!"#$#%；反之，则喀斯特化程度高，如猫跳河四级窄巷口河段与乌江渡左岸&#!断层带等，在河水位下’()$##!%还有高#"(’%和*"+)%的溶洞或管道。由于喀斯特发育的不均一性，使碳酸盐岩岩体具有裂隙性与管道性透水的双重性。受多层隔水层的限制，本区喀斯特含水层之间多无水力联系。喀斯特水既有孤立、半孤立水流，也有管道水与裂隙水组成统一的喀斯特水系统，并可用地下水等水位线图来反映。绝大部分河段为补给型的水动力类型，少数裂点上、河弯带、纵向断裂带，可为排泄型或悬托型水动力类型，多存在严重渗漏问题。如水槽子与猫跳河四级水电站等。+"东部———长江与珠江中、下游干、支流地区该区包括湘、鄂西偏中部，桂中与粤北等地。以桂中为例，由于碳酸盐岩巨厚、产状平缓，地面上升幅度小，气候炎热，雨量丰富，喀斯特发育。地貌形态为峰林盆地和孤峰平原。该地区河谷浅切，断面宽阔。峰林喀斯特发育，喀斯特有“无山不洞”之称，溶洞一般有三层。盆地与平原中第四系广布，形成覆盖型喀斯特。碳酸盐岩中常有暗河，在地表表现为串珠状落水洞或溶潭。地下水水力坡降平缓，多为千分之几，为管道与裂隙水共存的统一含水层。河水位以下+!%左右喀斯特洞穴较多，,!-$.!-为充填或半充填。（三）喀斯特渗漏情况如表)/’与表)/#所示，在南方已建、在建与勘察的大、中型水利水电工程不少，其渗漏情况如下：（’）在高原面和干流中、下游平原区河谷兴建的水利水电工程，由于喀斯特多期叠加发育，以水平喀斯特化为主，地下水分水岭低平，容易出现向低邻谷的喀斯特渗漏，如猫跳河一、二级水库，大化水库的亮山河间地块等。多数建库后地下水位壅高而不漏；有少数漏的，查明后也已处理。（#）在深切峡谷区，一般不存在水库渗漏问题。有可能存在库首河弯地带的复杂喀斯特渗漏，如东风水电站库首右岩；也有不存在渗漏问题的，如猫跳河六级水库左、右岸和隔河岩的罗家坳分水岭等。为减少防渗处理和有防渗依托，坝址均尽可能选在有可靠隔水层的横向谷，如洪家渡、东风、乌江渡、思林、光照、隔河岩和水布垭等水电站。（+）在具备深排泄条件地段，大的如区域地貌斜坡带，小的如河流的裂点上的工程，由于多处于排泄型水动力类型河谷，容易发生严重的喀斯特渗漏，处理难度大，如水槽子及猫跳河四级水电站等。四、关于谷底喀斯特前面所谈到的基本是地下水位线以上和附近的喀斯特洞穴，而河床和暗河底部以下的喀斯特是一种特殊类型，由，于这涉及悬挂帷幕的下限问题，下面将作简略介绍与讨论。’"谷底喀斯特简况中国谷底喀斯特概况如表)/(，部分工程河床及两岸地下水位线以下的喀斯特发育情况和帷幕设置深度如表)/)。—).(— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究表!"#中国谷底喀斯特概况喀斯特孔洞穴高度喀斯特孔洞带地下水水力地区隙带深度深度起点（$）备注下限深度（$）坡度（%）（$）及充填情况!&’(&河床&,!’-$，浅篆长河滇东+&&,-’-)&’*&河水面部充填禄丰+&河水面&,-)’&,+.$，略水城黔西#&’.!&河床充填三岔河-&’*&河水面贵阳黔中-&&*&河水面息烽河床（河水深-#&))&)’-#长江#&’/&$）鄂黔.&-)&)’-&清江河床/&-&&)’-&乌江河床/*河水面重庆川东-&&大于-&/&河床嘉陵江，长江长江"*&、".&、溶洞层及埋藏阶地，杭州-+!海面中游"-)&、--&岩屑、砾石充填九江上部充填黏土，下部未滇东南*&(!砚山充填*&河床柳江粤桂)&!&’(&河床漓江.&河水面崖县湘赣*&河床宜春河床阳泉//-#!晋冀辽河水面)($，黏土、卵石充填邯郸)!&(&&河水面焦作-&’)&清河-&&胶辽.)河水面太子河**&-+&济南据《中国喀斯特研究》，略删减与修改。—!/!— 第二篇水利水电工程地质构造研究表!"!部分工程河床及两岸地下水位线以下的左岸洞高埋深帷可水孔数洞数孔数洞数工程地层地质（#）（#）水幕位高——————力——————名称岩性构造一般一般深其他程（#）遇洞率岩溶率坡遇洞率岩溶率——————降度（$）（$）（$）（$）最高最深（#）!%白铜仁斜向谷，缓云岩夹&’!((%($((天生桥倾上游灰岩!、)白近横向谷，石厂云岩、白云倾下游*!+,!-!((&(.!$((上坝址质灰岩&!+开始平缓小背河弯有猫跳河!&/%白低，*!,斜轴平行河*(-0通下游的三级云岩以后0!流纵向断层%1$2&白云近横向谷，猫跳河&(,质灰岩夹倾上游*%+,**-!&%$一级%(泥质灰岩*’+2*上部猫跳河缓倾上游，1-$,&(,白云岩，下3%1六级横向谷-$%(部灰岩**个平洞距河2&白云近横向谷，(,见%个小溶鲁布革*(0(&*(#岩、灰岩倾下游%!+0&洞，溶隙&1低平条!灰岩，横向谷，倾!*全1-———有两个管———隔河岩底部为页上游&!+,3(———封———%*.&道，长4!((#!&岩%(+*.*!闭&.’%横向谷，倾2*灰上游*3+,*!,普定*(3’!$岩、白云岩&!+，右岸断0(层多横向谷，倾!灰岩，全下游!!+，有%5,观音阁下部有页*-0封多条断层穿*(5岩闭过坝基6灰岩下有6*、横向谷，倾构皮滩0%0.!⋯7、)页上游0!+岩—!31— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究喀斯特发育情况和帷幕设置深度表右岸河床洞高埋深帷埋深水孔数洞数洞高（!）承压水顶帷（!）（!）幕（!）幕力——————一般板深（!）深一般一般深其他一般其他坡遇洞率岩溶率——————度——————度———︵降（"）（"）最高水头（!）!最高最深（!）最深︶洞高+$!，%&’%(宽%$!，顶厚##"$$———*#&#’,&!，拟%)’%&堵洞成库&#’(%河床渗透*#-,"$$———)#系数$-+%!.*,’%+/承压水层几厘米+’*+0$渗透系数#&"%$’+#—————————0+$-%%’$-0)’,$-#+!./*#’%*0$’0%"%$’0$———+$*低缓%$’0$0)*,个平洞距河承压水单见小溶洞0&———**#!$’+%+%孔涌水个，溶隙&(*-(低平*($1.2条全,**平均$-)+$’+$全有两个管封————————————封道，长3+$$!闭*&$-%0*-#)闭距坝肩*-("0$’#$0($!，有#&450($管道($&%*-$70$706’悬挂全—————————*$6*%$封#*0-&(*$$闭可)!高洞内——————全黏土*+8年龄)*)#封%0$+)7#)$闭年—#(&— 第二篇水利水电工程地质构造研究左岸洞高埋深帷可水孔数洞数孔数洞数工程地层地质（!）（!）水幕位高——————力——————名称岩性构造一般一般深其他程（!）遇洞率岩溶率坡遇洞率岩溶率——————降度（"）（"）（"）（"）最高最深（!）+$$/$,.0$"3),管道*1#$%灰岩陡倾倒转，’,,$01-$)’,,,2水，长4思林&’($灰横向谷，上下)*++,*,!，3)’4岩有页岩-’’0,,$’+$.+0-"$),!$501-倒转陡倾，+01"乌江&’($灰横向谷，左岸)-,012$,2511,238+暗河*$12$01’渡岩有6$,、7’5断.0)*2)+0*$$$$$1长4’5$!-05"层鱼洞暗河地下水&’($#’!灰).上游段凉风.,,地’0.东风岩&’($灰洞暗河中游下水)’岩)0.5段5*,&’9灰走向谷，倾三江岩，角砾状角),:2+1:，1+口灰质白云断层多，6$岩最大纵向向斜$’0+白石千分’*0*2;’灰岩谷，岩层倾角$*2窑之几’-0’1,:25,:)1入口万家!、<灰.),、缓倾下游寨岩、白云岩出口5*1<’灰岩位于一背桃曲及;、#砂斜附近，裂隙-)’坡页岩发育拟猫跳缓倾上游，排泄)1’2$-,纵向5,为左岸渗河四#’灰岩纵向断层发区’*),*0.’,.$0-"2漏区级育’,),’),注：埋深、顶板深均以河水位或暗河地下水位为起点计算：承压水头以高出河水位计算。—155— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究续表右岸河床洞高埋深帷埋深水孔数洞数洞高（!）承压水顶帷（!）（!）幕（!）幕力——————一般板深（!）深一般一般深其他一般其他坡遇洞率岩溶率——————度——————度———︵降（"）（"）最高水头（!）!最高最深（!）最深︶#$%&%#&(#()"**#$%/&/(#&/#’$(**(##-$*+--#&,-+管道水，悬挂帷幕，+#长.(+#!两端接页岩#$(&%#&(#(/#%$#)(#$)"##+#基坑左侧总计-#&01/*暗穿3%#为主，泉水)*+$+"*)*.#$%(#/(##河，长2%-%!*$--&4+)个，总水———量(%#56!78#$)(*#/#一河床有+#!)$*"横包括水位排(’(#$%*+!"厚页岸，左侧(#"纵以上的溶洞，/$-#$()一几乎为3’所%$+’(##($%/"数排)#错断#$%谷宽/##!，(()+4/#$(*#&+#全充填的溶洞4$+($’+&%$%/(-)约’)"，%+!以下为中更新世河床覆盖层千分(’#*/’#$%%-%(&厚/&((!，冰之几)%%#&%+$+($4--$%*+-后期充（半）填的占’4"右河弯渗(&/*#&%###$()9漏区长%*$)*+(%$+*/$*:!低于河铺水*/#!盖%$谷底喀斯特发育特点由表/;+、表/;/两表可知：（(）洞穴规模不大，一般高几厘米至%!。在%#个工程部位不完全统计的((/+个洞穴中，仅有(%个高度大于/!，占总数的(#$+"。（%）平原区洞穴埋深一般在河水面以下*#&+#!之内，两岸地下水坡降为千分之几。在峡谷区，两岸地下水坡降.("时，在河水面以下*#&+#!；两岸地下水坡降2/"&(#"时，在河水面以下’#&)#!。仅极少数受断层或远方排泄基准面影响而埋深于河水面%##!以下，如乌江渡左岸的0*’洞穴，位于河水面以下%%%!，高4$*/!；万家寨下游,:(*孔在低于河水位+(%$+!处发现高%*$)*!的洞穴。从各工程设置的防渗帷幕深度看，也基本防止了深部的喀斯特渗漏。（*）所发现的洞穴有-#"&’#"以上为全充填，*#&+#"以下为半充填或无充填。其—/)4— 第二篇水利水电工程地质构造研究物质组成，上部多为黏土、砂，下部为砂卵砾石等。（!）当河谷两岸地下水坡降"#$%时，河床钻孔在一定深度以下可出现承压水，但谷底则很少遇到洞穴，只见溶孔。（$）当岸边有暗河或喀斯特管道水时，岸坡地下水坡降在暗河影响范围地段则&$%，从暗河末端以后才逐渐抬升。相应河床以下喀斯特发育程度减弱，岸坡在一定范围则增强，如隔河岩钻孔线喀斯特率，河床为’()*%，两岸为#(#$%+)(,*%，又如乌江渡钻孔遇洞率，河床*-个孔总进尺*./)0，遇小洞*个，遇洞率为’(’’’#%；右岸为)($#%；左岸受1)’与2#-断层影响，发现*,个溶洞，埋深最大的为3*,。（.）在排泄型与悬托型河谷喀斯特洞穴多，有的类似垂直渗流带洞穴，埋深也深，如万家寨、桃曲坡等工程所发现的洞穴。*(成因分析综上所述，谷底喀斯特的成因是复杂的，不宜用简单的“深喀斯特”或“深部喀斯特”去概括，按其形成的主要水动力条件可分为两类。（#）补给型水动力条件谷底的喀斯特，是通常水动力剖面中的水平流动带（饱水带）内发育的。水平流动带分为上、下两带。上带又称倒虹吸循环带，由于河底是减压区，地下水在河底以承压性质自下而上向河床排泄。其厚度决定于喀斯特化程度，谷底喀斯特化程度低则厚，反之则薄。如铜仁天生桥、重安江石厂等地可溶岩厚度大，河床钻孔未发现洞穴，但均遇到承压水，水头高出河水面#/+),0。又如乌江渡陡倾灰岩横向谷左岸，打穿4)’断层出现承压水，水位上升!+#)0，在河床基坑开挖时出现!-个小泉水，多分布于左侧，总流量)567。受断层影响，使左岸形成的倒虹吸循环带深，喀斯特发育。倒虹吸循环带喀斯特发育条件是在地质构造上应有足够厚度的可溶岩分布，其垂向上不受非可溶岩阻隔；在没有断层存在时，受裂隙发育程度与张开宽度限制，在微裂隙张开宽度小于#’时，基本为不透水层，其深度在$’’0以下。而大多数河谷是在深#’’0!0时，张开度为!’，’+.’0时为$’+#$’，有利于倒虹吸循环带喀斯特的发育。如雅砻!0!0江磨房沟泉附近的#号孔，在孔深#)+!’0为节理密集带，溶隙发育，直径#+$80的溶孔呈单个或蜂窝状出现。孔深#’*+##$0、#-’+#/,0、)).+)*.0、)$,+),#0、*$’+*,’0五段见到一些直径’($+#’80的溶孔；孔深!)$0以下未见溶隙和溶孔。从水动力条件看，即补给区与排泄区的高差大，地下水坡度大，则虹吸循环带深。在地球化学环境上，主要是水的溶蚀能力。其次为地壳上升与下降幅度和稳定时间的长短。据少量洞穴充填物的年代测定资料：构皮滩#号孔在河水位以下#.$0处，高.0的溶洞黏土#!9年龄为)*’!.:$.’年，为晚更新世沉积物；猫跳河四级相当于"级阶地的3#-;)溶洞石钟乳采用铀系法测定为##($万年，应为晚更新世早期的产物，其下部洞穴则应为晚更新世晚期或早期；三江口在河水位以下)!0（高程*’0）的洞穴充填物为棕褐色、棕红色粘土及单一的石英砂岩砾石，所含孢粉除松属<=>?7外，成分复杂，为中更新世冰水期充填物。可见各谷底喀斯特洞穴与上部水平喀斯特洞穴或暗河也可能同期发育至今，地质年代至少为晚更新世或中更新世至今。（)）排泄型与悬托型水动力条件的谷底喀斯特，地下水是倾斜或垂直向下运动，至某深度后才转为水平运动和倒虹吸循环运动。因此，喀斯特洞穴有类似通常水动力剖面上—$/’— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究的垂直渗流带的裂隙状洞穴、落水洞、竖井，以及水平循环带与虹吸循环带的管道、洞穴等，如猫跳河四级水电站坝址与库首区最为典型。五、关于深部缓流带洞穴深部缓流带位于水平流动带之下。地下水流动方向主要受地质构造所决定，有承压性，不流入本地区排水道，而极缓慢地流向远处。该带喀斯特发育程度微弱，以溶孔和溶蚀裂隙为主。由于某些洞穴需经历漫长的地质年代才可能形成，如石油部门所发现的在深!!"#!$!%&，高程为’()*#’(+)!&，高",(#(+&的洞穴，有的突水井喷、漏浆、严重漏水，其成因有承压水洞穴、断裂带深部喀斯特洞穴、热液洞穴与埋藏深喀斯特洞穴等。深部缓流带形成的洞穴，绝大部分与工程的喀斯特渗漏无关，将它纳入“深喀斯特”中，是不利于工程勘察的。第三节喀斯特渗漏勘察及库坝址选择一、水库喀斯特渗漏判别标准经过多年的总结，我国水利水电工程地质勘察规范对水库喀斯特渗漏与否提出下列判别标准。有下列情况之一者，一般不存在水库向邻谷渗漏问题：（(）“邻谷的河水位（不是悬托型河流）高于水库设计蓄水位者”，如乌江，南、北盘江为当地最低排泄基准面，各支流均高于各梯级水库正常蓄水位，因此无向邻谷渗漏问题。（!）“水库周边有连续、稳定可靠的隔水层或相对隔水层阻隔，构造封闭条件良好”。如赤水河五马河口水电站，北盘江光照水电站在库首地区有厚数百米的页岩绵延("-&以上，下游虽分别有支流五马河与光照小河存在也不会出现渗漏。（.）“河间地块存在高于水库设计蓄水位的喀斯特地下水分水岭者（双层或多层水文地质结构的河间地块，各层的地下水分水岭均高于设计蓄水位）”。如东风水电站坝址上游支流三岔河罗圈岩河段与下游乌江的沙田河段，形成一个渗径长($,*-&的河间地块，有灰岩和白云岩贯穿分布。为论证渗漏问题，布置了两条勘探线，对勘探线上的钻孔水位进行长期观测，证明地下水分水岭高于设计蓄水位，故结论认为不漏，蓄水后检验此结论是正确的。有下列情况之一者，一般存在水库向邻谷下游渗漏问题：（(）“库水位高于邻谷河水位，河间地块无地下水分水岭，又无隔水层，或隔水层已被断裂破坏不起隔水作用”。（!）“库水位高于邻谷河水位，河间地块虽有喀斯特下水分水岭存在，但低于库水位，且设计蓄水位以下喀斯特发育，有通向库外的喀斯特通道”。如猫跳河二级水电站右岸的黄家山垭口，喀斯特地下水分水岭低于库水位!"&左右，有通向下游的枇杷洞管道存在，—*$(— 第二篇水利水电工程地质构造研究蓄水后出现渗漏，漏水量估计为!"#$%&’以上。经处理后才不漏。（%）“库区蓄水前即有明显的漏失现象：河流上下游的流量出现反常现象，河水补给地下水，两岸或一岸有地下水洼槽，存在贯通上下游的纵向喀斯特通道”。如水槽子水库有())$长的一段石炭、二叠系灰岩、白云岩，地下水位在河床以下!))*%$，河水补给地下水，原河床漏水量)*+$%&’，系穿过一向斜，从距水库#*+"%,$，高程低-)"!+)$的盆地排出。因此，蓄水后水库向该盆地漏水!*($%&’。喀斯特区的坝址，在没有封闭条件良好的隔水层时，一般都存在坝基渗漏问题，有下面情况之一者，将存在较严重的坝基或绕坝渗漏问题：（!）“河水补给地下水，河床或两岸存在纵向地下径流或有纵向地下水洼槽者”。如猫跳河四级水电站坝址区蓄水后即漏水，漏水量初期为#)$%&’，目前为!.$%&’，为此有一台!+/0的发电机不能发电。（#）“坝区顺河向的断裂、层面裂隙或埋藏古河道发育，并有与之相应的喀斯特系统者”。如拉浪、温峡口、南川等水库漏水严重，只得降低水位运行。总之，对有无喀斯特渗漏，首先应从地形地貌条件上分析有无低于库水位的邻谷或河弯；而后是有无可靠的隔水层或相对隔水层连续封闭阻隔；如果没有隔水层，就要看地下水位高低，地下水位高于库水位则不漏；反之，则取决于喀斯特化程度，如果没有管道存在，或管道未贯通上、下游也不致有严重渗漏，如猫跳河六级水电站库首右岸与隔河岩水电站罗家坳河间地块就没有发生喀斯特渗漏；如果喀斯特发育就会出现渗漏，如猫跳河二级水电站右岸黄家山垭口等。二、勘察研究方法（一）勘察要点喀斯特渗漏勘察要求，在规程、规范中均有明确规定，根据喀斯特基本理论与各工程经验综合如下。!*地形地貌调查与研究主要内容为：（!）调查有无低邻谷，是否为河弯地形，有无单薄分水岭、低垭口和坝址是否位于地貌裂点。（#）调查剥夷面和阶地的发育情况，研究区域地貌及河谷发育史。（%）研究测区水文网演变历史。目的是判断有无喀斯特渗漏的条件和研究可溶岩岩体中各高程喀斯特发育状况。如东风水电站库首右岸为一河弯地形，有1层溶洞，两大暗河系统背向发育。为了研究它们的生成关系，专门调查与研究了区域地貌、河谷发育史和水文网变迁问题，从而把握该区喀斯特洞穴分布的时、空规律（详见后文）。又如猫跳河四级为得到#-$的天然落差。将大坝建在天然堆石坝上。建坝河段为排泄型河谷，喀斯特发育，建坝前即存在河水补给地下水问题，建坝蓄水后水库漏水，补给地下水的水量增大。#*地层岩性和地质构造的调查研究（!）调查研究碳酸盐岩的可溶性及其厚度的目的是力求从厚度较大的碳酸盐岩中找—+-#— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究出可溶性较低，喀斯特化程度差，可作为防渗依托的层位。如隔河岩坝址左岸从厚!""余米的上峰尖组（!!）中找到厚#"$%"&的泥灰岩、页状灰岩、白云岩、砂质白云岩、灰岩互!层的相对隔水层加以利用，从而节省了防渗工程量。（!）隔水层的厚度、连续性及封闭情况。（’）可溶岩与隔水层是否被断层错断，特别应注意有无构造切口。如洪家渡右岸的白虎山构造切口，构皮滩左岸的箐口断层构造切口，均进行了不少勘探工作论证渗漏问题；东风库首右岸受(断层影响，使上盘的*灰岩和下盘的+!灰岩接触，为鱼洞暗河从+!))&),),灰岩向*)&灰岩延伸奠定了构造基础，成为渗漏途径；乌江渡水电站原设计帷幕下接三叠系下部的沙堡湾页岩，后发现页岩被隐伏的()-#缓倾角断层在深部错断，使库内的长兴灰岩与下游的玉龙山灰岩相接，形成渗漏切口，改为将帷幕接头延至乐平煤系。大量勘测与灌浆资料证明：在断层带上多少都有溶蚀甚至形成洞穴，因此，对断层均应注意深入研究其对渗漏影响。（-）构造裂隙组的力学性质、产状、宽度、长度、间距和裂隙网络的连通程度的研究是判断地下水形成汇水型还是分散型水动力场的基础，从而可预测洞穴发育的部位与方向。’.水文地质条件调查研究重点是查明喀斯特水的补给、径流与排泄条件；河谷喀斯特水动力类型；是否存在地下水分水岭和地下水洼槽，并研究其形成原因。分水岭部位由于补给源少，可能地下水位低，但若喀斯特化程度低，蓄水后也不会漏水，如隔河岩的罗家坳分水岭，大化水电站的亮山分水岭等。有地下水洼槽也不一定都漏水，关键还是喀斯特化的程度，如猫跳河六级水电站右岸河弯有地下水洼槽，但并没有出现漏水。从水利水电工程的实际出发，根据河水与地下水的补排关系，一般河谷喀斯特水动力类型可划分为：（)）补给型：河谷两岸有地下水分水岭，地下水补给河水。如乌江、清江、北盘江、南盘江、澧水等的各梯级。（!）补排型：河谷一侧有地下水分水岭，地下水补给河水；另一侧无地下水分水岭，河水补给地下水，向下游或邻谷排泄。如黄河万家寨河段、云南绿水河坝址、猫跳河六级库首等。（’）补排交替型：洪水期地下水补给河水，枯水期河水从一侧或两侧补给地下水，如篆长河高桥河段、山东淄河大口头河段等。（-）排泄型：河水从河床向外和下游排泄，两岸有低邻谷或纵向强径流带。如怒江明子山水库、猫跳河四级水电站等。（/）悬托型：河床表层透水性弱，基岩喀斯特发育透水性强，地下水深埋于河床之下，与河水无直接联系。如桃曲坡、羊毛湾等。-.喀斯特化程度调查研究重点是查明是否存在贯穿性和规模较大的洞穴或管道。勘测方法很多，较为有效的是洞穴实测与连通试验。洞穴实测应以代表性的洞穴为重点，甚至要反复调查，如东风库首右岸对总长%0’-&的)#个溶洞，有的反复调查过多次。连通试验也要在有代表性的洞—/%’— 第二篇水利水电工程地质构造研究穴管道中进行，有时一次试验就可以排除可疑的渗漏问题。贵州清水河大花水电站右岸详测了一个溶洞，其底部有一股水，按最后一段流向是通向坝址下游的，曾怀疑有河弯喀斯特渗漏。后组织人员再入洞内投染色剂，经观测是从上游河边流出，这样就排除了这一疑虑。至于其他手段，将在后面列举。!"河谷喀斯特水文地质结构类型的划分表!#$河谷喀斯特水文地质结构类型简表类型亚型喀斯特水文地质特征防渗处理条件代号实例隔水层倾角()*+，倾上游或下隔河岩、"缓游，喀斯特发育受层面控制，两可设全帷幕，两岸帷幕可能较长!%,猫跳河倾岸与层面喀斯特较发育二级隔水层从坝上游倾下游或从坝%下游倾上游，可设全帷幕，倾角"隔水层倾角)*+-$*+之间，当可横#太陡时为悬帷幕；隔水层在坝下构皮滩、向中溶岩层厚度大，距隔水层愈远!%.谷倾游倾下游或在坝上游倾上游，两光照者，喀斯特发育愈为基控型岸帷幕有御接点，河床多为悬挂帷幕!"有隔$隔水层倾角/$*+，岩溶发育基本两岸帷幕有卸接点，河床常为悬乌江渡、水陡!%)倾为基控型，多顺层和向深部发育挂帷幕，帷幕可能较深思林层两岸帷幕有卸接点、平面为自由隔水层走向与河流流向夹角)*+式。隔水层与河流夹角愈小，则&"-$*+，倾角愈陡，一岸易为基控一岸帷幕愈短，另一岸则愈长。青铜峡、斜!&向型，倾角愈缓，则两岸均为层控倾角缓可作全帷幕，倾角愈陡，引子渡谷型多为悬帷幕。夹角愈大，愈类似横向谷’"一岸岩溶发育为基控型；另一岸一岸可为全帷幕；另一岸及河床纵!’白石窑向隔水层随倾角变缓而为层控型为悬帷幕谷观音阁%"断层贯穿库内外，构造切口处岩0,、0)、01*隔构造切口岩溶发育。但地下水水溶发育，地下水位低于库水位者%断层，东层位有高有低错需处理风02断断层等—!43— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究类型亚型喀斯特水文地质特征防渗处理条件代号实例!!鲁布革、无可形成完整水动力剖面。岩溶为悬挂幕，主要拦截地下水低水!猫跳河隔发育程度由岩石可溶性等决定位带与岩溶发育带水六级层注："!基控型为岩溶发育受排水基准面控制；层控型为受隔水层控制。#!自由式指帷幕一岸接向上游，另一岸接向下游，似游泳的自由式。河谷喀斯特水文地质结构系指可溶岩、非可溶岩（隔水层或相对隔水层）与河流空间组合的关系。它取决于可溶岩的层组关系和岩层的产状。为判断坝址和库首地段喀斯特渗漏问题及其防渗处理条件，主要依据隔水层（或相对隔水层）的有无以及岩层产状和河谷的关系，进行河谷喀斯特水文地质结构类型的分类（见表$%&）。（二）主要方法及手段"!地下水位线以上的喀斯特洞穴勘察（"）典型洞穴详查。"）确定详查洞穴：在分析地区喀斯特发育规律的同时，可选择规模大的有代表性的溶洞或落水洞进行详查与详测。如为研究水文地质条件，则对补、径、排地区的代表洞穴均应进行调查，以分别掌握各区喀斯特发育特征。当为了论证在河谷发育的某一阶段，在分水岭地区地表水是否潜入地下形成伏流的问题，则可对经过分析后有怀疑的那些溶洞进行调查。对河间地块的喀斯特渗漏问题，可选择那些仍在消水的落水洞及其相邻的落水洞进行调查，如发现可靠的远高于库水位的水位，可以判断不存在水库渗漏问题；若落水洞很浅，则可判断深部可能喀斯特化程度很低。对于可疑的渗漏地段与建筑物区，需对所有洞穴进行调查甚至反复调查，必要时还可在洞内爆破开挖进行追索。#）洞穴形态的调查：洞穴形态特征除了与岩性、构造有关以外，还与洞穴形成的水动力条件（主要分渗流条件、水面条件与潜流条件三类）有关。从洞穴形态分析形成的主要水动力条件，进而还可判断洞穴的规模，特别是洞穴的贯通性。例如，渗流带洞穴是由渗流水的溶蚀、侵蚀作用造成的，其形态特征是：通道简单、单一，常沿节理竖向或斜向发育，横断面高而狭窄，纵断面坡降大，多由连续的竖井通道所组成，有一定方向性，没有反向坡等。水面条件是处于地下水位附近的一种水动力条件，洞穴为溶蚀和侵蚀形成，以暗河和伏流洞穴为代表，其形态特征是：洞穴规模大，主、支流形态分明，大小相差较大，主洞穴洞道单一，断面形状大小变化不大，洞道有明显的单一倾斜方向，一般也较平直，纵坡降"’(#’左右，在紊流与水流流速较快的条件下，溶蚀侵蚀微形态如指向流痕（流痕、贝窝）特别发育。受地下水位季节性变化影响，出口洞段表现出双层、多层洞道甚至指状分叉。穆尔（)**+,）（"-&.）给出流痕长度与水流流速关系图，如图$%$所示，计算喀斯特管道的漏水量，需要收集与应用这些资料。潜流条件是在全充水条件下洞穴的形成以溶蚀为主，洞穴的平面形态常是交织的网状，洞道错综复杂，横断面多表现为圆形或椭圆形。纵断面上有上升与下降通道交替出现，有环状或袋状通道，微形态中可见混合溶蚀成因的天筒、石钟、窝穴等形态。—$-$— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"!流痕长度与水流流速关系图据穆尔（#$$%&）（’()*+,-+./0）图!"1流速与侵蚀、搬运、沉积的关系图（据2345)%60）-）洞穴沉积物调查：洞穴堆积物除反映气候、洞穴形成年代以外，更反映其补给来源和规模。如外源补给系指异地搬来的沉积物，其岩性成分复杂；内源补给的，成分简单，为洞穴围岩相同的岩性。对冲积形成的洞穴沉积物作粒度分析，可粗略地确定沉积时水流的流速，并可判断古水文与补给条件，甚至借以确定计算喀斯特管道漏水时的流速。从图!"1可得到粒径与侵蚀、搬运、沉积三种作用关系。（7）水文网法。水文网法是研究地质历史中地表、地下水系的演变与喀斯特发育关系和分布规律的方法。其工作的要点为：’）准备工作：通常水文网的调查是与喀斯特水文地质调查同时进行的。在收集已有的资料以后，尚需仔细的阅读和研究。如从航片、地形图上了解工作区有哪些高程的山顶、平台、洼地、阶地；有无地表水系，其分水岭位置，水系的去向，有无形成盲谷与伏流，伏流出口位置，均需作出分析判断，以便在外业工作中予以查明。如果没有地表水系，也应—!81— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究分析洼地的排列方向与高程，判断是否存在地下暗河等。!）外业工作：在地层、构造调查基础上，对喀斯特区地貌及其发育历史的调查与研究着重于剥夷面、阶地的观察和收集地形地貌特征数据和堆积物的有关资料，了解工作区的新构造运动特征与鉴定地貌发育历史；水文网的调查需核实地表、地下水系的补给面积，地表水潜入地下的高程与时期（多指相对的）。地表水未潜入地下前明流时期的去向，可据判译资料与当地居民提供的线索进行调查。如对着盲谷口的条形洼地或高于洼地但逐渐向干流降低的平台，需注意是否有大量的卵砾石分布；以分析古河道遗迹；地表、地下水系的流量与排泄点高程需进行测定，以判断哪一个是较大的水系和较强的排泄基准面；水化学测定与水温观测也可帮助判断地表、地下水的补给来源和循环条件。"）内业工作：主要是作两种图件。#$喀斯特、地貌发育关系对比剖面图如图%&’所示，在地貌形态方面重点突出剥夷面与阶地面，可绘制典型的地貌剖面，如图%&’（#）；也可将不同时期的剥夷面和阶地面按高程表示，如图%&’（(）。喀斯特形态用不同符号表示，其分布高程应准确，水平位置可按地貌单元或距河道距离决定，也可以示意性表示。($水文网演化与喀斯特发育关系图（简称演化图）。此图是地层岩性、地质构造、地貌、喀斯特与水文网等资料综合分析后，最精炼最集中的反映，是喀斯特发育历史与规律的重演。演化图的种类有单一剖面的或是平、剖面共同组合的。演化幕次的确定，应抓住地貌、水文网突变时期喀斯特发育的特征，分成几个幕次表示。各幕次需绘制的内容包括分水岭界线、主河道及支流的遗迹———砂卵砾石、起作用的隔水层、有影响的构造断裂、该期发育的喀斯特洞穴与补给水源、流向等。以乌江东风水电站库首右岸为例，该区喀斯特发育，种类繁多，规模大，如落水洞最深的有)*+,，溶洞最长的!-"$*.,以上，其分布与剥夷面、阶地的对比关系如图%&’（(）所示。各溶洞的关系经喀斯特水文网的分析如图%&/（见插页）。本区喀斯特形成于乌江期，对应于河谷阶地的发育，可分为四个阶段。乌江期第一亚期，为乌江从高程)!!+,开始下切至))%+-))’+,时期。此期发育了（!*）级阶地。由于河谷浅切，大洞口、老虎洞与马鞍山三沟均能适应干流的下切，以明流形式注入乌江。因此，从大洞口的北东垭口至河谷岸坡一线，在高程)!!+-))%+,上见大量的多种成分的卵砾石分布［见图%&/（#）］。此期，玉龙山灰岩深埋于九级滩页岩之下，尚未形成石膏洞。乌江期第二亚期，乌江从高程))%+-))’+,下切至)+%+-))++,，发育了（!"）级阶地。因河谷累计切深!++余米，迫使大洞口沟、老虎沟沟水潜入地下，并发育了与!"级阶地对应的水平长度分别为’!%,和)/+,，比降分别为)/$*0与)1$’0的似水平段。此二洞段均指向石膏洞。此期，九级滩页岩被河谷切割，玉龙山灰岩出露［见图%&/（(）］，其地下水循北西西组裂隙活动，发育了长!.,多的石膏洞，洞底有异地砂卵砾石及后期生长的石膏。乌江期第三亚期，乌江从高程)+%+-))++,下切至2++-2%+,，并发育（!!）级阶地。与下切和阶地相对应，大洞口洞与老虎洞也向下发育深’%$’’,与)+!,的垂直通道，在高—%2’— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#喀斯特、地貌发育关系对比图（$）猫跳河狮子山河段；（%）乌江东风水库右岸&—喀斯特洼地；’—落水洞；(—水平溶洞$；倾斜溶洞%；)—裂隙性溶洞；!—详测溶洞；*—钻孔发现的溶洞及孔号；#—有水喀斯特管道；+—喀斯特洼地第四系黏土；,—崩积坡积黏土、块石、碎石；&-—夷平面、阶地面编号及高程（!—大娄山期，"—山盆期，#—乌江期，&、’、(、)为亚期）—!,+— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究程!"#$与!%&$又发育水平的长#%$与’&%$的廊道。石膏洞一带，沙堡湾页岩分布高程在!’($以上，喀斯特向深部发育受到限制，大洞口洞、老虎洞的水为适应较低的基准面，发育了无名洞［见图%)*（+）］，洞长’,!-$以上，洞口高程**!,&$，.点高程!(*,/’$，比降’0，顶成拱形，显示初期为浅潜流条件形成。此外，还有双山落水洞与部分马鞍山沟水通过坝二洞补给发育了应为无名洞的北东岔［1］和南东岔洞［2］，两岔汇合延伸至［+］点，该点高程!’($。［+］、［.］两点在此期尚未沟通。马鞍山沟仍以明流为主，所以在高程’(%(3!&%$的条形洼地或垭口上见大量卵砾石分布。乌江期第四期，乌江从高程!((3!%($下切至*%(3*"($，并发育了（!’）级阶地。无名洞水流为适应更低的排泄基准面，发育了高程逐渐降低和向下游迁移的虾洞与鱼洞［见图%)*（.）］。由于鱼洞继承无名洞发育，因此很容易沟通无名洞末端的两个岔洞。在［+］点两侧突出地表现出不同时期发育的洞穴特征：［+］点以东溶洞断面与无名洞各段相似，面积为!$4"$，比降为(,*/0；以西则与鱼洞相似，面积为%$4/$，比降为/,50。此期，马鞍山沟水从坝二洞等落水洞补给鱼洞北东岔与南东岔，因此，洞底有大量异地砂卵石堆积。稍后，乌江又下切，并发育了高程*/%3*5($的漫滩阶地。在凉风洞一带永宁镇组、玉龙山段和茅口灰岩的统一含水层被剥露，成为较低排泄基准面，于是马鞍山沟沟水从坝二洞节节后退并转向下游排泄而发育了基本全充水的凉风洞暗河。由于鱼洞北东岔失去补给因此原沉积的砂卵砾石又被后期黏土所覆盖。（/）洼地分析法。利用喀斯特洼地、喀斯特洞穴和地下水系的相关关系寻找地下喀斯特洞穴和暗河的方法，称为喀斯特洼地分析法，由宋林华提出。此法适合于没有地表水系与盲谷的地区。一般情况下多个串联的洼地底部有喀斯特洞穴或暗河发育，可在地形图上绘出洼地底部等高线，6字形等高线敞开的方向，一般是地下水的排泄方向。多条6字形脊线的连线通常就是地下水系流经的路线。据此原理，首先在室内作图，然后进行野外查证，通过漏斗、落水洞、典型溶洞、暗河天窗、泉水的调查，经综合分析，可以发现地下洞穴系统和正在发育的暗河。如广西应用此法确定地苏暗河系统是很成功的例子。（5）物探、钻探与洞探的应用。对可能存在喀斯特渗漏的地区，一般先进行喀斯特水文地质测绘和洞穴详查。论据尚不足时，再进行物探、钻探与洞探，以查明喀斯特水文地质条件，主要是喀斯特化程度，有无隐藏的大洞穴和地下水位的高程。勘探工程的应用一般有以下几个方面：’）重点地区的勘察：如分水岭地段、构造切口地带，常布置勘探网或勘探线，并利用可行的物探进行面上的综合勘察。一般先用物探发现异常，然后钻孔检验，再作各种钻孔间穿透扩大控制范围。总之，是灵活运用多种手段查明喀斯特化程度。如洪家渡水电站的白虎山构造切口是用钻孔与孔间电磁波穿透查明喀斯特发育情况。&）溶洞的追索：喀斯特洞穴的调查中，对其延伸长度要尽可能查明，必要时利用洞探开挖揭露那些可疑的地段，如出风口、水流痕迹（沙卵砾石、冲刷面）的部位。有条件的还可再作物探、钻探。猫跳河四级库首左岸的7’*溶洞的勘察是既有经验也有教训的。如图%)!所示：该洞穴是&(世纪"(年代勘察的，第一次只发现第一个899向的通道，长&($。第二次进去发现一处有砂卵砾石堆积，用地质锤刨开后可匍匐前进，发现了两条长分别为/(、%($的平行洞穴，认为溶洞已经终止。第三次，来该地实习的学生又发现了风—%!!— 第二篇水利水电工程地质构造研究口，用平洞揭露后，发现总长!"#$以上的两层洞穴，在底部的圆形大厅有泥沙堆积，东南侧在雨季积水。也曾挖掘与爆破几次，未发现延伸迹象而终止勘察。待到施工期，从一灌浆孔中冒出了很大的一股风，打一竖井下去，才发现了比勘测期找到的大十几倍的复杂洞穴系统隐藏在岩体中。此系统与勘测期找到的洞穴平距仅!"$。因此，将前者编号%!&’!，后者为%!&’(。若当时用地震勘探、地质雷达和电磁波穿透手段则可以发现异常，再采用洞探是可将其揭露的。这样，也就会改变开发方式，而不致发生严重的喀斯特渗漏。)）溶洞的定位：东风水电站库首右岸的鱼洞暗河系统只能用经纬仪作单导线测量，其误差无法消除。以洞口为圆心，磁偏角*+及&+时溶洞的,#点可位于,!点与,(点，两点位置相差(##余米，如图"!#所示。这样就给防渗处理造成了困难。由于溶洞直径一般为"$，为埋深(##$的!-.#，用一般的物探方法难以定位。于是采用地表设/、0坐标网多点接收，洞内爆破的地震勘探才将其空间位置基本确定。后经长(1#$的斜勘探洞将它找到，为洞穴封堵奠定了基础。图"’2%!&溶洞探察情况图（据黄汉钧等）!—探查地点及风口；(—黏土、钙华；)—块石；.—砂卵砾石；"—洞内落水洞；*—外源水进入点；1—洞内流向；&—支洞或下层洞穴.）帷幕线上洞穴的探查：帷幕线上的溶洞或暗河必须事先查明和定位，例如东风水电站帷幕上的鱼洞南东岔与北东岔的勘察，耗费了很大精力。然而，还有一些规模较小，处于深部或廊道之间，人员无法进入没有勘测到的洞穴，有的有黏土类充填物，有的在地下水位以下，它们的存在极大地影响了灌浆工作，因此要在灌浆前先处理这些溶洞，变管道性介质为裂隙性介质，才有利于灌浆和帷幕的尽快形成。为此，在灌浆廊道打完之后，应利用物探手段作进一步勘察。可使用的方法有地震、微伽重力、地质雷达扫瞄和电磁波穿透等，但前几种方法受多种因素影响，或探测深度有限，或进度较慢，或精度差而少用。因此，多用灌浆先导孔作孔间电磁波透视。先导孔间距应小于仪器可探测距离，视介质的均质性，一般为.#3"#$。图"’!!为东风水电站大坝左岸部分电磁波穿透的层析成像处理的结果。该穿透使用的工作频率为!*456。据"#多个剖面资料，有关岩体的电磁波吸—*##— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究图!"#$鱼洞的定位勘探略图#—地震勘探网点；%—洞内爆破激发点；&—勘探斜洞；’—磁偏角为()与*)时，单导线测量确定的+$点位置+#与+%点；!—防渗帷幕线收系数如表!",。表!",东风部分岩体吸收系数岩体类别视电阻率（!·-）吸收系数（./0-）备注石灰岩类12#$$$$3%4$3’泥页岩类12#$$$3(4#3#地下水位线以上泥页岩类12#$#3$4#3(地下水位线以下断层破碎带12#$$3’4$3(溶洞及溶蚀带12#$412#$$$3’4#3(透水裂隙带$3,412#$$3&4$3!由穿透结果与地质结构和灌注水泥量对比，可知："在5#"%与5%灰岩区吸收系数为$3%4#6-#6$3(./0-，其中在桩号$7&$!-4$7&%$-，高程*%!4*$$-处有一区吸收系数为$3(4#3$./0-，相应有较多孔段水泥单位注入量为!$$4#$$$890-或大于#$$$890-，为溶蚀裂隙较多和部分形成密集带所致；#在:#;1<层和=’与:%、:&断层交汇带附近吸收系数为$3(4#3$./0-，钻孔遇黏土充填洞穴和坍孔，水泥单位注入量为!$$4#$$$890-，大于&页岩区，吸收系数大于#./0-，透水性低，仅局部受断层#$$$890-的孔段也较多；$在5#6挤压破碎影响出现了三段水泥单位注入量为!$$4#$$$890-和一段大于#$$$890-。可见，对岩体的电磁波吸收系数的解释，不但可以发现溶洞、寻找溶隙带，还可以根据吸收系数与单位注入量的相关关系去指导灌浆。%3地下水位以下的喀斯特洞穴勘察地下水位以下的喀斯特洞穴的勘察，除了使用前述的方法之外，还可更多地从地下水所反映的喀斯特洞穴存在的各种信息中去发现与寻找它们。（#）示踪试验。以查明喀斯特洞穴、管道水的去向、连通情况为主的地下水示踪试验即连通试验，在喀斯特水文地质勘察中广泛使用。试验方法很多，有以染料、离子、微粒、—($#— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"##东风左岸部分帷幕区电磁波吸收系数与地质结构及单位注入量关系图#—永宁镇组灰岩；$—泥质条带灰岩；%—九级滩页岩；&—玉龙山灰岩；!—地层界线；’—正断层及编号；(—逆断层及编号；)—吸收系数小于*+$,-./；0—吸收系数*+$1*+’,-./；#*—吸收系数*+’1#+*,/./；##—吸收系数大于#+*,-./；#$—水泥单位注入量!**1#***23./；#%—水泥单位注入量大于#***23./放射性，人工合成物为示踪剂的示踪法、注（放）水和染料的脉冲法与定时炸弹等。使用较多的是以荧光素、酸性大红、龙胆紫等为染色的示踪法，其优点是检测简便和经济。现将示踪法在喀斯特渗漏勘察中用于不同目的和取得的效果简述如下：#）查明地表水、地下水的去向：东风水电站库首右岸的大洞口沟、老虎洞沟经连通试验证实均从坝址上游的鱼洞暗河口流出，马鞍山沟则从下游下层凉风洞暗河流出。大花水水电站右岸的4%#溶洞底部有一股水，其尾段流向对着下游，而经连通试验证实从上游河边流出。$）查明喀斯特水与洞穴间的关系：猫跳河四级库首左岸喀斯特发育，河水补给地下水，有人认为右岸不发育，应为地下水补给河水。后在右岸的新$#号孔中，在低于河水位#&!/处发现了一个高$+&#/的溶洞，通过投染色剂绕库底从左岸下游花鱼洞（4##）暗河流出，由此取得共识，认为坝址以上#+$2/的库段左、右岸与库底底部都存在漏水问题。又如，东风水电站库首右岸的新$!号孔在孔深#$*/处遇到了一个高$/的溶洞。为查明其究竟属于鱼洞暗河系统还是凉风洞暗河系统，第一次用酸性大红液注入孔内，在两暗河口进行观测，未发现染色，而在鱼洞下游的5%&小喀斯特裂隙泉偶然发现了染色。于是重新用%23荧光素作第二次试验，历时#*%+!6，证实是从5%&泉流出，其连通距离为$&(!/。这样才认识到随着排泄基面的下降，鱼洞暗河系统已经又发育了新的喀斯特管道。%）判断喀斯特洞穴规模及形态：据排泄（接收）点流量和示踪剂浓度的历时曲线，可判断地下管道的形态，杨立铮等据此划分出四种地下管道水流形态可供参考：7+单一管道型：为典型的单峰曲线，如图!"#$（7）所示的仁怀县东门河水库的标水岩暗河示踪曲线。-+单管道有水池型：峰值的下降支为缓慢下降或呈台阶状下降，历时很长。—’*$— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究!"多管道型：多峰对应多管道，又分为连续型和离散型两亚类，前者呈峰峰衔接不断，往往第一峰的下降支与第二峰的上升支迭加，使后峰高于前峰；后者呈峰谷相间脉冲状，相互离立，表明各管道长度相差很大，如图#$%&（’）所示的贵州观音洞暗河示踪曲线。图#$%&喀斯特管道水示踪曲线（据张祯武等）（(）仁怀标水岩暗河；（’）贵州观音洞暗河)"多管道有水池型：多峰，峰的下降支呈波状起伏下降或呈台阶状下降。阿特金森（*+,-./0.，1"2"）于%344年提出测定管道系统体积方法不需要示踪剂，只需连续测定泉水的硬度。峰值流量没有来临时，泉的硬度是稳定的，当峰值流量达到泉口时水硬度值下降，曲线中流量的峰值对应着硬度的波谷，而流量上升点与硬度下降点之间的时段流出的水量总和，即为地下管道体积，如图#$%5所示。6）确定地下水分水岭：此类例甚多。清江半峡坝址的柳山河间地块、三岔河引子渡水电站库首右岸的河间地块、东风左岸大龙洞与桥头暗河的河弯地带等，均由连通试验确定了地下水分水岭的存在和大概的位置。#）评价喀斯特发育程度：由连通试验得到的实际流速转变为比流速后就可以判断不同地区的管道，以及同一地区的不同管道与同一管道的不同段的发育程度即畅通情况。如猫跳河四级库首地区作了&7多次连通试验，就发现从库岸的89%#!新%3孔!防渗线6%、65、6#、6:孔!9%;竖井"9%%一线各段的比流速最大，为7"776%<=（/·<）>7"77;4<=（/·<），乃主要通道控制的集中径流中心。该中心的65孔!9%%段的比流速又最大，为7"773;<=（/·<）系接近排泄区管道较发育的反映。而新&%孔!9%%的比流速为7"77&6<=（/·<），显然不甚畅通。又经统计，在防渗线上的%&个钻孔所遇到的5%个溶洞的比流速随充填情况的不同而变化：充填黏土的比流速为7"77%7<=（/·<），砂砾石的为7"77##<=（/·<），无充填的为7"7%75<=（/·<）。（&）水均衡研究。地下水均衡研究是研究某地区在某一时段内地下水水量收入与支出之间的数量关系。均衡时段可以是若干年、一年或一个月。喀斯特渗漏研究采用此方法的主要目的与效果有：—475— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$阿特金森（%&’()*+)，,-.）等人的推断管道体积原理图#—水硬度变化曲线；/—流量变化曲线（硬度下降的负峰值与流量上升的正峰值对应）；0—流量开始上升点；1—硬度开始下降点；!—管道系统的体积（"#间的体积!2!10$%&）#）判断喀斯特管道的主次与多少：东风水电站的鱼洞暗河出口段喀斯特管道有多少的问题，是涉及堵进口防渗线路方案是否可取的条件之一，为此作了水均衡研究。该暗河出口在洪水期被乌江淹没，无法取得洪水期流量，一般流量为/345*，最枯时断流。近代的补给绝大部分为源于砂页岩煤系地层的两条溪沟，因此，在潜伏点与出口设堰测流即可研究水均衡情况。经#677年##月至#678年9月，:个月的流量计算表明：流入量的87;（#9-$645*）是从鱼洞暗河出口流出的，而仅有#$;（/-#!45*）从下层管道中漏失。该下层排泄点为后来的堵洞抬水试验所发现。/）评价喀斯特发育条件与确定地下水分水岭：清水江上游宣威水利枢纽右岸由上游支流摆泥小河与下游支流南皋小河构成一渗径长9’<的河间地块，其中有=/灰岩贯穿分#布，灰岩两侧各有几层非可溶岩决定了补给面积与汇水面积的边界。可溶岩组成的河间地块地形分水岭是偏向南皋小河。地下水补给来源于大气降水和向两条小河排泄，下游出露点为>#9喀斯特泉，上游为?9!暗河。经$个月的流量资料对比如表!"8。表!"8?9!暗河与>#9泉流量对比表比较项目流量（45*）不稳定补给汇水最大最小平均系数面积面积$$$<0@5$<()（’#9#39/#/$$7!/3-:$3-:$?9!!$!!/7#!$#7#37#-$!9-/?9!A>#9!-#9/-!/-/!9-:9/-9$/-3:/-#!:-8:由表!"8可知：?9!A>#9流量的最大倍数为9-:9B!-#9，原因是七月份雨量大，有从—:39— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究汇水面积来的地表水与地下水的大量补给。而通常情况下!"#暗河的流量则为$%"泉的&倍多。说明!"#暗河的补给面积应大于!%"泉。当以现今地形分水岭作为补给边界计算其补给面积时，!"#也正好为$%"的&倍多。因此，可以判定’&灰岩的地下水分水%岭应在地形分水岭附近，不可能是前期工作认为的是偏向摆泥小河。以后的勘探工作也证实该判定是正确的。(）计算喀斯特管道的流量：桂中喀斯特山区的地苏大暗河流域面积为%)#"*+&，出口平均流量：枯水期为",-(+(./，平水期为&),#+(./，洪水期受红水河淹没无法测定。经%0--年1%02&年的多年观测，均衡计算得到暗河多年平均排泄量为%),-33亿+(.年。与其他方法分析计算的结果差值不超过#4。"）评价渗漏量：以礼河水槽子水电站于%0#2年建成后不久水库即发生渗漏。为此，开展了地下水长期观测和水均衡研究。根据入库与出库流量之差计算渗漏量，同时对可疑的泉水进行观测。观测工作从%0#2年%%月至%03#年#月，历时-年。观测发现，龙潭沟泉水流量随库水升高而增大，但到设计蓄水位以后流量趋于稳定，且泉水流量随时间而减少。水库渗漏量与库水位也有类似的关系，原因是随着时间的推移，水库库底淤积，渗漏量逐渐减少。对%03(年冬至%03#年春两个枯水季节的水库渗漏量与泉水总流量对比如表#50。表#50水槽子水库渗漏量与泉水流量对比表+(./时段%03(,%%1%03",#%03",%%1%03#,#月份%%%&%&("#%%%&%&("#计算渗漏%,%"%,%"%,%#%,)3),222),3"#%,)&%,)-%,)-%,)2%,))),0%&),3"#),%""量泉水%,%%%,%%%,%&%,)0%,)#%,)%%,)-%,%%%,%%%,%&%,)2%,)(),0%-),-3(总量差值),)(),)(),)(5),)(5),%35),(35),)#5),)"5),)"5),)"5),)25),%%25),&-&5),3%0由表#50可知：水库漏水量与泉水总流量基本上是平衡的；该水库渗漏是通过深部喀斯特含水层与喀斯特不整合面向距离水库%&*+的蒙姑龙潭沟和距离库边(*+的那姑盆地排泄的。（(）地下水渗流场的研究。喀斯特管道水在地下水渗流网中是有反映的，如平面上枯季与通常情况下为凹槽，剖面上为低值等势线所封闭。我们应时刻研究各勘探孔分段的与终孑乙后的洪、枯水位的变化关系去捕获它们。为此，应反复编制剖面的和平面的渗流网图。开始可能很粗，但可指导勘探工作，随着钻孔的增多与检验，就可将喀斯特管道从粗略圈定位置到具体确定位置。剖面上如图#5%"的猫跳河四级窄巷口电站坝址渗流网；平面如图#5%3，普定水电站右岸地下水洼槽管道的确定都是有代表性的实例。—3)#— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$猫跳河四级窄巷口水电站坝址渗流网图#—地层界线及地层代号；%—正断层及编号；&—逆断层及编号；$—钻孔中心线；!—灌浆平洞及编号；’—作了部分防渗处理，库水位#()’*时的地下水位线；+—空库（河水位#(’(*）时的地下水位线；)—库水位#()’*时地下水位等势线；,—已初步完成的防渗帷幕界限—’(’— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究（!）水温与水化学场的研究。喀斯特水的水温与化学性质在渗流空间的变化是有一定规律的，除与大气层、地表水、通过介质的化学成份有关之外还与介质的透水性即喀斯特化程度有关。利用不同时期单点的与钻孔分层的测温、取水样进行化学分析，同位素（如氚）的测定，除可研究一般的水文地质条件，如补给来源、含水带划分、地下水分水岭位置的确定之外，还可为喀斯特渗漏勘察的下列问题进行专门研究。"）论证喀斯特化程度：在广西北山地区曾根据喀斯特管道水的矿化度和硫酸根离子含量旱季高，雨季低，而裂隙水则无此明显变化的特点，判断岩体透水特性和喀斯特化程度。又如东风水电站厂、坝区九级滩页岩（#$）底部的玉龙山（#&）灰岩与鱼洞暗河和凉风"%"%洞暗河所处灰岩为统一的喀斯特含水层，据’(&)和氚（*$）含量测定结果如表+)",。!表+)",东风水电站地表、地下水主要离子含量对比表取样点’(&)（-./0）*（$#1）与马鞍山沟水相对年龄!马鞍山沟水$+234$&325,新&2号孔"$63+4&+3",!324凉风洞暗河出口&,,34"23+4"&3,&大洞口沟水"+$35老虎洞沟水&"632鱼洞暗河出口463"5坝址河水!"3+5$&3"+河床7$孔&43!",&"由表+)",可知，厂、坝区#&灰岩河床7孔地下水的’(&含量仅为凉风洞与鱼洞暗"%$!河的"$32+89$!328，*$比马鞍山沟水和河水低&
以上，相对年龄比它们老&"年，可见厂、坝区深部的#&灰岩径流条件极差，交替迟缓，喀斯特化程度极低，所以勘察后认"%为右岸厂区防渗帷幕接#$页岩顶板，坝基因左侧受:断层切割要求有一排孔深入#&灰"%4"%岩一定深度即可。按此意见设置防渗帷幕以后，经蓄水检验此论证是完全正确的。&）圈定喀斯特管道位置：猫跳河四级水库出现漏水以后，为寻找帷幕线上的溶洞，对库水与"&个深孔进行了测温、分层取水样作简分析和氚测定，然后绘制温度、离子含量、矿化度、总硬度与氚含量等值线图，发现圈出的异常区与渗流圈定的强径流区吻合，也与勘探发现的透水性较大或遇洞穴的位置相同。如!$孔遇到了溶洞，其附近的水温线、氚含量、各离子含量等值线均围绕它形成封闭圈。乌江渡水电站左岸下游有;之间的相互关系，结合现今喀斯特水中上述离子含量的变化，以及喀斯特洞穴形成年代的—2,4— 第二篇水利水电工程地质构造研究研究，建立溶蚀量与喀斯特洞穴体积之间的关系再预测相邻地段喀斯特洞穴的体积。江垭水电站坝址区，运用此原理进行预测和开挖追索成功地揭露到!个体积分别为"#$!、%#$!和"##$!的隐伏洞穴。（&）堵洞抬水试验。通过堵洞抬高水头形成地下水库，造成喀斯特系统水文地质条件一系列的变化，经详细观测与分析，可判断并找到喀斯特洞穴的去向、位置与分支（包括被封堵洞穴的延伸管道，出口的分支，分水岭地区深部的喀斯特化程度等），即“以水找洞”。乌江彭水电站的彭水坝址，通过对’(")*’(!)喀斯特洞穴的封堵，利用汛期来水，使洞内水位比原来抬高!%+"$，比枯季河水位高&,$。经观测，发现在水头增加",$时，就冲开了被堵塞的喀斯特管道，库水经过-.孔附近，向坝址下游的("喀斯特系统渗漏。据多次同步观测各孔水位与勾绘的壅水后的等水位线图，找到了通向("的主通道位置和分支管道，如图&/)&所示。同时也发现，在地下水库水位为"&%$时，下游郁江邻谷岸边的’!#溶洞无漏水迹象，表明在该高程以下的河间地块无贯通性管道存在。为查明东风水电站鱼洞与凉风洞暗河的关系和鱼洞出口地段的分支洞穴，先对鱼洞进行封堵，在连续降雨量超过)%$$后，洞内水位升至%0"+&%$，比原水位升高")+&%$，比枯期河水位高!,+&%$。这样，其上层通道—虾洞出水，同时在堵体下游冲出了!个漏水口，其中!号漏水通道内还有一个消水洞，经连通试验是从虾洞下游河床边冒出。第二次对虾洞与各漏水口进行封堵，汛期某晚降雨!!+%$$，洞内水位上升达%%%+&%$，比原洞内水位高!0+&%$，比河水位高&#+&%$，又发现在虾洞上游的’!1溶洞漏水，约#+&$!"23。由此，可知鱼洞、虾洞出口地段喀斯特发育，分支较多。在该水位下，下游凉风洞暗河流量未发现增加，表明在两暗河的分水岭地带该高程以下无贯通性管道存在。这就为以后防渗线路的选择提供了有力的论据。三、喀斯特渗漏勘察的主要经验)+规划阶段应按河谷喀斯特水文地质结构类型进行分段工程实践经验表明，在喀斯特区河流（段）规划阶段的勘测工作中，应该首先做好河谷喀斯特水文地质结构类型为主的工程地质分段，以便使拟定的梯级坝址优先考虑布置在有隔水层的横向河谷段，或较好的斜向谷段。这样才可能从地质结构上保证不出现复杂的喀斯特渗漏问题，坝址也具有防渗处理的依托。乌江干流全长%##多公里，分布岩性大部分为灰岩、白云岩，次为多层砂页岩。经!#多年，多次大量勘测、水文、规划、科研工作，先后提出干流或河段水电站规划设计报告!#多份。最终报告于).%0年完成，并经审查通过。报告遵循了由面到点的反复深入调查、分析研究的过程，对全河流进行了河谷的喀斯特水文地质结构分段，从而从极少数的横向谷段与较好的斜向谷段选出了洪家渡、普定、引子渡、东风、乌江渡、索风营、思林、沙沱、彭水（长溪）、武隆（大溪口）)#个大、中型梯级，仅索风营梯级较差些。同时对重大梯级存在渗漏的可疑地段也进行了必要的勘察工作予以论证，排除了可疑地段或设计了处理措施后才确定梯级的开发，如东风、思林水电站库首右岸的渗漏问题等。"+库、坝址需注意的问题（)）地形条件上注意是否有低邻谷与河湾。前已述及，喀斯特渗漏的判别标准之一是—1#%— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究图!"#!彭水坝址$%&#’$%(#堵洞抬水试验示意图（据《水利水电岩溶工程地质》，并略删减）#—隔水层；&—岩层产状；(—断层；)—钻孔；!—盐温泉；*—喀斯特泉；+—溶洞及堵洞位置；,—地下管道中心及地下水流向；-—堵前地下水位线；#.—堵后地下水位线地形条件上有低邻谷与河湾，尤需注意无隔水层阻隔，又为可溶岩贯穿分布的地区。为此，有的通过喀斯特水文地质调查与测绘可以排除，有的则需进行必要的勘探、试验和地下水的长期观测才能论证，甚至要到蓄水观测后问题才得以明朗。如猫跳河一级水库有蚂蚁坟、水淹坝、燕墩坡(个低邻谷构成的单薄分水岭的渗漏问题，经过钻孔水位观测后，发现地下水位壅高而不漏；又如大化水电站的亮山分水岭经大量的地质勘探工作，并由((个钻孔及#-个落水洞、暗河天窗、泉水组成的观测网经蓄水前、后#(年的观测，发现地下水位壅高-/(,’#(/#+0，比库水位高(/!-’#(/.-0。这样，才排除古茶一大当暗河倒灌越过地下水分水岭，向距库岸##10远的春兴暗河地下低邻谷的渗漏。再如东风水电站，因论证库首右岸为河湾地带与特殊的喀斯特水文地质条件而可能存在喀斯特渗漏，使—*.-— 第二篇水利水电工程地质构造研究工程拖延近!"年才得以兴建；水槽子水电站在距库岸#$%&’(的地区有两个邻谷存在，成为水库渗漏的排泄点。因此，喀斯特区库、坝址的选择，需注意研究在较大范围及较小范围有无可能出现渗漏的地形条件———低邻谷及河湾。（!）不要盲目在急滩、裂点上选择坝址。一般常选择在落差集中的河段上游建坝，然后作引水式开发。而喀斯特区河流上出现的急滩、裂点是否能建坝，应首先查明其成因，才可加以利用。在灰岩与可靠的隔水层（砂页岩）组成的倾向上游的横向谷，且隔水层位于下游，因抗冲刷性能的差异而形成的裂点，可以建坝；但在岸坡或喀斯特天生桥崩塌或塌陷形成的天然堆石坝造成的急滩，则多不宜建坝。如前述的猫跳河四级水电站。在支流注入干流的河段，落差很大，是引水式开发的好地区。但应注意，往往在裂点以上一定距离的范围内，河谷为排泄型水动力类型，坝址应选择在距裂点有相当距离的补给型河段上，才不会出现渗漏。如猫跳河边的修文小水电站，就是这种成功布置的例子。（#）碳酸盐岩中的白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩往往喀斯特相对不发育。要注意研究和查明这些岩层喀斯特的发育程度，充分利用这些喀斯特不发育或弱喀斯特化岩层作为坝基或防渗依托层，可简化防渗问题，如鲁布革、西北口等工程。这也是喀斯特地区选坝的重要经验之一。（&）坝址虽存在隔水层，但应按规范要求注意查明隔水层的连续性。在地质测绘中应顺层追索至一定距离与高程。如构皮滩水电站左岸的箐口断层，切断了上坝址的隔水层，选择上坝址可能出现渗漏问题，为此专门进行了勘探。经查明由于坝址下游灰岩与巨厚层砂页岩、泥灰岩搭接，不存在渗漏问题，所以，下坝址被定为选定坝址。（)）要注意两岸有无过境水流潜入可溶岩体。喀斯特地层中地下水渗流集中的部位往往溶洞最发育，贯通性最长，易成为渗漏的通道。因此，在判断一个地区喀斯特的发育程度时，应注意两岸是否有过境水流的潜入这一重要标志。如猫跳河四级左岸的*%+溶洞的发育与下坝小河的早期潜入有关；东风水电站库首右岸的石膏洞、无名洞、鱼洞主要是大洞口沟、老虎洞沟的水潜入地下后形成的；凉风洞暗河则是马鞍山沟地表水潜入地下后的通道，成为喀斯特渗漏的途径。引子渡坝址左岸的引子渡暗河是左岸沙坝溪沟水潜入后形成，它的存在控制了枢纽布置的范围。沙沱水电站上坝址右岸的*,%暗河，为洋南井明流潜入地下&-+’(后的排泄口。该暗河的存在可能导致水库的渗漏，也影响了枢纽的布置。相反，在无集中水流潜入的地区，喀斯特发育程度则较低，如鲁布革、普定、光照、构皮滩等水电站的喀斯特渗漏问题要简单得多。所以，梯级的选择和枢纽的布置，不能只看坝址岸坡、谷坡地带的地形条件，更需将研究范围扩大到河谷下切以前的剥夷面（如山盆期、山原期、峰林期等）以上地区。由%.)""""地形图就可以研究地表水系的分布和是否有盲谷的存在。据此，可判断库、坝区的喀斯特发育程度与确定首先应调查的问题和部位，从而在拟定梯级，确定坝址时，有较大范围的基础资料为依据。因此，各梯级进行库首或可疑地段的喀斯特水文地质调查与测绘是十分必要的。（/）要注意两岸有无可靠的喀斯特泉水。两岸存在可靠的喀斯特泉水，表明河谷水动力类型为补给型，河床及两岸喀斯特化程度较低，不会出现大范围的喀斯特渗漏。反之，则可能反映为排泄型河谷水动力类型，预示着两岸或某一岸喀斯特化程度较高，如猫跳河四级水电站从坝址以上%，/’(的河段两岸均未见有可靠的喀斯特泉水存在，相反，在踩—/%"— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究水路左岸尚有一个!"#小落水洞。又如黄河万家寨水库左岸地下水丰富，泉群多，勘探证明左岸地下水补给河水，而右岸从龙王沟以下至榆树湾数十公里长的河岸未见可靠泉水，勘探发现右岸地下水位比河水位低$%&#’，为河水补给地下水动力类型。上述两水库及坝址均存在不同程度的喀斯特渗漏。（(）有低于库水位的地下水洼槽和地下水位也不一定都严重漏水。猫跳河六级库首右岸为一渗径)##’的河弯地带。原地下水位比上游低*’左右，比库水位低+#余米，形成一个向下游排泄的地下水洼槽，纵向水力坡降为#,*(-。蓄水后地下水位缓慢上升，历时约半年，仍比库水位低")’，仍呈现出一个向下游倾斜的地下水洼槽。蓄水初期，有一个多星期下游河床是干的。以后，也时有停机不发电的时候，在下游厂房一带，未见渗漏迹象。且观测孔地下水水质与蓄水前相差不多，矿化度为.##’/01，而库水为"$#’/01，二者相差甚远。又如普定水电站右岸距坝肩+$#’处，有一地下水洼槽，洼槽倾向厂房下游（见图.2*&）位置与3!+$#喀斯特管道相对应。蓄水后，在该管道附近的4/*孔水位，一直比库水位低约".’左右，并随着降雨量而变化。其附近地下水水质与库水不同，如管道水*))+年&月**日总矿化度为"$#,(5’/01，67"2为"),".’/01；库水相应为3!+$#5+#(,+)’/01和(.,&.’/01。因此，右岸防渗帷幕未延伸到该洼槽。经停机检修期间的观测，在下游的6*泉水流量没有发生变化，平常为*%"108，雨季可达5#108。另外，隔河岩水电站右岸的罗家坳地下水分水岭比库水位低.#%&#’，蓄水后也未发现渗漏。上列实例中未出现渗漏的原因是喀斯特不发育，或虽有喀斯特管道（如普定），但尚未沟通库内外。而地下水水位低有的是补给条件差造成。因此，地下水位低或有洼槽，并不是发生喀斯特渗漏的充分条件，而是否存在沟通库内外，或坝上、下游的贯穿性的喀斯特管道才是重要的关键。（$）要认真查明帷幕线上断层的喀斯特发育情况。据各工程勘察与防渗处理的经验，帷幕线上出现的断层，不论其规模大小，均应尽可能查明其喀斯特化程度，以免留下隐患，如观音阁水库坝址右岸，在断裂带上发育的溶洞有.+个，占地表溶洞数的$+-。+)个钻孔通过断裂带，有"+个遇到溶洞，共遇)#个溶洞，遇洞率.$,)(-。+"号坝段的"5*号孔通过一条陡倾裂隙，遇洞累计总长"#’，用*(个灌浆孔处理，总进尺*".*’，其中*#个孔遇洞，遇洞率为.$,$"-。共注水泥砂浆.5(9。东风水电站左岸帷幕线遇)条断层，耗灰量大于.##:/0’的灌浆段，主要集中在;5、;(、;(#等+条断层带上。右岸帷幕遇*5条断层，除;*$逆掩断层之外，其余均有溶蚀和发育规模不等的溶洞。其中;、;、;等为鱼洞的南东岔、北东岔和!)*.*、!)*."等较大溶")+#.&洞的发育部位。乌江渡水电站左岸帷幕线，在;"#、<*$断层上发育+(个溶洞，其中!+(溶洞高),+&’埋深在河水位以下"".’，致使帷幕加深至河水位以下""#’。普定水电站距右坝肩约+$#’的3!+$#喀斯特管道是顺;*#+断层发育的。勘察阶段3="*平洞揭露;*#+断层，破碎带宽仅#,*%#,"’，为角砾岩夹黏土充填。当时未知其下$’左右就有一个喀斯特管道。+#多年后，建设施工期，在洞深+$#’处有一次下大雨，听到里面水流轰声如雷。经扩挖，很快就找到了管道。其平面延伸长大于..’，宽*%",.’，高*%$’，底部高程比库水位低*+%(’，枯期无水，雨季流量#,.%*108，暴雨时流量很快—&**— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$普定水电站喀斯特水文地质略图（%）平面图；（&）防渗线路地质剖面图#—三叠系安顺组灰岩、白云岩、泥质白云岩、泥质灰岩夹页岩；’—泥质白云岩与页岩；(—白云岩；)—灰岩；!—大冶组泥灰岩；$—灰岩；*—地层界线；+—地层产状；,—正断层及编号；#-—逆断层及编号；##—泉水；#’—落水洞；#(—暗河；#/’层）；#!—钻孔及编号；#$—平洞#)—地下水等水位线（.#%增加为’-0(--123，浑浊，经连通试验证实与下游4#泉连通，实际流速为-5-#$623，幸好上游端未与水库相通，没有出现渗漏。综上可知：对勘察期间与帷幕灌浆廊道施工开挖时，在帷幕线上揭露的断层、溶隙应设法查明其喀斯特化程度，除了统计编录之外，暴雨时可进洞内听查滴水、渗水、流水的情况，发现异常要组织开挖追索，可帮助发现隐伏的洞穴。利用物探，如地质雷达扫瞄、孔间无线电电磁波透视和各种7.处理，也可以帮助查明隐伏的喀斯特洞穴。(5喀斯特渗漏量的估算由于可溶岩体是一种非均质及各向异性的渗透介质，渗透水的流态变化复杂，表征喀—$#’— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究斯特透水性的参数不易确定；选用的公式难以反映实际情况，所以喀斯特渗漏量的计算很难准确，只能是估算。所用理论与方法、公式的正确性与精确性也难以检验。因此，渗漏量计算的可靠性，目前尚需从宏观作出判断，关键在于是否存在管道式的集中渗漏。猫跳河四级水电站的水库、坝址渗漏量的计算原来用单位吸水量确定的渗透系数，计算的渗漏量为!"#$%&’(。水库蓄水后出现渗漏，渗漏量达)*+,!%&’(，为前者的&*+##倍，可见误差之大。其原因是蓄水前没有发现体积为,&万%&的喀斯特及其下层洞穴系统。目前，喀斯特渗漏量的计算方法有两大类：一为工程地质类比法，如逻辑信息法、模糊综合评判法等。是通过分析资料较多的喀斯特水库地质条件与已知不同渗漏量级的关系，建立地质—数学模型，以判断水库渗漏量；二为地下水动力学与水力学方法，对裂隙性介质，多按层流考虑。水库渗漏量用下式计算$).$,%)/%,!-"·#·（0/)）,&式中!———水库渗漏量，%&’(；"———渗漏段宽度，%；#———渗透系数，%’(；$)、$,———含水层上、下游厚度，%；%)、%,———库水位与下游（低邻谷）水位高程，%；&———库岸至下游（低邻谷）距离，%。该式计算的可靠性主要决定于#值。因此，宜以群孔抽水试验资料求得的#值为主。坝基渗漏量，一般用!"1"卡明斯基公式’!-#"%（0/,）&.’式中’———含水层厚度，%；&———坝底宽度，%；"———基底长度，%；#———渗透系数，%’(；%———上、下游水位差。绕坝渗漏量，一般用裘布依公式为基础的1"1"维里金公式"!-!"&$$#%（%).%,）&(（0/&）)!&"-!*)!-!式中%———抬高的水头，%；%)———河流水边线的含水层厚度，%；%,———蓄水位超过隔水层的高度，%；"———绕渗带边缘至坝肩的长度，%；—$)&— 第二篇水利水电工程地质构造研究!———库岸至原地下水位等于库水位处的距离；"!———坝肩嵌入岸坡的引用半径；#———坝肩接头轮廓周长。对喀斯特管道，则按水力学中的管道流公式$"%&（#$%）&"’()式中%———管道断面，&’，利用溶洞详测图与钻孔等资料确定；&———实际流速，&()；()———利用连通试验获得的比流速；’———蓄水水头，&。以东风水电站右岸水库渗漏量的计算为例，裂隙性渗漏采用式（#$*）。为框算岩体不同透水性时的漏水量，*值分别取!+’&(,、#&(,、’#&(,和#!&(,，+"’-!!&，,*"0*.!&，,’"%!&，’*"/.!&，’’"-01&，!"%-!!&，分别算得相应渗漏量为!+!*-%&()、000!+%1*&()、’+0!#&()与%+1*&()。管道性渗漏按式（#$%）。其中%值，据鱼洞、凉风洞实测资料，确定为*0&’；(由多次连通试验计算的平均值为!+!!#-&(（)·&）；2"*0%&。)计算的管道漏水量为*!+*1&0()。与最大裂隙渗漏量之和为*%+..&0()，占保证率为/#3的调节流量**!+#&0()的*0+.3，需进行防渗处理。总漏水量中，管道漏水量占1/3，裂隙性占0*3。%+喀斯特区水库坝址的防渗处理（*）基本原则。*）明确防渗处理的目的。按渗漏的影响，防渗处理的目的有：4+防漏。即减少渗漏损失，保证水库能正常发挥效益。其标准因水库规模、河流大小而异，东风水库右岸按一般渗漏量大于河流多年平均流量或多年枯水期平均流量的035#3需要处理的做法，进行了处理。6+防渗。即防止渗漏影响工程的安全。如因渗透影响坝基、坝肩或边坡的稳定，地下厂房的安全，即按渗压控制处理，渗水量的大小不控制是否处理。如乌江渡，东风、观音阁等工程，厂、坝区的防渗处理。’）优选防渗方案与线路。为达到防漏目的而进行的处理，可以采用堵进口、设铺盖与作防渗帷幕等方案。如桃曲坡水库、水槽子水库，采取堵洞与黏土铺盖，以及利用天然的淤积减少渗漏量。而为防渗目的的措施则只有设置防渗帷幕和加强排水。防渗线路需根据工程地质条件和喀斯特水文地质条件、工程特点与最佳效果、施工条件等选定。如乌江渡水电站坝址的防渗线路，在两岸均向上游与一层可靠的页岩衔接；隔河岩水电站左岸向上游，右岸向下游以最短距离与泥灰岩、页岩衔接；东风水电站左岸为近垂直河流的直线，右岸则从坝肩开始折向上游，包括地下厂房，后又转向下游再与右岸水库的防渗线路连接。其中水库的防渗线路的确定是根据%条各长’7&左右的防渗线路的比较后选定的（详见本章第四节）。0）确定防渗处理的范围和深度。即确定防渗帷幕的下限和端点。尽可能利用非可溶—1*%— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究岩、弱可溶岩作防渗依托组成全帷幕，如隔河岩坝址。以非可溶岩或弱可溶岩作为衔接端点，如乌江渡坝址。不存在隔水层时可采用悬挂帷幕，深度为!"#$%倍水头，并达到透水率为!"&’(的界面，这种情况下，断层带处常多有加深。两岸帷幕的延伸长度，有的接地下水位；水位低平时，则注意做到拦截纵向地下水洼槽带，如鲁布革坝址右岸。)）使管道性介质变为裂隙介质。喀斯特洞穴是渗漏的主要途径，也是防渗处理最难的与关系成败的关键部位。工程经验表明：应尽量设法查明防渗线路上的洞穴，并采用不同手段将它们封堵，使管道性介质变为裂隙性介质，才能有效地进行帷幕灌浆和节省工程量。（#）主要方法。喀斯特渗漏的处理措施可分地面和地下两大类。具体运用时，可根据防渗目的和工程具体条件选择，有时还需要综合使用多种措施。!）地面措施。多为中、小型水库防漏使用。一般有以下几种：*+堵洞（缝）。对集中漏水的溶洞及溶缝使用浆砌块石、混凝土或级配料进行封堵。如猫跳河四级水库对,-&溶洞作了一个高约#./、厚&"0/的水下混凝土墙；对,-%溶洞用块石、碎石填塞后再浇一层混凝土，再铺上黏土。右岸发电洞进口地带!12#年堵了一个漏水口，!113年在进水口底板和下游又发现了-13!、-13#两个洞，均进行开挖回填混凝土并作了接触灌浆。猫跳河四级由于水库漏水复杂，虽经多次封堵进水口，仍成效不大。桃曲坡水库封堵漏水口，回填混凝土的直径不小于洞径的!+&倍。对深度较大的漏水口则用混凝土盖板，其上再设反滤层并夯填黏土。水槽子水库覆盖层厚，只挖一部分就浇筑混凝土，再用黏土覆盖，有的要几次才稳定下来，不再遭到破坏。4+围隔。对河床边缘漏水口或反复泉周围用混凝土或浆砌石筑成圆筒形建筑物，以拦截漏水口，如广西香梅小水库。为防止库水流入下游洼地，可选择一定位置筑坝将其与库水隔离，如猫跳河二级水电站水库右岸在黄家山垭口筑一座高1/、长%0+&/的浆砌石坝，基础未进行灌浆，就成功地阻止了库水进入下游漏水洼地，解决了向下游的渗漏。羊毛湾水库右岸一个冲沟内的灰岩漏水，在沟口修建一座小坝隔离了库水，有效地防止了库水的渗漏。5+铺盖。对大面积分散的喀斯特裂隙性渗漏，用黏土、土工布，混凝土板或利用天然淤积物组成铺盖防渗。如水槽子、桃曲坡、青铜峡等。土料压实后的厚度，一般相当于库水水头的!$!.；用混凝土铺盖，其厚度则为!$&."!$!..。库底铺盖需有一定坡度要求，以保持其稳定，黏土类的坡度须小于!&6"#.6；混凝土的坡度须小于)&6，有插筋时可加大；采用塑料薄膜时须小于#.6"#)6，其下应有垫层，并用黏土压重。黏土铺盖所用土的渗透系数一般应小于!7!.8&5/$9。水槽子水库淤积物的黏土粒径均小于.+..#//，渗透系数为，!7!.835/$9，隔水性能好。水槽子水库经过%.多年运行，淤积厚度超过!./，形成了全面的天然铺盖，渗漏基本停止。#）地下措施。大、中型水利水电工程的防渗，多用灌浆帷幕或防渗墙。对帷幕遇到的喀斯特，或封堵，或设置截水墙；灌浆帷幕是喀斯特渗漏处理的重要措施。广泛应用于我国已建工程中，其造价甚至占工程总造价的!.:以上，成为必不可少的“地下坝”。帷幕的使用情况及效果简述如下。—3!&— 第二篇水利水电工程地质构造研究!"帷幕防渗标准。据坝工设计规范，其标准如表#$%%。表#$%%帷幕防渗标准表坝高幕体透水性应降到下列’(值（&）拱坝重力坝土石坝)*+,%,%-.#-+.*+!-%.-#.%+,-+!#-.##.%+/"帷幕布置型式。平面上有近垂直河流的直线式，如普定、红枫等；有一岸向上游延伸，另一岸向下游延伸的自由式，如鲁布革、隔河岩等；有两岸均向下游延伸的后翼式，如洪家渡；两岸均向上游延伸的前翼式，如乌江渡、思林等；还有方向多变的折线式，如红岩与东风右岸等。端点接头有接隔水层或相对隔水层的，如乌江渡、隔河岩；有向两岸延伸接地下水位的；或拦截地下水主要洼槽的，如修文、鲁布革、普定等。剖面上有接隔水层的全封闭式（接地式），如隔河岩、百花的河床与左岸；有接相对隔水层或弱喀斯特化岩体的悬挂式，如乌江渡、思林等；或部分接隔水层部分悬挂的混合式，如东风、猫跳河四级等。0"帷幕结构。帷幕结构设计多以灌浆试验资料为依据，有的为论证处理范围、深度，还作了电网络模拟试验，如鲁布革坝址，东风水库的防渗处理等。喀斯特区部分工程帷幕结构情况如表#$%1。2"灌浆材料。灌浆材料的选用与防渗处理目的、工程造价有关。对承受水头高的幕体，以纯水泥为主，水头低的则加黏土或粉煤灰。东风大坝灌浆用#1#号普通硅酸盐水泥，水灰比为13%、%3%、+"43%、+"53%和+"#3%五个比级。用13%起灌，逐级加浓。每灌段结束的标准为单位吸浆量小于+"6’7&89。三江口用6+:.#+:的黏土掺合浆，效果最佳。东风水库地段有部分帷幕用水泥粉煤灰浆液，既节约也耐久。由于大型工程用浆量大，均采用集中制浆，管路输送到各灌浆机组，再按需要稀释成一定浓度的浆液施灌。;"灌浆压力。灌浆压力是控制灌浆质量的主要因素之一，一般按以下几个方面考虑确定：!灌浆压力和坝前静水头的关系，如灌浆压力一般为水头的-.#倍；"岩体不致产生破坏，如乌江渡通过试验确定允许灌浆压力为6"#.5<=!；#满足提高洞隙充填物的抗渗能力，使其被压密而又不被冲开。如三江口通过试验对流塑—软塑—可塑黏土或黏土混砂砾石的灌浆压力为+"*.+"4#<=!。>"灌浆方法和方式。以乌江渡水电站为代表的工程帷幕灌浆均采用小口径（$5+&&左右）造孔，孔口封闭，不冲洗，不待凝，自上而下分段灌浆，为循环式。与纯压式相比优点是质量好、进度快，不会发生孔内沉淀和堵塞现象。部分灌浆孔采用自下而上，孔内栓塞分段灌浆法，灌浆压力小，通常设备可满足需要。但质量较前者差。—5%5— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究表!"#$典型帷幕结构情况表帷幕帷幕深度（%）防渗钻孔钻孔孔、排距（%）廊道层数序工程坝坝高灌浆压力长度面积进尺利用———搭接方式号名称型（%）左岸右岸河床排数排距孔距（&’(）（%）（万%$）（万%）系数高差（%）-#/#+#/!1+!灰岩-+拱型重#!!+#-*+#乌江渡#)!##*!.,#./0#0,/00$叠瓦式)，页岩力坝$),$-,$#/$+#/.-*+1.$+1$+-,/0+#$!1!,+!,+#$,+$隔河岩重力坝#!##10,#./0#)/1.#/#!竖直式1+!$*,#.,#-,#$-0+)#$/-$#/#-#-!+0,+.,++--东风拱坝#)$-)),!!-$/#!#/*$竖直式-+!$,!$,.#!,#$/!+-!!+)1$+-灰岩1/!，碾压混凝最大#+-叠瓦或1观音阁.$#)$*——#.$#/),/.-#/$$灰岩页岩1土重力坝#$,竖直#页岩-混凝土单+-!五里冲--/1#-$!最大$!.$)/$$#/1!#/$—$竖直式—堵洞多主幕1.+.$##+$$斜心)鲁布革#,-1-#$/.,/0--/,#—$—竖直式,/$!+#/*墙坝副幕#$+#*$-!,$+--$/!*三江口—————————$#/#$+-——,/*+,/.!#$+-#+$#/!混凝土坝$,+#/!.白石窑-./!————————,/.和土坝-,#+##/!防渗面积注：钻孔利用系数2钻孔进尺3/溶洞及大耗浆段的处理。对孔洞较多或已查明的大溶洞，采用开挖回填混凝土封堵。如东风水电站鱼洞的处理；或作截水墙，如乌江渡与五里冲等。钻孔发现的溶洞，如果是空的，或半充填，则泵入高流态混凝土，投碎石，再灌水泥砂浆、混合液等，待凝固后扫孔，再灌水泥浆，如猫跳河六级右拱座的4-$溶洞、东风鱼洞南东岔的分支洞的处理等。对充填物为砾石、碎石的溶洞，为防止塌孔，采用花管钻进与灌注水泥浆，使其形成防渗混凝土。对充填细砂或黏土的，则用高压喷射灌浆法，如乌江渡对4$-0溶洞的处理，压力达$,&’(，使砂层扰动与水泥混合成柱。对一般大耗浆段则采用常规的浓浆、间歇待凝、限量、添加促凝剂和掺合料、纯压灌浆等办法。如观音阁水库，当灌浆压力为零或注入量大于-,56%78时，改用水灰比为,/!9#的浓浆灌入。当孔内灌入量较大时，要限量，一般采用灌入量达#,+$,:水泥后即停灌间—)#*— 第二篇水利水电工程地质构造研究歇。对空洞也要实行逐渐填满的办法，不能一蹴而就。间歇待凝，应洗孔后再待凝，以防孔壁周围固化和沉淀，影响灌浆效果。第一次间歇时间尽可能长，观音阁定为大于!"#，用添加促凝剂时也不应少于$%#以保证浆液固化，复灌时不易被冲开。对压力的控制是在间歇式的灌浆过程中，应逐渐缓慢提高压力，切忌突然升压，以免冲开尚未完全硬化的水泥结石。当灌入量特别大时，水泥浆中可以加入砂子、锯末。观音阁工程采用的水&水泥&砂子的比例为’()&*&*，锯末为水泥重量的)+。促凝剂包括氯化钙和水玻璃，以不大于水泥重量的$+为宜。#(灌浆记录。灌浆施工原来多靠入工手记，从观音阁水库坝基帷幕灌浆开始，全部采用,-.—//型自动记录仪对灌浆全过程进行监测，它的工作原理是将灌浆过程中的流量和压力值，经流量计和压力计转换成电量，通过接口电路输人计算机进行处理，按设定的格式打印出所需要的各种灌浆参数。使用自动记录仪基本消除了人为因素的影响，真实地记录了压力、流量、时间等灌浆参数，有利于了解帷幕灌浆工程质量。0(效果检验。检验手段有两种。（1）幕体的压水试验与结石检查。如乌江渡坝址帷幕，按*()23倍设计水头压力，在*’)个检查孔中进行了4!"段压水试验，均达到设计标准。用大孔径钻孔检查，发现溶洞充填的泥大部分被水泥结石穿插包围。细砂被水泥浆渗入固结。在!’’25’’水力坡降下，灌后的溶洞泥，未发生管涌等破坏现象。测定动弹模平均为’(!"6*’!781，静弹模为!’(3)6*’781。抗压强度平均为3(3781，抗剪强度为*(%781。（9）排水孔渗流量和渗透压力的测定。如乌江渡水电站在蓄水初期，即发现坝基*)’多个排水孔有5’+不渗水，帷幕后剩余渗透压力的水位高程低于尾水位。帷幕后坝、厂基础及各层廊道总渗漏量为’(3$2’($):;<，可见效果良好。第四节东风水电站喀斯特渗漏及处理一、工程及勘察概况东风水电站为乌江干流梯级水电站的第一级。位于贵州省清镇市与黔西县交界处，贵（阳）毕（节）公路鸭池河大桥上游*()=>的峡谷中，距贵阳市""=>。坝址控制流域面积*"*%*=>3，多年平均流量为$!)>$$，保证率;<，年径流量*’"("亿>$4)+的调节流量为**’()>;<。坝址枯水位"$%>，水库正常蓄水位45’>，相应库容"(%$亿>$，为季调节性水库。电站装机$6*5’7?，多年平均发电量3!(3亿=?·#。勘测工作始于*4%)年，曾于*4%)年和*45"年两度对长*5=>的河段反复进行过坝址的选择。结果认为上坝址（朱家崖）喀斯特发育，不但存在库首右岸的喀斯特渗漏问题，也存在坝址喀斯特渗漏与稳定问题；下坝址（凉风洞暗河出口下游）虽有龙潭组煤系地层阻隔，避免了库首右岸的喀斯特渗漏，但其河谷断面为中坝址（现坝址）断面的$倍以上，加之地基岩性软弱，只能建当地材料坝，除坝体堆石方量大以外，其混凝土量仍与中坝址相—%*"— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究当，扣除中坝址库首右岸水库防渗处理费用之后，其造价仍大于中坝址。故选用现坝址为该梯级开发坝址。现坝址位于深切!"#$!%&’的箱形峡谷中，两岸为&#($)#(的峭壁，在正常蓄水位附近，两岸均有一宽缓平台，河流在坝线下游不远处转向后，形成左岸为凸岸的小河湾，有利于枢纽及施工布置。坝址分布三叠系永宁镇组灰岩，喀斯特化程度低，岩石饱和抗压强度多达!""*+,。岩层倾角!-($!)(，倾向上游偏左岸。坝基下#"$."’处有厚约%"’的页岩作为防渗依托。在地形上宜布置拱坝的河段长约!""’，其左岸有/&断层、右岸有/0%断层。由于河谷窄，泄洪量大（校核洪水为!-0-%’012），经#个厂房方案与多个泄洪方式的调整和优化，最终选定了右岸地下厂房方案。该方案的主要优点是厂房位于鱼洞暗河和凉风洞暗河之间，围岩喀斯特化程度低，稳定条件好；以页岩为依托可作全帷幕，以防止渗水对厂房的影响。枢纽布置如图#3!&所示，坝型为双曲薄拱坝，最大坝高!.-’，左岸泄洪系统、右岸地下厂房系统，布置上与泄洪系统分开，互不干扰。泄洪建筑物在河床与左岸，以岸边为主，沿河纵向拉开的原则布置，并采用各具特色的消能工，以减轻对下游河道的冲刷。由于库首右岸的喀斯特渗漏问题极为复杂，成为工程成败的关键。为落实处理措施，勘测队伍曾四进四出工地，进行了大量的勘测工作，于!4)0年完成重编补充初步设计报告。经审查批准后!4)%年底开始筹建，!4)4年元月截流，!44%年%月.日下闸蓄水，同年)月0!日正式并网发电。图#3!&东风水电站枢纽布置图该工程所存在的喀斯特渗漏问题，无论是在国内、或在国外都属最复杂的工程之一，所做大量勘测工作的主要成果基本可概括为以下几个方面：（!）通过!5!""""$!5-#"""比例尺水文地质测绘，!-个钻孔进尺04!!6"#’的勘察与地下水长期观测，排除了大范围的渗漏问题。（-）采用水文网法作指导，找到了未曾发现的石膏洞；查明鱼洞、凉风洞暗河具有同源补给关系，两者尾部沟通，存在小范围渗漏问题。—.!4— 第二篇水利水电工程地质构造研究（!）有效地采用综合勘察手段，通过"#$%%%面积为&%’(&的喀期特的水文地质测绘，!)个钻孔进尺"%*+%,&"(的钻探工作和地震法勘探将埋深&%%(、直径$(的鱼洞初步定位，并以斜长&-%(的勘探洞将其揭露，为论证小范围的渗漏，实施封堵提供可靠的资料。（*）通过$)个钻孔、泉水的长期观测和水动力场、水均衡的研究；".次连通试验和.个溶洞的堵洞抬水试验；"-个水样的氚测定；-$组水质简分析，掌握了喀斯特水的补、径、排的条件和地区地下水位以下的喀斯特化程度，并发现在鱼洞与凉风洞两暗河之间存在的鼻状地下水分水岭，为防渗线路的选择提供了可靠的依据。（$）通过)个方案电网络模拟试验，进一步论证水库蓄水后，拟定的帷幕线末端的地下水位可壅高&%/!%(。为此，建议防渗帷幕可按“先、后、减、缓、免”的原则实施以节约工程造价。二、库首右岸喀斯特水文地质条件（一）地形地貌及地质结构如图$0")所示，库首右岸从鱼洞至凉风洞为一河弯地带，河道距离!,$’(，弦长&,$’(，绕渗途径长*,)’(。枯季河水位为)!)/)!$(。笔架山为河弯区的地形分水岭，高程"!%%/"*%%(，呈北北东向展布。分水岭西侧地形陡峻，地貌景观单一；其东侧较平缓，景观复杂，有解体了的各级剥夷面、喀斯特丘陵洼地、漏斗、落水洞、盲谷，源于非可溶岩的大洞口沟、老虎洞沟与马鞍山溪沟、大水井间歇性溪沟等至可溶岩区均潜入地下，形成伏流。本区最低一级剥夷面（山盆期）高程"&&%/"&$%(。乌江于第四纪早更新世开始发育，并深嵌于上述剥夷面以下!%%/*%%(。库首河段阶地与溶洞对比如表$0"!。三叠系玉龙山段（1&）纯灰岩，厚&&)/!"+(，在库岸出露长约&,)’(，受鸭池河倒转"2向斜与3"压扭性断层的影响，绕过厂坝区，向东延伸后，在大洞口至凉风洞一线又出露，并与3"断层上盘二叠系茅口灰岩（4"(）接触，如图$0")的"0"5，剖面所示，从而组成一个统一的可溶岩含水层。1&之上为厚!"/*!(的九级滩段（1!）页岩，其下依次为厚"2"2"）与厚&-/!)(的大隆、长兴组（4）黏土岩、燧石结核灰岩及**,&(的沙堡湾页岩（1"2&678厚"-&/")!(的龙潭煤系（4&9）地层与二叠系茅口灰岩（4"(）。4&9煤系地层广布于坝址下游。表$0"!东风水电站库首河段阶地与溶洞层对比表阶地对应的代表性溶洞阶地级高程成因宽度洞口高程延伸长度溶洞名称别（(）类型（(）（(）（(）:!*喀斯特)!),."&$%%漫管道)!$/)*%堆积&%/$%滩下层凉风洞)!.,&$")%%—.&%— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究阶地对应的代表性溶洞阶地级高程成因宽度洞口高程延伸长度溶洞名称别（!）类型（!）（!）（!）鱼洞")$*#&+,),&!级"#$%"&$基座阶地’$%($$虾洞"##*’’#)"上层凉风洞")"*-$’-#"级.$$%.#$基座阶地’$$%#$$无名洞"".*’&(.,,*&$侵蚀阶地金鸡洞($)-*($&.$*##级($#$%(($$/($$%#$$局部基座石膏洞($-"*""’$’#侵蚀阶地$级((#$%((-##$%($$局部基座近东西向的0#&扭性断层，北东向的0)-断层和北西向的0,$等张性断层，有的切割了0(断层，成为鱼洞等洞穴发育的构造条件。（二）喀斯特发育情况据地质测绘与钻孔揭露，右岸库首河湾地带，’$1!’内有喀斯特洼地、漏斗、落水洞、溶洞、暗河、喀斯特泉等共’$"个。喀斯特裂隙及溶孔则屡见不鲜，主要特征如下。(*洼地、漏斗多见于(’’$!高程剥夷面之上。’*落水洞（包括倾斜溶洞）见于分水岭地区，为地表溪沟水流过去或现在潜入地下所形成的，如大洞口洞、老虎洞、坝二洞、牛落洞、大水井与马鞍山落水洞等。洞口高程为((-&*,"%($(#!，底部高程.&-*--%.)"*)!，垂直深($$%’$$!。其间在高程($#$!与.#$!附近，表现为长($$%-$$!的水平或近似水平的廊道。廊道间为深($$!左右的竖井。经复查，坝二洞与鱼洞、牛落洞和下层凉风洞相通。,*溶洞及暗河按成因及规模分两大类。（(）长度小于’$$!的溶洞数量多，如老鸦洞、干龙洞等，连通性差，沉积物为内源的。（’）长度大于’$$!的溶洞规模大，一般延伸长度大于’1!，均有大量外源砂卵砾石沉积物分布。分布高程与河谷阶地相对应。断面一般($%&$!’，底坡坡降’*#2左右。这类溶洞出口在库岸的有石膏洞、无名洞、虾洞与鱼洞。石膏洞洞口高程($-"*#&!，末端高程((’"!。无名洞出口高程"".*’&!，虾洞"##*’’!，鱼洞")$*#&!。后三者呈层楼叠置，互相沟通，统称鱼洞暗河系统，其末端分两岔，由于崩塌堵塞而无法全部通行。南东岔底部与坝二洞联通，分布高程.’$%.,$!。鱼洞出口在平水期有水流出，流量为’$3？—&’(— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$东风水电站库首右岸喀斯特水文地质略图#—永宁镇组灰岩、白云岩夹页岩；%—九级滩页岩；&—玉龙山灰岩；’—龙潭组煤系及沙堡湾页岩；!—茅口灰岩；(—地层界线；)—背斜轴；$—正断层；*—逆断层；#+—溶洞及暗河；##—落水洞及泉水；#%—地下水位线；#&—地形分水岭；#’—钻孔；#!—正常蓄水位线*)+,&-，经连通试验，证实与大洞口洞、老虎洞相通，实际流速为+.+#*!,/-。经堵洞壅水试验，—(%%— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究在洞内水位壅高至!!"#时，没有发现有通向凉风洞暗河的管道，在洞口地区发现多个旁支与下层管道。在新$%孔投染色素，从下游&’(泉出现，均反映在鱼洞底部及其以外地段正在发育着新的管道，但规模较小。如新$%孔至&’(的实际流速为)*)))+#,-，为前者的’*./，可见不甚畅通。出口在库外的有凉风洞暗河。按其形成水源又分为上层凉风洞与下层凉风洞。前者出口高程!(!*+#，长$+%#，为大水井间歇性溪沟潜伏形成。后者出口高程为!’.#，进口为马鞍山落水洞，直线长度为0*"1#，系马鞍山沟潜伏形成，能通行段很短，基本处于地下水位以下。经连通试验，新0%孔、新$0孔的溶洞与之相通，实际流速各段不同，为)*))$(2)*)0)#,-。堵洞壅水试验未发现分支洞。出口流量较稳定，为()3,-。（’）钻孔揭露的溶洞。库首右岸包括枢纽区深入到4$灰岩的钻孔共(+个，在该层及054056、70#灰岩中遇到溶洞的钻孔有$(个，遇洞率为%0*)./，共有+!个溶洞。分布高程从00++*’+#到+.$*.)#，但集中分布在"%)2"))#与!%)2!))#之间。高度最大为0"*%.#，最小的)*0#，一般为$2’#。有$+个（占总数’(/）具磨圆度较好的外源砂卵砾石，表明此类溶洞延伸较长，比较畅通，一般见于!%)2"%)#高程之间。黏土充填的溶洞有%0个（占../），多在高程"%)#以上及!%)#以下。表明其周围地下径流较滞缓，溶洞延伸不长，或已停止发育。溶蚀下限高程基本由暗河的上游向下游降低，如鱼洞暗河上游为!$%#，中游!))#，下游+$%#。枢纽区通过4$灰岩的钻孔没有发现溶洞。05(*喀斯特发育基本规律（0）喀斯特发育程度与岩性有关。4056灰岩虽然大面积裸露分布，但因属不纯碳酸盐岩类，喀斯特化程度较低，无大型溶洞与暗河，面喀斯特率为%*$个,1#$；而4$灰岩与7050#灰岩属纯碳酸盐岩类，出露面积虽小，但可溶性好，喀斯特较发育，有大型的溶洞与暗河，面喀斯特率为’’200!个,1#$。（$）有集中水源补给的形成的溶洞规模大，如石膏洞、鱼洞与凉风洞暗河；由分散水源补给的形成的溶洞规模小，如老鸦洞、干龙洞等，长度小于$))#。（’）喀斯特发育的不均一性。表现在：$、7灰岩出露地带面喀斯特率高，为’’200!个,1#$，钻孔0）平面上的分带性。在4050#平均遇洞率为$*0%/；而在枢纽区及距离暗河%))2.))#以外为7煤系掩盖的4$与7$3050#灰岩区，钻孔遇洞率为零。$）垂向上的分层性并向深部减弱。大型洞穴、暗河和钻孔揭露的溶洞集中分布在高程0)%)#、"%)2"))#与!%)2!))#三层上，高程!))#以下溶洞少见。溶孔、溶隙分布高程一般在+))2!!)#以上。（(）水质与喀斯特化程度的关系。垂向上随深度增加，喀斯特化程度降低，水质出现分带性。如新0(孔在高程+!)#以上钻孔线喀斯特率为)*%/2)*"/，透水率大于038，地下水属9:;<—=;$?—$?型，:B<、C>??离子含量较低；在+!)#以下，线喀斯特直线率为)*’/，透水率E@A?D<—=;$<型，:B、C>??离子含量较高。038，地下水属9:;’(:>$?·)），:7%系统为(=(&)+（>·)），凉风洞系统为!;7=(&$%)+（>·)）。据透水率资料显示，鱼洞系统上游为!;(8,0，中游为%1;%,0，下游1;!,0。凉风洞系统大于!&;%2,0，属于弱至中等透水性。而远离各喀斯特系统的地区基本为微—弱透水性，如枢纽区深埋地下的-!透水率为(;%,0。6煤系掩盖的(.!(6()灰岩透水率为(,0的分界线则因地而异，在两水系的分水岭地段的高程为2/&)，鱼洞排泄区为2&&)，凉风洞排泄区为12&)。三、渗漏评价及处理（一）渗漏评价（(）基于上述喀斯特水文地质条件，枢纽区建筑物位于-(.4弱—中等透水喀斯特含水层上，经估算其渗漏量虽小，但对薄拱坝与地下厂房的安全是有影响的。因此，应进行严格的防渗性质的处理。（!）而贯穿分布于库首右岸的-!灰岩，由于有鱼洞与凉风洞暗河系统早期发育(.56()的，低于蓄水位%&’/&)的管道沟通，和两水系间的地下水分水岭低于蓄水位1&)左右。因此，当库水位超过高程8&&)时，将有以鱼洞暗河为中心的集中倒灌越过地下水分水岭，从凉风洞地段漏出，属以喀斯特管道为主的渗漏。估计最大裂隙性渗漏量为%;3()7+777>，管道性漏水量为(&;(3)+>，总计为(%;11)+>，为保证率8/?的调节流量((&;/)+>的7页岩相隔，这一渗漏对水工建筑物安全无影响，但对水(7;71?。因为有厚7(’%7)的-(.库蓄水，特别是枯水期发电效益有影响。因此，应进行防漏性质的处理。（二）防渗线路选择及设计（(）厂、坝区的防渗线路如图/$(2与图/$(8所示，左岸近垂直河流方向主要拦截—3!%— 第五章水利水电工程喀斯特渗漏问题研究!"#$下段灰岩低平水位带的绕坝渗漏，端点接!"#$上段白云岩夹页岩相对隔水层，长%&&’左右，底界大部分接!(页岩。河床因左侧有)断层部分切割!(页岩，故要求有一排帷"#*"#幕深入!+灰岩至高程*&&’。右岸以折线方式绕过地下厂房，接!(页岩，形成全帷幕，至"#"#桩号",(+(-%%*’接水库防渗帷幕。图%."/防渗线路地质剖面图"—永宁镇组灰岩、白云岩夹页岩；+—九级滩段页岩；(—玉龙山段灰岩；0—沙堡湾段页岩；%—长兴、大隆组灰岩、页岩；1—龙潭组煤系；*—茅口组灰岩；2—正断层及编号；/—逆断层及编号；"&—喀斯特洞穴；""—灌浆廊道；"+—防渗帷幕底线（+）库首右岸的防渗线路，先后拟定了0个方案，即堵进口（在鱼洞暗河出口地带拦截）、接河间地下水分水岭、堵出口（拦截凉风洞暗河）与利用地下水分水岭的方案。前三者最大缺点是拦截有水流活动的鱼洞或凉风洞暗河，使防渗处理增加难度，且喀斯特较发育，主要溶洞难以定位，处理深度大，防渗面积多+万3(万’+，有的还缺少施工支洞，与厂房施工有干扰。而后者不受地下水的影响，所遇溶洞基本是干的，主要洞穴位置已查明定位，有一定的施工支洞，防渗面积较小，故选择后者。其端点拟定接4"’高水位带，全长+-(05’。整个防渗线路地质情况，如图%."/所示。（(）据地质资料，厂、坝区除设灌浆帷幕之外，还设置排水廊道与排水孔。按灌浆试验成果，厂、坝区重要部位、断层带用双排孔，排距"-"’，其余为单排孔，孔距均为(’。水库防渗多用单排孔。全部防渗面积为%%万’+，灌浆孔总深(+-"%万’。两岸灌浆在三层廊道中进行。对鱼洞南东岔与北东岔先设置混凝土堵体。复杂地段布置先导孔并作孔间无线电磁波穿透（6!），发现溶洞处先作特殊处理，以利其他孔段灌浆。防渗标准与灌浆压力，如图%.+&所示。灌浆方法、方式和材料等如本章第三节所述，不再重复。（三）处理效果经过大量的灌浆资料分析表明：先灌排的单位注入量大于后灌排，如上游排后灌，其每序孔单位注入量均小于下游排相应孔序的单位注入量，递减率1%7左右；同时，单位注入量按序次递减，一般为0%73%%7。单位注入量小于"&&589’的灌段长度占/&7以上，而耗水泥量却小于水泥总用量的(&7；单位注入量大于"&&&589’的灌浆长度小于07；而注入水泥量则占总量的%(732"7，这些大部分为溶蚀断层附近一定范围与溶洞附近的孔段。可见喀斯特化岩体透水的极不均一性。全部防渗工程分为""个分部工程，再分为若干单元工程。单元工程完工后由质量管理小组布置不多于"&7的检查孔进行质量检查，检查结果全部合格，幕体透水率达到防渗标准。—1+%— 第二篇水利水电工程地质构造研究图!"#$帷幕灌浆最大压力和防渗标准示意图%&’—灌浆压力；()—防渗标准（透水率）帷幕灌浆至*++,年,月到达桩号#-./$0。水库部分尚有幕长/+10，灌浆孔总深,2*!万0（分别为设计长度与总孔深的#*2,/3和*+2*43）还未实施。水库水位现已达到设计蓄水位1年多，经监测未发现渗漏。排水孔的总流量小于预计值，坝基扬压力绝大多数较低，经换算，扬压力折减系数小于$2#。第五节喀斯特渗漏研究发展趋向（*）从流域的喀斯特研究入手，寻找区域性喀斯特发育规律，以指导梯级的喀斯特渗漏勘察。由于我国地域辽阔，各地古今气候、岩性、地质构造及新构造运动的不同，喀斯特发育特点各异。特别是对水力资源丰富的西部地区的规律尚认识不足，今后应充分利用地矿部门的喀斯特水文地质资料与已建、在建的和正在进行勘察的水利水电工程的勘察成果，开展各流域喀斯特的研究。有的河流也准备完成类似《清江流域岩溶研究》的总结，从而对拟建梯级的喀斯特渗漏勘察更有指导意义。（#）喀斯特渗漏的关键问题是喀斯特洞穴的有无、喀斯特的发育规模和贯通性。目前喀斯特洞穴成因的理论还不成熟，有的限于室内的溶蚀机理方面的研究，或一般规律性的描述。水利水电工程勘察接触到的溶洞最多，宜与科研单位，有关院校共同详细调查研究典型的洞穴，并利用多种手段，如利用计算机技术电网络模拟、易溶盐溶蚀模拟水文网，研究水动力场的变化与洞穴的形成，从地貌演变、裂隙水网络与分形几何学预测洞穴的分布位置；从水文学、地球化学准确地判断地下洞穴的规模。（4）研究有效的、方便的物探方法寻找溶洞和测定地下水位。（1）研究管道与裂隙性双重介质的地下水运动规律，科学地估计渗漏量和确定处理的范围。（!）进一步研究加快防渗帷幕灌浆的方法和方式，寻找更节省的材料，并使帷幕具有良好的耐久性。—,#,— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第三篇水利水电工程常见地质问题!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第三篇水利水电工程常见地质问题—#"!— 第一章库区工程地质问题第一章库区工程地质问题第一节概述拦河筑坝，形成人工湖泊———水库。库容的大小应根据许多因素决定，除地形条件、河流流量等天然因素外，淹没损失、综合经济效益也是重要方面，库容与库水位关系如图!"!所示。图!"!水库库容与水位示意图（!）防洪与兴利库容完全分开；（"）防洪与兴利库容部分结合库容是水利水电工程等级划分主要标准之一。根据库容将水库分为大型的（总库容大于!亿#$）、中型的（总库容界于!%&’&%!亿#$之间）和小型的（总库容小于!&&&万$）。小型的还分小（一）型（总库容为!&&万’!&&&万#$）和小（二）型（总库容为!&万’#$）。蓄水量小于!&万#$的就叫池塘了。!&&万#由于不良地形地质条件的存在和影响，在勘测设计施工中因某些原因未能彻底处理，或者工程建成后出现新问题，致使有的水库发生漏水，从而不能蓄满；有的水库由于大量泥沙淤积，库容减小等等。因此库区位置要选在工程地质条件较好的地方，建坝前要勘察、研究库区可能发生的工程地质问题。根据我国已建水库的经验，库区工程地质问题，主要可归纳为：!漏水问题；"浸没问题；#塌岸问题；$淤积问题；%地震问题。中小型水库经常遇到渗漏问题，其次是浸没、塌岸和淤积问题。下面分节予以介绍。—*)(— 第三篇水利水电工程常见地质问题第二节库区渗漏水库的作用是蓄水。对水库来说，渗漏是工程地质调查研究中第一位重要的问题。库区渗漏包括暂时性渗漏和永久性渗漏两种。暂时性渗漏是指水库蓄水的初期，为了饱和库水位以下岩土的孔隙、裂隙和空洞，而出现的库水损失。这部分水没有渗漏出库区范围以外，不影响水库的蓄水功能。永久性渗漏系指库水通过分水岭向邻谷的渗漏或者通过坝肩山体向下游的渗漏，这种渗漏将影响水库的效益。一、一般岩层库区渗漏分析库区会不会产生永久性渗漏，可从以下几个方面来进行分析和判断。!"地形条件的分析一般讲在透水岩层地段，分水岭越单薄、邻谷（或洼地）下切越深（相对水库所在河谷而言），则库水外渗的可能性就越大；反之当分水岭山体很宽厚，邻谷相对下切较浅，则渗漏条件就差。特别是邻谷谷底的高程比水库正常高水位还高，则不会发生向该邻谷的渗漏问题。基岩山区河谷急剧拐弯处（坝址常常选在这种位置附近），河弯间山脊有时很单薄，应特别注意能否通过山脊产生渗漏问题。比较顺直的河谷段，应注意分水岭上的垭口：垭口两侧或一侧山坡若发育有冲沟，使山体变薄，便给库水外渗创造条件；更重要的是，基岩山区的垭口和冲沟往往是地质上的软弱地带（例如断层或岩脉破碎带），可能是库水外漏的隐患地点，因此更要注意。平原地区河谷切割较浅，当库区与邻谷相距较远时，库水穿过河间地块向邻谷的渗漏，一般是不严重的。但河曲地段的河间地块则比较单薄，应予注意。特别是古河道地形，从库内直通库外更不能忽视。上述不利地形，是库水外渗的条件，但渗漏的根本原因还在于地质和水文地质方面。经验证明：许多情况下，地质上大的集中渗漏通道，在地形上总有些反映。因此，找出上述地形不利地段，就可缩小工作范围，把注意力集中到这些薄弱环节上，进一步从地质和水文地质方面，查清它们的渗漏问题。#"地质条件的分析地质条件的分析，主要是找出地质上的渗漏通道。这种渗漏通道大体有两种类型：!透水层，例如第四纪砂砾石层；"透水带，例如断层破碎带和节理发育带。为了便于分析，下面分三种情况进行讨论。（!）岩浆岩地区水库岩浆岩透水性一般较弱，水库漏水的可能性小。但是，如果有规模大、延伸长的断层破碎带（很破碎、未充填），彼此串连的节理裂隙密集带，一端在库区正常高水位以下出露，穿过分水岭直达邻谷或低洼地，且出露端高程比库水位低，渗漏仍可能发生。—&%$— 第一章库区工程地质问题玄武岩中柱状节理发育，可能成为透水岩层。（!）一般沉积岩或变质岩地区水库这种地区情况会稍微复杂一些。若存在上述透水性强的断层，破碎带或节理密集带，自然仍是一种渗漏通道。全由透水岩层，例如砂砾岩透水层组成的分水岭渗漏情况，正如地形条件分析中所指出的那样，视岩层透水性强弱、分水岭的厚薄和库水位相对邻谷水位的高程而定。这里影响最大的是砂砾岩的透水性。孔隙度越大、结构越松散的砂砾岩，透水性就越强。在沉积岩层中，还应注意不整合界面处的风化破碎带的漏水问题。褶皱的影享可以从图"#!中看出来。图中!库水会向邻谷渗漏，而图中"库水则一般不会发生渗漏。一般情况下，向斜构造中，隔水层在库区周围封闭得很好，又未遭受破坏，则库水穿过分水岭的渗漏是不可能的。单斜地层中的纵向河谷（即平行岩层走向的河谷），要注意沿地层倾斜方向向邻谷渗漏的可能性；在横向河谷（即与岩层走向直交的河谷），则要注意沿地层走向向邻谷渗漏的可能性。图"#!褶皱核部的水库（!）背斜核部的水库；（"）向斜核部的水库"—隔水层；，!—透水层渗漏分析的共同标准就是：当透水岩层的一端在库水位以下位置出露，穿过分水岭，另一端在邻谷（或低洼地）出露（出露高程低于水库水位），则库水可能沿透水岩层向邻谷渗漏。基岩漏水问题，关键在于有否漏水通道。此外，不仅要注意单个通道的作用，还要注意几个通道组合的结果。在沉积岩地区，透水带（例如破碎带）与透水层可以组合起来形成复杂的漏水通道，使库水外渗。（$）第四纪松散堆积物地区水库第四纪堆积物内部和底部常常有透水的砂砾石，特别是古河道砂卵石层。当它们沟通库内外而将库水引向邻近河谷或洼地时，则可能产生大量的渗漏。第四纪玄武岩地区，有时在玄武岩底下还有砂砾石层，成为库水外漏的通道。一个水库区的地层岩性，情况可能很复杂，在分析库区渗漏时，要全面考虑，综合判断，抓住分水岭的薄弱环节，以达到找出漏水通道的目的。$%地下水特征分析具备了利于渗漏的岩性、地形地貌、地质构造条件，是否能造成渗漏，最后还取决于水文地质条件。具体说来就是取决于河间地块有无地下水分水岭和地下水分水岭的高程与水库正常蓄水位的关系。如果水库充水之前该河段就向邻谷渗漏，河间地块无地下水分水岭，则水库充水水位抬升之后，因为水力梯度加大，渗漏必然加剧（图"#$&）；如果水库—’$"— 第三篇水利水电工程常见地质问题畜水前河间地块存在地下分水岭，但其高程大大低于正常高水位，则水库充水之后地下分水岭消失，也会产生渗漏（图!"#$）。如果地下水分水岭高程略低于水库正常高水位（图!"#%），则水库畜水后地下水仍然回水，回水后的地下分水岭将略高于水库高水位而不产生渗漏。如果充水前河间地块地下分水岭高于水库正常高水位，则仅有地下分水岭的迁移和渗入补给量的减小，而不会产生永久性渗漏（图!"#&）。图!"#水库渗漏的水文地质条件（!）充水前无地下水分水岭；（"）地下分水岭低于库水位；（#）地下分水岭略低于库水位；（$）地下分水岭高于库水位分水岭很宽厚，岩土体的透水性较弱时，一般地下水分水岭高程都较高，不致发生水库渗漏问题。总的说来，水库渗漏的可能性取决于分水岭的地质结构和水文地质条件。同时，水库与邻谷间的距离（分水岭宽度）、高程差距将影响渗漏量的大小。二、岩溶地区水库渗漏分析岩溶地区水库渗漏往往是工程地质勘查的首要问题，情况也比一般岩层地区复杂，必须在查明地表和地下岩溶发育分布情况和岩溶水分布运动规律基础上来论证水库渗漏的可能性和严重性。!’渗漏通道的分析岩溶渗漏通道按其规模可分：!大型的，如溶洞、暗河和落水洞等；"中型的，如被溶蚀而加大了空隙的断层和大型溶隙；#小型的，如溶孔和小型溶隙等。其中以第!类渗漏规模最大，第#类渗漏规模最小。三者往往互相串通。因此，从实际意义而言，查清岩溶渗漏通道主要是指查清!、"类通道而言。（!）建坝河谷是地下水排泄区在这种情况下应注意：!）水平循环带和谷底循环带是最易出现岩溶渗漏的位置。岩溶潜水的流向总的归宿是河床，但有的地段可能有局部异常。河床两岸地下水接近垂直方向流入河床的叫横向径流地段，平行河水流向方向流入河床的叫纵向径流地段。纵向径流地段沿纵向发育的溶洞溶隙，成为库水外渗的通道。易出现的地段：!河流纵坡由平缓突变为较陡的地段，在这个转折点处易发育谷底的纵向岩溶形态，还易发育竖井；"河流的凸岸，特别是河弯间或河曲间地段河岸，易发育岸边纵向岩溶形态。—)#(— 第一章库区工程地质问题!）河水面附近有明显的溶洞层时，回水后库水将沿溶涧倒灌。若该溶洞里端的高程比库水位高，则不会成为库水直接外漏的通道。此时，若溶洞在库水位高程以内，但最近邻谷（或邻谷的溶洞系统）间岩体很厚，岩溶不发育，透水性不大，则虽发生库水倒灌，但可能不会形成渗漏；若溶洞与邻谷（或邻谷的溶洞系统）间的岩体很薄，透水性很强，则可能形成大量渗漏。当然，若溶洞与坝下游或邻谷的溶洞系统已经在库水位高程以下串通，则将产生大量渗漏。"）岩溶形态是地下水从补给区流向排泄区，沿岩体内各种结构面溶蚀成的通道。因此对穿越分水岭的断层破碎带、节理密集带、不整合面、褶皱轴面等，应予特别注意查清有否岩溶漏水通道。#）多层岩溶地层与非岩溶地层交互地带的渗漏问题，在查清岩溶地层的透水性以后，可按一般沉积岩地区隔水层和透水层互层的分析原则，判断其漏水的可能性。一般说来，向斜河谷比背斜河谷蓄水有利，如隔水岩层构成水库盆地外围边界（图$%#，图$%&），将阻断库水向邻谷渗漏。但若分水岭潜水位或承压水位低于库水位时，库水仍可能通过岩溶潜水含水层和承压水含水层向邻谷渗漏（图$%’）。图$%#库区岩溶化岩层因分水岭有隔水岩层（页岩）存在而不致渗漏$—灰岩；!—页岩；"—砂岩图$%&非岩溶化岩层（页岩）因褶曲对水库向邻谷渗漏的阻止作用$—灰岩；!—页岩背斜河谷地段一般不利于水库蓄水（图$%(）。但岩层倾角较大，低于库水位的岩溶化灰岩延伸到邻谷谷底以下深处时，水库不致产生渗漏现象（图$%)）。或者分水岭地带有断层存在或隔水岩层阻断岩溶灰岩时，水库也具有较有利的蓄水条件（图$%*）。—’""— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#!—灰岩；$—页岩图!"%水库将通过灰岩层向邻谷渗漏（图例同前）（$）建库河谷是地下水补给区这是岩溶地区最不利的，易产生大量渗漏的建库地区。当河谷是该区地下水补给区时，往往具下述地形和水文地质特征，应特别注意外漏的问题。!）盲谷：河谷突然中断处往往是地表水转入地下的入口位置，系水库蓄水后库水外漏的通道入口。$）谷底落水洞：若谷底落水洞发育，修建水库，落水洞是库水外漏的通道入口。图!"&因岩层倾角较大，灰岩层在邻谷底以下，水库不渗漏（图例同前）’）谷底溶洞：谷底若有溶洞口是入水口，亦属大型渗漏通道。当河谷是地下水补给区时，必须查清外漏通道，采取有效措施，否则水库漏水是很难避免的。$(地下水的分析岩溶地区当确证有类似上述一般地层区的地下水分水岭时，可按前述相似情况判断库水是否渗漏的问题。此外，岩溶地区有两种特殊情况：—#’)— 第一章库区工程地质问题图!"#断层切断可能的渗漏通道!—灰岩；$—页岩；%—砂岩!）地下水分水岭与地形分水岭的不协调：在一般地层区，地下水面往往随地形的起伏而起伏，地下水分水岭岭脊线大体与其所在山脊线平行，平面位置也大体相当。在岩溶地层区，当岩溶不甚发育时，这种相关现象是存在的。但岩溶比较发育以后，这种相关关系往往遭到破坏，出现地下水分水岭与地形分水岭十分不协调的现象。地下水分水岭往往偏离地形分水岭的一侧，而且常出现横穿分水岭山体的地下水分水岭。当分水岭山体的两侧谷坡岩溶发育程度相差悬殊，岩溶发育一侧的地下水面往往较分水岭另一侧的要低，则地下水分水岭岭脊线将向岩溶不发育一侧偏离。当有几条通向河流的大型溶洞系统，则每两条溶洞系统间必出现地下水分水岭，其岭脊线方向大体与溶洞方向平行而与河流斜交或直交，亦即与分水岭山体的延伸方向斜交或直交。因此，在判定地下水分水岭岭脊线位置时，不能套用一般地层区地下水的分布规律概念，切不能只打一个钻孔，凭“一孔之见”就下结论。$）一般地层区地下水的纵向径流情况比较少，即使出现时规模也不会太大。因而一般地层区地下水从分水岭岭脊开始，水面逐渐下降直接流向河床中。在岩溶地区，若岸边出现强烈岩溶地带，则地下水流到该处后，平行河流方向流动而成为纵向径流，该处地下水面有可能很低，甚至与河水面平齐，有的情况下还可能低于河水位。若这种纵向径流地段从坝上游通向下游，则将产生强烈的岸边绕坝渗漏（图!"!%）。当河谷底、河床以下岩溶十分发育，则可能出现两岸地下水不流入河床，而直接流向河床以下的岩溶发育部位。该处河水也直接向下补给，形成一种“悬托河”（图!"!&和图!"!!）。在这种情况下，应注意坝基和岸边绕坝渗漏问题。在选择坝址时应尽可能避开这类河谷地段。在岩溶地区修建水库还应注意，即使分水岭山体很厚，邻谷相距很远，但若有岩溶化灰岩相通，同时分水岭地下水位低于库水位时，仍可能产生较强烈渗漏。云南以礼河水槽子水库即一典型实例。库水除有顺灰岩走向向西南方向的那姑盆地（距水库$’()%’&*+）渗漏外，还顺岩层倾向横越分水岭向斜向蒙姑龙潭沟渗漏。该处出现新泉水，流量达&’,!,+%-.，距水库约!(*+（图!"!$）。当隔水层埋藏很深时，库水可能向地下深处渗漏成为区域性地下水补给来源，向远排泄区渗漏。三、库区渗漏估算分水岭渗漏量可按达西公式估算。—,%(— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"!#某地悬托河河水向下补给情况!$一中石炭世石灰岩；"—泥盆纪砂岩；!!一下石炭世白云岩；#—下二迭世玄武岩；!$%—下二迭世隔新灰岩；&’(—第四系冲积层图!"!!某地悬托河水库蓄水后渗漏情况!—钻孔；$一建坝前地下水位线；%一建坝后地下水位线图!"!$水槽子一龙潭沟水文地质剖面图（引自《水利水电工程地质》!&’(）!—三叠纪砂岩；$—二叠纪玄武岩：%—二叠纪阳新灰岩；(—中石炭世燧石灰岩；)—地下水水位线及运动方向；*—泉水!+单层岩土体分水岭分水岭由单层岩土体组成，透水性较均一，隔水层埋藏不深，分无坡积层和有坡积层两种情况（图!"!(）。（!）无坡积层（图!"!(’）渗漏量可按式（!"!）、式（!"$）计算。+!"+$+!-+$),*··（!"!）,$—*%*— 第一章库区工程地质问题图!"!#某水库渗漏途径示意图!$"#（!"%）式中"———分水岭单宽剖面的渗漏量，&#（’(·&）；$———分水岭岩土的渗透系数，&’(；%!———水库水位，&；%%———邻谷水位，&；&———分水岭过水部分的平均厚度，&；!———分水岭总渗漏量，&#’(；#———分水岭漏水段总长度，&。（%）有坡积层时（图!"!)’）可按式（!"#）、式（!")）计算。%!"%%%!"%%"$$平均··（!"#）()*(*(*%()*(*(*$平均$（!")）()((***$)$$*!$"#图!"!)单层岩土体分水岭渗漏计算剖面（+）无坡积层；（’）有坡积层式中()、(*———分别为分水岭水库一侧和邻谷一侧坡积层过水部分，&；(———为坡积层之间分水岭岩土体厚度，&；$)、$+———分别为分水岭水库侧和邻谷侧坡积层的渗透系数，&’(；—-#,— 第三篇水利水电工程常见地质问题其他符号代表意义同前。!"两层透水层分水岭（图#$#%）渗漏量可按式（#$%）计算。##$#!!&"平均·（%#’%!）（#$%）$"#%#’"!%!"平均&（#$(）%#’%!##$%##!$%#%!&’（#$)）!!&&!’式中%#———下层透水层的厚度，*；%!———上层透水层过水部分平均厚度，*；其他符号代表意义同前。图#$#%两层透水层剖面图#$#(+"隔水层是倾斜的（即(!,）（#）如向水库倾斜，据卡明斯基近似公式（图#$#(）)#’)!#!$)#!#&"·（#$-）!*+#’)!+#$#!!!&("·)!*!,&!#$!!而#!&)!’%%&(*"（+#$)#）+#’)#故!,&〔$(〕!*—(+-— 第一章库区工程地质问题（!）如隔水层向水库外倾斜，则#（$#$%#）$#%%#!""〔%’〕（#$&）!&式中!———单位库岸长度渗透损失，()*+；’#———渗透系数，(*+；(!———断面!上的水头值，(。如渗漏段长度为)（(），则总渗漏量为*")·!"（#$#,）通过详细勘测，资料更充分，可选择相应的水文地质计算公式计算水库渗透损失，作为采取工程防护措施的依据。防渗措施主要有：设置防渗帷幕（水泥及化学灌浆），溶洞的堵、围、铺、截，松散层的人工铺盖、防渗墙及防渗板桩等。第三节库区浸没水库蓄水后使库区周围地下水位上升，导致地面盐碱化、沼泽化及建筑物地基条件恶化，这种现象叫做“浸没”。库区“浸没”是地下水的作用结果，由水库蓄水引起的。图#$#-表示浸没对房屋地基和基础的影响。图#$#&表示水库蓄水后引起地下水位上升，但对地基影响要看毛细水上升高度是否能达到地基及其作用结果而定。图#$#-地下水直接浸泡地基和基础#—蓄水前地下水位线；!—蓄水后地下水位线；)—沼泽地图#$#&地下水升到基础以下位置#—蓄水前地下水位线；!—蓄水后地下水位线一、发生浸没的条件浸没的首要条件是岩土的性质，在透水的岩石和第四纪松散堆积物中才会发生浸没，—/).— 第三篇水利水电工程常见地质问题而不透水的岩（土）层就没有这个问题。其次，是地形和水文地质条件，如库区周围的高地不易受到浸没；而地形比较平坦的地段特别是洼地等，浸没可能较严重。一般浸没往往发生在库区周围：!）地下水埋藏较浅的地段。"）地表水和地下水排泄不畅，补给量大于排泄量地段。#）受库水渗漏影响的邻谷或洼地。$）平原型水库的下游低洼地。%）原来就是沼泽的边缘，两个阶地的交界处，阶地与洪积扇相接的阶地后缘等。&）位于库区周围的地下建筑物，其高程接近或低于正常高水位。二、浸没预测与估算浸没预测包括：!预测蓄水后地下水的壅高值（图!’!(）；"地下水在这种壅高情况下能否产生对工程地基和地下建筑物的危害，或引起地面盐碱化等问题。有时还需考虑毛细水上升高度的作用。在下伏隔水层近水平产状的地区（图!’!(），要预测!地点的地下水的壅高值（"!），可根据下述步骤来建立计算公式。图!’!(地下水壅高计算剖面壅高前和壅高后，同一单宽剖面地下水的渗流量#是不变的。据达西公式可列出：%!’%"%!*%"壅高前#!)$··（!’!!）&"（%!*"!）’（%"*""）（%!*"!）*（%"*""）壅高后#")$··（!’!"）&"因#!)#"，故联解二式，得：""）"（!’!#）"!)!%!’%"*（%"*""’%!式中%!———蓄水前的地下水位，+，可在钻孔中测得；%"———河水位，+；""———水库设计水位与河水位的高差，+，可事先确定。公式（!’!#）一般对第四纪地区较适用。但计算值往往与实际情况还有出入，为安全起见，在预测时还常加一定的安全宽度范围，其值大小视水库情况及预测段的重要性而定。—&$,— 第一章库区工程地质问题水库浸没预测，除了用公式计算外，还可用相似条件库区已有数据来类比确定。浸没的标准问题，即地下水的允许最低埋藏深度，不同部门有不同的要求，对于居民点和农田，一般是在!"#$%"#米之间。关于浸没的防治措施，主要从降低地下水位入手。根据水文地质条件，布置排渗和疏干工程。对于农田，除采取工程措施外，还应结合农业措施处理，如改变农业作物种类和耕作方法等。第四节库区塌岸水库蓄水后，由于库岸工程地质条件的变化，引起原来斜坡的破坏，叫做塌岸或边岸再造。塌岸危及两岸农田和工程，塌下物质是库区淤积来源。库区山坡的冲刷以及河流携带的泥沙在库区淤积，使水库库容逐渐减小，影响到水库的效益。邻近坝区的大规模塌岸和滑坡，激起巨大的波浪，冲击大坝甚至越顶而过，严重危及坝体和下游居民生命财产的安全。一、库区塌岸的过程库岸原始坡度、组成库岸的地层岩性、地质构造、库水位的变化（包括升降幅度和变化速度）、水下冲刷掏空程度、波浪的掏蚀作用以及风、冰排等是影响库区塌岸的因素，预测既要综合考虑诸因素的作用，又要抓住其中主要矛盾。有关土质岸坡的稳定分析将在第十一章土质边坡部分介绍，滑坡有关内容已在第三章中介绍过了。水库蓄水后，增加了新的因素，原来稳定斜坡现在可能不稳定，原来不稳定的则现在更不稳定，发生了边岸再造。边岸再造过程通过图!&’#就可以得到轮廓的认识。二、库区塌岸的预测与估算常用的预测库区塌岸最终宽度的公式（参见图!&’!）如式（!&!(）。!)"〔（#*$%*$&）+,-!*（$’&$&）+,-"&（#*$%）+,-#〕（!&!(）式中!———塌岸最终宽度，.；"———与土的颗粒大小有关的系数，粘土为!"#，冰积壤土为#"/，黄土为#"0，砂土为#"1，多种土质岸坡应取加权平均值；$%———波浪冲刷深度，.，相当于!$’倍波高。中小型水库波高一般界于#"1$!"1.之间；#———水位涨落幅度，.；$&———浪击高度或浪爬高度，.；大体为#"!$#"/倍波高。对细粒土，例如粘土取小值，对粗粒土，如粗砂砾石取大值；!———浅滩冲刷后水下稳定坡角（2），可查图!&’’；—0(!— 第三篇水利水电工程常见地质问题!"———正常高水位以上岸高，!；———预测的岸坡水上稳定坡角，可查表"#"；!"———原始岸坡坡角。图"#$%土质斜坡塌岸过程（#）蓄水初期；（$）出现浪蚀龛和水下浅滩雏形；（%）出现水下浅滩；（&）岸壁后退，浅滩扩大；（’）边岸稳定，浅滩扩大终止"—水下浅滩；$—原库岸；&—塌岸后的库岸库水位的陡涨骤降会加速塌岸过程，如旱季短时间内大量取用库水，雨季刚开始时的连续暴雨，接踵而来的台风雨等等即会出现这种情况。正常高水位与低水位差越大，再造岸边(越宽；水库水面越宽、水越深、风力越强，再造岸边(也越宽；库岸形状不同，土质不同，塌岸宽(也不同；原始岸坡越陡越容易塌岸。表"#$和表"#&是我国某水库采用式"#"’计算塌岸宽度时使用的几个参数值，可对照前面所述参考选用。表"#"岸坡天然稳定斜坡角岸坡土石类!（(）粘土)*&%黄土$%*&+壤土$)*’+细砂&%*&)中砂&%*’%—,’$— 第一章库区工程地质问题岸坡土石类!（!）含漂石的壤土"#$%#粗砂"&$%#细砾石’%#卵石’%#表()*河南某水库塌岸预测时采用的!、!值岩性!!含砂量+(#,-.&黄含砂量(#,$"-,-./#0-土含砂量’"-,-.0砂层-.#*#砂卵石层-.%%#粘土(.-0-图()*(水库塌岸预测图表()"河南某水库塌岸预测时采用的!值性岩黄土砂土砂卵石粘土波高（1）+(.#(!"-2%!&!(!"-2(.#$*($"-2"!/!(!"-2’*(!"-2*!"-20!(!"-2—0%"— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"##不同波高情况下各种土的浅滩坡角!（$）!—粘土；#—黄土；%—壤土；&—细砂；’—中砂；(—含漂砾的壤土；)—粗砂；*—细砾石；+—卵石应当指出，多数地区的中小型水库不必预测塌岸，但若坝前库岸不稳定，则应考虑能否产生滑坡而激起巨浪危及坝身安全，或岸边有重要工程或交通干道时，塌岸预测亦需进行。水库坍岸的防护措施一般是采用堆石或干砌片石防浪墙、堤等工程。第五节库区淤积在厚层第四纪松散堆积物地区（主要是粘性土地区），特别是黄土地区修建水库，容易发生水库区的淤积问题。淤积物质来源主要有：!冲沟的侵蚀；"塌岸的发展；#库岸滑坡和崩塌；$库岸斜坡的坡流的冲刷；%流入库区的河流带入泥沙。分别估计各种来源可能带入库区的泥沙量（通过地面调查和必要的实验），即可估算出库区淤积物增长的数量。淤积物增长量过大则需采取一定措施以保证有效库容。防止淤积的工程措施有：!设法减少入库的泥沙；"设法排除库区的淤积物质。减少入库泥沙量的办法包括水土保持、加固库岸不稳定地段、整治冲沟、植树造林等等。排除库区淤积可采用“底孔排淤”，即洪水季节适当大开底孔闸门使混浊洪水畅通流至库外，并根据情况适当拦蓄较清的水或在枯水季节关闸蓄水。群众称此为“大洞底孔，放洪蓄清”。在淤积十分严重的水库采取这种办法较为有效。—(&&— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题第二章土坝及堆石坝工程地质问题第一节概述土坝和堆石坝是中小型水利水电工程中最常见的坝型。建国以来，我国修建了大量的中小型水库，其中土坝和堆石坝占绝大多数。一、土石坝的类型及工作特点!"土坝的类型和工作特点（!）土坝类型常见的土坝有如下几种：!）均质土坝（图#$!!）：是由单一的粘性土或重壤土筑成，整个坝体就是防渗体。均质土坝结构简单，取材方便，施工容易，在我国已建土坝中它占的数量很多。#）塑性心墙和刚性心墙坝（图#$!"）：在坝中间部分用粘土或浆砌石做防渗体（前者为塑性心墙，后者为刚性心墙），坝外壳用砂砾料筑成。%）塑性斜墙和刚性斜墙坝（图#$!#）：是把防渗体设在上游迎水坡（采用粘土料叫塑性斜墙，采用浆砌石则叫刚性斜墙），用砂砾料作坝身部分。&）带铺盖的心墙和斜墙坝（图#$!$）：当坝基漏水层厚时，常于坝前库底设粘土铺盖层，粘土铺盖层与心墙或斜墙相连，即为带铺盖的心墙坝或斜墙坝。铺盖长度、厚度主要取决于坝基漏水层的透水性，同时，现今也常采用设置防渗墙来代替铺盖。若坝基漏水层不太厚，则不必设铺盖，于心墙或斜墙下面设截水墙或齿槽（图#$!"和%）即可。’）多种土质坝：是用多种土料筑成的坝，把透水性极小的土放在坝中间或上游坡，以起防渗作用（图#$!%）。采用哪种坝型主要视当地天然建筑材料的种类、质量、数量和施工条件、地质条件而定。（#）土坝的主要工作特点对土坝应注意以下几点：!）坝身的渗透变形问题；土料本身总有一定的透水性，通过坝身渗流的出泄地点，若还位于坝的下游坡，可能引起坡面滑动；土坝坝基土质地基居多，坝基渗漏亦可引起坝身浸润曲线（即坝身渗流水面线）的抬高，对下游坡稳定不利；坝基渗漏还可在坝下游引起渗透破坏，影响坝身安全。故设计中对坝身透水及坝基渗漏，能否引起渗透破坏问题，必须进行研究。—(&’— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#几种常见的土坝类型示意图（!）均质土坝；（"）心墙坝；（#）斜墙坝；（$）多种土质坝；（%）带铺盖的斜墙坝#—心墙；!—截水墙或齿槽；$—斜墙；%—铺盖；&—透水层!）坝身沉陷问题：土料具有压密变形性质，因而坝身可能沉陷。坝基有高压缩性土层时，更加剧这种作用。特别是不均匀沉陷会使坝体产生裂纹，影响大坝安全。因此，设计时必须考虑下沉量和下沉过程，施工时必须采取有效措施，保证施工质量，防止坝体不均匀沉陷产生。$）坝坡的稳定问题：土坝坝坡一般较平缓。但边坡太缓则土方工程量又不必要地增大。故土坝边坡稳定在设计中需要仔细验算。根据长期生产实践，由于土坝边坡很缓，坝身体积很大，坝体很重，被水推走的可能性很小。故在一般情况下，不考虑地基的抗滑稳定问题，而着重考虑坝坡的稳定问题。由于地下水位的抬高，改变了天然坝坡的条件，可能引起坝坡土滑动，因此要予以注意。!’堆石坝类型和工作特点在土少石多地区，可用石料堆筑坝体，用防渗料作心墙和斜墙，这种坝叫堆石坝。（#）堆石坝类型按防渗体和堆石体的相对位置可分斜墙堆石坝（防渗体斜置于迎水坡）和心墙堆石坝（防渗体置于坝身中部）。堆石坝同其他土坝一样坝顶不溢流。但有特殊结构措施亦可作成溢流的。例如浙江温岭县修建的小型土石混合坝又叫“‘照谷社’型土石混合坝（图!"!）就是溢流的。（!）堆石坝的主要工作特点堆石坝的工作特点与土坝相似，但有其特性。#）渗透变形问题：堆石部分孔隙大，排水畅通，渗透直接对坝身稳定影响不大，但若坝基渗漏在坝下游形成渗透破坏，则会危及坝身稳定。!）坝身沉陷变形问题：在荷载（自重和水压力）作用下，石块接触点应力很大导致破坏，故堆石坝往往有很大的沉陷量。设计时应考虑这种现象并采取措施，以防过大沉陷变形，导致防渗设备破裂。如坝基有高压缩性软土，亦会出现类似问题。$）坝坡稳定问题：堆石坝坝坡稳定情况与土坝类似，一般堆石坝坡较缓。但坝基如产生不均匀沉陷，会影响坝坡的稳定。%）堆石料的风化问题：堆石部分孔隙大，故渗水、冰冻和气体循环易达坝体内，往复频繁，可能使堆石的物理、化学风化作用和风化速度十分明显，故对堆石质量应有一定要求，以免出现不良后果。—(%(— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题图!"!照谷社型上石混合坝断面图#—干砌块石护坡；!—砂壤土；$—粘土；%—反滤层；&—堆石；’—干砌块石；(—浆砌块石；)—浆砌条石；*—基岩；#+—接合槽二、土石坝主要工程地质问题土石坝坝址区普遍出现的工程地质问题是坝基和绕坝渗漏问题、渗透变形问题、当地天然建筑材料种类及质量数量问题，此外还有坝基压密变形、坝肩山坡稳定等问题。坝基沉降、坝肩稳定和天然建筑材料等将分别在第十三章、第九章、第十章和第十六章叙述。本章重点研究坝基渗漏和渗透变形问题。三、土石坝坝址选定土石坝坝址选定同其他各种类型坝址选定一样，取决于经济、技术等多种因素。原则上应选择地形、地质条件好，投资少，作用大，效益高的坝址。但由于各种条件互相关联，在许多情况下，工程地质条件好坏可能成为决定坝址方案是否成立的关键因素。谷口较窄且谷身宽广的地形最好，因为它为“坝身短、库容大”提供了良好的地形条件，假若有天然山凹适宜开溢洪道则更理想。流域面积大或区内水源充足，水库容易蓄满水，能有效发挥水库的作用。土坝对地质要求并不太高，只要没有特殊不良工程地质条件，岩基或土基均可。堆石坝对地基要求稍高些，必要时采取一定的处理措施即可满足要求。为了避免过大的处理工作量，土坝和堆石坝地基应尽量躲开不利地质地段：!厚层的或十分强烈的透水层规模巨大的断层破碎带和岩溶发育地段；"厚层的压密变形性能很强烈的软土层；#在强震区应避开厚层的易发生振动液化的粉细砂层。坝址河谷两岸岸坡若存在大型滑坡、崩塌和其他不稳定现象，坝址应躲开这些地带。也不宜把坝体放在紧靠不稳定岸坡的下游侧，以防山坡失稳下滑激起库水巨浪冲毁坝身。遇这种情况，可将坝体躲开不稳定山体，放在上游位置较好。但应注意不影响坝后发电厂房等工程设施的安全。坝址若有承压含水层，且直接影响开挖坝基和建坝的安全时，则坝址可考虑挪动位置。上述问题，有的采取一定处理措施亦可解决，但若是很复杂地质条件，将会增加工程量和投资，影响工期进度，乃至工程建成后带来新问题。因此，是避开这种地段还是采取处理措施有利，应全面考虑。此外坝址选择与库区条件密切相关，应尽可能选择一个好的—’%(— 第三篇水利水电工程常见地质问题坝址，同时库区的工程地质问题（例如分水岭渗漏）也不那么严重，才是较全面的。总之在选择坝址时，对坝址本身和库区主要工程地质问题均需综合考虑。第二节坝基渗漏及绕坝渗漏的地质分析坝址区渗漏的通道同水库一样，主要有透水层（如砂砾石层等）和透水带（如断层破碎带、溶洞）两种，找出渗漏通道则坝址渗漏问题就能迎刃而解了。因此库区渗漏分析的许多内容在这里是可以应用的。下面根据不同地质条件对坝基和绕坝渗漏进行扼要分析。一、岩浆岩地区（包括块状变质岩地区）渗漏分析岩浆岩作坝基一般比较理想。在岩浆岩地区除河床中第四纪砂卵石层系渗漏通道外，对基岩而言，可能的渗漏通道主要是断层破碎带、岩脉破碎带、节理密集带组成的透水带以及表层风化裂隙组成的透水层。只要这些渗漏通道从库区穿过坝基在坝下游河床附近地区出露，就可导致渗漏。当然，所谓的“出露”可以是通达地表，也可以是通达河床中的透水砂卵石层。喷发岩的渗漏，除裂隙串通，构成渗漏通道外，喷发岩还可能具有层状渗漏特点。例如黑龙江省某处水电站坝身位于玄武岩熔岩岩体上，该玄武岩系多次喷发，可明显分出五大层，各层层顶有风化裂隙、冷凝张节理，有的层还有大量气孔和陷落洞穴，形成玄武岩裂隙洞穴透水层。透水最强的层均位于每次喷发岩的顶部和底部位置。在高水位季节坝基渗漏严重，成为玄武岩层严重渗漏的特例。二、沉积岩地区（包括层状变质岩地区）渗漏分析沉积岩地区除上述那些断层破碎带、节理密集带构成的漏水通道外，最常见的就是透水层的漏水，如沉积岩的砂砾岩层和节理裂隙发育的夹层，它们只要穿过坝基，而同时在上游库区和下游河床附近出露，即可成为漏水通道。对于纵向河谷应注意沿透水岩层走向方向的渗漏，而横向河谷则要注意沿倾向的渗漏（图!"#）。在横向河谷条件下，只要坝基为隔水层，就不存在沿透水岩层的坝基渗漏问题，但若与较大断裂带等其他漏水通道组合起来，坝基渗漏仍有可能。如图$"%所示。可溶岩的岩溶渗漏也是沉积岩独特的一种渗漏类型，同第七章叙述的一样，首先应查明岩溶发育规律才能准确的进行分析。三、第四纪堆积物地区渗漏分析第四纪堆积物地区坝下渗漏主要是通过古河道、河床和阶地内的砂卵石层。这些砂卵石层有的位于河床表层，有的位于粘性土层之下，也有的与不透水层成互层（图$"&）。砂卵石层本身粗细变化较大，出露条件也各式各样，这些均影响到渗漏量的大小。如果砂卵石层上有足够厚的分布稳定的隔水粘性土层，那就等于是天然铺盖，但若粘性土覆盖层—(%’— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题图!"#不同类型河谷岩层产状示意图!一岩层倾向下游；"一岩层倾向上游；#—岩层向左岸倾斜；$—岩层向右岸倾斜$一河谷；!—水库回水线；#—沟谷；%—岩层；&—坝被破坏则仍将引起坝基渗漏。当古河道穿过坝基或贯通上下游，可能沿之产生严重渗漏。在山区半山区沿河谷两岸常有一些岩堆、坡积物和洪积物，它们有较大的孔隙性，尤其是颗粒较粗时，能成为良好渗漏通道。当其下伏基岩风化裂隙很发育时，情况会更严重些。库水沿坝基和绕坝的渗漏问题，在中小型水库工程中经常遇到，应引起重视。如某坝建成后坝基渗漏十分严重，不但影响水库蓄水效益，又危及坝体安全。经初步查明坝基有两个渗漏通道：!建坝时坝下截水墙深度太浅，未将砂卵石层全部截断；"有一条断层破碎带斜穿坝基，上端在库区内，下端直达下游河床，构成基岩中的漏水通道。建库十余年，坝基渗漏量一直很大，近年来因库底泥沙淤积，才有所减少。该坝因这些问题的存在，不能满库蓄水，影响效益充分发挥。图!"%坝基透水层与透水带组合成的漏水通道$—透水层；!—断层破碎带；#—隔水层；%—混凝土面板；&—堆石—(%’— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#几种河床堆积物地层结构类型（$）单层透水层结构；（%）多层透水层结构；（!）多阶地多层透水结构；（"）多阶地双层结构#!、#&—中更新统、上更新统；#’—全新统；$%（&%）———全新统冲积层（洪积层）；#’$%（&%）—上更新统冲积层（洪积层）；#&$%（&%）———中更新统冲积层（洪积层）#!第三节坝基渗漏及绕坝渗漏的估算一、坝基渗漏量的估算()单层透水坝基我们先讨论一个最简单情况，即坝基为单层透水层，其厚度等于或小于坝底宽度时，并假定坝身是不漏水的，则可按达西公式，将边界条件简化（图!"*）求得)’+(··+（!"(）!*,+式中’———坝基单宽剖面渗漏量，-&（./·-）；(———透水层渗透系数，-./；)———坝上下游水位差，-；!%———坝底宽，-；+———透水层厚度，-。整个坝基渗漏量为#+’,（!"!）（!"!）式中,———坝轴线方向整个渗漏带宽度，-。此式当0!!*时较准确，当+1!*时则稍偏小。!)双层透水坝基—*#2— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题坝基为两层透水层，上层粘性土，下层砂砾石层，上层和下层的厚度分别为!!和!"（图"#$），则按下式计算单宽剖面渗漏量：#"%（"#’）"$!!&"%"!"!%!%"!""#(单层透水坝基!—隔水层；"—透水层图"#$双层透水坝基!—隔水层；"—强透水层；’—弱透水层若上层为砂砾石层，下层为粘性土层，因粘性土透水性较小，则可近似按（"#!）式计算，计算时把粘性土层当作隔水层处理。’)多层透水坝基当坝基为多层土（水平产状）其渗透系数均不一样，但差值不太大（在!*倍左右），仍可按式（"#!）或式（"#’）计算，其渗透系数可取加权平均值%平如下：%!!!&%"!"&%’!’&⋯⋯&%&!&%平%（"#+）!!&!"&!’&⋯⋯&!&二、坝基渗漏计算实例【例"#!】江西某均质土坝坝高"*,，最大水头!-,，库容’+.+万,’。坝基河床第四系覆盖层厚-/!*,，为冲积、洪积物。上层为*/’)"’,厚的砂壤土或壤土，渗透系数为*)*!!/*)*’.,01；中层为*)’$/+)"-,厚的砂层，最下为*).2/()++,厚的砂砾石层，局部夹有砂壤土和壤土透镜体，在有些地段，中下两层互相交错，其平均渗透系数为(+).+,01，再下为片麻状花岗岩（图"#2）。!)坝基分层分段河床第四系覆盖层，按其物质组成及透水性能简化为上下两层（图"#.）。上层为壤土、砂壤土，透水性微弱，下层为砂及砾石层，透水性强，渗漏损失量采用公式（"#’）及式（"#"）进行计算。考虑到地基各地段上下层的厚度和渗透性不同，为精确起见，计算时将坝基划分为五—(-!— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#江西某坝河谷地质剖面示意图$—壤土；!—砂壤土；%—淤泥质砂壤土；&—砂层；’—含砾石粗砂层；(—砂砾石层；)—蠕虫状红土；#—红土碎石层；*—片麻状花岗岩图!"*江西某土坝横剖面图个计算段。第一段为河床；第二段为漫滩的前缘部分；第三段为漫滩中部；第四段为漫滩后缘部分；第五段为阶地前缘至后缘。渗漏总长度共计**+,。!-坝基各段渗漏计算各计算段的计算参数（表!"$），分别取之于各段内的钻探和抽水试验资料，当水库蓄水至正常高水位标高&’,时，渗漏量计算结果见表!"$所列。表!"$江西某坝坝基渗漏量计算表项目代号单位第一段第二段第三段第四段第五段上、下游水位差!,$’$’$’$’$’坝基宽度!",$!+$!+$!+$!+$!+弱透水盖层厚度#$,+-’($-$’$-%+$-’$%-&#弱透水盖层渗透系数$$,./+-+%*+-+!%+-+$’+-+%&+-+$$强透水底层厚度#!,’-$+’-*’(-&+’-*%’-)#强透水底层渗透系数$!,./(&-*&$’#-’%#’-#’!#-%’+-*+单宽渗漏损失量%,%（./·,）$*-+!’-’($&-#+#-+(+-%*计算段长度&,(+-+%++!’+!!+$(+全计算段渗失量’,%./$$&+)(($-+%)+$))&(!—(’!— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题计算过程以第一段为例；"!!"#%$#"$"%"!$$$"%"$%!$"&&)%’"’()*+%)$!&)&,*+’()*+%)$$%,!!$*/（01·/）&)-.&!!’!$*+’&!$$(&/,01其他计算从略。,)坝基渗漏计算结果坝基渗漏总量为该水库河流多年平均来水量的.)’.2。其中以河床和漫滩前缘地段渗漏较为严重。这就为防渗处理找到了主要位置。三、绕坝渗漏量估算绕坝渗漏水流有潜水类型和承压水类型两种，计算方法稍有不同。$)潜水型绕坝渗漏计算潜水型绕坝渗漏计算方法有以下几种：（$）剖面计算法首先在坝肩岩土体内绘制流线，对于均质的土体可按圆滑线处理（图"3$&），当裂隙方向性很明显时，则流线应考虑裂隙方向（图"3$$）。然后在流线方向上取单位宽度，且剖面是紧靠着的，如图"3$&取$4$、"4"、,4,、(4(等。计算每个单宽剖面的渗漏!，最后将它们加起来，即得整个坝肩岩土体渗漏量。图"3$&均质透水土体的流线绘制单宽剖面的渗漏量可按达西公式求得"+$#+"!!$()!$··（"3%）*"式中"———坝上、下游水位差，/；*———剖面长度，即渗径长度，/；—’%,— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"##沿山体基岩烈隙绕坝渗漏示意图!#、!!———剖面上、下游透水层厚度，$。显然，每个剖面的渗漏量均有差别，离坝肩越远，剖面越长（即渗径越长）则渗漏量会越小，到一定距离后的剖面渗漏量就可以忽略了，这就是坝肩岩土体的渗漏范围。将此范围内所有剖面的渗漏量"乘各剖面宽度加起来，则为此坝的绕坝渗漏总量。当坝肩岩土体透水性沿渗透途径变化较大时，则需计算平均渗透系数以求单宽剖面的渗漏量。例如，坝肩上、下游山坡有透水性弱的坡积层复盖时（图!"#!）将起到铺盖作用，减少渗漏量。单宽剖面渗漏量计算公式为!!##"#!"%（!"(）$#$!$’!(&&)%#%!%’式中##———上游水深（上游透水层厚），$；#!———下游水深（下游透水层厚），$；$#，%#———坝肩上游坡积层渗流长度$；及渗透系数，$)*；$!，%!———坝肩主体岩层渗流长度，$；及渗透系数，$)*；$’，%’———坝肩下游坡积层渗流长度，$；及渗透系数，$)*。（!）总渗漏量一次计算法当边界条件较简单，绕坝渗漏流线接近圆形时（图!"#’），则计算可化简为(&%+’’((%#（!#&!!）,-（!".）)+式中&———绕坝渗漏总量，$’)*；(———库岸可能漏水段长度，米，从坝轴线算起；)+———坝肩与岩石接触面处绕坝渗漏流线圆轨迹半径，$。其他符号代表意义同前。—(0/— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题图!"#!边岸有坡积层时，沿流线绕坝渗流展开图图!"#$流线近圆形的绕坝渗漏!%一第一条流线的圆半径"值相当于图!"#$上#$与!%长度之和，#为坝端点，$为地下水面（潜水）与水库正常高水位面的交点。根据勘探资料可确定$点位置。（$）粗略计算法当缺乏勘探资料不能确定绕坝渗流宽度时，亦可按式（!"&）粗略估算。%’&’（(#((!）（!"&）"式（!"&）是从式（!")）令%*$++#,!#*%而得来的，作为粗略估算用，计算值偏大。!%!*承压水型绕坝渗漏计算(#((!将式（!"-）、式（!")）、式（!"&）中改为承压含水层厚度)，则可得承压水条!件下计算绕坝渗漏的公式’*’&··)（!".）+"%’%,)$!&’)/,（!"#%）!%%’!&’)（!"##）式中)———承压含水层厚度，0；其他符号代表意义与式（!"-）、式（!"+）、式（!")）同。上述各计算公式所求得结果的精度，取决于各项计算指标的可靠程度。因此，必须详细查清坝肩地层岩性、构造与水文地质情况和进行必要的水文地质试验工作。—+--— 第三篇水利水电工程常见地质问题第四节坝基渗透变形土石坝修建以后，上下游水头差加大，渗透水流增强，不仅可能漏失大量库水，而且坝基渗漏水流的动水压力还可能改变坝基岩层的组成结构，使其强度降低，甚至丧失承载力，而危及坝基稳定。所以对土石坝地基稳定问题除应研究有否软弱夹层而产生不均匀沉陷外，还应特别着重研究渗透变形，以保证坝体的安全。渗透变形是指渗透水流的动水压力所引起的土层组成、结构的改变或破坏。简单地说，土层在渗透水流作用下发生的颗粒移动和块体变形、破坏现象叫做渗透变形或渗透破坏。其发生和发展与地基地质情况、颗粒级配、水力条件及工程运用等因素有关。一、坝基渗透变形类型坝基渗透变形的类型有：管涌（或称潜蚀）、流土和接触冲刷等。!"管涌管涌是土层中细小颗粒被渗透水流带走的现象，较普遍地发生在不均质砂层中，特别是既有大量细砂、极细砂，又有大量粗砂、砾石的混合砂中。在粘性土层中也可见到其中的粉土、极细砂以至细砂沿某些裂隙涌出。坝基坚硬岩石中的未胶结断层破碎带、构造裂隙和风化裂隙中的泥砂充填物，也可见到管涌现象。砂岩的胶结物为易溶的岩盐和石膏，在渗透水作用下，当胶结物被溶解，细小颗粒被携带冲出，则形成化学管涌（或叫化学潜蚀），红色岩层坝基易产生这种现象。管涌使坝基岩层的孔隙和孔隙率增大，降低承载力，甚至可使坝基形成管道状空洞，产生坍陷，危及建筑物安全。#"流土流土是指渗透水流的动水压力使土体表层颗粒同时浮动的现象，常发生在大坝下游坡脚处有渗透水逸出的某些土层中。土坝下游坡排水设施失效，渗漏水从下游坡脚或下游边坡逸出处的动水压力超过土体自重时，则可能产生流土。如西北某水库，坝高$$%，两岸坝肩为粘土质砂壤土，坝建成后曾发生过严重的绕坝渗漏，产生管涌、流土并导致背水坡两岸滑塌。此外，细粒土层与粗粒土层接触面上细砂、极细砂、粉土等细小颗粒被渗透水流的动水压力冲动并带入粗粒的砂砾层孔隙中的现象称为接触冲刷。显然，它与管涌和流土性质相似，只是没有把细小颗粒携带出砂层以外而已，因而有接触流土和接触管涌之分。二、坝基渗透变形的分析渗透变形必须具备的条件是：渗透水流具有足够大的动水压力和岩层具有一定的结构特性。!"动水压力和临界水力坡降—&’&— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题（!）动水压力的作用方向渗透水流的动水压力作用方向与水流方向一致，因而在坝基对土体稳定的影响，随部位不同而异。如图"#!$所示，在上游坡脚!处，动水压力方向向下，使土体压实；坝基中部"的动水压力方向近水平，有使土粒向下游移动趋势；下游坡脚%处，动水压力作用方向向上，其上地面即临空面，故此处管涌与流土最易发生，并可能越来越向坝基中"处的方向发展，威胁坝基安全。图"#!$坝基渗流方向化图（"）动水压力的大小动水压力是以渗透水流作用到单位土体上的压力表示。它的大小与水的容重和水流的水力坡降有关，以式（"#!"）计算。!动&"!#（"#!"）式中"———水的容重，’()*%；!#———渗流的水力坡降。!如按工程实用制取"为!+,-)*%，则式（"#!"）中!与#在数值上相等，即土中任一!动点的动水压力!与该点渗透水流的水力坡降，)数值相同，但单位为-)*%。动（%）临界水力坡降图"#!$中的下游坡脚%处，向上的动水压力.动大于该处土体的浮容重时，该处就会发生渗透变形。因而通常将使动水压力等于土体浮容重时的水力坡降，口叫做临界水力坡降，以#临表示。并可按下述方法求得：渗透水流水力坡降达到，临界值（#临）小时，动水压力刚刚达到与土浮容重（"$）相等的数值，土体处于渗透变形的极限状态，据此可导出计算#临的公式。因为"!#临&!动&"$用式（"#!%）、式（"#!$）、式（"#!/）推导得"$&（!#%）（#&’!）所以#临&（#&#!）（!#%）（"#!%）#&#!或#临&（"#!$）!0$式中!———动水压力，’()*%；动%；"$———土的浮容重，’()*%———土的孔隙度，1；$———土的孔隙比，以小数计；"&———土的比重。若取砂土"2&"+3/，#&,+3/，按式（"#!$）计算得#临&!+,。按式（"#!$）计算的各种土发生渗透变形的临界水力坡降#临，一般均在,+45!+"之间。（$）对临界水力坡降的评价临界水力坡降为我们认识和评价渗透变形提供了一个—3/6— 第三篇水利水电工程常见地质问题简单而清晰的概念，但它没有考虑土体的强度，因此有人建议修正为!临!（!""#）（#"#）$%$&#（’"#&）式中符号代表意义同式（’"#(）。实际上，结构紧密的砂土内摩擦角和密实粘性土的粘聚力均较大，故只有沉积时代较新的砂土层，如新第四纪（上更新世）至近代（全新世）的冲积层中，结构比较疏松，可以忽略其内摩擦力的作用，而对于沉积时代较早（如%(以前）的砂砾石层，因其结构紧密，常常是渗透水力坡降超过#时，仍未见有渗透变形现象。如河南某水库坝肩老第四纪（%#）冰水沉积砂砾石层，现场渗透试验的渗透坡降大达&)%*+)%以上时，也未出现渗透破坏现象。其原因不仅是砂砾石层结构紧密，而且颗粒间具有弱胶结作用。’)土的结构特性对渗透变形的影响根据一些实验表明，土中细粒含量不同、粗细颗粒粒径不同和颗粒级配特征不同，土产生渗透变形所需的临界水力坡降不一样。（#）细颗粒含量对渗透破坏的影响实验资料表明，土中细粒含量超过一定值后，出现渗透破坏坡降的转折（图’"#&）。这可能是因为细颗粒达到一定含量后，将粗粒完全包围，粗颗粒不再起骨架作用；这时，土的渗透变形主要受细颗粒影响。因此才出现图’"#&的那种转折现象。（’）粗、细粒径比例对渗透破坏的影响理论上讲，均匀球形颗粒之间的孔隙直径为颗粒直径的#,+（图’"#+），只有小于此孔隙直径的细颗粒才可能通过，产生管涌。天然&大条件下，由于细小颗粒周围的结合水及颗粒形状等影响，常需要超过+时，小颗粒才能&大&大通过，据试验资料，只有-’%时，管涌才能产生。&大&+%（(）级配特征对渗透破坏的影响用土的不均匀系数("!&)来判断渗透变形的类#%型，即的土产生流土；!.#%图’"#&渗透破坏坡降与细粒含量关系图的土产生管涌；#%.、的土可能产生流土，也可能产生管涌。!-’%!.’%—+&/— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题图!"#$均匀球形颗粒大小比例关系图!"#%是各类渗透变形所具有的颗粒级配曲线图。根据实验资料，当土体的颗粒级配曲线呈&型，渗透变形多为流土；如呈!型，多为管涌；如呈"型，则可能产生管涌，也可能产生流土。图!"#%渗透变形类型图&—流土；!一管涌；"—管涌或流土三、坝基渗透变形试验渗透变形试验（或叫管涌试验）有两种，即室内渗透试验和现场渗透试验。#’室内渗透仪中试验室内渗透仪中渗透变形试验装置，如图!"#(所示。用直径为!)’*+,，高为*-+,的薄铁皮渗透筒（为了能看到管涌现象，最好用透明的有机玻璃材料），筒底有进水管，连接胶皮管及玻璃管通至水源箱。—$*.— 第三篇水利水电工程常见地质问题试验是用改变水头进行的，为避免土样中滞留空气，观察期间内，土样都应浸于水下。进行试验时，将水头逐渐升高，在每一水头下都维持稳定!"#$%，如没发生管涌现象，再提高水头，并稳定!"#$%进行观察，直至升到某一水头发生管捅以后，再逐渐下降水头，直到管涌现象停止。如此，重复进行数次，最后将最低的开始发生管涌的水头作为临界水头，从而求得临界水力坡降。图&’()室内渗透仪中渗透变形试验(—试样；&—碎石缓冲层；!—进水管开关；*—胶皮管；+—观测水头玻璃管；,—水源箱；-—筛网；)—渗透筒&.室内木槽渗透试验室内木槽渗透变形试验装置，如图&’(/所示。试验成果整理如图&’&"。当水头加高至!点时开始管涌，"点停止管涌，#点继续管涌，$点又停止管涌，再加大水头至%点，管涌再度发生，由此继续下去，不加水头，到&点时土样就完全破坏了。用%点的水头作临界水头。每次样品试验时间约为*0左右。图&’(/室内木槽渗透变形试验(—土样；&—木槽从室内试验，能看到流土、管涌发生一般有三个阶段：第一阶段，水力坡降小于或等于临界水力坡降，土体没有破坏；第二阶段，水力坡降稍大于临界水力坡降，土体失去平衡，开始破坏，出现管涌现象，即细颗粒（一般为同一粒级）在粗颗粒孔隙中跳跃。如果土体孔—,,"— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题隙构成良好通道，则细颗粒就由此通路被冲至土样表面，在土样表面有气泡和细颗粒涌出成烟雾状，同时土样上部的水顿时局部变浑，很快又澄清，在其表面残留一个个的砂圈。而流土现象则是土体某一部分颗粒（不限于某一粒级）一起跳跃来回滚动，在土样表面局部成沸腾状，水砂翻滚，有似“稀图!"!#室内木槽渗透变形试饭要开锅”，这一阶段，如果不增加水力坡降，不管验水头与时间关系图哪种型式的渗透变形都只是局部的，不再扩大；到!—开始管涌，"—停止管涌；第三阶段，水力坡降继续加大，土体的变形不再局#—再管涌，$—又停止管涌；%—又再管涌；&—土样完全破坏；限于某一部位，而是逐渐扩大，引起土体的整个破’—采用水头值坏。管涌破坏是细颗粒在粗粒孔隙中顺着渗透水流方向运动，在运动过程中粗粒被挤撞移动而重新组合，细颗粒则往外涌出。流土破坏发生突然，有时整个土体上下翻滚，似开锅的稀饭，有时土体沿某方向裂开或全部被抬起。上述两种室内试验因土样已经扰动（原状土样不易取得），故试验结果真实性差，只能用于初步的计算评价。$%现场渗透试验现场渗透试验，有堤坝式渗透试验、围堰式渗透试验，还有水平渗透和垂直渗透试验等方法。（&）堤坝式渗透试验装置如图!"!&所示。利用天然河谷砂砾石层底下粘土层隔水，场地四周挖槽至粘土层，并回填粘土，构成封闭蓄水砂层，造成人工地下水位。试验水流途径：水源!注水三角堰箱（实测流量）!注水坑’试验坝基砂层!观测坑内溢出水流及管涌发生现象!排水三角堰（实测流量）!排水坑。图!"!&云雨某水库坝基现场管涌试验&—试验坝；!—红土坝坡；$—粘土墙；(—水尺；)—观测坑中管涌砂沸点；*—注水坑；+—原地面线；,—注水三角堰箱配合现场试验，需取土样分别进行颗粒分析，物理性质分析和室内管涌试验。现场试验初始水头按水力坡降#%&)确定。自初始水头开始，每级水头加#%#)-，稳—**&— 第三篇水利水电工程常见地质问题定!"#$，间距%&’()观测水头与流量，记录各级水头下发生的管涌与其他现象：如水混浊程度、冒气泡和水泡情况、注水及排水流量变化、砂粒悬浮松动和跳动情况、砂沸时水流带出土粒情况、砂沸管孔直径和形状、砂丘堆积高度以及砂沸强弱与停止等变化情况。在坑内水流溢出处，当发生砂沸且砂沸管中随水流带出细小颗粒，堆积在砂沸点四周形成一个个砂圈时即为管涌。管涌发生后，在此水头下延长!"*$，然后降低水头至管涌停止，再增加水头至管涌发生，并加到比前一级水头高一级水头，稳定!$后又降低水头，至管涌停止。如此反复数次，找出发生及停止管涌之最低水头（即临界水头），以此求算临界水力坡降。图!+!!水平渗透法试验装置示意图%—粘土；!—过滤层；*—水泥砂浆；#—排气管；,—测压管；-—进水管；.—出水管（!）水平渗透法试验装置如图!+!!所示。首先平整出#",的场地，沿着水库蓄水后地下水可能的渗流方向上，开挖两个试坑（长%’，宽&/0’，深%’），坑间保存宽&/-’的土层即为试验土层。其次将试验土层底部谨慎地挖空并立即置一混凝上板，在混凝土板与试验土层间填以夯实的粘土使之不透水；然后，将试验土层两肩挖开，使其宽度不小于&/-’；最后用混凝土将两肩挖开部分及其顶部封闭，除试验土层水平方向上的进出口外，四周均与天然岩层隔离。在浇筑水泥砂浆前，上下游分别埋好进水管、排水管和测压管。上游试坑内填入卵石、砾石作为过滤层。待混凝土凝固后即可安装供水设备。试验开始前，要先向试坑注水一天以饱和试样，然后再逐级按渗透坡降抬高水头。渗透变形现象和渗透流量的大小，均可在下游试坑的溢水口上进行观测。（*）垂直渗透法试验装置如图!+!*所示。试验程序基本上与水平渗透法相同。试验时，对时间（!）、水头（"）、流量（#）都应记录，并求出相应的水力坡降（$）与渗透系数（%），分别作出!""、!"#、$"%（的关系曲线。运用这些参数曲线来分析渗透变形的临界点和渗透变形发展的趋势。四、坝基渗透变形的预测%/预测的基本内容一般需预测坝下游上升渗流段范围的渗透变形，只要该处实际水流渗透坡降超过了允许渗透坡降值，则可能发生渗透变形，否则应该认为是安全的。为此，需先确定：!坝下—--!— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题图!"!#垂直渗透法试验装置示意图$—混凝土外壳；!—压力表；#—透孔板；%—木撑；&—混凝土底板；’—木箱；(—排气管；)—进水管；*—溢水口；$+—测压管；$$—供水箱游上升渗流段的实际水力坡降；!坝基土层的允许水力坡降值；"安全系数。!,预测步骤预测大体可分三个步骤进行：（$）判别渗透变形的类型了解坝基第四纪土层的地质结构、各层岩性和级配变化规律，并判断若出现渗透破坏可能属于哪种类型。$*)*年试行的水利水电工程地质勘察规范中提出如下判别方法：先是按土中细粒含量百分数（!）进行判别。$当!-.$++为管涌土（%$""）$!/.$++为流土（%$""）式中"———土的孔隙度。土中细粒含量百分数按土的级配曲线形状来确定（见图!"$(）。对级配不连续的土，其特征是级配曲线中中间有一平段，或有一段的颗粒含量!##。粗料、细料的区分粒径（$%）可以取水平段或含量!##这段粒径级的最大和最小粒径的平均粒径，也可以取最小粒径，相应于此粒径的含量即为土中细粒含量百分数。对级配连续的土，区分粒径（$%）可用式（!"$’）计算。$%0（$&$1$&&）."$)&·$$&（)"$’）式中，$)&、$$&分别代表含量小于)&2和$&2的颗粒粒径，相当于区分粒径$%的含量百分数即为细粒含量百分数。在细粒含量百分数分析判别基础上，进一步还提出了综合分析方法如表!"!所示。—’’#— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"!土的渗透变形型式的判定法表!"#判别砂砾石土渗透变形类型的标准土的颗粒土类渗透变形类型组成特点!$%&流土正常级配的%&$!$!&管涌或流土砂、砾石!’!&管涌细颗粒（即比颗粒级配微分曲缺乏中间颗线上断裂点的粒径小的颗粒）含管涌粒的砂、砾石量$!()*#&)细颗粒含量’#&)流土表!"!中，!为土的不均匀系数；!&为土的孔隙直径，以++计，其值可利用式!&,%"&"!(#$-.%!&求得：%!&为土的等效粒径，小于该粒径的土重占总土重的!&&；%#，%(；为土的粒径，小于该粒径的土重占总土重分别为#&和(&。这方法综合考虑了土的不均匀系数（）、颗粒级配的连续性与孔隙率，是较全面的方!法。砂砾石土渗透变形型式的预测也可参考表!"#所述标准。对于坝基双层结构土层间接触冲刷的预测可以参照如下方法标准。如细粒土层和粗粒土层都属不均匀土，不均匀系数（）都大于或等于%&，而相当于!!%&%&&含量的粒径（可分别以%%&和!%&表示）相差较大，即!%&时，层间接触冲刷是可能%%&发生的，反之则不致发生。（!）确定坝基各点的实际水力坡降（’实）坝基实际水力坡降的确定，必须以工程地质条件为基础。确定的方法有理论计算法、绘制流网法、水电比拟法及观测法等。其中绘制流网法比较简便，可靠性较高。利用理论计算法时必须根据渗流类型、地质条件及渗流方向等选用计算公式。如果坝基为双层结构，且岩层厚度稳定、透水性均一，则坝下游上升渗流段的平均水力坡降值（即逸出坡降）可按下式计算：(%"(!’上升,（!"%0）+%)%!)%/!*·"+!)!—221— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题式中!!、!"———坝上、下游水位，#；"!、""———上、下土层的厚度，#；#!、#"———上、下土层的渗透系数；"$———坝基宽度，#。坝基下水平参透段的平均水力坡降可按直线比例法确定，即等于水头差与坝基宽度之比，即!%&!’%水平$（"&!(）"$式中!%、!’———上、下游坝脚处下层的测压水头，#。如果地质条件与上述相似，只是上层在坝上游缺失，则其公式为!!&!"%上升$（"&!*）#!"!"!)"$·!#"""!!&!"%水平$（"&"+）"$（%）确定临界水力坡降和允许坡降可采用理论计算、实验室测定、野外现场测定及经验数值等。其中以试验方法为可靠，理论计算次之，其余方法较粗略。方法的选定须根据建筑物的重要性，和已有资料的情况来考虑。在没有试验资料之前，可按下述方法初步估计：对上升渗流段是否会产生流土可用公式（"&!%）或式（"&!’）求临界水力坡降。对于细粒含量小于%+,的正常级配的砂砾石土层，可参考试验资料建议的数值来确定管涌产生的临界坡降。!-!+%临$+.%/+.’!+-!-"+%临$+."!0"+%临$+.!图"&"’渗透系数与临界水力坡降关系曲线此外，还可以根据土的渗透系数和不均匀系数，参考图"&"’中渗透系数与临界水力坡降关系曲线，及图"&"1中不均匀系数与水力坡降关系曲线，找出相应的临界水力坡降值。—221— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"!#上升渗时临流界梯度、允许梯度与不均匀系数的关系临界水力坡降是处于极限稳定状态的坡降，直接用来判定渗透变形还是危险的，为防止偶然因素所引起的渗透变形和破坏，通常使用允许水力坡降作为判定标准，允许水力坡降等于临界水力坡降被安全系数除。一般全系数值取!$%&’$%，即!允(!临"!#%&’#%。允许水力坡降亦可按表!")粗略确定。表!")各种土允许水力坡降参考表土层类别允许水力坡降值（!允）密实粘土%$#&%$)粗砂、砾石%$’&%$!#重壤土%$!#&%$!中砂%$!&%$*#细砂%$*&%$*!五、坝基渗透变形预测实例【例!"!】南方某均质土坝建成后，水库蓄水不久，坝下游产生渗漏，伴随出现坝下游坡脚管涌现象。涌泉冒出地表高达*%+,以上（图!"!-），泉水从坝基中携带出来的砂粒，一般为粉砂、细砂，也有少量中砂。涌出点四周*&!,范围内堆积着砂圈，离涌出中心越远砂粒越细，堆积厚度可达*%+,。当水库水位高程为’.,（水头-,）时，涌泉有/处，总流量达*%012，库水位降至’#$#,（水头为)$#,）时，涌泉减少!处，总流量为.$.012。图!"!-南方某土坝管涌冒泉现象示意图（坝基未作截水设施）由于坝下游管涌现象严重，有关部门立即采取了有效措施，对坝基渗漏损失量大小进行计算，并对渗透变形进行试验研究。着重研究了管涌产生的临界水力坡降值。其作法—---— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题如下：!"确定临界水力坡降值!）室内渗透试验，在钻孔中采取大量土样，按地层层序装置在特制的渗流槽（高#$%&宽’$"(%&）中，调节渗流槽进水管开关，当水量增大至足以冲动细砂时，则认为试样中产生管涌，该流量即临界流量。采用地下水层流渗透公式计算临界水力坡降，即"!临)#!式中"———通过渗流槽的流量，&*+,；$；!———渗流槽横断面积，%&#———渗透系数，%&+,，采用取样钻孔的抽水资料。表$-(某坝临界水力坡降试验成果表试验孔$#$$#!!$#!$渗流量"（&*+,）##"#./’!".渗流断面!（%&$）!$(.!$(.!$(.渗透系数#（%&+,）0"01(0"!20"0/1临界水力坡降!临0"#(#0"#0(0"#’$临界水力坡降试验成果见表$-(所列。$）确定最小（安全）临界水力坡降（图$-$(）。根据’1个试样分析资料统计，壤土、砂壤土的不均匀系数大部分为’3!(，尤以(32居多，为安全起见取不均匀系数为!(，由图2—$(查得临界水力坡降为0"’。#）按公式（$-!(）计算坝下游坡脚处流土临界水力坡降（!临）：!临)（"%-!）（!-&）40’(&式中&———砂土的孔隙度（5），由孔隙比0"’(计算得&)#!5；!%———砂土的比重为$"..。所以!临)!"#!$"确定坝基实际水力坡降按公式（$-!1）求出坝下游上升渗流段的平均水力坡降值：(!-($!上升)#!)!$)!4$*·!#$)$计算结果见表$-.所列。—..1— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"#某坝平均水力坡降计算成果表钻孔号岩层厚度渗透系数坝基宽度水头大小水力坡降剖面上层!$下层!!上层"$下层"!!#$$"$!编号上游下游（%）（%）（%&’）（%&’）（%）（%）%上升$&"!’"!(()#)($((((*+#,(+,$!($)-($#!&"*’"$$$($))(+)(((!*$).()*$!($))($(*’"$!$(*(#(,(((($).)(.)$!($),(),,&",’".$()$)(+*(((*,!.(*)$!($)!(+,)’"$(*(,.)(-.((($$((+($!($)((..结果表明：当水库蓄水至正常高水位，水头高达$)%时，坝下游上升渗流段处平均水力坡降很大，大大超过以上各种方法所求得的，临界水力坡降值。说明坝后产生管涌是必然的，理论分析与实际一致。所以为安全可靠起见，采用(/,作为临界水力坡降值，并以此作为需否进行工程处理的标准。采用的处理措施是：在上游坝基部分作帷幕灌浆防渗以减少坝基的水流水力坡降，在下游坡脚作反滤排水沟及铺块石镇压等。$+.+年试行的新规范中还提出了流土的管涌抗渗比降（即抗渗水力坡降）的概念。流土的抗渗比降建议按太沙基公式来计算确定。%0（!"$）（$")）（!"!$）式中!———土粒比重；)———土的孔隙率。管涌土的抗渗比降建议按南京水利科学院的方法或北京水利水电科学研究院的方法来计算确定。南京水利科学院的公式为,!**%0（!"!!）*!"")式中"———土的渗透系数，1%&2。若无试验资料，可按式（!"!*）计算。*"*"0(($,".*!(（!"!*）式中**、*!(———土粒粒径分别为相应含量*3和!(3的粒径，%%。北京水利水电科学研究院的公式为!*)%0!(（,!"$）（$")）（!"!,）*!(无粘性土抗渗比降的变化范围及允许比降经验值范围如表!"-所示。—##.— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题表!"#无粘性土抗渗比降的变化范围及允许值渗透变形形式抗渗流土型管涌型比降过渡型!$%!&%级配连续级配不连续!破坏’()*+(’+(’*+(,’(-*’(,’(!*’(-’(+*’(.!允许’(-*’(%’(%*’()’(!%*’(-’’(+%*’(!%’(+*’(+%允许比降等于破坏比降除以安全系数。对于流土，安全系数一般取!，特别重要的工程安全系数可取!(%。对管涌，安全系数一般取+(%。根据国内外工程实例，砂砾石的最小允许比降多选用’(+，故对破坏比降为’(+的土层，安全系数只取+(’。第五节坝基砂土液化砂土液化是指饱水砂土在孔隙水压力和动水压力作用下，出现的承载力剧烈降低和由固态变为流态的现象。砂土液化后，若水砂一块流动则形成流砂。一、砂土液化的原因和条件（+）砂土液化的原因砂土液化分渗透液化和振动液化两种：渗透液化由渗透水流的动水压力所产生，其形成的机理与流土相似。地面无载荷的天然条件下的砂层，当渗透水流的动水压力完全抵销土体的重量时，砂土颗粒间的有效压力等于零，颗粒间的抗剪强度（即摩擦强度）亦等于零，砂土的承载力也就等于零了。当用饱水砂土作为地基时，则只要地下水的动水压力抵销砂土的部分重量，以致砂土承载力剧烈降低到不足以承受基础的压力，则地基就会失稳，基础就会沉陷或歪斜，即砂土液化了。振动液化与渗透液化不同，而是在地震、机器基础振动、爆破等外力作用下，饱水砂土中的孔隙水突然承受了很大的附加压力，产生了超静水压力即孔隙水压力。孔隙水压力能抵销砂土颗粒间的有效压力，导致砂土承载力剧烈降低，甚至变成零，使砂土变成象稀粥一样的状态。振动液化是突然发生的，故也叫突然液化。土坝因体积大、坝底宽、坝基水流渗透途径长，造成坝基大面积渗透液化而导致坝基失效的情况不容易发生。但由于地震而引起坝基砂土振动液化，是可能导致大坝崩溃的。至于房屋建筑、大桥因地基振动液化而致毁坏的情况则是比较多的。故砂土振动液化问题应引起我们十分重视。美国一土坝于+/!%年地震时，坝中间一段滑移，造成全坝崩溃，事后研究证明，系坝基饱水砂土振动液化导致地基失稳所致。日本新泻镇于+/,-年发生#(.级地震，许多建筑物下沉和歪斜，一座桥基歪斜变形导致该桥毁坏，有的地下结构物反而浮起升到地面。原因在于该镇位于厚层饱水冲积砂层之上，砂层近地表+’0范围结构很松散，在地震作用下产生振—,,/— 第三篇水利水电工程常见地质问题动液化，因而发生上述现象。砂土振动液化存在的时间不一定很长，而且振动液化亦可转化成渗透液化。外力作用下，孔隙水产生了超静水压力后，会迫使砂土结构发生变化，这意味着砂粒相互间位置发生改变，反过来使孔隙水发生流动，从而产生了动水压力，因而可发生渗透液化（图!"!#）。振动液化往往从某一部分砂土开始，向四周逐渐扩散，同时液化了的砂土在极端情况下可喷溢出地表，这就是地震区所见的喷砂冒水现象。（!）砂土振动液化的条件液化一般发生在粉粒和细粒占优势的土中，以细砂土、粉砂土、粉质砂壤土中最多见（图!"!$）。其原因在于：过粗粒的土渗透性能较好，孔隙水易流动疏散，在外力作用下不易形成较大的超静水压力；过细的颗粒组成的土虽易形成大的超静水压力，但粘土粒间的，粘聚力很明显，抵抗液化的能力较大，故过粗过细的颗粒组成的土均不易产生液化。在粉粒和细粒这种颗粒情况下，即有形成一定的超静水压力的条件，又无过强的粘聚能力，故给液化产生创造了良好的条件。图$"!#砂土振动液化后孔隙水的流动图!"!$砂土液化颗粒粒径范围砂土中含少量粘土矿物和胶体颗粒，对液化的形成有利。因为附着于砂粒周围的少量粘粒和胶体颗粒能形成较厚的结合水膜，起到减轻砂粒重量的作用，因而在不大的孔隙水压力（或动水压力）下即能液化。一般认为饱水松砂比紧密结构的砂容易液化。液化砂层上部的非液化层厚度对液化有很大影响。国内外历次地震中，地基液化在沿海、沿河、沿湖一带喷水冒砂严重。低洼地段、沼泽地、古河道、水沟、水田、排水沟内喷砂冒水也严重。而高岗地、人工填土较多的地方喷水冒砂就轻微，甚至没有。这种喷水冒砂的分布规律，除受地震强度、土层颗粒级配和紧密程度影响外，主要是受上部非液化层—&#%— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题厚度和地下水位高低的影响。海城地震后调查排灌站震害情况：地基均为极细砂的，由于其埋深不同，震害差异很大，如在地震强度!度区，极细砂顶板埋深小于"#的，比埋深为"$%&#的地基损坏数量多’&(。将上覆非液化层换算成压力，当该力达到一定值后，砂土不液化或地表不产生喷水冒砂现象，此压力值叫“上覆有效压力界限值”。根据国内%)!"年及以前几次大震调查结果为：!度区液化上覆有效压力界限值为&*%+,-，最大液化深度为%"#；.度区液化上覆有效压力界限值为&*%"+,-，最大液化深度为/&#；)度区上覆有效压力界限值为&*/+,-，最大液化深度为/"#左右。日本新泻地震.度区，一般液化深度为/$)#，最大液化深度为/&#。!!0（"#1"$）!%2""!（/1/"）式中!&———上覆有效压力，+,-；"#———砂层埋深，#；"———地下水埋深，#；"!———土层容重，%&345#6；!———土层浮容重，%&345#6。%砂土液化的动力因素为震动强度，后者用地震系数（’7）表示为(#-8’70（/1/9）)式中#———地震最大地面加速度，:#5;6；#-8/。)———重力加速度，:#5;震动强度越大，砂土液化越严重。砂土液化还与震动持续时间有关。随着振动时间加长，即使震动强度不太高，饱水砂土也可能液化。反之，震动强度大，但持续时间很短，也可能不发生液化。二、砂土液化的预测砂土液化可采用多种方法结合已有工程情况判定。目前采用的方法主要有以下几种。%*综合经验指标法综合经验指标法，系以某些地震区调查资料为依据而得来的。由于各地具体情况不同，故得出的结果不尽一致。下面介绍几个这类方法。表/1.砂土相对密度（(）与液化关系液化可能性大中小（容易）（可能）（不易）地震烈度（度）!9&9&$!"!".!&!&$.&.&).&.&$."."%）无粘性土和粘性土的一般液化标准。无粘性土的液化标准为：!土的中间粒径一—9!%— 第三篇水利水电工程常见地质问题般!!"!#$$，常见的是!!"%"&!$$；!塑性指数"#%’；"相对密度常见情况见表#()所列；#标准贯入击数，如图#(#*所示。饱和粘性土的液化标准为：$塑性指数"#!+,’"，其中较常见的是’%"#!+；!含水量$与液限$%或稠度指标&关系为：$""’*$%，或&""’+!，其中常见的是$"$%，或&"’；"标准贯入击数（-./’!），当"#!!时可参照图#(#*采用。#）砂土液化判定的一般综合指标，见表#(*所列。/）水利部黄委水科所汇总各方面经验和室内试验资料，提出砂土,轻壤土液化标准如表#(’"所示。图#(#*标准贯入击数和有效覆盖压力的关系表#(*)度或大于)度的地震烈度砂土开始液化的经验指标颗粒级配密实程度埋藏条件渗透系数砂土层标准贯入孔隙度有效粒径不均匀相对干容重厚度岩层埋深地下水击数0’"系数密度(!埋深)./&!*（$）%!（123$/）+（3$25）（$）（$）（$）（次）（4）(/,8’""&’,"&"!!!!"&!!’&6,’&!%’"76!一般7#%!#%!(6(,8’"#*度地震烈度影响深度达’",’!$。6）’*+6年日本建筑学会修定的《建筑物基础结构设计基准》，对液化判定标准为：$砂层深-!’!,#"$；!粘粒含量%’"4；"平均粒径!!"9"&"+!,#&"$$，尤其是!!"9"&’!,’&"$$；#标准贯入击数，当最大加速度.最大9"
时，按表#(’’判定。—.+#— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题图!"#$标准贯入击数、相对密度和有效压力之间关系表!"%$判定地基液化的标准（黄委水科所）有效液化标贯击数$地平均粒径粘粒塑性相对震上覆最大,级建筑物!级建筑物土类!&$含量指数密度烈压力深度深度%（’）度（’’）（(）"#（)*+）（’）,级!纫&%$%&!$&%$%&!$1’-/&’极细砂.-$/%.$/$!!%-!-.%$$/%%&0&0$以内%0!%!0以内%!%0!$中轻壤土%$%$1/!’细砂.2$/!&.$/$!!%-!-.%$$/%&!$-&-$以内!!!2#1%&!$!&#$中轻壤土%&#’中砂.3$/&.$/$%&!%-!-.%$$/!$!&2&2$以内#111&1!$#$1$&$中轻壤土!$表!"%%标准贯入击数$0#/&（次）与液化关系深度（’）!/&&%$%&!$液化可能性$0#/&402%$%#%0容易液化$0#/&50.%&2.%2%$.!#%#.!3%0.#&随地基及地震特性而定$0#/&6%&%2!#!3#&液化可能性小—0-#— 第三篇水利水电工程常见地质问题!"密度法根据砂土相对密度!或采用标准贯入击数"#$"%换算出的相对密度来判定液化的可能性。此法有两类。&）按实验室分析砂土原状土样获得的相对密度，判定砂土液化的可能性（表!’&!）。由于砂土原状土不易采取，故此法的应用受到一定限制。表!’&!按相对密度判定砂土液化可能性相对密度!（(）最大地面加速度可能液化范围液化可能性根据土质而定不液化范围)"&*!+$$$$+)+%,!0%,)"&%*!+,-,-+!+.$!0.$)"!)*!+#)#)+!+-%!0-%)"!%*!+.).)+!+/!!0/!!）按标准贯入击数"#$"%与砂土相对密度之间的相互关系（图!’$)）判定液化。可用标准贯入击数"#$"%来确定砂土的相对密度!。这样可解决砂土原状土样难以采取、相对密度难以求得的问题。相对密度求得后，即可按表!’/判定砂土液化可能性。&/.,年《工业与民用建筑抗震设计规范》中提出：当建筑物地基在地表下&%1深度范围内，有饱和砂层时，可用标准贯入试验鉴定其在地震时是否可能液化。所处深度为#21的饱和土，当其标准贯入锤击数"#$"%值小于按下式算出的"$值时，可认为是可液化砂土。"$3"〔&4)%&!%（#&’$）’)%)%（#!’!）〕（!’!.）式中"5———饱和砂土所处深度为#&1，室外地面地下水位的距离为#!1时，砂土液化临界贯入锤击数，次；65———当#&3$1，#!3!1时，砂土液化临界贯入锤击数，设计烈度!度时为#，"度时为&)，#度时为&#；72———饱和砂土所处深度，米；#———室外地面到地下水位的距离，米。!&/-,年国家地震局工程力学所和美国加州大学合作，根据&/.#年唐山地震现场实际情况，对（!’!.）式进补充与修改，得出如下的适用于砂土和轻壤土的液化判别式：)%%’)%!%’$("$3"〔&4)%&!%（#&’$）#&’)%)%（#!’!）〕(’)（!’!-）(式中"当地震级)!."%时，"仍对应于$度、"度和#度时的值取#、&)、&#。当地震级80."%时改取为-、&!、&-。’9为用六偏磷酸钠为分散剂测得的土中粘粒（+)"))%11）的百分含量，:9!&%。’90&%时式!’!-失效。计算时；当’9"$时，取’93$；当’59+$时，’$9取与’9相同的值，即按砂土考虑。此式适用于砂土、砂壤土（亚砂土）和轻壤土（轻亚砂土）。—#.,— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题砂土的原状土样采取十分困难，用标准贯入击数方法要方便得多。但标准贯入击数，由于试验操作方法和孔壁钻杆间摩擦等因素影响，同一层土平行试验结果离散度很大。每层土（密度相同）需要大量标准贯入击数试验，才能得出代表性数值。重要工程，每层土不宜少于!个钻孔和试验次数不少于"!次。然后去掉成果中显然不合理的数据，采用分段或该层的全体平均值，以满足必须的精度。#$临界剪应力———静力触探法由静力触探测量土层的锥尖磨阻力!"和侧摩阻力#"来计算土层临界液化剪应力!%，对比地震剪应力进行判别。临界液化剪应力由式（&’&(）计算。*&!#&’（&’&(）!$)#%"("式中，%+)（!",)#*）称平均触探值。!"、#*分别为静力触探测得砂土层的锥头阻力和##*侧摩阻力；’(为摩阻比，即：’()。!"触探、以及前面所述的标贯试验是目前评判砂土液化性最常用的、较简便而有效的现场测试方法。-$剪应力对比法这种方法首先由美国.$/席德等人提出，是国内外目前广泛应用的室内试验判别方法。其出发点是将地震动力作用看作由地壳基岩垂直向上传播的水平剪切波，并且将这种随时间不规则变化的地震剪应力，概化为一种等效的具有一定循环次数+的均匀的剪应力。这样就可以用同样的应力循环数（振动次数+）对砂样进行振动三轴试验，测定其液化所需的动剪应力，这值即称抗液化剪应力。如果所测定砂样的抗液化剪应力大于实际地震剪应力，则该处砂土无液化可能性。如果地震剪应力大于液化剪应力，则该处砂土将发生液化现象。而抗液化剪应力小于地震剪应力的深度即为液化的深度界限。将地震剪应力随时间的不规则变化转化为一个一定等效循环次数的均匀剪应力的作用，是席德抗液化剪应力法的基础。席德等根据一系列强震记录的分析，建议取*$0!最大地震剪应力为等效平均剪应力，即!,)*$0!!123。振动次数+按地震震级-确定，对应于4、4$!和5级地震分别取为"*次、&*次和#*次。坝基任一深度（.）处最大地震剪应力理论上为01231!123)/.（&’#*）6考虑到土体为变形体，剪应力将随深度增大而减小，所以实际上应为01231!123)/2/.（&’#"）6式中/2———应力减小系数，取决于土体的密度和深度。一般可按表&’"#取值表&’"#深度.（1）*"$!"$*-$!0$*4$!($*"*$!"&$*系数/2"$****$(5!*$(4!*$(0!*$(!!*$(#!*$("!*$5(!*$5!*因此，在地震作用下的等效平均剪应力为—04!— 第三篇水利水电工程常见地质问题%&’(!!!"#$%"#"$（)*+)）&席德同时给出现场条件下地面以下$深处任一点的抗液化剪应力!’为!#!’!("")*()+（)*++）""!#或!’!(",$()+（)*+,）""式中("———现场条件与室内试验条件之间差别的应力校正系数，取值在"#%-."#%%之间，随应力循环次数（振动次数）/的增大而减小；",———浮容重；!#———作用于动三轴试样上与主应力面成,%0角截面上的动剪应力；!2"#———动三轴试验仪的轴向动应力，1’，!"2，)""———平均主应力；"2()/———三轴试验仪中循环应力次数为时,%0截面上的动应力)!""2!#"#()/———应力循环次数为万时的动剪应力比()+!()+!""")"""2"2()/或()/可由振动三轴仪测得。其测定方法原理是：先在试样上施加一定的!")!"均等静应力!34!!+4!!（参看图")*+3），使其达到固结状态。而后，同时分别在竖面和面33施加5"（压、拉）和#!"（拉、压）的动应力（双向激振法、参看图#)*+3-），或者保持))侧压力#4不变的情况下在竖向施加一个动应力"（单向激振法），按要求频率循环往复，#观测动孔隙水压力和动应变#的发展过程，直至试样液化破坏。求出试样开始破坏时的应力循环次数+和孔隙水压力.#。只需改变动应力!#，即可测出多组对应于不同!2的3"2.#"#+和"2的试验。按!2!!2计算动剪应力，作出与67+的关系曲线和*关系曲)!""")"""2!2线。此时，相应于任一等效循环数的抗液化剪应力比()/或()/即可由曲线上直!")!"接查取，而抗液化剪应力"。可由式（)*)）或式（)*)8）算得。比较抗液化剪应力"9和等效平均地震剪应力"，可以进行判别。"9:";液化；"9<";不液化。%#现场标准爆炸沉降量法这一方法是苏联弗洛林3-%3年提出的，曾在苏联一些水电站工地试验应用，我国也曾试用，但现今已很少采用。这一方法属经验性质，具体作法是将%=7$号硝铵炸药置于3%"&&直径钻孔的,#%&深处，爆炸后测量%&爆炸半径范围内地面沉降量，计算出平均沉降量再按表)*3,所述标准，评判砂土液化的可能性。—$>$— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题表!"#$爆炸试验地表沉陷量标准砂的密度及其液化可能性的特征标准爆炸孔%米半径内的平均沉陷值（&’）极松砂（很大可能发生液化）(!)松砂（可能发生液化）#)*!)中等密度砂（很小可能发生液化）$*#)紧密砂（实际不可能发生液化）+$此外，通常还应用类比法，即将所研究砂土层与已研究过的类似的砂土层对比进行评判。对于相同地质环境，成因、年代及成分、结构相同或类似的土层，评判结果一般具有较高可信度。但最好仍进行现场，室内试验验证。#,-,年试行新规范中建议对砂土液化的评判工作分为初判和复判两个步骤。初判主要利用已有的勘察资料或使用较简单的测试手段对土层进行初步鉴别，以排除不会发生液化的土层。对于初判可能发生液化的土层，进一步复判，对重要工程，且要求进行更深入的专门研究。这对中小型水利水电工程完全适用，特引述如下。初判的标准，包括以下几项。地层年代：晚更新世（!.）或以前的土层，可判为不液化土。粒度成分：粒径"(%’’颗粒含量重量百分率(/)0的土，可判为不液化土。若"(%’’的颗粒的含量+/)0，而"+%’’的颗粒含量(.)0时，则其液化性能按"+%’’部分中粘粒（"+)1))%’’）含量#$，（0）进行评价。#$相应于地震烈变!度、"度、#度、和2度分别不小于#3、#-、!)和!!时可判为不液化。地下水位：地下水位以上的非饱和土，不考虑液化问题。剪切波速：深度%（’）处土层剪切波速（’45）大于由式（!".%）计算出的上限剪切波速&56时可判为不液化。&’(7!!,#&$%（#")))#%）（!".%）式中&&为地面最大地震加速度系数，相应于地震烈度!8、"8、#8和28时分别取值)1#、)1!、)1$和1)1-。复判方法及标准。标贯试验：当深度"（5’）处饱和砂土或饱和粘性土的标贯击数*3.1%小于按式（!".3）计算出的液化临界击数*&9时，判为液化土。.*$+7*〔$)),:))（#"’""!）〕!#（!".3）$式中"’———标贯点地面以下深度，’；",———地下水面深度，’；#$———土中粘粒含量（0）；*$———当"’7.’、",7.’、#（$0）".时，饱和土的液化临界标贯击数，按表!"#%取值。—3//— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"#$饱和土液化的临界标准贯入锤击数烈度%度&度’度#(度近震)#(#)!*远震&#!———另外，还应注意以下几点。（#）!"和!!分别为工程正常运用时标准贯入点和地下水位在建筑物基础周围地面下的深度，若在进行标准贯入试验时相应的深度各为!#"和!"，而实测标准贯入锤击数为$+),-$时，$),-$应按公式（!",%）进行校正。!"/(%’!!/(%%$),-$.$+),-$[]!#"/(%’!#!/(%%（!）$),-$或$+),-$都不进行钻杆长度校正。（,）&0应采用六偏磷酸钠作分散剂测定。（*）凡建筑物场地基本烈度比相应的震中烈度小二度或二度以上时称远震，否则为近震。（$）式（!",)）只适用于!"1#$2的情况，若地面#$2以下（!"3#$2）有饱和砂土或饱和少粘性土需要进行液化判别时，可采用其它有足够根据的方法进行判别。（)）在!"1$2的范围内，当按式（!",)）计算$45时，应采用6".$2。据土的相对密度判别：当饱和无粘性土的相对密度’（(7）值大于表!"#)中液化临界相对密度（’(）)(（7）值时，可判为非液化土，反之为可能液化土。表!"#)饱和无粘性土的液化临界相对密度表烈度!8"8#8$8%（’(）)(（7）)$%(%$&(9&$’(据相对含水量和液性指数判别：当饱水少粘性土的相对含水量*（饱和含水量与液限&含水量的比值）!(-’9#-(，即饱和含水量接近或达到液限时，或液性指数+,!(-%$时，判为可能液化土，否则为非液化土。上述各方法对中小型水利水电工程都是较简便可行的。对可能液化的砂土或少粘性土坝基的处理加固措施主要有：振动冲击加密、强夯加密及爆炸加密等方法。如同时设置砾石排渗井等加强排水，砂层振密效果将更明显。三、坝基砂土液化预测实例【例!",】辽宁某水库，为碾压式均质土坝，坝高!&-$2，坝顶长#(*(2。坝两岸是黄土丘陵台地，高于河床!$9,(2。坝左端基岩为花岗岩，右端为花岗片麻岩。坝基河床部分的第四纪覆盖层厚达*(9$(2，为粉细砂、砂砾及粘性土。为判定能否液化，对坝基粉细砂进行了一系列的预测研究工作。粉细砂层的结构疏松，平均干容重为#$:;<2,，孔隙率**7（孔隙比约为(-%(），比重为!-)&，颗粒均匀，不均匀系数为!9*，颗粒级配曲线，如图!",!所示。粉细砂层间夹—)%&— 第二章土坝及堆石坝工程地质问题有淤泥透镜体。液化可能性预测工作采用了类比法、临界孔隙率法。并进行室内振动液化试验、野外爆炸试验。首先，将粉细砂层的颗粒级配曲线与国外一些已发生过液化的砂土的级配曲线及天然孔隙率进行对比，发现辽宁某水库坝基粉细砂有可能液化，如图!"#!所示。野外爆炸试验结果见表!"$%所列，并与表!"$&对比，平均沉陷量大于$’，说明有可能液化。图!"#!辽宁某水库坝基砂料与其他已经液化砂料颗粒大小分配曲线比较图$—辽宁某水库坝基砂料（标准砂料）；!—辽宁某水库坝基砂；!—荷兰海岸液化砂之颗粒级配曲线。其液化孔隙率为&&"(&)"，天然孔隙率为&%#*"(&)#*"；$—美国密西西比河岸液化砂之级配曲线。其液化孔隙率为&)"(**"，天然孔隙率为*’"(+’"；%—荷兰伊姆伊丹路堑边坡液化砂之级配曲线。其液化孔隙率为&)"；&—美国弗兰尔特·派克坝液化砂之级配曲线，其液化孔隙率为&&"(&)"表!"$%辽宁某水库坝基细砂现场爆炸试验地表沉陷量序号炸药用量（,-）埋深（.）*.半径内的平均沉陷量（/.）$+&0’10’#!+&0*$’0%*#+&0*$*0$1&+&0*$’0&+*+&0*101++&0*$’0!+%+&0*%0)%平均值$’0*—+%1— 第三篇水利水电工程常见地质问题此外，还采用了一些其他试验方法。各种方法均说明：粉细砂层有液化的可能。为了预防砂土液化，采取了以下措施：!在坝基表面加超荷载；"加强排水措施；#在坝下游加设减压井和盖重等。—#"!— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题第三章重力坝及拱坝工程地质问题第一节概述重力坝是一种横剖面近于三角形的，用混凝土或浆砌石筑成的，断面比较大的挡水建筑物（图!"#!、"、#）。它的特点是体积大，分量重，主要依靠坝体自重与地基间产生足够大的摩擦力来抵抗库水及其他外荷载产生的水平推力，使整个坝体不致于倾倒或滑动。因此，重力是保证坝体安全稳定的重要因素。一般重量越大，坝体越安全稳定。重力坝对坝基的要求比土石坝高，要求坝基有较大的抗压强度和抗剪强度，故重力坝一般多修在岩基上，仅高度不大的可修在土基上。重力坝的地基防渗措施和处理措施比土坝的要严，重力坝坝身结构也比土坝复杂得多（图!"$）。图!"#混凝土坝的几种类型（!）实体重力坝；（"）空腹重力坝；（#）宽缝重力坝；（$）支墩坝；（#）拱坝（立体）；（%）拱坝（横剖面）拱坝坝轴线为拱形（图$"#&），这样可将库水推力大部分传递到坝两端的岩体上。—&%#— 第三篇水利水电工程常见地质问题因此，拱坝对两岸岩体的变形性能和强度有较高的要求，而对坝基强度和稳定性则不象重力坝要求那么严格。由于拱坝不象重力坝那样靠自重维持稳定，所以坝体可以做得薄些。中小型拱坝比重力坝可节省!"#$!"%建坝材料，在山区除用混凝土做建坝材料外，还有用浆砌石筑成。图#&%某重力坝结构示意图（’）水平剖面图；（(）横剖面图!—坝轴线；%—温度缝和伸缩缝；#—坝长；)—闸墩；*—边墩；+—灌浆帷幕；,—齿墙；-—廊道；.—挑流鼻槛；!/—下游尾水位；!!—护坦；!%—排水孔；!#—闸门第二节重力坝坝基岩体抗滑稳定分析重力坝常遇到的主要工程地质问题（!）坝基岩体滑动问题如果地基岩体存在着软弱夹层和结构面不利组合，在库水和其他外力作用下，可能使整个坝体或其中某一个坝块滑动，造成溃坝，即通常所说的坝基滑动问题。如印度散克河上的提格拉坝，坝基岩石为细砂岩，岩层中节理、裂隙十分发育，某几个坝段地基中尚有缓倾角粘土夹层和岩脉存在，施工时虽对岩脉做了处理，但不彻底，设计时又未考虑坝基扬压力作用。!.!)年竣工，同年蓄水，在水位尚未达设计蓄水位时，就发现坝体出现顺河向裂缝，但未处理。!.!,年-月一场暴雨，水位猛涨，溢流坝段首先沿裂隙面向下游滑动，接着全坝溃倒。（%）坝基压密变形问题当坝基基岩的强度不够，或存在软弱夹层、较大断层破碎带、厚风化层、深风化槽等，在坝体重量和库水压力等作用下，使这些软弱部分受压缩而产生变形，若变形量超过大坝允许变形量时（特别是不均匀变形），会使坝体破裂，甚至毁坏。（%）绕坝及坝基渗漏问题库水在上游水头压力作用下，通过坝基和坝肩的岩石裂隙，孔洞向下游渗漏，可造成：!库水漏失；"渗水使某些岩层软化或泥化，从而降低岩体—+-%— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题强度，使之易于滑动和变形；!渗水带走其中细小颗粒，产生管涌；"产生向上的扬压力等等。因此，影响大坝稳定。（!）岩体边坡稳定问题这个问题包括施工中基坑边坡的稳定和蓄水后坝肩上下游附近岩体自然边坡的稳定。前者直接影响着施工进度、工程造价和人身安全，后者常危及大坝安全使用。（"）施工基坑涌水问题地下水丰富、基坑涌水量过大，影响施工进度和质量。具有较大水头和水量的承压水，可能造成基坑底板的顶托，影响施工。（#）大坝下游的冲刷问题重力坝常常是坝顶溢流的，在溢流坝段坝下游岩体若风化破碎，且具有不利方向的结构面，加上设计与施工考虑不周，冲刷坑可以扩展成临空面，威大坝的安全。（$）混凝土骨料调查问题坝区附近是否有数量足够的和质量合格的砂、卵砾石和石料以及开采运输条件如何，也是决定重力坝工程造价的一个因素。每个具体工程可能遇到上述问题中的几个，视条件不同而异。其中问题（%）在第十三章、问题（&）在第八章、问题（!）、（#）在第十章、问题（$）在第十六章中分别讨论。本章着重介绍坝基抗滑稳定问题。二、重力坝坝基岩体抗滑稳定分析坝基岩体稳定性既受地质条件影响，又受到工程作用力的制约，在一般情况下，地质条件的影响是主要的。下面就从这两个方面分别阐述。’(作用于坝体上的力作用在重力坝上的力，主要有：#坝体重量（包括设在其上的永久设备的重量）；$上游、下游水压力；!扬压力（包括浮托力和渗透压力）；"泥砂压力；%冰压力；&风浪压力；’地震产生的惯性力；(温度变化及混凝土收缩影响所产生温度应力等等。除坝体自重外，多数都有一定的变动范围，应根据设计时所考虑的一些基本情况来具体确定。例如，上游库水位取不同高程时，水压力及渗透压力均随之变化。显然，上游水压力，地震惯性力和水库泥砂压力等，对坝体来讲是水平推力，促使坝体滑动；而重力在坝基产生的摩擦力，阻止坝体滑动。因此，坝体重量越大，坝越稳定。下游水压力和泥砂压力对坝体稳定是有利的。浮托力和渗透压力（总称扬压力），它们作用方向向上，能抵销一部分坝体重量。因此，不利于坝的稳定。设法消减浮托力和渗透压力，增强重力坝稳定性，在工程实践中有着重要的实际意义。重力坝坝基扬压力分布，如图&)&所示。!’是浮托力，!%是渗透压力!’*!%+!（扬压力）。无阻水帷幕和无排水设施时，渗透压力!%分布规律是：在上游面为坝上下游水头差"，到下游面减小为零，如图&)&)#所示。有阻水帷幕和有排水设施时，在上游面为水头差"，按线性变化，到阻水帷幕线降为!’"（!’为小于’的系数）；再按线性变化，到排水线降为!%"；其后仍然按线性变化，到下游面降低为零，如图&)&$、%所示。!’和!%两个扬压力系数（剩余水头系数），要根据阻水帷幕灌浆的设计深度及密实性和排水情况综合分决定。当坝基有阻水帷幕和排水孔时，值一般取,&!"-,&#，（!%值一般取,&%-,当仅有阻水帷幕时，!’*!%+!值取,&"-,&$。当仅有排水孔时，—#.&— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"!坝基扬压力分布图（!）无阻水及排水设施；（"）有阻水帷幕；（#）有阻水帷幕和排水设施$—作用水头（$#%$"%%）；&$—浮托力；&%—渗透压力!%值取&’!’&’(。%)坝基滑动条件分析（$）坝基滑动型式有三种基本类型（图!"*）：!沿坝基接触面滑动；"沿坝基岩体浅层滑动；#沿坝基岩体深层滑动。有的还出现上述几种类型的混合型（图!"*+）滑动。图!"*坝基滑动的型式（!）接触滑动；（"）浅层滑动；（#）深层滑动；（(）混合型滑动沿坝底与地基接触面而滑动的情况较少，出现这种情况多是由于设计不周、施工质量不好使得接触面抗剪强度不够所致。沿坝基岩体的浅层滑动，主要是由于浅层岩体很软弱、或系风化层或破碎带，因而抗剪强度不够的结果。特别是当软弱岩层、软弱夹层呈平缓产状或存在缓倾角节理裂隙时应着重研究浅层滑动的可能性。沿坝基岩体深部滑动条件比较复杂。许多结构面（不论其成因如何）互相切割，形成结构上的不连续性，是影响岩体稳定的最基本的问题。重力坝一般均选在岩石强度较高的地基上，在这种地基中若发生深层滑动，必将在坝基岩体内出现了四周被结构面切割的分离体，且分离体具备可滑动的自由空间。坝基中这种分离体按一般习惯叫做滑移体。（%）坝基滑移体稳定分析滑移体的形状十分复杂，随结构面的组合不同而异。但大体上可分出三种类型（图!"(）：!楔形；"棱柱形；$锥形。每个分离体或滑移体均有临空面、滑动面，有时还有拉裂面。下面，我们重点解剖楔形，其他形状适当涉及。$）滑移体的临空面：滑移体滑动必须有临空面才行。一般讲坝体下游经常存在滑移—-,*— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题体的临空面。例如平缓的河床地面为水平临空面，这种临空面是普遍存在的，如图!"#的!$、!!、"$中的#面；而坝趾下游不远的河床中的深槽、溢流冲刷坑可构成陡立的临空面，如图!"#中!%、$%、$$、$!、"%的#面。在一定的条件下后者比前者更不利稳定；此外，坝后厂房及其他深挖基坑亦可能成为滑移体的陡立临空面。若坝趾下游有横穿河床的空隙性较大（可产生较大的累积压缩量）的节理密集带和断层破碎带，可构成潜在的陡立临空面，应特别注意。$）滑移体的滑动面：一般与滑动方向近平行，有底面（图!"#中!%、!$、!!和%$面）和侧面（图!"#中!%、!$和!!的%$面）滑动面两种。底面滑动面（%%）的倾向与滑动方向平行或斜交（交角较小），侧面滑动面（%$）的走向与滑动方向平行或斜交。一般来讲，侧面滑动面的抗滑力比底面滑动面要小得多（这是因为侧面滑动面上法向应力及此面的相对面积太小的缘故），底面滑动面是滑移体的主要抗滑界面。当它倾角较小时，抗滑作用也较弱。因此，对坝基下有否缓倾角结构面必须重视。!）滑移体的拉裂面：拉裂面方向一般与滑动方向垂直（图!"#的&面）。拉裂面的抗拉强度，对稳定是有利的。但因软弱结构面的抗拉强度一般均很小，故稳定计算时常常忽略。由上可知，左右滑移体稳定程度的界面，实际上主要是底面滑动面。因此，对滑动面特征的掌握是弄清滑移体稳定与否的关键。有的滑移体的边界面既具有滑动面性质亦具有拉裂面性质，则应视其所具某种性质的比重分量而决定其归宿。棱柱形滑移体（图!"#$%、$$、$!）的情况同上述相似，但有其特点：!临空面均是陡立的；"有底面滑动面时，它是滑移体的主要抗滑面（图!"#$%、和$$）；当分不出底面和侧面时，则两个均是主要抗滑面（图!"#$!）。锥形滑移体特点：沿滑动方向有一头收敛，一头撒开，显然图!"#中的"%比"$稳定性差些。!’坝基岩体抗滑稳定力学计算岩体结构面组合型式的分析，给我们提供了坝基岩体滑动的边界条件。但究竟坝基岩体能否产生滑动尚需进一步研究坝基岩体的物理力学性质（尤其是对其中软弱夹层和夹泥层力学性质指标的测定），并结合工程的作用力情况，采用力学计算的方法，对坝基岩体抗滑稳定做出定量评价。（%）坝基和坝底接触面抗滑稳定计算目前，普遍应用的是静力极限平衡法，即将作用到坝基上的各种力投影到同一个平面上，并将它们分为两部分：一部分为促使大坝向下游滑动的力，称为滑动力；另一部分力的方向恰好相反，是抵抗大坝向下游滑动的力，称为抗滑力抗滑力。抗滑力与滑动力之比值叫做抗滑稳定安全系数，用&’表示，则&’(，可滑动力按式（!"%）、式（!"$）计算。（(!)"*）&’(（!"%）!+式中&’———抗滑稳定安全系数；(———摩擦系数，由抗剪（摩擦）试验求得；")———作用在滑动面以上各种垂直力总和；—*)#— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#坝基滑移体类型（!）楔形（"$、"%、"!）；（#）棱柱形（$$、$%、$!）；（%）锥形（&$、&%$—临空面；’—滑动面；’$—底面滑动面；’%—侧面滑动面；(—拉裂面)———作用在滑动面上的扬压力；!*———作用在滑动面的各种水平力总和。式（!"$）中未考虑粘聚力（%）的影响，尚有一定的安全储备。因此，作为岩体稳定标志的+%值取得较低，一般认为：当+%&$’$,$时，坝基是稳定的。当考虑粘聚力的作用时，式（!"$）改写为（-".")）(%/"+%&（!"%）"*式中-/———摩擦系数，由抗剪断试验求得；%/———粘聚力；由抗剪断试验求得；"———滑动面面积。其他符号代表意义同前。因公式（!"%）已考虑了粘聚力作用，已往规定取+%#)。经数十年的应用，表明安全系数规定过高。因此，根据经验进行适当修改。现今我国规范规定，不分坝的级别，荷载按基本组合时+%采用!*+，考虑最大洪水和地震力等特殊荷载时+%,%。若滑动面（也即坝底和坝基接触面）不是全部良好胶结，而只部分面积具有粘聚力时式（!"%）改写为—-.-— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题（#!$"%）#（$"!）"&!"!（%"%）!’式中（$"!）(&即为有效面积具有的粘聚力。实际上，!值的选择具有很大的人为因素。因此，一般只用为参考验证。（&）坝基浅层滑动稳定计算浅层滑动的滑动面，位置很浅，故可简化成一个水平面而按“接触面滑动”的类似情况处理，计算公式与上述相同。但要采用软弱或破碎岩体本身的抗剪强度。当地基为强度不同的几种岩石时（图%"’），它们的变形特征与抗剪指标都不相同，笼统地采用其中任何一个#值来计算，都是不合理的。在此情况下，岩基上的总抗滑阻力应按照压应力在坝基中的实际分布情况，分别采用相应的抗剪强度，求得各部分的抗滑阻力后，再迭加起来；或者当坝基几种岩石的摩擦系数相差不大（小于$()），为了减少繁杂的计算，也可采用加权平均值方法求出坝基的平均摩擦系数，即按各个岩石的摩擦系数和所占坝底接触面积加权平均计算，得出滑动面上平均#值，再乘以面上法向荷载，求得总抗滑阻力。图%"’几种强度不同的岩层地基$—砂质页岩；&—泥质页岩；%—灰岩（%）坝基深层滑动稳定计算深层滑动稳定计算较为复杂，计算公式随滑动边界条件，即滑移体形状的不同而异，且主要受滑动面产状及组合形式所控制。我们主要研究楔形滑移体（图%"*&、&和&。）且忽略侧面滑动面+&和拉裂面)的作用，取垂直坝轴的$&%单宽剖面，简化成平面问题来计算（图&",）。$）单斜滑动面倾向下游（图%",*、+）：下游有陡立临空面，由于滑动面倾向与工程作用力合力方向一致，故对稳定不利。此时，作用在滑动面上的法向力,!,&"%",$!$-./!"%"’/01!，而剪切力为"!"$#"&!’-./!#$/01!。则计算公式为：（#$-./!"%"’/01!）#--!"!（%"2）’-./!#$/01!式中$———在此剖面范围内各种垂直力之总和（主要是坝体重量和滑移体重量之和）；’———在此剖面范围内各种水平力总和（主要是库水的水平推力）；-———滑动面长度；!———滑动面倾角；其他符号代表意义同前。以上均取单宽剖面计算。—’3,— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#坝体深层滑动稳定分析示意图（!）滑动面倾向下游；（"）滑动面倾向上游，（#）两个滑动面；（$）图%力的分解放大；（&）图’力的分解放大$）单斜滑动面倾向上游（图!"#"）：滑动面倾角为!，由工程作用力和扬压力形成滑动面上的法向力(%)&’(!"*)+(*+!，剪切力为"%+&’(!")(*+!。则计算公式为（,-&’(!"*"+(*+!）)#-,#%（!".）+&’(!))(*+!式中符号代表意义同前。以上均取单宽剖面计算。!）双斜滑动面（图!"##、&）：此种情况计算条件复杂，需要考虑两段滑动面的比例关系及其在坝基的相对部位。我们仅讨论其中比较简单的情况，即在坝基下滑动面倾向下游，到坝趾滑动面才转倾向上游，此时可采用土力学中关于主动区与被动区的平衡理论进行研究。简言之，将坝趾上游的部分当成主动力推向下游，而坝趾下游部分则被动地阻碍滑移。坝基滑移体倾向下游的滑动面上的下滑力.，为该段滑动力与抗滑力之差。为了便于理解，可以近似地认为是单斜倾向下游的情况，将不同数值分别代入式（!"/）中的分母和分子相减。.%（+&’(!))(*+!）"［/（0)&’(!"*0"+(*+!）)#0-0］（!"1）式中)———坝体重与坝基滑移体坝下部分重量之和；/0、#0———倾向下游滑动面上的抗剪强度指标；-0———倾向下游滑动面长度；—122— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题!!———作用在倾向下游滑动面上的扬压力（方向与滑动面垂直）；其他符号代表意义同前。滑移体坝趾下游部分岩体稳定安全系数为$［#%$%&（!’"）(!#’&#)*$"’］##’#"#"（+(,）%)*$（!’"）(&#$%&"式中&#———坝趾下游滑动面-#以上滑移体重量；!#———作用在坝趾下游滑动面上的扬压力；’#———坝趾下游滑动面长度；$#、##———坝趾下游滑动面上的抗剪强度指标；———坝趾下游滑动面与水平面夹角；"其他符号代表意义同前。./坝基岩体抗滑稳定计算参数选择从以上几个公式看出，抗剪强度指标（$、#值）是极重要的数据。若要求坝基稳定程度达到一定的数值（即"#值不变），则$、#值越大，所需坝体重量就越小（即坝体体积小）。若选用$、#指标数据较岩体实际抗剪强度偏小，就会造成工程的浪费；相反，若所用值超过实际具有的强度，则计算出的坝基抗滑稳定系数比实际的要大，将会给大坝的稳定程度造成假象，从而可能带来严重后果。因此，在勘查确定坝基滑动型式以后，正确地选择坝基岩体抗滑稳定计算参数指标，就成为研究和分析坝基岩体稳定工作中另一项极其重要的内容，工程地质工作者必须认真严肃对待。目前，国内各工程实践中选择抗滑参数指标的方法大体有三种：!经验数据法；"工程地质条件类比法；#野外及室内试验法。（!）经验数据法在无条件对坝基岩体取样做室内试验和进行现场试验情况下，常根据坝基工程地质、水文地质条件，参考经验数据来选取$、#值。一般中小型水利水电工程，多采用这种办法。但由于这种办法带有一定的片面性，选取时要慎重而且只能给出区间数据，使用时还需结合工程的具体情况、加以调整。根据我国坝工实际经验，现将坝基岩体摩擦系数（$）列于表+(!供参考。表+(!坝基岩体摩擦系数（$）经验数据表岩基特点摩擦系数0新鲜、均质、极坚硬岩石，裂隙不发育，地基经过良好处理，湿抗压强度12/89:2/,9!22345，野外试验所得61#7!2.345岩石坚硬，新鲜或微风化，弱裂隙性，不存在影响坝基稳定的软弱夹层，地基2/99:2/,2经处理后强度1823;，野外试验61!7!2.345中等硬度岩石，岩性新鲜或微风化，弱裂隙性或中等裂隙性，不存在影响坝基2/9:2/8稳定的软弱夹层，地基经过处理后，湿抗压温度1#2345，(197!2+345注表中6为弹性模量。（#）工程地质条件类比法找一个工程地质条件相似的已建成而且运转良好的工程—8=<— 第三篇水利水电工程常见地质问题相比较，取其!、"值或稍加修正，作为拟建坝的设计指标。这种方法实质也是经验数据法，但由于工程地质条件相似，会更接近实际隋况，对中小型工程也是切实可行的。表!"#、表!"!为我国已建成且运转正常的若干重力坝坝基所采用的!值。表!"$为我国几个工程软弱结构面和软弱岩石的摩擦系数试验和建议值。表!"#我国若干重力坝坝基摩擦系数表工程编号坝型坝高（%）坝基岩层性质岩石湿抗压强度尺（&’(）摩擦系数!)堆石坝$*白垩纪砂岩$++,*##混凝土重力坝-!侏罗纪砂页岩互层!*./++,*).+,*!!混凝土重力坝#-震旦纪霏细岩#+++,0+$混凝土重力坝$$白垩纪凝灰岩、花岗斑岩)*++,0*大头坝$/白垩纪流纹斑岩#+++,0*0混凝土重力坝$/白垩纪流纹斑岩+,0+/!/玄武岩+,0*1宽缝重力坝$+黑云母花岗岩+,/夹泥+,#-$)砂砾岩夹粘土岩并夹泥平均+,!)+混凝土重力坝$),-砂岩、灰岩+,*-))混凝土重力坝##千枚岩、板岩+,**左岸+,0*)#重力坝*+,!黑云母变粒岩、石英变粒岩右岸+,01)!大头坝$#,#第三纪红色砾岩、砂岩+,*+)$砌石坝)!,/紫色砂岩+,0.+,0*)*砌石重力坝!-,)片麻状花岗岩+,01)0砌石重力坝#-,*片麻状花岗岩新鲜岩+,01)/砌石坝#0,0灰岩+,0*)1砌石坝##,1第三纪红砂岩+,**表!"!湖南部分浆砌石重力坝坝基摩擦系数参考表坝号库容（)+$%!）坝型坝高（%）坝基岩体情况砌体与基岩摩擦系数)!/+++重力坝!*,$砂质板岩+,*!##)++重力坝)$,+半风化紫红色板岩+,*+!0!0重力坝#-,/砂质泥质板岩+,*.+,**$)!0+重力坝!/,)深灰色硅质板岩+,****0+空腹重力坝#1,+板岩+,0+0$1#+重力坝)1,+板岩+,*+.+,0+/!1/+大头坝0!,+灰绿色细砂岩+,0*1*+++重力坝**,+砂岩+,0+—0-+— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题坝号库容（!"#$%）坝型坝高（$）坝基岩体情况砌体与基岩摩擦系数&!’()重力坝))*"石英砂岩"*+)宽缝填碴重!"!+!"#)*)紫红色石英砂岩"*+)力坝宽缝填碴重!!#++"%)*)红色砂页岩互层"*)"力坝!,重力坝!(*"红砂岩"*#"!%+"""重力坝(&*%花岗岩"*("!#!#("重力坝+"*+花岗岩"*(,!),!)"重力坝%"*,花岗岩"*("!+,’"重力坝,&*"花岗岩"*+"!(重力坝,+*+花岗岩"*("!’!+"重力坝,#*"花岗岩"*+)表%-#我国几个工程软弱结构面和软弱岩石的摩擦系数表工程试验值建议值岩性备注代号!./0!（"123）!./0!（"123）!液性夹泥"*!’"*",,"*!)4"*"!,塑性夹泥"*%%"*"!&"*,"4"*"!新鲜流纹斑岩5夹泥5新鲜流纹%"*,#"*"!!斑岩风化流纹斑岩5夹泥5风化流纹#"*,+"*"!#斑岩)砂岩5夹泥5砂岩"*%,"*"!++石英岩5夹泥5石英岩"*#)"*"!)(软弱夹层"*!’"*",!软弱夹层（含高岭土绢云母的粘’"*%("*!+土夹层）&破碎夹泥，破碎为主，含泥很少"*,,!"泥化粘土质岩"*%("*%’固结快剪!!粉砂岩层间夹泥"*,"*",!固结慢剪第!"层安山凝灰集块岩中粘土!,"*,("*"!!固结慢剪夹层第+层安山凝灰集块岩中粘土!%"*,%"*"%"固结慢剪夹层!#石炭系中部风化页岩"*%("*""’"*,%固结快剪—+&!— 第三篇水利水电工程常见地质问题工程试验值建议值岩性备注代号!!"#!（"$%&）!!"#!（"$%&）’(石炭系底部铝土页岩)*+,)*))-)*+-固结快剪固结快剪’.粘土岩饱和土样)*+/)*))()*-))*)’(（固结慢剪"#!!)*/"!)*)’(）’0全风化黑云母片麻岩)*/0)*)+0)*/’)*)+.固结快剪’1风化破碎带（砂质粘土）)*-/)*)’.固结快剪’,裂隙夹泥（粘土）)*++)*)’1固结快剪+)含阳起石构造挤压破碎带)*/1)*)+0固结慢剪+’断层破碎带（2-)）)*-()固结慢剪++层间破碎带（2/）)*-))*)+,固结慢剪固结快剪+-风化破碎带)*-/)*)’.（固、慢"#!!)*/3!)*)’(）（-）试验法在有条件的部门可通过试验求得抗剪强度的指标（3和）。试验法选择!抗剪强度指标包括：试验指标，建议指标和设计指标三种。’）试验指标：试验人员通过对现场和室内试验实测成果，在弃除由于仪器故障、操作误差而招致过高或偏低的数据后，整理提交给地质人员的试验数据。是原始指标，又是基础资料。+）建议指标：在试验单位提出的试验成果资料基础上，由地质人员按地层岩性、构造等因素划分出不同的工程地质单元，按不同的单元，将试验指标统计整理，并根据实验条件、工程地质条件等予以调整，给出建议指标。每个地质单元的试验组数较多时，可采用数理统计方法，求出平均值，然后调整。在试验组数较少情况下，可采用小值平均值或最小值，然后调整给出建议指标（我国许多工程是取实验数据平均值乘以折减系数)*1(作为建议指标）。一般的中小型水利水电工程，可根据实验所得的!、"值，考虑实验岩样是否有代表性，实验条件是否符合客观情况，按具体工程地质条件予以适当调整，提出建议采用的!、"值。-）计算指标（设计指标）：即设计计算人员根据工程特点对指标再次考虑最后确定采用的指标值。表-4(列出我国部分工程抗剪指标的采用值。试验指标、建议指标和设计指标，说明了指标选定的重要性。地质条件比较复杂的中型工程（特别是高坝），按此三步选定指标是必要的。对于一般的中小型工程，可以采用三结合的方式，由地质、试验、水工设计人员等共同讨论，综合考虑上述有关条件，并参照已建工程经验研究确定。同时，还应指出，表-4’、表-4+、表-4-中摩擦系数!都是纯摩擦试验值，只供式（-4’）应用。相应安全系数#"只要求’*)5’*’。—.,+— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题表!"#我国部分工程抗剪指标采用值混凝土$岩石抗剪用用参数夹层采用参数岩体抗剪断参数工程名称地震基!"!#$#!"!#$#!"!#%$#乌江渡%&’()&*’*%&’()**)’!+刘家峡（设防,）(&’%#-&’(#&*’*&’(#-&’.**’)!’+白山%&’(!!’+&’!*’*)&河南镇%&’%#-&’()&*’!&).+’+!安康(&’#-&’%#&&’!&’##-&’.##-.风滩%&’%&-&’%(&丹江口.&’%#-&’(&&*’*黄龙滩(*’&+三门峡.&’(#&*’&新安江%&’#-&’%#&*’&#新丰江（设防,）&’%#-&’(!&*’&柘溪#&’%#&朱庄&’##-&’%&*’*枫树坝.&’(-&’()&*’*&’())*’+()丰满%&’(#&*’&梅山（设防.）&’(&*’*)&’%#+’)#’&*龚咀%&’(#&*’*#磨子潭%&’(&*’*,&’%#!’*#’#*桓仁%&’##-&’(&&*’&&’)#&陈村/%&’%#-&’(&&’)&’!!上犹江#&’#.&*’*,&’#.&’%*’)##石泉(*’&#长诏岩$岩&’%-&’(&*’&%&’!&窝%&’%-&’%#双牌(&’%#&&’.%盐锅峡.&’%#&*’&!&’%#*+%’*陆水蒲圻%&’+*-&’#&.+葛洲坝%&’#-&’%&&’*(&*’+富春江&’#-&’%&*’&#&’+&佛子岭,&’%#&&’,*&’%#+’)+’!(在坝基和坝底接触面抗滑稳定计算中抗剪强度指标值除取决于坝基岩性外，坝体混凝土标号也有很大影响。因此，大坝坝体部分采用较高标号的混凝土可提高抗剪强度指标值，从而能减少大坝混凝土方量。—%,!— 第三篇水利水电工程常见地质问题坝基岩体抗滑稳定计算除上述极限平衡法以外，对重要的中型工程，有时还用有限单元法进行验证。有限元法的原理是将坝基划分为单元组合体，建立有限元的刚度方程，编制计算程序，由电子计算机运算，计算坝基岩体内的应力、应变、位移分布情况，用所得滑动面上的正应力和剪应力求出滑动力和抗滑力来评定坝基抗滑稳定性。!"坝基岩体抗滑稳定分析实例【例#$%】湖南消水双牌水电站，大坝为双支墩大头坝，坝高!&’。坝基为泥盆纪砂岩、板岩互层，产状平缓、倾向下游偏左岸，倾角()*+,)。砂岩、板岩间有层间剪切破碎带，一般厚%*!-’，但不连续分布。其成份除板岩碎屑夹少量岩粉外，在近地表处有的地段充填有黄色粘土，在地下水作用下形成不连续的泥化夹层。冲刷坑距坝址下游&.*/,’，可能作为滑移面的破碎夹层被冲刷出露（图#$&）。.*(号坝墩两侧尚有顺河向断层!%,与!%+作为纵向切割面。为计算坝基滑移体抗滑稳定性，在现场对坝基破碎夹层进行抗剪试验。整理试验资料并对照反算值（"为,"0!），不同夹层不同部位采用不同计算值。用极限平衡法计算抗滑稳定性，并用有限元法和模型试验法进行复核，都表明大坝在加固前安全系数小于%，处于不安全状态。但大坝.,年代建成后十余年间，大坝稳足性没有发现异常性情况，只是.*(号坝墩空膛渗压观测孔的渗漏水中含有黄色絮状物质，孔内渗压水位高出下游水位("!’。同时发现局部夹层有被掏空现象。分析研究，大坝坝基没有发生滑动的原因，一是夹层被横向逆断层!(#等切断，不相连续；二是侧向断裂的牵制作用；三是抗剪试验值具局限性，不能代表整个夹层的实际情况；四是计算未考虑粘聚力。但鉴于坝基扬压力增高，帷幕局部被破坏，夹层被掏空等情况，仍存在坝基变形、滑移的可能性。因此(,年代末采用了加强防渗帷幕、坝基固结灌浆和危岩抗力：体预应力锚固等措施。加固后安全系数提高为%"%/，满足安全要求。【例#$+】河北南澧河朱庄水库坝基为震旦纪石英砂岩夹泥质薄层粉砂岩和页岩，产状近水平，岩层倾向下游偏右岸，倾角仅.)*&)。因层间错动形成泥化夹层。夹层共(,%层，厚度一般为,"%*,"+-’，主要粘土矿物为伊利石。其中以!$!和12(+夹层抗剪强度最低，摩擦系数"计算值分别为,"+/和,"++。坝线下游有斜切河谷断层几，破碎带宽&*%,’。动弹性模量3计算值采用为,"!4%,#断层规模大、压缩变形567。由于80大，因此作为临空面看待（图#$/）。坝基岩体抗滑稳定计算结果，安全系数达不到规定要求。结果只得降低坝高，同时采取加宽坝体的措施以保证大坝稳定。第三节拱坝坝端岩体抗滑稳定分析一、拱坝的特点与分类%"拱坝的受力特点—./0— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题图!"#双牌$%&号支墩地质纵剖面图!’—夹层编号；"&!一断层编号；⋯⋯为夹层面上无夹泥；—为夹层面上有夹泥；⋯⋯为电算得出的滑移面形态图!"(朱庄水库(号坝块地质纵剖面图拱坝是一种挡水的空间壳体结构，因坝体筑成拱形，故称拱坝（图!"’)和图!"’#、!）。从一系列水平的剖面采看，拱坝是由一层层上下相连的拱圈所组成，拱圈的两端支承在岩座上。拱坝上游的水压力、泥沙压力等荷载的大部分通过拱圈传到两岸山体（图!"’)$）。从一系列垂直剖面来看，拱坝是由一段段左右相连的竖墙组成，在拱坝的力学分析中称这些竖墙为“悬臂梁”，拱坝上游的部分荷载通过悬臂梁传到基岩上去（图!"’)%）。图!"’)拱坝剖面图（$）水平剖面；（%）垂直剖面&—坝端拱圈推力；’—水平荷载曲于拱坝主要是利用拱圈的作用，将上游水压力等荷载传到两岸岩石来维持坝体的稳定。坝体所受的内力主要是压应力，而拱坝是用混凝土或浆砌块石等圬工材料筑成的，其抗压性能好。因此，拱坝能充分发挥材料的特点，断面可以比重力坝小得多。*+拱坝的分类—$(,— 第三篇水利水电工程常见地质问题拱坝坝型按底厚（!）和坝高（"）比值可分：!薄拱坝，其!!""##$；"中厚拱坝，其!!"%##$&##’(#厚拱坝或重力拱坝，其!!")##’(。重力拱坝实际上是重力坝与拱坝的过渡类型。另外按其几何形状和结构性能可分为：!单曲率拱坝，这种拱坝坝体只在水平面有曲率；"双曲率拱坝，这种拱坝坝体在水平面和垂直面两个方向上均有曲率。拱坝由于坝身较重力坝薄，故能大大节省工程用料，降低成本。’*拱坝主要优缺点拱坝主要优点是：!坝的体积小，用材较少；"具有良好的抗震性能；#主要利用岸坡岩体来维持坝身稳定，对河谷两岸的地质条件要求高，但对谷底地基的要求比重力坝低；$石多土少的山区，可因地制宜充分发挥当地材料的作用。拱坝同重力坝比较其主要缺点是：!对河谷两岸岩体的强度和稳定性要求比较高，故坝址选择的余地较少；"施工复杂，质量要求高；#坝身较薄，坝顶溢流有一定限制；$坝身受温度影响（形成应力）较大，稳定条件较复杂。近年来，我国修建了不少拱坝，特别是南方各省修建的比较多。湖南涟源大江口水库大坝为砌石拱坝。库容++’#,’，坝高-$,，坝底面$(,，坝顶厚(,。为中厚拱坝。混凝土（即混凝土中埋大石块）筑成。二、拱坝对地形和地质的要求.*拱坝对地形的要求拱坝最好选在河谷较狭窄的位置，常用河谷宽（$）和高（"）的比值，来说明河谷地形特征。拱坝最好建筑在宽高比（$%"）不超过’&’#(的河谷中，这样可充分发挥拱坝的作用。若想利用两端河岸较好的地质条件来弥补该处坝基岩体强度不够的缺点，可采用重力拱坝。重力拱坝在河谷的宽高比（$%"）远远大于’#(的条件下也可采用，不会造成经济上不合理的后果。拱坝要求河谷断面形状左右两岸对称，岸坡平顺无突变地形，平面上漏斗状地形（图’/..）最好。这种地形为拱坝两端提供了良好的天然支座。当然，有些地形上的缺陷可采用一定工程措施改善。例如图’/.$的&、!、’河谷较对称；(河谷不对称，可于一岸建重力墩，使拱坝两端均有较稳定支座，受力对称。图’/.$)中一侧有深槽，这种不对称地形可采用混凝土回填深槽以改善拱坝坝基，使之成为拱坝的良好垫座；图’/.$*河谷中间凸出部分可采用挖去的办法。$*拱坝对地质的要求任何几何形状的河谷都与一定的地层岩性和地质构造相联系。因此，在考虑地形特点的同时，必须结合地质条件来分析。拱坝对地质的要求，首先是在坝两端岩体上。因为拱坝系充分利用两端岩体作为承受坝体推力支座的一种坝型，因此与重力坝比较，它对两端岩体的要求高，而对坝基的要求相对较低。我国修建过拱桥式基础的拱坝（图’/.’），坝基虽有$0,的砂砾石层，但由于拱桥的作用，它已不是主要持力层，故对坝身稳定影响不大，影响坝身稳定的地质因素主要是在两端岩体。拱坝传给两端岩体支座的压力很大，要求作为支座的岩体比较宽厚、抗压强度高、变形性能小、不致滑动失稳。因此，拱坝两端岩石应是坚硬、新鲜的，岩体应是较完整的。滑—121— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题图!"##漏斗状地形上建拱坝图!"#$几种典型河谷剖面图（!）"形；（#）$形；（%）梯形；（&）三角形；（’）—侧有深槽；（(）!形图!"#!某地的溢流双曲拱坝与基础双向拱桥#—拱坝中心线；$—基础拱桥中心线；!—基岩（石灰岩）；%—砂砾石层；&—基础拱桥；’—原河谷地面线坡、断层破碎带、软弱岩层、风化剧烈岩层，很不完整的岩体等均不宜作拱坝两端支座。拱坝溢流在坝下游产生“冲刷坑”，以及拱坝两端岸坡稳定等等问题，均属工程地质勘查主要内容，工作中应十分注意。—’)(— 第三篇水利水电工程常见地质问题三、拱坝坝端岩体抗滑稳定分析!"岩体稳定的地质分析一般讲，坚硬、新鲜（未风化的）且完整的岩体，在抗压强度方面均能满足作为坝端支座的要求；软弱、风化且不完整的岩体，允许压力值均较低，若不采取一定的有效措施，很难保证坝身安全。选坝址时应慎重考虑。坚硬、新鲜岩体，虽然抗压强度一般均能满足要求，但对于不利于岩体稳定的结构面，特别是结构面的不利组合问题，仍不可忽视，在坝端山体单薄情况下更应特别注意。结构面组合的分析，首先应查清岩体内是否出现了分离体；其次应了解分离体的各个边界面，哪个是滑动面，哪个是临空面，哪个是拉裂面，以及各面的特征；最后分析该分离体的稳定程度。分析原则见第六章，这里仅就拱坝的具体条件作进一步阐述。图#$!%拱坝坝端岩体可能滑动方向（水平剖面图）!—可能沿之滑动的陡倾角结构面；&—不会沿之滑动的陡倾角结构面坝端岩体可能滑动方向，如图#$!%所示。图中!"系坝轴线切线方向，!#系与!"相垂直的方向。除开发生坝体转动的情况外，拱坝两端岩体若发生滑动，则滑动方向一般均在此二线，即’(和’)范围之内。有两类产状结构面易成为坝端岩体的滑动面：!在临空面出露的走向界于!"和!#之间的陡倾角结构面；"平缓结构面。坝端下游的凸岸、支冲沟或横切岸坡的具较大压缩性的断层破碎带及节理密集带形成临空面时，岩体稳定性不好。对拱坝坝端岩体稳定不利的地形、地质条件，如图#$!*所示。&"岩体稳定的力学计算坝端岩体稳定计算原理与重力坝坝基稳定计算类似，但边界条件不同，具体计算方法有差别。有两种计算方法：!计算单位坝高某层的稳定，即用水平切面将拱坝分成许多独立的拱圈（高度为!$），然后验算几个典型拱圈两端岩体稳定；"计算整个坝端岩体稳定。%形峡谷最大应力层多在坝底；&形和梯形峡谷多在!’#坝高处，在这些应力较大岩体稳定性较低的部位，验算单位坝高分层的稳定性，若都是稳定的，则整个坝高范围岩体亦是稳定的。—-,+— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题计算坝端岩体稳定时，应先确定滑动面，然后算出该面上滑动力和抗滑力。例如图!"#$坝端岩体内有平行岸边的铅直结构面#和水平结构面%，则引起该分离体滑动的滑动力（!）系拱坝坝端轴向力（!）和剪力（"）在结构面#上的分力。坝端岩体受力情况，如图!"#$#、$所示。图!"#&对拱坝坝端岩体稳定不利的地形、地质条件（%）产状不利的一组结构面（&#平行岸坡的，&%斜交岸坡的，&!剖面图）；（’）两组结构面组合的不利情况（(#平面图，(%剖面图）；（#）坝端地形单薄；（$）下游冲沟横切；（)）下游有断层破碎带或累积压缩量大的节理密集带图!"#$坝端岩体受力图（’）平面图；（(）剖面图；（)）*图力的分解放大；（+）剖面上结构面所受法向力,、-、.—拱圈推力、辅向力、剪力（,是-、.的合力）；/、/#、/%—结构面#上的法向力（/0/"/%）；!#、!%、!!—结构面#上的滑动力（!#、!%、!!）；1—结构面%上的法向力（即岩体重力）；#—铅直的结构面；%—水平的结构面—$22— 第三篇水利水电工程常见地质问题滑动力为!!!"#!$!!%&’"#(’)*"（+,-）抗滑力为#!#"##$!［$（"%",%$）#&"’"］#（$$(#&$’$）!（$"%#&"’"）#（$$(#&$’$）（+,.）稳定系数为#)!（+,+）!式中/、(———拱坝坝端轴力及剪刀（系坝圈推力*的分力）；!———结构面"与坝轴线夹角；$"、&"、’"———结构面"的内摩擦系数、粘聚力和长度（或面积）；%———拱圈推力在结构面"上的法向分力；$$、&$、’$———结构面$的内摩擦系数、粘聚力和长度（或面积）；(———水平结构面$上的法向力（即岩体重量）。)值选择范围，只考虑摩擦力时，取)!"+01"+"；考虑摩擦力和粘聚力时)!"+21$+0；不考虑粘聚力而只考虑摩擦力和岩体重量时)!"+"1"+3。第四节坝基坝肩岩体压缩变形分析当坝基、坝端为新鲜完整岩石时，因承载能力高，工程地质人员一般可以不专门分析岩体的压缩变形或沉陷问题。只需提出岩体强度和变形参数试验值或建议值供工程设计人员计算分析应用。但是，许多情况下，在坝基、坝端岩体内常存在软弱夹层、断层破碎带或溶蚀裂隙岩溶洞穴等不利条件。这时，工程地质人员不仅必须查明这些软弱层（带）的具体分布位置、厚度大小、延伸情况及充填胶结特征，且要专门试验测定软弱夹层及断层泥的压缩性，提出变形指标建议值或计算值。可能时最好协同工程设计人员分析、计算岩体的压缩变形，特别是坝基、坝端岩体内存在的厚度较大或层数较多的强压缩性泥化夹层或断层泥；若可能产生较大压缩变形或不均匀变形，导致坝体内应力重新分布，局部应力集中甚至产生拉应力，对坝体稳定性构成危害时，工程地质人员必须协同工程设计人员分析、计算岩体的压缩变形及其对坝体稳定性的影响，共同研究确定处理措施。坝基、坝端岩体内软弱岩层、软弱结构面的压缩变形计算，目前也常采用有限元法。实际在应用有限元法计算坝基抗滑稳定过程中，即同时获得压缩变形与剪切变形计算成果资料。坝基沉降量的一般计算方法还可参看本书第十三章第二节。坝基岩体的允许承载力［,］的选定方法，一般是根据岩样饱水抗压强度试验值"04124（坚硬岩石）或$041"04（易软化岩）（参看表3,5方法"），或按岩石类型（按抗压强度划分）和完整性利用经验值来选定（参看表3,5方法$和表3,-）。岩体的变形参数弹性模量-和泊桑比的经验值列于表3,.和表3,+。表3,"0"—-00— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题和表!"##为我国一些大坝地基岩体弹性模量!采用值和坝基软弱夹泥与断层泥压缩系数!的试验值。都可供类比分析参考应用。层状岩石弹性模量月应注意在乎行层理和垂直层理方向具有不同的数值（!##、!#$）。表!"%岩体允许承载力方法依据允许承载力取值（单位，&’(）###饱和抗压强度"#坚硬岩+,易软化岩"##)*$)-*#)岩体完整性完整中等破碎坚硬岩石+.!)/$*!#0-*$0)$半坚硬岩石+.1-*!)#0-*!#*#0-)02*#0$软弱岩石+.3-)02*#0$)0%*#0))0/*)02表!"4新鲜及轻微风化的岩石允许压力值参考值岩石的平均抗压强度建议允许安全序号坚硬岩石名称+压力值+6备注系数5（&’(）（&’(）石灰岩、砂岩、凝灰岩、介壳石灰岩#!)*$)$-0))0/*)02页岩等石灰岩、砂岩、凝灰岩、页岩、泥灰$$)*/)$-0))02*#0-岩、砾岩等允许压力决石灰岩、砂岩、砾岩、页岩、泥灰岩!/)*%)$-0)#0-*$0-定于岩石抗等压强度石灰岩、砂岩、正长斑岩、花岗岩、/%)*2)$$0-$0-*!0-粗面岩等花岗岩、石灰岩、砂岩、正长斑岩、-2)*#))$)0)/0)*-0)菱铁矿岩石、正长岩等—4)#— 第三篇水利水电工程常见地质问题岩石的平均抗压强度建议允许安全序号坚硬岩石名称!压力值!&备注系数%（"#$）（"#$）玄武岩、花岗岩、石灰岩、砂岩、正长斑岩、粗面岩、白云岩、正长岩、’())*(+)(,+花岗片麻岩、闪长岩、辉长岩、石英斑岩、斑状安山岩、片麻岩等允许压力玄武岩、花岗岩、石灰岩、砂岩、正决定于水长岩、闪长岩、辉长岩、正长斑岩、-(+)*.))(),)/’,)工建筑物粗面岩、玢岩、安山岩、片麻岩、花砌体的抗岗片麻岩、石英石等压强度玄武岩、花岗岩、石英正长岩、闪长岩、辉长岩、石英斑岩、正长斑岩、0.))*.+)或以上+玢岩、安山岩、辉长一辉绿岩、辉绿岩、石英岩等注对于受较重风化（如强烈风化）破坏的岩石允许抗压力值可根据岩石的状态，相应的减低.+1*+)1。表230岩石弹性模量!值参考值（"#$）石英岩、花岗岩、砂岩、石灰岩、砂页岩互层、粘土质岩石、节理风化情况流纹岩、安山岩、玄武岩、白云岩、砾石致密泥灰岩厚层硅质灰岩节理裂隙少，新鲜（.,)*）4()5（(,)*.,+）4()5（),+*(,+）4()5节理不太发育，微风化（(,)*.,+）4()5（),+*(,+）4()5（),.*),’）4()5节理发育，弱风化（),+*(,+）4()5（),2*(,)）4()5（/),5）4()5表236一般岩体泊桑比与波速比的关系及泊桑比参考值岩体完整性坚硬完整较完整破碎岩体非常破碎岩体与岩石波速比),6*),6+),0*),0+),++*),’+),2*),5—-).— 第三章重力坝及拱坝工程地质问题岩体完整性坚硬完整较完整破碎岩体非常破碎纵波与横波波速比!"#$%$"&$"’%(")*(")泊桑比+)"$’)"$’%)"(()"((%)"&*)"&表(,!)我国部分大坝地基弹性模量!采用值（!)&-./）工程编号!$(&’0#12!)!!!$坝高#&00&’’1&)&)#("##11)&2’&"10)!))!’)%!#)%坝体混凝土标号!’)!’)!#)$))!#)$))!#)$))$))（砌石）$’)$))混凝土3!"1!"0!"&!"1$"0!"1$"0!"0!"0!"2!"1!"1熔岩凝凝灰流石英白云岩地基岩石特征花岗岩花岗岩砂页岩石灰岩花岗岩花岗岩石灰岩白云岩灰岩纹岩砂岩灰岩!"0)"(’)"0岩石3!"1!：0!"&!"1$"0!"1$"0$"0!"1("$)"#!"’表(,!!我国部分大坝软弱夹泥与断层泥特性表工含水量容重干容重饱和度压缩系数/!,$夹层类型比重孔隙比程（4）（5678(）（5678(）（4）（-./,!）陈!("0$"#0$$")!2")11)"!!’断层泥)"&($村!("1$"#0$(")$)")!)))")#’’")青泥化夹层)"!#山)"(%)"!&卸荷风化夹泥$’%&’$"##%$"1$!#"&%!2"011%!)2)"1%!"(0)"!2%)"&’鲁次生溶蚀夹泥(&%00$"#&%$"1’!0"!%!1"21#%!)&)"2#%!"2$)"(2%$"(0布茧破碎带夹泥1%&’$"#’%$"1(!#"&%$("01)%22)"$1%!"(’)"$$%)"&2泥化夹层!)%$2$"#!%$"10!1"2%$("!#0%!)!)"(2%)"12)"!$%)"12页岩泥化夹$"2!!2"0)"&天层粘土夹风化页生1"((")$)"!!1"0)"&$桥岩碎块黑色粘!0"&$"1!!2"1!#"))"(2土少数硬块红石断层泥$("’$"#’!1"’!’")#0)"1&)"((!)"1$"#2!2"0#)"1)"&$)"$2杨五泥化板岩$$"1$"1$!#"&)"0()"&’庙!1"$$"1$!#"111"!)"’1)"$#—#)(— 第三篇水利水电工程常见地质问题工含水量容重干容重饱和度压缩系数’()*夹层类型比重孔隙比程（!）（"#$%&）（"#$%&）（!）（+,’)(）五(-./*.1/(2.(21.&3./*3.*&强破碎夹泥及断层泥溪((.0*.2-(0.0123.4&/3.*3&—134— 第四章溢洪道工程地质问题第四章溢洪道工程地质问题第一节概述溢洪道是渲泄水库洪水，以保证大坝安全的泄水建筑物。根据不同的地形、地貌、地质条件和不同坝型的总体布置要求，要因地制宜，将溢洪道没计得既安全可靠，又经济合理。一般重力坝和拱坝常采用坝顶溢流方式，这时往往出现坝下游的冲刷问题；土坝和堆石坝一般不允许漫坝溢流，必须在坝体以外或利用天然垭口地形，或傍山开挖渠道，或开凿隧洞，或坝下埋管作专门的溢洪建筑物。溢洪道要在规定的时间内，渲泄大流量、奔腾急泻的洪水，所以有一定的纵坡要求。溢洪道从上游到下游一般分：平坡段，陡槽段，出口消能段（图!"#）。图!"#溢洪道平面示意图#—引水渠（平坡段）；$—堰槛；%—泄水渠（陡槽段）；!—出口消能段；&—坝（#）平坡段（引水渠）平面上呈喇叭口形状。其作用是将洪水顺畅的引入溢流堰。在引水渠的末端还设置堰槛，水工上称为溢洪道槛或溢洪道堰。有时，为了更好地控制泄洪量，溢洪道槛上常设置闸门，此时堰槛就相当一个闸基础。（$）泄水渠（陡槽段）是将洪水引到下游的通道。因坝上、下游水位差较大，槽内水流流速急增，高速运动的水流对陡槽侧和底板的稳定有很大威胁，因此在条件允许时，陡槽要尽量长些、宽些，以减小水流冲刷破坏。陡槽段横剖面有矩形、梯形等型式。槽底—(’&— 第三篇水利水电工程常见地质问题纵坡随地形而变化，土质地基一般限制在!"#$%"之内，且需用混凝土板或砌石护面，岩石地基上纵坡一般可以陡些。（&）出口消能段是溢洪道重要组成部分。从泄水渠流出的洪水，流量大，流速快，对下游河床及两岸边坡有强烈的冲刷破坏作用，因此必须设置消能设施。消能有两种方式：一是利用地形和基岩出露的起伏，沿途设台阶分多次消能，末端再设消力池（图’()）；另一种方式是让洪水按层流方式流泻，然后选择基岩出露条件好的地段设置挑流鼻槛，将大部分洪水水流能量损耗于水流碰撞以及消杀于冲刷坑中（图’(&）。图’()消力池示意图$—泄水渠；)—静水池；&—消力槛；’—齿墙；!—排水设备；*—海漫图’(&溢洪道末端挑流鼻槛$—鼻槛；)—齿墙；&—冲刷坑溢洪道上述特点决定了它常见的工程地质问题，可归纳如下：$）边坡的稳定，边坡过陡可能失稳，造成堵塞，使溢洪道失效，入口处两翼的边坡稳定更有重要意义；边坡过缓，则开挖量过大，造成浪费。本章主要讲岩质边坡，土坡在十二章介绍。)）溢洪道的闸基（堰槛处）、陡槽段和消能段的地基稳定问题。&）挑流消能时的冲刷坑问题。第二节溢洪道岩质边坡稳定分析溢洪道边坡不稳定，可能导致堵塞或摧毁溢洪道，产生严重后果，危及大坝安全。因此，边坡稳定是溢洪道安全使用的一个重要课题。岩质边坡失稳的原因和影响因素，在第三章第四节天然斜坡的滑动中曾介绍过，这里仅着重稳定评价方法。岩体边坡稳定评价方法很多，这里主要介绍：!地质分析方法；"力学计算方法；#工程地质类比法。!和#实质上均是基于对地质或工程地质条件的分—+%*— 第四章溢洪道工程地质问题析以及对已有的地质或工程地质信息的使用，只是!的重点是定性分析，而"则属经验基础上的定量分析。这里的力学计算实质是在极限平衡理论的基础上计算稳定系数，属传统计算方法。目前大型边坡还常采用数值分析方法（例有限元法）。!"年代以来可靠度理论以及数理统计和信息理论开始引入，使边坡稳定评价方法内容更丰富。本文介绍的三种方法对中小型水利水电工程是最基本的。一、岩质边坡稳定的地质分析人工边坡设计过缓工作量太大，过陡则有滑动危险。因此，一定要根据地质条件和泄洪情况具体分析确定，做到安全、经济、合理。软弱岩石组成的边坡坡度宜缓些，坚硬岩石组成的边坡坡度可陡些，但当软弱结构面已形成不利的组合时，坚硬岩石边坡的稳定性，很大程度上受岩体中结构面的特征和数量所控制。结构面的作用主要表现在：!频率（影响岩体的完整程度）；#不利组合（形成不利于岩体稳定的分离体）。前面表#$%即直接反映了结构面频率对岩体完整程度的影响。结构面的组合受岩体内结构面组数、各组结构面的产状所影响。按岩体内结构面组数不同，可分单一结构面、两组结构面、三组或多组结构面边坡。各类边坡稳定情况与结构面产状有很大关系。#&单一结构面边坡单一结构面的边坡多见于层状岩层，按结构面与边坡的产状关系可进一步分为两种：（#）水平结构面边坡边坡岩体内只有一组接近水平产状的结构面，这种边坡稳定性一般较好。若为砂岩页岩互层的岩体，多形成凸凹不平的边坡（图’$’），这是由于页岩易被风化剥蚀而砂岩抵抗破坏能力较强的原故。图’$’单$水平结构面边坡#—页岩风化剥落；(—砂岩凸部易崩塌；%—页岩被水冲刷部位（(）倾斜、陡立结构面边坡岩体内只有一组倾斜的或产状很陡的结构面，这种边坡稳定性与结构面走向、倾向、倾角有直接关系（图’$)）。按结构面走向与边坡走向关系，可分平行的和斜交的结构面。平行边坡的结构面内倾（即结构面倾向与边坡倾向相反）时，比外倾（即结构面倾向与斜坡倾向相同）对边坡稳定有利。一般讲，结构面外倾又寸边坡稳定不利，尤以结构面倾角小于边坡坡角，而大于结构面的内摩擦角时最不利（当坡脚受—*"*— 第三篇水利水电工程常见地质问题水流冲刷、不合理的坡脚开挖、地下水浸湿结构面等情况下，失稳现象极易发生），结构面倾角大于边坡坡角的边。坡稳定性略好一些。结构面陡立时，当边坡坡脚受到冲刷或人工开挖失去支撑时易产生崩塌，在结构面受风化或其他原因不断张开时失稳现象亦易产生。结构面走向斜交边坡走向时，当斜交角较小（约小于!"度），则情况大体与上述结构面平行边坡情况相似；当斜交角较大（大于!"度）时，对边坡稳定威胁不大。一组倾斜结构面边坡的稳定情况，如图!#$所示。%&两组结构面边坡两组结构面可以是层面、节理、断层和任何其他结构面的相互组合，这种边坡亦有两种情况：（’）结构面走向与边坡走向平行岩体内两组倾斜结构面走向均基本与边坡走向平行，此时情况与单一结构面边坡有相似之处。当两组结构面均内倾时，一般危害性很小，均外倾时危害性较大，以倾角小于边坡坡角而大于结构面内摩擦角时，对边坡稳定最不利。当结构面一组内倾另一组外倾时，边坡稳定性较差，尤以外倾结构面倾角小于边坡坡角且大于结构面内摩擦角时，边坡最易滑动。两组结构面与边坡走向基本一致的稳定情况，如图!#(所示。（%）结构面走向与边坡走向斜交两组倾斜结构面走向与边坡走向斜交时，情况较复杂。一般讲，当两组结构面均内倾时危害性不大，均外倾时对边坡稳定不利；当一组内倾而另一组外倾时，则边坡稳定受外倾结构面影响最大，其评价原则与上述两组平行结构面相同。若两组结构面均外倾，组成象图!#)编号*那种形状的分离体，则对边坡的岩体稳定十分不利。此时，两组结构面交线已在边坡临空面出露，当条件具备时，分离体即沿交线下滑而形成滑坡；而图!#)编号%边坡滑动可能性小，因两组结构面交线未在边坡出露，但要注意深层滑动问题；编号’边坡稳定，因结构面是往里倾的。一定条件下可根据两结构面交线是否外倾，是否已在临空面出露，来判断边坡的滑动可能性。在这种情况下，两结构面交线的方向就是滑动方向。*&三组和多组结构面边坡三组较弱结构面把边坡岩体切割成各种几何形状，其中不稳定形状有锥形、楔形、槽形（图!#+）等。这些分离体的底面是滑动面，侧面一般属于拉裂面或具部分滑动面性质。当底面（滑动面）较缓时若分离体后方存在一组陡结构面（其走向与滑动方向垂直），一般情况下这个陡倾结构面仅起切割面作用，当底面结构面在边坡临空出露，且倾角大于结构面本身的内摩擦角，则边坡易滑动。分离体稳定的关键是滑动面的抗滑作用。在强风化带、构造挤压破碎带、片理很发育的结晶片岩和层理节理十分发育的页岩地带，常见到边坡受结构面切割致岩体支离破碎，在各种因素作用下，边坡稳定性较差，往往形成较大范围的滑坡，滑动面极不规则，常是近似由多级台阶构成的圆弧形（图!#,）。当多组结构面软弱程度不同时，则往往沿最软弱的一组或两组发生滑动。—)"+— 第四章溢洪道工程地质问题图!"#一组倾斜结构面的边坡稳定情况二、岩质边坡稳定的力学计算岩质边坡稳定的定量评价方法，即在地质分析的基础上采用力学计算。岩质边坡的力学计算原理就是考虑滑动力和抗滑力的互相关系。下面介绍几种不同结构面类型的计算：$%一组结构面边坡—(’&— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#两组结构面与边坡走向基本一致的稳定情况边坡中仅有一组倾向与坡向一致的结构面，可沿滑动方向取一单宽剖面，按平面问题处理，如图!"$%所示。滑动岩体的重量$!&!"#()*!’沿滑动面上的滑动分力"&!*+,!—-$%— 第四章溢洪道工程地质问题图!"#两组结构面与边坡走向斜交的稳定情况图!"$三组结构面在斜坡上组成的分离体（%）锥形；（&）楔形；（’）槽形图!"(由多组结构面组成的边坡滑动滑动面上的法向分力!)"’*+!沿滑动面抗滑阻力—#,,— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#$单一结构面边坡上力的平衡条件!%"&’!(#$!&)*+"&’!(#$则稳定系数为%%%（!"#）!&+,-"&’!#$简化后得%%(（!".）&’"&+,-"&’!!#或%%(（!"/）&’""’+,-."式中&———单宽分离岩体的重量；’———滑动面以上分离体的竖向高度（即从边坡顶点至滑动面的竖向高度）；$———滑动面长度（或单宽面积）；———滑动面的倾角；#"———岩体的容重；、#———滑动面的内摩擦角和粘聚力。$当稳定系数%0#时，此边坡是稳定的；%1#时，边坡不稳定。从式（!"/）可以看出：这种岩质边坡的稳定性与滑动面长度关系不大，而与和’值关系密切。边坡高度越#大（即分离体的竖向高度’越大），滑动面的倾角（）越大，边坡稳定程度越低。#边坡岩体中结构面内充填有泥砂物质，或者结构面十分光滑时，这种结构面的粘聚力（#）接近于零，式（!".）或式（!"/）就变成下式：&’!%%&’"在这种情况下，时，边坡才稳定；时，边坡不稳定。当然，若有地下水的静水"1!"0!压力和往边坡外流时的动水压力作用时，边坡稳定程度降低。地震力能降低结构面角，!使边坡失稳。.2两组结构面边坡两组结构面边坡，不利的组合有两类：#结构面平行（或小角度相交）边坡，取其外倾并于斜坡临空出露的作为滑动面来计算，若两组均外倾且均于边坡临空出露时，则取最不利那组进行核算，稳定核算方法与单一结构面式（!"#）相同；$结构面与边坡直交（或大角度相交），其最简单情况为两组结构面倾向相反、交线与边坡走向近直交，如图!"##所示。—3#.— 第四章溢洪道工程地质问题图中!"#和"$#面，均是可能滑动的面，面积分别为%和%&。两组结构面交线方向，即是滑动方向。稳定计算基本原理与上面相似，不过公式具体形式有区别。现以直立、平顶边坡为例（图!"##）来说明这个问题。如两组结构面交线与边坡走向直交，交线倾角为，两组结构面的粘聚力（$）、内摩擦角（）值相近，分!"离体的重量为’，则滑动力#$’%&’!抗滑力($)()（%*%&）"*$图!"##两组结构面构成的分离体$’+,%!()"*（$%*%&）’+,%!()"*（$%*%&）则稳定系数为*$（!"!）’%&’!()"（$%*%&）化简后得*$*（!"-）()!’%&’!式（!"!）和式（!"-）分别与式（!"#）和式（!".）是相似的，所不同的只是在两组结构面条件下，$+用（$%*%&）代替，用两组结构面交线倾角所代替。因此可得出类似结!()"论：滑动面的两组结构面交线倾角越大，斜坡越不稳定；滑动面的$$,，则*$，当()!!/时，边坡就稳定，当然若$!0则边坡更稳定了。$$0而时，边坡是危险的。"!/"12三组结构面边坡三组结构面组成的岩质边坡，当分离体为图!"3那三种形状，则底面结构面为可能滑动面，为了安全起见，可以忽略侧面的作用。按类似单一结构面用公式（!"#）计算，不过式中’应是整个分离体岩体重量，+以滑动面面积代替。以上计算只是考虑岩体结构面的作用，实际上还有一些因素，如地下水的作用不可忽视外，地震的影响亦十分重要，在生产实践中应全面考虑，常常用加大计算所得安全系数的办法来解决。三、岩质边坡稳定的工程地质类比工程地质类比法，是对已有的大量稳定和不稳定边坡进行调查研究，查明所处的各种，条件，然后把调查的结果用来判断条件相似的边坡的稳定性和设计稳定的边坡值。在进行类比时，要求设计的边坡和已有的边坡主要工程地质条件相似，首先是组成边坡的岩性和岩体结构应相似，其次还要考虑到风化作用和水的作用。这样才能取得较正确的结果。表!"#系根据大量实际边坡综合归纳出的资料，可供参考。—4#1— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"#岩石边坡坡度与高度参考数值岩石的边坡坡度与高度值山坡岩石种类及特征岩石的破碎程度风化程度高$#%米高#%&’(米高’(&!(米节理很少至节理较多#)(*#&#)(*+#)(*#&#)(*’#)(*+&#)(*!侵入酸中性岩类坚固微风化至中节理发育#)(*+&#)(*’#)(*+&#)(*%#)(*%&#)(*,%的花岗岩、正长岩、闪长等风化节理极发育#)(*’&#)(*%#)(*%&#)(*,%岩及其过渡型岩石、全结节理很少至节理较多#)(*’#)(*+&#)(*%#)(*,%&#)#晶细粒至中粒，单一或多强风比节理发育#)(*%#)(*,%种同时出现无岩脉侵入火节理极发育#)(*,%#)(*,%&#)#节理很少至节理较多#)(*+&#)(*’#)(*’&#)(*%#)(*%微风化至中成基性侵入岩类，单一节理发育#)(*’&#)(*%#)(*%#)(*,%等风化或多种同时出现，一次或节理极发育#)(*%#)(*,%多次侵入，辉长岩、辉岩、节理很少至节理较多#)(*’#)(*%#)(*,%&#)#岩辉绿岩，块状坚硬强风化节理发育#)(*%#)(*,%节理极发育#)(*,%#)#节理很少至节理较多#)(*+&#)(*’#)(*’&#)(*%#)(*%石微风化至中节理发育#)(*’&#)(*%#)(*%&#)(*,%#)(*,%喷出火山岩类，流纹等风化节理极发育#)(*%#)(-,%岩、安山岩、玄武岩、凝灰节理很少至节理较多#)(*’&#)(*%#)(*%#)(*,%&#)#岩强风化节理发育#)(*%#)(*,%节理极发育#)(*,%#)#节理很少至节理较多#)(*#&#)(*+#)(*+&#)(*’#)(*’&#)(*%微风化至中节理发育#)(*+&#)(*!#)(*’&#)(*%#)(*%等风化砂岩、砾岩、厚层块状节理极发育#)(*!&#)(*%#)(*%钙铁硅质胶结，结构致密节理很少至节理较多#)(*’&#)(*!#)(*%(#)(*,%强风化节理发育#)(*!&#)(*%#)(*,%节理极发育#)(*%&#)(*,%#)(*,%&#)#沉节理很少至节理较多#)(*’&#)(*%#)(*%#)(*%&#)(*,%微风化至中节理发育#)(*%#)(*%&#)(*,%#)(*,%&#)#砂岩、砾岩、中薄层泥等风化节理极发育#)(*%&#)(*,%#)(*,%&#)#质钙质胶结不完整，结构不密实节理很少至节理较多#)(*%#)(-%&#)(*,%#)(*,%&#)#强风化节理发育#)(*,%#)(*,%&#)#积节理极发育#)(*,%&#)##)#&#)#*+%节理很少至节理较多#)(*%#)(*%&#)(*,%#)(*,%微风化至中薄层砂岩、页岩、砾岩节理发育#)(*%&#)(*,%#)(*,%&#)##)#等风化互层或页岩多含泥贡炭节理极发育#)(*,%&#)##)#&#)#*+%岩质及黄铁矿等有害矿物节理较多#)(*%&#)(*,%#)(*,%#)#者强风化节理发育#)(*,%&#)##)#节理极发育#)##)#*+%&#)#*%节理较多#)(*%#)(*%&#)(*,%#)(*,%微风化至中节理发育#)(*%&#)(*,%#)(*,%#)(*,%&#)#中等薄层砂质页岩或等风化石节理极发育#)(*,%#)(*,%&#)#其与砂岩、砾岩的互层（无夹层者）节理较多#)(*%&#)(*,%#)(*,%#)(*,%&#)#强风化节理发育#)(*,%#)(*,%&#)#节理极发育#)(*,%&#)##)#&#)#*%节理很少至节理较多#)(*#&#)(*+#)(*+&#)(*’#)(*’&#)(*%石灰岩厚层，块状致微风化至中节理发育#)(*+&#)(*’#)(*’&#)(*%#)(*%&#)(*,%密，坚硬等化节理极发育#)(*’&#)(*%#)(*%—,#!— 第四章溢洪道工程地质问题续表岩石的边坡坡度与高度值山坡岩石种类及特征岩石的破碎程度风化程度高!"#米高"#$%&米高%&$’&米节理很少至节理较多"(&)*$"(&)’"(&)#"(&)+#石灰岩厚层，块状致强风化节理发育"(&)’$"(&)#"(&)#$"(&)+#密，坚硬节理极发育"(&)#$"(&)+#"(&)+#$"("节理很少至节理较多"(&)*$"(&)%"(&)%$"(&)’"(&)’$"(&)#微风化至中白云岩、燧石、硅质、泥节理发育"(&)%$"(&)’"(&)’$"(&),"(&)#$"(&)+#等风化质、铁质石灰岩，磷灰岩节理极发育"(&)’$"(&)#"(&),或其互层，薄层、中层、致节理很少至节理较多"(&)%$"(&)#"(&)#"(&)+#沉密强风化节理发育"(&)#"(&)+#节理极发育"(&)+#"("积节理较多"(&)%$"(&)’"(&)’$"(&)#"(&)#微风化至中节理发育"(&)’$"(&)#"(&)#$"(&)+#"(&)+#$"("等风化角砾岩及凝灰角砾岩、节理极发育"(&)#"(&)+#岩胶结不完整节理较多"(&)#"(&)#$"(&)+#"(&)+#$"("强风化节理发育"(&)#$"(&)+#"(&)+#$"("节理极发育"(&)+#$"(""("$"(")*#节理较多"(&)#"(&)+#微风化至中节理发育"(&)#$"(&)+#"(&)+#$"("各种中薄层层状岩石等风化节理极发育"(&)+#"("$"("-#单一或互层，夹粘土、泥质页岩节理较多"(&)+#"(&)+#$"("强风化节理发育"(&)+#$"(""("$"(")*#节理极发育"("$"(")*#"(")*#$"(")#节理较多"(&)*#$"(&)%"(&)%$"(&)#"(&)#微风化至中节理发育"(&)%$"(&)#"(&)#"(&)#$"(&)+#等风化片麻岩、花岗片麻岩、节理极发育"(&)#"(&)#$"(&)+#磁铁片岩节理较多"(&)%$"(&)#"(&)#"(&)#$"(&)+#强风化节理发育"(&)#"(&)#$"(&)+#节理极发育"(&)+#"(&)+#$"("变节理较多"(&)*$"(&)%"(&)%$"(&)#"(&)#微风化至中节理发育"(&)%$"(&)#"(&)#"(&)#$"(&)+#质变质砂砾岩、石英岩、等风化节理极发育"(&)#"(&)#$"(&)+#石英片岩、硅质板岩、大岩理岩及其互层节理较多"(&)%$"(&)#"(&)#$"(&)+#"(&)+#强风化节理发育"(&)#"(&)+#$"("节理极发育"(&)#$"(&)+#"("节理较多"(&)#"(&)+#微风化至中节理发育"(&)#$"(&)+#"(&)+#$"("千枚岩、云母片岩、角等风化节理极发育"(&)+#$"(""("闪片岩、绿泥片岩、滑石片岩及其互层节理较多"(&)+#"("强风化节理发育"(&)+#$"(""("$"(")*#节理极发育"("$"(")*#"(")*#$"(")#注")本表系岩石边坡调查资料汇编，尚不够充分，由于影响岩石边坡的因素甚多，如气候、地震、水文地质条件，以及建筑物的重要程度等，应对所在地区具体情况综合研究确定。*)构造破碎带或残积风化带的各种岩石，一般节理极发育，在边坡高度小于*&.时，一般可采用"("或"("$"(")#的边坡，个别的可采用"(&)+#的边坡。%)边坡数值栏有空白者相应岩石边坡高度加以限制，避免发生可能的变形。’)当坡体地层中地下水较发育，有软弱结构面存在时，特别是当软弱结构面与边坡开挖面倾向一致或二者交角小于’#/时，表中边坡数值需另行确定。《建筑地基基础设计规范》（012+—34）在边坡开挖的内容中曾规定，在山坡整体稳定—+"#— 第三篇水利水电工程常见地质问题情况下，边坡的容许坡度值，应根据当地经验，参照同类岩体的稳定坡度值确定。当地质条件良好，岩质比较均匀时，可按表!"#确定。但遇下列情况之一者坡度值应另行设计。$）边坡的高度大于表中规定。#）地下水比较发育或具有软弱结构面的倾斜地层。%）岩层层面或主要节理面的倾斜方向与边坡的开挖面的倾斜方向一致，且两者走向的夹角小于!&度。表!"#岩质边坡容许坡度值容许坡度值（高宽比）岩石类别风化程度坡高在’(以内坡高’)$&(微风化$*+,$+)$*+,#+$*+,#+)$*+,%&硬质岩石中等风化$*+-#+)$*+,%&$*+,%&)$*+,&+强风化$*+,%&)$*+,&+$*+,&+)$*+,.&微风化$*+,%&)$*+,&+$*+,&+)$*+,.&软质岩石中等风化$*+,&+)$*+,.&$*+,.&)$*$,++强风化$*+,.&)$*$,++$*$,++)$*$,#&注$,风化程度划分标准是，微分化：岩石新鲜，表面稍有风化迹象；中等风化：岩石结构、构造和层理清晰，岩体被破裂分割成块状（#+)&+/(），锤击声脆且不易击碎，用镐难挖掘：强风化：岩石的结构、构造和层理不甚清晰，矿物成分已显著变化，岩体被裂隙分割呈碎石状（#)#+/(）碎石用手可折断，用镐可以挖掘。#,硬质岩石指新鲜岩石的饱和抗压强度!%+012的，如花岗岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英岩、石英砂岩等。软质岩石指新鲜岩石的饱和抗压强度3%+012者，如页岩、粘土岩、云母片岩、绿泥石片岩等。第三节溢洪道各段地基稳定分析溢洪道地基稳定，主要是堰槛、陡槽段和挑流鼻槛地基的稳定问题。一、堰槛地基稳定分析带有闸门的溢洪道堰槛的地基工作条件与闸（坝）相似。若是岩石地基，抗滑稳定是主要的工程地质问题，可参照第九章介绍的方法进行评价；若是松散土地基，土体的强度破坏、渗透变形和土体不均匀变形是主要的工程地质问题，可参照第八章和第十三章介绍方法进行评价；此外，在严寒地区冻胀破坏也是一个突出的工程地质问题，一些工程的破坏，常由冻胀引起。冻胀变形作用的强度取决于温度、地下水和岩性，而首先是温度。由于地球表面不同纬度接受太阳能量不等，我国北方和西北不同地方其冻结深度是不相同的。工程上采用在地表无积雪和草皮等覆盖条件下多年实测最大冻深的平均值，做为标准冻结深度（!+）。在无实测资料时，可按下式计算：—.$4— 第四章溢洪道工程地质问题!!"!#$%"!"#&’(!#)（*(+）式中!"#———低于!,的月平均气温的累计值（取连续-!年以上的年平均值），以正号代入。亦可从已颁布的东北、华北和西北地区“标准冻深线图”上查找［该图已登载于“建筑地基基础设计规范”（./0’(%1）中］。地下水位越浅，越有利于冻胀的形成和加剧。岩性和含水量对冻胀的影响很大。按岩性和含水量可将地基土冻胀性类别分为四种，即不冻胀、弱冻胀、冻胀和强冻胀等，按表*(2中的标准划分。表*(2地基土冻胀性分类天然含水量冻结期间地下水位低土的名称于冻深的最小距离冻胀类别$（3）（4）岩石、碎石土、砾砂、粗砂、不考虑不考虑不冻胀中砂、细砂6-#)不冻胀$5-*#-#)弱冻胀6-#)粉砂-*#$5-1#-#)冻胀6-#)$$-1#-#)强冻胀6$#!不冻胀$#$%&$#$#!弱冻胀6$#!$%&$5$#$%&)粘性土#$#!冻胀6$#!$%&)5$#$%&1#$#!强冻胀$6$%&1不考虑注-#表中碎石土仅指充填物为砂土或硬塑、坚硬状态的粘性土，如充填物为其他状态的粘性土时，其冻胀性应按粘性土确定。$#表中细砂仅指粒径大于!#!-)44的颗粒超过全重1!3的细砂，其他细砂的冻胀性应按粉砂确定。2#$%为塑限（3）。溢洪道的堰槛地基土体若是不冻胀的，可不考虑冻结深度的影响，若属于弱冻胀、冻胀和强冻胀土则应考虑冻胀的影响，把基础底面砌置在冻结深度以下，基础底面距离冻结深度下限的最小深度应视实际情况而定。—’-’— 第三篇水利水电工程常见地质问题二、陡槽段地基稳定分析!"冲刷对地基稳定的影响当溢洪道底板不衬砌时，陡槽段地基岩石的破坏，主要是由于高速水流的冲刷造成。岩石的抗冲刷性能，一方面由本身性质决定（如石英岩比一般岩石抗冲刷性能高），另一方面取决于其受构造变动破坏和风化程度。如果岩体新鲜、坚硬、完整，受断裂构造影响较小时，抗冲刷性能较好，冲蚀破坏影响较小。若岩体软弱或胶结不好或受断裂构造影响较大，节理发育，岩体破碎，则易遭受高速水流冲刷破坏。如河北某土坝的溢洪道位置的岩性，为震旦系白云质灰岩（有中生代岩脉侵入），断裂构造十分发育，岩体被切割破碎。!#$%年&月遇到#’’年一遇的洪水，最大出库流量为(&)*%+,，在特大洪水袭击下，大坝虽安稳无恙，可是溢洪道却由于泄洪时水大流急，槽底及两侧遭到了强烈冲刷，将底板冲刷成坑槽和洞穴，而洞穴和深槽均是沿节理密集带或断裂交汇处分布。可见构造条件对地基的破坏影响是很大的。岩石的抗冲刷能力也与风化程度密切相关，据福建几个工程溢洪道的观察，弱风化的花岗岩都不能抵抗住高速水流的冲刷，在流速达到!’*+,时，弱风化花岗岩构成的陡槽段被奔腾急流所剥蚀、掏空和掀坏。陡槽中的高速水流，不但能冲毁破碎（或软弱）岩石，有时竟连混凝土板也一起冲走。如黑龙江某水库，由于护面混凝土预制块重量不够，在一次洪水后将混凝土面板冲走使溢洪道遭破坏。为了防止陡槽段底板冲毁，所用的砌石护料要有足够重量，砌护面板厚度不应太薄。-"地下水对地基稳定的渗透破坏渗透水流对陡槽段底板稳定的影响和地基土的渗透破坏，是一个必须注意的问题。渗透水的扬压力作用在底板下面，减轻底板的重量，若底板与岩体胶结不良，其间存在裂缝或底板整个刚度不够，或底板下排水不畅，可能被鼓起、鼓裂；渗透水还可将裂隙中细小颗粒带出，造成地基土体的管涌，结果底板下面被掏空，致使溢洪道遭破坏。为了减小地下水对溢洪道底板的渗透压力，施工时常在砌护面板（即底板）底下设置纵横方向的排水沟，沟内填充砂、碎石等反滤料，排走面板底下的地下水，保护面板正常工作和稳定。陡槽地基土的冻胀作用，也常使底板破坏。应将陡槽段放在不受冻胀影响的岩（土）体地基上，或采用处理措施保证其不受冻胀破坏。%"岩石允许流速的经验数据岩石抗冲刷能力的强弱，常用岩石的允许流速来反映，表(.(是一些岩石的允许流速经验值，可供参考。—/!&— 第四章溢洪道工程地质问题表!"!岩石的允许流速水流平均水深（#）岩石名称$%!&%$’%$(%$平均流速（#)*）砾岩、泥灰岩、页岩’%$’%+(%$，(%+多孔性石灰岩、致密砾岩、成层灰岩、钙质砂岩、白云质灰岩(%$(%+!%$!%+块状致密灰岩、硅质灰岩、大理岩!%$+%$+%+,%$花岗岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、石英岩、斑岩&+%$&-%$’$%$’’%$注&%表中流速不可内插，当水深介于表列数值之间时，则流速应采用与水深值接近的流速。’%水深大于(%$#时，按(%$#的数值计算。(%不是新鲜完整岩石，采用允许流速值，应适当降低。岩石块体越小，裂隙产状组合对稳定越不利，允许流速越要降低。三、出口消能段地基稳定分析消能建筑物的地基应选用坚硬、新鲜、完整的岩体，否则应采取加固措施。地基岩体过于软弱、强烈风化和十分破碎，或其中软弱结构面（特别是有平缓产状的）形成不利的组合，在洪水巨大推力下地基容易失稳。在采用挑流鼻槛时，下游冲刷坑能否扩大而危及基础安全亦是研究消能段地基稳定问题主要内容之一。此外，溢洪道出口处回流水的冲刷，在不利的情况下，可能危及坝基稳定（故一般应将溢洪道出口放在距离坝体+$#以外）。下面重点研究挑流消能时的冲刷坑问题。&%冲刷坑对地基稳定的影响溢洪道下游采用鼻槛挑流消能措施时，挑射水流在鼻槛下游产生冲刷坑。当冲刷坑地质条件较好，水工设计得当，奔腾急泻的挑流将冲刷坑冲至一定深度后，冲刷坑形状趋于稳定，并能发挥消能作用。但若冲刷坑的地质条件不好，或设计不当就会发生问题。伴随冲刷坑深度的加大，冲刷坑的直径亦加大，当冲刷坑扩大到上游工程基础附近，可能导致地基破坏而危及基础稳定（图!"&’）。冲刷坑下游回流水亦能冲刷岸坡而危及岸边工程安全。重力坝、拱坝采用鼻槛消能时，亦存在类似的问题。’%冲刷坑的工程地质评价（&）冲刷坑的地质条件冲刷坑距工程地基不是太近时，能否危及工程安全，主要决定于冲刷坑所在位置的地质条件。不利的地质条件是：!软弱的岩石，如抗水、抗冲刷能力很弱的泥岩、软凝灰岩、软页岩等；"破碎的岩体，特别是大的断层破碎带、节理密集带等，可能使冲刷坑延伸和发展，而成拉长的形状；#风化地带的岩层，易被冲刷成深坑，坑壁实际就是个临空面，当岩体内存在不利的组合情况时，会促使和加剧坑壁的破坏，故对坑壁岩体内结构面组合问题应该注意。因此，冲刷坑位置应尽量摆在坚硬、新鲜岩石和比较完整岩体上。（’）冲刷坑的安全距离冲刷坑距工程基础应该多远才不致危及基础安全。安全—/&.— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#$冲刷坑危及基础安全示意图#—原地面线；$—冲刷坑坑壁线；%—软弱结构面；!—挑流鼻槛；&—陡槽；!—挑射角；!—冲刷坑深；"—冲刷坑到基础距离距离实际是个相对的概念，一般讲，冲刷坑深度（图!"#$中!）越大，则冲刷坑的半径（在地面量测）也越大，冲刷坑至基础的距离也应该越大，才能保证基础安全。冲刷坑的深度和半径大小与挑射水流的流量等特征有关，还与冲刷坑所在的地质条件有关。若根据经验能预先估出冲刷坑的可能最大深度!，在一般基岩情况下，"#!!%’!时，即认为对上游工程基础是安全的。冲刷坑深度（!）可按已有工程凭经验估计，亦可按下式估算：##!($)%$&!"’（!"*）式中$)———冲刷系数与岩性及岩体破碎情况有关；%%———挑射水流落水处单宽流量，+（,-·+）；&———溢流时上下游水位差，+；’———下游水深，即水垫层厚度，+。从式（!"*）可知，冲刷坑深与水流流量（%）、水位差（&）成正比，并随冲刷系数$)值的加大而加大，随下游水垫层厚度的加大而减小。冲刷系数$)反映了岩性和破碎情况，表!"&是按一些工程实际资料反算出的$)值。一般坚硬岩石平均可取$)(#.$&。实际$)值多在)./’%.)之间。冲刷坑到基础的距离（"）按"#!!%’!计算获得后。设计人员于设计中调整鼻槛挑射角（即图!"#$中的!角），以满足所需的"值。理论上讲!(!&(时，可得该条件下之)最大值。当冲刷坑深度（!）很大时，"#!!%’!这个条件并非容易满足的，这时应根据已知的!和"，并结合地质条件判断上游工程基础的稳定，即判断冲刷坑对地基稳定的影响。表!"&岩体的冲刷系数$)值表&%!’工程编号$)地质条件（+）［+%（,-·+）］（+）（+）#0%.)1$*.))#%.))!.1#.$#变质砾岩$&1.%$$$.$)1.$)&.%#.)!安山凝灰集块岩—*$)— 第四章溢洪道工程地质问题!"#$工程编号%%地质条件（!）［!"（#$·!）］（!）（!）""&’(%)%’&%*’+%’,(有夹泥层*"%’-%*-’%%.’%%)(’*)’))斑状黑云母花岗岩.""’(..*’*%+’&&-’+%’,,白云岩（倾下游）-".’,**,’%%).’%%)*’))’&%板岩、砂岩（倾下游）&(.’+.()’&%))’%%)’))’)-板岩、石英砂岩（坑内）+()’,())’+.,’(%-’.)’&(见))条断层破碎带宽)!,*.’-+.,’%%.’)()*’+)’%%板岩、砂岩)%-&’%&+*’%%)-’*)))’.)’%-细砂岩、石英岩))"-’"%-%’%%).’%%*’&)’%"闪长玢岩)((+’%%.%’%%(%’-%*’+)’.-玢岩夹煤层)"(-’.-*’((.’(%%’,)’(&堆碴石块)*"*’*)*"’+%)’).砂岩、砂砾岩"’对消能段岩体的保护措施对已建工程冲刷坑的发展可能危及到坝基、溢洪道挑流鼻槛基础的安全，或冲刷坑地质条件不能满足要求时，常在冲刷坑下游修一低坝抬高下游水位增加水垫层厚度来减小冲刷深度。也有用混凝土加固冲刷坑的。除采用挑流鼻槛消能外，当坝或溢洪道下游为坚硬岩石地基，溢流量小时，亦可采用自由跌落式消能。由于没有挑流鼻槛，所以跌水形成的冲刷坑距基础较近，因此，选取这种消能办法必须是溢洪量较小，下游岩体较完整坚硬才行。为避免冲刷坑下游岸边被冲刷破坏，常需对岸边加固，并于河床中设置一些导流设施，使水流沿主河道向下游排泄。归纳本章叙述的几个工程地质问题，使我们认识到，溢洪道的不同部位对工程地质条件的要求也不同，因而在选点和设计阶段的工程地质工作，就应该目的明确，针对性强，抓住主要问题加以解决。在选择溢洪道位置时，要注意合适的地形以避免过多的开挖量，同时又具有优越的工程地质条件。当有下列弊害时就不得不采取专门的加固措施，甚至放弃。)）具有较大的断层，且断层走向与溢洪道方向大致平行或夹角较小。(）溢洪道底部纵向通过两个软硬悬殊的地层。"）岩体中断裂构造发育，节理裂隙密集，风化作用严重，风化带深度较大，有许多次生泥化或充填的夹泥层。*）溢洪道通过承压含水层或有较大的溶洞发育地段。.）第四纪松散覆盖厚度很大，有下卧软弱夹层。—&()— 第三篇水利水电工程常见地质问题!）溢洪道两侧山坡物理地质现象发育，有滑坡存在迹象。"）挑流鼻槛下游冲刷坑位置的地质条件极坏。另外，溢洪道尽可能不与放水洞、发电洞布置在一起，避免相互干扰。溢洪道也尽量离开坝体，以免横流掏刷坝坡。根据对建成的中小型工程调查，溢洪道进口应距坝端较远（一般认为应在#$%以上），进口地形要开阔些，保证水流畅通。溢洪道出口应离坝脚较远（一般认为应在&$%以上），避免回流掏刷坝脚。—"##— 第五章地下洞室工程地质问题第五章地下洞室工程地质问题第一节概述水利水电工程中的各种地下洞室，主要有地下厂房和各种水工隧洞，如发电引水隧洞、压力斜管、尾水隧洞（图!"#）以及泄洪隧洞、灌溉或城市供水用的输水隧洞、施工导流隧洞和交通隧洞等。图!"#地下式水电站洞室布置剖面示意图#—进口闸门井；$—引水隧洞；%—调压室；&—压力斜管；!—地下电站厂房；’—尾水隧洞；一、水土地下洞室分类#(按洞室是否过水分从围岩稳定观点，地下洞室应分过水的（例如引水隧洞）和不过水的（例如人行交通隧洞）两大类。前者的围岩稳定因素巾多了一个水的作用。$(按洞室有否内水压力分地下洞室可分无压的和有压的。不过水隧洞均属无压的，过水隧洞当洞中水并不充满或刚刚充满时属无压的。当洞牛水具超静水压力水头时则尽有压的或称有内水压力的（图!"$）。有压洞室内水压力作用到衬砌租围岩上，对围岩稳定产生影响。%(按洞室横剖面分中小型地下洞室横剖面一般有以下形状；!矩形和方形的；"圆形的；#城门洞形（洞顶呈拱形，洞侧壁是直立的）；$马蹄形（洞顶和侧壁均连成一个拱形，且洞上部比洞底要宽）。矩形、方形的施工较方便，而其他带拱形洞壁的抵抗拱顶方向围岩的压力能力强，对—)$%— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#过水隧洞的两种情况（!）无压的；（"）有压的岩体稳定有利。$%按洞室跨度分按洞室跨度（&）可分：!水跨度的（&’!(）；"中跨度（!)*+(）；#大跨度（*+)*!(）；$特大跨度（#!*!(）。跨度越大，围岩稳定条件越不好。二、地下洞室的主要工程地质问题地下洞室主要工程地质问题有：*）洞口岩土体边坡稳定。#）洞身围岩（土）稳定。,）地下水对洞室的围岩稳定的影响。第一个问题在第十和第十二章介绍，本章将讨论第二和第三个问题，重点是第二个问题。第二节洞室围岩稳定的分析洞室围岩（土）稳定与岩土体的应力状态、岩土体的地质特征关系最大，同时亦受施工方法、施工质量的影响。一、岩土体应力分析*%岩土体中的应力岩土体内应力有初始应力、重新分布应力和附加应力等。（*）初始应力（天然应力）洞室未开挖前岩土体内应力亦即天然应力，有以卞两种情况：*）自重应力：有的地区岩土体应力主要由岩土体重量所引起的。#）构造应力与自重应力迭加：有的地区岩体内应力除自重应力外，还有地壳构造运动在岩体内形成的或残留的应力。一般情况下，这种地区的岩体应力比第一种地区的要大—-#$— 第五章地下洞室工程地质问题得多。构造应力多在岩体中出现，而在土层中一般极小，因土体易变形，难以积累比自重应力更大的应力。有时岩体内还有因岩石膨胀引起的应力，它一般涉及的范围小，不象自重应力和构造应力属区域性的。（!）重新分布应力洞室开挖后，洞室四周岩土体的受力平衡状态被破坏，岩土体各质点的相对位置必然要发生变化，从而使岩土体内初始应力大小发生改变，这叫做应力的重新分布或重分布。作为平面问题来分析，即在垂直洞轴线的剖面上观察，围岩内每点的重分布应力平行隧洞直径方向的叫该点的径向应力（!!），垂直隧洞直径方向的叫该点的切向应力（!），如图"#$所示。"重分布是按一定的规律进行的，掌握了这种规律后，即可计算出重分布应力值的大小。例如根据理论和实验研究表明：当岩体初始应力接近静水应力状态，即铅直方向、水平方向和任何其他方向的应力大小均相等（自然界这种情况多为自重应力，即地下某处水平自重应力等于铅直自重应力，且均等于该处覆盖岩层的重量）时，圆形隧洞洞壁处切向应力（!）大小，为初始应力的两倍。城门洞形洞顶壁处的切向应力（!）大小，亦大体为初""始应力的两倍。同时切向应力在洞壁处最大，越往岩体内部则越小。径向应力（!!）相反，在洞壁为零，越往岩体内部则越大。若无破裂面和孔洞的干扰，大体到距洞壁!%"&$%’倍洞直径处，重新分布应力大小即接近初始应力值（图"#$）。换句话说，应力重新分布只发生在距洞壁!%"&$%’倍洞直径的范围以内，再远处就极不明显了。我们通常所谓的围岩，一般情况下就是指的这个范围，研究洞室周围岩体的稳定性，一般情况下重点就是指这个范围内岩体的稳定性。（$）附加应力有压洞室围岩应力除重分布应力外，当洞室充满水后，洞内水的压力作用到围岩，产生附加应力。附加切向应力一般均为负值即拉应力（图"#(），其大小与内水压力大小有关。当附加切向应力过大，可能使围岩产生裂缝，裂缝走向平行洞轴线，裂缝呈放射状由洞壁往岩体内部延伸（图"#(）。图"#$隧洞围岩内切向应力、径向应力图!—初始应力；!"—切向应力；!!—径向应力!%岩土体所处的力学状态在以自重应力为主的地区，从地面越往下，岩体自重应力越大，洞室围岩重分布应力的最大值，亦随洞室距地面深度的加大而加大，假定从地面往下岩体比较完整，结构面不—)!"— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#附加应力使围岩产生裂隙!内—有压隧洞的内水压力；!—附加切"向应力；!"—附加径向应力发育，则可分析围岩的力学状态变化如下：（$）围岩力学状态的分带按岩体的力学状态可分以下三带：$）浅部带：从地面往下至一定深度处岩体初始应力均很小。开挖洞室，围岩应力重分布后，应力数值虽有增加，出现了应力增高区（又称高应力区）但仍低于岩石的抗压强度（图!"!#、$），围岩处于弹性变形状态，还是十分稳定的。%）中深带：浅部带往下至一定深度处，岩体初始应力比浅部带的要大，但仍低于岩石的抗压强度（图!"!#、%）。当开挖洞室应力重分布后，围岩中出现了高于岩石抗压强度的应力区，使此范围内岩石发生塑性变形，应力释放而出现了低应力区，又称应力降低区。此区系紧靠洞壁环绕洞周围而分布。从此区往外（往岩体内部方向），岩体仍处于弹性变形状态。这样从洞壁往岩体内部方向围岩中出现了应力降低区（低应力区）和应力升高区（高应力区），最后过渡到应力未升未降的初始应力区（图!"!&、%）。低应力区岩体稳定程度是不高的。&）深部带：中深带往下，岩体初始应力极大，开挖隧洞后围岩全部处于塑性状态。这里围岩中只有应力降低区，没有应力升高区（图!"!#、&），围岩是极不稳定的。（%）三带界限深度估算三带界限深度受许多因素所控制，当岩体初始应力为自重应力，且系静水应力状态时，在完整、块状均质岩体中开挖圆形隧洞，可按式（!"$）、式（!"%）估算。(’$’（!"$）%#(’%’（!"%）#式中’$、’%———分别为地表至浅部带和中深带下界限深度，(，参见图!"!#；(———岩石的抗压强度，)*+；&。!———岩体的容重，),-(例如完整、厚层砂岩地区，岩体初始应力为自重应力，且系静水应力状态，砂岩抗压强度（(）为&....)*+，容重（!）为%/),-(&，估算浅部带和中深带的下限深度。—/%0— 第五章地下洞室工程地质问题图!"!洞室围岩（完整、块状均质岩体）应力分布图（!）洞室围岩力学状态分带；（"）浅部带洞室围岩应力分布；（#）中深带洞室围岩应力分布；（$）深部带洞室围岩应力分布%—隧洞半径；!&、!’、!"—岩体内初始应力；!#—重新分布应力（切向应力）；(—岩石抗压强度；!—应力降低区；"—应力升高区；#—初始应力区(&’’’)#$$!!!!%$%(%)()%$!####&’’’’$$%)图!"*围岩中的“松动圈”和“承载圈”!—松动圈（塑性圈）即低应力区；"—承载圈即高应力区，%—松动圈半径当岩体初始应力中有构造应力，则三带界限深度将要减小。当岩体不是完整的，则围绕洞壁一般均会出现应力降低区。但这种应力降低不一定象上述那样是由于重分布应力过大导致岩石塑性变形（这种变形多数是无碑裂的连续变形）的结果，而是由于围岩内岩块沿原有破裂面松动的结果。在隧洞埋坝深过浅时就应该注意这种情况的发生。&+高应力区和低应力区的围岩稳定浅部带围岩应力比原始应力高，岩体挤压得比原来的更紧密，使洞室四周出现一圈天然加固的岩体，相当天然的衬砌，它对洞室稳定十分有利。这个高应力区叫做“承载圈”。—)%)— 第三篇水利水电工程常见地质问题中深带洞室围岩中出现了低应力区和高应力区。低应力区实际是岩体塑性变形的结果，该区岩体处于塑性变形状态，故叫做“塑性圈”（图!"#）。塑性圈内岩体由于变形可能导致岩体产生裂隙而松动，形成“松动圈”，松动圈半径大体与塑性圈半径相等（严格讲松动圈半径比塑性圈半径要小点）。低应力区应力比原始应力低，而且由于岩块错动应力极易消失，故低应力区可过渡为无应力区，岩块处于天然堆砌维持稳定状态。因此低应力区岩体稳定程度不高。高应力区（承载圈）岩体稳定程度高。开挖洞室应充分利用这个带（例如作为锚杆加固的锚杆里端的依靠层）。深部带只有低应力区没有高应力区，岩体处于不稳定状态，开挖洞室十分困难。当岩体构造应力很大，在浅部开挖洞室亦可能遇到类似深部带的应力情况。二、围岩稳定的地质分析$%岩性根据洞室围岩特点，按力学性质将岩石分为：!很坚硬的（抗压强度!&#’()*；"中等坚硬的（抗压强度!+#’,-’()*；#较软弱的（!+-’,$’()*）；$很软弱的（!.$’()*）。显然，对于埋深不超过-’’,!’’/的洞室而言，坚硬岩石所组成的岩体，只要岩体构造应力不大，且岩体是完整的，围岩总是稳定的。因为对坚硬岩石而言，-’’,!’’/深度就相当于浅部带，围岩力学状态良好。0%地质构造构造对岩体稳定影响主要表现在：!使岩体完整程度降低；"软弱结构面形成不利的组合，给岩体失稳创造条件。（$）构造对岩体完整程度的影响按裂隙频率将岩体分为：!很完整的（裂隙频率.0条1/，岩块直径&’%!/）；"完整的（裂隙频率+0,!条1/，岩块直径+’%!,’%0/）；#不完整的（裂隙频率+!,$’条1/，岩块直径+’%0,’%$/）；$极不完整的（裂隙频率&$’条1/，岩块直径.’%$/）。在完整的岩体中建筑洞室，围岩稳定主要决定于岩性，只要受力状态较好，围岩总是稳定的。不完整岩体则不同，隧洞开挖后由于岩块的位移和错动，极易出现低应力区，使岩体稳定程度降低。（0）结构面组合对岩体稳定的影响即使是完整岩体，若软弱结构面形成不利于岩体稳定的分离体，洞室围岩仍有塌落的可能。$）围岩中三类分离体（图!"2）：!柱形分离体，有四方柱、三角柱、多边柱，还可分长柱形和短柱形（薄板状）。当岩体内主要是陡立结构面和平缓结构面时，即形成此类分离体（图!"2"中的#）；"楔形分离体，常见的是屋脊形、半屋脊形，当岩体内有走向相同倾向不同，或走向、倾向相同，但倾角不同的结构面时，即形成此类分离体（图!"2"中的$）；#锥形和断头锥形分离体，当岩体内有三种以上走向的倾斜结构面，即可形成此类分离体（图!"2"中的%）。此外还有上述三种类型的歪曲和过渡形状。有三种组合情况：!节理面、层面组合，出现的分离体将均布于整个围岩中；"断层、不整合面组合，分离体仅出现于它们于围岩的交汇部位；#以上两类结构面的混合组合。一般来说，上述分离体中以"和#对洞顶稳定最不利。0）分离体的稳定性：对洞顶分离体而言，洞顶壁即临空面。除歪曲形状外，图!"2情—203— 第五章地下洞室工程地质问题图!"#三类典型分离体（!）立体图；（"）坐标位置图（#）柱形分离体（立方形、板状、三角柱）；（$）楔形分离体（屋脊形、半屋脊形、沿洞轴向屋脊形）；（%）锥形分离体（断头锥四面锥、三面锥）况下，平缓结构面是拉裂面，陡立结构面是滑动面。而倾斜结构面既具拉裂面又具滑动面的性质。软弱结构面的抗拉强度小，且其值不稳定而极易下降，对分离体稳定持久起作用的主要是滑动面。图!"#各种分离体的稳定性可用最简单情况，即立方形分离体（图!"$）来分析，取单宽剖面，忽略结构面上的抗拉强度和粘聚力，不考虑地下水的作用，判断其稳定性（图!"$）可用式（!"%）计算。’’’)!"()!’)!"()!!"’()!&&&&&·（!"%）(()$#$"式中&———分离体的稳定系数；’———结构面的抗滑力；(———分离体的重量（(&)$#）；)、$———分离体的高和宽；#———分离体的容重；!"———平均水平应力（相当于切向应力的平均值）；—#’*— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#立方形分离体的受力图!—分离体的重量；"—结构面的抗滑力；#、$—分离体的宽和高———结构面的内摩擦角。!从式（!"$）可知：陡立结构面内摩擦角（）越小，所受的平均水平应力（"），越小、分!#离体宽度（#）越大，则分离体稳定系数（%）越小，即分离体越不稳定。从这里可得两条结论：!围岩内存在陡立的夹泥结构面对洞顶稳定极不利。因陡立结构面常成为分离体的滑动面，夹泥浸水后内摩擦角极低；"围岩内存在缓倾角或水平产状的软弱层面和节理面，当其频率很高时，对洞顶稳定极不利。因水平结构面常成为分离体的顶面（拉裂面），频率越高则分离体的高度越小。在围岩存在低应力区情况下（中深带洞室一定存在低应力区，浅部带洞室常因岩体内有节理裂隙而极易出现低应力区），分离体高度越小，则滑动面所受平均水平应力亦越小。上述分析不仅对立方形分离体适用，对图!"%所有分离体均是适用的。从上所述可知：若出现分离体，则当围岩内有：!夹泥的陡倾角结构面；"频率很高的缓倾角结构面时，对围岩稳定不利。例如西南一隧洞，有一段穿过水平产状的砂岩、页岩，岩层单层厚&’(!’)*，在洞顶、层面与铅直节理组成柱状分离体。在一次放炮后洞顶出现明显的张开铅直裂隙，有水从裂隙中流出，+(%,后洞顶塌落，塌高约$*。这里水平的软弱的层面是围岩失稳的一个重要因素。张开的铅直裂隙的出现又说明了洞顶不仅存在低应力区且已进入“无应力状态”，铅直裂隙失去其抗滑作用。华东某水工隧洞穿过石英斑岩，进口段有一组平行洞轴的陡立的夹泥长大裂隙，开挖后不久，洞顶厚-’*的岩层全部塌落。这里夹泥裂隙的摩擦角很低，则是洞顶塌落主要原因之一。$.水文地质（-）地下水的作用地下水的作用主要有：!静水压力；"动水压力；#水的溶解和软化作用。-）地下水静水压力作用到衬砌上，使衬砌承受了水柱压力，压力过大可使衬砌破裂，若洞顶围岩中有分离体，地下水能顺畅地流入平缓结构面（拉裂面）中，则拉裂面上作用着一个地下水压力，这个压力促使分离体往下滑塌。同时地下水若能顺畅地流入洞顶的陡立结构面（滑动面），则滑动面上作用着一个张力，其值亦相当于拉裂面上那么大的地下水—%$’— 第五章地下洞室工程地质问题压力。这个地下水压力值最大时可等于洞顶以上地下水的厚度，且往往是促使围岩分离体塌落的主要力量。!）地下水渗流过程的动水压力，不仅冲刷和带走岩体内细小物质，而且可促使岩块往水流方向移动，其作用力大小等于水力坡降值。"）地下水溶解可溶盐，软化岩石，从而使岩体强度包括夹泥的强度降低。地下水的上述作用往往是岩体内分离体失稳的主要原因。（!）各类岩体中地下水作用的特点#）岩浆岩与变质岩中主要为裂隙型地下水。雨季地下水面上升很快，能形成很厚的地下水含水层，很浅的地下水位。但裂隙具有越往岩体深部越闭合和数量减少的特点。在不少地区，地面下#$$%!$$&深处，隧洞内是干的，只在断层破碎带、岩脉破碎带和其他破碎带，地下水才十分活跃，这种条件下岩体稳定的被削弱现象比较充分的表现出来。!）沉积岩内若为裂隙型地下水，其作用特点与火成岩和变质岩相似。当为孔隙型地下水，则雨季地下水位上升不象裂隙水那么快，含水层厚度比裂隙型地下水往往要小，地下水连通条件一般比裂隙水要好得多。这种条件下地下水对岩体稳定的破坏作用能充分的表现出来。在有断层破碎带的地方更是这样。当隧洞开挖在含水层之下的隔水层中，其上地下水并不能直接作用到围岩，但若有裂隙连通则是例外。三、洞室位置选定从工程地质角度出发选择洞室轴线位置，应考虑工程特点和设计要求，从地形、地质、水文地质分析入手，把洞室选在稳定的岩体内。#’地形方面地形反映了一部分地质和水文地质条件。因此，分析地形应同判断岩体地质情况结合起来。（#）洞口洞口应选在稳定的斜坡上。斜坡稳定分析在第三章、第十章和第十二章论述，这里仅补充几点。隧洞洞口应尽可能放在新鲜、完整坚硬岩石斜坡上。若条件不具备，应选择风化层薄些的位置。一般来说，较陡且较稳定的斜坡往往是岩石抗风化能力强，松散覆盖土层亦薄的地段。这不仅反映了斜坡岩体较稳定，而且“切口”小，对施工有利。断层和其他破碎带以及滑坡在地形上往往反映明显，洞口尽量避开这些地段。（!）洞身从地形选择洞身位置主要考虑：!围岩应有一定厚度；"不要把洞身放在不稳定岩体内。傍山隧洞和地下厂房山坡一侧围岩应有一定厚度，山坡有由卸荷裂隙、风化裂隙组成的不稳定带时，更应注意这个问题。如在图()*情况下，隧洞选在#处不太合适，应选在!处。从围岩稳定的观点考虑，无压洞室围岩厚度最好应为+围!",（()-）式中+围———隧洞侧壁和洞顶围岩厚度，&；!———隧洞直径，&。否则，若围岩厚度（"围）小于三倍隧洞直径，可能导致应力重分布过于强烈，对围岩稳—."#— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#傍山隧洞位置图$—风化破碎带；%—新鲜岩石区定不利。但对新鲜（和微风化）、完整、坚硬岩体，围岩厚度小于三倍洞径仍能十分稳定。有压隧洞由于有内水压力作用，围岩厚度要求有时远远超过式（!"&）所规定的下限值。地面见到的地形急剧变化之处，如山脊突然直角拐弯，山顶的深切垭口和山谷、冲沟往往是断层和其他破碎带位置。浅埋隧洞不要选在这些地方，以免出现洞顶围岩太薄、岩体风化破碎太厉害、雨季地面大量渗水的不利情况。%’地层岩性好的洞室位置关键在于好的地质条件，其中岩性对围岩稳定很重要，洞室应尽量选在坚硬岩石中。岩浆岩和大部分均质的变质岩均属坚硬岩石。如新鲜花岗岩、闪长岩、辉长岩、流纹岩、安山岩、致密玄武岩，变质岩中的均质、块状未风化的片麻岩、石英片岩、变质砾岩等均是良好的建洞岩石，对埋深不超过())*!))+的中小型洞室，只要构造应力不大，岩石强度方面是不成问题的。变质岩中有部分岩石如粘土质片岩、绿泥石片岩、泥质板岩、千枚岩等属软弱岩石，洞室尽量不选在其中。例如某地一隧洞穿过辉长岩、蛇纹岩和千枚岩，坍方即发生在长&)+的千枚岩中，坍方量达,))+(。沉积岩比岩浆岩和变质岩复杂些，总的说岩石强度要低些。厚层白云岩、石灰岩，钙质胶结的砂岩、砾岩一般系坚硬的。而泥岩（粘土岩）、凝灰岩（熔岩含量小于$)-）、石膏、盐岩、软煤层、泥质胶结的砾岩和砂岩等常系软弱岩石。东北某地修建发电引水隧洞，几个线路比较方案均得通过花岗岩、闪长岩和红色砂岩，其中有一条比较方案因为比其他路线要多穿越.))+砂岩而放弃。因为红色砂岩胶结不好，岩性接近软弱的。当时估计，在这种软弱的砂岩中修建隧洞，施工过程中围岩可能容易坍塌或虽围岩暂时稳定，但加固费用也是很高的。(’地质构造（$）块状构造地区岩浆岩、块状均质变质岩和混合岩地区，主要应避免将洞室选在未胶结的断层破碎带、不整合破碎带、岩脉破碎带和节理密集带中。这些地方围岩破碎，地下水活跃，当洞顶围岩不厚，洞顶有冲沟、垭口情况下更应注意。将洞轴线方向改为与这些破碎带直交或斜交，则可使隧洞与之相交长度变短，减少破碎带对隧洞稳定影响的范围。千万避免隧洞于这些破碎带交汇点中通过。（%）层状构造沉积岩和部分成层变质岩为层状构造，应从破碎带、褶皱和成层产状—.(%— 第五章地下洞室工程地质问题三方面去考虑洞室最好的位置。!）断层破碎带、不整合破碎带、节理密集带的作用和选线的考虑方法与块状构造岩体是相同的。"）褶皱构造中的地层弯曲较大的地段应该注意，一般情况下把洞室摆在直立褶皱和倾斜褶皱的翼部比在轴面附近要好，因为轴面附近往往比较破碎。箱形和屉形褶皱两翼岩层由平缓急转为陡立的部位比较破碎，褶皱轴部反而较完整。当地形条件相同时，向斜轴部比背斜轴部建洞条件差，因为向斜轴部不仅岩体破碎，且易出现上小下大的稳定条件差的分离体，而且有可能地下水十分活跃，对施工十分不利。#）成层产状的岩层层面和节理面均布于整个岩体内，为减少它们在围岩内形成不利组合的危险性，应考虑下述原则：!当岩体内主要软弱结构面只一组（例如层面），则洞室长轴应取为与之垂直方向；"当岩体内有两组比较软弱结构面，则洞室长轴应取二结构面走向交角的平分线方向（图$%!&）；#当洞室系统各部位长轴方向不同时，上述两条原则可优先满足重要洞室工程（例如优先照顾厂房和大跨度隧洞），其他部位隧洞可采用工程措施解决。图$%!&为减少结构面的不利作用洞室方向选取图（!）地下厂房的合适方向；（"）隧洞的合适方向!%!、"%"—软弱结构面方向；#%#、’%’—隧洞方向；$%$、(%(—地下厂房位置单斜产状岩层当岩层很薄且系软弱与坚硬岩石互层时，隧洞轴向垂直岩层走向比平行走向较好。若轴线平行岩层走向时，应将隧洞放在较坚硬岩层中。围岩失稳一般最易发生在洞顶，其次于洞侧壁。故可在设计允许范围内，适当挪动洞轴线位置和调整洞轴线位置高程，使洞顶为较坚硬岩石，洞底为软弱岩石，这对隧洞围岩稳定是有利的。不论对倾斜、平缓或陡立岩层都应采用这个原则（图$%!!）。四、围岩分类洞室位置选定以后，进一步按岩体稳定程度将围岩分类，表$%!可供参考。在未开挖以前，应按表中“围岩分类的主要标志”，根据地质测绘和勘探成果初步划分围岩类别，并作为施工预测的参考。开挖以后则应详细观察和精确判定“围岩分类的主要标志”，进一步精确的划分围岩类别，作为修正设计的依据。—)##— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"##隧洞位置图（$）水平岩层；（%）倾斜岩层；（&）直立岩层#—坚硬、完整岩石；’—软弱、不完整岩石表!"#水利水电地下工程围岩工程地质分类表围岩主要工程地质特征开挖后毛洞山岩压力评价类名地下水一般支护围岩稳定计算理论坍落高度!别称岩体状态结构面特征活动状态措施建议状况方法（参考值）岩石新鲜完整，受结构面无不洞壁干燥，或成形好，无坍不计山岩一般可不地质构造影响轻微，稳定组合。只有轻微潮湿塌掉块现象压力衬砌，仅对局节理裂隙不发育或断层走向与现象，沿个别节部’不稳定岩稍发育，多闭合且延洞线近正交理裂隙有微弱块进行砂浆稳伸不长，无或偶有软渗水锚杆加固，局!(定弱结构面，宽度一般部破碎带采小于()#*。用喷混凝土岩体呈块状整体处理结构或块状砌体结构岩石新鲜或微风结构面组合洞壁潮湿，沿开挖中，局部须考虑部以喷混凝化，受地质构造影响基本稳定，仅局一些节理裂隙有掉块落石现分落石荷载，土结合锚杆一般，节理裂隙稍发部有不稳定组或软弱结构面象，局部成形可采用极限加固为主基育或发育，有少量软合。有渗水、滴水差，长时间暴平衡理论或本弱结构面，宽度小于断层等软弱露，局部有小坍结构面分析"（(+()#,）"稳()!*，层间结合差。结构面走向与落法进行计算定岩体呈块状砌体洞线斜交或正结构或层状砌体结交构岩石微风化或弱结构面组合地下水活动成形稍差，无结合地质采用砂浆风化，受地质构造影不利于围岩稳显著，沿节理裂支撑时，产生小分析，采用极锚杆及喷混稳响严重，节理裂隙发定者较多。隙或断层带有规模坍塌，高边限平衡理论，凝土加固，局定育，部分张开且充断层等主要渗水、滴水或呈墙侧壁有时局或散体理论部衬砌#性（()#,+()--）"泥，较弱结构面分布软弱结构面走线状涌水部失稳计算较较多，宽度小于#*。向与洞线斜交差岩体呈碎石状镶或近平行嵌结构—,-.— 第五章地下洞室工程地质问题围岩主要工程地质特征开挖后毛洞山岩压力评价类名地下水一般支护围岩稳定计算理论坍落高度!别称岩体状态结构面特征活动状态措施建议状况方法（参考值）同第"类岩体状结构面组合地下水活动成形差，顶拱采用一般都需态。但软弱结构面不利围岩稳定。显著，沿节理裂一般因坍落而散体理论要衬砌，开挖稳分布较多，宽度小于断层等软弱隙或断层带有超挖，无支撑时后，需加支护定!"，节理裂隙局部结构面走向与渗水、滴水或呈可产生较大坍!（#$%%&#$’’）"性极发育。洞线近平行线状涌水塌，边墙有失稳差岩体呈碎石状镶现象嵌结构，局部呈碎石状压碎结构($石质围岩：岩结构面呈零地下水活动成形很差，围采用需加强衬石强风化或全风化，乱状不稳定组强烈，有较大涌岩极易坍塌，甚散体理论砌，开挖后必受地质构造影响很合。水量，常引起不至出现地表下须及时进行严重，节理裂隙极发育，断层破碎带宽大断层等主要断坍塌沉或冒顶支护于!"，以断层泥、糜软弱结构面走不棱岩、角砾岩为主，向与洞线近平裂隙中多充泥。（#$’&($!）"岩体呈角砾、泥行#稳或更大砂、岩屑状散体结构。"：开挖跨度定!$松散土层、砂层、滑坡堆积层及一般碎、卵、砾石土等。%$挤压强烈的大断裂带，裂隙杂乱，呈土夹石或石夹土状注根据坍落高度估算山岩压力，经验式为#)!!，其中，#为垂直山岩压力，*+,"!；!为坍落高度与洞跨"有关，%。"；$为围岩容重，*+,"本表选自水利水电工程施工地质规范-./(0—10（试行）。第三节洞室围岩参数的选择在洞室设计阶段工程地质勘察中，确定围岩的山岩压力、弹性抗力、外水压力和围岩最小厚度等数据，是工作的一项重要任务。一、山岩压力山岩压力是隧洞洞壁周围的岩体对衬砌或支撑的压力。它主要表现为洞顶铅直向下的压力或倾斜的压力（偏压），其次也有侧壁的压力，某些情况下还有洞底向上的压力。山岩压力是设计洞室衬砌所必须考虑的主要荷载，同时也是间接说明围岩稳定程度的一个数据。可按表23(中坍落高度得出山岩压力值。($山岩压力的成因及表示方法（(）山岩压力的成因按山岩压力的成因可分松动压力和内部压力两种。—1%2— 第三篇水利水电工程常见地质问题!）松动压力：松动了的岩土体压在衬砌上的重量即是松动压力。松动压力实质上是一个纯重力荷载。在破碎岩体、软弱结构面已形成极不利组合的岩体及松散的砂层中极易出现松动压力。松动压力是逐渐发展而达到其最高值的，故及早支、衬，使之与围岩接触严实，可阻止其发展，使松动压力维持在较低的数值上。"）内部压力：围岩应力重分布过程中，岩体出现的塑性变形对衬砌所施加的压力，它与岩体内部应力有关，故称之为内部压力。洞室开挖引起应力重新分布后，若围岩处于弹性变形状态（图#$#!），则以弹性变形为主。这种变形一般较快，在洞室挖成时即进行完了。故围岩对衬砌没有内部压力。塑性变形一般延续时间较长，用衬砌来阻止它的发展时，则它作为压力形式显露出来。这种压力在塑性圈厚度不大时（图#$#"）的数值并不太大，当整个围岩均处于塑性状态（图#$##）时的内部压力就可能很大，甚至超过了目前技术水平所能处理的程度。内部压力亦可能导致围岩破碎，而产生松动压力。洞室底部向上的压力（表现为洞底凸起），洞壁部分岩块往洞中崩裂且伴随类似爆破的巨响（称为岩爆现象）和岩石的膨胀压力均系内部压力的表现。（"）山岩压力的表示方法洞顶山岩压力一般有以下几种表示方法：!）每米长隧洞洞顶的压力（%&’(或简写为%&）。"）洞顶每单位面积上的压力（%)*）。+）用计算山岩压力公式中的某个参数表示，此参数反映了山岩压力的相对大小，通过公式计算即可得出山岩压力的绝对值。洞侧和洞底山岩压力表示方法与洞顶相同。一般情况下洞室主要存在洞顶山岩压力，故若不特殊指明，工作中提出的均系洞顶山岩压力值。",用平衡拱理论确定山岩压力值平衡拱理论认为：岩体被断层、节理、裂隙切割成类似松散界质的物体，洞室顶部出现拱形的分离体，分离体将从稳定母岩中脱落而压在洞顶衬砌上，拱形分离体重量即洞顶山岩压力值（这种山岩压力实质即松动压力）。此方法中有个常用的也是计算中重要的参数即坚固性系数（$%），又称为岩石的普氏系数。!）坚固性系数的意义：普罗托季杨可诺夫认为：平衡拱呈二次抛物线，故平衡拱内岩土体重量（图#$!"）即洞顶山岩压力，可用式（#$#）-式（#$.）求得。"&/!!’（#$#）+&(!!!’(（#$0）!’/（#$1）"$%!(’(/（#$.）"$%式中&———洞侧壁稳定时洞顶山岩压力，%&’(或%&；&2———洞侧壁不稳定时洞顶山岩压力，%&’(或%&；+；!———岩石容重，%&’(!———隧洞开挖跨度，(；—1+0— 第五章地下洞室工程地质问题!!———洞侧壁不稳定时平衡拱底宽度，"；"、"#———平衡拱高度，"；$%———岩石坚固性系数。上四式中关键是岩石坚固性系数（$%）。岩石越软弱，岩石坚固性系数（$%）越小，围岩山岩压力越大。图#$%&平衡拱理论求山岩压力（&）洞侧壁稳定；（!）洞侧壁不稳定!，!#—平衡拱底宽；"、"#—平衡拱高；’、’#—洞顶山岩压力；(—洞室高；)%、)&—洞侧壁单位面积上山岩压力；!—岩石的内摩擦角&）坚固性系数的确定：普氏认为土的坚固性系数与土的粘聚力（*）和内摩擦角（!）有关；岩石的坚固性系数约相当其抗压强度的百分之一。不同岩石和土的坚固性系数，见表#$&所列。表#$&备类岩土的坚固性系数坚固性系数岩土类别典型岩土举例$%最坚硬的、致密的石英岩和玄武岩，最坚硬的其他岩石&’最坚硬岩石很坚硬的花岗岩、石英斑岩、硅质岩，最坚硬的砂岩及石灰岩%#致密的花岗岩，很坚硬的砂岩和石灰岩，石英岩脉，坚硬的砾岩，很坚%’坚硬岩石硬的铁矿坚硬的石灰岩，不坚硬的花岗岩，坚硬的砂岩，大理岩，黄铁矿，白云岩(普通砂岩，铁矿)较坚硬岩石砂质页岩，片状砂岩#坚硬的粘土质页岩，不坚硬的砂岩和石灰岩，软的砾岩*普通岩石不坚硬的页岩，致密的泥灰岩+软弱的页岩，软的石灰岩，冻土，白垩土，石膏，普通泥灰岩，破碎砂岩，软弱岩石&胶结的卵石和碎石—,+,— 第三篇水利水电工程常见地质问题坚固性系数岩土类别典型岩土举例!"碎石土，破碎页岩，松散风化的卵石和碎石，硬化的粘土，坚硬的煤!"#密实的粘土，中等硬度的煤，坚硬的冲积土，粘土质土!"$轻亚粘土，黄土，砂砾，软煤$"%土层湿砂，泥炭，轻砂质土$"&砂，小砂砾，开采出来的煤$"#流砂，沼泽土，含水的黄土及其他含水土$"’’）坚固性系数的修正：岩石坚固性系数应是岩体稳定性综合指标。但普氏只侧重了岩石强度方面，因而按他的方法计算出的山岩压力与实际情况有出入，故应根据实际情况予以修正，修正办法有：!软弱岩石和土层仍按表#()选取!"值，而其他岩石则根据经验在表#()基础上提高或降低；"按式（#(*）确定!"值：$!"+#·（#(*）!$$式中!"———岩体坚固性系数；$———岩石抗压强度；#———修正系数，根据经验选定。例如甘肃某工程的标准是：!工程地质条件很好的岩体，#!$"&；"工程地质条件良好的岩体，#+$",#-$"##；#工程地质条件较差的岩体，#+$")-$",；$工程地质条件不好的岩体，#"$")#。永定河某电站规定：!微风化完整岩体，#+$"#-$"&；"弱风化岩体，#+$",-$"#；#裂隙发育的岩体，#+$"’-$",；$断裂较发育但规模较小，#+$")-$"’；%断裂较发育且规模较大，有地下水，#+$"!。太沙基根据经验，提出按岩石类型和特征确定平衡拱高度（即式（#(#）、（#(&）中的%），见表#(’。表#(’按岩石类型和特征确定平衡拱高度表岩石类型特征确定平衡拱高度的公式（.）有无侧压坚硬而完整的岩石%+$无侧压坚硬成层的岩石%+$-$"#&无侧压有中等节理（闭合）岩石%+$-$")#&无侧压有中等节理略带塑性岩石%+$")#&-$"’#（&/’）无侧压裂隙岩石%+$"’#（&/’）-!"!$（&/’）侧压小或无破碎岩石%+!"!$（&/’）有一定侧压—0’%— 第五章地下洞室工程地质问题岩石类型特征确定平衡拱高度的公式（!）有无侧压压缩岩石（在中等深度）!"#$#%（"&#）’($#%（"&#）有很大侧压压缩岩石（在较大深度）!"($#%（"&#）’)$*%（"&#）有很大侧压膨胀岩石注#$表中!、"、#分别代表平衡拱高度、洞室跨度和洞室高度。($如经常位于地下水位以上洞室，则!宜按表中数减*%$。+$本表只适用埋深!#$*（"&#）的洞室。太沙基数据是为确定平衡拱高度用，但他提出的表中考虑的因素较多，不仅有松动压力，而且包含有内部压力的概念。二、岩体的抗力#$岩体抗力的概念岩体的抗力是指衬砌向外扩张，向周围岩体方向发生变形，受到围岩抵抗而施加于衬砌的反作用力。在有压隧洞中，岩体的抗力最明显，它能帮助衬砌分担一部分内水压力，对衬砌安全有利。岩石（体）的抗力系数（%）或岩石（体）单位抗力系数（%%），是计算岩石抗力的主要参数，它们的相互关系如式（*,#%）、式（*,##）。&"%’（*,#%）(%%"·%（*,#%）#%%式中&———围岩某点的抗力，-./；’———衬砌迫使围岩某点的压缩变形，0!；%———岩石（体）的抗力系数，-./10!；%%———岩石（体）的单位抗力系数，-./10!，亦即半径为#%%0!的隧洞围岩的抗力系数；(———隧洞半径，0!。显然，一般情况下，%%越大，对衬砌稳定越有利。($影响岩体抗力系数大小的因素坚硬、新鲜和完整岩石（体）的单位抗力系数（%%）比软弱的、风化的和破碎岩体的大得多。有压隧洞衬砌与围岩结成一个整体，在结合很紧密的情况下，围岩的抗力才能充分发挥出来。岩石（体）单位抗力系数与内水压力大小有关。内水压力越小，单位抗力系数越大。因此，我们选用已有经验值时，一定要注意是在多大水头压力下的数值。而岩石（体）抗力系数（%）则与隧洞半径有关。隧洞半径越小，岩石（体）抗力系数越大。+$确定岩石（体）抗力系数的条件和方法（#）确定岩石抗力系数的条件无压隧洞围岩厚度大于洞直径+倍，围岩中无不利于稳定的断层、破碎带和结构面不利组合，可考虑围岩的抗力。对有压隧洞，一般在下述条件下才考虑岩体的抗力：!围岩内无不利的滑动面，在内水压力作用下不致产生滑动；"围岩厚度大于%$*’%$2倍内水压力水头（当有充分论证时可适当减少）；#围岩厚度大—4+3— 第三篇水利水电工程常见地质问题于!倍隧洞开挖直径。凡具备以上三个条件的隧洞地段，均可按下面方法确定围岩的抗力系数（若不具备上述条件可不考虑围岩抗力或经核算降低取值）。（!）确定岩石（体）抗力系数的方法可采用下述方法确定围岩的单位抗力系数（""）。#）从已有经验数据中选定（见表$%&）。!）用下述半理论半经验公式计算。#""’!·（$%#!）#""（#("）#""’!·（$%#+）$"#""(#("()*%)式中#———岩石的弹性模量，#"!,-.；———岩石的泊松比；!$"———隧洞围岩体裂隙区半径，/0；"———修正系数；其他符号意义与式（$%##）同。对于坚硬、完整岩体可采用式（$%#!）计算""。式中修正系数（!）决定于参数#的实验方法，若系室内实验取得的#值，则!’#&!1#&+，若系野外试验成果，则!’#2"。表$%&山岩压力系数与岩石抗力系数表节理裂隙多少或岩石单位抗力无压隧洞的岩岩石坚硬程度代表性岩石名称系数""石抗力系数"!风化程度（,-.3/0）（,-.3/0）节理裂隙少#"""1!"""!""1$""新鲜石英岩、花岗岩、流纹斑节理裂隙不太发育坚硬岩石岩、安山岩、玄武岩、厚层硅$""1#"""#!"1!""微风化质灰岩等节理裂隙发育+""1$""$"1#!"弱风化节理裂隙少$""1#"""#!"1!""新鲜砂岩、石灰岩、白云岩、砾节理裂隙不太发育中等坚硬岩石+""1$""4"1#!"岩等微风化节理裂隙发育#""1+""!"14"弱风化—5&"— 第五章地下洞室工程地质问题节理裂隙多少或岩石单位抗力无压隧洞的岩岩石坚硬程度代表性岩石名称系数!!石抗力系数!!风化程度（"#$%&’）（"#$%&’）节理裂隙少(!!)*!!*!)+(!新鲜砂页岩互层、粘土质岩节理裂隙不太发育较软岩石+!!)(!!(!)*!石、致密的凝灰岩等微风化节理裂隙发育,+!!,(!弱风化严重风化及十分破碎的松软岩石,*!-,+!岩石、断层、破碎带等注+-本表不适于竖井以及埋藏特别深或特别浅的隧洞。在确定有关山岩压力及抗力系数时，应特别注意分析具体的地质条件。(-岩石单位抗力系数!!值一般适用于内水压力不超过.!’的有压隧洞。/-表中!!值即为无压隧洞的!值，仅适用于开挖宽度为*)+!’的无压隧洞。当开挖宽度大于+!’时，!!值应适当减小。"!对于裂隙发育的岩体可采用式（*0+/）计算!!。式中值可按裂隙发育程度而定。#"!"!"!裂隙较少，可取1/!，即231+-+。当裂隙较发育，岩体较破碎，可取1/!!，即23###"!1*-4。修正系数（!）亦决定于参数$的实验方法。若$系室外试验成果，则!1+-!。#若$系室内实验成果，当岩石坚硬，裂隙间距+!)(!&’地段，裂隙多呈闭合时，则!1+%*)+%5。当岩石坚硬，裂隙多张开或有泥质充填时，!,+%+!。三、外水压力外水压力即指衬砌上所受的地下水的静水压力，它与山岩压力一起作用到衬砌上，有时其数量远远超过山岩压力值。+-外水压力的计算公式外水压力大小可按式（*0.）确定。%外1"&水（*0+.）式中%外———外水压力，’；&水———洞顶点以上地下水的厚度，’；———折减系数，一般。""1!-()+-!工程地质工作首先应确定出地下水位，然后再进一步考虑折减系数（）的大小。"(-外水压力两个参数的选定外水压力两个参数，即洞顶点以上地下水的厚度（&水）和折减系数（"），可根据下述—4.+— 第三篇水利水电工程常见地质问题情况选定。（!）地下水厚度（!水）在确定地下水厚度时，应注意如下情况：!）不能取旱季枯水位，而应取雨季的高水位。"）要考虑最高库水位使地下水位抬升的影响。#）当洞室以上为含水层与隔水层交互相间时，则应取洞室所在含水层的水位（或水压面）。若含水层已被断层连通而有很密切的水力联系时，则应取洞室以上最上面那层地下水位。（"）折减系数（）在选取值的大小时，应注意如下条件：!!!）在火成岩、变质岩地区，一般均以裂隙型地下水为主。由于裂隙的频率和裂隙、断层宽度不同，折减系数相差很大。一般裂隙岩层若透水性弱，可取为$%"&$%’，若洞室!围岩系致密不透水的，可取为零，在断层破碎带以及地下水集中渗流地带，可取!!(!%$。沉积岩中透水性良好的地段，例如松散砂砾石层和岩溶发育地层，可取。沉!(!%$积岩的页岩层、致密不透水砂页岩层，多系裂隙型地下水，取值可按火成岩变质岩地区!情况考虑。"）衬砌透水与否对!值影响很大，在衬砌透水段，!值可取低些。在调压井与压力管道段，若用钢板衬砌，隔水性很好，值可取高些。!四、保证洞室稳定的围岩最小厚度洞室围岩太薄，稳定很难维持。故围岩最小厚度问题应充分重视。!%无压隧洞围岩最小厚度一般情况下，最好将隧洞位置保持到一定深度，使洞顶和侧壁围岩厚度等于或大于#倍隧洞直径，否则围岩薄了，应力重新分布过于强烈，对围岩稳定十分不利。但若岩体新鲜、完整、强度很高，围岩的厚度可适当降低。"%有压隧洞围岩最小厚度有压隧洞围岩最小厚度在一般情况下，应等于或大于隧洞直径的#倍，同时洞顶岩体还应有足够的重量，以能在极端情况下抵抗得住被内水压力抬起的危险。写成公式为"围!##（)*!)）""顶!$内（)*!+）式中"围———洞室围岩厚度，,；#———洞室直径，,；"顶———洞顶岩体厚度，,；#；!———岩石（体）容重，-./,$内———内水压力，以水柱压力表示，-01。岩石（体）容重一般在")-./,#左右，则式（)*!+）可改写为"顶!$%$’$内（)*!2）式中符号代表意义与式（)*!+）同。—2’"— 第五章地下洞室工程地质问题第四节坝下涵管工程地质问题一、概述中小型水库的输水建筑物不一定开挖隧洞，对受地形条件限制难以布置隧洞的地区，可采用坝下涵管。坝下埋管一般造价低，施工方便，对小型工程十分合适。南方一些小型水库、塘坝常采用这种方法。它是先在坝基岸坡的适当位置上安装输水涵管（如图!"#$），然后再回填筑坝。图!"#$坝下埋管示意图（!）平面图；（"）剖面图#—土坝，%—坝下涵管涵管的种类很多，可因地制宜，一般采用铸铁管、钢管、混凝土预制管、浆砌石翻拱等。按其受内水压力情况可分为：!有压涵管；"无压涵管；#半有压涵管。一般铸铁（钢）管，多用于有压涵管，而浆砌石翻拱多用于无压涵管。二、涵管主要工程地质问题#&涵管位置选定坝内埋管的质量好坏，直接影响大坝的安全。因此对埋管的地基稳定性要求较高，要做详细的地质工作，对稳定性差的地基，必须事先进行适当的处理才能修建涵管。其工程地质要求如下：#）地形不宜过陡，地貌成因类型基本一致，涵管应成直线，不宜弯曲以免开裂。%）涵管一般应建在基岩上，松散土层或砂卵石层应清除。同时岩性要基本一致，不宜将涵管放在两种不同力学性质的岩体上，以避免造成不均匀沉陷。$）岩体透水性要小，在透水带要注意渗透压力对涵管的破坏，应采取防渗措施。’）涵管不能放在古滑坡或崩塌体上。%&涵管地基应注意的工程地质问题坝内埋管若工程地质条件好，设计合理，施工质量又好，是不会出现不良现象的。例如某水库坝下涵管系有压铁管，直径#(，涵管放在板岩上，岩性均一，强度高，涵管上每#)—*’$— 第三篇水利水电工程常见地质问题!"#$筑一道防渗箍墙，施工质量好，几十年来运转一直良好。所以应十分注意工程地质条件和设计施工质量。以下几点必须重视。%）地基不均匀沉陷，容易使涵管断裂漏水：如某水库，为圆拱无压涵管，地基为半风化辉岩，施工时清基不彻底，靠山部分岩石较坚硬，靠河谷部分为风化残、坡积层，土质松软。将涵管放在两种岩性上，大坝和涵管建成后，沿涵管中心线发生不均匀沉陷，位于残、坡积层的涵管全部下沉，将整个涵管拉成两半，严重影响大坝安全。因此，在埋设涵管时，一定要把地基清理好，保证有足够的均匀承载力。"）地基渗水，渗透压力大而使涵管开裂：如某水库，为马蹄形无压涵管，地基为石灰岩，岩溶裂隙发育，透水性强，涵管底部浇筑"#&$厚混凝土，水库蓄水后，涵管底板受地下水扬压力作用，将混凝土底板拱起#’%!#’"$，使底板开裂并漏水。(）要注意施工质量，保证涵管不漏水：如某水库为有压铁管，直径%$，铁管外包一层混凝土，涵管地基为上第三系均匀中细砂岩，施工时对地基未进行处理，对铁管接触带未做防渗箍墙，同时混凝土浇筑质量不好，没很好采用防渗措施，蓄水后沿管壁形成集中漏水通道而造成管涌。)）坝下埋管应考虑地震力的破坏：地震力会使施工质量不好的涵管发生断裂和破坏。因此在设计和施工中应给予适当的重视。总结以上情况，坝下埋管只要地基强度高，透水性弱，设计中很好的考虑防渗措施，对软弱层进行适当处理，保证施工质量，效果是很好的。—*))— 第六章渠道工程地质问题第六章渠道工程地质问题第一节概述一、渠道类型和附属建筑物渠道是常见的用以输水灌溉、排涝、发电、航运或几种互相兼顾使用的工程。以灌溉为主兼顾发电的称为灌溉渠道，以发电为主的称为动力渠道，以航运为主的称为航运渠道。如闻名世界的河南林县红旗渠是以灌溉为主，兼顾发电的灌溉渠道，我国南北大运河则属于航运渠道。渠道上建筑物种类很多，为了调节和控制水流，在干渠入口设渠首闸（即进水闸）；沿渠设分水闸，用来把渠道的水按一定比例分配给次一级渠道去；以及用来抬高上游水位的节制闸。当渠道与河谷交叉时，可设过河建筑物或跨谷（沟）工程，如渡槽、倒虹吸或象林县红旗渠的空心坝；渠道与道路相交时可用涵洞、渡槽、倒虹吸等。二、渠道线路按地貌特征分段渠道线路按所通过地段的地貌特点可分为：!平原线，即常见的平原上的渠道，所经地层以第四纪堆积物为主；"谷底或坡麓线，即在谷底两侧（山麓脚下）修渠，其一侧可能是土质斜坡，亦可能是岩质斜坡，斜坡物理地质现象常对修渠造成危害；#山腹线（亦叫盘山线），即沿半山坡修渠，多为岩质边坡，林县红旗渠大部分即是沿太行山东坡修的山腹线；$岭脊线，即在丘陵地区沿山顶岭脊修渠道；%横断岭谷线，即横穿岭脊和横跨峡谷的渠线，这里跨谷（沟）工程较多，因而对工程地质工作提出了更多的要求。三、渠道主要工程地质问题一条渠道往往很长，不同线段可能经过不同的地貌单元，因此渠道工程地质问题各式各样，但归纳起来，较突出的有：!渠道渗漏（包括对两岸的浸没）；"渠坡稳定（包括天然斜坡稳定）和影响边坡稳定的渠水冲刷问题；#物理地质现象，特别是斜坡上的崩塌、滑坡、泥石流等对渠道稳定的威胁。此外，还有建筑材料和渠道附属建筑的工程地质等。本章主要谈渠道渗漏、土质边坡稳定以及渡槽的工程地质问题。其他方面可参看有关章节。—#"!— 第三篇水利水电工程常见地质问题第二节渠道渗漏问题渠道渗漏量过大，就达不到修渠引水的目的。在平原区，渗漏还可能引起渠道附近地下水位上升，招致土壤盐碱化和沼泽化；岭脊线、山腹线渠道渗漏可能引起山坡滑动；黄土地区渗漏可能导致湿陷等。下面着重介绍渠道渗漏的地质分析和定量计算。一、渠道渗漏的地质分析渠道所处地质条件可分为两类，即经过裸露的基岩区（段）和松散堆积物区（段）。!"基岩区（段）渗漏分析基岩渠道渗漏一般是由于存在漏水通道。基岩渠水外渗通道，与以前各章所述一样，主要是透水层（如透水的砂砾岩层）、透水带（如断层破碎带）和岩溶地区的溶隙、溶洞和落水洞等。关于基岩区各种渗漏通道的作用大小及其本身特征，以前有关章节、特别是第七章中已有详细叙述，就不再重复赘述，现仅就渠道渗漏有关问题补充讨论如下：（!）基岩渠道渗漏与透水层（带）的关系渠道线路很长，如所经地段均遇有不少漏水通道，每个通道漏水量不一定很大，但整个渠道总的损失水量会相当可观。因此，渠道地质选线时，应该绕避透水层和透水带，如实在绕不过时，也应选择穿过透水层（带）最短的地段，或采取其他有效防漏措施。千万不能将渠线放在透水层（带）之中，并沿之前进。（#）基岩渠道渗漏与地貌的关系基岩渠线以岭脊线、山腹线和坡麓线居多。当渠线与透水层（带）相遇时，不同地貌上渠线渗漏特征不同：岭脊线向两侧山坡排渗均较易，岭脊越薄，防渗漏条件越差；山腹线以向一侧山坡排渗为主，是否向山里渗漏，视漏水通道的排泄能力大小而定；山麓的防渗条件比以上两类渠线均要好些。不同地貌地形上渠线会遇到不同的特殊问题。山腹型渠线要同时考虑山坡是否稳定问题，特别是渠水渗漏后的渗透水流，有静水压力和动水压力，给山坡不稳定带来了新的因素。若山坡因而滑动，则不仅是渗漏，甚至渠道连同山坡一起滑动，造成渠道断流。山麓线位置若遇到渗透性很大的岩堆，受到泥石泥流的袭击。选线时，上述问题应全面考虑。（$）基岩渠道渗漏与地下水的关系当渠线穿过透水层（带），渠底高于地下水面时渗漏会发生；当渠水低于地下水面时则渗漏不会发生。当渠线穿过承压水泉井点时，只要泉井水面高程高于渠水，则可将泉井圈入渠道以内，使之成为渠水补给来源。（%）基岩渠道渗漏与岩溶地层关系岩溶渗漏一般对渠道威胁较大，故尽量绕避岩溶地层为好。若需穿过则应查清岩溶形态发育和分布规律。一般情况下，层状溶洞层高于渠道，对渗漏威胁小；直接裸露于渠底的溶洞和落水洞，对渗漏威胁最大；溶洞层位于渠底以下，视渠底与溶洞间岩体透水性大小不同，对渠道渗漏影响也会不同。在岩溶区修渠道，问题较复杂，应注意查清地质而后选定线路。—’%&— 第六章渠道工程地质问题!"第四纪堆积物地区（段）渗漏分析松散堆积物成因类型较多，有残积、坡积、洪积、冰积、冲积和湖积等。各种成因类型松散堆积物都有透水性较强的碎石或砂砾石层。以细颗粒为主有大孔隙和裂隙的黄土类土也具有一定透水性。残积层系基岩风化破碎产物，成土状、碎石状，孔隙性较大（岭脊线渠道常遇到），应考虑垂向和向两侧的渗漏。也有的地区风化残积层顶部为密实的粘性土层，例如我国南方碳酸盐岩石地区风化的残积红粘土即是。这种土一般不渗漏。坡积物多是坡上部颗粒粗，坡脚处颗粒较细，通过粗粒地段渠道可能渗漏。坡麓处渠道渗漏可能促使坡积物沿下伏基岩面连同渠道一起滑动，这是应注意的。洪积物外缘较中、后部透水性弱。若不为溪沟割切，渠线经过洪积扇外缘较为有利。通过洪积扇的中部可能渗漏较严重。当然组成洪积扇各部分的物质成分也不是一成不变的，有时洪积扇的中部为分选不好含泥量多的堆积物，渗漏量也不会太大。如新疆许多渠道修在天山山前洪积平原上，洪积物含泥量较多，透水性较弱。因而只要采取一定的防渗措施，是可以避免造成严重渗漏的。对正在发育的洪积物地段，尤其经过沟口处，除有渗漏问题外，尚有渠道淤积和被洪水冲毁问题。山区上游河谷一般较窄，冲积物宽度、厚度较小，以透水性强的砂砾层为主，山间谷地、低山丘陵区通常河谷较开阔，冲积物分布宽度、厚度均较大，颗粒组成分选较好，近河阶地堆积物上层较下层细，远离河床的和阶地后缘的堆积物较细，常可以找到相对不透水的粘性土层，作为渠线位置。在平原区的河流，冲积物厚度大，相变明显，但在漫滩后缘和阶地上亦可找到适于修渠的相对隔水的粘性土层。冲积物地区应特别注意：冲积物粒度组成及其厚度变化，会受支谷或其他成因类型堆积物（如洪积、冰积等）的影响。山区、半山丘陵区（甚至开阔平原区）可遇到一些冰川堆积物，通常冰积物（如含泥的泥砾底积、尾积物）隔水性好，一般不会渗漏；而冰水堆积物（如砂砾石层）透水性强，渠线宜尽量避开。综上所述，在松散堆积层上修渠，关键的问题是粘性土、砂性土及碎石层的空间分布规律，而它们的规律是受第四纪地质和地貌成因类型控制。如能查清第四纪地质和地貌成因类型，渠线也就好选择了。渠道经过松散堆积物地区的渗漏量大小，除与透水层的透水性、厚度、排泄条件等有关外，还与地下水位，渠道本身结构尺寸等有关。地下水埋藏较深，距渠底较远，对间歇性引水的渠道来说，垂向渗漏为主；地下水埋藏较浅，距渠底较近，则易出现侧向渗漏。地下水位高于渠水位则渠水不会渗漏。二、渠道渗漏特点和过程的分析#"渠道渗漏特点渠道渗漏特点，在一般条件下，入渗强度在开始的第一个单位时间内具有最大的数值，然后随着时间的延长而逐渐减少，到一定时间后，接近于一个常数。根据陕西省水利科学研究所在不同黄土特性和地质条件下的渗水试验表明，一般经过!$%天或者&天的—’(’— 第三篇水利水电工程常见地质问题时间渗漏就可达到稳定，初渗值一般为稳定值的!"#倍。根据渠道放水试验资料，从开始放水到接近稳定，大型渠道为!$"!#天，小型渠道稍微短一些。%&渠道渗漏过程根据渠道渗漏的特点，分析渗漏过程。假定透水层较均匀，地下水埋藏较深，则渠水的渗漏过程大体是：渠道进水初期，渗透水流借重力和毛细管作用以垂直下渗为主（图’(!）；当下渗水流到达地下水面后，将转向两侧渗流，若向两侧渗流排走量（!"）小于该处渠水渗出量（!），则渠底下的地下水位上升，形成地下水峰，地下水峰逐渐上升，直至与!渠水连成统一水面（图’(%）；此后，渠水以侧向渗漏为主。)&渠道渗漏阶段图’(!垂向渗漏阶段图!—水的流向，%—浸润线图’(%回水渗漏阶段———水峰上升示意图!—原地下水位；%—地下水峰；)—水的流向地下水峰形成前，为渠水垂向渗漏阶段；地下水峰开始出现，至地下水峰上升到与渠水连成统一水面前，称为回水渗漏阶段（此阶段渠水是垂直下渗至地下水峰后转为侧向渗流）；地下水与渠水连成统一水面以后，称为侧向渗漏阶段。一般情况下，渠水渗漏的发展经过这三个完整的阶段，且垂向渗漏阶段的漏水量最大（其初期更大），以后则渗漏量不断减少，到侧向渗漏阶段渗漏量趋于稳定。当渠水渗漏只发展到第一（或第二）阶段，渗漏量也以初期最大，最后亦可能趋于稳定。显然当地下水埋深浅、土层渗透性小或侧向排泄条件差时，渗水很快由垂向渗漏转为回水渗漏阶段，当地下水埋藏很深，土层透水性强，则可能只达到垂向渗漏阶段。间歇性—,+*— 第六章渠道工程地质问题水流渠道，当地下水埋深不太浅时，渠道渗漏亦可能只限于垂向渗漏阶段；常年流水渠道，地下水埋藏浅，渗漏可以接近或达到侧向渗漏阶段。渠道渗漏所处的阶段不同，渗流边界条件有差别。因此，对不同阶段应采用不同的公式计算渗漏量。三、渠道渗漏计算下面介绍几种计算渠道渗漏量方法，对松散沉积物地区或渗透性较均一的基岩比较适用，对基岩透水带则应考虑边界条件按具体情况选用。!"工程地质比拟法工程地质比拟法就是选择地质条件相似的邻区老渠道，根据它在未防渗前的多年实测渗漏资料，推算新建渠道的渗漏值。例如陕西宝鸡峡塬边渠道，!#$!年竣工。根据邻近土质相近的泾、洛、渭三个老灌区多年实测资料，未防渗前渠道的“每公里渗漏损失率”（即渠水从首端流至末端，因渗漏而减少的流量百分数再除以渠长）为%"&’(%")’，取%"&’来计算新建塬边渠道渗漏损失。塬边渠道设计流量为)%*+,-，干渠长.#")/*，按“每公里渗漏损失率”为%"&’计算得“每公里渗漏损失量”为)%0%"&’1%"2*++,-；渠道总损失流量为%"20.#")1!$"#*,-；渠道利用系数为（)%3!$"#）4)%1%"5&。2"经验公式计算方法渠道渗漏计算常用的经验公式为!!1（#$）（53!）"式中!———渠道每公里渗漏损失率，$；+"———渠道毛流量，*,-；!———土层透水性参数。对透水性小、中、强的土层，可分别近似取为%"$、!"#、+"&左右；#———土层透水性指数。对透水性小、中、强的土层可分别近似取为%"+、%"&、%")左右。对于不同的地区，系数!和#亦可按相同地质条件下的实测资料确定。例如陕西省洛惠渠（粘壤土地区），按测得的"和!反算得!1!"2$，#1%")2；西一干渠（粘土地区），!12，#1%"++，附近渠道即可参考使用。+"半理论半经验公式法（!）垂向渗漏阶段的计算公式当地下水埋深很大时，渠道渗漏一般以垂向渗漏为主，当渗漏量稳定时，可按式（532）、式（53+）计算。2）（532）"1%"%!!5%（&62’(!!6)"*1%（+6!(）（53+）式中"———每公里长渠道上之流量损失，*+（,-·/*）；"%———土层的渗透系数，*,7；—$&#— 第三篇水利水电工程常见地质问题!———渠底宽度，!；"———渠中水深，!；!———考虑边坡侧向渗透所加的修正系数，!"#$#%#$&；#———渠道边坡系数，即边坡角的余切。$———单位时间内的渗漏量，!’（()·!）；%———渠水面宽，!；&———系数，与%、"和边坡系数#有关，可参照表*+#查用。表*+#与水面宽、水深及边坡有关的系数&值表&值&值%’"%’"!!!!!#"#$,#"#$-#".$,#"#$,#"#$-#".$,!!!..$,/’$&’$,.$0!!!’.$&#$1#,’$0’$..$1!!!&.$0.$.#$/#-&$,’$*’$’!!!-’$,.$-.$#.,&$.’$1’$*!!!*’$..$0.$’以上两式适于垂直渗漏阶段且渗漏已达稳定时的计算，当渗漏量未达稳定前亦可按两式计算，但式中渗透系数（(）应以渠道放水时间内的平均渗透系数（(平）代替。显然未稳定时的渗漏量比稳定时渗漏量要大些。（.）回水渗漏阶段的计算公式当出现地下水峰后，即可按式（*+&）计算。)回"!)（*+&）"式中)———回水稳定阶段的渗漏损失，!’’回(2或!（(2·3!）；———垂向渗漏稳定阶段的渗漏损失，!’’)(2或!（(2·3!）；"———校正系数（小于#）见表*+.所列。!表*+.有回水现象的渗漏损失校正系数!地下水埋藏深度（!）渠道流量（!’(2）4’’-0$-#,,$’,$/.————#$,,$*’,$01———’$,,$-,,$*’,$/.——#,$,,$&&,$-,,$*-,$01,$1#.,$,,$’*,$&-,$-0,$0#,$/.’,$,,$’-,$&.,$-&,$**,$00-,$,,$’.,$’0,$&1,$*,,$*1#,,$,,$./,$’’,$&.,$-.,$-/注当地下水埋深为表中数字的中间值时，可用内插法求得。（’）侧向渗漏阶段的计算公式在图*+’情况下可按式（*+-）计算。—0-,— 第六章渠道工程地质问题#"##$$"%$$!!"()()（&%’）$%式中!———渠道每米长度渗漏损失量，()（*+·(）；#"、#$———分别为渠道和排水点潜水含水层的厚度，(，如图&%)所示；$"、$$———分别为渠道水位和排水点潜水位，(，其起算面是以一定水平面算起的；%———渠道至排水点的水平距离，(；其他符号代表意义同前。当出水点隔水层高于河水位（图&%,）时，式（&%’）则可简化为#"$"!!"·（&%&）$%式中$"———渠道水位，(，其起始计算面如图&%,所示；其他符号代表意义同前。式（&%’）适合于堆积阶地且堆积物不太厚的地质情况，式（&%&）适合于基座阶地的情况。,-实测流量计算渗漏方法图&%)山坡地带隔水层低于河水位条件下渠道渗漏图&%,山坡地带隔水层高于河水位条件下渠道渗漏实测流量计算法是对于某一长度为.的渠段，测定流入和流出的流量，用渗漏强度来表示该段渗漏量的大小（水面蒸发损失忽略不计）。渗漏强度即每公里流量损失与入流量之比值，以百分数来表示为"’入%’出!&!·/"00（(）（&%1）&’入式中!&———渗漏强度，(；&———渠段长度，2(；—1’"— 第三篇水利水电工程常见地质问题!———入口处流入渠段的流量，!"#$；入!———出口处流出渠段的流量，!"#$。出上述测定应在一定时间不同季节多次进行，若对比不同段的渗漏强度，应考虑各段边界条件大体相似才行。从介绍的计算渠道渗漏方法中可以看出：渠道渗漏问题与渠底土层性质及产状、地下水的埋藏深度及运动规律等有极密切关系。进行渠道渗漏计算之前，必须做必要的工程地质勘测工作，查清渠底土层（或岩层）的工程地质、水文地质情况，判断是属于垂向渗漏还是回水渗漏，然后选取公式。经过计算，如果渗漏损失量过大，以致使渠系利用系数难于达到设计要求，则必须采用专门的防渗措施，以降低土层的透水性，提高渠系利用系数。%&渠道渗漏计算举例【例’()】陕西宝鸡峡塬边渠道设计流量!*%+!"#$，计算长度为,-，%.!。采用三种方法计算渗漏：)）工程地质比拟法（内容见工程地质比拟法中介绍的实例）。/）采用式（’()）按中等透水性土层计算，结果得塬边渠道每公里渗漏损失率!*)&-"1*+&"-,1，总损失流量为)2&,!#$，渠道利用系数+&’0。%++&0"）按实测的"值采用式（’("）计算。根据土质和地质条件的不同，把塬边渠道分为")-个段，采用公式#*"（$3%&）计算结果得塬边渠道总渗漏流量为),4--!#$，得每公里渗漏损失率!*+&0021，渠道利用系数为+&’+。上述三种方法计算的结果相近，每公里渗漏损失率为+&01左右，属中等情况，并不算大，但按,-&%.!全长计算，渗漏流量损失为),5)-!"#$，相当于一个%+余万亩灌区干渠的引水流量，数字惊人。第三节渠道土质边坡稳定问题岩质渠道和土质渠道边坡稳定规律和特征有共同点亦有不同点。岩质边坡稳定评价原理和方法已在第十章中介绍，这里着重谈第四纪土层中渠道边坡稳定性评价。本节内容对其他类型建筑物的土质边坡也适用。一、边坡稳定的地质分析第四纪堆积物中渠道边坡稳定与地形、土质类型、地质结构、构造、地下水和地表水、地震以及人为因素等有关，其中土质类型、构造、水是主要因素。按渠道所在地形特征，可分两种类型（图’(%、图’(’）："平地型；#斜坡型。按土层地质结构（图’(%）可分为："均质的；#双层的；$多层的。此外，斜坡形渠道下伏基岩面有平缓和倾斜的两种（图’(’）。—2%/— 第六章渠道工程地质问题!"平地型渠道边坡平地型渠道边坡稳定程度与土质类型有很大关系，砂性土稳定边坡角与土的内摩擦角相近，而粘性土还与土的粘聚力有关。在干燥情况下，粘性土土质坚硬，稳定坡角比砂土大，稳定程度亦高，这在均质结构的斜坡中表现的最明显。地质结构的影响表现在：均质结构中，自然稳定边坡形状多上陡下缓；双层和多层结构中，常为陡缓交替的似阶梯状。黄土有湿陷性，这对边坡稳定不利，黄土中的构造节理和垂直节理，降低了土体整体强度，类似岩质边坡一样，天然边坡形状常受节理面产状及其组合所控制。水是影响土质边坡稳定的一个重要因素。渠水浸泡，使边坡稳定角变小，使黄土产生湿陷，渠水的冲刷进一步破坏边坡的现状。渠道挖至潜水面以下，潜水流出时的动水压力，增大了土体下滑力，减低了边坡稳定性，当渠水水位急速下降，也会出现这种情况。降雨汇流冲刷坡面，直接破坏渠坡完整性。地震作用使土层强度变小，可促使边坡滑动和破坏。#"斜坡型渠道边坡斜坡型渠道边坡稳定性同平地型渠道一样，也受土质类型、地质结构、构造、地表和地下水等因素所影响。但这里有个天然斜坡地形，故渠道的稳定条件比平地型更复杂些。!）首先是地质条件。天然斜坡冲沟发育，形成许多外凸的脊梁，渠道开挖后，临空面较大，两冲沟之间的外凸地段，应注意产生滑坡的可能性。#）天然斜坡上物理地质作用，例如滑坡、冲沟、泥流以及泉水、陷穴、坟墓、窑洞等隐患，均对斜坡稳定有影响。$）在地质结构上特别应注意土层与下伏基岩接触面的产状特征，若该面是外倾的（坡积层、残积层下可见），在地下水作用下可能不稳定，甚至整个土层连同渠道一起滑动。%）斜坡挖渠常出现高边坡（高度大于!&’的边坡）地段，高边坡刚刚挖成，新暴露于大气之中，土层水分来不及蒸发，湿度较大，在土体自重作用下坡脚易处于塑性状态，严重时导致掉块和滑坡。例如宝鸡峡引渭灌溉渠道的高边坡段，刚挖到渠底，在坡脚上!(#’处经常见到水平层的压碎带，厚!(#)*’，土层似“千层饼”一样，呈片状、鳞片状，若不及时处理，压碎带逐渐向外突出、剥落，坡上掉块，严重时出现崩塌和滑坡。实践证明，压碎带的出现是高边坡将要发生滑坡的征兆。及时削缓边坡，压碎带即会停止发展。斜坡上的泉水应特别注意。水对边坡稳定不论哪种类型都是重要因素。泉水出露处一般边坡稳定性较差，许多边坡破坏均发生在大雨以后，即说明了水的作用。土质边坡发生滑动，其滑动面的形状和位置是有一定规律的。滑动面是抗滑阻力相对最小的面，土体中可能本来就有这样的结构面。也可能原来没有，而是在自重和其他因素影响下，于土体中逐渐形成的。根据对土坡滑动实际观察，单层结构土坡（即均质土坡）滑动面多是圆弧形，滑面从坡脚出露；多层结构土坡滑面易受软弱层所控制；残、坡积层则常沿下伏基岩面滑动。在计算边坡稳定时，应特别注意滑面形状和位置。二、土质边坡稳定性计算目前评价土坡的稳定性方法较多，大致可归纳为三类：力学计算法、图表法和工程地—+&$— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#渠道的地质结构和地形类型（!）均质结构（粘性土），斜坡型；（"）均质结构（粘性土），平地型；（#）均质结构（砂类土），平地型；（$）双层结构（上为粘性土，下为砂类土），斜坡型；（%）双层结构（上为粘性土，下为砂类土），平地型；（&）双层结构（上为砂类土，下为粘性土），斜坡型；（’）双层结构（上为砂类土，下为粘性土），平地型；（(）三层结构，斜坡型；（)）三层结构，平地型图!"!下伏基岩埋藏较浅时的渠道地质结构（!）下伏基岩面较平坦；（"）下伏基岩面倾斜$—渠道填土，%—土层；&—基岩质比拟法。这三种方法是相互补充，并起相互校核作用。对于中小型工程在条件较为简单或进行初步评价时，常采用工程地质比拟法和图表法，当条件较为复杂或需较准确结论时，需采用力学计算法来补充。边坡稳定性评价一般要解决两个问题：!对已知边坡检查其稳定系数，判断边坡的稳—(#’— 第六章渠道工程地质问题定性；!设计合理的人工土坡，即确定边坡的稳定坡高和坡角。!"土质边坡稳定的工程地质比拟法开挖渠道，设计稳定坡高和坡角，可参照地形、地质（土质类型、地质结构、构造）、水文地质和工程条件（渠水深和渠道使用特点等）相似的已建渠道稳定边坡值确定。对于挖方小于#$深和填方高度小于%$的渠道，可根据土质和渠水流速参考表&’%选定渠道内坡的大小。高度大于%$时，边坡宜缓些；当高度为%(!)$时的填方渠道，内坡可采用!*%"))(!*%"#)，外坡可采用!*+(!*+"#。表&’%土质渠道内坡经验值渠道水深（$）和流量（$%,-）渠道边坡土质水深.!流量.)"#水深!(+流量)"#(!)水深+(%流量/!)粘土，重粘壤土!*!"))!*!"))!*!"+#壤土（亚粘土）!*!"+#!*!"+#!*!"#)砂壤土（亚粘土）!*!"#)!*!"#)!*!"0#砂土!*!"0#!*+"))!*+"+#水上部分的边坡还可参考表&’1、表&’#、表&’&的数据。黄土高边坡可参考表&’0。为防止过大流速冲刷破坏渠道，可参考表&’2、表&’3设计渠道的最大流速。表&’1土质边坡容许坡度值边坡高度土的类别密实度或粘性土的状态.#$#(!)$密实!*)"%#(!*)"#)!*)"#)(!*)"0#碎石土中密!*)"#)(!*)"0#!*)"0#(!*!"))稍密!*)"0#(!*!"))!*!"))(!*!"+#坚硬!*)"%#(!*)"#)!*)"#)(!*)"0#老粘性土硬塑!*)"#)(!*)"0#!*)"0#(!*!"))坚硬!*)"0#(!*!"))!*!"))(!*!"+#一般粘性土硬塑!*!"))(!*!"+#!*!"+#(!*!"#)注!"本表中的碎石土，其充填物为坚硬或硬塑状态的粘性土。+"砂土或碎石土的充填物为砂土时，其边坡容许坡度值按自然休止角确定。表&’#碎石土边坡参考数值边坡高度土体结合密实程度.!)$!)(+)$+)(%)$胶结的!*)"%!*)"%(!*)"#!*)"#密实的!*)"#!*)"#(!*)"0#!*)"0#(!*!—0##— 第三篇水利水电工程常见地质问题边坡高度土体结合密实程度!"#$"#%&#$&#%’#$中等密实的"(#)*+%"(""(""(")&+%"(")+大多数块径,-#.$"(#)+"(#)*+"(#)*+%"("松散多数块径,&+.$"(#)*+"(""("%"(")&+的块径一般!&+.$"(")&+"(")+"(")+%"(")*+注")含土多时，还需按土质边坡进行验算。&)含石多且松散时，可视具体情况挖成折线形坡或台阶形。’)如大块石中含有较多粘性土时，边坡一般为"("%"(")+。表/0/黄土边坡容许坡度角边坡高度年代开挖情况!+$+%"#$"#%"+$次生黄土!-锹挖容易"(#)+#%"(#)*+"(#)*+%"(")##"(")##%"(")&+马兰黄土!’锹挖较容易"(#)’#%"(#)+#"(#)+#%"(#)*+"(#)*+%"(")##离石黄土!&用镐开挖"(#)&#%"(#)’#"(#)’#%"(#)+#"(#)+#%"(#)*+午城黄土!"镐挖困难"(#)"#%"(#)&#"(#)&#%"(#)’#"(#)’#%"(#)+#注本表不适用于新近堆积黄土。表/0*陕西黄土塬边渠道的稳定高边坡值!!坡高1（$）平均坡比$坡高1（$）平均坡比$!!&+%’##)+#%#，/#+"%/##)*+%#)2+!!’"%-##)+#%#)*’/"%*##)2#%#)3+!!-"%+##)+/%#)*+注本表稳定边坡标准是：稳定系数大于")"%")"+。表/02粘性土的允许（不冲刷）平均流速表颗粒成分土的特性（4）孔隙比")&%#)3孔隙比#)3%#)/孔隙比#)/%#)’孔隙比#)’%#)&序容重!"&容重"&%"/)/容重"/)/%&#)-容重&#)-%&")-（567$’）（567$’）（567$’）（567$’）土的名称!#)##+#)##+%#)#+#水流平均深度（$）号（$$）（$$）#)-")#&)#’)##)-")#&)#’)##)-")#&)#’)##)-")#&)#’)#允许不冲刷的平均流速（$78）"粘土’#%+#*#%+#)’+#)-##)-+#)+##)*##)2+#)3+")"#")##")&#")-#")+#")-#")*#")3#&)"#&重砂粘土&#%’#2#%*#’轻、中砂粘土"#%#%2##)’+#)-##)-+#)+##)/+#)2##)3#")###)3+")&#")-#")+#")-#")*#")3#&)"#-黄土#)/##)*##)2##)2+#)2#")##")&#")’#")"#")’#")+#")*#注")表中流速值不可内插，可采用接近值。&)当水深大于’$时，允许流速采用水深’$时的数值。—*+/— 第六章渠道工程地质问题表!"#无粘性土的允许（不冲刷）平均流速序土的颗水流平均深度（$）土层及其特征粒大小%&’(&%)&%*&%+&%!(%号（$$）平均流速（$,-）(粉粒及淤泥夹少量细砂%.%%+/%&%+%&(+/%&)%%&)%/%&*%%&)+/%&’%%&*%/%&’+%&’%/%&++%&’+/%&!+)细砂夹少量中砂%&%+/%&)+%&)%/%&*+%&*%/%&’+%&’%/%&++%&’+/%&!%%&++/%&0%%&!+/%&1%*中、粗砂，以中砂为主%&)+/(&%%%&*+/%&+%%&’+/%&!%%&++/%&0%%&!%/%&0+%&0%/%&1+%&1%/%&#+’粗砂、夹少量小砾石(&%/)&+%&+%/%&!+%&!%/%&0+%&0%/%&1%%&0+/%&#%%&1+/(&%%%&#+/(&)%+小砾石夹少量中砾石)&+/+&%%&!+/%&1%%&0+/%&1+%&1%/(&%%%&#%/(&(%(&%%/(&)%(&)%/(&+%!中砾石夹少量小砾石+&%/(%&%%&1%/%&#%%&1+/(&%+(&%%/(&(+(&(%/(&*%(&)%/(&’+(&+%/(&0+0大砾石夹少量中小砾石(%&%/(+&%%&#%/(&(%(&%+/(&)%(&(+/(&*+(&*%/(&+%(&’+/(&!+(&0+/)&%%1大砾石夹较多的小卵石(+&%/)+&%(&(%/(&)+(&)%/(&’+(&*+/(&!+(&+%/(&1+(&!+/)&%%)&%%/)&*%#小卵石夹少量砾石)+&%/’%&%(&)+/(&+%(&’+/(&1+(&!+/)&(%(&1+/)&*%)&%%/)&’+)&*%/)&0%(%中卵石夹少量大卵石’%&%/0+&%(&+%/)&%%(&1+/)&’%)&(%/)&0+)&*%/*&(%)&’+/*&*%)&0%/*&!%大卵石夹少量中、小卵石及((0+&%/(%%)&%%/)&’+)&’%/)&1%)&0+/*&)%*&(%/*&+%*&*%/*&1%*&!%/’&)%砾石大卵石夹有中、小卵石及极()(%%/(+%)&’+/*&%%)&1%/*&*+*&)%/*&0+*&+%/’&(%*&1%/’&’%’&)%/’&+%少量的漂石大卵石夹有漂石及中、小卵(*(+%/)%%*&%%/*&+%*&*+/*&1%*&0+/’&*%’&(%/’&!+’&’%/+&%%’&+%/+&’%石(’粒径较小的小漂石夹卵石)%%/*%%*&+%/*&1+*&1%/’&*+’&*%/’&0%’&!+/’&#%+&%%/+&+%+&’%/+&#%(+粒径较大的小漂石夹卵石*%%/’%%’&*+/’&0+’&0%/’&#+’&#%/+&*%+&+%/+&!%+&#%/!&%%(!中、大漂石!’%%/+%%’&#+/+&*++&*%/+&+%+&!%/!&%%!&%%/!&)%注表中流速值不可内插，可采用接近值。)&无粘性土边坡稳定的力学计算砂类土土坡稳定性取决于坡面上颗粒的稳定条件。在干燥条件下，如土坡坡角为!，坡面上土体容重"可分解为平行坡面的力!和垂直坡面的力"（图!"0）。根据图!"0可列出力!、"的计算式：!2"-34!"2"56-!!是使颗粒向下滑动的力，由"引起的摩擦阻力"78#（#为土的时摩擦角），为阻止颗粒滑动的力。则土坡的稳定系数#为抗滑力"78#78##222（!"1）滑动力!78!可见，当边坡抗滑力和滑动力相等（#2(）时，边坡处于极限平衡状态，这时无粘性土的坡角等于土的内摩擦角。如果边坡坡角大于土的内摩擦角，则边坡不稳定。无粘性土的内摩擦角值与粒度成分和紧密度有关，颗粒越粗或越紧密则其内摩擦角越大。一般碎石类土的角为*+$/’+$，粗、中砂的角为*’$/’%$，而细砂和粉砂的角只在*%$左右!!!—0+0— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#砂土斜坡重力的分解图!"$渠水从边坡流出对边坡稳定影响或更小。若渠道边坡下部为水浸湿，并有渗水逸出时（图!"$），由于水的浮力作用，土的容重!应改用浮容重!!代替；又由于渗透水流作用产生动水压力，单位土体上动水压力"动%!#$，动水压力方向即渗透水流方向，图!"$条件下与滑动方向近似一致；取水力坡降近似值为%!&’(!，故此时边坡稳定系数&为!!)*&!+,"#!+,"!!+,"&%%·%·（!".）#!&’(!-#$&’(!!!-!$+,!!’+,!式中!!———砂土浮容重；!$———水容重；(’———砂土饱和容重；———砂土水下内摩擦角；"#———砂土浸水状态下坡角。可以看出，无粘性土浸水状态下的稳定坡角是：有水渗流时其坡角小于土的水下内摩擦角，无水渗流时与水下内摩擦角相等。/0粘性土边坡稳定的力学计算和图表法粘性土同砂类土不同，有粘聚力，故计算公式也不同。（1）圆弧法陕西省水电设计院结合宝鸡峡工程做了大量工作后，认为采用“圆弧法”作为塬边渠道高边坡稳定性分析较为适合，并做了大量的演算和简化工作，既适用于坡顶为水平的简单土坡，也可用于坡顶为不同坡比的自然斜坡。圆弧法的计算原理，是假定滑动面为圆柱形，且通过斜坡的坡脚，土体滑动类似刚体转动，如图!".所示。先假定一个滑动面，其圆心为)。滑动土体对圆心)点的抗滑力矩和滑动力矩之比值，称为滑动土体的稳定系数&，通过试算找出最危险的滑动圆和相应的稳定系数，即可判断斜坡的稳定程度。一般要求稳定系数&%1023104。宝鸡峡引渭—#4$— 第六章渠道工程地质问题灌溉工程!值确定为!"!#$!"%&。圆弧法的计算步骤如下：图’()圆弧法的力系分析图)’’!）假定一个滑弧"#，并将滑动土体"$#分成几个等宽宽度(%&常取$)的铅直!&%&土条（图’()）。%）计算每一土条的重量(&，其公式为(&*!%&)&式中!———土的天然容重，+,-.，；%&———土条宽度，.；)&———土条平均高度，.。/）求每一土条的滑动力和抗滑力。将各土条(&分解为通过滑动圆心的法向力*&及切于滑弧的切向力+,&，则+&*(&012!&*&*(&340!&式中"&———各土条滑动面与水平面的夹角。因此滑动力*+（&+&方向与滑动方向一致为正值，方向相反则取负值）；抗滑力**&56"7-.（&.&———土条滑弧段长）。8）计算滑动土体"$#对滑动圆心/的滑动力矩和抗滑力矩。110滑*!’+&*’!+&!!110抗*!（*&56"7-.&）’*（56"!*&7-.）’!!式中1———土条数；.———滑弧总长。#）求滑动土体"$#的稳定系数!。11056"·!*&7-.）’56"·!*&7-.抗!!!**1*1（’(!&）0滑’!+&!+&!!—9#)— 第三篇水利水电工程常见地质问题!）最危险滑动圆心的确定。根据对宝鸡峡工程进行大量验算资料统计，当坡顶坡比为"#"$"#%时，其最危险滑动圆心，是在与坡顶水平面夹角（）成&&!$&’!的辅助线上，!且变化在各辅助线上的"&、"(范围内（图!)"*）。图!)"*圆弧法的最危险滑动圆心位置陕西黄土塬边渠道边坡开挖线以上的自然斜坡大多数为"#"+,，以此求得最危险滑动圆心绝大多数是位于&,!线的"(点，即#"-（*+’,.*+/$）%（!)""）(式中#"———最危险滑动圆心至坡顶点的距离；($———开挖边坡的平均坡比（$-012!，!为开挖坡顶至坡脚连线与水平线的夹角）；3———开挖边坡的坡高。但极个别的最危险滑动圆心也有位于4&点的，若欲精确计算，可在4&、4(点之间多求几点，取稳定系数5最小的点，作为最危险滑动圆心。对于坡顶为其他坡比的自然斜坡，可在各相应辅助线上的4&、4(范围内寻找（坡顶为水严时，即坡比为"#%的辅助线是；自然斜坡坡比为"#"的辅助线为），以试算法多求几点，找出稳定系数5为"-&’6"-&&6最小值的点，即为最危险滑动圆心。在非黄土地区，有人认为坡顶为水平时，最危险滑动圆心在，的辅助线上。工作中渠道边坡计算，往往是大量的，初期可在几个辅助线"-(!6上试算，找出规律后，即可采用一个辅助线了。对一般的少量计算，当坡顶为水平时，黄土取，非黄土可取的辅助线试算即可。"-&’6"-(!67）张力裂隙的考虑。对于黄土边坡，开挖后在斜坡顶部边界将出现张力裂隙，它相当以前各章谈到的拉裂面，不能计入滑动面以内。张力裂隙的深度8，可用处于极限平衡的最大直立高度公式确定。&08-·12/,6.($)（!)"&）#&式中#、、0均应取坡顶土层的饱和指标值。$【例!)&】宝鸡峡工程杜家塬边渠道，开挖线以上的自然斜坡坡比为"#"+,，开挖渠道的边坡高度%-/"+,9，平均坡比，$-*+/:，坡型如图!)""所示。坡顶黄土层的饱和指标：#(，&(，饱和-&*+,;<=9饱和-&:;>?，$饱和-&(+76；开挖渠道黄土层的#-"’+:;<=9$-—7!*— 第六章渠道工程地质问题!"#$%，&’"(#)*+,。求设计边坡的稳定系数-值。解.）求最危险滑动圆心位置：根据式（/0..）计算!1’（3#4)53#$"）#0（3#4)53#$63#$(）6$.#)’$2#/2由边坡开口线$点，向外作的辅助线$%，以$为起点在78线上截$2#/9的!’!)%交点&2，即为最危险滑动圆心（图/0..）。)!）画出最危险滑动圆弧：以&2点为圆心，以&2’为半径画圆弧’(，再根据式（/0.!）求张力裂隙的最大直立高度为!*!6!(!2#"%)’·:;$)%5(")’·:;$)%5()’$#2!!!3#)!)在’(上截取+,’$#29，则’,+即为该黄土边坡土体的滑动面。2）求稳定系数-：将土体’,+.$划分成若干条，如图/0..所示，分别计算出各土条在滑弧上的滑动力和抗滑力，见表/0.3所列。再根据式（/0.3）求出稳定系数-’.#3$。图/0..圆弧法稳定性分析举例（!）圆弧图表法对于坡顶为水平的简单均质土坡，可根据“圆弧法”的原理，简化成图表，大大减轻了计算工作量。但由于制表时作了一些简化，故精度较圆弧法要差，可用于勘测阶段初步评价土坡的稳定性。圆弧图表法是以坡角"为横坐标，以系数/*(/’，即与粘聚力*、容重!和坡高#有关为纵坐标，绘制成不同坡角)"和不同内摩!#擦角与系数/的关系曲线（图/0.!），据此可求极限坡角和坡高。#—"/.— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"#$圆弧法边坡稳定分析计算表土条)*+!$".&"."面积重量!"!",-)!"%")*+!"%",-)!"备注编号()（%&）（#$’(）#（#$’(）（#$’&）#/0$#10&&$0$$01#/$023430&#&05$&!05$013#$023$20$&3021#20$1502&105$01/1$02&4#10311013&!0$320#&505$03$5$02#5#202330251#0$540!&/05$031/$0422&3045#0#!120$/10/&205$03!4$04411305!50#(.!304/)(.5#50//330$410&1#05$05$$$04!!3#0!/&0#*.$05&4320$2&0!1105$051&$043/3201/403!&"*6)(+.2510$#$$0$1505$05!1$04&!5!014&0!!$"##447$05&65#50/#$540$#$20!1/05$0525$04$3!50&440#.#$44###5$0$&41053#0$$0!5#$0/52#43052&.#0$3#Ŋ$&/&0$3!0$$0/1$$0!4ॣ#4501#1#1#0$&340$5#0$$04$2$0544&$$04#3502#34/05#!5035!0$$0442$0352#3/0$/502#5&&0$3#0!5204$0232$01#51205#10#!$".#$44!$".##44图表是按稳定系数+.#的极限平衡条件编制的。如果要求土坡有一定的稳定系数+，则可将土的内摩擦角!和粘聚力)除以+值作为计算指标，求得的,及"即为稳定坡高及坡角，其公式为!计算值.!+))计算值.+下面举例说明图表用法和用途。【例!"1】已知某一简单土质边坡的，).#4’89，".#203’(:%1；求坡高!.#4-,#$%，稳定系数+.#0&的稳定坡角。#4;解#计算值..#5;#0)计算值..#5#0&把)计算值及,代入下式（&式）得—/!&— 第六章渠道工程地质问题图!"#$圆弧图表法!%!%"关系曲线"#’!&&&,),--###()*+#,按!&,),--和，从图!"#$查得!&*$$，即为所求的稳定坡角。"&#’$【例!"*】已知土的性质同上题，欲修筑一坡角!&.,$的土坡，要求稳定系数%&#)$，求此土坡的稳定坡高。解由上题已得"计算值&#)’，"计算值&#’$按!&.,$，"&#’$从图!"#$查得!&,),*/，代入!公式计算得"#’#’#&&&#!#()*+,),*/,)(.&#!)#故稳定坡高为#!)#米。（.）摩擦圆图表法土坡的滑动面位置，因土的强度、坡角大小和地下硬层的埋藏深度不同，会出现如图!"#.所示的坡脚圆（滑动圆心位于坡脚的铅直线上）、中点圆（滑动圆心位于坡面中点的铅直线上）和坡面圆。研究指出，当土的内摩擦角时，滑弧为"0.$坡脚圆；当土的值很小，可视为零时，则滑弧的位置随坡角的大小及硬层埋藏深度不"$同，可能为三种滑动面中的一种；而当硬层埋藏很浅时，则滑弧将为坡面圆。根据摩擦圆法原理将分析结果列于图!"#*、表!"##中，同时利用图!"#’这三张图、表，可确定稳定坡的坡角、稳定坡高和滑弧位置。图!"#*是以!&&##为纵坐标，以坡角!为横坐标，图中实线和阴影密线部分表示"滑弧为坡脚圆、点线为中点圆、虚线为坡面圆，’(、’)的意义，如图右下角小图所示。—-!.— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#$简单土坡的三种滑动面位置（!）坡脚圆；（"）中点圆；（#）坡面圆图!"#%摩擦圆图表法$%&!&"关系曲线#—滑弧为坡脚圆；’—滑弧为中点圆；$—滑弧为坡面圆在的土中，当!*+$&时，滑弧为坡脚圆，滑弧的位置可从图!"#+!或表!"##"()—,!%— 第六章渠道工程地质问题中查取!与"值加以确定。当#!"#!且滑弧为中点圆并与坡顶以下"#$深处的硬层相切时，滑弧的位置可从图$%&"%中按已知"#及#值查出"&而加以确定。图表的用法和用途举例说明如下。表$%&&滑弧产状数据表#$!"""%$&#（!）（!）（!）（!）’()*+$&"+&——#+,#""(&)——)+&,&("#&#+"——)+"’’(&""$&#——"+(#-(",&-——"+("-"$(&&——$+(-()&+,-"+’——)+"$")"-"——"+&#&()*+"-#+"——"+*,*"&""(-#——$+",-("#--——*+)$-""$--——,+""(#"+##"+)——"+-)"#,+"#)+"——$+&*&()&##——*+-"$(&"))#&+"——,+$--()$+"#(+-——&(+#-""(#(——&-+*(（-,+-）（))+*）—（&+($-）（"+,#）"#&+-)-+&—&+(-$&+#"&(#)#’+*—&+(($’+#$)"&"#$+&#*+-—&+((&&-+(-(#,#)+"——&$+&-")(#&——--+*—*$"— 第三篇水利水电工程常见地质问题!"#$""%%#$（!）（!）（!）（!）&"（#"）（$!%&）—（’%!"’）（(%&’）{（#!）（&)）—（’%’(’）（*’"*）$#"$!"’#*’%!!#*%"*!"’"#$&&—’%"*#’!%!’$#+!*—’%"!)#’%+#"#)!’—’%""!&"%"#$#*#$——’’%"（’"%(）（("%+）—#%’’+（(%)*）{（’#%$）（&+）—（’%$&*）（’&%+）$’$’’&+%$"%$$’%(**’&%!{（’&）（!&）—（’%###）（&!%$）’"’&!&"%"&’%###&!%$注表中括弧内的数字相当于通过坡角的滑弧，而实际上还有通过坡脚下方更危险的滑弧。【例(,$】某简单土坡的坡高%-$.，考虑土坡稳定系数后，采用土的内摩擦角!!。试确定土坡的稳定坡角及滑弧位置。-’$/，&-’"%$012，"-’)034.%%’%)5$解()---)%(&’%"$按"-’$!、($-)%(，从图(,’&中查得稳定坡角!-("!，又因()和"交点是落在实线位置，故知滑弧为坡脚圆。坡脚圆的位置，可按及!-("!，从表(,’’中查得、$-!’%$!，即可按图"-’$!#-&&!(,’$*所示确定。【例$,(】某高塑性粘土简单土坡高(.，在坡脚下&.处有一硬土层，考虑土坡的稳定系数后，采用，&-’$012，"-’)034.!。试确定土坡的稳定坡角及滑弧位置。!-"%6+(6&解"$---’%(+（"$含义见图(,’&）%(%%’)5(()---+%#&’$从图(,’&中，按()-+%#、"$-’%(+，查得稳定坡角!-’$!，又从()与"$交点是落在点线位置，故知滑弧为中点圆。滑弧的位置，可按"$-’%(+及!-’$!，利用图(,’$,查得"#-"%’。根据"$、"#值，又知滑弧为中点圆（圆心必位于坡面中点的铅直线上），按图(,’&右下角小图所示，故滑弧可确定。【例(,+】某高塑性粘土，经考虑土坡的稳定系数后，采用，&-’#012，"-"-"!。欲修筑一坡角#-!"/的土坡，并知在坡脚处有一硬土层（即"’+%*034.$-’），求土坡的稳定坡高及滑弧位置。—+((— 第六章渠道工程地质问题图!"#$滑弧位置确定图（!）坡脚圆滑弧位置确定；（"）中点圆滑弧位置确定解已知!%&’#、$%%#，从图!"#(查得&’%)*($，又因!和$%交点落在虚线位置，故得滑弧为坡面圆。然后由&’公式即得稳定坡高&’))*($+#,(%%%$"#)*-滑弧位置可参照图表大致粗略确定。摩擦圆图表法一般也只能用于简单土坡，但对形状较为复杂或土质不均匀的土坡，也可用这一图表法来选择土坡的试算滑动面位置。图!"#!折线滑动面法示意图（(）折线滑动面法当土坡沿硬层面滑动时，其滑动面常呈折线。在分析土坡稳定性时，可采用分段法计算，即沿折线的转折处进行分条，如图!"#!所示，然后从上而下逐段计算下滑力。折线滑动面法的计算公式为*$%+,$./0!$",$12.!$-$")$.$3*$"##（!"#&）#%12.（!/"#"!$）"./0（!$"#"!$）-$式中*$、*$"#———第$块、第$"#块滑体沿滑面的剩余下滑力，4567；,$———第$块滑体的重量，4567；———传递系数；"—)!)— 第三篇水利水电工程常见地质问题!!、!!!"———第!块、第!!"块滑体的滑面与水平面的夹角；"!———第!块滑体沿滑面的摩擦系数，"!#$%!!；其他符号代表意义同前。按上式逐块推算下滑力，当最后一块滑体的剩余下滑力，等于零或为负值时，滑坡稳定；为正值时，不稳定。一般可采取稳定系数##"&"’("&)*。（*）改良圆弧法当离坡底不深处有软弱夹层时，滑动面将不是一个连续的圆弧，而是有一部分通过软弱土层，如图+!",所示。这时土坡的稳定性计算可通过如下方法进行。图+!",改良圆弧法（$）滑弧位置图，（%）土条力的分解图假定&’()为滑动面，其中&’与()均为圆柱面，而’(为通过软弱土层的平面，并假定滑动土体内&’’*土块产生的滑动力为+（为主动土压力），$(*()土块产生的抗滑力为+（为被动土压力），,+$及+,的作用方向均假定为水平，由’*’((*土块自重在软弱土层中引起的水平摩阻力（抗滑力）为-，则土坡的稳定系数可用式（+!"-）计算。+,.-##（+!"-）+$-#.$%!./0式中.———土块’’*(*(的自重；/、"———分别为软弱土的粘聚力及内摩擦角；0———’(段的长度。+$的求法，可将土块&’’*划分为多个铅直土条，用图+!",（%）的力多边形求出各分条的滑动力+，然后将+综合而得+$。+,也可用同样方法求得。最危险滑动面的位置需用试算法确定。计算时假定一个’点，选用多个(点，过这些(点各作多个圆弧，算出相应于各圆弧的+,.-值，并绘出+,.-与(点位置关系曲线（图+!",$），相应于+,.-最小值的一点(，即为最危险滑动面的一点（应该指出，若’点有所改变，对各个选用的(点来说，将会增减相同的#-值，但实践证明最危险滑动面(点的位置不变），并算出+,值。确定(点之后，再选用多个’点，按上述类似步骤，确定相应于#为最小值的’点。(、’两点既定，则土坡稳定系数可求出。—,+/— 第六章渠道工程地质问题图!"#$有渗流通过时的稳定性分析（!）有渗流通过土坡时的稳定计算用圆弧法计算有渗流作用的土坡（图!"#$）稳定性时，各分条土体的重量，在浸润线以下应取浮容重，同时、!值亦取水下值。!作用于滑动土体的总动水压力可按式（!"#%）确定。!"&"#$%（!"#%）式中!"———总动水压力，’()*；+；"#———水的容重，’()*$———平均水力坡降，可近似取&’线的斜率；,。%———浸润线以下滑动土体的面积，*总动水压力作用线，假定通过面积-的形心，并平行&’，与滑动圆心(之距离为)，则其产生的滑动力矩为!")，加入式（!"#.）之分母中，得土坡稳定系数*的公式为+/0!!,$1!-#*&（!"#!）+)!.$1!"·#/第四节渡槽工程地质问题渠道跨沟（谷）方式很多，主要有填方土渡槽、砌石渡槽，其次是渡槽桥。少数情况下还采用空心坝、倒虹吸等方式跨越沟谷。一、渡槽跨沟（谷）工程类型渠道的填方过沟工程叫土渡槽，即跨沟筑坝（坝下设过洪涵管或涵洞），水顺坝顶槽中流动。我国西北地区，群众把土渡槽与水库工程结合起来；沟中筑坝成库，坝顶修渠过水，土坝兼有渠道渡槽和拦河工程的性质，叫做“渠库结合工程”。用这种工程过沟，不仅可因地制宜，就地取材，而且技术简单，易为群众所掌握。渡槽桥也称渡槽，包括上部的槽箱（过水的）和支撑槽箱的槽墩。槽箱的全部重量均通过槽墩基础传递到地基。有的山区渡槽兼起交通桥作用。渡槽土方量不多，占地不大，—3!2— 第三篇水利水电工程常见地质问题在谷深、土少和穿过交通线时，这种方式跨沟是合适的。二、渡槽主要的工程地质问题（!）地基稳定槽墩基础支撑了整个渡槽重量，要求地基不致有过大的压密变形和滑动。一般岩质地基较好，有溶洞、软弱夹层、剧烈破碎带和风化带应处理。一般土质地基只需夯实达到一定深度要求即可，但遇流砂、软粘土、饱水淤泥、湿陷性黄土，则需采取措施。岩土承载力数值可参看有关经验表（岩石在第九章，土层在第五章）。（"）岸坡稳定要注意沟谷两岸是否稳定，有否可能滑动、崩塌的岩土体。（#）不良地质隐患沟谷中泉水、洞穴（包括古墓、砖窑、溶洞等），对地基和边坡稳定有否影响，应查清。（$）基础深度工程设计上，应注意基础必须有一定深度，以免洪水冲刷和冻结影响。陕西漆水河渡槽，长"%&’，最高处#%’，槽箱设计流量$%’#()，每距*+,’即有一槽墩。遇到的主要地质问题是：!施工时地基中发现三个墓坑和一个旧砖窑，采用大开挖回填素土处理；"黄土湿陷性，处理办法：采用较小基底压力（基础底面积为"-&’."-&’）为!*%/01，作!’厚人工灰土地基，其下设!,根长$’、直径!*2’（用洛阳铲打孔）的混凝土桩，注意了施工质量，渡槽迄今运用良好。土渡槽工程地质要求基本同上，同时对土渡槽的填方夯实（影响坝身沉陷）、渠槽渗水（影响坝身土体稳定）和必须埋设涵管（以利沟谷洪水畅通）等问题应特别重视。宝鸡峡引渭灌溉工程，渠道干线长3&/’，跨越较大沟谷!*#条，有!$&条用填方土渡槽通过。在工程布置上，填方下设涵管、涵洞，施工上注意查找地质隐患，彻底清基，注意岸坡接茬处理，严格控制夯实填土，工程质量一般很好。当地群众认为在黄土地区修渠道，遇沟填土是个好办法。综上可知，渠道工程地质是比较特殊的。渠道线路长，穿越的地貌、岩性类型多，故选线时宜于分段（分区）查清和评价。工程地质分段（分区），最好先根据地貌划分出渠道线路类型。例如平原线、谷坡线等；然后根据地层岩性、地质结构结合物理地质现象进一步划分段。例如斜坡型，平地型；均质的，双层的，多层的土坡；对斜坡型还可分滑坡发育地段，完整地段等。渠道通过地震区，不利的地质因素可能增加，故工程地质分段中应加进地震因素。线路选定以后，应分段（分区）作出工程地质评价，有的评价通过地面踏勘即可进行；有的则需通过一定数量的勘探、试验和计算分析以后才能作出。工程地质评价应针对渠道稳定、漏水、浸没等问题，还包括局部地段线路的更改、边坡开挖方式和稳定坡角确定，以及防冲、防漏、边坡加固等措施。—44%— 第七章水闸工程地质问题第七章水闸工程地质问题水闸有修在岩基上，也有修在土基上的。本章只介绍修在土基上的水闸工程地质一般问题。第一节概述水闸是一种水头较低的挡水、泄水建筑物，主要靠闸门挡水。一、闸的分类和结构闸按其用途分：有节制闸、进水闸、分洪闸、挡潮闸和排水闸等。!"闸的类型及作用节制闸是用来拦断河道，抬高上游水位，有时也能起一定的调节流量的作用，其上游可以引水灌溉或向城市供水；挡潮闸是修建在河流入海地段，用来防止海水倒灌，退潮时打开闸门泄水，可以提高河道的排水能力，以防止内涝；节制闸和挡潮闸枢纽中常常要修建船闸，便于内河和海上船只通航；分洪闸是修在河道的一侧，洪水时打开闸门可以把一部分洪水泄入其他河道或低洼地区（分洪区），以减少洪水对下游的威胁；进水闸是修建在渠道的渠首，用来控制引水流量；排水闸修建在渠道的末端，用于开闸门排水或闭闸门防止河水倒灌。#"闸的结构及组成水闸工程，从结构上看：有闸室、进水段、消能设备和一些连接建筑物（图$%!）。闸室是水闸工程的主体部分，由底板、闸门和闸墩组成。闸墩上设有工作桥和交通桥，有时还设有胸墙以减少闸门的高度。闸的进水段包括进水渠、防冲槽、上游防冲段及防渗设备等。防渗设备有铺盖及板桩等，其作用是增长渗径，消除渗透水流产生的有害作用。消能设备包括护坦，护坦上的辅助消能工程有海漫和防冲槽等，它们的作用是保护河床免受过闸水流冲刷破坏。边墩、翼墙是水闸与河岸或其他建筑相连接的建筑物，它们的作用是挡土和防止水流渗透。—$$!— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#水闸组成部分示意图（$）立体图；（%）纵剖面图；（&）平面图#"闸底板，’"闸墩；("闸墙（边墩）；)"闸门；*"交通桥；+"工作桥；!"上游翼墙；,"铺盖；-"上游护坡；#."下游翼墙；##"护坦（消力池）；#’"海漫；#("下游护坡；#)"齿墙二、闸基主要工程地质问题由于水闸水头低，过闸流量大，需要作防冲保护。一般地说，水闸作用于地基上的单位荷重比较小（闸底板压力一般小于#../0$，边墩荷重较大，但也很少超过’../0$）。由于水闸工程多修筑在河流的中、下游及湖、海松散沉积物上，经常会遇到淤泥、饱和软粘土以及疏松的粉、细砂层，因而可能出现以下情况。#）由于土层压缩性大，在水闸荷重作用下，软土层将发生压密变形，引起闸基的沉降或不均匀沉降，当这种沉降超过允许范围时，会产生闸底板开裂、闸身歪斜、闸门不能启闭等现象。’）由于软土层强度低，在水闸荷重作用下，地基土将发生滑动破坏，从而毁坏上部的。结构物。(）疏松的粉砂、细砂地基受震时（如地震），有发生“液化”的可能性；由于砂、土互层而出现浅部承压水对基坑开挖的影响；以及北方闸基的冻害问题，等等。本章将着重研究闸基的压密变形（闸基沉降）与稳定问题。—!!’— 第七章水闸工程地质问题第二节闸基沉降问题一、闸基沉降分析通常讲的“闸基沉降”是指地基在上部建筑荷重作用下发生的压密变形。地基压密变形的主要矛盾是：上部荷重在土中引起的附加应力与土的压缩性之间的矛盾。!"附加应力的形成与地基的压密变形地基中附加应力，是指由于建筑物荷重通过基础传递到地基中所增加的应力。建筑物荷重的传递过程，可用以下简单的模型加以说明：图#$%上，建筑物荷重&通过基础底面传递到地基表面的土粒上，而又通过各土粒接触点向下传递。随着深度的增加，传递的面积也越大，而作用在单位面积上的附加压力（即铅直向附加应力）越小（图#$%），这和自重压力随深度而增加的规律正好相反（图#$’）。就同一深度来看，附加压力在中间最大，两旁最小（图#$%）。由于附加压力，土必然要被压密。又由于附加压力随深度减小，土压密必限于一定深度范围内。土的压密变形实质就是土粒互相靠拢，使孔隙体积变小的结果。推动土粒移动的动力是附加压力，附加压力越大，土压密变形也越大；抵抗土粒互相靠拢的阻力，就是土的联结和密度。联结强度越高，孔隙度越小，土的压缩性越小。对于粘性土来说，扰动的比原状的、湿度高的比干燥的联结强度小，易于压密；孔隙度大的比多次加荷压实过的压缩性要大得多。饱水软粘土和饱水淤泥常具有联结强度小，孔隙度大的特点，是一种高压缩性土。砂土在饱水条件下联结力极小，其压缩性主要与粒径和密度有关。一般是细砂比粗砂、松砂比密砂压缩性大。饱水砂土，特别是粉砂、细砂在振动作用下易压密变形，施工中常利用这个特性，采用振动法压实砂层，效果较好。%"有效压力与土的固结地基的变形并不是上部建筑荷重加上后马上就能完成，而是要有个时间过程，由于地基土质不同，这个过程长短是不一样的。对于压缩性大，渗透性小的饱水软粘土或淤泥，变形过程很长。如我国苏北有些闸已修筑十几年至今还在沉降。而砂砾地基上的闸，施工结束后，沉降也基本完成。因而研究地基压密变形速度，对于控制软基的加荷速度和估计预压时间有实际意义。在建筑物荷重作用下，地基中各点产生附加压力，而每一点附加压力!(都是由两种不同形态的压力所组成："有效压力（!"），即由土颗粒接触点所承担的附加压力（也称粒间压力），它直接引起土的压密变形；#孔隙水压力（!#）即由孔隙水（自由水）所承担的附加压力，它不能直接引起土的压密变形。附加压力为!")!"*!#（#$!）这两种压力在土的压缩过程中是相互转化的，它们的转化过程，也就是土的压密过程，或称固结过程，可用图#$+表示。—##’— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#应力扩散现象示意图图!"$附加压力和自重压力随深度变化示意图；#"自重压力!’%"附加压力!&&图!"(系一可压缩的饱和粘性土，其上下均为透水层，假设附加压!!是均布的，且不随深度变化。在土层中插一系列的测压管，观察土固结过程中水位变化情况。在未加荷之前，各深度土孔隙中的压力为静水压力，测压管中所表示的水头跟地下水位齐平。在附加压力!!刚加上的瞬间，由于孔隙中的水尚未被挤出，此时附加压力!!全部由孔隙水承担，即!!)""。在各测压管中的反映是：水位均上升至#)’处，产生的超静水压力即孔隙水压力值。随后，孔隙水在超静水压力作用下流向砂层，测压管中水位逐渐下降，如#)#%、#)##。等曲线所示（因土层的上部和下部邻近透水层，排水比中间快，所以中间孔隙水压力最大，而上下部较小），在这个过程中，孔隙水压力逐渐减小，有效压力则不断增大（即!!)"!*""中"!!增大，""!减小）。土层逐渐压缩。最后孔隙水压—!!(— 第七章水闸工程地质问题力完全消失，附加压力完全成为有效压力，即!!!"!，固结过程结束。从以上讨论可知，土的固结过程是孔隙水压力的消失与有效压力增长的过程，这一过程所需的时间就是地基压密变形达到稳定的时间。显而易见，粘性土的渗透性越小，土层的厚度越大，则孔隙水流出越困难，固结时间就越长；双面透水（即粘性土层上下都有透水炽层）比单面透水快；闸基中透水层分布在粘性土层上部要比分布在下部有利于水的排出，因而加快固结过程。实际工作中，常于地基土层中设一些排水砂并，就是为了疏导孔隙水，加速土的固结。还应指出，对于一些高塑性的软粘土，其固结时间不仅仅取决于孔隙水压力消散的时间，而且与土颗粒移动所需时间（次固结问题）有关。二、地基应力的计算地基中的应力有：!自重应力；"建筑物荷重经由基础底面传到地基中的附加应力。应该注意，所谓“应力”图"#$地基土固结过程示意图是指单位面积上的力，附加应力也不%#粘土层（固结层）；&#砂土层（排水层）；例外。因此，并不是建筑物荷重越大，’#地下水面线；$#测压管地基中的附加应力就一定越大，还得考虑传递荷载的接触面，即基础底面大小及基础埋置深度和其他条件。所以计算时，就得按建筑物荷重!基础底面应力（又称基底应力或接触应力）!地基附加应力等步骤进行。地基中某点的自重应力和附加应力之和，即该点的总应力。下面顺序介绍自重应力、基底应力和附加应力的计算方法。%(土的自重应力在地面下任一点土的铅直向自重压应力（简称自重压力，以#)表示），就是该点以上*土柱重量，其计算公式为#)!!!""$%$（"#&）%式中#)———土的自重压力，+,-；*#———从地面起至所要计算深度处之间，按不同容重划分的土层数；’；"$———第.层土的容重，+/01%$———第.层土的厚度，1。对于在地下水位以下的土层，一般应考虑水对土的减重作用，即采用土的水下容重计算。土的水下容量"&等于土的饱和容重"’减去水的容重"#，其公式为"&!"’#"#!"’#%该点的水平向压应力，通常称为土的侧压力!)。其大小等于该点的自重压力与土的(侧压力系数之乘积，其公式为$—""2— 第三篇水利水电工程常见地质问题!""!!（#$%）!!"式中!!———土的侧压力，&’(；!———土的侧压力系数。"土越坚硬，侧压力系数值越小，一般砂土为!)%%*!)+%，壤土为!)+,*!)-,，塑性粘土为!)./*!)01，硬粘土为!)1-*!)+%。【例#$/】图#$-为一土层的剖面，求解：!离地面02深处土的自重压力；"绘出土层自重压力分布图。解/）在02以上，按土的容重不同可分为四层，则02深处土的自重压力即为以上四层土柱重量。!"0"##4##4##4###3//11%%++"（/0)151）4（/,)!5/）4（1/)!$/!）5%4（1!)1$/!）51"%.)+4/,)!4%%)!41!)+"/!0)01）作自重压力分布图：可将各不同容重分界面上的自重压力求出。!#3!"!!#3/"15/0)1"%.)+!#31"%.)+4/,)!5/"--)+!#3%"--)+4（1/)!$/!）5%"00)+!#3+"00)+4（1!)1$/!）51"/!0)0按一定比例在各相应点的水平位置上绘出自重压力大小，其间用直线连接。土的自重压力分布，如图#$-所示。图#$-土的自重压力分布示意图对于年代较老的土层，由于存在历史已很久，由土的自重压力引起的变形早已趋于稳定，因此，一般在自重压力下不会再引起地基压密变形；但对一些近代沉积的土层，如我国沿海的近代沉积土，在其自重压力下固结尚未完成，预计闸基沉降时应考虑自重应力的作用。对一些人工填土地基也应如此。1)基础底面应力（接触应力）下面介绍基底面为矩形和长条形（即长"宽!/!）的基础，受中心荷载（指荷重作用在基础中心轴线）和偏心荷载（荷重合力作用于基础中心轴线的一侧）以及斜向荷载的基底应力简化计算。计算时把基底应力当成直线分布，如图#$.所示，即按简单受压情况处理。实践证明，这种简化结果是可以满足工程精度要求的。（/）中心荷载下基底应力计算此时，基底压应力’（简称基底压力）为均匀分布（图#$.(），其计算公式为%$"（#$+）&—##.— 第七章水闸工程地质问题式中!———基底压力，’($"———作用于基底的总荷重，’)；#———基底面积，*+。若为长条形基础，可取垂直长轴的单宽剖面进行计算。（+）偏心荷载下基底应力计算基底压力可近似认为按直线变化，其计算公式为"#$!大,（-.）小#%（!"/）图!"#简化计算的基底压力分布式中!大———分别为最大和最小（$）中心荷载；（%）偏心荷载；（&）偏心荷载小的基底压力，’($；%———基底宽度，*；$———偏心距，即荷载作用点离基底中心距离，*。其他符号代表意义同前。%%分析式（!"/）可知，当$0时，基底压力分布图为梯形（图!"#%）；当$,时，基##%底压力分布图为三角形（图!"#&）；当$1时，由式（!"/）得2小值为负值，表示基底有#一部分出现拉力。在工程设计中，一般为前两种情况，对水闸工程，按不均匀沉降的控制%标准，要求$!（%为闸室底板宽度）。+3（4）斜向荷载下基底应力计算当基础承受斜向荷载时，由此而引起的基底应力，除铅直向的压应力户外，还有水平应力!’。对于水工建筑（坝、闸）基底水平应力常可近似看成均匀分布，其计算公式为(!’,（!"#）#式中!’———基底水平应力，’($；(———基底面所受总水平荷重，’)；+。#———基底面积，*（3）基底附加压力由于基础底面往往在地面以下一定深度，在工程修筑之前，这一深度处的土原来受到土的自重压力!)，建筑物建成后，该处受的基底压力为!。由于建筑物修建后对基底所增加的压力（!"!)）称为基底附加压力，其公式为!&,!"!)（!"!）式中!&———基底附加压力，’($。在计算地基中的附加应力时，要用!&而不用!；!———建筑物建成后的基底压力，’($；+；!———土的容重，’)5*—!!!— 第三篇水利水电工程常见地质问题!———基础砌置深度，!。【例"#$】某水闸基础宽"%$&!，长#%’&&!，作用于基底面的垂直荷重$%()&&*+,!，偏心距%%&-’!，水平荷重&%(’&*+,!，土容重!%$&*+,!.，基础砌置深度!%.!，如图"#"所示。绘出基底附加压力及水平应力分布图。图"#"基底附加压力及水平应力分布图#’&&解%%$’，为长条形基础，取(!长分析。"$&(）基底压力：按公式（"#’）计算。$0%’大%（(/）小("()&&01&)’(&.)’%（(/）%$&$&"0-’基底附加压力：按式（"#"）计算(&.-’2.-’’大%#$&1.%小"0-’(0-’$）基底水平应力：按式（"#0）计算。&(’&’*%%%"-’($&.）绘基底附加压力和水平应力分布图：如图"#"所示。.-地基附加应力地基中任一点的应力，并不仅仅是垂直方向的，我们往往用一个极微小的单元六面体上的六个应力分量来表示。图"#)上+点（坐标为,、-、.）的附加应力是用三个正应力分量!,、!-、!.以及三对剪应力分量",-%"-,、"-.%".-、".,%",.来表示。地基中一点只要知道了这六个应力分量（!,、!-、!.、!,-、!-.、!.,），则这一点任意截面上的应力即可求得。应指出，对于地基沉降，最有实际意义的是垂直方向的正应力!.，它直接引起土的压密，故专称它为附加压加!.。目前，地基中附加应力的计算主要是运用弹性理论，经实践的检验，对大部分地基是可用的。为了计算方便，已将各复杂的弹性理论公式制成一系列的表格，不同荷载条件下，地基中任一点的附加应力可通过查表和简单的公式求得。（(）条形荷载作用下地基附加应力计算条形荷载是指建筑物基础长边#与短边"之比，即#/"!(&时的荷载，又可分垂直均布荷载、垂直三角形荷载、水平均布荷载和任意荷载（既有垂直又有水平荷载）四种情况，其计算公式见表"#(所列。公式中各种荷载的—"")— 第七章水闸工程地质问题图!"#地基中一点应力分量（!）地基中"点的位置及采用的坐标；（#）"点所受应力的放大图应力系数列于表!"$、表!"%、表!"&，供查用。表!"’条形荷载作用下地基中附加应力计算公式荷载面荷载基底应力分布示意图计算公式积形状分布式中：垂!$(%$&’&’———基底附加压力，)*+：直均!,(-,*.-/、-,、-/,———应力系数，是,01和/01的函布数，查表!"$。"/,(-/,*.垂式中：直三!/(-/*.大*.大———三角形最大荷载强度，)*+；角形!,(-,*.大-/、-,、-/,———应力系数，查表!"%。"/,(条分-/,*.大布式中：形水平!/(-/*2*2———基底水平应力，)*+；均!,(-,*2-3、-,、-/,———应力系数，查表!"&。布"/,(-3,*2任意荷载可分解为上述三种荷载，分别按上述公式计算或查表。任意荷载—!!4— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"#条形垂直均布荷载的应力系数值&%"’())")(!*")(*)")(#*)())+)(#*+)(*)+)(!*$%,$)())’)())))(*)))(---)(---)(---)(*)))())))()’,&)()).)()#’)(/-/)(-0*)(./.)(-0*)(/-/)()#’,$&")()))’")())’")(0’.")())’)())))())’)(0’.)())’,$)())#)()’’)(/--)(-..)(--!)(-..)(/--)()’’)(’,&)().#)(’.))(/0!)(1.*)(!*#)(1.*)(/0!)(’.),$&")()’’")()/#")(0’*")()0-)())))()0-)(0’*)()/#,$)()’’)()-’)(/-.)(-01)(-!.)(-01)(/-.)()-’)(#,&)(’/!)(#!))(0!1)(/1-)(*0.)(/1-)(0!1)(#!),$&")()0.")(’’1")(0)1")(’)0)())))(’)0)(0)1)(’’1,$)()*1)(’!/)(/.-)(!-!)(..’)(!-!)(/.-)(’!/)(/,&)(#).)(#!/)(#1-)(#’*)(#1))(#’*)(#1-)(#!/,$&")(’)0")(’--")(#!/")(’*-)())))(’*-)(#!/)(’--,$)(’’’)(#/0)(/1.)(1!-)(!*1)(1!-)(/1.)(#/0)(1,&)(#)/)(##’)(’..)(’/0)(’#-)(’/0)(’..)(##’,$&")(’//")(#’#")(#0/")(’/!)())))(’/!)(#0/)(#’#,$)(’**)(#!1)(//))(*.1)(1/#)(*.1)(//))(#!1)(.,&)(’!!)(’1-)(’0))().!)()!))().!)(’0))(’1-,$&")(’*.")(’-!")(’-/")(’#’)())))(’#’)(’-/)(’-!,$)(’.1)(#..)(/)-)(*’’)(*/-)(*’’)(/)-)(#..’(),&)(’/1)(’#!)()-’)()**)()/))()**)()-’)(’#!,$&")(’*!")(’!*")(’*-")()-1)())))()-1)(’*-)(’!*,$)(#)#)(#.!)(0!*)(/*))(/!.)(/*))(0!*)(#.!’(#,&)(’’!)()-1)()1!)()0!)()#1)()0!)()1!)()-1,$&")(’/!")(’*0")(’0’")()!.)())))()!.)(’0’)(’*0,$)(#’))(#!-)(0/.)(/)’)(/#))(/)’)(0/.)(#!-’(/,&)()-/)()!0)()/!)()#1)()’!)()#1)()/!)()!0,$&")(’00")(’0#")(’).")()1’)())))()1’)(’).)(’0#,$)(#)*)(#/#)(#!*)(#-.)(0)1)(#-.)(#!*)(#/##(),&)()/-)()0*)()#))()’))())1)()’))()#))()0*,$&")()-1")().*")()1/")()0/)())))()0/)()1/)().*,$)(’!’)(’.*)(’-.)(#)1)(#).)(#)1)(’-.)(’.*0(),&)()#))()#))()’)")()))")()’))()#),$&")()1)"")()0)")()#))())))()#))()0)"—!.)— 第七章水闸工程地质问题表!"#条形垂直三角形荷载的应力系数值&%"’())")(!*")(*)")(+*)()),)(+*,)(*),)(!*$%-$)())))())))(./!)(!*))(*)))(+./)())#)())))()’-&)())0)()’*)(.0!)(!’1)(.1!)(+./)()+0)())*-$&")()))")())’")(#’#)())/)()’))()’))())*)()))-$)())+)()’))(.01)(!#!)(./1)(+*’)()#+)())+)(’-&)()*.)(’#+)(#+’)(.*+)(#!0)(+##)(’’0)()./-$&")())1")()#.")(+!+)().))()!*)()!1)()..)())1-$)())/)()*))(.#!)(01+)(.1/)(+**)()0’)())/)(+-&)()/!)(’10)(+#))(+*/)(+0/)(+’/)(’.0)()1.-$&")()+1")()/’")(+#’)()’0)(’)1)(’+/)()!*)()+*-$)().#)(’#!)(#!/)(*#.)(..’)(+0#)(’’))()#0)2.-&)(’+1)(’0))(’+!)()//)(’#))(’.1)(’.+)(’’.-$&")()!’")(’#/")(’0!")()+))(’).)(’#1)(’)1)()0)-$)()1))(’!!)(#+1)(.+’)(#!1)(+*1)(’.))()00)20-&)(’’0)(’’+)()!.)().0)()0*)()/0)(’’.)(’)1-$&")()/#")(’#+")(’++")()+*)()!!)(’+#)(’’+)()1)-$)(’)0)(’11)(+1*)(#.#)(#+’)(+.#)(’**)()1/)21-&)()/#)()!!)().0)()+*)()#*)()0+)()1*)()/’-$&")()/0")(’’+")()/)")()+’)()*0)(’)))(’).)()1*-$)(’+’)(’1.)(+*))(+10)(+!*)(++.)(’*/)(’).’2)-&)()!+)()*#)()+/)()’#)()+))().’)()0’)()!.-$&")()1/")()/+")()01")()’!)().))()!/)()/’)()1#-$)(’+0)(’!0)(++’)(+.0)(+#/)(+).)(’*.)(’’’’2+-&)().1)()#1)()+))())/)()’#)()+1)().!)()*1-$&")()1)")()!0")()*#")()’.)()#))()0*)()1’)()!!-$)(’+!)(’0*)(’/1)(+’*)(+’))(’10)(’*’)(’..’2.-&)().+)()+!)()’.)())!)())1)()’/)()##)().*-$&")()!)")()0+")().+")()’))()+#)()*’)()00)()0/-$)(’’*)(’#.)(’.!)(’**)(’*#)(’.#)(’+!)(’)1+2)-&)()’/)()’+)())*)())+)())#)())1)()’*)()++-$&")().0")()#!")()+#")())0)()’+)()+1)().’)().1—!1’— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"#条形水平均布荷载的应力系数值$%"&’(("(’!)"(’)("(’*)(’((+(’*)+(’)(+(’!)$%,-(’(((&(’((&(’.&/(’((&(’((("(’((&"(’.&/"(’((&(’(&,$(’011&’(*#*’0#)(’01!(’((("(’01!"*’0#)"&’(*#,-$"(’((/"(’(*&"(’#1#"(’1.)"(’/#/"(’1.)"(’#1#"(’(*&,-(’(&&(’(#*(’.&)(’(.1(’((("(’(.1"(’.&)"(’(#*(’&,$(’0!!(’1&!&’&)#(’0&/(’((("(’0&/"&’&)#"(’1.!,-$"(’(/*"(’&/("(’#.!"(’0/)"(’!)*"(’0/)"(’#.!"(’&/(,-(’(./(’&&0(’.(0(’&(.(’((("(’&(."(’.(0"(’&&0(’*,$(’0&1(’!)1(’!.&(’#)1(’((("(’#)1"(’!.&"(’!)1,-$"(’&#!"(’*!("(’.!0"(’#01"(’)./"(’#01"(’.!0"(’*!(,-(’&(.(’&11(’*!#(’&)1(’((("(’&)1"(’*!#"(’&11(’#,$(’#0&(’#)0(’.)0(’*&0(’((("(’*&0"(’.)0"(’#)0,-$"(’*(/"(’*!#"(’*01"(’*&)"(’*0("(’*&)"(’*01"(’*!#,-(’&##(’*&*(’*.#(’&#!(’((("(’&#!"(’*.#"(’*&*(’0,$(’.&1(’*!*(’&/1(’&(&(’((("(’&(&"(’&/1"(’*!*,-$"(’*(#"(’**&"(’&//"(’&#."(’&*1"(’&#."(’&//"(’**&,-(’&)/(’&1!(’&1#(’&*&(’((("(’&*&"(’&1#"(’&1!(’/,$(’*&!(’&0!(’&()(’()((’((("(’()("(’&()"(’&0!,-$"(’&!!"(’&01"(’&.("(’(/!"(’(!("(’(/!"(’&.("(’&01,-(’&)!(’&!)(’&)1(’(10(’((("(’(10"(’&)1"(’&!)&’(,$(’&#!(’&()(’(0&(’(*!(’((("(’(*!"(’(0&"(’&(),-$"(’�"(’&*!"(’(1&"(’())"(’(#("(’())"(’(1&"(’&*!,-(’&#!(’&).(’&.&(’(!/(’((("(’(!/"(’&.&"(’&).&’*,$(’&(*(’(0/(’(.!(’(&.(’((("(’(&."(’(.!"(’(0/,-$"(’&&!"(’(10"(’(0!"(’(.!"(’(*0"(’(.!"(’(0!"(’(10,-(’&..(’&.*(’&(/(’(0&(’((("(’(0&"(’&(/"(’&.*&’#,$(’(!*(’(#)(’(*#(’((1(’((("(’((1"(’(*#"(’(#),-$"(’(1#"(’(!."(’(#!"(’(*0"(’(&!"(’(*0"(’(#!"(’(!.,-(’(10(’(/)(’(0#(’(.#(’((((’(.#"(’(0#"(’(/)*’(,$(’(*!(’(&)(’((!’(’((.(’((((’((."(’((!"(’(&),-$"(’(#1"(’(.)"(’(*("(’(&("(’((0"(’(&("(’(*("(’(.)【例!".】求例!"*基础底面中点、上游角点及下游角点下23/4深处的附加压力。—!/*— 第七章水闸工程地质问题解基底附加压力!"和水平应力!#分布图已于例!"#中求得为垂直梯形荷载及水平均布荷载组成。求地基中的附加压力，可将垂直梯形荷载分为垂直均布荷载（均布荷载强度!"$!"小$%&’()*+和垂直三角形荷载（最大荷载强度$,-’("%’&’($#!’.)*+），连同水平均布荷载（*/$!’()*+），分别按表!"#、表!"-、表!",计算!0，迭加即得。计算结果列于表!"(。从条形垂直均布荷载的计算公式所作出的!0、!1、!01等值线图（图!"2）可看出：图!"2地基中附加应力等值线图（+）!0等值线；（3）!1等值线；（4）"01等值线!0值：在基础中心轴线为最大，向两旁逐渐减小；上部较大，随深度逐渐减小，以致到一定深度后，可以忽略其对建筑物的影响。!1值：在5$.’-3以上，基础中心轴线上最大；5$.’-3以下，则在基础角点向下的斜线方向为最大。"01值：在基础角点附近为最大。在同一荷载强度下，基础宽3越大，附加压力!0就越大，且!0随深度减小得越慢，对地基影响的有效深度也越大。（#）矩形荷载作用下地基附加应力计算矩形荷载是指建筑物基础长边6与短边3之6比，即7%.时的荷载。对于矩形垂直均布荷载中点和角点下附加压力以及矩形垂直三3角形荷载零压力角点下的附加压力，计算公式列于表!"&。公式中各种荷载应力系数列于表!"!、表!"8、表!"2，供查用。—!8-— 第三篇水利水电工程常见地质问题表!"#例!"$求地基附加压力表垂直均布荷载垂直三角形荷载水平均布荷载欲求点的位置总附加压力%’()*#+,-./!’/!*0+,-./!’!*#+,-./&"大#!"1$&（+,-./）代号’$!1’1!1’1!1%%中点0*200*33((2*)0*22(((*400/)*#上游角点0*20*#0*2343*(0*((0$*0"0*/!2"/*(4*0下游角点0*2"0*#0*2343*(0*$!4(0*/0*/!2/*(/0*2注&的正负号必须与各附表中附图的正负号规定相对应。表!")矩形荷载作用下地基中附加压力计算公式荷载面荷载分布考虑点的位置基底应力分布示意图计算公式积形状!$0’’0!"式中：中点!"———基底附加压力；’0———中点应力系数，是()%和$)%的函数，查表!"!角点垂直均布矩!$"’’"!"式中：角点!"大———基底附加压力；’"———角点应力系数，查表!"3形!$’’!"大式中：垂直零压力角点!"———三角形最大荷载强度；三角形’———零压力角点应力系数，查表!"4垂直梯形任意点用角点迭加法求地基应力—!32— 第七章水闸工程地质问题图!"#$角点法求附加应力（!）"点在边缘；（#）"点在矩形内；（$）"点在矩形外表!"!矩形垂直均布荷载中点下的应力系数值’&#!#$（条#%$#%&#%’#%(#%)&%$&%’&%)*%&’+形基础）%&#$%$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$#%$$$$%&$%,$$$%,()$%,!&$%,!’$%,!+$%,!($%,!($%,!!$%,!!$%,!!$%,!!$%,!!$%’$%)$$$%)*$$%)’)$%)+,$%)(($%)!$$%)!+$%)!)$%)!,$%))$$%))#$%))#$%($%($($%(+#$%()&$%!$*$%!#!$%!&!$%!+!$%!’($%!’,$%!+*$%!+’$%!++$%)$%’’,$%’,($%+*&$%++)$%+!)$%+,*$%(#&$%(&*$%(*$$%(*($%(*,$%(’&#%$$%**’$%*!)$%’#’$%’’#$%’(*$%’)$$%+$+$%+&$$%+&,$%+’$$%+’+$%++$#%&$%&+!$%&,’$%*&+$%*+&$%*!’$%*,&$%’#,$%’*!$%’(,$%’(&$%’!$$%’!!#%’$%&$#$%&*&$%&($$%&)’$%*$’$%*&#$%*+$$%*(,$%*)*$%’$$$%’#$$%’&$#%($%#($$%#!)$%&#$$%&*&$%&+#$%&(!$%&,’$%*#’$%*&,$%*’)$%*($$%*!’#%)$%#*$$%#+*$%#!*$%#,&$%&$,$%&&#$%&+$$%&!$$%&)+$%*$$$%*&$$%**!&%$$%#$)$%#&!$%#’+$%#(#$%#!($%#),$%&#’$%&**$%&’#$%&!$$%&)+$%*$’&%&$%$,$$%#$!$%#&&$%#*!$%#+$$%#(*$%#)+$%&$)$%&#)$%&*,$%&+($%&)$&%’$%$!!$%$,&$%#$+$%##)$%#*$$%#’#$%#($$%#!)$%#,&$%&#*$%&*$$%&+)&%($%$(($%$!,$%$,#$%#$&$%##&$%#&*$%#’#$%#+!$%#!$$%#,#$%&$)$%&*,&%)$%$+)$%$(,$%$!,$%$),$%$,,$%#$)$%#&’$%#*,$%#+&$%#!&$%#),$%&&)*%$$%$+#$%$($$%$!$$%$!)$%$)!$%$,+$%##$$%#&’$%#*($%#++$%#!&$%&$)—!)+— 第三篇水利水电工程常见地质问题续表!"#$"$%&$"$&!$"$’#$"$($$"$(($"$)&$"$*)$"+++$"+##$"+%+$"+&)$"+*$!"%$"$%$$"$%)$"$&&$"$’#$"$’*$"$(’$"$))$"+$$$"++$$"+#)$"+%%$"+)%!"’$"$!’$"$%#$"$%*$"$&’$"$’#$"$’)$"$)$$"$*$$"+$$$"++($"+!!$"+(&!")$"$!#$"$!)$"$%%$"$&$$"$&’$"$’#$"$(#$"$)#$"$*+$"+$($"+#!$"+’’%"$$"$#*$"$!&$"$%$$"$%’$"$&+$"$&’$"$’’$"$(&$"$)%$"$*&$"++!$"+&)%"#$"$#’$"$!+$"$!($"$%#$"$%)$"$&+$"$’$$"$’*$"$(($"$*+$"+$&$"+&$%"%$"$#%$"$#*$"$!%$"$!)$"$%#$"$%($"$&&$"$’!$"$($$"$)%$"$*)$"+%%%"’$"$##$"$#’$"$!+$"$!&$"$!*$"$%!$"$&+$"$&)$"$’&$"$()$"$*+$"+!(%")$"$#$$"$#%$"$#)$"$!#$"$!’$"$%$$"$%($"$&%$"$’$$"$(#$"$)&$"+!#&"$$"$+*$"$##$"$#’$"$!$$"$!!$"$!($"$%%$"$&$$"$&’$"$’($"$(*$"+#’表(,)矩形垂直均布荷载角点下的应力系数值$"#+"$+"#+"%+"’+")#"$!"$%"$&"$’"$+$"$!"#$"$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#&$$$"#$"#%)’$"#%)*$"#%*$$"#%*+$"#%*+$"#%*+$"#%*#$"#%*#$"#%*#$"#%*#$"#%*#$"%$"#%$+$"#%#$$"#%#*$"#%!%$"#%!($"#%!*$"#%%#$"#%%!$"#%%!$"#%%!$"#%%!$"’$"###*$"##(&$"#!$$$"#!+&$"#!#%$"#!#*$"#!!*$"#!%+$"#!%#$"#!%#$"#!%#$")$"+***$"#$(&$"#+#$$"#+%($"#+’&$"#+(’$"#+*’$"##$$$"##$#$"##$#$"##$#+"$$"+(&#$"+)&+$"+*++$"+*&&$"+*)+$"+***$"#$!%$"#$%#$"#$%%$"#$%&$"#$%’+"#$"+&+’$"+’#’$"+($&$"+(&)$"+(*!$"+)+)$"+)($$"+))#$"+))&$"+))($"+)))+"%$"+!$)$"+%#!$"+&$)$"+&’*$"+’+!$"+’%%$"+(+#$"+(!$$"+(!&$"+(!)$"+(%$+"’$"++#!$"+#%+$"+!#*$"+!*’$"+%%&$"+%)#$"+&’($"+&*$$"+&*)$"+’$+$"+’$%+")$"$*’*$"+$)!$"++(#$"+#%+$"+#*%$"+!!%$"+%!%$"+%’!$"+%(%$"+%()$"+%)##"$$"$)%$$"$*%($"+$!%$"++$!$"++&)$"+#$#$"+!+%$"+!&$$"+!’!$"+!’)$"+!(%#"#$"$(!#$"$)!#$"$*+($"$*)%$"+$!*$"+$!%$"+#$&$"+#%)$"+#’%$"+#(+$"+#((#"%$"$’%#$"$(!%$"$)+!$"$)(*$"$*!%$"$*(*$"++$)$"++&’$"++(&$"++)%$"++*#—()’— 第七章水闸工程地质问题续表!"#$"$%##$"$#%&$"$’!%$"$’(($"$()!$"$((’$"&$!$$"&$’*$"&$+%$"&&$#$"&&&#!"($"$%$!$"$%($$"$#)+$"$’$+$"$’#&$"$($%$"$+)!$"$+++$"&$!)$"&$*#$"&$)(*"$$"$))’$"$%&+$"$%(*$"$#)$$"$#+$$"$’*!$"$(’$$"$+*&$"$+%+$"$+’*$"$+(’*"!$"$)$&$"$)#’$"$%!#$"$%($$"$#!’$"$##($"$($#$"$(’$$"$+$$$"$+&#$"$+***")$"$*#&$"$)!&$"$)’’$"$%!’$"$%’&$"$#&&$"$’)’$"$(&)$"$()’$"$(#)$"$((!*"#$"$*!#$"$*(!$"$)**$"$)($$"$%!*$"$%#&$"$#+)$"$’#*$"$’++$"$(&#$"$(*’*"($"$!+#$"$*)($"$*+%$"$)*+$"$)’+$"$%&#$"$#)#$"$’&’$"$’%*$"$’’*$"$’+#)"$$"$!’$$"$*&($"$*#!$"$)$*$"$))&$"$)’)$"$#$*$"$#’)$"$’&!$"$’**$"$’%()"!$"$!)’$"$!+&$"$***$"$*’&$"$)$’$"$)*+$"$%#*$"$#*)$"$#’)$"$#+#$"$’!))")$"$!!’$"$!#*$"$*$#$"$*)*$"$*’#$"$)$’$"$%!’$"$%+’$"$#*+$"$##!$"$#+!)"#$"$!$+$"$!)’$"$!(*$"$*&’$"$*)($"$*’($"$)+*$"$%#)$"$#$#$"$#*$$"$##*)"($"$&+*$"$!!+$"$!#!$"$!+)$"$*!)$"$*%!$"$)#*$"$%**$"$%’#$"$#$&$"$#*%%"$$"$&’+$"$!&!$"$!)*$"$!’)$"$*$!$"$*!($"$)*%$"$%$)$"$%)’$"$%’*$"$#&$#"$$"$&!’$"$&%&$"$&’)$"$&+#$"$!&($"$!*($"$*!%$"$*(($"$)*&$"$)#$$"$%$#’"$$"$$+)$"$&&!$"$&*$$"$&)’$"$&#)$"$&($$"$!%&$"$*$#$"$*)#$"$*’#$"$)!(("$$"$$’*$"$$(’$"$&$&$"$&&)$"$&!’$"$&)$$"$&+($"$!)#$"$!(*$"$*&&$"$*#’+"$$"$$%($"$$#+$"$$($$"$$+&$"$&$!$"$&&!$"$&#&$"$!$!$"$!*%$"$!#!$"$*&+&$"$$"$$)’$"$$%#$"$$#%$"$$’)$"$$(*$"$$+!$"$&*!$"$&#’$"$&+($"$!!!$"$!($表’,+矩形垂直三角形荷载零压力角点下的应力系数值#"$"!$")$"#$"(&"$&"!&")&"#&"(!"$*"$)"$#"$("$&$"$!"$"$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"$$$$$"!$"$!!*$"$!($$"$!+#$"$*$&$"$*$)$"$*$%$"$*$%$"$*$#$"$*$#$"$*$#$"$*$#$"$*$#$"$*$#$"$*$#$"$*$#$")$"&!#+$"$)!$$"$)(’$"$%&’$"$%*&$"$%*+$"$%)*$"$%)%$"$%)#$"$%)’$"$%)($"$%)+$"$%)+$"$%)+$"$%)+$"#$"$!%+$"$))($"$%#$$"$#!&$"$#%)$"$#’*$"$#()$"$#+$$"$#+)$"$#+#$"$’$&$"$’$!$"$’$!$"$’$!$"$’$!$"($"$!*!$"$)!&$"$%%*$"$#*’$"$#(($"$’!$$"$’*+$"$’%&$"$’%+$"$’#)$"$’’*$"$’’#$"$’’#$"$’’#$"$’’#&"$$"$!$&$"$*’%$"$%$($"$#$!$"$###$"$’$($"$’*%$"$’%*$"$’##$"$’’)$"$’+$$"$’+)$"$’+%$"$’+#$"$’+#&"!$"$&’&$"$*!)$"$)%$$"$%)#$"$#&%$"$##)$"$#+($"$’!&$"$’*($"$’)+$"$’’)$"$’’+$"$’(!$"$’(*$"$’(*&")$"$&)%$"$!’($"$*+!$"$)(*$"$%%)$"$#$#$"$#))$"$#’!$"$#+!$"$’$’$"$’*+$"+’)($"$’%!$"$’%!$"$’%*—’(’— 第三篇水利水电工程常见地质问题续表!"#$"$!%&$"$%&’$"$&&($"$)%)$"$)(%$"$*)*$"$*’#$"$#!#$"$#&($"$#*#$"$##+$"$+$’$"$+!)("$+!*$"(+!*!"’$"$!$*$"$%$)$"$%()$"$&+!$"$)&*$"$)’+$"$*%’$"$*#$$"$*’#$"$#$)$"$#*%$"$###$"$#+&$"(#+*$"$#+*%"$$"$$($$"$!+#$"$%**$"$&%)$"$&’)$"$)&)$"$)+)$"$*$+$"$*&&$"$**&$"$#$+$"$#%)$"$#&)$"$#&#$"$#&#%"*$"$$#&$"$!%*$"$!’&$"$%&#$"$%’)$"$&%#$"$&#%$"$&(&$"$)!($"$))$$"$*$)$"$*%($"$*)&$"$*)+$"$*)’&"$$"$$)#$"$$(%$"$!&*$"$!+#$"$%!)$"$%)($"$%’$$"$&$+$"$&&!$"$&*%$"$)!($"$))($"()#(("$)+)$"$)+#*"$$"$$!’$"$$&#$"$$*)$"$$+!$"$$’’$"$!$)$"$!%$$"$!&*$"$!)’$"$!#!$"$%!)$"$%)’$"$%’&$"$%(#$"$&$!+"$$"$$$($"$$!($"$$%’$"$$&’$"$$)+$"$$*#$"$$#)$"$$+&$"$$’!$"$$’($"$!%)$"$!*%$"$!’#$"$%$)$"$%!%!$"$$"$$$*$"$$$($"$$!)$"$$!($"$$%&$"$$%’$"$$&&$"$$&+$"$$)!$"$$)#$"$$##$"$$’)$"$!!!$"$!%’$"$!&(对于在矩形垂直荷载下任一点的附加压力，可通过角点法求得。分下列三种情况：!）求矩形边缘!点下（图+,!$"）任意深度!#：由图可知，!点是矩形!、"的共同角点，因此!点的!#可看成是!、"两矩形共同作用结果。其公式为!#!-（$%!.$%"）&%%）求矩形内!点下任意深度!#：由图+,!$（’）可知，!点是矩形!、"、#、$之共同角点，故其!#是四个小矩形共同作用结果。其公式为!#!-（$%!.$%".$%#.$%$）&%&）求矩形外!点下任意深度!#：由图+,!$（%）可见，!点是矩形"(!)、%*!+、’(!+、,*!)四个矩形之共同角点。如分别以!、"、#、$依次代表以上四个矩形，则!点之!#为!#!-（$%!.$%",$%#,$%$）&%必须注意，使用角点法求地基表面任一点!下的应力时，所划分的多个矩形，各边要平行，而且要使所求点是所有矩形的共同角点，所划出之矩形查表+,’，短边为’，长边为-。矩形垂直均布荷载与条形垂直均布荷载的地基附加应力图相类似。相同的荷载强度，相同的基础宽度，在同一地点，矩形荷载产生的附加压力较条形荷载的为小。在闸基变形与强度计算时，常将闸室底板作条形基础处理，而对翼墙基础，则作矩形基础处理。大部分闸在满水期下游荷载强度较上游高，因此地基附加压力最大区应在中间偏下游，剪应力"#.则明显在下游基础角下附近最大。三、地基最终沉降量的计算地基在附加压力作用下发生压密变形，从而引起基础和上部建筑物的沉降，当沉降达到稳定时的沉降值，称为最终沉降量（/）。地基最终沉降量的计算，目前广泛采用的是分层总和法，为便于理解，下面从最简单的情况开始讨论。!"最简单情况下地基压密变形的计算图+,!!所示，有一水平土层，厚度为+，其上受一面积分布很广的荷载，这样，土层中附加压力!#随深度变化很小，可视为常数并等于基底附加压力。土层的压缩，可视为无侧向膨胀的压缩。—+’’— 第七章水闸工程地质问题图!"##侧向不可膨胀土层的压密变形（!）剖视图；（"）单位底面积土柱立体图土层压密变形沉降量#可按单位断面积的土柱体来分析。因土柱的变形是由于孔隙体积的减小，故变形沉降量#可根据单位断面积土柱体的高度变化按比例求得。由图可见#!#"!%$$#&!#!#"!%#$·$#&!#根据压缩试验成果!#"!%!$%#"%%代入上式得!#"!%$!（%%"%#）(’$（)%")#）*（!"+）#&!#式中%#———建筑物修造前土所受的压力，即土的自重压力，,)(；%%———建筑物修造后土所受的总压力，即自重压力与附加压力之和，,)(；!#———相应于)#时土的孔隙比，即土的天然孔隙比；!%———相应于)%时土的孔隙比，即压密后的孔隙比；增至%时的压缩系数,)("#，可由压缩曲线上求得；!———压力由%#%$———水平土层的厚度，-.。式（!"+）也可写成!#$"&$（!"/）#&!#"&为地基中附加压力（在这种最简单情况下，因为"&不随深度变，即等于基底附加压力）。根据式（!"+）、式（!"/）就可以计算出最简单情况下，土层的压密变形沉降量#。但在实际工作中基础面积往往有限，因此，地基中的附加压力"&是随深度越来越小，而自重压力则随深度越来越大。因此，如将整个地基作一层按式（!"/）计算，则!、!及"&值均不能确定。这种情况，应采用分层总和法。%0分层总和法计算闸基沉降量—!+/— 第三篇水利水电工程常见地质问题分层总和法是将受压层厚度以内的土层，分成许多薄的水平土层，然后以侧向不可膨胀的假定，按式（!"#）分别求出每一水平土层的变形沉降值，最后总和起来，作为地基最终变形沉降量，其公式为"!$!!#（!"%&）%具体步骤如下：%）地基自重压力和附加压力的计算：自重压力由地面算起，附加压力应由基础底面算起。如算基础中心的沉降，则将基础中心轴线不同深度之!’算出：如计算基础边缘的沉降，则是计算基础边缘不同深度之!’。计算结果按比例作出分布图（图!"%(）。(）受压层厚度的确定：由于附加压力!’随深度越来越小，故到一定深度后，可以忽略不计。因此，在计算时，可采用基底以下某一厚度作为受压土层厚度。由实践总结，规定一般以基础中心轴线上附加压力!与自重压力!&成下列关系时作为受压层的下限，即’’&（!"%%）!’$（&)%*&)(）!’对于高压缩性土层取!$&)%!&，低压缩性土层取!$&)(!&。’’’’+）将受压层分成薄层：分层原则一般规定所分厚度不得超过基础宽度的&),倍，但对不同性质土层的界面和地下水面必须作为分界面。,）各分层变形沉降量的计算：可按式（!"#）写出如下公式$#!#$#%#&#（!"%(）%-"%图!"%(分层总和法计算图（.）确定受压层下限及分层；（/）土的压缩曲线式中!#———第#层之变形沉降量，01；#%#———第#层之附加压力，其大小取#层上下层面之#%平均值，23.；———第#层之压缩系数，根据#层之平均自重压力#&和总压力（自重压力-附加$#%#压力）#&值，在相应土层的压缩曲线上，确定相应的孔隙比"和#，从%#-#%#%#(#而求得$，23."%；#—!#&— 第七章水闸工程地质问题!!———相应!层平均自重压力（第!层上下界面自重压力平均）之孔隙比，即!层之天然孔隙比；"!———第!层土的厚度，!"。如土的压缩性指标是土的变形模量#，则式（#$%&）可写成$!’"#%!"!（#$%(）#!式中#!———第!层的变形模量；&"&———与土侧膨胀系数有关的系数，由弹性力学得（由于小于)*+，!"!’%$%$""故土的值小于%）；!其他符号代表意义同前。+）各分层变形沉降量相加：按式（#$%)）将各分层的变形沉降量相加，即得地基表面的最终沉降量,。【例#$-】某水闸基础的尺寸及荷重情况同例#$&。闸底板和闸基的地质剖面，如图#$%(（&）、（’）所示。上层为粘土，饱和容重#’&)/01"(，水下容重#.((；下层为密实中砂，地下水位在地面下2"深处。粘土层的压缩曲线如’%*)/01"图#$%(（)）所示，要求计算%、&、(、-、+点之沉降值。图#$%(分层总和法计算闸基沉降量实例（&）闸底板剖面和尺寸；（’）闸中线下地基中应力分布；（)）地基土压缩曲线（%）计算地基自重压力和附加压力地基自重压力按式（#$&）计算。由地表算起，按—#3%— 第三篇水利水电工程常见地质问题容重变化分层，故只需计算地下水面一点及粘土、砂土分界面上一点之自重压力。即为!"#"$!%#"&$!!!!"$!%#(&!%&$"&$!(&$!"$)!!!"&’并按一定比例绘出自重压力分布图（图*+&,"）。地基附加压力计算，应按例*+$求得的基底附加压力和水平应力分布图，分成垂直均布荷载、垂直三角形荷载、水平均布荷载分别查表*+$、表*+,、表*+)求地基附加压力，迭加即得。下面以基础中心轴线（点,）为例计算地基中附加压力，计算结果列于表*+&!。表*+&!基础中心轴线地基中附加压力计算表垂直均布荷载垂直三角形荷载水平均布荷载总附加压力!!#$"&#./012-$$大"$*012-$$"*./012-$%%&!!!（-）""’!!!’!!!’!!!（034）!.$!.!&!!.555&#./!./!!&,./!!,!.!$.!!.&!!.55*&#./!.)5’&,.)!!$5.5).!!.$!!.5*’&#.$!.)’5&,.$!!$5.)’.!!.)!!.’’&&).#!.))&&&.5!!$#./&$.!!.#!!.*/#&$./!.,*’&!.$!!$$.*&#.!!.’!!.#)$&!.#!.,$&’.*!!&5.,按与自重压力同一比例绘附加压力分布图（图*+&,"）。（$）确定受压层厚度此粘土层的压缩性较大，故可按!!来确定受压层下限，!"!.&!!由图*+&,（"）可见此深度接近粘土与砂土的分界面，故可取基础底面至粘土层底面作为受压层厚度，而不必计算中砂层的变形。（,）将地基受压层分层考虑到土层压缩性的变化，可将受压层分成6&",-、($"/-、(,"*-等三层，分别计算变形沉降量。（)）计算各分层沉降量基础中点,下各分层变形沉降量计算结果列于表*+&&。表*+&&中点,下各分层变形量计算表压缩系数沉降量分层厚度平均自重压力平均附加压力平均总压力天然孔压缩后分层（&!+$034+&）（7-）（7-）（&!$034）（&!$（&!$034）隙比孔隙比034）编号!!"&+"$*($&"!!!8$$"!)(!!"&"$*"$+$+"&("!!($&&&,!!!.5!!.,!&.$!!.*’,!.*)/!.&$*#.)$/!!&.)/!.$’&.*,!.#5/!.##/!.&!*’.5,*!!$.!/!.$,$.$’!.#!/!./5!!.!#/#./—*5$— 第七章水闸工程地质问题（!）求第"点之总沉降量!#!!"#!$%!&%!"#&$’(按同样方法求得基底各点沉降值如下：$点!#)’&&点!#$)’)"点!#&$’(*点!#&*’+!点!#$*’"从此例可以看出，地基压缩变形以基础中心轴线（"点）和偏下游的地方（*点）最大，说明地基附加压力的最大区在基础中心线偏下游位置。对闸基的允许最大沉降量与沉降差值，目前尚未明确规定，有些单位建议，最大允许!#2!$沉降量为$,-$!./，个别单位采用&!./。最大允许沉降差用倾斜率表示，即01!##（!#、!$为基础两端点的沉降量，#为基础宽度）。一般提出最大允许倾斜率为&%，当闸基沉降量与倾斜率超过允许值时，就必须采取措施。$*’"2)’&本例题中计算沉降值为)’&-&*’+./，倾斜率为#"3!4，按最大允许沉降&,,,量为&!./，允许最大倾斜率为&4考虑，则后项不符合要求，应采取一定措施处理。"’分层总和法的应用条件和修正分层总和法计算结果与实际沉降值有一定的出入，这与方法本身作了一些假定（如假定土是处于不可侧向膨胀条件等），以及计算压力方向的误差、取土样的扰动、试验条件与实际地层的差异等等有一定关系。此外，值得强调指出的是：分层总和法是按土处于正常固结状态而计算其压密变形的，故对于天然状态下的超固结和未固结土层必然有一定误差。如将压缩方试验成果绘制成"-$1&曲线，可以看出，对大多数软粘土均具有明显的转折点，土样越不扰动，试验越精细，则转折点越明显，如图)2$*所示的’点。在此转折点之前的曲线很缓，近水平，而转折点之后，呈良好的直线段，对应于此转折点的压力，称为天然固结压力&（前期固结压力）。将土的天然固结压力&与土所受的自重压力!,(()进行比较，则可以将天然土分成三种固结情况。,，属于正常固结情况，即天然土层在其自重压力下已压密，地基的沉降只能$）!)#&(由附加压力引起。地基土大部分属于这种情况，分层总和法也是按这种情况计算的。,，属于超固结土，说明这种土在历史上受过比目前自重压力大的荷载（如曾&）!)#&,经有过冰川作用，或古老的建筑物，老矿碴等），若仍旧用正常固结的分层总和法计算，结果必然偏大。,，属未固结土，如近代才形成的天然沉积土和人工堆土。若按正常固结土计"）!)#&,算沉降，结果偏小。故在进行计算时，应考虑土的固结情况。对工业与民用建筑地基进行了大量的实际观测资料表明：用室内压缩试验求得的指标，以分层总和法计算得出的沉降量，对低压缩性土，比实测数值偏大；而对高压缩性土，—)+"— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#$!%&’!曲线常比实测数值偏小。为了使计算值更符合于实际，需乘以经验系数"#，其含义是"#($实测，可参用下列数值。$计算%#!$)"#(#*+$),%#!!)"#(#*)!),%#!#-)"#()*!#-),%#!.))"#()*-%#/.))"#()*.%#为受压层范围内土的压缩模量（即土在侧向不可膨胀的条件下受压时，压应力与相应应变之比）。当受压层由多层土组成时，可按厚度的加权平均值采用。应该指出，特殊情况下图!"#$转折点压力!)并非天然固结压力，而是土的结构强度所致。四、闸基沉降与时间关系的计算闸基沉降过程的理论计算是很繁杂的，作为估算，可以根据施工初期的沉降量与时间关系曲线，推算以后的沉降量与时间关系。其公式为&$&($（!"#$）’0&$&(’("&(（!"#-）$(#式中$&———沉降时间为（年）时的沉降量，&12，时间&一般从建筑施工期一半开始算起；$———最终沉降量，12，用分层总和法求得；’———系数，与受压土层厚、基底宽度、施工期长短有关，介于)%)*3之间，可按式（!"#$），以施工期为单位进行反算，即按式（!"#-）求得；—!4$— 第七章水闸工程地质问题!"#———施工开始至快完时间内（即!"年）的沉降量，#$；$———计算沉降量期间的时间（年）；$"———施工起始至完工的时间（年）。此估算法有一定的准确性，但因为建筑物沉降速度一般都是最初快而后期慢，因此用施工期求得之%值，再来计算建筑物建成后几年的沉降值会有误差，故式（%&’(）、式（%&’)）应在生产实践中补充验证，以臻完善。第三节闸基稳定问题在土基，特别是在软弱土层上修筑水闸，除了要防止闸基沉降过大而影响建筑物的安全使用外，还要避免地基发生滑动破坏。前节研究地基的压密变形，或叫闸基沉降，这一节要研究地基的剪切变形，或叫闸基稳定；这两者实际是地基变形过程的两个阶段，但它们具有不同的性质（本质）和不同的外部表现形式。一、闸基稳定分析’*地基破坏前的征兆根据对一些土坝、土堤、闸的破坏过程的观察，软土地基在被破坏之前，有以下征兆：土）基础沉陷急剧增加。+）地基的侧向变形越来越明显，建筑物边缘地面逐渐隆起（在建筑物两边打桩进行观测看出）。,）地基中孔隙水压力猛增（可从埋设的测压管中观测水位）。(）建筑物出现裂缝，且裂缝不断加长和加深。多数情况下，这些征兆在基础整个破坏前(-)天就会出现，说明在地基中不仅仅发生了压密变形，而且已出现了剪切破坏。需通过细致的观测，采取紧急措施以免重大事故发生。+*地基变形的三个阶段我们可以用载荷试验来说明地基变形的发展过程。在地基上放一个一定面积的载荷板，于其上逐级加垂直均布压力尸，观察记录载荷板下沉量!，作出!与&的关系曲线，如图%&’)所示。从图%&’)可以看出地基变形，具有以下三个阶段：’）压密为主的阶段，即曲线的’(段。这一段&-!关系近于直线，说明地基变形主要是由于土的压密造成。+）局部剪破阶段（剪切变形阶段），即曲线()段。这一段&-!不再是直线关系，随着&的增加，!的增加率逐渐加大。这是因为在此阶段内，地基已不仅仅是压密变形，而已开始出现剪切变形，亦叫塑性变形（图%&’)*）。在塑性变形区中，土被剪破（因剪应力超过了土的抗剪强度）。随着上部荷载&的增加，塑性变形区不断扩大，因而出现!的增—%.)— 第三篇水利水电工程常见地质问题图!"#$地基变形的三个阶段（!）地基荷载强度"与变形#关系曲线；（$）压密阶段情况；（%）局部剪切阶段情况；（&）完全破坏阶段情况加率越来越大的现象。%）完全破坏阶段，即$点以下的一段。此时#值急剧增加，基础突然下陷，塑性变形区已发展成一连续的滑动面（图!"#$&），土向两侧挤出，整个地基完全破坏。上述三个阶段，第一阶段即地基压密变形问题；第二、第三阶段则属地基稳定问题。它们是两种不同特征的变形，即压密变形和塑性变形（剪切变形）。三个阶段有两个临界荷载，相当于!点的荷载称为临塑荷载（"临），相当于$点的荷载称极限荷载（"极）。显然，如果闸的基底荷载等于或超过地基的极限荷载，地基失稳滑动。因此，基底压力应小于极限荷载，越小地基越稳定。但也不宜太小，太小不能充分利用地基承载能力。一般建筑物地基是允许有一定限度的塑性变形区存在的。据实际资料统计，塑性变形区的最大#$深度’大为基础宽度$的(即’大’)是安全的。&&二、闸基稳定计算闸基稳定计算方法很多，一般用控制塑性变形区的范围来保证地基的稳定。当’大$!时，地基是稳定的，否则应减小基底压力（或采用其他措施）以减小塑性变形区的最大&深度。#(地基稳定性计算的一般方法未挡水前地基可近似按条形均布荷载公式计算，若采用塑性变形区的允许最大深度$’大’，则相应的基底压力为&"$(&’)!下$)*!上+),%（!"#*）$式中"$(&———当’大’时的基底压力，+,-；&)、*、,———与土的内摩擦角有关的系数，可查表!"#.；$———基底宽度，/；+———基础砌置深度，/；—!0*— 第七章水闸工程地质问题%；!上、!下———分别为基底以上土的容重和基底以下塑性变形区内土的容重，!"#$!———土的粘聚力，!&’。表()*+求"#$,时公式中与内摩擦角有关的系数!!!!（%）&’(!（%）&’(!!!--*.--%.*,++-./*%.,,/.-,!!!+-.-%*.*+%.%++,-.0-%.0(/.,1!!!,-.-/*.+1%.1*+/*.*-,.%(/.2-!!!/-.*-*.%2%.(*+0*.,-,.2%(.,-!!!0-.*,*.11%.2%%-*.2-1.12(.21!!!*--.*0*.(%,.*(%++.1-/.%10.11!!!*+-.+%*.2,,.,+%,%.+-(.+*2.++!!!*,-.+2+.*(,./2%/,.+-0.+12.2(!!!*/-.%/+.,%1.--%01.1-2.,,*-.0-!!!*0-.,%+.(+1.%*,-(.+-*-.0,**.(%!!!+--.1*%.-/1.//式（()*/）是以条形垂直均布荷载的情况导出的，可近似用于条形基础受偏心荷载的情况，对于矩形基础（如翼墙等）也可按条形基础处理，结果是偏于安全的。+.地基稳定性计算绘制塑性变形区方法挡水前和挡水后均可用直接绘塑性变形区的方法确定。地基中某点发生塑性变形的条件是：剪应力等于或大于抗剪强度。根据理论研究表明，只要该点"大"!（"大为该点的最大倾斜角），则上述条件具备。因此，可计算地基中各点的"大，把"大"!的区域圈出来，即是塑性变形区的范围。计算步骤如下：*）将地基分为方格网或矩形网，如图()*/所示。+）分别计算各网格角点处的总应力#)*、#)+、$)+*。上一节中已指出，地基中一点的总应力为附加应力与自重应力之和，即#)*3#*4%（,4*）#)+3#+4&%（,4*）}（()*(）$)+*3$+*式中#*)、#)*、$)+*———地基中计算点的总应力，!&’；#*、#+、$+*———地基中计算点的附加应力，!&’；%；!———地基中计算点深度以上土的容重，!"#$,———基础砌置深度，$；*———计算点在基础底面以下的深度，$；———土的侧压力系数（一般可假定为*.-）。"—(2(— 第三篇水利水电工程常见地质问题!）用下列公式求各角点的!大。（!!&!!）’()"!’!"#$""#$!大%（*&+,）!!$(!!$(’!%式中!大———地基中计算点土的最大倾斜角；"-———地基中计算点土的内压力，./0，"%%%-12#，对砂性土，"%"3，对粘性土，为计算简便可视!%为一不变的值；图*&+4条形均布荷载作用下地基中的塑性变形区其他符号代表意义与式（*&+*）同。)）绘出#大的等值线（如图*&+4中各曲线表示不同#大的等值线），则#大#$的范围即为塑性变形区的范围。图*&+4中的影线部分，是条形基础宽度&%+35，砌置深度’%’5，均布基底压力(’%’637+3./0的荷载作用下，地基中的塑性变形区范围（基土的#%’89，%%3）。原江苏省水利厅勘测设计院根据同一原理，导出土中一点在建筑物荷重作用下，假定各点土的$充分发挥作用时，使处于极限平衡状态所需的粘聚力%)，与该点土实际所具有的粘聚力%相比较，则%)#%的范围，即塑性变形区范围。%)的公式如下（!!）’’）"#$!"&!!$()"!$"&（!!"(!!$#%)%（*&+;）’-:"#上述方法，在原理上可适用于任意荷载分布情况，图*&+*为既有垂直又有水平荷载作用下塑性变形区的范围（图中影线部分）。对于非均质土，可将地基中不同土层各点的!大与各点土的实际内摩擦角比较，从而定出非均质地基中塑性变形区范围。从图*&+*中可以看出，水闸在满水时塑性变形区主要分布在基础下游边缘附近。因此在实际工作中，有时不必将整个塑性变形区的范围都画出来，只要计算基础下游边缘&&下"%（因塑性变形区的允许最大深度为）附近一、二点的#大与该点土的内摩擦角$))比较，若该处$大$$，则地基是稳定的。除上述用控制塑性变形区的范围来保证地基稳定的方法外，目前还采用圆弧法、求极限荷载的方法验算地基的稳定性，随着电子计算机在我国的日益普及，有限单无法也逐渐发展。以上各方法可参阅有关书籍，在此不再细述。—*;,— 第七章水闸工程地质问题图!"#!江苏某闸满水期天然地基!"及塑性变形区范围三、影响地基稳定的因素分析地基的稳定性，取决于地基中剪应力与土的抗剪强度关系的相对大小。地基中剪应力的大小和分布，主要与上部荷载的大小、分布形式有关：而地基的抗剪强度，则主要与土的性质、地层结构、地下水的影响、土的固结程度、上部荷载的类型、大小以及加荷速度等有关。#$上部荷载的影响由许多水闸工程实践经验得出：#）上部垂直荷载与水平荷载之比值越大，地基越稳定。闸在满水期受水平荷载最大，地基稳定性要比完工期低。因此，验算稳定性要按满水期考虑。%）闸基两旁荷载，如护坦、砌深以上土重等对地基稳定起很好的作用，因此在施工时先做护坦后做翼墙可提高地基稳定性。&）在水平荷载作用期间，闸基中的塑性变形区最大深度一般分布在下游基础边缘附近（图!"#!）。而在未挡水前，则分布在上、下游基础边缘附近（图!"#’）。%$土的性质的影响#）土的抗剪强度指标，特别是内摩擦角!的大小对地基稳定性影响很大，当其他条件相同时，越大，地基稳定性越大（由表!"#%可明显看出）。!%）土的渗透性越小，土中孔隙水排出得越慢，则土的固结程度越差，抗剪强度越低。&$土的固结程度的影响对于饱水地基，土的固结对地基稳定性的影响很大。没有完全固结以前地基中土的应力是由有效压力和孔隙水压力两部分组成的，而只有有效压力能直接引起土的抗剪强度。如地基的固结程度不好，土中应力大部分还由孔隙水承担，剪切面上有效压力很小，土的抗剪强度就会很低，地基稳定性就差。地基固结程度主要取决于土的渗透性和加荷的速度。对于砂砾地基，由于透水性好，加荷之后，孔隙水很快排除，地基在施工期即固结完毕，因此土的抗剪强度较大，地基稳定性好；而对于渗透性差的饱和软粘土地基，如果施工和使用时加荷很快，则地基在荷载作用下来不及固结，地基中附加应力大部分由孔隙水承担，土的抗剪强度值就很低，地基稳定性差，这就是为什么在软弱地基筑坝时如果施工—!((— 第三篇水利水电工程常见地质问题过快会产生滑动的原因（在这种条件下计算地基稳定宜选用快剪的抗剪强度指标）；若地基的施工和土渗透条件介于以上两种情况之间，则地基稳定性居中，（计算地基稳定可采用固结快剪指标）。对于闸基，若骤然受荷，对地基稳定是不利的。!"地层结构的影响由于剪应力是随深度逐渐减小的，因此，对于双层结构的土基，软弱土层分布在下面要比在上面（直接作持力层）好；厚层的软土地基比夹多层砂层的软土地基稳定性差（因后者既利于软土的排水固结，又增加了地基强度）。#"闸基渗流的影响建闸后，在水头作用下，水将通过地基土层的孔隙渗透到下游，渗透水流的浮托力和渗透压力（图$%&’），对闸室和地基的稳定是不利的，主要表现为：&）对建筑物和地基土颗粒起一种浮托作用，结果将减轻建筑物重量和土粒间的有效压力，从而降低了建筑物地基土的稳定性。(）有可能发生渗透破坏。图$%&’闸基渗透压力示意图&—铺盖；(—板桩；)—排水设备四、防止沉降过大与滑动的措施&"减轻或调整上部荷载&）加大基础砌深，减小基底附加压力，从而减小地基的沉降量。例如浙江宁波的姚江挡潮闸，地基软土厚达*+余米且变化复杂，为避免产生过大的沉降和不均匀沉降值，将闸址放在截弯取直部位，挖深$,-.砌置基础，闸底板下设计的最大基底压力约为’#/01，减去砌深范围内土的自重后基底附加压力几乎为零。水闸建成后经四年的沉降观测，积累最大沉降量为!"(2.，沉降差最大为("#2.，倾斜率为&"’3。可见，挖土减压以减少沉降是一种有效措施。同时，加大基础砌深可增加侧向荷载，提高地基的稳定性。(）减轻建筑物荷重。如采用空箱式翼墙等，可减小地基沉降量。)）加大基础宽度，减小单位面积的压力，以减小地基沉降量。当其他条件相同时，加大基础宽度可增加地基稳定。!）控制荷载偏心距以减小闸底板的沉降差；减小水平荷载以增加地基的稳定。#）在基础旁设置镇压层以增加地基稳定。*）增大建筑物刚度，使适应不均匀沉降。$）不要骤然受荷，因闸底板下的渗透压力对上部荷载是起减重作用，它的形成是逐渐—’++— 第七章水闸工程地质问题的，如果骤然受荷，下部渗透压力来不及形成，则上部荷载就较大，易引起闸身突然下沉。如姚江闸由于骤然受荷，在!小时内下沉"，#$%，而在受荷之前，每日沉降不超过&’(#$%。(’改善地基土的性质"）采用人工垫层：将软弱土层换上强度较高的土质，如砂垫层、黄土垫层等。(）预压加固：即在建筑物修建前，在地基上预先施加荷载使其压密再修水闸。)）提高土的固结程度：控制加荷速度，改善排水条件（如砂井）等。*）人工土质改良：如夯实、硅化、电化学加固等。)’设置特殊基础设置特殊基础，如打桩基等等。从本章讨论可知，闸基的沉降和稳定问题是既有关联又有区别的两个问题。在软土地基上修建闸、坝以及其他如发电厂房、工业民用建筑等均可能会遇到这些问题。对于小型工程，当地质条件较好时，地基的沉降和稳定可不必进行验算，按第五章中的有关表确定地基容许承载力即可。若设计的基底压力小于或等于地基的容许承载力，则一般情况下地基沉降和稳定不会有什么问题；若超过地基的容许承载力，则应采取结构上的措施或对地基进行处理。对于中型工程，除地基条件很好，可按查表法确定地基承载力外，一般还应进一步验算闸基沉降和稳定，必须同时满足这两方面的要求，这样确定的地基承载力才是可靠有根据的。有条件时，尽量选择地质条件好的地方建闸，则可避免施工和工程使用时的一些复杂问题。—+&"— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第四篇水利水电工程地质测绘规程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第四篇水利水电工程地质测绘规程—#"!— 第一章水利水电工程地质测绘范围第一章水利水电工程地质测绘范围第一节水利水电工程地质测绘工作的依据工程地质测绘是工程地质勘察中最基本的工作。它一般为综合性的，即测绘内容包括：地貌及物理地质现象、地层、地质构造、第四纪地质、水文地质和天然建筑材料等；有时则为专门性的，即只对某些专门性的问题作补充性测绘。一、测绘前的准备工作首先应明确本次测绘具体要解决的问题和工程设计上的初步设想，在此基础上搜集有关资料，包括：!本区（或区域的）地质资料；"水文气象资料；#工程规划设计资料；$地形图；%其他有关资料。地形图主要为野外测绘填图用，其比例尺应比工程地质测绘比例尺大一级或同级。研究搜集到这些资料后，到现场熟习当地自然情况，进行野外路线踏勘，以了解一般地貌、地质概况，编定工作计划。工作计划的内容一般包括：测绘的目的、任务（着重指出应查明的主要工程地质问题）、技术要求、比例尺和范围、工作量（包括观察、勘探点数，室内及野外试验采样工作等）、人员组织、计划进度、提交的成果、生产安全措施等。工作计划制定后即可正式开展测绘工作。二、实测地质剖面和作地层柱状图野外工程地质测绘的第一步，是实测地质剖面，即在测绘范围内，选择岩石露头清楚、岩层层序清晰、构造简单的路线，作实测地质剖面图（图!"!）和填写测量记录表（表!"!）。实测的目的是为了认识和确定在测绘区范围内的岩层岩性、层序、分层标志和分层界限，以提供测绘填图时划分岩层的依据和标准。特别是有两个或两个以上的测绘填图小组分工合作完成该区测绘任务时，这点对统一认识、提高工作质量是十分重要的。通过实测地质剖面，初步弄清岩层、岩层层序和地质时代、各层厚度、统一定名等，然后才能编制地层柱状图。柱状图比例尺一般可大于测绘比例尺#$!%倍。要特别注意对可作为分层标志和具有特殊工程地质意义（如软弱夹层或相对隔水层等）的地质现象进行说细描述—&%#— 第四篇水利水电工程地质测绘规程图!"!实测地质剖面图（!）路线平面图；（#）剖面图!、$、%⋯⋯观测点编号表!"!地质剖面测量记录表导线距产状要素地质记录岩坡!累层方水度高积倾导倾分测导位斜平角差高倾角线向岩分层标点线角距距!*差位向方夹位性层厚本备注号号︵’!︵︵︵!向号︵号&︵)︵(置+角置描(︶(︵&︶(&︵与︵述︶︶(︶︶︶&&︶︶︶!,"!!#,-.-/0.1--0!-0!!#,2-,!!注其中水平距"3’456!!，高差#3’678+!。坡度（+!）要用“1”“"”分别表示上坡和下坡。积累高差可自导线开始为零，将各导线的高差相加累积而求得。地质记录及产状要素栏中的位置是指所记录现象的位置。每根导线以多长为合适，这取决于坡度的变换和岩层分层情况。测点最好选在地形有变换处或岩层分界处。三、测绘填图的精度要求通过作实测地质剖面和地层柱状图，使我们对地层层序和层与层界线有了初步了解，并有了统一地层标准，就可全面开始填图。野外测绘填图就是在野外穿越一定路线，并于地质观测点上详细记录，然后把观测点、路线和地质现象等填在地形图上。!0测绘填图的精度野外填图精度要求的标准与测绘比例尺有关。凡在地形图上大于$((的地质体均应标在图上，例如进行!9$,,,比例尺的工程地质测绘，则凡大于2(（2(在!9$,,,地形图上相当于$((的长度）的地质体，包括夹层、破碎带、岩脉等均应绘在地形图上。至于地形图上小于$((的地质体是否画在图上，则酌情而定。一般的可以不绘，但对工程地质—.,#— 第一章水利水电工程地质测绘范围有重大意义的，例如断层破碎带、软弱夹层、溶洞等可扩大比例尺标示。!"测绘填图的规定为满足精度要求，填图工作有以下规定。（#）工程地质观察点的数量观察点即填图中实地观察地貌、地质、水文地质的停留地点。在观察点位置应详细记录该点及附近的地质现象，对该点应进行编号并标示在地形图上。观察点记录可采用专门的记录本或地质测绘卡片（表#$!）。观察点的数目必须满足比例尺精度要求，一般规定在地形图上每间隔!%&’(即应有一个点。观察点尽量利用岩石天然露头，当大范围内地面覆盖太多时，可布置勘探工作。表#$!地质测绘卡片（参考表）编号位置高程层理走向倾向倾角产状片理走向倾向倾角野外岩石定名地层：岩性：地貌和物理地质现象：描述地质构造：水文地质：其他：备注观察者记录者年月日（!）观察点在图上的精确位置实地的观察点和地质现象应准确的标示在地形图上，一般规定：!中、小比例尺（#)#****及更小）测绘可根据地形、地物、罗盘和目估来定点；"大比例尺（#)&***%#)&**）测绘应用经纬仪、水准仪等测量方法来定点。故大比例尺测绘时，每个观察点观察和记录完以后，在将点尽量准确的标示在地形图上的同时，还应用红油漆标记在实地的岩石露头上（并插旗），以便仪器测量定点。四、节理裂隙的统计工作测绘过程中除一般的观察点外，还设有专门为了解岩体完整性、测区节理裂隙特征规—,*+— 第四篇水利水电工程地质测绘规程律的观察点。!"节理裂隙的统计方法除在一般观察点记录裂隙的产状、特征外，还可在有代表性的地质点上进行节理裂隙的专门统计工作。将!#$%&的平坦岩面打扫干净，用罗盘测定该面积内每条裂隙的长度、宽度、产状并进行记录（表!’(）。为避免遗漏，在每测量和记录一个裂隙时均用粉笔作上记号，一直到该面积上节理裂隙全部量测完毕。此外，还可沿某几个方向量测裂隙条数，求出各方向的裂隙频率（条)%）。表!’(野外节理裂隙统计表（参考表）编号高程（%）位置岩石名称产状裂隙描述粘方格纸作素描图裂隙产状裂隙裂隙长度裂隙宽度裂隙面积裂隙表面走向倾向倾角裂隙类型填充物编号（%）（%）（%&）性质（*）（*）（*）!&($+,-./!0!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!测量面积%&裂隙总面积%&裂隙率1记录者：测量者：年月日&"节理裂隙统计资料的整理除按一般方法整理、统计节理裂隙资料之外，还可作节理裂隙的玫瑰花图和赤平投影图，以说明该地点或该区节理裂隙的产状特征和其他规律。（!）玫瑰花图的制图原理与方法节理裂隙玫瑰花图的作图步骤如下。!）把表!’(中节理分类，填入表!’$中。&）作半圆，标出东、北、西方向和度数（图!’&）。(）将同方向节理按条数多少，点绘在图中，如图!’&中圆半径长度代表条数。—.0.— 第一章水利水电工程地质测绘范围!）连接各点成一闭合折线。"）在节理最发育的方向上（一组或二组），引一延长线，将其划分为#$%。根据这组节理所具倾角、倾向和条数，按一定比例绘在延长线上。图&’(说明，该处以垂直河流的节理裂隙最发育，其中大多数倾向下游，倾角为)"%*!"%。由此看出该处岩体中节理裂隙发育的某些规律。表&’!主要节理统计表走向（%）总条数分条数倾向倾角（%）备注!"(#$&()$$&$)&")$)($!$)(""$&$!#)"*!$($!#!$*!"))$(${&$!#,$*,")!$)$&$$"!"*"$!#($&$("($)"($!")$"$("""&$+"($（(）赤平投影图的制图原理与方法&）赤平投影制图原理：取一透明的圆球体（图&’)），将一倾斜结构面穿过球心（%），)即得图上&’()面，它与过球心的水平面圆交于)(，从结构面与上半球面交线&’(的各点向)球的底极发出射线，这些射线与水平面圆交点连线&*(即表示倾斜结构面的产状。将水)平面圆拿出来摆正即图&’))。&(代表结构面走向（!#)$+），*,箭头（*为&*(弧中点）)方向即结构面倾向（$#&($+），*,长度（即&*(弧的弯度）表示结构面倾角大小（倾角!$+），显然*,越长，倾角越小。为了方便制图和读数，据以上原理已作出赤平投影的基本图即赤平投影网（图&’!）。赤平投影网实际即上述的球中水平面圆，圆上有走向为南北倾向为东和西的一系列结构面的赤平投影。它们的倾角从$+*#$+，倾角为#$+的结构面即图上的$!轴线。利用这张基本图即可很方便的画出任一结构面的赤平投影图来。(）赤乎投影作图方法：通过一个实例来说明，例如结构面产状为走向!")!"+，倾向!#,"+-倾角!$+，作赤平投影的步骤：!将透明纸蒙在“赤平投影网”上，画出投影网的圆，—-$#— 第四篇水利水电工程地质测绘规程图!"#某坝址右岸节理玫瑰花图图!"$赤平投影原理示意图（!）立体示意图；（"）水平面圆的正面图注明#、$、%、&；!通过圆心画出&%$%&’方向的线（图!"&的((!线）；"转动透明纸，使纸上&%$%&’线与投影网的$&轴重合，找好倾角象限，画出代表%’’倾角的弧线，即为结构面的赤平投影图，如图!"&结构面)所示。图!"&*!上的结构面#亦按上述步骤!、"画出。这里应注意：$当多个结构面画在一张图上时，弧与弧可以相交，但走向线均不许穿过弧线；!代表结构面的主要是弧，走向线有时可忽略不画，并不影响读数；"二弧交点至圆心连线*!，即为二弧所代表的结构—(!’— 第一章水利水电工程地质测绘范围图!"#赤平投影图面交线的产状。线的产状可利用赤平投影网读出。例如图!"$线产状确定方法：!将透明纸!"向与赤平投影网的!"轴重合，可读出#$线的延伸方向为"%!%（&!’(&%&）；"转动透明纸，使#$线与赤平投影网%’轴重合，#$线落在投影网的’侧，$点落在’(&)*(&弧之间，为’’&，故知#$往"%方向（即"%!%&）倾斜，线的倾角为’’&。按同样原理亦可画一条线的赤平投影图。例如一条线的延伸方向为"%*(&倾向!’，倾角’(&。制图方法如下：!将透明纸蒙在赤平投影网上画出圆，并注明%、!、’、"；"通过圆心画出"%*(。的虚线（图!"%的(()，虚线）；#转动透明纸使虚线与投影网的%’轴重合，找好倾向象限，找出虚线与代表’(&弧的交点$，连#$成实线，#$线即上述那条线的赤平投影图。图!"%上#*线，延伸方向%’，倾向%，倾角#$&，亦按上述相同方法画出。显然，同样道理，图!"%线亦可仅用$点表示，故赤平投影图上任意一“点”亦代表一定的产状。这样，点、线、面均可在赤平投影图上表示出来。此外，一个结构面在赤平投影图上既可用“面”表示，亦可用“线”（即结构面的法线）表示，而“线”又可用“点”表示，这样赤平投影图上的面、线、点就完全统一起来了。在工程地质文献中这些表示方法均会遇到。—+!!— 第四篇水利水电工程地质测绘规程图!"#结构面!、"的赤平投影!—结构面，产状：走$%&’#(、倾$)*’+(；"—结构面，产状：走$)#+(、倾$%*’+(图!",线!、"的赤平投影!—线延伸方向$)&+(、倾斜方向-%.!+(，倾角.+(；"—线延伸方向)%，倾斜方向)，倾角’#(五、测绘后的最终成果和资料测绘以及勘探试验等工作全部完成后，应及时进行内业工作，整理全部资料，最后应提交以下几项。（!）交生产单位或上级机关的正式成果主要有工程地质勘察报告（或说明书）及各种图件。这些正式成果应复制几分，除交有关单位以外，负责勘察的单位应保留!/.份。（.）各种原始资料的档案将所有原始资料，包括测绘记录、勘探记录、试验记录、原始地质草图、各种原始表格等，清理、分类、编号存档。原始资料档案中应附有注明观察—0!.— 第一章水利水电工程地质测绘范围点、勘探点、试验点、岩土样采取地点等位置的实际材料图，以便查阅资料用。（!）钻孔岩心箱的登记表应复写几份，除岩心保管单位外，负责勘察的单位亦应有一份。第二节水利水电工程地质测绘概述运用地质理论和技术方法，对工程场区各种地质现象进行现场观察、量测和描述，并标识在地形图上的勘察工作。工程地质测绘是工程地质勘察中的一项基础工作，任务是调查与工程建设有关的各种地质现象，分析其性质和规律，找出与工程建设有关的地质问题，评估其对工程的可能影响，并为指导勘探、物探、试验和专门性勘察提供依据。水利工程地质测绘一般按准备工作、野外测绘、资料整理和成果验收等程序进行。准备工作测绘前应充分搜集与工程区域有关的地形、地貌、地质、遥感图像和水文气象资料等，进行综合分析，并到现场查勘，按工程要求确定测绘范围和比例尺，编制测绘工作计划。测绘范围和测绘比例尺取决于勘测设计阶段、水工建筑物类型、规模、重要性和地质条件的复杂程度。一般分为小比例尺（"#$%%%%及小于"#$%%%%）、中比例尺（"#&$%%%、"#"%%%%）和大比例尺（"#$%%%及大于"#$%%%）!种，有关技术标准中规定的工程地质测绘比例尺列于表中。测绘底图应采用大于或相同比例尺的地形图。表"’$水利工程各勘察阶段工程地质测绘比例尺表勘察阶段测绘地区类型规划可行性研究初步设计技施设计大型"#$%%%%%("#"%%%%%"#"%%%%%("#&$%%%区域——中、小型"#"%%%%%("#$%%%%（专门性测绘）严重渗漏段"#"%%%%"#"%%%%%("#$%%%%("#&%%%浸没、塌岸大型（可溶岩地区"#"#$%%%%("#"%%%%城镇区"#&%%%("#$%%%%("#&$%%%）"%%%农业区"#"%%%%("#$%%%水库区"#$%%%%("#"%%%%渗漏段"#"%%%%("#中、小型"#$%%%%("#"%%%%&%%%浸没区"#$%%%("#"%%%—)"!— 第四篇水利水电工程地质测绘规程勘察阶段测绘地区类型规划可行性研究初步设计技施设计重力坝!"&###$!"坝址区"!"!####$!"!###；高拱坝!"%##峡谷区!"!####$!"&###土石坝!"%###$!"%###厂址"!"%###$!"大型!###丘陵、平原区!"!###地下洞室、地面厂址&%###$!"!####溢洪道!"%###$!"!"&###$!"!###!"!###$!"&##建筑物区&###溢洪道!"!###（专门性测绘）坝（闸）址、溢洪道、坝（闸）址、溢洪道、峡谷’!"%###$!"地下洞室!"%###$!地面厂房!"!###$!&###区中、小型"!###"%##丘陵、平原区!"地面厂房!"&###$!地下洞室!"&###$!!####$!"%###"!###"%###长引水线路!"%####渠道、隧洞!"&%###渠道!"!####$!"$!"!####大型$!"%###（建筑物场!###（建筑物场地!"跨流域引水线路!"地!"%###$!"!###）&###$!"!###）%####引水线路区!"!####$!"%###（建!"%##$!"&###（建筑中、小型!"%###$!；!###筑物场地!"&###$!物场地!"!###$!""!###）%##）堤防、堤岸—!"%###$!"&%###!"&%###$!"!####!"%###$!"&###堤防大、中型!"&###$!"!###!"!###$!"%##工程涵闸小型结合堤防工程进行注"!项目建议书阶段测绘比例尺参照可行性研究要求执行。&该表引自"()&**—&##+《水利水电工程地质测绘规程》。野外地质测绘工程地质测绘基本方法可分为地质点法和遥感地质制图法。前者按观察路线分为穿越法、界线追索法和全面查勘法，实际工作中常常是根据自然条件和实际需要几种方法互相结合使用。遥感地质制图法主要用于中、小比例尺地质测绘，先在室内通过目视、光学仪器或计算机图像处理等方法对航片、卫片进行地质解译，在地形陡峻、露头良好的地区，也可用地面立体摄影照片进行地质解译，然后到野外进行实地验证、核查和补充修正后用于大比例尺地质测绘。工程地质测绘工作的主要内容，除地层岩性、地质构造、地貌、地震及新构造运动、物理地质现象、水文地质、天然建筑材料等基本内容外，应特别注意调查和追索研究那些和工程建设关系密切的地质现象。如主要断裂的展布及活动性，大型崩塌、滑坡的规模及稳定性，主要软弱夹层的层位及延伸情况，特殊土的类型及分布，可溶岩地层分布区的喀斯特发育情况等。资料整理和成果验收在整个现场测绘过程中，要边搜集资料、边分析研究、边整理成图，并及时总结，对专门性地质问题要反复调查研究，寻找论据。测绘外业工作结束后，即应分析、整理野外地质记录、照片、素描图等各种原始资料，经检查校核无误，方可绘制—,!+— 第一章水利水电工程地质测绘范围测绘图件，包括综合地层柱状图，各种地质图、剖面图，以及有关专门性地质图和各种汇总表。编写工程地质测绘说明书或工程地质测绘报告，内容包括任务要求，工作完成情况，测绘成果的初步分析，存在问题及对下一步地质勘察工作的意见。最后按有关制度规定，逐级对成果进行审签、验收后提供设计部门使用。—#"!— 第四篇水利水电工程地质测绘规程第二章水利水电工程地质测绘准备一、工程地质测绘前，应根据需要搜集下列资料!"规划、设计资料；#地形资料、卫片、航片、陆摄照片；$区域地质、地质勘察、地震地质及工程建设情况等资料；%水文气象资料；&交通、行政区划资料，以及当地风俗习惯等。二、对所搜集的资料，应及时进行分类编录和综合分析，研究其可利用程度和存在问题，编制有关图表和说明。对遥感图像，应进行地质解译。三、小比例尺工程地质测绘，可不进行踏勘；中、大比例尺工程地质测绘，除利用已有资料外，还应结合建筑物布置方案，进行现场踏勘，以了解测区地质情况和问题，合理布置观测路线，正确选择实测地质剖面位置，拟定野外工作方法。踏勘路线应选在代表该地区地层、地质构造，以及有疑问的地段。四、各种比例尺的工程地质测绘，都应符合’(&)#*+的规定，并根据勘察任务书和工程地质勘察大纲的要求，结合搜集的资料和踏勘的情况，编制工程地质测绘工作计划。五、工程地质测绘工作计划应包括下列内容!"任务要求、设计阶段与意图；#地质概况、可能存在的主要工程地质问题；$工作方法、工作量；%计划进度及完成日期；&人员组织、工作装备、安全措施、质量保证措施；,工作条件及经费预算；+提交的成果等。—*",— 第三章水利水电工程野外地质测绘第三章水利水电工程野外地质测绘第一节一般规定一、工程地质测绘应先测制地层柱状图，确定岩层的填图单位后，再进行全面测绘工作。测制地层柱状图应符合下列要求!"地层柱状图的比例尺宜大于地质测绘比例尺的#$"%倍，岩性简单地区可适当缩小；对工程具有重要意义的软弱夹层和地质现象，应扩大比例尺或用符号表示。&实测地层剖面应选择在露头好、岩层出露齐全、构造简单、化石丰富的地段。’当露头不连续或地层连续性受到构造破坏，需要在测绘区以外或不同地段测量地层剖面时，各剖面的连接应有足够证据。必要时，应布置勘探点。(测制地层柱状图时，应选择好“标志层”和划分好填图单位。对各类岩土层除进行一般描述外，还应着重描述工程地质特性。宜系统采集岩石、化石标本，并作鉴定。#在地质构造复杂或岩相变化显著地区，应测制各代表性地段的地层剖面，编制地层对比表和综合地层柱状图。二、不同比例尺的工程地质测绘划分的填图单位应符合下列规定!"工程地质测绘填图单位，应划分为界、系、统、阶、带或地方性的地层单位群、组、段、层。其要求应符合表’)"的规定。&大、中比例尺的工程地质测绘，可在研究沉积韵律或岩相变化的基础上，结合岩性的差异或岩组、层组的组合特点以及岩石的工程地质特性划分填图单位。’对工程地质水文地质具有重要意义的岩层或岩组，应单独划分出来。(第四系的分层，应按地层年代、成因类型及岩性等划分。大比例尺测绘中，还应根据工程需要和地貌条件，结合物质的物理力学性质、水理性质以及盐碱度等特征进行详细分层。表’)"工程地质测绘填图单位划分分层单位比例尺必须的争取的"!"%%，%%%$"!#%，%%%统（或群）阶（或组）"!&#，%%%$"!"%，%%%阶（或组）带（或段）—+"*— 第四篇水利水电工程地质测绘规程分层单位比例尺必须的争取的!"#，$$$带或层（或按岩性、工程地质岩组划分）!"%，$$$&!"!，$$$岩性，或工程地质岩组三、工程地质测绘比例尺的分级应符合下列规定"!小比例尺，包括"小于!"!$$’$$$、!"!$$’$$$、!"#$’$$$。%中比例尺，包括"!"%#’$$$、!"!$’$$$。(大比例尺，包括"!"#’$$$、!"%’$$$、!"!’$$$和大于!"!’$$$。四、各勘察阶段工程地质测绘比例尺应符合表()%规定。五、工程地质测绘的基本方法可分为地质点法和遥感影像解译法。六、地质点法的应用，应符合下列规定"!小比例尺测绘，采用横穿越法。当地层相变较大，构造复杂，或需要查清一些重要地质问题时，应进行界线追索。%中比例尺测绘，采用横穿越与界线追索相结合的方法。(大比例尺测绘，采用全面查勘法。七、中、小比例尺测绘，宜利用航片、卫片资料进行地质解译。在地形陡峻，露头良好地区的大比例尺测绘中，可采用陆摄照片进行地质调绘。解译成果应进行野外实地验证和核实。表()%工程地质测绘比例尺勘察阶段测绘地区规划预可可研招标!"%$$’$$$&!"%#’$$$区域!"#$$’$$$&!"!$$’$$$专门性构造地质测绘"!"!$$’$$$&!"%#’$$$严重渗漏地段!"!$’$$$&!"%’$$$城镇!"%’$$$&!"!’$$$浸没农业区!"!$’$$$&!"!"!$$’$$$&!"#$’$$$#’$$$水库区!"#$’$$$&!"!$’$$$可溶岩地区"城镇!"%’$$$&!"!"#$’$$$&!"%#’$$$!’$$$坍岸农业区!"!$’$$$&!"#’$$$不稳定岸坡!"#’$$$&!"!’$$$—*!*— 第三章水利水电工程野外地质测绘勘察阶段测绘地区规划预可可研招标土石坝!"&$###%!"!$###混疑土坝!"’$###%!"!$###峡谷区；!"!#$###%!"&$###厂房!"’$###%!"!$###建筑物区!"&$###%!"’$###!"!，###%!"’##丘陵平原区；溢洪道!"’$###%!"!$###!"’&$###%!"!#$###引水建筑物!"’$###%!"!$###通航建筑物!"’$###%!"!$###长引水线路区!"&#$###%!"!#$###!"’&$###%!"!#$###!"’&$###%!"&，###八、工程地质测绘使用的地形图，应是符合精度要求的同等或大于地质测绘比例尺的地形图。当地质测绘采用的地形图比例尺与地质测绘比例尺不一致时，应在地质图上注明实际的地质测绘比例尺。九、工程地质测绘的详细程度，应与选用的比例尺相适应。相当于测绘比例尺图上宽度大于’((的地质现象应予测绘。对于评价工程地质或水文地质条件有重要意义的地质现象，即便在图上宽度不足’((，也应扩大比例尺表示，并注明其实际数据。十、地质点的布置应符合下列要求"!地质点应布置在地质界线和地质现象上，在岩性、岩相存在渐变现象，或岩性单一、地质构造简单地区，也应有适量地质点控制。’地质点的间距，要保证地质界线在图上的精度。地质点的间距宜为相应比例尺图上’)(%*)(。*在露头条件差的地区进行大比例尺工程地质测绘，应布置勘探点，以控制主要的地质现象。十一、地质点的定位应符合下列要求"!小比例尺和比例尺为!"’&$###的工程地质测绘，地质点的定位可用目测和罗盘仪交汇。对可能影响评价库区和建筑物地区的工程地质或水文地质条件的重要地质点，应采用测量仪器定位。’比例尺为!"!#$###的工程地质测绘，控制主要地质界线和地质现象的地质点，应采用测量仪器定位。*大比例尺工程地质测绘的地质点应采用测量仪器定位。十二、地质图应按地质制图的原则实地勾绘，如实反映客观情况。各种地质界线的允许偏差，为相应比例尺图上的+’((。分组作业的接图部位的地质界线应协调一致。十三、地质剖面图的测制应符合下列要求"!为分析研究测区的地层岩性、地质构造以及水库区、长引水线路区的一般地质剖面可在地质图上切制，其主要地质现象应实地校核。’建筑物区和为研究专门性问题的主要工程地质剖面图应实测。*剖面图与平面图的内容应协调一致。十四、野外记录应符合下列要求"—-!,— 第四篇水利水电工程地质测绘规程!凡图上表示的地质现象，都应有记录可查。"地质点的描述应在现场进行，并注意点间描述，其内容要全面又要重点突出，重要的地质现象应素描或照相充实文字记录。#地质点应统一编号。地质点记录应有专用卡片，并用绘图铅笔书写，文字要清晰。十五、工程地质测绘过程中，应采集具有代表性的岩土样进行鉴定或试验，以便详细分层或分类；应用地质简易测试方法，了解岩土体的工程地质特性；根据不同的需要和目的，对地表水和地下水进行水质分析，了解其物理性质和化学成分；采集化石标本进行鉴定。十六、外业工作期间，应及时整理和分析资料，进行阶段性工作小结，其主要内容为清绘地质底图，整理野外记录、标本、样品，编制各类分析图表等。第二节地貌调查一、地貌调查应包括下列内容$!地貌形态特征和成因类型。"地貌与地层岩性、构造、第四纪地质等的内在联系。#河谷地貌发育史。%地表水和地下水的运动、赋存与地貌条件的关系。二、利用已有地形、地貌资料，分析基本地貌单元的形态特征，及其成因类型。确定工程建筑物区所属地貌类型或地貌单元，并注意研究微地貌的特点。三、河谷地貌类型调查应包括下列内容$!河谷断面形态，并进行分类。可分为对称谷、不对称谷、阶梯形谷，或“&”形谷、“’”形谷。"河谷与地质构造关系，并进行分类。可分为$纵向谷、横向谷、斜向谷或背斜谷、向斜谷、单斜谷、断裂谷等。#河谷切割程度，并进行分类。可分为$隘谷、嶂谷、峡谷、宽谷。四、河谷纵剖面调查应包括下列内容$!谷底和河床纵向坡度及形状变化情况。"有无急流险滩、瀑布、跌水、深槽深潭等突变现象。#结合水流条件、岩性、构造及物理地质作用等，分析河谷纵坡突变的成因。五、河谷横剖面调查应包括下列内容$!河谷横剖面的形态，峡谷与宽谷交替情况。"谷坡的形状（凸坡、凹坡、直坡、阶梯坡等），坡度和高度，向分水岭过渡的特征，两岸山体的厚度、完整程度和差异性。#谷坡的地质结构，植被情况及切割程度，滑坡、崩塌、泥石流等的存在及其分布。%谷底和河床宽度，河漫滩的分布及其特征。—)"(— 第三章水利水电工程野外地质测绘!古河床、古冲沟、牛轭湖、天然堤、决口口门等的分布和埋藏情况。六、河流阶地调查应包括下列内容"#阶地级数及分布高程。$各级阶地形态特征（阶面的相对高度、长、宽、坡向、坡度，阶面起伏情况及切割程度等），注意阶地纵、横剖面是否有异常现象。%阶地的地质结构（组成物质、岩性、厚度等）、类型（侵蚀的、基座的、堆积的等）与组合情况（上迭、内迭、埋藏等），结合河床覆盖层的结构、厚度及区域剥夷面发育情况，分析其成因、形成年代及河谷地貌发育史。&河流阶地与各类台地的区别。!阶地的水文地质条件。七、调查水文网的分布与发育特征，分析其与岩性、地质构造的关系，注意干流和支流的交汇形态，河流袭夺、变迁，以及古河床、冰川埋藏谷等的分布情况。八、河间（河湾）地段调查应包括下列内容"#地形特征，包括相对高度、宽度、对称性、切割程度及纵、横剖面上的变形特征。$剥蚀面或夷平面的分级，高程，各级形态，变形或破坏情况，成因及年代，有无古河床、古冲沟、古风化壳、古冰川、喀斯特等现象。必要时，应进行喀斯特区地貌发育史的研究。%地质结构，包括组成物质及其分布、性质、厚度、渗透特性和构造条件。&河间地段地表水和地下水的分布、埋藏、补给、径流和排泄条件等。九、冲沟调查应包括下列内容"#分布、密度、规模及形态特征（纵、横剖面及平面上的特征）。$岩性、构造、岩石风化、卸荷及沟壁稳定情况、沟口堆积物特征、分布、厚度、发展及其组合情况（上迭、内迭、串珠排列等）。%沟内水量、水质、固体径流来源和产生坍塌、滑坡、泥石流的可能性，并分析其对工程建筑物的影响。第三节地层岩性调查一、地层岩性调查应包括下列内容"#地层年代。$地层的分布、变化规律。%地层的层序与接触关系。&各类岩层的岩性、岩相、层厚及变化特征。!岩石和岩体的工程地质特性。二、各类岩石的描述宜包括"地层年代、岩石名称、颜色、矿物成分、结构和构造、坚硬程度、成因类型、岩层厚度与岩相变化、岩组或层组特征、岩层的特征标志、产状和接触关—’$#— 第四篇水利水电工程地质测绘规程系等。层状岩层单层厚度的分级应符合表!"!的规定。三、沉积岩应研究沉积环境、沉积韵律、层理特征、层面构造、化石以及岩层或层组特征。沉积岩的调查应包括下列内容。#碎屑岩类$碎屑矿物成分、颗粒大小、形状、分选情况、胶结类型、胶结程度和胶结物成分、层理特征（如平行层理、斜层理、波状层理和交错层理等）、层面构造（如波痕、泥裂等）和结核等。表!"!层状岩层单层厚度分级表单层厚度!描述术语%巨厚层!&’())厚层’())!!&)(*)中厚层)(*)!!&)(’)薄层)(’)!!&)()*极薄层!")()*’黏土岩类$矿物成分、结构、层面构造、胶结情况、泥化、崩解、膨胀和失水干裂特征等。!化学和生物岩类$矿物成分、结晶情况、特殊的结构和构造（如鲕状、竹叶状、瘤状及虎斑构造等）、层面特征、缝合线及喀斯特现象等。+建筑物区，应着重调查软弱岩层或夹层的数量、厚度、层位、性状、分布情况及接触关系等。含煤地层，调查其层位及采空范围。四、岩浆岩应研究其成因类型、产状、规模、次序、与围岩的接触关系。岩浆岩的调查应包括下列内容$#侵入岩$深成或浅成，所处的构造部位，与围岩的穿插情况，接触带特征及流线、流层、析离体、捕虏体和蚀变带等情况。’喷出岩$岩性、岩相，分异变化情况，原生或次生构造（如气孔状、杏仁状、流纹状或枕状构造等），原生节理，捕虏体，韵律与旋回层序，喷发或溢流形式，喷溢次数，间歇情况，喷溢环境（海底喷发或陆地喷发）。!建筑物区，应着重研究侵入岩的岩相，侵入体的边缘接触面（带）产状，岩墙、岩脉及其围岩的风化破碎情况，蚀变带，软弱矿物富集带；喷出岩的喷发间断情况（蚀变带、风化壳、黏土层、松散的砂砾石层等），层间接触关系，以及熔渣、气洞和凝灰岩的泥化、软化、崩解等情况。五、变质岩应研究其成因分类（正变质或副变质）、变质类型（区域变质、动力变质、接触变质、混合岩化等）、变质程度和划分变质带，岩石的矿物成分（区分原岩矿物与变质矿物）、结构（变晶结构、变余结构、碎裂结构、交代结构等）、构造（变余构造和变质构造）、矿物的共生组合和交代关系等。变质岩的调查应包括下列内容$#片麻岩类$片麻理构造，软硬矿物的含量及其风化特性，岩石的均一性和变化规—,’’— 第三章水利水电工程野外地质测绘律，岩体结构特点。!片岩类"片理、原岩层理的产状及其发育程度，软、硬矿物或片状矿物的富集情况。#千枚岩、板岩类"原岩层理及产状、千枚状、片状或板状构造及其劈开情况。$块状变质岩类"岩石完整性及裂隙性，块状构造与片麻理构造的关系，大理岩的溶蚀情况等。%混合类型"混合岩化程度，混合岩的类型（如眼球状、角砾状、网状、条带状、肠状和雾迷状混合岩、混合花岗岩等）残留体的岩性和构造等。必要时进行混合岩带的划分。&建筑物区，应着重研究其软弱变质岩带或软弱变质岩夹层（如富云片麻岩、云母片岩、绿泥石片岩、石墨片岩、滑石片岩、泥质板岩、千枚岩等），以及岩脉的特性。注意千枚岩、片岩、板岩的软化、泥化和失水干裂现象。六第四纪地层应研究成因类型，形成年代，土层名称，组成物质和性质，结构特征，厚度，均一性和递变情况，各层的分布及所处地貌单元。建筑物区，应着重研究软土、分散性土、膨胀土、湿陷性黄土、粉细砂和架空的松散堆积层的性质、厚度、分布及其埋藏情况等。第四节地质构造调查一、地质构造调查应包括下列内容"’褶皱、断裂的分布、产状、形态、规模、性质、组合形式、交切关系及其所属构造单元或构造体系。!结合地层的研究，分析构造形迹的形成年代、相互关系和发展过程。#各类构造的发育程度，分布规律，结构面的形态特征和构造岩的性质。$第四纪以来断层的活动迹象、特点，初步判定断层的活动性，分析现代构造应力场特征。二、褶皱调查应包括下列内容"’褶皱类型，形态，两翼倾角，褶皱轴的位置、走向变化和倾伏（或仰起）方向、倾角。!组成褶皱的岩层年代、岩性、相变和两翼岩层厚度的变化，以及褶皱内部小构造特征。#褶皱的规模和组成形式。$褶皱的形成时期。%建筑物区，还应调查褶皱轴部岩层的破碎和两翼层间错动情况，以及工程地质水文地质特性。三、断层调查应包括下列内容"’断层的位置、产状、规模和性质。!断层在空间的分布特点和组合形式。#断层破碎带、影响带的宽度及其变化，充填和胶结情况。—(!#— 第四篇水利水电工程地质测绘规程!断层破碎带的岩石破碎程度和物质结构情况，并进行构造岩分类或分带。宜分为"断层泥、糜棱岩、角砾岩、片状岩和碎块岩。#断层两侧岩层层位，旁侧构造特征和断层面痕迹，判定两盘的相对错移方向和活动次数，并测定其断距。$断层切割的地层或岩脉，以及断裂间的相互关系和性质的转化情况，分析断层的形成时期和发展过程。%建筑物区，应着重调查区域性断层、活断层、顺河向大断层、缓倾角断层和断层交汇带的情况，并着重研究断层破碎带及影响带的宽度和构造岩的工程地质水文地质特性，以及断层产状、规模和性质在不同地段的变化情况；对缓倾角断层主要研究其延伸长度、断层面的起伏情况和构造岩的泥化程度；断层第四纪以来的活动情况。四、小比例尺工程地质测绘中，可结合区域构造调查，了解主要节理裂隙、劈理、片理的产状、性质和组数。五、中、大比例尺工程地质测绘，应结合工程建筑物的位置，选择有代表性地段和适当的范围，进行节理裂隙的详细调查，为研究岩体工程地质特性、坝基岩体稳定性、边坡稳定性、围岩工程地质分类等问题提供资料。节理裂隙的调查应包括下列内容"&节理裂隙的产状、延伸长度、宽度、充填物性质、节理裂隙间距和在不同岩性、不同构造部位中的变化情况及其发育程度。节理裂隙发育分级和张开度分级，分别按表’(!和表’(#的规定确定。)节理裂隙面的形态特征，包括壁面粗糙、起伏、风化、蚀变等。可划分为明显台阶状、起伏粗糙、起伏光滑、平直粗糙和平直光滑#类。’主要节理裂隙组数和各组节理裂隙相互切割关系，以及节理裂隙密集带的分布情况。!缓倾角节理裂隙的分布位置、产状、连续性、宽度、节理裂隙面的形态特征和充填物性质，以及与其他节理裂隙、断层的组合形式。表’(!单组节理裂隙发育分级间距!发育程度分级描述"极不发育!*)#++不发育)#++!!*+#$+较发育+#$+!!*+#)+发育+#)+!!*+#+$很发育!"+#+$—,)!— 第三章水利水电工程野外地质测绘表!"#节理裂隙张开度分级张开度!张开度分级描述$$闭合!%&’#微张&’#!!%#"&张开#"&!!%#&"&宽张!"#&"#六、劈理、片理调查内容应包括(所处的构造部位、成因、产状、性质、规模、发育程度和与其他结构面的组合关系，以及劈理、片理带的分布位置。七)结合地区的地质条件与工程建筑物的关系，应调查下列内容(*在倒转构造地区是否存在缓倾角迭瓦式断层和飞来峰等现象及其情况。+褶皱发育或软硬岩石互层地区的层间错动带及破碎带的情况，特别是层间错动面的形态和构造岩的泥化程度，以及小褶皱和岩层塑流现象。!脆性岩层中，应调查局部地段出现断层变窄或“尖灭再现”的现象。,塑性岩层中，应调查并区别岩体蠕变与构造形成的褶曲现象。#研究与岩体工程地质分类或岩体稳定性有关的参数和条件，主要构造线、结构面组合形式与建筑物轴线及岸坡的相互关系，并初步分析其对工程建筑物的影响。八、调查第四纪以来断层的活动情况，注意研究活断层的延伸方向、规模、性质和活动特点，以及地震活动情况，必要时应取样鉴定其最新活动时期。九、根据区域构造背景、断层的活动性，结合地震活动，深部构造资料，现代构造应力场特征，初步分析区域构造稳定性及对工程建筑物的影响。第五节水文地质调查一、水文地质调查应包括下列内容(*地下水的类型、埋藏条件和运动规律。+相对隔水层、透水层、含水层的分布，透水层的透水性，含水层的富水性，各含水层的补给、径流和排泄条件，各含水层之间的水力联系和与地表水的补排关系。!水的物理性质、化学成分及动态变化。,分析水文地质条件和作用对岩土体性质及工程建筑物的影响。#水文地质条件的改变对环境的影响。二、泉水调查应包括下列内容(*位置、地貌部位、高程、出流方向。+出露处的地层、岩性及地质构造。!类型（孔隙水、裂隙水、喀斯特水）和性质（上升泉、下降泉或永久性的、间歇性的—-+#— 第四篇水利水电工程地质测绘规程等）。!流量及其随季节变化情况。"水的物理性质、化学成分，泉水沉积物情况。#温泉（或热泉）的水温变化，上升泉的承压情况，分析其成因及对工程的影响。三、水井调查应包括下列内容$%位置、地貌部位、井深和井口高程。&井壁和井底的岩性和地质结构。’水位埋深、水位变幅及季节变化情况，根据水位降低和恢复情况估算其涌水量。!水的物理性质和化学成分。四、地表水体应调查其位置、分布范围、变化情况和所在层位，河、湖及溪沟等的流量、水位、水质。五、综合泉、井和地表水的调查资料，初步分析其物理性质、化学类型，以及补排关系和变化规律等。六、应研究含水层、透水层和相对隔水层的数目、层位、岩性、埋藏条件和分布情况。应着重了解相对隔水层厚度的变化，是否有尖灭或被断层错开等现象。分析透水层的透水性和相对隔水层的阻水可靠性，以及对水库、坝址、引水建筑物的渗漏和基坑、地下洞室涌水等的影响。七、结合地质结构、地貌、水文地质调查，初步分析地下水分水岭位置及高程。八、建筑物区，应研究因水文地质条件的改变，引起软弱岩层或软弱结构面性状的恶化，及其对工程建筑物的影响。九、对水库周边或干渠两侧应调查土壤盐渍化和沼泽化等现象。土壤的结构、成分、地下水的埋藏深度、含盐量和毛管水上升带高度及其随季节的变化情况，盐渍化与地下水位变化的关系和土壤随季节变化而产生上盐、脱盐等现象。并注意地下水位对果树和农作物的影响。第六节喀斯特调查一、喀斯特调查应包括下列内容$%可溶岩的分布、岩性、厚度、产状、结构、化学成分。&喀斯特地貌特征、类型。’各种喀斯特形态的分布位置、高程、规模。!喀斯特类型、组成形式、发育程度和发育规律。"喀斯特水文地质条件。#分析喀斯特对工程地段的渗漏条件和稳定性的影响。二、调查喀斯特洼地、漏斗、落水洞的分布位置、形状、规模、层位、岩性、构造条件及地貌部位，落水洞地表水发育情况与下潜流量及其季节变化，各种形态的数量、密度及其空—(&#— 第三章水利水电工程野外地质测绘间分布规律，分析其与喀斯特地下通道的关系。三、喀斯特洞穴调查应包括下列内容!"洞穴的位置、洞口、洞底的高程、所在层位、岩性和构造情况。#洞穴形态，纵、横剖面的特征，延伸和变化情况。$洞内地下水状况，沉积物和堆积物的性质，以及洞体的完整性和稳定性。%不同形态的洞穴数量、密度，成层情况及空间分布规律。了解洞穴的垂直、水平方向的连通情况。&对溶蚀裂隙应调查其空间分布、规模、特征、延伸方向、充填情况，以及与洞穴等的发育关系。’判定喀斯特洞穴的形成时期。四、调查各种喀斯特泉的出露位置、高程、层位、岩性、构造条件及出水口的变迁情况。通过水温、流量测定，水质分析及连通试验或访问，了解其动态（特别是反复泉、多潮泉、涌泉等）和水力联系等，分析地下水的补给、径流和排泄条件。对地下河还应测定其流量和流速。必要时，应对其发育方向、途径及水源区等进行专门调查。五、在水库区，当可溶岩分布至邻谷或下游时，应把调查范围扩大至相应地区，除对各种喀斯特现象和喀斯特泉进行调查外，对可疑的渗漏河段，还应结合水文测流，了解其渗漏情况。六、应研究分析喀斯特发育与下列诸因素的关系!"与岩性和岩组的关系。可溶岩的矿物组成、化学成分、结构、构造等对喀斯特发育的影响，应特别注意相对隔水层的岩性、厚度、分布情况和隔水的可靠性。#与地质构造的关系。岩层产状、褶皱、断层和节理裂隙的产状、性质、分布密度，不同的构造部位对喀斯特形态和发育方向的控制，以及不同构造单元与喀斯特类型的关系。还应注意后期构造对古喀斯特的影响。$与地形地貌的关系。不同地形地貌条件和覆盖条件对喀斯特发育的影响。%与地文期和新构造运动形式的关系。喀斯特形态特征或洞穴的成层性与阶地和剥蚀面的对比。&与水文网的关系。喀斯特发育的深度与地下水动力条件和排泄基准面的关系，基准面的改变与地下水分水岭位置迁移的关系，降雨量、气温，以及水的侵蚀性对喀斯特发育的影响。七、根据喀斯特地貌形态、可溶岩的分布、喀斯特与地质构造及新构造运动的关系等调查资料，阐述喀斯特的发展历史和发育规律，分析喀斯特对工程建筑物的影响。第七节物理地质现象调查一、物理地质现象调查应包括下列内容!"各类物理地质现象（滑坡、崩塌、蠕动变形、泥石流、岩体风化、冻土等）的分布位—)#(— 第四篇水利水电工程地质测绘规程置、形态特征、规律、类型和发育程度。!根据地层岩性、地质构造、地貌、水文地质条件和气候等因素，分析各种物理地质现象产生的原因、规律和发展趋势。"分析各种物理地质现象对工程建筑物可能产生的影响。二、滑坡调查应包括下列内容#$滑坡所处地貌部位、滑坡体的分布位置、高程、范围、体积和形态特征。!滑坡体所在层位、岩性、构造部位、滑坡体的物质组成、原岩结构的破坏情况。"滑坡体的滑动面（带）位置、形态、滑动带物质组成、厚度、颗粒级配、矿物成分、含水状态等。%滑坡体的边界条件及稳定性。&滑坡地区地震和水文气候条件，地表径流和地下水状况，以及人为因素的影响。’滑坡成因类型、形成时期及演化历史。(滑坡后缘山体的稳定性。)应重点调查建筑物区和近坝库岸的滑坡体，分析其稳定性、发展趋势及对工程的危害性。三、崩塌调查应包括下列内容#$崩塌体的位置、分布高程、范围和体积。!崩塌体的物质成分、结构和块径大小。"崩塌区的地层、岩性、地质构造、地貌和水文气象条件。%崩塌类型、成因和形成时期。&应着重调查建筑物区的崩塌现象，分析崩塌区岩体和崩塌体的稳定性、发展趋势及对工程的影响。四、蠕动变形调查应包括下列内容#$蠕变体的位置、范围、高程、体积和形态特征。!蠕变体所在的地层、岩性、地质构造和岩体结构。"蠕变的类型（倾倒型蠕变、扭曲型蠕变、松动型蠕变、塑流型蠕变等）和成因。%应着重调查建筑物区的蠕动变形现象，对蠕变岩体进行分带，分析蠕变岩体的稳定性、发展趋势及对工程的影响。五、泥石流调查应包括下列内容#$泥石流的位置、规模、物质组成和状态，以及泥石流发生次数。!泥石流流域的地质、地貌结构、形态特征和植被状况。泥石流发生区、通过区和堆积区的范围、规模，发生区可能启动物质的性质。"泥石流类型、泥石流流体性质、形成条件和形成时期。%应着重调查建筑物区的泥石流，分析其发展趋势和重新活动可能性及其对工程的影响。六、岩体风化卸荷调查应包括下列内容#$风化层的分布，形态特征（带状、囊状、夹层状、球状等）。!风化岩体颜色、结构构造变化、破坏程度、风化裂隙发育情况、充填物及其性质，以—)!)— 第三章水利水电工程野外地质测绘及风化蚀变的次生矿物等，并进行岩体风化程度分带，分带应符合!"#$%&’的规定。(对易风化岩石，应注意研究风化状态及特征，必要时，应提出专门性试验要求。)应着重调查建筑物区的岩体风化情况，分析岩体风化与岩性、构造、水文地质条件、地形地貌和气候等因素的关系，及其对工程建筑物的影响。#应调查对工程建筑物有影响的卸荷岩体或卸荷裂隙的分布位置、产状、规模、发育深度和充填物性质。七、调查工程建筑物区错落体、潜在不稳定岩体、塌陷区、采空区等的位置、规模等，分析其对工程建筑物的影响。八、冻土调查应包括下列内容*+冻土的类型（多年冻土或季节冻土）。$冻土层埋深和冻融层深度。(多年冻土的分布、成分和厚度，冻土的低温结构和温度动态。)冻土的物理力学特性及其融解时的变化。#冻土的冻胀和热融滑塌、沉陷情况。,冻土区的水文地质情况及不良地质现象。’初步分析冻土对建筑物区的影响。—&$-— 第四篇水利水电工程地质测绘规程第四章水利水电工程地质测绘资料整理与成果验收一、工程地质测绘外业结束后，应立即进行资料的整理工作。资料整理应包括下列内容!"各作业小组应对野外测绘的地质资料和勘探、试验等成果，进行综合整理、分析。包括整理野外地质记录和原始资料；修正和补充航片、卫片、陆摄等遥感技术资料；编绘各种综合分析图表，如镶嵌图、汇总表、分析图、素描图，以及整理标本、照片和摄像资料等。#编制图件，包括综合地层柱状图、各种地质图、地质或工程地质剖面图，以及视需要编制的专门图件。$编写工程地质测绘说明书或工程地质测绘报告。其内容包括!任务要求，工作完成情况，野外测绘成果的初步分析，存在问题及地质勘察工作意见。二、在资料整理过程中，对疑难的地质问题，或有争议的重大地质问题，应进行野外复查和现场讨论，以求合理解决。三、经过整理和检查的资料，应准确、可靠，并按有关制度规定，逐级审签、验收后提供使用。四、成果验收工作应根据勘察任务书或工程地质勘察大纲、工程地质测绘工作计划和本规程的基本要求进行。五、成果验收应包括下列主要内容!"地质测绘所采用地形图的精度。#地质点布置的合理性。$野外描述内容的真实性和全面性。%图件内容的准确性和合理性。&文字报告的文字、结构和分析结论。—($’— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用—#"!— 第一章工程勘测质量管理第一章工程勘测质量管理第一节地质勘察工作管理一、工程地质勘察的目的及任务工程地质勘察的目的是查明工程建筑物地区的工程地质条件，分析预测可能出现的工程地质问题，充分利用有利的地质条件，避开或改造不利的地质因素，为工程的规划、设计、施工、运用和管理提供可靠的地质资料。工程地质勘察工作一般可划分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计四个勘察阶段。各勘察阶段的工作应循序渐进，逐步深入，并与各设计阶段相适应。（一）规划勘察规划勘察的目的，是为工程选点提供初步的工程地质资料和地质依据。该阶段的主要勘察任务为：搜集、整编区域地质、地形地貌和地震资料；了解工程建设地点的基本地质条件和主要工程地质问题；分析工程建设的可能性；了解各规划方案所需天然建筑材料概况，进行建筑材料的普查。水利水电工程在规划勘察阶段的勘察内容主要包括：河流或河段的地形地貌、地层岩性、地质构造、地震、物理地质现象和水文地质条件；库区地质条件及有关渗漏、浸没、坍岸和淤积物来源；以及坝区和引水线路的地貌、地层、岩性、构造、地震烈度、物理地质现象和水文地质条件。（二）可行性研究勘察可行性研究勘察，是在河流或河段规划选定方案的基础上进行的勘察。其目的是为选定坝址、基本坝型、引水线路和枢纽布置方案进行地质论证，并提供工程地质资料。该阶段勘察的主要任务是区域构造稳定性研究，并对工程场地的构造稳定性和地震危险性作出评价；调查并评价水库区主要工程地质问题，调查坝址引水线路和其他主要建筑物场地工程地质条件，并初步评价有关主要工程地质问题；以及天然建筑材料初查。勘察的主要任务是：查明区域地质概况，尤其是区域性大断裂、活动断裂和地震活动性；查明库区地质概况，重点是水库渗漏、浸没、库岸稳定和发生水库诱发地震的可能性等工程地质问题的初步评价；查明和比较坝址的工程地质条件以及软弱夹层、构造断裂、岩体风化程度分带和风化深度、边坡稳定性、岩土的工程地质性质、可溶岩地区渗漏问题等；比较引水线路—"!!— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用和厂址的工程地质条件，选定线路工程地质分段等。（三）初步设计勘察初步设计勘察，是在可行性研究阶段选定的坝址和建筑场地上进行的勘察。其目的是查明水库区及建筑物地区的工程地质条件，为选定坝型、枢纽布置进行地质论证，并为建筑物设计提供地质资料。该阶段勘察的主要任务是查明水库区专门性水文地质、工程地质问题和预测蓄水后变化；查明建筑物区工程地质条件并进行评价，为选定各建筑物的轴线和地基处理方案提供地质资料与建议；查明导流工程的工程地质条件；天然建筑材料详查；地下水动态观测和岩土体位移监测。该阶段主要勘察内容包括：水库区地质条件，水库渗漏，水库浸没、库岸稳定和水库诱发地震的形成条件及预测发生情况（范围、大小）等；坝、闸址主要地质条件，与选定坝型、坝轴线、枢纽有关的工程地质条件，坝基岩体工程地质分类，工程地质问题及评价和处理建议；引水遂洞工程地质条件分段特征，围岩工程地质分类，主要工程地质问题评价及处理建议。（四）技施设计勘察技施设计勘察是在初步设计阶段选定的枢纽建筑物场地上进行的勘察。其目的是检验前期勘察的地质资料与结论，为优化建筑物设计提供地质资料。技施设计勘察的任务主要包括：对在进行初步设计审批中要求补充论证的和施工开挖中出现的专门性工程地质问题进行勘察；进行施工地质工作；提出施工和运行期工程地质监测内容、布置方案和技术要求的建议；分析施工期工程地质监测资料。勘察的主要内容有：专门性工程地质问题勘察；水库诱发地震监测，不稳定岸坡监测并研究失稳可能性；局部坝段、坝块坝基岩土体变形和稳定情况，可利用基岩面深度及地基加固和防渗处理措施建议；预测围岩稳定条件和漏水、涌砂情况；必要的天然建筑材料复查等。施工地质工作：检验前期勘查资料，进行建筑物基坑、地下建筑物岩壁的地质编录和测绘等。二、水文地质勘察的目的及任务水文地质勘察是研究水文地质条件的主要手段。水文地质勘察的目的，是为了查明地下水的形成、分布规律，并在此基础上对地下水资源作出水量与水质评价，从而为国民经济建设提供水文地质依据。由于各项国民经济建设所要求解决的水文地质问题是各不相同的，例如小范围的城市工矿企业供水水源地的水文地质勘察、大面积的农田供水水文地质勘察、地下热水田的水文地质勘察等，它们都有各自需要解决的水文地质问题。所以这些专门的水文地质勘察的目的还要根据不同的工程建设需要来决定。从事任何水文地质勘察工作，都应该有明确的目的性。水文地质勘察工作的任务，就是运用各种不同的测绘、勘探、试验、观测方法，经过一定的勘察程序查明基本的水文地质条件和解决专门性的水文地质问题。例如，对农田供水的水文地质勘察任务来讲，除了查明地下水的形成、分布规律和补给、径流、排泄这些基本的水文地质条件外，还应着重对地下水资源数量能否满足灌溉需水量要求作出定量的评价，并进行灌溉水质评价和开采技术条件的论证，为经济合理地开发利用地下水提供所需的水文地质资料。水文地质勘察通常按普查、详查和开采三个阶段进行。水文地质勘察阶段的划分和主要工作内容见表!"!。—%$#— 第一章工程勘测质量管理（一）普查阶段勘察普查阶段是一项区域性小比例尺带有战略意义的工作。普查阶段一般不要求解决专门性的水文地质问题，其主要任务是查明区域的水文地质条件，如各类含水层的赋存条件与分布规律，地下水的水质、水量以及地下水的补给、径流、排泄等条件。在普查阶段通常进行!"#$万比例尺的水文地质测绘工作，在一些严重缺水或工农业集中发展的地区也可采用!"!$万的比例尺。比例尺的选择应根据工程建设要求的深度和水文地质条件的复杂程度来确定。（二）详查阶段勘察详查阶段的工作一般是在水文地质普查的基础上进行。在这个阶段工作中要求解决专门性的水文地质问题，为各种国民经济建设部门提供所需的水文地质依据。例如城市工矿企业供水、农田供水、土壤改良或矿山开采等。详查的面积除了农田供外，一般都比较小，采取的比例尺精度通常是!"%万&!"#’%万。详查的任务：除查明基本的水文地质条件外，还要求对含水层的水文地质参数、地下水动态变化规律、各类供水水质标准以及开采井的数量与布局，提出切实可靠的数据，并应预测出将来开采后可能出现的水文地质问题。表!(!水文地质勘察阶段的划分（根据工作精度）勘察阶段普查阶段详查阶段开采阶段工作内容比例尺比例尺比例尺水文地质测绘!"!$万&!"#$万!"#’%万&!"%万大于!：#’%万以航空物探成果为主，以进行详细的地面物以井下物探为主，并结地面物探在局部重点探为主，线网结合；并水文地质物探合勘探工作进行专门地区进行，以点为主，配合钻探和试验进行性物探模拟试验点线结合专门性物探工作钻探工作为单孔和控以勘探线网为主，勘探充分利用开采井孔资水文地质钻探制性的基准钻，了解不深度以开采层位为主料进行综合研究同深度的含水层抽水孔数在基岩地区占钻孔总数)$*以上；岩性变化不大的松散除进行群孔、干扰抽水单孔抽水为主，进行必地层抽水孔占+$*&水文地质试验试验外，选择典型地段要的多孔抽水试验%$*；变化较大的松散进行人工回灌试验地层占%$*&)$*；要进行必要的群孔、分层和干扰抽水试验—)+%— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用勘察阶段普查阶段详查阶段开采阶段工作内容全部实测并根据开采根据经验数据，搜集资水文地质参数测定及大部分为实测参数，初井的水量和水位资料，料和部分实测资料，估地下水资源评价步评价地下水资源进行水文地质参数计算地下水资源算与地下水资源评价布置长期观测网，观测布置长期观测网，观测以访问为主，实测枯水时间要求不少于一个时间要求不少于!个地下水动态长期观测期地下水动态水文年，并进行简易入水文年，进行地下水动渗观测态预报以水质简易分析为主，水质简易分析及部分除水质分析外，进行岩实验室工作进行部分岩样、土样鉴全分析，并进行少量岩样、土样水理性质测定定和孢粉分析石水理性质测定（三）开采阶段勘察开采阶段的水文地质勘察工作，是根据开采过程中出现的水文地质问题确定具体任务。这些水文地质问题，有的是因在开采前从未进行过水文地质的勘察工作而必然要发生的；有的则是虽然经过正式的水文地质勘察工作，但是由于勘察精度不够高，提出的数据不可靠，甚至是作出了错误的勘察结论所造成的；有的则是不可能准确预测的一些问题。在供水水文地质工作中，由于井距不合理导致水井间严重干扰，地下水降落漏斗的不断扩展及由此引起的地面沉降、水量枯竭、水质恶化等，都属于开采阶段应该解决的水文地质问题。开采阶段的水文地质勘察工作比例尺大于"#$%&万。由于它大都带有研究的性质，所以不一定开展更小比例尺精度的全面勘察工作，而是应该针对出现的问题作具体的分析，然后采取不同的勘察方法加以解决。第二节勘察的基本手段和方法工程地质及水文地质勘察工作中，常用的勘察手段和方法有测绘、勘探、试验和长期观测等。—(!’— 第一章工程勘测质量管理一、地质测绘（一）工程地质测绘!"工程地质测绘的目的和任务工程地质测绘是工程地质勘察中最重要、最基本的勘察方法。它是运用地质学的理论和方法，通过野外调查和综合研究勘察区的地貌、地层岩性、地质构造、物理地质现象、水文地质条件等，并将它们填绘在适当比例尺的地形图上，为下一步布置勘探、试验及长期观测工作打下基础。#"工程地质测绘的范围和精度工程地质测绘的范围，一方面取决于建筑物类型、规模和设计阶段；一方面取决于区域工程地质条件的复杂程度和研究程度。通常，建筑规模大，并处在建筑物规划和设计的开始阶段，且工程地质条件复杂而研究程度又较差的地区，其工程地质测绘的范围就应大一些。工程地质测绘的比例尺主要取决于不同的设计阶段。在同一设计阶段内，比例尺的选择又取决于建筑物的类型、规模和工程地质条件的复杂程度。工程地质测绘的比例尺可分为小比例尺（!$!%万&!$’万）测绘、中比例尺（!$#"’万&!$!万）测绘和大比例尺（!$’%%%&!$!%%%）测绘。工程地质测绘使用的地形图必须是符合精度要求的同等或大于工程地质测绘比例尺的地形图。图件的精度和详细程度，应与地质测绘比例尺相适应。在图上，大于#((的地质现象应尽量反映，宽度不足#((的重要工程地质单元，如软弱夹层、断层等，要扩大比例尺表示，并注示其实际数据。地质界线误差，一般不超过相应比例尺图上的#((。工程地质测绘的精度还取决于单位面积上地质点的多少，地质点越多，精度越高。野外工程地质测绘工作，根据工程设计要求，在搜集并分析测绘区已有的地形地质资料、确定比例尺、范围及工作内容的基础上进行。一般采用路线测绘法、地质点测绘法、野外实测地质剖面法等。此外，遥感技术在工程地质测绘中也得到了普遍的应用。（二）水文地质测绘!"水文地质测绘的目的及任务水文地质测绘是水文地质勘察工作的基础与先行工作，是认识和掌握区域地质构造、地貌、水文地质条件的重要调查研究方法。水文地质测绘的目的在于通过对地质、地貌、第四纪地质、新构造运动，地下水点的调查和填绘水文地质图等，查明勘察区内地下水形成与分布的基本规律，在此基础上作出初步的开发利用远景评价，并对区内存的环境水文地质问题等提出防治措施进行论证。水文地质测绘还将进一步为水文地质勘探、试验和观测工作提供设计依据。因此，水文地质测绘的基本任务应是查明以下各项：（!）与地下水形成有关的区域水文、气象因素。（#）区域地质、地貌及第四纪地质特征。（)）地下水的补给、径流、排泄条件。（*）含水层的埋藏条件及其分布。—,)+— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用最后，结合其他工作对地下水资源及其开采条件进行初步评价，为工农业生产建设部门合理开发利用地下水资源提供完整的水文地质资料。水文地质测绘的主要工作步骤，包括准备工作、野外工作及内业整编三个方面。测绘工作结束时，应提出相应的地质图、地貌图、第四纪地质图、综合水文地质图、地下水水化学图与有关的剖面图，以及水文、气象图表和文字报告。!"水文地质测绘的精度通过水文地质测绘所取得的成果，主要反映在各种图件上，因此，测绘的精度要求，主要通过图幅的比例尺大小来反映的。不同比例尺填图的精确度，取决于地层划分的详细程度和地质界线描绘的精度，以及对地区的地质、水文地质现象的研究和阐明的详细、准确程度。根据不同比例尺的精度要求，在单位面积内观测点及观测路线长度见表#$!。一般在#%&万地形图上每隔#’!()布置一条观测线，每隔*"&’#()应有一个观测点，条件简单者可以放宽#倍。观测点的布置应尽量利用天然露头。当天然露头不足时，可布置少量的勘探点，并选取少量的试样进行实验。表#$!水文地质测绘的观测点数和观测路线长度地质观测点数（个+,)!）水文地质观测点数观测路线长度测绘比例尺（个+,)!）（,)+,)!）松散岩层地区基岩地区#%#******"#*’*"-**"!&’*".&*"#*’*"!&*"&*’#"**#%&*****"-*’/*"0**".&’!"***"!*’*"0*#"**’!"**#%!&****"0*’#"1*#"&*’-"**#"**’!"&*!"&*’/"**#%#****#"1*’-"0*-"**’1"**!，&*’."&*/"**’0"**#%&***-"0*’."!*0"**’#0"**&"**’#&"**0"**’#!"**注#"同时进行地质和水文地质测绘时，表中地质观测点数应乘以!"&；复核性水文地质测绘时，观测点数为规定数的/*2’&*2。!"水文地质条件简单时采用小值，复杂时采用大值，条件中等时采用中间值。为了达到所规定的精度要求，一般在野外测绘填图中，采用比例尺较提交成果图件比例尺大一级的地形图作为填图底图，例如：当进行#%&万比例尺测绘时，常采用#%!"&万比例尺的地形图作为外业填图底图。外业填图完成后，再缩制成#%&万比例尺图件作为正式资料提交。二、工程地质与水文地质勘探勘探工作是工程地质勘察的重要工作方法之一。对任何工程地质条件及工程地质问题，从地表到地下的研究，从定性到定量的评价，都离不开勘探工作。工程地质勘探包括物探、钻探、坑探等。这里重点介绍勘探工作在工程地质勘察中的特点和适用条件。（一）物探工作岩层有不同的物理性质，如导电性、弹性、磁性、放射性和密度等。利用专门仪器测定岩层物理参数，通过分析地球物理场的异常特征，再结合地质资料，便可了解地下深处地—1-1— 第一章工程勘测质量管理质体的情况。工程地质勘察中常用的是电法勘探和弹性波勘探。电法勘探是利用仪器测定人工或天然电场中岩土导电性的差异来识别地下地质情况的一组物探方法。电法勘探以岩石的电学性质为基础，不同岩石电性差异的大小、相同岩石的孔隙大小以及富水程度的强弱等，对电法勘探结果都会产生影响。这就要求配合一定数量的试坑或钻孔进行校验，才能较准确地判别资料的可靠性。电法勘探受地形条件限制较大，要求工作范围内地形起伏差小，所以在平原和河谷区使用较普遍。弹性波勘探包括地震勘探、声波和超声波探测。它是用人工激发震动，研究弹性波在地质体中的传播规律，以判断地下情况和岩体的特性和状态。地震勘探是用人工震源（爆破或锤击）在岩体中产生弹性波，可探测大范围内覆盖层厚度和基岩起伏，探查含水层，追索古河道位置，查寻断层破碎带，测定风化层厚度和岩土的弹性参数等。用声波法可探测小范围岩体，如对地下洞室围岩进行分类、测定围岩松动圈、检查混凝土和帷幕灌浆质量、划分岩体风化带和钻孔地层剖面等。声波通常由声波仪（图!"!）产生。声波仪由发射系统和接收系统两部分组成。发射系统包括发射机和发射换能器。接收系统由接收机、接收换能器和用于数据记录和处理用的微机组成。接收换能器接收岩体中传来的声波后转换成电信号送到接收机，经放大后在终端以波形和数字形式直接显示声波在岩体中的传播时间!，据发射和接收换能器之间的距离"，计算出岩体波速（###"$!）；包括纵波速度#%和横波#&。（二）钻探工作钻探是利用一定的设备和工具，在人力或动力的带动下旋转切割或冲击凿碎岩石，形成一个直径较小而深度较大的圆形钻孔。通过取出岩芯可直观地确定地层岩性、地质构造、岩体风化特征等。从钻孔中取出岩样、水样可进行室内试验，利用钻孔可进行工程地质、水文地质及灌浆试验、长期观测工作以及地应力测量等。与物探相比，钻探的优点是可以在各种环境下进行，能直接观察岩心和取样，勘探精度高。与坑探比，勘探深度大、不受地下水限制、钻进速度快。（三）坑探坑探是用人工或机械掘进的方式来探明地表以下浅部的工程地质条件，主要包括探坑、探槽、浅井、斜井、竖井、平洞等（见图!"$）。坑探的特点是使用工具简单，技术要求不高，运用广泛，揭露的面积较大，可直接观察地质现象，不受限制地采取原状结构式样，并可用来做现场大型试验。但勘探深度受到一定限制，且成本高，周期长。水利水电工程勘探中常用的坑探类型、特点及用途见表!"%。表!"%工程地质勘探中的坑探类型类型特点用途坑探深度小于%&的小坑，形状不定局部剥除地表覆土，揭露基岩从地表向下垂直，断面呈圆形或方形，深度’确定覆盖层及风化层的岩性及厚度，取原状浅井(!)&样，载荷试验，渗水试验—+%*— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用类型特点用途在地表垂直岩层或构造线挖掘成深度不大追索构造线、断层、探查残积坡积层，风化岩探槽的（小于!"#$）长条形槽子石的厚度和岩性，了解坝接头处的地质情况形状与浅井同，但深度超过%&$，一般在平缓了解覆盖层厚度及性质，构造线、岩石破碎竖井山坡、漫滩、阶地等岩层较平缓的地方，有时情况、岩溶、滑坡等，岩层倾角较缓时效果较需支护好调查斜坡地质构造，对查明地层岩性、软弱在地面有出口的水平坑道，深度较大，适用平洞夹层、破碎带、卸荷裂隙、风化岩层时效果较于较陡的基岩边坡好，还可取样或作原位试验图%’%声波探测装置图%’发射机；(’接收机；!’发射换能器；)’接收换能器图%’(某坝址区勘探布置图%’砂岩；(’页岩；!’花岗岩脉；)’断层带；#’坡积层；*’冲积层；+’风化层界线；,’钻孔；!’平洞；"’竖井；#’探井；$’探槽；%’浅井三、工程地质和水文地质野外试验野外试验在工程地质和水文地质勘察中是一项经常进行的重要勘察方法，是获得工程地质水文地质问题定量评价、工程设计、施工和认识区域水文地质条件评价地下水资源所需参数的主要手段。工程地质水文地质勘察中常用的野外试验有三大类：!水文地质试验：钻孔压水试验、抽水试验、渗水试验、岩溶连通试验、回灌试验、地下水流向和实际流速测定试验等；"—,)&— 第一章工程勘测质量管理岩土力学性质及地基强度试验：载荷试验、岩土大型剪力试验、触探、岩体弹性模量测定、地基土动力参数测定等；!地基处理试验：灌浆试验、桩基承载力试验等。下面对其中几种主要的试验项目作一简要介绍。（一）钻孔压水试验钻孔压水试验是用专门的止水设备把一定长度的钻孔段隔离开，然后用固定的水头向该段钻孔压水，水就从孔壁裂隙向周围渗透，最终渗透水量会趋向一稳定值。根据压水水头、试段长度和渗入水量，便可确定裂隙岩石的渗透性能，通常以单位水头（!）、单位长度（!）试段和单位时间内的吸水量（"#!$%）表示，称之为单位吸水量"［"#（!$%·!·!）］。通过压水试验，可定性地了解地下不同深度处坚硬或半坚硬岩层的相对透水性和裂隙发育的相对程度，为评价岩层的完整性和透水程度、论证水工建筑物地基和库区岩层的透水情况、制定防渗与基础处理方案，提供必需的基本资料。（二）抽水试验抽水试验利用一定的抽水设备在钻孔、各类井以及某些流量较大的上升泉、深潭式的地下暗河、截潜流工程和方塘等上进行，用以测定含水层的水文地质参数，从而判断地下水运动性质，了解地下水与地表水以及不同含水层之间的水力联系。根据水文地质勘察工作的目的和水文地质条件的差异，抽水试验可以分为试验抽水与正式抽水、单孔抽水与多孔抽水、完整井抽水与非完整井抽水、分层抽水与混合抽水、稳定流抽水与非稳定流抽水等不同类型。（三）岩土力学性质试验&’岩体力学性质试验（&）岩体变形试验。岩体变形试验可分为承压板法试验、水压洞室试验、狭缝试验以及钻孔变形试验等。它们的基本原理相同。承压板法一般是在预先挖好的平洞中进行，用千斤顶施压，通过有足够刚性的承压板将压力传递到岩体上，测量岩体变形，按弹性理论计算岩体变形。（(）岩体抗剪试验。岩体抗剪试验可分为三类：岩体本身的抗剪强度试验、岩体沿软弱结构面的抗剪强度试验和混凝土与岩体胶结面的抗剪强度试验。一般在平洞内用两个千斤顶平推法进行。在制备好的试件上，利用垂直千斤顶对试样施加一定的垂直荷载，然后通过另一个水平千斤顶逐级施加水平推力，根据试样面积计算出作用于剪切面上的法向应力和剪应力，绘制各法向应力下的剪应力与剪切位移关系曲线。根据绘制的曲线确定各阶段特征点剪应力。绘制各阶段的剪应力与法向应力关系曲线，确定相应的抗剪强度参数。（)）岩体抗压试验。岩石抗压强度通常在室内压力机上进行，将边长各为*+!的立方体（或更大些）或直径与高均为*+!的圆柱体（或更大些）岩石试件加压至破坏，破坏时的荷载与试件的面积比即是岩石的抗压强度。（,）点荷载试验。在现场测定不规则岩体的强度时，通常是将试件置于上下一对球端加荷器之间，施加集中荷载直至破坏，据此求得岩石点荷载强度指数。此试验方法简便，可对不规则的试样进行试验，无需岩样加工，有利于降低试验成本，加快试验进程，尤其是—-,&— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用对于难以取样和无法进行岩样加工的软岩和严重风化的岩石，更显示出其优越性。!"土体载荷试验土体截荷试验是用于确定地基土体容许承载力、测定地基土体变形模量、研究地基土体变形范围及应力分布情况的试验，是一种现场模拟试验。在较不均匀和较软弱地基的工程地质勘察中应用较多，尤其在大型工业与民用建筑的勘察中，与土的室内试验相配合，可取得评价地基稳定性比较可靠的结论。四、长期观测长期观测工作在工程地质水文地质勘察中是一项很重要的工作。有些动力地质现象及地质营力随时间推移将不断地明显变化，尤其在工程活动影响下的某些因素和现象将发生显著变化，影响工程的安全、稳定和正常运用。这时仅靠工程地质测绘、勘探、试验等工作，还不能准确预测和判断各种动力地质作用的规律性及其对工程使用年限内的影响，这就需要进行长期观测工作。长期观测的主要任务是检验测绘、勘探对工程地质和水文地质条件评价的正确性，查明动力地质作用及其影响因素随时间的变化规律，准确预测工程地质问题，为防止不良地质作用所采取的措施提供可靠的工程地质依据，检查为防治不良地质作用而采取的处理措施的效果。有关水利水电工程在运转期间工程地质及水文地质需要长期观测的内容，见表#$%。表#$%长期观测项目和内容序号观测项目观测内容!沉陷量；"水平位移；#坝基应力；$扬压主要建筑物（坝、闸）地基岩（土）体变形、沉#力和渗透压力；%岩（土）性质变化（泥化或陷和稳定观测软化）!观测钻孔（坝基及两岸地区）测压管水位；"主要入渗点、溢出点和渗漏通道；#渗透!渗透和渗透变形观测流量和流速；$水质、水温和渗出水流中携出物质的成分和含量；%管涌溢流坝、溢洪道和泄洪洞下游岩（土）体冲刷&重复地形测量和地形分析情况观测!位移；"边坡岩（土）体裂隙；#地下水位；%岸边稳定性观测$重复摄影!地震；"地应力；#岩体变形或断层相对’地震及现代构造活动情况观测位移；$地形变形!地下水水位、水质；"水库入渗点、溢出点(水库分水岭地段渗漏情况观测的变化和渗透流量库岸及水库下游浸没观测和翌年发展情况各种浸没现象，如沼泽化、盐碱化、黄土湿陷)观测等*坍岸情况观测和翌年坍岸情况预测观测断面的重复地形测量（水下和水上）—*%!— 第一章工程勘测质量管理序号观测项目观测内容隧洞和地下建筑物地段工程地质、水文地质!山岩压力；"地下水位及外水压力；#洞!观测壁岩体变形地下水水位；地下水温；地下水化学成分；涌"#地下水动态水量其他有意义的工程水文地质作用发展情况""观测—&%$— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用第二章平面与高程控制测量技术应用在水利工程的规划设计、施工和运行阶段所进行的测量工作。其主要内容有控制测量、地形测量、断面测量、面积和体积量算、施工放样、水工建筑物变形监测等。水利工程测量主要内容（!）规划设计阶段的测量工作。按照水工建筑物设计的程序和要求，本阶段测量工作的主要任务是为设计提供各种基础测量资料，主要内容包括：地面地形测量及水下地形测量、断面测量、面积和体积量算，以及相应的控制测量。此外还要为工程地质勘察、水文地质勘察、水文测验等提供测量服务。对于重大项目或在地质条件不良地区建设的项目，还需进行地形变监测和水工建筑物变形监测。（"）施工阶段的测量工作。在主要建筑物施工场地，施工测量的主要任务是按照设计的要求，将建筑物的位置和形状测放于实地，作为施工的依据。其相应的测量工作内容为：建立不同形式和等级的施工控制网、进行施工放样测量和安装测量、施工期变形监测、竣工测量等。在水库区，主要测量任务是测设水库淹没界线，必要时进行地壳形变监测。（#）运行阶段的测量工作。本阶段测量工作主要任务是：水工建筑物及基础、地基、边坡、危岩等的变形监测、水库淤积测量、库岸稳定监测、下游河道演变测量，必要时进行水库区地壳形变监测。水利工程测量的发展水利工程测量随着水利工程建设事业的发展而发展。早期的水利工程多为河道的疏导，以利防洪和灌溉，这时的水利工程测量主要是确定水位和堤坝的高度。例如，中国$%%%多年前的夏大禹治水、秦代李冰建设都江堰水利工程中，都用了简单的测量方法来测量高程，它们是中国水利工程测量发展的标志。"%世纪&%年代以前，中国的水利工程测量主要进行规划设计阶段的测量工作，包括在各流域的部分地区布设为测图服务的各级平面控制网、高程控制网，测绘不同比例尺的地形图。中华人民共和国成立后，水利测绘事业得到了迅速发展。在先后完成了较大河流和水系勘测规划工作的基础上，随着许多大型和特大型水利枢纽工程的兴建，为满足水利枢纽工程施工建造的需要，水利工程测量人员在水利工程的高精度专用施工测量控制网的精度要求与布设、施工放样方法与放样精度、施工中的变形监测等方面进行了大量的研究，充实了水利工程施工测量的内容。相对勘测阶段的测量工作而言，它把水利工程测量的精度提高了一个数量级，为确保水利工程的质量起着重要的作用。"%世纪’%年代以后，随着许多大型和特大型水利枢纽工程的竣工和运行，水工建筑—($$— 第二章平面与高程控制测量技术应用物及基础的变形监测日益引起重视。要求变形监测精度达!"##，个别甚至高达$%"##，为此，水利工程测量人员研制了满足变形监测的种种专用仪器和方法，包括自动化的仪器和方法，以及相应的变形观测的数据处理理论等。这些工作不仅为确保水工建筑物的安全运行起了重要作用，而且促进了水利工程测量的发展。水利工程测量的发展与近代测绘技术的发展是分不开的，中国许多水利工程勘测设计、施工建设及运行单位在完成流域规划的勘测、大型水利工程施工测量与变形监测的工作中，充分利用了近代测量仪器和技术。航空摄影测量和地面立体摄影测量、遥感技术的应用为快速提供各种比例尺地形图起着重要作用；激光技术、电子技术、电磁波测距技术、全站仪、&’(全球定位系统、激光导向仪和激光准直仪等现代测量仪器的应用，陀螺经纬仪定向等技术的应用，使建立施工控制网、施工放样方法发生了根本性的变革；数理统计和矩阵理论、优化理论、计算机技术的应用也为变形观测和测量数据处理分析提供了有利的条件；&)(等各种信息系统在水电站的调度管理方面也发挥了越来越大的作用。平面控制测量和高程控制测量的总称。控制测量的基本任务是建立各级平面控制网和高程控制网，作为各项测量工作的依据。控制网具有控制全局、限制测量误差积累的作用，在满足精度要求的前提下，控制网可由高级到低级逐级布设，也可越级布设。中国国家平面控制网和高程控制网，按布设次序和施测精度分为一等、二等、三等、四等。一等、二等控制网是布设三等、四等网的基础，也是研究地球形状、大小、地壳运动和解决有关科学研究问题的重要手段；三等、四等控制网则直接为地形测图和各种工程测量提供必需的依据。水利工程测量控制网布设的目的，随着水利工程的建设阶段不同而有所侧重：规划设计阶段主要是作为地形测图和各种纵横断面测量的依据；施工阶段主要是作为施工放样和竣工测量的依据；运行阶段主要是作为水工建筑物变形监测和地形变监测的依据。控制网点的布设层次及精度要求随不同建设阶段而有所差异。基本控制网一般布设*级+,级，或只设"级，其中首级控制网根据不同情况而确定其采用的精度等级。一般情况下，库区测图多利用国家网点，必要时适当补充加密。坝区测图及施工测量、变形观测，多布设与国家控制网相联系的、投影至指定高程面上的专用控制网；工程控制网点可视需要和规范规定布设一定的层次。各级控制网点不论布设多少层次，其末级控制点应满足规范规定的精度要求。各级平面、高程控制点按规范规定设置永久性或临时性标志（参见三角测量标志、水准标志）。测量标志受国家法律及法令保护。第一节平面控制测量技术应用建立各级平面控制网，确定控制点在投影面上的平面直角坐标的工作。平面控制测量的主要方法有&’(测量、三角测量、导线测量和交会点测量等。中国水利工程测量的平面控制，在规划设计阶段依次分为基本平面控制、图根控制及测站点,级。布设基本平面控制时，首级网视测量规模及其他条件，可选用国家一等、二等、三等、四等平面控制网或(-)"./—./《水利水电工程测量规范（规划设计阶段）》规定的—210— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用五等平面控制网中的某一级，然后适当加密，要求其最末一级网点的点位中误差不大于图上!"!#$$；图根控制点及测站点的点位中误差分别要求不大于图上!"%$$和!"&$$（均不包括展点误差）。施工阶段的平面控制网可布设二级到三级；首级控制网一般可选国家二等、三等、四等控制网中的某一级，要求最末一级网点相对于同级起始点或邻近高一级控制点的点位中误差不大于实地的%!$$；由基本控制网加密的轴线点（或测站点），则视工作对象的不同而允许点位中误差不大于%!$$’#!$$。施工和运行阶段的变形监测网（参见水工建筑物变形监测），按专门的技术设计布设。在建筑物附近比较稳定的地点设置工作基点，作为对建筑物进行观测的控制点。为了检验工作基点的稳定性，可在水库压应力影响范围之外设置基准点，定期对工作基点进行检测。平面控制测量的主要仪器为()*接收机、经纬仪和电磁波测距仪。随着电磁波测距技术的应用，平面控制网的布设方式除传统的测角网外，还广泛采用测边网、边角网和电磁波测距导线等方法。电子计算技术在测量中的普遍应用，使平面控制测量及其优化布网技术有了很大的发展。&!世纪+!年代以来，()*全球定位系统在水利工程建设各阶段及地形变监测中的应用日趋广泛。其静态定位精度可达厘米级甚至毫米级，实时伪距差分动态定位精度可达分米级或米级，实时载波相位差分动态定位精度可达厘米级。其地面接收设备包括天线、接收机、计算机以及输入,输出控制、显示等设备，体积小，操作自动化程度高，便于携带和流动作业。它的出现和日益普及应用，深刻影响着水利工程测量平面控制网布设的格局。它的平面测量点位精度足以布设水利工程测量的任一等级的首级控制网；它适于大量布设测图平面控制，而且测点精度相对独立，点位误差不会积累，故可一次布测足够密度和精度的控制点，而不需要如传统布网那样多层逐级加密，大大简化了野外作业和室内计算工作量。控制网优化设计运用最优化理论和方法所进行的测量控制网设计。其方法可分为机助模拟法和解析法。机助模拟法是凭经验按规范要求拟出若干备选方案并计算出控制网的协方差矩阵，通过比较挑选出最佳方案。解析法是将各种设计准则（精度、可靠性、灵敏度、成本等）以数学方式表达为目标函数式和若干约束条件：!-（"#）$"%"&（’#）-!（’-%，&，⋯，(）}（%）)（*#）!!（*-%，&，⋯，+）解算出使目标函数值取极值的设计参数#"，即在方程组（%）的可行解集中寻找一点#"，满足：（"#"）-$./（或$01）（"#）$·%·&（’#"）-!)（*#"）!!的条件。测量控制网优化设计可分为2类：（%）零类设计（345：36784796756:.;/）或称基准问题，给定控制网的图形和观测精度，—=2<— 第二章平面与高程控制测量技术应用即网平差法方程广义逆（!"#!）!"$中参数!、#固定，%、$待定，为测量控制网寻求#&最优基准或坐标系。使目标函数’"$&最小，这类设计对变形监测网有特殊意义。（$）一类设计（%&’：%()*+&),-)’-*(./）或称构形问题，参数#、$&固定，!待定，对网点布设和观测方案进行优化。使目标函数’"$&或’"$(最小。$(为%向量的线性函数（)%）")"%的协因数阵$")"$)。(&（0）二类设计（1&’：1-23/,&),-)’-*(./）或称权问题，参数!、$&固定，#待定。在控制网网形已定的基础上进行观测值权的最佳匹配。（4）三类设计（56&’：57(),&),-)’-*(./）或称网改进与加密问题，参数$&固定，!、#待定，通过加密网点或增加观测量对现有控制网进行最优改造与完善。坐标表示地面点在某一坐标系中的三维空间位置的一组几何量。常用的测量坐标有大地坐标、空间直角坐标、平面直角坐标和极坐标等几种；这几种坐标可按一定的数学关系相互换算。大地坐标又称地理坐标。以大地纬度（地理纬度）、大地经度（地理经度）和大地高程（*）表示地面任一点（#）在地球参考椭球面上的位置（图$!8）。大地纬度（+）以过该点的参考面椭球面法线与赤道平面的夹角度量。由赤道面起，向北为正，称北纬；向南为负，称南纬。同一平行圈上各点的大地纬度相同；大地经度（,）以过该点的参考椭球面上的大地子午面与起始子午面的夹角度量，它可以从起始子午面起，以9:;0<9:计量。也可以由起始子午面起，向东、西各以9:;8<9:计量。这时，向东为正，称东经；向西为负，称西经。同一子午面上各点的大地经度相同。由于地面上某点垂线与椭球面上对应点法线不一致，同一点的大地经纬度与天文经纬度可有数秒的差异；大地高程（*）以该点沿过该点的参考椭球面法线至椭球面的距离，并以远离椭球中心方向为正。空间直角坐标某点在以椭球体中心（-）为坐标原点、以起始子午面与赤道平面交线为%轴、在赤道平面上与%轴正交方向为.轴、以椭球体的旋转轴为/轴的坐标系中的三维坐标，它是一种地心坐标（图$!$）。在=>1全球定位系统中常采用?=1—@4大地坐标系。它是以地球质心为原点，/轴指向AB68C@4D9定义的地球极（E5>）方向，%轴指向AB68C@4D9的零子午面和赤道的交点，.轴与/、%轴构成右手坐标系。该坐标系对应着?=1!@4椭球，所求得地面点的坐标即为?=1!@4大地坐标。平面直角坐标平面坐标的一种形式。它是在某一投影平面上以两条正交的直线为纵、横坐标轴，且取任一点分别到纵、横轴的距离，即为该点在此坐标系中的平面直角坐标（图$!0）。高斯平面坐标系是中国测量工作常采用的平面直角坐标系，它是以某一投影带的中央子午线为纵轴，即F轴，向北为正，以垂直于纵轴的赤道为横轴，即.轴。自%轴北起顺时针方向旋转确定!、"、#、$象限，因此，它是一种右旋坐标系。高斯—克吕格平面直角坐标，可以根据大地坐标转换求得。在工程建设中，也常采用以建筑物的主轴线为坐标轴建立的平面直角坐标系，有时称之为施工坐标系，用以确定建筑物轮廓点的平面坐标。极坐标平面坐标的一种形式。如图$!0所示，以极点-至某点#的方位角!（或-#方向与极点至已知点!方向之间的夹角"）为极角，极点-至#点的矢径0表示任一—@4G— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用图!"#大地坐标（地理坐标）示意图图!"!地心坐标示意图点在平面上的位置。极坐标与平面直角坐标可互相换算（图!"$，在施工放样中应用广泛。#%&’年北京坐标系中国在本国的天文大地网建立的初期，经过与苏联天文大地网连测，于#%&’年确定的过渡性的国家坐标系统，简称北京坐标系。此坐标系的地球椭球体的定位参数和中国的实际情况出入较大。经过多年测量，中国新的天文大地网已经建成，完成了平差计算，相应建立了#%()年国家大地坐标系。北京坐标系为高斯—克吕格投影的平面直角坐标系。根据测图比例尺的不同，以经距*+或$+为一投影带，每带以中央经线为,轴，赤道为-轴，两轴交点为坐标原点，但为了不出现负值，-坐标加一常数&))./。#%()年国家大地坐标系#%0(年’月，中国全国天文大地网整体平差会议决定建立的中国国家大地坐标系。这个坐标系综合利用了中国#%’%年以后完成的天文、重力、三角测量成果，采用#%0&年国际大地测量学和地球物理学联合会第#*届大会（简称123""*，地球0&）推荐的地球椭球参数（长半轴!4*$0(#’)/，动力形状因子"!4#)(!5*$6#)总质量和引力常数的乘积#$4$5%(*))&6#)#’$!，自转角速度!405!%!##&6#)"&/789:;78）；椭球定位以中国范围内高程异常平方和最小为原则，椭球短轴平行于由地球质心指向#%*(5)地极原点（<-=）的方向，首子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面。#%()年国家大地坐标系的原点设在陕西省西安市附近的泾阳县境内。新#%&’年北京坐标系由中国国家测绘局及全国有关部门在#%()年国家天地坐标—(’(— 第二章平面与高程控制测量技术应用系的基础上，采用坐标平移的转换方法转换至克拉索夫斯基椭球面上面形成的一种大地坐标系。该坐标的基本要点如下：（!）采用克拉索夫斯基椭球，其长半轴!"#$%&’()*，""!+’,&-$。（’）椭球定向。椭球短轴平行于由地球质心指向./0!,#&-1方向，起始子午面平行于中国定义的起始天文子午面，!#"!$"!%"1。（$）大地原点也选在陕西省泾阳县永乐镇，即西安原点。但所用的大地起算数据不同于!,&1年国家大地坐标中的大地起算数据。（(）采用多点定位法进行参考椭球定位。所求参心与!,)(年北京坐标系的参心十分接近。（)）以!,)#年青岛验潮站求得的黄海平均海水面作为高程基准。（#）大地点坐标系采用全国天文大地网整体平差的结果。新!,)(年北京坐标系由于采用了全国天文大地网整体平差后的成果，因而其精度与!,&1年国家大地坐标系的精度是相当的，较采用分区局部平差成果的!,)(年北京坐标系的精度有了大幅度提高。由于!,)(年新北京坐标系采用的参考椭球与!,)(年北京坐标系相同，故同一点的坐标差异较小。!,)(年新、老北京坐标系间的坐标差异有&12在)*以内。&坐标之差在3#-)*45’&*之间；’坐标之差在3!’6,*45,*之间。上述差值基本上没有超出资用坐标和平差坐标之间的差异范围。对于!7)111，地图而言，两种坐标的差异绝大部分在图上未超过1-!**，技术处理简单，为继续利用老测量成果创造了有利条件，具有明显的经济效益。考虑到上述因素，国家测绘局和有关部门协商后决定引入新!,)(年北京坐标系这一过渡性的坐标系，在过渡时期内使用。89:—&(大地坐标系美国国防部根据大量精确的卫星大地测量资料对;:8<,=—’坐标系（美国海军水面武器中心所建立的地心坐标系，子午卫星系统的精密星历就采用这一坐标系统）进行修正后所建立的一种地心大地坐标系。它与;:8<,=—’系统的关系如下：（!）89:—&(的坐标原点低于;:8<,=3’(-)*（即将坐标原点沿=轴下移(-)*）。（’）将;:8<,=—’的尺度缩小1-#>>*。（$）将;:8<,=—’的起始子午面向西移转1-&!(?。89:—&(椭球采用的是第!%届国际大地测量与地球物理联合会所推荐的地球椭球。其(个基本参数如下：椭球长半径!"#$%&!$%*@’*地球引力常数（含大气层）&$’&$’()"$,)A!1*+B@1-#A!1*+B正常化二阶带偕系数3#3#*’-1"3(&(-!##&)A!1@!-$1A!1地球自转角速度""%’,’!!)A!13!!3!!CDE+B@1-!)11A!1CDE+B’1世纪中叶以来，随着空间技术和远程武器的迅猛发展，美国曾先后建立了89:—#1、89:—##、89:—%’、89:—&(等一系列地心坐标系。随着空间大地测量的发展，观测—&(,— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用精度的提高以及观测资料的积累，上述坐标系在不断精化。其中!"#$年世界大地坐标系（%&’—#$）不但在精度方面较以前的坐标系高，而且随着&(’定位技术的发展，该坐标系的使用范围和使用频率也远远超过了以前的各种坐标系。%&’—#$已成为当前在全世界被最广泛使用的坐标系之一。&(’卫星所发播的广播星历就是采用%&’—#$坐标系。因此，利用&(’广播星历进行导航定位所获得的单点坐标或基线向量均属%&’—#$大地坐标系。为了改善%&’—#$坐标系的精度，!""$年)月美国国防部制图局将其和美国空军在全球的&(’跟踪站数据加上部分*&’站数据进行联合处理，并以*&’站在*+,-"!框架下的站坐标作为固定值重新计算了这些全球跟踪站在!""$./历元的站坐标，得到了一个更加精确的%&’—#$坐标框架，称为%&’—#$（&01/）。其中&表示&(’，01/表示&(’周数，其起点为!""$年!月2日。%&’—#$（&01/）中的站坐标与*+,-"2的差异在!/34量级。!"")年%&’—#$坐标框架再次更新，得到了%&’—#$（
），其使用起点为!"")年"月2"日，坐标参考历元为!""0./。%&’—#$（
）与*+,-"$的站坐之差小于234。&(’广播星历和美国国防部制图局的精密星历均采用%&’—#$（
）。*&’的精密星历则采用*+,-坐标系。在一般情况下可不加区分。天文测量通过观测太阳或其他恒星位置，以确定地面点天文经纬度和至某点天文方位角的测量工作。在中国国家一等、二等三角锁网中，测定了若干点的天文经纬度、天文方位角和起始边长作为起算和校核数据，并计算垂线偏差。这些成果是国家平面控制的基础，也是推算地球形状和大小的重要资料。中国水利部门于2/世纪)/年代以前，曾在尚未布设国家三角锁网地区进行天文测量，作为布设锁网的起算或校核数据。根据精度要求的不同，天文纬度的测定一般用多星等高法、太尔各特法、北极星任意时角法、恒星中天法或太阳中天法。天文经度的测定一般用东西星（或多星）等高法、恒星高度法或太阳高度法。天文方位角的测定一般用北极星任意时角法、恒星中天时角法或北极星大距法、北极星近大距法、太阳高度法。三角测量按三角原理布设平面控制网的各种方法。三角测量包括三边测量、边角测量及交会测量等方法，是测量中建立平面控制网的一种主要方法。系指按一定要求在地面选定若干个点（三角点），构成由相互连接的三角形组合的三角锁网。通过观测三角形各角角值或方向值，并测定一个或几个起始边边长和起始方位角（或起始于一个或几个已知点、已知方位角），进而根据三角公式及最小二乘法原理，算得各角或方向的平差值以及各边的边长、方位角，根据已知点坐标推算出各未知点的坐标。三角测量的基本布网形式为三角锁和三角网。锁网中的测量元素是角度或方向的，称为测角三角锁、测角三角网。测角三角锁网在平差后根据角度推算各边边长、方位角和各点坐标，是应用最广的传统布网方法。测量元素为边长的称为测边三角锁、测边三角网。测边三角锁网平差后根据边长推算三角形各角角值、各边方位角和各点坐标。在长边三角网中用测边代替测角，可以节省外业工作量。测边锁网的平差较测角锁网复杂，多需要用计算机计算。由测角和测边综合组成的称为边角三角锁、边角三角网。这种锁网一般根据优化设计方案在测角锁网的基础上于薄弱部分加测边长组成，其外业和计算工作量有所增加，但精度明显提高，所以此方法在高精度三角锁网中使用日益普遍。—#5/— 第二章平面与高程控制测量技术应用三角测量标志标定三角（导线）点位置、高程的标石、觇标及其他标记的总称。三角点标石中国国家三角（导线）点的标石分为一等、二等和三等、四等!种规格。通常情况下埋设的标石及中心标志形式（见图）。在岩石、冻土、沙漠或沼泽地区埋设三角点标石时，应根据情况选用相应种类的标石。在需要进行天文观测或短边高精度观测的三角（导线）点，宜建造仪器观测墩（又称天文墩）。仪器观测墩是仪器台与标石相结合的设施，常以强制归心方式在墩面中心标志的上部建立各种形式的照准标志；需要在该点上进行观测时，将照准标志取下，换置仪器。觇标树立在三角（导线）点上的测量标架（或照准标志）。觇标可作为观测照准目标和用来升高仪器位置。图!"#三角测量标石及标志示意图（单位：$%）（!）一等、二等三角标石；（"）三等、四等三角标石；（#）岩石地区三等、四等三角标石；（$）仪器观测墩；（%）金属中心标石导线测量测量中建立平面控制网的一种重要方法。导线是由连续边及其水平夹角组成的线形控制结构。导线测量要求的通视方向少，布设方便灵活，可以代替相应精度的各级三角锁网，在工程测量中应用广泛。导线的边长以直接或间接方法测定，水平夹角（又称折角）以经纬仪观测或平板仪图解标定。根据测得的边长和水平夹角，以及起始点的坐标与起始方位角，即可算得各折角顶点（即导线点）的坐标。导线按布设方式可分为附合导线、闭合导线、支导线和导线网。按边长测量方法可分为量距导线、视差导线、旁点交会导线、视距导线和电磁波测距导线。按测角方式可分为经纬仪导线和图解导线。附合导线的两端附合于高级点及起始方向，精度可靠，是导线测量常用的形式。起迄于同一个起始点及起始方向的导线称为闭合导线。闭合导线难以发现和消除测量中的系统误差及起始数据误差，在测量工作中较少应用。从一个起始点开始向前延伸，不再闭合至其他已知点，也不返回起始点的导线，称为支导线。支导线不能发现测量中的粗差和调整测量中的误差，且误差积累在导线末端，故只能在个别情况下允许在测图控制中有条件地使用。导线网由多条单一导线组成，它可以是由同一级导线构成的全面网，也可以先由高一级导线构成骨架，再以低一级导线填充加密。结点导线（又称结点导线网）是导线加密网的一种加密形式。传统的量距导线多以因瓦线尺、因瓦带尺等精密量具或钢线尺、钢带尺等普通量具直—(’&— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用接测定边长。精度要求不高时，可以视距或竹尺测定边长。视差导线是以间接方式测定边长的一种导线测量方法。这种方法通常是在导线边一端的导线点上，或在导线边中部，垂直于导线边布设一条视差基线，然后在另一端或两端的导线点上用经纬仪照准视差基线两端的标志，高精度地测定视差角，即可按三角公式求得导线边长度。对于很长的边，还可按同样方式先测定视差基线长度，再求得导线边长。这种测边方法称为辅助基线法。旁点交会导线以旁点交会来传递边长，是导线布置的一种特殊方式。用视距尺（地形尺）以视距测量方法测量边长的导线称为视距导线。电磁波测距技术用于测量以后，又出现了以各种型号的微波测距仪、光速测距仪、激光测距仪、红外测距仪高精度测定边长的新型导线，统称电磁波测距导线。电磁波测距导线精度高，作业简便快速，已在各个级别的量距导线中迅速取代了传统作业方法，促进了导线测量更广泛的应用。量距导线、视差导线和旁点交会导线等量边精度较高的导线，一般都用经纬仪测角，以求得量距与测角精度的匹配，故又统称为经纬仪导线。用平板仪以图解方式在图板上现场标定导线边方向的导线，统称图解导线，亦称平板仪导线。图解导线根据边长测定次数及方式的不同，又可分为平板仪复觇导线及平板仪单觇导线。平板仪导线的测角精度低，只能达到分米级，因此一般多以视距法测定导线边长。交会点测量加密平面控制点的一种测量方法，又称交会法测量或交会测量。交会点测量广泛应用于地形测量和施工放样。用经纬仪测角（测边）经计算求定测点点位的，称为解析交会测量；用平板仪在测图板上实地标定方向以求得测点点位的，称为图解交会测量。图!"#交会点测量（测角）示意图（!）三点前方交会；（"）侧方交会；（#）四点后方交会；（$）两点法交会交会点测量常用的方式有测角的前方交会、侧方交会、后方交会和两点法交会（见图）。前方交会方法简便，精度可靠；当待定点的个数多于设站已知点时，能有效地节省工作量，故被广泛应用。侧方交会应用亦较多。后方交会只在待定点上设站，当待定点个数不多时可节省工作量；但若待定点与已知点位于或接近于同一圆周（称为危险圆）上时，将失去求解条件或者点位误差增大至超过允许限度，所以一般只在图形条件良好时使用。两点法交会通常只在条件困难的个别情况下使用。上述几种交会方法的基本特点，如图所示。用测边代替测角，同样可以进行前方交会、侧方交会、后方交会和两点法交会，称为边交会。电磁波测距利用电磁波作为载波，运载测距信号，进行精密测距的技术，又称物理测距。电磁波测距所用电磁波有无线电波、激光、红外线和可见光等。电磁波测距的基本原理，是根据电磁波的传导速度和往返于发射器与反射器之间的传导时间，或波长与波数，—%$!— 第二章平面与高程控制测量技术应用解算发射器至反射器之间的距离。电磁波测距的基本方法有脉冲测距法、相位测距法、脉冲相位测距法和光干涉测距法等。脉冲测距法直接测定脉冲主波（发射波）与回波（从目标反射回来的波）在待测距离$两端之间的传播时间（!!"），按公式"##!!"计算距离"，式中，#为光速。此法的优点!是可获得较大的瞬时功率而达到很大测程，且显示速度快。相位测距法测定连续测距信号发射波与回波之间的相位差（!），按公式"#［%&（’!(）］"#［#$（’"%）］（!&")）解算距离"，式中，#为光速，%为频率，&为波数，为相##位差中小于!!的部分，*具有多值性，通常设置一组而不是一个测距频率，以组合解算"值。相位法测距精度能达到厘米级或毫米级。脉冲相位测距法脉冲辐射和相位法测距相结合的测距方法，载波以脉冲方式工作，利于增大测程，测距信号也调制在脉冲载波上以测定相位差，兼有相位测距法测距精度高的优点。光干涉测距法利用同一光源分为两路光束反射后产生的相位叠加明暗条纹，沿测线移动其中一个反射器，计量条纹变化数（*+），根据波长（#）即可求得移动距’#&(·$&!。光于涉法测距精密，可用于检定标准米尺、测定大地测量基线、研究地壳变动等精密计量工作。单载波电磁波测距的精度虽然已经很高，但仍受到大气折射和湿度的影响。为了进一步提高测距的精度和稳定性，现已研制出利用两个以上波长的电磁波作为载波的多载波测距仪器，以电磁波测距的仪器是电磁波测距仪。卫星多普勒系统根据多普勒频率的物理原理和双曲线导航定位的理论实践进行导航定位的系统，又称海军卫星导航系统———**,,或子午仪卫星系统。美国国防部早在$-./年开始研发的卫星导航定位系统，旨在为美军潜艇导航，$-0’年投入使用。$-01年提供民用。由于其全球覆盖、全天候以及不要求通视等特点，在测绘上广为使用。此系统由空间卫星星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。子午仪卫星星座由均匀分布在2个近圆极轨道的’颗31颗卫星组成，轨道与赤道的夹角约-45，轨道高度约为$$4467，卫星运行周期为$4.789，信号频率为$.4:;<和’44:;<。卫星接受地面监控、通过星载原子钟提供时间标准并向用户发送定位信息。地面监控站分设在美国夏威夷、加利福尼亚、明尼苏达和缅因州。地面监控部分监测并推算编制卫星星历、卫星钟差、导航电文、控制指令等并注入相应的卫星。用户设备部分接收卫星无线电信号，以获得卫星轨道信息、多普勒频移和精确的观测时间。因为多普勒频移是接收机到卫星距离的函数，通过数据处理即得到定位结果。该系统单点定位，观测几天，精度可达4=.7，24467以上的长距离测量，相对精度可达.>>7（$&!4万）。子午仪卫星系统已于$--0年$!月2$日停止发射导航信息，但卫星尚在发射载波频率信号，主要用于气象研究。?@,全球定位系统美国国防部研究组建的采用距离交会原理进行工作的第二代卫星全球导航定位系统，简称?@,。该系统是采用被动式测距原理（即精确测定测距信号从—/.2— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用卫星传播接收机的单程传播时间）来测定从卫星至接收机间的距离的。整个系统由空间部分（!"#卫星）、地面控制部分和用户部分组成。全球定位系统的出现不仅使导航技术发生了革命，而且对军事、空间技术、地学研究、资源调查、防灾减灾等诸多领域以及人们的社会活动和日常生活等各个方面都将产生重大影响。测地是全球定位系统的一个重要应用领域。由于!"#定位技术具有测站间无需保持通视，观测不受气候条件限制，可同时确定点的三维位置以及精度高、速度快、费用省等优点，因而正在逐步取代常规方法而成为布设平面控制网的主要手段。定位精度在短基线向量上可达$%&’($%&)；在长基线向量上可达$%&*($%&+。!"#测地中所获得的高程信息的利用率还不是太高，。究其原因主要是：!!"#测定的是大地高，而大部分用户需要的是正常高（正高）。这两者之差高程异常（大地水准面差距）的精确值的获取还较困难。"!"#测量中高程精度也较平面位置的精度要差。如何解决上述问题，以便使!"#定位技术能成为测定高程的主要方法，促进高程测量的现代化已成为!"#定位技术中的研究热点。!"#卫星导航。指利用!"#来实时确定飞机、船舶、地面车辆等各类运动物体的瞬时位置、速度和姿态等信息，以便进一步引导航行的工作。用户将预定航线输入导航接收机后，在航行过程中就能从导航!"#接收机中获取当时用户的坐标、运动速度、时间、运动方向是否与预定航线一致等信息；若不一致，可获取偏离角度、偏离距离按目前的速度航行至目标点需要多长时间等一系列用户关心的信息。用户依据这些信息就能修正航向，调整运行速度。由于利用全球定位系统进行导航具有全天候、精度高、定位速度快、可同时确定瞬时点的三维位置和三维速度。另外，导航接收机的体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、可免费使用等优点，因而正在导航领域内迅速得以推广普及，这也将是!"#应用最为广阔的领域之一。由于形势的变化以及国际竞争的需要，为有利于将其在卫星导航定位领域内的霸主地位，美国已于世界时（格林尼治时）,%%%年-月$日宣布中止实施#.技术（#.意即选择利用，是美国国防部采取的降低实时定位精度的技术。一方面是通过在卫星信号中人为地加入频率抖动，另一方面也通过降低广播星历的精度来达到目的），并承诺对全球定位系统进行进一步的改进和完善，以便能更好地满足用户的要求，即!"#现代化。对广大用户而言，!"#现代化的主要内容为：在!"#卫星上增设第三导航定位信号，其载波频率为!/$$)’01-234，将56.码同时调制在,个载波上。上述措施实施后将为人们应用全球定位系统创造一个更为宽松的条件，有利于!"#导航定位技术的推广和普及。!789.##全球导航卫星系统由原苏联研制组建的采用距离交会原理进行工作的一种全球性的卫星导航定位系统，简称!789.##。现由俄罗斯负责管理。该系统与美国的!"#全球定位系统十分相似，也采用被动式测距原理（通过测定卫星信号的单程传播时间来测定卫星至接收机之间的距离）。!789.##卫星星座也是由,1颗卫星组成的，这些卫星分布在:个轨道倾角为’10*;，高度为$+$-%<=的近圆形轨道上，每个轨道分布有*颗卫星。!789.##与!"#的主要不同点是：—*-1— 第二章平面与高程控制测量技术应用（!）"#$采用的是码分址技术，即每个"#$卫星都是以相同的载波频率发射信号，但各卫星使用的测距码的结构互不相同，用户可以根据测距的结构来区分识别不同的卫星信号，而"%&’($$采用的是频分多址技术，即各卫星使用的载波频率是不相同的，第!颗卫星的载波频率为：（"!）!)!*+,-.*,.#$%·/（!0!）1+-.*,.234（",）!)!,5*-567.234/（!0!）1+-567.234（!)!，,，⋯，,5）用户可以根据载波频率来区分识别不同的卫星信号。（,）两者使用的时间系统和坐标系统各不相同。"#$使用的是"#$时间和8"$—95（:;<=）大地坐标系；而"%&’($$使用的是"%&’($$时间，只>原苏联的国家时间标准?;@（$?），"%&’($$使用的坐标系统是#A—B+坐标系，使用时应加以注意。"%&’($$的出现不仅使一般用户多了一种选择的机会，而且几种卫星导航定位系统并存、相互竞争的局面也为人们提供了一种更为有利的环境。"’$$全球导航卫星系统国际民航组织和欧洲联盟计划组建的一种国际民用卫星导航定位系统，简称"’$$。其主要目的是为民用航空业提供导航和自主着陆服务。具有定位、通信和差分定位等多种服务功能，其短期目标是在,++,年开始组建"’$$—!系统，,++5年完成测试投入运行。该系统的工作星座将由美国的"#$卫星，俄罗斯的"%&’($$卫星和国际海事卫星组织的:’2(<$(;卫星组成，其信号中也包含欧洲静地导航重叠系统C"’&$，美国联邦航空管理局=((的广域增强系统8(($以及日本的2;$(;增强系统的信号。其长期目标是组建一个完全受控于民间方面的，精确可靠不会受到军方干扰和影响的全新的"’$$—,系统。北斗卫星导航系统中国自行开发研制的区域导航系统，由空间卫星、地面控制中心站和北斗用户终端等6部分构成。空间部分包括,颗“北斗一号”工作卫星和!颗“北斗一号”备份卫星，,颗工作卫星分别于,+++年!+月6!日和!,月,!日发射升空，标志着中国拥有了自己的第一代卫星导航系统；备份卫星于,++6年.月,.日发射升空，标志着中国已自主建成完善的卫星导航定位系统。定位由用户终端向地面控制中心站发出请求，地面控制中心站对其进行位置解算后将定位信息发送给该用户。它的定位基于三球交会原理，即以,颗工作卫星的已知坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成,个球面，用户机必然位于这,个球面交线的圆弧上。地面控制中心站电子高程地图库提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球表面交点，并已知目标在赤道平面北侧，即可获得用户的二维位置。北斗导航定位系统将导航定位，双向数据通信和精密授时结合在一起，系统自身包含广域差分标校以提高定位精度。北斗卫星导航系统由于比"#$全球定位系统、"%&’($$全球导航卫星系统多了一个数据通信的功能，所以它的用途要宽广很多。"#$差分定位用户依据"#$基准站或数据处理中心所提供的差分改正信息对定位结果或距离观测值进行修正以获得较为精确的测站坐标的一种定位方法，简称D"#$。—9..— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用根据所用的距离观测值的不同，!"#差分定位可分为伪距差分（使用伪码测距观测值），相位差分（使用载波相位观测值）和相位平滑伪距（同时使用上述两类观测值）等方法。根据差分改正时间的不同，!"#差分定位可分为实时差分和事后差分。根据所提供的差分改正信息的不同，!"#差分定位可分为位置差分（提供用户位置改正数）和距离差分（提供从接收机至每颗!"#卫星的距离改正数）。根据差分方法的不同，!"#差分定位可分为普通差分和广域差分。在普通差分中，基准站根据其已知站坐标和$"#观测值求出位置改正数或距离改正数供用户使用。用户用这些改正数对定位结果或距离观测值进行修正后即可获得较为精确的结果。显然这种方法是建立在用户和基准站的误差是强相关的基础上的。当用户距基准站较近，用户误差和基准站误差的相关性较好，差分改正的效果就好；反之当用户离基准站较远，误差相关性减弱，差分改正的效果就较差。当用户离基准站的距离#!%&’(时，用普通差分一般可获得分米级至优于%(级的定位精度；当#增加至)&&’(时，一般可获得)(*+(的定位精度；当距离增加至,&&’(时，定位精度降至+(*%&(。在广域差分中，数据处理中心需根据各基准站的观测资料分别求得卫星的精密星历，卫星钟的改正数和电离层延迟模型供用户使用，以便用户能分门别类地对各种误差分别进行修正，在“无误差”（在一定的精度水平上讲）的情况下进行单点定位，此时的定位精度与用户离基准站的距离基本无关，与用户的位置也基本无关。在一个相当大的区域内建立差分系统时，广域差分是一种较为理想的选择。试验结果表明，当用户离基准站%&&&’(时，广域!"#差分定位的平面位置定位精度仍可达到-)(左右。伪距测量通过测定信号的发射时刻和到达时刻而进行的距离测量。即导航卫星、地面导航台站等信号源按照预先规定的时间和方式发射测距信号，用户利用接收设备测定测距信号到达的时间，然后根据测距信号的单程传播时间和传播速度来测定从信号源（发射天线的相位中心）至用户设备（接收天线的相位中心）之间的距离。由于信号的发射时刻和到达时刻是分别由发射台站的钟和用户设备的钟来测定的，测得的距离必然会受到这)台钟不同步的影响，因此是带有距离偏差的所测距离，称之为伪距。伪距测量具有下列优点：测距时用户无需发射信号，在战争情况下易于隐蔽；用户只需配备接收设备而无需发射设备：易于同时测定至几个信号源的距离；整个导航定位系统可容纳的用户数量不受限制。但进行伪距测量时对钟的同步精度提出了极高的要求。在!"#全球定位系统中，伪距测量通常是指用测距码（!"#码，$码或%码）来测定从!"#接收机至!"#卫星间距离。而将利用载波来测定从接收机至卫星间的距离的方法称为载波相位测量。从本质上讲，载波相位测量也是一种伪距测量的方式，只不过是利用载波作为测距信号来替代测距码而已。载波相位测量利用载波来测定从接收机至卫星间距离的方法。即测定由接收机所产生的“载波信号”（频率与卫星所发射的载波完全相同的本机振荡信号）和接收到的来自卫星的载波信号间的相位差。完整的载波相位观测值应由整周模糊度&，整周计数’()（!）以及不足，一周的部分*（+!）等.部分组成。但进行载波相位测量时，接收机实际能观测到的只是后两部分。整周模糊度&需采用其他方法来确定。—/+,— 第二章平面与高程控制测量技术应用对于!"#全球定位系统的卫星信号而言，$!载波的波长!!"!#$%&’；$(载波的波长!("()$)&’，而相位测量的精度可达百分之一周或更好，所以载波相位测量具有很高的精度。然而，由于载波只是一系列无任何识别标记的余弦波，所以对载波相位测量值进行数据处理时会产生“整周跳变的探测及修复”、“整周模糊度的确定”等问题，增加了数据处理的难度。这是为获得高精度结果而需付出的代价。载波相位测量观测值是进行高精度定位时必不可少的观测量。第二节高程控制测量技术应用建立各级高程控制网，确定控制点高程的工作。高程控制测量的主要方法有水准测量和三角高程测量。在变形观测中，有时使用连通管（静力水准）测量方法。中国水利工程测量的高程控制，在规划设计阶段主要用于施测地形图，高程控制依次分为基本高程控制、加密高程控制及测站点*级。基本高程控制中的首级网视测量规模及其他条件，按国家一等、二等、三等、四等水准测量或+,!#-—#-《水利水电工程测量规范（规划设计阶段）》规定的.个等级水准测量中的某一级或同等精度的电磁波测距三角高程测量布设，其最弱点高程误差不得大于测图基本等高距的!/(%（当基本等高距为%$.’时，不得大于!/!0）。加密高程控制以五等水准测量或同等精度的三角高程测量布设，其最后一次加密点相对于邻近基本高程控制点的高程中误差要求不大于测图基本等高距的!/!%，且最大不得大于%$.’。测站点高程以五等水准测量或三角高程测量方法测定。!1!%%%%测图基本等高距大于(’时，也可用图解方法测量。不论以何种方法布设，要求测站点高程相对于邻近加密高程控制点的高程中误差不大于!/0基本等高距。在施工阶段视工程规模和放样精度要求的高低，以国家二等、三等、四等水准中的某一级作为首级高程控制，最末一级高程控制相对于首级水准点的高程中误差，对于混凝土建筑物要求不大于!%’’；对于土石建筑物要求不大于(%’’。工程运行阶段对重要水工建筑物的垂直位移监测，混凝土坝一般要求用一等或二等水准施测；土石坝可用三等水准施测。高程控制测量的主要仪器是水准仪。自动安平水准仪和数字水准仪应用以后，水准测量的工作效率和精度有明显提高。23+全球定位系统出现后，部分测图控制点也应用该系统测量三维坐标，作业更加简便。高程由高程基准面（参考面）至地面点的垂直距离，又称标高，是地球上一点位置的量值之一。以平均海水面为基准起算的高程称为绝对高程，也称海拔高程；以任意水准面为基准起算的高程称为相对高程，也称假定高程。随着高程起算面和计算方法的不同而有不同的高程系统。作为高程起算的基准面有不同的性质：大地水准面最符合一定海域平均海水面的地球重力等位面。似大地水准面从地面点沿正常重力线向下量取该点的正常高，其端点所构成的连续曲面。它不具备水准面的性质，它不是重力等位面，没有确定的物理意义。但与大地水—4.-— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用准面很接近，在海洋面相重合，在平原相差几厘米，在高山区相差最大不超过!"。参考椭球面适当选定的一个最符合一定区域大地水准面的旋转椭球面，简称椭球面，是一个规则的数学曲面。对应于不同性质的基准面有不同的高程系统，主要有：（#）正高。地面点沿重力线方向到大地水准面的距离，是地球位（位亦称为函数、位函数。描写场的一种量）数（!!$"）的函数，可表示为：##!%!!$"!$式中，#!为正高；!$为沿重力线的重力平均值；!为每一测站上相应的重力值；%"为水准路线上相邻两水准点的高差。由于沿重力线的重力平均值（!$）无法实测，也不能精确计算：，故不能精确求得正高。（&）正常高。地面点沿正常重力线方向到似大地水准面的距离，其表达式为：##!%!’$"!$式中正常重力平均值（!$）可以用正常重力公式计算，应用天文重力水准等方法可以求得似大地水准面到参考椭球面的距离（称为高程异常）。（(）力高。将正常高计算公式中随点而异的正常重力平均值用纬度!)&处的正常重力!!)（或用测区平均纬度处的正常重力!"）代替，其表达式为：##"%!!$"!"其特点是同一重力位水准面上的力高处处相等，故特别适用于水利科学研究及大型水利工程建设。（!）大地高。地面点沿参考椭球面法线到参考椭球面的距离，大地高只可通过正常高精确求得。中国采用正常高系统，选用青岛黄海平均海水面作为国家高程基准。#*)#年开始有计划地布设国家精密水准网，至#*)+年完，成东南部精密水准网的平差，建立了全国统一的#*),年黄海高程系。此前，中国的高程基准并不统一，水利及军事等部门曾设有吴淞、大沽、大连、废黄河、坎门、珠江、罗星塔等高程基准。各旧高程基准与#*),年黄海高程系的差值，由于连测的起算点不同而有很大差异，若需进行换算，应于测区最邻近的点进行连测，求得换算关系较为可靠。#*-)年完成了中国全国一等水准网的布设和平差，并重新计算了黄海平均海面，建立了新的#*-)国家高程基准。高程与人类活动密切相关，在地学研究、经济建设、国防建设和日常生活中有着广泛的应用。#*),年黄海高程系以青岛验潮站#*).年/#*),年验潮资料算得的平均海面为零起算的高程系统。#*),年黄海高程系的水准原点设在山东省青岛市的观象山，该点高于上述黄海平均海面+&0&-*"，为中国第一个全国性的国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面。—-)-— 第二章平面与高程控制测量技术应用!"#$国家高程基准以青岛验潮站!"$%年&!"’"年的潮汐观测资料，按中数法计算!(组!"个验潮周期的平均海面的平均值为零起算的中国国家高程系统。中国采用的第一个国家高程系统是!"$)年黄海高程系，但当时在计算黄海平均海面时所依据的青岛验潮站的资料时间较短，不够一个验潮周期，因此，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，并用精密水准测量连测位于青岛的中华人民共和国水准原点，测得该点!"#$国家高程基准高程和!"$)年黄海高程的关系为：!"#$国家高程基准高程*(+(%",-!"$)年黄海高程但是不同地方的高程点，其!"#$国家高程基准系统内的高程值与!"$)年黄海高程系统的高程值之差并非是个常数。在使用时应特别注意。!"#$国家高程基准从!"#’年$月开始启用。大连零点高程系日本国入侵中国东北期间，在大连港码头仓库区内设立验潮站，并以多年验潮资料求得的平均海面为零起算的高程系统。大连零点高程系的基点设在辽宁省大连市的大连港原一号码头东转角处，该点在大连零点高程系中的高程为.+’)$,；原点设在吉林省长春市的人民广场内，已被毁坏。该系统于!"$"年以前在中国东北地区曾广为使用，!"$"年中国东北地区精密水准网在山海关与中国东南部水准网连接平差后，改用!"$)年黄海高程系统，在一些可靠的旧点上，两高程系间的关系见表%/!。表%/!大连高程与!"$)年黄海高程关系表（单位：,）大连高程!"$)年黄海差数水准点位置（,）高程（,）（,）黑龙江省汤原县原人民基!0"!+0(!"!+0.#/(+(.’委员会院内操场上辽宁省营口市人基!..+.%$.+.0$/(+(%(民法院院内大门口附近大连水准基点大连港原一号码头东转角处.+’)$.+’"(/(+(%$大沽零点高程系!"(%年中国海河工程局以天津市大沽口北炮台处大潮期平均低11潮位为零起算的高程系统。大沽零点高程系在大沽口北炮台院内埋有标石，编号为，!$$2其顶高为大沽高程!)+!34，该局采用0+"!%,，在华北一带及黄河流域曾广为使用。!"%.年该局将原点改设在炮台北的信号标基座西侧，编号为115特6，引测高程为0+"!.,。上述两水准点后均被挖毁。中国顺直水利委员会于!".!年在该会院内（天津市自由道%%号）建永久性水准点，编号为特!，其高程为$+0’0,。因发现天津市地面沉降加剧，于!")’年在河北省宝坻县建立了基岩原点，并在河北省蓟县和玉田县建立基岩校核基点，由特!连测宝坻原点，其大沽高程为)+%%),，!"$)年黄海高程为0+’!%,。中国黄河流域最初用的高程系统系由华北水准网引测，同属大沽高程系。!"$0年布设黄土高原水准网时选用河南省郑州市的保合寨789!:水准点作为起测点，称为新大沽—#$"— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用高程系，该点大沽高程为!"#$%$&，后来连测’!(%年黄海高程为!(#)"*&。两高程系连测的关系如下：（’）天津市由特!引测宝坻原点推算：大沽高程+’#(’*&,’!(%年黄海高程（-）黄河水利委员会根据保合寨./0’1点推算：大沽高程+’#’)%&,’!(%年黄海高程废黄河零点高程系中国江淮水利局采用废黄河口’!’-年’’月’’日下午(时的最低潮位为零起算的高程系统。后该局又用多年观测潮位的平均海面为零起算，称为新废黄河零点，并将原废黄河零点称为旧废黄河零点。在淮河流域；带广为使用的废黄河零点均系新废黄河零点。废黄河零点高程系的原点已湮没无存，在原点处新旧零点相差多少，无从查考。中华人民共和国成立后，选择较可靠的导淮/0’’明下标作为原点，与中国东南部精密水准网连测，在一些旧点上废黄河高程与’!(%年黄海高程的关系见表-+-。表-+-废黄河高程与’!(%年黄海高程的关系见表!!!!!!!废黄河’!(%年废黄河’!(%年水准点高程黄海高程差数（&）水准点高程黄海高程差数（&）（&）（&）!（&）（&）淮阴码头镇导蚌埠导准’%#!%"’%#)223$#’2*-$#*$$-$#2’-3$4$))淮/0’’明下!!!!!/0*-明淮阴蒋坝导淮润河集’"#%!*’"#%-(3$#$%!-%#’’$-%#’-!+$#$’!淮/0(’!明下!!!!!"(西暗吴淞零点高程系’)%$年中国上海海关在张华浜设置吴淞信号站，’!$$年根据’)"’年以来的潮位观测记录，采取实测到的最低潮位为零起算的高程系统。’!-’年上海浚浦局在距信号站基准标石约2$$&处设钢筋混凝土水准点，名张华浜基点，高程为(#’$(&。’!--年中国扬子江水利委员会由此点引测到湖北省宜昌，成为长江流域普遍使用的吴淞高程系统。同年，上海浚浦局在上海市的松江县佘山半山坡天主教堂前石壁上嵌入铜棒，在端部圆球的上方设有铜牌，用中英两种文字写明“浚浦局佘山水准基点”，引测高程为*%#$%*"&。’!(’年华东水利部在佘山基点附近增埋编号为$+’+’、$+’+’’和$+’+’-一组2座地下标石，现在所用佘山基点为$+’+’点，其吴淞高程为*(#’’((&。长江水利委员会于’!(’年5’!((年继华东水利部组织镇江过江水准典型实验之后，又在江苏省的江阴，安徽省的芜湖，江西省彭泽县的彭郎矶，湖北省的武汉、沙市、宜昌和湖南省岳阳市的城陵矶等处进行了过江水准测量，连接两岸水准点。’!(%年组成"环平差。因发现上海市地面沉—)%$— 第二章平面与高程控制测量技术应用降，张华浜基点不能使用，改用镇江!"#$号标作为起始点推算高程，称为资用吴淞高程，%&’(年!月正式公布。%&’&年出版的《长江流域二、三、四等水准成果表》，已采用%&’(年黄海高程系，但仍与资用吴淞高程并用。%&’(年起停止使用资用吴淞高程，全部改用%&’(年黄海高程。但是，长江流域的某些水利枢纽工程受历史资料的限制，仍一直沿用吴淞高程系，例如三峡水利枢纽。佘山基点、镇江!"#$水准点的吴淞高程和%&’(年黄海高程的关系如下。（%）根据镇江!"#$水准点推算：资用吴淞高程)%*#&+,-%&’(年黄海高程（.）根据佘山基点推算：吴淞高程)%*(!",-%&’(年黄海高程坎门零点高程系中国在民国期间的军令部陆地测量局根据浙江省玉环县坎门验潮站多年验潮资料，以平均海面为零起算的高程系统。坎门零点高程系曾接测到浙江省杭州市、苏南、皖北等地，在军事测绘方面应用较广。根据中国东南部地区精密水准网平差结果，一些旧点上两高程系统的关系见表。表.)!坎门高程与%&’(年黄海高程的关系表.)!。!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!%&’(年%&’(年坎门高程坎门高程水准点黄海高程差数（,）水准点黄海高程差数（,）（,）（,）（,）（,）验潮站基点江苏省南京市(*&’&/*%"’)"*%+(.’.浦口车站花园/*(/’/*&(’)"*.&"%&"’浙江省黄岩县城北门外东浦!*+!%!*’//)"*%+(安徽省凤阳县闸.!’（%）东临淮关西交%&*’.!%&*#/.)"*!+&叉点%#上海市沪东路真大路孙家园.*!++.*(.’)"*.#%%/(（%）!罗星塔零点高程系中国以闽江口福建省长乐县营前的最低潮位为零起算的高程系统。%&世纪("年代，英国在福建省福州市马尾镇对岸的长乐县营前设立海关，建立码头。在离码头台阶%,多的岩石斜坡处刻有标志，作为高程零点，称为罗星塔零点。因该点经常浸水，甚至泥沙埋没，不便使用。后在该零点附近较高岩石上另刻一标志，称为罗星塔基点，其罗星塔—#(%— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用高程为!"#$%&（即’()）。此高程系统直到!*世纪+*年代仍为福建省水利水文系统广泛应用。经,’+-年中国东南部地区精密水准网平差，罗星塔基点的,’+-年黄海高程为*"+-$&，换算关系为：罗星塔高程.!",#’&/,’+-年黄海高程珠江基面高程系以广东省广州市东皋大道（旧称北横街）的原广东陆军测绘学校院内“一等水平基石”为基点假设高程为+&的高程系统。珠江基面高程系始建于民国初期，至今仍为珠江水系干流使用。,’++年国家二等水准测至广州时，将该基点编为粤字第,号，并进行了连测，算得其,’+-年黄海高程为+0+1-&，同样以该标石为基点的还有广州市城建高程、治河会基面、珠局统一基面、改订治河会基面等其他系统，在基点上各系统与珠江基面之间有如下高程关系：,’+-年黄海高程.*"+1-&/珠江基面高程广州市城建高程.+&/珠江基面高程珠局统一基面高程.,*+&/珠江基面高程治河会基面高程.,*+&/改订治河会基面高程/珠江基面高程在以上系统中，珠局统一基面和治河会基面均假定东皋大道基点高程为,,,*&，但施测年代先后不同，且治河会基面高程成果错误甚多，在某些水准点上治河会基面高程与珠局统一基面高程相差达,&之多。改订治河会基面高程系统与珠江基面高程系统之间也存在类似情况，故不能因它们假设起始高程相同而误认为同一高程系统。仁川高程系（引晨高程系）以朝鲜仁川平均海面为零起算的高程系统。,’+’年，根据中朝鸭绿江水力发电公司理事会的决议，中朝双方在鸭绿江干流上多处进行水准连测。中国水利电力部东北勘测设计院由!+-线+$.+*点连测水丰电厂内的水发23点，测得其,’+-年黄海高程为$*"$!’&。该点在仁川高程系中的高程为$*"-’1&。两高程系的关系为：仁川高程.*"!-’&/,’+-年黄海高程波罗的海高程系以原苏联喀琅施塔得（45678889!:）验潮站,’$-年波罗的海平均海面为零起算的苏联国家高程系统。,’+-年起，中苏两国为共同勘察黑龙江、乌苏里江，研讨开发事宜，曾多次连测两国高程系统。,’+#年中国电力工业部长春水电勘测设计院黑龙江勘测总队沿黑龙江进行三等、四等水准测量时，曾与苏联三等水准点多处连测，其中较可靠的是中国黑龙江省瑷珲县（今黑河市爱辉区）的基’水准点和苏联的邻近水准点连测，测得的关系为：波罗的海高程;*"%#$&/,’+-年黄海高程,’+’年黑龙江省水利勘测设计院在乌苏里江上游兴凯湖西北黑龙江省密山县当壁—1-!— 第二章平面与高程控制测量技术应用镇附近，由牡兴二等水准支线的一水准点与苏联图里洛格的一水准点进行连测，测得关系为：波罗的海高程!"#$""%&’()*年黄海高程水准测量建立高程控制网和测量任意两点间高差的基本方法，又称几何水准测量。测量时用水准仪观测前后两水准标尺，按水平视线读数推算两点间的高差，然后将后尺移前变为前尺，重新架设，置平水准仪，观测两点间高差。依此逐站向前测量，即可依据各站测得高差的代数和求得任意两点间的总高差。若起始点的高程为已知，即可求得另一点的高程（图+,)）。图+,)水准测量示意图中国国家水准测量分为一等、二等、三等、四等，一等、二等水准测量称为精密水准测量，三等、四等水准测量称为普通水准测量。三等、四等水准测量除敷设测图的基本高程控制外，在水利工程建设中还广泛用于各种线路测量、施工控制网布设、水工建筑物定线放样以及竣工验收、安全监测等许多方面。中国国家地形测量规范还允许以等外水准测定图根点和测站点高程。水利工程测量也允许以五等水准测定图根点和测站点高程，以及用于工程建设的某些方面。水准测量的基本布设方式分为单一水准路线和水准网+类（图+,*）。单一水准路线最常用的水准布设方式。单一水准路线是构成水准网的基本单元，有附合水准路线、闭合水准路线和支水准路线等$种基本形式：!附合水准路线是两端附合于高级水准点的单一水准路线，精度可靠，是高程控制最常用的加密方式。"闭合水准路线是起讫于同一起始点的单一水准路线，这种方式很难发现和消除起始点高程误差，因此，除用于布设小范围测量的首级控制外，较少使用。#支水准路线是从一点起始向前延伸，不再闭合至其他已知点或返回起始点的单一水准路线，因此法无检核条件，故只允许有限制地使用。水准网由多条单一水准路线组成的网状控制结构。水准网可以由同一等级的水准路线构成，也可以先由高一级水准路线构成骨架，再以低一级水准路线填充加密，由高级水准点起始，几条水准路线会合于一个或几个待定水准点（称为结点）的网状控制结构，称—-*$— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用图!"#水准路线及水准网示意图（$）附合水准路线及支水准路线；（#）闭合水准路线；（%）由双结点路线加密的水准网为结点水准网，又称结点水准路线。由于此法的平差计算简便而严密，故常用于高程控制的加密。三角高程测量测量地面两点间高差及推算待定点高程的一种方法。三角高程测量是用经纬仪测出两点间的垂直角（!），根据水平距离（!）和正切公式，并计人仪器高（"）、觇标高（#）和球气差改正（"），即可按式（&）求得两点间高差（$）。$’!·()*!+"+""#（&）若%点高程（&%）为已知，可按式（!）推算’点高程（&’）（见图）。&’’&%+$（!）式中，球气差改正（"）的正负符号及数值可从专用表中查取，或在测区直接测定。当两点间距离较长时，尚需作地图投影的边长改正计算，并归算到投影高程面上。三角高程测量的边长和高差可以较大，故在山区和丘陵地区比水准测量节省工作量。随着仪器制造技术的提高及电磁波测距技术的应用，测角和测边的精度大为提高，有利于三角高程测量的进一步广泛应用。电磁波测距三角高程测量可代替三等、四等水准测量。三角高程测量的实际应用形式，通常有三角高程交会测量、三角高程路线、经纬仪高程导线、平板仪高程导线等数种。水准标志标定水准点高程位置的固定标石和其他标记的总称。水准标石顶面中央一般嵌有瓷质或金属的中心标志，石质标石顶面凿有半球形中心标志，但在坚固建筑物和坚固石崖、岩层上，也可直接埋设中心标志而不埋标石。—-#,— 第二章平面与高程控制测量技术应用图!"#三角高程测量示意图图!"$混凝土水准标石及金属水准标石示意图（!）基本水准标石（单位："）；（#）普通水准标石（单位："）；（$）岩层普通水准标石；（%）中心标志（单位：""）永久性水准标石可分为基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石和特殊水准标石%类（见图）。基岩水准标石研究地壳和地面垂直运动的主要依据，布设在一等水准路线上，一般每隔&’’()左右埋设一座。基本水准标石有混凝土基本水准标石、钢管基本水准标石和岩层基本水准标石，一般在一等、二等水准路线上每隔%’()左右埋一座。普通水准标石有混凝土普通水准标石、岩层水准标石、钢管普通水准标石、螺旋钢—$*&— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用管普通水准标石等数种，每隔!"#$%"#埋设一座。特殊水准标石有双金属标、测温钢管标、洞（室）内恒温标等，主要用于水工建筑物变形监测及地变形观测，不需长期保存的临时水准点或临时水准路线，一般只设置临时水准标志，例如在岩石上或混凝土建筑物上刻凿标记，在树根或木桩上钉圆帽钉等。测量平差利用最小二乘法原理合理调整测量误差，评价测量成果的理论和计算方法。测量平差的主要任务是：!合理配赋偶然误差，消除观测值之间的矛盾，求出未知量的最可靠值（即最或然值）。"运用合理的方法来评定测量成果的精度（质量）。为了提高测量成果的质量，通常都要进行多余观测，以暴露观测值之间的矛盾，发现和剔除粗差。对符合限差要求的观测值需进行平差，平差按照严密程度可分为严密平差（完全遵循最小二乘法原理的平差方法）和近似平差（计算时省略了某些几何条件，或将几何条件所产生的闭合差分成几部分分别处理的平差方法）。有些平差方法，如等权代替法和逐渐趋近法，可以是严密平差，也可以是近似平差。按照观测量相互之间的关系可分为相关的和不相关的平差；按照平差的方法可分为直接观测平差、间接观测平差、条件观测平差、混合平差、满秩平差、秩亏平差和拟稳平差等。同一问题可用间接观测平差，也可用条件观测平差求解。测量平差的一般工作步骤为：!检验观测数据和起始数据的正确性。"根据平差问题的具体情况，选择平差方法，依序进行平差计算，求得观测量的最或然值。#对平差结果进行质量评定。误差（&’’(’）测量工作中，某一个量的观测值与其真值之差。设某量的观测值为!，真值为"，真误差（简称误差）为!，则!)!*"。由于真值不能测得，通常用某量的最或然值代替真值使用。测量工作中，即使采用精密的仪器、工具和合理的观测方法，观测结果也不可能完全避免误差，误差可分为偶然误差和系统误差+种。误差来源有,个方面：!仪器构造和装配上的缺陷以及仪器制作精度的限制而产生的仪器误差。"测量工作者的视觉器官鉴别能力、操作习惯和技术水平等因素所引起的人差。#温度、湿度、风力、大气折光等外界条件影响而产生的误差。偶然误差在相同观测条件下，进行一系列独立观测中出现的具有一定的统计规律性的误差，又称随机误差。偶然误差是在观测过程中多种因素对观测结果产生的综合影响。在一定条件下，观测值中的偶然误差的统计规律性，可以概括为以下!个方面：!偶然误差的绝对值不会超过某一限值。"绝对值较小的误差比绝对值较大的误差出现的可能性大。#绝对值相等的正误差和负误差出现的机会相等。$偶然误差的算术平均值，随着观测次数的无限增—%--— 第二章平面与高程控制测量技术应用加而趋向于零。系统误差在相同观测条件下进行的一系列观测中出现的大小和符号始终保持一致、按一定规律变化的误差。系统误差是由仪器制造或检校不完善、观测者操作习惯不同以及外界条件变化等原因引起的。系统误差对观测成果有累积性的影响，其变化具有一定规律性，可用针对性的观测方法和在计算中加相应改正数的方法将系统误差的影响消除或减至最小。粗差数据获取、数据传输和数据加工过程中，由于不规则差错造成的且不能作为可接受的观测值所假定或所估计的模型误差。按其大小可将粗差分为!种类型：大粗差（︳!"︳""##!，!为观测值的单位权中误差）中粗差（$#!#︳!"︳#"##!）小粗差（%!#︳!"︳#$#!）测量作业中，粗差的存在必然导致成果的不可靠，因此，将观测值中的粗差予以剔除是必须的。首先应该选择恰当的测量方案避免产生粗差，然后再用数学方法进行处理。通常总是用预处理的方法先将观测值中的大粗差和中等粗差加以剔除，然后对那些剩余的、用一般方法无法察觉的小粗差用严格的统计方法进行检验。当观测值中仅含一个小粗差且预知其观测精度时，可用荷兰巴尔达（&’())*+)）提出的数据探测法（,)-)./01123405）进行粗差检测；当观测值中存在有多个小粗差时，可用稳健估计法（6178/-9/-4:)-1*）将观测值中的粗差一并剔除。后者是在迭代平差计算中，根据观测值的残差和其他有关参数，按所选择的权函数计算每个观测值在下步迭代中的权值，通过不断改变观测值的权值，使含粗差观测值的权变得愈来愈小，直至迭代终止时其权值趋近于零，以保证平差结果不受粗差的影响。常用的方法有：丹麦库比克（;’;874<）提出的丹麦法、中国李德仁提出的选权迭代法等。中误差在一定观测条件下，各独立误差平方值的算术平均数极限的平均值，又称均方误差或标准误差。实际工作中，独立误差（$）的个数（!）总是有限的，中误差（"）可采用下式计算："=>%［$$］?!通常多用观测值改正数#来计算中误差，则"=>%［##］（?!."）根据概率理论，中误差的中误差""可近似地按下式计算：""="?%$!中误差表示一组同精度观测误差的几何平均值，观测的精度越高，中误差越小。中国—BA@— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用采用中误差作为衡量观测精度的标准。有的国家用或然误差（）衡量观测精度：!!!"#$%&’!!"!()。在一组误差中，按其绝对值的大小来说，或然误差是居中的一个。在大量的同精度观测的一组误差中，绝对值大于*倍中误差的偶然误差，其出现的概率为’+；大于)倍中误差的偶然误差，其出现的概率为),。通常以)倍中误差作为偶然误差的极限值，称为限差（"-./），即"-./!)!。在精度要求较高的测量工作中，则采用"-./!*!。观测值的误差如超过规定的限差，就应当舍去。平均误差在一定观测条件下各独立误差绝对值的算术平均值的极限值。但实际工作中，观测的独立误差（"）的个数（#）总是有限的，平均误差（"）可采用下式计算：［1"1］"!0#根据概率理论：平均误差和中误差（!）的关系如下：*&"!!!"2%3%3!!!#!’平均误差的中误差为［1"1］"2%’$!!0·"###最小二乘法一种应用于数理统计和测量平差中的方法。在不同观测条件下，测定未知量（$）或函数值（%&）的一系列观测值’（((!4，*，⋯，#），如果各观测值的权为)(，改正数为*(!&或*，&为$的最或然值，则在［)**］!)***，为最小的5’((!（%&）5’(4*46)***6⋯6)#*#条件下解答&（或&(）。当在相同条件下观测时，各观测值的权（)(）都为4，此时可在［**］***诚为最小的条件下解答&（或&）。!*46**6⋯6*#(直接观测平差测量工作中，对同一个量作多次观测，获得多个独立观测值，应用最小二乘法原理，求得该量的最或然值和进行精度估计的平差方法。例如，对某一量作多次观测获得多个不相等的观测值（’(），相应的权为)(，则该量的最或然值&!［)’］［+)］。直接观测平差是一种基本的平差方法。间接观测平差对不同量的一组观测值根据具体问题选定若干个未知数，列出误差方程式，按最小二乘法原理解出各未知数的最或然值，并进行精度估计的平差方法，是测量平差的主要方法之一，又称参数平差或未知数平差。例如，在4个三角形中同精度地观测了)个角值’4、’*、’)，&4和&*是其中两个独立未知量的最或然值，则可得到如下的误差方程式*4!&(5’4—7$7— 第二章平面与高程控制测量技术应用!!""!##!!$"%&’$#"%#"!##$在［!!］为最小的条件下，应用数学上求自由极值的方法，求出各个角的最或然值，并进行精度估计。条件观测平差对不同量的一组观测值按照几何条件和起始数据间的强制条件，列出条件方程组，按最小二乘法原理求出各观测值的改正数和最或然值，并进行精度估计的平差方法。例如，在%个三角形中同精度地观测了$个角值#%、#!和#$，其改正数为!%、!!和!$，则条件方程式为!%(!!(!$(!"’，其中!"#%(#!(#$#%&’$，即可在［!!］为最小的条件下，应用数学上求条件极值的方法，求出各个角的最或然值，并进行精度估计。满秩平差配置足够的起始数据，根据最小二乘法原理利用矩阵进行测量平差的方法。满秩平差是!’世纪)’年代数学上的矩阵引入测量平差后出现的一种平差方法。其特点是：测量控制网进行间接观测平差时，由于有足够的起始数据，观测方程的系数矩阵为列满秩阵（其秩就是未知参数的个数），法方程式系数矩阵为非奇异阵，未知参数（高程或坐标）的最小二乘估计是惟一的最优线性无偏估计。当有可靠的固定点时，可采用此法；但点位误差分布不平衡。这种平差方法适用于具有足够起始数据的测量控制网的测量平差。秩亏平差控制网中不设固定起始数据，而以点的高程或坐标作为平差的未知参数，按最小二乘法原理，利用矩阵进行测量平差的方法，又称秩亏自由网平差。观测方程系数矩阵列满秩的秩数与其实际秩数之差为秩亏数，实际上，秩亏数就是网中必要的起始数据个数。如水准网的必要起始数据为%个点的高程，其秩亏数为%；测边网或边角网的必要起始数据为%个点的坐标和%个方位角，其秩亏数为$；测角网的必要起始数据为!个点的坐标，其秩亏数为*。这种平差的特点是：点位误差分布比较平衡，当有变形较大的点存在时，平差值不甚可靠。观测方程系数矩阵为降秩阵，法方程式系数矩阵为奇异阵，法方程式不能获得唯一解，必须在遵循最小二乘法原理的基础上附加其他条件才能求解。这种平差方法多用于专用控制网的测量平差中。拟稳平差在专用控制网中，假定有一部分点相对稳定，以控制网点的高程或坐标作为未知数，进行秩亏平差，并使稳定未知数拟合于其稳定值的测量平差方法。拟稳平差的特点是：稳定未知数的个数必须大于秩亏数而小于全部未知数的个数；平差值可靠，并能使点位误差分布比较平衡。满秩平差和秩亏平差是拟稳平差的特例。拟稳平差广泛用于变形监测网的测量平差中。—&)+— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用第三章地形和线路测量技术应用第一节地图研究按一定法则有选择地在平面上或以立体形式表示地球表面若干自然和社会经济要素（地貌、水系、建筑物、交通线、境界线、土质、植被等）的图。现代地图具有严格的数学基础，按内容及用途可分为普通地图和专题!地图"类。综合反映地表物体、自然现象和社会现象一般特征的，称为普通地图，国家基本图就是普通地图的一种。突出表示某些或某一要素的地图，称为专题地图（简称专题图），可分为自然地图、人文地图和专用地图等。按反映的维数和表现形式，地图可分为地形图和平面图。地图的传统品种有以平面线划、符号及文字注记表示的线划图和以写真方式表示的鸟瞰图。随着科学技术的发展，影像地图、立体影像地图、立体地图、数字地图等陆续出现和普及。印图材料也从单纯使用纸张向丝绸、塑料、纸张增塑等多样化方向发展。数字地图实现了无纸化，它以计算机硬盘、光盘、软盘、磁带等记忆储存材料为载体，以数据库的形式存在。可以调出在显示屏上显示和增删修改，也可以通过数字化输出设备，转化为上述形式的以纸基为载体的地图或专题图。地图分幅为了便于地图的制作、管理和使用，按照一定的方式将某个区域的地图划分为尺寸适宜的单幅地图。有经纬线分幅和矩形分幅"种方式。（#）经纬线分幅。用经线和纬线作为图廓线划分图幅的方法。它具有图幅地理范围概念明确，可以分条或分块投影以减少投影变形等优点，适合于全球和大范围地图的分幅，各国的地形图和大区域的小比例尺地图都用这种分幅形式。（"）矩形分幅。每幅地图的图廓都是一个矩形，图幅间用直线分割，拼接方便，图幅大小可根据纸张、印刷机规格设计，充分使用版面。墙上挂图及比例尺很大的小区域范围的地图使用这种分幅形式。中国的国家基本比例尺地图使用经纬线分幅方法。#：#$$$$$$比例尺地图用国际分幅标准，经差%&、纬差’&为一幅，经度从#($&经线自西向东每%&为一行，纬度从赤道算起每’&为一列。其他比例尺的地形图都是在此基础上划分，其图幅范围如下表)*#。—(+$— 第三章地形和线路测量技术应用表!"#中国国家基本比例尺地图图幅范围比例尺#：#$$$$$$#：%$$$$$#：&%$$$$#：#$$$$$#：%$$$$#：&%$$$#：#$$$$#：%$$$经差’(!(#(!$)!$)#%)*)!$+!),%+#)%&-%+纬差,(&(#(&$)#$)%)&)!$+#)#%+地图编号为了便于地图的保管和检索，给每幅地图惟一的数码标记，又称图幅编号。地图编号是在地图分幅的基础上进行的，其方法有&种。（#）地图行列式编号法。将制图区域按分幅方式分割成行和列，通常纵为行、横为列（也可以相反），分别用拉丁字母或阿拉伯数字排序标记，每一个图幅有一个由行号和列号组成的惟一的编号。（&）地图自然序数编号法。对一个区域的地图图幅，从左到右、自上而下用阿拉伯数字（或拉丁字母）逐列排序，每个图幅有一个惟一的号码。中国的基本比例尺地形图有旧的和新的&套编号系统。（#）中国地图旧编号系统。#..$年以前使用的编号系统。!#/#$$$$$$比例尺地形图用行列式的编号法。从赤道算起每,(纬线为一列，分别用拉丁字母0、1、⋯、2表示；从#3$(经线开始，自西向东计算，每’(经线为一行，分别用阿拉伯数字#、&、⋯、’$表示，先列后行，中间用连接号分开即构成#/#$$$$$$比例地形图的编号。"#/%$$$$$4#/%$$$比例尺的所有地形图，都用行列式编号加自然序数编号法。其中，#/%$$$$$、#/&%$$$$、#/#$$$$$比例尺的地形图是在其所在的#/#$$$$$$比例尺地形图的编号后面加上本图的自然序数标记。每幅#/#$$$$$$地图分为&行&列共,幅#/%$$$$$地图，分别用大写拉丁字母0、1、5、6顺序标记；每幅#/#$$$$$$地图分为,行,列共#’幅#/&%$$$$地图，分别用带有方括号的阿拉伯数字［#］、［&］、⋯、［#’］标记；每幅#/#$$$$$$地图分为#&行#&列共#,,幅#/#$$$$$地图，分别用阿拉伯数字#、&、⋯、#,,标记。#/%$$$$、#/#$$$$比例尺地形图是在#/#$$$$$比例尺地形图编号后面加上本图的自然序数标记构成自己的编号。每幅#/#$$$$$地图分为&行&列共,幅#/%$$$$地图，分别用大写拉丁字母0、1、5、6标记；每幅#/#$$$$$地图分为3行3列共’,幅7/#$$$$地图，分别用带圆括号的阿拉伯数字（#）、（&）、⋯、（’,）标记。#/&%$$$比例尺地形图是在#/%$$$$比例尺地形图的基础上再分为&行&列共,，幅#/&%$$$地图，分别用阿拉伯数字#、&、!、,标记，在#/%$$$$比例尺地形图编号的后面加上本图的标记，就构成#/&%$$$比例尺地形图的编号。#/%$$$比例尺地形图的编号是在#/#$$$$比例尺地形图的编号加上自己的标记构成的。每幅#/#$$$$地图分为&行&列共,幅#；%$$$地图，分别用小写拉丁字母8、9、:、;标记。各种比例尺地形图的标记在加入编号系列中都用连接号分开。（&）中国地图新编号系统。#..#年起新测、新编或更新的地形图都改用新编号系统，所有比例尺地形图都采用行列式编号。它们仍是以#/#$$$$$$比例尺地形图为基础，#/#$$$$$$比例尺地形图仍采用行列式编号法，先行后列，中间不用连接号分开，且原来的列—3*#— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用变为行，原来的行改称列，所以，图号实际上没有变化。!"#$$$$$%!"#$$$比例尺地形图的命名用!$位编码，其中第!位是!"!$$$$$$比例尺地形图的行号，第&位、’位为列号；第(位是比例尺代码，从!"#$$$$$%!"#$$$共)种比例尺依次用大写拉丁字母*、+、,、-、.、/、0表示；第#位、1位、)位是图幅的行号数字码；第2位、3位、!$位是图幅的列号数字码。以!"!$$$$$$比例尺地形图的范围为基础，按分幅标准划分出其他各种比例尺的地图，横为行、竖为列，行从上到下、列从左到右用阿拉伯数字标记，不足’位的前面补零表示。这样任何一幅不同比例尺的地形图都有!个!$位码表示的惟一的图幅编号。这种编号方法便于计算机识别和检索。地形图按一定精度要求，既表示地物又表示地貌的地图。两点间图上长度和地面实际长度之比称为地形图的比例尺。中国通常采用!"#$$、!"!$$$、!"&$$$、!"#$$$、!"!$$$$、!"&#$$$、!"#$$$$、!"!$$$$$、!"&$$$$$、!"#$$$$$、!"!$$$$$$的比例尺系列。地形图可在三维空间作定量应用，如量算角度、方位角、距离、坐标、高差、高程、面积、体积等。常用的地形图有线划地图、影像地图和数字地图等。线划地图和影像地图均以纸基为载体，有固定的比例尺，精度与比例尺相联系。线划地图上的地物（河渠、湖塘、道路、输电线、居民地、耕地、植被等地表物体的统称）以各种地物符号加注记表示；影像地图上的地物则以经过纠正的像片影像为主，辅以少量必要的符号和注记，两者的地貌通常均以等高线加地貌符号和高程注记点表示。数字地图是以数字形式储存在硬盘、光盘、软盘、磁带等载体上的地图。平面图按一定精度要求和法则，在投影平面上表示物体几何形态的图。平面图按正射投影原则在正射投影面上只表示地物不表示地貌或只概略表示地势高低，如行政区划图、交通图、建筑物平面图等；在垂直投影平面上以二维量表示的图，则称为断面图、剖面图或立面图，如河道纵横断面图、地质剖面图、建筑物立面图等。在机械制图中，平面图一般是指物体的俯视正射投影图，正、侧面的正射投影图，分别称为正（主）视图和侧（旁）视图。专题地图突出反映一种或几种主题要素的地图，又称专门地图、主题地图、特种地图。作为专题地图主题的要素可能是普通地图上固有的要素，例如突出反映境界和行政中心的行政区划图；也可能是普通地图上没有的要素，例如表示环境污染及治理状况的环境地图。它们都是在基础地理底图的基础上，突出而详细地反映主题要素的地图。专题地图分为自然地图、人文地图和专用地图。以水文、地貌、地质、土壤、气候、生物、海洋等某种自然要素或综合性自然环境为主题的地图称为自然地图；以政区、人口、交通、文化、经济、历史等人文要素为主题的地图称为人文地图；不属于上述&类，主题内容既包含自然要素、又包含人文要素，专门为某种用途编制的地图都称为专用地图，如航空图、航海图、教学图、旅游地图、环境地图、水系图、水利工程分布图、土地利用图等。—2)&— 第三章地形和线路测量技术应用专题地图的主题表示的对象有点、线、面、体!类。从时态上讲既可以表示过去、现在的状态，也可以表示其发展动态。有"#种经典的表示专题要素的方法，它们是定点符号法、线状符号法、范围法、质底法、等值线法、定位图表法、点数法、运动线法、分级统计图表法和分区统计图表法。随着计算机制图技术的发展，三维动态可视化正逐渐成为表示法研究的核心。专题地图制图已经发展到所有的区域性地理学科及与其相关的专业部门。由可持续发展和环境变化引起的全球范围的专题制图日益引起人们的重视。遥感技术不断地丰富着专题地图的信息源。专题制图系统不仅限于向用户传递地理信息，还可通过对信息的分析提供决策支持。地图用户可以通过制图系统发挥主动的作用。专题地图在推动相关学科发展的同时，其自身在不断地得到发展。数字地图以数字形式记录和存储在磁带、磁盘、光盘等介质上的地图。即在一定的坐标系统内具有确定位置、属性、空间关系标志和名称的地理要素与现象的离散数据，在计算机可识别的存储介质上概括的有序集合，是地图的新品种之一。按照数据表示的形式，可分为矢量数字地图和栅格数字地图。矢量数字地图是以矢量数据表示并以矢量数据结构存储的数字地图；栅格数字地图是以栅格数据表示并以栅格数据结构存储的数字地图。数字地图便于存储、传输和更新，经数字制图系统和地图电子出版系统处理可转换为纸基地图。经可视化技术处理可转换为在计算机屏幕上显示的电子地图。在水利方面，主要用于水利工程特别是大型水利工程规划、选定坝址并精确测定其三维位置，根据设计的库容量计算建库后的淹没范围，统计被淹没城市和村庄以规划工程移民，水库建成后的库岸稳定性监测及监控，工程对生态环境可能产生的影响及生态环境变化趋势监视与预报和对策制定等。生产数字地图的主要数据源，是各种遥感传感器所获取的图像和现有的各种比例尺的地形图、海图和航空图。数字地图的生产，可通过数字摄影测量方法，利用遥感图像直接生成；也可以通过智能化扫描地图数据采集方法，利用已出版的地图来获取；还可以用野外数字化测图方法生成。随着计算机技术、数据库技术、信息系统技术和网络技术的发展，数字地图可以构成多种地图数据库、地理信息系统和地形仿真系统，进而建成数字江河（湖）等，并将得到更加广泛的应用。地图数据库利用计算机存储的地图诸要素数据文件及相应数据管理和应用软件的集合。它用空间数据的形式描述地图图形的点、线、面$种实体，将地图数据存储在计算机可识别的介质上，在数据库管理系统（%&’(）的支持下，能实现对地图数据的查询、检索、增删、修改与更新。按照地图数据库中地图数据的表示形式，可以分为矢量地图数据库和栅格地图数据库，两者都能描述地图图形的点、线、面$种实体。地图数据库存储的内容主要有：测量控制点和独立地物、居民地、道路网、土质植被、地貌、境界等地理要素和现象，以及各种专题要素和地理名称等。这些要素以其位置数据、关系描述数据和属性数据存储在计算机—*)$— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用中。地图数据库使地图数据独立于应用程序，能以最少的数据冗余存储，实现地图数据的共享。它是计算机地图制图的基础，可用于生产和更新各种数字地图和纸基地图；能为地理信息系统提供各种专题数据赖以定位的空间数据，构成各种主题和用途的地理信息系统；能通过查询和分析，生成各种专题地图。在水利方面，主要用于建立江河（湖）地图数据库及其更新，为对江河（湖）的治理、开发和利用提供地图数据。地图数据库的建立，一般包括数据采集、检查、编辑、输入和管理。它可以通过数字摄影测量的方法，利用遥感图像直接建立；也可以通过智能化扫描地图数据采集方法，利用现有地图来建立。随着数据库技术和网络技术的发展，分布式地图数据库已成为地图数据库发展的主流，空间数据库技术已受到普遍关注和重视，多种数据源的空间数据融合、在线分析处理和数据挖掘等的研究，将进一步推动地图数据库的发展和应用。原图作为出版地图原始依据的地图。白纸测图和航测法成图时首次描绘出的地图称为测绘原图，用编图法制作的称为编绘原图，根据测绘或编绘原图复制的底图经清绘或刻绘完成的地图称为出版原图。对于野外数字化测图或用航测、遥感方法数字化成图及计算机制图，由存储在计算机可读的介质上符合地图特性的离散数据集合构成的数字地图及经可视化处理在屏幕上显示的电子地图，或据其输出的硬拷贝，也可称为编绘原图，其数据经栅格图像处理在激光照排机上输出的分色胶片则可视为出版原图。传统制图工艺中，普通地图的编绘原图用手工多色描绘，它们都是线划原图。专题地图则要制作彩色原图，它们不但有彩色线划，还要涂有标准底色。出版原图都是用墨色清绘或刻绘的，另有线划图，面积色则由印刷工艺解决。单色或彩色的影像、晕渲原图都称为半色调原图，需通过网目摄影用于出版。计算机制图时编绘原图可以制作得同出版图完全一致，再将其彩色分解制成分色胶片供印刷用。底图编制或绘制地图的基础用图。对于普通地图而言，指用作编稿或清（刻）绘的蓝图。供编绘用底图的制作方法通常是将基本制图资料缩小复照、晒蓝，然后拼贴于按新编图要求展绘好数学基础的图版上，也可以在图版上直接拼晒蓝图，或按制图资料的比例尺拼贴后再按编图比例尺缩小复照，在图版上晒蓝图。制作出版原图的底图是根据编绘原图照相复制的蓝图，图纸清绘时是在裱版上晒制蓝图，其比例尺通常要比出版比例尺略为放大。若用刻图法制作出版原图，则是将蓝图晒到刻图膜上，这时必须按照出版比例尺制作底图。对于专题地图，底图指承载主题要素的地理基础，称为地理基础底图。它是根据专题要素的需要选择普通地理要素中同主题相关的几种要素作为基本内容，通常用同比例尺的普通地图经简化制作专题地图的地理基础底图。在编制地图集时，地理基础底图由图集中相应的普通地图派生而成，且其地图投影、比例尺、内容和表示方法都应成为可对比的系列，以利于地图集的协调。在计算机制图条件下，已完全省去了晒蓝图的环节。制图资料经数字化存储在地图数据库中，使用时从数据库中按需要提取并进行数据处理。编制普通地图时已不再需要—#"!— 第三章地形和线路测量技术应用制作底图。对于专题地图和地图集，仍需要单独生成所需的地理基础底图。二底图根据原图复制的底图。为了保护原图不被损坏，通常将其作为技术档案保存，对用户只提供二底图。通常只对地图的出版原图制作二底图。制作二底图的方法有：（!）用图纸清绘方法制作的出版原图。先用复照方法按出版比例尺获得阴像底片，再用铬胶感光片洗出图形法翻出阳像线划图，也可以使用重氮感光胶片或重氮二底图纸用阴像法制作二底图。（"）用刻图法制作的出版原图。其线划图可视为与出版比例尺一致的正阴底片用于翻晒二底图，地图上的独立符号和注记都是用照相排字机制作的阴像图形，将其定位贴于相应的位置上，需用铬胶感光片选择性染色法制作阳像图，或使用重氮感光胶片、重氮二底图纸用阳像法制作二底图。二底图有助于传统制图方法的技术档案保存。在计算机制图的条件下，底图保存在磁性材料上，复制方便且不会损害原有数据，可为用户提供数据，不再需要制作二底图。刻图一种制作出版原图的方法。在聚酯薄膜或其他伸缩性小的透明片基上涂布聚酯树脂膜、钛白膜等具有良好遮光性和可刻性的遮光层，由专门的工厂生产出单层或双层的刻图膜。使用时在膜上翻晒或描绘图形，使用刻图工具刻绘出透明的正阴线划图，也可以用化学方法将其变为阳像图。由于薄膜片基较薄，可以反过来作反阴图使用。地图上的独立符号和注记通常用照相排字机在感光胶片上制成阴像图形，然后将其定位贴于透明胶片的相应位置。刻图法制作出版原图时，线划和注记（符号）是分版制作的，在印刷厂用翻版工艺合并为完整的线划图。刻图与图纸上绘图相比具有容易掌握、线号准确、线条流畅、省工省时的优点，且因其可在出版时省去复照工序，简化了制版工艺，降低了成本，是传统制图工艺中较为优越的制作出版原图的方法。在计算机制图条件下，这种方法正逐步失去其实用价值。地图编印地图编辑、清绘、印刷的总称。地图编辑（简称编图）一般从选定投影、计算展绘经纬网等数学基础着手，经过收集资料、复照晒蓝、拼贴制成编绘底图，再利用综合、删除、夸大等编图手段，去掉多余内容，保留和突出所需的要素，获得符合编图目的的编绘原图（亦称编稿原图）。普通地图可作为编制专题地图的底图。大比例尺图可作为编制中小比例尺图的基本资料。地图清绘利用绘图工具对原图着墨（色）、书写注记而制成适合复晒或印刷出版的清绘原图的过程。用于复晒的图一般常作等比清绘，即清绘原图的比例尺与编绘原图相同，或直接在编绘原图上着墨（色）。印刷出版的图常用复照方法适当放大，按一色一版的原则进行分版着墨（或一版清绘以后再在制版过程中分涂），称为放大清绘。"#世纪$#年代，随着计算机制图方法的发展，这一传统的清绘方法正逐步被淘汰。—$&%— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用地图印刷一般采用胶印（一种平版印刷工艺）。制版和印刷的主要过程包括清绘原图复照、翻版、分涂、晒版、打样、样张审校、修版、印刷、切边、成品检查等步骤。采用等比例尺的分版刻图，则可省去复照、翻版、分涂等工序，降低印刷成本，提高印刷质量。随着科学技术的发展，各种各样的地图、文字、版面编辑软件和制图硬件不断涌现，地图制印正在向自动化的方向迈进。地图量算在地图或断面图上量测、计算面积的工作。水利建设中，在求算流域面积，水库、湖塘的面积与容积，淹没土地面积，滞、蓄洪面积和容量，灌溉面积，河、渠过水断面面积和流量，施工填挖方量等许多方面，均需进行图上面积量算。图上面积量算的传统方法有求积仪法、方格法、网点法和图解法。!求积仪法是使用求积仪进行面积量算。新型的求积仪已采用光电编码器和光电计数器提高计量精度，有的还附装袖珍电子计算器，不仅可按积分原理计算、显示量测面积，还可施加各种改正和进行常规运算。"方格法和网点法是用绘有!""#$""间隔的方格网或网点透明模片（纸）覆盖在待量测的面积上计数，再按一定公式计算面积。#图解法是将多边形面积分解为若干个三角形，分别量出底和高的长度，按三角形公式求算面积。不论采用何种方法，均须以图幅或公里格网的理论面积为控制。改变求积仪的极位与量测方向，或改变方格、网点、图解三角形底高的方位，量测$次，并施加图纸变形改正。当误差在允许范围以内时，取用其平均值。随着科学技术的发展，利用光电扫描和计算机辅助设备量算面积的方法应用日益广泛。单色或分色光电面积量测仪是将图纸固定在滚筒上扫描，然后将信息量与标准图形面积相比转换为面积量。密度分割仪是通过电子求积装置，用数字显示不同颜色面积的百分比，从而求出标准面积内某一颜色面积的绝对值。这$种方法均须将待求面积涂上仪器可以识别的颜色。数字式电子求积仪和图形数字化仪是用标示器沿被量测图形轮廓线移动，按积分原理计算和显示量测面积。这些仪器都显著提高了面积量测的工效和精度。第二节投影测量与应用地图投影按照一定的数学法则，将地球表面的经纬线相应转绘到平面上的方法。由于用椭球（或球）表示的地球表面是不可展曲面，将地球表面上经纬线网描绘成平面上的图形必然会产生变形。地图投影的变形可分为长度变形、面积变形、角度变形。为了适应不同的地图用途，可以控制变形的性质和分布。地图投影的分类地图投影可以按变形性质、辅助面与地球椭球（或球）的相对位置、—’&%— 第三章地形和线路测量技术应用正轴投影时的经纬线形状进行分类。（!）按投影变形性质分类!等角投影。投影后!个点的"个方向间的夹角大小保持不变，或者说能保持微小面积的图形同实地相似，又称正形投影。"等面积投影。能保持地图上的面积经同比例尺放大后与实地面积相等，又称等量投影。#任意投影。既有角度变形，也有长度和面积变形的投影，但其变形大小都较为适度。其中，可以使某个方向上的长度不变形，称为等距离投影，是任意投影的一个特例，其面积变形比等角投影小，形状变形比等积投影小。投影时常使用某种可展曲面，如圆锥面、圆柱面、平面，作为投影的辅助面。辅助面是圆锥面时称为圆锥投影，是圆柱面时称为圆柱投影，是平面时称为方位投影。（"）按辅助面与地球椭球（或球）的相对位置分类有图#$!的#种情况：!正轴投影。投影面的中心线与地轴一致，又称正投影，极投影。"横轴投影。投影面的中心线同地轴垂直，又称横投影，赤道投影。#斜轴投影。投影面的中心线同地轴斜交，又称斜投影，地平投影。辅助面与地球表面接触的那条线上没有任何变形，称为标准线。如果这条线是经线称为标准经线，是纬线称为标准纬线。为了控制变形的大小和分布，可将辅助面同地球相切或相割。对于方位投影，相切时只有!个标准点，相割时有!条标准线；对于圆锥和圆柱投影，相切时有!条标准线，相割时有"条标准线。图#$!投影方法（#）按正轴投影时经纬线的形状分类!圆锥投影。纬线投影成一组同心圆弧，经线为圆的半径，其夹角同经差成正比例。"圆柱投影。纬线投影成一组平行直线，经线为垂直于纬线的另一组平行直线，且相邻经线间的距离相等。#方位投影。纬线投影为一组同心圆，经线为同心圆的半径，两经线间的夹角与相应的经差相等，又称平面投影，天顶投影。—&%%— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用有些投影不设辅助面，而是设置其他一些约制条件，如：!伪圆锥投影（图!"#）纬线投影成同心圆弧，圆心在中央经线上，其他经线为对称于中央经线的曲线，该投影不可能有等角投影。"伪圆柱投影（图!"!。纬线投影为一组平行直线，中央经线为直线，其他经线为对称于中央经线的曲线。#伪方位投影（图!"$）。纬线投影为同心圆，圆心位于中央经线投影的直线上，其他经线为交于圆心对称于中央经线的曲线。$多圆锥投影（图!"%）。纬线投影为同轴圆弧，圆心位于中央经线投影的直线上，其他经线为对称于中央经线的曲线。图!"#圆圆锥投影图!"!伪柱投影地图投影的命名一个完整的地图投影的名称应能体现投影变形、经纬线形状、辅助面与地球的相对位置，例如双标准纬线等角圆锥投影。有时也用它的创造者的名字命名，例如墨卡托（&’()*+,(）投影。地图投影的变换在计算机制图条件下，必须研究从一种投影变为另一种投影的理论和方法。地图投影变换是#个平面场之间点的坐标变换。其方法有：（-）解析变换法。找出#种投影间坐标变换的公式。按变换方法可分为：!反解变换法。按原地图投影的公式，由已知点的直角坐标（!，"）反解出地理坐标（，"），再代人新!地图投影的公式解出新投影中的直角坐标（#，$），即（!，"）!（，"）!（#，$）。"正解!变换法。直接求出#种投影间直角坐标的关系式，由旧的坐标变为新的坐标，即（!，"）!（#，$）。#综合变换法。将正解和反解结合起来，根据原投影中已知点的!坐标反解出纬度，再根据（，"）求出新投影中相应点的直角坐标，即（!，"）!（，"）!（#，$）。!!!—./.— 第三章地形和线路测量技术应用图!"#伪方位投影图!"$多圆锥投影（%）数值变换法。用二元幂多项式建立%种投影间的变换关系式，反解多项式的系数。为此，需要在地图上选择多于待解系数个数的对应点并确定其各自的直角坐标，建立法方程组，用最小二乘法原理解出相应的系数。这是一种用逼近方式的正解变换法，一般不会高于!次项，即&’个系数。（!）半数值法。在知道新投影的方程但不知道原投影的方程式时，可用上述多项式方法建立原投影的直角坐标同经纬度的关系，再由经纬度经新投影的方程式求得直角坐标，从而实现%种投影之间的变换。高斯—克吕格投影等角横切椭圆柱投影。&(%&年德国数学家、物理学家、天文学家)*+*高斯（&,,,—&($$）首先奠定理论基础和拟定投影公式，&-&%年德国大地测量学家.*克吕格（&($,—&-%!）具体应用于椭球体，故名高斯—克吕格投影。该投影是假想一个椭圆柱横向套在地球椭球体外面（图!"/）并与某一条经线相切，该经线称为中央经线。投影后中央经线和赤道均表象为直线并互相垂直，成为投影的对称轴。该投影没有角度变形，中央经线上长度比为&，没有任何变形，其他经线为对称于中央经线的曲线，离中央经线愈远变形愈大；纬线投影为对称于赤道的圆弧（图!",，在同一条经线上纬度愈低变形愈大。为了将误差控制在允许的范围内，采用分带投影的方法。中国的&：$’’’’’及更大比例尺的地形图均采用该投影，其中&：$’’’’’0&：%$’’’比例尺用/1分带，从格林尼治子午线向东每/1投影一次。&：&’’’’及更大比例尺用!1分带，为了减少换带计算，!1分带从东经&1!’2开始每—(,-— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用!"投影一次，其中央经线有一半与#"分带重合。用传统方法编制地形图时，经纬网的直角坐标及变形值均可以从编制好的投影坐标表中查取。在数字测图和计算机制图的条件下，图幅的经纬线和直角坐标网格均可根据地形图图号自动生成。图!$#高斯—克吕格投影图!$%高斯—克吕格投影展开由于高斯—克吕格投影在低纬度地区变形较大，世界绝大多数国家都使用与其极为类似的等角横割椭圆柱投影，称为通用横轴墨卡托投影（&’()*+,-./-’,)*+,*0*+1-23+4+35*162(3’），又称&/0投影，它的中央经线上长度比为78999#，投影带中:条标准线在中央经线东、西各;<7=>处，:条标准线之间为负变形，:线之外为正变形，离这:条线愈远变形愈大，它改善了投影的变形分布。兰勃特正形圆锥投影约在;%%:年德国数学家?8@8兰勃特（;%:<—;%%%）拟定的正轴等角圆锥投影。其投影方法是假想一个圆锥在正方向切或割于地球椭球体，按等角条件投影后展开成平面，其中纬线投影成同心圆圆弧，经线则为同心圆半径，经线间的夹角与经差成正比例。切圆锥投影有;条标准纬线，其他位置均为正变形，其大小只同纬度有关，离标准纬线愈远变形愈大，同经度无关。割圆锥投影有:条标准纬线，:线间为负变形，之外为正变形，离标准线愈远变形愈大，可以改善变形分布。该投影适合于中纬度东西方向延伸的区域。;9#:年世界;：;777777国际地图技术会议决定国际;：;777777地图也改用此投影。中国:7世—<<7— 第三章地形和线路测量技术应用纪!"年代前的地形图曾使用该投影，现在中国大多数省（自治区、直辖市）的挂图和地图集、#：#""""""$比例尺地形图以及国际#：#""""""比例尺地图、美国#：#""""""比例尺世界航空图、原苏联#：%!"""""比例尺世界分幅地图都采用该投影。中国的#：#""""""比例尺地形图，采用双标准纬线，投影的长度变形不超过&"’"()，但上下图幅拼接时会产生裂隙，且纬度愈低裂隙愈大，最大达"’!**左右。墨卡托投影#!+,年今德国地图学家-，墨卡托（#!#%—#!,.，生于今比利时，佛兰德人）拟定的正轴等角圆柱投影。其投影方法是假定一个与地轴一致的圆柱切或割于地球椭球体，按等角条件投影后展开，经线投影成一组等间隔竖直的平行直线，纬线为一组同经线垂直的不等间隔的平行直线，其间隔随纬度增高而加大。圆柱同地球相切时赤道为标准纬线，其他部位有长度和面积变形，均为正变形，且离赤道愈远变形愈大。至纬度+"/，面积较赤道放大.倍，至纬度0"/，面积放大((倍以上。圆柱同地球相割时有%条标准纬线，其间为负变形，其外为正变形，可以改善变形分布。由于该投影具有将等角航线投影成直线的独特性质，世界各国所有的航海地图至今仍采用该投影，新的标示地球卫星轨道的宇航地图也采用该投影。又由于它能保持地球各部位不同区域的投影图形在视觉上同实地相似，且具有明确的方向概念，世界时区图以及其他相应的专题地图也采用墨卡托投影。第三节地形与线路测量地形测量将地面上的地物、地貌测绘到图纸上的工作。水利工程的地形测量还包括水下地形测量。地形测量的主要工序有基本控制测量、图根控制测量、碎部测绘和图幅整饰。中国水利工程地形测图的比例尺随工作阶段和工程项目的不同而异。规划设计阶段一般为：水库区测图比例尺#：!"""1#：%!"""，排灌区#：#""""（局部典型设计区#；%"""1#：!"""），坝址区#：%"""1#：#""""，坝址、闸址、渠首、溢洪道、防护工程区、滑坡区#：!""1#：%"""，隧洞和涵管进出口、调压井、厂房水电站、码头#：!""1#：%"""，施工场地、建筑材料场#：#"""1#：!"""，铁路、公路、渠道、隧洞、堤线等带状地形#：%"""1#：#""""，不稳定岩（土）体（危崖、滑坡体、泥石流）监测区#：#"""1#：%"""。施工阶段在施工场地以及新建改建的铁路、公路、高压输电线路、重要管路通过的带状地区，一般施测#：!""1#：%"""比例尺地形图。建基面需要测绘#：%""1#：!""比例尺地形图作为竣工验收资料。水利工程常用的地形测量方法有白纸测图和摄影测量%类。白纸测图是地形测量的基本方法。摄影测量中的航空摄影测量已发展成为#：%"""1#：!""""比例尺测图的主要手段；地面立体摄影测量亦已在陡峻地区的#：!""1#：!"""比例尺测图中广泛应用。随着电子技术和仪器的进步，测图方法和技术正向数字化、自动化方向发展，并已逐渐普及应用。—00#— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用白纸测图以图纸或聚酯薄膜为载体，用大年板仪、小平板仪、经纬仪、水准仪等测量仪器实地测绘地形图的各种方法的统称。大平板仪测图精度可靠，是白纸测图的基本方法。小平板仪测图所用测图板较为轻便，但稳定性较差，精度低于大平板仪测图，一般用于草测或简易测图。经纬仪测图又称测记法，是用经纬仪照准地形标尺，逐点测记视距、方向和垂直角，然后算出各点位置和高程，参照草图展绘成图。这种方法通常只用于地物、地貌简单的大比例尺测图，并需加强野外对图。水准仪配合小平板仪（或量角器）测图，适用于平坦地区。经纬仪配合小平板（或量角器）测图，适用于丘陵和山区；由于这种测图方法综合了经纬仪测图和小平板仪测图的长处，又在一定程度上弥补了各自的不足之处，精度与大平板仪测图相近，故为基层测量单位所常用。!"世纪#"年代以来，传统的白纸测图方法正在被数字化测图方法逐步取代。水下地形测量测量水下地貌以及地物的工作。水下地形测量的成果通常为水下地形图。水下地形测量由于是在水上动态定位和测深，比陆上测量困难复杂。水下地形测量点的定位方法一般有断面法，角度交会法，断面角度交会法，极坐标法，六分仪法，距离交会法（微波测距、$%&全球定位系统定位），双曲线无线电定位法和卫星多普勒定位法等。断面法沿断面测量水深。在水流湍急的河段，测船难以循断面行驶或锚定船位时，间或以钢缆固定断面，沿钢缆逐点定位测出水深。角度交会法以!台’(台经纬仪或平板仪在岸上已知点设站，同步测定方向、交会船在测深时的点位。常用于流速较大的河段。断面角度交会法断面法和角度交会法的结合。测船沿确定的断面航行，同时用)台’!台经纬仪或平板仪测定方向，与断面线相交，确定船上的测深点位。极坐标法以电磁波测距仪或经纬仪在岸上已知点设站并选定零方向，测量测深点的距离和水平角，确定点位。六分仪法在船上靠近测深点处以!台六分仪同步观测岸上已知点，确定点位，适用于能目视观测岸上目标的较开阔水域。距离交会法测定船上测深点与岸上!个已知点之间的距离，以交会确定点位。微波定位测深仪就是根据这一原理应用现代电子技术的产物，它可以实时采集测距、测深数据，实时或事后绘制平面图和断面图。水利和航道、港口部门在!"世纪*"年代’#"年代曾推广使用。双曲线无线电定位法从船上主台测定与岸上副台的相位差，根据以岸台位置为焦点的两簇双曲线确定船上测深点位，适用于局部海域或全球性的航海导航定位，在历史上曾发挥重要作用。卫星多普勒定位法测量卫星通过上空时所发无线电信号的多普勒频移求定船位的方法。运用此法可以进行全球性的全天候导航和定位，在!"世纪+"年代’*"年代曾是—**!— 第三章地形和线路测量技术应用军事、民事航海和海洋测量的主要导航定位手段，现已被!"#全球定位系统所取代。!"#全球定位系统定位法采用!"#差分实时定位技术，包括局域!"#差分定位（$%&!"#或&!"#）技术和广域!"#差分定位（’%&!"#）技术，用以确定船上测深点位。&!"#实时定位由基准站、数据通信链和用户站（如船）组成。&!"#工作原理见图。当基准站和用户站的!"#接收机同步观测若干相同卫星，将基准站!"#接收机观测所得的三维位置与已知值进行比较，便可获得定位误差信息，称为差分改正信息。如通过数据通信链及时将此差分改正数传递给用户站，对其观测值进行改正。根据差分改正数计算模式的不同，&!"#定位有不同的工作模式，主要有：位置差分，伪距差分，相位平滑伪距差分和相位差分等。其中伪距差分应用最为普遍。水深测量的传统工具是测深杆和测深锤。现代普遍使用回声测深仪，精度和效率均大为提高，最大测深可达())))*，并已从单频、单波束发展到多频、多波束，从点状、线状测深发展到带状测深，从单纯测深发展到图像显示和实时绘图。例如海底地貌探测仪（又称侧扫声纳），可探测礁石、沉船等船底航行障碍物的概略位置、范围、形状、性质和海底表面形态，并以图像显示。多波束测深系统能同时发射数十个相邻的窄波束，配合微处理机精确测出，并以图像显示一定宽度的航行线水下障碍物位置，深度、范围、形状以及海底的地貌，由机助绘图仪绘出等深线图。此外，还在探索利用双频激光、卫星像片或航空像片测量解译水深，为水深测量技术的发展开辟了新的途径。图+,-&!"#工作原理框图综合法测图摄影测量和平板仪相结合的一种测图方法，即用摄影测量方法取得地物与特征地貌的平面位置，用平板仪测图的方法在野外测定高程点和等高线。综合法测图分像片平面图测图和单张像片测图。—--+— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用像片平面图测图用像片平面图或正射影像图在实地进行像片地物调绘和地貌测绘的测图方法。其作业程序为：!根据用图要求、仪器装备、测区情况选定经济合理的航摄比例尺和航摄仪类型、软片品种进行航空摄影。"像片控制点布设、野外施测和室内加密。#编制像片平面图或正射影像图。对于平坦地区的航摄像片，通过投影转换将倾斜像片纠正镶嵌成具有规定比例尺的水平像片；对于起伏地区，可采用分带纠正消除像片倾斜和投影差的影响，或采用正射影像技术，将航摄像片转换成正射像片，然后将正射像片镶嵌成像片平面图或正射影像图。$像片调绘和地貌测绘，将地物、地貌元素、植被、土壤、地理名称等要素调绘上图，利用明显地物点作测站采用平板仪测图方法测绘地貌和补测航摄漏洞及新增地物。%清绘、整饰原图。单张像片测图在未经纠正的单张像片上测绘等高线并进行像片调绘，然后由内业进行投影转绘，最终得到地形原图的一种测图方法。其作业程序为：!进行野外平面及高程控制测量，在中心投影的单张像片上确定测站点的平面位置和高程，测定像片的比例尺，调绘地物和测绘地貌，并进行着墨整饰，获得中心投影的单张像片地形图。"内业根据平高控制点或加密点，将像片上中心投影的地物地貌投影转绘成统一比例尺的垂直投影地形图。最后进行着墨整饰。航摄影像提供了地物、地貌各要素的准确平面位置，且信息丰富、形状逼真，采用实地测绘等高线，高程精度较高。综合法测图与白纸测图相比不仅能减少外业工作量，提高工效，而且能获得高质量的地形图，适宜于平坦地区测图。全能法测图在立体测图仪上根据摄影过程的几何反转原理建立像对的立体模型，测绘地形图的方法。其过程是：将航摄像片装入立体测图仪的投影器内进行相对定向，使像对内所有的同名光线对对相交，形成地面的立体模型。根据像控点或加密点进行绝对定向，以规划模型比例尺及置平模型。像对经相对定向和绝对定向后，就可进行测图。首先用空间测标立体照准某一个控制点，调整仪器的高程读数鼓，使它的读数等于该点的海拔高程，得出测图时用的高程起始读数，并按该点的平面坐标来安置!、"手轮的起始读数。若将高程尺读数固定在某一等高线的高程上，转动!、"手轮，使测标沿着立体模型表面相切处移动，测绘台的绘图笔就绘出这一等高线；若用测标立体跟踪地物的轮廓，绘图笔就会绘出地物的平面位置，这样便能绘出成图比例尺的地形图。数字化测图实现从数据采集、处理到图形编辑、输出、管理、应用的数字和计算机成图的测图方法。该方法是对传统的人工平板仪测图和模拟测图方法的改革。主要用于大比例尺地形图、地籍图、工程图以及城市基本图的建立、修测和更新。数字化测图包括航空摄影测量方法和地面测量方法!种。!航空摄影测量方法。适合大范围的初始测量，需要航空飞行拍摄像片，通过专门研制的计算机软件，对影像进行处理和数字化，最后得到能以数字形式存储和通过绘图机输出的数字地图。该方法在外业只需布设少量像控点，需进行外业调绘和必要的补测，主要工作在室内进行。"地面测量方法。可用经纬仪、电磁波测距—##"— 第三章地形和线路测量技术应用仪、全站仪等测量仪器配合便携机或掌上电脑采集数据，也可用!"#接收机采用!"#差分定位（$!"#）或实时载波相位差分动态测量（%&’）技术采集数据（参见彩图()、彩图(*）。对于水下地形数字化测图，主要采用!"#差分和实时动态测量技术与数字测深仪配合进行数据采集。将全站仪与!"#接收机集成在一起，组成超站式即用即测系统。数字化测图的地面测量方法中，与测量仪器相配合的数据采集和处理设备为便携机或掌上电脑。若采用便携机，则构成电子平板测图系统，可在野外实现即测即绘和图形编辑；若采用掌上电脑，则必须在野外人工绘制草图，在内业对照草图进行数据组织和图形编辑。无论是航空摄影测量方法还是地面测量方法，数字化测图的内业处理工作都是相似的，其主要内容包括：测量坐标系与计算机屏幕坐标系和绘图仪坐标系之间的坐标变换，图式符号库和汉字字符库的建立，地形要素和其他信息的编码，用规则格网法或三角形网法建立数字地面模型，等高线的自动绘制，曲线光滑和样条曲线处理，图形文件生成和人机交互式图形编辑，图形输出和数字地图的应用，大比例尺地图数据库的建立以及与地理信息系统（!+#）的结合等。数字化测图的软件、硬件构成数字化测图系统，硬件主要包括测量仪器、计算机和绘图仪，软件包括外业数据采集与处理软件和内业图形与数据处理软件两部分。—,,(— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用第四章数字化测量技术的应用第一节遥感技术的应用一种非接触式获取远距离目标关于自然资源与人文环境等方面信息的探测技术，简称!"。依据地物的电磁波反射和辐射特性，在绝对温度零度（#$%&’()*）以上的物体都会反射或辐射不同波长的电磁波谱，通过采集和观测电磁波谱信息就可以识别地物及其存在的环境。遥感系统主要由遥感平台、遥感传感器、数据传输和接收装置、信息处理与分析应用等部分组成。遥感平台，能装载各种遥感仪器，从一定的高度或距离对地面进行探测的装置，又称观测台。主要有飞机、气球、卫星和飞船等，也可以在地面进行遥感。依据运载工具的不同分为航空遥感、航天遥感和地面遥感。根据传感器工作波长的不同分为可见光遥感；红外遥感、微波遥感和多光谱遥感。按传感器的工作特点可分为主动式遥感和被动式遥感。遥感的应用领域非常广泛，包括地质、地理、测绘、农业、林业、水利、气象、海洋和军事等部门。“遥感”一词最早由美国人普鲁伊特（+,-./01’23456）提出，在(78(年美国密执安大学等发起的“环境遥感讨论会”上被正式采用。随着空间技术、通信技术、计算机技术、地球科学和信息科学的发展，遥感技术已成为从空中或地面观测获取地球表面及其环境信息，并为数字地球提供基础空间信息数据的主要手段。遥感未来的发展方向将集“星一机一地”三位一体，形成一个以多时相、多分辨率、多传感器、多波段为特征的多层、立体、多角度、全方位和全天候的快速对地观测系统。航空遥感在航空飞行器上利用各种遥感传感器对地球表面、大气和海域进行探测的技术，是遥感的一个分支。航空飞行器平台主要有飞机、气球、气艇等。飞行高度一般为几百米至几十公里。机载传感器主要有航空摄影机、电视摄像机、扫描仪、侧视雷达、散射计和辐射计等。可获取可见光、近红外、热红外、微波和多谱段信息。与航天遥感相比，航空遥感能获得大比例尺、高分辨率的图像，适合于对被观测目标进行详细研究。在时间和空间上有较大的灵活性，可根据需要调整飞行时间和区域。已广泛应用于(：)99:(：(99999比例尺的地形图的测制和更新，土地、森林、草场、水和矿产资源调查，城市规划，工程设计，专题地图制作以及地理信息系统建库等方面。同时还可应用于航天遥感的模拟实验和校验。不足之处是飞行器飞行高度、续航时间有限，只能作小范围的遥感飞行，受天气、飞行姿态—;;8— 第四章数字化测量技术的应用的影响较大。航天遥感（!"#$%&%’()%!%*!+*,）在航天飞行器上利用各种遥感传感器对地球和太阳系其他天体进行探测的技术，又称卫星遥感，是遥感的一个分支。航天平台主要有卫星、载人飞船、航天飞机和太空站等。用于进行地球资源调查和环境监测的卫星，如气象卫星、资源卫星和海洋卫星等，其轨道高度在几百公里至几万公里不等。用于宇宙空间科学研究的卫星，轨道高度可以超出日地空间。作为军事观察的航天遥感，为了获得高分辨率、大比例尺的图像，飞行轨道较低，一般为-./0’12//0’。航天平台一般携带多种传感器，如扫描仪、摄像机、合成孔径雷达、散射计和辐射计等，以获取多源遥感信息，供不同研究目的使用。航天遥感方法具有飞行器轨道高度大、姿态平稳、测量范围广、所获信息丰富等特点，并能周期性或重复多次对同一地区进行遥感监测，无论对地面目标还是对空间目标均适用，已广泛应用于天文观测、气象观测、资源调查以及军事侦察等方面，取得了良好的经济效益和社会效益。航天遥感将朝向多传感器、高光谱分辨率、高空间分辨率和多时相特点的方向发展。多谱段遥感利用遥感传感器把物体反射或辐射的电磁波信息分成多个波段分别记录并进行处理的遥感技术，又称多谱遥感。不同景物对不同电磁波段的反射率和散射率是不相同的，利用多光谱遥感可以获得同一景物在不同波段的大量信息。多光谱传感器主要有：多光谱扫描仪、多光谱摄影机、多光谱电视摄像机和成像光谱仪。波谱分段数少则几个，多的可达几百个。如光谱分辨率为.*’13*’的成像光谱仪能同时获得456波段1.6/波段的高光谱图像。光谱分辨率越高，所获图像和数据的信息量就越丰富，有助于目标分类识别。根据需要，可以选择2个或4个波谱段，通过光学或计算机处理可以调配成自然彩色或假彩色像片。对多光谱图像的色度、亮度进行量化、计算机处理和分析，可以提取土地覆盖和土地利用情况、农作物类型及其长势、自然资源与地质调查、水体污染、自然灾害监测以及城市规划建设等方面的信息。多光谱遥感的发展趋势是：一方面充分利用能透过大气层的各类电磁波谱段，向红外、远红外和微波方向扩展；另一方面则是进一步细分波段数。遥感测图利用装载在各种航空或航天平台上的遥感器，在不直接接触被研究目标的情况下，借助地表物体反射和散射的电磁波来收集、获取地表关于地学、生物学、气象学、海洋学、自然资源与人文环境等方面的图像信息，并以此为依据利用遥感图像分析处理技术和现代地图制图学方法，按照地图的规定和用图要求，来完成遥感数据的制图处理并制作地图，又称空间测图（’#""+*,7&(’!"#$%），是地图制图的一种新方法。遥感图像数据的制图处理是遥感测图的关键，主要内容包括辐射校正、几何校正、图像增强、图像分类以及对地图要素的分析、识别和提取等。现有用于遥感测图的卫星系统大体上可分为4种类型：气象卫星、资源卫星和制图卫星，其测图能力取决于所提供图像的空间分辨率、光谱分辨率以及—558— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用立体成像能力等。遥感测图具有地域覆盖范围广，图像数据信息量丰富，制图速度快、周期短，适用于环境变化动态监测等特点。未来遥感测图的发展趋势主要体现在：!传感器的高空间分辨率和高光谱分辨率性能。"多种卫星、多种传感器互为补充，形成智能对地观测系统。#多种遥感数据融合的测图新技术。数字（正射）影像图数字形式存储在磁盘、光盘或磁带等介质上，需要时可由计算机的输出设备恢复的影像图。由于摄影所获得的地面“影像”为中心投影，它受到摄影机方位元素与地形高差等因素的影响而产生移位误差，必须进行纠正，消除摄影的方位元素与地形高差的影响。将具有统一比例尺的影像按图幅进行镶嵌，加上必要的符号、注记（如地名）与图幅整饰，即能获得影像图。传统的正射影像是由纠正仪或正射投影仪制作，而数字正射影像则是数字摄影测量系统或遥感图像处理系统制作的。由于数字正射影像是以像元（!"#$%&’’(’)’*$，遥感图像用计算机判读时的采样点，是扫描影像中最小的可分辨面积，又称像元点）为单位，所以数字影像图没有明确的比例尺概念，它以像元对应于地面的尺寸为基础，通常称为地面分辨率。数字影像图可以由航空摄影的影像制作，也可以由遥感影像制作。由于航天遥感的卫星轨道高度多在几百公里以上，卫星影像传感器对地视场角很小，由地面高差所产生的移位很小，因此，在利用卫星遥感影像制作数字影像图时，通常利用遥感图像处理系统，只要采用多项式拟合，进行纠正即可。相对于线划图而言，数字影像图的制作过程比较简单、周期短，且易于实现自动化，因此，它已经被视为地图更新的重要途径。数字影像图也是+,-系统的重要数据源（栅格数据之一）。数字影像图内容丰富、详尽、直观、易读、易于使用。根据专业用户的需要，在数字影像图上很容易提取专题信息”；在数字影像图上也很容易叠加其他专题信息，生成新的数字影像图。数字影像图已经受到广泛的重视，它已经被应用于各个领域，例如测绘、地图更新、土地与资源管理、城市规划、数字城市、工程设计、可视化等。第二节摄影测量技术的应用利用摄影或遥感的手段获取目标的信息（影像的或数字的），进行分析和处理，以确定目标的形状、大小、空间位置和性质的测量方法。早期的摄影测量是利用照相机摄取目标的影像，构成立体像对，再利用光学的、机械的或光学机械的模拟光线进行模拟投影，交会被摄目标的空间位置与形态。通过目视判读与野外调绘确定目标的性质，称为模拟摄影测量。./世纪0/年代随着电子计算机的发展和应用。开始用解析的方法代替光学、机械或光学机械导杆的交会，但影像坐标的量测仍然依赖于人的眼睛将仪器的测标对准像片上的影像目标，称为解析摄影测量。这期间的典型的技术是解析测图仪和解析法空中三—111— 第四章数字化测量技术的应用角测量。随着数字图像处理、影像匹配、模式识别等技术的发展，使人眼观测照准影像目标的操作，可以用影像匹配自动化方法来取代。由于此项技术是以影像数字化为前提，故称为数字摄影测量，摄影测量向数字摄影的发展显示出摄影测量与遥感融合的趋势。由于现代航天技术和计算机技术的飞速发展，目标信息可以是影像的或数字的，它的获取从可见光的框幅式黑白摄影发展为彩色、彩红外、全景摄影，红外扫描，多光谱扫描，!!"（电荷耦合器件）线性阵列传感器以及各种合成孔径侧视雷达等，它们提供了比黑白像片更丰富的影像信息。各种空间飞行器作为传感平台，围绕地球长期运转，提供了大量的多时相、多光谱、高分辨率的丰富的影像信息，从而使航空摄影测量中的判读技术发展成为新型的遥感技术。摄影测量可以从不同角度分类。按摄影距离远近可分为航天摄影测量、航空摄影测量、地面立体摄影测量、非地形摄影测量等。按用途分类，有地形测量和非地形测量。摄影测量的应用十分广泛，在地形测量方面，可测绘各种比例尺的地形图，用于工程勘测设计，城镇、农业、林业、土地等部门的规划与资源调查和相应的数据库，它是地理信息系统和数字地球的基础，在非地形测量方面，可解决资源调查、环境监测、军事侦察、水流的流速流态、爆破，以及工业、建筑、考古、地质、生物医学等方面。航空摄影测量利用航空飞行器作为传感平台，获取地面目标信息，进行分析处理，以确定目标的形状、大小、空间位置和性质的测量方法，简称航测。航空摄影测量与平板仪测量等传统的成图方法相比有许多突出的优点：地面信息的获取遥感化，减轻了地理条件对测量的限制；航空摄影像片能真实而详尽地记录摄影瞬间的地面实况，信息丰富，除成图外还可供多种用途使用；室内作业使用光学—机械—电子仪器，应用先进技术，有利于实现测图自动化；成图从单一的线划地图扩展成为线划地图正射影像地图、数字地图等多品种，能更好地满足经济建设、军事用途及资料存储更新等多方面的需要；可以大大降低测量作业的劳动强度，显著提高成图工效、精度和经济效益。摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量#个阶段。传统的综合法测图、微分法测图、全能法测图属于模拟摄影测量。半数字化的解析测图仪测图属于解析摄影测量，而全数字化自动测图系统测图属数字摄影测量。水利系统自$%世纪#%年代&’%年代一直使用全能法、综合法、微分法等传统摄影测量方法。(%年代以后精密测图仪测图迅速取代了传统方法，并以解析空中三角测量取代光学空中三角测量。解析测图仪可兼作，空中三角解析计算、可改正像点和仪器的各种系统误差，对像片的主距、倾角均无限制，故除适用于航空摄影测量外，还可用于各种摄影机和摄影方式摄取的像片的测图，如地面立体摄影测量、全景摄影测量和双介质摄影测量等。它在信息处理方面可以应用软件自动生成数字地面模型（")*）和各种断面，或驱动正射影像装置获得精确纠正的正射影像图。航测成图方法的最新成就是实现了全数字化测图。全数字化自动测图系统主要由扫描仪（数字化仪）、计算机和相应软件，以及输出系统组成。它不需人眼观测即可自动定向、自动生成数字地面模型和自动测图，存储和输—((+— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用数字数据和纸基的或可视的（在显示屏上）图形、图像成果。用全数字化自动测图系统制作的正射影像图，是真正经过像元化纠正处理的高精度的正射投影成果。!"#航空摄影测量基于载波相位测量的高精度!"#动态定位与航空摄影测量有机结合的测量方法。它是利用安装于飞机上与航摄仪相连接的!"#接收机和设在地面一个或多个基准站上的!"#接收机同时而连续地观测!"#卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经过!"#载波相位差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，经采用统一的数学模型和算法以整体确定目标点位并对其质量进行评定的理论、技术和方法，以大量减少甚至完全免除野外实地测量像控点。!"#航空摄影测量作业过程可分为$个阶段：第一阶段，航空摄影过程中，以%，&’()*%’的数据更新率，在机载和地面已知点上的!"#接收机同时而连续地观测!"#卫星信号，并将航摄仪快门开启脉冲写入机载!"#数据流中，以获取!"#载波相位观测量和航摄仪曝光时刻。第二阶段，对!"#载波相位观测进行离线数据后处理，解求航摄仪曝光时刻机载!"#天线相位中心的三维坐标（称!"#摄站坐标）及其方差—协方差矩阵。第三阶段，将!"#摄站坐标视为带权观测值与摄影测量数据进行联合区域网平差，以确定待求地面目标点的空间位置并评定其质量。该技术的研究始于+%世纪,%年代初，中国已成为世界上除德国、美国之外能掌握这项技术的少数几个国家之一。研究表明，!"#航空摄影测量用于航空遥感定位，采用四角布设地面控制点的区域网平差方法，目标点的定位精度可满足)-&%%()-)%%%%%各种比例尺地形图测图和地形数据库更新对控制成果的精度要求；对于边远山区、作业人员难以到达地区和境外侦察测图可以采用无地面控制的区域网平差方法；将该技术用于侦察卫星，可实现对境外军事目标的定位侦察和测图。因而，具有重要的科学意义、经济价值和军用价值。航天摄影测量对地球、月球或其他星体表面进行摄影观测，根据所获得的影像和信息进行分析、判断和几何处理，进而研究和确定被摄目标的形状、大小、位置、性质及其相互关系的测量方法，又称卫星摄影测量，是摄影测量学的一个分支。航天摄影测量的主要任务包括测制各种中、小比例尺的地形图，制作正射影像，建立地形数据库，为各种地理信息系统和专题信息系统提供基础数据以及提供地球资源、地球环境保护和军事情报等方面的信息。也可用于对月球和其他星体表面的测绘。航天摄影测量与常规摄影测量比较具有获取信息范围广，不受地域、国界限制的特点。摄影测量的发展经历了模拟法、解析法和数字化$个阶段。随着信息科学、地球科学、计算机科学、航天科学、传感器技术和数字图像处理技术等的发展，航天摄影测量、遥感与地理信息系统和!"#全球定位系统的结合日趋紧密，导致了一门新的信息科学分支———影像信息科学的崛起。—,.%— 第四章数字化测量技术的应用地面立体摄影测量从地面摄影基线两端用摄影机摄取立体像对，并对立体像对进行分析处理，以确定目标的形状、大小、空间位置和性质的测量方法。根据摄影光轴与摄影基线之间水平夹角的状态，地面立体摄影可分为正直摄影和等偏摄影。摄影光轴与摄影基线成直角的，称为正直摄影（见图）；光轴向左偏斜的，称为左等偏摄影；光轴向右偏斜的，称为右等偏摄影。每种摄影又有水平摄影和倾斜摄影!种姿态。用于地面立体摄影测量的摄影机通常是摄影经纬仪，这种仪器的特点是摄影姿态可按技术方案严格控制，即在保持同一像对摄影光轴互相平行的条件下，按需要确定角度大小，进行正直、等偏、水平或倾斜摄影，必要时还可精确测定摄影站坐标、高程与摄影基线方位角。故摄影的内、外方位元素均可为已知，从而简化像对定向工作，提高成图效率。它的另一特点是像片上每一点的摄影比例尺（"#!"），随摄影纵距（#"）的变化而变化，即"$!"$%$#"。式中，%为摄影机焦距。为此，一般都按成图比例尺确定一个最大摄影纵距和适当的基线长度，以保证必要的测图精度。从理论上讲，由于地面立体摄影测量有效测图范围在最大摄影纵距以内，各点精度都高于规定要求，而且&轴（高程）方向测量精度又高于’轴方向测量精度，故地面立体摄影测量的实际成图精度一般应当高于预期精度。地面摄影基线长度（(）多根据最大、最小摄影纵距（#%&’、#%()）及成图比例尺分母（!）按下列关系式选定：#!%()#*+(+#%&’#,-；当上述关系不能满足时，可反过来调整最大或最小摄影纵距，即修改有效测图范围。图./0图正直摄影示意图!—像片控制点地面立体摄影测量特别适用于峡谷陡壁等难以接近和攀登地区的大比例尺测图。不足之处是受地形条件限制较多，局部隐蔽地区容易产生摄影漏洞，往往需要补摄像对或补测地形点，相应增加了内外业工作量；此外，这种摄影测量也不宜在植被茂密地区使用。地面立体摄影测量在中国水利建设中已被广泛应用，而且从静态摄影发展到动态摄影，从测量专业发展到其他专业，其应用已超出了地形测图的范围。—,0"— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用非地形摄影测量用于测绘地形图目的以外的摄影测量方法。非地形摄影测量是一种应用摄影手段测量静态或动态物体外形、几何位置及其运动状态的技术，一般采用地面立体摄影测量方法，其中近距离（通常指!""#以内）的地面立体摄影测量称为近景摄影测量，对动态物体的摄影测量称为动态摄影测量。摄影方式除地面立体摄影测量常用的光轴互相平行的水平、倾斜、正直、等偏摄影外，还广泛采用交向摄影。全景摄影、单片摄影等摄影方法。此外，超高速摄影、水下摄影、$射线立体摄影、红外光摄影、全息摄影、波纹摄影和扫描电子显微镜摄影等技术，为非地形摄影测量扩大了应用范围。非地形摄影测量的应用已遍及工程建筑、考古、文物、地质、医学、生物、机械制造、采矿、冶金、船舶制造、结构物变形、海洋、粒子运动和军事等许多方面，例如制作各种像片图、平面图、立面图、断面图、条纹图、等值线图；采集数据以观测、研究、记录、存储古今建筑物群体及细部的特点与结构，考古发掘过程的记录与描述，文物、雕塑的复制与修复，可风化物体的风化程度及其进程的研究与估计；人体测量，矫形外科及生物工程研究；大型结构的变形观测，水下物体探测，事故现场记录等。对于不可接触的不规则物体及运动目标，尤其对于不规则运动和高速运动物体的轨迹、外形研究，例如波浪的形态及其运动规律，弹道轨迹，有害烟雾的扩散过程及分布范围，空气动力模型在风洞中的变形，气泡室中粒子运动轨迹，爆炸过程及爆炸量的计算等，非地形摄影测量更是一种特别有效的技术。在中国水利工程建设中，非地形摄影测量用于流冰观测，高速水流的流速和流态观测，水体污染的观测和研究，地质填图、素描和编录；滑坡体监测，大坝模型及原型观测，隧洞竣工断面测量，水工建筑物表面平整度的检测和验收等定性和定量测量，均取得了良好效果。模拟摄影测量用摄影等方法，获取目标的影像，构成立体像对，再用光学、机械或光学机械等模拟摄影时的光线，重建或恢复与摄影时相似的几何关系，用模拟方法实现摄影光束的几何反转，从而交会被摄物体的空间位置的测量方法。摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量!个阶段，模拟摄影测量是摄影测量发展的第一阶段。模拟摄影测量的发展可追溯到%&世纪。%&世纪中叶，法国人劳塞达（’(#)*+,--)./+0，他被认为是“摄影测量之父”）致力于将摄影技术用于测绘事业，他根据摄影测量的透视几何理论，用地面正直摄影进行摄影测量，测制了万森城堡图，这可以说是摄影测量的开端。当时采用图解法进行逐点测绘。立体观测的发明和应用，对于发展立体摄影测量有着重大的意义。%&"%年德国人普尔弗里希（1+234,352(67）制成了立体坐标量测仪。%&%%年德国人奥雷尔（892:;<2)3）又发明了自动立体测图仪，后来，由德国卡尔·蔡司厂进一步发展，成功地制造了实用的立体自动测图仪（=0)2):+,0:>2+?7）。经过了半个世纪的发展，到@"世纪A"年代BC"年代，这种类型的仪器发展到了顶峰。模拟摄影测量存在着明显的缺点和局限性。!由于模拟仪器结构复杂，它受到机械和光学加工的限制，其定位精度是有限的。"系统误差改正非常困难。#它对摄影的内外方位元素有严格的要求。$模拟摄影测量的产品单一，而且不便于产品的存储、修改或更新，更不能直接在计算机上应用。所有的缺点或局限性，导致了解析摄影测量的理论和方法的出现。—D&@— 第四章数字化测量技术的应用解析摄影测量以计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和采用解析的方法确定所摄目标的形状、大小、位置、性质的测量方法。解析摄影测量是摄影测量发展的第二阶段，是计算机和模数转换技术发展引起的摄影测量技术的进步。模拟摄影测量用光学的、机械的或光学机械的模拟光线，进行模拟投影，从而交会被摄物体的空间位置。解析摄影测量是用数字投影代替这些光学的、机械的或光学机械的模拟投影。而数字投影就是利用计算机实时地进行共线方程的解算，从而交会出被摄物体的空间位置。解析法摄影测量的形成可追溯到!"世纪#"年代$%"年代，美国的丘尔奇（&’()*+,)）将空间摄影光束锥体的数学关系应用于空间前方交会、空间后方交会和双点交会的解算。解析摄影测量的发展主要在!"世纪中期，-./0年海拉瓦（1’2’345676）提出“用数字投影代替物理投影”的概念。-.8-年，意大利的9:;公司与美国的<4=>?@公司合作，制造出第一台解析测图仪ABC-，后来又不断改进，生产了一批不同型号的解析测图仪ABC!、ABC(与AD--等系列。到了!"世纪0"年代，由于计算机的发展以及解析测图仪的种种优点，解析测图仪取代模拟测图仪成为潮流，这期间的主要产品有德国欧波同厂的E56=?F,GHE(-""、(--"、(-!"、(-#"和B-、B!、B#系列，瑞士威特厂的A(5、<(-、<(!、<(#系列等等。解析摄影测量的代表产品是解析测图仪。然而，效果显著的还是控制点的内业“加密”方面。利用电子计算机进行解析法空中三角测量，大大减少了外业控制工作量，从而推动了摄影测量的应用和发展。解析法空中三角测量，有航带法、独立模型法和光束法#种。在采用解析法空中三角测量的初期，人们普遍采用航带法进行室内“加密”。随着计算机的不断发展，人们更广泛采用独立模型法或光束法进行解析法空中三角测量。一般认为：解析摄影测量主要包含#方面内容：!解析空中三角测量。"解析测图仪。#计算机控制操纵下的微分纠正仪。数字摄影测量基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的测量方法。数字摄影测量是摄影测量发展的第三阶段，它的发展起源于摄影测量的自动化，也就是利用相关技术。最早涉及摄影测量自动化可追溯到-.#"年，但未付之实施。直到-./"年，美国工程兵研究发展实验室与<6*I,)6=>JGHK光学公司合作研制了第一台自动化摄影测量测图仪。它是将像片上的灰度变化转换成电信号，利用电子技术实现自动化，与此同时人们试图将影像灰度转换成的电信号再转变成数字信号，由计算机实现摄影测量的自动化。现在数字摄影测量的内涵远远超过了传统的摄影测量范围，它与模拟摄影测量和解析摄影测量的最大区别在于它处理的原始信息不仅是像片，而主要是数字影像或数字化影像；它最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测，使用的仪器只是计算机及其相应的外围设备；数字摄影测量的产品主要是数字产品，传统的产品仅仅是它的数字产品的模拟输出。数字摄影测量的设备，世界一些国家主要以345676和;=L4+M+6E)两家公司的产品为代表。345676的数字摄影测量设备有用于扫描像片的数字扫描工作站的NDO/""（N?MFL6LD,6==?=MOG+PIL6L?G=）和生产数字地图、数字影像图等数字产品的数字摄影测量工作站的—Q.#— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用!"#$%&’(%&、!"#’$)&’()&、!*#%$%’%(%等。+,-./0/123公司的数字摄影测量设备有用于扫描像片的数字扫描仪———"34-4561,78&&8和用于生产数字产品的+910.5-1-:4,等。中国国内主要有适普软件有限公司的;:/-<4=4>*全数字摄影测量系统、中国测绘科学研究院研制开发的用于扫描像片的+912:0?./78@和用于生产数字产品的A=7BC!"C等。第三节数字技术的应用数字地面模型采用数字方式对地球表面形态等多种信息空间分布的描述，简称!*D。它是%E)$年美国麻省理工学院米勒（CFGHD:II./）教授提出来的。广义的!*D，是将非均质区域上连续分布的各种资源、环境及经济等信息与地理位置信息建立联系，描述其空间分布的特征的数学模型。狭义的!*D只考虑地球表面的地形分量，通常称为!JD。!*D主要由数据采集、数据处理以及应用@部分组成。对它的研究经历了B个时期。8&世纪)&年代末是其概念的形成；$&年代K(&年代，主要对!*D的内插进行了大量的研究，如舒特（LFMFN63<-）提出的移动曲面拟合法，亚瑟（!F#FMFO/-3.-[4/T，*+>）。它是将按地形特征采集的点，按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的三角形构成的不规则三角网。!JD能较好顾及地形的特征点和特征线，表示复杂地形比矩形格网（0/:Q）精确。缺点是数据量大，数据结构复杂，使用和管理也复杂。!JD的数据可在已有地图上采集，或在实地测量采集，也可用空间传感器采集，以及—YEB— 第四章数字化测量技术的应用用摄影测量方法采集。用摄影测量采集!"#的数据时，有以下几种方式：!沿等高线采样。"规则格网采样。#沿断面扫描。$渐进采样（$%&’%())*+(,-./0*1’）。%选择采样（根据地形特征进行选择采样，即对地形特征点、线以及离散的碎部点的采集）。&混合采样（2&./&)*+(,-.3/0*1’）。’交互式采集。(自动化!"#数据采集。!"#的数据采集必须要对其数据质量进行控制，这就需要在采集之前依据所需的精度要求确定合理的取样密度。在!"#数据采集后，要对其数据进行预处理，数据预处理一般包括数据格式的转换、坐标系统的变换、数据的编辑、栅格数据的矢量化转换及数据分块等内容。!"#在数据预处理后，就可进行数据内插，常用的内插方法有：移动曲面拟合法、多面函数内插法、最小二乘内插法、有限元内插法等。采集后的!"#数据经数据处理后，须以一定结构与格式存储起来。但由于!"#数据量大，必须进行数据的压缩存储。随着时间的变化，局部地形发生变化，应考虑!"#的拼接、更新等管理工作。—654— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用第五章施工与变形测量技术应用第一节施工测量工程施工阶段进行的测量工作。为工程建设提供必要的基础资料。水利工程施工测量的主要内容!根据工程施工总布置图和有关基础测绘资料，设计、布设施工控制网。包括平面控制网和高程控制网。"为施工场地布置、土地征购、基建基面验收以及新建改建公路、铁路等，进行局部地形测量。#进行土石方开挖、填筑工程的放样及工程量验算收方。$按施工各阶段的不同要求，分期进行大坝、水电站厂房、船闸等各种建筑物的轴线、细部轮廓点及立模点的放样与检测，直至工程完工。%进行金属结构与机电设备的安装测量。包括布置安装轴线与高程基点，进行安装点的放样和安置竣工测量等。&地下洞室的施工测量。进行洞室的贯通测量设计，建立洞外平面和高程控制网，敷设沿洞内平面和高程控制，进行施工放样，测绘洞室开挖和衬砌断面，计算开挖和填筑工程量，验证贯通误差等。’进行辅助工程测量。一般有：筛分系统、混凝土搅拌楼、带式输送机、缆机等混凝土生产系统的施工放样；铁路、公路、桥梁等运输系统的施工放样；输电线路、管线、围堰等永久和临时工程的施工放样等，以及这些工程的验方、竣工验收。(疏浚工程测量。一般包括：对施工区域进行全部或局部的水下地形测量与纵横断面测量，两岸一定范围内的地形测量，疏浚施工放样，工程完成的质量检查及工程量收方等。)外部变形观测，必要时还要进行坝区或库区的地形变监测。水利工程的外部变形观测项目有：大坝及必要的建筑物的垂直位移监测、水平位移监测、裂缝（伸缩缝）观测、倾斜观测和挠度观测等。不同类型和规模的水工建筑物，对观测项目有不同的要求，需要观测的项目由设计单位确定。施工单位进行的外部变形观测工作是为建成后的长期观测奠定基础，主要工作有：根据设计图纸进行变形观测设备的埋设和安装，以及进行施工期间的初期观测工作，与设计单位相互配合，解决观测过程中发现的问题。*整体工程的竣工测量。有关工作包括测绘施工区竣工地形图或平面图，开挖建基面地形图（或高程平面图、纵横断面图），主体工程混凝土建筑物过流部位的形体测量，变形观测设备埋设安装竣工图，以及按资料要求整理上交平面、高程控制及外部变形观测的观测资料等。施工测量工作中存在的两个难题传统测量仪器、测量方法的有限精度与施工高精度要求的矛盾，以及测量与施工交叉干扰的问题。随着测量仪器和技术的发展，这些难题—#"!— 第五章施工与变形测量技术应用已逐步得到解决和消除。施工控制布设、隧洞贯通测量、金属闸门与水轮发电机组的安装测量、大坝变形观测、地壳形变监测等都有高精度的测量工作，!"世纪#"年代$%"年代及更早时期沿用传统的经纬仪、水准仪和量距器具以及传统的测量方法作业，往往难以完全满足其高精度要求，造成返工重测，而且作业效率低下。&"年代中期以后，自动安平水准仪、陀螺经纬仪等新型仪器的应用显著提高了作业效率，减少了对施工作业的干扰。’"年代以后，激光准直仪器（激光铅垂仪、激光准直水准仪、激光旋转水准仪、激光准直经纬仪等）和电磁波测距仪的广泛使用更是彻底改变了施工测量的面貌。激光准直系统把不可见的视准线转化为可见而不具实体的可视光线，不但不致阻挠施工的进行，而且可将施工所需的一些基准线（如垂准线、水平线、隧洞中心线和腰线等）及其投影点实地标示在空中，从而更有利于施工作业。电磁波测距仪把传统工具的实地量距改变为测距仪与反射镜之间的遥测量距，不但效率和自动化程度极大提高，有效减少了施工交叉干扰，而且把量距的相对精度提高到了距离的(")#$(")&级，绝对精度可以达到厘米乃至毫米级，结合高精度的电子经纬仪、全站仪（电子经纬仪与电磁波测距仪的组合物）和强制归心测量标的普遍使用，控制网的测量精度大为提高，布网方式亦从单一的测角向边角网、测边网、短边三角网、精密导线网等多样化方向发展，控制网优化技术也获得越来越多的应用。因此，布设高精度的控制网已不再是难事，其富裕的精度潜力还使布设大范围的基本控制网与局部定线网相结合的双重施工控制网成为现实可能。放样方法也由于激光准直仪、电磁波测距仪、电子经纬仪和全站仪等的应用而更加多样化。中国葛洲坝水利枢纽工程使用的放样方法就有((种之多。遥感技术及航摄正射影像图在水土保持、水资源保护、水库移民调查与安置、区域地质调查、库岸稳定与滑坡体监测、库区建设及城镇迁建等方面的应用，为工程施工提供了更丰富的信息。地面立体摄影测量已成为船舶航迹、水流泡旋、截流龙口流速流态、波浪观测等动态观测，以及闸门闸墙平整度监测、大坝溢流面形体测量的有效手段。正、倒垂线，引张线观测，波带板激光准直系统、真空管道激光准直系统以及各种遥测设备、技术的成功应用，将大坝变形观测的精度提到了一个新的高度。*+,全球定位系统在提高施工控制网和监测控制网的整体精度，减少控制层次，实现平面和高程的三维同步测量，以及滑坡体、地壳形变、大坝位移监测等领域正在显示其优越作用。施工控制网测量为工程建筑物施工放样布设平面控制网和高程控制网的测量工作。施工控制网是施工放样的基础，精度指标根据工程规模和要求确定。施工平面控制网坐标系统应与设计阶段的坐标系统一致，必要时可建立与设计阶段坐标系统有换算关系的施工坐标系统。局部建筑物的平面位置放样相对精度要求较高时，也可进行专门设计、单独建立高精度的局部控制网。施工平面控制网的传统布网形式是测角网，随着设备和技术的进步，边角网、电磁波导线（网）也已成为常用形式，*+,全球定位系统的应用亦日益增多。中国水利工程施工平面控制网的精度等级有二等、三等、四等（相应于国家控制测量的对应精度），首级网（整体网）可根据工程规模和要求从其中的某一级起始布设，其下再次插网、插点或导线加密，必要时可再加密一次，但布设层次最多不超过-次，且最末一级控制点的相邻点位中误差不得大于("..。平面控制网的边长应投影到选定的高程面上，一般为主要建筑物的建基面或大坝的平均高程面。重要建筑物的主轴线（或其平行线）上的控制点应尽量纳入首级网或由不同等级控制点直接测设。位—’/&— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用于主体工程区域的等级控制点和主要轴线点，一般需要埋设具有强制归心设备的混凝土观测墩。施工高程控制网高程系统必须与设计阶段的高程系统相一致，并与就近的国家水准点进行联测。中国水利工程高程控制网的精度分为二等、三等、四等、五等（相应于国家控制网的对应精度），首级网可根据工程规模和要求从二等至四等中的某一级起始布设，再以其他等级的符合水准路线或结点网加密。当地形起伏较大时，可以采用电磁波三角高程或解析三角高程代替适当等级的水准测量。但不论以何种方式和层次布设，最末一级高程控制点相对于首级水准点的高程误差的控制，对于混凝土建筑物应不大于!"##，对于土石建筑物应不大于$"##。二等至四等水准点的点位应选在不受洪水和施工影响、便于使用和长期保存的地方，并埋设水准标石，最末一级水准点的相邻间距不大于!%"#，以利放样使用。施工高程控制测量的传统设备是精密水准仪和普通水准仪。由于自动安平水准仪和电磁波测距仪的广泛使用，高程控制测量的精度、作业效率和可靠性显著提高。&’(全球定位系统的使用更使控制测量走向了三维化，平面控制测量和高程控制测量可融于一体，数字化、自动化程度空前提高，将成为施工控制测量发展的一个新方向。施工放样根据设计坐标、高程或其他数据，将设计建筑物的轴线、细部轮廓点，以及填挖工程的轮廓点（坡顶点、坡脚点）标定到实地，并进行收方与工程竣工验收的测量工作。施工放样的一般过程：!进行放样数据的准备。对设计给定的所有数据认真检核，确认无误后作为放样的依据。"根据不同的放样对象和条件，选定放样方法，确定放样方案。#计算放样数据和预期精度，绘制放样草图，对所有数据和草图进行认真验算。$实地放样，直至施工完成。%对土石方填挖工程和混凝土填筑工程的完成工程量进行分期的及最终的验算（即收方，又称验方）。为此，在工程开始前应施测原始断面，收方时施测收方断面，比较计算完成工程量。原始断面和收方断面也可以从实测的地形图上截取，但地形图的比例尺应不小于断面的绘图比例尺。&工程竣工后测绘竣工断面和必要的竣工平面图，整理上交归档资料。实地放样的实施因放样对象不同而有所不同。对于混凝土建筑物一般先由等级平面控制点测设建筑物轴线点（或测站点），再由轴线点测设建筑物轮廓点和立模点，也可以由等级点直接测设轮廓点和立模点，以后随着工程进展不断测设或校验立模点，直至施工完成。土石方填筑或开挖工程先测设轴线点，然后或同时测设轮廓点（填方为坡脚点，挖方为坡顶点），以后随着工程进展不断测设坡顶点（填方工程）和坡脚点（挖方工程），直至施工完成。施工放样的传统工具是经纬仪、水准仪和量距尺（钢卷尺、因瓦线尺、因瓦带尺等）。传统的平面放样方法常用的有垂距法（方格网法是垂距法的一种应用形式），极坐标法，角度交会法（前方交会法、后方交会法等），距离（长度）交会法等多种，高程放样的传统方法有水准法、三角高程法等，可根据不同情况因时因地选用。但是由于仪器精度和施工现场条件的限制，放样工作始终受到施工交叉干扰的困扰，对工程的高精度与快速要求亦难以完全满足。—)*)— 第五章施工与变形测量技术应用!"世纪#"年代中期以后，测绘仪器和技术不断进步，自动安平水准仪、陀螺经纬仪等新型仪器的广泛应用显著提高了作业效率，有效减轻了施工放样的交叉干扰。$"年代电磁波测距仪和激光准直仪器（激光铅垂仪、激光准直水准仪、激光旋转水准仪、激光准直经纬仪等）的普及应用，使放样的精度和效率大大提高。%"年代以来，随着高精度的电磁波测距仪、全站仪、激光准直仪和测地机器人等新型测量仪器的大量投入使用，使施工放样工作的效率和精度大大提高。隧洞贯通测量为确保隧洞、竖井掘进按设计要求准确贯通而进行的测量工作。隧洞贯通测量的主要内容有：进行贯通测量设计，建立洞外平面和高程控制，进行施工放样，测绘洞室开挖和衬砌断面，计算开挖、填筑工程量及进行竣工验收。贯通测量设计是确保隧洞准确贯通的技术基础，相向或单向掘进均宜事先做好贯通测量技术设计，并按设计进行作业，隧洞的贯通误差可分为纵向贯通误差（沿隧洞中线方向的贯通误差）、横向贯通误差（偏离隧洞中线左右方向的贯通误差）和竖向贯通误差（偏离隧洞中线上下方向的贯通误差），后两者是影响贯通的主要误差。贯通测量设计的主要内容就是预估在选定测量方案条件下的预期贯通误差。如果贯通误差超出允许限度，应修改原定测量方法确保达到预期允许贯通误差。洞外平面控制一般根据相向开挖段的长度，按设计布设二等、三等或四等三角网，或者布设相应精度的精密导线。洞外高程控制可视情况以三等、四等水准或相应精度的三角高程测量布设。然后把洞外的平面和高程控制传递到洞内，其主要工作是布设洞内控制点或通过竖井、斜井、支洞将坐标、方位角和高程按设计精度传递到洞内。洞口控制点应尽可能纳入洞外控制网一起平差。洞口平面控制通常分为基本导线（贯通测量用）和施工导线（施工放样用）两级。基本导线与施工导线的布设应统一设计，一般每隔&个’(个施工导线点布设)个基本导线点，作为施工导线的起讫点，并以四等水准布设洞内高程控制。基本导线通常以同等精度独立进行两组观测。当导线点的横坐标差不超过允许误差时取用平均值。弯道曲线细部点可以偏角法、弦线支距法（又称长弦纵距法）、切线支距法（又称直角坐标法）或其他适当方式测设。隧洞贯通后应及时分配调整贯通误差，以免误差集中在贯通面上。开挖放样以施工导线标出的中线为依据，在开挖工作面上标定中线、腰线和开挖轮廓线。混凝土衬砌放样以贯通后经过调整配赋的隧洞中线为依据，在衬砌断面上标出拱顶、边墙和起拱线的设计位置。立模后再进行检测。在工程施工过程中，要及时测绘开挖和衬砌断面，在两侧衬砌边墙上须埋设一定数量的永久标志，并连测高程、里程等数据，作为竣工验收和运行管理的基本资料。随着*+,全球定位系统、全站仪、光电测距仪、激光导向仪、激光铅垂仪、激光准直经纬仪和激光准值水准仪、电子经纬仪、电子水准仪、光电断面测量仪、摄影经纬仪、陀螺经纬仪等仪器的普遍应用，隧洞贯通测量的工作条件日益改善。线路测量铁路、公路、索道、输电线路、通信线路、自流和压力管道等线路工程在设计、施工、运行各阶段进行的测量工作。有时将河道、渠道的测量也视为线路测量。线路测量一般分为初测（或称踏勘选线）和定测!个阶段。初测应协同设计部门进行。当拟选路线与已有的河流、道路、管道、输电或通信线路交叉时，应测出交叉角度、交叉点高程以及跨越长度、净空高度等数据，供设计选线参—$%%— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用考。必要时，应沿线测绘带状地形图或纵横断面图。定测主体方案确定后按选定的线路或设计坐标等数据在实地放样，测设线路中线、曲线、杆位、里程以及附属建筑物的主轴线，测绘或加密纵横断面，据以计算工作量。在施工过程及竣工后，应及时测量竣工断面、测取与其他线路交叉跨越数据和绘制必要的竣工图，作为竣工验收的基本资料，并供工程运行阶段作养护、维修、改建和扩建使用。安装测量工程建设中为安装预制构件（金属的或混凝土的）或机电设备而进行的测量工作。在水利工程施工中要对闸门、闸门启闭机、钢管、拦污栅、起重轨道、水泵和水轮发电机组等安装部件进行安装测量，包括布置安装轴线与高程基点、进行安装点的放样和竣工测量等项内容。安装工程轴线可利用施工方格控制网或原有轴线。若原有方格网或轴线已遭破坏，可由附近的基本控制点或放样控制点重新测设，每条轴线以!个以上标志固定。高程基点应不少于"个，其高程自已有四等以上水准点引测，各点间高差以二等或三等水准精度要求测定。安装点位置一般由轴线点以直角坐标法等适当方法测设，并改换方法检测。安装点的高程始终以同一个或同一组高程基点为后视，视情况按精密水准或普通水准测量方法两次独立测定。垂直部件的安装用重锤、经纬仪、激光投点仪或光学投点仪进行铅垂投影，安装后以小钢板尺量取构件与垂线间的距离，进行检查。竣工测量工程竣工后进行的测量工作。竣工测量的成果资料是竣工验收及工程管理的重要依据。水利工程竣工测量的主要工作有：!施工中测绘各项工程的开挖与填（浇）筑竣工断面；"主体工程开挖至建基面时测绘建基面的大比例尺地形图（或高程平面图）；#主体工程竣工后测绘过流部位的形体断面；$在单项工程及整个工程竣工后测绘单项工程竣工平面图及综合反映主体工程及其附属设施全貌的竣工总平面图。对于复杂的工程，应另行测绘单项专题图。对于地下建筑物或隐蔽建筑物，应随着施工的进展及时测绘竣工图。对于建筑物及重要设施的关键部位，尚需实测坐标与高程。竣工测量成果包括施工控制网点与变形监测网点的布置图及其坐标和高程成果、建筑物变形观测和地壳形变监测等资料，均应归档保存。施工测量监理对施工测量进行监控、督导和评价，并采取相应的管理措施，保证施工测量符合国家的法律、法规、政策和有关技术标准，促使施工测量项目按计划的投资、进度和质量全面最优地实现。施工测量监理的具体工作有：!协助和代表建设项目法人组织测量项目招标，包括提出招标申请、选定编标单位、编写招标文件和编制标底、审查投标资格、审查投标书、组织评标和合同签订。"组织审查测量项目设计。#现场监理，对测量进行投资控制、质量控制和进度控制。$组织对测量项目成果进行验收，核实完成工作量，会签付款凭证。%合同管理和信息管理，收集、整理合同文件和技术档案资料。&协调各承建单位之间的测量业务。’编写测量监理报告。在中国，水利工程施工测量监理须遵守国家颁发的《建设监理条例》、《水利工程建设监理规定》和有关技术标准，坚持现场监理，坚持监理的科学性、公正性和廉洁性，维护国家利益以及工程建设各方的合法权益。—$##— 第五章施工与变形测量技术应用第二节变形测量变形监测对被监测对象的形状或其原始位置的变化进行观测，监视其变化趋势，分析变形原因，研究其变形规律的活动和过程的工作。变形监测的主要任务是监视各种建筑物和地质构造的稳定性，及时发现问题，以便采取措施。变形监测的目的是要获得变形体变形的空间状态和时间特性，同时还要解释变形的原因。变形监测在测量工程的实践和科学研究活动中，占有重要位置。工程建筑物的兴建，从施工开始到竣工，以及以后整个运行期都要进行变形监测，以便掌握变形情况，及时发现问题，保证建筑物及运行的安全。人类开发自然资源的活动（例如抽取地下水、采油、采矿等）会破坏地壳上部的平衡，造成地面变形，地面的不均匀沉陷会引起建筑物和工业设施的损坏；尤其在城市下面、工业设施和交通干线下面、水体（河流、湖泊、海洋）下面采矿，安全问题更显突出。这些都需要进行变形监测，以便掌握变形性状及规律，采取措施控制其发展，保证人类正常的生产和生活。还有地壳中地应力的长期累积，会造成地震，严重地危及人类生存，监测地壳的变形是预报地震的重要手段。水利工程的变形监测主要是大坝和近坝区岩体变形监测以及水库库岸稳定监测，对于超大型水库还应考虑库区地形变监测，以监测水库诱发地震。变形监测项目主要是：水平位移、垂直位移、倾斜、挠度及接缝（裂缝）监测等。变形监测的特点：与其他测量工作相比，变形监测有以下特点，!观测对象是变形量。"精度要求高。#重复观测。$综合应用各种观测方法。%要求严密地进行数据处理。&多学科的配合。变形监测的方法和技术：!常规的地面测量方法，指用测量角度、边长和高差来测定变形的方法，如几何水准测量。"专用的测量手段和仪器，如钻孔倾斜仪，多点位移计，测缝计，静力水准仪，正、倒垂线，引张线，准直测量，倾斜测量等。#摄影测量方法。$空间测量技术。变形监测分析是变形监测的重要内容，主要包括数据处理、几何分析、物理解释等内容。变形监测数据处理主要采用向量空间的理论和最小二乘参数估计原理来进行。变形监测几何分析的目的是提供变形体的几何状态变化和变形的时间特性。变形监测物理解释的任务是确定变形体的变形和变形原因之间的关系。通常有!种基本方法：!统计分析（或回归分析法）。"确定函数法。水平位移监测网为监测工程建筑物（变形体）在水平面内的变化，检验工作基点的稳定性而建立的专用测量网，又称监测网。其区别于普通工程控制网（又称工测控制网）的主要特点是周期观测（定期观测）及精度要求。通过周期观测，获得网点的稳定性及变化规律。在精度方面，主要考核变形量（即网点坐标的变化量）的精度，而非坐标精度。—$#"— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用建网目的对于水工建筑物而言，建立水平位移监测网的目的是：!建立工程变形的统一基准。包括不同部位监测工作基点间的联系和同一部位不同监测项目工作基点间的联系。"检验工作基点的稳定性。由于工作基点是设置在离监测点较近的地方，其稳定性并不能得到保证，因此需要定期对其进行检验。#监测工程区域地壳形变。一些水平位移监测网覆盖的区域较大，有时还是跨断层布置的，因此，水平位移监测网点本身可以用来监测所在区域的地形变。设计原则!优化设计。在满足监测网的精度、可靠性、稳定性、灵敏度及经济等项要求的前提下进行优化设计，确定监测网网型及观测方案。"分层次布网。对于大型工程，由于变形范围大，水平位移监测网需要分层次布设。但各层次的观测精度可以不分级，以保证变形观测点的观测精度。各层次监测网的观测频率是不一样的，层次越高，观测周期越长。下一层次监测网起算点的稳定性由上一层次监测网来检定。对于小型工程的变形监测网，则无需分层。#满足监测工作要求。主要包括监测网网点之间的通视要求、监测标点特别是起算点的稳定性要求及工程监测中的一些特殊要求。观测要求!基准值（首次值）测量至少应连续独立观测!次，合格后取均值作为基准值。"观测周期应根据建筑物或构筑物的特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件等因素综合考虑后确定。#每次观测时，宜采用相同的图形及观测方法，使用同一仪器和设备，固定观测人员，在基本相同的环境和条件下工作。观测过程中，根据变形量的变化情况，应适当调整观测周期。通常要求观测的次数既能反映出变化的过程，又不遗漏变化的时刻。观测方案可采用测角网、导线网、边角网、测边网、"#$网和轴线网等形式。当采用轴线网监测时，轴线两端应分别建立检核点。当采用"#$网时，则不存在网形、网点间通视等要求。坐标系统主要采用工程独立坐标系（如坝轴坐标系）。垂直位移监测网为监测工程建筑物（变形体）垂直方向的变形，检验工作基点的稳定性而建立的一种高程控制网。其区别于普通高程控制网的主要特点是周期观测（定期观测）及精度要求。通过周期观测，获得网点的稳定性及位移规律。在精度方面，主要考核变形量（即网点的高程变化量）精度，而非高程精度。建网目的同水平位移监测网一样，建立垂直位移监测网的目的是：!建立起垂直位移监测基准。"检验工作基点的稳定性。#监测工程区域地形变。观测要求与水平位移监测网的观测要求相同。布网方案垂直位移监测网可布设成闭合环、结点或附合水准路线等形式。对于大型水利枢纽工程，由于水库蓄水后，大坝及其基础将产生变形，垂直位移监测网的基准点要求选在工程影响变形范围以外的地方。因此，垂直位移监测网往往布置在大坝下游，有一处甚至多处跨河（江）水准，习惯上称作坝下水准环线。基准点埋设垂直位移监测基准点，应埋设在变形区以外的基岩或原状土层上，当受条件限制时，在变形区内也可埋设深埋金属管水准基准点（如钢管标等）。为克服温度对基准标点的影响，有时可采用平硐岩石标、测温钢管标或双金属标。坝轴坐标系为建设直线型大坝，以大坝轴线（!或"）和垂直于大坝的轴（"或!）而—&%!— 第五章施工与变形测量技术应用建立的工程坐标系。其原点设在大坝的一侧，以保证施工桩号均为正值。它可以与!"#$年北京坐标系等相互转换。在大坝建设及大坝变形观测中常采用坝轴坐标系。大坝主要建筑物的设计、施工放样及变形监测等工作都是在坝轴坐标系中进行的。为方便施工放样，需在左、右岸坝轴线上相对稳定的地方各设置一控制点。左、右岸控制点均应纳入大坝施工控制网中。在水利枢纽建设中，除了坝轴坐标系外，还可以建立服务于其他直线型建筑物的专用坐标系，如船闸坐标系等。基准点在变形观测中，埋设在稳定的地方，其位置视为不变的点。在变形监测中，基准点的坐标值被用作起算数据，用以检核工作基点的稳定性或直接推算变形观测点位移量。基准点的埋设应考虑%个方面的要求：!工程意义上的稳定性要求。"标点的埋设应尽量减少测量误差的累积以及增强设备运行的灵敏度。要满足基准点的稳定性要求，有%种方法：!基准点远离被监测的对象。"将基准点深埋。但基准点埋设得越远，测量误差的累积就会越大；基准点埋设得越深，设备安装的困难就会越大，设备运行的灵敏度就会越差。因此，应综合考虑以上%个方面的要求。工作基点其坐标值作为起算数据被用来直接推算观测点位移量的监测标志或设备。设置在比较稳定、与监测对象通视条件较好、便于观测的地方。工作基点的稳定性通过变形监测网的定期复测对其进行检核，必要时对其坐标值进行改正，根据改正后的坐标值对相应的变形监测成果进行改算。设置工作基点的主要目的是减少测量误差的累积以及减少观测工作量。设立工作基点有时是观测方法的需要，如准直测量。对通视条件较好或观测项目较少的工程，可以不另设工作基点，直接使用变形监测网点进行变形监测。除了常用的大地测量标石外，主要的作为水工建筑物变形观测工作基点或基准点的设备还有：专用观测墩，钢管标，双金属标，正、倒垂线等。引张线一种利用基准线法原理，测定水工建筑物的水平位移的监测设备。即以拉直的钢丝的竖直面作为基准面，测定沿钢丝线不同部位测点相对基准面的水平位移。是大坝安全监测中一种常用的专用仪器设备。引张线的装置由端点装置、测点装置、测线及其保护设施等组成。端点装置可采用一端固定，一端加力的办法，也可采用两端加力的办法。以一端加力的装置为例，加力端装置（图#&!）包括墩座、夹线装置（图#&%）滑轮、重锤连接装置及重锤（或其他加力器）等。固定端装置包括墩座、固定栓和定位卡。当两端点的庙程相等时为水平引张线，高程不等时为倾斜引张线。测点装置包括墩座、水箱、浮船、读数尺和测点保护箱（图#&’）。当采用引张线读数仪进行读数时，还包括仪器底盘。浮托装置（由浮船和水箱等组成）是为了解决引张线垂曲度过大的问题而设置的，以提高引张线的灵敏度。同时，可通过对水箱里增加或减少液体来改变液面高度，从而使钢丝贴近读数尺以精确地读取数据。测线及保护管测线一般采用直径()*++,!)%++的高强度不锈钢丝，在端点重锤的作用下引张为一条直线。保护管保护测线不受损坏，同时具有防风作用。保护管可用—"(’— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用直径大于!"#$的%&’管，以保证测线在管内有足够的活动空间。在引张线观测中，假定钢丝两端点是固定不动的，因而引张线是固定的基准线。由于各测点上的标尺是与被测物体（如大坝坝体）固连的，所以对于不同的观测周期，钢丝在读数尺（标尺）上的读数变化值，就直接表示该观测点的位移值。但在实际监测中，引张线的两端点并不是固定不动的，为此需要测定两端点在各观测周期的位移量。根据端点的位移量，对沿线上各点的观测值进行归算。水工建筑物变形观测中，测定端点位移常用的方法是在端点附近设置正、倒垂线。通过观测设置在端点的观测点相对正、倒垂线的位移确定端点的位移。图()!端点装置示意图!—滑轮；*—测线；+—保护管；,—夹线装置；(—重锤连接装置；-—重锤；.—混凝土墩座图()*夹线装置示意图!—压板；*—钢丝（测线）；+—压板螺旋；,—&形夹槽；(—基板*"世纪/"年代，安全监测自动化技术得到较快的发展。到/"年代末期，市场上已有如电感式、电容式、步进马达式、’’0成像式等多种类型的遥测引张线仪。—/",— 第五章施工与变形测量技术应用图!"#测点装置示意图$—保护管支架；%—测点保护箱；#—钢筋；&—槽钢；!—读数尺（标尺）；’—测线保护管；(—角钢；)—水箱；*—浮船正、倒垂线以铅直的钢丝线为基准，测定监测点相对钢丝位移的变形监测设备，是大坝安全监测中常用的一种设备。当固定端在上方，下端悬挂—重锤，靠重锤重力保持钢丝铅直的设备为正垂线设备。当固定端在下方，上端与一浮体相连接，浮体置于油桶内，靠浮体的浮力保持钢丝铅直的设备为倒垂线设备。倒垂线设备由锚块、浮体组、油桶、不锈钢丝、混凝土观测墩等主要部件构成（图!"&）。倒垂线主要作为水平位移监测（引张线监测等）的工作基点。作为工作基点时，要求锚块埋设在稳定的完好的基岩深处。在同一部位不同深度处（一般为断层的上、下盘）埋设多套倒垂线设备（倒垂线组），可以测定不同深度处岩体的相对变形，即测深层岩体（断层）的水平错动。正垂线设备由悬线装置（固定夹线装置）、重锤、油桶、不锈钢丝、混凝土观测墩等主要部件构成。若正垂线上设有中间测点，则还有活动夹线装置（图!"!）。正垂线主要用于测定建筑物的挠曲变形（挠度）。当正垂线用作工作基点时（如作为大坝坝顶引张线观测的工作基点），常与倒垂线一起组合使用。正、倒垂线的观测采用坐标仪。人工观测用的坐标仪分为机械式和光学式%种。%+世纪*+年代，有多种类型的遥测垂线坐标仪被开发研制成功，如电感式、电容式、步进马达式、,,-成像式等。光学坐标仪在水工建筑物变形观测中，最常用的垂线观测仪器之一。利用该仪器进行观测时，将仪器安置在正垂线、倒垂线观测墩上的强制对中基座上。整平仪器，照准钢丝中心，读记观测值。精密量距利用因瓦带尺精密测量两测点之间水平距离的方法。—*+!— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用图!"#倒垂线设备示意图$—油桶；%—连接支架；&—浮体；#—连接杆；!—搁架；’—坐标仪基座；(—混凝土观测墩；)—倒垂线（不锈钢丝）；*—锚块；$+—钻孔保护管图!"!正垂线设备示意图$—悬线装置；%—固定夹线装置；&—活动夹线装置；#—正垂线（不锈钢丝）；!—坐标仪基座；’—油桶；(—重锤；)—混凝土观测墩精密量距常用于大坝变形监测中，设备由挂尺端、加力端、因瓦带尺等部分组成。挂尺端主要包括挂尺杆和刻划标志，加力端主要包括刻划标志、滑轮支架、滑轮、重锤等。挂—*+’— 第五章施工与变形测量技术应用尺杆、滑轮、重锤以及因瓦带尺一般并不固定在现场，每次观测结束后，观测员随身带走。精密量距的两端点间的距离不宜太长，一般在!"#以内。在观测时，为提高观测精度，需要注意以下几个方面：!根据实测温度对尺长作温度改正。"保证历次观测时所加拉力相同。#保证滑轮等设备运行正常。$对同一处的精密量距观测要固定观测人员、固定因瓦带尺、固定重锤及其他设备。双金属标利用底部埋设在基岩层中的两种不同温度膨胀系数的金属管（钢管、铝管），将基岩下的钢、铝芯管底部高程传递到地面上的一种测量标志。双金属标主要由保护管、钢芯管、铝芯管、橡胶环、标头、保护装置等组成（见图）。同一双金属标的钢、铝芯管应分别为同炉产品，并应送计量部门测定线膨胀系数。双金属标的芯管底部埋设在基岩下一定深度，芯管底部是稳定的。当受到防锈处理及保护管保护后，芯管的长度变化主要受温度的影响。求出温度对芯管的影响后，可以以较高的精度获得芯管顶部标心的高程。正因如此，双金属标常常作为垂直位移测量的基准点和工作基点被应用于大坝安全监测系统中。钢、铝芯管受温度影响的长度变化量的计算原理如下：周期观测时，温度对钢、铝芯管长度的影响量（!!"，!!#）为：!!"$!%""（"$&$%）}）（’）!!#$!%"#（#$&$%式中，!%"、!%#分别为起始值观测时钢、铝芯管的长度；""、"#分别为钢、铝芯管的线膨胀系数；$%、$分别为起始值观测时及周期观测时双金属标孔内的平均温度，其数值未知。两芯管的长度受温度影响的量值之差为：!$!!"&!!#$!%""（"$&$%）&!%"#（#$&$%）（(）因此有：!!%""#ü$’&!!"!%"""ïý（!）!!%"""ï$&’!!#!%"##þ考虑到!%#!!%"，并移项后得：""ü!!"$!"ï"&"#ý（)）"#ï!!#$!þ""&"#由于钢、铝芯管的线膨胀系数可以精确测定且。是固定不变的，因此，从式（(）中可以看出，只要在周期观测时测定钢、铝芯管的长度变化之差（%），就可分别计算得到钢、铝管受温度影响的长度相对起始值观测时的变化量。钢、铝芯管的长度变化之差（%），可以在几何水准测量时测定，也可以通过专门读数设备读取。(%世纪*%年代中期，研制开发出了遥测双金属标读数仪。钢管标利用底部埋设在基岩层中的钢管，将基岩下的钢芯管底部高程传递到地面—*%+— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用图!"#双金属标结构示意图$—钢筋凝土标盖；%—钢板标盖；&—标心；’—钢芯管；!—铝芯管；#—橡胶环；(—钻孔保护管；)—新鲜基岩；*—+$*（%,,号）水泥砂浆；$,—芯管底板和根络上的一种测量标志。它常作为垂直位移测量的工作基点及坝基断层监测设备，被应用于大坝安全监测系统中。当钢管标用作垂直位移工作基点时，一般要求测定钢管内的温度，对钢管标测值进行温度改正。要求测定温度的钢管标被称作测温钢管标。钢管标主要由保护管、钢芯管、橡胶环、标心、保护装置等组成（见图!"(）。对于测温钢管标，要求同一钢管标的钢芯管为同炉产品，并应按计量部门要求的取样方法和长度，送检测定线膨胀系数。当钢管标的芯管底部埋设在基岩下足够深处（设计时，认为这一深度的基岩是稳定不动的），可以认为，芯管底部的高程是不变的。如果钢管的长度始终保持不变或者可以精确计算其变化量，则芯管顶部标心的高程是不变的或是可以精确计算的，因此，钢管标可以将底部高程传递至顶部标心，可以作为工作基点使用。当于同一地方埋设多个钢管标，各钢管标的底部分别位于断层或夹层的上、下盘时，可用这些钢管标监测断层或夹层的压缩变形。当芯管受到防锈处理及保护管保护后，芯管的长度变化主要只受温度的影响。对于水利枢纽工程，钢管标一般埋设在基础廊道内，而基础廊道内的温度一年四季变化较小，且有资料表明，在钢管标的底部距管口$&-.$!-以下是恒温的。因此，钢管标的芯管长度变化是较小的，有时是可以忽略不计的。静力水准利用连通管原理高精度测量观测点之间相对垂直位移的方法。利用静力水准方法测量观测点垂直位移的仪器被称为静力水准仪。在各观测点设置容器，容器内充有液体，容器与容器之间用软管连接。容器内设有读数尺或在容器内设有传感器。通过读数尺读取液面高度或测定传感器测值，来确定容器内液面高度的变化，从而确定观测点的垂直位移量。在静力水准系统中，要求设定一个参照点（或工作基点），参照点的垂直—*,)— 第五章施工与变形测量技术应用图!"#钢管标结构示意图$—钢筋混凝土标盖；%—测温孔；&—钢板；’—标心；!—钻孔保护管（钢管）；(—橡胶环；#—芯管（钢管）；)—新鲜基岩；*—+$*（%,,号）水泥砂浆；$,—芯管底板和根络位移是可以测定的或者参照点本身是稳定的。静力水准分同高静力水准和异高静力水准。静力水准的特点：!同时在几个观测点安置静力水准仪同时进行几个点观测。"观测精度比几何水准精度高。#相对几何水准而言，宜于自动化。$适宜固定安置。静力水准适用于精度要求较高的变形监测。高程传递将高程从一个水平面直接传递到另一个水平面上的测高方法。在工程实践中，由于使用仪器和观测方法不同，主要有钢带尺（或线尺）法和光电测距法。（$）钢带尺（或线尺）法高程传递。常用在上、下两水平面间有竖直通道的环境下［图!")（!）］。它是用两台水准仪"、#和两根水准标尺，以及带尺（或线尺）和悬挂提升装置完成高程传递的。带尺（或线尺）测前应进行检定和检验，并化算出垂直状态下的尺长方程。悬挂重锤应与检定时质量一致，同时应测定竖井内不同深度处的温度，以进行尺长温度改正。则：$%-$$.（!"%）.（&"’）.!().!(*式中，!()、!(*分别为尺长和温度改正。（%）光电测距法高程传递。是用光电测距仪及特制的转向棱镜和反射棱镜来实现的［图!")（%）］。在竖井的上面安置转向棱镜，在转向棱镜下面安装可拆卸的反射棱镜$，在竖井下面安装反射棱镜%，并使转向棱镜和上、下反射镜位于同一垂线上，偏差在允许范围内。将光电测距仪安放在上水平面转向棱镜附近。测量时，先调整转向棱镜使光通量折射到反射棱镜$上，测量测距仪至上反射棱镜$的距离)（图上虚线长度），然后移$去反射棱镜$，测量测距仪至下反射棱镜%的距离)（图上实线长度），则反射棱镜%$、%之—*,*— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用图!"#高程传递原理图（!）钢带尺（或线尺）法原理图；（"）光电测距法原理图#$、#%—上、下平面标点的高程；!、"、$、%—分别为水准仪在水准尺和带尺上的读数；&—上、下反射棱镜间高差高差等于反射棱镜$、%之间的距离。计算公式为：&&’%"’$激光准直用激光束作基准线的准直方法。它是利用激光单色性好、方向性强、能量集中的特点，以基准线法原理测定水平位移的方法，按其观测方法和设备组成可分为以下%种。激光束直接准直法与视准线法中活动觇牌法相似。!将激光经纬仪安置在一端点上，在另一端点上安置光电探测器并将读数置为零。转动激光经纬仪照准部（即改变激光束的方向），使激光束照射在光电探测器上，并使检流表指针指零，这表明基准面已确定，随即固定照准部，且在整个观测过程中应保持不变。"依次在各观测点上安置光电探测器，并在垂直于基准面方向作水平移动，直至激光束照射在光电探测器上、且检流表指针指零时停止移动光电探测器，并在读数尺上读取各观测点相对于基准面的偏值。图!"’波带板及激光准直原理图（!）圆形波带板；（"）方形波带板；（$）激光准直原理图波带板激光准直法波带板激光准直系统由激光器点光源、波带板、探测器(部件组成。如图［!"’（$）］所示，把激光器点光源和活动探测器分别安置在两固定的工作基点(、)上，而将波带板安置在位移标点*上。从激光器点光源发出的激光束照满波带后，通过波带板上不同透光孔的绕射光之间的相互干涉，就在点光源中心和波带板中心的延—’$)— 第五章施工与变形测量技术应用伸方向线上的某一位置!处形成衍射像，聚成一个亮点［对圆形波带板而言，见图!"#（"）］或“十字”亮线［对方形波带板而言，见图!"#（#）］。根据法国物理学家菲涅尔（$%&’%()*+,-.+/0-(+-1）衍射原理，如果不考虑大气折光影响，点光源$、波带板中心2及衍射像34，将严格位于同一直线上，任意固定其中的两点，就可以准直第三点，故有时称三点准直法。如果波带板处发生位移!5，则衍射像相应位移"6。"6可由探测器量出，其位移值为：%$!$7"#&伸缩仪用来测量被测对象张合变形的仪器。它常用来测量岩体和建筑物的松弛变形，建筑物伸缩缝的伸缩变形，进行建筑物、岩体的裂缝变形观测以及滑坡体和稳定岩体之间的水平位移观测等（见图!"89）。仪器一端固定在基座’上，另一端安装在基座!上，中间用因瓦丝相连接，!端有重锤或加力装置以恒定拉力来引张因瓦丝。当’!之间距离发生变化时，通过因瓦丝的传递，安装于!端的读数指针就能指示位移量值。已有在!端安装位移传感器进行自动记录观测和遥测的伸缩仪。为减小钢丝徐变对观测精度的影响，也有用因钢杆（或金属杆、石英杆）来代替不锈钢丝进行位移传递的伸缩仪。图!"89伸缩仪观测布置示意图8—传感器及读数装置；:—因瓦丝；;—固定装置对于较长建筑物、大范围的岩体松弛和滑坡体观测，可用多个伸缩仪连接成链式进行观测，这种布置形式可观测到变形的分布情况。伸缩仪连接因瓦丝一般长89<=;9<，测量范围为:9<<=>9<<，最小读数9?9:<<。固定端、读数端均装配在密封保护箱中，连接丝（杆）亦应用保护管进行保护。视准线以通过两固定点的铅直面为基准面，用光学观测仪测定某点相对于基准面的距离变化来测定该点位移的方法，见图!"@（"）。多用于测定建筑物表面、滑坡体、地表的水平位移。大坝坝顶水平位移观测常用此方法。视准线法的观测布置见图!"@（#）。通过或平行于坝轴线建立一条视准线，’、!两点系稳定的工作基点，设在不变形区。在坝面沿’!方向上设置若干水平位移观测点"、#、$、(等。将经纬仪安置在基点’，照准另一基点!，第一次测定各位移标点至视准线（偏离值）作为基准值，定期测定各点的偏离值，计算它们相对首次观测的差值，即为该点的水平位移。视准线法按其使用工具和作业方法不同又可分为小角度法、活动觇牌法、平行玻璃板法（齿形觇牌法）等。—#88— 第五篇水利水电工程地质测绘新技术推广与应用如上所述，若将活动觇牌安置于位移点上，令觇牌图案的中线与视准线重合，然后利用觇牌上的分划尺及游标读取偏离值，即为活动觇牌法。若将仪器置于固定点，测定视准线与位移标点的微小夹角（水平角），并根据该夹角和固定点至位移标点的水平距离算出位移标点的偏离值，即为小角度法。若将齿形固定觇牌安置在位移标点上，用带有平行玻璃板光学测微器的视准仪读取偏离值，即为齿形觇牌法。图!"#$为小角度法、活动觇牌法、平行玻璃板所使用的观测觇牌。中国已研制出了有线遥控活动觇牌和无线遥控活动觇牌。图!"##视准线法观测原理及观测点布置示意图（!）视准线法观测原理图；（"）视准线法观测点布置图图!"#$视准线观测觇牌（!）固定觇牌；（"）活动觇牌；（#）齿形觇牌—%#$— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测—#"!— 第一章水库工程地质勘察第一章水库工程地质勘察为查明水库工程地质和环境地质条件，对因兴建天坝形成的水库可能引起的各类工程地质、环境地质问题做出预测和评价而进行的工程地质勘察工作。水库、尤其是大型水库是人类工程活动改变自然环境的突出代表。在人类历史上因兴建水库而引发各类工程地质和环境地质问题的事例很多，最突出的是埃及的阿斯旺水库和中国的三门峡水库。因此，查明水库区的工程地质和水文地质条件，对因兴建水库使生态环境可能发生负面影响的各类地质问题和现象做出预测和评价，提出相应的对策建议是水利水电工程地质勘察工作的重要内容。传统的水库工程地质勘察包括!大内容：水库渗漏、水库浸没、坍岸和固体径流来源。这是"#世纪$#年代从苏联引进的技术规范的内容。随着中国修建的水库的数量和规模迅速扩大，以及人类生存环境条件日益受到的挑战，中国工程地质工作者从自身的实践中，也从吸取世界一些国家的经验中，对水库工程地质勘察工作的内容不断进行调整和补充。如库区环境地质常与工程地质并列为库区地质工作的主要内容；坍岸的勘察已扩展为库岸稳定性的勘察；固体径流来源通常已不包括在水库工程地质勘察工作中；将水库诱发地震问题纳入库区环境地质问题的研究范围；增加了移民环境容量和移民迁建城镇的工程地质勘察；对水库蓄水后在库周边一定范围内地下水渗流场（水位、水温、水质）发生的变化及对当地工农业生产和人民生活可能带来的影响做出评价；兴建水库后对大坝下游地区可能造成的工程地质、水文地质和环境地质问题，如清水下泄对下游河道的冲刷，从而对河岸稳定、堤防安全带来影响，水库调节引起下游河道流量、水位变化对两岸水文地质条件的影响及其可能带来的危害等，也逐步引起了重视。水库工程地质勘察工作自始至终贯穿于水坝工程建设的全过程中，并按照水利水电工程的设计阶段，分阶段由浅入深地进行。各设计阶段水库工程地质勘察工作的内容、重点、勘察范围，填图比例尺及相应的勘探、试验工作的布置和要求，在水利水电工程地质勘察规范中，都有明确具体的规定。不同的水库，由于其规模及自然条件和社会经济条件有很大差异，有些勘察工作的内容没有纳入该规范中，则在相应工程自身制定的勘察技术要求中做出了规定。水库渗漏水库内水体经由库盆向库外渗流而漏失水量的现象。水库渗漏分暂时性渗漏和永久性渗漏两类。前者仅出现于水库蓄水初期，库水渗入库周不与库外相通的未饱和的岩（土）体和喀斯特洞穴中，一旦含水岩（土）体饱和即停止入渗，库水位回落时，部分渗入水体可回流水库。后者则是库水通过与库外相通的、具渗漏性的岩（土）体长期向库外相邻—&%$— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测的低谷、洼地或坝下游产生渗漏。悬河（河水位高悬于当地地下水水位之上）水库也可向库盆以下的岩（土）体产生长期渗漏。通常所说的水库渗漏是指水库的永久渗漏。永久性渗漏不仅造成库水漏失，影响水库的效益，而且可能引起库水排泄区出现诸如农田、矿山和建筑物地基的浸没、边坡失稳破坏等环境工程地质问题。在喀斯特发育地区，水库产生突发性大量漏水，甚至可能带来灾害性后果。严重的水库渗漏导致库盆无法蓄水，使工程不能发挥应有的效益甚至报废。水库的永久性渗漏一般是通过松散土体孔隙性透水层、坚硬岩层的强裂隙性透水带（特别是断层破碎带）和可溶岩类的喀斯特洞穴管道系统产生。其中以喀斯特管道系统的透水性最为强烈，渗漏最为严重。在中国，对水库渗漏问题应按!"#$%&’—((《水利水电工程地质勘察规范》的要求进行勘察，并根据勘察成果对水库能否产生渗漏作出判断，对渗漏规模进行评价，必要时尚应根据地下水动力学和水均衡理论对库水的渗漏量进行概略计算。有下列明显情况之一时，可判断水库蓄水后可能出现渗漏：!自然河道坝址上游流量明显大于下游流量，特别是在喀斯特发育的河段。"水库外（包括坝下游）泉水来自库区河水补给，且水质、流量随河水涨落而变化。#与水库区河流相邻的低谷、低地是库区河水的排泄区。$建水库前邻谷河水经地下流向库区河谷，建水库后邻谷河水位低于库水位。%水库区河水与相邻低谷（洼地或坝下游）间无地下水分水岭，或地下水分水岭水位远低于水库蓄水位，且分水岭地段由透水地层组成。&兴建于悬河上的水库、库盆及库底均由强透水地层构成。’在水库蓄水位以下有强透水的地层、破碎带、张开裂隙带或管道系统通向库外低地。有下列情况之一时，可判断不会发生水库渗漏：!邻谷的地表水体水位高于水库蓄水位。"水库库盆与邻谷间的地下分水岭水位高于库水位。#水库周边及水库库盆有连续的、可靠的相对隔水地层分布；水库周边透水岩体（带）与邻谷及坝下游间被相对隔水的地层阻隔。根据大量的实践经验，对位于下列地形地貌部位的水库，当有强渗透性岩（土）体分布时，应特别注意研究水库渗漏问题：!河弯地段。"地表分水岭单薄的水库。#大坝位于与支流（或干流）或深切沟谷汇口处不远的水库。$兴建于喀斯特化高原、坡立谷和喀斯特洼地上的水库。%悬河水库。&与相邻河谷（沟谷）谷底高差悬殊的水库。对条件复杂，难以判断是否会产生渗漏的水库，除进行必要的勘察试验工作外，还应在分水岭地段布设地下水长期观测孔，观测工作应延续到水库蓄水后若干年可以得出确切结论时为止。对可能影响水库正常运用或带来危害的渗漏地段，应进行防渗处理。常采用的防渗处理方法有：对裂隙岩体可采用灌浆帷幕；对孔隙性松散岩（土）体，可采用不同材料铺盖封堵或灌浆帷幕；对喀斯特渗漏段，在查明确切渗漏部位和情况后，可采用封堵进口、出口或主要通道的方法，也可采用灌浆帷幕。防渗处理通常在水库蓄水前进行，也可在水库后蓄水观测一段时间，再有针对性地进行。库岸稳定性库岸在水库形成和运行阶段维持稳定状态的性能。水库周边岸坡在水库初次蓄水—(*)— 第一章水库工程地质勘察时，其自然环境和水文地质条件将发生强烈的改变，如岸坡岩（土）体浸水饱和，地下水壅高，运行水位的升降导致岸坡内动、静水压力的变化，以及波浪的作用等，都将打破原有岸坡的稳定状态，引起库岸的变形和破坏，即库岸再造过程。经历一段时间后，库岸在新的环境条件下达到新的稳定。库岸的变形和破坏称为岸坡失稳。研究库岸稳定性，预测库岸的变形和破坏的机理、形式、过程和后果，是水利工程勘测的主要任务之一。水库岸坡可划分为土质岸坡和岩质岸坡两大类，其破坏形式和稳定性的分析评价方法截然不同。土质岸坡多见于平原和山间盆地水库，主要由各种成因的土层、砂砾石层等松散堆积物组成。其破坏形式以坍岸为主，可分为风浪坍岸和冲刷坍岸。风浪坍岸主要发生在水库库面宽阔，库水较深的地段。在库水浸泡和波浪冲蚀作用下，库岸首先形成内凹的浪蚀穴（龛），然后引起上部岸坡的崩塌。库岸土体在波浪冲刷范围内形成磨蚀坡或浅滩冲刷坡，在浪爬高度范围内形成冲蚀坡，上部土体则形成坍落坡，崩塌堆积物在水下形成堆积坡。在层状土体岸坡内，不同土层的坍落坡度也不同。在某一水位长期少变的条件下，当这些坡体达到稳定状态后，坍岸过程即告终止。在库水较浅或水下堆积空间较小的沟谷内，当上部坍落堆积物超过了库岸波浪作用范围后，坍岸也即终止。由黄土类土形成的岸坡因具有遇水崩解软化的特点，可发生大规模快速坍岸。如中国黄河三门峡水库蓄水!年内，一般坍岸宽度"#$%&#$，最大达’(#$。刘家峡水库蓄水"#年来一直有坍岸发生，至!&()年底，平均累计坍岸宽度’*+)$，最大约’)#$。冲刷坍岸多发生在水库库尾地段，特别是上游有梯级水电站的情况。当夏季度汛腾空防洪库容期间，水库库尾恢复河流形态，因岸坡土体饱水，在河湾处易发生冲刷坍岸；特别是上游梯级水电站泄洪，更易发生这种情况。例如中国黄河刘家峡水电站下游盐锅峡水库库尾河湾凹岸在’#世纪,#年代曾发生冲刷坍岸。河道型水库在低水位运行时，水流状况与天然河道相似，更易发生冲刷型坍岸。预测坍岸时，一般以工程地质分析方法，划分稳定和不稳定区。可以根据水面长度和风向、风速及其分布频率，采用经验公式计算浪高和浪爬高度，根据对蓄水前河岸边坡或相同岩性的其他水库边坡的调查，采用类比原则以图解或计算方法，预测出最终（永久）坍岸范围，也有用波浪冲刷能量法预测坍岸范围的。可以根据岸坡破坏进展速度，预测一定期限内的坍岸范围，划分!#年、)#年和永久坍岸区。中国自官厅水库预测坍岸以来，已积累丰富的水库坍岸预测经验。但是对峡谷河道型水库库岸和基岩库岸，坍岸预测的方法还很不成熟，积累的经验也很少。岩质岸坡多出现在峡谷和丘陵水库，其破坏形式以滑坡和崩塌为主。近坝库岸（一般认为大致在距坝)-$范围内）的高速滑坡可能激起翻坝涌浪，威胁大坝及下游人们生命财产安全，是库岸稳定性研究的重点。滑坡的发生与岸坡的地形地质条件，如坡面形态、排水条件、物质组成、岩体结构（特别是岩体内软弱层带的发育及组合特征）以及水文、气象等条件有密切关系。水库滑坡多属老滑坡复活，新生滑坡较少。老滑坡的滑带土一般处于残余强度状态，滑体结构松弛，透水性强，库水位的变化能随时得到滑体的响应，特别是在滑面呈上陡下缓的圈椅形状时，滑体稳定性随滑体重心下—&!*— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测移而不断提高，因此，老滑坡的复活在蓄水以后大多表现为蠕滑或低速滑动，不致激起较高的涌浪。例如，中国刘家峡坝前苏州崖滑坡，碧口水库青崖岭滑坡，李家峡坝前!号、"号滑坡，鲁布革水库发耐滑坡等。奥地利界帕齐水库!"""万#$的冰碛土滑坡在蓄水期间发生缓慢滑动，采用分期蓄水，控制该滑坡缓慢下滑水平位移%%&%’#后，顺利蓄水到设计水位。然而，也有老滑坡蓄水后发生剧滑形成巨大灾害的事例。最突出的是%()$年%"月(日意大利瓦依昂水库的坝前滑坡，滑坡体方量!&*’亿#$，以%*#+,（动力计算）或!’#+,-$"#+,（专家估计）的速度入水，翻坝涌浪高度!.’#，使下游居民%(!’人丧生，水库报废。这是因为特殊的滑体结构和滑面形状，存在有加速蠕变的机理；其次也可能有摩擦热形成的孔隙水汽压力等其他能量转化机制，因而形成高速滑坡。新生（或首次）滑坡常伴有渐进破坏面贯通的过程，由于滑面在剪断贯通、滑动前后抗剪强度差值很大（峰残差），一旦岩体被剪穿，常导致高速剧滑，中国湖南柘溪水库塘岩光滑坡是较典型的事例。该滑坡位于大坝上游%&’’/#，%()%年$月’日水库初期蓄水至%.0&(#时，坡体突然发生顺层滑动，体积%)’万#$，计算入水滑速%(&)0#+,，滑坡在对岸形成的涌浪高度!%#。涌浪传播至坝前，翻坝浪高$&)#，当时为初期蓄水，坝顶及下游还在施工，造成重大损失。水库滑坡按一般边坡分析方法作稳定分析，常规用刚体极限平衡法。边坡抗滑稳定程度以稳定系数表示。稳定系数是边坡自身的抗滑力（或抗滑力矩）与滑动力（或滑动力矩）的比值。为保证安全要求达到的最低稳定系数称安全系数。参照各国经验，在水库正常工作状态下，近坝库岸、重要城镇及建筑物所在库岸，安全系数在%&!-%&$之间；较次要库岸，安全系数在%&%-%&!之间；一般库岸安全系数在%&"’-%&%之间。在短暂和偶然工作状态下，如暴雨、久雨、库水骤降和地震条件下，安全系数应适当降低，但需满足等于或大于%的要求。当确知库岸破坏难以防护，又不会造成较大损失时，允许其发生可以预料或可以控制的破坏。例如中国李家峡坝前!号、"号滑坡，经研究论证蓄水后不会发生整体性剧滑，决定严密监测，仅作局部处理。又如新西兰克莱得水库内有%)个蠕滑或静止的老滑坡，体积一般$""万#$$，最大在%"亿#$以上。预测蓄水后各滑坡-0"""万#稳定系数将下降!1-!"1，其处理原则是抵消蓄水效应并使失稳风险降低到可以接受的程度，即要求安全系数不小于%，共花费投资!&’亿美元。除滑坡外，岩质水库岸坡另一种常见的失稳是岩崩，多发生在岸坡陡竣，岩性坚硬，呈厚层状，岸坡卸荷裂隙发育的岩体中，尤其是当岸坡岩体结构呈上硬下软或下部有采空区的岸坡，极易产生大型岩崩（参见崩塌）。库岸再造参见库岸稳定性。水库浸没水库蓄水使水库库盆周边地带地下水水位升高而引发的次生地质灾害的总称。由于库盆周边地带地下水水位升高，岩（土）体浸润饱和，可能引起沼泽化、盐渍化、建筑物地基条件恶化、地下工程和矿坑涌水量增加等次生地质灾害现象。—(%0— 第一章水库工程地质勘察产生水库浸没的主要条件有：!平原型水库的周边，渠道两侧或江河堤防背水侧的低洼地带，特别是地面高程低于河面的地上河两侧。"地下水埋藏浅，地表水或地下水排泄不畅，补给量大于排泄量的库岸地段、封闭或半封闭的洼地、沼泽的边缘地带。#水库周边与山前洪积扇相接的地带。$与水库渗漏通道相连的邻谷或低地。%位置低于水库蓄水位的矿山，围岩有透水性较强的裂隙岩体、断层破碎带、脉岩及岩溶通道与水库相通。还有一种极少见的情况是，对将被水库淹没的极少数重要城镇、农田及名胜古迹，采用围堤措施加以防护，被防护的地区则处于被浸没的威胁下。对水库浸没问题的研究，大体遵循以下步骤：!在水库区工程地质测绘基础上，针对可能浸没地段，选择代表性剖面进行勘探和试验，了解地质结构，各岩（土）层的性质、厚度、渗透系数、含盐量、给水度、毛管水饱和带高度，地下水类型、水位、水质及补给量等。"通过计算、类比或模型试验提出地下水壅高值。#会同有关单位调查并确定农田和工业建筑物的地下水临界深度。$作出与水库正常蓄水位、持续时间较长的水位相对应的浸没范围和浸没程度预测图。由于地质条件复杂性，地下水壅高值的计算结果与实际情况往往有出入，在确定浸没范围时，要留有安全裕度。%选择典型地段，从水库蓄水时起即进行浸没范围地下水水位的长期观测，蓄水后，按已发生的浸没情况，根据当年最高蓄水位和持续时间，预测第二年浸没变化，以便及时采取措施，尽量减少浸没损失。对可能产生浸没的地段，根据分析计算及长期观测成果，视被浸没对象的重要性，采取必要的防护措施。城镇工矿的可能浸没区，主要采取防渗堵截或疏干排水等工程措施予以防护；农田可根据水、土、盐条件，采取工程与农业措施（如改变作物种类和耕作方法）相结合的治理方案。水库移民安置迁建城镇选址地质勘察水利工程大坝建设中，为水库淹没区移民安置新建城镇选址所进行的工程地质勘察工作。水利工程大坝建设中，水库淹没区的移民安置有!种方式：就地就近安置和远迁安置，一般以第一种方式为主。认真作好移民迁建城镇新址选址的地质勘察，是安置好水库区移民的关键环节之一。它不仅关系到移民安置工作的顺利实施，而且影响到这个地区的经济发展和社会稳定。移民安置新建城镇选址地质勘察的主要任务是：在有可能安置移民的地区范围内，选择地形地质条件相对优越，地质环境适宜兴建相应规模城镇的各项基础设施，没有重大地质灾害威胁和不会引发重大地质灾害，特别是不致由于水库运行和人类工程活动而引发重大次生地质灾害的场址。水库移民安置迁建城镇选址的地质勘察，各国都还没有制定出相应的勘察规范。但随着中国大坝建设的迅速发展和人口众多的特点，特别是三峡水利枢纽水库移民工程的实践，水库区移民安置新建城镇选址的地质勘察已逐步条理化、规范化。移民迁建城镇选址的地质勘察，大体可分为初勘和详勘!个阶段。!初勘阶段的主要任务是，在已有水库区工程地质勘察成果的基础上，对可能选作移民新址的地区进行大"中等比例尺的地质测绘和相应的勘探工作，为移民新址的选址规划提供地质依据。"详勘阶段的主要任务是在选定的移民新址上进行专门性的工程地质勘察，为新址的建设规划提供地质资料。由于移民新址大多选在水库周边就近安置，地质勘察工作应特别注—#$#— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测意下列问题：库岸稳定，山体稳定和各类斜坡稳定；各类地质灾害，如崩塌、滑坡、泥石流、黄土湿陷、塌陷及地震等；水库蓄水导致水文地质条件变化而引发的各类地质灾害，如浸没、地面塌陷、地基条件恶化等；移民工程建设可能引发的次生地质灾害，如各类人工开挖边坡的失稳，各类开挖弃渣引发的次生泥石流等。水库移民安置迁建城镇选址的地质勘察可与水库区的工程地质勘察结合进行，也可在水库区工程地质勘察成果的基础上补充进行。对于移民安置城镇选址问题复杂的大型水库，则需按一定的勘察程序认真作好移民迁建城镇选址的地质勘察工作。勘察方法除常规的地质测绘、勘探、物探、岩土物理力学性质试验外，对一些重要地质灾害的监测，也应及早安排进行。三峡工程库区移民迁建城镇工程地质选址勘察中国长江三峡水利枢纽水库长约!!"#$，水库面积%&’(#$)，淹没区迁移人口约’(*(!万人，淹没耕地)+,&"-$)，淹没区涉及湖北省及重庆市的%.个县（市），%(&个集镇。移民数量之大，涉及迁建城镇之多是前所未有的。由于水库区地形地质环境复杂，因此，选择好移民迁建城镇的地址，确保新迁城镇地质环境的安全，是移民安置工作的一项重要任务。三峡工程结合水库移民规划设计，在%&年中对水库区%.个县（市）、%(&个集镇的迁建新址做了大量而详细的地质勘察工作，积累了丰富的经验。城镇选址工程地质勘察步骤（%）选址勘察。根据移民迁建的初步规划，结合城镇的规模与发展，当地的地理地质环境，由规划、勘察、城镇等有关部门，对迁建城镇新址的具体位置、范围进行初步选择，环境条件复杂的城镇可有)个/.个比选方案。选择的基本要求是：地质条件较好，地形地貌适合城镇建设，有足够的城镇建设用地，有良好建港条件，方便的交通条件和供水条件，便于城镇基础工程设施的建设。（)）初步勘察。配合迁建城镇的具体规划，对初步选择的新址（包括比选方案）进行初步勘察。其基本任务是从新址及其外围地质环境入手，总体评价新址区的工程地质条件，预测可能出现的新的环境地质问题。并对新址区组织%：%&&&&比例尺精度的勘察。（.）详细勘察。针对城镇新址详细规划而进行的勘察，是初步勘察的延续与深化。主要采用大比例尺（%0%&&&/%0)&&&）的地质测绘以及相应的勘探、试验与分析等手段。其基本任务是：详细查清新址区可能出现的各种重大环境地质问题，尽可能作出明确结论；以初勘建筑适宜程度分区为基础，准确确定各区实际可利用的范围及有关参数，作为新址详规的地质依据；同时针对总体规划中各建筑（群）的布置格局，分区进行地质论证。（(）建立地质工作站。为防止城镇迁建因地质问题造成重大失误，各县（市）均设立地质工作站，以及时掌握和预测城镇建设中已出现或可能出现的地质问题，并提出处理措施。城镇选址勘察内容（%）地质环境条件调查。调查新址区的地质环境和存在的环境地质问题，包括地层岩性（重点是岩土类型）、地质构造（重点是断裂构造与地质灾害、地基稳定的相互关系）、地形地貌（重点是地貌形态与坡度分区）、地表水与地下水文网、自然边坡（重点是现状与变—,)&— 第一章水库工程地质勘察形破坏类型）、主要的地质灾害（重点是崩塌、滑坡、泥石流、危岩体、变形体的特征及稳定状态）、地震。（!）新址区的建筑适宜程度或可利用程度分区。在规划新址区地质环境和工程地质条件详细研究的基础上，对新址区的全部范围内各种场地所进行的综合性评价，其主要指标是场地稳定性和场地的建筑适宜程度。对于建筑场地的稳定性划分为稳定区、基本稳定区、潜在不稳定区、不稳定区和特殊地质问题区；对于场地建筑适宜程度划分为"个区，见表#$#。（%）预测迁建城镇建设与运行中可能出现的环境地质问题。主要包括库岸边坡稳定状态及库岸再造方式，人工边坡的稳定性及变形破坏，已有崩塌、滑坡、泥石流的稳定状态及发展变化趋势，平山填沟的工程地质条件和可能引发的次生地质灾害，以及建筑物地基条件的总体评价等。移民迁建城镇选址工程地质勘察，仅作为指导城镇建设规划的地质依据，并不能取代各类公用及民用建筑物在进行具体规划设计时所应进行的工程地质勘察。三峡工程库区城镇迁建新址建筑适宜程度分区简表分区场地稳定性地形地貌地基土其他建设条件城市建筑群易属稳定区（!），能满足各类建优良建地形平缓，坡度于布置，供排水、!不存在崩塌、滑筑物要求，处理筑场地区一般小于#&"道路、建港条件良坡、泥石流等问题工程量小好属于基本稳定区城市建筑群较地形较平缓，坡能满足各类建良好建（#），部分为稳定区易布置，供排水、#度为#&"’!""，部筑物要求，处理工筑场地区（!），不存在崩塌、道路及建港条件分小于#&"程量较小滑坡、泥石流一般较好城市建筑群布属于基本稳定区有沿结构面滑置困难，道路及建一般建地形起伏明显，$（#）和部分潜在不动和不同土类的港条件较差。这筑场地区坡度为!&"’%&"稳定区（$）不均匀变形问题类场地应限制性利用以不稳定区（%）城市建筑群难地形复杂，起伏不宜建为主，有崩塌、滑地基土条件复于布置，建筑时易%差大，坡度大于筑场地区坡等不良地质现杂，需区别对待引发新的崩塌、滑%&"象发育坡等问题主要指古崩塌堆积体、古滑体，近代有变形迹象的崩坡积层、冲洪积层、胀缩土、特殊地液化土、采空区及煤洞分布区。对经过充分勘察论证确定稳定的古崩塌堆积体、&质场地区古滑体可限制利用。对近代有变形迹象的崩、滑体严格禁止使用。对胀缩土、液化土等需经工程处理后利用—(!#— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测水库下游沿程冲刷水库下泄的水流所引起的下游河道的冲刷。由于河流入库水流所带泥沙在水库区沉积，泄向下游的水流含沙量减少，小于下游河道的水流挟沙能力，因此，水流将沿程不断冲刷河床，直至水流含沙量与挟沙能力相适应。离坝越近，下泄水流的冲刷能力越强，随着含沙量的沿程增加，水流冲刷能力逐渐减弱。按一般公式估算，水流经过不太长的距离就可达到饱和含沙量，但实际观测到的沿程冲刷长度却可达到几十公里甚至几百公里。其原因是下游床沙粒径较细，悬沙在输移过程中不断与床沙交换，沿程水流中较粗的悬沙沉落，床面上较细的沙粒挟起，由于水流挟带细颗粒泥沙的能力（或饱和含沙量）大于挟带粗颗粒泥沙的能力，所以沿程冲刷现象能在相当长的河段上发生。一般情况下，沿程冲刷将引起河床冲深下切，使水面线降低，造成沿河引水建筑物进水困难，港口、码头的正常工作条件被破坏。如果在下切过程中河床组成物质粗化，形成粗颗粒保护层，而河岸物质却相对地易被冲刷，则河道也可能被冲宽，甚至变得宽浅多汊，没有明显的主槽，使航运条件恶化。在水库区泥沙淤积达到相对平衡时，泥沙下泄情况接近建坝前的情况，而已被冲刷下切的河床纵比降小于建坝前的纵比降，这样下泄水流的含沙量处于超饱和状态，泥沙又将在河床上沿程落淤，逐渐恢复到建坝前的天然河流状态。为减小和预防水库下游沿程冲刷引起的不利影响，应在下游河道上采取适当的整治措施，使河道向稳定的河型发展。—"!!— 第二章坝址工程地质勘察第二章坝址工程地质勘察为查明坝址工程地质条件和主要工程地质问题而进行的勘察工作。水利水电工程坝址工程地质勘察，从广义上讲应包括区域构造稳定与地震、水库工程地质和环境地质、坝址工程地质和天然建筑材料等项目的勘察，这样才能满足坝址比较和选择的要求。但通常意义的，包括中国标准!"#$%&’—((《水利水电工程地质勘察规范》中规定的坝址工程地质勘察，仅指大坝和其他水工建筑物区的工程地质勘察。勘察工作的目的和任务是查清坝址区和建筑物的工程地质条件，对主要工程地质问题作出评价并提出处理建议，为工程规划、建筑物布置、方案比较和设计提供地质资料。阶段划分可分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计)个阶段，由浅入深，逐步完成。其中以可行性阶段的坝址选择和初步设计阶段的坝址详细勘察最为重要。可行性研究阶段要对几个比较坝址进行勘察，从工程地质条件推荐坝址；初步设计阶段要对选定坝址的多条坝线进行比较，并从工程地质条件推荐坝线和坝型，对选定的坝线、坝型进行详细勘察。同时还要对多种坝型、各种形式（地面、地下、坝后等）的水电站厂房；多种泄洪方案（坝体、河岸式、泄洪隧洞等）；多种防渗工程（防渗帷幕、截水墙、防渗心墙、防渗铺盖、排水减压等）方案；多种导流（隧洞、明渠）方案等进行勘察比较。坝址工程地质勘察报告中，要从工程地质条件提出评价意见，为选择最优方案提供地质依据。主要内容应结合勘测设计阶段和坝址的特点，查明坝址区河谷地质结构、地层岩性、地质构造、岩体风化、谷坡卸荷、岩土物理力学性质和渗透性、岩溶发育特征及崩塌、滑坡、泥石流等物理地质现象。不同的坝型和建筑物，需要查明的主要工程地质问题有所不同，如混凝土重力坝应重点查明坝基抗滑和变形稳定条件，拱坝则应重点研究拱座岩体抗滑和变形；喀斯特坝址应特别注意坝基和绕坝渗漏；地下洞室则主要是进出口边坡的稳定和洞室围岩稳定；大坝泄洪坝段应注意研究下游岩体冲刷问题。对土石坝坝型，应查明坝基土石体渗漏和渗透变形，粉细砂层液化等工程地质问题。各设计阶段勘察工作的内容在中国标准!"#$%&’—((中都有具体要求。手段和方法主要有各种比例尺的工程地质测绘，工程地质钻探、各种地球物理勘探、坑（槽）探、硐探、井探、室内和现场岩土物理力学性质试验、岩土渗透性试验等。此外，结合特殊的工程地质问题，进行专门性的试验，如岩溶连通试验、土和软弱层带的渗透变形试验、地应力测试、地下水动态观测等。勘测手段、方法及勘探工作量，应根据工程规模、地质条件和勘测阶段，遵照有关技术标准的要求确定。如规划阶段采用地球物理勘探、坑（槽）探及室内试验较多，可行性研究和初步设计阶段采用钻探、硐探和现场原位试验较多。对于岩溶地区，需进行勘探坑孔地下水和泉水动态的长期观测等。坝址施工图阶段的工程地质勘察工作，主要配合工程施工开挖进行地质编录和简易—(%*— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测测试，检验前期勘察工作的成果，提出基础处理建议和参加基坑验收等，如发现新的工程地质问题，需进行补充勘探，修正勘察结论。施工工程地质勘察报告和图件是坝址各类建筑物最重要的档案资料之一，应长期保存。坝基岩体质量参见岩体工程地质分类。坝基抗滑稳定评价研究坝基岩土体的地质结构、力学强度及可能导致坝基滑移的各种地质因素，评价坝基在不同荷载组合条件下的抗滑稳定性。坝基抗滑稳定是关系到大坝，尤其是混凝土重力坝安全的关键问题。世界建坝历史中，不乏因坝基失稳而导致大坝失事的实例，如：法国的布泽（!"#$%&，’()*）坝，美国的奥斯汀（+#,%-.，’)’’）坝和圣·弗朗西斯（/0123.4-,，’)5(）坝，意大利的格莱诺（678#"，’)59）坝等。在大坝的勘察设计中，要投入大量的勘察工作，查明各种可能影响坝基抗滑稳定的地质因素，对大坝在各种工况条件下的抗滑稳定性进行验算，以确保大坝的稳定。坝基滑动破坏的模式大坝（主要是混凝土重力坝）挡水后，在库水压力等荷载组合作用下，产生向下游的水平推力大于由坝体自重等荷载组合形成的抗滑力时，坝体就将沿特定的滑移面向下游滑移而破坏。坝基滑移破坏主要有两种模式：!浅层滑移。大坝沿坝基混凝土和基岩接触面的滑移；一部分沿坝体混凝土和基岩接触面，一部分沿浅部的软弱结构面发生的滑移，也属于浅层滑移。"深层滑移。大坝沿坝基岩体中的缓倾角软弱夹层、构造断裂和其他软弱结构面发生的剪切破坏（图5:’）。大坝滑移破坏模式主要取决于坝基地质结构、岩体的强度和坝下游基岩面的切割、冲刷情况。其中软弱结构面的埋藏条件、产状、成因类型、厚度和延续性、物质组成和抗剪强度，与伴生结构面的相互切割和组合情况，以及尾岩的抗力条件是控制坝基抗滑稳定和滑动模式的重要因素。地质人员通过勘察必须提供准确的坝基岩体地质结构模型，作为坝基抗滑稳定分析的依据。图5:’坝基滑动破坏模式示意图（!）沿坝体与岩体结合面滑动；（"）沿坝体和浅层软弱面滑动；（#）沿岩体中的软弱面滑动坝基抗滑稳定计算和评价方法坝基抗滑稳定计算主要是核算大坝沿建基面的抗滑稳定性；当坝基岩体内存在潜在的滑动面时，则需同时核算大坝（包括潜在滑动面以上的岩体）沿潜在滑动面发生深层滑动的条件。坝基岩体稳定计算采用刚体极限平衡公式，即—)5;— 第二章坝址工程地质勘察将坝基岩体看作刚体，计算建基面或岩体中某一潜在滑动面上的总抗滑力和滑动力，求出总抗滑力和总滑动力的比值———抗滑稳定安全系数，即可判定坝基的抗滑稳定性。抗滑稳定安全系数计算有剪摩和纯摩两种表达式。前者在计算中取滑动面的抗剪断强度值，摩擦系数（!!），黏聚力（"!）；后者取抗剪（摩擦）强度值，摩擦系数（!），不考虑黏聚力（"）。两种方法采用不同的安全系数。对于抗滑稳定的安全判断，中国采用两种方法：一种是传统的单一安全系数，即是抗滑力和总滑动力的之比；另一种是电力行业标准"#$%&’—%(((《混凝土重力坝设计规范》，采用结构可靠度分项系数极限状态设计表达式。对于大坝深层抗滑稳定的核算应根据滑动面、临空面、尾岩抗力条件综合分析基本地质结构模型后，除用刚体极限平衡法计算外，地质条件复杂和规模大的工程还应辅以有限元法进行应力应变分析，有的还进行地质力学结构模型试验，验证大坝深层抗滑稳定的安全裕度和破坏形式。在深层抗滑稳定计算和模型试验成果的基础上综合评定大坝深层抗滑稳定性。关于岩基大坝的抗滑稳定计算及评价方法，参见岩基上水工建筑物抗滑稳定、岩基稳定分析和抗滑稳定安全系数等。坝基岩土体抗剪（断）指标的选取坝基抗滑稳定评价中岩土体的抗剪（断）强度指标，需通过现场和试验室试验确定。中国根据)*$&+’,—((《水利水电工程地质勘察规范》，大坝抗滑稳定计算岩土抗剪（断）强度取值方法是：当岩体呈脆性破坏时，取峰值强度进行统计；当岩体呈弹塑性或塑性破坏时，取屈服强度进行统计。当采用"#$%&’—%(((进行大坝抗滑稳定计算时，岩土体抗剪（断）指标的选取，应按该规范的规定执行。软弱夹层岩层中厚度相对较薄、力学强度较低的软弱层或带。软弱夹层中的泥化部分又称泥化夹层。软弱夹层由于其抗剪强度低，常构成影响坝基、边坡、地下洞室稳定及许多地质灾害形成的重要因素。因此，对软弱夹层的勘察研究是水利工程地质勘察的一项重要任务。在中国，随着大量的工程实践，对软弱夹层的研究，从理论到方法，都取得了长足的进展。软弱夹层通常具有以下特征：!厚度薄，单层厚度一般多为数厘米至十余厘米，有的仅数毫米。"多呈相互平行，延伸长度和宽度不一的多层状。#结构松散。$岩性、厚度、性状及延伸范围，常有很大的变化（相变）。%力学强度低，软弱夹层的结构、矿物成分和颗粒组成的不同，其抗剪强度有很大差别。以岩石碎块、碎屑为主的破碎夹层其摩擦系数较高；结构松散，黏粒含量大于-&.，并以蒙脱石矿物为主的泥化夹层，摩擦系数的屈服值仅为&/+&左右，乃至更低。软弱夹层通常分为原生夹层、构造夹层和次生夹层等-类。原生夹层又分为沉积型、喷发沉积型、浅变质软弱矿物富集型；构造夹层多为层间挤压错动形成的层间剪切带（012345672），是最主要的软弱夹层类型；次生夹层分为风化型、充填型。软弱夹层大多是各种地质作用的综合产物，成层分布的、性质相对软弱的地层，经构造作用而破碎，在水的作用下进一步风化和软化而形成（见图+8+）。由于岩性和地质作用的差异，同一夹层表现出不均一性和各向异性。在剖面上软弱夹层的物质常有一定的分带性，泥化带与碎屑—(+$— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测带可交替出现；在走向方向上夹层的性状可能发生很大变化，表现为时断时续。所以，软弱夹层空间分布的深入研究，直接关系夹层力学参数的选择和建筑物的稳定性评价和计算。分布在建筑物受力集中部位，产状平缓，延伸长，夹泥厚或遇水易崩解、泥化、软化的软弱夹层，对建筑物地基、边坡、地下洞室稳定有重要影响，是工程勘察中重点研究的对象。图!"#葛洲坝坝基$%&号软弱夹层剖面示意图#—泥化带；!—劈理带；$—节理带对软弱夹层的勘测研究要多手段综合进行。地质测绘时要详细划分出各类夹层，追索其延伸性，并研究软弱夹层的形成条件和展布规律。在覆盖地段需剥土、开挖连续探槽，以建立完整的地质剖面。布置钻孔和硐探、井探，以了解夹层深部的延伸和变化情况。钻探中可采用金刚石钻进、套钻钻进等方法，提高软弱夹层的岩芯采取率。采用定向取芯、孔内电视、摄影及测井等手段，了解其特性。硐探、井探追索软弱夹层的直观效果较好，并能在其中采样和进行现场力学试验。室内研究除进行夹层的物理力学性质试验、渗透破坏试验外，还应进行黏土矿物鉴定和化学分析。重要的夹层应进行现场力学试验和渗透破坏试验。坝基岩体变形坝基岩体在大坝和水荷载的作用下所产生的变形。坝基岩体变形的主要表现形式是地基沉降。岩石坝基的沉降量一般不大，如：美国丰塔纳（’()*+)+）重力坝，最大坝高#,-.，坝基为夹有页岩的石英岩，#/,!年建成，一年半后实测坝基沉降量为!0..，沉降扩展到坝下游&1&2.处；苏联布拉茨克（!3+456）重力坝，坝高#!7.，坝基为辉绿岩，#/-,年建成，#/--年实测坝基的最大沉降量为-!10..。中国桓仁混凝土单支墩大头坝，坝高7&10.，坝基为上侏罗系安山凝灰岩和安山凝灰集块岩，蓄水0年后测得沉降量&..；丹江口混凝土重力坝坝高/7.，坝基为辉绿岩，#/-7年建成蓄水，#/&0年测得沉降量71,..8#%..；隔河岩混凝土重力拱坝，坝高#0#.，坝基为寒武系下统石龙洞灰岩，#//$年建成，#//-年测得沉降量为!!170..。大坝坝基岩体变形，如果表现为相对均匀且在设计允许范围以内时，对大坝稳定影响不大；当沉降量超过设计允许值或产生较大的不均匀变形时，可能危及坝体的安全。坝基岩体变形的形式及大小与坝基应力大小、坝基岩体特性有关。由两种或两种以上不同刚度岩体组成的坝基中，坚硬岩体比相邻的软弱岩体要承受较大的荷载，将使坝体—/!-— 第二章坝址工程地质勘察混凝土产生剪应力，局部还可能出现拉应力。从顺河剖面看，当坝基为均一的坚硬岩体时，坝基中间偏下游部位的反力最大。当坝基上游为坚硬岩体、下游为软弱岩体时，将导致坝踵部出现拉应力和坝趾部压应力的增加；从横河剖面看，河床坝段坝高最大，坝基岩体应力最大；当两岸坝基岩体的刚度差别较大时，会导致两岸坝肩岩体变形不对称，特别是拱坝，会导致拱圈应力及荷载分配不对称，影响更为严重。总体而言，坝基应力大，岩体变形模量小的部位变形最大。在评价坝基岩体变形时，首先要查明坝基的地质条件，进行坝基岩体地质分类，然后选择代表性地点进行现场和室内岩体变形试验，最后结合岩体结构特点，分别给出各类岩体变形特性综合指标。地基中存在软弱岩体或大的地质缺陷，如高压缩性或膨胀性软弱岩层；深风化带，风化囊、槽，强卸荷带；断层破碎带或裂隙密集带；喀斯特洞穴等，均可能导致坝基岩体过大的或不均匀的变形，危及大坝安全，应进行工程处理，如对软弱岩体进行混凝土置换，固结灌浆或采用结构措施，以保证大坝安全。拱座稳定性评价研究拱坝两岸坝肩岩体的地质结构和力学特性，评价拱坝在不同荷载和绕坝渗流等组合作用下，两岸拱座岩体稳定性的工作。拱座岩体稳定性评价包括变形、抗滑和渗透稳定等方面。为获得拱座稳定性评价的定量指标，首先要查明两岸拱座的工程地质条件，主要有拱座岩体结构、岩体工程特性、岩体中各类结构面，特别是软弱层带的性质、产状和展布，河谷两岸岩体风化，卸荷带的深度，岩体渗透性及渗流场，地应力状态等。拱座抗滑稳定是指拱座岩体在荷载作用下，抵抗沿结构面发生的滑移的能力。影响拱座抗滑稳定的主要因素是岩体中的各类结构面及其组合条件，其中两类结构面对拱座抗滑稳定影响最大。!平缓的软弱结构面，如缓倾角裂隙，平缓层面等，易成为拱座岩体滑动的底滑面。"大致与岸坡平行或小角度与岸坡相交的各类陡倾角结构面，如走向与河谷边坡小角度相交的断层、裂隙、岩层层面，岩脉及河谷卸荷裂隙等，构成拱座岩体的侧滑面，尤以倾向河谷者更为不利。由侧滑面、底滑面、上游拉裂面及河岸临空面构成的拱座岩体是拱座抗滑稳定研究的基本模式，这一基本模式的!个边界常常不充分具备，或发育得并不完善，需要认真进行调查、统计，并通过计算分析，以确定其危害性。拱座岩体中如果存在横向或与拱推力大角度相交的软弱层带，如断层破碎带、软弱夹层、喀斯特洞穴、溶蚀风化夹泥层等，可起到横向临空面的作用。地质人员常采用赤平投影的方法，确定滑移块体的模式，进行初步的稳定性评价。拱座岩体滑移边界条件确定之后，要确定各类结构面的贯通情况（线、面连通率），给定岩体及各类结构面的力学参数，进行稳定性分析计算。对于高度大或地质条件复杂的拱坝，还需进行地质力学模型试验，以测定拱座的超载系数和变形破坏机理。拱座变形稳定指岩体在荷载作用下，产生不均匀变形或过大变形而影响拱座稳定。评价拱座岩体变形主要是考虑岩体（!"）与混凝土（!#）两者变形模量的关系，根据研究，!（!#$!"）!"时为刚性地基（!""#!$%&），拱座岩体的变形小，是良好的拱坝地基。"!!!!时为较刚性地基（!"’($%&)#!$%&），建拱坝无大的变形问题。!*!时，为软弱地基，修建拱坝变形问题较大。天然条件下拱座岩体一般都是不均匀的，如岩性和岩体完整程—,#+— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测度的差异，岩体中存在的喀斯特洞穴或喀斯特化程度的差异，大的软弱层带和断层破碎带等，会在岩体中形成变形模量差异较大的不同区段，导致岩体的不均匀变形，影响拱座稳定。两岸拱座岩体的变形模量相差过大，会导致两岸不协调变形；同一拱座不同高程的岩体，如果变形模量相差过大，也可产生不均匀变形，影响拱座稳定。渗透稳定指拱座岩体中抗渗性能差的软弱层带和裂隙中的充填物，在渗流作用下产生渗透变形，使渗流通道逐渐扩大，渗流量和渗压增加，也可使结构面和软弱层带的抗剪强度降低，对拱座稳定不利。同时，来自两岸山体或水库的渗透水流，会在岩体中形成巨大的外水压力，不仅推动岩体滑移，而且促使裂隙张开扩容，降低结构面的有效正应力，导致岩体失稳破坏。法国马尔帕塞（!"#$"%%&’）拱坝的失事和中国梅山连拱坝右坝肩的岩体变形，据研究均与渗透水压力的参与作用有关。在充分论证抗滑、变形和渗透稳定的基础上，对拱座稳定性进行综合评价。当稳定性在某个方面不能满足设计要求时，应对建筑物形式和布置进行调整或进行工程处理。岩体稳定可靠度岩体工程在规定的时间内和规定的稳定条件下完成预定功能的概率。规定的时间是指该工程设计基准期（使用期）；规定的稳定条件是指岩体工程从施工开始，直到完建以及运行使用期全过程的稳定性要求；预定功能一般是指确保岩体在施工和使用期内各阶段的安全性、适用性和耐久性（或总称为可靠性）。判断岩体工程是否完成预定功能常常取其极限状态来衡量，而极限状态通常用功能函数!("（#)，#*，⋯#$）(+描述（#%为独立的随机变量，如荷载效应和结构抗力性能等），!,+或!-+分别表示该工程的工作状态为可靠的或不可靠的。可靠性的量化表示一般用可靠度描述，其度量为可靠概率、失效概率和可靠度指标。岩体稳定性问题包括岩基、岩坡和围岩等考察体稳定分析的内容。对于岩基的稳定性，通常取可能滑动面上总抗滑力与总滑动力的比值为抗滑稳定安全系数，以此作为评判是否稳定安全的判据。建基面或岩基内具有不利缓倾角的软弱结构面等均是可能的浅层或深层的滑动面，必须对其进行稳定验算。对于岩坡或拱坝坝肩岩体的稳定性，其判据仍和岩基一样采用上述定义的单一抗滑稳定安全系数，其可能滑动面依赖于该工程地质勘察资料选定，那些具有外倾的岩层面或软弱结构面等均可能是危险的滑动面。对于地下洞室的围岩稳定性，其量化评判尚较困难，除了由软弱结构面切割而成的楔形体的局部稳定性可以采用类似上述单一的安全系数作出量化评判外，其他部位和整个洞室围岩的稳定性只能根据其变形、应力、塑性区和拉裂区范围等综合因素给出定性评价。研究表明，上述采用确定的单一安全系数作为稳定性评判依据的方法并不能正确评价岩体工程的安全性和可靠性。岩体是由内部结构面和结构体组成的复杂材料，除了具有不均匀性、各向异性、不连续和非线性等复杂特性外，其有关的几何、材料和力学参数均存在不同程度的不确定性。对此类不确定性问题套用固定的参数计算安全系数，其后果必会出现较大偏差，甚至背离实际。自)./0年弗罗伊登塔（12!234&56&7’8"#）提出用概率评价工程结构的安全度以来，可靠性理论开始被工程结构设计所引用，传统上按安全系数法的设计已逐渐被基于可靠性—.*9— 第二章坝址工程地质勘察理论的设计所取代，工程界愈来愈多地采用了计算参数为随机变量的概率设计法，从半经验概率法（水准!法）过渡到近似概率法（水准"法），并出现了全概率法（水准#法）。岩体工程中多采用水准"法。由于岩体的几何、物性组成极为复杂，且随时空的变异性很大，可靠性理论研究的关键和难点在于岩体参数的概率统计分析，诸如现场岩体自然变异性评价、岩体变形与剪切强度的估计，以及岩体力学参数的概率分布研究等。岩体稳定可靠度分析在工程中尚属研究探索阶段，例如将岩体裂隙视为变形介质，研究岩坡稳定可靠度；或采用块体理论（!"#$%&’(#)*）探讨隧洞围岩稳定可靠度问题。岩体可靠度分析计算方法包括：一次二阶矩验算点法、高阶矩法、随机有限元法和蒙特—卡罗（+#,&(—-.)"#）法等。坝基开挖挖除坝（或水闸）基础建基面以上的土或岩石的工程。分岩基和土基开挖。坝基的质量直接影响坝的稳定和安全，开挖后的坝基应具有足够的强度和整体性、均一性及抗渗性。大坝岩基开挖的要求（/）开挖深度要满足水工建筑物的结构要求，并按照岩石的风化程度，通过技术经济比较确定。（0）开挖轮廓要符合要求。重力坝一般要求基岩面比较平整，上下游高差不宜过大，并尽可能略向上游倾斜。由于地形、地质条件限制而倾向下游或高差过大时，宜挖成大台阶状。沿坝轴线方向，岸坡应尽量平缓，或开挖成具有一定宽度平台的台阶。拱坝地基岩面纵坡应和缓平顺，避免突变。拱座须与拱的推力方向垂直。支墩坝的地基开挖面应比较平整，并略向上游倾斜。若支墩之间高差过大，需使各支墩坐落在各自的平台上。土石坝的岸坡岩石应削成变化平缓的倾斜面。（1）软弱岩层的清除和表面处理。位于基岩浅层的断层破碎带和软弱夹层等一般均要开挖清除；对埋藏较深、规模较大、情况复杂的地质缺陷，需按设计和地质的要求进行专门处理；岩基表面影响基岩与混凝土结合的附着物，如方解石、氧化铁、钙质薄膜等，以及建筑基面受爆破振动的岩石，都必须清除；在外界介质作用下很快将风化崩解及冻裂的软弱地基、易产生卸荷裂隙及回弹的岩石建基面，应尽量缩短暴露时间。（2）对开挖界线以外保留的岩石不允许破坏其天然结构。开挖过程中，需防止因爆破振动影响而破坏基岩，如产生爆破裂缝或扩展原有的构造裂隙等。还需防止由于爆破振动影响而损害邻近的建筑物或已经完工的灌浆地段。在建筑物及新浇筑的混凝土附近进行爆破时，要根据被保护对象的质点振动速度允许值，控制爆破规模或采取防振措施。（3）爆破开挖需留足临近建基面的保护层。浇筑前开挖保护层时，要严格控制钻孔孔径、装药量和起爆方式。倾斜、垂直和水平的建基面，可沿设计开挖轮廓面进行控制爆破。倾斜和垂直的建基面，也可在完成松动爆破区的开挖后，再进行预留的保护层内的控制爆破。（4）廊道、截水墙的地基和齿槽等开挖，应先沿槽壁预裂或光面爆破，采取中小直径药卷分层下降爆破，对基础防渗、抗滑稳定起控制作用的沟槽，更需慎重确定爆破参数。—505— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测大坝土基开挖的要求（!）做好施工排水。将地表集水、雨水排至场外，防止外水流入基坑，开挖低于地下水位的基坑，要采用降低地下水位的措施。（"）坝基及坝头岸坡的树木、草皮、乱石、腐殖土等要全部清除。土坝坝体与岸坡要采用斜面连接，不允许出现台阶状或反坡。（#）坝基及岸坡清理后，不能立即回填部分，要预留保护层，临回填时再行清除。灵敏度较高及暴露后易于崩解软化的土，保护层要相应加厚。机械开挖基坑，可在基底高程上预留保护层，然后用人工清理。（$）难以挖除的软土、易液化的中细砂、湿陷性黄土、膨胀土等需根据设计要求进行处理。坝基开挖方式和方法坝基开挖方式应有利于施工安全、维护坝基岩体完整和边坡稳定性，有利于充分发挥施工机械的生产能力。坝基的石方开挖包括岸坡开挖、基坑开挖。一般从坝基轮廓线的岸坡开始，自上而下，分层下挖，直到河槽。岸坡开挖高度大，施工条件差，技术较复杂，但一般不受季节限制，多安排在施工前期或截流前完成。基坑开挖多在围堰的保护下施工，地形较平坦，施工较方便，但往往工期短、强度大。为了增加开挖工作面，解决施工时的基坑排水问题，常选择合适部位，先抽槽再分层向下扩挖。重力坝基开挖场地较宽阔，一般采用上下结合开挖，先挖除覆盖层，再挖岩石。低坝或闸基采用上下结合开挖或自上而下开挖。闸的土基一般采用全断面一次开挖。拱坝常位于河床狭窄部位，采用自上而下，先开挖两岸，后开挖基坑。坝基渗漏水库水体沿坝基和坝肩相对透水的岩（土）体向下游渗流而漏失水量的现象。未经防渗处理的坝基渗漏途径，土质坝基一般是：相对透水的土层、坝体与坝基土层的接触部位、土层与基岩的接触部位以及下伏基岩断层破碎带、裂隙密集带和岩溶洞隙等；岩质坝基一般是：基岩中透水岩层、古剥蚀面和不整合面、断层破碎带、裂隙密集带、溶蚀裂隙及喀斯特管道、坝体与基岩的接触带以及岩体风化卸荷带等。坝基的人为缺陷例如坝下涵、管、洞室的周边，也易构成渗漏通道。坝基一般都有渗漏现象，坝基渗漏可能带来的危害主要有：!大量漏水将影响水库效益。"土质坝基渗漏可能影响坝基土体的渗透稳定性，从而危及大坝安全。#岩质坝基渗漏影响坝基扬压力超过设计允许范围，从而危及建筑物稳定。$沿岩质坝基软弱结构面的渗漏可能降低结构面强度、危及工程安全。%因坝基坝肩渗漏，影响下游边坡或地下洞室围岩的稳定。&引起下游农田的浸没和盐渍化。因此，坝基渗漏应控制在允许渗量和不影响工程安全的范围内。对于土质坝基，主要控制渗透比降在不产生渗透破坏的允许范围内；对于岩质坝基，则主要控制坝基扬压力在设计允许范围内。此外还应考虑因长期渗漏可能引起地质条件的恶化从而危及工程安全和产生的次生环境地质问题。关于允许渗漏量没有统一的标准，在不危及工程安全的情况下，视其对水库经济效应的影响和处理的难易程度而定。—&#%— 第二章坝址工程地质勘察为查明坝基的渗漏条件，通常需进行下列水文地质勘察研究：在地质测绘的基础上进行坝基勘探。利用钻孔测定两岸地下水水位，进行钻孔压水试验、抽水试验或注水试验，以及土层的渗透变形试验，用以确定坝基含水（透水）层及相对隔水层的位置和分布，岩土层的渗透性参数，进行坝基（肩）水文地质分析和渗透计算，提出防渗处理建议。设置长期监测装置，监测水库运行期的坝基（肩）渗漏量、坝基扬压力、地下水水位以及水质的变化情况，分析研究坝基（肩）渗漏和渗透变形的发展趋势以及防渗工程措施的效果，发现问题及时处理。为减少或控制坝基渗漏，需对坝基岩（土）体进行防渗处理。有关坝基防渗的具体论述参见坝基防渗。坝基防渗为截断或减少坝基渗透水流，降低渗透水力坡降和扬压力，防止坝基产生渗流破坏而采取的工程措施。大坝的地基可分为岩石地基、砂砾地基和土基!大类，大坝的天然地基往往是上述!类中的一类或不同类的组合。一般混凝土坝（包括重力坝、拱坝等）建在岩石地基上；土坝、堆石坝（包括混凝土面板堆石坝）既可建在岩基上，也可建在砂砾地基或土基上。坝基防渗的目的通过工程措施，延长渗径、减少渗流量或截断水流。对混凝土坝主要是降低坝基扬压力和坝肩渗透外水压力；当地材料坝则主要是降低坝基渗流水力坡降和渗透流速，防止坝基渗透破坏。坝基防渗工程布置原则大坝与地基形成整体防渗系统，上堵下排，堵排结合，堵可以减少渗漏量和渗透比降，排可以降低扬压力。坝基防渗措施通常分为水平防渗和垂直防渗"大类。（#）水平防渗。常用铺盖，依靠铺设在坝体上游地基上且与坝体防渗体连成整体的不透水或弱透水铺盖，延长渗径，减少渗透流量。两侧与岸坡不透水层相连接或接至与正常蓄水位相当的地下水水位。采用水平防渗措施时，一般要在渗流出逸处配合设置反滤排渗措施，才能起到较好的渗流控制效果。（"）垂直防渗。从工程的基本特点出发可分为"大类：一类是维持地基的原位岩（土）体，通过工程措施降低其渗透性达到工程设计的要求标准，属于这一类的有灌浆帷幕、高压喷射灌浆和深层搅拌防渗墙等。另一类是通过工程措施将地基中原有的渗透性强的岩土体挖除，置换成人工抗渗材料，或者在透水岩（土）体中打入不透水的人工板桩。属于这一类的如截水齿墙（槽）、槽孔防渗墙，各种不透水板桩等。各种方法的特点如下：!灌浆帷幕。利用压力经钻孔注浆管向地基内灌入各种浆液（水泥浆、水泥黏土浆或各种化学浆液），充填地基空（裂）隙，形成一道止水帷幕，帷幕深度至相对不透水层内一定深度，以减少坝基和坝肩的渗漏。"高压喷射灌浆帷幕。在透水砂砾地基上，利用带有特殊喷嘴的注浆管，借助高压射流冲切透水土层，水泥浆液在射流作用下，在一定范围内扩散、充填、形成帷幕。#深层搅拌桩墙。通过特制的深层扰拌机械，在砂砾地基中强制扰拌土与固化剂。依靠它们之间产生的一系列物理、化学反应，形成具有一定防渗性能的桩墙。$截水墙（槽）。采用最广泛的一种置换防渗方法。先在透水地基上开挖梯形或矩形槽直达不—$!#— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测透水层表面、基岩面或不（弱）透水岩（土）体，然后在槽内回填不透水（黏性土、混凝土）或弱透水防渗料，形成截水墙（槽）。!防渗墙。利用开挖槽孔到达并深入岩基，然后灌筑防渗料（混凝土、塑性混凝土、自凝灰浆、固化灰浆、黏性土、级配砂砾料）以达到防渗目的，适用于各种不同的松散地层。"插入不透水板桩。在透水砂砾地基中，打入一排连锁板桩（钢板桩、木板桩或钢筋混凝土板桩）形成一道不透水的板桩墙。#板桩灌注墙。将工字形钢板桩打入地基后，在进行拔桩的同时，灌注浆液充填拔桩形成的空隙及附近的砂砾空隙，依靠挤密、填充及置换作用达到防渗目的。坝基防渗措施的选用主要决定于坝型和坝基地质条件。如土坝、心（斜）墙堆石坝等当地材料坝，当地基透水性不大，或地基透水层厚度很大，很难实施垂直防渗，以及对减少渗流量要求较低时，可采用水平铺盖防渗；而当地层渗透性强、渗透稳定性较差，采用铺盖和排水减压措施仍不能保证大坝和地基渗透稳定时，或当地基岩土体水平层次显著，有强水平透水带等情况时，则应尽可能采用垂直防渗。对位于兴建在岩基上的混凝土坝，坝基和坝肩防渗一般采用灌浆帷幕，但对于裂隙发育，渗透性大灌浆难度很大的地（区）段，也可在关键性地段开挖混凝土截水墙（槽）。在喀斯特地区当灌浆帷幕穿越喀斯特洞穴或喀斯特管道、地下暗河时，应在帷幕灌浆前先行封堵喀斯特洞穴和管道。地形地质条件合适的地区，也可采用水平铺盖；对于拱坝由于坝底较薄，岸坡较陡，易产生渗流破坏和岸坡失稳，所以对防渗的要求比重力坝更为严格。不论何种坝型和何种地质结构，对顺河分布的强透水岩土体和强透水带，必须仔细作好防渗工程设计及施工；在多泥沙河流上建坝，坝上游淤积可形成天然铺盖，经论证其厚度和渗透性能确保防渗作用时，也可考虑其防渗效果，但要考虑泥沙淤积有一个时间过程。坝基排水参见岩基排水。岩基排水为减少岩基上水工建筑物底面的扬压力或地基及岸坡岩体的渗透压力，排除渗水，增加稳定安全而设置的导排渗水设施。岩基排水通常与防渗帷幕配合使用。设置排水是降低扬压力、提高建筑物及岩基稳定性的最通用和最有效的措施。对岸坡岩体，岩基排水也可起到显著的降低渗透压力、提高岸坡稳定性的作用。岩基排水需要形成良好的排水系统，包括岩基渗水的导引、汇集和排出。对透水性强和有集中渗漏通道的岩基，首先要进行防渗处理予以拦截，以减少渗透水量和渗透比降，然后再在适宜位置设置排水系统。水工建筑物的岩基排水（包括坝基排水）有排水孔幕、基面排水和浅孔排水!种型式。排水孔幕是最常用的岩基排水形式，一般设置在灌浆帷幕下游侧，常做成铅直或微倾，并与廊道相连通，排除岩体内的渗水，降低坝底的扬压力。尾水位较高的坝，也可在主排水孔幕下游坝基面上设置有纵、横廊道和排水孔组成的排水系统，采用抽排措施，进一步降—#!"— 第二章坝址工程地质勘察低坝基扬压力。当尾水位历时较长，宜在坝趾增设一道防渗帷幕。布置在坝底岩基表面上的基面排水，采用排水沟（管）、砂石排水垫层、排水井、排水廊道、排水平硐等设施，将渗水导引至专门设置的排水沟或排水管，自流排至下游。当下游水位较高时，可将渗水汇集到集水井坑，用水泵抽排至下游。对岩基内的水平裂隙承压水，常采用浅孔排水。有时还可采取强迫排水措施来降低扬压力。对于坝肩及岸坡，多采用水平洞，并结合放射状的排水孔或铅直排水孔幕，排除岩体内的渗水。所有排水设施，必须在附近地段的灌浆工作结束后才能施工，以免串浆堵塞导致排水失效。排水设计中需注意岩基的抗渗稳定性，防止因渗流比降增大对软弱松散颗粒产生冲刷。对有软弱结构面的地段，排水设施应采取反滤保护措施。设计时还需考虑排水系统经常性的运行管理、维护检修以及进行补救的相应措施，尽可能使排水可靠而有效。当坝址库水或地下水具有侵蚀性，而基岩中可溶盐的含量又较高时，采用排水措施后将加速基岩中的地下水活动，更易使基岩中的盐类溶解。对于这种情况，应尽量避免采用抽排措施。坝基（防渗线路）渗透剖面图依一定比例尺和图例，综合反映坝基（防渗线路）垂直剖面上各种岩（土）体渗透特性的图件。坝基渗透剖面图是评价坝基岩（土）体渗透性、渗透稳定性，计算坝基与绕坝渗漏量和确定防渗处理方案的主要图件。通常沿混凝土坝坝轴线、土石坝防渗体布置线、混凝土面板堆石坝趾板线及两岸相关的防渗方案线路绘制；绘制方向为面向下游从左向右。剖面长度根据需要确定，常结合溢洪道、地下建筑物的防渗需要综合考虑。绘图比例尺根据勘察阶段和实际需要确定，一般与坝轴线工程地质剖面图相同。剖面纵、横比例尺应尽量一致，当剖面过长，相同比例尺绘制有困难时，可采用变态比例尺，但纵横比例尺之差不得大于!倍。坝基（防渗线路）渗透剖面图所表示的内容除地层岩性、地质构造、风化卸荷界线等工程地质条件外，主要应突出反映岩（土）体的渗透性指标（透水率或渗透系数）；强透水层和相对隔水层的分布；强岩溶发育带和暗河通道的位置；地下水类型及岩（土）体透水性分带等，必要时应表明地下水的补、排关系和水化学成分。应标明潜水位、承压含水层顶板及稳定水位、河水位（注明观测日期）、正常蓄水位线，以及建筑物轮廓线、勘探点、取样点和剖面方向等。有条件时，应用特殊符号表示可能产生的管涌、液化及涌水等现象的位置。当坝基水文地质条件简单时，坝基（防渗线路）渗透剖面图亦可与坝基工程地质剖面图合并为一个图件。喀斯特地基处理在喀斯特发育的碳酸盐类岩石地区修建水工建筑物时，为防止渗漏和保证地基稳定安全，对岩石溶蚀形成的地质缺陷进行处理的工程措施，又称岩溶地基处理。可溶性碳酸盐类岩石，在有侵蚀性的地下水作用下，容易形成溶槽、漏斗、竖井、溶洞和暗河等各种形态的喀斯特缺陷。在荷载作用下，可能产生较大的变形，甚至发生塌陷，危及建筑物安全；在水压力作用下，沿喀斯特通道可能发生严重渗漏，在坝基下可能产生—#""— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测机械或化学管涌，甚至导致建筑物及基岩失稳；喀斯特漏水和涌水还危及地下洞室稳定和施工安全。因此，必须对喀斯特缺陷进行处理。在研究处理措施之前，须围绕喀斯特发育和喀斯特水文地质条件进行认真的地质勘探工作，查明喀斯特发育类型、规模、深度、主要喀斯特洞和喀斯特通道的分布位置、连通和充填情况、喀斯特地下水活动规律及其补排关系、渗漏形式、主要通道及渗漏量等。防渗处理主要有灌浆、堵塞、阻截、设置铺盖或隔离、导排等措施。由于喀斯特发育程度和深度难以查明，某些喀斯特渗漏有随蓄水时间而发展的趋势，因此，防渗处理往往须分期实施。第一期一般应在水库蓄水前完成；第二期在蓄水后，视渗漏的具体情况再决定。水库运行若干年后，根据运行观测成果进行必要的防渗补强处理。（!）灌浆。通过钻孔向喀斯特缺陷灌注水泥浆、水泥黏土浆或水泥砂浆，形成灌浆帷幕，充填岩体中的溶蚀空洞及渗透通道，提高防渗能力。中国在喀斯特地区兴建的乌江渡水电站，采用高压灌浆处理喀斯特缺陷，取得良好的防渗效果（参见喀斯特灌浆）。（"）堵塞。对建基面上出露的集中的或大型洞穴，将松散充填物和洞壁风化破碎岩块清除干净，用级配料、浆砌块石或混凝土封堵，洞口表面及附近喷射水泥砂浆。在堵体中设排气排水装置，以免蓄水后地下水位猛涨时，洞中封存的空气被压缩，形成巨大的气压、水压，顶穿堵体或附近软弱物质充填的喀斯特缺陷、断层和裂隙，使堵体防渗失效。（#）阻截。对于引起集中渗漏的喀斯特暗河、管道、沿断裂构造发育地带形成的比较狭长的溶蚀空洞，可顺渗漏通道开挖，回填混凝土，形成防渗截水墙，封闭喀斯特集中渗漏通道。（$）铺盖。多用于处理在平面上分散的溶蚀裂隙。河床库底的大面积渗漏常用黏土、塑料薄膜、复合土工膜形成防渗铺盖，两岸坝肩的斜坡地段多采用喷射砂浆或混凝土铺盖。存在的集中渗漏洞穴应先堵后铺。铺盖的上游及两岸边界需与隔水岩层相连接。否则，铺盖需向上游或两岸延伸较长的距离，使绕经铺盖的渗流坡降和渗透流量均不超过设计容许值。（%）隔离。若水库浅水地段有范围不大，而又较为集中的喀斯特渗漏区，可利用适当的地形条件，修筑隔水堤坝或围井，将其与水库隔离，避免库水渗漏。（&）导排。将建筑物基础下及其周围基岩内的喀斯特承压地下水或泉水，通过有反滤设施的减压井和导管，经排水沟或排水廊道导引排泄至建筑物范围以外，以降低扬压力，增加建筑物及基岩的稳定性。水工建筑物基岩内喀斯特的防渗处理，一般以灌浆为主，辅以堵、截等措施；对库区的喀斯特集中渗漏，多用堵、截或隔离的措施；对分散的大面积溶蚀裂隙性渗漏，可采用水下抛黏土、人工填筑黏土或利用水库天然落淤等形成防渗铺盖的措施。加固处理主要有开挖、回填混凝土和固结灌浆等措施。（!）开挖。对建基面上出露的或埋藏不深的各类喀斯特缺陷，可将松软充填物质和风化破碎岩石块全部挖除，清洗干净后回填混凝土，规模大的还需进行接触灌浆。（"）回填混凝土。喀斯特缺陷埋藏较深，但仍处于影响建筑物稳定的应力、变形的范围之内，采取明挖又很困难或工程量很大时，可开挖竖井、平硐、斜井或钻大口径孔至喀斯特洞穴，清除松软充填物及风化破碎岩块后，灌注混凝土，再进行固结灌浆或接触灌浆。—’#$— 第二章坝址工程地质勘察当喀斯特洞内有地下水流动时，可先填入砂石骨料再进行灌浆。（!）固结灌浆。埋藏较深的溶蚀裂隙，可采用深孔水泥固结灌浆。当裂隙中充填有细砂或黏土物质时，需采用高压风、水冲洗和重复高压灌浆，以提高固结灌浆效果。岩溶地基处理见喀斯特地基处理。坝基地质缺陷处理为改善坝基岩（土）体的工程特性，满足建筑物设计要求，对坝基及其影响范围内存在影响建筑物安全的地质缺陷采取的工程措施。常见的坝基地质缺陷有断层破碎带、裂隙密集带、层间剪切带、风化卸荷带及其他软弱（岩）带，岩溶洞穴，液化砂土层，软土层等。地质缺陷对坝基和上部建筑物的影响（"）坝基产生局部或整体剪切破坏。（#）坝基的沉陷量过大或不均匀沉陷，造成建筑物严重变形或破坏。（!）坝基岩（土）体的渗漏量或水力坡降超过容许值，导致水库水大量漏失，扬压力超标或坝基出现管涌与流土等渗透破坏，危及坝基和建筑物安全。（$）坝基范围内饱和砂性土层因振动（机械振动、地震等）产生液化、震陷；软土地基的过大或不均匀沉陷，导致上部建筑物变形破坏。处理目的（"）提高坝基岩土体的完整性，改善岩（土）体的整体性能。（#）提高坝基岩（土）体的承载能力和抗剪强度（刚度）。（!）减小岩（土）体的渗透性，控制渗流量和降低坝基扬压力。处理方法的选择要适应地质条件，针对缺陷的类型和特点，因地制宜。常用的处理方法有以下几类（喀斯特洞穴处理参见喀斯特地基处理）：（"）挖除法。对位于地表浅部或埋藏不深的全强风化带、强卸荷带、浅埋的软弱夹层（或地层）等地质缺陷，一般是将其全部或部分挖除。（#）应力转移法。当软弱带物质性状很差，且宽度较大时，可采用跨越地质缺陷修建混凝土拱、梁、桩、塞、板等支承结构物，使上部建筑物荷载传递转移至底部或两侧强度较高的岩（土）层上。（!）施力加固法。通过预应力锚索（杆）等方法对岩（土）体施加外力，提高岩（土）体抗变形和抗位移的能力，改善岩（土）体应力状态。（$）局部置换或加筋法。对不能满足建筑物安全要求的地质缺陷，局部挖除并置换以强度较高的材料，形成键、柱、梁，或在岩土层中加入、预埋强度较大的拉筋、拉杆、土工聚合物，或设置各类桩、柱等措施，提高坝基岩土体的承载能力和抗剪强度。（%）质地改良法。在软弱岩（土）体中掺入水泥、水泥砂浆或化学材料，以提高岩（土）体的整体强度和防渗性能。（&）截排水法。采用排水孔、集水井、排水廊道等措施，使岩（土）体中的地下水排出；—’!%— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测或采用灌浆等措施形成截水墙或防渗帷幕，截断渗透水流或延长渗径，降低地下水对建筑物的渗透压力。（!）固结法。对于某些特殊土层，通过预压排水固结，提高土体的强度和承载力。典型地质缺陷的处理方法软弱（岩）带处理软弱（岩）带泛指在坝基中存在的相对于主要建基岩体其性状差，强度低，不能满足建筑物设计要求的地质体，如断层破碎带，层间剪切带，泥化、破碎软弱夹层，风化夹层或风化卸荷带，软弱矿物富集带，节理、裂隙密集带，软弱岩脉，蚀变带，古风化沉积间断面等，这些都是坝基最常见的地质缺陷。对软弱（岩）带的处理，要根据其埋深、产状、厚度、充填物的物理化学性质及力学强度，结合工程的具体情况，采用不同的处理原则和方法。通常对中倾和陡倾软弱带的处理与对缓倾软弱带（倾角一般小于"#$）的处理，在方法和原则上常有较大的不同，应分别对待。（%）陡倾角软弱（岩）带处理。!对宽度不大的陡倾角软弱（岩）带，常采用槽挖方法将其挖除，回填混凝土，形成混凝土塞。对混凝土坝或砌石坝开挖深度一般为软弱（岩）带宽度的%倍&%’(倍；置于岩基上的土坝或心墙，对岩基中存在的软弱（岩）带，为防止渗流淘刷坝身填土，可在清除一定深度的软弱（岩）带后回填混凝土或黏土，形成阻水盖板。"当软弱（岩）带物质性状差，且宽度较大时，可通过计算，结合软弱（岩）带出露的部位、性状和产状，采用混凝土拱、梁等结构物，使上部荷载传递至两侧较完整的岩体上。#当高倾角软弱（岩）带位于坝肩，特别是拱坝坝肩时，需研究其对建筑物危害的性质（抗滑稳定的侧向切割面，引起过大的或不均匀的变形，危及坝肩边坡稳定等），可采用混凝土传力墙、混凝土塞、预应力锚固等方法进行处理。$当坝基裂隙带密集发育时，可适当挖除，浇注混凝土垫板，或采用固结灌浆加固。（)）缓倾角软弱（岩）带处理。!对于浅埋的缓倾软弱（岩）带，一般采用开挖清除回填混凝土；对埋藏较深、厚度较大的缓倾角软弱（岩）带，全部挖除工作量过大，且上盘岩体尚坚硬完整时，可利用平硐或竖井开挖清除软弱（岩）带，回填混凝土或钢筋混凝土；或沿软弱（岩）带局部掏挖，形成条状、格状的（钢筋）混凝土承载梁，抗剪键或承重阻滑键。"高压喷射清除软弱（岩）带的软弱物质并回填混凝土或搅拌灌注水泥浆、砂浆或化学灌浆，提高软弱（岩）带的强度和抗渗性。#穿过软弱（岩）带施行预应力锚固，锚固可在水库运行的情况下施工，适合于已建工程和有多层软弱夹层的地基加固处理。（"）防渗处理。对延伸至水库区的软弱（岩）带，在水库水压力作用下，容易形成上、下游连通的渗透通道，产生渗漏，导致扬压力增大或产生渗透破坏。其处理措施一般采用水泥或化学灌浆进行封堵，必要时沿软弱（岩）带开挖竖井或平硐，清除软弱物质，回填混凝土，形成混凝土防渗墙。淤泥质软土处理淤泥质软土包括淤泥质土、泥炭以及其他天然含水量高，抗剪强度及承载力低，压缩性大的土层。这类土层在上部建筑物荷载作用下，易产生高压缩变形、侧向膨胀、滑移或挤出，影响建筑物稳定。常用的处理方法：!开挖清除。"排水固结。#抛石挤淤。$控制加荷速率，使其缓慢排水固结。%扩大建筑物基础。&预留沉陷量。’在地基的适当位置修建压载平台，—+"*— 第二章坝址工程地质勘察防止软土挤出。可液化土层处理可液化土层系指饱和砂性土在动力作用（包括地震）下，孔隙压力上升，抗剪强度（或剪切刚度）降低并趋于消失的土层。土层的液化可使坝基沉陷、喷水冒砂、丧失承载能力或滑移失稳，危及上部建筑物安全。可液化土层常用的处理方法：!将可液化土层开挖清除。"掺入其他非液化材料，改善液化土层的性质。#振冲挤密或分层振动压实。$增加可液化土层上覆非液化土层盖层的厚度。%穿过可液化土层设置砂桩或灰土桩，或设置砂井。基坑涌水当基坑开挖至地下水水位以下时，地层中的水流向基坑的现象。基坑涌水常常影响工程施工，当水力坡降较大且地质条件较差时，还可能因潜蚀、流砂、管涌等而影响基坑边坡或堰体的稳定和破坏建基面，甚至造成人身伤亡、经济损失和影响施工。基坑涌水量取决于地层的含（透）水特性，地下水的补给条件及基坑在地下水水位以下的深度等。一般来说，地层渗透性强，有稳定的补给源，地下水水位或补给水源的水位较高且基坑开挖较深时，则涌水量大。基坑涌水量的计算常用工程经验类比法和水文地质计算法。规模不大的建筑基坑较常用的计算方法是大井法，该法是将基坑简化成一个与之等效的大井，然后用钻孔涌水量计算公式计算基坑涌水量，计算时要用大井的引用半径和引用影响半径；对于大坝基坑，用剖面法计算不同地质结构地段的涌水量，汇总求得。工程实践中，为解决基坑涌水问题，通常都采用明沟排水或井点抽水的方法降低地下水水位，以保证工程正常施工和基坑边坡和底板的稳定，对重要的基坑，也可采用防渗帷幕或设置防渗墙。明沟排水法是在基坑内设置排水沟和集水井，用抽水设备将基坑涌水排走，有时还与截渗措施结合使用。井点降水是在基坑开挖前利用井孔在基坑周围同时抽水，把地下水水位降低到基坑底面以下，防渗帷幕或防渗墙已愈来愈普遍地用在防治基坑涌水工程中，具有可靠的防渗效果。—#"!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第三章边坡工程地质勘察对与工程建设有关的山体斜坡所进行的地质勘察、试验以及分析评价工作。勘察的目的是查明建筑物区和水库区对工程和环境可能带来不利影响的边坡的工程、水文地质条件，对边坡的稳定性进行评价和预测，对边坡失稳后可能带来的危害进行评估，并对边坡加固处理设计提出地质建议。边坡工程地质勘察应按有关工程地质勘察规范逐步深入进行。在工程勘察工作的初期，通过地质调查和地质测绘，初步了解边坡的一般地质特征，对其可能的变形方式进行工程地质分类，发现问题所在，定性评价边坡的稳定性，并提出边坡专门性地质勘察的任务和方法。专门性的边坡工程地质勘察则应针对边坡的具体部位和具体问题进行，通过补充勘探、试验、分析和计算工作，对边坡的稳定性作出定量评价，并就边坡的加固处理提出地质建议。边坡工程地质勘察采取综合手段进行。勘察工作之初应广泛收集各种地形、地质、水文、气象、地震等资料以及各种航空、航天遥感资料；地质测绘的比例尺根据勘察阶段和边坡地质条件的复杂程度不同而定，最大可选用!"#$$，并应多进行剖面测绘。勘探工作则应根据条件因地制宜布置和选用，在条件复杂的边坡尤其是滑坡勘察中，硐探是一种有效的研究手段。对边坡稳定性评价和计算有代表性的岩（土）体，应利用勘探坑孔和地表露头，取样进行物理力学性质试验，必要时应进行现场试验。在上述工作的基础上对边坡的稳定性进行分析、计算和评价。近十几年来，在边坡工程地质勘察中，新技术、新方法正在逐步被采用。例如，利用不同时段的航空和航天遥感图像处理，了解边坡的动态变形；利用快速摄影成图技术对工程开挖边坡进行测绘素描；利用地震法层析成像技术探查边坡岩体的异常带；利用%&固相冲洗液和%’系列金刚石钻具采取滑坡滑带软弱破碎物质等。为研究边坡变形破坏机制和应力变化，估计边坡破坏可能产生的危害，必要时还进行物理模型试验，包括重力场块体模型试验、底面摩擦试验、离心模型、光弹模型、结构破坏模型、整体地质力学模型，以及涌浪模型试验等。此外，为掌握边坡的变形规律，预测边坡长期变形趋势，了解施工开挖爆破和运行期工程荷载对边坡变形的影响，还应适时对边坡进行变形监测。对工程影响较大的重要边坡，应自施工前开始直至工程运行期进行长期监测。通过边坡工程地质勘察最终要对边坡的稳定性进行分析评价。初期的定性评价主要依据勘察资料，采用历史分析法或工程地质类比法、综合评分法及专家系统等进行定性评价，也可根据各种因素对边坡进行工程地质分类，按分类特征进行稳定性评价。经专门性勘察的边坡，可采用多种方法分析计算评价边坡的稳定性。这些方法可分为两类：极限平衡分析法和应力应变分析法（参见岩质边坡稳定性评价），通过分析了解边坡的应力分布—*)(— 第三章边坡工程地质勘察特征和影响边坡稳定的敏感因素，优化边坡的处理方案。若水库蓄水可能引起库岸滑坡，则应进行滑坡不同距离处涌浪高度的计算，以评估可能对工程和环境的危害。土坡稳定性天然的、人工填筑或开挖的土坡抵抗滑坡的能力。滑坡指土坡的一部分沿着滑动面向下和向外滑动，在坡趾附近堆积或隆起。滑坡常见于天然山坡、河岸、渠道边坡、路堑和堤坝等。滑坡的主要类型有沿着曲面的旋转式滑动和沿着平面的平移滑动两大类。土坡中滑动面的形状决定于土坡的断面构造和土的性质。在黏性土土坡中，往往沿着圆弧面或曲面发生旋转式滑动；在无黏性土土坡中，则沿着平面发生平移滑动。在不同土类组成的土坡中，则可能发生弧形与平面结合的复式滑动。滑坡滑动初期慢，继而加快，最后又变慢直至稳定。滑动时沿着一明显滑动面发生剪切破坏。它不同于蠕动，蠕动是土坡的表面土层以比较均匀的速度非常缓慢地向坡下移动，不出现明显的滑动面。现有的计算土坡稳定性的方法只适用于剪切破坏，不适用于蠕动。工程上采用安全系数来评价或表示土坡的稳定性。安全系数就是潜在滑动面上的抗剪力与剪应力之比。因此，稳定分析工作需确定土体在静力或动力作用下土体的抗剪强度，并进行力学计算以确定土体中或滑动面上的剪应力。!"#作用在条块上的力土坡稳定计算工程上常用的计算土坡稳定性和安全系数的方法是条分法，它属于极限平衡法。其主要步骤是，先假定一个滑动面，然后把滑动土体分成若干垂直条块，通过作用在条块上的力的平衡，来评价整个土坡的稳定性。针对许多假定的滑动面，重复进行核算，找到其中最小的安全系数，作为最终的安全系数。条分法由瑞典$%&%彼得森于#’#(年首先提出，后来逐步改进，适用于任何形状的滑动面。作用在某一条块上的力如图所示，其中的已知项有：条块重量（!），条块宽度（"），条块底面的坡角（!），条块底面的长度（#），#)"*+,-!，孔隙水压力（$）和作用在条块底面的孔隙水压力总和（%），%)$#，抗剪强度指标（&’，）。未知项有：条块侧面的法向力（(），条块侧面切向力（)），安全系".数（*），作用在条块底面的剪力（+）或有效力（,’）。由于未知量多于建立的平衡方程数，因此，求解的问题属于静不定问题，必须人为地作出若干假定，才能算出安全系数。—’!’— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测早期广泛采用的瑞典圆弧法，适用于圆弧形滑动面。该法假定条块之间的作用力为零，或假定作用于条块侧面的合力平行于条块底面，相应的安全系数表达式为!!!［"#$"#$%!（&%’()!*&$）］（,*-）!%)+%!式（,*-）往往给出过于偏小的安全系数值，孔隙水压力愈大，其误差愈大。从./世纪0/年代初期以来，圆弧滑动的简化毕肖普法应用越来越广。该法假定条块之间作用力的合力为水平向，相应的安全系数表达式为(’()!"#$%"#)+%!)!［"#’"（%*&’）#$%"#］1!!!（,*.）!%)+%!式（,*.）的等号两侧都有!，需迭代数次才能算出!值。在条分法中，以2343摩根斯顿和5363普赖斯法最为严格，它能适用于任何形状的滑动面，算得的安全系数值与简化毕肖普法的结果很接近。对于受地震作用的土坡，一般在条块的重心施加一个水平方向的惯性力，来代表不同烈度的地震影响，并采用总强度指标（""&、""&）算得土坡在地震作用下的安全系数，这种分析方法称为拟静力法。此法在理论上不严格，但简单易行，在中小工程中应用较广。对重要工程应进行动力分析。土坡动力分析的基本步骤是：算出地震前土坡内的应力；根据土的动剪切模量和阻尼，算出土坡在给定的地震作用下引起的附加动应力；在试验室令试样先在地震前的静应力下固结，然后在不排水条件下在试样上施加周期性附加动应力，量测试样的变形和孔隙水压力，注意它是否液化。根据土坡内各点在地震期引起的变形，算出整个土坡的变形。根据土坡的变形以及液化区的位置和大小判定土坡的动力稳定性。土坡稳定分析的可靠性现行的土坡稳定分析方法是在数十年的实际应用中不断得到改进而形成的，基本上能满足实用需要。但是它的可靠性在一定程度上还决定于工程师的技巧和经验，特别是确定土体抗剪强度的技巧和经验，因为这是最难精确确定而且对计算结果影响最大的因素。与静力稳定分析相比，土坡动力分析方法的可靠性比较低。实践证明，对于开裂硬黏土或高灵敏黏土等特殊土的土坡来说，现行分析方法的可靠性明显降低。即使是均匀的正常黏性土土坡，现行分析方法算出的最危险滑动面位置，往往与实际出现的滑动面位置不一致。为了补充其不足，往往借助土工原型观测及时发现失稳的可能，必要时采取相应工程措施。岩质边坡稳定性评价研究岩质边坡的稳定条件，对边坡岩体抵抗变形和破坏的能力与可靠性作出评价。边坡在其形成过程中，由于侧向卸荷作用，使坡体内的应力重分布，在坡面附近，最大主应力方向发生偏转，并产生水平张应力和剪应力；坡脚形成明显的压应力和剪应力集中区；而在边坡顶的某些部位则出现拉应力区。这种变化使得坡体原始应力平衡状态遭到破坏，一旦调整后的应力状态超过岩体或结构面的强度时，将导致边坡失稳。水利水电工程建设中，人工开挖活动、库水位的涨落变化等，进一步促使边坡应力条件恶化，加大边坡失稳破坏的可能性，严重的还可造成灾害性事故。边坡破坏的类型和影响因素边坡的破坏一般有：蠕动、倾倒、滑坡和崩塌等多种类—87/— 第三章边坡工程地质勘察型，边坡破坏主要受边坡地质结构的影响，其他因素如地下水、河流冲刷、人工开挖或加载等也是边坡破坏常见的影响因素。边坡失稳的类型与岩体结构关系密切。块状结构岩体边坡的破坏形式多为不同结构面组合的楔体滑动。当与边坡走向近平行的结构面发育时，根据结构面的倾向、倾角的不同，亦可产生平面滑移或倾倒破坏。层状顺向结构的边坡，岩体中的结构面在边坡的不同部位存在时，可构成底滑面、侧滑面、后缘切割面、滑体内的横向和斜向切割面，可以构成平面滑动、楔体滑动、溃屈、箱形滑动、拉裂解体滑动和旋转解体滑动，并可以形成规模很大的顺层滑坡。反向结构边坡，岩层倾角小于!"#的陡坡，稳定条件一般较好，但也可由节理裂隙及软弱层面结合形成局部崩落、塌滑或楔体滑移；中陡倾角反向坡，主要表现为弯曲（倾倒）———拉裂破坏或受软弱层控制的拉裂崩塌、塌滑型破坏；层状斜向结构边坡，当坡面倾向与层面倾向夹角小于$"#时，仍以滑动破坏为主（约%"&），且多为层面与其他结构面组合的楔体破坏。散体、碎裂结构的边坡，以弧面、平面滑动破坏的滑坡为主。碎裂结构岩体的边坡稳定性常受顺坡向结构面的控制。除岩体结构外，影响边坡稳定的因素尚有坡形与坡高、连续暴雨和水工建筑物绕渗引起的地下水水位和裂隙水压力的升高、河（湖、水库）水位的升降，河流或水库激浪对坡脚的淘刷作用，地震力、地应力，施工时不恰当的爆破、卸荷（削坡）、加载（堆渣、在坡体上修建筑物）和排放弃水等自然和人为因素，都可能引起边坡荷载和岩（土）体强度发生变化而导致边坡的破坏。边坡稳定性评价的方法和程序!查明研究地段的地质条件。"根据边坡的地貌形态、地层岩性、地质构造、水文地质条件和地区物理地质作用类型和强度，初步判定所研究边坡的稳定性、可能的破坏模式、不稳定坡体的分布范围、控制因素等。#分析岩体结构和各种结构面的产状、展布情况，构造岩、软弱夹层和结构面填充物的性质，借助赤平极射投影等方法确定可能导致边坡破坏的滑裂面、切割面和滑体的地质结构，建立边坡的地质结构模型。$进行岩石力学性质室内和原位试验、地应力测试等，确定岩石或结构面的抗剪强度计算参数和边坡岩体的地应力情况。%建立数学模型，进行边坡稳定性计算，确定边坡稳定安全系数。&对重要的大型边坡，可进行地质力学模型和离心机模型等试验，验证计算结果。’建立边坡岩体变形、位移和相关因素（如大气降水、地下水水位、裂隙水压力和地应力等）的长期观测网，根据边坡变形和相关因素的动态变化，结合宏观变形迹象的形式与发展情况，预测边坡的稳定性。边坡稳定性计算在地质分析的基础上，对潜在的不稳定边坡作定量分析，通常采用刚体极限平衡计算滑体的下滑力、抗滑力和稳定安全系数。根据潜在滑动面的情况，又有圆弧型、直线型、折线型、双滑面与多滑面楔体型等模式。非线性数值分析方法在边坡稳定性分析评价中也愈来愈广泛采用，包括各种本构模型条件下的二维、三维有限元法、离散元法、边界元法等；另外由中国水利水电科学研究院和中南、昆明、西北、贵阳等水利水电设计院共同研究推出的“岩质高边坡稳定分析方法和软件系统”也已成功地应用于工程实际。近几年来，高边坡稳定性数值分析的方法和相应的计算软件又有了很大的发展。根据边坡稳定评价和分析计算成果，对稳定性差的边坡，需要结合工程的特点，采取合理的施工方法和加固治理措施，以确保边坡的安全。—)(’— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测边坡加固与处理为防止天然或人工边坡失稳破坏，提高边坡保持稳定能力所采取的工程或非工程措施。边坡的处理与加固，通常是针对那些不稳定或潜在不稳定，可能危及人们生命财产安全，公共设施的正常运用，威胁各类工程建设安全及可能酿成重大灾害的天然和人工边坡。边坡处理一般在对边坡稳定性进行定性及定量分析的基础上进行。针对边坡的破坏类型、影响边坡稳定的主要因素及边坡自身的稳定程度，不同边坡的处理措施各不相同。大多数边坡都采用多种措施进行综合治理。边坡处理措施在达到边坡处理目标的前提下，应同时满足投资省、可靠性高、实施难度小、便于维护、与周边环境相协调等要求。视边坡的重要性，通常只要求治理后的边坡达到一定的稳定程度。边坡加固和处理的基本原则是减少边坡岩（土）体的下滑力、提高其抗滑力，按功能可分为!大类：第"类是以减小或消除影响边坡稳定条件的各种不利因素为主的措施；第!类是以提高边坡稳定能力为主的措施。常用的措施有以下几种：（"）开挖。包括清除开挖、减载开挖及降低边坡高（坡）度的开挖。!清除开挖。主要是清除岩质边坡中的不稳定块体、土质边坡中的不稳定堆积体等。"减载开挖。主要用于清除坡体上部推力区的岩（土）体，以提高边坡的整体稳定性。#降低边坡高（坡）度的开挖。主要用于没有明显软弱面的岩质边坡和土质边坡，通过降低边坡高（坡）度来提高边坡的整体稳定性。清除开挖和减载开挖要注意不要引发新的稳定性问题。（!）排水。包括地表排水、地下排水和坡面浅层排水。!地表排水。几乎适用于所有边坡。根据地形和地质条件，采取拦截、分散、防冲、防渗的原则，设置综合排水系统，引水远离边坡。"地下排水。适用于地下水水位较高、地下水对稳定性影响较大的边坡，采取工程措施疏干或降低水位。如高陡岩质边坡和大型滑坡采取地下排水洞结合排水孔排水；中小型滑坡采用盲沟排水；软土边坡采取井点降水等。#坡面浅层排水。主要是通过在坡面上布置一定深度的排水孔，疏排边坡表层滞水或稳定渗水，适用于各类需要排水的坡面。水是影响边坡稳定的主要外部条件之一，排水是一种有效的边坡处理措施。在采取排水措施时要根据边坡的水文地质条件选择相应的排水结构，以确保达到预期的排水效果。对松散土体的排水孔应做好孔内保护，防止坍孔和土体产生渗透破坏堵塞排水孔。（#）坡面防护。在边坡整体稳定的基础上进行的表面防护。根据边坡土质条件、水文地质条件、边坡高度与坡度、降雨与气候、防护材料来源等不同，常采用现浇混凝土护坡、（挂网）喷射混凝土护坡、预制混凝土块铺砌护坡、浆砌石护坡、干砌石护坡、抛石护坡（水下）、浆砌块石骨架护坡、四合土捶面护坡、表面勾缝护坡、草皮护坡、灌木护坡等，各类护坡方法有不同的适用条件和优缺点。（$）支挡。包括抗滑桩、阻滑键、挡土墙等支挡构筑物。!抗滑桩。适用于具有明显滑面且滑面埋藏不深的岩质边坡或土质边坡。抗滑桩布置灵活，施工对边坡扰动较小。根据使用材料可分为钢轨桩、混凝土钢轨桩、钢筋混凝土桩等；根据结构形式可分为悬臂柱、拉锚桩、框架桩等。"阻滑键。适用于受少数长大、薄层软弱面控制，滑面上下为完整的硬质岩体边坡，利用混凝土跨滑面设置抗滑栓塞和阻滑键效果显著，但使用条件局限性—%$!— 第三章边坡工程地质勘察大。!挡土墙。用于支承土体或软弱岩体边坡，防止变形失稳。因其一般高度较小，所以只能用于滑面不深的滑坡或低矮边坡。（!）锚固。包括预应力锚索（杆）、非预应力锚杆、格构锚索（杆）、土钉等。"预应力锚索（杆）。用于改善高陡岩质边坡的应力条件，加固边坡不稳定块体，提高边坡的稳定性，使用范围较广。但预应力锚索施工工艺复杂，结构防腐要求较高，造价高。#非预应力锚杆。适用于基本稳定，没有明显滑动面的岩质边坡或土质边坡，用以改善边坡浅层的应力条件，提高边坡的整体强度。非预应力锚杆一般系统布置，深度大多在"#$以内。!格构锚索（杆）。用于土质边坡和软岩边坡，既提高边坡的深层稳定条件，又提高边坡浅层的整体性和稳定性。$土钉。主要用于土质边坡，土钉与边坡土体共同作用，提高边坡的综合力学指标和稳定性。边坡锚固通常与坡面保护措施相结合，两者共同作用。（%）回填压脚。适用于土质边坡和滑坡。通过回填压脚增加边坡坡脚处的抗滑能力，提高边坡整体稳定性。回填压脚通常结合开挖减载措施，利用减载土石方进行反压，达到土石方平衡。回填压脚要注意做好地表水和地下水的引排，防止回填工程破坏边坡天然排水系统，引起边坡地下水水位升高或回填工程被地表水冲毁。（&）灌浆。包括水泥灌浆和化学灌浆。适用于具备可灌条件的岩（土）体，通过灌浆改善岩（土）体的力学强度，提高边坡的稳定性。研究表明，当滑坡具有滑带，且滑带土为渗透性极差的黏塑性土体时，灌浆法达不到预期效果。灌浆时还应注意避免因灌浆降低岩（土）体的渗透性，从而抬高边坡的地下水水位，导致边坡稳定性降低。（’）其他技术。包括焙烧法提高滑带土的力学参数，孔底松动爆破破坏滑坡滑面，振冲挤密、高喷桩、搅拌桩等改善边坡土体性状，植树提高浅层滑坡的稳定性等。三峡工程永久船闸人工高边坡中国三峡工程永久船闸位于长江左岸，由上游引航道、闸室段（主体段）、下游引航道组成。其中闸室段长"%#&$，为双线连续五级船闸。单级闸室有效尺寸(’#$（长）)*+$（宽）)!$（坎上最小水深）。两线船闸之间保留宽!+$,!&$的岩体中隔墩，在中隔墩和两侧边墙岩体内各布置一条输水隧洞。每级闸首部位布置有阀门井和检修门井，共*%个。整个闸室段均在山体中开挖，开挖后形成南、北两侧高边坡，最大坡高位于第三闸首处，南坡高"&#-(’$，北坡高"*&-’$。中隔墩（直立坡）高度一般!#$左右，最大高度%&-%$。闸室段最大开挖深度"&+-!$。闸室段地形为低山丘陵区，岩性为前震旦系的闪云斜长花岗岩，其中含有范围不大的片岩捕虏体和数量不多的中细粒花岗岩脉、伟晶岩脉、辉绿岩脉及石英脉。闸室段断层主要为裂隙性断层，长度一般小于"##$，以../和.00组最发育，..0和.//组次之。裂隙发育方位与断层基本相同。与船闸中心线夹角较小的.//组结构面相对不发育。岩体风化自上而下分为全、强、弱、微+个风化带，弱风化带又分为弱风化带上部和弱风化带下部两部分。全、强风化带为散体结构，弱风化带上部主要为次块状结构，弱风化带下部及微风化和新鲜岩体（简称微新岩体）主要为块状及整体结构。地下水主要为裂隙潜水，不同风化带岩体透水性差异较大，微新岩体大多不透水。岩体内地应力在"#123左右。地震设防烈度按%度考虑。微风化及新鲜岩石抗压强度"##123左右，抗拉强度—4+*— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测!"#$%&，变形模量’#(%&)*#(%&，!+,"-，"+!".$%&，结构面!+."/#，"+."!$%&。边坡开挖坡比，全、强风化岩体,,，弱风化岩体,0."#，微新岩体,0."’（闸室衬砌墙段采用直立坡）。边坡每,#1高为一梯段坡，马道宽度一般为#1，在南北坡对应弱风化岩体顶部高程各设一条宽度为,.1),#1的宽马道。在闸室直立坡顶部有宽,#1的平台以满足交通等需求。各级闸室底板高差约!.1。边坡稳定性分析的内容包括：边坡整体极限平衡分析，边坡局部块体的极限平衡分析，边坡岩体的应力变形有限元分析，边坡岩体的长期稳定性分析等。研究认为：边坡整体稳定性好，不具备产生大规模整体破坏的条件，破坏模式主要为局部楔形块体的破坏。因开挖卸荷导致的局部受损区岩体，采取适当的加固措施，可保证边坡岩体的稳定。边坡岩体变形量级不大，变形收敛时间较短，岩体流变不明显。边坡加固及支护措施有：南北两侧山体内各布置-层排水洞，排水洞内钻设排水孔形成连续的排水幕。边坡开口与周边截水沟之间的地面采用表层清理后喷,!21厚素混凝土；坡比为,0,的全强风化岩体坡段，采用挂网喷混凝土，厚,!21，并布设排水孔；坡比为,0."#的坡段布设系统锚杆和挂网喷,!21厚混凝土保护，并布设排水孔；坡比为,0."’的坡段布设系统锚杆和喷-21厚混凝土，并布设排水孔；直立坡段采用上长下短，上疏下密的系统锚杆，混凝土衬砌墙后设排水管网。边坡马道等平台均采用!.21厚混凝土护面。对于闸墙顶以上的斜坡段，采用!排)’排系统锚索加固；对直立坡段，在其上部和中部各布置一排系统锚索加固；对于块体采用锚杆和锚索加固，加固措施见图’3!图’3,三峡工程永久船闸高边坡加固措施示意图（单位：1）从边坡开挖完成后的情况来看，边坡的整体稳定性好，局部稳定主要是由结构面构成的块体稳定问题。由于岩体裂隙发育，边坡开挖轮廓复杂，临空面较多等因素影响，块体数量较多，最大体积达!万多1’。块体主要是随机结构面构成，在施工期根据施工地质提供的资料及时用锚索及锚杆加固。在高边坡上布置了较多的变形监测设施。在地表（含中隔墩）布置了水平及垂直位移测量标点、钻孔倾斜仪、多点位移计及倾角计等；在排水洞内布置了水平及垂直位移标点、引张线、倒垂孔、伸缩仪、钻孔倾斜仪、多点位移计及倾角计等；渗流监测在排水洞内布设渗压计，监测地下水水位；地表布设降水量及地表径流监测。其他还有锚杆和锚索受力状—4**— 第三章边坡工程地质勘察态监测、岩体地应力及回弹监侧、爆破振动及围岩松动范围监测等。三峡工程永久船闸高边坡在世界各国无先例可循，勘测、设计和施工技术，施工地质预报，边坡稳定性及卸荷变形机理的研究，岩石力学特性的试验研究，块体稳定的分析方法，各类加固措施的效果等，都对岩质高边坡工程的勘测、设计及加固处理提供了全面的经验。—#"!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第四章地下洞室工程地质勘察为查明地下洞室成洞条件、支护设计和施工方法选择而进行的工程地质勘察工作。水利水电工程中的地下洞室，常见的有地下厂房、发电引水、尾水隧洞、导流隧洞、泄洪隧洞、灌溉洞、排沙洞及调压井等。地下洞室按其工作状态可分为有压型和无压型，按其规模可分为小型、中型和大型（跨度大于!"#），按洞室的埋藏深度可分为浅埋型和深埋型［洞顶覆盖岩（土）体厚度大于$""#］。地下洞室工程地质勘察，应密切结合洞室类型、规模进行。勘察的目的和内容!目的。查明洞室区的工程地质条件，对成洞条件作出评价，为地下洞室的结构设计、支护设计和施工设计提供依据，并对洞室开挖和运行中可能出现的工程地质和环境地质问题提出处理建议。"主要内容。查明洞线通过部位的地形、地貌、地层岩性、地质构造、有无活动断裂；喀斯特发育特点和水文地质结构；各类岩（土）体物理力学性质和渗透性；洞室进出口岩体风化、卸荷带深度；进行围岩分类、分段（部位）给出围岩类别；洞室区的地应力和地热状态，以及有害气体含量等。断裂破碎带、软弱夹层等地质缺陷在洞室中的分布和位置；洞室的外水压力和涌水量；开挖时可能产生涌水、突泥、岩爆的可能性；进出口边坡的稳定性；地热、有害气体对洞室建设和运行的影响；地下洞室开挖所带来的环境地质问题，如引起地表水、地下水疏干、地面坍陷开裂等。勘察的手段和方法主要有：各种比例尺的工程地质测绘、地球物理勘探、工程地质钻探、硐探、地应力测试，岩（土）体物理力学性质试验（含原位测试）、水文地质试验等。在喀斯特发育地区的地下洞室，需对地下洞室区的洞穴系统进行调查，其测绘范围应扩大到喀斯特地下水的补给区，以便对地下洞室开挖的涌水量作出预测。在地下洞室勘察中，硐探是最为有效的手段，并可进行多项试验和测试。勘探平硐一般布置在地下洞室顶拱附近，对于高大的地下洞室，在边墙的中下部也应布置勘探平硐。勘察报告应详细进行洞室围岩分类，对影响围岩稳定的各类地质缺陷应有详细的论述及相应的处理对策建议。例如，大跨度地下洞室开挖时，软弱层带和结构面对顶拱和边墙稳定的影响；软岩及破碎地层中的成洞条件及施工方法；深埋洞室开挖时外水压力、涌水和突泥，尤其在喀斯特含水层中开挖深埋洞室，涌水常常是影响成洞的关键问题；通过高地应力区的地下洞室的围岩变形和岩爆；通过活动断裂的洞室应采取特殊的隧洞衬砌方案等。地下洞室围岩稳定性评价为评价地下洞室围岩的成洞条件、可能的破坏形式、支护的必要性和施工方式的选择等所进行的地下洞室围岩稳定性的分析研究工作。—’&%— 第四章地下洞室工程地质勘察任何岩体在天然条件下处于一定的初始应力状态，并随深度而变化。由于开挖洞室引起的应力状态的重大变化局限在洞周一定范围内，该范围内的岩体称为围岩。在岩体内开挖洞室，破坏了岩体原有的应力平衡状态，产生了应力的重新调整，直至达到新的平衡。围岩应力重分布的主要特征是径向应力随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁处变为零；切向应力有所不同，有些地方产生剪应力集中，有些地方产生拉应力集中。只要洞壁各点的应力均未超过能够导致岩体破坏的临界值，整个围岩就将是稳定的；相反，任何围岩的破坏必将从周边开始，然后沿径向向岩体内部发展。影响洞室围岩稳定的主要因素影响洞室围岩稳定的主要因素有以下!个方面：（"）应力状态。主要包括岩体的天然应力状态及洞室的形状和规模。区域最大主应力与洞室轴线的关系与围岩稳定性有着密切关系，如两者平行，围岩中的应力状态对洞室长边墙的稳定最为有利，而对高端墙则十分不利。理论分析表明，最大主应力方向与洞室轴线方向的夹角以不大于#$%为好。在水平应力大于垂直应力地区，侧压力系数常为各向异性，二次应力调整可使围岩中出现拉应力区以致围岩失稳。在高地应力区，地下洞室围岩稳定性所遇到的问题要复杂得多，如拉应力和剪应力区范围加大，围岩变形严重，块体失稳及岩爆现象增多，支护难度加大等。（&）岩性和结构。根据岩性可将围岩分为塑性围岩和脆性围岩。前者主要包括黏土质岩体、破碎松散岩体以及某些吸水膨胀的岩体，它们具有风化速度快、力学强度低以及遇水易于软化、膨胀或崩解等不良性质，对围岩稳定性最为不利；后者主要包括坚硬及半坚硬岩体，其强度主要取决于岩体结构，其中以碎裂结构的稳定性最差，薄层状结构次之，而厚层状及块体状岩体则稳定性好。坚硬及半坚硬岩体围岩稳定性主要受软弱结构面的发育和分布特点所控制。例如地下洞室的顶拱，“正人字形”结构是最不稳定的，“川字形”结构在顶拱处于拉应力环境中也是不稳定的；对于边墙来说，走向平行洞轴、倾向洞内的裂隙，与其他软弱结构面组合成一定的分离体时，往往造成边墙失稳。（#）地下水的赋存、活动条件。地下水可降低岩体结构面的抗剪强度；高外水压力不仅直接推动岩石滑移，还促使岩体裂隙张开扩容，降低结构面的有效应力；地下水的物理化学作用在一定条件下也会影响岩体的强度。（!）施工方法。对潜在不稳定围岩，合理的施工方法能克服围岩大范围失稳，而施工方法不当，则可导致大规模塌方事故的发生。围岩稳定性分析方法应根据岩体结构特点，选择不同的围岩稳定性分析方法。对于一般的水工隧洞，由于规模和埋深不大，围岩应力较低且影响范围较小，因而破坏失稳总是发生在围岩强度显著降低的部位，不稳定的地质标志较为明显，通常能够通过一般的地质工作加以研究和评价。在中国标准’()$&*+—,,《水利水电工程地质勘察规范》中，为了使地下洞室结构设计标准化，编制出了地下洞室围岩分类表，对于一般的隧洞，只要查清地质条件，确定出隧洞不同段的围岩类别，即可查出系统支衬结构设计所需的各项资料，使用起来十分方便。对于高地应力区的地下洞室，深埋、规模大或工程水文地质条件复杂的地下洞室，由于围岩应力的作用显著增强，不稳定的地质标志比较难于掌握。因此，除要做一般的地质工作之外，还必须进行岩体力学方面的研究和计算，以便对地下洞室围岩的特殊稳定性作—,!+— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测出定量评价。对受结构面控制的楔形体的局部稳定问题，通常按刚性体极限平衡理论，分析计算楔形体的稳定安全系数，进行围岩工程设计。对于特别重要的地下洞室，除了进行上述计算外，还应进行地质力学模型和光弹模型试验。在这些工作中，选用合理的地质概化模型和岩体物理力学参数是关键性的。围岩变形监测通过变形观测，检查设计方案的正确性和施工质量，建立本工程围岩的位移标准（允许变形值），预测、预报围岩可能出现的新问题。根据围岩变形（洞壁收敛、围岩位移）和支护应力（如锚杆应力、喷层应力）观测资料，进行位移反分析，修正初始参数，如初始地应力、岩体弹性模量、强度等，用以不断优化设计或积累水工隧洞设计资料。洞室围岩分类为评价地下洞室的成洞条件和围岩稳定性而对岩体进行的工程地质分类。地下洞室围岩分类是对围岩的整体稳定程度进行判断，并指导开挖与系统支护设计。围岩分类已发展成为多因素综合、定性与定量结合、评价围岩整体稳定性及设计系统支护的重要方法。各国使用的围岩分类有多种，按分类指标的多少，可分为单一指标法、一个综合指标法、少量指标并列法、多个指标并列法和多个指标复合法。中国使用较多的是多个指标复合法，主要有以下!种。巴顿!围岩分类"#$%年挪威的巴顿（&’()*+,-）提出了隧洞岩体质量指标（!）分类。岩体质量指标（!）按下式求得：!.（"!#$%&）（%’$%(）（%)$*"+）式中，%&为裂隙组数；%’为裂隙糙度值；%(为裂隙蚀变值；%)为裂隙水折减系数；*"+为地应力折减系数；"!#为岩体质量指标。隧洞岩体质量指标（!）的变化范围为/’//"0"///。巴顿等根据岩体的!值，将岩体划分为#种类型（图%1"），并提出了相应的稳定性评价、施工方法和支护类型的建议。比尼奥斯基岩体地质力学分类（","）"#$%年南非的比尼奥斯基（2’3’(45-4)6784）提出了岩体地质力学分类（","）。这一分类是采用9个因子分项评分之和来评定地下洞室围岩的质量等级，这9个因子是：岩石单轴抗压强度、"!#、不连续面的间距、性状和方向以及地下水的状况。根据各个因子条件的好坏赋予一定的评分值，按9个因子评分值之和的大小（/0"//），将围岩划分为:个等级，即：很好、好、一般、差、很差，据此确定洞室适宜的开挖跨度、施工方法、支护方式及岩体自稳时间等。图%1;是比尼奥斯基的","分类与地下开挖未支护跨度及自稳时间之间的关系图。水利水电工程围岩分类"###年中国发布的<(:/;=$—##《水利水电工程地质勘察规范》中，规定了水利水电工程围岩工程地质分类。该分类是以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状:项因素之和的总评分为基本判据，围岩强度应力比为限定判据（见表%1"）。—#%=— 第四章地下洞室工程地质勘察图!"#不支护的地下开挖体最大当量尺寸（!$）与"#$隧洞岩体质量指标（%）之间的关系图!"%未支护地下开挖跨度、自稳时间与比尼奥斯基的&’&分类之间关系图岩石强度分级与岩体完整程度系数分级与中国现行国家标准&’()%#*—+!《工程岩体分级标准》一致。结构面状态是指某洞段比较发育的、强度最弱的结构面状态，包括开度、充填物、起伏粗糙度和延伸长度等情况。地下水的影响为负值，对围岩的最大影响可使围岩类别降低一类。主要结构面产状的影响也是负值，其产状与地下工程轴线夹角的组合不同，对围岩稳定性的影响也显著不同。围岩强度应力比(值的选取参见围岩强度应力比。上述,种围岩分类是根据大量工程施工经验总结以及地质类比而提出的，有深厚的实践基础，易于掌握和应用。—+!+— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测表!"#水利水电工程围岩工程地质分类表围岩类型围岩稳定性围岩总评分!围岩强度应力比"支护类型稳定。围岩可长期不支护或局部锚!稳定，一般无不稳定!$%&$!杆或喷薄层混凝土块体基本稳定。围岩大跨度时，喷混凝整体稳定，不会产生"%&!!$’&$!土、系统锚杆加钢筋塑性变形，局部可能网产生掉块局部稳定性差。围岩强度不足，局部会喷混凝土、系统锚产生塑性变形，不支杆加钢筋网。跨度#’&!!$!&$(护可能产生塌方或为()*+(&*时，并变形破坏。完整的较浇筑混凝土衬砌软岩，可能暂时稳定不稳定。围岩自稳时间很短，规模较大$!&!!$(&$(的各种变形和破坏都喷混凝上、系统锚可能发生杆加钢筋网，并浇筑极不稳定。围岩不混凝土衬砌%能自稳，变形破坏严!"(&重注"类、#类、$类围岩，当其强度应力比小于本表规定时，围岩类别宜相应降低一级。围岩变形地下洞室周围岩体发生的形状与体积的变化及洞壁的变位。在力学分析中常用围岩的位移场表示。围岩变形是由外界因素（例如应力的变化）的作用引起的。在岩体内开挖地下洞室时，原来处于平衡状态的岩体发生了应力变化，即围岩应力释放。在应力释放所影响的范围内围岩回弹，形成一个回弹区；在紧靠洞周的一定范围内，围岩变形而使岩体松动，形成一个松动区。在一般情况下，当其他条件相同时，地下洞室的两侧围岩常常会形成塑性楔体（见图!",），首先向洞内变形，甚至局部破坏，进而危及整个围岩的稳定性。除洞室开挖引起的变形外，水工有压隧洞充水后，围岩内附加应力也是引起围岩变形的重要因素。围岩变形按性质有弹性变形、塑性变形和黏弹性变形（蠕变），后者与时间有关（参见岩石变形特性）。研究围岩变形的方法主要有理论分析和现场观测。前者以固体力学的理论为基础；后者常在现场布置仪器（参见岩体移动监测）观测围岩的变形及其与时间的关系。—-&)— 第四章地下洞室工程地质勘察!"#地下洞室围岩两侧塑性楔体向洞内变形示意图!$—垂直应力；!—洞室直径对于均质、各向同性、坚硬而连续岩体的圆形洞室，由于洞室开挖，围岩内的位移按弹性力学的公式计算$%&$&(’$%"$&(’(’"#%&[（!$""）"’]()*’#（!"$）!’#!’##$%"$&(’(’&#%"[（’$"’"）&’]*+,’#（!"’）!’##式中，"#为围岩某点的径向位移，-；$%为岩体初始水平应力，./0；$&为岩体初始垂直应力，./0；’为岩体剪切模量，./0；(为圆形洞室半径，-；#为自洞室中心算起的径向距离，-；#为某点径向距离（#）与极坐标水平轴线的夹角，以逆时针方向为正，反之为负；"为岩体泊松比；&为围岩某点的切向位移。#对于其他形状断面的洞室，以及地质条件复杂的圆形洞室，可采用有限单元法（参见岩体有限元分析），边界单元法（参见岩体边界元分析），或两种方法结合起来，计算围岩的位移。围岩变形量对衬砌或支护上的山岩压力大小很有影响。过大的和过小的围岩变形都可引起山岩压力增大。适当的围岩变形可使山岩压力有一定程度的降低。’1世纪21年代发展起来的新奥地利隧洞施工法（345.），就是适当控制围岩变形以降低山岩压力的方法。对于软弱或较软弱围岩（例如泥岩）的变形，应该注重进行流变分析。在开展数值计算时可引入适宜的黏弹性以及黏塑性力学模型，而若干力学计算参数的选取应结合软弱围岩变形的现场测试来确定。对大型地下洞室软弱围岩的现场变形量测已经证实若干流变力学模型的可拟合性，因此进一步开展围岩变形的流变学研究是重要的发展方向。而对软弱围岩的变形进行现场量测与相应施工过程的监控是洞室稳定分析与施工安全所要求的根本性措施，这也正是新奥地利隧洞施工法的关键环节。—76$— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测围岩稳定分析用力学原理对地下洞室周围岩石稳定性进行的定量分析。其目的是为安全施工和选择加固措施提供依据。围岩内的应力达到其强度值就破坏，产生裂缝和剪切位移，破坏岩体塌落失稳。围岩的稳定性决定于：!岩体强度；"围岩应力；#洞周地质构造。稳定分析方法有：理论分析、模型试验和原型研究。以理论分析为主，应力计算采用固体力学解答或数值分析，稳定计算大多采用莫尔—库仑强度准则（参见岩石强度理论）。对于均质各向同性连续体围岩，在平面应变条件下其稳定条件为!!"!#)*+,"（-"#）!!$!#"%!"$%#·&’("式中，!!、!#分别为大、小主应力，压应力为正，拉应力为负，./0；!"为围岩内的孔隙（裂隙）水压力，./0；#为黏聚力，./0；为内摩擦角。当式（!）中不等号相反或为等号时，则"围岩呈不稳定状态。对于有规律的节理系围岩，其稳定条件用下式判断!!&’*#*+,（"1"#）$!#*+,#&’*（"1"#）$#$&’*"1"!"*+,"123（-"-）式中，!!、!#分别为大、小主应力，按弹性连续体理论计算，./0；#为节理面与小主应力（!#）方向之间的夹角；"%为节理面的内摩擦角；#$为节理面的黏聚力，./0；!"为节理面上的水压力，./0。当式（%）中不等号相反或为等号时，则呈不稳定状态。被两组（或两组以上）节理切割的洞顶悬空岩楔（岩块），在自重作用下即失稳掉落，一般用锚杆或锚索加固。对于沿某一面向洞室滑落的分离岩楔（或岩块），见图-"-，可根据岩楔的荷重，用一般的力学分析方法计算滑动面上的抗滑力和滑动力，当抗滑力大于滑动力时岩楔是稳定的，反之不稳定。在用锚杆或锚索加固时，稳定分析中应考虑锚杆的应力，稳定安全系数（&’）用下式计算：#$($（)&’*$$*&’*%）(0,"$&’4（-"6）5*+,$"**+,%式中，(为滑动面的底面积，7%；5为岩楔或岩块的荷重，8；为滑动面倾角；*为锚杆拉$力，8；%为锚杆的插入方向与滑动面法线的夹角。围岩强度应力比反映围岩初始应力大小与围岩强度相对关系的定量指标。有地应力资料时，围岩强度应力比（9）值可根据下式求得：+4,-./0!1（2）%./!102!3式中，,-为岩石单轴饱和抗压强度，./0；./为岩体完整性系数；2!1为岩体弹性纵波速度，:7;*；2!3为岩石弹性纵波速度，:7;*；!1为围岩的最大主应力，./0。如无岩体初始应力（或称地应力）资料，一般可采用上覆岩体的荷重（&4）进行概略估算。围岩强度应力比是地下洞室围岩分类的限定性判据。如为$类、%类围岩，其+值—<6%— 第四章地下洞室工程地质勘察!"!用锚杆或锚索加固滑落的分离岩楔（岩块）示意图!———每根锚杆的拉力应大于!；!类、"类围岩，"值应大于#；如各类围岩的"值小于上述标准时，则围岩类别应降低一个等级。利用"值的大小，亦可判别能否发生岩爆及发生岩爆的强烈程度，通常情况下，"值小于#$%时，有强烈岩爆；"值为#$%&%时，有中等岩爆；"值大于%时，则不会有岩爆。岩爆岩体中应变能集中释放，造成洞壁或基坑突发性岩片爆裂的现象。由于开挖改变了高地应力区岩体的初始应力状态，可使重分布的应力超过岩体抗拉强度而产生岩爆。这是岩体变形的一种形式。中国下马岭、渔子溪、天生桥二级、二滩等水电站深埋隧洞都发生过岩爆。岩爆一般在掌子面开挖的当天最强烈，持续时间常为数天，在自然状态下，长的可达数月至’年。当岩体完整、构造裂隙不发育、无地下水及上覆岩体厚度大于#(()时，岩爆多以爆裂形式出现。岩爆类型可分爆裂型、剥落型、喷射型、松动型!种：#爆裂型。发生时伴有响声，岩体随之出现不规则裂缝、裂缝扩张和岩块掉落，在坚硬脆性岩体中易发生。$剥落型。发生时无响声，岩体骤然劈裂，在软弱或层状岩体中易发生。%喷射型。岩块或岩片骤然向外射出或伴有气喷，在高地应力区或深埋隧洞、矿井中易发生。&松动型。发生时不易觉察，岩体中裂隙扩大，但尚未掉块。岩爆的规模与岩体强度、完整程度和岩爆类型等有关，多呈薄片状、透镜状、块状，大的数十吨，小的薄片厚度不足’*)。岩爆危害与防治地下洞室开挖时发生岩爆，威胁施工人员和机械设备的安全；基坑中发生岩爆，原定建基面高程可能被迫降低，二者都将增加处理工程量和造价。对岩爆发生部位、时间和类型的研究，还处于探索阶段，预报尚有困难。当发生问题进行处理时，要尽量保持天然应力状态和增加岩体的抗爆能力。对地下洞室可采取预裂爆破、光面爆破，减少对岩体的扰动破坏；在可能产生应力集中的部位，增设锚杆支护或挂钢丝网，保证施工期安全；对干燥岩面可喷水或凿孔注水。基坑部位可及时打锚杆，不使岩面抬动或预留保护层。—,%+— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测涌水与突泥地下工程施工中，在一定水压力作用下，沿透水岩体（带）以及无（少）泥沙充填的洞穴，突然发生大量出水的现象称为涌水；在一定水压力作用下，沿松散（软）岩带或充填性溶洞，突然大量涌出水、泥、沙等混杂物的现象称为突泥。形成涌水与突泥的因素很多，但最主要的是岩性、地质构造、岩体风化卸荷状态、地下水和施工方法。在硬质岩内可能发育透水（含水）结构面；在碳酸盐岩内常形成透水或充水、充泥的溶蚀裂隙或洞穴；软质岩中的断层带，软质岩与硬质岩的接触带岩石往往松软破碎，是突泥的物源。在向斜构造轴部、断层破碎带及断层交汇带、胶结不良或松弛的层面以及裂隙密集带易形成地下水汇聚的储水构造，也是喀斯特发育的控制条件，属易发生涌水、突泥的构造。岩体的全、强风化带及风化夹层、岩体卸荷带也是容易产生涌水、突泥的地质环境。地下水有一定的水压力是形成涌水与突泥的必需条件，流动的地下水是突泥的载体。正确的施工方法是防止涌水突泥地质灾害的必要措施，即使存在发生涌水与突泥的条件，只要采取超前勘探，提前疏干、排水等措施，就可能减轻甚至防止涌水、突泥等灾害的发生。表!"#涌水与突泥举例隧洞揭露类型工程名称岩性涌水、突泥现象危害的地质构造雅砻江锦屏二顺层和沿最大涌水量为三叠纪白山组级水电站探硐开$%%向裂隙形&’()*，稳定涌水严重影响施工大理岩挖成储水导水构造量为#’()*发育在含水砂甘肃引大入秦侏罗纪砂岩平均涌水量造成(+’长涌水岩与隔水黏土岩引水隧洞开挖与黏土岩为+,++(’()*的隧洞塌方层中的断层洞内淹水-!清江隔河岩工寒武纪石龙沿构造裂隙最大涌水量次。事前进行了程导流隧洞开挖洞灰岩发育溶洞-,./’()*成功的预测，造成危害不大北京十三陵抽寒武纪石灰发生#次塌方，较大断层破水蓄能电站高压岩，侏罗纪安山大量突泥其方量分别为碎带管道开挖岩和砾岩(&++’(和#&++’(天生桥二级水二叠纪砂泥岩沿断层（高角突泥(次，其方严重影响施工，电站!号引水隧与石灰岩相变接度）发育充填性量分别为-.++’(、地表形成.0’1洞开挖触带溶洞-!++’(和&++’(&+’的陷坑表中给出了中国水利水电工程建设中几处较典型的涌水与突泥现象。从表中可以看出，在坚硬岩体内发生涌水，一般不致引起塌方；而在软岩或破碎岩体中的涌水，常常招致—2&!— 第四章地下洞室工程地质勘察塌方，甚至引起大塌方，严重威胁施工安全。这是由于在掘进过程中，围岩应力发生变化，导致岩体产生破坏、松动，如果支护不及时，围岩破坏范围逐渐扩大，具有隔水能力的地层也受到破坏；或当地下开挖揭穿隔水岩体遇到或接近承压含水层、断层破碎带、溶蚀洞穴、不整合面时，渗流场突然变化，引发涌水与突泥，或泥、水俱下，继之围岩应力场发生变化，使围岩的整体强度降低，变形加大引起塌方。当地下水的补给来源较远时，初期涌水量较大，后逐步趋于稳定；当地下水补给来源较近或地下水来量不丰时，涌水量逐渐衰减，后以枯竭而告终。为防止涌水和突泥而采取排水措施时，应充分研究其形成的水文地质条件，防止大范围改变水文地质条件，以免引起供水水源被疏干，地面塌陷等新的环境地质问题。—"!!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第五章抽水蓄能电站工程地质勘察为抽水蓄能电站工程建设所进行的工程地质、水文地质和岩土试验等勘察工作。工程地质勘察需要查明的主要工程地质问题为：区域地质和地震，上水库和下水库的渗漏、边坡稳定和坝基地质条件，水道系统和地下式厂房洞室围岩的稳定性，天然建筑材料的储量和质量等。上、下水库工程地质勘察抽水蓄能电站的上水库一般多位于数百米以上的山顶或沟谷内，下水库常位于高程较低的河流、冲沟上。在区域地质地震条件研究时，要根据上库地形地貌条件研究高山地震动力参数放大值。上、下水库主坝、副坝的工程地质勘察与常规电站相同。但是，抽水蓄能电站对上、下库有严格的防渗要求，一般不允许产生永久渗漏。因此，上、下水库，尤其是上库的渗漏勘察与评价是最重要的课题之一。要详细勘察库盆（包括库边单薄分水岭、低矮垭口、库底和坝基）水文地质条件，分析库盆周边泉水分布、地下水水位和岩石渗透性，评价渗漏途径、渗漏范围，估算渗漏量，并提出防渗处理措施的地质建议。为了防止库岸坍滑影响水库的正常运用，还要勘察论证在库水位日变幅大的运行条件下，库盆内天然边坡或开挖边坡的稳定性。同时，也要研究库盆外坡在蓄水后水文地质条件发生变化时的稳定问题。水道系统工程地质勘察查明水道系统沿线工程地质、水文地质条件，评价进出口边坡稳定性和隧洞围岩稳定条件，为设计水道系统支护措施或衬砌型式提供地质资料。抽水蓄能电站水道系统的工程地质勘察方法，与常规水电站大体相同。但在修建高水头抽水蓄能电站时，高压管道地段的岩体是否能够承受或分担高达数百米的内水压力，必须进行专门的勘察和论证。工作初期，在对工程区地层岩性、地质构造、外动力地质现象等基本地质条件进行工程地质调查的基础上，初步评价各水道线路方案的山体稳定性和围岩稳定性。在水道系统方案选定以后，要根据选定方案的地形地质条件，利用综合勘察方法进行详细的工程地质勘察。目的是评价水道系统进出口边坡的稳定性，引水洞线洞室围岩的渗漏量、外水压力、地应力、围岩分类及其力学参数，为衬砌设计提供基本资料。同时，还应注意分析在洞室深埋条件下，围岩岩爆或挤压破坏、涌水与突泥、有害气体和高地温等问题对设计和施工的影响。高压管道地段是工程地质勘察工作的重点，因此，常常需要布置深孔勘探，了解高压管道地段的各类岩层、地质构造，并在钻孔中进行地应力测试、地下水水位观测和压水试验。在拟建钢筋混凝土岔管的地段，有时尚要借助地下厂房勘探平硐和钻孔，进行专门性的高压渗透试验。在上述工作基础上，分析高压管道地段上覆岩体的厚度和三维地应力场中最小主应力量级，按照上抬理论经验准则和最小主应力准则，评价高压管道地段山体的地应力环境是否满足设计要求。此外，还需要估算引水隧洞—#"!— 第五章抽水蓄能电站工程地质勘察和高压管道的总渗漏量与外水压力，提出岩石力学参数建议值，供设计进行衬砌型式的综合研究。根据工程经验，在高水头蓄能电站设计中，对采用混凝土衬砌的高压管道，岩体的允许水力坡降研究也已经提上日程。当高压管道全部或部分采用明管时，明管布置地段岩体的风化卸荷情况，以及天然边坡和开挖边坡的稳定性就是工程地质勘察工作的中心问题。地下厂房工程地质勘察有关的工程地质勘察工作，可参见地下洞室工程地质勘察及本条目中“水道系统的工程地质勘察”。不同的是抽水蓄能电站的地下厂房多深埋于地下数百米，工程地质勘察工作的难度较大。此外，还要注意尾水洞出口地段岩体的水文地质条件，评价下水库蓄水时，是否会发生库水反渗影响地下厂房尤其是尾部式厂房的安全运行。天然建筑材料勘察与常规水电站的地质勘察相同。由于抽水蓄能电站上水库与下水库高差较大，通常要分别在上、下水库附近进行相关天然建筑材料勘察。在需要扩挖库盆形成上、下水库时，也可将扩挖地段的岩体作为建筑材料进行勘察评价；对地下厂房等洞室的开挖石渣料，也应作为天然建筑材料加以研究。—#"!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第六章溢洪道工程地质勘察为查明溢洪道工程地质条件和主要工程地质问题而进行的地质勘察工作。溢洪道工程地质勘察的主要任务是配合设计，选定方案，查明溢洪道线路的地质结构和岩土物理力学性质，评价各建筑物的工程地质条件，提出地基处理建议，为细部设计提供资料。溢洪道布置常受坝址地形地质条件的制约。坝上溢洪道或岸边式溢洪道是坝址枢纽建筑物的一部分，通常包括在坝址勘察范围内；利用水库周边低矮垭口布置的溢洪道则需单独进行勘察。溢洪道建筑物通常由溢流堰、泄槽（陡坡段）和消能段构成，有些工程还设进水渠、尾水渠。可能出现的工程地质问题：溢流堰主要是不均匀沉陷和抗滑、渗透、边坡稳定。泄槽根据地基条件的不同而异，土基的泄槽主要是不均匀沉陷、渗透破坏和边坡稳定；岩基上的泄槽主要是岩体风化和断裂切割程度，以及边坡稳定等问题。消能段主要是对下游河床和河岸冲刷及可能引起坝趾、坝肩或岸坡的稳定问题，并随消能方式而异。底流消能着重于河床，研究护坦、齿墙、消力槛的地基稳定性；面流消能着重于研究对两岸的冲刷长度和程度；挑流消能着重研究挑流鼻坎、齿墙的抗滑稳定，冲刷坑范围的深度，及对坝趾、坝肩、岸坡稳定的影响程度等。溢洪道的工程地质勘察，应结合溢洪道部位的地形、地质条件，进行!"!####$!"!###的工程地质测绘，测绘范围由研究问题的需要而定。勘探工作以坑（槽）探为主，对堰基（或闸基）、冲刷坑、泄槽的高边坡等部位可布置适量钻孔，岩土物理力学性质试验一般以室内试验为主，参数取值可根据试验成果结合坝址同类岩土选取。泄洪建筑物的工程地质勘察，常与同类建筑物的工程地质勘察类同，如泄洪隧洞勘察方法同隧洞工程地质勘察，溢洪道进水渠和尾水渠的勘察方法可参考渠道工程地质勘察。—’&%— 第七章渠道工程地质勘察第七章渠道工程地质勘察为了解渠道沿线工程地质条件和问题，正确选择渠道线路，合理设计渠道建筑物而进行的地质勘察工作。渠道是一种线状建筑物，有时长达数十公里或数百公里，经过不同地貌和地质单元，岩土类型多样，地质结构各异。因此，通常都是根据地形地貌和地质条件的差异，划分为不同地段，针对其特点分段进行渠道勘察。渠道勘察必须结合设计进程分阶段进行。规划和可行性研究阶段，勘察的主要任务是查明与渠道线路选择有关的地质问题，选出地质条件最优的线路方案。勘察工作是在充分收集和利用已有资料的基础上，对可能选作引水渠线范围内的地形地貌、地层岩性、地质构造、地震活动性，岩溶及水文地质，以及渠线上各种建筑物的工程地质条件进行调查。重点查明崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、不稳定岸坡等不良地质现象的分布及其危害性；各种特殊土，如膨胀土、黄土、软土、冻土以及粉细砂、砂砾石等分布情况及其特性；沟谷、浅埋洞及进出口地段的覆盖层厚度，岩体风化卸荷情况和山体稳定性，对比各引水线路地质条件，选出地质条件最优的线路方案。本阶段勘察工作以地质测绘为主，勘探为辅。对各类岩土层取样进行物理力学性质试验。地质条件不良，对兴建渠道有严重影响的地段，也可进行必要的专题研究。初步设计阶段，渠道勘察的主要任务是查明渠道沿线和渠系建筑物区的工程地质条件和水文地质条件，对边坡稳定、渠道渗漏、建筑物地基稳定作出正确评价，并提供设计所需的各种地质资料和岩土物理力学性质参数。各设计阶段渠道工程地质勘察应查明的主要工程地质、水文地质问题，调查工作的范围、地质测绘比例尺、勘探坑孔的布置、岩土物理力学性质取样的数量要求等，在中国!"#$%&’—((《水利水电工程地质勘察规范》中都有明确的规定；对大型的渠系建筑物如引水隧洞、大型渡槽等，还应满足相关建筑物的勘察技术要求。渠道边坡稳定参见岩质边坡稳定性评价，土坡稳定性。渠道渗漏渠水经透水岩（土）体渗漏到渠道深部和外侧的现象。渠道渗漏与渠道所处的地貌单元、岩土结构、断裂切割、喀斯特发育程度、岩体风化程度、地下水水位、设计的渠深、渠宽及是否采取防渗措施等有关。基岩区的渗漏一般不严重，但如渠道通过喀斯特洞穴，柱状节理，岸坡岩体风化带、卸荷带、塌滑体、断层破碎带或胶结不好的砂砾岩等透水岩带时，渗漏较严重。第四纪松散堆积物的透水性差别很大，以冲积和洪积的砂砾石层、崩塌和坡积碎石土的渗漏较严重。—(#(— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测当岩（土）体的透水性均匀、地下水埋藏较深时，渠道过水初期以垂直渗漏为主，使渠道地下水水位逐渐上升，待与渠水连接后，则以向一侧或两侧的侧向渗漏为主。垂直渗漏时渗漏量较大，侧向渗漏的渗漏量较稳定。季节性过水渠道多以垂直渗漏为主，而常年过水渠道可能以侧向渗漏为主。计算渠道渗漏量时，要了解岩（土）体透水性、相对不透水层位置、地下水水位、毛细管水上升高度及渠宽、水深、流量等，分析渗流边界条件和渠道过水情况，选用不同的公式计算。对已成渠道，可用断面测流等方法量测渗漏量。渠道长度大，可能经过多处透水岩土带，虽每处的渗漏量不多，但整条渠道的渗漏量常较大。这不仅影响灌溉、供水效益，还会抬高地下水水位，使渠道侧洼地沼泽化、盐渍化，或使傍山渠道产生边坡稳定问题。为解决渗漏问题，在查明渠线地质条件后，作渗漏计算或类比；对强透水岩土带是绕避还是防渗处理，可根据危害程度和经济效益确定方案。选择渠道防渗措施时，要考虑防渗效果好、耐久、造价低、施工简易和便于维修等条件，常用黏土、浆砌块石、现浇混凝土或沥青混凝土、聚乙烯、土工膜等进行渠道护底或全断面衬砌。为防止渠外土壤沼泽化、盐渍化，可在渠侧挖排水沟。渠道运行后，要做好监测工作，加强维修管理。—#"!— 第八章堤防工程地质勘察第八章堤防工程地质勘察为查明堤防工程建设的地质条件和主要工程地质问题所进行的地质勘察。堤防工程地质勘察的目的和任务是：了解和查明堤基工程地质、水文地质条件与主要工程地质问题，进行工程地质分段与评价，提出堤基处理的建议，为堤防工程的规划、设计与施工提供地质资料。堤防工程有新建堤防和已建堤防加固两类，相应的工程地质勘察，是堤防工程规划、设计的重要前期工作。在中国，行业标准!"#$%&&—’(《堤防工程地质勘察规程》，在堤防工程地质勘察中应遵照执行。堤防工程地质勘察阶段的划分与设计阶段相应。新建堤防的工程地质勘察分为规划、可行性研究、初步设计和施工详图设计)个阶段；已建堤防加固工程地质勘察分可行性研究和初步设计*个阶段。进入施工阶段，对设计和施工方案有变化的工程，应进行必要的补充勘察，参与编制招标文件，并参加施工地质工作。勘察内容（%）根据区域地质资料和《中国地震烈度区划图》作出区域构造稳定性评价，并确定工程区地震动参数和相应的地震基本烈度。（*）堤防沿线地貌单元、古河道、古溃口及渊、塘分布，堤外滩的情况；土层的沉积环境、结构、分布与厚度；井、泉分布，地下水类型及水位。已建堤防堤身填筑土的性状、隐患与险情等。（+）渗透变形。渗透变形是堤防挡水后，常出现的一种险情，多出现在砂土、壤土（粉土）、人工杂填土分布地段，堤身与堤基或堤身与穿堤建筑物接触的部位。需研究土的组成，渗透性与抗渗性，已建堤防接触部位的状况，判定渗透破坏的形式，以选择合适的防渗或渗控措施。（)）堤基稳定性与沉降变形。淤泥、淤泥质土、有机土、泥炭等强度低、高压缩性，可导致堤基滑动和危害性沉降变形。软土和部分膨胀土、盐渍土等特殊土则需注意在水的作用下力学特性的变化。应研究这类土层的强度特性与变形特性，以选择合理的地基处理措施或恰当的基础型式。（,）岸坡稳定性与堤基冲刷。由砂土组成的岸坡和迎流顶冲岸坡受水流冲刷易失稳。需研究岸坡土的组成与类型，岸坡形态、坡度及水位涨落对岸坡的影响，以选择相应的护岸、护坡及抗冲刷的工程措施。（(）高烈度地震区饱和砂土震动液化、隐伏岩溶区的岩溶塌陷、超采地下水引起的地面沉降等，对堤防工程可能带来的影响与危害预测。（-）天然建筑材料。在中国，要根据当地料源和堤防工程设计要求，并遵照!"*,%——’(%— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测!"""《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》的规定，进行各类天然建筑材料的调查与勘察。对已建堤防加固所需的土料，应根据加固部位对用料的要求，选择料场。建材料场的选择应注意对堤身安全及周边环境的影响。勘察方法（#）综合工程地质测绘。在收集、利用已有资料的基础上，进行不同比例尺的地质调查与测绘，充分反映各地貌单元，微地貌，各类土层的分布，井、泉及不良地质现象，已建堤防的隐患险情部位等。（!）物探。针对不同类土的物性特征，选择适宜的方法，判别土的类型、厚度、分布及地下水水位。（$）勘探。包括钻探、坑（槽）探，直接揭露地质结构，土的类型与性状，观测地下水水位并取样。重点地段进行注水试验、抽水试验。重要堤防的典型渗流地段，必要时应设置水文地质长期观测系统。勘探孔点应及时回填封堵。（%）室内试验及原位测试。各类土层应有一定数量的样品，进行物理力学性质、渗透性与抗渗性试验，并用标准贯入试验、动力触探、静力触探、十字板剪力试验等原位测试方法，获取土的有关力学指标，合理选取有关参数。进行水质分析，并对水质作出评价。勘察成果相应设计阶段的工程地质勘察报告、综合工程地质图、工程地质纵横剖面图以及各类试验成果图表等。堤基稳定性评价研究堤基地质结构与土层性状对堤基稳定性的类型及其影响因素作出评价的工作。堤基稳定性包括：渗流稳定、抗滑稳定、变形稳定和冲刷稳定性。渗流稳定性评价，参见渗透稳定评价。堤基抗滑稳定性、变形稳定性及冲刷稳定性评价，可根据堤基边界条件、地质结构、土的类型和多类软土（中、高塑性黏土，淤泥质土，淤泥，有机土和泥炭等）的分布状况，进行初步评价（见表&’#）。软土影响抗滑和变形稳定性。砂土则需注意其冲刷稳定性。表&’#堤基稳定性初步评价表类别边界条件地质结构土的类型软土分布状况稳定性评价单一黏性土或砂土稳定条件好，无抗堤内外滩宽，无!双层上部黏性土，下部砂土无滑、变形及冲刷稳定渊塘性问题多层黏性土、砂土互层单一黏性土或砂土稳定条件较好，一般堤内外滩较宽，"双层上部黏性土，下部砂土呈薄层透镜状无抗滑、变形及冲刷渊塘远离堤基稳定性问题多层黏性土、砂土互层单一黏性土或砂土堤内外滩较窄，稳定条件较差，部分呈薄层状或较#邻近堤基有少双层上部黏性土，下部砂土有抗滑、变形及冲刷厚的透镜状量渊塘稳定性问题多层黏性土、砂土互层—)(!— 第八章堤防工程地质勘察类别边界条件地质结构土的类型软土分布状况稳定性评价单一黏性土或砂土稳定条件差，存在抗堤外无滩，渊塘!双层上部黏性土，下部砂土呈厚层状或互层状滑、变形及冲刷稳定紧邻堤基性问题多层黏性土、砂土互层稳定条件较差和差的堤段，抗滑稳定性还需选取代表性断面，结合堤型、堤高、设计水位等，采用圆弧法进行计算（参见圆弧分析法），并分析确定所需采取的工程措施。变形稳定性根据可压缩性土层的分布与厚度，选取代表性断面尺寸和荷载，进行沉降量的计算（参见基础沉降分析）。堤身与堤基的总沉降量和不均匀沉降量，应不影响堤防的安全运用。冲刷稳定性还需要根据堤基土的组成和水流条件，进行冲刷深度的计算，并通过模型试验验证，确定冲刷深度和抗冲刷的工程措施。渗透稳定评价研究岩（土）体内松软物质在渗透水流作用下抵抗渗透变形的能力和判定其破坏形式的工作。在渗透水流作用下，岩（土）体内的某些颗粒、颗粒群或土体结构发生改变的现象，称为渗透变形或渗透破坏，其后果即构成地基、边坡或土石坝坝身的渗透稳定性问题。渗透变形主要有!种形式："管涌。在渗透水流的作用下，无黏性土体中的细颗粒沿着骨架颗粒间孔道移动或被带出土体的现象。#流土。在渗透水流作用下，土体中的颗粒群同时移动或局部土体浮起、溃散、流失的现象。此外，当渗透水流垂直于两相邻的不同土层运动，将渗透系数小的土层的细粒土带入渗透系数大的土层中的现象称为接触流失；当渗透水流平行于两种不同介质的接触面运动，在两种土附近，细粒土受粗粒土中流速较大的水流冲刷，颗粒被带走的现象称为接触冲刷。渗透变形形式的判定主要取决于各类地基的地层结构、土的颗粒组成和密实程度。如不均匀系数大于"的不连续级配土，其中细粒土的百分含量!"!#"#时，一般为流土破坏，!"$!"#为管涌，!"%!"#&#"#为过渡型。双层结构地基，当两层土的不均匀系数均等于或小于’(，则不会发生接触冲刷。对于上覆有相对不透水层，而下卧有强透水层时，由于水平成层的关系，水头损失小，而下游又不能自由排泄时，易产生流土。基岩中的软弱夹层的渗透变形，除少数破碎夹层外，主要是流土和接触冲刷。在渗透水流作用下，某种松软土体能否产生渗透变形，主要与水流的渗透比降有关。使松散土体由静止颗粒转化为运动状态时的渗透比降称为该土体的临界比降；使土体结构发生全部破坏的渗透比降称为破坏比降。临界比降和破坏比降可以通过渗透变形试验求得，也可根据土体的颗粒组成、结构等指标通过计算判定，但对于重要的大中型工程，一般采用试验方法求得临界比降。当地基土中渗透比降超过土的临界比降时，地基土将发生渗透变形或渗透破坏，这时需采取渗控措施。在渗控设计时，一般结合建筑物的重要性，将临界比降除以’)"&!)"的安全系数作为设计采用的允许比降。渗控措施需将地基土中的渗流比降控制在允许比降范围内（参见渗流控制）。脱坡堤防汛期挡水时，堤身内、外坡发生的滑动变形。脱坡多出现于土堤，可分内脱坡和—+*#— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测外脱坡。内脱坡一般位于堤防背水坡的严重散浸段，沿堤顶或内肩、内坡出现纵向裂缝，土体向坡脚滑动。有的仅是堤坡土体滑动，有的甚至会推动堤脚土体鼓起滑动。外脱坡是堤防长时间挡水，在水位退落时，部分堤外坡土体连同护坡一起，向下发生的滑动变形。内、外脱坡，都是由于堤身填筑质量差或加培内外坡时，新老土层接合不良或用土料不当，在长时间挡水后，堤身浸水饱和，使土体抗剪强度降低和在内水压力作用下导致堤坡滑动。当堤内紧邻坑、塘或堤外无滩时，所出现的内、外脱坡，险情更为严重。堤防出现脱坡时，应及时抢护。内脱坡可在外坡帮黏土或土工膜防渗，脱坡处设导渗沟排除渗水并用透水砂袋帮坡，必要时，需做透水压渗台或填塘固基；外脱坡可用砂袋帮坡或镇脚，防止其扩展。汛后，对脱坡应及时进行全面加固处理。散浸堤防汛期挡水时，堤内坡出现渗水的现象。堤防在汛期挡水一段时间后，堤内坡或内坡脚附近出现湿润或渗水，尤以土堤常见。当持续高水位时，散浸的范围可能沿堤内坡升高与扩大，导致出现内脱坡险情。散浸的原因是堤身单薄，堤身填筑土的透水性较强或填筑质量差。有的是因为有生物洞穴缩短了渗径所致。汛期一旦出现散浸，应密切监视。仅内坡土体湿润或轻微渗水，如不急速发展危及堤身稳定，可暂不处理。如堤身单薄或散浸的范围上升与扩展，渗水量增大，应按“临河截渗、背水导渗，降低浸润线，稳定堤身”的原则，在临水坡外帮黏土或土工膜以减少渗水，堤内坡浸润线以下开挖导渗沟，并在沟内填入粗砂、砾石或碎石，以排除渗水。如堤身土质软弱，开导渗沟困难时，则可做顺坡向的砂石反滤层或用土工织物加碎石压载，坡脚开挖导渗沟，必要时做透水的压浸台，以稳定堤身。汛后，对散浸堤段应及时进行加固处理。堤防钻探回填封孔已建或新建堤防上所进行的钻探完工后，用适当的材料和方法，对钻孔进行回填封堵的工作。已建堤防加固设计时需在堤顶及堤内、外进行钻探，以了解堤身填筑土的性状和堤基地质条件。钻孔穿过堤身填筑土和堤基土层，特别是透水的砂层时，如对钻孔不及时回填封孔或封孔不密实，汛期堤外水位高，钻孔可能成为渗漏水的排出通道，引起涌水，冒砂等现象，危及堤防安全。因而，堤防钻探钻孔的回填封孔是保证堤防安全的重要措施。对于堤防的钻孔，除了水文地质长期观测孔外，在每一个钻孔完成后，应及时进行回填封孔。封孔材料有黏土或黏土球、浓水泥浆或水泥砂浆及原堤防填筑土等。堤防钻探回填封孔已有较成熟的经验和有效的习惯作法。近几年，中国在对长江荆江大堤等堤防加固钻探中，推行了“以砂还砂，以土还土”的回填封孔方法。砂料以粗砂为主，土料选用黏土。砂层段，每次回填粗砂的高度不超过!"，并用钻杆探测是否到位。黏性土层和堤身填筑土段，每次投入相应孔径长度为!"的泥球量（该量可事前按不同孔径计算出!"长度松散泥球的重量），将带击实器的钻杆下入孔内，用穿心锤击实或将其压缩至#$%"，边回填边起拔套管，依次反复直填至孔口。—(’&— 第八章堤防工程地质勘察封孔结束后，应对封孔质量进行严格检查。施工地质勘察工程施工期所进行的工程地质勘察工作。水利水电工程施工地质勘察包括各建筑物、水库区、移民工程及天然建筑材料等在工程施工期全过程中所进行的工程地质勘察。它既是对前期勘察成果的检验，又是对前期勘察工作的必要补充。同时，施工地质工作对指导施工、消除工程隐患、保证隐蔽工程质量和工程长期运行安全具有极为重要的作用。其主要内容包括现场地质巡视、地质编录与测绘、取样与试验、观测与预报、地基质量评价与验收、编制竣工工程地质报告，必要时对重大地质问题进行专门性勘察与研究，并提交专题研究报告。施工地质工作最好由熟悉工程和前期勘察成果的专业人员担任。建筑物场地施工地质开挖过程中应进行地质巡视和编录，观察和记录地层岩性、风化、喀斯特、断裂构造、水文地质、边坡变形等各种地质现象，进行地质测绘和必要的取样试验，以验证前期勘察的地质结论，观测和预报地基岩体的变化趋势。观测的主要内容包括地基岩（土）体胀缩、回弹、沉陷、开裂及松软地基中的管涌、流土、流砂等现象；地下水水位及围堰挡水过程中地下水溢出点的动态变化；边坡、洞室变形及爆破引起的松动破坏等。根据地质编录和观测资料，建立施工地质日志，编写施工地质简报，对可能危及工程安全的地质现象进行预报（参见施工地质预报），提出建基面优化或对地基中不良地质现象的处理措施，以及进行专门地质问题勘察与研究的建议。地（坝）基、边坡及地下洞室开挖成形后，应进行建基岩体质量检测，测绘建基面地质素描图，最终鉴定地基工程地质条件，参加地基建基面验收，编写地质说明书或结论书。建筑物区的各类隐蔽工程（防渗帷幕和坝基固结灌浆、排水、锚杆、锚索、地下连续墙、各类桩基等）的施工地质工作，是保证隐蔽工程质量的重要环节，施工地质工作包括施工过程中的地质条件鉴定，工程是否达到设计（地质）要求，根据地质条件的变化，参与设计方案的研究与工程质量验收等。堤防是一种特殊类型的长条形挡水建筑物，地基多为松散地层，施工线路长，工程进度快。对重要的堤防工程段，也应进行必要的施工地质工作。专门地质勘察在工程施工过程中，当发现与前期勘测资料有重大出入，或对建筑物施工或运行的安全有重大影响的地质问题，以及为各类地质缺陷的处理方案提供地质资料时，均需补充必要的地质勘察工作。专门地质勘察工作的内容，应根据施工开挖揭露的地质情况确定，如查明基岩风化带、卸荷带深度，软弱夹层、断层的规模、性状在空间上的变化，边坡、地下洞室的局部稳定条件，进一步论证坝基岩（土）体物理力学参数等。勘察方法和勘察工作量应根据地质问题的复杂程度和场地条件而定，最终编制工程地质问题专题勘察报告。水库区施工地质工程施工期，对库区防渗、库岸稳定、移民及农田防护等工程根据需要进行地质勘察工作。水库区的施工地质工作，可以是在前期勘察工作基础上的补充，也可以是滞后于主体工程地质勘察的新项目。施工地质勘察应根据工程的特点按有关要求进行。对可能出现严重水库渗漏、岸坡变形及浸没的地段，以及需要进行水库诱发地震监测的重要工程，进行监测和预报也是施工期地质工作的重要内容，并一直延续到工程竣工运行后若干年。—#"!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测天然建筑材料施工地质天然建筑材料施工期的地质工作，通常是!种类型，一种是对原选定料场施工开采期间所进行的地质工作，主要是编录、测绘、检验修正前期勘察资料，配合设计施工方案进行专门性试验研究，并作好料场开采过程中的资料搜集和整理工作。另一种情况是当设计、施工方案变更或原勘察结论有较大变化，需新辟或扩大料源时，应按详查级别进行新料场的勘察。施工地质勘察应根据施工进程，分阶段或全部工作结束后编写竣工工程地质报告。报告正文应包括工程概况，前期勘察结论，各建筑物开挖的实际地质情况，地基与围岩加固处理措施，施工期长期观测成果分析评价与结论等，并附相应图件和照片。施工地质编录用大比例尺测图、文字描述、表格记录、摄影、录像等形式，将地表或地下开挖面上的地质现象随开挖过程逐块（段）记录下来的工作。施工地质编录是施工期在开挖面上特定的一种地质测绘，编录资料是进行施工期地质条件分析，指导专门地质勘察，监测系统设计，评价坝基岩体、洞室围岩、边坡岩体特性的重要基础资料，也是工程的重要档案资料。施工地质编录可分为岩质地基编录和土质地质编录。岩质地基、洞室、边坡编录主要内容为：（"）地层岩性。地层时代，岩性、岩相变化，岩石名称、颜色、成分、产状等。特别是软弱层带的厚度、产状、结构及分带性特征，延伸情况等。（!）岩体风化。风化程度、类型、特性，应注意沿软弱结构面和裂隙密集带的加剧风化，特殊岩类的快速风化崩解，并复核建基面高程（参见岩体风化）。（#）断裂构造。出露位置、产状、性状、构造岩特征与宽度、充填物特征、交汇组合及对建基岩面、边坡、洞室稳定的影响（参见断裂构造）。（$）喀斯特。喀斯特洞穴位置、高程、大小、形态、连通及充填情况、泉水出露情况等。（%）水文地质。地下水露头位置、高程、出露形式、出水量、水温及水化学成分，携出物，补排关系等。（&）建基岩体抬动回弹、隆起、塌落、导常变形等的时间、位置、范围、形态等。（’）其他。如开挖掘进方式，爆破影响带及对地基、围岩、边坡岩体的影响，各项处理措施的效果，摄影与录像位置等。土质地基及边坡编录主要内容为：（"）地基岩性、单层厚度、结构、干湿状态，特别注意对地基边坡稳定有影响的淤泥、软土、膨胀土、黄土、粉细砂层等特殊土的性质、分布等状况及砾卵石层等的架空现象。（!）地下水溢出点位置、管涌、流土、流砂等现象及其变化，基坑渗水量。（#）边坡及地基土的回弹、塌落、鼓胀等异常变形现象的位置、规模、原因及变化。（$）新构造活动迹象。施工地质编录过程中应建立施工地质日志，不定期编写施工地质简报。施工地质预报工程施工期内，对可能出现的影响建筑物施工安全的地质现象，事前向有关单位或部门提出预警的工作。施工期，当发现可能危及建筑物施工或运行安全的地质现象时，施工地质勘察单位应以口头和施工地质简报、专题报告等形式，及时向设计、施工、监理、项目—(&&— 第八章堤防工程地质勘察法人单位提出预报，为预防突发的灾害事故，采取合理工程处理措施及优化设计和施工方案提供依据。地面工程施工地质预报通常遇到下列地质现象时进行预报：!根据施工地质工作提供的地质资料，地基的实际情况与原设计所依据的地质结论有出入或可能出现新的不利因素时。"基坑可能出现大量涌水时。#由于天然或人为因素使边坡岩（土）体可能产生破坏失稳时，如岩质边坡出现由结构面形成的不利组合块体、出现新的卸荷或剪切裂隙、坡面有开裂、岩体错位或原有裂隙加宽现象；土质边坡出现塌方、错动、边坡下部鼓胀隆起。$地基出现流砂、管涌前兆；地表水或地下水运移状况有很大变化等。地下建筑物施工地质预报通常遇到下列地质现象时进行预报：!揭露的实际地质条件与前期地质资料有较大差别时。"可能引起塌方、崩落、冒顶或其他因素危及建筑物稳定及施工安全的地质现象。#可能出现片邦、岩爆、有害气体，断层泥砾与喀斯特洞穴的大量涌水与突泥等灾害危及施工安全。$需进行临时支护的边坡、洞室。施工地质预报贯穿施工期全过程，通过逐日现场地质巡视、施工编录与测绘提供的信息和资料，预测对建筑物在施工期安全可能产生影响的地质问题，作出评价并提出处理建议。先以口头方式及时向有关单位作出预报，并立即编写施工地质简报或其他正式书面报告，尽快提交给设计、施工、监理及项目法人单位。对情况尚不完全明朗的重大地质问题，则应抓紧进行专门性勘察和研究，编制专题研究报告。—#"!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第九章天然建筑材料勘察为查明工程建设所需的各类天然建筑材料料场的位置、分布、储量、质量、开采和运输条件所进行的地质勘察工作。其主要内容包括地质测绘、地球物理勘探、钻探、坑（槽）探、洞探、室内和现场试验等。天然建筑材料勘察是水利水电工程建设重要的地质勘察工作，勘察成果直接关系到建筑物类型的选择、工程的设计及施工。在中国，水利水电工程天然建筑材料勘察工作必须遵循行标!"#$%—#&&&《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》的要求，结合设计阶段和设计方案因地制宜地进行。勘察工作分为普查、初查、详查’个级别，与水利水电工程的规划、可行性研究、初步设计’个阶段相对应。在招标设计和施工详图设计阶段，可视需要进行补充勘察和复查。勘察单位在开展野外工作前，应全面搜集和分析已有的地质资料，进行现场踏勘，编制勘察计划。普查宜在距规划的水利水电工程#&()范围内进行，初查和详查应进行不同比例尺的料场地质平面测绘及勘探布置。料场勘探根据地形、地貌、岩性、构造、喀斯特、风化等条件划分类别，可按有关天然建筑材料勘察规程的要求布置勘探网，按级别逐渐加密，并按要求做好各勘探点的地质描述和相关资料的记录。各勘探点均应分层取样试验。取样数量、取样要求、试验项目均应按!"#$%—#&&&的规定进行。对料场试验资料应及时分层、分区将同一试验方法的试验成果进行汇总，作为质量评价的依据，并根据料场的用途按相关规范规定进行评价。储量计算应根据勘探、测绘资料，圈定有用区和有用层范围。可采用平均厚度法、平行断面法、三角形法进行储量计算。一般采用一种方法计算，另一种方法校核。各料场及各勘察阶段均应提交天然建筑材料工程地质勘察报告，其编写内容应包括工程概况、设计阶段、设计所需材料种类及用量，料场位置、地形地貌、地层岩性、开采运输条件，材料质量、储量及评价等。并应附料场分布图、料场综合地质图及地质剖面图等。砂砾石料勘察对工程建设所需砂砾石料进行的勘察与试验研究工作。在水利水电工程建设中，砂砾石料是兴建混凝土建筑物的重要建筑材料，也可用作土石坝填筑料或反滤料。砂砾石料调查主要任务是在建筑物附近寻找合适的砂砾石料料场，查明其质量、储量和开采运输条件，为设计、施工提供依据。砂砾石料场按地形地质条件可分为’类：!类料场。面积大、有用层厚而稳定、无用层薄，多为大河形成的宽阔漫滩及河床。"类料场。呈带状分布、有用层厚度变化不大，多为中等河流冲积漫滩及河道。#类料场。面积小、岩性变化大、有用层厚度小，多为沉—,+*— 第九章天然建筑材料勘察积环境复杂的山区性河流的阶地及漫滩。砂砾石料勘察一般应按设计阶段和料场特性进行地质调查，采用物探、坑探、钻探等手段进行勘探，查明料场地形地质条件、开采运输条件、计算储量，并取样进行物理力学性质试验，评价料场质量。勘察工作有以下主要内容：!在卫片解译基础上进行现场查勘，初选料场，进行地质测绘。"在中国，进行水利水电工程建设时，要按行标!"#$%—#&&&《水利水电天然建筑材料勘察规程》规定，按水上、水下料场的不同特点，选择勘察手段。按勘察级别确定勘探点间距、深度、进行地质描述。#各勘探点必须按水上、水下分层取样试验，当用岩性法鉴定砾料中有含碱活性成分的岩石时，应进行碱活性骨料的危害性鉴定。根据砂砾石料的用途，对其质量作出评价。$应用地质测绘与勘探资料，圈定有用区范围和可开采深度，进行储量计算。勘察储量应大于设计需要量的#倍’(倍。%评价开采运输条件。&编制料场勘察报告及相应图件。土料勘察对工程建设所需土料进行的勘察与试验研究工作。土料按用途可分为防渗料与填筑料两类，可供选用的土料除黏性土外，还可以是经改性后的红黏土、膨胀土、分散性土，以及碎（砾）石土或风化的黏土岩类岩石。土料调查的主要任务，是在建筑物附近寻找合适的土料料场，查明其储量、质量和开采运输条件，为设计、施工提供依据。土料场依据地形地质条件可分为(种类型，作为布置勘探网点间距的依据。’类料场面积大，地形平缓，有用层厚而稳定，土层结构简单。(类料场面积较大，地形起伏，有用层厚度较稳定，土层结构较复杂。)类料场面积小，地形起伏大，有用层较薄，土层结构变化大。土料勘察工作深度应根据设计阶段确定，主要有以下内容：!现场查勘或利用航片了解土料分布情况，进行地质测绘，查明土的种类，分析其成因类型。"利用试坑、竖井和钻孔，查明覆盖层、有用层和无用夹层的厚度及变化。#进行土工试验。取样数量及试验项目，在中国，进行水利水电工程建设时，要按行标!"#$%—#&&&《水利水电天然建筑材料勘察规程》的规定进行。对于一些特殊土，应增加与其特性相关的试验，如膨胀土可增加膨胀性试验，红黏土应增加双比重计试验等。对于风化成因的碎（砾）石类土，必要时应作压实后的级配试验，渗透破坏试验和干湿循环试验等。$质量评价与储量计算。质量评价应主要依据土的黏粒含量、塑性指数、渗透系数、有机质含量、天然含水率、)*值、水溶盐含量等项指标，按有关规程规定的标准进行评定。对于特殊土，应经改性达到设计规范要求后方可作为土坝上坝用料；储量计算可根据勘探坑、孔确定有用层厚度，圈定可开采范围，采用平行断面法、平均厚度法或三角形法计算储量。勘察储量应大于设计需要量的#倍’(倍。碎（砾）石土料勘察工作内容，与土料勘察工作内容基本一致。碎（砾）石土料勘察参见土料勘察。参见土料勘察。人工骨料勘察对混凝土人工骨料的原料产地所进行的勘察与试验研究工作。人工骨料是将开采的石料经过破碎、筛分、冲洗而制成的混凝土骨科。人工骨料勘察的任务是在建筑物附近寻找适宜加工成满足设计要求的混凝土骨料的料场，查明—+,+— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测其质量、储量和开采运输条件，为设计、施工提供依据。人工骨料场按场地地形完整性、料源岩层厚度变化、断层及喀斯特的发育程度、无用夹层数量和空间分布、风化带及覆盖厚度可分为!种类型，作为布置勘探工作网点间距的依据。人工骨料场的勘察工作，一般先作地质普查，初步选定料场、估算储量，进行经济比较，进行可开采性的分析，再作初查、详查，查明材料性质、质量、储量和开采运输条件，并作出评价。人工骨料勘察的内容：!地质测绘和地质剖面测量，详细划分地层与岩性，编制详尽的料场综合地层柱状图。"根据料场类型、特性和勘察级别，采用钻探、坑（槽）探、硐探和物探等手段查明材料层性质、有用层厚度，断层、裂隙发育情况，风化程度，喀斯特发育程度及充填情况，在硫酸盐岩地区，要特别注意查清表层溶蚀夹泥层的厚度。#分层取原岩进行物理力学性质试验。主要项目有天然密度，干、湿密度，干、湿抗压强度，吸水率，岩石矿物化学成分，冻融损失率，硫酸盐及硫化物含量，岩石碱活性试验等。对于重要的大型水利工程，必要时应作人工轧制试验，以了解材料的成砂率，成砾率，石粉含量，颗粒级配，针片状颗粒含量，云母含量等。水利工程人工骨料的质量，一般要求原岩的单轴饱和抗压强度应大于"#$%&，轧制后的石粉含量以’()*+(为宜。其他指标如颗粒级配、针片状颗粒含量，云母含量、碱活性反应等均应符合混凝土用砂、砾石质量技术标准。应利用勘探坑（井）、孔、平硐所确定有用层厚度及圈定的可开采范围，采用平行断面法、平均厚度法或三角形法计算储量，勘察储量应大于设计需要量的+倍)!倍。石料勘察对工程建设所需各类石料进行的勘察与试验研究工作。石料在工程建设中用途广泛，是堆石坝、挡土墙、护坡等工程使用的主要建筑材料。石料勘察的主要任务是在建筑物附近寻找坚硬、抗侵蚀、耐风化的岩体或岩层，查明其质量和储量，为设计和施工提供依据。石料勘察通常包括以下工作：!进行大比例尺地质测绘和勘探工作，查明岩石的种类、层次和厚度，地质构造，覆盖层和风化层厚度，软弱岩层含量等地质情况。勘探工作主要采取坑（槽）探和钻探，特别复杂地段也可采用硐探。"取样与试验，可以直接从露头取样，或用钻孔岩芯作室内岩石试验。试验项目有天然密度、比重、吸水率、天然与饱和抗压强度、抗冻性等。必要时，也可作现场石料爆破试验，了解块石成形的大小、形状和成品率。#分别计算有用层（岩石）、软弱层、上覆风化层或松散堆积层的体积，计算有效储量、无用层量及剥土量。$综合分析各产地的质量、储量、开采运输条件，进行产地评价，并按不同用途推荐主要石料产地。一般新鲜完整的岩体，岩石单轴饱和抗压强度大于"#$%&，抗冻试验的抗压强度大于!#$%&的岩石，均可用于堆石坝或砌石坝的坝体堆筑。对于碾压堆石坝，岩石的强度要求可以适当降低。建筑物基坑或洞室开挖的石渣料，如质量符合要求，应尽可能加以利用。为论证爆破后石块的大小、级配能否符合要求，详查时要收集有关相近岩体的爆破资料，进行类比；当岩体裂隙发育，质量较差时，需配合设计、施工，并与试验性开采结合，进行爆—-,#— 第九章天然建筑材料勘察破试验。爆破试验点选择在有代表性的典型地段。试验组数宜不少于!组"#组。土石坝填筑料调查对土石坝填筑料所进行的地质勘察与试验研究工作。土石坝填筑料调查的任务是查明坝址附近各种天然土石料的性质、分布、储量和质量，以及枢纽建筑物开挖弃渣料的性质和可利用的数量，为坝型比较和坝体断面设计提供必需的资料。土石坝填筑料可分为防渗料和坝壳料!部分，前者主要有黏性土、碎（砾）石类土；后者主要有砂砾石、碎（砾）石类土。在中国，土石坝填筑料的调查要按行标$%!&’—!(((《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》的要求进行。用于土石坝填筑料的碎（砾）石土料、土料和砂砾石料，其要求与用于其他用途的同类材料基本相同（参见天然建筑材料勘察、砂砾石料勘察、土料勘察、石料勘察）。基坑开挖料的调查应与主体建筑物工程地质勘察同步进行。碱活性骨料能与水泥或混凝土中的碱发生化学反应，并产生体积膨胀，导致混凝土开裂破坏的骨料。当混凝土中含有碱活性骨料时，水泥浆中的碱与骨料界面间产生的化学反应，导致这些骨料中活性$)*!溶解，生成碱—硅结合物，在界面上产生膨胀力，导致混凝土开裂而失去整体性。最早发现这种恶性反应的是美国的斯坦顿（+,-./012$3/43-4），他系统分析了美国加利福尼亚州温图尔（5643786）县、克劳斯（9:/70）河上’;’<年"’;’&年兴建的几座混凝土桥的开裂原因，证明是水泥中的碱与骨料（安山岩）中活性$)*!发生了化学反应，生成一种近似水玻璃成分的凝胶：导致混凝土膨胀开裂，并于’;<(年提出了混凝土碱—骨料反应（=:>/:)?=@@86@/36A6/B3)-4，==A或=:B/:)?C8/47:/3A6/B3)-4，=CA）的学说。碱—骨料反应分类经过半个多世纪的研究，碱—骨料反应可归纳为#种类型：!碱?硅反应（=:>/:)?$):)B/A6/B3)-4，=$A）。"碱—碳酸盐反应（=:>/:)?9/8D-4/36A6/B3)-4，=9A）。#碱—硅酸盐反应（=:>/:)?$):)B/36A6/B3)-4，=$A）。其中第’种碱一硅反应是重要类型；第!种碱—碳酸盐反应仅在特定的碳酸盐类岩石中发生；第#种碱—硅酸盐反应少见，能否单独成为一类，看法尚不一致，还有待研究论证。含碱活性成分岩石常见含碱活性成分的岩石可分为!大类：一类为岩浆岩类。主要岩石有安山岩、英安岩、流纹岩、凝灰岩、粗面岩、松脂岩、珍珠岩、黑曜岩、玄武岩，及中性、酸性富含二氧化硅的火山玻璃、微晶或隐晶质石英、磷石英、方英石。另一类为沉积岩类，主要岩石有硅质岩和碳酸盐岩。硅质岩的活性成分为微晶、隐晶质石英、玉髓、蛋白石、燧石、碧玉、玛瑙等；碳酸盐岩产生碱活性反应，通用的评判标准要同时具备#个特征：!有独特结构，即细小的白云石晶体晶粒（一般为&($.），分散在更细的方解石和黏土矿物的基质中。"有特定的矿物组成和成分，即白云石占碳酸盐岩的<(E"F(E。#含有一定数量的酸不溶残渣，其含量为&E"!&E。质纯的石灰岩、白云岩一般不具有碱活性。也有学者认为，碱一碳酸盐反应主要发生在硅质碳酸盐岩中或泥质—硅质白云岩中，本质上仍然是碱—硅反应。检测岩石碱活性方法有岩相法、化学法、砂浆长度法、岩石柱法、快速法和混凝土棱柱体法等方法。（’）岩相法。对野外肉眼鉴定可能为具碱活性成分的骨料，经磨片镜鉴、扫描电镜、G—;H’— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测!衍射分析、差热分析、红外线光谱分析等方法，从岩石类别、岩性、矿物成分、化学成分确定是否为碱活性骨料及其结晶学、矿物学、岩石学和化学碱活性特征。经岩相法确定拟选用的料场含有碱活性骨料时，可分别采用以下方法进行研究。（"）化学法。取一定量的骨料和一定浓度的氢氧化钠进行化学反应，测定溶出的二氧化硅浓度及溶液的碱度降低值，来判断骨料是否具有碱活性反应。适用于高活性骨料而不适用于反应缓慢的岩石或活性微弱的骨料。（#）砂浆长度法。将砾石破碎成不同粒径的砂，按规定重量百分比配制成一定规格的水泥砂浆试件；按规定的温度、湿度进行养护，并按规定的龄期测定其长度，以判定骨料是否具有碱活性反应。适用于碱—硅或碱—硅酸盐反应，不适用于碱—碳酸盐反应。（$）岩石柱法。将规格一定的岩石试件，置于一定浓度、温度的碱性溶液中浸泡，定期测量其长度变化。此法适用于碳酸盐碱活性反应。（%）快速法。试件制备的方法与砂浆长度法一致，经养护后，测量砂浆试件的标准长度，然后置于高浓度的氢氧化钠溶液中或高温加热，使其加速碱活性反应，观测#&、’&、($&的膨胀率，以缩短其他试验方法所需用的较长时间。它不仅可以测定单一种活性骨料，还可以进行多种活性骨料的混合试验。经试验确定骨料具有碱活性反应时，再进行混凝土棱柱体法试验。（)）混凝土棱柱体法。测量混凝土试件由于碱—硅酸或碱—硅酸盐反应引起长度变化的方法。即按规定配合比制成一定规格的混凝土试件，测定其年膨胀率，判定骨料的碱活性危害性。也可用于碱—碳酸盐反应，其结果更接近实际。防治碱—骨料反应，在骨料资源不能替代时，可限制水泥含碱量（*+",当量计）小于（以#*+-.)/，或混凝土含碱量小于#0123",计），或掺入火山灰质、矿渣等抑制反应的材料。天然建筑材料料场分布图反映工程所需各类天然建筑材料料场分布位置的图件。水利水电工程天然建筑材料料场分布图图件应包括以下主要内容：!各类天然建筑材料（土料、砂、砾石料、人工骨料、块石料、碎（砾）石类土料等）料场位置，水利枢纽或建筑物、交通路线、城镇、河流所在位置。"各类料场概况一览表。#储量和质量一览表。在完成水利枢纽或建筑物某一设计阶段的各类天然建筑材料勘察后，即应编制天然建筑材料料场分布图。选择与勘察阶段要求相应的比例尺的地形图为底图，按地形图图式图例表示河流、城镇、主要交通线、水利枢纽所在地位置，以不同符号表示材料类型，并用符号大小表示储量多少，标注在料场所在位置上。料场概况一览表应按材料类别列表。内容包括料场名称、位置、编号，至建筑物距离，勘察级别，料场面积、地质概况、有用层与剥离层厚度与方量。质量评价可单独列表，亦可置于料场概况一览表中。内容包括各料场材料的主要技术质量指标。如砾石料的含砂率、颗粒级配、天然密度、有无碱活性骨料等；砂料的表观密度、干密度、含泥量、细度模数、颗粒级配等；土料的土粒比重、天然密度、含水量、液限、塑限、塑性指数等；人工骨料及块石料的天然密度、吸水率、干湿抗压强度、软化系数等。人工骨料还应鉴定有无碱活性反应。—4’"— 第十章水利水电工程地质钻探第十章水利水电工程地质钻探利用专用机械设备向地下钻孔，以获取工程建设地区地下地质资料的工作。工程地质钻探是地质人员取得地下地质资料的主要手段，与石油、煤田、矿产等资源钻探相比，水利水电工程地质钻探有以下不同的特点：!钻孔深度不大，一般在!""#以内，只在某些高坝、高山分水岭地带及深埋隧洞地区，钻孔深度可达$""#%&""#或更深。"要求钻孔岩芯采取率高。#孔内要进行众多类型的地球物理、工程地质和水文地质测试与试验。$部分钻孔要留作水文地质、工程地质长期观测孔。%在一般情况下均要求用清水钻进，以进行专项的工程水文地质试验。&对孔斜的要求高，钻孔顶角的允许偏差，每孔深’""#时，直孔不大于$(；斜孔不大于)(。工程地质钻探一般分为岩芯钻探、土层钻探、砂砾石层钻探。按钻孔口径大小可分为常规口径钻探和大口径钻探，按钻孔顶角角度可分铅直钻和斜孔钻等。常用的钻进方法有回转钻探、冲击钻探和冲击回转钻探$种。回转钻探利用钻头在轴向压力和水平回转力共同作用下，在孔底回转以破碎、切削和磨削等方式破碎岩石。破碎的岩屑、岩粉随冷却钻头的冲洗液及时排出孔外。如孔内产生坍塌、掉块及有溶洞、裂隙而使冲洗液漏失时，可用泥浆、水泥浆、化学浆液或下入套管进行护壁、堵漏。按破碎岩石的磨料不同，可分为金刚石钻进、硬质合金钻进和钢粒钻进$种（参见岩芯钻探）。冲击钻探利用冲击钻头周期性地对孔底岩石进行冲击，岩石受到集中的冲击载荷而破碎，达到造孔的方法。冲击回转钻探是在回转钻进的基础上增加一个冲击器，既给钻具一定轴向压力回转运动，同时冲击器给钻具以一定频率的冲击能量，以冲击和回转切削共同作用破碎岩石。根据动力的不同，可分为液动冲击回转和风动冲击回转两类。!液动冲击回转钻进，主要用于*级以上坚硬岩层，可以大幅度地提高钻进效率和钻探质量，延长回次进尺，减少钻孔弯曲，降低材料消耗，有效地克服金刚石钻进坚硬“打滑”地层的困难。"风动冲击回转钻进（又称风动潜孔锤钻探）。利用压缩空气作为循环介质、并作为驱动孔底冲击器的能源而进行的冲击回转钻进。由于潜孔锤钻进不能取芯，所以在工程地质勘察中很少采用。主要用于水利水电工程锚索孔、锚桩孔、爆破孔、排水孔及水井成孔施工。岩芯钻探钻进中刻取并取出岩芯，用以研究地下地质情况的钻探方法。岩芯钻探通常都是回转钻进，利用钻探机械，以各种方式切削、磨削、破碎岩石，使钻头不断向岩层深部钻进并刻取岩芯。钻进方法按破碎岩石使用磨料的不同，钻进方法可分为硬质合金钻进、金刚石钻进和钢粒钻进。!硬质合金钻进。将硬质合金镶焊在钻头体上，作为机械破碎岩石的工具，—+*$— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测适合钻进可钻性!级"#级的岩石；针状硬质合金钻头能钻进可钻性$级和部分%级的岩石。硬质合金钻进的优点是钻探质量高，操作简便；钻进技术参数容易控制；钻头镶焊修磨方便，成本较低，但取芯质量和钻进速度不及金刚石钻进。!金刚石钻进。适用于可钻性$级以上的岩石以及软弱破碎岩石。金刚石钻进具有钻进效率高，岩芯采取率高，钻孔弯曲度小，劳动强度小，事故少，设备轻等优点，在水利水电工程钻探中得到广泛应用，但成本较高，孔径也不能过大。"钢粒钻进。钢粒钻头在一定的轴向压力下回转，推动钢粒不断滚动而破碎岩石。钢粒钻进适用于较完整的坚硬岩石。钻孔倾角限于#&’"(&’。由于钻孔直径较大，钻具容易弯曲，易造成钻孔偏斜，取芯质量差。取芯方法钻进时可根据岩层特点、取芯要求，合理选择取芯钻具。常用的钻具有单动双管钻具、单动三层管钻具、单动双管半合管钻具、接头型喷射式反循环钻具、绳索取芯钻具和套钻法取芯等。不同的取芯方法适用于不同的地质条件、施钻条件和对取芯的要求。常用的有：单动双管钻具，用于复杂地层如松软破碎地层、软弱夹层，能显著提高取芯质量。喷射式反循环钻具，适用于硬、脆、碎地层和砂卵石层钻进，岩芯采取率高，缺点是易造成岩芯分选。绳索取芯钻具，其特点是在钻进过程中需要提取岩芯时，不必提出钻杆，而是用钢丝绳索打捞器从钻杆内将装有岩芯的内管提到地面采取岩芯，可以提高钻进效率和取芯质量。套钻法取芯，先用金刚石钻头钻一小孔，然后用注浆管注入黏结剂，将注浆管与岩石凝固成一体，再用较大直径的钻具进行套钻，可获得原状结构的岩芯，适合于特殊条件下对软弱夹层及断层破碎带的取芯。土层钻探利用钻探机具在土层中钻进，以了解土层结构和采取原状土样的钻探方法。土层钻进方法有机械冲击钻进、回转钻进和静压法取土钻进)种。#机械冲击钻进。一般采用无阀冲击管钻。探明黏土或壤土时，可用干钻。探明土层分层和地下水水位以下钻进时，回次进尺不宜过大，以提高取样质量。!回转钻进。在地下水水位以上的黏土、粉土、人工填土和不易塌孔的砂土等地层中，采用肋骨式硬质合金钻头单管钻具回转干法钻进。在地下水水位以下的土层中，可采用单管钻具回转干法钻进，也可采用冲洗液循环钻进。淤泥层可采用肋骨式硬质合金钻头单管钻具钻进，浓泥浆循环，干钻法取芯；也可采用双动双管钻具硬质合金活阀钻头钻进。"静压法取土钻进。应采用快速连续静压贯入取土器。采取原状土样是土层钻探的一项重要工作。原状土样的取土器，宜根据土层特性和技术要求选用。常用取土器有：原状取砂器、活塞薄壁取土器、单动双管回转压入式取土器、双动双管回转取土器、*+%(—#!,%型原状取砂（土）器、球阀式取土器、真空取砂器、淤泥取样器等。其中*+%(—#!,%型取砂（土）器是单动双管半合自动超前压入式钻具，能有效地保证取样质量。采取原状土样一般要求：#使用敞口式取土器，其头部逆止阀应保持清洁，顺向排水、排气孔畅通，逆向封闭有效。!使用活塞式取土器，活塞杆的锁定位置应保持清洁，功能正常，活塞松紧适度，密封有效。"地下水水位以上采取原状土样，宜采用干钻法钻进。土质较硬时，可采用双管回转取土器，钻进与取样同时进行。$在饱和软黏土、黏土、砂土中钻进，可采用泥浆护壁或套管护壁。砂砾石层钻探—($!— 第十章水利水电工程地质钻探利用钻探机具在砂卵石层中钻进，了解地层结构并获取砂砾石样品的钻探方法。常用的方法有：平阀管钻冲击钻进、双动双管阀门钻具回转钻进、单管钻具跟管钻进，单动双管半合管钻具金刚石钻进和打入法钻进。平阀管钻冲击钻进适用于砾石粒径小于!""##的饱水地层，最大粒径应小于管钻阀门张开后的直径，孔深一般不超过$"#。开孔直径根据地层情况和钻孔技术要求而定。管钻超出护壁套管靴一般不超过"%&#’"%$#，以保证取样质量。当遇到超径砾石不易钻进时，可用一字形或角锥形冲击钻头破碎。遇砂层可换用球阀式管钻。双动双管阀门钻具回转钻进适用于厚砂砾石层，砾石最大粒径宜小于阀门张开后的直径。根据地层情况可采用套管护壁或泥浆循环。钻进时宜采用轻压、慢转、小水量的技术参数。单管钻具跟管钻进用金刚石复合块、肋骨式硬质合金钻头或钢粒钻头单管钻具跟管钻进。钻头超出护壁套管靴以"%&#’"%$#为宜。采用钢丝或弹簧片钻头，防止岩样掉落。遇大孤石可下入爆破筒或用聚能爆破法进行爆破。采用清水冲洗液，对取样质量有一定影响，在预定孔深可采用干钻法取样。单动双管半合管钻具金刚石钻进适用于厚砂砾石层或含有漂石的砂卵石层。采用(!##单动双管半合管钻具钻进，)*植物胶浆液（一种无固相冲洗液）护壁，也可采用其他无固相或低固相泥浆护壁。)*植物胶浆液具有良好的悬浮性、润滑性，黏度大和不影响水泵抽吸等特点。采用这种方法钻进砂砾石层，能提高钻进效率和护壁质量，并大大提高砂砾石采取率。打入法钻进采用直径为!+,##’&!(##厚壁套管，制成长约"%-#的半合式套管，下端连接带弹簧片或钢丝的管靴，上端与一般厚壁套管连接。取样时，将半合式套管打入孔底"%$#’"%.#的砂砾石层中，然后拔出装满样品的半合式套管，取出样品。冲击钻探利用冲击钻头的自重周期性地对孔底岩石进行冲击，达到破碎岩石造孔的方法。冲击钻探适用于松散的覆盖层，如各种土层、砂层、砂卵石漂石层。冲击钻具有设备简单、重量轻、有利拆迁、安装和检修、造价低廉等优点。但冲击钻探钻进效率低，只能垂直钻进，而且不能取芯，因此，仅适用于水井、桩基孔和防渗墙施工等造孔钻进。冲击钻探分为冲击钻进和冲击反循环钻进&种。!冲击钻进。一般用于穿过砂砾石覆盖层，钻穿覆盖层以后，下入套管，再用回转式钻机钻进基岩。"冲击反循环钻进。采用冲击反循环钻机进行钻进，配备专用的砂石泵，一面冲击破碎岩石，一面利用砂石泵将岩渣抽吸排出地面。冲击钻探被广泛用于水井、桩基、防渗墙、地下连续墙施工中。大口径钻探采用直径大于-""##钻头钻进的造孔技术。由于钻孔口径较大，地质人员可以直接下井进行地质调查和进行其他工程地质、水文地质试验。大口径钻探是水利水电工程地质勘察中用在特殊条件下的一种有效的勘探手段，其特点是开孔直径大，一般为!#或更大一些，地质人员可下入孔内观察地质情况，进行地质描述、编录照相；还可进行岩体原位测试、采取试样和进行各种水文地质试验，也可用以检查地基灌浆和混凝土浇筑质量。大—(/-— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测口径钻进还可用于开凿水井、地下工程运输井、通风井、电缆井、雷达发射井，以及桩基孔、防渗墙等工程施工，因而也称作大口径工程施工井钻探。由于大口径钻探成本高，施工运输及现场条件要求较严，进度较慢，在前期勘测设计阶段，只在十分必要的情况下，为探明一些特殊重要的地质情况时，才用于工程地质勘察工作中。大口径钻探的钻进方式通常有!种：大口径取芯钻进利用机械和环状破岩刀具破碎岩石，刻取大口径岩芯。根据破碎岩石磨料的不同，有钢粒钻进和硬质合金钻进!种，以钢粒钻进应用较多。前者用于"级以上岩石，后者用于#级$%级岩石。近年来还研制出金刚石复合块新型磨料，可以钻进可钻性较高的岩石。每回次钻进结束后，需下入潜水泵把孔内积水抽干，将岩芯切断，然后用钢丝绳套箍岩芯提升到地面，再下钻具继续钻进。这种方法不宜在地层破碎、井内涌水量很大等情况下使用。大口径全断面钻进在轴向压力和回转力的作用下，破岩滚刀在井底滚动破碎岩石，钻进压力靠粗径钻具自身重量来实现。一般采用反循环洗井排渣法。在井口供水或供浆，用压缩空气或砂石泵从钻杆中上吸冲洗液排渣，全断面钻进的优点在于机械化程度高、无井下作业，多用于复杂地层。对破碎、坍塌、漏失严重和涌水大的地层，均能有效地钻进。缺点是不能取得岩芯。钻孔柱状图按一定比例尺，用图例和文字记录表示通过钻孔获得的各种地下地质资料的图件。钻孔柱状图通常表示钻孔所揭露的地层、岩性、地质构造、岩石完整性、水文地质情况、各种孔内测试、试验成果和钻进情况等。钻孔柱状图是地质勘探的基本资料之一，是分析研究地下地质情况和编制各种地质图件的重要依据。其形式一般是从左至右分成若干栏。按所钻地层和钻探方法，分为软基上的土钻钻孔柱状图和岩基上的机钻钻孔柱状图!种。土钻钻孔柱状图表示的主要内容包括土层的岩性、分层厚度、层面高程、地下水水位、试验成果和取样点位置等。对粉细砂层、淤泥类土层、泥炭层、植物层等应突出予以表示。机钻钻孔柱状图表示主要内容见图，主要包括：（&）地层柱状图栏。用图例表示地层岩性、侵入岩层位及岩层接触关系等。对工程有重要意义的软弱夹层、层间剪切带、喀斯特现象等可扩大比例尺表示。（!）地质描述栏。用文字描述岩石特性、软弱夹层的性状，岩石风化及破碎程度，断层破碎带的规模、组成物质、胶结情况和产状（通常是倾角），裂隙的发育情况，喀斯特洞穴的规模和充填情况，地下水涌出情况等。（’）其他。应分栏标出地层系统和分层，风化程度，岩芯采取率或获得率，岩石质量指标（!"(），透水率（#$）或渗透系数，含水层的水位（初见水位、稳定水位）和观测日期，取样点和测试点的位置和编号，综合测井成果，钻进方法和钻进过程中出现的情况等。有的钻孔柱状图还有钻孔小结栏，对全孔的钻进情况，揭露的主要地质问题，值得重视的地质现象做一概括性总结。不同部门间没有统一的钻孔柱状图格式，但表示的内容基本相同。随着计算机的普及应用，水利工程的钻孔柱状图已普遍采用计算机绘制。—)"%— 第十章水利水电工程地质钻探图!"#!机钻钻孔柱状图—%$$— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第十一章水利水电工程地质硐探从地表向山体内部掘进近水平坑道，用以观察地下地质现象的勘探手段。硐探是工程地质勘察工作中的重要手段，地质人员可以在平硐内直接观察地层岩性、地质构造、岩体风化卸荷、喀斯特洞穴、地下水活动情况、裂隙发育特征及软弱夹层性状等地质现象，通过描述、摄像、取样分析、鉴定等手段，取得准确可靠的地质资料。利用平硐还可以进行现场岩体力学试验，地应力测试，专门性水文地质试验及岩体变形观测等工作。平硐断面规格根据勘探目的、掘进深度、地质条件和施工方法等因素决定，一般为!"#$%!"#$或!"!$%!"!$。硐探通常在工程地质勘察的较高阶段（可行性研究和初步设计）采用。在地形陡峻的河谷中，硐探是一种查清两岸坝肩和地下洞室工程地质条件的有效方法，为查明大坝，尤其是高拱坝坝基（肩）的地质条件，一般根据坝高，在不同高程上分层布置平硐；地下洞室的勘探平硐多布置在顶拱附近；对河床中存在顺河断层等关键性地质问题的坝址，也可布置过河平硐。硐探掘进方法，通常采用凿岩爆破法进行施工。为提高硐探的勘察效果和保护岩体少遭受爆破损伤，在硐探工程中，应大力推广光面爆破。对进行现场力学试验的硐段，更应采取专门的爆破设计以保护岩体。—(’&— 第十二章水利水电工程地质井探第十二章水利水电工程地质井探从地表向下开挖垂直或倾斜的探井，用以探查地下地质情况的勘探手段。与硐探相似，井探的优越性也在于地质人员可以直接下入井内观测各种地质现象，尤其是那些产状近水平分布的地质缺陷，如产状平缓的软弱夹层、卸荷裂隙、风化分带及风化夹层，缓倾角断层和节理，平缓的透（涌）水带，滑坡体及滑带土等，也可利用井探采取岩土样品和进行水文地质试验。它与硐探最大的差别有二：一是难以长期保留进行地质勘察与研究；二是施工难度大，成本高。因此，井探一般是在很必要的情况下，为查明一些特殊重要的近水平产出的地质现象才采用。井探工程有竖井、斜井和沉井!种。!竖井。从地表竖直向下开挖的坑道。"斜井。以一定的角度（通常不超过!"#）倾斜向下开挖的坑道。#沉井。是竖井开挖的一种特殊形式，多用于砂砾石层勘探。斜井与竖井施工多采用凿岩爆破，井口选择要求地层稳定，防止施工场地发生坍塌位移；通过软弱地层时应及时进行支护。沉井施工要防止井筒偏斜。—$%$— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第十三章水利水电工程地质坑（槽）探在地表开挖深度不大的探坑（槽），用以揭露各种地质现象的勘探手段。坑（槽）探广泛用于工程地质勘察工作中，是工程地质测绘的重要辅助手段。不论是在第四纪松散地层地区（段），或基岩出露地区，在地质测绘工作中，当需要了解地层岩性及地层分界线、构造线的位置及破碎带宽度、岩脉的位置及宽度、风化层厚度、岩体完整性、地表裂缝宽度等地质现象及天然建筑材料调查时，均可用坑（槽）探揭露需要了解的现象。探坑深度一般小于!"，浅井深度一般小于#$"。探槽深度一般为#"%!"，宽度与长度根据工程要求、地质条件和实际情况而定。硐井展示图图#!&#平硐展示图依一定比例尺和图例按平面连续展开，将平硐、竖井勘探揭露的各种地质现象编绘成的图件（见图#!&#）。平硐竖井展示图表示的主要内容包括地层岩性、断层、裂隙和岩脉的位置，风化、卸荷分带及位置，喀斯特洞穴分布，地下水露头，取样点、试验点位置等；同时，还应有分段地质说明，要详细描述岩土层名称、岩性及完整性，风化带及卸荷带的特征，岩层产状，断层破碎带和岩脉的性质、产状、充填物和胶结情况，裂隙统计资料，喀斯特—(’$— 第十三章水利水电工程地质坑（槽）探洞穴规模、充填情况，地下水出水点的位置、流量、水位、水质和水温等。如有岩爆和坍塌等情况，也应详细描述。平硐展示图，一般只展示硐顶和两壁的地质现象，采用以硐顶为基准，两壁掀起俯视展开格式。当平硐方向改变时需注明转折方向，硐深计算以硐顶中心线为准。此外，对明挖部分应进行描绘，并根据地质条件复杂程度，隔一定距离选择典型掌子面作素描图。竖井展示图，一般绘制相邻两壁，平列展开，注明井壁的方位，也可采用四壁连续展开成图。当竖井断面为圆形时，可按!"#等分剖开，取相邻两壁平列展开方法绘制。井深计算以井口某一壁固定桩为准。斜井（硐）展示图绘制，可参考上述方法，并注明其斜度。$"世纪%"年代以来，随着计算机技术的发展，已广泛采用录像、摄影等方法将平硐、竖井揭露的地质现象摄录下来，通过计算机处理成图。—!%&— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第十四章水利水电工程地球物理勘探以物理学原理为理论基础，利用地层之间物理性质的差异，以探测地球内部结构及其资源分布、探查各类工程建设场地和环境的地质条件为目的的各种探测方法。按其应用领域的不同，地球物理勘探可分为资源地球物理勘探和工程地球物理勘探两大类。!资源地球物理勘探。以探测地球内部的石油、煤矿、金属与非金属矿等各种资源为目的。"工程地球物理勘探。主要用以了解与工程建设中相关的工程地质、水文地质条件和各类环境地质问题，以及进行工程质量检测，通常简称工程物探。工程物探在中国已有近!"年的历史，早期主要应用于覆盖层厚度探测和地下水探测。现其应用范围非常广泛，除用于探测地下地质情况外，还广泛用于工程施工质量检测及建筑物安全隐患的探测，如水利水电工程建基岩体及施工质量检测，滑坡体探测，道路、桥梁、房屋地基、港口码头机场跑道等地基检测；文物考古；岩溶洞穴探测；煤田陷落柱探测；地下洞室的超前探测及施工质量检测；堤防隐患及险情探测；地下管线探测；固结灌浆与帷幕灌浆效果检测；锚杆锚固质量检测；混凝土浇筑质量及混凝土喷层厚度检测等。传统的工程物探方法有电法勘探、地震勘探、综合测井、高精度磁法、微重力测量等，#"世纪$"年代以来，特别是%"年代后又发展了许多新的方法和技术，如高密度电法勘探、瞬变电磁法、地质雷达法、工程多波地震勘探法、瑞利面波勘探法、垂直地震剖面法、核磁共振法、弹性波与电磁波层析成像、钻孔电视、全波列声波测井、偶极子横波测井等。其应用范围涉及到地质、水利、电力、铁道、建筑、建材、海洋、交通、石油、核工业、煤炭、冶金、农业、环境保护、文物保护、旅游资源调查、国防工程等各个领域。工程地球物理勘探已成为勘探地球物理学中一个独立的分支。在水利水电工程建设中工程物探已得到了广泛的应用。在区域水文地质、工程地质普查中应用工程物探了解地下水资源、区域地质环境、工程规划选点、天然建筑材料普查等，为工程建设的总体规划提供依据；在各设计阶段的工程地质勘察中，普遍应用各种工程物探方法，了解基岩埋藏深度，探测被水体覆盖或隐伏的断裂构造、喀斯特洞穴、暗河及地下水分布，划分基岩风化带、探查软弱夹层，了解滑坡体形态，测定岩（土）体的物理力学性质和水文地质参数等。物探具有速度快、成本低等优点。在工程勘察中充分利用物探方法，可以减少勘探工作量，从而降低勘测费用，缩短勘测周期。但各种工程物探方法都有一定的应用条件，成果资料分析常有多解性。因此，在实际工作中，除了被探测对象必须具备可被利用的物性条件外，还应综合利用各种物探技术方法，结合其他各种勘探成果和地质条件，进行综合分析，以取得理想的勘察效果。—%$#— 第十四章水利水电工程地球物理勘探电法勘探根据不同目标体存在电学性质（电阻率、电化学活动性、介电性、导磁性等）的差异，进行地质探查的一种地球物理勘探方法。电法勘探是利用仪器观测人工的或天然的电场或电磁场，研究介质的电性和变化规律，根据探测对象的电性差异，探测地下地质结构。!"世纪!"年代，初步形成电法勘探的理论体系，并首先应用于矿产资源的探查。#"年代应用到水文地质与工程地质调查。中国于!"世纪$"年代初开始在水利工程地质勘察中使用电法勘探。电法勘探按方法原理，施测技术和场源的不同又分为多种分支。就水利工程而言，应用较多的电法勘探方法有：电测深法、大地电磁法、电剖面法、激发极化法、自然电场法、充电法、甚低频法等。电测深法利用岩层之间电阻率的差异，在地面按一定装置布置供电和测量电极，由供电电极供电，测量测量电极之间的电位差，以研究测点处地层电性垂向变化的一种电法勘探的总称。观测装置分对称四极、三极、偶极等数种，通常用的是对称四极装置，如图%#&%所示。%#&%四极对称装置示意图图中!为测点，"、#为供电电极，$、%为测量电极，"、#、$、%均对称于测点!布置，$%的距离宜小于或等于"#&’。电源’通过"#向大地供电。通过测量电极之间的电位差!(和供电电流)，可用下式计算视电阻率"*(+"(&)式中，为视电阻率，!·)；+为装置系数，与装置类型有关，对应于图中的对称四极"*装置：+(#"$·"%&$%。一般测点附近某个范围内不是单一的均匀介质，而是多种不同电性介质形成的地质结构，测得的值不是某层的真电阻率，而是一个综合性的电阻率数值，称为视电阻率。"*当地层为层状结构时，它决定于各地层电阻率、厚度和所用观测装置的极距。电测深法工作时，测点!固定不动，大致按等比级数逐渐加大供电电极距"#进行视电阻率的测量，并在大对数坐标纸上绘制（"#&!）的函数曲线，即电测深曲线。"*"*(,根据电测深曲线的变化规律，可了解测点处地层沿垂向的电性变化，确定各层的电阻率、深度和厚度，并作出相应的地质解释。曲线的绘制和解释可用适当软件在计算机上进行。电测深法主要用来探测产状比较平缓的层状目标岩体。如测定覆盖层厚度（基岩埋藏深度），风化层厚度，天然建筑材料储量和因断层引起地层的错位情况等。大地电磁法通过观测地壳中存在的天然大地电场与磁场的比值来研究和探测地下地质构造的一种方法。由于电场和磁场是随时间同步变化的，所以它们的比值可以消除大地电磁场随时间—,+’— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测变化这一因素的影响。根据工作布置不同，大地电磁法又分为大地电磁测深和大地电磁剖面两种方法。大地电磁法不需要工作基点和人工供电设备，具有工作迅速、勘探深度大的特点。是一种很有前途的水利水电工程地质勘探方法。电剖面法利用地质目的体之间电阻率的差异，在地面探查测线方向地质情况变化的方法，适宜于探测陡立的目标体。电极装置的形式与电测深法相同，但它是在!"、#$间距离和相对位置不变的情况下，整个观测装置沿选定的测线方向同步移动，逐点测量视电阻率，并绘制成视电阻率剖面曲线进行解释，以研究沿测线某一深度电性的变化。!%电剖面法按观测装置可分对称四极剖面、二极剖面、联合剖面、偶极剖面和中间梯度剖面等分支方法，它们对地质体的反映各有特点，应用的前提是在测线方向上不同地质体的电阻率有明显的差异。电剖面法灵活多变，适应性较强，多用来探测基岩的起伏形态，圈定古河床位置和喀斯特分布范围，寻找断层破碎带等。激发极化法以研究目标体的激发极化效应为基础来进行地质调查和找矿的一种电探方法。激发极化法也分为测深和剖面两类，其观测装置的形式分别与电测深法、电剖面法相同，故在实际勘探工作中二者多结合起来进行，即在测量激发极化参数的同时也测量视电阻率。时间域激发极化法基本的参数是视极化率（），在一些地区找水时，也用衰减时"%（&）、激发比（’）和衰减度（(）；频率域激发极化法的基本参数是视幅频率（)%），又称视频散率（*%）。视极化率的测量方法是在!、"电极供电时测量#、$之间的电位差#+（总场电位!差），并在!、"电极供电中断后的某个瞬间测量#、$之间的电位差#+（二次场电位"差），则视极化率（）为"%#+""%#$!%%,#+!衰减时（&）是指把断电瞬间测得的!+"定为!%%,，#+"衰减到某一预定比数（例如&%,）所需要的时间。激发比’#（#+!-#+!）$!%%,衰减度(#（#+!-#+"）$!%%,.#+"#!."#!+（".）/.-（."’.!）式中，#+"为二次场电位差在供电中断后.!(."时间内的平均值。.!与."的值应根据勘探目标的地质条件选定，以求得最佳勘探效果。一般取.!#%0"&%，."#&0"&%。视幅频率)%#［（#+1!’#+1"）-#+1!］$!%%,式中，#+1!、#+1"分别为场源频率在低频1!和高频1"时#、$之间的电位差。测量和研究这些反映激发极化效应特性的参数，可用来进行岩溶洞穴调查、寻找断层破碎带、确定含水层位置以及分析水库渗漏途径等。自然电场法利用自然电场进行勘探的方法。自然电场是由地下的一些岩石或矿石，因氧化还原作用、地下水渗透作用、扩散作用和岩石颗粒的吸附作用等产生而形成的。工作时选一个电位稳定的基点$作为零电位，在各个观测点#测量它们与基点$之间—+*)— 第十四章水利水电工程地球物理勘探天然存在的直流电位差，即各点的自然电位。绘制测区的等自然电位平面图或测线的自然电位剖面图，从中研究自然电场在测区和测线上的变化规律，达到地质勘探之目的。自然电场法在水利工程勘测中，主要是利用地下水流动时产生的过滤电场异常，圈定水库渗漏地段和喀斯特分布；测定地下水流向及在钻孔中抽水时的影响半径；寻找不同岩性的接触线等。充电法某些低电阻的地质体和高矿化度的地下水，相对于其周围岩体来说，可近似地看成理想导体，当它们在地表出露或被钻孔、坑道揭露时在出露处对其充电，并在地面观测电场的分布，可推断低阻地质体的形态和范围。充电法多用来测定地下水的流向、流速，也用以探查由低阻物质充填的溶洞的大致形态和追索地下暗河。甚低频法利用工作频率!"#$%&’"#$%的通信电台发射的甚低频电磁波作为场源的电法勘探方法。电磁波在低电阻地质体内因电磁感应产生二次电流，引起二次电磁场，在测区内用仪器观测总场的电场分量与磁场分量，通过它们的畸变区来查找水库渗漏地段、断层破碎带等。高密度电法勘探在地表同时布置多组电极，一次供电，完成纵、横两个方向电极之间电位差的测量，用以研究地下岩层结构的地球物理勘探方法，又称高密度电阻率法。该技术主要用于水利水电工程地质勘察、堤防隐患探测等。高密度电法勘探实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时一次将全部电极（几十至上百组）布置到位，利用程控电极转换开关和电阻率测量仪器便可实现数据的自动采集，把测量结果送入计算机，对测量结果进行处理并给出关于地电断面的各种图示结果。相对于常规电阻率法而言，该方法具有如下特点：!能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，可获得较丰富的关于地电断面的信息。"野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快而且避免了由于手工操作所引起的失误。#探测成果直观，地质信息丰富。高密度电法勘探的观测装置分四极、三极、二极等数种，常用的是四极装置，如温纳（()**)+）、偶极、微分和施龙贝格（,-./012)+3)+）装置等。温纳装置如图!456所示，!、"为供电电极，#、$为测量电极，测量电极中心为测点，视电阻率用下式计算6!%76"#$&’(式中，为视电阻率，%·1；$为电极距，当点距为)时，#7*)，*7!、6、’、⋯；$&为!%#$间观测到的电位差；(为经!"向地下供入的电流。由于一条剖面地表测点数是固定的，当极距扩大时，反映不同勘探深度的测点数将依次减少。如把每组的视电阻率（）值!%表示在测点下方深度为#的点位上，整条剖面的测量结果便可以表示成一种倒三角形的二维断面的视电阻率分布，在此基础上进行解释。如果在一块面积上同时观测了多条剖面，还可以获得三维视电阻率分布。地震勘探利用地震波在不同的地层中传播特性的差异来研究地质结构的物探方法。地震波在地下传播遇到不同的波阻抗界面，会发生反射、折射或绕射，这些波返回到地面时，可用地震仪器进行接收，经数据处理和资料解释后，可以研究地层界面的深度和形态，判断地层的岩性，达到勘探的目的。在各设计阶段工程地质勘察中，地震勘探主要用于：!了解基岩埋藏深度。"划分基—98"— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测!"#$高密度电法勘探电极布置测点分布示意图岩风化带。!勘探隐伏地质构造。"了解滑坡体形态。#探测地下水。$岩（上）体的弹性纵波、横波和面波的原位测试等。地震勘探的震源主要有敲击法和爆炸法。根据弹性波的传播方式，地震勘探可分为直达波法、反射波法、折射波法和面波法。直达波法以研究直达波特性为基础的地震勘探方法。由震源直接（不经过界面的反射和折射）传播到接收点的波称直达波（图!"#%）。利用直达波法可直接求取岩（土）体的直达波速。透射波法属于直达波法。在均匀介质中，直达波的时距曲线为直线，其表达式为"!&（!"#!）#式中，"为震源至接收点的直线距离，’；!为震源至接收点的时间，(；#为直达波的速度，’)(。野外工作时，常采用锤击、电火花或炸药作震源。根据震源激发方式的差异，可产生纵波和横波。根据从震源到接收点的直达波传播时间和距离，可以计算纵波波速（#$）或横波波速（#%）。直达波法可测定岩（土）体表面的纵波或横波波速，以计算岩（土）体的动力参数。透射波法适用于测定钻孔、平硐以及钻孔（平硐）与平硐之间岩（土）体的纵、横波速度，圈定岩层速度异常带，如构造破碎带、风化及岩溶等，资料处理常采用地震*+技术。反射波法以研究反射波特性为基础的地震勘探方法。反射波法的原理：弹性波从震源向地层传播过程中，遇到性质不同的地层界面时，因界面两侧的介质波阻抗（介质的密度和速度的乘积）不相等，遵循斯奈尔定律（,-.//’(012）产生反射波（图!"#$）反射波回到地面的时间与界面的深度有关。可根据反射波的旅行时，求取不同地层的埋藏深度及其起伏形态。开展反射波法的必要条件是相邻地层的波阻抗存在差异。反射波的时距曲线为双曲线，其表达式为!$$!&!"&3"（!"#$）#!—654— 第十四章水利水电工程地球物理勘探图!"#$直达波法示意图图!"#"反射波法示意图式中，!为震源至接收点的直线距离，%；"为震源至反射面的垂直距离，%；#!为反射界面以上的地层速度，%&’。图!"#(折射波法示意图反射波法野外通常采用锤击或猎枪子弹作震源，宜采用多次覆盖观测系统。反射波法又分为纵波反射法和横波反射法。反射波法适用于层状介质勘探，可测定覆盖层厚度，划分岩层和风化层，探测隐状构造破碎带。在勘探高速屏蔽层下部的地层结构时，应用反射波法可弥补折射波法的缺陷，获得较多的地层结构信息。其中应用横波反射法进行第四纪松散含水地层的分层效果，比纵波反射波法好。折射波法以研究折射波特性为基础的地震勘探方法。折射波法的原理：弹性波从震源向地层传播过程中，遇到速度不同的地层界面时，将遵循斯奈尔（折射）定律发生折射现象（图!"#$）。—+*)— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测斯奈尔定律为!"#!$!"#!&%（$’()）"$"&当折射角!&增加到*+,时，!$为临界角（!-），则!"#"-%"$#"&，此时以临界角入射的波将沿界面滑行，该界面称为折射界面。根据折射波的旅行时（走时），可求取岩层界面的深度和形态。开展折射波法的必要条件是"&."$。折射波法的时距曲线为折线，其表达式为%&&-0!!-$%/（$’(’）"&"$式中，%为地震波在"&介质中传播的距离，1；&为震源至折射界面的垂直距离，1；!-为临界角。折射波法野外常用炸药作震源，原则上宜采用多重相遇时距曲线观测系统。折射波法适用于层状介质勘探，可测定覆盖层厚度，划分岩层和风化层，探测隐状构造破碎带，以及岩（土）体弹性波的测试等，为解决工程地质问题提供定量的资料。面波法参见瑞利面波勘探。重力勘探在地面观测因岩石的密度差异所产生的重力场异常，以此分析确定地质体的性质及其空间位置、大小形状的地球物理勘探方法。重力勘探是利用重力仪测量重力场。重力场是存在重力作用的空间。重力异常则是由于地球质量分布不均匀造成的重力场中各点的重力加速度（’）和正常重力加速度（(）的数量之差。重力异常反映了地壳内部物质的分布情况，可供间接了解地壳的内部构造。反映区域地质构造的异常称为区域重力异常，反映局部地质体的异常为局部重力异常。重力勘探数据的分析与解释一般分为)个阶段：!处理野外观测数据，绘制各种重力异常图。"分解重力异常，从叠加的异常中分出那些可用来解释具体地质问题的异常。#确定异常体的性质、形状、产状及其他特征参数。重力勘探的定性解释，主要根据重力异常图的以下特征：!正异常说明地质体存在剩余质量；反之，负异常说明质量亏损。"最大异常是地质体重心的地面投影。#极大水平梯度异常相应于地质体的边界。$延伸异常相应于延伸的异常体。%对称异常曲线说明质量相对于通过极值点的垂直平面是对称分布的；反之，非对称曲线说明质量非对称分布。&在平面上出现几个极值异常，表明存在几个地质体。重力勘探的定量解释是根据异常场求地质体的产状要素，建立重力模型，常用的反演方法为选择法，即选择重力模型计算的重力异常与观测重力异常之间的偏差小于允许误差。由于重力勘探存在多解性，因此，必须重视研究地区的地质、勘探资料和其他物探资料，避免地质解释的错误。在工程地质勘察中，主要使用微重力测量技术，在岩溶区探测岩溶洞穴分布和发育程度，在矿区了解采空区的分布等。微重力测量技术是指测量的精度和仪器的灵敏度达到微伽级的相对测量（$(3&）。微重力测量技术采用垂直梯度测量。梯度测量较’2%$+-14!单独重力测量有两方面优点：!梯度剖面具有特殊性，它判断地下结构比较直观。"梯度—*55— 第十四章水利水电工程地球物理勘探测量可增强浅部地质体的异常。磁法勘探利用目标体与其周围环境磁性的差异，测量它产生的异常磁场，以查明其物理和几何特征的一种地球物理勘探方法。某些矿物（如磁铁矿、磁黄铁矿）因物质组分和结晶构造的特殊性而具有磁性。某些岩石、土壤含有这些矿物时也具有磁性。掩埋的铁质金属物体同样具有磁性。这些物体的周围存在着由它们产生的异常磁场，并与地球磁场叠加在一起。用磁力仪测量地磁场的空间变化，从中分辨出这些异常磁场，借助位场理论和现代计算技术，对获得的磁异常数据进行处理，结合地质情况和环境特点，对产生磁异常的目标体的性质、形态、埋藏特征作出解释，达到调查勘探的目的。这一整套过程称为磁法勘探。磁法勘探是一种发展最早、应用广泛的地球物理勘探方法，已有几百年的历史。中国是世界上最早发现和利用物质磁性的国家，但磁法勘探的应用直到中华人民共和国成立之后才蓬勃开展。它在中国水利勘测和工程中的应用也是从!"世纪#"年代开始的。目标体的磁性来源于含铁、钴、镍等金属的某些矿物或者这些金属本身。表现为两方面：一是与导磁率（!）或者磁化率（!）有关的感应磁化强度（"#）：二是过去历史遗留至今的剩余磁化强度（"$）。不论是"#还是"$的差异，都能使目标体引起磁异常。磁法勘探又分若干分支。按观察的空间和方式可分为航空磁测、地面磁测、海洋磁测、地下（井中）磁测。地面磁测又分为区域磁测、矿区（局部）磁测。按测量的内容可分为总场（%）测量，垂直分量（&）测量、水平分量（’）测量、梯度测量等。磁法勘探的结果，一般表示为观测值（总场、分量或梯度）沿测线的变化（剖面图），以及观测值在整个测区平面上的变化（平面图，平面剖面图）。借助位场理论和解析延拓，还可得到磁场空间分布的三维图像。异常解释后，最终表示为反映目标体位置、形状、分布范围等综合性成果。磁场的观测采用磁力仪。从最原始的罗盘、机械式（刃口或悬丝）磁力仪，到现代的质子磁力仪、光泵磁力仪，以至超导磁力仪，经历了几百年的发展。按用途可分航空磁力仪、地面磁力仪、海洋（船载）磁力仪、井中磁力仪。按工作原理可分为质子磁力仪、磁通门磁力仪⋯⋯每一勘查项目中用什么仪器根据工作需要灵活选用。中国制造的计算机质子磁力仪，如$%&—!’()—*，分辨率已达"+,-.，精度达/!-.，测程!0,"*#-.1,"-.，可在全球任何地方工作，进行总场、梯度、循环2种方式的测量，在计算机控制下，可全自动地进行诸如记录、存储、处理和输出数据等项操作。磁通门式磁力仪，如33.—,型磁探仪，用于测量磁场的分量梯度，其操作简易、轻便灵活、效率高。军事上可用来探测未爆的炸弹、地雷等；民用可探测地下管线及其他隐蔽磁性体。磁法勘探所用仪器种类繁多、特点各异，使用者应根据自己的需要作出选择。在水文地质、工程地质勘察中，磁法勘探可用来探测岩溶洞穴、裂隙带等地质缺陷或其他地质异常体。但这类目标体与周围的磁性差异往往很小，实际应用中需采用高精度磁测。磁法勘探的正、反演问题，涉及到位场理论、解析延拓、频谱分析、滤波、线性变换等多种基础理论和数学工具，理论上比较成熟。磁法勘探的效果，取决于探测对象与围岩磁性差异的大小，目标体的尺寸，埋藏的深—454— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测浅，以及探测技术的分辨力和精确度等因素。磁法勘探具有适应性广、装备轻便、移动灵活、操作简易快捷、工作效率高、分辨力强等特点。应用领域已广泛涉及空间探测、海洋调查、大地构造及矿产资源勘探、地震监测和地震预报、水利水电工程勘察、文物探测与考古、地下管线及掩埋物探查等各个方面。综合测井在钻孔中测定岩层的电、热、声、核物理学等多种物理参数，研究地层剖面岩性，以达到油气勘探、工程地质和水文地质勘探目的的地球物理勘探技术。不同的地质体在某种物性上可能没有差异或差异很小，但在另一种物性上则可能存在较大差异，单一的测井方法有时得不到满意的探测效果，而采用多种测井方法的综合探测，可取各方法之所长，相互验证，克服多解性，获得较可靠的地质资料。水利工程勘察中采用的测井方法有：!电测井。包括自然电位、电阻率、接地电阻、并液电阻率及侧向（屏蔽）测井。"声波测井。包括声速、声幅和超声成像测井。#放射性测井。包括自然伽马、伽马—伽马、中子—伽马测井。$同位素示踪测井。%温度测井。此外，还有井径、井斜等几何量的测量和钻孔电视录像、孔内摄影等直接进行几何测量和图像观察的测井方法。综合测井主要用于：!划分钻孔地质剖面，区分岩性和软弱夹层。"确定断层及裂隙破碎带的位置和产状。#确定含水层的深度、厚度，测定地下水矿化度。$测定地下水的流速、流向，含水层的涌水量及层间补给关系。%测定岩石的孔隙度、密度、弹性波传播速度。&鉴定钻探造孔质量。’观察井壁地质现象及井内情况等。工程勘察中使用的测井仪，按其功能的多少可分为单项功能和综合功能两类。综合测井仪一般具备电测井、声速测井和放射性测井的功能，多采用模拟记录方式。!"世纪#"年代以来向数字记录型发展，既可得到直观的模拟测井曲线，又便于应用计算机做数据处理，以提高测井的质量和效率。电阻率测井利用岩层间电阻率的差异，在钻孔中供电并测量其产生的电位差，用以研究钻孔地质剖面的一种地球物理勘探方法。影响岩层电阻率的主要因素有岩石的矿物成分，岩层的结构状态，孔隙率、含水量和水的矿化度。根据岩层电阻率的变化，可判别岩性和进行分层。对均匀的无限介质，测定其电阻率时，可用点电源（!）建立人工电场，并在距离点电源"处测量其电位（#），则介质电阻率!$%""#$!。在钻孔中测量时，因岩层的厚度是有限的，其上下是电阻率不同的围岩，且由供电电极和测量电极组成的电极系又置于钻孔井液之中，所以上述方法测得的并非某一岩层的真电阻率，而是电极系四周某个体积范围的各种介质电阻率的综合反映，故称作视电阻率，以表示。电阻率测井也称为视电阻率测!%井。电阻率测井根据使用的电极系型式的不同，又可分为普通电极系测井和微电极系测井两类。普通电极系测井井下有&个电极组成电极系，井口地面有一个接地电极（&），用电缆与测井仪连接构成供电回路’&和测量回路()。电极系按电极排列方式分为电位装置和梯度装置，梯度装置又分顶部梯度和底部梯度两种，如图’%(’所示。图中’为供电电极，(、)为测量电极，*点为视电阻率记录点，测得的数值代表该点的视电阻率。’(—))"— 第十四章水利水电工程地球物理勘探是电位装置的极距，!"为梯度装置的极距。视电阻率的计算公式：。式中，!#!$"%&’()!#为视电阻率，!·"；"%&’为测量电极之间的电位差，"*；)为供电电流，"!；$为装置系数，+，对于电位电极系$!##!&，梯度电极系$!#$#!&·!’(&’。测井时选用某种极距的电极系，并使供电电流（)）恒定，则!#与"%&’成正比。"%&’输入到记录仪后在记录纸上显示，记录纸又与电极系在井中的升降按比例同步移动，由此可在记录纸上得到"%&’随钻孔深度变化的曲线，因!#与"%&’成正比，故只需转换"%&’的坐标比例，即可得到视电阻率测井曲线。图%#&’普通电极系示意图图%#&$视电阻率测井曲线形状示意图岩层在视电阻率测并曲线上的反映形态如图%#&$示。电位电极系测得的视电阻率曲线异常与岩层对应，但当岩层厚度小时则反应不明显。两种梯度电极系测得的视电阻率曲线分别在高电阻层的顶界面和底界面处出现极大值，对确定岩层界面的位置有利，对—((%— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测薄层的反映要比电位电极系好。当岩层厚度相对于极距较大时（!倍以上），在岩层中部测得的视电阻率趋近于该岩层的真电阻率。微电极系测井把电极镶在绝缘板上，其极距小至几厘米，并利用推靠弹簧使电极裸露的一边紧贴井壁，从而减小钻孔井液的影响，提高了对薄层的分辨力。按电极位置的排列方式，也有微电位和微梯度电极系之分。其工作方法原理和使用的仪器与普通电极系测井类同。电阻率测井主要用来划分地层岩性，确定含水层位置和厚度，测定岩层电阻率，以及粗略测定砂砾石层的孔隙度。而微电极系测井除能详细划分地层岩性、确定裂隙和软弱夹层外，还可利用微电位与微梯度视电阻率曲线之间出现的幅度差区分岩层的渗透性。声波测井通过测量声波在岩体内的传播速度或其他声学特性，研究钻孔岩层剖面的一种地球物理勘探方法。岩体的声学特性由岩石骨架和孔隙中液体的弹性、岩体的密度等物理参数所决定。采用不同类型的声波测并（如声速测井、声幅测并、超声成像测井等），可进行岩性分层、裂隙密集带或断层破碎带的探查、岩层孔隙率和动弹性模量等物理力学参数的测定。"#$%声波测井原理示意图"—直达波行程；&—反射波行程；’—折射波行程；#—透射波行程声速测井工作原理如图"#$%表示。从声波发生器（!）发出的声波，经过井液传向井壁，一部分透过井壁进入岩层成为透射波，一部分反射回来，称为反射波，一部分以临界角（"）入射在井壁上产生折射波，还有一部分在井液中沿井轴方向传播到达接收器（#），称为直达波。当声波接收器（#）与声波发生器（!）之间的距离（$）大于()!*，在直径（%）小于&((**的钻孔中，由于井液的波速一般低于井壁岩石的波速，折射波将首先到达声波接收器（#）而成为初至波。测得声波从发生器（!）至接收器（#）的旅行时间即走时（&），则$与&的比值可作为岩体声波速度的近似值。—++&— 第十四章水利水电工程地球物理勘探为了提高测量声波速度的精度，实际使用的声速测井仪多采用一发双收装置，即如原理图所示具有一个声波发生器（!）和两个声波接收器（"!、""）。折射波由声波发生器（!）至第一接收器（"!）的行程为!#$"!，旅行时间（走时）为%!；由!至第二接收器（""）的行程为!#&""，旅行时间（走时）为%"。当钻孔直径（’）不变，并用扶正器使声波测井仪探管置于钻孔的轴心位置时，两个行程相差$&，它等于两个接收探头"!与""的间距(。时差!%#%"$%!为折射波沿井壁岩体传播距离(所需时间。声速测井仪连续记录钻井剖面不同深度位置上的时差!%，即可求得各个岩层的声波速度。当井径骤变或探管在钻井内偏斜时，一发双收声速仪测得的时差曲线就不能客观反映岩体波速的变化，此时最好使用比较复杂的双发双收补偿声速测井仪。声波测井可以对钻井剖面进行岩性分层，还可根据"#（!%$!%)#）（*!%!$!%）计算岩层的孔隙度（"）。式中，!%为由时差曲线测得岩层的时差，!%&’；"((为充填孔隙内液体的时差，!%&’；!%)#为岩石骨架的时差，#+*)。分别从各自的标本中测得。上述声波测井仪一般情况下只能测得纵波速度。")世纪*)年代发展起来的全波列数字声波测井，采用数字技术及计算机对声波信号进行全面的接收、采集、存储与滤波处理，可同时测得纵波速度和横波速度，获取更多的物理参数。全波列数字声波测井已应用到水利工程勘测中。声幅测井又称声波幅度测井。借助于仪器，记录经岩体传播到达接收器的初至波头半周的振幅值。此振幅值的大小与声波在岩体中传播时能量的衰减有关，而这种衰减又决定于岩体结构和裂隙发育情况。利用声幅测井探测裂隙密集带和断层破碎带的分布要比声速测井效果更好。超声成像测井又称超声电视测井。利用锆钛酸铅压电晶体制成的换能器，发射一束频率为!+,-左右的超声脉冲对井壁扫描。超声脉冲穿过泥浆和泥饼，遇到井壁岩层后产生反射，反射波以与发射波反向的同一路径回到换能器，被接收转换成电信号，其强度与岩层的声阻抗（声速与密度的乘积）有关，因而能在一定程度上反映井壁岩性的差别。由反射波转换来的电信号送到地面仪器以控制示波管光点的亮度，显示在屏幕上，并给胶片感光，感光胶片与下井仪器按深度比例同步移动，故可得到一幅展开的井壁岩体声阻抗变化的图像。井下仪器中装有磁北信号发生器，可以控制成像记录的方位，使胶片上图像的左边缘始终是磁北方向。应用超声成像测井，可以进行岩性分层，探明断层破碎带的分布，确定岩层、断层和裂隙的产状，测定井径等。无线电波透视利用良导电的地质体对高频电磁波产生强烈吸收的特性，发现良导电地质体的一种地下电磁波探测法，又称阴影法。无线电波透视的具体作法是把发射机和接收机分别置于相隔一定距离的两个钻孔（坑道）内，放入一个钻孔（坑道）中的发射机通过天线向周围介质发射电磁波，放在另一个钻孔（坑道）中的接收机经天线接收电磁波信号，当两个钻孔（坑道）之间存在高电阻岩体时，可接收到较强的电磁波信号，若在两孔或两坑道之间存在低电阻体，如充水的溶洞，则在低电阻体的背后由于电磁波信号被吸收，呈现强烈的衰减，形成一个阴影。岩体导电性越好，则对电磁波能量的吸收就越强。低电阻异常体的部位可用交会法圈定。野外观测方式有同步法，包括水平同步和斜同步；定点法，可互相更换固定发射点或接收点。在钻孔或坑道中发射的电磁波的频率范围为—//.— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测!"#$%&’#!$%&。透视距离一般不超过#!!(，围岩电阻率越低，透视距离越小。无线电波透视技术发展较快，仪器在减少干扰、提高分辨率、增加发射功率、扩大观测距离等方面均有较大改进；在资料解释方面，已应用计算机技术进行数据处理，如层析成像（)*技术）。无线电波透视在水利工程勘察中主要用于勘测坝基、闸基、厂址及其他大型建筑物地基中的岩溶、洞穴、构造破碎带及含水带等。地质雷达利用高频电磁波在岩体中传播，遇到不同电性界面时会产生反射的特性来探测异常地质体的一种方法，又称探地雷达。地质雷达的基本原理是由发射机经天线以脉冲形式发射电磁波，一部分电磁波由发射机以直达波形式直接传向接收机的天线；另一部分电磁波从地表向地下传播，当遇到电性不同的地质界面时，产生反射波，并返回到地表，经一定的旅行时间也到达接收机的天线。根据接收到的反射波的时间差，即可判断异常地质体的存在，并可估计其埋藏深度。用于地质勘探的地质雷达，其频率范围一般在几兆赫兹至几百兆赫兹之间，特殊的高达几千兆赫兹，脉冲宽度约为#+,’#!+,。探测的深度决定于岩体的电阻率与发射电磁波频率，通常有效探测深度为-!(’.!(。一般说来，地质雷达所探测的介质电阻率越高，其探测深度越大，探测效果越好；被探测介质含水量越大，探测深度越小，其次是金属构件对电磁波有较强的吸收作用，实际应用中也能有效地识别。地质雷达作为地质探测的一种辅助手段，其应用范围正不断拓宽，尤其是在工程地质勘察中，对某些特殊问题，如在高电阻的灰岩中探测一定范围内的喀斯特洞穴和破碎带探查，以及探测地下水水位等，可取得较好效果。近年来地质雷达在工程质量检测中也发挥着越来越大的作用，如地下管线探查，碾压混凝土和常态混凝土厚度及缺陷的检测，高速公路路基状况调查，结构混凝土中钢筋质量的检查等。瑞利波勘探利用瑞利波在层状介质中所具有的频散特性进行浅层弹性波勘探的方法。瑞利波又称/波，由英国科学家瑞利（0"/1234567）在#889年发现，故名。瑞利波是沿地表传播的一种弹性波。其质点振动的轨迹为一逆向椭圆，且振幅随深度呈指数规律急剧衰减，其传播速度略小于横波速度。在天然地震中，瑞利波是危害性最大的一种地震波。在人工地震勘探中，瑞利波是一种强干扰波。因此，人们早期对瑞利波的研究，主要是根据瑞利波的特点，采取诸多方法来减小它的危害或消除它的影响。-!世纪:!年代初，人们发现了瑞利波在层状介质中具有频散特性，并根据这一特性广泛地利用天然地震记录的瑞利波来研究地球内部的结构。8!年代初，人们开始利用人工激发的高频瑞利波来解决浅层工程地质问题。瑞利波用于勘探主要有-种方法，即稳态法和瞬态法。其中瞬态法又包含两道法和多道法。它们均以半波长理论为基础，以求取瑞利波频散曲线为主要目标，以反演地下介质结构为最后结果。当地面用稳态激振器（!）做垂向正弦激振时，沿地面就有瑞利波传播，如果瑞利波速为"#，激振频率为$，则波长!#;"#%$，稳态法中，一般$是已知可调的，因此只要测得"#值，就可以根据半波长的理论（瑞利波的勘探深度为&#%-，而测得的瑞利波速只代表—==<— 第十四章水利水电工程地球物理勘探半个波长以内介质的平均传播速度）求出波速（!"）与勘探深度（#）之间的曲线关系，也称之为频散曲线，根据此曲线可以反演介质的剪切波速度结构及其他物性参数。求取!"的一般方法是在地面上沿瑞利波传播方向布置两个检波器"!、""，利用相关法计算"!、""之间波形的延时或相位差从而求出!"。瞬态法与稳态法的主要区别在于震源的不同。瞬态法多采用锤击或频率不可调的宽频带震源，提取频散曲线多采用表面波谱方法（#$#%），对检波器接收到的时域信号进行频谱分析，计算出对应频率（$）的两道相位差，进而算出!"；再由半波长理论计算出!"—#频散曲线，并依此分析介质的剪切波速度及其他物性参数。多道法与两道法不同的是，在地面上瑞利波的传播方向设置了多个等距检波器，该方法的优点在于它能更好地消除噪音干扰，压制纵横波。瑞利波勘探法在地质结构分层、地基处理效果评价、公路路基质量检测、沥青路面的压实密度和强度检测、高喷混凝土防渗墙施工质量检测、土层剪切波速度结构反演、堤防隐患探测、建基岩体爆破松动层厚度探测等方面已得到了应用。层析成像利用天然的（如地震波）或人工产生的地球物理场（如人工激发的地震波），对探测的地质体成像的一种地球物理技术。层析成像也就是常说的&’技术，其在物理诊断医学中的应用已相当成熟。在应用地球物理学中，其探测原理也十分相似。层析成像分地震层析成像与电磁波层析成像两大类，是新近发展的地球物理勘探技术，已广泛用于工程岩体、油气储层、地质缺陷等的探察中。原理与方法技术层析成像的数学基础是雷当（()*+,）变换。雷当变换要求不同方向的发射波场，只有旋转发射—接收器组合的方法才称为层析成像，因为只有这种观测方法才能惟一地确定目标的大小、位置和性质。地震层析成像。古典含义是利用走时数据通过测线追踪对地震波速解析成像的。地震波经过一段路径的旅行时（走时）与波在所经过介质中的传播速度成反比，因此，记录走时可以计算传播介质的波速。由于地球的尺度远大于人体的尺寸，在地球物理勘探中透射波的应用受到一定限制，所以经常利用一对钻孔（或坑道），将震源放入一个钻孔（坑道），接收地震波的检波器放入另一个钻孔（坑道），并按一定的间隔，测出钻孔（坑道）所有不同部位组合的测线走时，从而部分实现发射一接收仪器围绕井（坑道）间探测目标的旋转。这种观测方式称为跨孔（洞）层析成像。利用反射波也可以进行层析成像，但是要事先知道反射面的产状。电磁波层析成像。与医学-射线&’相似，是将发射高频（大于!../01）电磁波的天线放入一个钻孔，将接收探头放入另外一个钻孔，量测不同测线电磁波的强度。对于电导率较高的含水层裂隙带或洞穴，由于它们吸收电磁波使接收信号变弱，通过计算可以圈定它们的部位和形态。对所获得的各个测线的旅行时（走时）或电磁波强度数据，根据雷当变换的原理计算空间的波速或电导率，这种计算称为逆雷当变换（!,23453+6()*+,’4),56+47，8(’）。使用的算法有代数重构法（$(’）、同时迭代重构法（#8(’）、最小二乘重构法（9#:(’）等。由于在许多情况下记录了全部波场数据，人们在研究用波场数据的反演，用广义雷当变换为基础的波场成像方法。—<<;— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测主要应用范围工程地震层析成像的应用主要有以下几个方面。（!）大型工程的基础调查。在大型工程的设计与基础调查中采用地震层析技术，可以有助于了解基础的大致地质结构以及不利地质体的分布部位和形态。（"）工程老化的病害检测与工程质量监测。对于大坝、河堤、桥墩等工程建筑经常遇到的老化和病害等隐患，地震层析成像是可采用的检测方法之一。（#）地下工程破损检测。在现代化的城市中，地下隐蔽工程发生破损是常见的事情，层析成像技术可对破损位置及规模进行有效的探测。现状与发展趋势中国工程地震层析成像技术的发展，始于"$世纪%$年代后期，长江水利委员会在三峡坝址进行了地震层析成像试验。&$年代以来，地震层析成像方法在中国水利、城建、环保等许多工程领域的应用都取得了显著的效果。该技术的发展方向是：专业仪器设备的改进（三维的工程地震仪，轻便可调频的可控震源及相应的井下设备），虚拟跨孔层析成像方法（可不打钻而取得类似于跨孔地震’(的波速图像），综合三维地震成像观测系统，成像算法的改进与综合解释水平的提高。电磁测深勘探利用岩石等地质目标体的电性差异，通过天然或人工的电磁场，测量一组正交的电场、磁场分量，探测不同深度、不同电性目标体的一种地球物理勘探方法。电磁测深是一种比较年轻的地球物理方法。卡格尼亚尔（)*’+,-.+/0）和蒂库诺维（1*2*(.345-56）于"$世纪7$年代初提出天然源电磁测深，斯特兰韦（89*:;/+-,<+=）和戈德泰恩（>*?5@0;A.-）!&B!年提出人工源电磁测深，距今不过几十年的历史。中国于"$世纪B$年代末%$年代初引入该方法。电磁测深的分类按场源性质分为天然电磁测深（即大地电磁测深，>(），人工源电磁测深（’:C>:）；按观测方式分为时间域电磁测深（又称瞬变电磁测深，(C>），频率域电磁测深；按工作区域可分陆地电磁测深，海洋电磁测深等。天然源电磁测深的场源是地球高空电离层和磁性层中的电流系统；人工源电磁测深的场源，采用水平或垂直的不接地线圈，称为垂直或水平磁偶极源，或者采用一对接地的电偶极。在海洋电磁法中，也可采用垂直的电偶极。时间域电磁测深给场源发送的是阶跃电流或者脉冲电流；频率域电磁测深则是供给不同频率的方波电流。电磁测深的原理是利用电性不同的介质中，不同频率电磁波的穿透深度或者传播速度的差异。频率域中与探测深度相联系的是趋肤深度!D"（!），它与电磁波频率!"#$的平方根以及介质电导率的平方根成反比。频率越低、电导率越低，电磁波穿入地下越深。由两正交电场、磁场分量之比获得的波阻抗（"），是波的频率以及介质电性和几何特征的函数。由一系列已知频率测得的"值，可以推断介质的电性和尺寸等参数。时间域中与旅行时间有关的电磁波传播速度#$D!"#!"$，它与介质电导率的平方根成反比，与频率的平方根成正比。在一定距离上，与电磁波旅行时间（走时）有关的特征时间常数是介质电性的某种量度。由于#$D#!，对于一定的介质而言，某一频率电磁波的传播速度和趋肤深度有确定的关系。频率域电磁测深和时间域电磁测深在原理上是等效的。电场和磁场的测量，使用电场接收器和磁场接收器。电场接收器是一对（或两对正交）不极化电极组成的电偶极，连到测量电位的仪器上。磁场接收器多为磁通门式，或者—&&E— 第十四章水利水电工程地球物理勘探采用光泵磁力仪、超导磁力仪或线圈。虽然不同的仪器各有特点，但共同的要求是：高灵敏度和精确度，低噪声，合适的通带，宽广的动态范围，良好的线性度，高输入阻抗，采样速率快，模数转换精度高，存储容量大等。人工源电磁测深需要人工发送装置，好处是源场的频率、强度可以控制，探测的深度能人为调整，接收的信号比较稳定。天然源电磁测深利用天然场源，信号微弱，变化大，对仪器灵敏度、通带、动态范围的要求高。由于人工源电磁测深的发送、接收装置是分开的，有的接收机则可以用于两种电磁测深的测量仪器。电磁测深的适用范围高空电流系统产生的电磁波经过大气的吸收，射入地下的则是频率很低（!"#）的成分，故天然源电磁测深适合于探测深达数十公里的地球深部构造。人工源产生的电磁波，频率由人为控制，高到数千赫兹，低到!"#以下，探测深度浅到!$以下，深到!%&$以上，覆盖范围大，适合于深部地质填图，油气及固体矿产勘查，水文地质、工程地质勘察。电磁测深适合于探测层状的电性构造。它的效果主要取决于目标层的电性差异、厚度、埋藏深度以及探测技术的分辨能力和精确度，同时也取决于由其他方法得到的对当地构造的电性和几何参数的了解程度。在水利工程勘察中，电磁测深可用于探察喀斯特、滑坡、裂隙带，在探查堤防隐患、寻找地下水等方面也可获得较好的效果。钻孔电视将摄像探头放入钻孔中，摄取孔壁的图像，以显示孔内各种地质现象的勘察方法。用途钻孔电视是工业电视系统在工程地质及其他工程建设中的扩展，是一种视觉光学测井方法。钻孔电视通过井下摄像探头摄取孔壁图像，摄取的图像信号通过视频传输电缆送到地面控制器，经处理后送到监视器显示钻孔图像。通过电视可直接观察孔中地质体的特征及构造现象，如地层岩性、岩石结构、断层、裂隙、破碎带、软弱夹层、喀斯特等。在常规的岩芯钻探过程中，经常会有重要层位（如软弱夹层，断层破碎带等）岩芯的缺失，以至遗漏重要的地质现象，或者无法确定产状，孔深确定不准等，通过钻孔电视则可以在很大程度上弥补这些不足。此外，还可观察地下水的流速、流向、补给关系等活动状况，检查混凝土的浇筑质量，检查基础处理灌浆效果，隧洞开挖中的超前探测，指导锚索（杆）及地下监测仪器的埋设安装等。钻孔电视已广泛用于水利水电工程勘察和检测中，在其他工程建设中也已广泛采用。钻孔电视仪器是一种可见光成像系统，一般只适用于干孔和清水孔。分类钻孔电视有黑白电视和彩色电视之分。钻孔黑白电视是依靠灰度等级来分辨观测目标，一般人眼能分辨十多个灰度等级，分辨能力较低。钻孔彩色电视是依靠色彩和灰度来分辨观测目标的，大大地提高了分辨能力。钻孔电视的取像，可在钻孔内直接向下摄像，或采用’()平面反光镜摄取孔壁图像，以及采用反射圆锥镜摄取孔壁图像。前者适合于观察井底，用于检查钻井故障，在摄像镜头视场角足够大的情况下，也可以用来观测孔壁，监视器屏幕上显示的图像是以井底为核心向外辐射的变形图像。通过’()平面反光镜摄取的孔壁图像在监视器屏幕上是孔壁的正立图像。通过反射圆锥镜摄取的孔壁图像在监视器屏幕上是以孔壁上部圆周为内圆，下部为外同心圆的圆盘形变形图像。—++*— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测组成钻孔电视系统一般由井下摄像探头、控制器、录像机、监视器、井深计数器、井口滑轮等组成。井下探头则由电视摄像机、摄像光学结构、照明装置、方位罗盘、遥控伺服机构、密封组件等。井下电视摄像机密封在圆柱形容器中，通过反光镜和透明窗口摄取孔壁图像，电视摄像所需的光线由照明装置提供。钻孔电视一般都设置了焦距调节机构，适应孔径的变化。采用!"#平面反光镜的钻孔电视，还设置有转向控制机构，以减小孔壁观测死角。为确定观测点的位置，系统设置有深度计数器和方位罗盘，能实时控制观测的深度（或高程）和方位。发展随着电子技术的发展，钻孔电视经历了电路从分立元件到大规模集成电路、摄影从摄像管到$$%光电耦合器件、视屏从黑白到彩色的发展过程。钻孔电视正由模拟化向数字化发展，有的是使用图像采集卡将原有的模拟钻孔电视信号经计算机采集存入硬盘，或刻录到光盘上。有的则采用计算机图像处理系统将反射圆锥镜形成的圆盘形图像采集到计算机里进行几何展开处理，同时利用深度计数器信号和方位信号，进行拼接处理，还原成全孔壁的柱状剖面图像，再存储到硬盘或刻录到光盘上。这种图像处理系统还可以进一步对图像作深入处理，如统计、计算、制作线画图等分析解释。真正的数字电视应是采用数字电视摄像机，直接进行高质量图像数据的采集、存储和处理。弹性波勘探（测试）利用弹性波在岩体传播中质点振动的特征，研究岩体特性的一种测试方法，又称弹性波测试。弹性波测试技术的应用范围较广，在水利工程地质勘察中采用的方法有：声波测试、地震波测试及地微震测试等。声波测试利用频率较高（如&’()*+,"--)*+）的声波和超声波仪，对岩体进行测试的方法。主要工作内容是纵、横波波速的测定，对声波振幅与频率的测试与应用也已逐步开展。由于声波测试具有分辨力强和计时精度高的特点，已广泛用于室内岩样和现场小测段（从几厘米到十几米）范围内岩（土）体物理力学（如纵波和横波速度等）的测定，并可计算得出动弹性模量、动剪切模量及泊松比等；也广泛用于岩体工程地质分类、洞室围岩应力松弛范围的确定，混凝土构件的探伤、体积混凝土的质量评价，坝基质量检测、固结灌浆与防渗灌浆效果的检测，岩体或矿柱稳定性的评价及地基建基面的确定等。地震波测试在地表、平硐、竖井及钻孔中，利用地震波纵、横波，透射波（$.技术）和面波，探测岩土物理力学性质的技术方法。如在地表或平硐中，对大测段范围（从几米到几十米）的岩（土）体，从宏观上了解其特性，进行纵波、横波和面波的测试；在钻孔中为了解各种岩层垂直和水平方向的岩体物理力学参数和岩体的完整性，进行单孔的纵波、横波测井和钻孔之间的跨孔法测试（包括地震波层析成像）。工程中应用于岩体质量评价、边坡岩体稳定性分析及岩体内部构造探测等。地微震测试利用高灵敏度的仪器监测岩（土）体微小位移的一种技术方法。为了预测地下工程可能发生冒顶或岩体坍塌等事故，保证施工安全，早在/-世纪(-年代末!-年代初，一些国家就开始研究应用地微震测试技术。在工程勘察中多用于监测边坡（滑坡）的稳定、地下硐室围岩稳定，预测岩爆的发生及测定建筑物基础的卓越周期等。岩土工程性质岩石和土与工程建设有关的物理性质与力学性质的统称，又称岩土物理力学性质。岩石和土都是地壳最表层的构成物质，与人类的工程活动有着密切的关系。在工程—110— 第十四章水利水电工程地球物理勘探建设中，岩石或土体，或作为建筑物的地基，如坝基、桥基、屋基、路基；或作为建筑物的构成部分，如开挖边坡、地下洞室；或成为工程环境评价的重要条件，如山体稳定、地面沉降、地震破坏及其他地质灾害评价；或作为工程建筑材料，如土料、块石料、混凝土骨料、道渣料等，其物理性质和力学性质对工程的规划、设计、施工及运行，对建筑物的安全有直接的影响。岩石和土体的物理性质与力学性质是工程设计的一项重要的基础资料和设计参数，获取有关的岩土物理性质与力学性质参数，是工程勘察的一项重要任务。水利工程设计中最常用的岩石物理性质参数有：颗粒密度，块体密度，含水率，吸水性，软化系数等。对一些特定用途或特定种类的岩石，也需要一些特殊的物理性质参数，如在高寒地区的块石料，需了解其抗冻性；对软岩、膨胀性岩石需了解其崩解性、膨胀性等。土的物理性质研究的内容比岩石要广泛得多，工程设计中最常用的参数有：含水率、密度、比重、颗粒级配、界限含水率、饱和度、孔隙比、相对密度（无黏性土）等。最常用的岩石力学性质参数有：单轴、三轴抗压强度（干燥、饱和），岩石、岩体抗剪强度，岩石、岩体弹性模量、变形模量，岩石抗拉强度，以及在特殊条件下进行研究的岩石的流变特性，长期强度等。常用的土的力学性质参数有：固结系数、压缩系数、泊松比、压缩模量、抗剪强度等。对于重要且土质条件复杂的工程，尚需进行一些特殊力学特性的研究，如应力应变关系的研究，土的动力性质的研究等。由于岩石和土体性质复杂多变，以及建筑物工作条件的多样性，岩土物理力学性质的研究内容也因之有所不同，在相关的工程地质勘察技术标准中都有具体的规定。岩石和土体的物理性质和力学性质，主要通过试验进行研究。常用的试验方法包括：室内试验和现场试验（原位测试）。一般来说，岩土的物理性质和常规的力学性质主要用室内试验方法取得；一些重要的力学参数则依靠现场（原位）试验获得。各种试验方法都有相应的技术标准作指南。随着计算技术的快速发展，利用计算技术进行岩（土）体物理力学性质的模拟试验也在发展中，但尚处在研究阶段。岩土物理力学性质见岩土工程性质。—!!!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第十五章水利水电工程地质试验为评价岩（土）体的工程地质条件而进行的各类岩土工程性质试验的总称。工程地质试验是正确认识岩（土）体工程性质，也是取得水工建筑物设计相关系数的基本方法。各类水利工程对岩（土）体评价所要求的指标不同，试验内容和方法各异。室内土工试验主要研究松软堆积层的物质成分、物理性质和工程特性。依试验项目和目的要求，试样大小应符合规定的尺寸，并具有地质代表性，尽量保持天然状态。一般试验的项目有：土的矿物成分、化学成分、水溶盐含量、有机质含量；物理性质试验有含水率、密度、颗粒分析、界限含水率、相对密度、膨胀率、收缩等；力学性质试验有压缩、抗剪强度（含直剪、三轴剪），弹性模量，击实（测定填土的最优含水量和最大干密度），无侧限抗压强度；水理性质试验有渗透及渗透变形试验等。室内岩石试验主要研究岩石的矿化成分及物理力学性质。试样一般在钻孔、平硐和竖井中采取，同组岩样性质要基本相同。一般试验项目有：岩矿鉴定、化学成分；物理性质试验包括相对密度、容重、孔隙度、吸水率、冻融损失率、软岩的崩解、膨胀；力学性质试验包括干湿抗压强度，抗剪强度（直剪、三轴剪、流变），抗拉强度，弹性模量，变形模量，泊松比等。土体现场试验可以避免取土扰动的影响，并可在土的天然应力状态下进行试验，尤其对不易取原状的饱和软黏性土试验成果更接近实际。常用的原位试验有土体动力触探、静力触探、标准贯入试验、载荷试验（包括黄土湿陷性试验）、大面积直剪试验、十字板剪力试验、旁压试验、振动液化试验、管涌试验、渗透性试验（注水、抽水）等。岩石（体）现场试验室内岩块试验成果局限性较大，往往不能反映实际情况。对一些重要工程，常在平硐或钻孔中选有代表性的岩体或地段作现场试验。其主要项目有岩体抗剪强度试验，岩体变形试验，岩体地应力测试，弹性波测试（地震波、声波），岩体渗透性试验（抽水、压水、注水），灌浆试验以及岩体回弹试验，携带式岩块剪切等简易试验。此外，岩体模型试验发展较快，它是从整体上研究建筑物与岩（土）体的相互影响及其变形破坏机制。在工程地质试验中，常用的有岩体地质力学模型试验。岩石物理性质试验参见岩石物理性质。土的物理性质试验参见土的物理性质。岩土化学成分分析研究岩石和土的化学成分的分析试验。岩土化学成分分析的主要任务是分析岩土的形成条件，物质组成，保存和演变环境，判别黏土矿物的种类，评价岩（土）体的化学稳定性。如膨胀土、软岩、软弱夹层、断层泥的主要成分为铝硅酸盐和各种氧化物。它们在水的长期作用下，化学稳定性差，易发生软化，溶解、膨胀，使岩土强度降低，影响工程建筑物的稳定；风化岩体的化学分析，有助于了解风化岩的形成条件、演变阶—"!!!— 第十五章水利水电工程地质试验段及其工程地质性质等。水利工程岩土化学成分分析的主要项目为!"#$、%&$#’、()$#’、()#、*+#、,-#、.+$#、/$#、0"#$、1$#2、34值、可溶盐、有机质、烧失量等。岩土化学成分分析方法是将岩土充分分离后，用溶剂将其溶解，然后分析提取液中各种成分的含量百分数。在黏土矿物鉴定中，常常借助于某些元素的氧化物含量和比例来识别黏土矿物，常用硅铝比（!"#$5%6$#’）衡量，如高岭石低于$、伊利石$78、蒙脱石大于8。硅铝比越大，吸附水就越多，亲水稳定性就差，干时收缩，吸水膨胀，对工程有直接危害。所以，对工程有重要影响的软弱夹层，除进行黏土矿物的分析外，也要作必要的化学成分分析。另外，对一些可能发生化学潜蚀的岩土，必须对易溶盐进行分析。在研究地下水侵蚀性时，对含硫化物高的岩层进行硫化物含量分析。岩矿鉴定用各种现代测试技术和方法，对矿物和岩石的组成、成分、结构、构造及其他矿物学和岩石学特征进行分析、测试的工作。矿物、岩石的鉴定方法很多，但任何一种方法都有其局限性。因此，在矿物、岩石的鉴定中，应根据不同的测试目的选择不同的鉴定方法。常见的岩矿鉴定方法有2种。光学显微镜法（6）偏光显微镜法。将矿物或岩石标本磨制成薄片，在偏光显微镜下鉴定矿物的光学性质、确定岩石的矿物成分，确定岩石类型及其成因特征，最后定出岩石名称的工作，又称岩石薄片鉴定法。这是研究矿物岩石最常用的方法。可以获得矿物的颜色、形状、大小、折光率、消光角、重折率、干涉色、轴性、光轴角等光学常数，还能获得矿物的形成顺序、次生变化、体积百分含量以及岩石的结构构造、胶结类型等特征，进而对岩石进行正确的定名。为了获取更精确的光轴角、消光角数据、折光率数据，可再选用费氏台法、油浸法或干涉显微镜法等。（$）反光显微镜法。主要用于金属矿物及矿石的研究，还广泛应用于非金属材料的研究。热分析方法该方法是根据在热处理过程中发生的热效应（如吸热、放热）来鉴定矿物或混合物的组成。常用的方法有差热分析和综合热分析。（6）差热分析。任何矿物在加热过程中可获得一条时间对温度的曲线（称差热曲线）。由于不同矿物发生热效应的温度不同，曲线上变化点（峰或谷）的位置就不同，从而鉴定矿物及混合物的矿物组成。（$）综合热分析。矿物在加热过程中除了产生吸热、放热效应外，往往还有重量和体积的变化。综合热分析将其差热曲线、重量变化曲线和体积变化曲线绘制在一张图上以鉴定未知矿物。电子显微镜分析常用的仪器有透射电镜（09,）、扫描电镜（!9,）、电子探针（91:,%）等。前两种电镜以成像放大倍数大、分辨率高为主要特点，尤其扫描电镜以聚焦景深大、形貌立体感强为特色，它们是研究矿物或物质形貌、超显微结构、变形结构（如错位）的理想工具。而电子探针是用以定量分析微区化学成分的仪器。;射线物相分析对结晶物质的物相进行分析的一种有效方法，主要应用于：!未知矿物的鉴定，特别是对微粒矿物、黏土矿物。"多晶混合物中各物相的定量估算。#矿物晶胞参数等结构的测定。$类质同像矿物成分测定。%矿物有序—无序状态的测定。—6<<6— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测谱学分析谱学方法有数十种，在矿物学上常用的有红外光谱、拉曼光谱、穆斯堡尔谱、核磁共振波谱等。以红外光谱为例，每种矿物都有自己的特征光谱，红外光谱就是利用矿物的特征谱线鉴定未知矿物及混合物中主要组成矿物的定量确定，研究矿物类质同像置换、有序一无序现象、水的存在形式、标型特征等。岩石薄片鉴定参见岩矿鉴定。灌浆试验为了解工程岩体的可灌性，确定灌浆参数、施工工艺及相应的经济技术指标，先期在现场进行的少量灌浆工作。灌浆试验的目的是，对水工建筑物地基采用灌浆方法进行处理的必要性、可行性和经济上的合理性进行研究；论证有关的技术参数，如孔距、排距、深度、灌浆压力、地层中浆体厚度、施工定额等；推荐合理的施工程序和工艺、适宜的浆材及配合比，以及有关的设备选型，为编制灌浆设计和施工技术要求提供资料。灌浆试验的主要内容包括：灌浆试验方案设计、灌浆试验实施、灌浆试验效果检查、灌浆试验的报告编写等。灌浆试验方案设计一般应在主体建筑物以外，选择与建筑物基础地质条件相似的地段进行试验。灌浆试验孔的布置形式和数量根据试验目的和地质条件拟定：!需要探明岩层允许灌浆压力的试验，可布置!孔"#孔，并安设变形观测装置。"以确定防渗惟幕灌浆参数为主的试验，多采用线形布置，可单排也可多排。各排孔按分序加密原则实施。#以确定加固（固结）灌浆参数为主的试验，多采用方格形或梅花形布置。灌浆试验实施灌浆试验施工包括钻孔、冲洗、压水试验、灌浆、灌后检查等。钻孔的孔径、孔斜及其检测手段等均必须与试验目的和内容相适应，并通过试验选择优质、高效、经济的钻进机具及方法。基岩灌浆除孔口封闭、高压灌浆可不作裂隙冲洗外，其他灌浆方法均应根据地质条件和要求进行冲洗试验。压水试验一般使用单点法或#级压力$个阶段的$点法。中国行标%&’(—)*《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》附录+“灌浆工程压水试验”可供参考。灌浆方法应根据地质条件和工程的需要进行试验比较。裂隙性岩体一般采用自上而上（或自下而上）分段阻塞灌浆法，或孔口封闭高压灌浆法。砂砾石层、覆盖层土体采用边钻边灌灌浆法、打入花管灌浆法、套管护壁（套阀花管）灌浆法、锥探灌浆法等。灌浆压力是控制灌浆质量的重要因素。灌浆压力与地层性质及岩层产状、灌浆方法及建筑物基础的要求等密切相关，是试验的重点项目。试验时应设置变形监测装置，观测压力与变形量、浆液压入量之间的相关关系，以便求得试验地层恰当的灌浆压力以及压力与泵入浆量的对应关系。试验施工前，一般在室内进行浆液试验，研究拟用浆材和参数对灌浆效果的影响。浆液试验包括：细度和颗分试验、配比试验、流变参数、黏度、凝结时间试验、浆液沉降稳定性试验，结石的密度、强度、弹性模量和渗透性能试验等。灌浆试验效果检查试验施工完成待凝!*,"(-,后进行效果检查。检查包括以下内容：!钻孔取芯，孔内物探及弹模测试，孔内彩色电视观察和录像。"对带有结石的芯样进行物理力学试验和物理化学的微观分析。#分段压水试验，除进行常规压水试验外，重要工程帷幕灌浆试验尚需采用(倍"#倍设计水头进行!(./的疲劳压水试验、破坏性—!..(— 第十五章水利水电工程地质试验压水试验，以检验防渗帷幕的耐久性和抗渗能力。对特殊重要的试验，当其他的方法无法准确判定灌浆效果时，可采用探洞或大口径钻孔进行实地观察。灌浆试验的报告编写内容包括：!试验项目的工程概况、试验目的、地质条件、施工要求。"试验施工和质量检查。#试验成果的分析评价。$试验的有关图表，如竣工图、综合剖面图、透水率和注入灰量频率及频率累积曲线，试验成果检查资料，室内试验资料和有关照片（含微观物化对比照片）等。—#""!— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测第十六章水利水电工程地质监测为掌握工程区内某些重要地质现象随时间的变化规律，以对其作出正确工程地质评价而在一定时期内进行的定期或不定期的监视、观测工作。工程地质监测是深入认识许多重要地质现象，准确作出工程地质结论必不可少的重要手段。通过观测所获得的数据资料，可以掌握影响地质现象变化的因素，如降雨和地表水体对地下水动态变化的影响，降雨、人工开挖、地下水水位变化、爆破等对边坡变形的影响等。工程地质监测成果可以有效地检验在勘察阶段所得出结论的正确性，加深对某些重要地质问题的认识。施工期的工程地质监测是及时发现可能危及施正安全的地质现象，如边坡破坏、地下洞室围岩失稳等的重要手段。工程地质监测也是确保工程安全运行的重要措施，如坝基扬压力观测、坝基（坝肩）岩体位移和应力监测、边坡位移监测、水库渗漏监测、地震监测、地形变监测等。工程地质监测数据也是用以进行渗流、变形等分析的基本资料。工程地质监测工作应在相应勘察阶段工程地质工作的基础上，通过详细分析各项勘察成果，提出监测要求，制定监测计划后实施。中国标准!"#$%&’—((《水利水电工程地质勘察规范》中，对各设计阶段的工程地质监测工作都有相应的规定，具体的监测内容参见地下水动态观测、地下洞室围岩变形监测、边坡（滑坡）变形监测、坝基岩体位移监测、地形变监测、地震监测等。岩体移动监测对现场岩体移动或位移进行实地观察及监控。它广泛用于水利水电工程坝基、坝肩、隧洞、地下厂房、水库及边坡工程。主要目的是通过原位移动监测保证建筑物和岩石工程的安全（过大的位移或位移速率是岩体破坏的先兆），检测施工质量，并可用于校核原设计方案或理论分析的正确性。对于地下工程，可利用观测到的围岩位移资料进行动态设计、信息施工，还可以反算岩体的地应力场和宏观力学参数。列入中国国家标准!")*#$%++—((《工程岩体试验方法标准》的岩体移动监测项目有：地下洞室围岩收敛观测、钻孔岩体轴向位移观测、钻孔岩体横向位移观测（测斜仪法和挠度计法）。列入中国行标,-%+.—%$$/《水利水电工程岩石试验规程》的还有岩体应变观测。在国际岩石力学领域，将!0,全球定位系统、大地测量系统、工程测量系统的监测方法都归属于岩体移动监测范畴。国际岩石力学学会还编制了“跨越结构面岩体表面移动监测建议方法”。常用的监测仪器有收敛计、单点或多点钻孔位移计（或称钻孔引伸仪）、钻孔倾斜仪（或称钻孔倾角仪）、钻孔挠度计等。测量位移的元件大都采用位移传感器，如钢弦位移计、电阻位移计、电感位移计、机械式千分表或百分表等。另外，激光、光纤传感器也用于岩体移动测量。收敛测量一般是在需测岩体表面的两相对点，各埋设一个测量锚固参考点，然后用收—/$$.— 第十六章水利水电工程地质监测敛计（钢尺式或钢丝式）测量锚固点之间在不同时间内发生的相对位移。图!"#!是一个在地下洞室中布置的实例。岩体沿钻孔轴向的位移测量，是在钻孔内埋设单点或多点钻孔位移计，然后观测埋于不同深度的各个测点对应于孔口参考点之间的相对位移。位移计的最深埋置点，应固定在岩体松动范围之外（图!"#$）。钻孔倾斜仪及钻孔挠度计都角于测量钻孔岩体内的横向位移。倾斜仪主要用于测量铅直钻孔内岩体的横向位移，它是利用重力摆或陀螺仪的原理设计的。图!"#%是用钻孔倾斜仪实测的某边坡岩体位移一深度关系曲线。挠度计由一组位移传感器构成，可适用于任意方向的钻孔，但其测量误差较大。此外，钻孔三向位移计可以在!个钻孔内测量相互垂直的%个方向的相对位移。图!"#!隧洞收敛量测断面测点布置图（单位：&）图!"#$不同深度围岩的径向位移分布示意图（单位：&）岩体应变观测是测量岩体表面或深部某点移动的相对变化率。使用的仪器有差动电阻应变计、钢弦应变计或电阻应变片等。在岩体受力方向比较明确的部位布置单向应变计，观测平面内的应变用三向应变计组，观测空间应变用九向应变计组。国际上已采用岩体全自动测量监控系统，可快速、实时地实现数据采集、存储、显示、—!((’— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测图!"#$某边坡的位移一深度关系曲线传送、监控，还具有多级报警功能。利用光纤可以传递各种信息，如位移、温度、压力等。光纤传感器能够测出%&%%!’(的位移变化量。如将光纤传感器与数据通道集为一体，可构成遥测系统，具有自动检测功能。空间技术，如全球定位系统，不但应用于大范围岩体，也成功地应用于局部岩体的移动监测。边坡（滑坡）变形监测通过巡视观察和利用仪器或简易量测手段，监控边坡岩（土）体变形的工作。边坡变形监测的目的是确定岩土变形的位置、大小、方向和趋势，据此评价边坡（滑坡）的稳定性和作出变形趋势的预报。边坡岩（土）体变形及其稳定性，是水利水电工程前期工程地质勘察及建筑物施工期和运行期安全的重要问题，中国标准)*+%,-.—//《水利水电工程地质勘察规范》规定，从可行性研究到技施设计阶段的工程地质勘察，都应分别不同情况，对潜在不稳定的水库岸坡和工程边坡进行变形监测。边坡变形监测对象一般包括建筑物区、水库区和移民新址等处天然或人工的不稳定和潜在不稳定边坡。边坡变形监测内容包括边坡表层的垂直、水平位移监测，边坡深部岩体和滑坡深层滑面的位移监测，边坡（滑坡）周边岩（土）体的变形监测等。对影响边坡变形的重要因素如大气降水、地下水和地表水等应与边坡变形同时进行监测。监测方法通常分为地质巡视法、简易观测法、大地测量法及埋设仪器观测法等。（!）地质巡视法。观察与访问内容主要包括：!地表和平硐中边坡裂缝的发生发展变化情况。"边坡及其附近泉水点数量及流量的变化情况。#边坡和坡顶上的工程建筑物与民房的变形情况。$沟谷、路堑边坡的岩（土）体变形情况。%悬崖或高陡边坡的崩石—!%%"— 第十六章水利水电工程地质监测频度与崩石量的变化情况。!暴雨、洪水引发的滑坡体和崩塌体的个数、方量等情况。（!）简易观测法。指采用一些较简单的量测方法对不稳定的边坡和滑坡进行的观测。主要有地表裂缝宽度变化观测，地表裂缝三向位移观测和在乎硐中对边坡岩体裂隙（缝）和滑坡滑面的位移量测。（"）大地测量法。对边坡或滑坡体的水平位移观测一般都采用基准点和工作基点组成的高精度边角网。通视条件好、变形量不大的边坡（滑坡）也可采用视准线法。观测点位的布置以能反映监测的边坡或滑坡体的变形总体特征和不同部位变形的差异为原则，结合地形地质条件和不稳定边坡、滑坡体的范围、变形特征，兼顾观测条件综合考虑。垂直位移观测一般采用精密水准法测量。对高边坡和滑坡体的垂直位移也可用三角高程法测定，必要时还可将此法与边角网结合组成“三维网”。（#）埋设仪器观测法。常用的有钻孔倾斜仪、多点位移计、倾角计等。在有勘探平硐或其他地下洞室的斜坡或滑坡体上，还可利用地下洞室增设伸缩仪、收敛计、引张线等观测手段观测。声发射监测和地微震监测也用于坚硬岩体构成的边坡变形监测中。利用$%&全球定位系统、定期航天、航空遥感图像的对比分析等新技术，在边坡变形监测工作中日益得到广泛应用。监测频度视边坡或滑坡体的变形特征和发展趋势而定。一般原则是地质巡视和简易观测的观测频度大，大地测量法和埋设仪器的观测频度相对较小；边坡（滑坡）变形初期观测频度较小，变形趋势加剧时频度加大；雨季应加密观测，旱季可适当减少观测等。大气降水、地表水体水位、地下水水位或孔隙水压力的观测宜与埋设仪器观测频度相同。监测资料整理与分析主要是根据合格的观测数据计算出相应的观测物理量，例如水平位移、垂直位移、裂缝宽度、降雨量和地下水水位等，并依据它们绘制物理量过程线、分布图及变形关系曲线等，在此基础上随时对观测物理量的时空变化规律、统计特征值的规律性以及观测物理量间的相关性做出分析，并从分析中获得观测物理量变化的稳定性、趋向性，以便对观测的边坡（滑坡体）的稳定性做出预测预报。坝基岩体位移监测利用各种现代精密测量的手段和方法，对大坝在各种工作条件下发生在建基面及下部岩体中的位移和变形进行的监测工作。大坝在自重、水、泥沙等荷载及温度、地震等因素作用下，除坝体本身会产生不同程度的变形外，沿大坝基础与建基面岩体间及下部一定范围的岩体中，会产生不同形式的位移和变形。这种变形（位移）应在设计允许的范围内，超过允许范围便视为不安全，需采取补救措施。为此，必须对坝基岩体进行严密、周到的观测，以及时了解坝基岩体位移情况。自!’世纪(’年代开始，中国就开展较为完善的坝基岩体位移监测，其中监测较早、规模较大的有丹江口、刘家峡、葛洲坝等工程。随着科学技术的发展和人们安全意识的提高，坝基岩体位移监测技术也有很大的发展。坝基岩体位移监测系统是一个由多种仪器、设备组成的协调的整体。现阶段，坝基岩体位移的监测方法有：（)）坝基水平位移监测。对重力坝、支墩坝主要采用以倒垂作为工作基点，应用引张线法、激光准直法（大气激光或真空激光准直）测定坝基水平位移，所得结果是坝基相对于以倒垂锚固点为基准点的位移量。对拱坝应用倒垂进行监测，也可用倒垂和弦矢导线相—)’’*— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测结合的方法监测坝基水平位移。对关键或重要监测断面（部位）可用倒垂组法监测坝基不同深度岩体的水平位移。（!）坝基垂直位移和倾斜变形监测。根据不同情况，坝基的垂直位移可分别用静力水准、精密水准和真空激光准直进行监测。对关键或重要监测断面（部位）可应用双金属标、测温钢管标等进行测定。倾斜变形通常用静力水准或精密水准进行测定。将测点布置在横向廊道内，并在基础廊道和下游排水廊道内对应布设测点。（"）坝基岩体特定部位或特定对象监测。多采用在该部位埋设仪器的方法进行位移监测，常用的有：!钻孔多点位移计和滑动测微计观测沿钻孔轴向的岩体位移。"三向测缝计埋设在基岩中的各类结构面处，观测结构面的错动位移。#基岩三向位移计，由"支测缝计通过连接件组成，埋设在岩体中，监测!、"、#"个方向的位移。$测斜仪、测缝仪，多用于监测拱坝两岸拱座岩体位移。渗压计、温度计，埋设在基岩中，可了解坝基岩体渗压力和温度的变化。虽然不能直接监测岩体位移，但这两个参数与岩体位移密切相关。地下洞室围岩变形监测为了解围岩的稳定状态，指导安全施工，在地下洞室开挖过程中和竣工后对围岩变形进行的观测和监控的工作。地下洞室围岩变形监测常用的方法有：弹性波测试、收敛计测量、位移观测、应力观测和裂缝观测等。（#）弹性波测试，又称弹性波勘探。在围岩开挖前和开挖后测定各段岩体的弹性波速度，比较其衰减数据，以定性判断岩体的破坏程度。弹性波可在洞壁表面测定，也可在洞壁四周打钻孔进行测定，后者还可以了解围岩松动圈的深度。（!）收敛计测量。在洞室内选择典型的观测断面，埋设若干测量标点，用收敛计测量洞径的变化，以确定围岩的变形值。随着洞室掘进定期观测，并绘制变形过程曲线，分析围岩稳定性。（"）位移观测。常用多点位移计量测洞室围岩的变形。多点位移计埋设在断面的不同部位和不同深度，观测各点变形量和变形过程，了解各部位的变形趋势。（$）应力观测。在开挖围岩表层安装液压应力计和锚杆应力计，观测岩体应力的松弛过程。（%）裂缝观测。观测洞室围岩岩体中的裂隙和支护混凝土产生的裂缝。后者往往具有明显的规律性，一般与岩体结构面或主应力方向相吻合。通过观测裂缝的数量、方向、长度及其变化，判断围岩的变形。地形变监测用各种现代精密测量手段和方法，监控地壳表面形变的特征、性质和量级的工作。地壳在地球内力和外力的作用下产生各种形式的形变。由于地壳内、外动力作用强度和类型的差异以及地壳结构的不均匀性，不同地区形变的性质、特征和量级也不相同。某些地区表现为相对平稳、均匀、缓慢的变形；而某些地区则表现出强烈的差异性变形。例如在地震活跃的地区，临近发震之前，地壳的某些特殊部位，如沿活动断裂带，地形变会出现剧烈的变化。地形变监测就是通过对地壳表面的形变过程及其形变规律的监测，达到研究一个地区地壳运动的特点和性质，以及监测和预报灾害性地质现象，诸如火山、地震等活动的目的。地形变监测通常用来研究自然地质作用引起的地壳形变，如板块移动，造山带、海岸—#’’&— 第十六章水利水电工程地质监测线的变化等。但随着人类工程活动的日益强烈，人类活动对地壳表面形变的影响也日趋显著。例如兴建水库，在坝体与水库水体荷载的作用下，以及水对岩体作用条件的改变，水库区、坝区的地壳形变会发生不同程度的改变，也会局部影响水库库盆周边地应力场，从而对附近断层活动性带来一定影响。因此，对一些巨型和大型水库进行库坝区地形变的监测，研究库坝区地形变与周围环境变化的关系及对工程建筑物安全的影响，也成为地形变监测的一项重要工作。地形变监测的手段很多，常用的有：以固定和流动!"#全球定位系统观测为主要手段的区域水平形变观测；以精密水准测量为主要手段的区域地壳垂直变形观测；观测区域重力场随时间变化的精密重力测量；以精密测距为主要手段监测蓄水后库盆宽度的变化等。对断层的位移监测除了应用短基线、短水准和边角网等方法进行水平、垂直形变监测外，重点部位还采用在跨断层的平硐内布设水管倾斜仪、伸缩仪等自动化的方法，对断裂活动进行连续变形监测（参见断层位移监测）。为水利水电工程服务的地形变监测，要在水库蓄水前开始进行观测，蓄水后继续进行。因此，监测网点应布设在不受库水淹没的地区，监测网基点应埋设在库水压力影响范围以外的稳定地区。监测点应尽可能建在基岩上，以避免由于土体的变形、位移和地下水水位的变化影响监测成果。遥感地质应用遥感技术所取得的地面图像和数据及相应的信息和数据处理技术在地质学中的应用。遥感图像和数据全面真实地反映了各种地物（包括地质体）及其空间组合关系，具有信息丰富，视域广阔的特点。随着遥感技术以及图像（或数据）处理技术的不断提高，它所具有的减少野外工作时间和劳动强度，加快工作进度，节约经费，以及提高地质勘察工作精度的优点日益突出，因而已广泛应用于各种地质调查工作中。在水利水电工程的地质勘测工作中，其应用领域大致有下列方面。（$）利用遥感图像进行各项水利规划。如中国南水北调的西线、中线引水线路规划，新疆维吾尔自治区的三河（额尔齐斯河、伊犁河、阿克苏河）流域规划，黑龙江省的三江平原水利规划等。（%）各种比例尺的地质测绘和地质制图。可用于区域地质图、第四纪地质及地貌图、基岩地质图、工程地质图、水文地质图等中小比例尺的地质测绘工作。（&）专门性工程地质问题调查研究。如区域构造地质调查及区域构造稳定性研究，水库渗漏、浸没、坍岸研究，崩塌、滑坡，泥石流等地质灾害的调查研究，喀斯特发育情况研究，古河道分布以及天然筑坝材料调查等。（’）水库淹没损失、移民规划及场地勘测。如中国长江三峡水库、四川雅砻江二滩水库的淹没土地类型调查和移民环境容量调查等。（(）利用不同时段遥感资料的分析对比，进行地质现象动态变化的分析研究。如湖泊、河道水网、河口的变迁演化，滑坡（边坡）变形情况的研究等。（)）环境地质调查。如调查污染（水）源、洪泛区范围等。遥感地质应用通常按下列顺序进行。（$）准备阶段。搜集地形、地质、遥感资料，其中搜集恰当的遥感资料，获得适合地质调查应用的最佳遥感图像，是取得好的遥感地质应用效果的关键。世界各国有多种航天—$++*— 第六篇各类水利水电工程地质勘察、试验与监测地球资源探测卫星，如中国的国土卫星，美国的陆地卫星（!""#$!）、海洋卫星，原苏联联盟号飞船，法国斯波特（"%&’）卫星，日本地球资源卫星等。现在中国有中国科学院遥感卫星地面站等多个单位能够提供航天遥感资料。另一种是航空遥感，利用各种航空器进行遥感摄影和扫描，在一些重大工程项目中已广泛采用。使用的传感器有可见光摄影、彩色红外摄影、多波段摄影、多波段扫描、红外扫描、侧视雷达扫描等。根据工程地质调查的任务要求，向遥感资料供应单位订购图像或磁带，再使用光学图像处理或计算机图像处理，获得纠正的和符合所需精度的遥感图像，供地质解译使用。对一些重大的项目，如没有合适的航天或航空遥感资料可用，也可安排进行专门的航空遥感探测。这时，应选择合适的航空器和适宜的传感器，并根据当地的地形地质和气候条件做好遥感探测的设计书。（(）初步解译阶段。对遥感图像进行地质解译是遥感地质应用的重要环节，也是遥感地质应用与传统地质工作方法的主要区别。解译是根据工程地质调查任务的要求，对工作地区的遥感图像进行分析研究、判断、解译，提取有用信息，编制成地质调查所需要的图件、表格、曲线和文字说明。解译方法有目视解译、光学解译和计算机自动识别解译等)种。!目视解译。是常用的一种方法，它是根据直接解译标志或间接解译标志或典型图谱来识别遥感图像中的地质体、地质构造和各种地质现象，确定它们的属性，圈出它们的分布范围。目视解译方法有直判法、对比法、邻比法、逻辑推理法、历史对比法等。"光学解译。通常在提取构造形迹或重要地质现象时使用，可以用合成仪、密度分割仪、激光仪、放大机等仪器协助进行。#计算机自动识别解译。是在计算机上选择样本，再自动扫描对比，然后将结果输出成像，也可以直接量测和统计有关资料数据。根据解译成果编制初步解译图（草图），再用地质理论和资料分析对比，修改初步解译图。对解译成果常用差、中、良)种等级表示，并记下有关问题，以便野外验证时参考。（)）野外验证阶段。到工作区进行实地观察（现场验证）是遥感地质应用不可缺少的一个步骤，野外验证工作量的多少，根据调查任务书要求和地区复杂程度确定。野外验证的内容，通常有下列几方面。!验证初步解译成果。如地貌类型、地层岩性、构造形迹、物理地质现象、含水层等的分布范围和界线。"核查室内解译时发现的各种疑难问题。特别要注意地形变异明显、植被差异、地质线交汇、突变、图像阴暗等部位，以及同物异像或异物同像等。#补充遥感无法取得的地质资料，如岩石性质、地层时代、地质剖面、岩层和构造形迹的产状，结构面的力学性质，胶结充填物性质，泉水流量，水井位置，岩溶发育情况，活动构造的证据，物理地质现象，历史地震访问，采取岩、土、水样和标本等。$修正初步解译图。%布置勘探点，查明重大工程地质问题。（*）内业整理阶段。根据野外调查获得的资料和认识，对遥感图像进行再解译，然后按有关技术标准的要求，编绘出各种地质图、剖面图、汇总表和编写地质报告，以及资料的复制、编目和归档等。遥感是一门应用领域正在不断扩展的技术，在水利工程建设工程地质勘察中的应用范围不断扩大，中国已有数十项水利工程不同程度地开展了遥感地质应用，成效显著。特别是“七五”期间完成的国家科技攻关“大比例尺遥感地质成图”项目，编制了+,-../+,(...不同比例尺的地形地质影像图，为遥感地质应用开创了另一领域。对多种遥感信息的综合解译应用，也正向专业应用方面发展，如大比例尺编图、专门性调查、动态观测、影—+.+.— 第十六章水利水电工程地质监测像地质图等。随着新型传感器和探测手段的不断出现，以及图像处理技术的发展，图像分辨率、探测精度和地质解译水平将会大大提高。遥感信息与地球物理勘探、钻探相结合，有助于研究地下深处的地质结构和有关工程地质、水文地质条件。水利水电工程建设中尚无有关遥感地质应用的工作规范，已有的经验表明，应用遥感技术要因地制宜，综合使用多种遥感手段，重视野外验证。遥感地质应用具有广阔的发展前景，需紧密合生产，在普及中提高，在应用中发展。—!"!!— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例—"#"!— 第一章长江流域水利水电工程地质第一章长江流域水利水电工程地质第一节长江流域地质概况!"地层岩性流域内地层发育齐全，自太古界至第四系全新统均有分布。受地质发展史和各期构造运动的影响，各时代地层岩性、岩相变化大，其厚度有的缺失，有的厚数百、数千甚至上万米。并广泛分步有岩浆岩和火山岩。前震旦系为变质深浅不同的变质岩系，厚达万米以上。震旦系主要为碳酸盐岩、碎屑岩和冰渍层，其下统有火山碎屑岩。寒武系—二叠系主要为碳酸盐岩、碎屑岩，并有煤层，部分有浅变质的千枚岩、板岩等。三叠系—白垩系，主要为碳酸盐岩、碎屑岩和湖盆沉积的红色或杂色碎屑岩。并有火山熔岩和火山碎屑岩。第三系为盆地型沉积红色碎屑岩，部分地区有盐层、油页岩及玄武岩。第四系成因类型亦较复杂，有冰川、冰水、洞穴堆积、残坡积和崩塌堆积、冲洪积、冲湖积、海相沉积等松散层。地层岩性及主要分布见表!#!及长江流域地质图。（一）地层时代及组成上游及主要支流堤防涉及的地层主要为第四系全新统（$%）冲、洪积层，多为粉质粘土、壤土、砂和砾卵石夹砂，厚度多在!&’(&余)不等，一般具二元结构，但上部土层较薄。中下游平原广泛分布第四系冲积、冲湖积层，是堤防工程地基的主要组成物。现分述如下。!"更新统（!）下更新统（$!）。少量分布于宜都、武汉、望江、安庆等地的长江干流两岸或平原外围，零星的!、"级阶地。上部为厚*’+&)的砾石、砂砾，下部为泥砾。江汉平原等主要平原区，下更新统砾石层埋深一般在*&)以下；河口三角洲平原该层位埋深+&&’(*&)，厚%&’,&)，岩性为含砾中粗砂夹粉细砂，局部夹砾石层。下更新统零星出露在长江中下游干流两岸的外围地带，或深埋于平原区以下，对堤防工程地质条件影响不大。（+）中更新统（$+）。平原区的周缘及干流两岸均有分布，组成长江干、支流#、!级阶地或岗丘。具二元结构，上部为棕红色粘土、粉质粘土，具膨胀性及网纹构造；下部过渡为—!&!*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例粘土砾石和砂砾石，总厚!"#"$%。中更新统一般埋深&$%以下，为粘土、壤土、粉细砂及砂砾石，具互层或夹层的复杂结构，厚度变化较大。（’）上更新统（(&）。分布于长江干流两岸和湖区平原的周缘，一般邻(’地层出露，形成长江干、支流较完整的!级阶地。上部为含铁锰质结核粘土、粉质粘土；下部为砂或砂砾石。总厚数米至)$余%。上更新统顶板一般埋深!$#)$%，局部埋深)#*%，组成长江部分堤防段的堤基，土的物理力学性质及抗渗性较好。’+全新统全新统（()）在长江中下游沿江两岸及环湖地带广泛分布。上部为粘土、壤土、砂壤土、淤泥质土及粉细砂夹层；下部为粉细砂、中砂、砾砂或砂砾石。总厚以!$#&$%较常见，江汉平原及洞庭湖平原，全新统地层厚约)$%，河口三角洲平原，该层最厚达!$$余%。该层为堤防工程和其他建筑物的主要地基，其中淤泥质土一般力学性质较差，砂壤土、粉细砂和部分壤土抗渗性差。（二）堤基地质结构根据堤防工程的特点，考虑堤基土层的影响深度!+"#’!（!为堤高）。将堤基地质结构分为三大类，见表!,’。根据土层的类型、性状与厚度，尚可划分若干亚类。当土层厚度较薄时，堤基可涉及下伏基岩。’+地质构造流域跨三江褶皱系、松潘—甘孜褶皱系、秦岭褶皱系、扬子准地台和华南褶皱系等五大一级构造单元，以扬子准地台为主体，见图!,!。地层褶皱及断裂发育的程度，受控于各大地构造单元，侏罗系以前地层褶皱强烈、断裂发育。侏罗系、白垩系地层褶皱、断裂均较轻微。第三系、第四系地层多无褶皱，部分有小断裂发生。构造线的方向以北西、北西西向，近南北和北东向为主，受各构造单元分界的深断裂带控制。流域内的主要深断裂带有：（!）金沙江断裂带。总体走向北西转近南北，全长!&"$-%，大致沿金沙江延伸，是三江褶皱系与松潘—甘孜褶皱系的分界断裂。（’）甘孜—理塘断裂带。位于金沙江断裂带以东，基本与其平行延伸，长约!!$$-%，为雅江褶皱带与玉树—义敦褶皱带的分界断裂。（&）道孚断裂带和垭都—孚山断裂带。走向北西，长千公里以上，切割扬子准地台和松潘—甘孜褶皱系，是巴颜喀拉褶皱带与雅江褶皱带的分界断裂，至今地震活动强烈。（)）安宁河断裂带。北起石棉经西昌至会理后南延，长!$$$余-%，宽’$#.$-%，地震活动强烈。（"）龙门山断裂带。呈北东)"/方向展布，位于扬子准地台的西缘，是扬子准地台与西部褶皱系的分界断裂。（.）玛沁—略阳断裂带。北西至北西西向，由玛沁延伸至流域内经武都至略阳以东，长约’$$$-%，是秦岭褶皱系与松潘—甘孜褶皱系的分界断裂。（0）城口—房县断裂带。呈北西西向，是扬子准地台与秦岭褶皱系的分界断裂。—!$!.— 第一章长江流域水利水电工程地质表!"!长江流域地层岩性及主要分布地区简表年龄地质年代岩性特征主要分布地区（#$）青藏地区为冰川沉积，陇南黄土粘土、壤土、粉细砂第四系沉积，成都平原冰水沉积，中下和砂卵、砾石等游河湖相沉积%新生界上第三系主要分布江汉平原、云南、秦岭，红色砂岩、砂砾岩、第%%&’以及湘赣地区。青南、江汉平三泥岩、部分地区夹系原、长江下游地区有晚第三系喷煤、石膏和油页岩出岩零散分布下第三系(’泥岩、砂岩夹火山岩京山、萍乡、赣州一线以东地区及膏盐白垩系!)*红色砂砾岩、砂岩、川、滇、黔、湘西、赣中南、鄂西及泥岩含石膏青南一带陆相红色泥岩、砂陆相广布四川盆地、滇中、鄂西、!+’岩、间夹泥灰岩和煤中黔北、湘南地区，火山岩系主要生侏罗系层，部分地区上统为界分布苏、皖南部和赣中南一带，火山岩系，海相为砂海相仅分布青南地区%),页岩夹泥灰岩灰岩、页岩、砂岩夹川中、黔北、云南、长江中下游及膏盐、煤线湘赣地区三叠系浅变质砂岩、板岩夹分布川西、青南、马尔康、雅江和%-,千枚岩灰岩西秦岭地区灰岩、砂页岩夹煤遍及全流域，玄武岩仅分布在西层、玄武岩南地区二叠系砂、板岩、灰岩夹火青南、巴塘—中甸、木里地区古)’,山岩生界灰岩、砂岩、页岩滇中、黔中、湘西、赣东北、皖南灰岩夹火山岩或板石炭系岩或板岩、千枚岩灰分布金沙江地区或秦岭地区岩—!,!*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例—"#"!— 第一章长江流域水利水电工程地质表!"#堤基主要地质结构分类表结构类型示意剖面主要土层粘土、粉质粘单一粘性土结构土、壤土、淤泥质土单一结构砂壤土、砂、砂单一砂土结构砾石、砾卵石夹砂上部：粘土、粉质粘土、壤土、淤泥质土；上粘性土、下砂土结构下部：砂壤土、砂、砂砾石、双层结构卵砾石夹砂上部：砂壤土、粉细砂：上砂土、下粘性土结构下部：粘土、粉质粘土、壤土粘性土和粉细互层状多层结构砂互层状多层结构粉细砂、粉质粘土、壤土、淤泥互层状多层结构质土，不连续的间互层状（$）安康断裂带。自石泉经安康至房县与城口—房县断裂带相连，是南秦岭与大巴山两褶皱系的分界线。（%）临潭—山阳断裂带。是礼县—柞水与南秦岭两个褶皱带的分界线。（!&）郯城—庐江断裂带。北东走向，为下扬子台褶带与武当—淮阳隆起的分界断裂。（!!）都匀断裂带。位于武陵山东侧，是江南台隆与上扬子台褶带的分界。（!#）襄樊—广济断裂带。北西走向，长’&&余()，是扬子准地台与秦岭褶皱系的分界断裂。—!&!%— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"!长江流域大地构造分区图（!#）秦岭南缘断裂带。呈东西向展布，断裂带挤压强烈，是北秦岭褶皱系与礼县—柞水褶皱带、武当—淮阳隆起的分界断裂。—!$%$— 第一章长江流域水利水电工程地质!"新构造运动及地震新构造运动指上新世以来的构造运动，流域内主要表现为垂直升降伴有断裂差异活动。西部青、藏、川、滇地区以强烈上升为主，大致在松潘、康定、丽江一线以西，以强烈断块隆起，上升幅度达!###$%###&，以东地区上升幅度’(##$)###&。渡口、会理、安宁河、盐源—带为断裂沉降，下降幅度(##$)###&。主要断裂活动速率多为’$(&&*+，有的可达’#&&*+，如道孚—炉霍断裂带。中部以中度隆起为主，陕甘山地、龙门山、乌蒙山一线以东，伏牛山、武陵山一线以西的秦、川、黔、渝、鄂地区，第三纪以来，除川西平原沉降外，其余地区均呈间歇性中度隆起，上升幅度一般在(##$’###&，秦岭山地可达’(##&。主要断裂活动速率多小于#"’&&*+。东部为隆沉相间，伏牛山、武陵山一线以东的湘、鄂、赣、皖、苏地区的淮阳山地和江南丘陵为间歇性隆起，上升幅度)##$(##&。广阔的平原、湖泊以沉降为主，幅度在#$,!##&。主要断裂活动受太平洋构造应力影响，活动稍强，郯庐断裂垂直位移速率达’&&*+，麻城一团风断裂为#"($#"-&&*+。长江流域有记载的.级以上地震百余次，其中/’0发生在西部甘孜、康定、滇西、安宁河、小江、武都、松潘、马边、昭通等地，又以甘孜、康定、安宁河，小江等地烈度最高，频度最大。其余发生在竹山、咸丰、常德、扬州等地，地震主要发生于活动断裂带，方向性明显，形成地震带或岛链状强震区。根据《中国地震烈度区划图》（’//#）大致在略阳、成都、自贡、彝良一线以西，多为!度至"度区；以东仅有安康、房县；安乡、常德、湘阴、岳阳；合肥、南京、上海等小范围为!度区，其余地区均为#度或小于#度区。第二节主要工程地质问题’渗透变形中下游堤防挡水高度多在!$(&，高者可达’#余&，且挡水时间长。部分堤防堤身填筑土不大均一，有的填筑质量较差，汛期挡水时，浸润线较高，存在渗透变形问题。部分堤基为单一的砂土，双层或多层砂土及砂壤土、粉质壤土，其渗透系数（!）多在"1’#,),%）多小于#"%，在长时间渗透水流作用下，也易发生渗透2&*3$"1’#2&*3，临界比降（#$变形。渗透变形是随着水位升高或渗透压力增大而逐步发展的，当土体丧失全部承载力和渗流阻力时而出现破坏。一般是堤身浸润线升高和扩大，堤内坡或坡脚出现渗水。距堤脚一定范围内地下水位升高，地形低洼地带出现沼泽，并于堤脚或一定距离内（通常可达’##$’(##&），出现冒泡和翻沙鼓水，通称“管涌”，涌水高度可达#"($’"#&，并带出大量粉细沙，此时出逸比降已超过其允许比降，成为“流土”或“管涌”破坏，如发现不及时，抢救—’#)’— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例不力，措施不当，即可导致堤防溃决。此外，堤身有生物洞穴、堤身土与堤基或与穿堤建筑物接触不良、人工杂填土等引起渗漏，也可发展成为接触冲刷破坏，为渗透变形的另一种形式。在堤防建设中，对这部分堤防和堤基，需进行渗流计算，当不满足渗流要求时，需采取相应的防渗或渗控措施。上游堤防由于挡水时间仅数天，一般不易发生渗透变形。!沉降变形与稳定性一部分堤基分布有较厚的淤泥质土或淤泥，部分城市有杂填土和垃圾，其强度低，压缩性高，存在沉降变形与稳定性问题，尤其是荷载较集中的城市防洪墙和穿堤建筑物更为突出。当地基为淤泥质上或夹有较厚的淤泥质土时，应根据土层结构，强度和变形特性与建筑物的结构型式和荷载，选取代表性断面进行沉降变形和稳定性计算，如不满足要求时，则应采取相应的地基处理措施，并注意施工方法和程序。对杂填土和垃圾，由于难以取得其特性指标，以进行处理为宜。已建的土堤，如堤身填筑土质量不良时，在挡水一段时间后土体饱和，抗剪强度降低，于堤内可出现内脱坡；洪水消落时，于堤外可发生汛后外脱坡，均影响堤防稳定，需及时抢护，并在汛后予以加固。"河岸稳定性河岸稳定性受岸坡地质结构、河型、河势、比降、水位及泥沙等诸多因素影响。堤防多建于一级阶地前缘和漫滩，由壤土、砂壤土、粉细砂及砾砂组成的河岸，其抗冲性差，在夹带泥沙水流的冲刷下，易出现河岸稳定性问题，一般上游河道以冲刷为主，横向流速多在#$%&以上，冲刷深度多在"’#$，最深可达($。中下游河岸多以崩岸为主，崩岸段累计长约)#**余+$，虽经多年整治，仍有"**余+$较为严重，其崩岸速率可达#*’,*$%-。以迎流顶冲和深弘逼岸河段为严重，直接影响堤基或穿堤建筑物的稳定与堤防安全。在堤防建设中应以有利于行洪与河道整治相结合，对危及堤基安全的岸段，需采取护岸和堤基抗冲刷的工程措施处理。.饱和砂土震动液化长江上游大部分地区，中下游常德、岳阳、合肥、南京和上海等小范围为地震基本烈度大于等于？度区，部分堤基浅层分布有砂壤土、粉细砂层，结构松散，存在震动液化问题。堤防勘察时应加以研究，判定其可液化程度，必要时，应采取工程处理措施。此外，位于河口三角洲的苏州、无锡、常州、南通以及上海等城市，在!*世纪/*年代中期至,*年代中期，超强度地开采地下水，曾引起地面沉降；南阳盆地、汉江中游、江汉、洞庭湖平原西侧、下游的合肥、南京等地分布的膨胀土，碳酸盐岩分布区的岩溶塌陷，也会给堤防工程带来一定的环境地质和工程地质问题；扬州以下河段受风暴潮的侵袭较严重，在堤防工程勘察与建设中亦需予以重视。—)*!!— 第一章长江流域水利水电工程地质第三节重要堤防工程的地质条件长江上游堤防多位于山区河流的一级阶地前缘和漫滩，一级阶地具二元结构，上部多有厚!"至数米的粉质粘土、壤土；下部和漫滩为砂和卵砾石夹砂，厚数米至#$余"。部分城市有厚!$余"的杂填土。覆盖层较薄时，堤基可置于基岩。工程地质条件一般较简单。中下游堤防，多位于平原河流和湖泊的阶地和高漫滩，堤基多为粘土、粉质粘土、壤土、淤泥质土、砂壤土、粉细砂和砂砾石，有多种组合型式，工程地质条件较复杂。一般根据堤基地层组合与性状、地质结构，边界条件及汛期险情，可将堤基分为四种工程地质类型。见表!%#。表!%#中下游堤防堤基工程地质类型分段因素表分段因素类型堤内外渊塘堤基土层组合与性状堤外滩宽度汛期险情（坑）的分布上覆粘性土层均一，厚度外滩宽，宽度一工程地质!大于!$"，基本无淤泥质般大于&$$"，局有，深度浅基本无险情条件好土和砂层。下部为砂部较窄上覆粘性土层厚&’!$"，工程地质外滩较宽，宽度有，深度较浅，险情较少，局部"夹少量薄层砂或淤泥质条件较好!$$’&$$"局部较深崩岸严重土。下部为砂上覆粘性土层厚(’&"，较多，有的较工程地质夹有粉细砂薄层，淤泥质外滩较窄，宽度险情较多，局部#深，已破坏上覆条件较差土或有杂填土。下部为&$’!$$"崩岸严重粘性土层砂上覆粘性土层厚小于("险情多，崩岸严工程地质或无。为粉细砂或性状无外滩或宽度$众多，距堤脚近重，多为历史险条件差差的淤泥质土或有较厚小于&$"段的杂填土中下游堤防堤基类型变化较大，部分地区工程地质条件较差和差的段占该段长度的)$*左右。对南京以上()段堤防统计，工程地质条件较差和差的类型段近一半（见表!%+），是今后堤防建设与整治的重点。表!%+长江中下游()段堤防不同工程地质类型堤基统计表类型段数累计长度（,"）占堤段总长的百分数（*）!工程地质条件好!!-+(./&00!&/)—!$(#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例类型段数累计长度（!"）占堤段总长的百分数（#）!工程地质条件较好$%&’()*(%((&*&"工程地质条件较差$+)%&&*,+’($*-#工程地质条件差’&.$(*$,’$%*’南京及以下堤防，堤高多在./%"，堤基多为壤土、淤泥质壤土、砂壤土、粉细砂，呈不等厚间互层状结构，单层厚一般$/$-余"。扬州以下澄通河段，粉细砂单层厚在$/.0"，与粉质粘土、粉质壤土或淤泥质土组成“千层饼”状。总体上看堤基工程地质条件较差，崩岸较严重。部分段由于上覆粘性土层被破坏，亦存在渗透变形问题，约占$-#左右。堤身虽不高，但除挡长江洪水外，还需抗御潮水和风暴潮的侵袭。因此，抓紧堤身加固、填塘固基、护岸和护坡至关重要。该段穿堤建筑物多，地基多为淤泥质土，强度低，改建时，需进行地基处理。$荆江大堤荆江大堤位于荆江北岸，湖北省荆州市境内，上起江陵县枣林岗，下至监利城南，全长$%,*(.!"。保护荆北平原$$--万亩耕地，%--万人及荆州、沙市、潜江等重要城市和江汉油田，为$级堤防。堤防按沙市水位&.*-"（吴淞下同），城陵矶水位(&*&"的相应水面线加超高,"加固，最大堤高$-/$)"，顶宽%/$,"，内坡坡比$1(/$1.，外坡坡比$1(，内外平台宽(-/.-"。.座涵闸已加固改造。堤身填筑土，由于筑堤历史悠久，并多次溃口复堤加固，土质较杂，盐卡至李埠、万城闸至枣林岗以粘土为主，其余各段以壤土为主，部分段夹有碎石，砖头瓦砾，并有生物孔洞。历史溃口频发，$’($年洪水，朱三弓、一弓堤等处溃口，$’(.年洪水，麻布拐、徐胜寺、谢家倒三处溃口。经过历次培修，尤其是新中国成立后的整治，抵御了$’.&年洪水，但仍发生险情,&&-余处，其中重大险情.-余处，三次运用分洪区，才得以安全度汛。$’’%年洪水，沙市最高水位&.*,,"，大堤出现险情’-余处，经奋力抢救而脱险。大堤上段枣林岗至万城闸，位于阶地前缘，地面高程&,/(%"，以下均为高漫滩：万城至柳口基本临江，外滩较窄，沙市、观音寺、郝穴三段无滩，柳口至高小渊外滩宽数千米，为人民大院，高小渊至监利无滩。外滩地面高程(’/,)"，堤内地面高程()/,+*."，均从上游向下游渐降，堤外地面一般高于堤内(/."，高者达$-余"。沿线有古河道、古穴口$$处，堤内有较大渊塘&.处。堤防区地震基本烈度%度。堤基在万城以上为第四系上更新统（2(）粘土，厚度大于$-"，以下均为全新统（2&）冲积层，具二元结构，上部为壤土、粘土、夹砂壤土，厚./$."，局部仅$/,"，高小渊以下有淤泥质土或淤泥，厚-/)"。中部为细砂，厚,/$."，最厚,."，局部有粘土，其下为卵石，基岩面的高程在3.,/3’-"。地下水为孔隙潜水和孔隙承压水，孔隙潜水赋存于上部壤土、砂壤土中，厚度一般$/."，埋深-*./,"。孔隙承压水埋藏于下部砂和砂卵石层中。地下水铁离子含量低，对—$-,&— 第一章长江流域水利水电工程地质铁质管道易产生铁垢，堵塞管道，沙市以上地下水对混凝土具弱侵蚀性。各类土的主要物理力学指标及渗透性，见表!"#。堤基工程地质条件分类，见表!"$。主要工程地质问题是：表!"#荆江大堤各类土的主要物理力学指标表含水量&重度!土类比重%孔隙比-（’）（()*+,）堤身填筑土./0.1./0$.2/031.4/0!3/$1!4/35/0,15/4$粘土./0.1./0$,!/$21,3/!!3/,1!4/55/4.1!/5,淤泥质土或淤泥2$/.$7!壤土./0.1./02.,/$#1,./4,!3/31!4/$5/$$15/4,62砂壤土./0!1./0,.,/521,2/4,!3/51!4/#5/0,15/4,粉砂./0!1./02.2/231.3/,$!3/31.!/55/$!15/3$细砂./0!1./02../$!1.3/,5/$215/3.粘土./0.1./0$.#/#,1,3/$!!3/,1.5/55/0,1!/53!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!抗剪强度压缩系数"!".渗透系数#!（(89）"（:）（;89"!）（<+*=）2/41!4/$（粘土）!$1!35/.315/23$>!5"#1$>!5"0!!/31.!/$（壤土）.!1.,!/51!2/0!31.55/$!15/05$>!5"$1$>!5"05/32.515/,44/3.!1.2$>!5"#1$>!5"$监利河湾5/$3高小渊以下：!#/0.,1,.5/!315/,,$>!5"21$>!5"#以上：2/4$>!5"2$>!5",!4/$!35/.,15/#!$>!5"01$>!5"3—!5.#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例表!"#荆江大堤堤基工程地质条件分类简表类型段数桩号累计长（$%）占总长（&）#()*+,-.#(#*/--#,)*---.#/0*--!工程地质条件好’/!1(,)+1!0/’+*---.//,*---/0,*---.+!-*’--#(#*/--.#)0*/,-#0+*---./!+*---"工程地质条件较好,/’-*---./’+*---/(1-,)+1#(/!+*---./(0*---//,*---./0,*---#)0*/,-.#,)*---#工程地质条件差)#/0*---.#0+*---’)1(,()1!0/(0*---./’-*---（!）渗透变形。主要出现在$类堤段的粉细砂层和"类堤段上覆粘性土层较薄，或虽厚但受到破坏的部位。汛期渗透变形险情，多出现在距堤脚!,-%范围内，虽已完成!#个渊塘填塘，!处铺盖和闵家湾等导渗工程，但仍需加强防渗与渗控处理。（(）岸坡稳定性。荆江大堤有/-余$%堤外无滩或窄滩，岸坡上部为壤土、下部为粉细砂，极易受到江水冲刷，特别是沙市、郝穴、监利三个迎流顶冲的凹岸，长)’1#$%，岸坡稳定条件差，直接危及堤基安全，虽经多年的护岸整治，但随着河势的变化，仍需加强监测和整治。（)）堤基稳定和沉降变形。部分堤基下分布有淤泥质土或淤泥，强度低，如：庞石渡（#)-*(0#.#)-*’(-），董家拐（#/0*---.#+-*---），付家台（//-*---），得胜寺（/0+*---.!0+*#--）等处，需加强监测。(无为大堤无为大堤位于长江下游左岸安徽省境，上起无为果合，下至和县方庄，全长!(’1!/$%。堤防保护巢湖流域平原耕地’(/万亩，#--万人，为!级堤防。堤防按湖口水位((1,%的相应水面线加超高(%加固。堤高#.!(1+%，顶宽+%，堤外坡坡比!2).!2’，内坡坡比!2).!2,。大堤在十八塔以上丘陵段由’段不连续的堤段组成，长!-1(#$%，十八塔至方庄，除下游端有长!1’(,$%为自然岸段外，其余均为连续的土堤。堤身填筑土，主要由粉质粘土、粉质壤土组成，夹有粉细砂、砂壤土、淤泥质土、砖块、瓦砾及煤渣等。历史上曾多次溃口。后经多次加固，有长约/,&的堤段，在堤外建有民堤，多年未挡水。!00+年汛期，无为大堤水位接近!0,’年洪水位，挡水堤段出现散浸(+处，渗漏,处，管涌!处，涵闸险情’处。—!-(#— 第一章长江流域水利水电工程地质沿线有穿堤建筑物!"处，以凤凰颈泵站、裕溪闸规模最大。涵闸加固已基本完成。无为大堤基本临江布置于高漫滩上，堤内地面高程#$"%&$"’，堤外无民垸段外滩一般宽())%"))’，最宽&))’，地面高程*%("’，高于堤内"%!’，堤外有民垸段，外滩宽一般+))%()))’，最宽为永安大圩，宽!%*,’，高程#%-’。较大的入江水道有西河、裕溪河。历史溃口*处，除三宫殿龙塘外，其余均已填平，沿堤内外渊塘众多，分布长达.#$..,’，虽经吹填，只是至堤距离增至+))%())’。堤防区地震基本烈度&度。堤基主要为第四系全新统（/!）冲湖积层。上部主要为粉质粘土、粉质壤土夹薄层粉细砂、砂壤土、淤泥质土，局部有厚)$"%)$!’的泥炭土。厚度一般()%(+’，局部.%-’或厚大于")’。下部：为粉细砂夹薄层粉质壤土、粉质粘土，或成互层状。厚一般(.%!)’。在邻近丘陵段，堤基为上更新统（/+）粉质粘土，含铁锰质结核，下部夹卵砾石，厚度大于(-’。此区地下水上部为孔隙潜水，埋深(%($.’，下部为孔隙承压水。水质对混凝土无侵蚀性。土的主要物理力学指标及渗透性，见表(0#。表(0#无为大堤土的主要物理力学指标表含水量"干重度$%土类比重!孔隙比&（#）（,12’+）粉质粘土"$#(%"$#!"#$*%"*$!(!$-%(.$()$-(+%)$-*)堤身填筑土粉质壤土"$#"%"$#+"#$.%"-$.(!$*%(.$+)$#*#%)$-"-粉质粘土"$#(%"$#++"$.%+#$!(+$&%(!$.)$--*%($))"粉质壤土"$#(%"$#"+"$&%+.$)(!$)%(!$.)$--)%)$*.粉质粘土、粉质壤"$&*%"$#("-$)%+!$*(+$-%(.$")$##-%)$*#-土夹粉细砂或互层/!含淤泥质粘土"$#)!)$((+$"($)#(含淤泥质粉粘土、"$&*%"$#("-$+%+!$"(!$"%(.$()$-)+%($")&壤土夹粉细砂粉细砂夹粘土"$#)%"$#+".$!%+)$((!$#%(.$#)$#!+%)$-!&粉细砂"$&#%"$#("#$*%+($)(!$"%(.$")$#&-%)$-*#/+粉质粘土"$#!""$"(&$-)$&+-!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!抗剪强度压缩系数((0"压缩模量)*渗透系数+’（,34）!（5）（6340(）（634）（7’28）—()"#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例续表!"#$%"!#$!&#!%&$#&$#"!%$#’""#"(%’#(!!,!$-+%+#"&%!$-*!$#&%!(#)!*#+%&$#)$#"&%$#*(*#$%’#))!$#)%&*#*!&#&%&*#*$#".%$#+""#!)%*#++’#’+,!$-+%)#)&,!$-*(#)%!*#*!’#*%&$#.$#"&%$#’""#++%’#+(!.,!$-’%!#".,!$-**#)%!"#"!’#)%&+#*$#&)%$#’&*#""%+#*.)!,!$-’%"#’+,!$-*)#)%!"#.)#+%!!#*$#’’%$#)&&#.’%"#)!!",!$-+%’#",!$-’’#)%!$#).#"%&+#($#&"%$#(&&#+"%.#))",!$-+%+#&&,!$-*!#&%*#*&&#$%"*#)$#!*%$#&.+#"’%!&#’’"#"+,!$-*%!#$!,!$-.$&+#"%"*#)$#!&%$#&!(#"+%!*#&*)$,!$-"%+#&",!$-""$#(%**#!!.#’%&!#)$#&’%$#*$+#..%.#*&(),!$-*%"#.+,!$-+堤基的工程地质条件分类，见表!-(。主要工程地质问题是：（!）渗透变形。从!..(年汛期挡水堤段看，部分堤身与堤基、穿堤建筑物接触部位有渗漏；堤内外渊塘切割表层粘性土层或窄滩、粉质壤土、砂壤土和所夹粉细砂层，以及裸露砂层肺，易产生渗透变形，需填塘固基，并加强防渗和渗控处理。（&）岸坡稳定。无为大堤江段，有太阳洲、黑沙洲、大拐河三个河弯凹段，累计长(!/0，迎流顶冲，岸坡稳定条件差，虽经整治有所改善，为确保堤基安全，仍需加强监测与护岸措施。"武汉市堤防武汉市处于汉江和长江的交汇处，地势低洼，全靠堤防保护，堤防总长*&&#)!/0。分为汉口、武昌、汉阳三大区，保护面积(+"#+/0&，""(万人，堤防按武汉关水位&.#)"0加固，城区堤防总长!.’#))/0，为!级，郊区堤防总长&&+#.*/0，为&%"级。表!-(无为大堤堤基工程地质条件分类简表类型段数桩号累计长（/0）占总长（1）23$4$$$%!$4"+$23!$4"+$%!+4.$$工程地质!’23"!4*&$%"’4++$&*#(+’&$#$条件好23!$.4+$$%!!!4.$$23!&&4)*.%!&*4!)*—!$&(— 第一章长江流域水利水电工程地质类型段数桩号累计长（!"）占总长（#）%&’()*++,-$).++工程地质%&/-)+/+,*-)0.+!$.02/’*-/2*条件较好%&*/)(/+,’+*)(++%&’’0)1++,’--)1$*%&-$).++,.’)$-+%&.0)((+,$$)-0+%&0+)/++,0$)*-+工程地质%&0$)*-+,(’)-++"10+21*$+2*条件较差%&(’)-++,1-)*++%&1-)*++,/-)+/+%&’’’)*++,’’0)1++工程地质%&$$)-0+,0+)/++#-’-21’+2-条件差%&*-)0.+,*/)(/+堤顶高程，北岸：.-21.,.+2’-"，南岸：..2+*,-/2-1"。城区堤防：土堤一般高$,1"，外坡’3-,’3-20，内坡’3-20,’3.2+。顶宽/"左右。填筑土为粉质粘土、粘土、粉土，含有砖瓦、碎石及煤渣，武昌堤防有生物洞穴及白蚁孳生。防洪墙为各类混凝土构成，部分墙体已有裂缝和不均匀沉降变形。’**/年后，龙王庙险段已全面治理。郊区堤防均为土堤，堤高一般0,1"，顶宽0,’+"，内外坡比’3-20,’3.。内外均有平台，内平台宽(,-+"，外平台宽0,0+"。填筑土主由粉质粘土、粉土组成，夹有粉砂、碎石、瓦砾，江夏区堤防有白蚁孳生。穿堤建筑物众多，城区病险涵闸--座。’*0$年洪水，由于当时堤身单薄，高程偏低，全市军民在全国人民支援下，艰苦激战，仅保住了汉口。武昌、汉阳部分被淹。后经部分加固，’**(年汛期，城区堤防发生较大险情’.0处，其中堤基险情达/1处。’**/年洪水，城区堤防虽经加固，但仍发生了丹水池溃口性险情和$-处重大险情，其中管涌-/处。郊区堤防更是险情众多，险段达$$处。武汉市境长江呈南西—北东向，临江有龟、蛇二山及小军山、白浒山。由漫滩及阶地组成的平原广阔，漫滩高程’/,--"，一级阶地高程--,-0"，二级阶地高程达-0,$0"。北有东荆河、汉水、府河、滠水、倒水、举水，南有金水河、巡司河、武汉工业港等支流汇入。河流两侧多有湖泊、沟渠。郊区堤内沟塘较多，城区堤内房屋密布。区内地震基本烈度(度。堤防多建于一级阶地和高漫滩前缘，堤外多无滩或窄滩。堤基主要为第四系全新统（4$）冲、湖积层，厚一般$+"左右，最厚(+余"。上部：粉质粘土、粘土、粉质壤土或粉土，夹有薄层粉砂或淤泥质土，厚0,-+"左右，—’+-*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例下部：粉细砂、砂砾石，部分堤段堤基为中更新统（!"）和上更新统（!#）粘土。城区堤防堤基有人工杂填土，由粉质粘土、壤土、砖瓦、碎、块石、煤渣、垃圾等组成，厚数米至$%余米。是堤基处理的重点部位。地下水主要为孔隙水。上部潜水，埋深%&’’($&)*，下部具承压性。江河及地下水水质对混凝土无腐蚀性。各类土的主要物理力学指标及渗透性，见表$+,、表$+$%。堤基工程地质条件分类，见表$+$$、表$+$"、表$+$#、表$+$-。武汉市堤的主要工程地质问题是：（$）渗透变形。主要出现在堤基上覆粘性土层薄，砂层浅埋，堤外无滩或窄滩的!、"类堤段和城区杂填土较厚的部位，需进行防渗处理。（"）岸坡稳定。武汉市对长江和汉江河岸已经多年整治，目前尚有城区：长江河段-处长$$&.’/*，汉江河段$"处长,&.0/*；郊区：长江河段$%处长"’&’.#/*，汉江河段$#处长$-&))/*，均时有崩岸，有的驳岸墙裂缝或外倾，影响岸坡稳定，尚待进一步治理。（#）堤基沉降变形。主要出现在淤泥质土分布的堤段和城区杂填土分布较厚的部位，如汉口沿江、沿河堤和武昌中华路码头一带。土堤需进行沉降验算，并采取一定的措施予以控制。对防洪墙，需采取必要的基础处理。-南京市堤防长江流经南京市境长,)/*，两岸干堤长$,$&""/*，其中北岸干堤长,#&-"/*，南岸干堤长,’&./*。保护面积-"’&’/*"，耕地#%&#)万亩，人口$#$&-万。按设计水位$%&0*，进行加固，城区0%/*堤防为$级，其余均为"级。堤顶高程，北岸：$"&-$($"&$"*，南岸：$"&-,($%&%-*。堤顶宽0*，内外坡比一般$1"，局部$1-。堤身填筑土，由壤土、粘土组成，零星有砂壤土。北岸林蒲圩有白蚁穴。有穿堤建筑物$%%座。堤防历史险情频繁，$,,0年汛后，南京市水利局曾对堤防进行改造和加固，城区段部分已改建钢筋混凝土防洪墙，$,,.年汛期发挥了重要作用，但由于江堤堤身土为历次分段填筑，堤基未作处理，仍出观散浸、漏水、管涌等险情$%余处。沿江堤防位于长江高漫滩，滩面高程)(.*（吴淞），堤内略高于堤外。南岸间有丘陵和岗地，形成自然河岸，主要有幕府山、乌龙山、栖霞山。堤内间断分布有土坑、水塘。堤外岸坡受江水冲刷常产生坍岸、崩窝，虽经多次整治，但浦口、下关和八卦洲汊道口段，仍时有发生。堤防区除西端$%($)/*，地震基本烈度为0度外，其余均为’度。堤基为第四系全新统（!-）冲积层，由壤土、淤泥质壤土、砂壤土、粉细砂组成，呈互层状或透镜体层状，单层厚一般在$($%余*，甚至"%余*，总厚度大，但在岗丘附近冲积层较薄，其下为残积砾质土或风化的基岩。—$%#%— 第一章长江流域水利水电工程地质表!"#武汉市城区堤防土的主要物理力学指标表重度（%&’()）抗剪强度（快剪）含水量"孔隙比压缩系数压缩模量&’渗透系数(土类比重!（$）$#!"-（.*+）"!（.*+）（/(’0）湿!干!#%（%*+）"（,）-1234--124!#1)4!!124812634!-18431-29!8"64堤身填筑土!-4-281!)481)-2164!-13-135671)-81!!21-81785!--2169!8"2-1254!#174!5154!-1748157451)45134#1#!9!8")4素填土81!48155)1-4!-1!-133)317-81#!318!1!6!2612-71#2169!8"3-1254!#184!51-4!-154815)!47184515431-69!8"64粉质粘土81!!48136-134!516-1326518-!1)!316!1-3!2618-21221!-9!8"2-13-4-21-4!312481354!!184!6184-9!8"54粘土81!#4817-174!8136-135651)-818!183#2518-51831-!9!8"7淤泥质粘土-134-2134!2174!-18481#645184)1542169!8"54:681)24!13!15451!或粉质粘土-1336713!#1-!515!1)-))18-#16!159!8"3-134!#184!3124!)1-48156451)43154#1#9!8"64粉土81!64812)-174!!1!-133)318-81-!312!185)6717-#12!1#29!8"2-12)4-2164!3134!6184813-54!184-3154)9!8"-4粉细砂81!-481-71#4!61)-1356518-816!616!1-3#!#1-)81751-9!8"6-13-4-8184!#164!51-4815724-5164!51!4粘土81!-4816-6184!61-2129!8"2-13))818-!1!!31-8178!721#)!1-:)-13-4-!184!718481284!2134)1!4粉质粘土81!-481-731-4!51!-9!8"7-133)!18-81-81#7#)1!-)1!)9!8"54:-粘土-134-135!71)4)318!7154-!18!)154!317815)#4!18)3!6184!285134-51781!4816#)154!21371639!8"3—!8)!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例表!"!#武汉市郊区堤防土的主要物理力学指标表重度（%&’()）抗剪强度（快剪）含水量"孔隙比压缩系数压缩模量&’渗透系数(土类比重!（$）$#!"-（.*+）"!（.*+）（/(’0）湿!干!#%（%*+）"（,）-1234!61#4!21)4!)184#126#4!-164!#15431)9!#"64堤身填筑土#1!!4#127)1#431)-156)21#!717!216!1#!3861#)!1#21#-9!#"5-1274-!1#4!51!4!-174#126#461-4318471)59!#"84粉质粘土#1!64#128)1!)4!!1!-1586-13-#13!518!1#8#8316-212!1-89!#"5-1#34--134!5134!-1)4#12!84!)1#421)4!9!#"24粘土#1!4#1661)4718-1586815-#12!217#1773271#-)1531!9!#"3-1274-!1#4!31-4!61)4#12#2431#4!!1743169!#"64粉土#1!)4#16-61)4!)1)-15-)815-!1#!217#1727))15-218-159!#"2:6淤泥质粘土-15#4)21#4!5184!-1)4!1#!#43154316461!9!#"84#1684#122-13461)或粉质粘土-158621#!71-!)15!1--3-81)-81)!1#39!#"2-1274)#124!5174!)164#13!34-1#4!51-4淤泥质粉土#1684#125)1-461#-15-6612!312!71)!1!5531#--1#-1254!51!4!31-4!)134#16674!4-#174579!#"-4粉细砂#1-!317-15#)-1#-!15!318#176#!317-!132129!#"6-15-4!5154!5174!-154#1223451)45174--9!#"24:)粘土#1!-4#16561#4!613-158621#-!1)!31!!1!86861)-!13!1259!#"5—!#)-— 第一章长江流域水利水电工程地质表!"!!汉口保护圈堤基工程地质条件分类简表类型堤段名称及桩号段数堤段长（#$）占总长（%）长江干堤：-1!’江岸车辆厂"六合沟&’()))*&+(!’).1.汉江干堤：东风造纸厂—宗关水厂,!()))*,-(.))油厂码头—鄂航!.码头,,(/))*,’(!010+!工程地质条件较好0,/1./))张公堤：三金潭—六段.()))*0(,’)老龙口—闸眼港/(!))*!)(+))竹叶河—舵落口!!(-.)*-,(’’)+1.0长江干堤：武汉关—江岸车辆厂&!()))*&’()))六合沟—堤角&+(!’)*.-(’,)+10,汉江干堤：舵落口—东风造纸厂-,(’’)*,!()))"工程地质条件较差宗关水厂—油厂码头,-(.))*,,(/))/&!1.鄂航!.码头—集家嘴,’(/))*,/(+))’1)/张公堤：堤角—三金潭)()))*.()))六段—老龙口0(,’)*/(!))闸眼港—竹叶河!)(+))*!!(-.)长江干堤：!1-0龙王庙—武汉关,+(’&)*&!()))#工程地质条件差汉江干堤：.)1/&-)1)集家嘴—龙王庙,/(+))*,+(’&)谌家矶围堤：（东、西、北堤组成）!)1.—!),,— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例表!"!#武昌保护圈堤基工程地质条件分类简表类型堤段名称及桩号段数堤段长（$%）占总长（&）左岭堤!.*武金堤：下花园—扬泗矶’()!**+(,)!工程地质条件好,(.-!*.-****.,龙床矶#-)!**+##-),**左岭堤武惠堤：白浒山—砖瓦厂*)***+’)’**!.!武青堤：一冶仓库—余家头码头,*)***+’.’,/)***/.*"工程地质条件较好八铺街堤：!)(**+/)/0*1#(.’武金堤：堤前街—堤后街’*)0**+’#)#.00#**!./白沙洲水厂—下花园’/)#**+’()!**!.-杨泗矶—匡家横堤(,)***+(()#**,.#武青堤：石化码头—解放闸#/)(#*+,*)’.,0***城区堤：大堤口码头—解放闸/!)’**+//#工程地质条件较差)10*/,.#0#*.#八铺街堤*)***+!)#’*武金堤：匡家堤—龙床矶##,)(0,+##-)***!.#’’.,!1武惠堤：砖瓦厂—石化码头’)’**+#/)!-.!#(#*!.#(武汉工业港东西堤：*)***+()##(!.10’/)0’*+()(,’武青堤：余家码头—下新河,/)***+,1)$工程地质条件差-0*1/#./城区堤；下新河—大堤口码头,1)-0*+/!,.-0)’**,.’#八铺街堤：!)#’*+!)(**武金堤：堤后街—白沙洲水厂’#)#**+’/*.,’)#**#.*—!*,/— 第一章长江流域水利水电工程地质表!"!#汉阳保护圈堤基工程地质条件分类简表堤段长占总长类型堤段名称及桩号段数（$%）（&）工程地质!永固堤：!’()**+!,()**!!-*.-*条件好长江拦江堤：’(//*+!!().*工程地质条件长江江永堤：##!(0**+##*(/,*，##*(!**!-0//-*")较好+#.’(.**!-’.!’-!汉江沿河堤：)(!**+!*(!**长江拦江堤：*(***+/(***，/(***+’(’-////*!-,长江永堤：##.(’.*+##!(0**，##*(/,*+##*(!**工程地质条件烂泥湖堤：黄陵闸—沌口1(/**+*(***1-/#’1’-.较差汉江沿河堤：*(***+)(!**，!,()**+!’()-’/./*保百堤：!)(1/*+’(’**襄永堤：蔡甸针织厂—长山!,(#**+!1()-//***#-#工程地质条件汉江沿河堤：!*(!**+!,()**,-#$.!’-0差保丰堤：’(’**+,(.**!-0表!"!)武汉市郊区堤防堤基工程地质条件分类简表堤段长占总长类型堤段名称及桩号段数（$%）（&）汉阳竹林湖堤：肖家湾—黄陵闸0()1*!-,1+1(/**.-)汉阳军山堤：#))(1**+#).(!**!工程地质条件好汉阳张湾堤：张家湾—西湖泵站.!(.**+1#-#!’()**!-,汉南长江干堤：#1!(,**+#1#(!**，#01(#**+#0/(***!-’—!*#1— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例堤段长占总长类型堤段名称及桩号段数（!"）（#）东西湖汉江干堤：((0.鸭嘴垸—刘家台$%&%%%’$(&)*%($0/.*蔡家台———渔门泾$+&$%%’$$&,%%慈惠墩—舵落口-%&%%%’-,&.*%武湖堤：陡马河—香炉山($&/.*’%&%%%((0-*堵龙堤：龙口大闸—袁家小湾+./&$+/’+..&*%%汪家铺—林四房湾+*.&%%%’+*+&%%%俞家湾—大埠街+,*&+%%’+)$&*//民生堤：滠口铁路桥—民生闸%&%%%’/&/0+-+-%+0-!工程地质条件较好汉阳军山堤；),*&)%%’),,&*%%，),,&.%%($**0.’))$&*%%汉阳张湾堤：谢八家—胡家台,%&/(+’)/)0/(&%%%五里堤：金口闸—金口镇永胜+).&$*%’,0.+)+&+*%汉南长江干堤：)*)&%%%’)*$&%%%，)..&+-0%$%%’)/)&$%%，)/.&%%%’)-)&%%%东荆河左堤（白庙以下）：白庙大桥—马口闸((%&%%%’((*&%%%,*0$王小垸—石山港((/&%%%’(*%&)%%，(*+&%%%’(*-&*%%东西湖汉阳干堤：(+0%*水口—曾家台.,&%%%’/)&%%%刘家台—蔡家台$(&)*%’$+&$%%)0+,渔门泾—慈惠墩$$&,%%’-%&%%%)0$柴泊湖堤：香炉山—武矶头)&+,%’%&(0*%%%(0/堵龙堤：挖沟闸—俞家湾+,-&%%%’+,*&+%%汉阳军山堤：),+&(%%’),%&.%%"工程地质条件较差沙帽堤：),-&+$)’),/&*$)(*(+0(+,0/张家湾堤：)/&%%%’+.&$%%，+)&(%%’+(&+%%汉南长江干堤：(/%&*)*’(.)&*%%，),-&((0%*++$)’)*(&$%%)/)&$%%’)/*&)%%东荆河左堤（白庙以下）：((*&%%%’((/&(,0/)*%%%，(*%&)%%’(*+&%%%，(*-&*%%’(/%&*)*—(%).— 第一章长江流域水利水电工程地质堤段长占总长类型堤段名称及桩号段数（!"）（#）//0%东西湖汉江于堤：/*0-新沟镇—水口$%&%%%’$(&%%%曾家台—鸭嘴垸)*&%%%’+%&%%%*0)堵龙堤：袁家小湾—汪家铺,$$&-%%’,-$&%%%!工程地质条件差林四房湾—挖沟闸,-,&%%%’,(.&%%%),0.-/$0(汉阳张湾堤：徐家台—邓家台,$&+%%’,*&/%%武金堤：龙床矶—金口,,.&*%%’,*,&+0+,-%汉南长江干堤：*-+&%%%’*$$&+%%城区多有人工填土，素填土以壤土为主，厚/0-’*0+"。杂填土则以垃圾为主，混有壤土、砂壤土，厚%0(’$0*"。土的主要物理力学指标及渗透性，见表/1/-和表/1/$。主要工程地质问题是：（/）渗透变形。主要出现在砂壤土、极细砂、细砂分布较浅的堤段。北岸有(段，累计长约$-%%"；南岸有(段，累计长约*%%%"，需进行防渗处理。同时亦应重视城区杂填土引起的渗透变形问题。（,）沉降变形与稳定。主要出现在淤泥质壤土分布的堤段，需进行沉降变形与稳定验算。对于城区防洪墙和穿堤建筑物，应重视不均匀变形问题，需采用扩大基础或桩基。（*）岸坡稳定。主要出现在淤泥质壤土、砂壤土、细砂分布的堤岸。崩岸引起的岸坡稳定问题在大兴码头、燕子矶、团洲圩等处多次发生，影响堤基安全，需加强护岸措施。（(）饱和砂土震动液化。砂壤土、细砂分布较浅的堤段，可能存在震动液化，需进行复核，必要时采取抗液化处理措施。表/1/-南京市长江南岸堤防土的主要物理力学指标及渗透性表重度（!23"*）抗剪强度（快剪）压缩系数含水量!孔隙比压缩模量%9，渗透系数&土类比重!$/1,（#）#（856）（:"39）湿"干"4（!56）"（7）（8561/）"%0)$.,0),’,-0.’/+0-’/*0)’,-0%’.0(’,$;/%1$’粘土’%0*-’%0(((0.*’-0).,0)-*-0+/.0$/-0-(+0%/*0)/0*;/%1)/0%/%堤身填筑土%0)**,0),’,$0*’/+0.’/(0(’/$0%’/(0%’*;/%1(’壤土’%0*,’%0(%(0+%’-0).,0)**-0-/.0$/-0-,$0%,-0$/0(.;/%1$%0+.(—/%*)— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例重度（"#$%&）抗剪强度（快剪）压缩系数含水量!孔隙比压缩模量%/，渗透系数&土类比重!$+,-（!）#（.()）（0%$/）湿"干""’（"()）!（*）（.(),+）51665-12+3&+123+6173+&1636153++1-362:+5,73壤土351&-3517971&539152-12&&415+815+717-915-&17915-:+5,4518&9+157&-12+3&2163+2183+-1839153+-19388:+5,73淤泥质壤土3517&35194&1-+37174-12&&812+61&+&1&+&15-+1791++:+5,4+1+585122+-12&3-9143+61+3+-183+81538123-7:+5,43粘土351-835192&1+9391++-1247-1++814+4179515&5156:+5,6+1+4+51244-1983--183+6183+7143++153&+1+3-4:+5,&3砂壤土351+-351-+81-+3+7188-125-816+818+414+215&912714-:+5,75164&51999极细砂—细-1963-&1+3+6183+71938153&-153++1873&&:+5,&3351+-351+9砂-125-818+818+91---15&&19+416861&7:+5,751678表+,+9南京市长江北岸堤防土的主要物理力学指标及渗透性表重度（"#$%&）抗剪强度（快剪）压缩系数含水量!孔隙比压缩模量%/，渗透系数&土类比重!$+,-（!）#（.()）（0%$/）湿"干"’（"()）!（*）（.(),+）"71++:-12&-21&51675+6183+71-375153417351-43+5,43粘土333719-3916+817+41-4715+91-517--19-:-124&&1+518&2+5,9堤身填筑土-12--+185195&6:+5,73+6183+71938153+418351-23壤土3337146321-91-2:-517+9127515--17517--12&&51&51629+5,9&+1851699-123+6193+&1637153+61&351+4371-+3+8:+5,73壤土33-12-+618+71--+15-81-51764192-182:+5,4&71251879+15&+&-12+3&9163+21&3+&1539153&173-7:+5,73淤泥质壤土351473512&&1+43&189-12&7915+617+&17-715+61521+7:+5,9+1&5-518+-4194:+5,4-12-3&-153+2153+&1538153&153粘土3517-3519-&179371743-1297219+81++7177615+618+1&892152:+5,251642-1963-9123+61+3+&1232153-7153&:+5,&3砂壤土351+-35172714&3+51&--125&-15+618+714-715&51281+&:+5,451826—+5&6— 第一章长江流域水利水电工程地质重度（"#$%&）抗剪强度（快剪）压缩系数含水量!孔隙比压缩模量%/，渗透系数&土类比重!$+,-（!）#（.()）（0%$/）湿"干""’（"()）!（*）（.(),+）71883-1234-21+4+31-4+&134+7174&7174&:+7,&4极细砂—细砂471++471-731594+2183-125&-1&+512+61++917&217617+:+7,971593第四节重大险段工程地质条件+荆江大堤观音寺闸险段（一）堤段概况荆江大堤观音寺闸险段，位于沙市下游+3"%，见图+,-。桩号897;+67489+;6+7，为历史险情多发地段。该段处于长江左岸，大堤顺江而建，堤外滩宽仅974+97%，滩面高程9+1849&13%。最大堤高+-17%，堤身填筑土主要为粉质壤土、粉质粘土，夹有砂壤土和粉细砂。桩号897;867处，为观音寺闸，闸孔底及堤内渠底高程&81+%左右。据史料记载，乾隆92年（+83+年）汛期溃口，后复堤。+527年，+52-年先后建有灌溉涵闸两座，+52-年8月，在闸后距消力池&87%，发生管涌，洞径达913%，深达++12%，经做导渗抢护而脱险。+52&年，建减压井&-口，观测井+6口，此后，险情得以抑制。+538年8月，在原管涌处边缘，再次发生管涌，直径-16%，深918%，涌出泥沙-7余%&，采用反滤堆和筑坝蓄水反压处理。汛期又在渠内建减压井-7口，另兴建观南分水闸一座，高水位时，蓄水反压缓解险情。（二）堤基地质条件堤基由第四系全新统（<9）和上更新统（<&）冲积层组成，自上而下可分为：<9,-：粉质壤土、砂壤土及粉细砂，厚-42%。<9,+：粉质粘土、粉质壤土、砂壤土及粉细砂，厚34+9%，其中砂壤土、粉细砂，厚&4,&,98%，分布较稳定。渗透系数为’:+74’:+70%$/，中等透水。<&上部：含有机质粘土，厚24+-%，下部为粉细砂、砂卵石。砂卵石渗透系数大于’,+:+70%$/，为强透水性。（三）险情地质分析根据地基地质结构及其透水性（图+,&），历次险情主要是中等透水的粉细砂层发生渗透变形，+538年江水位9-1-3%时，粉细砂层在堤内的水头差达248%左右，而上覆壤土厚仅-17%左右，因此发生管涌险情乃至历史上的溃口。—+7&5— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"#荆江大堤观音寺闸险段位置示意图图!"$荆江大堤观音寺闸险段地质剖面示意图!"由粉质壤土、粉质粘土组成的弱透水层；""由粉细砂组成的中等透水层；#"由含有机质粘土组成的相对隔水层；$"由粉细砂、砂卵石组成的强透水层—!%&%— 第一章长江流域水利水电工程地质该段在加固中，对堤内进行了吹填，并于!""#年汛后，采用钢板桩封闭上部粉细砂层。$武汉市龙王庙险段（一）堤段概况龙王庙险段位于汉江与长江汇合处的汉口岸，上自集家咀下至王家巷码头，全长!%#%&，见图!’(。沿江建有防洪工程，由钱堤、防洪墙、驳岸平台、驳岸墙及护岸组成。戗堤高$)!*+)(&，顶面高程$#),&，顶宽%)-*!)(&，混凝土防洪墙高+)%*,)%&，宽%).&，顶面高程$")"%&，驳岸平台高程$()##*$.)("&，宽()#*!$)!&，驳岸墙为浆砌石，高+)%*,)%&，宽%),*%).&，护岸沿驳岸墙外坡修建。该段汉江面宽仅$%%&，多年平均枯水位!$)$-&，堤外无滩，岸坡陡，堤内居民密集，每年汛期岸坡崩坍，渗漏、管涌险情不断，成为武汉市防汛的重点险段。较大的险情有：图!’(武汉市龙王庙险段位置示意图!",$年，驳岸下部被环流淘刷，顶部路面发生裂缝。!",.年秋，汉江洪水，河床遭冲刷，造成打扣巷码头及上游附近岸坡脱坡，土堤产生裂缝。!".%年"月洪水，打扣巷码头和龙王庙码头前缘台阶厚达(&的基础遭淘蚀，造成驳岸内裂缝，长达!%余&，最大缝宽达+%/&，墙面倾斜-/&，驳岸顶上土堤裂缝，宽达,%/&。!"#+年洪水，河床冲刷顺江长!.%&的四个冲坑，最低高程已达’!"),&，虽经抛石护岸，效果仍不显著。!""#年洪水后，龙王庙下游岸段岸坡坡角已达+,0左右，严重威胁岸坡的稳定。—!%(!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（二）堤段地质条件该段原为一级阶地，由于城市发展，堆积了较厚人工填土，其下为第四系全新统冲积层，见图!"#。（!）人工填土。包括碎块石杂填土、杂填土和护岸碎块石，厚度一般$%!&’。碎石杂填土，主要由砂壤土、重粉质壤土、粉质粘土及少量淤泥，生活或工业废弃的砖瓦、混凝土碎块、煤渣、石灰灰浆、木屑等混杂而成，碎石粒径一般(%#)’，偶见!*%!#)’，含量在(#+%,#+，结构松散，厚,%-’，多分布于地表。杂填土，主要为砂土和粘性土，碎石含量一般在#+%!*+，结构松散，厚&%$’。渗透系数!.-$/!*"&)’01%!.(&/!*",)’01，临界比降*.2%,.*2，破坏比降!.&%!*.*。护岸碎块石，主要为石英岩、砂岩、少量砖瓦、混凝土碎块、煤渣泥沙等，碎块石粒径(%&*)’。含量,*+左右，局部达-*+，厚#.*%-.*’。图!"#武汉市龙王庙险段地质示意剖面图（(）全新统冲积层，自上而下为：粉质粘土，浅黄色，厚,.*%-.*’。可塑状，多具中等压缩性，局部高压缩性。渗透系数!.-$/!*"$)’01，临界比降(.*%&.*，破坏比降&.#%,.#。重粉质壤土，浅灰、灰褐色，厚(’左右，局部呈透镜状。可塑—软塑状，中等压缩性。渗透系数3/!*"#"$%!/!*)’01，临界比降!.-%(.-。破坏比降,.*%$.(。砂壤土夹重粉质壤土、浅灰、浅褐色，水平层理发育，层理面上多夹有厚!’’左右的重粉质壤土，厚一般-%!(’，稍密—中密状，中等压缩性。渗透系数2.,/!*",)’01%"#!.22/!*)’01，临界比降!.#%(.!,，破坏比降&.*%&.&(。砂壤土：浅灰带绿色，厚(#’左右，渗透系数!.(#/!*"&",)’01%!.*$/!*)’01。（三）险情地质分析（!）岸坡变形。该段处于汉江出口弧形弯道顶冲岸，两江交汇，水流条件复杂，两岸护岸工程缩窄了河床，河床由砂壤土组成，抗冲刷能力低，冲刷加深并扩大，加之环流对驳岸墙基础的掏刷，从而危及并直接使岸坡变形，导致护岸和堤防裂缝。（(）渗水、漏水。!44$年2月!$日，当武汉关水位到(#.(!’时，堤内道路，人行道及闸口闸墩边等处，即出现渗水、漏水，两天后，水位涨到($.*4’时，漏水严重的&处，水流形成水柱，水位到($.#2’时，沿河路面大面积冒水，并产生大量裂缝，宽达!%!*)’。主要由于该段地表有厚数米至!*余’的杂填土，其结构松散，中等至强透水，当江水位高出—!*,(— 第一章长江流域水利水电工程地质地面，出逸比降大于其允许比降时，渗水即夹带泥沙，形成管涌险情。该段已在!""#年汛后，进行了整治，汉口岸采用混凝土防渗墙与护岸相结合，南岸拓宽河床并采取混凝土绞链沉排护坡措施，同时结合市政建设，已成为武汉市一处新的旅游景点。$九江市城防大堤溃口段（一）堤段概况九江市城防大堤位于长江微弯河道的右侧一级阶地，溃口段位于桩号!%#!$&!%#’()处，见图!*+。堤段地势平坦，高程在!",(&-.,+)间（吴淞高程），紧靠大堤为永安河故道所残留的水塘，深度大于()；堤外滩窄，宽仅-.&/.)，高程!’&-!)，以!0(&!0+的斜坡至深泓。图!*+九江市城防大堤溃口段位置示意图堤顶高程-$,’-&-$,’()，顶宽/,’&(,#)，底宽"&!-,()。堤外侧为直立的浆砌石挡墙，厚.,()及厚.,-)的钢筋混凝土防渗墙，墙顶高程-(,-()，墙底高程--,!/)，墙底与外侧混凝土护坡相连，护坡下端设有深!)，厚.,-)的防渗齿槽（部分缺失）。堤内侧有直立的浆砌石挡墙，高约-)，顶宽.,+&.,’)，底宽-,!)。堤身填筑土，上部为砖红色砾质粘土，下部为灰黄色粉质粘土，土的性状与填筑质量较好。!""#年#月’日!/时!(分，该段发生溃口，溃口前约-1，在堤内挡土墙便道上，出现$个冒水点，呈喷射状，水量不断增大，抢险时用碎石土堵塞喷水口，水改从挡土墙顶及坡面冒出，继而在堤外封堵，-1后，土堤顶部坍陷一个直径约-)的坑，!.)23后，土堤被冲开，江水从钢筋混凝土墙下涌入，!()23后，土堤冲宽约!()，悬空的钢筋混凝土墙向外倾斜，土堤溃口扩大至+-,.)，后经军民采用多种措施，五昼夜奋战得以封堵。（二）溃口段堤基地质条件堤基为第四系冲积层，自上而下可分四层：（!）灰黄色粉质壤土，厚.,’&!,.)，粉砂及粉粒含量#’4&#"4，粘粒含量!!4&—!./$— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例!"#，渗透系数为$%&’!()*+,-./"%(0’!()1+,-.，临界比降为(%20/(%33，破坏比降为!%!3/!%$$。（$）灰黄—棕黄色粉质粘土，厚1/",，粘粒含量*1#/"1#，渗透系数为!%(!’!()"+,-.，临界比降为!(%!!1，破坏比降为!$%0"$。（*）灰褐色粉质粘土，厚&/2,，粘粒含量*"#/"1%"#，渗透系数为!%0$’!()2/3%13’!()&+,-.。（1）砂和砂砾石，上部砂厚约!$,，下部为砂砾石，厚约&,。图!)2九江市城防大堤溃口段地质剖面示意图（三）溃口地质因素分析从溃口段地质剖面示意图，图!)2，可看出，堤基下有厚(%2/!%(,，粉质壤土，中等透水，抗渗性差，在堤外修建码头平台时，又挖穿了该层，堤内紧靠水塘，最窄处仅$,，当江水位高出该层顶面!3%$,时，即沿该层产生渗流，渗径仅!(余,。!330年0月2日，江水位达到$$%02,时，该层渗流具承压性，水头高出顶面约*,，其出逸比降已超过了该层的破坏比降，同时在堤身填筑土与该层之间呈接触冲刷，致使在堤内挡土墙出现冒水涌砂后，迅速发展成为流土破坏，堤身塌陷导致堤防溃口。1铜陵崩岸河段（一）河段概况铜陵河段位于长江下游安徽省境，上起羊山矶，下迄荻港河口，长"3%"4,。该段属典型的鹅头型多汊河道，见图!)0。两岸地面高程0/!!,，江面宽!/$4,，为历史崩岸险段，尤以刘渡至太阳洲、金牛渡至皇公庙段，深泓逼岸，迎流顶冲崩岸剧烈，虽经护岸处理，崩岸仍频频发生，崩岸率在!(/$(,-5，太阳洲上段达*(/"(,-5，造成土地流失，影响航道，危及堤基安全。（二）江岸地质条件刘渡至太阳洲段，江岸主要由壤土、粉质粘土、淤泥质壤土及砂壤土组成，见图!)3。金牛江至皇公庙段，江岸主要由砂壤土、淤泥质壤土和粉细砂组成，见图!)!(。—!(11— 第一章长江流域水利水电工程地质图!"#铜陵崩岸河段示意图（三）崩岸地质因素分析崩岸受江岸地质结构、河势、水流条件，风浪等诸多因素影响。就地质因素而言，该段岸坡土体结构松散，抗冲能力低，尤其是下部的砂壤土、粉细砂更易受水流冲蚀，致使临岸河底高程已达"$%余&，使崩岸愈演愈烈。枯水时岸坡地下水向长江排泄，粉质粘土和淤泥质土渗透性差，在地下水动水压力作用下，易使岸坡失稳，导致岸坡破坏。此类崩岸的治理，需采取控制河势、改善水流条件、护岸与护底相结合的综合措施。—!%(’— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"#刘渡至太阳洲段江岸地质剖面示意图图!"!$金牛渡至皇公庙段江岸地质剖面示意图—!$&%— 第二章黄河流域水利水电工程地质第二章黄河流域水利水电工程地质第一节黄河流域地质概况!地形地貌特征黄河下游河道自河南孟津县出峡谷后，进入华北大平原，流经豫、鲁两省，注入渤海。黄河下游的起点究竟在哪里？众说纷纭，很不一致，归纳起来主要以以下"种意见：（!）下游从孟津县白鹤开始。该地西距老焦枝铁路桥约!#$%，河道宽&’($%，南岸已开始修筑大堤，保护滩地和东汉陵墓，堤防部门多采用此种意见。（)）下游从孟津县宁嘴开始，西距老焦枝铁路桥约!’($%，地理学家多持此种意见。从河流地貌看来，黄河出峡谷到宁嘴后，河道突然展宽到"*($%，已成为大量堆积的河床，河流摆动、分叉，河中分布有大片沙洲，河床已具游荡性的特征。（"）下游从桃花峪开始，桃花峪位于河南省荥阳市，是南邙山的一个大冲沟。在!+()年黄河流域规划时，曾选为黄河中游的最末一个梯级。桃花峪东距邙山头尚有"$%，其西部有,#$%长的河道，其宽度达(*!#$%，而且黄河在此段经常摆动，枝岔众多，沙丘棋布，第四系沉积物深厚，已具典型的游荡性河床的特征。我们认为黄河下游应包括桃花峪，其起点以定为孟津县宁嘴较为合理。中生代的燕山运动奠定了本区地貌的基本格局。现代地貌形态则于晚更新世末期形成，目前仍受继承性新构造运动的控制。在黄河下游，地貌类型的划分采用了形态成因的分类原则，分为三级。一级：主要根据宏观地貌形态的差异分为平原、丘陵和山地。二级：主要根据不同成因和形态特征划分。不同成因类型的地貌，有着不同的形成历史和相应的沉积物特征。三级：在二级地貌类型划分的基础上，再按次一级的形态差异和不同成因的微地貌特征作进一步的划分，见表)-!及图)-!。—!#&.— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例表!"#黄河下游地貌类型类别地貌类型地貌类型!#"#冲积扇平原!#冲积平原!#"!冲积扇平原!#冲湖积平原!平原!$"#河口三角洲平原!$冲海积平原!$"!滨海洼地及低平地!%"#山前冲洪积平原!%冲洪积平原!%"!河谷冲洪积平原"#侵蚀堆积丘陵黄土覆盖的丘陵"丘陵"!侵蚀剥蚀丘陵非碳酸盐岩丘陵"$侵蚀溶蚀丘陵碳酸盐岩丘陵##侵蚀剥蚀中低山非碳酸盐岩中低山#山地##侵蚀溶蚀中低山碳酸盐岩中低山!地质构造及区域稳定性黄河下游堤防是我国大而特殊的水利工程，其区域稳定性评价，是通过研究堤防所处区域的构造活动性及地震地质条件，对其区域稳定性进行分析评价，再根据不同堤段的区域稳定程度进行分区。这样就可以为堤防的抗震加固设计提供背景资料和动参数。对重点堤段，还可以有针对性地提出进行监测及进一步开展地震地质工作的意见，为堤防工程施工及堤防管理工作服务。（一）地质构造及其活动性本区主要构造线的方向为北北东、东西、北西以及向北东撒开向南西收敛的弧形断裂。沿黄河平原附近的断裂皆为隐伏断裂，其中聊城—兰考地区，构造异常发育，不同类型、不同深度、不同级别、不同方向的断裂互相交叉展布。它们延伸长、落差大、形态复杂、活动性强烈。新华夏系主要为北北东方向的断裂，有长垣断裂、黄河断裂、聊考断裂、曹县断裂及巨野断裂等。近东西向的断裂有汶泗断裂、郓城断裂、菏泽断裂及凫山断裂等，各断裂的活动性见表!"!。（二）历史强震对黄河大堤的震害黄河下游位于多震的华北平原上。历史上的部分地震对黄河大堤有不同程度的影响。（#）#&$’年(月#日（农历六月二十五日）%时$)分，在山东省菏泽县发生了’级强烈地震，#%*之后又发生一次+,’)级地震，震中向北东方向迁移#+-.。两次地震的宏观震中分别在菏泽县城西南的解元集附近和城北面的小留集、吴油房一带，震中烈度为&度。—#/%(— 第二章黄河流域水利水电工程地质用古登堡与里克特方法计算，第一次地震的震级为!"#级，第二次地震为!"$%级。图&’&黄河下游地貌类型图(—冲洪积扇；&—决口扇；)—古河道；*—沙地；%—地貌类型界线；!—地貌类型符号—(+*#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例表!"!黄河下游主要断裂统计表产状编号名称分布及规模体系及性质活动性走向倾向倾角西起延津塔铺，向东南经封丘、兰考、商豫中北西向构造、压具多期活动特点，新#$封丘—商丘断裂丘、夏邑延入安徽省内长达!%&’(，断距+&&,-.扭性（反扭）生代仍然活动)&&*!&&&(由山东省进入河南，从瓦屋头、长垣到封+&,控制东濮和黄河地#/长堤断裂1&,-2新华夏系正断层丘，长达0!&’(*%%,堑的西界位于长垣断裂与聊考断裂之间长约濮城0%&!年曾发生#)黄河断裂332华夏系，正断层0&&’($4%级地震多次发生地震，05+/由山东省聊城进入河南，经范县至兰考，!+,1&,新华夏系、张扭性活#5聊考断裂3.年)月0日菏泽/长+$&’(，断距+&&&*/%&&(*+!,*/&,动正断层级地震西起山东省曹县的白茅经韩集、白乐集、纬向构造正断层具#0&凫山断裂康桥、南阳镇、岗头东至龙山店，长度)+,-2/&,压性0/!’(，断距!&&&(西起陆圈集，经菏泽东至张风集，长#00菏泽断裂近东西-东西向构造，正断层具活动性0!&’(，断距大于0&&&(西起马庄，经郓城东至泉林，长!&&’(，断东西向构造，正断#0!郓城断裂近东西3距大于0&&&(层，属活动性断裂西起开河镇，经曹阳东至伸村，长0$!’(，东西向构造，正断#0+汶泗断裂近东西-断距!&&&*+&&&(层，属活动性断裂北起阳谷，经曹县南入河南省，长05&’(，新华夏系活动性断#01曹县断裂+%&,32断距大于0%&&(裂，正断层北起聊城南，经巨野县南入河南省，长新华夏系活动性断#0%巨野断裂+%%,-.!0%’(，断距大于%&&(裂，正断层对大堤的震害情况见表!"+。本次地震波及大堤东明—旧城堤段，地震烈度为/度，地震时在高村、冷寨、祥寨、黄庄、刘庄等地的大堤背河堤脚，均发生喷水冒沙现象，高村堤脚产生宽!&*+&6(、长!&&(的裂缝。黄庄处的秸料埽坝产生许多裂缝，有的甚至断成两节。高于/度区的张口大堤，也发现有裂缝现象。表!"+05+/年菏泽地震主要堤段震害情况地点震害情况地震烈度村内门楼震倒，井水溅出地表（原水埋深04%*!(），村西0&&多(背东明高村/河堤根处，纵向裂缝长!&&多(，宽!&*+&6(大堤桩号!&)*!&5’(，背河围堤有一段+&&多(冒黑水、黑沙，冷寨东明冷寨/险工处背河堤根冒水喷沙—0&%&— 第二章黄河流域水利水电工程地质地点震害情况地震烈度桩号!"#$%&&处，树倒在堤上，堤肩出现顺堤裂缝，宽!’多，历时短东明黄庄(暂，缝即合上，险工段秸料埽坝裂缝很多，有的断为两截现刘庄引黄闸处有一条北东向的裂缝，长"&&多’，宽)&*’，斜切大东明刘庄(堤，刘庄附近，喷水冒沙严重，孔口直径($+&*’鄄城张口村中房屋倒塌近半数，大堤有裂缝(郓城旧城北关房屋部分倒塌，大堤像蛇一样起伏蠕动(（!）",-)年""月(日%时,分，菏泽发生%.,级地震，震中位于东经""%."/、北纬)%.+/之间，极震区波及菏泽、济宁""个县市，死伤+--#人，塌房#万余间。菏泽、刘庄、冷寨、黄庄、高村等处的大堤，均有蛰裂现象。刘庄险工第")号、"+号、"#号、"-号坝，坝身有"$)’’的裂缝。苏泗庄引黄闸上游闸墩土石结合部及刘庄引黄闸公路桥边墩，均发生裂缝。渠村分洪闸机房的水泥抹面，产生了!&条裂缝。（)）",#,年(月"-日")时!+分，在渤海湾地区发生了(.+级地震，同日晚!"时))分及",日上午,时%!分，又在该区发生了%."级及%.%级的余震。震中在渤海湾内（"",/+!01，)-/"!02），震源深达+&$%&3’。本次地震的特点：没有前震，余震少，衰减得比较快。震害发生后，对堤防、涵闸的震害情况进行了调查，堤防的破坏情况见表!4+所示。苇改闸涵管错断，翼墙断裂闸身下沉，无法使用。表!4+",#,年渤海湾地震主要堤段震害情况县地点地震烈度震害情况大堤纵向裂缝长"%&’，宽!%*’，洼地内有喷水冒沙现象，五庄#强背河堤脚外!&$)&’产生地裂缝坝垛土石结合部分发生裂缝，漫滩有裂缝，并伴有喷水冒张家滩(弱沙现象背河堤坡纵向裂缝四条，宽%$#*’，后戗严重喷水冒沙!&利津南关(弱多处，其口直径"&$!&*’，沙环直径"’利津桩号)+#5%&&堤顶横向裂缝三条，宽"*’，堤身断裂，临背集贤防洪堤(河有喷水冒沙孔背河堤脚有纵向裂缝，地面泉涌"&多处，直径约!&*’，喷小义和东大堤(水冒沙堤身和滩地产生裂缝，隔堤有)$+条临背通缝，宽)*’，顺堤缝-$,条，宽"&$!&*’，堤身塌滑下沉，土堤内外两侧两河口隔堤(普遍有喷沙孔，喷砂堆积高!&$)&*’，喷沙堆积，其砂环直径!$)’—"&%"— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例县地点地震烈度震害情况麻湾险工!强张林滩地裂缝宽"#$%，直通河中背河堤坡纵向裂缝数条，宽"$%，长’##多%，临河滩地顺小街子至梅家庄&弱堤向裂缝宽"#$%，长(##)’##%义和险工&*个坝垛出现裂缝，缝宽+)"#$%，根石下沉桩号""&，横向裂缝宽+’$%，长",%，斜切大堤，临河滩地有垦利东张&-#%"的面积下沉-#$%，有两个喷水洞直径约+%，东张至+号坝长约+#.%的二滩下沉-#$%桩号*/&##)*/&(#堤身横向裂缝两条，宽+$%，堤顶下沉"#$%，堤身断裂，临背河堤坡纵向裂缝数条，桩号,/’##)护林防洪堤&+#/’##临背河堤坡纵向裂缝宽")($%，桩号+"/(##)+"/’##堤身纵向裂缝，堤顶下沉’$%，大堤两侧有喷水冒沙孔总的看来堤防震害南岸严重，北岸较轻；新建防洪堤重，临黄堤轻。震害堤段纵缝多，横缝少；老滩喷水冒沙轻，新滩及地势低洼处重；大型涵闸震害较轻，小型涵闸较重。受害的各段堤防，均位于黄河河口泛滥平原上。凡故道主流经过地段，地势较高，以粉细砂为主，粉砂层较厚，颗粒细而均匀，粘性土薄而少。故道之间相对地势较低，形成河间洼地，以粘性土为主，粉砂层薄而少，为粘土、砂壤土或粉砂互层，属双层结构。加之地下水位较高，因此，受震地基易于液化。临背河附近地势低洼，地震时地面喷水冒沙（泉涌）密集，地震引起堤身裂缝。横缝大多出现在大堤横跨故道或老口门处，这里粉细砂层厚，并夹有淤泥，密度小，结构松软，地震时地基易于液化使地面下沉。这里不仅堤身有横向裂缝，而且堤坡纵缝也比较多。经调查，大型闸涵无震害，仅个别小型涵闸震害较重，如六合苇改闸涵管震断无法使用。其主要原因是该闸位于故道上，地基为粉细砂，受震液化，堤身下沉，涵管切断；其次是工程标准低，钢筋混凝土管强度不高等。（三）区域稳定性评价与分区区域构造和地震稳定性，是指大堤所在的一定范围、一定时段内，区域构造和地震两个因素的活动程度。对其调查的目的在于对大堤未来运用期间可能遭受到的现代活动构造和地震活动的影响作出初步估计，以便对不同堤段提出进一步评价地震稳定性问题的意见。黄河下游大堤的区域稳定性评价主要根据地质构造与地震的活动性以及现代地壳形变特征，结合水工建筑物特别是大堤工程的抗震要求，用定性一半定量的方法，提出了各堤段的稳定程度分区标准，以满足工程设计与管理的需要。黄河下游大堤的区域稳定程度可分为：基本稳定区，稳定性较差区和稳定性差区，见表"0’、表"0!。它们分别约占大堤总长（以左岸堤段为例）的-!1*2、(’1!2和+&1!2。黄河下游长+(’+1!*.%的大堤，有约&’2的大堤都是处在&度地震烈度区内。—+#’"— 第二章黄河流域水利水电工程地质表!"#黄河下游大堤区域稳定性分布区（堤段长度）基本稳定区（$）稳定性较差区（%）稳定性差区（&）占总长长度长度占总长的百长度占总长的百分区名称的百分分区名称分区名称（’(）（’(）分数（)）（’(）分数（)）数（)）温县、荥阳—武陟—孟州—温县段**+!,+-!#*+.*#+-/*+000+-平阴、禹城段封丘段平阴、禹城濮阳—!!/+.*!+!利津—河口段-1+.2+2,0+.#+2—利津段台前段合计!.0+/*.+/合计*!,+!,#+.合计0!,+-0-+.表!".黄河下游大堤区域稳定性分区稳定性地段主要特征大堤震害型式的预测位于怀来一西安地震带与邢台—河间地震带之间，属#1年期限内可能遭受超越概率为孟洲—温县间01)的.度区（下同）。距该区约,1’(的洛（黄河两岸堤阳市，曾发生过.度#级地震。历史上的华段，下同）阴地震和临汾地震，在此区均未造成破坏性影响。近代（指02##302-1年，下同）垂直形基本稳变速率小于#((45定区位于邢台—河间地震带与营口—郯城地震带之间，属.度区。在该区的长清县，历史平阴、禹城—利上曾发生过#级地震。其他远震如临沂、渤津间海湾强震影响到该区的地震烈度均不大于.度。近代垂直形变速率小于#((45在饱和砂裸露或上层粘位于邢台—河间地震带内（不含/度区，下性土不厚，下层是疏松沙同），属-度区。根据构造类比和地震活动的双层结构等类型的堤温县、荥阳—的空间分布特征，划定了未来百年内可能有基内，液化现象是普遍平阴、禹城间东明—菏泽#+#3#+-#级（-度）危险区；聊城的。它将引起喷水冒沙、—博平（-度）危险区；平原—高唐-危险区。地面下沉等破坏；也将引稳定性近代垂直形变速率在#3/((45起堤身裂缝较差区位于营口—郯城地震带内，属-度区。02.2年在营口—郯城断裂与北东向渤海断裂的砂土堤基将发生液化变利津县—河口交会处发生了-+,级强震，-度区曾达到利形；堤基为滨海淤泥质间津县城附近。在未来百年内，该区仍可能发土，将发生滑塌变形生#+#3#+-#级（-度）地震。近代垂直形变速率大于/((45—01#*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例稳定性地段主要特征大堤震害型式的预测位于邢台—河间地震带内，属!"#度区。在区内，历史上位于该区内的修武县曾发生过$级（!度）地震，波及开封摧圯城堤。近代小震繁频。由于地质格架应力集中的原因，在未来百年内，可能发生$"$%&级#度地震。近代垂直形变速度大于&’’()在粉细砂基、轻壤土上覆粘性土层厚度小的双层结构的地基内，在古河道稳定密集和地势低洼的地区，位于邢台—河间地震带内，属!"#度区。在性差特别在新近沉积的标贯聊考大断裂中段、曹县与郓城断裂交会附区击数小于*,击的潜水埋近，曾发生过$%&级、&%&级、&级地震。近代濮阳—台前间深小于-’疏松粉细砂地有感地震发生过多次。在未来百年内可能（主要是范县区，容易地面下沉、喷水在范县—朝城危险区发生$"$%&级#度地段）冒沙，产生裂缝等现象震。近代地形变资料反映，聊考断裂中段略有上升，两侧强烈下降，临黄河地段，近代垂直形变速率多在#"*+’’()间聊考断裂与菏泽断裂、郓城断裂相交会，历东明—菏泽段史上曾发生过!级及$%!&级的地震从近代邢台、海城、唐山以及黄河下游两岸附近的菏泽、渤海湾地震震害现场调查资料可知，在!度地震的作用下，黄河下游大堤堤基是粉细砂和轻壤土时，都有可能发生液化，导致大堤的破坏；如果是$度的地震力，堤基就不可能破坏。-堤防工程区地层特征（一）地层时代及组成*%前第四系前古生界分布有片麻岩、角闪岩、变质岩、基性火山岩、砂页岩和碳酸盐岩等，大都出露在嵩山、太行山、泰山及其周围地区。下古生界为寒武系、奥陶系浅海相碳酸盐岩为主夹碎屑岩的地层，厚约..,,’；上古生界为石炭系、二叠系海陆交互相含煤砂页岩建造及陆相砂页岩建造，厚度比较稳定，多保存在该代的断陷盆地内。中生界发育三叠系、侏罗系及白垩系的砂页岩、含煤砂页岩、中基性一中酸性火山岩以及红色含膏盐碎屑岩等。其分布明显地受构造控制，岩性、厚度变化均较大。新生界主要分布在新生代拗陷中，地层的分布及岩相厚度变化受构造控制极为明显。—*,&+— 第二章黄河流域水利水电工程地质表!"#黄河下游第四纪注：$%由河南省黄河河段到山东省黄河河段进行纵向概述。!%古地磁极性柱是按示意性画法画的。—$’&&— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例综合地层简表主要岩性特征上部，由褐黄、灰黄、黄灰色的粉细砂、砂壤土的冲积层，渐变到灰黄色的以壤土为主的海相沉积层。中部，由以灰色的砂壤土、壤土为主的湖沼沉积层渐变到以厚层或多层灰黑色的砂壤土，壤土及淤泥层为主的海相沉积层，多含海相化石，常称该层为上淤泥层；底部，是以褐黄色粉细砂、砂壤土为主的冲积层，偶见化石介壳碎片上部，地层颜色由褐黄、淡黄色渐变至灰黄色：岩性成因以粉细砂，砂壤土为主，渐变到以壤土为主的冲积层。含少量钙核；中部由灰色的以粘土、壤土为主的湖沼沉积层，渐变到灰黑色的以砂壤土和淤泥层为主的湖相沉积层，称该层为下淤泥层；底部岩性特征与上部的相近上部：是褐黄、浅棕黄色渐变到灰黄色的粉细砂层、砂壤土和壤土冲积层，含少量大钙核。下部：由局部含淤泥层、湖沼沉积层的冲积层，渐变到以灰黑色的砂壤土、壤土和淤泥层为主的海相沉积层。在内陆湖沼沉积层中，常见有咸水化石的混生化石群，在底部海相化石中有亚热带有孔虫出现上部：是以褐黄、棕黄色粉细砂、砂壤土、壤土为主的冲积层，含钙核有少量绿色网纹；下部：豫区内是以黄色为主的含钙核冲积层；在鲁区冲积层内，含有淤泥质夹层，湖沼沉积层，近海区为海相沉积层以黄色为主的含钙核粉细砂、砂壤土、壤土互层的冲积层；沿海地段有海积层、淤泥质夹层、淤泥层，顺河流有递增现象在豫区内，为棕色夹灰绿、黄绿色粉细砂、砂壤土、壤土互层，具混粒结构，含钙块和钙核，是以冰水沉积为主的地层；在鲁区内，在以黄色为主的壤土内，夹有火山玄武岩碎屑夹层。含钙核、具铁染及灰绿色网纹在豫区内，为以棕色为主的壤土、粘土与粉、细、中砂互层，含铁、锰、钙核，是冲积湖积、冲积层，在鲁区尚含有淤泥薄层棕色夹灰绿色的粘土、壤土、砂壤土与粉、细砂互层，含钙质、铁锰质结核，具混粒结构，是以冰川湖积为主的地层棕红、红棕、浅紫色粘性土夹粉、细、中砂。为冲积、湖积层—$#"!— 第二章黄河流域水利水电工程地质老第三系（!）主要为河湖相碎屑岩和山麓洪积相砂砾岩，地层厚度变化较大，最厚可达"###余$。这套地层是主要生（储）油层，并赋存有膏盐、硫、煤等矿产。它们不整合于白垩系或古生界之上。新第三系（%）广泛发育，主要分布于平原区，丘陵区有零星分布，主要为河湖相砂岩、泥岩夹基性火山岩。厚度可达&###余$。在宽阔的黄河下游平原区内，第四系几乎全部覆盖了古生代、中生代等前第四纪地层。&’第四系黄河下游长()*(’+,-$的大堤，全修筑在第四纪松软土层上。因此，欲要查清大堤的工程地质条件，必须对第四系进行详细的调查研究。本区包括第四纪中更新世早期形成黄河以来，其冲淤势力所涉及到的范围，即黄河出峡谷顺东南方向流动，经徐州（洪泽湖）入海，即东南线；黄河出峡谷，顺东北方向流动，经濮阳、德州南人海，即东北线。东南线附近第四系厚度较薄，东北线附近第四系厚度较厚，而在鲁西及鲁北地区，因缺失下更新统地层，而第四系厚度更小，一般厚度从十几米、几十米到(*#.&##$。黄河下游第四纪地层特征见表&—/。本区在早更新世时，沉积物主要来自近山区。中更新世时，黄河沉积物占主导地位，以冲积、冲洪积为主。下更新统内，在山前可见粘土砾卵石层，可能为冰碛泥砾。中、上更新统，均以黄土状砂壤土、壤土、细砂、粉细砂为主。砂层呈扇状及带状分布。（(）全新统（0)）。全新世为冰后期。总的气候趋势，是向偏暖方向变化的，但仍有旋回性的变化。即全新世冰后期内，又有寒温偏干、偏暖湿润、湿凉偏干之变化。当温暖气候时，在近海地区曾形成了一次海侵；在内陆沉积了一套与之相对应的地层。从出峡谷到滨海，岩性相变明显；从垂直向上分析，有三段与三个气候分期相对应的堆积层。全新统地层总厚度变化在(,.&*’1$之间，又可细分为上、中、下三段。"）。厚度由濮阳组+’**$到近海垦利县的#’+$，主要由灰黄色砂壤(）全新统上段（0)土、壤土和灰黑色薄层淤泥质土组成。表层土多土壤化，有一段小的沉积间断。&）。厚度由荆隆宫的*$到近海垦利县的()$。该层在荆隆宫钻孔&）全新统中段（0)中未见到淤泥质土层，只是在壤土和砂壤土中，腐殖质成分变多了些，为灰色色调。在濮阳、平原县两个钻孔中所见的岩性，主要由灰黄色粉砂、砂壤土及黄灰色壤土组成；在沾化、垦利两钻孔中，采集到大量的海相有孔虫化石，为海相地层，主要由灰黄到浅黄色的含淤泥质的粉砂与砂壤土组成。海进最盛时期，约距今*###年。(）。厚度在1.()$之间。荆隆宫钻孔中，该段岩性是黄褐色的壤土"）全新统下段（0)和砂壤土。在濮阳、平阳、沾化和垦利各钻孔中，所见岩性主要由灰黑色淤泥质壤土，黄色、黄灰色壤土及中细砂层组成；在濮阳、沾化钻孔中，该段含微体化石。该段岩性的成因为河流相、河湖相与河（湖）海相。总之，在黄河冲积扇以东，全新统地层的主要宏观鉴别特征有二：一是“三分”现象明显。濮阳到平原县间。中段不含淤泥质土层，而上段和下段都含有灰黑色淤泥质土层，沾化至渤海间的地层，中段为海相，上段为河湖相，下段为河（湖）海相。二是全层都不含成层的大的钙质结核。—(#*1— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（!）上更新统（"#）。从山前到滨海，在温暖偏干、寒冷—温干—寒冷的气候条件下，形成了一套与气候条件相对应的松散沉积层。从综合特征考虑，可将其分为两段。$）上更新统上段（"!）。地层厚度变化于$#%#&’之间。在西部太康的钻孔内，见到#上层是一层由褐黄色壤土构成的古土壤层，其下是浅灰色淤泥质砂壤土，再下是质纯、分选好的粉砂，应为冲积层。在中部的冠县钻孔内，见到上层为淤泥质细砂，其下为浅灰、黄色的中细砂。属河湖相地层。在东部惠民钻孔中见到的岩层，主要为棕黄、灰黄色壤土与灰黄色砂壤土层，夹粉砂层，中部有海相层，含有孔虫及介形虫化石，顶部并见到钙质结构及软体化石碎片。在垦利县附近为浅灰黄色壤土、砂壤土和细砂层，含有以海相为主的化石群。$）。地层厚度变化于$(%)*’之间。西部为浅黄、褐黄色的砂壤!）上更新统下段（"#土和灰黄色磨圆度较好的中细砂层，应为冲积层。顶面有古土壤层，中部的上层为黄褐色砂壤土，具植物根系，中层为黄色细砂层，下层为黄褐色夹灰绿色并含少量钙质结核的壤土，含大量的介形类及腹足类化石，为河湖或湖沼沉积层。东部为褐黄、灰黄、灰绿色砂土与粘性土互层，底部为海相层，含介形虫，有孔虫及轮藻化石。在垦利地区，采到了极丰富的海相化石，当时的海水达到惠民以西地区。在黄河冲积扇以东，上更新统的主要宏观鉴别特征有二：一是第四系从晚更新世开始，地层沉积过程中有过较长时间的沉积间断，在内陆第四系中，首次发现钙质结核层；二是在上段和下段的顶部，除垦利地区（浅海区）以外，都有一层古土壤层或钙质结核层。（#）中更新统（"!）。地层厚度变化于($%$&#’之间，它们是在冷湿和温干气候条件下沉积的两套地层。现分上、下两段分述如下。!）。地层厚度变化于#&%*&’之间。西部在开封地层剖面上，主$）中更新统上段（"!要为浅棕、棕褐色壤土、粘土与灰白、灰绿色粗、中、细砂互层，粘性土中含大量钙质结核，有时可见有灰绿、锈黄、白色斑点。在商水#孔柱状图上，见不到棕红色的岩性，而是向暗色过渡的黄棕、棕灰色色调，淋漓淀积层增多，使一些砂层成半胶结，而有些不含淀积钙质成分的砂层，仍呈松散状态。在东部清观!+$孔，在垦利地+$孔的柱状图上，可见到灰色色调的粘性土增多，砂层减少的现象。在垦利地+$孔柱状图上，可见到一层海侵地层。$）。地层厚度变化于#&%(&’之间。在开封的钻孔中，该段主要!）中更新统上段（"!为棕黄、棕红、灰黄、灰绿色壤土、砂壤土及黄色、浅灰色泥质粉砂和粉砂层。在商水钻孔中除了致密、缺少棕红色和局部含大量铁锰质结核以外，其他与开封钻孔中岩性相似。在清观!+$孔中为棕黄、灰黄、黄灰色的薄层壤土、砂壤土与薄层的粘性土以及灰绿色的中砂层组成互层，含有大量湖相化石。在垦利地+$孔中见到一层(,(’的灰黄色砂壤土层，顶部有海陆混合生物化石群，以下为海相化石群。该层为海侵层。该段西部开封、商丘地区，为河流相地层，临清附近，为河湖相地层，垦利县附近为河海相地层。在临清钻孔柱状图上可以看到，在中更新统中上部及底部各有一层灰黑色淤泥层，大体上相当于东部的海进层位，系海平面上升后，排水不畅形成的湖沼相沉积物。—$&*-— 第二章黄河流域水利水电工程地质中更新统岩性与上覆的上更新统、全新统岩性相比，有两个明显的特征：一是首次出现杂色的（灰绿、锈黄、白色）松软层；二是首次出现块状致密粘性土和半胶结的砂层。（!）下更新统（"#）。下更新统武陟组、无棣组（地层厚度变化于$!%$#&#’$(之间），与河北省南部磁县组相当，自太行山东麓或南麓，向平原东部直至渤海，均有该组的冰川—冰水—洪冲积—湖积—河湖积地层。对其分述时，是按由西南而东北方向进行的，又因气候对地层的“三分”影响，故将地层分为上、中、下三段。#）上段（")）。地层厚度变化于#’&*+(之间。西部山前为棕红色的泥砾层与较薄的#砂层互层，属冰川层。在武陟附近，主要为浅蓝灰色、灰黄色砂壤土与灰色、灰黄色粉细砂、砂砾石层互层，有明显的混粒结构。在滨海地区，为灰黑、黄灰色的砂壤土和粉土。该段是—套在干冷气候条件下形成的沉积物。,）中段（",）。地层厚度变化于,+&’+(之间。西部地区为薄层灰黑色淤泥质砂壤#土，褐黄、棕红色粘性土与分选良好的褐黄色粉细粗砂互层。武陟附近，主要为黄灰、灰黄、棕黄色砂壤土夹壤土及灰黄色粉细砂、中粗砂互层，含少量钙质结核。滨海地区，为棕黄、灰色土层、内多含灰绿、锈黄色斑点和团块。中段是处于温暖的间冰期条件下形成的冰水、冲洪积、湖积和河湖相沉积物。#）。地层厚度变化于#+&$+(之间。西部山前为橘黄、棕红色杂以灰白、)）下段、（"#灰绿色的泥砾层，间夹分选不好的粉细砂、粗砂。上有粘土与砾卵石和各种粒径的砂粒混杂的混粒结构。在粘土内有灰绿、锈黄斑和黑白花纹。到平原中部，为棕黄、灰黄、灰绿色并含少量钙质结核的壤土、砂壤土与灰色且具混粒结构的粉细砂层互层。在粘性土中仍有灰绿、锈黄斑和黑白花纹。到滨海平原，为深黄、灰黄、灰绿色的较致密有大量锈斑并含有少量钙质结核及铁锰结核的砂壤土，下段是在寒冷潮湿气候条件下形成的以冰碛为主的沉积层。下更新统地层，是在两次冰期夹一次间冰期气候条件下形成的从山前到无棣附近的一套冰川—冰水—洪冲积、河湖相沉积层。下更新统地层与前述地层相比最明显的宏观鉴别特征：一是山前有冰川冰碛层，除河湖相地层以外，大都有混粒结构；二是从太康，经濮阳、临西，到滨州、惠民和无棣一带河湖相连成的条带大面积出露；三是在无棣及其以西地区，未见到海相化石确定的海相地层。（二）堤基地层结构及其分布#%堤基地层结构类型由于黄河在下游多次决口、改道及频繁的摆动，使不同岩相的沉积物相互叠置，地层岩性变化极其复杂，若不进行堤基地层结构分类，找出其规律性，就很难较准确地评价其工程地质问题。地层结构类型划分的目的是根据堤防影响深度内岩性变化复杂的松软土体的工程地质特性，概化为数种不同的组合类型，即划分出地基的地层结构类型。不同的地层结构类型，应能反映存在不同的工程地质问题，这样就便于进行工程地质评价及预测堤防的稳定性。地层结构类型的划分，应根据堤基上的岩性分布情况和堤基稳定状况及已经发生的工程地质问题，并把二者间的相互关系联系起来考虑。以往只按砂性土和粘性土的组合关系划分为：单层结构、双层结构及多层结构等四种类型。这样简单的划分，对于概括长达#!’#%$*-(大堤的复杂地基，反映其可能出现的渗—#+’.— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例水、渗透变形、液化及沉降等众多的工程地质问题，显然是不够的。人民治黄以来，两岸堤防的地质勘察资料较多，并积累了较多的堤防险情资料，使我们有可能综合分析堤基的地层岩性分布及堤防出现的各种工程地质问题，全面编制能反映岩性与工程地质现象之间关系的各类图件等。在此基础上，针对黄河下游堤防的特点，详细地划分堤基的地层结构类型。黄河下游堤基的地层结构划分为以下!种类型，见图"#$。不同地层结构类型的堤基，所存在的主要工程地质问题是不同的。（%）单层结构。单层结构（砂性土）&’（%’为地层结构类型代号，下同）。堤基为厚层或较厚层的砂性土，这种类型的地基，其主要工程地质问题是渗水和渗透变形，遇强震时，还有发生液化的可能。单层结构（粘性土）%(。堤基为粘性土或者堤基的上部为厚层的粘性土，这种类型的地基，特别是当其中分布有湖相、海相及沼泽相淤泥及泥质土质时，容易产生不均匀沉降及滑动变形。（"）双层结构。双层结构（上层为小于)*厚的粘性土，其下为砂性土）"’。双层结构（上层为大于)*厚的粘性土，其下为砂性土）"(当发生洪水时，对于双层结构的地基，若上部粘性土层厚度小于)*时，容易被承压水顶破而发生渗透变形，若上部粘性土层大于)*时，地基常比较稳定，但尚需注意背河堤脚附近是否有坑塘、水沟及取土坑分布，如有时，即使堤基的粘性土层大于)*，其背河的坑塘等低地内，也仍有发生渗透变形的可能。（)）多层结构。多层结构（以砂性土为主）)’。堤基为相间分布的粘性土和砂性土，砂层分布较多，或者堤基的上部为薄的砂层。其主要工程地质问题是渗水及渗透变形。多层结构（以粘性土为主）)(。堤基为相间分布的粘性土和砂性土，以粘性土为主，砂性土很薄且埋藏较深。其主要工程地质问题，是沉降及滑动变形。多层结构（含秸科、树枝、木桩、块石及土的老口门）)+。鉴于老口门堤基填料物质复杂，其工程地质问题也较复杂，有渗水及渗透变形问题，有时也有不均匀沉降及滑动等问题。黄土类土,’。堤基为上更新世黄土类砂壤土及黄土类壤土。这类堤基的主要工程地质问题，是黄土类土的湿陷性问题。上覆粘性土的黄土类土,(。堤基上部为全新世的冲积粘性土，下部为黄土类土。这类堤基的黄土类土，具弱湿陷性，在冲积的粘性土中如含有砂壤土及轻、中壤土时，还有轻微的渗水问题，在遇强震时有液化的可能性。"-堤基各类地层结构的分布（%）左岸临黄堤的地层结构。左岸临黄堤上段。从孟州中曹坡到温县南马庄，堤线位于黄河漫滩上，浅层土全为第四纪黄河冲积层，岩性变化较大，以砂壤土为主，壤土次之，有时夹薄层粉砂，下部多为粉、细砂层。在武陟县境内，堤线靠青风岭南部边缘，堤基上部为上更新统（.)）灰黄色的厚层黄土类砂壤土及壤土，含零星的钙质结核，下部为砂层。过青风岭后，黄土类土的上部被第四纪全新世（.,）的冲积壤土及砂壤土所覆盖，地层结构类型属,’及,(类型。该段大堤的临河面，有一明显的河流侵蚀面，其北部为厚层的黄土类土或粘性土；南部则为近代河漫滩相的粉细砂及砂壤土。—%/0/— 第二章黄河流域水利水电工程地质图!"!黄河大堤的地基地层结构类型示意图武陟境内的余会到方陵大堤背河属黄河、沁河河间洼地，地表水与地下水排泄不畅，形成背河积水沼泽化地带。沁河河床堆积物上部主要为粉细砂及砂壤土，向下变为中砂层。过沁河后在高河漫滩的前缘生产堤（华坡堤）的南侧临河面为一侵蚀面，其北侧厚层的粘性土层和南侧的粉细砂层相接触。可能为黄河改道溯源侵蚀及再淤积而形成的。白马泉、御坝及共产主义渠等地的地层属双层结构：上部为较薄的壤土、粘土及砂壤土，下部为厚层的粉细砂及中砂层，特别是在白马泉—御坝堤段内，背河低洼，粘性土层多由于稻田排水沟需要而挖薄，厚度小于#$，地下水溢出地表，历史上长期为沼泽化地带，是大堤的薄弱段。%&’(年(月大洪水时，在背河稻田沟内，曾经发生比较严重的渗透变形。后经放淤，背河增加了!)#$厚的盖重，而且黄河又向南摆动，远离左岸大堤，昔日的沼泽地带现已变成良田。在南菜园、柳园、张寨一带，粘性土较多，属粘性土单层结构。在上、下大王庙、赵石、篦张等老口门的背河及辛庄闸基等地，砂层分布较多，渗水也较严重。已经勘探查明的老口门荆隆宫，历史上曾决口数次，老口门宽达%!’*$，其内充填了大量的秸料、树枝等物，属于多层结构中有复杂填料的类型。曹岗附近岩性变化很大，有砂壤土及壤土等粘性土单层结构地基，也有双层结构的地基。背河地势低洼，临背河高差可达%*$，有大片积水及沼泽化现象。—%*+%— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例左岸临黄堤中段。在长垣县大车集，上部为薄的壤土、粘土层，下部为厚层粉砂，地层属双层结构类型。其东约!"#$无勘探资料。该段在%&’’年曾决口’"多处，背河地面砂土及砂壤土分布较多，但口门规模不大，无严重渗水现象。渠村闸基主要为粘性土层，分布有容易沉降变形的软土层。向东有单层结构的粘性土类型，也有双层及多层结构类型，张庄闸基分布有淤泥质粘土，还有裂隙粘土。左岸临黄堤下段。进入山东境内，粘性土分布较多，如陶城铺、范坡、曹家圈、李家岸等地，地层均属单层结构的粘性土地层，其次为双层及多层结构的地层。已经勘探查明的老口门有阴河及纸房。阴河口门宽约()"$，纸房口门较小，地层均属具有复杂填料的多层结构类型。在滨州以下，进入冲海积平原区，地层多为双层结构，其中还夹有海相淤泥质软土，含贝壳碎片。在河口北大堤的堤基内多为新近淤积的砂土，夹海相淤泥质软土，其抗震性能较差。（(）右岸临黄堤的地层结构。右岸临黄堤上段。西接南邙山头，属冲积平原区，在保合寨附近，堤基为双层结构类型，上部为壤土及砂壤土，下部为厚层粉细砂及中砂层。该段已勘探的老口门较多，如铁牛大王庙、花园口、申庄、石桥、九堡、高村等，均属具有复杂填料的多层结构地基。其中花园口老口门，宽达%!*"$，目前探查的深度尚不够，只到块石的顶部。在杨桥、黑岗口、南北庄等地，主要为单层结构砂性土类型；在万滩、柳园口等地，主要为双层结构类型。山东境内的康屯、苏泗庄、苏阁、赵庄等地为单层结构粘性土类型；阎潭、高村、东濮桥等地为多层结构类型。康屯等地，因主要为弱透水的砂壤土，所以存在渗水及渗透变形等问题。冲、湖积平原区的国那里、林辛、十里铺一带的地层均为单层结构粘性土类型，层中普遍分布有灰黑色湖相淤泥质的粘性土，因此不均匀沉降变形是该段的主要工程地质问题。右岸临黄堤下段。堤线从济南宋庄开始，向北绕过济南市转向北东。从济南到泺口为山前冲积平原，第四系上更新统（+’）的地层分布较高，一般埋深小于%)$。下部有时有洪积的砂砾石层（如牛角峪）。该段的岩性主要为壤土、砂壤土及粘土等，为多层地层结构。在牛角峪、北店子、杨庄、刘七沟、盖家沟、胡家岸及马扎子等地主要为单层结构粘性土类型。在老徐庄、王家梨、土城子、张桥、胡楼等地为多层结构类型。小鲁庄、泺口、刘春家等地为双层结构类型。济南以西为玉符河和黄河交汇处，该段背河形成渗流集中区，使西张、常棋屯、刘七沟一带背河渗水严重，甚至还出现局部渗透变形的现象。河口三角洲地区的地层结构类型以多层结构为主，如王旺庄及章丘屋子等地。双层结构次之，如曹店、十八户等地。地层中普遍夹有海相淤泥质的土层，其抗震性能差，易产生不均匀沉降。—%"*(— 第二章黄河流域水利水电工程地质第二节主要工程地质问题!堤基的渗透稳定性黄河在较大洪水期，大堤临背河形成了较大的水位差，堤（坝）基的渗透压力增大。当渗透比降超过土的抗渗比降时，可使堤基土体产生渗透变形或渗透破坏，见图"#$。大堤由于渗透变形而失事的约占整个失事原因的!%&。黄河于!’’(年及!’)*年在济阳韩家寺及任家坟的决口，是因大堤背河坟地先出现冒水喷沙，逐渐形成漏洞而后大堤溃决。利津县五庄，!)((年!月!)日，因河道卡冰，河水位抬高，堤基下产生漏洞，经抢救无效，大堤发生溃决。山东省东营市，黄河河口地区的孤东水库，坝基为粉砂和砂壤土，在上、下游水位差仅&+的情况下，因在坝下游开挖泵站，使水头差增大，坑内产生渗透变形，继之发生垮坝事故。黄河下游河道、古河道及决口口门处，分布着较多的砂层或上覆粘性土较薄的双层及多层结构的地层，容易产生渗透变形。从上述实例及实际情况说明，渗透稳定性问题，无疑是影响黄河大堤及水工建筑物稳定性的主要工程地质问题之一。图"#$渗透变形剖面示意图表"#’各类土的实测比降及允许比降允许比降岩性实测比降地点渗透变形形式安全系数,-"安全系数,-!.(*.’/*.)*.0/*.0(*.(/*.$!."*.$*.’东平湖南大桥泉涌*.$/!."*.&/*.$*.0/*.’东熊村泉涌壤土*.’’*.00*.()杨城坝泉涌及裂缝*.$"/!.*&*.&!/*.("*.0!/*.$’吴家曼泉涌（*.&/*.$!（*.0/*.’!黄河白马泉泉涌、沙沸、翻泥*.("）*.$"）—!*$&— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例允许比降岩性实测比降地点渗透变形形式安全系数!"#安全系数!"$%&’%()$%’*’%*)’%&#’%&)’%-+东平湖南大泉涌’%+)$%’’%,&)’%&’%*+)’%-+桥西杨城坝泉涌砂壤土’%+,)’%+&’%,+)’%,(’%*.)’%&黄河秦厂闸基泉涌（’%,&)’%&!（’%*+)’%-+!’%*"）’%&"）东平湖韩村泉涌、沙沸’%#&)’%,*’%,,)’%*+东平湖索桃园沙沸’%*.)’%-(’%#&)’%,’%,,)’%*粉砂’%&)’%-（’%#&)’%,*!（’%,,)’/*+!’%,’）’%*#"）!不同安全系数条件下的允许比降范围值；"不同安全系数条件下的允许比降值。渗透变形的类型和形态多种多样，需要对其进行判别及描述，以便进行相应的处理。抗渗比降是进行防渗加固设计的重要参数，也需要进行研究，黄河部分堤段堤基土实测比降和允许比降见表#0(。（一）黄河下游堤基渗透变形的分布规律$%堤基渗透变形概况$.-*年为了编制黄河治理规划，由黄委会勘测规划设计研究院、黄委会水科院及黄委会河务局组成的下游调查组沿大堤进行了全面调查，其内容包括历史决口口门的概况，渗水、管涌情况及大堤的隐患等。以该次调查的资料为基础，对历史资料特别是近十几年来的险点统计资料进行了补充及修正。并向全河各修防段（县河务局）进行函调核对。从整理的渗水及渗透变形的资料可以看出，黄河下游自$.*.年以来，历年大洪水期，堤基（不包括堤身渗水）发生渗水的堤段共有#.’处，其中左岸$+&处，右岸$$&处；河南省&#处，山东省#,(处；属严重渗水的有$$#处，发生过渗透堤段有$$*处；$’.处堤段的堤基分布有老口门，占全部渗水堤段的,+1。从上述资料可知，黄河下游临黄堤防在历史上大洪水期发生渗水、严重渗水及渗透变形的堤段是不少的，问题也是严重的。发生渗水及渗透变形的时间多在$.&*年及$.&(年大洪水时期。经过多年来对大堤进行加固处理，洪水期发生渗透变形的堤段逐渐减少，但是在$.+-年及$.(#年大洪水期，有些原来并不渗水或渗透变形的堤段如山东省济阳县的邢家渡及天兴庄等堤段却发生了渗水问题。#%工程实例（$）东平湖水库。$.-’年夏秋季，蓄水期间，当库水位为*,%&2，上、下游水位差约*%&2时，在水库围坝的东坝段，有(处发生了严重的渗透变形，在坝下游坡脚及取土坑中出现了约#$*’个泉涌及沙沸。出现渗透变形的坝段如杨城坝及熊村等坝基均位于汶河冲积扇上，在埋藏的古河道内，分布着较厚的中细砂及砾质粗砂。坝基多为上部粘性土下—$’-*— 第二章黄河流域水利水电工程地质部砂层的双层结构，泉涌多发生在粘性土被挖薄的取土坑中。渗透坡降为!"#$%"&，超过了土的临界坡降。（&）白马泉堤段。白马泉堤段位于河南省武陟县临黄堤公里桩号’()*’+$’+)&’+,处。该段恰位于沁河和黄河交汇处，沁河堤和黄河堤成直角相交，黄河、沁河水补给地下水，地下水为辐射流呈收敛型向背河汇聚，形成集中渗流。背河的地层属双层结构类型，上部为粉质壤土，下部为深厚的粉细中砂层。该处常年渗水，形成沼泽化地带。%+-(年(月大洪水时，背河侧距大堤%($-.,的稻田沟内，发生比较严重的渗透变形，其中出水口直径.$%&/,的泉涌&#个，沙沸不计其数，并翻起稀泥三堆，造成重大险情，后经设减压井及放淤处理，加上黄河主流靠近南岸，才使该段脱离险情。昔日的沼泽地现已变成了良田。（.）东阿县牛屯。桩号#)!!!$()-!!,堤段，该段堤基有老口门，分布有砂土。在%+-#年洪水期内，背河渗水严重，距堤脚-,附近，曾出现砂环直径-$-!/,的泉涌*+(个，堤脚翻出黑色淤泥。大堤堤坡下部发生局部滑动，俗称脱坡，其长&’’,。（*）齐河董寺。桩号#+)’-!$(!)%!!,堤段，该段堤基为粉砂及砂壤土。历年来洪水期渗水严重，并经常发生泉涌。%+-#年背河渗水成流，直径’$#/,的泉涌出现+!个，%+-*年及%+’*年大堤还发生了脱坡现象。上述发生严重渗透变形的堤（坝）段，都已及时的进行了加固处理。."堤（坝）基渗水及渗透变形的分布规律（%）发生渗水及渗透变形地基的地层结构多为砂性土单层结构和上部为薄层粘性土下为砂性土的双层结构，其次为砂性土多层结构，而且临背河的砂层相互贯通，只有这样才能传递渗透压力，在渗透压力超过土的允许坡降时，才能产生渗透变形。（&）渗透变形多发生在堤（坝）基有古河道或老口门分布的地段。出现渗流问题的临黄堤段，据不完全统计，有.#0堤基内分布有老口门。如兰考县南北庄的堤基，渗水严重；就是因为有黄河故道通过；东平湖水库蓄水期间发生渗透变形的堤段，多是汶河古道通过之处，多数有厚砂层分布。（.）渗透变形多发生在河流凸岸及支流与黄河交汇处。因该处地下水接受地表水多向补给，成辐射流使背河形成集中渗流的不利条件。如武陟县的白马泉及济南的常棋屯等地，都属这种类型。在洪水期都出现过严重渗水及渗透变形问题。（*）渗透变形发生的地点，一般在临黄堤背河距堤脚%!$&!,以内的取土坑、水潭、塘坑、稻田沟及水沟等迎水面的边坡附近，远的为-!余,，个别情况如鄄城县康屯，%+(&年洪水期，在距木堤%+!,，深."’,的坑塘内，还发生了*个出水口直径&-/,的泉涌。（-）渗透变形的形态多为泉涌及沙沸，鼓包较少，冒水裂缝及翻泥更少。（二）典型断面的稳定性%+(’年黄河水利科学研究院，对黄河大堤选择了&!个典型断面进行了渗透稳定分行。!区北岸有武陟张菜园、封丘、于店—大功、曹岗、大功—渠村、濮阳吉庄；南岸有郑州岗里、开封柳园口、杨桥—柳园口、东明阎潭、菏泽刘庄、郓城伟庄等%&个断面。"区左岸的有东阿旧城、齐河董家寺、张村、南坦；右岸有济南王庄等-个断面。#区左岸有白龙湾，右岸有章丘屋子等&个断面。大堤高度在-".$.".,之间，堤身大部分由砂壤土和粉—%!’-— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例细砂组成。堤基上部多为粉细砂、砂壤土、壤土和粘土互层；!"#$以下为砂土。河水位按%&&’年设防水位，背河水位按背河堤脚地面高程。渗流分析按两向稳定流有限单元法计算。王庄断面还用电拟试验进行了验证，其结果与计算结果很接近。研究程序首先按现状计算，如不稳定再按淤背宽度为()$、’)$、%))$不等进行计算。流土坡降采用太沙基公式计算，安全系数采用(。经现状计算，有%)个断面达到了稳定要求，有*个断面背河出逸点高出地面%$多，+个断面安全系数小于(。采用淤背后，多数均达到了稳定的要求，仅武陟张菜园断面的安全系数为%,*++，王庄也比淤背前更小。这主要是堤基存在透水性强的承压水，沿程水头损失很小，淤土渗透系数小，起阻渗作用等原因造成出渗段向后推移，难以降低出渗比降。从试验中看出，当大堤背河情况相同、临河地面不同时，在相同的水头作用下，对大堤的渗透稳定影响不大。而当大堤临河高程相同、背河高程不同时，由于水头差变化大，因而大堤背河堤脚的出渗坡降也就有较大的变化。对于修筑后戗措施的研究，黄委会水科院选择了张菜园、曹岗、于店—大功、大功—渠村、吉庄等’个不同类型的堤段，按修筑顶宽*$，边坡%-’的后戗，用有限元计算加固堤防的渗透稳定性，临界坡降采用太沙基公式。计算结果列入表./&。由表./&可知，用修筑后戗加固堤防，对渗透稳定度提高不大，堤坡现状出渗者，加后戗后依然出渗，背河堤基出逸比降减小也有限，特别是在有压渗流的张菜园和吉庄堤段减小更少或几乎不减小。后戗如用透水性小的土料，由于妨碍了堤身排渗，背河出渗点反而出现抬高现象，如大功—渠村堤段，堤身为砂层，后戗用壤土，出渗点由.,+$抬高到!$，有些背河出逸比降虽有所减小，但也未达到要求。表./&典型堤段加后戗处理渗流计算成果断面名称出逸点高度堤基最大出逸临编号处理措施安全系数（桩号）（$）出逸比降界比降张菜园现状%,.),’%(),&+*%,#+%（#!0)))）加后戗%,)),+#!),&+*%,&+于店—大功现状%,.’),.#(),&%(,.%*.（%’!0’))"%*!0’))）加后戗),&),.(),&%(,&*大功—渠村现状.,+),’.%,).%,&*(（%*!0’))"+#0)))）加后戗!,)),+(%,)..,(!曹岗现状),(&),)#),&%%%,++（%#*0)))）加后戗),.)),)’),&%%#,.吉庄现状%,)),((*),##.,*%&’（%)(0)))）加后戗),’),((*),##.,*%&在大功—渠村堤段。研究了防渗墙截渗措施的作用。采用从堤顶中心线向下设/!),.$厚渗透系数为%1%)2$34的水泥砂浆防渗墙加固大堤的方法，计算结果见表./%)。当防渗墙深入地下.$，截断堤身和堤基上部粉细砂层，可使堤身浸润线降低，背河堤—%)**— 第二章黄河流域水利水电工程地质脚出逸比降减小，但堤坡出逸点仍较高；当防渗墙深!"#，截断上部及下部主要透水粉细砂层时，防渗墙后浸润线及堤基出逸比降均可大幅度的下降。在张菜园堤段研究了悬挂式防渗墙的效果，由于堤基下部有深厚的透水砂层，采用悬挂式防渗墙的措施没有截断主要透水层，虽然对防止堤身渗漏及降低堤身下游的浸润线效果是好的，但是对于减小堤基的出逸比降的作用不大。表"$!%典型堤段防渗墙处理渗流计算成果断面名称出逸点堤基最大处理措施出逸临界比降安全系数（桩号）高度（#）出逸比降现状!&"%%&’!(%&)*+!&,*悬挂式防渗墙长!%#%&!-%&’!%%&)*+!&,+张菜园悬挂式防渗墙长"%#%&!-%&’!%%&)*+!&,+悬挂式防渗墙长(%#%&!-%&’!%%&)*+!&,+完整式防渗墙%&%%!%%&)*+很大大功一渠村防渗墙"#!&(’%&("%!&%"%(&!)!+-.’%%/*,.%%%防渗墙长!"#%&%%%&"++!&%"%(&,("&堤基液化问题一般在震动作用下，土中孔隙水压力上升，抗剪强度降低并趋于消失，出现喷水冒沙、丧失承载能力或发生无限度或有限度的流动性变形称为“液化”。把因“液化”产生工程上不能容许的变形量称为“液化”破坏。地震时可能发生“液化”破坏的土层，主要为饱和无粘性土及少粘性土。黄河下游广泛分布着第四纪全新世的中砂、粉细砂、砂壤土及轻、中壤土，地下水位高，又临近菏泽、范县、高唐、渤海等强地震地区，因此在大堤加固及兴建各种工程时，必须研究地基在强震时是否可能发生液化问题。!)(-年菏泽地震波及到黄河大堤的兰考、东明、菏泽、鄄城等堤段的地震烈度为!度，局部为"度。!)+)年的渤海地震，波及到利津、垦利河口区堤段的地震烈度为!度。地震时，前述两地的大堤，多处产生纵横裂缝，背河出现喷水冒沙及地面下沉现象，河口区的新堤堤身还产生了严重的塌滑，见表"$,。出现震害的地点多数位于黄河古道、决口口门、三角洲的顶点以及河口地区的新堤等处，其中的喷水冒沙及地面下沉等现象，属于典型的液化现象；新堤的塌滑及口门处的大堤裂缝也多由液化造成的。部分大堤的裂缝，特别是东明县黄庄所出现的一闪即合的裂缝可能是地震应力所造成的结果。在大堤的震害中，新堤较老堤严重，这主要是新堤建成时间短，地基内夹有淤泥质软弱土层，固结程度差，易产生塑性变形。此外河口新堤距离渤海地震中心近，接近,度区，地震烈度较高，也是一个重要因素。综上所述，可以归纳为以下几点。（!）黄河下游广泛分布的中砂、粉细砂、砂壤土、轻、中壤土，均属可液化的土类，特别是沿黄河地下水位高，浅层的砂土比较疏松，在强震时容易产生液化。—!%+-— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（!）当"度地震烈度时，堤防的部分临河坡及背河处的砂土可以产生液化，但不影响大堤的整体稳定性。遇"度以上的地震烈度时，液化深度较大，对大堤有一定的威胁，应考虑抗震加固措施。（#）出现震害较严重的地带，多在古河道、老口门、河口三洲的顶点以及河口新淤积的滩地，它们是抗震加固的重点。震害的严重程度与地震烈度的大小有关，发生震害的地震烈度不只限于"度区，也包括渤海附近的$度多的地区，如麻湾、王庄等地，也出现喷水冒沙现象。对于可能液化的堤段，采用淤背的方法增加液化土的覆盖压力，是简便有效的处理措施之一。#%大堤隐患问题大堤隐患是指埋藏于堤身及堤基内的动物洞穴、人类活动遗迹、腐朽树洞、古河道、坑塘、决口的老口门及堤身裂缝等。动物洞穴主要指獾、狐、地鼠、地猴等害堤动物，在堤身内所挖掘的纵横通道及窝洞，当通道横穿大堤其危害更为严重。人类活动遗迹，是指抗日战争时期，在大堤上挖掘的军沟、战壕、防空洞、群众的房基地、红薯窖、废涵洞、排水沟、废并、坟墓等。堤身产生裂缝的原因很复杂，有因堤身填土粘粒含量过高而产生干缩裂缝的；有因堤身填土压实不好或用冻土填筑由于不均匀沉降而产生裂缝的；还有因堤基老口门堆积的软土杂料等发生不均匀沉降而产生裂缝的。动物洞穴，人类活动遗迹以及决口口门、古河道及裂缝等埋藏在堤身或堤基内，没有充填或充填不好的都构成了隐患。如济阳县田兴庄堤基有坟地，&’((年在进行锥探灌浆时，一眼孔曾灌入泥浆#))多桶。这些隐患在大洪水时易形成渗漏通道。#&’*’年’月黄河下游发生&!#))+,-的洪水，当时东坝头以下发现漏洞.)$个，严重危及大堤的安全。对于堤身的隐患，!)世纪()年代初就曾利用锥探进行探查。通过大量（’$#&%"万眼）锥探，&’()/&’."年发现并处理了大约#(万处隐患，使堤防得到了加固。（一）大堤老口门的调查黄河下游堤防长&*(&$.0+，堤基分布着许多大堤决口堵复的老口门，由于大堤决口时间久远，多无详细记载资料，即使有些记载，也有不少是存在位置不够详细，而且有的资料相互矛盾%因此要查明决口的位置、规模、组成物质是很不容易的事。调查方法：一是调研，二是钻探，最好的方法是钻探。由于老口门分布较深，多在大堤之下，而且填料复杂，故用一般锥探的方法不行。由于受条件的限制，目前经钻探查明的老口门并不多，计有铁牛大王庄、花园口、申庄、石堡、高村、王家梨行、荆隆宫、阴河等处。有的还受钻探设备的限制。如土钻钻不动块石，探查的深度也不够，如花园口老口门，只能钻到块石的顶部。（二）黄河大堤老口门概况黄河下游决口频繁，自西汉（公元前!)$年）至&’*’年，决口达&())次。主要决溢有*&#次。其中部分决口不在现行河道上，有的决口年代久远，口门规模不大，无资料可查，—&)$.— 第二章黄河流域水利水电工程地质故未整理。本次参加整理的均为现行河道上的决口资料。决口地点、桩号、决溢时间及堵口料物可以查证的有!"#处。其中临黄堤的决口!"$处，太行堤的决口%处；左岸有&"’处，右岸有’’处；河南有$!&处，山东有$%(处。在$’!!年大洪水时，决口达($处，其中长垣县境内的临黄堤就决口!!处，太行堤决口(处，有的一个地方决口达!)*次，有的一个地方决数个口门，如封丘县荆隆宫曾决口*次，口门宽度经钻探查明$&+",。高青县五道口在$’""年凌汛时，一次就决+个口门，总宽度达$(#",。这些决口，不仅给当地的人民带来深重的灾难，遗留下的老口门也给大堤埋下了隐患。大堤决口的时间多发生在伏秋大汛时期（%月、#月、’月），其次为凌汛时期（$月、&月），桃汛及其他时期决口较少。决口的类型一般有漫决、冲决、溃决及扒决*种。漫决：在伏秋大汛洪水时发生，或因凌汛时冰坝壅水，使河水位抬高漫溢堤顶，冲破大堤而决口。冲决：黄河主流顶冲大堤，或者是由于风浪冲刷大堤而导致决口。溃决或漏决：在大洪水时，洪水通过大堤的隐患冲蚀大堤，形成漏洞，逐渐扩大而决口；有的是因地基分布有较多的砂土，洪水使堤基的渗透压力增大，当超过土的临界比降时，在背河堤脚、坑塘、坟地出现冒水翻沙等渗透变形，逐渐潜蚀地基，致使大堤发生蛰陷而决口。例如$##+年王圈、$##%年韩家寺及$#’"年桑家渡、任家坟都是因洪水期坟墓冒水翻沙，导致大堤下陷发生决口。$##%年惠民县王家集背河低洼，水井冒水翻沙，致使堤陷而决溢。扒决：由于军事需要以水代兵，或因其他人为原因，挖开大堤而决口。例如$’!#年(月’日国民党政府扒开郑州花园口大堤，企图阻止日军西侵，致使黄河泛滥#年之久，口门冲宽达$*(",。黄河大堤决口的原因，除去堤身填筑质量、坝基的地层结构及水文、气象、人为等因素外，还和地质构造因素有关。例如黄河东坝头一东明河段，为强烈下降区，该段河床泥沙淤积严重，河道宽浅、水流散乱，溜势变化剧烈。因此，该河段历来决口也较多。又如鲁西中隆起地段，由于泰山山地自第四纪，特别是全新世以来，一直处于缓慢上升的状态，对其北侧的黄河有北掀的作用，所以使黄河左岸陶城铺—齐河以东的大堤，要承受北滚的压力，实事上该段的左岸大堤的险点及决口老口门也比较多。（三）大堤老口门稳定性评价$-堵口材料决口时大堤被洪水冲断，堤基也被洪水冲成宽窄不同、深浅不一的沟槽老口门。如九堡堤段的口门宽$*!#,，深!(,；荆隆宫堤段的口门宽$&+",，深&!,。较深的口门内常常沉积有粉细砂及中砂，有时也有静水沉积的淤泥质土。堵口时，填筑在口门里的料物各种各样。一般较小的口门，在洪水消落后成为干口的，多用一般的土料进行填筑，即素填土；对于有流水的大口门，堵口的料物非常复杂，有干料、树枝、木桩、木排、麻袋、铅丝笼、块石、土料等。苏泗庄堵口时，还使用了沉船。秸料有高梁秆、玉米秆、谷草、麦秸等，根据东明县高村等地钻探时对秸料观察资料可知，在地下水位以上，呈腐烂状态，地下水位以下呈半腐烂状态，对重大的决溢口门进行堵口时，要使用很多的秸料，如$#&"年武陟县马营—$"(’— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例口门在堵复时，投入口门内的秸料达!万余垛（每垛约!"#万$%），黄花寺堵口时也用了&#’万$%秸料。这些秸料腐烂后可以形成空洞，成为大堤严重的隐患。!"大堤口门稳定性评价大堤口门的稳定性和口门填料的物质组成有关。口门较小，洪水对地基冲刷不深，用土料进行干堵的口门，经过多年在大堤堤身土及堵口土料的自重压实下已经固结，其稳定性是较好的。口门较大，洪水冲刷堤基较深，沟槽内新沉积的粉细、中砂层及填充的块石、秸料等透水性较大，容易在背河产生渗水及渗透变形。根据统计资料，口门存在渗水及严重渗水的占口门总数的(’)。堵口时填充的砂土，砂壤土及轻、中壤土的密度均较小，如中牟县九堡口门填土的干密度，有的只有&"!&%*+,-。在浸水时易产生不均匀沉降，使大堤产生裂缝及下蛰，遇强震时，容易产生液化现象。不少存在口门的堤段在大洪水期堤身产生横向裂缝，利津县五庄及东明县高村，在强震时，堤身均产生裂缝。口门较大，秸料层很厚，秸料腐烂后形成空洞。例如鄄城县苏泗庄，在大堤有秸料的口门处进行锥探灌浆时，一个孔灌入-’,-的土，另一个孔灌入了#’,-土。&./0年在封丘县荆隆宫，中牟县九堡及东明县高村堤段钻探时，在钻入秸料层时，均发生了严重的漏浆现象，见表!1&&。表!1&&典型口门填料及漏浆情况口门宽位置决口时间口门填料漏浆及灌浆情况度（,）堤身秸料层中孔洞漏浆量；4-!孔口门填料主要为麦秸、玉米秆，含少#’,56漏浆-(#7，等封丘县&(/.年、&(.!年、量荆条、小木块及树枝，已腐烂成黑色，&!#’于’".3&’"/7*,56。荆隆宫&2-&年、&2#’年混杂大量粉细砂及壤土团。最大冲刷4!(孔(’,56漏浆深度为!’3!-,!(0!7。4!#孔#’,56漏浆量&/.’7上部为灰黄色、灰色砂壤土、粉细砂，含少量秸料；下部以灰色砂壤土为主，(/8’.’口门处，局部有细砂、粉砂，含较多的高粱秆、秸背河堤脚渗水，渗水中牟县料、块石、树枝等。其中秸料都呈半腐量!"&7*,56堤身出&(-/&/(-年九堡烂状，木桩、树枝比较新鲜。最大厚度现#3&’,,宽的裂-2,。壤土、砂壤土的干密度为&"!&3缝，钻探时有#个钻&"#(%*+,-，孔洞处贯入击数为’"/3!孔严重漏浆击—&’0’— 第二章黄河流域水利水电工程地质口门宽位置决口时间口门填料漏浆及灌浆情况度（!）秸料主要为高粱秆、玉米秆，有少量灌浆吃浆量%+0树枝、木桩、麻绳。夹粘土、壤土、及砂112-（!·!34）。总灌&""$年’月壤土。秸料在地下水位以上的都已腐浆量#$*")!%，合土东明县"#$&"(’年&$月烂，地下水以下为半腐烂状态。合龙口料，海米厚秸料高村%%$&’#&年(月处厚)*(!，+个灌浆孔的秸料总厚灌入土料#’"6,。钻)$*)%!，最小干密度&*&",-.!%含水量探时漏浆量1$$!34)&*"/，冲刷深度约"!达&+$2郑州市填料为黍秸、谷草、麻绳、木桩、竹缆、&+($&""(年"月&)日石桥碎砖、土料等，冲刷深度%1!郑州市柳石、铅丝笼、块石、秸埽、木桩、木&)+$&’%"年+月’日花园口排、土料高村的秸料层在堵口的合龙处厚达)*(!，+个灌浆孔秸料层总厚达)$*)%!，灌浆时吃浆量为%+0112-（!·!34），总灌浆量达#$*")!%，共用土料。这些秸料层中的腐栏空洞，当其上大堤受洪水浸泡土质变软后，容易产生裂缝及塌陷，在洪水冲刷到秸料层时，还可以产生渗漏及集中渗流，危及大堤安全。例如山东东明县高村堤段，原来填有秸料的老口门，&"("年(月&%日大洪水时，在老口门处，再一次发生决口，将宽约&6!的秸料层全部冲掉。&’%%年大洪水时，由于大堤受洪水浸泡，使堤身土饱和变软，在桩号#$#71#$处，背河戗顶下蛰塌陷，形成一个深坑，后经钻探查明，其下1!就是秸料层。戗顶的下沉，就是因为秸料层腐烂后形成空洞，堤身土浸湿变软，失去支撑力后，产生塌陷造成的。（四）大堤隐患的探测及处理措施对于大堤身隐患，在#$世纪1$0($年代，多采用密集的锥探，全面普查大堤的隐患后再进行处理。处理的方法是：1$年代主要采取人工挖填的方法；+$年代采用自流灌浆和挖填的方法；($年代全部采用机械锥探压力灌浆处理堤身隐患。截止到&’"(年，大堤已反复锥探灌浆#0%遍，灌入堤身土方达&)1*(万!%，大大提高了堤身的强度。&’"#年花园口站发生&1%$$!%-8的洪水，全河未发现一个漏洞，说明用挖填及锥探灌浆的方法探测及处理隐患的方法是有效的。采用机钻可以查清老口门的分布、填充物质及其特性。但是对于如此漫长的大堤及%$$多个老口门，只依靠锥探及钻探的方法，工作量很大而且艰巨。对于以前千疮百孔的大堤，经过普查虽然查出并消灭了许多隐患，但是充填复杂料物的部分口门还存在，而且动物洞穴及裂缝还在继续发生，若只用钻探的方法查清口门及空洞的准确位置，需要打很多钻孔。因此应考虑采用轻便快速的物探方法，如研究采用高密度电法，轻便地震及超声波等方法，先进行普查了解，然后再用锥探或钻探重点查清，以便进行处理。对隐患的处理措施，除开挖回填、压力灌浆及渗流控制措施外，对于存在厚层秸料及—&$(&— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例空洞的老口门，还可以考虑采用大口径钻探，将秸料彻底清除，再回填土料并进行夯实。这是彻底消除隐患的处理措施。!"堤基的沉降与滑动变形问题黄河下游堤防及水工建筑物存在的沉降及滑动问题还是不少的。引起地基沉降及滑动的原因很多，归纳起来主要有以下几种：地基存在淤泥质软土层；地基土层不均质或土的物理力学特性不同；地基存在老口门隐患；因渗流及地震的影响等都可引起地基沉降及滑动变形。（一）淤泥质软土地基的变形黄河下游分布的湖相、海相及沼泽相的淤泥及淤泥质粘性土，多处于软塑及流塑状态，土的抗剪强度低：压缩性大，属于软弱的不良土层，作为地基容易产生不均匀沉降及滑动。一般建筑在软土上的水工建筑物都进行了基础处理，例如林辛、石洼、渠村等泄洪闸，均采用于混凝土灌注桩的处理措施。梁山县东平湖流长河排水闸地基，将黑灰色淤泥质湖相粘土层挖除，置换为中砂；台前县张庄入黄闸的闸室地基，施工时将淤泥质软土挖除后，置换为素混凝土。据观测，上述地基的处理措施都取得了良好效果，如张庄入黄闸的闸基施工期沉降量为#!$$，处理后自%&’()%&*(年总沉降量仅有()%+$$，并有多次回弹现象。而张庄闸的岸墩部分，因没有进行基础处理：沉降量达##,$$，导致岸墩开裂达(#-$，止水被拉断。菏泽县刘庄引黄闸，位于大堤背河，未经大堤压密，%&#.年冬季施工，地基处理不好，产生了严重的不均匀沉降，导致涵洞止水全被拉裂。（二）不均质地基的变形临黄堤防建筑时间久远，一般超过%+,年，地基已经压实。但堤防在加高培厚时，部分加宽（加帮）的堤防，有时坐落在临河滩地。临河滩地的地层，是黄河新淤积的松软土层，密度小，多具高压缩性。因此在新老大堤的结合部位容易产生不均匀沉降，而出现顺堤裂缝。如：（%）历城埝头堤段，%&.(年冬季在大堤桩号!(/+,,)!+/+,,$堤段的临河滩地上加高大堤（加帮）后，于’月份就因不均匀沉降产生了,".)%$深的顺堤裂缝。（(）利津县刘家夹河，%&.%年在桩号+%!/#,,)+%#/,,$堤段，临河滩地加帮事，%&.#年凌汛期间黄河水漫滩偎堤，大堤受洪水浸泡蛰陷，发生顺堤裂缝。（+）惠民县河套邢大堤，在桩号(+%/’,,)(++/+,,$长达%*,,$的加帮堤段内，自%&.%)%&.#年间，在洪水消落及大雨过后，曾三次在大堤临河堤坡和堤肩产生顺堤裂缝，宽度分别为()&-$及%)(-$。经!次处理，总共打锥探灌浆孔%,’+,眼，灌入土方达.,,多$+，见表(0%(。上述+例，都是不均质地基沉降变形的结果。表(0%(惠民县河套邢堤段裂缝情况时间桩号与堤长裂缝灌浆（年0月0日）（$）部位条长（$）宽（$）眼土方（$+）单孔（$+）(+%/’(#)(++/+,,临河堤坡距堤顶%&.%)%,!%)+%’*#+)&%’*#()+$—%,*(— 第二章黄河流域水利水电工程地质时间桩号与堤长裂缝灌浆（年!月!日）（"）部位条长（"）宽（"）眼土方（"#）单孔（"#）$#$%&’’堤顶上&’$#$%$’’堤顶上$&$#$%(&堤顶上)’$*#$#+&%.’’*$#)%(.’+,-+&)#’)(&’/’-(#+#’$#+%.’’*$##%$&’+,-#.’’$)$’/’&(+.&’+,-)!’(!’,!$#+%&’’*$#$%-’’+*$$#+%&’’*$#+%..’最大+,-&!’&#’’’+$’$#+%--’*$#$%(’’#*&+,-&!’.$#$%.’’*$##%$&’临河堤肩+/&"’/’,最+,-&!’(+*$+.’’+.’’+.&’堤顶上大$*#+,-&!’-"洪水过后，水深’/$*’/&"发生裂缝；!大雨后发生裂缝。（三）大堤隐患处的岸坡变形堤基有老口门隐患的腐烂秸料及淤泥质软土，容易产生不均匀沉降及滑动。王家梨行险段+’号浆砌石坝和-号、,号、++号护岸发生的滑坡就是一个典型的例子。事故发生后黄委会曾组织调查组前往调查，主要情况如下：王家梨行+-,-年阴历.月$)日曾发生决口，口门宽达+&’’"，口门的合龙处在,号、+’号坝岸处，即滑坡的中心部位。该口门采用双坝合龙堵口方法，使用了大量的秸料，背河历年渗水严重。该段坝基高程为$#/&$"，坝高+’*++"，以前在修石坝及护岸时，开挖到$$/#"及$)/#"高程处均见到黑泥及腐烂的秸料。坝基为黑色可塑状砂壤土、灰色壤土夹秸料及黄色、灰色的软塑状粘土。+,-+年,月+)日上午在-号浆砌块石护岸顶部发现+条长$&"宽-""的顺堤裂缝；-号护岸上跨角有$条深$"，宽#*)""的裂缝，后来裂缝停止发展。到++月+(日，黄河水位消落到$)/)"，背河放淤水位上升到#$/$"，临背河水位差达(/-"，裂缝又再次发展，到++月$+日裂缝延伸到++号护岸，长度达(’"，缝宽有的达$’""，坝基断裂体顶面下陷+-0"，裂缝又停止发展，+$月+#*$&日进行处理，沿裂缝挖一个长(’"，深$/&"，上口宽&"，下口宽+"的沟槽，然后进行填土夯实，+$月$&日下午竣工，当夜-号、,号、+’号、++号四段坝岸突然滑塌破坏，滑塌体长-+/."，两端滑落’/)*’/."，中间滑落最大./&"，堤顶外移+*#"，坝体蛰裂破碎，见图$!)。分析滑坡发生的原因主要有三点："岸坡基础坐落在软塑状淤泥质的粘性土层及腐烂的秸料层上，这些层均属容易产生塑性变形工程地质条件不良的地基，它是产生滑坡的基本原因；!岸坡过陡，高++"的坝岸边坡达+1’/#&，而且背河放淤水位高于消落的河水位(/-"，使护岸的动水压力加大，均增加了护岸的下滑力，而洪水期根石被洪水淘刷部分—+’(#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"#历城王家梨行坝岸滑坡示意图（单位：$）走失，减小了坝岸边坡的抗滑力；!用填土夯实处理裂缝时的土压力及夯实时的震动力，又加大了破裂面以上滑坡体的动力荷载，对滑坡的发生起了诱发作用。王家梨行%号坝，&’()年在距坝肩(*&)$处出现了&条长&+$，宽&+,$的顺河裂缝。&’(+年#月出现了&条长)$，宽!,$的竖向裂缝，经抛石’--$)后，裂缝未再发展。)，)-号及)&号坝，&’(#年)月发现坝基有一条长!#$，宽!*%,$的顺河裂缝，抛石!+-$)，裂缝未再发展。&’(+年又抛石&(-$综上实例可知："大堤虽然建筑时间长，一般基本达到稳定。但是，当大堤及护岸地基内分布有软土及腐烂秸料时；在临河漫滩新近沉积未压实的淤土上加高大堤时，均会产生不均匀沉陷及滑动问题。当黄河水位骤降动水压力加大、土层受浸变软强度降低及临河坝岸根石被淘刷抗滑力减小时，均有产生不均匀沉陷及裂缝的可能。#在处理堤坝的顺河裂缝时，加大了下滑力和增加动荷载等，对堤坝带来不良的影响。（四）渗流引起的堤坡变形洪水期，由于黄河水位上升，大堤两侧临、背河水位差增大，使大堤承受的渗透压力加大，在背河堤脚附近可产生严重渗水，有时还出现冒水翻沙等渗透变形，严重时部分堤段还发生脱坡滑塌。据不完全统计，历年来发生脱坡塌滑的堤段达!#处，每处脱坡长度可达!--*)--$，高出堤脚-.+*&.+$。发生脱坡的堤段其堤基内约有半数分布有老口门，有%-/发生过泉涌、沙沸等渗透变形，见表!"&)。因此，可以肯定地说，大堤产生脱坡的原因主要是渗流冲刷大堤坡脚，使堤坡失稳造成的。自&’++年大堤普查以后，采用于抽槽换土、加修前后戗等处理措施，脱坡现象逐渐减少。+.高含沙水流强烈冲刷与淤积问题黄河水流以含沙量高而闻名世界，其平均含沙量)+012$)；而黄河的高含沙洪水的含沙量可高达+--012$)以上，这种高含沙洪水可称为黄河的特殊洪水。这种高含沙洪水具—&-%#— 第二章黄河流域水利水电工程地质有二重性，既具强烈冲刷性，又具强烈淤积性。无论哪种性质都会对堤防构成威胁。一般低含沙水流是由水挟带泥沙而运行的。但高含沙洪水的水与沙是同步移动，既不是水带沙，也不是沙带水，在运动时是一相流。由于高含沙洪水的底层含沙浓度大，可使底部水流停止流动，引起河水突然高涨。这种突然水流高涨现象称为浆河现象。从地质意义上分析浆河现象，实质上与泥石流有相同的内在机理。泥石流危害严重性和它发生的突然性是人们特别是地学界的同行早已熟知的，但对于浆泥给治黄带来的危害则了解甚少。当浆河形成一定时间后，河水位突然下降，由于泥流比重大，而冲击动能也大，遇到河道的建筑物就一扫而过顷刻无存，靠人们抢救是措手不及的。例如，!"##年，黄河下游出现了两次高含沙洪峰：第一次在#月$%!&日，花园口水文站最大流量为$’(()*+,，最大含沙量为-’./0+)*，其时，位于花园口上游的小浪底水文站所测最大含沙量为"!!/0+)*；第二次在$月#%!&日，花园口水文站最大流量为!($(()*+,，最大含沙量为’*#/0+)*，小浪底水文站最大含沙量为$"$/0+)*。这两次高含沙洪水出峡谷后，在河南武陟县驾部控导工程附近，.小时水位降落(1$)，接着在!1-小时内猛涨&1$’)。这里是残存的!级阶地，地形较高。如果这里不是阶地，浆河对大堤将造成漫顶的巨大灾难。这种陡涨骤落的高含沙水流具有极强的下切力，使兰考以上&((/)的河道内普遍发生了揭河底强烈下切的现象。此间，浆河发生不到&2，便将孟州附近#个护岸工程一扫而光。在汜水河口，曾观测到水流从河底揭起泥块直径*)多。河中泥块，先是竖起继之翻倒，接着河水位骤降(1#%!1*)。同时，这种浆河现象还具有很强的侧向侵蚀能力。例如!"##年#月"日!.时，孟州化工控导工程附近，-(()宽的滩地，在!2之内全部侧蚀殆尽，平均侧蚀速度为$)+)34。-((人守护的"号、!(号、!!号丁坝来不及抢护就以(1’%(1.)+)34的侧蚀速度塌入河中，*((()*的防洪石料也随之葬于泥流之中，使以后的抢险持续了一个多月才告结束。由此可知，在防治黄河下游水害中，高含沙洪水是黄河“急病”的说法，是非常形象和准确的。表&5!*洪水期大堤背河堤脚渗流脱坡统计表堤脚脱坡（)）河务局地名桩号年代渗水渗透变形说明长高东阿牛屯#6.(%$6-((!"-#严重东阿牛圈*&6*((%*’6#((!"’"5(#严重.(齐河五哥庙..6-((%.$6$((!"-’严重泉涌-个"(口门齐河韩刘##6-((%#"6-((!"-’严重泉涌脱坡临河堤脚塌滑齐河董寺#"6.-(%$(6!((!"-’严重泉涌脱坡!1&!".’严重泉涌脱坡齐河谯庄".6-((%"$6&((!"-’严重泉涌*((口门齐河豆腐窝水牛赵!"-’严重泉涌"(口门齐河南坦!!(6’((%!!-6!-(!"-’严重沙沸!-(—!(#-— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例堤脚脱坡（!）河务局地名桩号年代渗水渗透变形说明长高齐河王庄""#$"#%&""’$(%%")()严重泉涌)%口门齐河席道口""’$)%%&"*"$"%%")#(严重牛皮包塌坡裂缝口门齐河李家岸"**$%%%&"*($%%%")()严重泉涌脱坡口门齐河汕房赵"*($"#%&"*+$%%%")()严重泉涌脱坡口门")#,严重泉涌脱坡出现弧形裂缝")#’严重泉涌脱坡天生桥王家窑"*,$-%%&"*)$(#%")#(严重泉涌个别段脱裂天生桥丁家口"*)$+%%&"-%$#%%")()严重泉涌脱坡历城八里庙"-’$%%%&"(%$%%%")()严重泉涌脱裂口门")#(严重脱裂济阳簸箕刘"#+$+%%&"#,$,%%")#(严重沙沸脱坡%.’&%.)口门济阳沟杨"+($(%%&"++$*%%")#(严重沙沸脱坡%.,&%.’口门济阳东关",-$%,%&",-$’"#")#(严重沙沸*%%".%口门济阳许家道口*%"$,%%&*%-$%,%")#(严重泉涌脱坡".%口门济阳马圈*%%$%%%&*%"$#%%")#(渗水脱坡".-口门惠民王集**)$%%%%&**)$+%%")+(严重泉涌脱坡"."滨州杨沟朱*’*$’#%&*’-$*+%")+."严重沙沸滑塌%.#&%.+郑州石桥*"$%%%&**$+%%")’#严重数段滑坡口门邹平刘先生"%#$#%%&"+%$"+%"),+严重漏洞脱坡古战壕高含沙洪水危害的另一面是强烈的淤积问题。黄河下游的非浆河期，其淤积厚度一般可高达%."!，而在"),,年两次浆河发生之后，在洛河口到孙口河段内，最大淤积厚度竟达"!左右，淤积量+.,亿/，占,月、’月、)月三个月淤积量).(亿/的,*0，占全河全年平均来沙量"+亿/的(*0。由此说明，浆河淤积是黄河的“慢性病”的说法也是正确的。著名泥沙专家方宗岱先生分析了龙门站泥沙资料后得出的概念性结论是：发生揭底的条件是含沙量大于(%%123!-的时间至少为"+&(’4，而流量大于+%%%!-35的时间是#&+4，单单从时间来比较，高含沙量的因素是重要的。这也就是说，无论黄河的“急病”或“慢性病”，高含沙量是黄河的病根。黄河流域产生高含沙水流的自然因素主要是中游地区的土松、雨暴。中游地区的黄土与风沙，土细土松，粘着力低，易于冲刷。另外晋陕之间是我国两个最大暴雨区之一。如"),,年内蒙古伊盟乌审旗日降雨量"’%%!!，是世界降雨史上的最大一次。解除高含沙洪水对下游防洪的威胁，最根本的办法是加强上中游的水土保持，防止黄土流失与风沙入河，以减少入黄河泥沙；其次是加固堤防及护堤等工程的地基。由于部分大堤及大部分护坦、护岸的坝、垛等建筑物，是建筑在极易被水冲蚀或淘刷的细砂、粉土和砂壤土的地基上，加深堤防及护堤工程的基础，如设置混凝土防渗墙等措施，以防止高含—"%,+— 第二章黄河流域水利水电工程地质沙水流对其强烈冲刷的危害是迫切研究的新课题。第三节开封堤防工程地质条件!"地层岩性特征开封堤防的主要地层是第四系全新统的河流沉积层、河湖沉积层与河海沉积层，其中以河流沉积层为主。悬河河流沉积层的岩性主要是由悬河蛇曲携带的砂类土、自然堤内的粉细砂与砂壤土和泛滥洼地内的粘性土组成。随着悬河的不断淤积，必然向较低的泛洼地内改道。位于泛滥洼地的河流，随着河流的不断淤积，它又将形成新的悬河。这样的循环变化不已，就形成了如今黄河下游河南区的河流冲积平原。桩号#$%!&&’#(%!&&之间的堤段为进行截渗墙加固段。该堤段在勘探深度内，主要揭露了以下(层土层：!层为大堤填筑土，岩性为壤土，含粘土块，局部夹砂壤土和少量粉砂，堤身的渗透性非常不均匀，大的渗透性（裂隙、孔洞）可大到!&)*+,-.以上，小的渗透性可小的!&)/+,-.以下。"层以粘土为主的粘性土，其最大厚度为0"/,，在其上部经常含有透水裂隙，尤其在薄层粘土层中居多，如果粘土厚度大于*,，在*,以下的粘土中极少含有透水裂隙。#层以极细砂和砂壤土为主，含少量粘性土透镜体。该层可视为弱透水层。$层以粘土和壤土为主。该层可视为隔水层或相对隔水层。各土层物理力学性质指标见表*)!0。当堤基第#层为弱透水的粉细砂和砂壤土层时，或当第"层为粘土层，厚度薄于(,（上部*,有可能为裂隙粘土透水层，其下的隔水层厚度薄于*,），且下伏有较厚的弱透水层时，根据以往的渗透变形观测资料分析，该类地基可能存在有渗透稳定性问题，应予以截渗墙处理。*"堤基工程地质条件开封堤防在改建加固过程中，对部分地段进行了堤防选线。新选堤线的工程地质条件如下。（一）一号新堤堤基一号新选堤基轴线与桩号#(%#&&,附近的老堤轴线平行，两者两距!&&,，在地面以下*("//,深的范围内，分布有以下(层土层：!层为砂壤土，平均厚度为*"1/,；"层为粘土，由于沉积间断，在其上部*,厚的粘土层内发育有干缩裂隙，其余*"2,为无裂隙粘土；#层为壤土，厚度为!$,；$层为粘土，厚度大于(,，钻孔未揭穿。各层土的物理力学指标见表*)!1。一号新选堤堤基上部仅有*"1/,厚的砂壤土，只需挖除或作简单防渗即可。从渗透稳定角度来说，地基条件较好。（二）二号新堤堤基二号新选堤的轴线与桩号#$%!&&,附近的老堤轴线平行，两者相距!&&,，在地面以—!&11— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例下!"#深的范围内分布有$层土层：!层为砂壤土，厚%&’#（以()!!*+钻孔资料为准）；"层为粘土层，厚!&$#：#层为壤土，厚,#；$和%层为薄夹层：&层为粉细砂层，厚+&+#；’层为厚层壤土。地基表层为弱透水的%&’#厚的砂壤土层，为渗透稳定计，可将其挖除。因此，新选堤基的工程地质条件较好。-&开封堤防的工程地质处理开封黄河堤防的加固工程主要分为两类：一是截渗墙；二是机淤固堤。预可行性研究报告对于加固工程的选择原则是：堤防背河有紧临大堤的居民点时，选用截渗墙加固堤防；背河有可供放淤的地方时，选用机淤固堤。实际上，加固工程的选择，不仅决定于村落分布和施工条件，而且还决定于堤身隐患发育状况和堤基的土层岩性条件。（一）截渗墙工程地质条件采用截渗墙加固开封堤防的地段长度-%""#。%&桩号.+/!""0.$/,$"#堤段该段又分为以下三段。（%）桩号.+/!""0.+/,$"#段。堤身的顶部，分布有新加高%&$#厚的粉细砂层，其下为老堤身，两者均为透水层，特别是后者，其中含有各类成因的裂隙和孔洞，其透水性很大，可以大到%%’1%"*!2#34以上：堤基土主要为壤土，偶尔夹有砂壤土和粉砂薄层。该段采用堤身截渗墙适当深入地基，其截渗墙深为%$#。（!）桩号.+牛,$"0.$/!$"#段。该段地层结构与前段基本相似，仅在堤基上部分布有!0-#厚的弱透性的砂壤土，采用了深为%5#的截渗墙处理。（-）桩号.$/!$"0.$/$""#段。该段地层结构与前段相似，仅砂壤土层很薄，因其分布范围小，采用了%’#深的截渗墙处理即可。!&桩号.%/+-"0.!/"-"#堤段按该段弱透水地基分布的深浅，可将其分为以下三段（图!*5）：.%/+-"0.%/’-"#和.%/5-"0.!/"-"#两段，堤身内钻有,个孔，每个孔的上部,#深度内都漏水，而以下,0.#深度的都漏浆，由此可见这段堤身内裂隙、孔同是很发育的，可采用截渗墙处理；堤身下面的砂壤土和粉细砂层，它们为弱透水层，也可用截渗墙防渗；其下为隔水的粘土层和相对隔水的壤土层。其截渗墙的需要深度为!,#。表!*%+桩号.!/5""0.5/5""之间大堤基土的物理力学指标表天然土粒塑性干密度直剪压缩压缩渗透综合土层含水量孔隙度饱和度孔隙比密度比重指数"8粘聚力摩擦角系数模量系数层序名称!（6）"（6）#（$6）（’6）"（732#-）!4%&（732#-）(（9:;）(（<）（=:;*%）（=:;）（2#34）!填土%$&.%&5%!&,"+!&!’"%5%&$’"&,-’+%&"!’&-"&%’%’-&5%1%"*$"粘土!,&.%&.’!&,"+!&..5%.&5%&$+"&,’"%,&"!-&+"&!$,-&’,1%"*,砂壤土!-&.%&.5!&’5+"&-.$%!&-%&’""&’,.-$&"%"&+"&%%%,+&,+1%"*$#极细砂!!&!%&.’!&’’-.&,——%&’""&’’%-+&-5&$"&"’!5!-&51%"*+—%",5— 第二章黄河流域水利水电工程地质天然土粒塑性干密度直剪压缩压缩渗透综合土层含水量孔隙度饱和度孔隙比密度比重指数"(粘聚力摩擦角系数模量系数层序名称!（!）"（!）#（$!）（’!）"（"#$%&）!’%&（"#$%&）(（)*+）!（,）（-*+./）（-*+）（$%#’）壤土0/120/1&0134&214/55/516/178518&8&0143155156/7/1039/5.8"粘土&517/162017/2810/550217/12451473&715/451087&1379/5.7表0./8黄河下游开封新选一号堤段（26:655纵）土的物理力学性质指标建议值表粘粒天然状态下的基本物理指标土粒塑性压缩试验直剪试验（-）液限塑限序号岩性含量含水量湿密度干密度孔隙比孔隙率饱和度液性比重指数压缩压缩粘聚力内摩擦角!+!,;51558%%!"")’"#$指数!*%,系数模量(#!!"#$%&"#$%&!!!!-*+./-*+)*+（,）#砂壤土615/310/1340/18605144823178&.512017/&516051&/510510&60501/$粘土25&017/1475/182&516262413612510017226140710001351&/31&/0&1&217%壤土0&0616/1606/13&5514&02810645130170&30/18/21851&8812///17/&1&"粘土&0&01&/1460/183651656271367518017&20160&1&/613——/318817图0.8黄河大堤开封段加固工程工程地质纵剖面图桩号6/:3&5<6/:4&5%段，地层结构与前段相似，唯粉细砂层分布厚于/%，因此，其截渗墙的需要深度为04%。（二）机淤和筑堤料为配合在堤后（背河）对桩号655:555<6/:245%、6/:685<6&:055%和68:845<64:2&0%堤段进行淤土加固，曾在2个取土场内取了/0组原状样和2组击实样。考虑到—/576— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例机泵取土的混合性，既进行了单个土样分析，也进行了混合土样分析，其混合土样的岩性为砂壤土，最优含水量为!"#，最大干密度$%&’()*+,以上。这些土料场的最大缺点是运距较远。为了本着就近取土为宜的原则，取临河百米之内分布的粉细砂进行淤背，再用粘性土进行盖顶包边处理，可降低工程投资。第四节重大险段工程地质条件由地质作用形成的可出险的堤段称为地质险段，主要包括活断层作用形成的堤基渗漏段、地震高发区段和地基稳定性差段等。构造节点是识别地质险段的重要的河流地貌标志。根据成因，将黄河下游的地质险段分为四类，即新构造险段、沉降险段、断裂复活险段及堤身险段。针对黄河下游堤防地质特征，圈定出东坝头、大刘屯—董口黄河南岸和路那里—十里堡黄河南岸地质险段。历史上黄河改道、出险频繁，黄委会河务部门已将大堤历次出险地段登记造册（在编险点），并在堤防整治中加固培修，老口门等隐患逐步得到整治。从黄河下游历史洪水出险情况看（表!-$.），管涌、漏洞、滑坡和隐坑等堤害明显减少，但是堤身裂缝和渗水点基本没有改变，而且堤身裂缝还在增加，“/0·.”洪水中裂缝总长达到&!."+，创历年洪水病害之最。由此分析，堤身的质量严重受裂缝和渗水的威胁。从现行河道决溢点分布来看，渗水点和裂缝等堤害多位于正断层的上盘或断层带附近；这种分布特征在里集—东明以北表现得较为明显，此处也是聊考断裂活动影响的地方。值得关注的是，老鸦陈断裂从邙山东部以北西向斜穿黄河，该段断裂的活动与白马泉附近大堤渗水冒沙有密切关系。表!-$0黄河下游堤防险情统计表年份管涌（个）裂缝（+）渗水（+）漏洞（个）滑坡（+）陷坑（个）$/&.1,$!$,/!&//0"$.!,.’/!!.$/’0!/!&,’’.$"!&!",’&$,$,1$/.!.,’/.,/"",,&&!’$//0.&!."1",.,"",根据上述地质险段划分的依据，黄河下游存在三处地质险段。$%东坝头地质险段主要分布于黄河右岸从欧坦控导工程至东坝头险工之间，为典型的沉降地质险段和复活地质险段，也是今后黄河堤防治理的重中之重。黄河从西奔腾而至，然后折向北东，东坝头险工承受着巨大的冲刷力，而贯台控导工程更加剧了河水的冲刷动能。历史上东坝头以下兰考旧堤仅$,2+，但漫溢决口就达,$处之多，老口门较多，曾发生过$.&&年铜瓦厢决口改道重大事件。该段有临背积水、堤基渗水的现象。从有限的钻孔资料看，东坝头表层都是砂土，表层以下.+处分布有壤土及粘土。滩岸多砂质土壤，易于坍塌坐湾，变化非常复杂，河槽不稳定，顶冲坐湾地段常反复上提下挫，使得险工地段延长或扩大。—$"."— 第二章黄河流域水利水电工程地质新乡（封丘）—商丘断裂从中穿过，它的活动给堤基稳定性造成了威胁，也控制了这一地区的河势。开封河段在!"##年发生渗水的堤段长达!#$%，渗水的发生与新乡—商丘断层的活动是分不开的。贯台控导工程以西位于新乡一商丘断层的下降盘，地壳处于相对下降状态，形成游荡性河道和心滩。而东坝头则位于上升盘、兰考隆起的西北侧，其最大隆升速率达!&%%’(，河道在此由低变高，宽度收缩，水流壅高，在东坝头控导工程处形成典型的构造节点（图&)*）。图&)*东坝头地质险段示意图特殊的构造背景（图&)!$）形成了东坝头构造节点，断裂构造带将地壳分割成具有不同运动量的断块，形成逐级上升的阶梯状断裂，各个断块与其相邻断块相比较，对前一断块是相对上升体，对下一断块又是下降体，由此造成地壳运动速度的差异长期作用使得河道受到影响，河势受其控制。值得注意的是，构造节点的发育也是铜瓦厢决口改道的地质因素；南北庄堤段在铜瓦厢三堡处改道之前，南堤在蔡楼，北堤在崔庄，两堤相距约+,%，河面宽仅!,%；位置固定在北距崔庄-$$%、南距蔡楼!-$$%的中间!,%的宽度内，形成“构造节点”，节点的存在是导致铜瓦厢改道事件的重要原因之一。图&).东坝头地质险段的地质背景示意图（数字为升降速率%%’(）目前，东坝头以上的河势特征与!#--年铜瓦厢决口前的河势接近。从临背差看（局部达!$余%），铜瓦厢以上的险情比!#--年以前的要大，而铜瓦厢以下的险情比!#--年—!$#!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例以前的废黄河要小。“!"·#”洪水期间，原阳、封丘和开封境内两岸高滩多已上水，该河段已基本恢复到$#%%年铜瓦厢改道前河道没有溯源冲刷的状况，这是一个很不利甚至很严重的趋势。目前，古城至贯台的河势不稳，而且修建的有关控导工程因对河势演化的认识不足而受到破坏。贯台控制工程的修建仅仅是考虑到南、北、中三种流路的工程条件，认为“南河”有利，从而制定出杜绝北河、减少中河、利用南河的整治方案；但贯台控导工程把黄河逼向强烈—最强烈上升的东坝头地区，势必造成上游河床壅水，诱发黄河的决口。因此，从工程地质角度来看，必须重视该地质险段的治理，主要的治理措施是改造贯台控导工程，对右岸进行防渗处理。&’大刘屯—董口黄河南岸地质险段从水准资料来分析，范县—东明陆圈—带下沉，而两侧在隆起。据资料，黄河下游高村以上的游荡性河段中，河道的冲淤演变剧烈，河势游荡摆幅度大，发生斜河、横河顶冲堤防的危险性较大。而这段河道正位于聊城—兰考断裂带的上盘。此外，该段河段局部渗水严重，$!#&年有大裂缝发育，$!()年菏泽地震中发育有横穿大堤的裂缝。大刘屯—董口黄河南岸地质险段及邻近区域$%*&+$!#(年之间曾发生"级以上地震%次，现在仍属强震区。聊城—兰考隐伏断裂的活动更加剧了堤基的不稳定性，属于典型的以活动构造为主、伴有沉降的地质险段。东坝头至高村河段是$#%%年黄河铜瓦厢改道后冲淤形成的，历史出险情况不多，但却是有名的豆腐腰段，在黄河下游的防洪工作中占有重要位置。研究表明，聊城—兰考断裂的西盘在下降，根据跨越该断裂的水准测量资料，其西盘的最大形变速率为&#’(,,-.，最大下沉点在山东东明县东北前梨园附近。通过详细的地质分析，聊城—兰考断裂约有$-(+$-&的滑动为缓慢的蠕滑运动，这就大大降低了断裂突发性活动对黄河大堤的危害性；因此，聊城—兰考断裂的蠕滑是形成大刘屯/董口黄河南岸地质险段的主要因素。该段的堤基地层主要是粉细砂、粉砂、砂壤土及壤土，在断裂的蠕滑作用影响下，堤基、堤身的微裂隙增加，使得堤身渗水，洪水期有可能造成严重的堤防事故。此外，聊城—兰考断裂的突发性位错对大堤的影响也不可忽视。断裂位错量尤其是—次突发性位错量大小是工程设防另一项重要的内容；据$!()年菏泽)级地震地表裂缝宽度推演和0—1经验关系推算，考虑到累积误差，按*’%,2*’&,计，聊城—兰考断裂对黄河大堤可能发生的最大的水平位错与垂直位错分别为$’*,2*’%,和*’%,2*’&,。这是对黄河大堤可能造成的最大水平错量的一种估计。活动断裂带的宽度或者说活动断裂破裂位错涉及区域的宽度，是直接造成工程设施破裂毁坏的主要区位。对平原隐伏区，鉴于隐伏断裂向上破裂的扩散角和比基岩破裂严重得多的次生灾害，将断裂位错变形带的宽度适当取大一些也许是必要的。在化探和物探工作的基础上，我们认为，大刘屯—董口黄河南岸地质险段的重点设防宽度以(**+%**,较为合适，即聊考断裂通过处的上下(**+%**,宽度内为重点治理区（图&/$$）。治理的主要措施是进行防渗处理，加强淤背工程措施。(’路那里—十里堡黄河南岸地质险段该地质险段为沉降和构造复合型险段，在构造上位于鲁西隆起和东濮坳陷的过渡带，巨野断裂（图&/!）在此通过。鲁西隆起的第四系厚约$(",，东濮坳陷的第四系厚(%3,，—$*#&— 第二章黄河流域水利水电工程地质图!"#大刘屯—董口黄河南岸地质险段发布示意图年均地壳下沉量介于$%&’(%&))。巨野断裂北起聊城南，走向(&&*，经巨野县过黄河，全长约!$&+)，断距大于&,,)，目前，尚没有巨野断裂在全新世活动的证据。图!"$!路那里—十里堡黄河南岸地质险段示意图该地质险段中有路那里险工和国那里引黄闸，地层主要为全新统及上更新统的河流沉积层，岩性为填土、重粉质砂壤土、壤土及粘土。试验表明，填土存在地震液化的可能，但填土—般厚$%#)，且多位于堤顶，即使发生地震液化也对大堤的稳定产生不了严重威胁；砂质壤土及粘土均不存在液化的可能性。因此，地震对堤身的威胁不严重。影响该段安全的主要因素是地面沉降诱发的堤身变形。从河势演变来看，路那里—十里堡地质险段主要表现在黄河南岸（右岸），虽然黄河北走夺大清河入渤海以来还没有在此地质险段出现过决口等重大险情，但从工程地质意义来讲，此处是一个明显的出险地段，应该引起重视。水准资料显示，地壳的升降线垂直于河道，在邵庄断面处最大上升速率为-$.%&))/0，至十里堡处降为-$%.))/0，向西又逐步加大（图!"1），地表差异变形明显，局部构成构造节点，并在十里堡处形成典型的沉降险段。主要治理措施应是培厚大堤，进行淤背，防治堤身、堤基渗漏。—$,#(— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例第三章淮河流域水利水电工程地质第一节淮河干流河道特征!河流特征淮河流域被废黄河分为淮河和沂沭泗河两大水系，面积分别为!"万#$%和&万#$%，两者之间有中运河、淮沭河及徐洪河连通。淮河发源于河南省桐柏山，向东流经豫、鄂、皖、苏四省，主流在扬州附近的三江营注入长江，全长约!’’’#$，总落差约%’’$，其中洪河口以上为上游，比降!(%’’’；洪河口至洪泽湖出口中渡，为中游，比降为!()*)万；中渡至三江营为下游入江水道，比降!(%*+万。洪泽湖现有排水出路，除入江水道外，还有苏北灌溉总渠（沿灌溉总渠正在兴建淮河入海水道）和相机向新沂河分洪的淮沭河。淮河上中游支流众多，流域面积大于%’’’#$%的一级支流有!,条，其中南岸有史灌河、淠河、东淝河、池河等"条，为山丘区河流，源短流急，北岸有洪汝河、沙颍河、涡河、奎濉河等-条，除洪汝、沙颍、奎濉河上游有部分山丘区外，其余都是平原河道。沂沭泗河水系主要跨鲁、苏两省，由沂河、沭河、泗河组成，主要发源于山东沂蒙山区。其排水入海主要出路，一为新沭河，另一为新沂河。泗河（南四湖）水系上中游部分为山丘区，部分为平原。南四湖洪水经韩庄运河、中运河、骆马湖、新沂河，于燕尾港入海。沂、沭河上中游是山丘区，源短流急。沂河在刘家道口和江风口辟有分沂入沭和邳苍分洪道，分别分沂河洪水入沭河和中运河。沭河在大官庄分新、老沭河两支，其中老沭河南流进新沂河入海，新沭河东流经石梁河水库，至临洪口入海。淮河流域湖泊众多，水面面积-’’’多#$%，总蓄水能力%&’亿$)。淮河水系的洪泽湖是我国第四大淡水湖，它承接淮河上中游!+*&万#$%来水，具有调节淮河洪水并兼有供水、航运、水产养殖等多种功能。沂沭泗水系的南四湖由南阳、独山、昭阳、微山四个湖泊串连而成，也具有防洪、供水、航运等多种功能。%淮河干流河道特征淮河流域地形总态势为西高东低、南北高中间低。流域西、南、东北为山区、丘陵区，约占总面积的!()；其余为广阔平原，约占%()（含湖泊、洼地）。最高山地为豫西沙河上游—!’&.— 第三章淮河流域水利水电工程地质石人山，海拔!"#$%；次为皖西淠河上游白马尖，海拔"&&’%；鲁东南沂河上游龟蒙顶，海拔""##%。淮北平原高程一般是#()"#%，下游苏北平原为"()!%。淮河流域地貌具有复杂多样、层次分明、平原地貌类型极为丰富的特点。在空间分布上，东北部为鲁东南断块山地，西部和南部是山地丘陵，中部为黄淮冲积、湖积、海积平原，平原与山丘之间是洪积、冲洪积平原和冲积扇过渡区。本流域地貌成因类型主要有流水地貌、湖成地貌、海成地貌，此外还有零星的喀斯特侵蚀地貌和火山熔岩地貌。淮河是我国东部一条重要的自然地理分界线，河流两侧气候和地貌条件有很大的不同，反映在淮南、淮北的水文情况上也有很大差别：淮南多山地、坡地，降水量大，径流形成条件优越，支流虽小而短，径流量很丰富。淮北流域面积虽大，支流虽多，但径流量相对较小。沿淮河发育有宽度不等的河谷平原。息县以上为山丘间河流，沿淮有河谷平原，宽")$*%；息县—淮滨段沿河为平缓的矮丘、岗地、河谷平原仅宽$)#*%，且基本对称；淮滨以下南岸河谷平原一般不宽，即与台地丘陵衔接，北岸河谷平原与淮北地区平坦的冲洪积平原自然衔接，组成一望无际的淮北大平原，形成不对称的河谷地形。河谷平原地层除几个峡口及局部台（岗）地为老地层外，一般均为第四纪冲积河间带堆积层。第二节淮河流域地质概况"地形地貌淮河流域地势总趋势是西高、东低，流域西部为秦岭山脉向东延伸的余脉，因受地壳运动的影响，一支经扭曲成为向南凸出的弧形山脉，即淮阳山字形构造，伏牛山、桐柏山和大别山构成了山字形的两翼；另一支为嵩山山脉，向东沉没于平原的松散沉积层下。受新构造运动的影响，山地表现为上升，流域中央表现为下沉，四周支流挟带大量泥沙从山区出来，形成大规模的堆积平原。平原下沉与山地上升的同时，在流域内形成多级层状的地貌形态。根据地形地势大致可分为山区、丘陵、平原、洼地和河湖五类地区，各类地形的面积见表$+"。其中与堤防建设关系较大的是平原区和河湖洼地区。表$+"淮河流域各类地形的面积地形类别面积（万*%!）比例（,）山区$-.!"’丘陵区’-.""&平原区"’-&&#/洼地!-/(0-#—"(.#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例地形类别面积（万!"#）比例（$）河湖区%&’’(&)总计#*&’’%’’（一）平原区由于地壳的沉降与淮河、黄河水流共同作用而形成的淮河冲积平原，总面积为%+&**万!"#，占流域总面积的),$。（%）淮河上游平原区。该区包括京广铁路以东，洪汝河、沙颍河中、上游地区。地形由西北向东南倾斜，一般地面海拔高程(’-%’’"，平均地面坡度为%.*)’’，面积#&/万!"#。该区北部为黄泛区。周口和上蔡以东地势低洼，河道平缓，排水不畅，当有较大降雨或来水，易造成洪、涝灾害。（#）淮河中游平原区。包括颍河以东、黄河故道以南的沿淮地区。地形由西北向东南倾斜，一般地面海拔高程%’-(’"，平均地面坡度%./’’’-%.%’’’’，面积,&%万!"#。这个地区在历史上曾长期遭受黄河洪水泛滥，河道排水系统受到严重破坏，水流不畅，属于平原易涝地区。（(）淮河下游平原区。该区包括洪泽湖以东，黄河故道以南，通扬运河以北，面积约#。地面海拔高程#-%’"，地势低洼，排水不畅，受淮河洪水和黄海潮水的威胁。#&,万!"（+）南四湖西北平原区。该区包括郓城、菏泽、济宁、单县、沛县等地区，面积#&%0万#。地形自西向东倾斜，海拔高程在(’-)’"之间。!"（)）沂沭河平原区。包括临沂、新沂、沭阳、响水一带，面积%&’/万!"#。地势西北高东南低，一般地面高程)-)’"，平均地面坡度%.)’’’-%./’’’，原来排水不畅，经过导沭整沂工程治理后，排水条件大为改善。（二）河湖洼地区淮河流域共有河湖、洼地面积(&,万!"#。在淮河流域特定条件下，湖泊和洼地没有明显的划分界线，除了()个较大的湖泊常年蓄水外，还有不少湖泊洼地只在较大洪水年或特大洪水年才进洪蓄水，而在枯水年或干旱年这部分湖泊或洼地是无水的。（%）洪泽湖。洪泽湖是淮河防洪兴建的一座巨型平原水库。湖底平均高程%’&)"，当蓄水位%#&)"时，湖面宽,’!"，湖岸线长()+!"，湖水面积#’,0!"#，最大水深)"，蓄水量(。(%&(亿"（#）南四湖。南四湖位于山东省南部、黄河与废黄河之间三角地带，由南阳湖、独山湖、昭阳湖、微山湖等四个相串联的湖泊组成，故称南四湖。它由西北向东南蜿蜒，呈狭长形，长%#,!"，宽)-(’!"，周长#()!"，南四湖中部建成有二级坝枢纽工程，将该湖分成上、下两级湖，当蓄水位分别为(+&#"和(#&)"时，南四湖水面面积为%%)+!"#，是我国北方最大的淡水湖。（(）骆马湖。骆马湖位于沂河末端、中运河东侧，湖区大部分在宿迁市境内，小部分在新沂市，是中运河和沂河的防洪兴利平原水库。地形由西北向东南倾斜，一般湖底高程—%’/,— 第三章淮河流域水利水电工程地质!"#$!%，当水位$&%时，湖水面积&’()%$，蓄水量*+,亿%&。（-）城西湖。城西湖位于安徽省霍邱县，是淮河下游的一片洼地，湖底高程!"+,,#$$+,,%，南部为丘陵岗地，其高程在$(%以上。水位!*+,%时，湖面面积!!-)%$，蓄水量,+’亿%&。城西湖的主要作用是调蓄淮河中游、正阳关以上洪水。当淮河遭遇到大洪水时，进水蓄洪，削减淮河洪峰，确保淮北大堤及沿淮工矿、城市的安全。（(）城东湖。城东湖位于安徽省霍邱县，水位!*+,%，湖面面积!,$)%$，蓄水量!+.亿%&。!*(&年’月$(日建成城东湖闸，!*(-年、!*(.年、!*."年、!*’(年、!**!年蓄洪，发挥了显著效益。（.）焦岗湖。焦岗湖为沿淮颍河与西淝河之间的低洼地区，面积-",)%$。地势北高南低，东南部是湖区，地面高程最高为$.%，一般地面高程$$+,%，湖内最低地面高程!.+(%，正常蓄水位!’+’(%。（’）黄墩湖。黄墩湖滞洪区，位于骆马湖西侧、中运河以西、房亭河南、废黄河以北，地处邳县、睢宁、宿迁三县（市）交界处，面积&&(+")%$。地面最低高程!*+,%。滞洪区内有孤山(座，均分布在徐洪河以南。当滞洪水位$.+,%，滞洪库容!-+’亿%&。（"）蒙河洼地。蒙河洼地位于安徽省阜南县，西起官沙湖，东至南照集，北起蒙河分河道，南至淮河，平均宽’+()%，长约-,+()%。圈堤内面积!",)%$，为一狭长的蓄洪区。洼地最低高程$!%。一般地面高程为$$+,%，设计蓄洪水位$’+..%，相应蓄洪量’+(亿%&。!*($#!*(&年建成圈堤及王家坝进洪闸，!*’(年又建成曹台子退水闸等工程。除上述"个主要湖泊洼地外，流域内还有瓦埠湖、八里湖、花园湖、香涧湖、天井湖、女山湖、高邮湖、正南洼、泥河洼等大小湖泊洼地数十处。$地层岩性淮河流域地貌类型复杂，广泛分布着剥蚀山地、河流谷地和堆积平原。不同地质时期各种岩类组成的山地，为第四纪堆积提供了丰富的物源。在不同气候带的不同外营力作用下，经风蚀、侵蚀、搬运再堆积和在更新世以来频繁的变迁及新构造运动作用和古地理演变的影响下，形成流域内成因类型极为复杂的第四纪堆积物。流域内广泛发育的第四纪堆积物有陆相堆积、海相堆积、海陆相交互堆积和少量的火山岩堆积等。根据其成因系列和营力成因组合的差异，共分出七种类型：!冲积，粒度分选较好，又可细分为冲积扇堆积、河道带堆积和河间带堆积（呈条带状，砂层百分比较高）；"冲积—洪积，通常呈扇状、粒度较粗，多分布在山前平原冲积扇（裙）堆积；#冲积—湖积，颗粒—般较细，大多分布于平原中部的扇前（间）洼地及交接洼地等；$冲积—海积，此类型有两种含义：一是在垂向上，有冲积和海积的交互沉积，二是指沉积物系河流和海洋共同作用形成的（废黄河入海三角洲堆积）；%残积—坡积，一般分布在低山、丘陵坡侧；&坡积—洪积，通常多分布在乎原周边丘陵、台地地带或平原与山地交接地带，细粒土与块石混生；’冰碛—冰水堆积，在伏牛山前有零星分布。根据地质构造、大地貌、第四纪沉积物的成因类型与分布以及第四纪地层的发育特点，将淮河流域内的第四纪地层分为以下五个地层区。—!,"’— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（一）沂、蒙、泰山地除临沂盆地和若干河流谷地及滨海地有较为连续但厚度不大的第四系分布之外，大部分为基岩，其上局部覆有较薄的残坡积层。本区第四系分布多见中、上更新统及全新统。下更新统在流域内大部分地区缺失，仅在郯庐断裂内有零星分布。滨海可见冲积—海积层，一般为冲积—洪积、坡积—洪积等，也有洞穴堆积（如沂源附近）。下更新统豆冲组!"，为黄灰、灰白、棕黄色含砾粉质粘土、壤土、砂壤土、中细砂、含砾中粗砂及砂砾层，属洪冲、冲洪积，厚"#$%&’。中更新统!%，为棕黄色黄土状土及砾石层，属冲洪积，主要分布在山间盆地及谷地中，常被上更新统覆盖，含钙质、铁锰质结核和古土壤层。上更新统!(，为灰黄、黄褐色黄土、壤土及砂卵砾石层，滨海为粗砂砾石与黑色淤泥层，为冲积—海积，呈条带状分布，多组成阶地。全新统!)，沿河谷地带分布，为河床相、河漫相的砂、砂砾石及粘性土层。（二）黄河平原本区范围包括伏牛山前至沂蒙泰山地西北山前地区，南部界线大致在现今黄河冲积扇南缘。第四系厚度从十几米、几十米至"&#$%##’，最厚在开封拗陷，厚度可达)##’左右。本区在更新世早期其物源主要来自山区，中更新世后黄河沉积物占主要地位，以冲积、冲洪积为主。除更新世早期，山前见有粘土砾卵石层及粗砂砾石层外，在新郑一带可见粘土砾卵石层露头，有人认为属冰碛泥砾。中晚期均以细砂、细粉砂为主。砂层百分比较高，一般在)#*$+#*，呈扇状及河道带条状分布。下更新统武陟组!"，总厚度"",’，相应埋深为"#,$%%)’。下段!"，厚&#’，主要为浅棕、棕黄、灰黄色、灰色砂壤土夹壤土"与粉细砂、细砂互层，含少量钙核，底部可见混粒结构；中段!%厚(-’，为黄灰色、灰黄、棕"黄色轻、砂壤土夹壤土及灰黄色粉砂细砂，中粗砂互层，含少量钙核；上段!(厚%.’，为浅"蓝灰色、灰色砂壤土与灰色、灰黄色粉细砂，砂砾层互层，含有较多钙核，局部见有砾石。中更新统开封组!（标准地点见于河南省开封市东郊），总厚%-#’，顶底板相应埋深为,+"，厚()’，为棕黄、棕红色粘土、壤土与细砂、泥质粉砂互层，上部含有少$"&,’。下段!%量钙核；上段!%，厚)+’，为浅棕、褐棕色壤土、粘土与灰白、灰绿色中、粗、细砂互层，粘土%中含大量钙核。上更新统惠民组!，总厚&&’。下段!"，厚约%+’，为灰色淤泥质粘土，褐((黄色砂壤土与黄灰色细砂、细粉砂互层，主要为冲积；上段!%，厚%.’，为棕黄、灰黄粉质粘(土、壤土、与灰黄色砂壤土互层。全新统濮阳组!，总厚%+’，分上、中、下三段。!"，厚))%，厚度&’，由灰黄色砂壤土及黄灰色壤土&’，由灰黄色砂壤土及黄灰色壤土组成；中段!)组成；上段!(，厚约,’，为灰黄色亚砂壤土及灰黑色淤泥质土组成。)（三）淮北平原本区范围包括淮河以北及江淮丘陵以西，固始一砀山断裂从此通过。断裂东部第四纪厚度仅+#$"##’，下更新统基本缺失；西部地层较全，厚度一般在")#$-##’左右。全新统在本区均不发育，一般多见于现代河道，常呈现于高地。早、晚更新世期间，物源主要来自近山区和大别山及西部低山、丘陵；晚更新世以后，主要来自黄河、淮河沉积。下更新统包含蒙城组!"和桃园组!"，其中蒙城组总厚为()’，相应埋深为).$—"#--— 第三章淮河流域水利水电工程地质!"#$，主要为棕红、灰黄青杂色粘土、壤土及黄棕色砂壤土与灰黄色中细砂、粉细砂互层；桃园组总厚度为%"$，相应埋深为&’())$，主要为浅棕、灰黄色中细砂，结构松散，含钙核。中更新统潘集组*，总厚度为#+$，相应埋深为%,(+%$。其下段*!，厚%!$，主要为%%深灰、灰绿、灰褐色粘质砂土与黄灰、褐及深灰、灰白色中细砂、中粗砂含砾中砂互层；上段*%，厚%&$，主要为灰黄、棕灰色与灰绿、棕黄、橘黄色粉质粘土、壤土及青黄、棕黄、黄色砂%壤土与深灰、浅灰、黄褐、灰褐、黄色粉细砂、中细砂互层。上更新统茆塘组*"，总厚度%"$，相应埋深为-(%"$。下段*!，厚!"$，下部主要为黄色粉细砂，上部为灰黄、褐黄色"粉质粘土夹灰黑色淤泥质壤土透镜体；上段*%，厚)$，下部为浅黄色细、粉砂、上部为灰"黄色壤土，该组含哺乳类动物化石。全新统蚌埠组*,，总厚度约!!$，共分三段，其下段*!，为棕灰色淤泥；中段*%，为深灰色砂壤土、夹薄层淤泥，微层理发育；上段*"，上部为黄,,,色砂壤土夹薄层棕黄色粉细砂。中、下部为褐黄色砂壤土夹棕黄色薄层壤土。（四）江淮、苏北丘陵本区包括淮河以南、江淮丘陵及部分苏北丘陵和平原区。第四系分布虽然较广泛，但发育不全。除普遍缺失下更新统外，厚度也较薄，一般小于%-$，最厚不超过#-$。中更新统泊岗组*，下段*!，厚#(%-$，为灰黄、棕黄含砾中粗砂、中细砂夹粘性土、%%砂壤土。棕黄色粘性土中含少量灰白色粗网纹即蠕虫构造和钙质结核；上段*%，厚#(%"-$，为棕黄、棕红、棕褐色粘土、壤土夹细砂、有青黄色条带及斑纹，富含铁锰质结核和少量钙质结核，产象化石。上更新统戚咀组*"，总厚大于)$，自下而上地层为：浅棕色粉砂质壤土，顶部为钙质结核层，未见底；灰黄色粉砂与浅棕色粉质粘土互层，其中粘性土层粘土矿物以含铁水云母为主，微细层理发育，底部含大量钙核，局部富集成层，厚!$左右；土黄色粉砂与浅棕色粉砂质粘土互层，粘土层含大量铁锰质结核和钙质结核，厚,$左右；棕褐粉质粘土与棕黄色粉砂互层，粘土具铁锰胶膜，粉砂层含少量铁锰质结核，厚!$；棕黄色粉砂质粘性土夹薄层粉砂，含铁锰质结核，厚%$。全新统连云港组*,，厚度较薄，一般小于%-$，最厚不超过#-$。其下段*!，为灰色、褐绿色含砾砂壤土，下部砾石较集,中，砾径较大；中段*%，为灰黑、浅灰、灰绿色淤泥质壤土夹灰色粉砂薄层，下部含石英小,砾，多见炭化木及植物碎屑，属湖沼相；上段*"，为灰褐色砂壤土夹灰黄色中细砂层，含少,量云母片岩及片麻岩碎屑，底部富含石英小砾，为冲积层。（五）苏北平原包括苏北拗陷及淮阴响水部分隆起区，第四系分布广泛，发育齐全，有多层海侵层。地层由西向东加厚，一般在#(%#-$，最厚可达"--$。沉积物来源，早期主要来自沂蒙山区及古长江的冲积物，晚更新世后，又有来自淮河及黄河的沉积物。下更新统京港组*，总厚度!%’$。其下段*!，厚#,$左右，主要为灰色含砾细砂、粗!!砂与粉细砂互层，砾石直径一般在!-$$左右，最大可达+-$$；中段*%，厚,-$，为灰、深!灰色细、粉细砂，底部细砂含砾，顶部有厚层灰绿色粘性土；上段*"，厚"%$，为灰色粉、细!砂与含砾砂互层，顶部见淤泥质粘性土。中更新统东台组*%，厚&+$，相应埋深+-(!，厚,)$，主要为灰、青灰色中细砂夹青灰、灰黑色粘性土及砂壤土，底部!#+$。其下段*%—!-+)— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例有厚砂层，为泥质中细砂，含植物及贝壳碎片，顶部有古土壤层；上段!"，厚"#$，为灰、青"灰色粉细砂夹多层薄层青灰、浅灰色粘性土，有层理。本组地层一般厚%&’("&$，东部厚，西部薄，最薄处仅(&’"&$。上更新统新兴组!，总厚度*+$。其下段!(，厚,)$，主))要为青灰、黑灰、黄褐、褐灰，局部夹浅黄杂锈黄色的粘性土与青灰夹褐色、锈黄色粉砂互层，中夹两层海陆过渡相薄层，局部含贝壳碎片；上段!"，厚,,$，褐黄、灰黄、灰黑、暗青色)粉砂与褐棕、棕黄、褐黄褐灰及灰黑色粘性土及砂壤土互层。中部近"&$为海陆过渡相、浅海相沉积，含海相贝壳碎片，局部含钙质结核及铁锰质结核。全新统淤尖组!,，总厚(#$左右。其下段!(，厚约,-.$，为黑灰色淤泥质粘性土夹粉细砂薄层；中段!"，厚,,%-.$，为深灰褐粉砂与砂壤土互层，可见毕克卷转虫，为海陆过渡相；上段!)，厚%$左右，,主要为灰褐、棕黄色粘性土与褐黄、褐灰粉砂、砂壤土互层。中部见有孔虫类，为海陆过渡相。)地质构造与地震烈度淮河流域涉及中朝准地台、扬子准地台、秦岭褶皱区三个一级构造单元。从流域最西部的东村、二郎庙，到确山转南至信阳，再向东经商城到舒城一线以北为中朝准地台；以南为秦岭褶皱区。从连云港到成子湖略向偏西方向转折与郯庐断裂带相交，此线西北为中朝准地台；东南为扬子准地台。淮河流域中下游地区地震动参数分布图见图)/(。本流域主要新构造变形带有淮河构造变形带，郯庐构造变形带等。流域内发生的中强地震绝大部分都位于新生代构造变形带内，可见其中部分断裂仍具有活动性。但是由于气候、地理条件及人为改造因素等原因，对它们最新活动的研究，甚至第四纪活动的研究都是极为困难的。因此目前仍带有很大的推测性。—(&#&— 第三章淮河流域水利水电工程地质图!"#淮河流域地震烈度分布图—#%$#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例第三节主要工程地质问题淮河流域面积!"万#$!，自周口、上蔡、息县以东、黄海岸以西，临沂、沛县、单县、开封以南。其中沿淮、淮北、苏北等平原湖洼地区，地势低洼，河道平缓，排水不畅，面积为%&’("万#$!，占流域面积的)*+。淮河流域堤防工程基本分布在这一地带。沿河谷堆积带的堤防工程区，广泛发育第四纪陆相、海相、海陆相等地层。其中&,+-*.+为全新统地层，%.+-%,+为上—下更新统地层。如此复杂的地层条件，致使堤防工程地质问题亦很复杂。%渗透变形（一）堤基渗透变形堤防工程渗透变形问题与土质坝基的渗透问题不完全相同。它主要研究堤基下第一含水层的渗透特性及其对堤防工程的影响。深层砂土的渗透，只要渗透压力不可能穿透上覆盖层，仅造成水量的损失，不是研究的重点。堤防工程分布的平原地带，在地史上，主要以下沉为主。全新世以来黄河和淮河的泥砂及坡—洪积物大量沉积在广阔的平原洼地上，致使形成坡积、洪积、冲积、湖积、海积的地层。浅层（堤基下!倍堤高或河床主槽底以上地层）多有砂、粉质土成层分布，向下可能有细砂、中粗砂、砾质砂存在。粘性土层与这些砂土呈互层或夹层状分布，多形成双层结构。地层具有明显的韵律。浅层砂土自上游至下游有逐渐增多的趋势。流域堤防发生渗透及渗透变形的堤段，亦基本自上游向下游增多。由于平原地区主要为冲—湖（淤）积相成因形成的地层，砂土的微细层理韵律明显，多夹有厚几个毫米至几个厘米的薄层粘性土，这些粘性土夹层致使地层垂直方向渗透性能与水平方向差异很大，可以起盖层的作用。其中砂、粉质土亦不均质，每个微细韵律的中部往往颗粒较粗，形成“千层饼”状结构，其中较粗颗粒的中心部位只要有一定的厚度（一般厚!,/$以上），且延伸较远，就有可能对堤防渗透变形产生影响。%’堤基渗透据勘察资料，堤基浅层极细砂、粉土、砂壤土、轻粉质壤土渗透系数为!0%.12-!01(%./$34，弱—中等透水，不均匀系数一般%’,-"，基本为连续级配的砂土。在持续洪水作用下，堤内坡脚透水砂层可能保持2.+-,,+的渗压位势，临界水力比降一般为.’!,-.’2,。淮河堤防一般高(-"$，挡水高度约%-2’,$，若内坡脚下无沟塘、洼地，外滩地有一定宽度延长了渗径，在现有淮河堤防断面的情况下，可发生堤内坡下沼泽化、渗水，而且多数为清水明流的渗透现象。可能在一定渗透历时后仍未及时处置时，将可能出现浊水混流。这种以渗透为主的形式是淮河流域堤防工程中发生的主要形式。!’渗透变形在外滩地狭窄（一般小于,.$），堤内滩地低洼，有沟塘、深渊，透水砂层在河床中及堤—%.*!— 第三章淮河流域水利水电工程地质后渊塘出露，挡水高度在!"以上，表层基本无粘性土盖层或受到破坏，且挡水历时较长时的情况下，堤基可能发生渗水混浊、涌沙、管涌等渗透变形。例如黑牛咀险段（涡下段#$%%%&#$’’%），沫河口周台子（涡下段(!$’’%&(!$)%%），淮南哑叭渡口（黑李段*$%+%&*$#+%），朱洪圩孜（颍左堤!($%%%&!($+%%）等处。发生渗透变形或有渗透变形趋势的地段，既有厚层砂、粉质土的地段，亦有砂、粉质土只有几十厘米的地段。只要外滩较窄或狭窄，内滩低洼有沟塘，破坏了盖层的压渗作用，都有可能发生渗透变形。沫河口周台子，蚌埠市城市圈堤#$’%%等处的水井*))*年都曾涌水涌沙。一般来讲，渗流出逸处渗压水头在*以下时，多发生清水明流的渗透，在*&*,’"以上，则多为浊水涌沙的渗透变形破坏。（二）堤身渗透过去筑堤，基本为人工就地挑土上堤，所以堤身土质与堤基浅层土基本类似。本流域堤防有’%-左右的堤段，堤身土以砂、粉质土为主混杂粘性土，渗透系数多为./*%0!1"23，弱透水。而且堤防系多次施工填筑，往往存在软弱夹层，填筑材料杂乱或有渗透性强的砂土。亦有存在局部生物洞穴及堤身裂缝，如涡下段*4%$)%%&*4*$!%%有狗獾洞数十处；蚌埠市圈堤()号孔注水时，供水量!%&5%623，水头不回升，估算7值可达*%041"23。堤基接触面，特别是解放前施工的老堤及水下填筑的封堵段接触面，基本没有清基处理。这些堤身缺陷均有可能形成集中渗透通道，堤防挡水后，堤内坡或坡脚许多地段散浸、渗水或发软、陷入、沼泽化。这种堤身的渗透与堤基的渗透常复合在一起，很难区分。从险情记录上看，淮河流域堤防发生渗透变形的记录不多，解放后淮河仅*)’!年、*)’#年、*)#’年、*))*年发生了典型的洪涝灾害，堤防即使抵御洪水，历时亦较短，而且淮河堤防工程多系*)’#年以后竣工的，有些问题没有完全暴露出来。4沉降变形及抗滑稳定本流域堤防工程基本为均质土堤，(级、!级、’级堤防顶宽分别为*%"、+"、5"、!"，极少为("。迎水坡一般*8(&*84，背水坡一般*8(&*84，平台下*8(&*8’接地。堤高一般(&#"，局部堵口段较高。堤防工程对堤基要求不高，但在一些松软土地段，堤防工程仍然出现了沉降变形、抗滑稳定方面问题，应引起足够的重视。（一）施工期的沉降变形及抗滑稳定一般认为，土堤在施工期可完成沉降固结的+%-左右。堤防工程允许产生一定限度的沉降变形，但变形量过大，特别是差异沉降量过大，或堤身、堤基失稳滑动，将影响堤防发挥作用，甚至危及堤防的安全。软土地基的堤防工程，当地基载荷的增加超过了地基土的临塑荷载后，发生强度稳定破坏的一般过程为：沉降量增大!地基土蠕动!地基土滑动!冲剪破坏。松散的砂土、粉质土的强度稳定破坏的过程可能不完全，往往以垂直沉降增大或发生差异沉降为主要表现形式，只有在砂、粉质土为俗称“流沙”时，才出现滑动"冲剪破坏的过程。淮河流域在软土特别是流塑状的淤泥质土上筑堤发生稳定破坏的实例时有发生。如—*%)(— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例窑河封闭堤软土段、怀洪新河香涧湖北岸、入海水道部分堤段，堤防施工至某高程后，发生堤身开裂下陷，坡脚土涌起，堤坡下错滑动。前二者为湖相淤泥—淤泥质粘土，后者为海相淤泥质粘性土。新堤线选线时，应注意查清沿线地层的分布及其物理力学性质，采用多种原位测试手段（标准贯入、静力触探、十字板剪切、深层载荷或螺施载荷试验等）研究其松软土层的特性。堤线尽可能避开承载能力弱及抗剪强度差的松软土层。定线后，应用分层总和法进行沉降计算。当堤基软土层较厚时，可采用瑞典圆弧法进行抗滑稳定计算，软土层较薄时宜采用改良圆弧法。根据计算成果设计堤身断面，确定施工工艺及速率，加强观测，保障堤防施工顺利进行。（二）运行期间的沉降变形及抗滑稳定!"沉降变形堤防运行期，特别是多年运行后的沉降变形，一般问题不大，前节提到土层压缩产生的沉降变形，在施工期可达#$%左右，后期虽仍可能有一定的沉降量，但不足以影响堤防的安全。但穿堤建筑物因引排水需要，引渠及闸涵底高程较深，挖除了原地基硬壳层，破坏了堤基土的结构，部分设计或施工可能不当，往往产生差异沉降。如五河安淮排灌站（涡下段&’($$$），颍上长村涵（颍左段’!(#&&），刘集涵（颍左段!#($$$），颍右堤三里桥涵等均发现启闭台、机房沉陷，箱涵或涵管断裂等问题。)"抗滑稳定堤防运行期的抗滑稳定破坏基本有三种型式：在外水高水头作用下堤身沿堤基面水平滑动；内坡连同地基一起产生圆弧或折线滑动；在外水水位骤降时，外坡连同地基一起产生圆弧或折线滑动。根据淮河流域堤防工程现状，堤身、堤基土的物理力学性指标，用不同方法进行抗滑稳定计算，结合历年堤防运行记录，一般堤段不可能发生上述形式抗滑稳定破坏。但在堤身高达!$*以上，堤内外为深沟渊塘，且堤身堤基浅层为软粘性土的，安全度较差。+岸坡稳定淮河干流的岸坡总体较稳定。但有些堤段岸坡为不稳定的松散砂、粉质土，耐冲刷能力弱，局部河道弯曲，深泓逼岸，河床及岸坡迎流顶冲或顺流淘刷，易形成冲刷坑及岸坡坍塌，逐渐使滩地狭窄，进而危及堤防的安全。如淮南哑叭渡口、五河石灰滩，怀远瓦子岗等。勘测工作应查清河岸地层及其工程地质性质，收集并分析河道断面测量、滩地、岸坡，河势变化等资料，综合评价岸坡稳定性，分析产生岸坡变形的原因，并预测岸坡稳定趋势，建议整治失稳岸坡的措施。以蒙脱石和伊利石为主的半胶结、硬塑状粘性土夹砂砾（!"#!,)），系湖相淤积层，边坡稳定性能差，水下稳定边坡为!-.,!-&。以伊利石为主的棕黄—褐黄色、可塑—硬塑状粉质粘土及重粉质壤土（$"#+），具有中—弱膨胀潜势，边坡稳定性能亦较差，水下稳定边坡!-/,!-.。这两种土层外观强度很高，但长期强度衰减很快，曾在不少河渠岸坡工程中出现句—!$0’— 第三章淮河流域水利水电工程地质题。!饱和砂土振动液化淮河流域地震基本烈度从"度到#度的地段都有（见《淮河流域地震烈度图》），而且度区占有相当大的面积，几个确保的重要堤防工程，多有部分堤段在$度区内。$度及以上区的堤防，当地基有粉细砂等分布时，存在地震液化问题。第四节重要堤防工程地质条件%淮北大堤淮北大堤系淮河中游左堤，上自颍上县饶台孜下至盱眙县下草湾岗地，全长&!’()#*+（未计入怀远城关堤，!(&&*+）。在怀远县被荆山及涡河分割成两大段，上段称为饶荆段，长%&,(&*+，下段称为涡下段，长%&’("#*+。饶荆段与颖左堤（茨河铺—饶台孜）、淝左堤（阚疃—三岔头），涡右堤（西阳集—龟山头）组成涡西堤圈。涡下段与涡左堤（青阳沟—涡河口）组成涡东堤圈。淮北大堤保护区耕地面积%,)-万亩，人口")&万，以及京沪、京九铁路、%,!国道、合徐高速等公路及众多工矿企业市县（见图’.&），系—级堤防工程。据考证，淮北大堤从明代开始局部修筑，至解放前形成低矮、单薄的河堤。解放后在%#-,/%#-$年治淮工程中，全面修筑了大堤，后经历年维修、改造达到目前的规模。淮北大堤位于淮河中游左岸，冲—湖积成因的淮北平原之上，淮北平原地形由西北向东南倾斜，一般地面高程%,/’,+，平均地面坡度%0),,,/%0%,,,,。历史上长期遭受黄河洪水泛滥影响，河道排水系统受到严重破坏，水流不畅，属于平原易涝地区。本段淮河沿有断层发育的地段切穿山体，形成峡谷地貌。如凤台县禹王山与霸王山之间的峡山口，怀远县荆山与涂山间的峡口，五河县浮山与潼河山间的峡口，称为“淮河小三峡”。峡口宽度为%),/’,,+之间，仅为淮河正常河谷两堤间行水宽度的%0’/%0&，起束水作用，大大降低了排洪泄砂的能力，对河谷地带沉积环境产生巨大影响。本段淮河干流全长约&-,*+，其中正阳关（饶台孜）至蚌埠段（以下简称正蚌段）长%!%*+，蚌埠至下草湾（以下简称蚌下段）长%,#*+。正蚌段河道平槽宽度一般为&,,/!,,+，两堤间行水宽度",,/%,,,+，河底比降%0’,,,,，河道平滩高程&%/%$+，平滩以下主槽深)(-/%&(-+。蚌下段河道平槽宽度一般为!,,/-,,+，两堤间行水宽度一般为),,/#,,+，局部不到",,+，河底比降%0!,,,,，平滩高程%)/%"+，平滩以下主槽平均深度约%&+。本段河道比较弯曲，具有弯曲型河道的特征，据解放后-,年资料分析，本河段特点是来沙量逐年减少，河道主槽冲刷，滩地微淤，河床凸岸淤积，凹岸冲刷，大水时主流有趋中撇弯现象，主流线较稳定。可以认为本段整体河势未来一段时间仍将保持较稳定状态。—%,#-— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例但是在许多地段岸坡为砂、粉质土、冲刷和淤积变化将比较严重，特别是平衡的边界条件发生变化后，河床的变形会很剧烈，河底冲刷、凹岸冲退，对局部河势和堤防稳定不利。两堤圈涉及的三条支流颍河，西淝河、涡河、均自北西向东南汇入淮河、河道平直少曲流，河道呈平行叶脉状排列，历史上曾是黄河洪水南侵夺淮的分洪通道，河道淤积大量泥沙。!"#$年河南引黄淤灌后，大量黄河泥沙又进入涡河，致使河道的抗洪排涝能力大降低。（一）饶荆段!%堤防工程现状本段自饶台孜至怀远县荆同脚下（横山）。现有堤顶高程&#%’(&"%#)，顶宽’(!)，堤高一般#(!*)。内、外坡!+,，内坡堤顶,)以下留有平台，平台下边坡!+-(!+#。外坡一般有块石护坡及防护林。大堤多在漫滩、河湖洼地上修筑，局部建在一级阶地的前缘。外滩地高程一般&,%.(!’%#)，滩地宽度多为,..(#.)，但部分堤段滩地宽度仅有!.(#.)。内滩地高程一般&&%.(!/%#)。沿堤多有沟塘、取土坑，部分堤段连片分布，一般深!%#(,)，深塘可达,(/)。,,0-..(,/0.,#为老溃口，,’0...(,’0,..为西淝河入淮堵口段，堤高可达"(!&%#)，堤内外有深渊，汛期常发生险情。过去修筑堤防主要是人工挑土，沿线就地取土修筑，其土质接近该堤段堤基浅层土质。一般未经过认真清基处理，填筑碾压差，密实度不良，堤身与堤基接触部位多杂物，土料差异性较大，局部夹有砖瓦碎石及植物根系等有机物，特别是封堵段土质更乱，如禹王坝溃堤处堵口用的是石块草包等材料。部分堤段堤身、堤基接触面汛期渗水比较严重。&%堤基地层结构本段堤基土以第四系全新统（!"0"#-）地层为主，其次为上更新统茆塘组（!"#,）地层，局部见有下更新统蒙城组（$"#,）地层。（!）单一砂性土!&类及表层为砂、粉质土的",、#类的堤段。此类堤段长约!’%.!&1)。堤基上部多为松散一稍密的砂壤土、轻粉质壤土夹薄层或透镜体状粘性土。下部为稍密的细砂夹少量粘性土或者为软一可塑状重、中粉质壤土与砂、粉质土互层。（&）单一粘性土!!类及上部粘性土层厚度大于!.)的"&类的堤段。此类堤段长约,&%&"-1)。堤基基本为可塑一软塑状粉质粘土、壤土或粘性土夹砂粉土透镜体，部分堤段为上更新统可塑—硬塑状粉质粘土。（,）上部粘性土厚度小于#)的"!类堤段。此类堤段长约"%-&1)。堤基土上部为流—可塑状的壤土，中部为稍密的砂、粉质土，下部多为可塑—硬塑状的粘性土（2-0,）。（-）上部粘性土厚度#(!.)的"&类堤段。此类堤段长约/!%-’1)。堤基土上部为软—硬塑状粉质粘土、粉质壤土，下部为稍密的细砂、粉质土。,%隐患及险情（!）渗透。.0...(!.0...)河堤在宽,.(#.)、深,%#(#)的小河上修筑，堤身高达$(!!)，表层堤基土中砂、粉质土透镜体较多。!"0"’.(&.0#..)，&!0’..(&,0&..)，-#0’..(-’0’..)，#"0"..(/.0&..)，/.0$..(/!0#-.)，!.$0-’.(!."0—!."/— 第三章淮河流域水利水电工程地质图!"#淮北大堤位置示意图—’&%$— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例!"#$等堤段多为砂堤基，内坡临塘。这些堤段汛期渗水严重。%%&!##’%(&#%)段为"*)!年汛期溃口段，堤内有深渊塘，堤身高达*’"+,#$，且土质成分复杂，"**"年、"**(年汛期出现严重渗水、堤坡不稳。%-&###’%-&%##段系老西淝河堵口段，堤内外均为老河道，地形低洼，堤高"+,)$，边坡不稳，渗水严重。（+）岸坡稳定。淮北大堤共有.段共计长"#,(!/$的河岸，岸坡由砂层组成，外滩宽度仅"#’)#$，深泓逼岸，顺流淘刷或迎流顶冲，属不稳定的岸坡，进—步发展可能危及大堤安全。（二）涡下段",堤防工程现状现有堤顶高程+),.’+#,"$，堤顶宽一般(’"#$，内、外坡为"0%，内坡堤顶%$下留有平台，平台下边坡"0!’"0)，外坡一般有块石护坡，堤身高一般!’*$，局部封堵段可达"+’"-$。本段堤防堤基除局部为岗地外，均修筑在河湖洼地之上，地面高程"*,-’"%,.$。外滩地一般宽.#’%##$，部分河段凹岸滩地较窄，小于)#$，局部无滩地。淮北大堤涡下段堤身施工方式、土类、土性、质量状况等与饶荆段情况基本相同。穿堤建筑物多系+#世纪)#’-#年代修筑，部分为圬工建筑，混凝土已碳化、剥落止水破坏，有的发生沉降变形（如安淮站）等。+,堤基地层结构本段堤基土层基本以全新统蚌埠组（!"&"#!）为主，其次为上更新统茆塘组（!"#%）。（"）单—砂性土（!+）类堤段。此类堤段共有(段，总长*),(*/$。—般堤基下为灰黄，松散—稍密的砂壤土、轻粉质壤土夹薄层粘性土（!"&"#!）。灰色，松散—稍密的极细砂，砂壤土夹粘性土。弱—中等透水。两层之间常断续见有厚度不大或透镜状淤泥质嚷土，软—流塑状。总厚度一般(’""$。（+）双层结构（""）堤段。主要为%)&###’!!&)##$段，其地层上部为厚+’(,)$，黄—灰黄色，可—硬塑状粉质粘土、壤土夹薄层粉质土（!"#%），弱透水。下部为灰黄—黄色、稍—中密的细砂、粉土夹壤土，中等透水。（%）多层结构（#）类堤段。主要有!段，长"!/$。%%&)##’%)&###$段堤基土上部为棕黄、棕红色，可塑状黄泛的粉质粘土、壤土（!"&"#!），厚"’!,!$；灰黄—黄色，松散—稍密的砂壤土、轻粉质壤土夹粘性土，弱—中等透水，厚+’),)$；下部为灰色，软—可塑状重、中粉质壤土夹薄层粉质土、弱透水、厚"’!,)$。自%!&+)#以后出现棕黄色，可塑—硬塑状粉质粘土夹薄层粉质土（!"#%），弱透水。).&)##’(!&###$、-*&###’.%&)##$段堤基砂壤土，轻粉质壤土层间夹有厚"’!$的软—流塑状灰色淤泥质粘土或壤土。"")&()#’"".&")#$段，堤基表层"’",)$为灰黄色，松散—稍密的砂壤土、轻粉质壤土夹粘土，弱—中等透水。下部为中更新统泊岗组（#+$）棕红色，硬塑状粘土及半胶结细砂，弱透水。—"#*.— 第三章淮河流域水利水电工程地质（!）单—粘性土（!"）堤段。有#段，长!$%&’。堤基土为棕黄色，可塑—硬塑状分质粘土、壤土夹薄层粉质土（!"#(）度大于%’，弱透水。在潼河边附近有第三系玄武岩、砂砾岩（)）出露。($隐患及险情（"）岸坡稳定。本段河道比较弯曲、弯道较多，具有弯曲形河道的特点，—般堤外滩地宽*+,(++’。但部分堤段处于凹岸，迎流顶冲或顺流掏刷，滩地较窄（宽度小于%+’）或基本无滩地，岸坡不够稳定。如东—西赵家、前油坊、信家湾、大徐家西、杨沟、凌台子、邰台子、柿树园、包台子—小村等。（#）渗透变形。淮北大堤涡下段绝大多数堤段，堤基在深度*’以内为单—砂性土结构—无粘性土盖层或粘性土盖层很薄，堤基土为极细砂—轻粉质壤土，粘粒含量+,0!1’23。据地下水动态观测资料，此类地"!$*-，不均匀系数.$*,"$*，渗透系数，$/"+层当淮河水位接近设防水位后，堤内坡脚或地势低洼的内滩地下水位势态接近或超出地面，易发生渗透变形，严重时发生渗透破坏。渗透变形隐患及险情多发生的单—砂性土（!#）类及多层结构（"）类堤段，如怀远老园塘（+4*++,#4#++），黑牛咀（54+++,54%%+），蚌埠中赵（"+4%++左右），山香寺（"%4#++左右），方家沟（"*4"++,"*45%+），五河沫河口（((4#++,((4.++），金台子（%.4#%+,%54(++），新集（."45++,.#45++），訾圩子（5.4+++,554#++），东卡（"+#46++,"+(4.++）等段。（(）堵口段沉降变形、抗滑稳定及渗透稳定。涡下段堵口段主要有怀远黑牛咀（54+++,54%%+），老崇河（*54(5+,*54!*+），崇潼河（"+54%++,"+54*++），下草湾拦河坝（"##4(++,"##4*++）等段。堵口段—般堤高"+,"5’，多为水下堵口，堵口材料杂乱，深部见有块石、芦苇、木块、草捆等，堤身底部干重度"(,"!$%&)2’(，堤身下多为淤泥质土及松散粉质土，厚度不等。在近%+年运行中，虽经压密固结及多次加固处理，但不同程度的存在沉降变形、抗滑稳定及渗透稳定问题。特别是堵口段两端多为低洼的河塘洼地，汛期高水位时易在这些地方发生渗透破坏，影响堤防的安全。（三）工程地质评价（"）工程地质条件分类。以堤基地质结构和存在的主要工程地质问题为基本分类依据，考虑河势，外滩宽度及岸坡稳定，堤内外渊塘，历史险情、隐患等因素，并结合河流规模及河槽过水宽度等，将堤防分成工程地质条件好（7）、较好（8）、较差（9）和差（:）四类。7类：堤基为单—粘性土（!"）类或为基岩、老粘土、粘性土厚度大于"+’，且堤外滩宽度大于"++’，历年无险情记录。8类：堤基为双层结构（##，#"）多层结构（""）类，表层粘性土厚度多为(,%’以上，堤外滩地宽度大于%+’，历年仅有轻微险情记录。9类：堤基地质结构主要为单—砂性土（!#）类及表层粘性土较薄（一般小于等于#’）的双层结构（#(、#"）类，多层结构（"）类，堤外滩宽度(+,%+’，沿堤多渊塘，历年汛期有较多险情。:类：堤基地质结构主要为单—砂性土（!#）类及双层结构（#(）类，无外滩或外滩地狭窄（小于等于#+’），历史上险情严重且危及堤防安全。—"+66— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例按上列条件综合评价，淮北大堤各堤段工程地质条件分类见表!"#。表!"#淮北大堤工程地质条件分类表$类%类&类’类堤段长度（()）比例（*）长度（()）比例（*）长度（()）比例（*）长度（()）比例（*）饶荆段#+,-.+#/,0-#,!++/!,011,2/3+,.#0,/2###,3涡下段/,-33!,013,-33.,-+#,!+32/,210,!331!,#合计!/,3.+1/,30#,.++#-,.13/,1!3/#,2/#,22#12,-（#）饱和砂土振动液化问题。依据《中国地震烈度区划图》（1++3），淮北大堤自蚌郊段—下草湾岗地，地震基本烈度为!度。此段堤基浅层土多为砂、粉质土，粘粒含量。—1/,.*，不均匀系数一般0,.41,.，最大孔隙比1,-141,!#，最小孔隙比3,2243,0.。标准贯入击数!41-，为松散4稍密粉质土层。据此验算、判别，有可能发生轻微液化，局部松软段可能发生中等液化。为避免在地震时发生震陷问题，应在断面及填塘压重设计时予以适当处置。（!）渗透及渗透变形。淮北大堤堤基浅层多存在砂、粉质土层，且分布较广，层次较厚，渗透系数为13"/5)67，为弱—中等透水，且堤身亦多为类似土质，渗透特性相似，深层常有细—中细砂层，有孔隙承压水，弱—强透水。局部中间相对隔水层缺失或被破坏，上下砂、粉质土，有可能发生水力联系，致使在汛期堤内有可能出现渗透现象。在砂性土较多，堤内坡滩地低洼段，如凤台九里湾（饶荆段/-82334/28233）怀远黑牛咀（涡下段28333428--3）五河沫河口（涡下段!!8#334!!8033），则有可能涌沙（流土或管涌）、冒水，发生渗透变形。淮北大堤地层条件决定其汛期可能发生浅层渗透，而且易与堤身、堤基接触面的散浸、漏水混淆在一起，不太好分开。当堤内滩地低洼，或有渊塘与堤顶高差大于.413)时，且地层条件不良时，则有可能在汛期发生渗透变形。（/）岸坡稳定问题。淮河中游流经湖泊洼地，河道多弯曲，虽经总体河势将保持较稳定状态，但局部弯道，滩地迎流顶冲或顺流掏刷，岸坡失稳现象仍很剧烈；例如祁集电灌站东（饶荆段0!833340!8!-3）王圩以西（饶荆段0-82334008333）东—西赵（涡下段+81234+8023）杨沟（涡下段0/833340-8333）等处塌岸，已影响到堤防的安全，应予处置。（-）堵口段沉降变形、抗滑稳定及渗透稳定。溃口、老河湖改道堵口段均在底部有松软的淤泥质土或砂土，堵口材料杂乱，不密实，干重度1!41/(96)!，且堵口两侧有渊塘、河渠，堤身较高，一般13)左右，高者可达1/412)，如禹山堤溃口（饶荆段!!8/334!083!-），黑牛咀（涡下段28333428--3），（老崇河.28!234.28/.3）等，此类地段易发生沉降变形，与两端堤防发生差异沉降。若堤下软土较厚，易发生抗滑稳定问题。汛期因内侧地势低洼、易发生渗透或渗透变形。根据淮北大堤历次勘察资料及堤防运行资料，表明淮北大堤堤身断面控制，修筑质量基本尚好，但堤身土质稍差，渗透性略偏大，局部有工程缺陷。大堤工程地质条件尚可，但—1133— 第三章淮河流域水利水电工程地质堤基中广泛分布砂、粉质土层，局部地势低洼，堤内多沟塘，易引发渗透或渗透变形。近!"#$%堤段在地震基本烈度!度区，堤基饱和砂土松散—稍密，有可能轻微振动液化。受河势影响，局部岸坡不稳，有可能影响堤防安全。"蚌埠市城市圈堤蚌埠市是一个重要的工业城市和铁路、公路、水上交通枢纽，有&#余万城市人口。市区横跨淮河两岸（主要街区在淮河右岸），沿淮及淮北为平原，市区中部、南部台地丘陵起伏，间有小山。蚌埠市解放前没有完整的防洪圈堤，仅在老铁路东沿淮有—小段堤防，标准很低。!’(#年、!’()年两次洪水侵入市区，自!’(#年冬起修筑防洪堤至!’(*年基本达到目前的规模。现在蚌埠圈堤西起老虎山，沿席家沟东缘修筑，北临淮河、东跨龙子河接曹山、呈+字形环绕市区，全长!",&$%。因修筑东海大道、朝阳路，圈堤长度由!",&$%，缩减至!","$%。见图-.-。图-.-蚌埠市城市圈堤位置示意图（一）堤防工程现状圈堤设计防洪水位按吴家渡"",&%，水面比降!/!,"万推算各控制点水位。目前堤顶高程"),0#1"*。"#%，顶宽&1-#%，内堤脚高程!0,#1"",-%，外堤脚高程!&,#1"!,#%，堤身一般高),(10,(%，最高高度!!,’%，迎水面作了*$%长块石护坡，内、外坡!2-，内坡堤顶-%以下留有平台，平台下!2)1!2(接地。一水厂厂房、沉淀池、围墙等均占用堤身，减少了堤的横断面。按照防洪保安为主，同时结合城市建设要求的规划指导思想，正在分步进行蚌埠圈堤加固改造工程。—!!#!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例由于堤身系由人工就地取土填筑而成，圈堤堤身土（!"!）基本与堤基表层土类似，大致可分为粘性土夹粉质土和轻粉质壤土、砂壤土混杂粘性土两类。堤身断面现状基本接近或达到设计断面，但填筑质量不够均一，局部填土干重度"#$%&"!$’()*+,。席家沟站一轮船码头堤身多处见有建筑垃圾、碎石。特别在船塘堵口段，底部土质杂乱，且填土高度局部为"-&""$%+，密实度较差，且不均一。一水厂堤段堤身高程#"$-&#"$.+埋有两道压力水管。,%号孔勘探注水试验时发现有较明显的渗透通道。老铁路桥东堤身内有旧桥基，掩埋的垂直堤轴线的铪梁#道及碎石等（埋深在!+以下）。部分穿堤建筑物老化，底板断裂，下沉、废弃穿堤建筑没有及时拆除等。由于以上隐患病害存在，"%/.年吴家渡水位#"$"+、"%’#年为#"$#’+、"%%"年达#"$%’+时老铁路桥东、王台子东、水泥厂后、新老船塘堤后有明显渗水。（二）地形地貌蚌埠淮河南岸河漫滩相沉积宽度一般-$#&"$#(+，地势比较低洼，高程约"0&"%+，向南为平缓的阶地，一般高程在"%+以上，间有零星山丘，沿南岸支流亦有局部河间沉积带存在。本段淮河河道基本顺直，经蚌埠闸调整水势后，水流平缓，主流居中或微偏北，岸坡比较稳定，微受冲刷，河道主槽平均宽.,-+，平滩高程"/$/+。南岸滩地除二号码头一老铁路桥约.--+长，宽度小于.-+外，其余各处宽度均在"--+以上。（三）堤基地层结构"$老虎山—胜利路口（"#10--&%10--）目前"#1#--&"#10--无堤，但地面高程已高于#,$-+。圈堤堤基除局部表层有淤泥质壤土外，均为第四系上更新统地层（#$",），自上而下分三层，棕黄色，可塑—硬塑状粉质粘土、重粉质壤土，微—极微透水，厚#$.&0$.+；黄—棕黄色，稍密的轻粉质壤土、砂壤土夹粘性土、弱透水，厚"&/+；灰黄—褐黄色，可塑—硬塑状重、中粉质壤土、粉质粘土夹薄层粉质土，微透水，厚度—般大于.+。本段地层条件较好，但外坡脚在席家沟内地势低洼高程"0&"/$.+，且有淤泥或淤泥质土，易引发外坡失稳。#$胜利路口—轮船码头（%10--&/1-.-）堤基地层分为两段，上段为第四系全新统（#$1$"!）地层，在高程"!$-&/$.+以上分布，层厚—般"&,+，厚者可达.&0+。自上而下分别为：灰黄色—棕黄色，松散的轻粉质壤土、砂壤土夹薄层粘性土，或者为灰黄色，软—可塑状，重、中粉质壤土夹粉质土、弱透水。灰色、流—软塑状、淤泥质重、中粉质壤土夹粉质土，局部粉质土呈透镜状分布，微—弱透水。下段为第四系上更新统（#$",）地层，主要由棕黄色可塑—硬塑状重粉质壤土、粉质粘土组成，微—极微透水。,$轮船码头—老铁路桥东（/1-.-&010.-）堤基土层为第四系上更新统（#$",）地层，自上而下为：—""-#— 第三章淮河流域水利水电工程地质棕黄色，可塑—硬塑状中重粉质壤土，微透水，层厚!"#$。棕黄—黄色，稍密的砂壤土、极细砂夹薄层粘性土，弱透水，层厚!"%&’$。棕黄二褐黄色，可塑—硬塑状重粉质粘土、粉质粘土、微透水，层厚("#$。在高程%"(!$以下见强风化花岗片麻岩（河床内亦有露头）。)&老铁路桥东—龙子河口（*+*’!"(+,!!）堤基土层为第四系全新统（!"+"#)）地层，层厚!&,"-$不等，呈互层状分布。主要有：黄—灰黄色轻粉质壤土、砂壤土夹薄层粘性土，弱透水；土黄色粉质壤土，可塑伏，微透水，粘粒含量()&’."/&*.；灰色、土黄色重、中粉质壤土，可塑状，微透水；灰色淤泥质重、中粉质壤土，软塑状，微透水。灰色极细砂—轻粉质壤土夹薄层粘性土，松散—稍密，弱—中等透水，粘粒含量(/&’."(&/.，不均匀系数—般小于’。本层在#+’’!"(+%!!段，厚达/"-$，顶板出露在高程(’&!$以上距滩地面仅有/")$，易引发浅层渗透变形。’&龙子河———曹山脚（(+,!!"!+!!!）本段堤基可分布两段，上段为第四系全新统（!"+"#)）地层，层厚("#$不等，顺序如下：灰黄色，可塑状重、中粉质壤土，微透水；灰色、松散的砂壤土、轻粉质壤土，弱透水；灰色软—流塑状淤泥质壤土夹粉质土，微透水。下段地层在高程(/&!"%&’$以下，为第四系上更新统（!"##），棕黄夹灰色，可塑—硬塑状重粉质壤土、粉质粘土，微—极微透水。（四）堤基隐患(%-’年、(%,/年淮河水位达/(&("/(&/,$时，水泥厂（,+,!!附近），八—化工厂（)+!!!")+(!!）堤后水塘水位明显的随水位变化。在(%%(年大水时，在桩号-+’!!堤后距内坡脚,$处水井冒水。(%,!年春在-+%’!+,+#’!外坡脚发现长#’!$，上口宽#"’0$，向下延伸大于#$的顺堤向裂缝，原因可能是(%-,"(%-%年淮河流域大旱，淮河水位仅(!&*$，地下水位亦有较大下降，船塘封堵段，在圈堤压力下软土固结，引起堤基与滩地发生差异沉降所致。（五）穿堤建筑物状况圈堤上穿堤建筑物共有排水涵闸(!座，交通涵闸*座，排涝泵站-座及给水通管多道。多是/!世纪’!年代修建，半个世纪的运行，暴露了不少问题，常形成堤身隐患。近年已拆除交通道路排水老涵、龙子河老涵。但青年街老排涝涵仍存有一半在堤身内。新船塘涵洞底板断裂，内坡段下沉约!&($。南岗排涝涵上下游均被冲毁。穿堤涵闸均建于’!年代，混凝土表面已出现炭化、剥落及露筋现象，启闭方式陈旧，一号、二号涵闸(%%(年大水时漏水严重。（六）工程地质许价圈堤段淮河基本顺直，主流居中或微偏左岸，滩地宽度一般大于(!!$，局部较窄处，—((!#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例岸坡为老粘土（!"#!），微受冲刷，但比较稳定。据《中国地震烈度区划图》（"##$），蚌埠市区地震基本烈度为%度，圈堤堤基下浅层砂，粉质土多层多处分布，粘粒含量"&’(")*’，标准贯入击数$+!)&为!("+，按远震考虑，饱和砂土有可能发生轻—中等液化。堤基中的砂、轻壤土、极细砂夹薄层粘性土系冲洪积相土层，土质土性很不均一，水平垂直相变明显，呈“油饼状”，局部有极细砂透镜体，故此层渗透性应按弱一中等透水考虑，此类砂、粘性土多直接出露或在滩地下埋藏!(+,处，汛期易发生浅层渗透。圈堤内坡脚高程已达"-(**)!,，堤身宽度一般超过&$,，设计洪水位**)+$,，堤内修整填平沟塘水井等洼地，一般不至于产生管涌、流土等渗透变形。有-.,长堤段堤身土为轻粉质壤土、砂壤土混杂粘性土，土性与堤基浅层砂、粉质土类似，故汛期亦易发生散浸（往往与堤基浅层渗透复合在一起）。应注意防止局部集中渗漏。新老船塘封闭段，堤高+("")#,堤基下有$(+,厚的淤泥质重、中粉质壤土，流—软塑状，高压缩性，可能引发沉降变形。圈堤堤基地质结构，在以全新统地层为主的堤段，多为多层结构，其抗渗性及承载能力取决于表层砂、粉质土及淤泥质土的分布及性能。在上更新统地层为主的堤段，多为表层较厚粘性土的双层结构，堤基工程地质性能较好。!淮南城市圈堤淮南市位于淮河中游正蚌段南岸，境内南有舜耕山脉，东北接凤阳山区，西有八公山脉，中部地势低洼平坦，间有少数丘陵坡地，北临淮河，西南有东肥河、瓦埠湖，东部有窑河。城市防洪圈堤西起凤台淮河公路桥下的大山村，东至上窑镇，有堤段全长!#)"*.,，其中包括黑李段"*)%.,，老应段/)!-.,，耿石段*)%!.,，田家庵段%)&&.,，窑河封闭堤"")%+.,。以岗、坡地代堤段约"$.,。它保护了淮南市这个大型煤炭工业城市数十万城市人口及"#万亩地的安全，系*级堤防，见图!0/。黑李段、老应段、耿石段位于二道河蛇曲段南岸，田家庵—窑河段淮河河势顺直。淮南境内淮河长度约&$.,。受风台峡山口控制，淮南黑李段及石姚段为凸岸，沉积大量松散的砂、粉地层。老应段、耿石段、田家庵段为凹段，接受淮河南侵冲刷，出露时代较老的岗地土层，新近沉积土层不多。淮河在淮南市河道平槽宽度一般为*$$(/$$,，两堤间行水宽度+$$("$$$,，河道滩地高程*"("%,，平滩以下主槽深-)&("*)&,，河底高程为：峡山口&)$,，凤台公路桥$)$,，哑叭渡口0$)/,，石头埠0/)$,，淮南公铁两用桥+)$,，田家庵-)$,，河底比降约"1!$$$$。据历年资料，河道近期演变的主要特点是：主槽冲刷，哑叭渡口、石头埠下河道中均有深潭，滩地微淤，弯道凸岸淤积，凹岸冲刷，大水时主流有趋中撇弯现象，主流线较稳定。黑李段除"2$-$("2%-$堤外滩地宽"$(&$,，且河道中有长+$$(%$$,的深潭，潭底高程0$)/,以外。堤外滩地一般宽-$("*$,，堤内坡脚!$(+$,范围内普遍有深*)&—""$/— 第三章淮河流域水利水电工程地质图!"#淮南城市圈堤示意图$#%&’的取土坑，沟底高程(&%)$(*%*’。汛期在(+,),$(+*),段，曾涌沙冒水，已作减压井处理。老应段滩地一般宽&,$(,,’，堤内已填有宽!,$&,’的矸石土料，几乎至堤顶，形成压重平台。本段堤下深部有采煤坑道或为坍陷区边缘。耿石段基本是二道河右支的弯道拐点，外滩仅宽-,$&,’，末端石头埠下河床有冲刷深潭，底高程"#%,’，岸坡不太稳定，堤内坡脚下即为十涧湖渔场的鱼塘及取土沟塘，塘底高程-,%,$(.%#’。田家庵段堤外滩地宽度多在&,’以上，下游河堤内退，与上窑山地连接。外滩地—般宽!,,$&,,’以上，最宽可达&$*/’。淮南城市圈堤均为土堤，一般堤顶宽.$(,’，高&%&$0%,’，外坡约(1!，内坡上部约(1!，堤顶!’以下留有平台，以下边坡约(1&。外坡多为干砌块石护坡，堤顶已硬化为水泥或砂石路面。自龙王排灌站至小岛路，在土堤外建造了约*,,’长的重力式防洪墙（墙后填土形成平台）。（一）堤基地层结构圈堤的堤基地层可分为以下几类。(%双层结构（!!）类双层结构（!!）类其上部为砂、粉质土，下部为粘性土。此类地层以黑李段为典型：长(-%*/’，约占圈堤总长和!-%&2，自上而下为：砂壤土、轻粉质壤土互层夹薄层粘性土（!"+"##），黄色，松散—稍密，中等压缩性，层厚#%*$(-%*’，层顶高程(0%)$--%-’，层底高程0%&$(.%&’，渗透系数（$）为*%03(,"#"!4’56$(%!3(,4’56。中、重粉质壤土夹粉质土（!"+"##），黄灰色，可塑—软塑状，中等压缩性，层厚!%&$"#".(-%,’不等，（部分未揭穿）渗透系数（$）为-%.3(,4’56$(%&&3(,4’56。—((,&— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例中细砂夹极细砂、砂壤土及薄层粘性土局部含少量砾石（!"!"#"），灰黄色，中密、中等压缩性，本层厚度较大可达"#$。渗透系数（$）为%&’(%#)*+$,-."&/(%#)’+$,-。在此类地层分布的堤段，堤身土基本类似堤基下第一层土，为砂壤土、轻粉质壤土混杂少量粘性土，灰黄色，稍密一松散，渗透系数$（%&"’.%&/0）(%#)"+$,-。’&近似单—粘性土（!%）类此类地层自老应段以下各堤段基本归属此类，约’"&"1$，占圈堤总长的2’&"3，自上而下为：粘土夹壤土（!"!"#"），棕黄—灰黄色，可塑—硬塑状，中等压缩性，层厚#.2&/$不等（局部缺失），微透水。中、重粉质壤土夹薄层粉质土，灰黄—灰色，可塑状，中等压缩性，层厚#./&#$不等，弱透水。本层下部或局部往往夹粉质土较多，形成厚#.’&/$的轻粉质壤土夹砂壤土透镜体或夹层。在个别堤段（如田家庵段龙王沟以东）在堤基下浅部出露。本层在窑河封闭堤段（%4!/##.%5!’/#）等段，受窑河、高塘湖淤积影响，形成软一流塑状的淤泥质粘土层，高压缩性，厚度可达*.%’$。粘土、粉质粘土夹壤土（!"#*）棕黄色为主，可塑—硬塑状，中等压缩性，层厚多大于2.%#$，微透水。此类地层分布的堤段，堤身土亦基本为粘性土混杂少量粉质土，局部粉质土含量较多或成片状分布，灰黄—棕黄色，硬—可塑状，渗透系数，%&"%(%#)")2"+$,-.’&0(%#+$,-。（二）工程地质条件评价以黑李段为代表，堤基地层结构上部为松散—稍密的砂、粉质土，下部为粘性土的双层结构（"*）类，占堤长约*’&/3，其主要工程地质问题为渗透变形。以哑叭渡口（%!#4#.%!04#）为典型，汛期需要减压排渗，否则堤防安全会受到影响。黑李段（%!#4#.%!04#），耿石段（’!###.’!0*#），河道中有冲刷深潭，滩地狭窄，岸坡常坍塌，可能危及堤防安全。老应段以下各堤段，堤基地质结构多近似为单—粘性土（!%）类，占总堤长2’&"3。堤基土多为剥蚀台地土层，且在河底高程以上，常有上更新统老地层出露。虽局部有砂、粉质土透镜体，其抗冲，防渗等工程地质条件仍较好。堤基土有软土的堤段约’1$，有可能发生沉降、滑动变形等工程地质问题，但堤身多已进行了加固处理。以老应段为主，包括黑李下段，属矿区，堤防下有采煤坑道或为采空坍陷区边缘。对堤防来讲，这是—个特殊的工程地质问题。应由矿务局为主，会同有关部门加强观测，研究处置措施。综合评价淮南城市圈堤各堤段工程地质条件见表*)*：表*)*淮南城市圈堤各堤段工程地质条件评价类别评价长度（1$）占总长度的比例（3）6好的5&02’/—%%#2— 第三章淮河流域水利水电工程地质类别评价长度（!"）占总长度的比例（#）$较好%&%’((&)*较差+,&%+’-&).差-&/+&%据+,,-年《中国地震烈度区划图》，淮南市地震基本烈度为)度，不需专门考虑饱和砂土液化问题。0淮北大堤五河城关堤五河县城防堤为淮北大堤的一部分，上游从五河分洪闸左侧起，下至陈岭止（淮堤桩号%’1%--2%,1(--），全长3&0!"。见图34’。该堤段是五河县城关的防洪屏障，与淮北大堤—起保护着+---万亩耕地和)--多万人口和工矿企业、铁路等防洪安全。为一级堤防的一部分。图34’五河城关堤位置示意图五河县城防堤+,’’年春由淮委第一施工总队负责施工，在原有的淮河小堤基础上经过加高培厚形成。横断面标准：堤顶宽+-"；临水坡+53；背水坡堤顶以下3"设("宽平台，平台以上坡比为+53，平台以下坡比为+5’。堤顶高程(+&/’2(+&’-"。城关堤段从县河道局防汛储运码头至老船厂（淮堤桩号%)1+--2%)10--），长度3--"，受新浍河下泄水流及淮河分洪水流的冲刷，岸坡失稳，河岸仅距离大堤堤脚+-"左右，并且岸坡很陡。每年汛期都有坍塌发展，属险段。—++-/— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例!""!年#月$日淮河水位在!%&’’(时，县食品公司宿舍楼两侧，大约在%$)#**+%$)%**之间，内堤脚以上!(处至堤脚（高程!%&*+!#&,(）严重渗水，当时采取开沟回填砂石料导渗。老河入淮口处（淮堤桩号约%#)-#*+%#)’%*），!".’年封闭筑堤，用芦苇块石打成捆下抛堵口，!"..+!".#年陆续加高培厚，封闭堤最大高度可达!,(，曾用钻探灌砂处理堵口段，从钻眼向外冒沼气，可燃烧，有一个钻眼灌砂约,&.(-。!".%年因建北店子闸运石料需要，将已堵大坝重新挖开，!"."年又进行封堵。经过以上重复封堵。再加上当时施工条件所限，本段堤坝为险段。县造纸厂排污涵（淮堤桩号%%)*$.处，!"#$年建成），每遇大水闸门、洞身都漏水，需用草袋装土堵漏，整个涵洞全部用红砂岩条石砌成，石料本身质量不佳，砌石灌浆不实，属险涵。目前堤防横断面严重不足，二平台没有了，下面!/.的坡面基本上与上面!/-的坡面连成一条线，在淮河高水位情况下，堤身渗径不足，会造成内堤坡渗水。城关堤段内滩护堤地全被单位居民占用，修建了房屋，没有防汛抢险通道。鉴于以上原因五河城关堤应进行除险加固处理，以保障五河县及淮北平原安全度汛。（一）堤身工程现状城关堤系!"..年春淮委第一施工总队在原有的淮河小堤基础上经过加高培厚而修筑的。从勘察资料分析，修筑质量基本尚好。干重度基本大于!.012(-，较密实。但限于当时施工条件，取土场地在内外滩地。上堤土料为砂壤土、轻粉质壤土混杂少量粘性土，黄色。粘性含量’+!’&%3，粉粒含量.$&%3+%!&-3（%.)%**及附近堤身土混杂有较多的粘性土），土料的渗透性较大，为中等一弱透水层，渗透系数可达!&,4!*5’6(27。目前堤身断面内坡达不到设计要求，二平台被侵占及挖除，堤底宽度-*+’.(不等，渗径减小，易发生散浸渗透。应当指出，%$),$*堤顶以下,&*(、%$)#!*堤顶下-&.+’&*(、%#)-#*+%#)’%*堤身底部填筑土质量稍差，干重度为!-&$+!’&"012(-，容易造成类似食品公司宿舍（%$)#**+%$)%**）!""!年汛期堤内坡脚渗水等现象。!"#$年造纸厂修建的圬工结构的排污涵，涵洞用红砂岩浆砌而成，涵底高程!.&*(，闸门及洞身渗水严重，易形成堤身隐患。由此可见城关堤修筑质量虽尚好，但土质差，平均粘粒含量仅"&"3，渗透系数较高，局部有质量隐患，且断面不达标，应予除险加固。（二）地形地貌五河城关在淮河中游左岸，河湖洼地构成的河漫滩上，地势平坦。地面高程约!$&*+!#&.(。遍布冲积一湖积相地层，五河城关堤系直接修筑在古河道古砂洲等河势变化的动水环境成因的砂壤土、轻粉质壤土地层之上。（三）地质构造及地震烈度五河县城关的地质构造单元属中朝准地台，附近发育有118向郯庐深断裂及89向怀远—五河断层。场地地震基本烈度据《中国地震烈度区域图》（!""*）为#度。—!!*%— 第三章淮河流域水利水电工程地质（四）堤基工程地质条件!"地层第#层：淤泥质中粉质壤土夹薄层轻砂壤土，灰色，软—流塑状。高—中等压缩性。本层土仅在$$%&’(以下堤段外坡脚分布，层底高程!#")(*!)"&+,左右。第-层：砂壤土夹轻粉质壤土及薄层—极薄层粘性土，黄—灰黄色，砂粒含量!#"(.*-+"(.，粉粒含量($"&.*//"#.，粘粒含量#"&.*!)"!.，松散—稍密，中等—低压缩性，系第四纪冲—湖积相地层，水平渗透系数远大于垂直渗透系数，可达!"!&0!&1(2,34*("/#0!&1)2,34，基本沿堤线连续广泛分布，且厚度稳定达$"/*!)"(,，是构成堤基的主要地层。第)层：中、重粉质壤土局部夹薄层粉质土，灰色，可塑—软塑状，中等—高压缩性。本层沿堤线断续分布，底面高程约-"-*$"’,，厚度不大，属微透水地层，和第(层共同构成砂壤土的相对隔水层。但在$(%$&&堤段，堤基由本层构成。第(层：重粉质壤土、粉质粘土，底部夹薄层砂壤土，以黄—棕黄色为主，含铁锰氧化物，可塑—硬塑状，中等压缩性，为微透水地层，系第四纪上更新统冲积层。本层沿堤线连续分布在高程’"(,以下，大部分钻孔未揭穿。第’层：极细砂夹砂壤土，黄—棕黄色，砂粒含量/+"-.*/)"’.，粉粒含量!!"/.*!’"’.，粘粒含量#"+.*("$.，稍密—中密，低压缩性，抽水试验渗透系数5为-"&/01-!&2,34，为中等透水地层。本层仅在$/%-&&*$/%’&&,附近发现，顶板高程为)"$’*-")’,，厚约("’*’"&,。第/层：粘土，上部夹粉质土，局部夹砂礓，黄色，硬塑—可塑状，中等压缩性，高程1#"(,以下分布，本层未揭穿。#"堤基的地质结构$(%$&&*$(%+&&,堤基地质结构为单—粘性土层（!!），堤基土为可塑状中—重粉质壤土组成，抗渗，抗冲性能及稳定性较好。$(%+&&*$+%#!&,堤基地质结构上部均为松散—稍密的砂、粉质土（厚$"/*!)"(,），下部为可塑状重粉质壤土、粉质粘土构成的双层结构（"-），本段的岸坡抗冲及堤基防渗性能均较差。此类结构亦是淮北大堤下段（蚌埠及以下）的常见堤基地质结构类型。-"水文地质条件（!）地下水类型及水位。本堤段地下水主要为第-层砂壤土中的孔隙潜水，勘察期间，测得地下水位埋深—般在滩地面下!"!(*!"(&,，，地下水位为!)"+&*!’"+),。第’层极细砂中有水头不高的孔隙承压水，对河堤影响不大。（#）渗透性。据抽、注水及室内渗透试验资料：第-层砂壤土水平渗透系数为!"(&0!&1(1)2,34*("/#0!&2,34为弱—中等透水地层。第)、(层中、重粉质壤土，渗透系数—般小于等于!0!&1’2,34为微透水地层，可视为堤基的相对不透水层。—!!&+— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例第!层极细砂夹砂壤土，渗透系数达"#$%&$’"()*+，为中等透水地层，但埋藏较深，顶板低于淮河底约,#,)，且上部有第,层存在，对堤基影响不大。第-层粘土，渗透系数—般为!%&$’-()*+，为极微透水地层。.#砂土液化五河城关位于郯庐断裂西部边缘，场地地震基本烈度据《中国地震烈度区划图》（&//$）为-度。堤基土为较软—中软场地土，建筑场地类别为!0"类。堤基下10"倍堤高范围内基本上为第"层砂壤土夹轻粉质壤土，粘粒含量1#$20&.#&2，经淮堤,$年的压载固结，堤身下土的密实度有所提高，标准贯入击数,0&1击*"$()，贯人阻力&#!10"#""345，地下水为孔隙潜水，水位在滩地面下&#&,0&#,$)。按地震烈度#度近震考虑，经判别基本不可能发生饱和砂土液化。但内外滩地土层密实度稍差，标准贯入击数"0&"击*"$()，在#度地震时则有可能发生饱和砂土轻微液化。（五）工程地质条件评价五河城关堤堤身及堤基土均基本为粉质土为主，险情虽不多，原因是近十年堤防未承受洪水。综合分析评价各段工程地质条件如下：6,76$$06,7/$$)堤基土为单—粘性土结构（$&），堤身土亦混杂有较多的中、重粉质壤土，外滩宽度大于,$)，且位于五河节制闸边，工程地质条件较好（8）。6,7/$$06!7&$$)堤基上部为砂、粉质土，下部为粘性土的双层结构（%"），堤身为砂—轻粉质壤土，外滩地仅有,$)左右。堤基土、堤身有发生渗透的可能。（但河边有圬工建筑护岸）工程地质条件较差（9）。6!7&$$06!7.$$)堤基、堤身条件同上段，但岸坡承受淮河折冲水流及新浍河下水流冲刷，以砂壤土为主的岸坡抗冲能力较低，经常塌岸。目前距堤脚仅&$)左右，工程地质条件差（:）。6!7.$$06!7!$$)、6!76,$06-7"-$)、6-7.6$06/71$$)堤基土地质结构为%"类，堤身土为砂壤土、轻粉质壤土。堤身及堤基土均有发生渗透的可能。外滩地宽度-$0&,$)，自6-7/$$)以下有不同程度的塌岸现象，工程地质条件较差（9）。6!7!$$06!76,$)堤身以砂壤土、轻粉质壤土为主，&//&年淮河水位仅&6#..)，6!"。堤基7-$$06!76$$)内坡即有严重渗水。此段堤身土质量也较差，干重度&.#.;<*)土为%"类双层结构。堤身、堤基土均有发生渗透的可能，外滩地,$06$)，位于淮河凹岸，受主流冲刷有曾经塌岸的历史，工程地质条件差（:）。6-7"-$06-7.6$)系老河堵口段，堵口材料复杂，且历史资料不全，其他地质条件同上下各堤段，工程地质条件差（:）。—&&&$— 第三章淮河流域水利水电工程地质第五节重大险段工程地质条件!南哑叭渡口河床及岸坡稳定问题哑叭渡口位于淮南城市圈堤黑李段与凤台县灯盏窝之间的淮河主航道超河段，距凤台淮河公路桥约!"#$%。沿淮河多为河湖洼地，—般滩地高程&’(&)%，南岸间断有山丘、岗地临河出露。凤台西南的峡山口是淮河的第—峡口，过水断面骤减，水流受控，水势变化较大，受凤台县城西上更新统地层及淮南公路桥南山丘的影响，自峡山口—灯盏窝，连续形成三个反间弯道，河势很不稳定。淮河河道原在凤台城北—架河，沿现淮北大堤下泄。在黑李段、上、下六坊、石头埠—姚家湾形成滨河相砂、粉质土的弓形河漫滩。后来，淮河主河道从黑李段—灯盏滩中间冲开，形成超河，发展成目前的二道河现状。见图*+)。（一）工程地质概况本河段涉及的地层主要为全新统冲积层，自上而下分述于后。黄色、松散的砂壤土、轻粉质壤土夹薄层极细砂、壤土，层厚*",(#"-%，层底高程+0!)"-(.",%，粘粒含量&"./(!0"*/，不均匀系数*"!(#"-%，渗透系数#".1!’2%34(+*!"*1!’2%34，中等透水。黄—黄灰色，可塑—软塑状中、重粉质壤土夹粉质土，层厚0"*(!’"*%，层底高程!!"0(0")%，弱透水。黄灰色，稍密至中实的中细砂夹极细砂、粉质土含少量粗砂、砾石，层厚可大于0’%，层底高程+*)".%，颗粒分析成果见表*+0，不均匀系数*"*(,",，渗透系数!"&1!’+*+&2%34(0",1!’2%34，中—强透水。表*+0颗粒分析成果表名称粒径范围（%%）范围值（/）平均值（/）粘粒5’"’’,%’(!&"-&粉粒’"’,(’"’’,’(##"!!&",’"!(’"’,0"&())"’!&"#’"&,(’"!’(-!",*&"’砂粒’",(’"&,’()*".&#"’&(’",’(!."’!*"’圆砾6&’(*"0’"-—!!!!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"#哑叭渡口河势地形图典型地质横剖面见图!"$。（二）工程地质评价哑叭口渡口附近河段在高程%%&’(’&#)以上，虽有厚’&!(%*&!)的中、重粉质壤土存在，但夹粉质土、呈可塑一软塑状，耐冲刷能力较弱。其下的中细砂层上部夹有较多的极细砂一砂壤土，标准贯入击数!#!&+为%,(,+击-!*.)，耐冲刷能力弱。超河河段位于峡山口一灯盏窝连续的三个反向弯道末端，水势不稳，且本河段河道主槽仅宽,**(,/*)，形成收缩断面，势必增大下切冲刷力，当通过%****)!-0的设计流量时，流速可达到%&+)-0，极易在河道最窄处形成冲刷深槽，这在稍一中密的中细砂层中形成的冲刷坑，可能随水势的变化，前后左右移动，破坏河床的稳定。河岸上部（%#&$(1&+)高程以上）为松散的砂壤土、轻粉质壤土夹薄层极细砂，壤土、—%%%,— 第三章淮河流域水利水电工程地质图!"#淮南哑叭渡口地质横剖面粘粒含量仅$%&’()*%!’，粘聚力)+%#(#%,-./，耐冲刷能力更差，在河段水流的冲刷下，目前水下边坡)01()0+是不稳定的。所幸此层底部存在一层可塑—软塑状的中、重粉质壤土，可以遏制或减缓岸坡失稳的速度。应充分重视此段岸坡稳定问题，抓紧处置。建议在23&22($3222河段右岸抛石护坡，并向对岸（灯盏窝滩地）扩宽疏浚河道，增加过水断面。$北大堤黑牛咀险段黑牛咀险段位淮北大堤涡下段#3222(#31124。在怀远县张庄附近，系蚌埠闸施工导流封闭段，在节制闸上引堤的外侧，堤顶高程$1%+4，顶宽)24，一般堤高#(&4，最大堤高约)#4（导流渠底高程&4左右）。内外滩地高程一般)#%1(),%14，距堤右坡脚外$24左右，即为高程&%1()*4的洼地、渊塘。#3)12(#3!12堤左坡脚外亦接一深塘，塘底高程)2%14左右，#3222节制闸引堤外为原施工导流明渠，渠底高程&(&%14，见图!",。（一）工程地质概况险段地层自上而下叙述如下：黄灰色，松散—稍密的极细砂—轻粉质壤土（!"3"#*），不均匀系数+%,()%,，渗透系数（)%$()%,）5)2"*6478，弱一中等透水，在高程))()$4以上分布。灰色，松散一稍密的极细砂、砂壤土夹粘性土透镜体，不均匀系数$%2(!%1，渗透系数"*+%!5)26478，弱一中等透水，在高程（!())）()$4之间分布。典型地质剖面见图!"&。—)))!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"#黑牛咀险段位置示意图据测定黄灰色砂土最大孔隙比$%&$’$%!(；最小孔隙比)%**’)%+#。灰色砂土最大孔隙比$%!,，最小孔隙比)%*&。图!"-黑牛咀险段地质横剖面图灰白—灰黄，稍密—中密的中细砂夹粉土（!"#!），底部为中粗砂夹砾石，在高程!’","!).之间分布，渗透系数为$/$)0.12，中一强透水。本层延伸很远，系淮河古河道的—$$$(— 第三章淮河流域水利水电工程地质砂层。综合附近有关资料，地下水承压水头为!"#$%!$#$&，流向东南。本层在黑牛咀段上部缺失粘性土隔水层。中细砂中的深层承压水与浅层砂、粉质土的孔隙潜水，有直接水力联系。在高程’()&以下为花岗片麻岩（*+,-）。险段堤身土为砂壤土、轻粉质壤土混杂粘性土（!".），灰黄色，松散一稍密（#/(#$为.%!(击0()-&），天然重度!#1%!2340&(，干重度!$#.%!/#/340&(，孔隙比)#/(%)#""，不均匀系数/#$%!)。本险段堤基土承受的渗透压力来自三方面：!节制闸上游引堤外高程为!"#)%5(&的河水位。"汛期险段堤右节制闸下回流的河水位，可达高程5)%55#1&左右。#深层古河道砂层!"#$%!$#$&的承压水头。险段堤右坡脚下高程!.#$&以下的洼地，常年冒水，多处成片冒水涌沙（冒水口呈砂环状）局部地面凹陷，发生管涌现象。针对本段险情，曾于5)世纪1)年代中，在黑中咀段堤右坡脚下，作吹填压重，顶高程约至!1%!2&，宽约$)&。日前实施蚌埠闸扩建工程后，将取消蚌埠闸引堤或作为导流堤，黑牛咀堤右变为闸上淹没区，洼地冒水冒沙问题可能缓解，但有可能从"6!$)%"6($)堤左坡脚下深塘涌沙冒水，险情仍将可能存在。（二）工程地质评价根据勘测资料，险段两端三层砂性土及砂之间，均有厚度不等的粘性土，但此段却缺失，致使上部砂土与古河道砂层连通，深层孔隙承压水头长期作用在堤基浅层砂土中。蚌埠闸上游持续保持的水位多大于!"#)&高程，汛期可达5(#)&左右，其渗透压力亦作用于险段浅层砂土中。险段堤右的洼地高程2#$%!$#)，黄灰色砂土层直接出露，在渗透力的作用下，发生成片冒水、冒沙，局部地面凹陷的险情。本段的渗流方向不一定垂直堤段，多在闸下水位较低时发生。当淮河汛期，蚌埠闸全孔开闸放水后，闸下回流淹没洼地，水位可达5)&以上，渗透变形可能因回流水压力的作用，停止或减弱。据本险段发生渗透变形的资料，渗透出逸处只有!%!#$&的渗透位势，在此类极细砂—轻粉质壤土中（粘粒含量)%!!7，粉粒含量5)#$7%"/7，砂粒含量!(7%."#$7），即有可能发生冒水涌沙的渗透变形。据《中国地震烈度区划图》（!22)），本段地震基本烈度"度区边缘，经判别埋深!$&内砂土有可能发生轻微液化。地震发生时，渗透变形破坏将更剧烈。(窑河封闭堤软土堤段抗滑稳定窑河封闭堤软土堤段主要位于窑河闸及以东的!16$))%!265$)段（里程按田家庵段与窑河封闭堤合并计算）。原为高塘湖、窑河入淮通道，筑堤封闭后，抵御淮河的洪水，保障高塘湖沿湖农田及居民的安全，并且在堤上修建了5)/国道，是淮南东西向的主干通道。该堤段及窑河闸于!2/$年冬修筑，!2//年筑堤时曾发生滑坡，!2/"年进行加固处理，—!!!$— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例效果良好。!"#$年为抗震加固进行了复查，至目前未发现新的工程地质问题。（一）工程地质概况堤基下软土主要为淤泥质粘土、重粘土及重粉质壤土（!"#%），各处分布不均匀，沿原窑河河道约!&&’宽，软土深达高程$’，厚!$’左右，向西渐变薄，为!()*+’，至!#,)&&处尖灭，向东随着基岩面的抬高很快于!",$)&尖灭。以!",&)&断面为例，介绍工程及工程地质情况（图+-!&）。堤顶高程$.(#)’，宽#’，上下游边坡原为!/+，每)’左右设一级平台，宽$’，堤身高!$()’，自!"..年"月份施工至设计堤顶高程时，在窑河闸东发生#&余’长，向高塘湖（01）方向，水平错距+’的滑坡，后壁裂缝向下延伸#’，舌部淤泥质粘土挤出。后经加固处理，控制了填土速率，加大原窑河段堤身断面，增加两坡脚压重；堤顶宽#’，分别在上下游$+’、$&’、!.’高程处设平台，分别宽$’、!&’，!&’边坡分别为!/$，!/+()，!/!$()。加固处理后，工程状况良好。!"#$年经检测未发现新的问题。$&世纪"&年代末随着修建$&.国道的需要，以挡土墙的形式将堤顶宽度改为!%’，经多年运行，本堤段仍然稳定，未明显发现软土沉陷问题。图+-"窑河封闭堤（!",&)&）地质剖面图堤身土为黄—棕黄色粉质粘土混杂粉土（$#%），上部以粉质粘土为主要夹碎石，砖块等，下部粉土含量较多，填土均匀性、密实度不良；干重度!+()*!.(%234’+，孔隙比&(.5*!(&+，呈流一硬塑状态。堤基土为单一粘土（!!）类，自高程!%*$’，基本为青灰、灰黑色淤泥质粘土或重粘土（!"#%），流塑状，高压缩性，灵敏度$*.，十字板抗剪强度%&为$&267，含腐殖物及贝壳，上游侧钻孔深处发现，淤泥质土中多处有块石等杂物。在高程$’以下，见有紫红色二叠系上二叠统石千峰组砂页岩（’$()），强风化。—!!!.— 第三章淮河流域水利水电工程地质窑河原河道以西的堤段，在淤泥质软土层下，见有黄—棕黄色粉质粘土—粘土夹壤土（!"#!），可塑一硬塑状，堤段末端（"#$%&’(!"’）见有坡残积土层。基岩的出露，亦分别从高程’)*#(!)*#+（窑河河道），向两侧抬高至"!(",)&+高程。（二）工程地质评价堤防工程选址时，应尽可能避开软土深厚的地段，否则应核算其抗滑稳定性，适当放缓边坡，扩大设计断面，增加堤脚盖重，控制施工速率，采取工程措施，排水挤淤，提高其承载性能。并加强施工期沉降变形观测，保证其处于稳定状态后，再投入运行。—"""-— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例第四章海河流域水利水电工程地质第一节海河流域地质概况!地形地貌（一）洪积冲积平原由常年流水或季节性流水的河流堆积而成，主要分布于山前地带。地面坡降由!"#$$%!"&$$，逐渐减缓到!"&$$%!"!$$$，与其他类型的平原交接处有明显坡折。洪积冲积平原主要地貌类型有洪积扇、微倾斜平地、岗地、槽形洼地等，它们在一定程度上表现了河流的变迁史。（二）冲积扇平原冲积扇平原是来自太行山、燕山等边缘山地的一些河流所堆积的平原，以永定河、拒马河、滹沱河、漳河等河流的冲积扇规模较大。扇形平原上的古河道高地、砂岗、古河漫滩、古河床洼地等微地貌特征，往往反映了河流变迁的过程，成为冲积扇平原上的特色。冲积扇平原从上游到下游坡降变化明显，靠近山前的顶端地带坡降大致为!"#$$%!"&$$，河流有一定下切能力，河滩低于地面’%#(，河床变动较小；中部地带坡降!"!$$$%!"&$$$，是河流经常改道、决口、泛滥的地带，地面有大片沙地及古河道遗迹；冲积扇前缘地带，地势低平，坡降小于!"&$$$，且有不同河系的径流交汇，雨季排水困难，造成严重的洪涝灾害。（三）冲积平原海河冲积平原是由流域内河流迁移和泛滥冲积而形成的，分布面积广大，地势平坦，海拔高程在)*&%&*$(之间，平均坡度!"&$$$%!"+$$$，在基底构造和河流流向的控制下，平原区地势总体由西南向东北倾斜。不同河流历次改道和沉积物分异形成本区地貌的基本轮廓，地面正负地形相间排列，不同的地貌类型如河漫滩、自然堤、河间洼地、平地等具有带状平行排列的规律。（四）冲积湖积平原冲积湖积平原由河流与湖泊共同作用堆积而成，多分布于冲积扇平原或山前冲积平原的外围，是现代湖泊（如冀中的白洋淀、东淀）或古代湖泊洼地（如冀南的宁晋泊、大陆—!!!,— 第四章海河流域水利水电工程地质泽、恩县洼、文安洼等）的所在地，其地貌类型主要有湖滩、滨湖低地、平地、低平地、洼地等。白洋淀由大小!"个淀泊组成，总面积约#$%&’"，丰水期水深(%)(#’，最大蓄水量达(!亿’*；宁晋泊、大陆泽、恩县洼、文安洼等虽已干涸，但洪水季节还有一定积水面积，(!+*年特大洪水，曾使宁晋泊和大陆泽这两个洼地连成一片泽国。（五）海积平原渤海湾海积平原，是近代海成平原，海拔高程仅()*’，地面坡降小于(,(%%%%。其地貌类型主要为滨海低地、湖洼地和海滩，以滨海低地面积最大。滨海低地地面平坦，水流缓慢；湖洼地主要有南大港和北大港洼地等。（六）海积冲积平原海积冲积平原原为古代滨海地区，地势地平，海拔高程不超过#’，坡降小于(,#%%%，洼地和平地是其主要的地貌类型，在众多的洼地中，以黄庄洼、大黄铺洼、团泊洼的规模较大，是昔日的古代湖。"地层岩性海河流域平原区第四系沉积物，由西南向北东方向，随沉积环境的不同，可大致分为三个小区，即鲁西北小区、冀中南小区和天津南部小区。在不同区段沉积物岩性与厚度均存在一定的差异，其第四系分组见表-.(。表-.(海河流域平原区第四系划分对比表鲁西北小区冀中南小区天津南部小区层序地层代号分组层厚（’）分组层厚（’）分组层厚（’）岐口组")(%全新统/-(0)"0高湾组(%)-%天津组"%杨家寺组#)(#上更新统/*"%)!%欧庄组+%)(#-塘沽组#%)+%中更新统/"+%)(%%杨柳青组(#%)(!%佟楼组((%)(*%下更新统/(+%)(+%固安组(#%)"(%马棚口组"%%第三系上新统1"明化镇组（一）鲁西北小区(2下更新统（/(）本区下更新统（/(）沉积类型主要有冲积、湖沼积、海积及玄武岩等。岩性为棕黄、褐黄色壤土夹粘土质砂、粉细砂，砂层厚()(%’。普遍含有钙质结核或铁锰质结核及钙质淀积物。厚度+%)(+%’。"2中更新统（/"）—(((!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例中更新统（!"）在本区的沉积类型主要有冲积、湖积、海积及玄武岩、沉积凝灰岩等。岩性主要为灰黄、棕黄色粘土质砂、壤土夹细砂。厚度#$%&$$’。()上更新统（!(）上更新统（!(）的沉积类型主要也是冲积、湖积和海积。岩性为灰黄、土黄色粘土质砂、壤土及砂层。砂层厚度&%&*’。本统厚度"$%+$’。,)全新统（!,）鲁西北平原全新统（!,）沉积类型以冲积为主，余为冲洪积、湖沼积、海积等。上部为灰黄、土黄色粘土质砂、粉砂；中部为灰黑色淤泥或淤泥质壤土或粘土质砂、淤泥层等；下部为土黄色粉细砂。本统底部以一稳定的砂砾层或第一海相层为底界，总厚度&-%"-’。（二）冀中南小区&)下更新统固安组（!&!）根据古气候、岩性及沉积旋回等特征，可进一步分为两段：下段为冲积、湖积粘土、壤土夹砂砾层，以棕红色为基色，混有锈黄色、灰绿色及斑杂色，在黄骅坳陷本段底部局部有凝灰岩堆积，厚度-$%&&$’；上段为冲积、湖积的壤土、砂壤土与细砂层互层，以红棕色、棕色为基色，混有锈黄色，厚度.$%&$$’。")中更新统杨柳青组（!""）分为两段：下段以棕色、浅棕红色为主，为冲积、湖积含砂壤土夹砂砾层，部分地区近底部夹玄武岩及火山碎屑岩，厚度-$%&$$’；上段以棕黄色、黄棕色为主，为冲积、湖积壤土夹砂层，厚度.$%+$’。()上更新统欧庄组（!(#）可进一步分为三段：下段为冲积、湖积壤土、砂壤土互层，夹细砂层，局部底部夹玄武岩及火山碎屑岩，厚度($%#$’；中段为冲积、湖积壤土、砂壤土互层，夹细砂及淤泥层，局部夹泥炭，厚度"$%*,’；上段为冲积、湖积细砂、砂壤土、壤土互层，厚度&$%,$’。,)全新统（!,）杨家寺组（!,"）：为冲积、湖积壤土、淤泥、砂壤土互层，夹细砂层，上部局部夹泥炭，底部局部见有火山碎屑岩，厚度*%&*’。高湾组（!,-）：为冲积、湖沼积泥质砂壤土与中细砂互层，夹泥炭，厚度&$%,$’。岐口组（!,$）：为冲积、湖沼积壤土、砂壤土夹砂层，沿海一带为海相层，厚度"%&$’。（三）天津南部小区&)下更新统马棚口组（!&）可进一步分为两段：下段为冲积、湖积、海积粘土、壤土及粉细砂层，以深灰色、黄灰色、灰色、褐黄色为主，厚度&$-)+$’；上段为冲积、湖积、海积壤土、粘土夹粉细砂层，以褐灰色、褐黄色、灰黄色为主，杂以深灰色、棕红色，厚度+*).+’。")中更新统佟楼组（!"）分为两段：下段为冲积、湖积、海积粘土、粉砂夹有泥砾层，以灰色、灰黄色、棕褐色为主，杂以绿灰色、棕红色，厚度#-)$’；上段为冲积、海积粉砂、细砂、泥质粉砂夹粘土层，以灰黄色、黄灰色、灰色为主，杂以绿灰色、黄棕色，厚度&+)*$’。—&&"$— 第四章海河流域水利水电工程地质!"上更新统塘沽组（#!）分为三段：下段海积粉细砂夹壤土，厚度$"%&’；中段为海积、冲积壤土、砂壤土及粘土，以灰黄色、灰色为主，杂以淡绿色，厚度()"*!’；上段则为海积、冲积粘土、砂壤土夹细砂，灰色、土黄色及褐黄色，厚度(!"&(’。+"全新统天津组（#+）分为三段：下段冲积灰黄色、浅灰色壤土，厚度("*’；中段为海积深灰色、灰色、黄灰色壤土、淤泥质壤土、粘土夹细砂及泥炭层，厚度%)"+’；上段为冲积黄褐色壤土、砂壤土，厚度&"*’。!地质构造（一）,-向断裂,-向断裂是华北断块内的主要构造形迹。本区域大致等间距地分布着三条规模最大的,-向构造带，即山西断陷带、太行山东缘断裂带和沧东—聊考断裂带。%"山西断陷带山西断陷盆地带位于山西隆起的中部，是一条右旋剪切拉张带。该带由一系列大小不等的,-、,--走向的地堑或半地堑盆地作右行斜列组成，总体走向,,-。盆地的形成严格受断裂控制，上新世以来的沉积发育也与断裂活动有关，沉积物最厚的地段往往靠近活动断裂一侧。山西断陷带内的主要断裂有延庆盆地北缘断裂（.%）、怀来一涿鹿盆地北缘断裂（.(）、蔚县盆地南缘断裂（.!）、恒山北麓断裂（.+）、桑干河断裂（.&）、口泉断裂（.*）、五台山北麓断裂（.$）、系舟山山前断裂（./）、太白维山山前断裂（.0）、交城断裂（.%)）、霍山山前断裂（.%%）、罗云山山前断裂（.%(）、中条山北缘断裂（.%!）等。这些断裂第四纪以至晚更新世以来都具有明显的活动性，沿断裂带有中强地震发生，是华北断块内活动性最强的断裂。("太行山东缘断裂带太行山东缘断裂带由紫荆关断裂（.%+）、井陉一长治断裂（.%&）及太行山山前断裂带共同构成。紫荆关断裂（.%+）和井陉一长治断裂（.%&）发育于太行山隆起内部，主要活动时期为中生代，新生代尤其是上新世以来活动明显减弱，但第四纪以来仍有微弱活动，沿断裂带有中、小地震分布。太行山山前断裂带是分割太行山隆起与华北断陷的边界断裂带，其地貌特征明显。断裂带的浅部由一系列长几十至上百公里的,-向断裂组成，这些断裂斜列展布，控制次级凹陷或隆起的分布。根据断陷内地层发育特征分析，断裂活动时代及幅度有所差异。其中，黄庄一高丽营断裂（.%/）及所控制的北京断裂主要活动时代为新第三纪及第四纪，个别段落晚更新世一全新世仍有活动。徐水西断裂（.()）和望都一新乐断裂（.(%）及所控制的徐水断陷、保定一石家庄断陷主要活动时代为始新世，新第三纪以来，断裂活动较弱，沉积中心偏离断裂东移。徐水西断裂（.()）和望都一新乐断裂（.(%）倾角较缓，第四纪以来活动微弱。—%%(%— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例宁晋断裂（!""）、新河断裂（!"#）、邯郸断裂（!"$）、汤西断裂（!"%）、汤东断裂（!"&）等为太行山山前断裂的南段，主要控制束鹿断陷、邯郸断陷和汤阴断陷，早第三纪有一定活动，主要活动时代为新第三纪和第四纪。太行山山前断裂的南段断裂第四纪以来都有明显活动，个别段落晚更新世以来仍有活动。沿太行山东缘’(向断裂带曾发生过)*#+年北京,-.级地震、),.%年涞水,级地震、)&,,年邢台*-"级地震、)#)$年涉县,级地震以及一系列中小地震。#-沧东—聊考断裂带沧东断裂（!#+）与聊考断裂（!##）间有一高塘凸起，它们是在同一应力作用下形成的右旋剪切破碎带中的两个羽列段，可称之为沧东—聊考断裂带。该断裂带早第三纪活动明显，晚第三纪以来断裂活动明显减弱，但第四纪仍有活动，沿断裂带有中强地震发生。除上述三条大规模的’(向断裂带外，还存在其他一些’(向活动断裂，主要分布在华北平原断陷区内，其中最新活动断裂位于断陷北部，一般晚更新世—全新世有活动。这些断裂对地震活动具有明显的控制作用，为主要的发震构造，包括顺义—前门断裂（!#$）、通县—南苑断裂（!#.）、夏垫断裂（!#,）、唐山断裂（!#*）、大城断裂（!#%）、曹县断裂（!#&）等。（二）’/向断裂华北断块区域内，除占主导地位的区域’(向断裂外，’/向断裂也很发育。主要有张家口一渤海断裂带、无极—衡水断裂带、涉县—磁县—大名断裂、焦作—新乡—商丘断裂带等。)-张家口—渤海断裂带该断裂带为分割山西隆起、华北断陷与北部的阴山—燕山隆起的分界断裂。它并不是单一的断层，而是由狼山—新保安断裂（!$+）、南口—孙河断裂（!$)）、蓟运河断裂（!$#）等一系列’/向断层组成，具有左旋水平活动特征，沿该断裂带有强震活动。"-无极—衡水断裂（!$$）无极—衡水断裂（!$$）总体走向’/—’//，新生代活动强烈，构成冀中凹陷主体部分与邢（台）衡（水）隆起的分界断裂，第四纪晚期无明显活动。#-磁县一大名断裂（!$.）磁县—大名断裂（!$.）走向’/—’//、倾向’(，中段构成内黄隆起和临清凹陷的分界断裂，向东南方向过朝城后断断续续与马陵断裂相接，向西断续延伸至涉县盆地。在布格重力异常图、航磁图上均有清楚的显示。)%#+年磁县*-.级地震发生在断裂的西段。$-焦作—新乡—商丘断裂带该断裂西起济源、焦作一带，向东经新乡、封丘，过黄河到商丘继续向东南延伸，是一条区域性大断裂，在布格重异常图和卫片上有显示，为一组平行断裂（!.#、!.$），第四纪以来仍有明显活动，影响现代水系的发育。)%.*年修武,级地震及)&#*年&月#+日封丘.-.级地震发生在该断裂带上。.-太行山东缘’/向断裂除前述较大规模的’/向区域性断裂外，在太行山东缘断裂带上，亦有一些’/或—))""— 第四章海河流域水利水电工程地质!""向断裂存在，主要包括永定河断裂（#$%）、拒马河断裂（#$&）、涞水断裂（#$’）、安阳南断裂（#$(）等，这些断裂第四纪活动普遍较弱，晚更新世以来基本无活动，只有个别与区域性!"向断裂相关的断裂如南口—孙河断裂（#$)）、磁县—大名断裂（#$*）等晚更新世以来有活动。此外，在东部还存在其他一些!"向断裂如无棣一益都断裂（#*+）、菏泽断裂（#*)）等。其中，沿菏泽断裂（#*)）曾发生)(,&年&级地震。$活动断裂分布与地震地震活动与第四纪断裂关系密切，强震一般发生在晚更新世以来有活动的断裂上。华北断块区晚更新世以来的活动断裂基本位于山西断陷盆地带和河北断陷盆地内。在山西断陷带内，断陷盆地边缘的主干断裂为晚更新世或全新世有活动的断裂，断裂主要为!-—!!-向展布，其性质为正断层或正走滑断层。在河北断陷带内，晚更新世以来活动的断裂主要分布在北部，包括华北断陷盆地北部边缘的!!-向断裂及张家口一蓬莱断裂带内的!""向断裂。在华北平原内部!"向隆起带上的!-向断陷边缘，也有晚更新世以来有活动的断裂分布，如里坦断陷边缘的大城断裂等。在华北断陷盆地南部也存在个别活动断裂。晚更新世以来的活动断裂分布列于表$./。表$./第四纪晚期活动断裂与地震长度断裂名称断裂编号走向活动性质活动时代相关地震活动（01）延庆盆地北缘断裂#)%+!-正2$),,&年%3*级、)&/+年%3/*级怀来—涿鹿盆地北缘断裂#/!-正2,蔚县盆地南缘断裂#,*+!-&+4正2$)*’)年和)%)’年%级恒山北麓断裂#$)/’!--正2$桑干河断裂#*)$+!--正2$)(’(年大同%3)级口泉断裂#%)’*!--正2$)+//年和)+,*年%3*级五台山北麓断裂#&’+!-%+4正2$*)/年代县&3*级系舟山山前断裂#’),+!--右旋正断2$)+,’年定襄&3/*级太白维山山前断裂#($+!-&*4正2$)%/%年灵丘&级交城断裂#)+)/*!-右旋正断2$%级霍山山前断裂#))5)++!!-右旋正断2$),+,年洪洞’级罗云山山前断裂#)/)/+!!-右旋正断2$*级中条山北缘断裂#),南口山前断裂#)%!-正2)—2$清河断裂#)&$+!--正2$)&,+年北京&级—))/,— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例长度断裂名称断裂编号走向活动性质活动时代相关地震活动（!"）黄庄—高丽营断裂#$%$&’()&’*右旋正断+,涞水西断裂#$-()正+$—+,$./%年涞水.级新河断裂#0,1’()右旋正断+&$-..年邢台120级汤东断裂#0-3$’’(()正+/4.级顺义—前门断裂#,&$$’(()正+$—+,通县—南苑断裂#,/$$’(()正+,夏垫断裂#,.$’’(()右旋正断+&$.1-年三河%级唐山断裂#,1/’()右旋正断+&$-1.年唐山12%级大城断裂#,%$,’(()右旋正断+$—+,$-.1年大城.2,级狼山—新保安断裂#&’(5+0南口—孙河断裂#&$.’(5,$’*正+,—+&蓟运河断裂#&,(5+$-1.年唐山.2-级磁县—大名断裂#&/3$’’(55左旋正断+&$%,’年磁县12/级菏泽断裂#/&(5左旋正断$-,1年菏泽12’级由表&60可知，山西断陷带为华北断块区域内活动性最强的区域断裂带，并为主要的强震活动带。公元前1%’年至今，发生12’412-级地震.次，还有$,’,年洪洞、$//.年华县0次%级地震，%级地震位于山西地震带的南部。强震发生一般与断陷盆地边缘活动断裂有关。在华北断陷盆地内，()向构造为主要的发震构造。本区()向构造主要为太行山山前断裂带和沧东一聊考断裂带。如沿太行山东缘()向断裂带曾发生过$1,’年北京.2/级地震、$./%年涞水.级地震、$-..年邢台120级地震、$,$&年涉县.级地震等，沿沧东一聊考断裂带曾发生一系列中小地震。(5向断裂带上的强震活动亦与这两条断裂带相关，如$%,’年磁县12/级地震、$-,1年菏泽12’级地震等。(5向构造对地震活动具有明显的控制作用。其中地震活动性最强的(5向构造带为华北断陷北部的张家口—渤海断裂带，该断裂带控制了华北平原两次最强烈的地震，即$.1-年的三河—平谷%级地震和$-1.年的唐山12%级地震。焦作—商丘断裂带及以南区域内的断裂活动都较弱，无强震发生，只有中小地震活动。根据地震活动在空间分布上的不均匀性，华北地区包括河北平原地震带、山西地震带和许昌—淮南地震带。海河流域平原区位于河北地震带，其主体构造是华北断陷盆地内部的一系列(()向活动性断裂带，西部包括太行山东缘断裂带，东部包括沧东断裂带和聊城—兰考断裂带，—$$0&— 第四章海河流域水利水电工程地质北部延伸至燕山南缘，南部包括新乡—商丘断裂带。山西地震带主要包括山西断陷盆地带。许昌—淮南地震带位于华北断块南部，相当于豫皖差异运动断块的范围。河北平原地震带和山西地震带都是华北地区强烈活动的!!"向地震带，许昌一淮南地震带呈!##向，属中强地震活动带。$水文地质概况海河流域平原区堆积了巨厚的不同成因类型的第四系松散堆积物，其成因类型有洪积、冲积、海积、湖积堆积或它们的联合作用堆积形成，致使松散堆积物在平面和剖面上的颗粒组成都非常复杂。其透水和含水性的差异亦很大，但均为孔隙含水层。在平原区西部和北部近山前地带大多以孔隙潜水含水层为主，接受大气降水和山区地下水径流补给，径流较强烈，向河床和平原区深部径流排泄。平原区中部和东部地区，浅部为孔隙潜水含水层，呈条带状埋藏于古河道地带；而河间地块则成为条带状的相对隔水带，即使含水，水量亦很小，且在南部地带多为咸水或苦水；接受大气降补给，径流相对较弱，局部呈相对封闭状水体，以蒸发排泄为主。中、东部的深部则分布有孔隙承压含水层，由于埋深大，除接受上部含水层越流补给外，主要接受山前地带孔隙潜水的径流补给，径流相对较强烈，向渤海方向排泄。近年来，由于开采量过大，不仅使京广铁路附近及其以西地带地下水大幅度下降，还在衡水、德州、沦州、大城、天津等地形成大面积地下水位下降，形成几近连在一起的大降落漏斗。现将各含水组（大致划分）水量、水质概况简述于后。（一）第一含水组含水层底界面埋深%$&’(&&)。山前地带为强风化的粗砂砾石承压含水层，下部为致密的混粒结构，含有泥色（风化）砾，上部具有层状结构，含有钙和铁锰质结核。承压水头高程*’%)。矿化度&+%’&+$,-.，为重碳酸钠钙型水，单井的单位涌水量可达$’%/&)（-0·)）。水量丰富，主要接山区地下水径流补给和大气降水的补给，近年来，由于东部平原区大量开采地下水，地下水位下降幅度很大。中部平原区为含砾粗砂承压含水层，含有钙质结核。承压水头高程/’%)。在西半部矿化度&+$’/+&,-.，水化学类型为重碳酸钠钙、重碳酸硫酸钠、重碳酸钠型水。含水量丰富，主要接受西部山前地下水径流补给和上部地下水越流补给，向东部平原区径流排泄。由于局部地段透水性差异，一些地段地下水位下降较严重。东半部，矿化度达/+&’/+$,-.，水化学类型为重碳酸钠、氯重碳酸钠型水，局部地段为氯钠型水。主要接受地下水径流补给和上层地下水的越流补给，径流很微弱，局部地段为封闭的埋藏水（沉积水）。中部平原区的单井单位出水量可达*+$’/&)%（-0·)）。滨海平原区，主要为中细砂孔隙承压含水层，承压水头高程1$’12)。矿化度/’%*,-.，水化学类型为氯重碳酸钠和重碳酸硫酸钠镁钙型水，单井单位涌水量可达%’3)-（0·)）。主要接受地下水径流补给和浅部淡水层的越流补给，径流缓慢，向渤海排泄。（二）第二含水组山前平原区，以石家庄为界分为北、南两部分。北部含水层低界埋深*$&’%&&)，以南则小于/&&’*$&)。中部平原及滨海平原为%&&)左右，从西到东含水组内的岩性变化—//*$— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例为卵砾石一粗中砂一细中砂一中细砂一粉细砂。山前地带见有弱风化砂卵砾石层，东部地区见有咸水含水层。含水组富水性较强，均为淡水，为承压含水组。山前平原区，承压水头高程!"#$。矿化度%&’"(&%)*+，水化学类型为重碳酸钙镁型水和重碳酸硫酸钙钠型水。单井单位涌水量!"’$,（*-·$），局部可达(%"!%$,（*-·$）。主要接受大气降水和山区地下水的径流补给，水量丰富，径流强烈，向下游（平原区）排泄。中部平原区的西半部，承压水头高程#".$，矿化度%&’"(&%)*+，水化学类型为氯硫酸钠镁型水、重碳酸氯硫钠镁型水和重碳酸钠型水，后者水的矿化度小于%&’)*+。中部平原区的东半部，地下水的矿化度("!)*+，水化学类型为重碳酸氯钠型水、氯硫酸钠镁型水和重碳酸钠型水，后者矿化度较低，为%&’"(&’)*+。中部平原区该含水组，主要接受地下水侧向径流补给和少量的上部含水层越流补给，水量相对较丰富，单井单位涌水量大多为’"(%$,（*-·$），局部地段可达!%"’%$,（*-·$）。径流较强烈，向下游排泄。滨海平原区，地下水水头高程/’"/.$，矿化度("!)*+，水化学类型为氯重碳酸钠型水和重碳酸硫酸钠镁钙型水。主要接受地下水侧向径流补给和少量上部含水层越流补给。径流较弱，向渤海排泄，水量较丰富，单井单位涌水量,"0$,（*-·$）。（三）第三含水组该含水组底界面埋深0%"(%%$。西部山前地带埋深#%"1%$，含水组岩性呈卵砾石!中粗砂!中细砂!粉细砂由西向东由粗变细的变化。东部及滨海平原普遍分布有咸水含水层。在山前平原区，承压水头高程2"(%$。水的矿化度小于%&’)*+，水化学类型为重碳酸钙镁型水和重碳酸硫酸钙镁型水。接受山区地下水径流补给和大气降水补给，径流强烈，向平原区径流排泄。含水量丰富，单井单位涌水量可达!%"’%$,（*-·$）。中部平原区承压水头高程2".$。西半部水的化学类型为重碳酸钠镁型水和硫酸氯钠镁型水，矿化度!"’)*+，局部地段大于’)*+；东半部水化学类型为重碳酸氯钠型水和重碳酸硫酸钠型水，矿化度%&’"(&%)*+。主要接受地下水侧向径流补给和少量上部含水层越流补给，水量较丰富，径流较强烈，向滨海平原区径流排泄，单井单位涌水量(%",(’$（*-·$）。滨海平原区，为咸水或苦水，水化学类型为氯钠型水，矿化度达(%",%)*+。（四）第四含水组该含水组为潜水含水层。含水层底界面埋深!%"#%$，局部地段为(%"’%$或更浅。山前或近山前地带含水层由砂砾石中粗砂组成，中部平原东部和滨海平原区多为粉细砂和粘土裂隙含水层。黄河以北的聊城、德州、衡水、沦州等地区，粉细砂分布于古河道，水质相对较好，为低矿化度淡水，而古河道间的河间地块则为高矿度咸水或苦水，且水量亦不丰富。山前平原水化学类型为重碳酸钠镁型水，矿化度小于%&’)*+，单井单位涌水量可达,!%$（*-·$）以上，水量丰富，主要接受大气降水、河水和山区地下水径流补给，径流强烈，向平原区排泄或越流补给下伏含水层。—((!#— 第四章海河流域水利水电工程地质中部平原区的西半部，水化学类型较复杂，水的矿化度亦有较大的变化，水化学类型有重碳酸钠钙型水，矿化度!"#$%&；重碳酸硫酸钠镁型水和重碳酸硫酸氯钙镁型水，矿化度#"’$%&；氯硫酸钠镁型水，矿化度高达’"!($%&。中部平原区的东半部，水化学类型较西半部更复杂，主要有重碳酸硫酸钠镁型水，矿化度()’"#$%&；重碳酸硫酸氯钠镁型水和重碳酸氯钠镁型水，矿化度#"’$%&；氯硫酸钠型水，矿化度’"!($%&。中部平原区地下水主要接受大气降水补给和地下水径流补给，局部地段有少量地下水越流补给，西半部水量较丰富，单井单位涌水量可达!(*+（%,·*），东半部水量不丰富，单井单位涌水量小于#)’*+（%,·*）。滨海平原在古河道上分布有重碳酸硫酸氯钠镁型水，矿化度小于()’$%&；大部地段为硫酸氯钠型和氯钠型水，矿化度!("+($%&。水量不丰富，主要接受大气降水补给，少量为河水和地下水的径流补给。地下水位高程!"#*，单并单位涌水量()’"#)’*+（%,·*），或更少。近年来，由于中部平原区的东半部大量开采地下水，使得山前平原区和中部平原区的西半部，该含水层几近干枯，水文地质环境发生极大变化（恶化）。第二节主要工程地质问题海河流域平原区地貌及第四纪地质概况，第四系松散堆积物有洪积、冲洪积、冲积、冲湖积和海积等不同成因类型。主要堤防工程展布于冲积、冲湖积和海积平原，除永定河上游段堤基土体以砂砾石或含砾砂或粉细砂为主外，其他各河系（包括白洋淀千里堤），主要为壤土、砂壤土和粘土等组成堤基土体，仅局部地段堤基土体为粉细砂。大部分堤基土体表部为壤土或砂质粘土，分布厚度!"+*不等，渗透系数小于!-!(.’/*%0，且属于中—低压缩性土，可视为相对隔水层，其承载力能满足堤身土体对地基变形的要求，是良好的堤基土体。在粉细砂层分布堤段，原为古河床相堆积，结构较疏松，渗透系数大于!-!(.1/*%0，透水性较强，作为堤基，其抗渗强度低，大多以流土的形式破坏。海河流域平原区，大部分地段为!度地震区，塘沽、汉沽、北京等为"度地震区，这些粉细层分布堤段，饱水时发生23地震，初判为可能液化材料。近海堤段，如独流减河、漳卫新河、永定新河、子牙新河等，近入海口堤基表部均为近代堆积的壤土淤泥质壤土，土体虽是微透水性，但其均属中等偏高压缩性土或高压缩性土。加之河道中间开挖有深槽，枯水季节为两岸地下水的排泄通道。堤基土体在堤身土体荷载作用下，更加速了堤基土体的沉陷或固结，所以上述堤段堤基沉陷异常明显，但尚未发现明显的不均匀沉陷。作为堤防工程亦遇有一些特殊土的工程地质问题，诸如：湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、分散性土、冻土、杂填土和软土等，它们各有其特殊的物质组成和结构、水与其作用有着不同的机理和物理性状的变化，故都有其特殊的工程地质问题。目前对上述特—!!#2— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例殊土的勘察、作为工程体所具有物理力学特性，都有很好的工程经验总结和规程规范及评价标准，不再赘述。!滨海地带的软土问题软土在海河流域滨河平原区分布较广、且在陆相、海相地层中都有发育。软粘土天然孔隙比大于或接近!，天然含水量大于液限含水量，主要为淤泥、泥炭层和淤泥质土等，其液限含水量大于"#$，承载力小于"#%&’，压缩系数大于#(")&’*!，不排水不固结剪小于"+，以天然含水量高、压缩高、强度低，呈软塑一流塑状态为软土的基本特征。按照经验，孔隙比大于!("，含有有机质的软土称为淤泥；孔隙比!(#,!("的软土称为淤泥质软土；当土中有机质含量大于"$时称为有机质土，大于-#$时称为泥炭。软土的天然含水量高、孔隙比大、灵敏度高、压缩性高、渗透性弱、强度低等特征，是由其形成环境、物质组成和结构特征所致。因此软土具有如下工程特性。（!）软土的孔隙比大，单个空隙亦大，土体空隙充填着结合水和毛细水，甚至是重力水（自由水），土颗粒间粘结力小，因而土体抗剪强度低；由于毛细水和重力水容易排出土体，故土体又具高压缩性。所以，在研究软土变形时，应注意研究其固结状态———正常固结土、欠固结和轻度超固结土。（.）触变性高亦是软土的一大特性，亦是由于毛细水和重力水多、土颗粒结合力弱所致，一般软土的灵敏度/,0，个别达1,2或更大。因此，软土地层被扰动或震动后，易产生滑动、变形或基础土体向两侧挤出等破坏现象。这是地基开挖时应注意的问题。（/）流变特性。主要表现为在荷载作用下土体变形的时间效应———随时间延长土体产主蠕变的特性。软土在相当小的剪切荷载作用下，在特定条件下，其变形可能长期发展，产生漫长的剪切变形和抗剪强度衰减（长期强度），但同时要产生较大的固结沉降，这对边坡和码头地基稳定影响较大。故应注意研究土体的长期强度———土体强度的时间效应。（0）弱透水性。软土土体的渗透系数，!3!#*-*1,!3!#4567，对于软土地基土体而言，加荷初期地基孔隙水压力不易消散，影响着地基土体的强度和稳定。所以，一般认为软土强度低、变形大、固结时间长、因土体夹透镜体而产生不均匀沉陷、裂缝、漏水、堤等，因土体强度低，土体易产生坍塌、滑动等破坏。因此，我们研究软土时，应注意研究软土的成因类型、埋藏条件、成层性和展布规律、矿物组成、颗粒组成、有机物含量、有否硬壳层和砂的夹层及透镜体等。.堤基渗透稳定问题永定河、独流减河、漳卫新河、漳卫、卫河、青龙湾减河等部分堤段堤基土体上部分布有砂性土，下部为粘性土，且砂性土层在堤内，外临空，这种堤基土体结构对堤基渗透稳定不利，易产生渗透变形破坏，“2-·1”洪水使漳卫河局部堤基有渗透变形的迹象；青龙湾减河丰水季节局部堤段堤内地面有冒砂现象等，均说明砂性土堤基地堤内，外临空时应注意其发生渗变形破坏。渗透变形的类型有：管涌、流土、接触冲刷、接触流失。如果按变形破坏的形态分类，—!!.1— 第四章海河流域水利水电工程地质有：泉涌、沸砂、沸土、鼓包等等。根据颗粒分析资料，海河流域平原区砂性土的不均匀系数平均值!"#，大多小于!。所以，宏观判别其渗透变形破坏形式以流土为主，局部地段因上覆砂性土偏粗，与下伏粘性土接触带有可能产生接触冲刷破坏。流土破坏不像管涌破坏那样，细颗从粗颗形成的骨架中被带走流失；而流土发生时，全颗粒同时移动，具突发性大面积的破坏，因此流土较管涌破坏更具危险性。在评价土体的抗渗强度时，习惯上通常采用抗渗比降这一指标，因此抗渗比降这一参数亦就成为评价土体抗渗和对土堆载抗渗加固中的重要定量参数，一般采用太沙基公式计算，还有的采用工程类比方法确定土体的抗渗比降等等。以上两种方法确定的抗渗比降，都应属于经验值范畴，不能反映成因类型、土体微结构、固结程度不同造成的土体抗渗强度的差异。在技施设计中应采用渗透变形仪试验数据，根据土体结构和计算边界条件给予适当的折减，以保证工程体的安全运行。部分堤段堤基砂性土渗透变形试验成果见表$%!。表$%!砂性土渗透变形试验成果表土的定名临界比降破坏比降壤土&’(&"&’(#&’)"&’$砂壤土&’*#"&’(#&’!"&’+粉细砂&’(&"&’()&’,-"&’,(!堤基土体液化问题海河流域冲积平原和海积平原区，古河道分布有砂性土，且地下水位较高，即使在平水期亦大多处于饱水状态。饱水的砂性土体在动力作用下，土体中孔隙水压力上升，土体抗剪强度降低或消失，出现喷水冒沙、丧失承载能力或流动变形等称之为“液化”。由于土体液化造成的工程上不允许的变形称之为“破坏”。例如：,(++年邢台地震对滹沱河北大堤和白洋淀千里堤的破坏；,(-+年唐山地震对滦河大堤和定河、塘沽附近堤防堤基的破坏等等，都是由于堤基砂性土体振动液化破坏的实测。地震液化破坏的土层均为无粘性土或少粘性土层。第三节重要堤防工程地质条件,漳卫河系堤防漳卫河系堤防主要包括漳河（磁县西高压以下）、卫河（老观咀以下）、卫运河、漳卫新河。—,,)(— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（一）漳河!"堤基工程地质（!）陈村段。位于漳河右岸，桩号!#$!%%%&!’$(%%)，钻孔揭露（!*)）深度范围内，土质类型主要为壤土、砂壤土、粉砂和粘土等。附近有历史上洪水期决堤口门。地基土体上部以壤土、粉砂、砂壤土为主，天然干密度较小，密实度差，局部砂层与堤内、外连通（河床内侧高于堤外侧地面），结构疏松，渗透性较强。（*）吴村段。位于漳河右岸陈村险工段下游，桩号*%$%%%&*($%%%)，堤长(+)。钻孔揭露深度（!*)）范围内，地基土体为第四系冲积松散堆积物，自上而下依次为砂壤土（单层厚("(&,"-)）壤土（*"%&("%)），下部为粉砂、近底部为砂壤土或壤土，粉砂底部有一层连续性较好的淤泥质壤土（或淤泥质砂壤土）。砂壤土占总厚度的!#.&*!.，壤土占*-.&/-.，粉砂占(0.&0#.，淤泥质壤土（或淤泥质砂壤土）占*"-.&’"/.。土层在水平方向上展布基本稳定。上游段（桩号*!$%!#"’&*!$!*’）中上部砂壤土、壤土多属高压缩性（压缩系数多在%"(**&%"0(#1234!）。下游段为中等压缩性土，局部土体孔隙比较大。粉（细）砂标准贯入击数较低（*"(&0"!击）。（/）白枣林段。位于漳河左岸，桩号-*$%%%&-*$-%%)。堤基土体为第四系全新统河流相松散堆积物，由壤土、粘土及少量砂壤土组成。其中壤土约占勘探深度内地基土体总厚度的(-",.，粘土约占!0"0.，砂壤土约占/#"-.，均呈层状或透镜体状展布。堤基土多为粉粒含量较高的少粘性土，其平均粒径在%"%!-&%"%#-))之间（壤土、砂壤土），孔隙比大值平均值为%"’%/&%",,%。（(）刘深屯段。位于漳河右岸，桩号-,$’%%&0*$%%%)。堤基土体为第四系全新统河流相松散堆积物，在勘探深度范围内（,&!*)）未见地下水。揭露有壤土、粘土、砂壤土及粉砂。大堤两侧地层由南向北砂壤土、粉砂逐渐增多，呈层状或透镜体状展布。上游段中上部为壤土，下游段中上部为粘土，由于河流侧向冲刷及人工挖砂，堤基土体临空。壤土粉粒含量平均值为0,"#.，高值可达’!"’.。粘粒含量小于!-.。密实度不均一。（-）大韩道段。位于漳河右岸桩号#*$’-%&#/$!-%)，历史上洪水期大堤决口，致使堤基土体受到严重冲刷，遭受破坏长度约*(%)（桩号约为#*$’’%&#/$!*%），冲刷最深处达!!"-)左右。勘探深度范围内，堤基土体组成为壤土、砂壤土、粉砂，粘土仅在局部分布，其厚度分别占总厚度的/%.&--.、%&(-.、%&0-.、%&/%.。以壤土、粉砂居多，粉砂多为洪水期决口处的堆积物如：桩号#*$’’%&#/$!*%)。多为高压缩性土（压缩系数大值平均%"-*(1234!），标贯击数低，故形成局部段堤顶沉陷。砂壤土、粉砂结构松散，抗冲刷能力差，渗透性较强，在饱和状态时，易产生堤坡滑动及流土型渗透破坏。（0）徐万仓（马时庄—邢村）段。位于漳河左岸马时庄、黄炉至王乍村附近，桩号’#$/%%&,/$%%%)，段长-"#+)，地面高程(%&(()。为第四系全新统河流相松散堆积物（567），堤基土体为壤土、粘土、砂壤土及粉砂。桩号’’$-/%&’’$0,%)、’,$/*%&’,$(/(*)、’,$#/-&’,$’!%)三段堤基上部!&!"-)均为粘土，质地松散，孔隙比大，属于高压缩性土。（#）徐万仓（魏）段。位于漳河下游末端左岸，桩号,#$%%%&,’$%%%)。勘探深度范围内主要为壤土、砂壤土及粘土，分别占勘探深度内堤基土层厚度的/(.&(!.、*’.&—!!/%— 第四章海河流域水利水电工程地质!!"及#!"$%%"。（&）崔岳村段。位于漳河右岸，桩号’()((($’*)(((+。堤基为第四系全新统河流相松散堆积物，在勘探深度内主要为砂壤土、粘土、粉砂及壤土，分别占总厚度的%!"$,(("、#-"$*("、($!*"及($#!"。堤基土体成层性较好，顶部为粘土，厚约,.!$!.(+，下部为砂壤土和粉砂，多为中等压缩性土。中下部的砂壤土、粉砂，标贯击数-.,$,*.-。局部段外侧堤基砂壤土土体临空%.*$%./+。表!0!漳河堤防工程土体质量分类堤身土质量控制性组分填筑堤防堤防工程分段堤防工程土原设计堤基工程地质分类粘粒粉粒压实度干密度级别（桩号）体质量分类压实度（!,、!#、!%）（123+%）（"）（"）右岸陈村!,)!%(.’#-.#$,*.,#’.&$*#.((.&*$(.’%,.!!$,.-%!%,/),(($,&)!((右岸吴村!!%(.’#/.($,!.-!/.%$*’.!(.&#$(.&*,.!,$,.!/!%#()((($#!)(((左岸白枣林!%(.’#,/.&$%#.’!’.’$*#.*(.&&,.!-!%*#)((($*#)*((右岸刘深屯!,)!#(.’#/.&$##.-**.-$-,.’(.&*$(.’%,.!!$,.*%!%*’)&(($-#)(((右岸大韩道!!%(.’#!.’$,#.-#!.#$%*.!(./*,.#’!%/#)&*($/%),*(左岸许万仓!#)!%(.’##-.($!#.’!,./$*#.,(.&($(.’-,.!/$,.*&!%&/)%(($’%)(((左岸许万仓!,)!%(.’##/.($!(.#!*.’$*!.’(.&*$(.’*,.*!$,.*/!#’/)((($’&)(((!右岸崔岳村!,)!%(.’#,’.,$!#.,!%.*$*&.&(.&%$(.’%,.!*$,.!/!,’()((($’*)(((束堤段!,（’）束堤段。束堤段位于漳河下游近末端现行洪河道内，从河北大名县七里店（漳河右堤）起经万堤镇至西营镇附近（与右堤再次相交），全长约,’4+。束堤段地势较为平坦，上游比下游略高，最大高差约!.*+。右堤、李二庄、石家庄村附近地面高程约!%.*$!*.(+，石家庄以北、后屯、万堤、马庄、大李庄一带地面高程!,.*$!%.*+，大李庄、郭庄、冯店、皂庄、毕庄至右堤引河附近地面高程!,+左右。右堤内侧引河河床高程%-.!+。堤基（砂）土体天然含水量和天然密度较低，孔隙比大，土体结构疏松，均属中等压缩性土。地基上部以粘土为主，局部段为壤土，分布较为稳定；中下部为砂壤土，厚度大、分布广、连续性较好；下部粉砂、细砂多呈透镜体状。地下水位埋深在,%.*$#-.(+之间，大多埋深,*$#(+，为潜水，局部呈上层滞水，赋—,,%,— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例存于潜水位以上粉砂透镜体中。灌溉用水主要为深部地下水。!"堤身工程质量各堤段堤身工程土体质量分类如表#$#。（二）卫河卫河上起老观咀下至许万仓（与漳河汇流处）。卫河流经浚县、滑县、内黄及馆陶等地。卫河左堤长%&’"()*+，右堤长%,)"’)*+，均属于!级堤防。根据野外观察及勘探试验资料，堤身土主要由壤土、砂壤土组成，局部堤段见有粉土和粉砂，虽岩性组成简单，但其分布规律性差，为人工就地取土填筑所致。%"左堤工程地质左堤上游及下游以壤土为主，局部为砂壤土；中游以砂壤土、壤土为主。从颗粒分析成果看，壤土粘粒含量多在%)-.!)-之间，粉粒含量在#)-./)-之间。筑堤土多为就地取土，多为壤土、砂壤土，局部为粉砂。据试验资料分析及野外观察，堤身土体干密度小、孔隙比大、结构疏松；筑堤土料为壤土0砂壤土或砂壤土的堤段达1#"1-，壤土堤段仅占!’"(-（其粘粒含量多大于%’-）；勘察范围各堤段堤身土体的填筑干密度均比其相应填筑质量控制干密度小’-.!’-。故左堤工程土体质量均判定为!(类。!"右堤工程地质右堤上游以壤土、砂壤土为主，局部为粉砂、粉土，中游以壤土为主，下游以砂壤土、壤土为主。从颗粒分析成果看，壤土粘粒含量多在%)-.%’-之间，粉粒含量在#’-./)-之间。筑堤土多为就地取土，一般为壤土和砂壤土，局部为粉砂、粉土。筑堤土料以壤土0砂壤土组合的堤段占#/"!-，壤土堤段占’("&-（其中粘粒含量小于%!"(-的占!#"/-）；组成各堤段堤身土体干密度较相应堤防工程级别应达到的堤身土体干密度要低得多。故右堤防工程土体质量判定为!(类。("其他问题（%）卫河沿岸村、镇较多，因而穿越堤防的公路、便道较多，这些部位一般堤高不够。另外，亦有堤防断面偏小及不均匀沉降等问题。（!）据现场调查，堤身中存在蚁穴及孔洞，局部堤段堤坡陡、小冲沟发育。（(）据粗略调查，灌溉渠道、废弃闸址和扬水站等穿堤建筑物，沿卫河两岸共有#)余处（部分已掩埋而无法看到）。上述建筑物多在堤身中下部穿过，其与堤身工的接触部位、其封堵材料及封堵质量均应予以重视，河道行洪时，这些部位都可能是隐患。（三）卫运河%"堤基工程地质（%）左堤。馆陶段（桩号)2))).#)2#))）：地面高程#)"/.(/"!+。钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质壤土、粉质砂壤土、粉质粘土、粉土及粉细砂等。其中，粉质壤土约占’)-左右，厚度大且分布稳定，是主要的堤基土类型；粉质砂壤土次之约占!’-左右，分布有一定的连续性；粉质粘土、粉土及粉砂等合计约占!’-左右，在上部粉质壤土层中主要以夹层形式出现，厚度一般较小，连续性较差；粉细砂层主要在土层下部范围内分布，并有一定厚度和连续性。—%%(!— 第四章海河流域水利水电工程地质临西段（桩号!"#!""$%&#%""）：地面高程’()*$’")!+。钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质土、粉质砂壤土、粉质粘土、粉土及粉细砂等。其中，粉质壤土约占!,-$,"-，厚度大且分布稳定，是主要的堤基土类型；粉质粘土次之，约占’,-左右，在上部土层中呈透镜体状分布（厚度")*$.),+），在下部土层中则厚度增大，并呈连续状分布（桩号,/#"""以后）；粉质砂壤土约占.,-$*"-，厚度变化较大（")*$()"+），连续性相对较差。清河段（桩号%&#%""$&/#(""）：地面高程’")!$*/)*+。钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质壤土、粉质砂壤土、粉质粘土、（粉土及粉砂）等。其中，粉质壤土占("-左右，厚度大且分布稳定，是主要的堤基土类型；粉质砂壤土次之，约占.,-$*"-，但连续性差，多呈透镜体状分布，厚度变化亦较大；粉质粘土约占*"-左右，在下部土层中分布较连续。故城段（桩号&/#(""$.(*#"""）：地面高程*/)*$**)*+。钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质壤土、粉质砂壤土、粉质粘土、粉土及粉砂等。其中，粉质壤土约占(,-左右，厚度大且分布稳定，是主要的堤基土类型；粉质粘土约占.,)(-$*"-，厚度变化大并有一定连续性，尤其在下部土层中分布连续性相对较好；粉质砂壤土约占.,-左右，在上部土层中多呈透镜体状断续分布，厚度变化多在"),$,)"+之间。（*）右堤。冠县段（桩号"#"""$’"#’""）：地面高程!")’$’,)%+。钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质壤土、粉质砂壤土、粉质粘土、粉土及粉砂等。其中，粉质壤土占!,-$,"-左右，厚度大且分布稳定，但夹层较多，是主要的堤基上类型；粉质砂壤土次之，约占’"-，主要分布在下部土层，上部多以透镜体出现；粉质粘土、粉土及粉砂各约占,-$."-左右，均呈断续状分布。临清段（桩号’"#’""$%!#,""）：地面高程’,)%$*&)(+。钻孔揭露深度内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质壤土、粉质砂壤土、粉质粘土、粉土及粉砂等。其中，粉质壤土约占(,-，厚度大且分布稳定，是主要的堤基土类型；粉质砂壤土约占./-，在局部段（桩号0’"#’""$0’,#"""、0!"#"""$0!,#"""）有一定的连续性；粉质粘土约占."-$.,-，在下部土层中有一定连续性；粉土及粉砂约占,-左右，均呈透镜状分布。夏津段（桩号0%!#,""$0&,#.""）：地面高程*&)($*%)%+。钻孔揭露深度内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质壤土、粉质砂壤土夹粉质粘土及粉砂等。其中，粉质壤土约占%"-，厚度大且分布稳定，是主要的堤基土类型；粉质砂壤土约占."-$.,-，呈透镜体状分布；粉质粘土约占."-，呈透镜体状且主要分布在下部土层中；粉砂约占’-左右，局部少量分布。武城段（桩号0&,#.""$0.,/#.""）：地面高程*%)%$**)*+。钻孔揭露深度内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物，主要土质类型有粉质壤土、粉质砂壤土、粉质粘土、粉土和粉砂等。其中，粉质壤土约占,,-，厚度大且分布稳定，是主要的堤基土类型；粉质砂壤土约占*"-，在局部段有一定的连续性；粉质粘土约占.,-$*"-，在下部土层中局部有一定连续性；粉土和粉砂约占,-$."-，主要分布在桩号0.’,#"""+下游段的—..’’— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例下部土层中。（!）堤基工程地质分析。对于本河段堤防工程而言，堤基土承载力完全可满足上部堤身附加荷载的要求。堤基多为中等或中等偏低压缩性土层，在高度小于"#的堤身荷载作用下不会产生较大的沉降量。由于堤基土以粉质壤土为主，厚度大且连续分布，对地基土体稳定影响较大，粉土或砂性土多以夹层形式出现，因此初步认为可暂不考虑土体饱和震动液化问题，但应对静力荷载下土体饱和状态的稳定性进行复核。建议堤基土在天然饱和状态下的抗剪强度综合指标为!$%&"’()、!$%"*。堤基土渗透破坏形式以流土为主，建议堤基土体渗透允许坡降值为#允$&+,%-&+!.。,+堤身工程质量堤防工程土体质量分类见表/01。表/01卫运河堤防工程质量分类堤堤身土体堤身土体"%、",、"!填筑堤基工程防堤防工程分段堤防工程土原设计填筑压粘粒含量粉粒含量满足!&+.,干密度地质分类级（桩号）体质量分类压实度实度别（2）（2）（2）（345#!）（类别）6&7&&&-,/&7/&&#",&+.,8+"-%9+%1"+!!&+1&+"9%+/8-%+1,","6/&7/&&-,9.79&&#",7"%&+.,9+,-%8+,1.+8,/+9&+!"%+/"-%+1!",69.79&&-6."78&&#",7"%&+.,8+%-%8+1/&+1-1.+,,%&+""%+/8-%+11","6."78&&-6%8,7&&&#"!&+.,9+!-%1+,8/+/%&+"/%+/!",:&7&&&-:!&7!&&#"!&+.,%1+811+.%,+!&+"8%+/1-%+1!",":!&7!&&-:9/71&&#",7"%&+.,%8+%1"+8!8+"&+".%+1,",:9/&71&&-:.17%&&#"!&+.,%1+%8%+/%8&+"8%+/1",":.17%&&-:%1"7&&&#"!&+.,%1+%8!+/%/&+"/%+/9",（四）漳卫新河%+堤基工程地质（%）岔河。桩号&7&&&-%/71&&#：该段两岸松散堆积物组成基本一致，以壤土、粘土为主，分别约占/12-1&2和!12-/&2；砂壤土较少，约占%12。桩号%/71&&-/,71&&#该段两岸松散堆积物组成基本一致，其中壤土较多，占/&2-1&2，砂壤土次之，占!&2-/&2，粘土最少，约占,&2。（,）老减河。桩号&7&&&-%97&&&#：以壤土、砂壤土为主，各约占/&2，其次为粘土，约占,&2。桩号%97&&&-,"71&&#：以壤土及砂壤土为主，各约占/&2，粘土约占,&2。桩号,"71&&-1%71&&#：该段两岸堤基土组成略有不同，左岸以壤土及粘土为主，其次为砂壤土；其中壤土约占/12，粘土约占!12，砂性土约占,&2。右岸砂壤土较多，约占1&2，壤土次之，约占!&2，粘土约占,&2。（!）漳卫新河。左堤桩号/,71&&-9.7&&&#、右堤桩号1%71&&-".71&&#：以壤土为主，约占112，其次为砂壤土，约占!12，只在局部夹有少量粘土。—%%!/— 第四章海河流域水利水电工程地质左堤桩号!"#$$$%&$"#’$$(、右堤桩号)"#’$$%&*$#’$$(：以壤土为主，占+$,%’$,，粘土和砂壤土次之，占*’,%-$,，土层结构较复杂。左堤桩号&$"#’$$%&+!#$$$(、右堤桩号&*$#’$$%&’!#’’$(：以壤土层为主，约占!$,，砂壤土及粘土层均较少，且呈透镜体状分布，多分布在堤基中下部。左堤桩号&+!#$$$%&"&#$$$(、右堤桩号&’!#’$$%*$$#$$$(：该段粘土较多，局部达’$,%!$,；其次为壤土，呈薄层或透镜状分布，局部夹有少量砂壤土。（+）堤基工程地质分析。区内地层为第四系冲积和冲积海积松散堆积物，分布有一定范围和厚度的粘土层，其分布范围、厚度、埋深及土的压缩性变化较大，堤基压缩变形问题较为复杂，河口地段堤基沉降量会很大。堤北水坡外地形较为复杂，有许多洼地、引水渠、排水沟及水坑等。岔河、老减河各堤段分布有较多的砂壤土、粉土，局部为粉细砂，土体结构松散，厚度不一。沟店铺以上，地震基本烈度为!度，其下游处于"度区。岔河堤基砂性土的平均粒径一般在$.$*%$.$+((，老减河堤基砂性土的平均粒径一般在$.$-%$.$!((。堤基土体物理力学指标如表+/0。表+/0漳卫新河堤基土体物理力学参考统计表颗粒组成（,）抗剪强度天然土体天然密度干密度粉粒压缩系数渗透系数含水量孔隙比砂粒粘粒!#定名（123(-）（123(-）$.$!’%（678/&）（3(2;）（,）4$.$!’((5$.$$’((（978）（:）$.$$’((&.)&%&.+&%$.’!-%$.&*$%0.-<&$/0%粘土-."%-’.+$%++.!&!.)%"+.+’.0%+’.-*%!!-%-$&."*&.)+&.$)-$.0$"&.)<&$/+&.+!%&.*0%$.’+!%$.&$-%+."<&$/+%粉土’.’%-0.-).)%-".--0.0%)).!+.0%-+.!&*%-"!.’%-$*.&-&.)*&.&’’$.0’$’.)<&$/0&.0&%&.+*%$.0-"%$.$"$%’<&$/-%砂壤土0.$%-$.)’."%*$.)’".&%"-.!$.&%++.*0%!!0%-0*$.!&.!)$."0+$.’"$’.0<&$/+由表+/0试验数据不难看出，同一类土的试验数据分散性较大，主要由于含水量大小和成因类型差异所致。*.堤身工程质量堤防工程质量分类见表+/!。*子牙河系堤防（一）宁晋泊北围堤&.堤基工程地质工程区内发育巨厚的第四系松散堆积物，钻孔揭露深度内（最大深度为".’(），堤基为第四系全新统冲积松散堆积物，松散堆积物由壤土、粘土、砂壤土组成。据土工试验成果，堤基土体粉粒含量较高，多为粉质壤土及粉质粘土，可塑—硬塑，多为中等压缩性土，局部为高压缩性土；多属弱—微透水性，局部为极微透水性土。—&&-’— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例!"堤身工程质量筑堤土为人工就地取土，分布无规律，堤身土体主要由壤土、粘土组成，局部为上砂壤土、碎砖土、礓石，土质不均一，其物理力学性质亦有差异。根据堤身土击实试验的最大干密度（根据工程类比提出：若以壤土为主，最大干密度为#"$!%&’()；若以粘土为主，最大干密度为#"*+%&’()）及堤身土填筑干密度，按堤身土体质量可分为,段。堤身土体质量以!)类为主，部分为!#类，各堤段堤身土体质量分类见表,-.。表,-.宁晋泊北围堤堤身土体质量分类表堤身土击实堤身土填筑质量控制大于填筑质量控制分段最大干密度干密度（/"0!压实度）干密度占百分数类别备注（桩号）（%&’()）（%&’()）（1）)$2.//3,$2///(#"$!#"+.*,!!,$2///3+#2+//(#"*+#"+!#//!#+#2+//3+02///(#"$!#"+.+/!!3!)部分堤段为!!类+02///3*,2)+/(#"*+#"+!/!)（二）宁晋泊东围堤#"堤基工程地质根据堤基土体组成及其物理力学性质，将堤基土体工程地质分为三段。桩号/2///3#)2///(以砂壤土为主，土质不均一，夹有壤土、粘土透镜体，属于!)堤基。桩号#)2///3!)2$+/(上部以壤土为主，下部以砂壤土为主，局部夹有粘土透镜体，属于!!堤基。桩号!)2$+/3).2///(以粘土为主，夹有壤土透镜体，属于!#堤基。前已述及，桩号/2///3#)2///(段，堤基土体以砂壤土为主，行洪时，位于地下水位以下，呈饱和状态，根据颗分成果，粘粒含量为+"$130"#1，均小于#*1，故发生$4地震时，初判为可能液化材料。!"堤身工程质量筑堤土为人工就地取土，分布无规律，堤身土体主要由壤土、粘土组成，局部为砂壤土、碎砖石、礓石，土质不均一，其物理力学性质亦有差异。该段堤坝长,."05(（桩号/2///3,.20//(），以壤土为主，部分为粘土、砂壤土，土质不均一，大部分粘性土被砂壤土包裹。其物理力学性质亦有差异，干密度变化大，部分堤段低于筑堤土填筑质量控制干密度，局部堤段土体疏松。物探成果亦表明，堤身土体土质不均一、存在局部土体疏松、裂缝或鼠獾洞。穿堤建筑物附近堤身土体密实程度较差，局部穿堤处堤体的坡面上发育有大小不一的塌坑。该段为!级堤防，对应于压实度/"0!的筑堤土填筑质量控制干密度应为#"+.%&’()。据土工试验成果，参加统计的)0组数据中，干密度大于上述质量控制干密度的占!)"!1。宁晋泊东围堤堤身土体质量如表,-0。—##)*— 第四章海河流域水利水电工程地质—##"!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例—##"!— 第四章海河流域水利水电工程地质表!"#宁晋泊东围堤堤身土体质量分类表堤身土击实堤身土填筑质量控制大于填筑质量控制分段最大干密度干密度（)*#+压实度）干密度占百分数类别（桩号）（$%&’(）（$%&’(）（,）)-))).!/-#))’0*1+0*2/+/!(（三）滏阳新河0*左堤（0）堤基工程地质。根据堤基土体组成及其物理力学性质，将堤基土体工程地质分为3段分述如后：桩号)-))).0(-)))’：主要为粘土，分布稳定。属!0类堤基。桩号0(-))).(!-)))’：以砂壤土为主，局部夹有粘土、壤土透镜体。属!(类堤基。桩号(!-))).30-2))’：以壤土为主，夹有粘土、砂壤土透镜体。属!0类堤基。桩号30-2)).1)-2))’：以砂壤土为主，夹有粘土透镜体。属!(类堤基。桩号(!-))).30-2))’：以壤土为主，夹有粘土、砂壤土透镜体。属!0类堤基。桩号(!-))).30-2))’：粘土与壤土互层，夹有砂壤土透镜体。属!0类堤基。桩号0(-))).(!-)))’、30-2)).1)-2))’堤段，堤基土体以砂壤为主，根据颗分成果，粘粒含量分别为+*!,./*!,、3*),.#*2,，均小于03,，位于地下水位以下，呈饱和状态时，遇到"度地震，初判为可能液化材料。（+）堤身工程质量。筑堤土为人工就地取土，分布无规律，堤身土体主要由壤土、粘土组成，局部为砂壤土、碎砖石、礓石，土质不均一，其物理力学性质亦有差异。堤身土体颗粒组成较复杂，土体结构较疏松，而穿堤建筑物附近堤身土体密实程度较差，局部穿堤堤段堤身土体的坡面上发育有大小不一的塌坑。据有关资料，村庄、堆积柴草附近堤段发现鼠、獾洞。历史上，曾对该段堤防进行过加固处理，但应注意加高培厚体与原堤接触面的质量。堤身工程土体质量分类如表!"0)。表!"0)滏阳新河左堤堤身土体质量分类表堤身土击实堤身土填筑质量控制大于填筑质量控制分段最大干密度干密度（)*#+压实度）干密度占百分数类别（桩号）（$%&’(）（$%&’(）（,）)-))).+)-2))’0*1+0*2/+2!(+)-2)).(1-)))’0*1+0*2//!((1-))).2/-12)’0*1+0*2/+1!(2/-12).32-2))’0*1+0*2/)!()-))).!/-#))’0*1+0*2/+/!(—00(#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例!"右堤堤防工程质量（#）堤基工程地质。根据堤基土体组成及其物理力学性质，将堤基土体工程地质分为$段简述如后。桩号%&%%%’#&!$%(：主要为粘土，分布稳定。属于!#类堤基。桩号#&!$%’)$&%%%(：以砂壤土为主，夹有壤土透镜体。属于!)类堤基。桩号)$&%%%’##%&%%%(：粘土、壤土互层，夹有砂壤土透镜体。属于!!类堤基。桩号##*&$%%’#!+&+%%(；以砂壤土为主，夹有粘土透镜体。属于!)类堤基。桩号##*&$%%’#!,&+%%(：以壤土为主，夹有砂壤土、粘土、淤泥质土透镜体。属于!!类堤基。综上所述，桩号#&!$%’)$&%%%(、##%&%%%’##*&$%%(段，堤基土体以砂壤土为主，土体结构较疏松。桩号#&!$%’)$&%%%(、##%&%%%’##*&$%%(段，堤基土体以砂壤土为主，根据颗分成果，粘粒含量为-"%.’#%"%.、*"/.’+"-.，均小于#*.，位于地下水位以下，呈饱和状态时，故"度地震时初判为可能液化材料。（!）堤身土体工程质量。筑堤土为人工就地取土，分布无规律。滏阳新河右堤堤身土体主要由壤土、粘土组成，局部为砂壤土、粉砂、碎砖石、礓石，土质不均一，其填筑干密度变化大，部分低于筑堤土填筑质量控制干密度。其物理力学性质亦有差异。物探成果亦表明，堤身土体土质不均一，存在局部土体疏松、裂缝或鼠、獾洞等。穿堤建筑物附近堤身土体密实程度较差，局部穿堤堤体的坡面上发育有大小不一的塌坑。堤身土体质量分类如表/0##。表/0##滏阳新河右堤堤身土体质量分类表堤身土击实堤身土填筑质量控制大于填筑质量控制分段最大干密度干密度（%"+!压实度）干密度占百分数类别（桩号）（123()）（123()）（.）%&%%%’*&$%%(#"-!#"$,)%!)*&$%%’#/&%%%(#"-!#"$,%!)#/&%%%’!!&$%%(#"-!#"$,#-!)!!&$%%’)$&$%%(#"-!#"$,#,!))$&$%%’/)&$%%(#"-!#"$,!$!)/)&$%%’$-&-$%(#"-!#"$,*-!)$-&-$%’-+&$%%(#"-!#"$,)*!)-+&$%%’,/&%%%(#"-!#"$,$%!),/&%%%’#!,&+%%(#"-!#"$,!)!)注该段堤身土缺少击实最大干密度，该最大干密度据工程类比给出。填筑干密度由标贯试验换算得到。（四）子牙新河#"左堤—##/%— 第四章海河流域水利水电工程地质（!）堤基工程地质。堤基为冲积相（!"#"）的壤土、砂壤土及粘土，多呈层状分布，部分堤段呈透镜状分布；多为中等压缩性土；地下水位埋深较大（勘探深度内未揭露），堤基土体位于地下水位以上，所以产生较大沉陷的可能性不大；但桩号!#$%&’’(!#)%’’’*、!"!%$&’(!"#%’&’*段，为淤泥质土，应注意堤基的沉陷问题。桩号!#$%&’’(!#)%’’’*、!"!%$&’(!"#%’&’*段，以淤泥质壤土为主，局部为淤泥质壤土、壤土；下卧层为粘土，应注意其抗滑稳定性问题。桩号!’%’’’(!)%’’’*、+)%&’’(,#%&’’*、!’$%’’’(!!!%&’’*段，堤基土体以砂壤土为主，局部为粉砂，土质较松散，应注意堤内低洼地形部位可能发生的渗透破坏。桩号!’%’’’(!)%’’’*、+)%&’’(,#%&’’*、!’$%’’’(!!!%&’’*堤段，堤基土体以砂壤土为主，局部为粉砂，根据颗分成果，粘粒含量分别为"-,.()-/.、+-&.(!’-’.、/-,.(,。".，均小于!/.，位于地下水位以下，呈饱和状态时，遇有!度地震，初判为可能液化材料。（$）堤身工程质量。筑堤土为人工就地取土，分布无规律，其物理力学性质亦有差异。子牙新河左堤堤身土体主要由壤土、粘土组成，局部为砂壤土、粉砂、碎砖石、礓石，土质不均一。其填筑干密度变化大，部分堤段填筑干密度低于筑堤土质量控制干密度，堤身土体松散。物探成果亦表明，堤身土体土质不均一，局部堤段土体疏松、裂缝或鼠獾洞等。穿堤建筑物附近堤身土体密实程度较差，局部穿堤堤体的坡面上发育有大小不一的塌坑，沿建筑物与堤身土体接触部位为产生渗透破坏的薄弱地带。堤身工程土体质量分类如表"0!$。表"0!$子牙新河左堤堤身土体质量分类表堤身土填筑质量大于填筑质量控制堤身土击实分段控制干密度干密度百分比最大干密度类别（桩号）（’-)"压实度）（123*#）’-)$压实度’-)"压实度（123*#）（.）（.）’%’’’(#,%’’’*!-+$!-/$"+"##,%’’’(&’%’’’*!-+$!-/$,,"$&’%’’’(&&%’’’*!-+$!-/$!/"#&&%’’’(/&%&’’*!-+$!-/$$!"#/&%&’’(+)%’’’*!-+$!-/$&##$+)%’’’(!’$%&’’*!-+$!-&,+&#$!’$%&’’(!"#%’&’*!-+$!-&,#"##$-右堤（!）堤基工程地质。堤基为冲积相（!"#"）的壤土、砂壤土及粘土，多呈层状分布，部分段呈透镜状分布；多为中等压缩性土；地下水位埋深较大（勘探深度内未揭露），堤基土体位于地下水位以上。桩号$"%&’’(#$%&’’*、&,%+&’/!%’’’*段，堤基土体以砂壤为主，局部为粉砂，—!!"!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例土体质地较疏松。桩号!"#$%%&’!#$%%(、$)#*$%+,#%%%(段，堤基土体以砂壤为主，局部为粉砂。根据颗分成果，粘粒含量为*-%.&)-%.，均小于,+.，位于地下水位以下、呈饱和状态时，遇有!度地震时，初判为可能液化材料。（!）堤身工程质量。筑堤土为人工就地取土，分布无规律，堤身土体主要由壤土、粘土组成，局部为砂壤土、碎砖石、礓石等。其填筑干密度变化大，部分低于筑堤土填筑质量控制干密度。物探成果亦表明，堤身土体土质均一、存在局部土体疏松、裂缝或鼠、獾洞。局部堤段堤身土体松散，尤其应注意堤身中下部或建基面附近砂壤土、粉砂分布的堤段。此外，由于坡道、近堤砖窑取土及侵堤种田等人为破坏活动，造成堤身断面单薄，为堤防工程的隐患。穿堤建筑物附近堤身土体密实程度较差，局部堤体坡面上发育有大小不一的塌坑。沿建筑物与堤身土体接触部位可能产生接触冲刷及渗透破坏。堤身工程土体质量分类如表"/,’。表"/,’子牙新河右堤堤身土体质量分类表堤身土击实堤身土填筑质量控制大于填筑质量控制分段最大干密度干密度（%-3!压实度）干密度占百分数类别（桩号）（012(’）（012(’）（.）,#’%%&,,#$%%(,-*!,-$)","’,,#$%%&,3#$%%(,-*!,-$)%"’,3#$%%&’*#$%%(,-*!,-$)","’’*#$%%&",#$%%(,-*!,-$)*$"!",#$%%&$)#$%%(,-*!,-$)+’"!$)#$%%&+,#!$%(,-*!,-$)$%"!+,#!$%&*!#*$%(,-*!,-$)+""!*!#*$%&*)#*$%(,-*!,-$)’’"’*)#*$%&)*#*$%(,-*!,-$)$%"!)*#*$%&3"#%%%(,-*!,-$)*$"!3"#%%%&,%%#%%%(,-*!,-$)"%"’,%%#%%%&,%$#$%%(,-*!,-$)++"!,%$#$%%&,"’#,%%(,-*!,-$),$"!（五）滹沱河,-堤基工程地质滹沱河北大堤（左堤）自无极县东罗尚，经深泽、安平、饶阳至献县枢纽，全长,%,-,4(，担负着保卫清南地区、华北油田、天津市和津浦铁路的重要防洪任务，属于,级堤防工程。—,,"!— 第四章海河流域水利水电工程地质滹沱河北大堤以北为由河间地块组成的滹沱河与磁河分水岭，地势开阔平缓。自东罗尚至献县枢纽，地面高程为!"#$%"&#$’，由西向东微倾。大堤以南为滹沱河河床，无极县以西河床宽阔平缓，河床低于地面(#$’左右；无极—深泽段河床狭窄，低于地面约&#(’；深泽—献县河床开阔，高出地面(#$%"#(’。河床滩地高程!"%")’，河床平均坡降"*)+(,。沿堤村民挖砂取土，在大堤内外形成了大小不等、深浅不一的深坑。北大堤处于三个地貌单元的交会地带。滹沱河以南为冲积扇平原，其上发育有古河床高地和洼地等微地貌形态。滹沱河以北的安平县刘口以西为洪冲积平原，其上发育有古河床高地，西北部为微倾斜平地，东部为平地。安平刘口以东为冲积平原，其上发育有微高地、平地和古河床高地等微地貌。大堤穿过地带第四系全新统地层厚度&(%!(’，由棕黄、黄色粘土、壤土、砂壤土和粉细砂组成，夹有薄层黑灰色淤泥质土。该地段构造活动，主要受北北东向新华夏构造系的控制，以升降运动为主。"-++年邢台地震对该地带影响很大，北大堤部分地段出现喷砂冒水及地表裂缝等地震破坏现象。该地段与堤防工程关系最密切的为表部孔隙潜水含水层，埋藏於粉细砂及砂壤土层中，接受大气降水和河水的补给，径流较强烈，向下游方向径流排泄，水量不丰富。由于近几年的天气干旱，开采量过大，地下水位下降幅度很大，有的地段达"(’以上。综上所述，大堤地基土体以全新统冲积松散堆积物为主，夹有湖沼相堆积。大堤穿越洪冲积平原、冲积扇平原和冲积平原三个地貌单元，岩性组成复杂。主要松散堆积物有棕红色粘土、棕色壤土及黄色砂壤土，夹有粉细砂和湖沼相堆积的黑灰色淤泥质薄层或透镜体。北大堤部分堤段坐落在古河道高地砂层上，如桩号$.(((%",.((((’、&$.(((%&-.(((’、,$.(((%,+.(((’三段最为典型，且与地貌相吻合，粉细砂堆积厚度大，前者的东滩附近和后者的吕汉附近两处，钻孔揭露粉细砂层厚度达"&’，尚未见层底。粉细砂不均匀系数!"/&%)，孔隙比均值为(#-&，最大孔隙比为"#($，故粉细砂层质地疏松，属于不良堤基。上述粉细砂层分布地段，"-++年邢台地震时，地下水位埋深仅)’左右，泡水粉细吵在地震力作用下发生液化，液化粉细砂向上充填壤土或未液化的土层裂缝中，形成分布面积较大的一条条砂带。砂带的形成，使下伏粉细砂层更加疏松，使上覆未液化壤土、砂壤土或砂层的完整性遭到破坏，留下很多松散的砂带，地基土体的透水性更强，只要有水浸泡就形成一个个塌坑、裂缝等，在姚庄（桩号,&."&(%,&.+((’）、吕汉（桩号,$.(((%,+.(((’）时有发现，裂缝宽可达!(0’。若不进行加固处理，作为堤防工程的基础，是严重的隐患。其他堤段堤基土层亦为近代堆积物，孔隙比大部大于(#1，渗透系数最大为-2"(0’*3，压缩模量+#&%"!#)456，属中等压缩性土，仅少量粉质粘土近高压缩性土。&#堤防工程质量北大堤为在大堤两侧就近取土填筑。堤身主要由粘土、壤土和砂壤土混杂填筑，致使堤身土体质地不均一。大体可分为以粘性土为主堤段和以砂性土为主堤段两种情况：堤身以粘性土为主堤段：以棕红色粘土、棕黄—黄色壤土为主，混杂灰黄色砂壤土和—""!)— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例粉土。粘土一般呈团块状，壤土或砂壤土包在粘土团块周围。粘土团块的最大直径可达!"#$。壤土和砂壤土，干燥，呈碎块或松散状，堤身土体质量较差。堤身以砂性土为主堤段：以灰黄色砂壤土或粉土等砂性土为主组成，夹少量粘土或壤土团块。土体质地较均一，但结构疏松。由于筑堤土料质地不均一，堤身土体填筑质量差异较大，堤身土填筑干密度最大值为%&’()*#$+，最小值为%&%()*#$+平均值为%&!!)*#$+，如果筑堤土质量控制干密度按%&,)*#$+，则全堤质量合格率仅为-’.，且粘性土堤段合格率稍高于砂性土堤段。经粗略统计，大堤土体质量分类：!%类约占堤长的%,.、!-类约占-".、!+类约占(,.。从探坑揭露资料，粘性土组成的堤身，粘土往往呈团块状，周边被壤土或砂壤土包裹，壤土和砂壤土呈松散状，局部壤土或砂壤土呈松散夹层，并含有腐烂的树根等。砂性土组成的堤段，质地疏松，有时手指轻轻即可插入。在粘性土堤段表部-$以上，有的堤段有干裂和鼠洞等。由试验资料可以看出，堤身质量最差堤段为：桩号-"/"""0+(/"""$、!(/"""0(-/"""$两段，长约+-1$。尤其前一堤段，堤身土体填筑干密度平均值仅有%&+2,)*#$+，填筑质量控制干密度按%&,)*#$+，其合格率仅为!.。上述堤段，土体结构松散，凝聚力低，风吹雨冲蚀，大堤极易破坏，在洪水期的防渗、抗冲刷等将是最薄弱的堤段。为了加固堤防工程，于桩号!’/(-+0,-/(-+$（曹庄—南牛县）段，加有后戗台，戗台高%&,0-&,$。台面宽+0%"$，河床高程较地面高程高%$左右。戗台土体干密度平均值为%&!)*#$+，戗台基础土体,$深度内均为砂壤土、粉土、粉细砂等砂性土；深度,$以下的厚层壤土夹少量砂壤土和粉细砂透镜体。桩号(%/"(30(-/+(3$（袁营段）堤段加有前后戗台，前戗台宽’$，高为+$；后戗台宽约3$，高不足%$，堤内、外高程基本一致，戗台基础土体，自上而下依次为砂壤土层，厚-$，壤土层，厚约-&,$；砂壤土夹壤土和粉细砂透镜体。+大清河系堤防（一）白沟河白沟河由涿州市二龙坑—新盖房长约,,1$，左堤为"级堤防工程，右堤为#级堤防工程。为防洪需要，仅对堤防工程进行了调查和物探电法勘探，现将所得资料简述于后。%&堤基工程地质该地段为太行山前冲洪积扇边缘地带（溢出带附近），向东为冲积平原。地势西北高、东南低，地面坡降%*%,""0%*%’""，地面高程!"0%"$。白沟河西侧分布有零星的洼地，如肖官营、加录、侠流、大屯、兰沟洼等；东侧地形开阔平坦，其上局部分布有沙丘、缓岗等微地貌。该地段表部为第四系全新统冲洪积壤土、砂壤土和粉细砂等。粉细砂主要分布在古河道和永定河决口扇，地貌上往往形成岗垅地貌景观。白沟河以西地带，主要为冲洪积平原区，发育有两个含水岩组，第一含水岩组底板埋深-"0!"$，为孔隙潜水含水层；第二含水岩组底板埋深%-"0%!"$，具孔隙承压水特征。含水岩组均有砂、砂砾石和砂卵石组成，且在水平方向上由西向东逐渐变细，自上而下由—%%!!— 第四章海河流域水利水电工程地质细变粗的变化规律。接受大气降水和山前地下水的径流补给，径流较强烈，含水较丰富，向下游平原区排泄，单井单位涌水量可达!"#$%&’（()·&）。白沟河以东冲积平原区，第一含水岩组底板埋深$%#"%&，第二含水岩组底板埋深!$%#!*%&；含水层为细砂、粉细砂、中细砂为主，含水层单层厚度+#!%&不等，单井单位涌水量!"#’%&’（()·&）。地下水水质均属重碳酸钙型淡水，对普通硅酸盐水泥没有腐蚀性。+,堤防工程质量此段堤防工程“-*·.”洪水后仅作了地面调查和访问，有几个问题是值得注意的：（!）堤顶产生纵向裂缝，!--*年.月/日左堤东孟良营段水至堤脚，产生两道纵向裂缝，长度分别为!"%&、!+%&，宽!#+&&，可见深度"%#/%0&。可能是由于堤身土体密实度太低或后期复堤时两部分土接界面没有处理好所致。（+）!--*年.月$日高碑店市日降雨量!+%&&，堤顶形成积水，且多处出观由于垂直渗透破坏而形成的漏斗形凹坑，漏斗直径’#"0&，垂直渗漏的水在堤内外坡脚溢出，在堤脚附近又形成冲沟。堤背水坡面上形成+%余处冲沟，长+#$&，宽!#!,’&，深%,"#%,/&不等。因筑堤土料为土、粉土或砂壤土混杂填筑，没有很好的拌和，粘土往往呈团块状，而粉土或砂壤土包裹在粘土团块周围，呈碎块状或松散状，孔隙很大，在水作用下，粉土或砂壤土沿孔隙带走，形成似漏斗状的落水洞等破坏现象。（’）从堤的展布方向上看，!-/%年第三次复堤后，留有几处凹形缺口，以便分泄洪水，堤的外貌看上去很不齐整。沿堤有几处穿堤建筑物，大多建筑物与堤身土体接触部位没有较好的截渗设施，是堤防工程的薄弱环节。综上所述，白沟河堤防工程土体质量，单就地面和访问调查资料来看，堤身土体质地不均一，粘土团块较大，空隙太大，透水性太强。新城县境内左堤长’/,!1&，物探电法资料显示，有+"1&长的堤身土体有异常反映，根据视电阻率曲的形态分析，大多为土体质地不均一，局部土体松散，空隙太大所致。局部堤段筑堤土为粉土或砂壤土，土体质地松散，干燥时风吹就可使其流动。后期对这些堤段进行包胶加固处理，由于粘土层薄，有的发育密集的干裂缝，有的剥落后使砂壤土裸露，形成一个个小坑，这些堤段属!’类堤防土体。综合判定，白沟河左堤大部分堤段属于!+类，部分堤段属!’类，对其质量应作全面检查。（二）南拒马河南拒马河，自定兴县北河店—新盖房枢纽全长约’*1&，右堤为!级堤防工程。南拒马河过京广铁路后，沿东东南方向至白沟镇南与白沟河汇合后称大清河。!,堤基工程地质南拒马河流经地带主要山前洪冲积平原区。地势西高东低，地形坡度约!(!"%%。地面高程$"#!%&。该地段基本为冲洪积平原的前缘（溢出带）附近，其北侧为呈近南北向展布的兰沟洼地。南拒马河在此地带地表部为第四系全新统冲洪积松散堆积物，主要为壤土、砂质粘土和砂壤土等，近洼地地带且夹有淤泥质粉土和粉细砂透镜体等。该地区地下水，与堤防工程关系最为密切的为上部孔隙潜水含水层（含水岩组），该含—!!$"— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例水岩组底板埋深!"#$"%，含水层由西部的砂、砂砾石向东部逐渐过渡为中砂和粉细砂。接受大气降水和山前地下水的径流补给，水量较丰富，径流较强，向下游径流排泄或向河床等低洼处排泄。!&堤防工程质量对右堤桩号’(!""#)*()""%堤段进行物探电法勘探，发现许多视电阻率异常段，后又对视电阻率异常段进行了复测，查得以下)$个异常段。对视电阻度异常段的检查分析，异常点埋深为堤顶以下)#+%不等，均在堤身内分布。有以下几种因素所致：（)）穿堤建筑物与堤身土体间不密实，留有较多的空隙或小空洞，堤身体近建筑带来压实，呈松散状。（!）埋管接头没衔接好，留有较大缝隙。（,）筑堤土体质地不均一，粘土呈大小不等的团块状，而砂性土呈松散状包裹在粘土团块周围，使堤身土体疏松。（$）堤身土体包裹有细砂或粉细砂透镜体或薄层，砂性土呈疏松状。（*）筑堤时堤段接头部位没有压实，形成一段土体琉松堤段。（+）在后期加固复堤时，对新旧堤土体结合面没有很好的处理，沿结合面附近形成一疏松土带。原堤决口回填封堵时，回填物组成混杂，土中夹杂有树根、草等，树根等腐烂后形成小空洞。下部相当于水中倒土，质地亦较松散。由以上查明的引起物探成果异常的原因不难看出，这些堤段应是具有隐患的堤段，属于!,类堤防工程。对南拒马河右堤工程土体质量应进行全面检查，对堤基工程进行地质勘察，查找堤基和堤身土体隐患是非常必要的。（三）潴龙河由安国县军洗—高阳县东留果庄入白洋淀，全长’*-%。该河上游宽、下游狭窄，洪水向淀内排泄不畅，历史上曾发生多次决口，两岸居民遭受水灾。主要决口大多发生在博野—高阳河段，此次地质调查和收集到的点滴资料亦在此范围内，现简述于后。)&堤基工程地质前已述及，潴龙河千里堤是潴龙河主要防洪工程，位于洪冲积平原与冲积平原接界地带的冲积平原一侧，由一系列呈北东向展布的低平地、故河道高地及微高地组成。地面高程).#!*%，由西南向北东方向倾斜，地形坡度约)/*"""。与堤防工程关系密切的堤基表部为冲积壤土、粘土和砂壤土为主，故河道高地往往分布较厚的粉细砂层。在剖面上往往呈透镜体状或呈层状分布。该地段与堤防工程关系密切的为表部孔隙潜水含水层，埋藏于故河道砂层中，接受大气降水补给，径流较微弱，向白洋淀方向径流排泄。近年来由于连年干旱，地下水急剧下降，水量减小。!&堤防工程质量潴龙河千里堤在博野县境内长),&*+,-%（桩号)+(!$)#!.(0"$），为!级堤防工程，堤高$#*%，堤顶宽0%，边坡)1,，堤顶高程!’&$#!$&,%，纵坡坡降约)/*"""。该堤段从清朝开始形成，都是人工就地取土填筑，填筑质量、堤身土体密度等有很大差异，历史上曾—))$+— 第四章海河流域水利水电工程地质多次决口成灾，!"##年邢台地震对其影响亦较大。近几年来，博野县水利局对堤防工程土体质量进行了调查，有六段堤顶高程不够，需要加高处理，合计长约$#%%余米。堤坡陡直，需要贴坡加固处理合计长约&#%’，堤坡!(!)!(&。从全堤!&#组试样资料来看，粘粒含量平均值为!*+，粉粒含量高达$,+，砂粒含量&"+。而堤身土体填筑干密度大多为!-&%)!-,$./0’,，仅有!#个样品的填筑干密度达!-1%)!-$!./0’,。粉、砂粒含量较高的壤土击实试验最大干密度近!-2%./0’,，压实度按%-"&考虑，堤身土体填筑质量控制干密度应达到!-$$./0’,以上或接近!-#%./0’,。即使堤身土体质量控制干密度按!-$/0’,，其填筑质量合格率亦仅有#+。所以，该堤段堤身土体填筑干密度低，质地疏松、透水强、堤坡稳定性差，基本可视为!,类堤防工程。由于该段堤防工程土体密度低、孔隙率大，防渗能力差，渗透稳定性差，在!"*$年进行调查时，发现有1"#处渗水痕迹（当地老乡称“水眼”），进一步证明了土体质量不均一，这是堤防工程的一大隐患。堤坡上尚发现有!1处因冲刷而形成凹槽（当地称浪窝），说明堤坡土体坑冲能力很差。由于堤防工程附近村庄密集，种植豆类等谷物较多，鼠洞较多，鼠洞较密集地段有11处，对堤防工程破坏性较大，应引起高度重视，且应尽早回填处理。对于穿堤建筑物和穿堤道路亦应进行详细检查，发现质量问题及时予以加固处理。潴龙河千里堤在蠡县境内约&"-2#3’，堤顶高程&$-#2)&%-!"’，堤坡!(&-$)!(,-%，堤顶宽#)*’，堤高#’左右。由地面调查资料来看，堤身土体大多为壤土或砂壤土，含砂量较高。由于人工就地取土筑堤，且多为冬季施工；有部分堤段为决口后的杂填土，土体压实度不够，填筑干密度小，堤身土填筑干密度平均值!-,./0’,，局部堤段为!-&./0’,。属于!,类堤防工程。据物探电测深资料，堤身土体物质组成不均一，粘土团块和砂性土相间分布，雨后堤顶形成塌坑。局部虽经灌浆加固处理，由于泥浆材料就地采取，含砂量高，泥浆和易性差、离析快、灌浆效果不理想。潴龙河千里堤在高阳县境内长约&$3’，为潴龙河尾闾段。河道淤积严重，河道萎缩，最窄处仅有,1&’，使河水向淀内排泄不畅，历史上洪水期多次决口泛滥成灾。堤身土体大多为不同时期多次填筑、修补加固或决口回填等，土体质地不均一；填筑不密实，堤身土体干密度大多为!-&%)!-,%./0’,，对含砂量较高的粘性土而言，其密实度太低，旦有部分堤段为砂性土填筑。这些堤段应属!,类堤防工程。由于堤身土体质地不均一，堤顶多处出现塌坑，塌坑最大者直径达&-$’，深!-$’，为雨后垂直入渗土体细颗粒被带走所致，对堤身土体完整性破坏较严重。综上所述，堤身土体质地不均一，局部堤段砂性土组成、有的为粘性土团块周边包有粉细砂；土体质地疏松，填筑干密度低，大多堤段土体填筑干密度远低于控制干密度，使堤身土体抗冲刷和防渗能力均较差。高阳县水利局于!"*#年对上述堤段中长约!%3’进行了灌浆处理，对堤身防渗确有较大作用，但对堤身抗冲刷和强度的增加不太明显。（四）白洋淀千里堤白洋淀千里堤自高阳东绪口—枣林庄枢纽，长约,#3’，堤顶宽#)*’，堤坡坡度!(&-2)!(,-%，局部为!(1-%，堤顶高程!!-%)!,-&1’。经水利局地面调查，险工段计有*处，总计长度2-&3’。穿堤建筑物（引水或排水）计有2"座。—!!12— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例河北水利水电二院，对堤身土体取样!"组，作颗分试验。结果表明，土的组成以粉、砂粒为主，颗粒组成偏粗，堤身土体防渗能力差，易产生流土等渗透破坏；如果土体密实度较低，其强度亦不会高，对抗冲刷和堤坡稳定影响较大。堤防工程土体质量应判定为!#类。（五）新盖房分洪道自新盖房枢纽—刘家铺，长约$$%&’(。为!级堤防工程。河北水利水电二院，对其做地面调查的同时，对堤身取土样$&组进行颗粒分析。结果表明，堤身主要由砂、粉粒组成，颗粒组成偏粗。宏观判断，该堤段的防渗、抗冲和堤身土体力学强度均较差。土体质量应判定为!#类堤防工程，（六）天津市西部防洪堤天津市西部防洪堤西起独流减河进洪闸，经西河堤、中亭子堤、十里横堤、南遥堤、北遥堤，至永定河与永定新河交汇处的屈家店。该段堤防属工级堤防。从!)**年至$+++年，对上述各堤段进行了不同精度的检查和勘察工作。!%西河右堤该段是天津市西部防洪堤中的一段，位于西青区独流减河进洪闸至西河闸之间子牙河右堤，桩号+,+++-!!,&++(，全长!!%&’(。（!）堤基工程地质。由上而下依次为第四系全新统（!）上部陆相冲积层，包括#小层，分别为粘土、粉质粘土，局部为粉土，厚约#%!-.%+(。第四系全新统（$）中部海相层，以灰色粉质粘土、粉土为主，层厚#%.-&%&(，局部地段厚度大于.%*(。根据渗透性试验，堤基土体均属微透水性。上部陆相层以粘土、粉质粘土为主，可塑状为主，粉土呈透镜体状。其中粘土属于中等压缩偏高土，粉质粘土、粉土属中等压缩性土，粉土层埋深浅、厚度大（埋深!%#-!%)(与下部海相层粉土累计厚度达&-"(）。可视为"!类堤基。（$）堤身土体质量。堤身高&%#-.%/(，上部岩性以粉质粘土为主，土质干燥，硬塑—坚硬，土体质地不均一，粉粒含量平均值$$0。根据渗透性试验，堤身土体属微透水。根据.)组室内试验成果，堤身土填筑干密度#的占&#%.0，!%&+123(##!!!%&123(4#的占$/%.0，!%/&123(##的占!+0，#的占#!!!%/&123(!#!4!%/+123(#!5!%/+123(!!%*0。按前述分类标准，属于"$-"#类堤防工程中的较好者。中部海相层以粉质粘土、粉土为主，属中等压缩性土。$%中亭子堤该段天津市西青区杨柳青镇西北的中亭河，东连西河闸，西接十里横堤，该段全长!!%&’(。中亭堤修建较早，其南侧（迎水面）设有砌石护坡，堤顶有/+-.+3(高的防浪墙，堤顶宽*-!$(。据调查，每到高水位期，大堤就出现较为严重的漏水现象。（!）堤基工程地质。堤基土体自上而下依次为：第四系全新统上部陆相冲积层，粉土，黄色—黄褐色，湿饱和，可塑—流逆状，层厚$%"-/%+(。根据土工试验结果，堤基土体属弱—中等透水性，属中等压缩性土。中部湖—沼相沉积层以粘土（!%"-$%+(）、粉质粘土（!%$-!%/(）为主，呈饱和，可塑—!!/*— 第四章海河流域水利水电工程地质状，均属中等压缩性土。中部海相层为粉质粘土，灰色，饱和，软塑—流塑状，揭露厚度!"#$!"%&。据土工试验资料，属微透水性、中等压缩性土。属!!类堤基。（’）堤身工程质量。堤身高#"%$#"(&，主要以粉土为主，粉细砂及粉质粘土薄层。粉土，黄色—黄褐色，湿—饱和，可塑—流塑状，层厚’")$#"*&。根据渗透试验，堤身土体属弱透水性。根据(组室内试验成果，堤身土填筑干密度!的占!!"!/，!"!!+"%,-.&"!0+"#,-.&的占((")/。从统计数据可以看出，该堤段大堤土体填筑干密度低，堤身质量差，不能满足设计要求。堤身土体塑性指数最大("1，最小%"’；粘粒含量#"!/$+’"1/。以小于%/的为主。填筑料质量不满足设计要求，以粉土为主。堤身土体质量属于!!类。!"十里横堤—九里横堤该段位于天津市武清县王庆坨镇西，呈南北向。北起南遥堤（桩号*2***&），南至中亭河（桩号+’2+#%&），全长+’"#+%3&。（+）堤基工程地质。堤基土体自上而下依次为：第四系全新统上部陆相冲积层，粉土（桩号++2#**&以北），黄褐色，湿—饱和，坚硬—流塑状，层厚+"%$#")&。根据土工试验结果，堤基土体属弱透水性，属中等压缩性土；粘土（桩号++2#**&以南），黄褐色，湿—饱和，坚硬—硬塑状，层厚’"%$!"+&。据试验，该层属微透水，中等压缩性。中部湖—沼相沉积层以粘土（+"!$#"4&）、有机质粘土（+"4&）和粉质粘土（+"($!"*&），属微—弱透水性，除有机质粘土为高压缩性土外，其他土为中等压缩性土。中部海相层主要为粉质粘土，灰色，饱和，可塑—流塑状，揭露厚度#"*&，属弱透水性，中等压缩性。其次为灰色饱和粘土，揭露厚度+"(&，属微透水性、中等压缩性土。属于!+$!’类堤基。（’）堤身工程质量。堤身高’"%$!"1&，主要以粉土为主，塑性指数平均4"1，粘粒含量平均+’"+/，以小于+*/为主。桩号+’2+%*&以南至中亭堤为粘土。根据渗透试验，堤身土体属微透水性。根据+4组室内试验成果，堤身土填筑干密度!的占!!/，+"%*,-.&!!!!+"%,-.&5!!!的占++"*/，+"#%,-.&!!的占!+"#%,-.&5!!!+"#*,-.&6的占’1/，!!0+"#*,-.&’4/。可以看出，堤身上体干密度低、质量较差，不能达到质量要求。属!’$!!类堤防工程。#"南遥堤该段西与九里横堤相连，东至天津市北辰区双口乡西北京福公路与津永公路交叉处，全长+%"!3&。南遥堤呈东西向，桩号)2)#)&以西为土堤，堤顶宽#$(&，高出地面’$!&；桩号)2)()&以东堤顶为沥青路面，地面高程%"*$+*"%&，堤顶高程)"($+’"*&。（+）堤基工程地质。堤基土体自上而下依次为：第四系全新统上部陆相冲积层，该层总厚度为!"#$%"+&。其中粉土，黄褐色，稍湿—饱和，坚硬。根据土工试验结果，堤基土体属中等透水性，中等压缩性土；标贯击数平均++击；粉质粘土，黄褐色，饱和，坚硬—流塑状，呈透镜体，可见层厚!"+$!"#&。居试验成—++#1— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例果，属弱透水性，中等压缩性土。中部湖—沼相沉积层由粘土（!"#$%"!&）、粉土（’"($("’&）组成。据试验结果，该层粘土与粉土均属中等压缩性土，弱渗透性。中部海相层粉质粘土，灰色，饱和，可塑—流塑状，揭露厚度)"#&，属弱透水性，中等压缩笥。综上所述，该堤段堤基为!!类。（!）堤身工程质量。由素填土和杂填土组成，层厚’"($!"%&。其中素填土主要由粘质粉土、砂质粉土和少量粉质粘土组成：杂填土主要分布在桩号%*%(%$#+*,’’&，堤顶路面由沥青和碎石和三合土组成，厚度’",$’"+&。塑性指数平均-"+，粘粒含量平均#!.，不符合规范对筑堤土料的技术要求。根据##组试验成果，堤身土填筑干密度,的占#-"!.，#"+’/01&,2!!!!#"+/01&!!#")+/01&,的占3"#.，#")+/01&,2!#")’/01&,的占)+").，,的占!!!!4#")’/01&!%",.。可以看出，堤身土体填筑干密度低、质量差，不能达到填筑质量要求。属于!,类堤防工程。+"北遥堤该堤段位于屈家店闸上游永定河右堤。由八里桥村—团结村，堤顶宽(&，堤高!$,&。该堤西段堤顶为沥青路面，东段为砂石路面，对该堤段堤身土体填筑质量检查，计有,个钻孔和3%%个物理点（电法勘探）。由勘探资料来看，堤基土体主要由冲积海积粘土、砂壤土、壤土等组成。粘土天然含水率,+.$)!.，天然密度#"%-$#"3-/01&,，饱固快剪"5#-$!’678，"5#%9$!#9，压缩系数’",3$’"+):78;#，渗透系数!"-<#’;-1&0=。砂壤土天然含水率!+.，天然密度,，饱固快剪"5#,678，"5,’9，压缩系数’"#!:78;#，渗透系数)<#’;(#"3-/01&1&0=，作为堤基，亦是较好的。壤土天然含水率,#.$,).，天然密度#"--$#"3#/01&,，饱固快剪";#，渗透系数#"’<#’;%53$,%678，"5#)9$!(9，压缩系数’"),:781&0=。由上述各土体物理力学性质来看，作为堤基属于良好的堤基土体，不存在明显的工程地质问题，综合判定为!#，类堤基。但是局部堤段堤基表部砂壤土的渗透稳定和震动液化问题尚需予以注意。由于该堤段为就地取土填筑而成，堤身土体主要由粘土和砂壤土组成。粘土的天然含水率!%.，填筑干密度#"+(/01&,，饱固快剪"53)678，"5#-9。砂壤土天然含水率,，压缩系数’",+:78;#。由上述仅有的几组试验数据来看，%"-.，填筑干密度#")%/01&粘土堤段堤身土体填筑质量优良，以砂壤土填筑的堤段堤身土体质量较差。故综判定该堤段堤身土体质量为!#$!!类。但是，粘土堤段由于填筑含水率控制不严，堤身土体发育有密集的裂纹或小裂缝，对堤身土体质量有一定影响，不会形成较大的工程问题。("独流减河堤防工程独流减河位于天津市南侧，是大清河水系的主要入海尾闾。自独流减河进洪闸至防潮闸，堤防长度%’6&，堤防级别，左堤桩号(’*(-%&以上为!级，以下及右堤为#级；上游段堤高一般%$-&，中下游段堤高一般,$+&。近年来，由于海口淤积、河道芦苇阻水及堤防沉降等原因，河道行洪能力降低。—##+’— 第四章海河流域水利水电工程地质（!）堤基工程地质。工程区内发育巨厚的第四系松散堆积物，钻孔揭露深度内（最大深度为!"#），堤基为第四系全新统海陆交互相堆积物，岩性为壤土、粘土、砂壤土、淤泥质壤土及少量粉细砂等。据土工试验成果，堤基土体粉粒含量较高，多为粉质壤土及粉质粘土，可塑—硬塑，多为中等压缩性土，局部为高压缩性土；多属弱—微透水性，局部属中等或极微透水性土。（$）堤身工程质量。筑堤土为人工就地取土，分布无规律，堤身土体主要由壤土、粘土组成，局部为上砂壤土、碎砖石，土质不均一，其物理力学性质亦有差异。左堤堤身土体质量分类见表%&!%。右堤堤身土体质量分类见表%&!’。%永定河系堤防（一）永定河按照地域，永定河堤防可分为三段，即三家店—卢沟桥段、卢沟桥—梁各庄段和梁各庄—屈家店段。三家店—卢沟桥段左堤全长!()*+#、右堤全长!’)$+#，卢沟桥—梁各庄段左堤全长(,)-+#、右堤全长($)!+#，梁各庄—屈家店段左堤全长"!)-+#、右堤全长*-)(+#。表%&!%左堤堤身工程质量分类表堤身土填筑质量填筑干密度大于控制分段堤身土击实试验控制干密度干密度的百分比类别（桩号）最大干密度（./0#,）（-)1%压实度）（2）（./0#,）-3---4,3---#!)’"!)%1(%)-!$,3---4(3’--#!)*%!)(%"),!,(3’--4!(3---#!)’"!)%1%1)-!$4!,!(3---4!"3---#!)*’!)(’!")$!,!"3---4$!3---#!)*-!)(-%-)-!$4!,$!3---4$%3---#!)**!)((!-)*!,$%3---4$13---#!)*%!)(%,!)%!,$13---4,!3---#!)*’!)(’!1)-!,,!3---4,’3,--#!)*"!)(*$1)%!$4!,,’3,--4,"3*--#!)**!)(((1)-!!4!$,"3*--4%,3---#!)*"!)(*$’)-!,%,3---4’-3---#!)((!)’((!)’!$4!,’-3,--4’(3---#!)**!)(($’)-!,’(3---4(-3("*#!)(%!)’%(()*!$4!,(-3("*4(*3---#!)(*",—!!’!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例表!"#$右堤堤身工程质量分类表堤身土填筑质量填筑干密度大于控制分段堤身土击实试验控制干密度干密度的百分比类别（桩号）最大干密度（%&’()）（*+,-压实度）（.）（%&’()）*/***01/***(#+1,#+!2$$+1!-1/***0,/***(#+2,#+11)-+)!),/***0#1/***(#+1!#+!-2!+2!-#1/***0-1/***(#+22#+1)21+3!--1/***0)*/***(#+2$#+1!,)+1!#)*/***0)1/1**(#+$)#+1,1*+*!-0!))1/1**0!)/$**(#+$3#+2!1-+1!-0!)!)/$**0!2/#**(#+$$#+2)$+#!)!2/#**01*/***(#+2-#+!,,2+-!#1*/***02)/***(#+$*#+12,1+#!#2)/***0$*/***(#+$-#+13#)+*!)以上河段，除梁各庄—屈家店段右堤为!级堤防，其余均属"级堤防。卢沟桥—梁各庄段由北京市水利规划设计研究院于#,,,年进行过可行性研究阶段地质勘察工作，梁各庄—屈家店段由水利部天津水利水电勘测设计研究院分别在#,3,年和#,,2年进行过初步设计阶段地质勘察工作。本章节内容即根据上述勘察工作成果编制。#+堤基工程地质卢沟桥—梁各庄段：本段地面高程2*+10-,+*(，钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物。综合本段堤基土体组成，可大致分为三种类型，其分布情况详见表!"#3。从取样试验结果来看，不同层位、不同堤段但同种类型的土体，其物理力学性质较为接近。构成堤基土体的主要有砂壤土、壤土，多数具有中等压缩性，少量则具有中高压缩性：干密度变化范围较大（#+-,0#+3$%&’()，平均#+1!0#+1,%&’()），孔隙比平均*+$0*+$!，土层属中密状态，具有微—弱透水性，细砂，粉砂属弱透水层，中砂属中等透水层，卵砾石则属强—极强透水层，均呈中密—密实状。表!"#2永定河堤防卢沟桥—梁各庄段堤基土层分布统计表合计长度（4(）堤基土类型左堤右堤卵砾石-+2砂壤土、壤土)!+3#)+2上部砂壤土、壤土，下部砾石)+!2+2—##1-— 第四章海河流域水利水电工程地质合计长度（!"）堤基土类型左堤右堤上部砂壤土、壤土，下部砂性土#$%&&%’上部砂性土，下部砂壤土、壤土$%($%&砂壤土、壤土夹砂性土#%)梁各庄—屈家店段（左堤基）：本段地面高程’*%(+’%$"，钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物。综合本段堤基土体组成，可大致分为三种类型。其分布情况详见表&,#-。表&,#-永定河左堤梁各庄—屈家店段堤基土层分布统计表堤基土类型堤基土体分类合计长度（!"）上部壤土、砂壤土，夹粉砂，下部淤泥质土!*&#%$粘土夹砂壤土、壤土或淤泥质土!’#.%(上部壤土、中部粘土、下部淤泥质土!’#-%(极细砂、粉砂夹粘土、砂壤土!**%$根据试验结果，砂壤土、壤土，压缩系数平均(%#’+(%’*/01,#，属中等压缩性；干密度#%’.+#%2#345"*之间变化，平均#%&#+#%&.345"*，孔隙比平均值(%)*+(%.’，渗透系数在#(,$,2,#，具有+#(5"46之间，具有微—弱透水性。粘土，压缩系数平均值(%*-/01中等压缩性土；干密度#%’’+#%$2345"*，平均#%*)345"*，孔隙比平均达(%..，渗透系数!,27#(5"46，具有微透水性。淤泥质土分壤土和粘土两种，一般埋藏于堤基土下部，压缩系数(%**+(%$(/01,#，属中等—高压缩性土，干密度在#%*)+#%$*345"*之间变化，平均*，孔隙比平均值(%)*+(%.’，渗透系数一般小于#(,2#%&*+#%&)345"5"46，微透水或极微透水。粉细砂多呈中密状，渗透系数一般!7#(,&5"46。具弱透水性。梁各庄—屈家店段（右堤基）：本段地面高程#-%($+’%.&"，钻孔揭露深度范围内的土层均为第四系全新统冲积松散堆积物。本段堤基土体组成，以粘土为主，次为壤土和砂壤土，仅在局部段夹有#(5"粉砂层。从不同土层的组合方式来看，本段堤基土可大致分为四种类型，其分布情况详见表&,#)。表&,#)永定河右堤梁各庄—屈家店段堤基土层分布统计表堤基土类型堤基土体分类合计长度（!"）砂壤土，壤土，粘土互层!’’*%’上部壤土、砂壤土，下部粘土!’&%#粘土为主，夹砂壤土、壤土!#’(%$中上部壤土或粘土，底部淤泥质粘土!##%(根据试验结果，砂壤土，压缩系数平均(%#&+(%’(/01,#，属中等压缩性土，干密度平均#%$2+#%$-345"*，孔隙比平均值(%-*&+(%-*$，渗透系数#(,&5"46，具有弱透水性。壤土，压缩系数平均(%’)+(%*$/01,#，具中等压缩性土；干密度平均#%&&+#%&.345"*，孔隙—##$*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例比平均!"#$%&!"%!$，渗透系数在’!()&’!(*+,-.之间，具有微透水—弱透水性。粘土，压缩系数平均!"//&!")/012(’，具有中等—高压缩性土；干密度平均’"$#&’"3)4-+,3，孔隙比平均高达’"!3*&’"’/*，渗透系数平均’!(*&’!(5+,-.，具有极微弱透水性。总体上看，同种土体自上游而下游，有干密度逐渐减小、孔隙比增加、压缩性增强的趋势。前已述及，各堤段地基土体均为第四系松散堆积物，其中，卢沟桥—梁各庄段以砂壤土、壤土为主，个别堤段为卵砾石或砂性土；梁各庄—屈家店段，左堤以壤土、砂壤土夹砂性土为主，个别堤段则为粘土或砂性土，右堤主要为粘土及壤土、砂壤土。以上土体，多属中等压缩性土，分布较为稳定，土层的天然地基承载力均可满足要求，发生不均匀沉陷的可能性不大。但是，砂性土渗透系数一般大于或等于!6’!(/+,-.，属中等或弱透水层，局部则具有强透水性，与堤身土或粘性土的渗透性存在明显差异，若沿河堤防直接坐于砂性土之上，即存在渗透变形破坏的可能。表层有粘性土覆盖地段，渗透变形破坏的可能性甚小。梁各庄—屈家店段左堤3$7/!!,附近，’%5*年唐山大地震时，曾出现过堤基土振动液化、裂缝冒砂现象。$"堤身工程质量（’）卢沟桥—梁各庄段。卢沟桥—梁各庄段，左堤堤高’"%$&5"53,，右堤堤高’"%)&5")*,。堤身土体多为堤内、外就近取土堆筑而成，物质组成以砂壤土为主，个别地段则含有粉细砂和壤土。如表/(’%。表/(’%永定河堤防卢沟桥—梁各庄段堤身土质构成汇总表长度合计（8,）堤身土质左堤右堤砂壤土为主//"$)*"!砂壤土、粉细砂’)"5)砂壤土、壤土夹细砂’)")粉细砂3"!卵石、砂壤土#"!试验结果，筑堤砂壤土填筑干密度平均’"/#&’")34-+,3，最大’"*34-+,3，最小3；壤土填筑干密度平均值为’"3%&’")%4-+,3，最大’"5$4-+,3，最小’"$%4-+,3，’"3)4-+,由此可见，筑堤土体不甚均一，填筑密实度变化较大。一般而言，左堤土体上部相对松散，中下部则呈中密状；右堤土体干密度偏小，孔隙比偏大，土体多呈稍密—较松散状，渗透系数在!6’!()+,-.上下，属微弱—弱透水性。粉细砂，最大孔隙比!"%#，最小孔隙比!"3)，多呈稍密—中密状，局部松散或较松散，若其出露于大堤表面，极易为外界因素所改造，属中等—弱透水性。（$）梁各庄—屈家店段左堤。梁各庄—屈家店段，左堤堤高)"#&3"$,，堤顶宽3&),。堤身土体多为堤内、外就近取土堆筑而成，物质组成以砂壤土、壤土为主，个别地段则含有粘土及粉细砂。根据试验结果，筑堤砂壤土填筑干密度平均值’"/)4-+,3，最大’")*4-+,3，最小—’’)/— 第四章海河流域水利水电工程地质!"#$%&’($；壤土填筑干密度平均值为!")$%&’($，最大!"*+%&’($，最小!"#!%&’($；粘土填筑干密平均值为!"$+%&’(，最大!"*$%&’($，最小!"#$%&’($。由此可见，筑堤土体不甚均一，密实度变化较大。渗透系数，砂壤土在!,-).!,-*’(&/；粘土则为!,-+.!,-0’(&/；分属弱透水、微透水和极微透水性。该段堤防堤身土未进行击实试验，根据临近地段上土堤土料击实试验结果得出的经验数据，砂壤土、壤土和粘土的最大干密度分别为!"+,%&’($、!"**%&’($和!")*%&’($，按堤防设计规范，!级堤防压实度应达到,"1)，则上堤砂壤土、壤土和粘土的填筑质量控制干密度应分别为!"*,%&’($、!")+%&’($和!"$0%&’($。取样试验结果，本段堤防堤身土体干密度低于填筑质量控制干密度的占*0"12；若堤身土压实度按,"1#考虑，堤身土体干密度低于填筑质量控制干密度的占)#",2。综合考虑前述堤身土体物理力学指标，该堤段判定为!#.!$类。（$）梁各庄—屈家店段右堤土体质量。右堤堤高!"*.!"0(，堤顶宽度一般*.+(，局部为3(或$(。堤身土体多为堤内、外就近取土堆筑，物质组成以壤土、砂壤土和粘土为主。堤身土体构成以及具体分布位置参见表)-#,。根据试验结果，筑堤砂壤土填筑干密度平均!"*!%&’($，最大!"+3%&’($，最小!"$1%&’($；壤土填筑干密度平均值为!")+.!"*!%&’($，最大!"+0%&’($，最小!"$*%&’($；粘土填筑干密度平均值为!")$.!")*%&’($，最大!"+!%&’($，最小!"#1%&’($。由此可见，筑堤土体不甚均一，密实度变化较大。渗透系数，砂壤土在!,-)-*-*.!,’(&/上下，壤土为!,.-+-+-0!,’(&/，粘土则为!,.!,’(&/，分属弱透水、微透水和极微透水土体。表)-#,永定河堤防梁各庄一屈家店段堤身土质构成汇总表左堤右堤堤身土质长度（4(）堤身土质长度（4(）砂壤土夹粘土及粉砂#$",壤土!,"!砂壤土，含有粘土或壤土团块!3",砂壤土、壤土!)"*壤土，含粘土层或团块),",上部砂壤土壤土，下部粘土#"*粘土，局部含有壤土!)"+该段堤防堤身土未进行击实试验，根据临近地段上堤土料击实试验结果得出的经验数据，砂壤土、壤土和粘土的最大干密度分别为!"+,%&’($、!"**%&’($和!")*%&’($，按堤防设计规范，"级堤防压实度应达到,"1#，则上堤砂壤土、壤土和粘土的堤身土填筑干密度应分别为!")0%&’($、!")$%&’($和!"$)%&’($。取样试验结果，本段堤防堤身土体填筑干密度低于填筑质量控制干密度的占!)"*2。永定河堤防上堤土一般是在堤内或堤外就近采取，有相当一部分上堤土以粘性土为主，尤其是梁各庄—屈家店段较为突出。粘性土料颗粒细，亲水性强，含水量#,2.$,2，施工中不易夯实。由于堤身土结构松紧不均，导致堤身土体中上部普遍出现不规则的裂缝现象并有碟状沉陷。个别以砂性土为主的堤段，因施工中随意填筑，土体结构松散，迎水面过水后，饱和沉陷，而背水面未下沉，致使堤顶出现近水平裂缝。堤身出现开裂或沉陷均将破坏堤防的整体稳定性，使其抗震性和抗冲刷能力大大下降，梁各庄—屈家店—!!**— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例段左堤西辛庄一带!"#$年唐山地震期间，堤防就曾经发生严重破坏。根据勘察资料，以下各堤段不同程度地存在堤身裂缝（或裂纹）或沉陷现象：卢沟桥—梁各庄个别堤段堤身土中夹有粉细砂层，其渗透性明显强于粘性土，当河道过水时，将成为主要的渗水通道。从试验结果看，堤身所夹粉细砂不均匀系数一般小于%，可能出现的渗透破坏形式以流土为主。永定河堤防沿线，村庄星罗棋布，当地村民贪图方便，开挖和修建了为数众多的穿堤土路。此外，为了便于土地灌溉，不少堤段均埋设了穿堤输水管道。以上穿堤建筑物，或者降低了堤防高度，或者破坏了堤防的整体结构，对堤防行洪安全有不同程度的影响。作为历史上曾多次发生过决口的河流，永定河堤防修建历史悠久，年代久远，部分堤段因田鼠或獾子活动，已在堤身形成不同大小的空洞，实为工程一大隐患。（二）永定新河永定新河位于天津市北郊，是海河流域北系四河（永定河、北运河、潮白河、蓟运河）共同人海尾闾泄洪的人工河道，西起屈家店枢纽闸，东至北塘镇附近入渤海。右堤是天津市防洪圈的北郊防线，长$&’(，属!级堤防，已进行了可研阶段堤防勘察；左堤长$&’(，属"级堤防，尚未进行堤防工程质量检查与勘察。!)右堤堤防（!）堤基工程地质。永定新河流经地区属海冲积平原，地势低平，略向东南倾斜，坡降平缓。左右堤相距%**+$**(，两堤间有河床、漫滩分布，相对高差,+$(。堤背水坡外地面高程大致为-+&(，低洼处仅*)&(；中上段堤背水坡及外侧广布村庄、工厂和农田，下段鱼池、洼淀和水库较多；桩号&*.***(以下堤背水坡有大面积排泥场。据勘探资料，深度-*(内，堤基土体均为第四系全新统第一陆相层（!"."/&）、第一海,相层（#/-）、第二陆相层（#/-）松散堆积物，现简述如下。,&上段（桩号*.***+-0.***）：堤基上部为冲湖积松散堆积物（!"."/&），由上部黄褐,色下部灰黄色粉土及粘土、粉质粘土夹淤泥质透镜体组成。相变大，岩性较杂。平均厚度%)0*(左右。其中粉土在建基面处广布，堤内外侧坡脚地带大面积出露，最大厚度%(。中段（桩号-0.***+,&.***）：堤基上部为冲湖积陆相层（!"."/&），由粘土和少量,粉质粘土组成。岩性比较单一。平均厚度%)!*(左右。其中建基面部位均为粘土，属中高压缩性土，内侧坡脚地带粘土裸露。下段（桩号,&.***+$-.***）：堤基上部为冲湖积陆相层（!"."/&），由上部黄褐色,粉土、下部灰黄色粉土及粉质粘土和粘土组成。相变较大，岩性比较复杂。平均厚度,)#*(左右。其中上部粉土分布范围长%’(，占建基面!"’(长的!1,，单层厚度-(左右。桩号%#.***(以下地段，建基面主要为粘土，属高液限、高压缩性土，与淤泥质粘土基本接近，背水侧坡脚部位大面积出露，层厚相对减薄至-)$*(左右。地下水类型基本为孔隙潜水，局部呈弱承压性。地下水主要受大气降水和地表径流补给，季节性变化大，河口段受海水倒灌的影响较为明显。综上所述，对于永定新河右堤!级堤防工程而言，堤基土体的承载力一般可满足堤防工程附加荷载的要求。粉土段堤基土体结构比较松散，粘粒含量少，透水性大，抗渗强度—!!%$— 第四章海河流域水利水电工程地质小，因此堤基渗漏、渗透稳定和地震液化等将是堤基主要工程地质问题。粘土、粉质粘土段堤基土体的高液限、中—高压缩性，物理性状近淤泥质土，为低强度软土，堤基土体沉陷、抗滑稳定等问题较突出。（!）堤身工程质量。上段（桩号"#"""$!%#"""）：该段堤身土由粉质粘土、粘土和粉土组成。其中在桩号&#"""’以上堤段中分布有厚(’左右的旧路基疏松杂填土。本段堤身平均高度)*&"’。该段堤身存在裂缝且土质较杂、压实度低、渗透性差异大，抗渗强度小，总体质量较差。中段（桩号!%#"""$)+#"""）：该段堤身土由粉质粘土和粘土组成。堤平均高度+*%"’。虽土质较均匀，但压实度较小，总体质量较上段好。下段（桩号)+#"""$,!#"""）：该段堤身土由粉质粘土、粘土和零星粉土组成。平均高度!*%"’左右。土体组成均一性差、且有松散体、高压缩性粘土集中带和少量粉土分布，总体强度差，透水性大。综上所述，永定新河右堤上段和下段堤身土体内存在着松散体、不均质土体和中等透水性的粉土集中带等。桩号&-#"""’下游有高压缩性、低强度的粘土分布，堤基沉降和抗滑稳定等工程地质问题较突出。!*左堤堤防左堤长,+.’，属于!级堤防工程。（(）堤基工程地质。钻孔揭露深度内，均为第四系全新统松散堆积物，由于沉积环境的差异，土体的颗粒组成和结构较复杂。上部主要由河湖相黄褐色粉土、粘土、粉质粘土组成，厚度+*("$&*,"’。下部主要由海积粉质粘土、粉土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土组成，厚度)*!$%*%’。该堤段地下水为孔隙潜水含水层，因地下水位埋深浅，蒸发大，使得水质较差。近海岸地带，海水、河水、地下水关系密切，局部地段地下水有海水倒灌现象。地下水、地表水的水化学类均属/012#34型水，对普通硅酸盐水泥具腐蚀性。该堤段堤基土体由粘土、粉质粘土和粉土组成，局部堤基粘土软弱、力学强度低，堤基沉陷陷量较大；而粉土为主组成的堤基土体在饱水时遇有"度地震为可能液化材料，这是大堤加固设计中应注意的问题。另外，堤背水坡外地下水位较高，河水与地下水关系密切，丰水期河水补给地下水，而枯水期地下水向河床内排泄，形成了互补的水文地质环境，减弱或减缓了河口地带海水的入侵，若需要做防渗地质工程，地质工程设计应注意该堤段的水文地质环境不受破坏。上述粘土、粉质粘土、粉土等物理力学性质与前段粘土、粉质粘土、粉土的物理力学性质无明显的差异，唯淤泥质粘土的工程地质特性较差，其天然含水率+5*!6$)%*(6，平均值)!*&6；天然密度(*--$(*%&789’+，平均值(*%!789’+；孔隙比(*"+,$(*!)+，平均值1(，平均值"*,-:;41(；渗透系数(*-!<("1-1&(*(+!；压缩系数"*&!$"*-5:;4$!*&&<("9’8=；自然快剪!>("$!5.;4，#>!*)?$)*&?；属于弱—不透水性、高压缩性、低强度的软土土体。主要工程地质问题与前堤段相同，但土体更加软弱，其堤基土体沉陷问题要大一些。—((&-— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（!）堤身工程质量。永定新河左堤为人工就地取土填筑而成，堤高"#"$%#&’，堤顶宽($)*’，边坡为)+%、)+"两类。桩号)&,-**$!),***’、!-,***$!-,-**’段堤顶为混凝土、沥青路面。大堤分别由粘土、粉质粘土、粉土组成。堤身土体填筑质量控制干密度)#.*/01’"考虑，在"2组试样中，大于和等于填筑质量控制干密度的样品仅有-组，占)(3，有(!3的试样干密度小于填筑质量控制干密度。因此，该段堤身土体质量综合判定为!"类。.青龙湾减河堤防青龙湾减河系北运河与潮白新河的连接河段，以承泄北运河洪水为主，上起河北省香河县土门楼分洪闸。下至北里自沽入潮白新河，流经河北省香河县、天津宝坻县、武清县境内，河道长度.!4’。堤高%$-’，两堤相距!**$"**’。青龙湾减河左、右堤均属!级堤防。现河道淤积严重，堤防标准较低，河道断面满足不了原设计行洪能力，故需加固治理。（一）堤基工程地质青龙湾减河系连接北运河与潮白新河的河段，流经地区属海积冲积平原，地势低平。上游两岸地面高程约)*’，河底高程.#-’；下游两岸地面高程约)#*’，河底高程5)#(’。地形自北西向南东方向略倾，坡降小于)0-***。据勘探资料，深度).’内，堤基土体为第四系全新统冲积（678%）层松散堆积物，上游堤段上部以壤土、砂壤土为主，间有粘土，下部以粉细砂为主；下游则以粘土、壤土为主。青龙湾减河地地带，浅层地下水类型为孔隙潜水，上、下游地下水埋深略有不同，上游两岸地下水埋深较大，与河水位基本一致；中下游两岸地下水埋深较浅，一般)#"$*#(’，低于河水位。地下水受大气降水补给和河水影响，随季节及河水涨落而变化。堤基土体为第四系全新统冲积（!"8%）层松散堆积物，堤基土体岩性相对筑堤土体较为稳定，分布规律性较明显，上游堤段（桩号9!!,***，:"),.**以上）多呈二元结构，上部以壤土、砂壤土为主，间有粘土；下部以粉细砂为主，可判定为!!类堤基。下游则以粘土、壤土为主。可判定为!)类堤基。（二）堤身工程质量据勘探资料，堤身土体为人工填土（#8%），上游堤段填筑以壤土、砂壤土为主，粉细砂左堤较多；下游则以壤土、粘土为主。)#左堤左堤堤身土体上游以壤土、砂壤土及粉细砂为主；下游以壤土、粘土为主。从土的颗粒组成看，粉细砂、砂壤土的砂粒含量较高。分析和试验成果证明，自堤底部到堤顶、自上游至下游，堤土颗粒组成变化较大，土体均一性较差；堤土填筑干密度小、孔隙比大、渗透性相对较强。各堤段堤身土体的压实度满足!级堤防压实度标准*#&!的试验子样数均小于试验总样数的"*#*3，这是由于筑堤时土的含水率控制不严或碾压功能不够所致。尤其桩号9(,***$9!!,***’堤段，土体孔隙比达*#("$*#&&，堤身土体的压实度满足!级堤防压实度标准*#&!的试验子样数仅—)).(— 第四章海河流域水利水电工程地质占试验总样数的!"#$%，且夹有大量粉细砂，是大堤质量最差段。&#右堤右堤主要由壤土、砂壤土和粉细砂等组成，局部堤段夹有粘土。各堤段堤身土体平均填筑干密度!#’&(!#)*+,-./，最小仅有!#/!+,-./；平均孔隙比*#0’，最大达!#*"。桩号1!2)**(1/!2)**.段堤身土体的压实度满足!级堤防压实度标准*#3&的试验子样数小于试验总样数的!)#’%，属于!/类堤防工程。仅桩号1/!2)**(1)&2***.段堤身土体的压密度满足!级堤防压密度标准*#3&的试验子样数占试验总样数的’"#&%。该堤段可判定为!&(!/类堤防工程。总的来看，堤身土体填筑干密度小，孔隙比大，压实度多小于相应堤防压实度标准，渗透性较强，堤身土体质量较差。"蓟运河堤防蓟运河自天津宝坻县九王庄由州河与枸河交汇而成，至宁河县南汉沽入渤海。左堤长!!$#’4.，右堤长!&&#$4.，均属"级堤防。左右堤均未进行系统的堤防勘察，仅对沿堤出现问题需进行加固的堤段进行了部分勘察，且勘探时间、勘探单位不同，评价标准亦有差异。（一）堤基工程地质蓟运河流经地区属海冲积平原，地势低平，地形自北西向南东方向略倾，坡降小于!,)***。堤内时有河床、漫滩分布，相对高差’(".。据区域资料，蓟运河上游区地处宝坻—宁河断裂的上盘，第四系覆盖层厚度相对较小，为!**(&**.左右，其下即为古生界石炭5二叠系等基岩地层。蓟运河下游则发育巨厚的第四系松散堆积物。第四系沉积物岩相在蓟运河上游以河流相堆积为主，间夹有湖沼相堆积；在蓟运河下游则以海陆交互相堆积为主。主要有粘土、粉质粘土、粉土、粉砂、细砂等，空间分布上粘性土与砂土多呈互层状展布，土体结构为多元结构。在钻孔揭露深度内（&*.）除表层为人工填土（为堤身土体）外，均为第四系全新统松散堆积物。据土体物质组成、成因、时代自上而下分别为：第四系全新统人工填土（堤身土体）层（!6’），第四系全新统第一陆相层（"#6/）、第四系全新统第一海相层（$6&）和第四系全新统第二陆相’’层（"#6!）。’该堤段浅层地下水类型属于平原区第四系孔隙潜水，由于第四系松散堆积物颗粒组成多变，相变复杂，土层具有多元结构，这种土体结构特点，决定了第四系孔隙含水系统具有多层次和复合性的特点。地下水主要受大气降水补给和河水影响，随季节不同地下水与河水的补排关系不同，枯水期地下水补给河水，汛期地下水随河水涨落而变化。综上所述，鉴于堤基土体结构及性状，堤基土体的渗透稳定和沉陷、抗滑稳定等是主要工程地质问题。!33’年蓟运河大水时桩号1)20**(1"2&/*.段，堤背水坡外地面曾出现渗水现象，堤迎水坡内发现塌坑。（二）堤身工程质量（!）右堤西庄沽段。堤身均有后戗，后戗宽/(’.不等，堤防表面和后戗表面植被发育，少有冲沟，但均发现有鼠洞。堤身土体以粉质粘土为主，粘土次之，局部夹有粉土薄—!!)3— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例层。土体呈褐黄色、稍湿、湿，硬塑—可塑状。堤防土体的填筑干密度是堤防土体质量的直接表现，高度超过!"的!级堤防的填筑压实度不应小于#$%&。堤防土体压实度大于#$%&的百分率仅为’!$()。应判定为!&*!+类堤防工程。堤身土体以粘土为主，局部夹有粉质粘土、粉土薄层，堤防土体构成尚好，但平均天然含水率+#$#)，平均填筑干密度,$-’./0"+，平均孔隙比#$(%，土体较为松散；河口蓟运河防潮闸一带部分由冲填土构成，粉质粘土、粉土组成，中等透水性，固结历时短，质量较差。该段堤身土体质量判定为!&*!+类。（&）下游左、右堤汉沽段。堤防土体以粘土为主，局部夹有粉质粘土、粉土薄层，平均天然含水率+#$#)，平均填筑湿密度,$%#./0"+，平均填筑干密度,$-’./0"+，孔隙比#$(%，平均压缩系数#$-&1234,，属中等压缩性；河口蓟运河防潮闸一带部分堤段堤身土体由冲填土———粉质粘土、粉土组成，分布不连续，中等透水性。5滦河堤防滦河左堤王庄子—昌黎县王家楼长约,,$&6"；右堤京山铁路—乐亭县袁庄长约-’6"，均为"级堤防工程。唐山“5·&(”地震对堤防工程破坏严重，对破坏明显的堤段已进行了开挖回填处理。近几年对右堤部分堤段进行了物探勘探、局部堤段（险工段）进行了勘察，现将部分勘察成果综述于后：滦县境内右堤长约,-$’6"，全部进行了电法勘探。该堤段堤高+*!"，堤顶宽&*("，通过电法勘探找出异常点,#,个，主要分布在桩号#7#&’*,7#&’"、,7#&’*&7#&’"、,#7#’#*,,7#’#"三段，经开挖证实，异常点主要为：“5·&(”地震留下的未被充填的张开裂隙、地震裂缝中充填细砂或松散细砂夹层、松散垃圾如矿渣等高阻体所致。唐山市水利局于,%%-年,,月，对右堤桩号,&7,&+*,+7!&+"堤段进行了勘察。勘察堤段位于燕山山前倾斜平原区、滦河洪积扇的中部，河内漫滩高程,($&!*&,$(!"，背水坡外地面高程,-$’#*,%$&&"，堤顶高程&-$,5*&’$&5"。堤基土体自上而下依次为粉质粘土；厚#$!’*&$’#"，层底高程,5$,&*,($,5"；粉土：厚#$(*+$5"，层底高程,5$’5*,-$55"；粉细砂：厚#$5#*!$,#"，层底高程,5$&&*,,$!,"；粉质粘土：层厚#$!#*!$+#"，层底高程,5$,!*,,$#"，砂卵石层：层厚#$!*’$#"，层底高程’$!+*5$(,"；粉质粘土：厚度5$’#*,&$#"，层底高程4,$(%*4-$,%"；砂卵石：揭露厚度5*%"未揭穿。由上述堤基地层发育特征来看，顶部的粉质粘土和粉土基本可视为隔水层，堤基土体的渗透稳定性尚好，但是由于开挖砂料，在堤背水坡外留下了一系列的土坑，土坑的深度均挖穿了上部隔水层，使砂层在堤外临空，坑内已产生管涌现象。因此，上述堤基，包括电法揭示的异常点分布堤段的堤基应按"+类堤基考虑。从筑堤土料来看，部分堤段为粉土或粉细砂，用壤土筑堤的堤段较少，故堤身土体质量较差，尤其桩号,&7,&+*,+7!&+"堤段基本为粉细砂组成的堤段，堤身质量更差。看来该堤防工程主要为"+类。建议以查明堤身土体质量、堤身土体的坑冲和渗透稳定性为重点的全面堤身土体质量检查，以便针对隐患类型及时进行加固处理，保证堤防工程安全运行。—,,!#— 第四章海河流域水利水电工程地质第四节重大险段工程地质条件!海河流域常见险工类型!""#年长江、松花江相继出现特大洪水，沿江堤防工程险象环生，暴露出许多工程和地质工程问题，引起人们的极大关注。几年来，各大流域相继开展了对已建堤防工程质量检查、险工段加固工作。随着对已建堤防工程质量检查、加固工程的不断实施，堤防工程勘察与质量评价越来越引起水利工程设计和管理部门的重视。为便于对海河流域平原区堤防工程土体及堤基工程地质条件进行了解、分析，根据海河流域平原区堤防工程填筑、运行、所处环境的特点，试将堤防工程质量做如下分类。（一）地基土地震液化前已述及，海河流域平原区地处华北沉降带，其周边有三个大的地震带环绕，即：河北地震带、山西地震带和许昌—淮南地震带。大部分地区的地震基本烈度大于!度，一部分地区如：北京、宁河—唐山、怀来—延庆、代县—太古、淇县—新乡、范县等均为"度区。在此地震地质环境下，平原区和盆地区地下水埋深较浅，所夹的少粘性土或砂性土大多处于饱水状态，因此地震基本烈度为"度区的重要城市附近堤防工程地基土体地震液化或施工震动液化问题，是需要重视的。（二）渗透变形与破坏前已述及，海河流域平原区中东部，古河道发育，古河道内大多为粉细砂等砂性土组成，且多沿北东$%&左右方向呈条带状展布，往往与近东西向的人工河道成直交或大角度相交，砂性土结构相对疏松，渗透系数大于’(!%)*+,-.，属于弱—中等透水性，在堤身直接坐落于砂性土地基之上的堤段，加之缺少防渗措施保护，堤防工程土体与堤基土体接触带，最易成为集中渗水通道，当堤内、外水位差异明显，且超过地基土体允许水力坡降时，堤基土体有可能发生渗透破坏。此外，由于就近取土筑堤，不少堤段堤身土体中埋藏有中等透水性（或强透水性）的砂性土，多呈鸡窝状、局部夹层或不稳定的条带状、透镜体状分布，透水性较强，是堤防工程防渗的薄弱环节。当堤内、外水位差超过堤身土体允许水力坡降时，堤身土体有可能发生渗透变形与破坏，尤其是砂性土连续分布且内外贯穿堤身时，极易由管涌或流土破坏发展成为决口或溃堤。（三）裂缝与沉陷海河流域平原区濒临渤海，在海积平原区表部第四系松散堆积物颗粒组成相对较细，古河道间的河间地块和滨海平原区内堆积了较多的粘土和淤泥质粘性土。粘粒含量较高，亲水性强，含水量大于/%01$%0，远高于其最优含水量，就地取土筑堤，施工不易压实，且使堤身土体不均一。随时间的推移，堤身土体失水，收缩干裂，形成不规则的裂缝，—!!2!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例破坏了堤身的完整性和强度，沿裂缝易形成集中渗漏通道，甚至形成决口或溃堤。有的堤段形成不规则裂缝后，在雨水入渗作用下，形成碟状沉陷凹坑或漏斗状的冲坑；对堤身土体的完整性影响较大。裂缝和沉陷在滨海区及其邻近堤防工程中是常见的一种破坏形式。滨海地带堤基土体均为近代堆积的松软土体，堤身直接坐落其上，在堤身土体作用下，加速了堤基土体的自固结作用，堤防工程地基沉降是非常明显的，尤其近河口!"#$"%&范围内堤防工程沉降更为强烈，但对堤防工程完整性的破坏作用不甚明显，仅是堤顶高程降低而已。（四）堤身土体散浸或塌岸以砂性土为主填筑的堤段，若设计断面按粘性土设计，而堤身土体填筑质量又不符合质量要求，导致土体结构松散，迎水面没有防渗或堤身没有防渗处理的情况下，河道高水位时背水坡面上易出现散浸现象（由于斜坡太缓，雨水入渗亦可形成假散浸现象），严重时可能形成流土或流沙、管涌等破坏。此类岸坡，在高运行水头作用下，易被冲蚀或塌岸，危及大堤工程的安全。近河口的滨海地带，堤基往往分布有较厚的冲积海积软土或淤泥质软土，其含水量大于塑限含水量，强度低，施工时填筑加载太快或填筑好的新堤堆放重量较大的杂物等，荷载太大，导致堤身土体滑坡；有的虽未滑动，但堤身土体边坡已处于临界稳定状态，河道过水时有可能发生塌滑。（五）生产活动和环境的影响!’穿堤建筑物海河流域平原区，人口密集，农业发达，为满足农业灌溉的要求（局部低洼地为排涝的目的），堤下埋有很多输水管道。这些输水管道规模不大，均埋于堤基附近，很少有截渗措施，因而混凝土管壁与堤身土体间成为河水渗透的薄弱带；有的输水管上覆回填的土体不密实，形成了明显的沉陷；故从对堤身土体防渗技术要求来看，堤下埋管工程或穿堤建筑物最多的属漳卫新河，大约!%&左右就有一处。$’生产活动的影响人们的生产活动，对堤防工程的完整性和稳定性带来了一定的影响，诸如：有的穿堤修路，沿堤的内外坡面开挖成与堤斜交的马道，不仅使堤顶变窄、破坏了堤的完整性，雨水沿马道冲刷严重，形成“凹”槽。有的为用土方便，就近在堤背水坡脚下取土，形成几米至十余米的深坑，将堤基下伏粉细砂等较强透水层挖穿，使其在堤内外临空，对堤基防渗很不利。有的在内外斜坡面上开挖梯田，致使雨水不能通畅地向坡下排放，而形成一定程度的集中水流，使坡面遭到严重冲刷，形成大小不等的冲沟等破坏现象。由于梯田种植豆类、谷类；靠近村庄堤段堤顶被利用为打谷场，堆放秸秆等，鼠、獾等小动物在堤内筑窝生诞，形成动物洞穴，破坏了堤的完整性。等等。$漳卫新河险工段工程地质海河流域最为典型的险工段是漳卫新河险工段，其各险工段的工程地质条件如下。—!!($— 第四章海河流域水利水电工程地质（一）沙王险工位于岔河左堤桩号!"#$%%&!"#"%%’，堤高()*’左右，堤顶高程!()+*’，堤内、外地面高程分别为,+)%’、!%)+’左右。堤身土体主要为壤土、粘土，土体填筑干密度为,)(+&,)$$-./’*，为弱—中等透水。堤基主要为壤土、粘土，夹少量砂壤土透镜体，稍密实，弱透水。堤身、堤基土体相对较密实。（二）沟店铺险工位于漳卫新河左堤桩号(0#*%%&(0#$%%’，堤高0)%’左右，堤顶高程!*)$*’，堤内、外地面高程分别为,+)!’、,")%+’左右。堤身土体主要为壤土、粘土，下部为砂壤土，土体填筑干密度为,)(1-./’*，为弱—中等透水。堤基主要为砂壤土、壤土、粉土，堤身与堤基接触带的砂壤土，分布较稳定，稍密实，弱—中等透水。堤身、堤基土相对较密实，但堤身与堤基接触带砂壤土较多。（三）于渤海险工位于漳卫新河左堤桩号"%#$*%&",#!+%’，堤高$)%’左右，堤顶高程!%)!%’，堤内、外地面高程分别为,()%’、,+)%’左右。堤身土体主要为壤土，局部为粉砂，土体填筑干密度为,)("-./’*，为弱—中等透水。堤基主要为壤土、粘土，下部为粉砂，分布较稳定，稍密实，弱—中等透水。堤身、堤基土体相对较密实。（四）郑庄险工位于漳卫新河左堤桩号"!#1%%&"*#%%%’，堤高$)0’左右，堤顶高程,1)1*’，堤内、外地面高程分别为,*)!’、,,)$’左右。堤身土体主要为壤土，土体填筑干密度为*，为弱—中等透水。堤基主要为壤土，下部为砂壤土、粉砂及壤土透镜,)(+&,)"(-./’体，稍密实，弱—中等透水。堤身、堤基土体相对较密实。（五）崔站险工位于漳卫新河左堤桩号""#!%%&""#*%%’，堤高$)%’左右，堤顶高程,1)00’，堤内、外地面高程分别为,*)0’、,!)0’左右。堤身土体主要为砂壤土、壤土，土体填筑干密度为,)*,&,)(!-./’*，为弱—中等透水。堤身、堤基土体为松散—较密实，质量较差。（六）刁庄险工位于漳卫新河左堤桩号+*#!%%&+(#(0%’，堤顶高程为,+)(+’&,+)$%’，堤高()$&0)(’，大堤内、外侧地面高程分别为,!)0%’、,()%’左右。堤身土体为壤土，填筑干密度一般为,)(*&,)$+-./’*，属弱透水；堤基主要为壤土、砂壤土，夹粘土，分布的砂壤土层较为稳定，天然干密度一般为,)(,&,)$,2./’*，为弱—中等透水层。堤身及堤基土相对密实。但在桩号+*#1+%’附近，有一排水通道，对大堤安全运行不利。（七）王全家险工位于漳卫新河左堤桩号++#+*%&+1#,*%’，堤顶高程为,+)*$’，堤高()+’左右，大堤内、外侧地面高程分别为,*)%’、,%)"’左右。堤身中上部为壤土，下部为砂壤土，填筑干密度为,)((&,)$!-./’*，属弱—中等透水；堤基主要为砂壤土壤土，夹粉砂透镜体，分—,,$*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例布有三层砂壤土，较为稳定，天然干密度为!"#$%!"&&’()*+，为弱—中等透水。建基面附近为一层分布较稳定的砂壤土，渗透性较好，且滩地高于地面,"-*多，存在渗透变形隐患。（八）大尚一西李险工位于漳卫新河左堤桩号../,+-%!-0/+--*，堤高#"&%&"-*，堤顶高程!1"&%!1"0*，堤内、外地面高程分别为!!"-*、!,"-*左右。堤身土体主要为壤土、粘土及砂壤土，土质极不均一，填筑干密度为!"!0%!"1+’()*+，一般!"#-%!"&-’()*+；土体多呈中等—弱透水；土体总体较疏松，填筑质量较差。堤基为砂壤土、壤土，多呈中等透水，局部堤段背水坡外为洼地。（九）郑家桥险工段位于漳卫新河左堤桩号!!&/&#&%!!&/,#&*，堤顶高程为!&"+0*，堤高#"-*左右，大堤内、外侧地面高程分别为!!",*、!!"0*左右。堤身以壤土为主，中部夹有一层粘土，填筑干密度为!"1!’()*+，属弱—中等透水；堤基土主要为壤土、粘土，分布较为稳定，天然干密度为!",0%!"1-’()*+，弱透水。堤身相对密实，而堤基局部地段土体较疏松。此外，该段内有一废弃水闸，应予以处理。（十）崔家险工位于漳卫新河左堤桩号!,!/1$#%!,!/$.#*，堤高&"&*左右，堤顶高程!#"&0*，堤内、外地面高程在0"1*、."-*左右。堤身土体主要为砂壤土、壤土，填筑于密度为!"##%+，堤身土击实后最大干密度为!"$&’()*+，为弱—中等透水；堤基土体为壤土、粘!"1+’()*土，分布稳定，稍密实，为弱—中等透水。堤身中下部土体较疏松，顶部!"-%!"&*稍密实。（十一）王梅险工位于漳卫新河左堤桩号!,#/#--%!,#/0--*，堤高#"&*左右，堤顶高程!#"-$*，堤内、外地面高程均在0"#*左右。堤身土体主要为壤土，局部为砂壤土，填筑干密度较小，多小于!"&-’()*+，为弱—中等透水。（十二）范堂险工位于漳卫新河左堤桩号!,0/1--%!,0/.--*，堤高#"&*左右，堤顶高程!#"!+*，堤内、外地面高程分别为!-"+*、."+-*左右。堤身土体主要为粘土和砂壤土，填筑干密度多大于!"&-’()*+，为弱—中等透水；堤身上部!"&%,"-*左右为砂壤土，松散，其下部粘土较密实。堤基土体主要为壤土，局部有粘土、砂壤土分布，稍密实，为弱—中等透水。（十三）东关险工位于漳卫新河左堤桩号!++/1--%!+#/-&-*，堤高#"&*左右，堤顶高程!+"#1*，堤内、外地面高程分别为$"$*、0"0*左右。堤身土体主要为壤土和砂壤土，填筑干密度+，底部稍密实，中上部稍松散，弱%中等透水；堤基主要为砂壤土和壤土，!"#1%!"&&’()*为弱一中等透水。堤基砂壤土层较厚，但在堤外滩地表部!"-%,"-*为壤土，可作为天然铺盖。—!!1#— 第四章海河流域水利水电工程地质（十四）东忠险工位于漳卫新河左堤桩号!"#$%##&!"!$!##’，堤高"()’左右，堤顶高程!*()*’，堤内、外地面高程分别为!(%’、+(#’左右。堤身土体主要为粘土和壤土，天然干密度!(,"&!()+-./’,，底部较密实，中上部稍松散，堤身土击实后最大干密度为!(0+-./’,，弱—中等透水；堤身中、上部较松散，下部稍密实。堤基主要为壤土、砂壤土和粘土，砂壤土和粘土不稳定，多呈透镜体状。土体较密实，弱—中等透水。（十五）大麻湾险工位于漳卫新河左堤桩号!""$###&!""$###’，堤高0’左右，堤顶高程!*(*’左右，堤内、外地面高程0(#’、)(1’左右。堤身土体为粘土及壤土，土体填筑干密度为!()!&!(1*-./’,，为弱—中等透水，土体较密实。堤基为壤土，分布稳定，为弱—中等透水。堤身、堤基土体均较密实。（十六）西托险工位于漳卫新河左堤桩号!")$)##&!"0$!*#’，堤高"(,’左右，堤顶高程!!(+’左右，堤内、外地面高程分别为"()’、+(#’左右。堤身中上部为壤土，下部为粘土，土体填筑干密度为!()%&!(0,-./’,，为弱—中等透水。堤基为壤土及粘土，分布稳定。为弱—中等透水。堤基土体均较密实。（十七）道口险工位于漳卫新河左堤桩号!)*$###&!),$###’，堤高)("’左右，堤顶高程!!(#’左右，堤内、外地面高程分别为"("’、)()’左右。堤身土体主要为壤土，底部为粘土，土体填筑干密度为!("+&!(01-./’,，为弱—中等透水，土体较密实。堤基均为壤土及粘土，分布稳定，为弱—中等透水。堤身、堤基土体较密实，但由于该段粘性土较厚，沉陷量较大。（十八）辛集险工位于漳卫新河左堤桩号!0"$,##&!0)$#)#’，堤高"(+’左右，堤顶高程%(1’左右，堤内、外地面高程分别为"(+’、1(#’左右。该段上、下游堤身土体质量不同，下游段堤身土体均为壤土，干密度为!("!&!()%-./’,，底部较密实，中上部较松散，为弱—中等透水；上游段堤身主要为砂壤土及粉土，填筑干密度为!(,)&!(",-./’,，较松散，为中等透水。堤基均为粘土及壤土，分布稳定，稍密实，为弱—中等透水。（十九）魏家险工位于漳卫新河左堤桩号!0+$)##&!0%$)##’，堤高"()’左右，堤顶高程+(+’左右，堤内、外地面高程分别为,(!’、,()’左右。堤身土体主要为壤土，堤顶部为粉土。底部填筑干密度为!()0-./’,，较密实；中上部填筑干密度为!(,%-./’,，较疏松，为弱—中等透水。堤基均为壤土，分布稳定，稍密实，为弱—中等透水。（二十）寇家险工位于漳卫新河左堤桩号!0%$)##&!1#$)##’，堤高"()’左右，堤顶高程+(+’左右，堤内、外地面高程分别为,’、,(0’左右，堤身土体主要为壤土，局部为粉砂、粉土，且分布—!!0)— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例在堤身上部，土体填筑干密度为!"##$!"%&’()*+，弱—中等透水。堤基主要为壤土，下伏土体为砂壤土，且分布稳定，稍密实，弱—中等透水。（二十一）下东王险工位于漳卫新河左堤桩号!,-.!//$!,-.#//*，堤高&"/$&"#*左右，堤顶高程0"#*左右，堤内、外地面高程分别为!"1*、&"-*左右。堤身土体主要为壤土，土质不均一，填筑干密度!"&#$!"%&’()*+，多呈弱透水性；堤基土体主要为壤土、局部夹粘土，呈弱透水性。总的来看，堤身质量较好，但处于河湾冲刷岸，应加强护坡。（二十二）抛庄险工位于漳卫新河左堤桩号!,,.!//$!,,.#//*，堤高&"/*左右，堤顶高程,"#*左右，堤内、外地面高程分别为+"!*、+"#*左右。堤身土体主要为壤土，土质较均一，填筑干密度!"#%$!"%#’()*+，土体密实，透水性微弱；堤基土体主要由壤土组成，局部为粘土，透水性微弱。（二十三）小屯险工位于漳卫新河左堤桩号!%+.-//$!%#.%//*，堤高&"/$%"/*左右，堤内、外地面高程分别在&"/*、%"-*左右。堤身土体主要为粘土、壤土，局部为砂壤土，且多分布在堤身上部，土质不均一，填筑干密度!"&/$!"%+’()*+，一般大于!"#/’()*+；堤基主要由壤土、粘土组成，分布较稳定，透水性微弱。（二十四）无棣险工位于漳卫新河左堤桩号!,%.///$!0/.-//*，堤高&"/*左右，堤顶高程0"#*左右，堤内、外地面高程&"!*、-"/*左右。堤身土体主要为壤土，填筑干密度!"&-$!"%0’()*+，普遍较密实，仅局部较松散；堤基为壤土、粘土，透水性微弱。—!!%%— 第五章鄱阳湖水利水电工作地质第五章鄱阳湖水利水电工作地质第一节鄱阳湖流域地质概况!"地形地貌鄱阳湖位于江西省北部长江中下游南岸，地理坐标为东经!!#$%&’(!!)$%)’，北纬*+$*%’(*&$%!’。鄱阳湖区水域广阔，经过漫长复杂的演变过程，形成目前湖泊范围南起三阳，北至湖口，西到吴城，东抵波阳，南北长!,-./，东西平均宽!)"&./，岸线长达)--./。洪水期（湖口水位*!/时）湖水面积达0,--./*余。湖区地貌由水道、洲滩、岛屿、内湖、汊港组成。入湖水道中最大的水道赣江在南昌市以下分为四支，主支在吴城与修河汇合，为西水道，向北至蚌湖，有博阳河注入；赣江南、中、北支与抚、信、饶河先后汇入主湖区，为东水道。东、西水道在渚溪口汇合后为入江水道，至湖口注入长江。洲滩有沙滩、泥滩、草滩三种类型，共0!0-./*。全湖主要岛屿共%!个，面积!-0./*。主要港汊共约*-处。湖区位于七个不同的四级构造单元，又经历了燕山运动以来的构造运动，特别是新构造运动的影响，形成了湖区复杂多样的地貌景观。根据地貌形态分类标准，全区可划分为山地、丘陵、岗地、平原四种类型，湖区外围四周为中低山丘陵环抱，中部为丘陵岗阜区，湖盆为河湖相冲积平原和水域。山脉走向多呈北东、北东东向。地形起伏较大，山高坡陡。四周山脉主峰高程多大于!---/，冲积平原地面高程一般为!#(*#/，湖泊水域湖底高程均小于!#/，在湖口县鞋山附近湖底高程为1!/左右，是区内最低点。冲积平原区主要为河流侵蚀堆积阶地，多分布于五大河流及其支流两岸。平原及岗地分布面积较大，约占湖区总面积的)!"&2。现分述如下。!"中、低山地貌位于湖区边缘及外围四周，呈北东和北北东走向。与区域主要构造线基本一致，较大的山脉有庐山、九岭山和怀玉山等。地形起伏大，山体坡度较陡，以构造剥蚀侵蚀为主，山顶高程有多级夷平面出现。按构造分类，有断块山、褶皱断块山。以构造作用为主，经历冰川剥蚀及强烈风化剥蚀作用。如庐山奇特的冰川冰蚀地貌。*"丘陵岗阜地貌主要分布于中部及东北部都昌以北至长江一带的中、低山和平原之间。丘陵主要由板溪群和下古生界老地层组成，岗阜则多由中、新生界红色岩层组成，风化严重，表层多分—!!),— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例布有残积层，坡脚处一般有较厚的洪坡积或冲积物。!"河湖冲积平原地貌区内分布广，按其成因可分两种类型：一种是河流侵蚀堆积地貌。它主要分布于区内五大河流及较大支流两岸。以堆积阶地为主，区内!、"和#级阶地均有分布。以"级阶地最发育。!级阶地：分布于都昌—进贤—线以西的赣江、抚河、修水沿岸，分布不连续，阶面高程一般为#$%&’，由全新统和上更新统棕黄色壤土和砂砾石层组成，多呈上叠式向湖区倾斜，至滨湖地带成为埋藏阶地。"级阶地：是本区发育较好、分布较广的阶地。一般为基座阶地，阶地高程多在(&$()’左右，向湖区倾斜，直至成为埋藏阶地。多由中更新统的网纹状红土和砾石层组成，厚度变化大，有向湖区延伸逐渐变厚的趋势。由于河水的冲蚀切割，部分呈孤岛状分布。#级阶地：主要为侵蚀阶地，分布零星，保存不完整，阶面高程一般为*&$+&’，沿古赣江自莲塘至湖口、彭泽一带，呈狭窄线状或断续分布。而河湖堆积地貌则主要分布于五河下游及尾闾地带。五河进入尾闾区后河谷开阔，江河分歧，河道纵横，形成一个复杂的水系网。河口三角洲堆积、湖岸和湖边堆积形成有大片向湖心倾斜的河湖冲积平原。地壳的上升运动及后期的湖心堆积作用，又形成了湖岛和湖滩地貌，湖水的浪蚀作用又使鄱阳湖部分湖岸形成湖蚀崖等湖蚀地貌。("地层岩性区内地层发育较完全，从元古界至新生界地层均有分布。以元古界板溪群和新生界红色岩层及第四系地层分布最广。其中：最老的元古界板溪群为一套浅变质岩系，大面积出露于余干康山，珠湖，石镇街，都昌南山等地，厚度大；此外，像震旦系、寒武系、奥陶系及中生代的志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系及白垩系的地层在湖区内也有分布。新生界主要为第三系红色岩层。岩性为砾岩、砂砾岩及粉砂质泥岩等，分布于九江、星子、永修、南昌和进贤等地。而近代沉积的第四系地层分布最广，尤以中、上更新统和全新统更为发育。更新统地层表现为以冲积、冰水沉积、河湖相沉积及残积粘土、壤土、砾质土、砂砾石等为主。全新统地层分布在湖区内各河段两岸及五河三角洲、滨湖地带，成因类型主要有冲积相和河湖相两类：冲积相具二元结构，下部为砂及砂砾石层，上部为粘性土层，一般层厚($+’。河湖相岩性变化大，滨湖区及湖底，一般沉积有淤泥及淤泥质砂，淤泥质壤土等。第四系地层的厚度变化大，一般%&$*&’，局部如九江凹陷区可达%&&’左右。湖区岩浆岩仅在湖盆边缘地带零星出露。鄱阳湖堤防工程区地层发育较全，分述如下：元古界板溪群（,-）：变质岩，分布于康山、珠湖、石镇街和南山。震旦系（.）：硅质岩、页岩、冰碛砾岩、长石石英砂岩、凝灰质砂岩和火山角砾岩，分布于庐山、湖口、彭泽、和都昌。寒武系（!）：炭质页岩、页岩和泥灰岩，分布于庐山湖口、彭泽和都昌。奥陶系（/）：白云岩、灰岩和硅质岩，分布于庐山和彭泽。志留系（0）：长石石英砂岩、砂岩和砂质页岩，分布于庐山、波阳、湖口和九江。—%%+#— 第五章鄱阳湖水利水电工作地质泥盆系（!）：砂砾岩、砂岩、砂质页岩和白云岩，分布于湖口和九江。石炭系（"）：灰岩、白云岩、砾岩和砂岩，分布于湖口和九江。三叠系（#）：灰岩、页岩、炭质页岩和砂岩，分布于湖口、彭泽、九江、都昌、余干和波阳。叠系（$）：砾岩、砂岩、页岩、泥岩和白云岩，分布于都昌、波阳、进贤和余干。侏罗系（%）：砂岩、角砾岩、凝灰岩和流纹岩，分布于进贤和余干。白垩系（&）：红色砂岩、砂砾岩、泥岩和凝灰质碎屑岩，分布于波阳、湖区北部和东部广大地区。表’()鄱阳湖湖区构造单元表构造单元级别及名称代表性圩堤名称一级二级三级四级庐山穹断束南康堤下扬子—钱塘台坳九江台陷湖口(彭泽凹褶断束双钟圩修水(都昌台陷都昌穹断束矶山联圩九岭穹断束郭东圩、永北圩河西东联圩、成朱联九岭(高台山台拱圩、珠湖联圩、赣西联圩、鄱阳凹陷蒋巷联圩、二十四联圩、扬子准地台南新联圩江南台隆乐北联圩、乐分联圩、古埠联圩、沿江大堤、棠墅港左堤、中洲联圩、红奉城—乐平凹断束旗联圩、长乐联圩、饶河联圩、梓埠联圩、信瑞联圩、康山大堤官帽山台拱抚东堤、丰城大联圩第三系（*）：红色砾岩、砂砾岩和粉砂质泥岩，分布于九江、星子、永修、南昌和进贤。第四系松散地层分布广，从更新统至全新统均有分布，厚度)+,-+.，北部)++.。（)）下更新统（/)）：冲积相北部为粘土与砂砾石互层，南部为网纹状粘土和砾质壤土；冰水堆积物为粘土质砂和砂砾石，分布于庐山和九江。（0）中更新统（/0）：冲积、冲洪积和残坡积为网纹状含砾（碎石）粘性土和砂卵（砾）石，局部有岩溶堆积的红粘土，分布于瑞洪、三里、康山、南山、尤口和吴城等地。（1）上更新统（/1）：冲积相为灰黄、棕黄色粘性土和砂卵（砾）石。河湖相为粘性土和中细砂。（-）全新统（/-）：冲积相具二元结构，上部为粘土、壤土和砂壤土，局部有淤泥类土，下部为砂和砂卵（砾）石层。河湖相岩性和岩相变化较大。一般以粘土、壤土、淤泥质土和粉细砂为主，部分地区见有淤泥、砂壤土和砂卵（砾）石层。12地质构造鄱阳湖地区处于我国一级大地构造单元扬子准地台上。圩堤所处二级、三级和四级—))43— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例构造单元。见表!"#。区域地质构造较复杂。吕梁期结束地槽历史，受南北向挤压构成老东西向构造。自震旦纪起经历海侵过程，至印支期结束。印支至燕山期受北西—南东向主压应力作用，构成北东向构造。燕山期以来，以断裂构造运动为主形成穹断束、凹陷和凹断束。第四纪以来，区内构造运动以大面积间歇性上升为主。影响本区稳定的主要为淮阳山字形、华夏系、新华夏系等构造体系。历史上淮阳山字形展布范围内，发生过多次地震。区内华夏系在正常情况下，构造线为北东走向，局部受后期大型构造体系的牵引、克制和干扰，变为北东或近东西向，它切断了老第三系岩层，使紫红色砂砾岩发生平缓的褶皱，显示有挽近活动。区内庐山附近一系列断层崖、峭壁，多层岩溶等幼年地貌的分布，反映了新华夏系活动的迹象。$%地震基本烈度根据国家地震局#&&’年出版的《中国地震烈度区划图》（#($’’万），区内湖口县的双钟圩、南北港圩，星子县的南康圩位于)度区内，其余圩堤区的地震基本烈度均小于)度。第二节主要工程地质问题根据地貌单元、成因类型和工程地质条件，鄱阳湖区工程地质分区可划分为河流冲积阶地平原区、河流尾闾三角洲平原区、残积丘陵区和湖积湖滩区。河流冲积阶地平原区为五条河流下游地带，阶地具二元结构，上部为粘土，厚度一般*%’+#’%’,，为可塑—硬塑状，中等压缩性，物理力学性质较好，承载力较高，为较好的持力层，防渗性能好，为良好天然防渗铺盖。但局部堤段有淤泥类土，为不良地基土，承载力甚低。有的天然防渗铺盖变薄、缺失。下部为粉细砂、中细砂和砂（卵）砾石层厚度-+#’,，为强含水层。粉细砂较松散，中细砂和砂（卵）砾石具中密—稍密状态。位于该区有代表性的圩堤有西河的西河东联圩；饶河支流乐安河的乐北联圩；信江的古埠联圩、乐丰联圩；抚河的抚东堤、中洲联圩和棠墅港左堤；赣江的沿江大堤、丰城大联圩；修河的永北圩和郭东圩等。河流尾闾三角洲平原区包括长乐联圩、蒋巷联圩、南新联圩、赣西联圩、二十四联圩、饶河联圩、珠湖联圩、信瑞联圩、康山大堤等，河湖相地层岩性和岩相变化较大，赣江尾闾的堤基上部一般以青灰色粘土、壤土、淤泥质土、淤泥质粉细砂和粉细砂为主，下部一般为中砂、砾砂和砂卵（砾）石层。最大厚度可超过$’,。东部信江尾闾、饶河尾闾，上部多为黄褐色粘土、粉质粘土、壤土及砂壤土等，部分为淤泥类下部为粉细砂，砂砾石层等，总厚度-’,。残积丘陵区土层为砂壤土、含粘碎石土、网纹状粘性土和含砾粘土。砂壤土和含碎石土具透水性，呈可塑—硬塑状态；网纹状粘性土和含砾粘土为中、上更新统残坡积老粘性土，坚硬，呈半胶结状态。位于该区有代表性的圩堤有矶山联圩等。湖积湖滩区地层结构的特点是上部土层一般为壤土，局部有淤泥类土。下部为中更—##.’— 第五章鄱阳湖水利水电工作地质新统网纹状老粘土。位于该区有代表性的圩堤有南康堤等。鄱阳湖区圩堤的持力层大多为粘土和壤土，呈软—可塑状态。中等压缩性，物理力学性质较好，具一定的承载能力和防渗性能。但厚度变薄或缺失堤段，堤身置于淤泥类土和粉细砂层上者，堤基和堤（岸）坡不稳定，且易产生渗漏和渗透稳定问题，现将普遍存在的工程地质问题归纳如下：!"堤身渗漏问题堤身渗漏较为普遍，表现为圩堤内坡和坡脚渗水，汛期集中漏水。堤身填土土质较差，为弱透水的砂壤土和粉细砂，或粘性土夹透水性较好的砂类土、砂（碎）砾石和垃圾等。堤段堤身单薄达不到设计断面，填筑不够密实，堤身有白蚁穴、老鼠洞、坟墓和窑等，都会造成渗漏。#"堤基渗漏和渗透稳定问题堤基渗漏问题在各圩堤均有发生，堤嫩出现泡泉和管涌。堤基和地表大多有相对隔水的粘性土，为较好的天然防渗铺盖和持力层。但有些堤段天然防渗铺盖甚薄或缺失，或者在取土筑堤、挖塘建渠时厚度被减薄甚至被挖穿。汛期堤外河湖水位高涨，河湖水补给地下水，使之形成较高的压力水头，地下水从无铺盖地段涌出，或顶破薄弱铺盖涌出，形成泡泉和管涌。管涌带出粉细砂，发生渗透破坏，危及大堤安全。$"堤基变形问题堤基变形问题发生在持力层或下卧层为淤泥和淤泥类土，其含水量!%&’"左右，孔隙比#%!"’(!")，内摩擦角，具高压缩性，为不良地基。其特点是排水不畅，!%$$()$固结时间长，沉陷量很大，抗剪强度特低，易造成圩堤沉降变形、不均匀沉陷、堤身开裂和滑动等，在汛期由于堤基变形往往溃堤决口。&"堤（岸）坡稳定问题堤身滑坡：堤身土质和填筑质量较差，堤坡较陡，汛期堤坡渗水会造成滑坡，历年冬修圩堤加宽加高，新、老填土结合不牢，汛期泡水后，新填土滑坡。由于堤基渗透变形，从堤内脚开始，使堤脚下沉，继而引起滑坡。堤段迎流顶冲或受浪蚀作用也往往使外坡失稳。岸坡失稳：粉细砂和淤泥类土组成的河流凹岸岸坡，抗冲性能差，受冲刷时坡脚被掏空，造成塌岸和崩岸等不良工程地质问题。有些岸坡长期所浪蚀地质作用，形成湖蚀崖，由于岸坡过陡而崩塌。第三节重要堤防工程地质条件鄱阳湖区重点圩堤，除富大有堤、赣抚大堤特等圩堤外，还有红旗联圩、长乐联圩、赣西联圩、二十四联圩、饶河联圩、梓埠联圩、信瑞联圩、军山联圩、蒋巷联圩、南新联圩等十二座保护耕地十万亩以上的圩堤和三十座保护耕地五万亩以上及圩内有重要设施的圩堤。!"堤身土质情况—!!*!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例重点圩堤由于建堤时间、施工条件、填筑土料的差异，导致各堤堤身质量不等。总体来讲，已建圩堤均已运行多年，经长期自重压密，多数圩堤堤身土呈稍密—中密状。各圩堤的局部堤段由于施工碾压不够，堤身土密实性差，据取样试验干密度为!"#$%&’(左右。各圩堤堤身填土土料，多为就地取材。主要为粘性土、粉土及砂壤土等。砂壤土及粉土段堤身质量较差。粘性土（粘土、粉质粘土）为堤身的主要土料，其物理力学性能指标如下，天然含水量!)**"+(!"；干密度!"#,+!",,#$&’#，湿密度!"-.+!"/,$%&’#，孔隙比%)."0.+."/!，塑性指数&’)!#",+!0"1，液性指数&()."*1+.",-；压缩系数)!2*)."*,+."#!3452!，粘聚力*)!.+(.645，内摩擦角，渗透系数,)-7（!.2,!)-++!-++!.20）&’%8，承载力标准值.)/.+!(.645。/*"堤基土的工程地质条件鄱阳湖区不同的地质单元，由于其形成环境不同，堤基所出露的地层不尽相同，厚度不一，其各类土的物理力学性状也有差异。一般来说，大部分圩堤的堤基是处在具二元结构的近代河流冲积层上，上部一般为粘土、粉质粘土、壤土、淤泥质土、或砂壤土等。下部多为粉细砂、细砂、中砂及砂砾石层等。厚度不等。比较典型的地层如成朱联圩.9...+!-9!-(’段的滨湖相。作为圩堤的堤基，各土层主要特征描述如下：（!）砂壤土：黄色、稍湿，较疏松，属新近沉积物。厚度小于*".’。堤基承载力标准值，./)!!.+!(.645。（*）壤土：黄色、灰黄色，可塑—软塑状。厚度一般为.",+#"*’。承载力标准值./)!,.+!0.645。（(）粘土：灰黄色，可塑—软塑状，厚度变化大，约.",+-"-’。天然含水量!)*/"+(,"0"，孔隙比%)."-.+."/0，液性指数&()."1-+."/*，压缩系数)!2*)."*,*+2!，粘聚力*)-+(0645，内摩擦角，渗透系数,)-7!.2,20."(1(345!)(++!0+0+!.&’%8，承载力标准值，./)!1.+!-.645。（#）淤泥及淤泥质粘土：灰色，淤泥质粘土一般呈软塑—可塑状，淤泥则多呈软塑—流塑状。淤泥质粘土及淤泥厚度各地不一、变化大，介于.",+!#"*’。天然含水量!)2!，粘聚力*(*"1"+,."0"，孔隙比%)."-*+!"*-，压缩系数)!2*).",0!+."1,!345)*+!(645，内摩擦角!)!"0++0"-+，抗剪强度低。淤泥./)1.+-.645；淤泥质粘土./)!..+!*.645。（,）淤泥质粉、细砂：灰色，饱和，结构松散，厚度各地不一。淤泥质粉砂一般较厚，为,".+!*’，./)-.+!..645，允许水力坡降0)."!.+."!*；淤泥质细砂较薄，厚度一般为."0+*"(’，./)!..+!*.645，允许水力坡降:)."!*+."!,。（1）中砂：灰黄色，含少量泥质及细砾，稍密状，一般厚(+#’，;6)!(.+!,.645，允许水力坡降0)."!#+."!-。（0）粗砂：灰褐色，含砾约!,"+*."，呈稍密—中密状，承载力标准值./)!-.+*..645，允许水力坡降0)."!-+."*.。（-）砾砂、圆砾：砾石占(."+,."，圆砾中含卵石约*."。中密状。砾砂./)*1.+*-.645，允许水力坡降0)."*.+."*,。圆砾承载力标准值./)*-.+(..645，容许水力坡降0)."*,+."(.。—!!0*— 第五章鄱阳湖水利水电工作地质而由河流侵蚀堆积形成阶地型的圩堤堤基，与上述滨湖三角洲的地层又有不同。具典型的二元结构。如赣东大堤!"#!!$%&"’!!(段，堤基地层为第四系全新统冲积层，上部岩性一般为粘土和壤土。下部为细砂、砾砂和砾卵石层等。粘土和壤土层厚分别为!)*$+),(和!)-$.),(。呈可塑状，局部为淤泥质粘土或砂壤土，层薄，呈零星分布。土的主要物理力学指标为：粘土，天然含水量!/&+"$#!)*"，孔隙比#/!),*$!)’*，压缩系数$/!)&*$!)&’1230%，粘聚力%/#!423，内摩擦角，’/%+!$%0&!/%.&$%+&(&!!423，允许水力坡降)/!).$!).*。壤土，天然含水量!/&!"$#%"，孔隙比#/!)+!$!)-!，压缩系数$/!)&&$!)#*1230%，粘聚力%/%’$#!423，内摩擦角%0&!/%*&$&!,&’(/%+!$&&!423，允许水力坡降)/!)&!$!)&*。淤泥质粘土，天然含水量!/#’"，孔隙比#/!)-$%)!，压缩系数$/!)*!1230%，粘聚力%/’423，内摩擦角%0&!/+&$’&，承载力标准值’(/’!423，允许水力坡降)/!)&!$!)&*。砂壤土，天然含水量!//!)&!1230%，粘聚力%/%!423，内摩擦角，%*"，孔隙比#/!)+&，压缩系数$%0&!/&&&承载力标准值’(/%.!423；允许水力坡降)/!)%*$!)&!。表*0&各圩堤粘性土主要物理力学参数圩堤时代天然含水量天然密度粘聚力内摩擦角压缩系数渗透系数分区地段岩性数值类别孔隙比#名称成因!*（"）"（567(#）8（423）!（&）$%0&（1230%）+（7(69）最大值.!)-!&)!+%)%.&+-)*#%)-!)*&+%).!;%!0*粘土（粉最小值%-)’!%)’&!)*,!*)&.)+!)%#-’)-.;%!0,赣江、质粘土）赣东平均值#!)#*%)-.!)’#%#,).%’)#!)###,).*;%!0+抚河$,:.大堤最大值#&)*!&)!’!)-#&*#)!#.)’!).’#%).&;%!0.冲积下游壤土最小值%*)#!%)’*!)*&!.),’)-!)%!&*)+’;%!0,阶地平原平均值&#)-!%)-,!),&+&’)-&%)-!)&-#,)%#;%!0*区乐安最大值#.),!%)--!)’-*.!)!&’)&!)+*#%).#;%!0*梓埠粘土（粉河下$,:.最小值&*)#!%)’’!),&,#)!,).!)&,+%)++;%!0,联圩质粘土）游平均值&’)+#%)-.!)’%!%-)#%,)’!).&!,)&#;%!0+最大值&-)*!&)!,!),,+#.)#&-)&!)*!#&)#&;%!0*粘土（粉最小值&!)!!%)-,!)*!*’)!&)%!)%,’&)-.;%!0’质粘土）珠湖平均值&.),*&)!&!)+,%&%)&%*),!)#*.%)%+;%!0*$,:.联圩最大值&&)%!&)!’!),..#!).#!)*!)&&+%)#.;%!0.壤土最小值%,)!!%)-&!)*&%&&),*),!)%+.%),&;%!0+河流饶河平均值%-)**&)!!!)+##&+)+%’)%!)%-*+),-;%!0*尾闾下游最大值#.),!%)--!)-,&#.)!#%),!)#,,#)##;%!0+三角尾间粘土（粉洲平最小值&+).!%)’.!),&’&)!#)!!)%,!+#)&!;%!0’质粘土）原区饶河平均值#!)**%)-&!)’*!%’)!%,).!)&,.%)+-;%!0+$,:.联圩最大值#&)’!&)!%!)-+!#!)!%#).!)&,’%)’.;%!0*淤泥最小值&*)&!%)’*!)++-,)!&).!)&&%%)**;%!0,质粘土平均值&-),!%)-.!)’!+%+).-)&!)&*!-)&’;%!0+—%%,#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例圩堤时代天然含水量天然密度粘聚力内摩擦角压缩系数渗透系数分区地段岩性数值类别孔隙比$名称成因!"（#）!（!"#$%）&（’()）"（%）&*+,（-()+*）’（#$".）最大值01234,243*2%*56,,,4205352347*4+5粘土（粉蒋最小值,%234*280425*88%2142464*247*4+3质粘土）巷平均值%*2%**21*42385,%2,6*42,42,58*2*,7*4+5&(/0联最大值,52%4,245428%*,%*%2,42,3162*67*4+6圩壤土最小值*8214*21542668552*42**5*2%37*4+8平均值,,2%,,24442504*5258*42%42,*4*2%%7*4+6最大值%1254*213*24500*,%2,42,*8,2567*4+5粘土（粉最小值,6234*2304280*,*62042*5%%2867*4+3质粘土）平均值%*264*21*4233,,*26*12%42*14*2*%7*4+5河流赣尾间赣江最大值%6284*21*4210,6532%420*6*207*4+6西淤泥三角下游&(/0最小值,%244*234423,33*2042%80,2,87*4+6联质粘土洲平尾闾平均值%*2*4*2354231*,,52042%16*2*87*4+圩原区最大值%02*4*2164215%0%,342%%3%20,7*4+6壤土最小值,,284*2304286%0,2842,4602067*4+8平均值,3234*231423%5*1*82342,53*2457*4+6最大值%,264*21,423540%,82842%5**23*7*4+5二粘土（粉最小值,52*4*214428366,2142,%05267*4+8十质粘土）平均值%4244*21*423,%,32%%**2342,1,*2,%7*4+5四&(/0最大值%4204*211423,6*6,32642,10*2307*4+0联壤土最小值,02%4*21442844,042,06*28*7*4+6+8圩平均值,8264*2164285,1*02%42,5312,*7*4+6最大值,024,24042844*6%*42,04%20,7*4+5粘土（粉最小值,*2,*21342544*4,342,*402067*4+8质粘土）康山平均值,,2*%,24*425%4*,,12542,%4,2387*4+8&(/0大堤最大值%52**23542164*0,342064,2,7*4+5壤土最小值%028*2304210%0,*2*42,648237*4+8平均值%620*236421011,02542%66*2017*4+8最大值%32**2134213401,,2*420,46257*4+8粘土（粉最小值,325*210423*4,**52042*%4*207*4+8信江质粘土）平均值%623,*21542314,1*142,84%267*4+8下游河流最大值%125*215*2404%3,,2%426045237*4+5尾闾壤土最小值,,23*23,423%4***,2342*54*24,7*4+8尾闾信瑞平均值%%28*21*421%4,02**82342%34%257*4+5三角&(/0联圩最大值%323*21042104,0,520420145237*4+0洲平砂壤土最小值,325*238423043**2342,34*2,7*4+6原区平均值%028*21*42314*528*82142%140267*4+0最大值6*20*215*2%,4*5*,20428345207*4+3淤泥最小值0,2,*283*2*8463425*4*2,7*4+3质粘土平均值082,*235*2,,4*42,12*42844%2837*4+3最大值%526,24%*246*64,3234203162579:+6粘土（粉赣江、最小值,%24*23*425600%2142*,1%2%7*4+3质粘土）抚河长乐平均值,32,*21,423,30,2,*02542,6,82**7*4+5&(/0下游联圩最大值%52**2114216608,12542055*2037*4+0尾间壤土最小值*126*23,428*%002842*33%267*4+5平均值,321*231423,1,*,*2542%*682637*4+6砂类土中，中、细砂的内摩擦角";,3%<,5%，)*;*04<*,4’()，允许水力坡降+;—**80— 第五章鄱阳湖水利水电工作地质!"#!$!"%!。砾砂及砾卵石层，内摩擦角!!"#&$%&&，承载力标准值’(!’(&$"&&)*+，允许水力坡降)!&,’($&,"(。各有代表性圩堤的土的物理力学参数见表(-’。综上所述，湖区内务圩堤的工程地质条件复杂，各项地质单元差异性较大。由于上述堤防均为逐年加高培厚而成，建堤时间、施工条件、填筑土料的差异，导致各堤身质量的不同。一般来讲，建堤时间长、运行多年的，堤身土较为密实，堤身质量较好。新建圩堤或碾压不够密实的老堤，质量较差，在高水位下，在圩堤内坡和坡脚处容易产生渗水，汛期集中漏水。各圩堤的持力层大多为粘土和壤土，呈软塑一可塑状态，中等压缩性，物理力学性质较好，具有一定的承载能力和防渗性能，但其层位不够稳定，厚度变化大，局部堤段薄或缺失，圩堤直接坐在淤泥质土或粉细砂层上，基础稳定性和抗渗性差。粉细砂层在天然铺的粘性土层遭到破坏后，汛期极易产生管涌和泡泉，引起渗漏及渗透破坏。淤泥质土天然含水量高，孔隙比大，具软塑—流塑状态，承载力和抗剪强度低，在外力的作用下，堤身易产生沉陷和挤出现象，使堤身变形而破坏。其下部的砂、砂砾石层厚度较大，含水丰富、透水性强，具有承压性，地下水与地表河、湖水水力联系密切。堤外由于河势的演变，堤岸长期受浪蚀和迎流顶冲的淘蚀，不断引发堤（岸）的崩岸和坍塌，大大缩短渗径，在堤外河（湖）汛期高水位时，上部相对不透水层承受较大的承压水头，在相对不透水层薄弱处，（如在堤脚人为取土形成的坑、塘等）容易产生渗透破坏。—//.(— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例第六章洞庭湖流域水利水电工程地质第一节洞庭湖流域地质概况!地形地貌洞庭湖区地处长江中下游，北与江汉平原相接，东、南、西三面为环湖丘陵，为一向北撇开的马蹄形冲湖积平原。区内地势平展开阔，地面高程"#$%&’（!()*年国家高程基准，下同）。总趋势为西、南部略高，北部稍低，高差一般不大，唯西南和东南边缘，邻近雪峰山、幕阜山边麓，地势较高，地形起伏较大，且分别向湖心倾斜。湖中明山头、团山、磊石山、君山等均系孤立残丘，而南部的赤山（西、南洞庭湖分界）和北面的桃花山山体比较雄厚，屹立于湖盆之中或边缘。按照成因和形态特征，湖区之地貌可分为侵蚀构造低山丘陵，剥蚀构造丘陵，侵蚀堆积岗地、冲—湖积平原四大类。（!）侵蚀构造低山丘陵。分布于湖盆东、南、西部边缘及湖中的孤岛残丘，地面高程多在!++’以上，由前震旦系，震旦系、寒武系浅变质砂岩或花岗岩组成，山体走向受构造控制，一般!*,$#+,，山坡坡角一般"+,$%+,。（"）剥蚀构造丘陵。由浅变质岩、岩浆岩和“红层”组成的残丘或丘岗。地面高程#+$)+’，呈缓坡丘状地形，如明山头、磊石山等。（%）侵蚀堆积阶地。由侵蚀切割和搬运作用形成，并经受构造作用和后期剥蚀作用改造而形成的地貌景观，由更新统的网纹状粘土、砂砾或全新统的沉积物组成，地面高程因地而异，一般*+$)+’。地表形态为浅谷宽沟缓坡平顶丘垄状地形。（#）冲—湖积平原。分布于“四水”尾闾及湖区广大地区，地面标高一般在%*’以下，地形开阔平坦，河网发育，主要由现代河湖堆积物组成。"地层岩性（一）流域内地层岩性洞庭湖区地层从前震旦系至第四系均有分布，尤以第四系分布最广。（!）前震旦系冷家溪群和板溪群。岩性为一套浅变质的千枚岩、板岩、砂岩、石英砂岩等，主要出露于华容隆起西侧、岳阳君山、汨罗磊石山、安乡黄山头、常德大阳山东麓及湖盆边缘的临湘、益阳丘陵地带。（"）震旦系。上统主要是冰碛砾泥岩夹含砾砂岩、板岩；上统为硅质岩、长石石英砂—!!-&— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质岩、板岩、白云岩等。零星分布于湖盆中的残山，如岳阳君山、常德太阳山、沅江北极山及岳阳环湖丘陵地带。（!）寒武系—二叠系。零星分布于湖盆西部边缘及常德太阳山西侧，其中寒武系一志留系为浅海相页岩、炭质页岩、硅质页岩、灰岩、泥质岩及白云岩；泥盆系为石英砂岩夹砂质页岩，二叠系为灰白色厚层石英砂岩、灰黑色厚层含燧石团块灰岩及碳质页岩。（"）三叠系一第三系。三叠系仅在湖盆西部边缘局部地方出露，岩性为灰岩，鲕状灰岩及白云质灰岩，白垩系为一套陆相沉积的砂岩、砾岩，第三系与白垩系相依分布，系陆相湖盆沉积的砂岩及油页岩，主要分布于沅江赤山、岳阳新墙河、宁乡、汉寿、常德太阳山东侧及洞庭湖拗陷中。（#）第四系。洞庭湖区自第四纪以来，长期处于下沉阶段，不仅接纳了湘、资、沅、澧四水注入的大量物质，而且长江四口也带来了大量的泥沙。因而，第四系分布面积广，厚度大，具有河流、湖泊共同作用之特点。更新统岩性由砂、砾和粘性土层构成；全新统则主要为粘土、粉砂、小砾石及淤泥质土类。各地土体多呈双层至多层结构产出。沉积总厚度#$%!!"&。（’）岩浆岩。洞庭湖区边缘地带的岩浆比较发育，以酸性侵入岩为主，多呈岩基、岩株及岩脉产出。主要有：(）汉寿岩坝桥岩体：属加里东期中酸性侵入岩，呈近东西向展布的椭圆形中深层岩珠，为灰白色中细粒角闪石黑云母花岗闪长岩。$）益阳沧水铺岩体：属印支期，呈岩基产出。为斑状黑云母二长花岗岩。!）望湘岩体：临洞庭湖盆，地跨望城、湘阴两县，为一燕山期巨大的中深成相花岗岩基。"）华容桃花山岩体：分布于华容县的桃花山、天井山一带，为燕山期二长花岗岩，呈岩基、岩株及岩脉产出。（二）堤基地层特征洞庭湖区现有堤防均傍河、湖而立，坐落于!、"级阶地前缘或漫滩上。堤基系第四系冲积堆积、冲湖积堆积和湖积堆积的松散地层，其岩性为：（(）中更新统冲积堆积（!"#）。上部为网纹状粘土、粉质粘土；下部为砂卵砾石层，一$般厚度$)%")&，最大($!&，总体来看，南大于北。主要见于沅江、南县、汉寿、湘阴、临湘等地。（$）上更新统冲积堆积（!"#）。该组在本区分布不广，仅汉寿、安乡、常德及华容等少!数点见及。上部为灰黄、黄色粉质粘土富含铁锰质，具似网纹构造；中部为含砾细、粗砂层；下部砂砾石。一般厚*%(+&，最厚不超过$"&。（!）全新统冲积堆积（!"#）。广泛分布在长江沿岸、湘、资、沅、澧四水尾闾堤垸。上部"灰黑色、褐灰色、灰黄色壤土、粉质粘土、粘土局部夹细砂透镜体及淤泥质土；中部以含小砾粗砂和粘土为主，下部砂砾石层，粒径偏小但磨圆度好，下粗上细，厚*%$,&。（"）全新统冲湖积堆积（!"#）。主要分布于长江四口分流的沿河两岸、大通湖、珍珠湖"及四水尾闾部分堤垸。上部浅黄、黄褐色粉质粘土夹薄层粉细砂；下部为灰黑色、灰绿色、蓝绿色粘土、粉质粘土、淤泥质土及粉细砂层，厚($%$$&，最厚!)&以上。—((**— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（!）全新统湖积堆积（!"#）。岩性为一套细粒沉积，以灰黑色、灰褐色粉质粘土、粘土"及淤泥质类土为主，常有腐臭味，富含腐殖质，沉积厚约#$余%。分布于各湖泊及其周围，如大通湖、目平湖、西湖等。堤基土体物理力学性质见表&’(。（三）堤基地层结构表&’(洞庭湖区堤防地质结构分类类型基本结构类型主要分布位置大类亚类堤基主要由粘土、粉质粘土、粉粘性土亚类质壤土等组成，抗渗条件良好，工岳阳屈原、益阳长春、常德淞澧（!(）程地质条件相对简单，当冲段应注等堤垸部分堤段意塌岸问题淤泥质堤基主要由淤泥质粘土、淤泥质单一结构类软土亚类粉质粘土组成，沉陷变形与稳定是东、南洞庭湖、目平湖临湖堤防（!）（!)）其存在的主要问题地层结构为粘性土盖层小于)%，砂性土亚类其下为透水性较强的粉细砂、中细（!#）砂、砂砾石层，分布比较稳定，抗渗条件差。易崩岸堤基表部为厚)*!%的粘性土，薄盖层亚类其下分布有比较稳定的砂性土，厚（"(）度较大、抗渗条件较差，并存在岸湘、资、沅、澧四水尾间地区坡稳定问题双层结构类（"）上部粘性土盖层大于!%，下部为厚盖层亚类厚层砂性土，一般情况下，不存在（")）大的水文、工程地质问题，但当盖层遭破坏时，存在渗漏或渗透破坏堤基为河湖相堆积的粉质粘土、淤泥质类土夹多层粉细砂透镜体多层结构类或薄—极薄层粉细砂，当砂性土埋淞滋、藕池、华容水系两岸堤防（#）深较浅时，存在渗透变形问题，亦存在沉陷和岸坡稳定问题—((,+— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质根据表地层分布情况、岩性特征，结合堤防工程特点、主要险情隐患的成因机制，洞庭湖区堤防地基大体可概化为!大类，"个亚类，各类结构特征、主要分布位置列于表#$%。!地质构造及地震（一）地质构造&’升降运动洞庭湖区大地构造地处新华夏系第二沉降带的中部，属中新生代坳陷盆地。北接江汉断陷，西南是雪峰山隆起，东西分别为幕阜山和武陵山隆起带。区内发育的构造体系主要有：东西向构造：由一系列褶皱和断裂组成，代表性的构造有石门—华容—临湘构造带，汉寿崔家桥—军山铺构造带。北北东向构造：包括常德—津市断裂带，岳阳—湘阴断裂，公田—宁乡断裂等。延伸最大长度&((余)*，挽近期大多仍有活动。北东向构造：位于湖盆内部，代表性的断裂有蒿子港断裂、柳林咀断裂、幸福港断裂等，均隐伏在第四系地层之下。区域挽近构造运动显示以沉降作用为主导，边缘差异性上升，掀斜运动以及挽近期地壳活动具有继承性的特点。地貌上显示湖泊自四周向湖心倾斜，水系从四周向湖盆中心贯注特征。即湖盆西部、西南部和东部为强烈上升区，使湘、资、沅、澧四水下游发育#级阶地，表现出地壳间歇性上升之特点；而洞庭湖区则强烈下降，形成了广阔的巨厚的第四系冲—湖积平原，同期形成的阶地属掩埋型，有的被深埋水下百余*。另从&+%",&+"!年三次重复水准测量，%-年来，华容、岳阳、湘阴分别下沉(’!%*、(’%.*、(’%"*；广州地震大队于&+"-年和&+/%年，在湖盆南部边缘长沙—益阳—热市—线二次水准测量&.年来地壳垂直变形，总趋势是缓慢上升，幅度.’-,.#’/**，且西部相对上升稍强。亦证明湖盆与周边地壳升降运动的差异性。%’掀斜运动湖区各地地壳不等量升降结果，形成了一个大的斜面。围绕洞庭湖周围，“四水”下游地区，此种掀斜迹象明显。由于掀斜运动，限定了主干河流的流向，也造成了水系和河谷的不对称发育。如澧水和沅水下游大致是由西向东流，其北岸支流多，流程长，沉积物较发育；而南岸支流短小，比降大，沉积物也较薄。!’第四纪断裂多发生在大的继承性活动断裂附近和中更新世沉积物中，规模较小，如常德德山沅水右岸第四纪断层、益阳机械厂第四纪断层（图#$&），断距一般仅数米，但洞庭湖盆地中经钻探揭露的则较巨大。.’挽近地壳活动的继承性表现为沿岳阳—湘阴断裂，公田—宁乡断裂、常德—津市断裂曾多次发生地震活动。（二）地震据《湖南地震史》的资料，自公元%(+年至&+/%年间，洞庭湖区&-县（市）发生地震共—&&/+— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例计!"#次，其中最大的两次破坏性地震摘述如下：“!$$%年岳阳地震，震级$&$级，烈度’度，城中房屋震塌，压死人畜甚多”，同期宁乡也发生较大地震，另外安乡也有微震。图%(!益阳机械厂第四纪断层素描图!—砾石层；#—砂层；)—蠕虫状红土；*—砂质粘土；$—残坡积层；%—断层“!%)!年"月!*日，常德地震，震级%&$级，烈度!度，塌压居民无数，居民露宿月余，各处地裂黑泉#+)丈，田地复陷水泅三岁不止”。此次地震影响范围大，安乡、临澧也发生强地震，以至于东部湘阴、宁乡、益阳等地亦有微震，破坏带纵长!,,余-.。地震台网观察结果，!/’#年以来，有感地震屡有发生，震级最高为)&"级。这些地震与构造有着极为密切的关系。即地震往往发生在活动断裂和差异性运动比较明显的地区。从宏观上看，湖南属弱震区，但从局部看，洞庭湖盆地东西两侧是地震活动相对活跃地区。根据国家地震局!//,年版!：*,,万《中国地震烈度区划图》，区内常德—安乡、岳阳—湘阴—带地震基本烈度为"度，其余为#度区。湖区地震烈度分区详见图%(#。*&水文地质条件湖区地下水分为基岩裂隙水和松散岩层孔隙水两大类型。基岩裂隙水分布于湖盆中残山、残丘和周边丘陵地带，储集于基岩裂隙中，水量贫乏，埋藏较深；松散岩层孔隙水是本区地下水主要类型，分布范围广，一般上部为孔隙潜水，下部为孔隙承压水。（!）孔隙潜水。主要储集于第四系松散岩层孔隙之中，径流条件较差，水交替循环微弱，补给源主要为大气降水入渗，或接受河水（湖）水的侧向补给，特别是汛期尤为明显。地下水埋深一般)+$.，汛期部分地段水位距地表仅,&#.。（#）孔隙承压水。主要赋存在全新统和更新统砂卵石层中，上部粘性土层隔水性能良好，含水层位稳定，水量丰富，多接受河、湖水及相邻地质单元地下水的补给，埋深一般大于!$.。根据水样分析结果，区内水化学类型主要为012)—13·45型水，607%&’+’&"，对任何水泥均无侵蚀性。—!!",— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质第二节堤防工程地质分区图!"#湖南省洞庭湖区地震烈度分区图$工程地质分区原则—$$%$— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"#湖南省洞庭湖区工程地质分区图为充分利用各个时期勘察成果，在对区域环境演变、各土层分布规律及其物理力学性质和水文地质特征全面认识的基础上，针对建筑物特点，对洞庭湖区地质环境进行分区有着十分重要的意义。它不仅能直观反映各区地质条件和存在的主要工程地质问题，避免不必要的重复勘察工作，又可为近远期湖区治理提供宏观决策依据，为防洪设施建设及其工程隐患处理提供基础资料。湖区治理的重点是修筑各类防洪安全设施和防洪建筑物。地基强度及渗透稳定又是影响建筑物安全的重要因素。因此，认真研究建筑物区的沉积环境、颗粒组成以及相应的水文工程地质条件和主要工程地质问题是工程地质分区研究的基础和主要内容。故在进行分区过程中，确定的分区基本原则为：（$）能客观反映各区的工程地质条件及主要工程地质问题，能在宏观上指导和控制工程地质勘测工作。此原则充分考虑了环湖边缘以丘陵孤山、残丘及冲积阶地为主，湖区中部以冲湖积及湖积平原为主的地貌因素。由于同一地貌单元内具有岩土成分及其结构构造的相对稳定性和工程地质条件与工程地质问题相似性。因此，在平面分布上，以地貌单元为主线，以岩土体沉积环境为补充来分区。这样能客观反映湖区实际情况，对工程地质—$$&%— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质勘察具有指导意义。（!）结合湖区水工建筑物对地基和环境的一般要求，使分区具有鲜明的水文、工程地质专业性和实用性。此原则主要考虑了建筑物基础应力分布及对基础影响的深度。湖区堤防基础一般考虑"#以内，分洪口、涵闸基础主要是考虑冲刷和开挖深度，一般不超过$#。因此，在分区时，只考虑了铅直方向%&"#内主要岩土的工程地质特性，从而使分区简单实用。（%）根据土的物理力学性质差异，水文、工程地质条件及工程地质问题的严重程度划分工程地质亚区。由于湖区面积宽阔、沉积环境复杂，不同区域、不同年代、不同成因各种土类，其物理力学特性差异较明显。特别是淤泥质软土类、砂性土的相变、埋藏条件、厚度变化均直接影响到建筑物稳定和基础处理方案的选择。因此，为了满足工程建设和地基处理，在同一工程地质区内划分亚区是必要的。!工程地质分区及各区主要特征据上述分区原则和多年来收集到的洞庭湖区大量勘探资料，经系统归纳、整理，以地貌单元、沉积环境、岩土类型及其组合关系、岩土工程地质特征、主要工程地质问题为主要划分指标，并结合防洪体系相关位置进行工程地质分区，建立相应的分区图。基于上述分区原则和分区主要指标，将划分为’个区和’个亚区。各区主要工程地质特征和存在的主要工程地质问题见表()!。堤防工程地质分区图见图()!。表()!洞庭湖区工程地质分区工程地质分区工程地质特征主要工程地质问题包括湖盆边缘丘陵地带、湖中之孤丘、残山。地层除第四系以前的基岩以外，尚有第四系残积层、坡积层及河流相冲积堆主要考虑湖盆东西两侧活动性断裂的!积的网纹状粘土，且网纹状粘土一般呈硬稳定性问题一坚硬状态，中等压缩性，地基强度较高，地下水贫乏。堤基为单一的粘性土亚类上部为粘土、粉质粘土、壤土，局部地段为淤泥质粘土，厚度小于$#，呈软—硬塑存在软土沉陷和基坑边坡稳定问题以"*状态。下部粉砂、细砂和砂卵石，局部夹及沿下部粉砂、细砂、砂卵石层产生流土淤泥质粘土或壤土，厚*&$#。堤基为单和管涌一的粘性土亚类"上部薄层粘土、粉质粘土、壤土层，厚度地基渗流破坏、涌沙现象较为严重，高小于$#；下部为细砂、粉砂、砂卵石层，厚"!烈度区（大于#度区）应考虑振动液化问$&+#，结构松散，透水性强。堤基属双层题结构薄盖层亚类—**"%— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例工程地质分区工程地质特征主要工程地质问题表部为河、湖相混合堆积的粉砂、细砂层，厚"#$%，结构松散，承载力不高，下部为粘土、淤泥质粘土、淤泥质粉土，厚$%存在基坑边坡稳定问题及运行中渗漏!!左右。地下水位埋深小于$%，部分地段下与管涌伏为冲积堆积的网纹状粘上，埋深在!&%左右。堤基主要为单一结构砂性土亚类!本亚区沉积环境多样，空间变化较大，岩性复杂，表部壤土、粉质粘土夹粉砂、细存在基坑边坡稳定及渗透变形与沉陷!’砂及淤泥质土，厚!#!&%，多呈透镜状分变形问题布，结构松散，呈硬—软塑状态。堤基为多层结构位于浅水湖盆或沼泽化地带，上部为灰黑色、浅褐色淤泥质土，厚"#!(%，呈软—流塑状，含水量高，承载力极度低，易产生堤防、安建工程基础易产生滑动和不均"塑流挤出。大部分地段下伏为冲积的网匀沉陷，引起堤身与建筑物开裂纹或似网纹状粘土，埋深在!&%左右。堤基为单一结构淤泥质软土亚类第三节主要工程地质问题综观历年来堤防险情隐患，堤基地质结构特征和区域地质环境，洞庭湖区堤防存在的主要水文、工程地质问题有沉陷变形与稳定问题、渗透稳定问题、岸坡稳定问题以及饱和砂土液化问题。!沉陷变形与稳定问题洞庭湖区约有’()的堤基分布有较厚的淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土。该类土多为静水或缓慢的流水环境中淤积而成。形成年代较新，主要为粘粒和粉粒。试验资料表明，其天然含水量一般"*)#(*)，孔隙比一般!+&,,#!+"-，压缩系数&+,&#&+*$./01!，内摩擦角(2#!’2，凝聚力$#!&3/0，允许承载力*&#!&&3/0。多呈软塑—流塑状。由于其天然含水量高，孔隙比大，高压缩性，抗剪强度低，透水性弱，固结排水时间长和触变，流变性等，因此，在上部荷载作用下，可引起大堤不均匀沉陷变形，导致大堤下沉，堤身裂缝、穿堤建筑物破坏。典型的如岳阳市南津港大堤至今已沉陷!&余%；建新农场桩号!!4&$&#!!4$-&%段大堤累计沉陷量’余%；钱粮湖农场采桑湖堤段建堤后不断产生沉陷、滑—!!-(— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质动，!""#年汛期因堤基沉陷产生长达$%%&的裂缝，其中有"’&长的堤段发生滑坡。如果淤泥质土类分布堤段、堤内或堤外存在临空面，则有可能在堤基两侧产生塑流挤出，离池塘、河岸较近的地段甚至发生滑坡。(渗透稳定问题渗漏及渗透破坏现象在堤防中普遍可见，只要堤内、外存在水头差，堤基浅部分布有相对透水层，堤基就有渗流。随着汛期水位的升高，当背水侧堤基的渗透出逸比降超过堤基土体的抗渗临界比降时，土体就会产生渗透破坏。尤其堤内表土较薄或坑塘处更易发生。根据勘察资料，洞庭湖一线大堤堤基约)#*的地段浅部分布有砂砾石、粉细砂和砂壤土，有的甚至直接出露地表。因此，大都不同程度存在渗漏及渗透变形问题。由于堤基渗漏主要与堤基土的特性、结构、堤外有无外滩，堤内有无深切的沟渠、渊塘，堤基盖层的厚度等因素有关。故按堤基地质结构类型，经综合分析，洞庭湖区堤基渗透变形（破坏）主要出现在以下几种土层结构中（图$+)）。堤基主要为砂壤土、粉细砂或砂砾石等透水性较强的土层，上部粘性土层薄（小于(&）或缺失，其结构如图$+)（!）、（"）。典型的如屈原农场桩号#,!%%处的沉砂巷地段；澧南垸约#%*的堤段、长江干堤桩号’",!-!.’",/-!&、!!%,"!%.!!!,!/-&、!’(,("$.!’(十/""&等段均属这一类。!""$年、!""#年、!"""年汛期堤内’%.$%&范围或近堤脚地带就发生管涌或翻水冒沙。堤基下部为砂性土层，上部分布有厚度(.!%&，厚薄不均的粘性土盖层，外滩较窄或堤内、外两侧筑堤取土、堤内分布沟渠渊塘，破坏了上覆粘性土层盖层的连续性使之变薄甚至砂性土裸露，其结构见图$+)（#）。汛期在高水头压力下，河（湖）水沿下部砂性土层向堤内渗透，粘性土盖层受地下水的长期浸润，强度降低，加之生物孔洞与人为破坏影响，渗径更短，从而导致在沟渠、渊塘内产生管涌或管涌群等险情。如长江干堤桩号-,’)%.-,")%&堤段"#年汛期发生管涌!!次，(-,"/!.(",//!&堤段!""#年、!"""年汛期发生管涌达!)次。!%(,-!%.!%’,#$%&、!’),/"%.!’-,%"%&等堤段均在!""#年汛期发生较大的管涌或管涌群。属此类结构形成渗透破坏现象的，在湘、资、沅、澧四水尾阊地区堤垸中亦屡见不鲜。堤基为较厚的粘性土层，但其内尤其是浅部存在多层薄层状粉细砂、砂壤土或透镜体，或者分布有如同“千层饼”状的砂性土层，如图$+)（0）。当外滩较窄或堤内、外有低洼地形时，堤内将存在渗漏，鼓水、沙沸、管涌等险情。此类险情一般较分散，初期规模小，若任其发展，也会对大堤安全造成威胁。由这种结构模式形成的渗透变形多见于淞滋、藕池和华容河两岸堤防，长江干堤及其他堤垸亦有所见。总体上看，洞庭湖区堤基渗透变形（破坏）是多种因素复合的结果。汛期形成渗流动水压力，透水层结构疏松，级配不理想等特性为渗透破坏提供了必要条件；堤基特殊的水文地质结构形成堤内承压水封闭系统，堤内、外表土被切穿使透水层裸露于地表或堤基直接坐落在砂基上，形成渗流逸出通畅的渗流场特点，是导致渗透破坏的主要条件。—!!#/— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例图!"#湖南省洞庭湖区堤基结构模式示意图$岸坡稳定问题据调查，岸坡稳定问题主要发生在堤岸无外滩或外滩较窄，岸坡较陡，侵蚀冲刷和浪蚀严重的地段。如沅江洪道及草尾河部分河岸冲刷较严重，见有大量崩塌发生；黄茅洲附近飘尾一带，左岸由于河水强烈冲刷，已崩至防风防浪林带，常见崩塌现象；君山西南之东湖脑附近，两岸常呈倒坡出现，时见崩塌发生；湘阴至屈原农场一带的湘江东岸及万子湖南岸大堤等。尤为严重的是岳阳长江干堤岸坡塌岸严重，河床深泓逼脚，详见表!"$。表!"$岳阳长江河段沿岸塌岸及河床深泓调查结果河段位置存在的隐患与险情河段长度（%&）荆江实施系统裁弯后，来水来沙条件发生较大改变，水流截断南岸边滩，河床冲深达’’&以上，形成南冲北淤。不断冲刷新洲河段新沙洲近岸河床。其中()$!*+’*),$*&的已护岸坡，’((!年岸线长,’-/一次性全部坍入江中，崩岸线长达’*%&。河床普遍冲深’’+’,&，最深达’#-.&河湾顶冲下移，河床冲深崩岸线长!-(%&。而其下段,#)/0*+天字一号河段岸线长’’-*,()***&段形成卡口，致使上、下游不相适应全长.-*%&，崩岸线长$-.%&，新河左岸虽已防护，但’((/年上车湾河段河床测量发现，护岸河床已冲深，枯水平台多处发生下挫，护坦岸线长.-*下脚形成吊坎，护岸工程不能稳定—’’0!— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质河段位置存在的隐患与险情河段长度（!"）河湾顶冲点逐渐下移，深泓贴岸，河床冲深最大达#$%"高洪水港河段岸线长%)’)程，坡陡脚悬。崩岸线长达&’(!"水流顶冲逐渐下移，严重威胁下游段已护工程，深泓距岸最近点仅*)余"，年退岸变幅在(+$)"左右，河床冲深最大达#荆江门河段%("高程，崩线长,’(!"。矶头清除不彻底，枯水位以下潜伏着岸线长$-’(较多突咀，凹凸不平，以致近岸水流极度为紊乱，给航运、泻洪和护岸造成严重危害输水增加，幅度大，流速快，冲刷加剧，大幅度的凹崩凸淤弯七弓岭河段顶下移，以致七弓岭弯顶处强烈崩岸，崩岸线长$)!"由于上游荆江系统裁弯后，水流加快，挟沙能力强，上游大部分泥沙经界牌后淤积在此段，形成上下滩槽交错发育，主流摆动不定，南岸顶位置多变。由于散滩密布、多道出流、枯季航道城螺河段需疏挖，以束流归槽来通航，因此造成主泓水流冲刷南岸，而形岸线长%/’)成大面积的崩岸。且河床深泓内移、冲深，水下坡比陡。特别是谷花洲以下河段，普遍冲深.+/"，深泓内移-)+$$)"。全段崩岸线长%-’&!"由于上游来水来沙的改变，特别是荆江系统裁弯后，水流加快，挟沙能力强，形成上下滩交错，主流摆动不定。过渡航槽下界牌河段移，以致南岸顶冲位置不定。主泓水流冲刷南岸河床，而造成大幅度的崩岸。南岸河床深泓内移、冲深，水下坡比变陡，尤以谷花洲以下河段普遍冲深.+/"，深泓内移-)+$$)"黄盖湖河段侧蚀作用强烈，深泓内移、冲深，水下坡比陡岸线长,’)上述岸坡失稳的原因：一是岸坡多由第四系土层组成，岩性软弱，结构松散，抗冲能力低；二是水流状态的复杂多变，水动能不断侧蚀和底蚀岸坡与河床，使岸坡变陡，深泓逼脚；三是渗流作用，汛期外河、湖水位上涨，使原本处于自然状态的岸坡土体（包括堤身），将呈浸水的饱和状态，不仅改变了土体的物理力学性质，降低其抗剪强度，增加土体自重，而且水位的陡涨陡落导致岸坡动水压力增大；四是辽阔的湖面，风大浪高，波浪长期直接拍击堤岸，使得松软的岸坡土体（堤身）不断坍塌。.饱和砂土液化问题洞庭湖区常德—安乡、岳阳—湘阴—带，地震基本烈度为!度。上述地区部分堤防堤基浅部分布有厚度不等的粉细砂层，其颗粒级配较差，结构松散，上覆盖层薄，且多处在地下水位以下，呈饱和状态，现场标准贯入击数（!,-’(）一般为,+/击。试验成果表明，粉细砂层干密度$’-/+$’,/012"-，平均粒径)’%-+)’%(""，含泥极少，具备产生砂土震动液化的地质条件。—$$/*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例根据现场标准贯入试验成果，采用《水利水电工程地质手册》“关于振动液化的判别方法”进行判定。即：!!"#$%!&不易液化；!!"#$’!&可能或容易液化。其中!"(!［)*+#),$（#-"）-+#+$（$-,）］（!-)）式中!"———砂土振动液化临界贯入击数；!———#("，$(,.时砂土振动液化临界贯入击数，查表得：!(!击（按!度区考虑）；#———所测砂土层埋深，.；$———地下水位埋深，.。若按砂土层上覆盖层平均厚度/.，地下水位埋深在地表以下0.考虑，求得堤基粉细砂层!&!1击。当采用234))—51《建筑抗震设计规范》液化判别方法判定时，即：!!"#$’!%&时为液化土层，其中［+#1*+#)（’）］（"*+）)*,（!-,）!%&(!+(-’)%式中!%&———液化判别标准贯入锤击数临界值；!+———液化判别标准锤击数基准值，查表得（按5!度区考虑）；’(———饱和土标准贯入点深度，.；’)———地下水位埋深，.；+%———粘粒含量百分率，当小于"或砂土时，取"。按饱和砂土层埋深/.，地下水位埋深0.考虑，求得!%&(1#!。因此，当地震烈度为!度时，无论按!!"#$’!"或!!"#$’!%&判定，都为可能产生或容易产生振动液化，并从式（!-)）或式（!-,）中可以看出，当地下水位越高，也就是地下水位埋深愈浅时，产生振动液化的可能性更大。综上所述，对于上述!度地震区堤基及建筑物，当地基中分布有浅埋（’)$.）的粉细砂层时，有产生砂土振动液化的可能性。第四节重要堤防工程地质条件)洞庭湖区重点堤防工程地质条件洞庭湖区堤防按其重要性和功能，可分为重点垸、蓄滞洪垸以及一般垸。重点垸工农业生产和国民经济的地位比较突出，大都为市、区、县（农场）所在地，因而每年汛期都被列为重点保护对象，故又称为确保垸，其堤防工程的级别属,级。—))55— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质洞庭湖区重点堤垸共有!!个，它们分布在“四水”尾闾、淞滋、藕池、华容河及东、南洞庭湖和目平湖两岸（见洞庭湖区堤防分布图），均傍河、湖而立，并坐落于!级阶地前缘或漫滩上，地貌单元属冲，湖积平原，地形开阔平坦，地面高程一般""#$%&。堤基均为第四系冲、湖积的松散地层。各堤垸堤基第四系上部为孔隙潜水，下部砂砾石层中地下水具有承压性质。地基内不同程度地存在软土层、砂壤土、粉细砂、砂砾石层等不良水文、工程地质地段。因此，汛期堤基常常存在沉陷变形、渗流破坏和岸坡稳定等工程地质问题。现将各重点堤垸主要工程地质条件简述如下。（一）沅澧垸沅澧垸位于沅水、澧水尾闾之间的常德市，保护着常德市武陵区、鼎城区以及汉寿县、津市市境内的部分堤垸，保护总面积"’()*%万亩，其中耕地!!()(+万亩，人口**)(%万。本垸现有一线堤长!+()$,!-&。堤基土主要由第四系松散堆积组成，岩性以粉质粘土、壤土、粘土为主，部分堤段分布粉细砂、淤泥质土。由于防洪堤所跨区域大，不同堤段堤基土成因和类型不尽相同，现根据钻孔揭露情况，分段叙述见表+.,。表+.,沅澧垸堤基主要工程地质条件堤段桩号堤基地层结构地层结构堤基表部一般为1!"灰褐色壤土、可塑，厚!#$&，局部,’/’’’#!(/"’’堤段为粉细砂层，厚$#(&；下部为1!"铲冲积层，具二元$双层结构,"/"’’#,0/’’’结构；上部黄褐色似网纹状粉质粘土，富含铁锰质结核；下部为粉细砂、砂卵石层，松散，磨圆度较好堤基为1!"冲积物构成，具有二元结构，上部黄褐色、灰$!(/"’’#,"/"’’褐色似网纹状粘土，富含铁锰质，厚$#0&；下部为粉细砂、双层结构,0/’’’#%(/’’’砂卵石层，磨圆度好，欠密实堤基上部为!"/"1,灰褐色粉质粘土、壤土，多呈可塑%(/’’’#!’+/"’’状，厚(#0&；下部为!"#"黄绿色、黄红色网纹状粘土，硬单一结构!’*/"’’#!",/"’’塑状态堤基表部为!"1,灰褐色粉质粘土，可塑状态，厚")+&，多层结构!’+/"’’#!’*/"’’中部为!"1,粉细砂层，厚")%&，中密；下部为!"1"黄绿色普遍存在渗水现象网纹状粘土，硬塑状态堤基上部为!"/"1,灰黑色粉质粘土，淤泥质粉质粘土，!",/"’’#!$,/"’’多呈软塑状态，局部为流塑状态，含水量高，力学强度低，单一结构厚()!’&；下部为!"1"黄绿色网纹状粘土，硬塑状态堤基表部为!"/"1,粉细砂层，松散，厚’)%#"&；下部!$,/"’’#!$0/,’’砂基为!"1"黄绿色网纹状粘土，硬塑状态—!!0*— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例堤段桩号堤基地层结构地层结构堤基上部为!"$"*%灰黑色粉质粘土，可塑状态，厚"’!"#$%&&’!(!$#)&单一结构+,；下部为黄绿色网纹状粘土，硬塑状态堤基上部为!"*%灰黑色粉质粘土，可塑状态，局部为淤泥质粉质粘土，软塑—流塑状，厚!’(,；中部为!"*%粉细!(!$#)&’!-%$&&双层结构砂，松散，厚度!’",；下部为!"*)黄绿色网纹状粘土，硬塑状!-%$-&&’!-+$"%&堤基由!"*)黄绿黄红色网纹状粘土组成，硬塑状单一结构（二）淞澧垸淞澧垸位于洞庭湖西北部，为澧县津市政治、经济、文化中心所在地。保护面积!&!.)万亩，人口-".)万。该垸一线大堤长#-.%)/,，东边为淞滋河西支，西南为澧水，南大堤坐落于澧水!级阶地上，东大堤坐落于淞滋河西支!级阶地上，地基多为双层和多层结构，南大堤地基上部盖层较薄，东大堤堤基土相对较为软弱，各堤段地基主要工程地质条件见表-0(。表-0(淞澧垸堤基主要工程地质条件所在水系桩号堤基地层结构地层结构地基土从上至下："为!"*%粉质粘土、粘土层，可塑一软塑状，厚!’",；#为!"*%粉细砂层，结构松散，多呈透镜状，$为双层结构&$&&&’"-$-&&!"*%砂砾石层，厚"’!),，在桩号)&$#&&’)($%&&厚度达-&薄盖层亚类’#&,。地下水位埋深!.(’).(,澧水"为!"*%粉质粘土，可塑—软塑状，厚!.-’".&,；#为!"*%淤泥质粉质粘土，软塑状，厚"’%,；$为!"*%砂砾石层，顶部"-$-&&’()$)%(双层结构见有&.(’!.(,的透镜状粉细砂，结构松散，厚"’!&,。地下水位埋深)’","为!"*%粘土，可塑状，厚-’!&,；#为!"*"似网纹状粘土，()$)%(’-&$)&&单一结构可塑—硬塑状，厚1(,淞滋河西支"为!"*%淤泥质粘土夹薄层粉细砂，软塑状，厚&.2’#.&,；-&$)&&’#-$%!&#为!"*%粘土或粉细砂，呈透镜状，厚&.(’).(,；$!"*"粘多层结构土，可塑—硬塑状，厚"’!),（三）沅南垸沅南垸位于洞庭湖西滨，沅水尾闾南岸，属常德鼎城区及汉寿县所辖，保护耕地面积"#.-!万亩，人口)+.-#万，一线大堤全长-(.!!-/,。根据堤基地层结构不同，可将堤基地房岩性分为两段。（!）&$&&&’!2$-&&,堤段。上部为全新统（!"*%）灰黄色粉质粘土、壤土、砂壤土面来粉细砂，厚&’).),；下部为上更新统（!"*"）黄褐色粉质粘土，含铁锰质结核，似网纹状—!!2&— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质结构，可塑至硬塑状态，厚!"#$；其下为粉细砂及砂卵砾石，结构较松散，厚#%&’$$。（(）&)*+’’"+,*&&+$堤段。上部为全新统（!"-!）深灰、灰色粉质粘土、粘土，含有机质，局部夹粉细砂，一般呈软塑至可塑状，洋淘湖—安乐湖一带沉积厚度较大，其他部位一般.",$；下部为上更新统（!"-.）粉质粘土或中更新统（!"-(）网纹状粘土，厚+"#$；其下见砂卵砾石层，结构较密实。（四）安保垸安保垸位于西洞庭湖之安乡县境内，四面环水，为淞滋河东支和澧水洪道所围。保护耕地面积(./+万亩，人口约&#/)万。现有一线堤长))/)#.0$。经地表调查及钻孔揭露和土样试验结果表明其表部多为粉质粘土，中部则以粉细砂、壤土层为主，下部则以粘土为主。各堤段地基主要工程地质条件见表+%+。表+%+安保垸堤基主要工程地质条件建筑物名称桩号堤基地层结构地层结构（!"-!）：上部为灰黄褐色粉质粘土夹薄层粉细砂，厚&/’"单一结构、’*’’’"(’*+’’./’$；中部为灰色、灰黑色淤泥质粉质粘土或淤泥质粘土，厚度多层结构./’",/’$；下部为黄褐色、灰绿色粘土，厚度大于.$（!"*"-!）：上部为灰褐色粉质粘土或灰黑色淤泥质粘土，厚度(/’",/’$；中部为粉细砂、灰褐色淤泥质粉质粘土，呈透镜状(’*+’’".!*’’双层结构分布，厚度&/’"./’$；下部为黄褐色粘土，钻孔揭露厚度&"./’$（!"*"-!）：上部为灰色粉细砂，厚度./’",/’$；下部为灰色粘.!*’’’".#*.’’砂基土，钻孔揭露厚度&/1"(/.$线助洪大堤.#*.’’"!&*+’’（!"*"-!）：上部为灰褐色粉质粘土，厚度&/’"(/’$：中部为灰色粉细砂，厚度("!$；下部为灰绿色粘土，钻孔揭露厚度&/(砂基,1*’’’"1!*’’’"(/#$（!"*"-!）：上部为灰褐色粉质粘土，厚度./’",/’$；下部为灰!&*+’’",1*’’’绿色粘土，钻孔揭露厚度&/,"./’$1!*’’’"#)*!’’（!"*"-!）：堤基主要为灰褐色粉质粘土，厚度大于,/’$单一结构)(*’’’"))*)#.（!"*"-!）：上部为灰褐色粉质粘土，厚度./’"!/’$；下部为灰#)*!’’")(*’’’色粘土，厚度大于($—&&)&— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（五）安造垸安造垸位于湖南省安乡县境内，东临虎渡河，西靠松滋东支，南抵淞滋、虎渡两河汇流，北与湖北公安县接壤。垸内有四个乡镇、一个农场和县城，保护总面积!"#$%万亩，其中耕地&’#(万亩，人口&)#%万。现有一线防洪堤(%#&()*+，堤基均为第四系松散地层，各堤段地基主要工程地质条件见表$,(。表$,(安保垸堤基主要工程地质条件桩号堤基地层结构地层结构"-""".$-)""堤基土自上而下依次为：!（!"-"01）粉质粘土、粘土，夹)-$"".&!-"""薄层粉细砂，可塑—软塑，厚度一般!.)+，其中($-"""./(-$""./)-$""(%-&()堤段厚约&+左右；"（!"0/）网纹状粘土，含铁锰’)-$"".$)-’""质结核，硬塑坚硬状，厚度2’+$%-/"".(%-&()堤基土自上而下依次为：!（!"-"01）粉细砂夹粘土，厚度$-)"".)-$"""#’.!+；"（!"-"01）棕褐、灰褐色粉质粘土、粘土，可塑—砂基软塑，厚度2!+堤基土自上而下依次为：!（!"-"01）粉质粘土，可塑，厚"#’.!+；"（!"-"01）淤泥质粉质粘土，夹薄层砂壤土、粉&!-"""./(-$""多层结构砂，软塑，厚$.)+；#（!"-"01）粉质粘土，可塑，厚"./#’+；$（340/）网纹状粘土，含铁锰质结核，硬塑厚度2!+堤基土自上而下依次为：!（!"-"01）含泥质粉细砂，结构松散，厚&.&/+不等；"（!"-"01）粉质粘土，可塑—软/)-$"".!/-/""砂基塑，厚/.’+；#（!"-"01）网纹状粘土，含铁锰质结核，硬塑，厚度2’+堤基土上部为（!"-"01）粉质粘土、粘土，局部见粉细砂，!/-/"".!’-1""可塑—软塑，#$!#’5).&&击，厚度2$+；下部为（!"0/）网纹状粘土，含铁锰质结核，硬塑，厚度2!+堤基土自上而下依次为：!（!"-"01）粉质粘土，可塑—软塑，厚"#’.!+；"（!"-"01）粉细砂，结构稍密，#$!#’5(!’-1"".’)-$"".&"击，厚!.)+；#（!"-"01）粉质粘土。硬—可塑，#$!#’主要为双层结构$)-’"".$%-/""5%.&!击，厚度一般2!+；$（!"-"0/）黄、黄褐色网纹状粘土、粉质粘土，硬塑，厚度2!+—&&%/— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质（六）大通湖垸位于洞庭湖中部，四面环水，东临东洞庭湖，西隔沱江与育乐垸毗邻，南面为草尾河，北是藕池东支尾闾。大垸保护总面积!"#$%&’万亩，其中耕地#!$(’万亩，人口"%$"’万。现有一线堤长!("$"(’)*，堤基所处地貌单元基本相同，土层差异不大，总体分布特征为：表部+!黄褐、灰色粉质粘土、壤土或为灰褐色淤泥质粘土夹粉细砂，软塑状，厚%$,-’’$%*；中部为+!灰黑色含泥质粉细砂，较为松散，厚%$,-!&*；下部为+!灰黑色淤泥质’’粘土、蓝色粘土夹薄层粉细砂，总厚&-(*，软塑状；底部为!"+.黄褐、灰黄色粉质粘土、粘土，可塑—硬塑状，具似网纹状结构，工程地质特性较好。（七）烂泥湖垸烂泥湖垸位于湘、资两水尾闾之间，行政区划辖益阳市赫山区、岳阳市湘阴县和长沙市望城县、宁乡县。三面环水，东临湘江、北接资水及其东支毛角口河，南靠沩水。保护耕地面积/%$#,万亩，人口"!$’&万。现有一线大堤长!.%$#%’)*，按堤基地层岩性大致可分四段：（!）赫山镇—二里半（%0%%%-�%%%）。桩号%0%%%-!,0"%%*上部为第四系全新统（!"0"+’）粉质粘土、粘土、壤土、淤泥质粉质粘土，呈可塑—软塑状态，局部有透镜状的薄层粉砂层，一般厚!$%-.$!*；下部为第四系上更新统冲积堆积砂卵砾石层，结构松散，厚度大于!%*。桩号,0"%%-�%%%*为第四系上更新统地层，上部为似网纹状粉质粘土与壤土，厚度"-/*；底部部分地段见粉细砂，一般厚’-/*；在高程!/$%-&’$,*以下分布砂卵石层。（&）二里半—镇江东角（�%%%-/’0’%%）。本段除桩号.%0&%%-.&0&%%*底部为上更新统砂卵石外，其余均为第四系全新统（!"0"+’）地层，上部为粘土、粉质粘土、壤土及淤泥质粉质粘土、除淤泥质粉质粘土为软塑状或流塑外，其余土类均呈可塑状态，一般厚度’$%-!%$,*。该段以粘土分布最广，其他均呈零星或透镜状分布。在高程!’$%-&/$,*以下，局部为砂卵石层。（.）镇江东角—沙田（/’0%%%-((0"%%）。该段上部仅在镇江东角—躲风亭（/’0%%%-(!0&%%）一带出露第四系全新统（!"0"+’）地层，为淤泥质粘土，局部见粉细砂，软塑—流塑状态，一般厚度/$!%*。其余均为中更新统（!"+&）地层，在高程&%-&.$,*以上为网纹状粉质粘土、粘土，可塑一硬塑状态，一般厚度!$,-!%$%*。以下为粉砂和卵石层，厚度大于!%*。（’）沙田—彭礼桥（((0"%%-!.%0#%’）。本段主要以第四系全新统（!"0"+’）地层为主，上部淤泥质粘土及淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粘土，呈软塑—可塑状态，一般厚度.$%-($%*。高程&/$,-.($(*以下为粉细砂及砂卵石。在沩水一带砂卵石层分布高程较高，该段局部见上更新统（!"+.）地层：上部为粉质粘土，具似网纹状结构，含铁锰质，呈可塑状态；下部为砂卵石。主要分布在粉行至牛串堤（!%%-(%%-!%#0"%%）和彭礼桥（!�(%%-!.%0#%’）一带。—!!#.— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例（八）育乐垸育乐垸位于洞庭湖区中部，为南县县城所在地。东临藕池河东支、沱江，西隔藕池河中支，南为目平湖。受保护总面积!!"!万亩，人口#$"%&万。一线堤长&’&"&!()*。整个育乐垸大圈均处于河湖相堆积平原地貌单元。堤基土层结构及物理力学特性基本类似，仅部分区域在厚度、埋藏深度方面有所差异，堤基土层结构总体特征为：表部以!"+",-灰黄色、黄褐色粉质粘土、壤土为主，局部堤段为淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂，可塑至软塑状，厚."!/!"!*；中部为!"+",-灰黑色含泥粉砂，较松散，厚."’/%"!*；下部!"+",-蓝灰色淤泥质粘土夹薄层粉砂，含腐殖质，软塑厚&"./&.".*；底部为!",’黄褐、灰黄色似网纹状粉质粘上或蓝灰色夹黄色条带粘土，可塑至硬塑状，工程性良好，厚度大于!".*。（九）长春垸长春垸位于洞庭湖南部，资、沅两水尾闾地区，行政区划辖益阳市资阳区、沅江市，受保护总面积!0"$(万亩，其中耕地#$"$#万亩，总人口-#"’0万。本垸现有一线堤长00"%%)*，根据钻孔揭示，堤基地层岩性分三个地质单元。（&）烈公桥至甘溪港出口（.+.../’#+’#(）。防洪堤紧靠资水左岸，堤基土以河流冲积层（!",’）为主，上部为粉质粘土，似网纹状结构，含铁锰质薄膜，一般呈可塑至硬塑状态，中—低压缩性，厚."!/!*；中部夹薄层壤土、粉细砂，局部呈透镜体，较松散，厚./’"!*；底部为砂卵砾石层，透水性较强，厚度大于!*。（#）甘溪港出口至沅江市石矶湖（桩号’#+’#(/!$+’..）。堤基土上部以河湖相沉积层（!"+",-）为主，岩性为淤泥质粘土、壤土，粉细砂与砾石，厚度&./&!*，一般淤泥质粘土、壤土，多呈软塑状，高压缩性、力学强度较低；底部为上更新统（!",’）粉质粘土、粘土及砂卵砾石，粉质粘土、粘土一般呈可塑至硬塑状。（’）沅江市至汉寿烟包山（!$+’../00+%%.）。为&%%(年后新修堤防。该段中更新统（!",#）出露较广，具二元结构。其上部为棕红色、赫红色网纹状粘土，网纹结构清晰，内见铁锰质薄膜，一般呈坚硬状态，力学强度较高，厚度大于#.*；下部为砂卵砾石，较密实，透水性较强，未见底。（十）湘滨南湖垸湘滨南湖垸位于湘、资两水尾闾之间，西面为资水西支，南靠资水东支，东属湘水，北临南洞庭湖，受保护总面积’."!0万亩，总人口&#"#万。现有一线堤长$’"$-)*，地基为河湖相（!"+",-）、河相（!",-）的冲湖积和冲积层，堤基主要工程地质条件见表(1$。—&&%-— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质表!"#湘滨南湖垸堤基主要工程地质条件桩号（$%&%）堤基地层结构地层结构’&’’’()&’’’*+&,’’(+!&,’’上部为!"&"0-灰、灰黑色粉质粘土，局部含粉细砂，有机质、--&’’’(,+&’’’树根、贝壳等，软一可塑状，厚*(.%；下部为!"0*灰黄色粘土，,!&’’’(,.&#’’具网纹状结构，含铁锰质结核，硬塑状态，厚,(/’%；底部为,#&*’’(!!&’’’!"0*砂卵石层，粉砂含量高，透水性强，厚度大于/’%!.&-’’(./&,’’./&)’’(#+&#-’双层结构上部为!"0*黄色粉质粘土，具网纹状结构，含铁锰质结核，硬//&,’’(/)&+’’塑状态，厚,(/’%；下部为!"0*砂卵石层，粉砂含量高，透水性强，厚度大于/’%+!&,’’(--&’’’上部为!"0*灰黄色粘土，具网纹状结构，含铁锰质结核，硬塑,+&-’’(,!&’’’状态，厚度,(/’%；下部为砂!"0-卵石层，粉砂含量高，粒径一,!&’’’(!.&-’’般/(+1%，厚度大于/’%上部为!"&"0-灰黑色粘土，软—可塑状态，厚*(+2+%；下)&’’’(//&,’’部为!"0*黄色粉质粘土，具网纹状结构，含铁锰质结核，硬塑状单一结构/)&’’’(*/&,’’态，厚度,(/’%上部为!"&"0-灰黑色粉质粘土，含泥质粉细砂，软—可塑状*/&,’’(*+&,’’态，厚+2*(,2.%；下部为粉细砂层，含泥质，松散状态，厚+(双层结构,.&#’’(,#&*’’/+%为!"&"0-灰黄、灰黑色粉细，含泥，下部见有砾砂，松散状态，./&,’’(./&)’’单一结构厚度大于/’%（十一）华容护城垸护城垸位于洞庭湖区北部，行政区划区属岳阳市华容县。西南临藕池河东支，东靠华容河。受保护总面积,-2!)万亩，其中耕地面积*#2,!万亩，人口*!2/*万。现有一线堤长#)2.)$%，堤基地层以冲湖积堆积、冲积堆积为主。堤基主要工程地质条件表!")。表!")护城垸堤基主要工程地质条件堤段桩号堤基地层结构备注堤基上部为!"&"0-粉质粘土，夹薄层粉细砂透镜体，厚,(’&’’’(+’&’’’/,%，软—可塑状态，土层含水量较大，透水性较好；下部为!"0*多层结构冲积堆积，厚*(*’%，为黄红色网纹状粘土藕池河东支堤基上部为!"&"0-淤泥质粉质粉质粘土夹薄层粉细砂，厚+’&’’’(,-&))’/(/*%，软一流塑状态，具高压缩性。下部土层结构同华容段，多层结构为!"0*冲积堆积，厚*(*’%—//),— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例堤段桩号堤基地层结构备注桩号!"#$$%—南山段，除局部堤段地表为!"#")"淤泥质粉质粘土外，大多为!")*冲积堆积，其上段为网纹状粘土，下段为砂砾石，厚*&*%+。南山段—桩号’(#!$’段堤基地层为：间堤段!"#$%%&’(#$!’双层结构上部!"#")"淤泥质粘土，厚(&(,+，软—流塑状，力学性能差，下部!")*冲积堆积，上段为网纹状粘土，可塑—硬塑状，下部为砂砾石层，厚*%&"%+堤基上部为!"#")"淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土，局部夹粉细砂薄层透镜体，厚(&(,+，软—可塑状态，高压缩性，力学华容河段’(#$!’&-$#.$%强度较低；中部为!")*网纹状粘土，呈可塑—硬塑状，为相对多层结构隔水层，厚(!&,%+。下部为!")*砂砾石层，透水性强，为承压含水层。存在堤身不均匀沉陷，堤身渗漏等不良工程地质问题*岳阳长江干堤工程地质条件岳阳长江干堤位于长江右岸，沿江一线除洪山头、铜鼓山、螺山长江及儒溪炮台山等为自然山丘岗地外，其余均处于长江!级阶地前缘，地形低矮。堤外多为近代的河漫滩，宽一般,%&(%%+，部分堤段（/!.#%-%&/.!#’!$）外滩宽可达到(!%&"%%+。但是在“天字一号”、“上车湾”、“洪水港”、“荆江门”、“城螺”及“界牌”等河段区是深泓逼岸，水下深泓最低高程（荆江门）达—*!+。垸内地面高程城陵矶以上一般*.&,*+，以下一般*’&*$+，距堤脚’%&-%+一带渊塘，鱼池、水沟呈串状或带状分布，区内地下水主要为第四系松散层孔隙水。一般为孔隙潜水，部分地段为季节性承压水，局部尚存上层滞水。地下水位埋深%0!&!+，汛期江河水位高，地下水沿含水层向垸内运移，呈季节性承压水，并在堤垸内低洼地段上升出溢于地表。长江干堤湖南段各堤垸主要工程地质条件列于表’1(%。第五节重大险段工程地质条件洞庭湖区从($$!&($$$年间相继发生了几次特大洪水，致使堤防险情频繁，并造成大小共几十个堤垸漫溃或溃决，其损失是巨大的，教训也是深刻的。现将由渗透破坏、沉陷变形造成的典型险情及其所处部位工程地质条件概述如下。(沅南垸新兴咀堤段特大管涌（一）险情概述由于洞庭湖区堤防涉及不同的工程地质单元，堤基所处的地质环境不一，渗透破坏的—(($’— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质特征亦有所不同。表!"#$长江干堤湖南段堤基工程地质条件堤段桩号地面高程（%）主要工程地质条件地层结构上部为!"0,粉质粘土，可塑状态，厚!’#$%，其中+&$&$$$’(&!$$++$’(&$$$夹粉砂透镜体：下部为!"0+粉质粘土，可塑—硬塑状(&!$$’)&*$$上部为!"0+含泥质粉细砂，结构松散，厚+$’+!%极薄盖层段上部为!"0,粉质粘土夹薄层粉细砂透镜体，可塑—软)&*$$’+#&($$+!-.’+/-$$塑状，厚(-!’.%，其中#)&$$$’+$&+$$仅(%厚。下薄盖层段部为含泥质粉细砂层，结构松散，厚1+$%民生垸上部为!"0,粉质粘土夹薄层粉细砂透镜体，呈可塑—+#&($$’+)&*$$软塑状，厚/’+$%；下部为!"0,含泥质粉细砂，厚1#$%上部为!"0,粉质粘土夹#’(2%厚的粉细砂(’.层，+)&*$$’($&+$$呈可塑状，厚.’!%；下部为!"0,粉细砂，结构松散，厚薄盖层段1+$%上部为!"0,粉质粘土，呈软—可塑状，厚$’*%，下部($&+$$’(+&)+,+*-.$’($-$$为!"0+粉质粘土，可塑—硬塑状，厚1#$%上部为!"0,粉质粘土、淤泥质粉质粘土、软—可塑状，(+&)+,’(,&*$-$+*-$$’+/-$$厚)’#$%；下部为!"0+粉质粘土、粘土，可塑—软塑状，厚1#$%上部为!"0,粉质粘土，淤泥质粉质粘土夹薄层粉细砂，(,&*$$’,+&,$$软—可塑状，厚)’#+%；下部为!"0,含泥粉细砂，结构松散，厚1+$%+!-.’+*-.$建设垸上部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹薄层粉细砂，软—,+&,$$’,,&($$可塑状，厚.’!-.%；下部为含泥粉细砂，结构松散，厚1+$%上部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土，夹.’!-.%；下部为,,&($$’,*&$$$+!-.’+*-$$含泥质粉细砂，结构松散，厚1+$%,*&$$$’.#&$#+上部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土，夹薄层粉细砂，软—+*&.$’+/&.$可塑状，厚*’#+%；下部为含泥质粉细砂，厚1+$%建新农场.#&$#+’.(&/..上部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹多层.’*2%厚的.(&/..’.*&+!$薄层粉细砂，软—可塑状，厚)’#$%；下部为粉细砂层，钻孔揭露厚,$’*$%君山农场+/-$$’($-$$上部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土，厚)’#+%，但在地.*&+!$’!#&,$$表以下(’(-.%分布一层#-.’+%厚的粉细砂层；下部极薄盖层段为粉细砂，结构松散，钻孔揭露厚1+$%—##/)— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例续表堤段桩号地面高程（!）主要工程地质条件地层结构上部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土，软—可塑状，厚"#$%&&’"%$(&&)*+&&’,&+&&极薄盖层段)+-’,!；下部为粉细砂，厚.)&!上部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土，软—可塑状，厚%君山农场"%$(&&’/%$#&&)*+-&’(!；下部为粉细砂，结构松散，厚.,&!上部为粉质粘土，可塑状，厚"’/!；下部为淤泥质粘/%$#&&’/"$(&&)(+&&’)(+-&土，粉质粘土夹薄层粉砂或粉土，厚-’#&!上部为!"0)网纹状粘土，硬塑状，厚,’#&!；下部/"$(&&’/($)&&)(+-&’,)+-&为。!"0)砂砾石层，胶结较好，厚)’)+-!；下伏基岩为为新建堤段冷家溪群的砂质板岩永济垸堤基为粉质粘土，局部夹薄层粉细砂透镜体，呈软—可/($)&&’(%$(&&)"+-&’)(+-&塑状，厚/’#)!(%$(&&’("$,(&)/+-上部为淤泥质粘土，局部夹粉细砂透镜体，呈可塑—软塑状，厚,’#&!；下部为!"0,似网纹状粘土，可塑—硬("$,(&’(($*())/+-塑状，厚.#&!堤基为!"0%淤泥质粘土，局部夹薄层粉土或透镜状粉(($*()’*-$*(&)"+-&’)/+-&细砂，软—可塑状，厚/’#&!堤基为!"0%淤泥质粘土、粉质粘土夹薄层粉细砂透镜体，呈软塑状态，厚"’*!，局部达#)!。其中*($)-&’*-$*(&’#&#$#&&)/+&&’)(+-&有改线堤段**$,&&为改线段，上部!"0%淤泥质粘土层厚#+-’)+-!，下伏基岩为震旦系粉砂岩，细砂岩陆城垸上部为!"0%粉质粘土、可塑状，厚)’%+-&!；下部为淤#&#$#&&’#&-$(&&)(+-&泥质粘土，软塑状，厚./!上部为!"0%粉质粘土，可塑状，厚#’)!，中部为!"0%粉质粘土或淤泥质粘土，可塑—软塑状，厚)’,!；中上#&-$(&&’#&($-"&)/+-&’)(+-&两层总厚,’%$-!；下部为!"0%含泥质粉细砂，结构松散，厚.#&!上部为!"0%粉质粘土、淤泥质粘土，可塑—软塑状，厚"#&($-"&’#&*$##&)(+-&’,&+&&’/+-!；下部为!"0%含泥质粉细砂，结构松散，厚.#&!堤基为!"0%粉质粘土、淤泥质粘土，可塑—软塑状，#&*$##&’##)$-*&)/+&&’)(+-&厚/’#)!江南垸上部为!"0%粉质粘土，可塑—软塑状，厚#’)!，中部为!"0%粉质粘土或淤泥质粘土，可塑—软塑状，厚)##)$-"&’##($&&&)/+&&’)(+&&无盖层段’,!；中上两层总厚,’%+-!。下部为!"0%含泥质粉细砂，结构松散，厚.#&!—##*(— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质续表堤段桩号地面高程（!）主要工程地质条件地层结构上部为!"/*粉质粘土、淤泥质粉质粘土，软塑—可塑""#$%%%&""’$(%%状，厚)-(&,!；下部为!"/*粉细砂，厚0"%!)+-(%&).-(%上部为!"/*含泥质粉细砂，结构松散，厚,&*!；中""’$(%%&")*$++%部为粉质粘土或淤泥质粘土，可塑—软塑状，厚)&(!；无盖层段下部为含泥粉细砂，厚0"%!江南垸上部为!"/*粉质粘土，可塑—软塑状，厚)&,-(!；下部")*$++%&","$#%%极薄盖层段为含泥质粉细砂，结构松散，厚0)%!上部为!"/*粉质粘土，可塑—软塑状，厚*-(&(!；下","$#%%&",+$%%%薄盖层段部为!"/*含泥质粉细砂夹淤泥质粘土层，厚0)%!)+-%%&).-%%上部为!"/*粉土，可塑状，厚"&"-)!；中部为!"/*",+$%%%&",’$’+%粉质粘土，可塑—软塑状，厚,&*-(!；下部为!"/*淤泥无盖层段质粘土，可塑—软塑状，厚0(!黄盖湖农场上部为!"/*粉质粘土，可塑状，厚%-(&,-(!；下部为",’$’+%&"*)$%(()(-(%&)+-(%!"/*淤泥质粘土，可塑—软塑状，厚"(&)%!沅南垸是洞庭湖区""个重点垸之一，地处洞庭湖西滨，沅水尾闾南岸，属洞庭湖冲积平原与雪峰山余脉低山丘陵区的结合部。该垸大堤从新兴咀（""$%%%）至同心拐（"’$%%%）堤段历年高洪水位期间曾多次发生管涌。如"’’#年.月),日"+时，沅水盘湖昏站水位达,.-,(!，超过防汛水位%-#(!，新兴咀堤段离大堤内脚)%!处的新兴轻机厂院内一个水凼里出现)处翻沙鼓水，流量%-)!,)大的水花。12，每个鼓水眼在水面上翻出%-,!为及时有效控制险情，当晚调集*#%名劳力，,(台手扶拖拉机，投入袋装砂卵石进行压盖、反滤、导渗。由于外江水位继续上涨，到"#时，水位达到*%-()!，超过危险水位)，离堤脚最近"(!，最远处))%!。管涌点多达)-%)!，致使管涌范围不断扩大，达到+.(%!,)#处，且连成一片，形成管涌群。单孔最大流量达%-,!12，水位高喷达%-(!。整个管涌区内像开锅的稀粥，水花飞溅，喷泥冒沙，喷出的""%!,泥沙将管涌区南面一水渠淤满。浑水在地面漫溢横流，又将周围地面表土浸泡松软，破坏了表土层结构的凝聚力，降低了土体抗渗强度，新的管涌和更大的险情随时都有可能发生，形势万分危急，因而当时被列为全省重点险情之一。（二）堤基工程地质条件新兴咀临洪大堤堤顶高程*)!，面宽#!，内外坡比分别为"3,和"3)-(，堤内地面高程,)!左右，堤外河床最低高程#-’!，外江历史最高水位*%-’)!，最低枯水位,)!。大堤外临沅水主洪道，迎流当冲，堤外无边滩，且)%世纪.%年代以来，采砂船在该河道内不断—""’’— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例采挖破坏了砂卵石表部粘性土盖层，利于水流直接渗透。该段堤基上部一般为!"#$厚的!"%!或!"%&粉质粘土，部分厚度仅’$左右；下部为!"%&砂壤土，粉砂及砂砾石，典型剖面如图()*所示。据试验成果，粉质粘土天然含水量’*+!,"&’+-,。干容重.+&/".+*!012$&，孔隙比3+/(."3+##(，液性指数3+&*"3+*!，渗透系数（.+#."*+-(）4.3)(2$15，内摩擦角#+*".&+#6，凝聚力.*+*"&/+*789。粉细砂天然含水量’&+3,"’/+’,，干容重.+&*".+!:012$&，孔隙比3+-3’"3+-#’，渗透系数!+-*4.3)!2$15，内摩擦角’3+&6"’/+-6，颗粒配较差，其曲线呈典型的“瀑布式”。图()*沅南垸堤防工程..;.(3段工程地质横剖面图由图()*可知，该段堤基为双层结构类型，堤内表土厚度最薄’$左右，一般!"#$，其下为含砂量较高的砂壤土、粉细砂，堤外无边滩，堤外砂卵石层裸露，主洪道逼近堤脚。当外江水位上涨时，渗透水流冲开表土较薄或表土遭破坏的渊塘处，便出现鼓水，随着水位上升，时间推移，便带出大量细颗粒，孔口不断扩大，逐步形成管涌。’民主垸堤段特大管涌（一）险情概述民主垸为洞庭湖区’!个蓄滞垸之一。地处洞庭湖南岸和资水尾闾，四面环水、东临资水北支毛角河；南濒资水东支（主干）；西隔甘溪港河与长春垸相邻；北接南洞庭湖的万子湖。.---年汛期该垸中洲一线大堤因特大管涌溃决而备受人们关注。见图()(。溃口处位于益阳民主垸中洲段大堤，甘溪港河东岸，距南端河口&+&7$，距甘溪港河北端河口.(+’7$，距甘溪港河北端河口.(+’7$，距甘溪港大桥以北.+!-7$（见图().）。.--/年/月’&日(时许，巡堤人员发现管涌，随之险情迅速扩大，在离中洲闸以北’3".’3$的堤段整体下沉’$左右，堤面已接近水面，险段大堤出现多条贯面堤面的横向裂缝，缝宽达3+*$，洪水渗入堤身，另及纵向裂缝数条，堤面向外倾斜，内塘离堤脚.3$左右的&个特大管涌喷出水柱高达’$，整个塘内充满泥沙黑水，至#<33，堤身二级平台出现直—.’33— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质图!"!益阳民主垸溃口位置示意图径达#$%的大跌窝，随即黑水泥沙喷出，##&’(抢险无效而溃决。溃口时的外河水位)’*!’%，溃口宽度+’,%，堤内形成的最大冲刷坑深度低于河床近#(%，溃口段,$$%范围内河床冲刷下切)-(%。民主垸的民主片一片汪洋，受淹面积#$!.%+，占全垸总面积的#/+，受灾村’,个，人口0*0万，冲毁房屋+*+(万间，受淹排灌机埠##,处++#台#*))万.1，#*#万亩精养鱼池被毁，(,所中、小学校浸泡在水中，经济损失达#’亿元。（二）溃口段堤基工程地质条件溃口段位于甘溪港河东岸（#(2#$$-#(2)($），堤顶高程)!*$-)0*$%，堤高,%左右，内坡比#：+*(，外坡比#：+，堤内地面高程+,*$-+3*(%，堤脚附近分布有鱼池。外河河床高程一般#3*,-+$*’%，堤外无边滩，迎流当冲。堤基地层从上至下依次为：!!"2"4’淤泥质粉质粘土夹极薄层粉细砂，向下粉细砂含量增大，可塑软塑状，厚)*(-’*$%；"!"2"4’粉细砂，较为松散，透水性较大厚$*)-+*$%；#!"4)粉质粘土，黄褐色，似网纹状结构。一般呈可塑—硬塑状，厚+*(-)*(%；!"4)黄褐色粉细砂，较密实，具弱透水性，厚#*+-#*(%；$!"4)砂卵石，粒径一般)-!5%，充填泥，据物探推测，该层厚度大于)$%。分布稳定，且在河床出露。与区内水文地质条件相同，本段地下水类型上部为孔隙潜水，赋存!"2"4’粉细砂层中，主要接受大气降水入渗补给，与地表水体有一定的水力联系，动态随季节变化，埋深)*$%左右。下部则主要为孔隙承压水，含水层为!"4)粉细砂及砂砾石，其上分布的粉质粘土为相对不透水层，构成隔水顶板，因含水层直接与河水接触，故其水位动态与外河水位具同步变幅之特点。综观上述地形地质条件，中洲堤段出险的原因，主要有以下几点：!#33!年以前，汛—#+$#— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例期甘溪港水文断面出现流速大于!"#$%&的几率很少，从!’’(年高洪到!’’)出现流速大于!"#$%&的几率明显增加，实测最大流速达*"*+$%&，最大断面平均流速达!")$%&，由于长时间大流速的冲刷，导致!’’(年以后，河床平均冲刷#"+!$，!’’’年,月溃口之前，河床局部又下切#"-#$，这样，使得河床砂卵石层外露或减薄了上覆粘土层盖层的厚度，从而为险情的发生埋下了极大的隐患；!溃口段堤基总体上看属双层结构（图(.,），上部粘性土盖层（!"/+粉质粘土以上统视为盖层）厚度虽有)$左右，但!"0"/-淤泥质粉质粘土本身夹粉细砂，且底部分布一层#"+1*"#$厚的粉细砂层，由于其抗渗强度较差，因此，渗透破坏首先发生在!"0"/-地层中，进一步发展造成!"/+地层渗透破坏；"垸内人为开挖鱼塘，一方面破坏了粘性土盖层的完整性和厚度，另一方面形成两水夹堤，增大了查险处险难度，一经发现，就是大险，难以施救。图(.,民主垸溃口段地质剖面示意图+钱粮湖垸采桑湖段堤基沉陷变形洞庭湖区广泛分布巨厚的第四系冲、湖积相松散堆积层，岩性及其结构均比较复杂，其中较广泛地发育有淤泥质类软土层，埋藏浅，有的甚至直接出露地表。因其具有天然含水量高、孔隙比大，抗剪强度低、易压缩等不良工程地质特性，因此，在上部荷载作用下，不少堤段发生沉陷变形，从而成为洞庭湖区汛期又一主要险情。钱粮湖垸采桑湖堤段就是其中之一，兹概述如下。（一）险情概述采桑湖堤段位于钱粮湖东北部（+!0!##1+*0’##），东临东洞庭湖，西为采桑湖渔场。多年来一直存在沉陷以及由沉陷引起的堤身开裂，滑坡坍塌等问题。因此，在历年汛期抗洪险中均被列为防护重点。该堤段在!’2’年因围湖造田时开始修建，当大堤建至+#"’,$高程时，于!’2’年!*月’日，+!0*-#1+*0,2#段堤身出现明显的沉陷，下沉量达#"*1#"($，并在堤顶、内外坡及平台上均见有规模较大的裂缝，裂缝宽#"!1#"!)$，可见深度!")1*"+$，上宽下窄，向外坡倾斜，呈锯齿状分布，延伸较长，最长可达’!#$左右。以后至!’,*年连续!-年时间，曾多次组织集中劳力进行抢险整治，如加高培厚，修筑内外平台等，但大堤仍然下沉不止，始终达不到设计高程，而且更趋恶化，内外平台及外坡产生滑移，开裂及外鼓等现象。!’,+年至!’)-年有关部门对其进一步进行整治，除加高培厚堤身外，尚对内外坡平台进行加宽培厚，并在外坡二级平台上栽植防浪林、采用块石护坡，但仍未能治本，!’)2年春—!*#*— 第六章洞庭湖流域水利水电工程地质季，在堤顶外肩!"#$%&’!$#"(&段的浆砌石防浪墙上亦见多处开裂，将其切断，出现倒塌。堤外块石护坡下滑隆起严重，内坡出现纵向裂缝，宽&)$’&)*+，长达!&’$(&+，呈弧形状向坡外倾斜。鉴于该处险情时有发生，省市有关部门极为重视，于"*,-年采用挖泥船对!&#-(&’!$#$&&沿堤脚全程进行吹填固基，吹填宽度(&’-&+，吹填高程达到$*)*.+时效果尚可，未出现较大异常现象。"**-年汛期高洪水位时，于!$#!-&’!$#-$&处内坡出现严重滑坡，临时抢险采用抛石压脚。可当外湖水位下降时，又引起外坡滑动坍塌。该段自"**.年以来，均一直持续出现明显滑移与沉陷变形，堤身下沉&)(’&),+，使堤顶水泥路面悬空，堤外脚"(’$&+处出现小鼓丘。"**,年汛期因大堤沉陷，产生长达-&&+的裂缝，其中有*!+长的堤段产生滑坡。正因为该段堤不断产生沉陷滑移，以致险象环生，所以近几年汛期均投入了大量的人力物力。（二）沉陷变形原因分析现场调查与勘察表明，该段堤基堤身沉陷变形的原因是多方面的，是内外地质营力作用的结果。表现在：（"）土层结构因素。据钻孔揭示，地基上部大部分为全新统湖积堆积（!/%）的淤泥质粘土以及状态较差粘土、粉质粘土，厚度$’,+（原厚度要大，因塑流挤出，使之变薄）。其孔隙比大，含水量高，力学强度及承载能力低，具高压缩性，呈软塑状态。现场标贯试验0-!)(1$)(’()-击，室内试验表明：天然含水量!%)!2’(&),2，天然干密度")"%’!，孔隙比&)*((’")!.-，压缩系数&)%("’&).-&6789"，内摩擦角,:’*)(:。允许")%&345+承载力,&’*(;78。此外，本堤段地基下部尚分布一层较厚的网纹状粘土（"!/$），厚度一般$)&’%)(+，最厚可达,)(’"$),+，该土层含灰白色高岭土，铁锰质等成分，含水量高，呈软塑至可塑状态，具高压缩性，承载力低，现场标贯试验平均值#-!)(1-),击，天然含水量!!)*2，天然干密度")%&345+!；孔隙比&)*%*，压缩系数&)%*.6789"，内摩擦角,),:，允许承载力"$(;78左右。上述两种土层状态较差，承载力低，不能满足堤身对堤基承载力的要求，是产生沉陷变形的主要原因。（$）地下水因素。地基土层大部分时间处于地下水位以下，基本上呈饱和状态。土层的承载力有一部分由孔隙水压力承担。当上部堤身荷载加重且超过土体颗粒骨架所能承受的压力时，孔隙水就要缓缓排出。因此，土层的承载力随时间而呈动态变化，但因粘性土的渗透性小，固结排水过程相当漫长。此堤段堤身两侧湖滩均存在淤泥质土（!/%），而堤基表部的湖积土（!/%），状态略好于两侧的湖积土，就证实这一过程的存在。从微观结构看，粒间还存在弱结合水。虽然这种水具有一定的粘滞水，使颗粒形成水胶联结。但在上部荷载长期作用下，当其克服了这种阻力，可使整个土体骨架产生蠕动，使土体存在缓慢变形。（!）堤身填筑土质量差。采桑湖防洪大堤堤身土除个别地段填土质量较好外，其余基本上以粉质粘土为主，其中夹有较厚淤泥质类土。勘探和试验表明，本堤段填土不均一，孔隙比大，含水量高，力学强度低，在上部不断加载作用下，是造成该堤段堤身出现垮塌、—"$&!— 第七篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验典型实例滑坡、开裂、沉陷变形等不良地质现象原因之一。（!）地形地貌因素。采桑湖堤段位于古老的东洞庭湖畔，原地貌复杂，从地形地貌分析，采桑湖原系与东洞庭湖连接的湖汊。据调查，在"#$%年建堤时，为减少修堤工作量，选择在湖汊颈瓶部位修此堤防围截。但尚未做任何勘探工作和基础处理，而湖汊部位淤泥质软基厚度大，力学性状差，在上部堤身荷载作用下产生不均匀沉陷，引起堤身开裂，内外滑坡等。据钻探揭露，桩号&"’(&)*&+’"$)地形上为一深槽，该段大堤沉陷变形极度为严重，其现状表现为堤顶面见明显的沉陷及开裂，外坡块石护坡架空，外鼓变形及滑动塌陷，将"#,&年所建堤外肩浆砌块石防浪墙（墙宽)-%*"-).，墙高"-$*"-%.）剪断倒塌，并随之滑移到堤外坡中部，下滑深度达+-$*&-).，将外坡压脚平台挤向外滩。—"+)!— !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准—$#"!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国电力行业标准水电水利工程施工地质规程!"#$%&’(—&(((!"#$#%&’($’#)"#*’#+,-./’-&#+0".&#)*#.12).#0#3".(+)3(-"..",#/.’",0.#4"’-—&*’)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国电力行业标准水电水利工程施工地质规程!"#$%&’(—&(((!"#$#%&’($’#)"#*’#+,-./’-&#+0".&#)*#.12).#0#3".(+)3(-"..",#/.’",0.#4"’-主编单位：中南勘测设计研究院批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号：国经贸电力［)’’’］&*+号前言本规程是根据科学技术的发展和生产实践的需要，在《水利水电工程施工地质规程（,!-&.—/.）》的基础上修订完成的。本规程规定了水电水利工程施工地质工作的内容和技术要求。本规程与,!-&.—/.相比，修改和补充的主要内容如下：（&）补充了定量评价地基岩土体和围岩质量的内容及相应的方法。（)）增加了工程边坡、水库区及天然建筑材料的施工地质工作。（0）删除了定向爆破筑坝施工地质工作。（+）删除了有关的附图。（%）增加了施工地质报告的编制提纲。本规程的附录1是标准的附录。本规程自实施之日起，原规程,!-&.—/.即行废止。本规程由水电水利规划设计总院提出并归口。本规程主编单位：中南勘测设计研究院。本规程主要起草人：漆富冬、罗守成、王冬生、杜伯辉、曹永成。本规程由水电水利规划设计总院负责解释。目次前言&范围)引用标准—&)’.— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!基本规定"地面建筑物地基施工地质工作#地下建筑物围岩施工地质工作$工程边坡施工地质工作%水库区及天然建筑材料施工地质工作&资料整编与归档附录’（标准的附录）施工地质报告编制提纲条文说明!范围本规程规定了水电水利工程施工地质工作的内容与技术要求，适用于大型水电水利工程。"引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。()#*+&%—,---水利水电工程地质勘察规范./0,#—%&水利水电工程地质测绘规程./0,%—%&水利水电工程天然建筑材料勘察规程./0+%#—&&水电站基本建设工程验收规程!基本规定#$%$!水电水利工程施工地质工作是施工期间的地质工作，对消除地质隐患，优化设计，选择合理的施工方法，指导工程安全运行和充分发挥工程的目标效益，具有重要意义，应认真做好这项工作。#$%$"施工地质工作应包括下列主要内容：（,）编录、测绘施工揭露的地质现象，检验、修正前期工程地质勘察资料和评价结论；（+）进行取样与试验；（!）及时提出对不良工程地质问题的处理意见和建议；（"）进行地质观测与预报；（#）参加地基、围岩、工程边坡、水库蓄水及其它隐蔽工程的地质评价与验收；（$）提出运行期间的水文地质工程地质观测项目、实施方案、技术要求设计书；（%）编制施工地质报告。#$%$#施工地质工作应由熟悉该工程地质情况的地质勘测单位承担。参加施工地—,+*-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准质工作的人员应深入调查研究，如实反映情况，认真负责，坚持原则，及时与设计、监理、施工单位互通情况。!"#"$现场施工单位应及时清理和冲洗建基面地基、洞室围岩、以及其它隐蔽工程地基，为施工地质作业顺利进行创造条件和提供方便。!"#"%承担施工地质工作的单位应根据合同或任务书的要求，按本规程的规定，编制工作大纲，阐明工作项目、内容、技术要求、工作方法、提交的资料、成果质量保证措施，以及人员安排、仪器设备、经费预算等。!"#"&在施工地质工作中，应建立“施工地质日志”，及时记载有关施工地质事项，特别是地质变异情况和工程重大事项，以及工程处理要求和实施结果。!地面建筑物地基施工地质工作$"#"’地面建筑物地基的施工地质工作可分为开挖期及建基面形成后两期进行。$"#"(开挖期的施工地质工作应包括下列内容：（"）收集和编录开挖揭露的地质情况；（#）观测和预报地基岩土体的变化趋势；（$）修正地基岩土体的工程地质分类；（!）提出优化地基处理设计的意见。$"#"!建基面形成后的施工地质工作应包括下列内容：（"）测绘建基面工程地质图；（#）最终评价地基岩土体工程地质条件；（$）编写地基地质说明书或地质结论；（!）参加地基验收。!%"地质编录与测绘$"’"’地质编录应随开挖进行，并自施工开挖起，直至建基面形成，编录各种地质现象，收集施工情况，为评价建基面岩土体质量和优化地基处理设计方案积累资料。$"’"(岩质地基的地质编录应包括下列内容：（"）岩石名称、成岩时代、颜色、主要矿物成分、单层厚度、产状、岩性变化及分界线，软弱夹层的产状、厚度及其变化、性状、结构及其分带性、延伸情况、层面起伏差和破碎、泥化情况，岩脉名称、产状、厚度、接触带蚀变、充填、泥化程度和破碎情况。（#）断裂的出露位置、产状、性质、宽度（或厚度）、断距、延伸情况、构造岩特征、充填胶结情况、透水性和密实程度、交汇组合割切情况及其与建筑物轴线的关系。（$）主要节理裂隙的产状、性质、长度、延伸情况、间距、宽度、充填物质、裂面起伏粗糙程度、相互割切组合关系。应详细编录对建筑物地基岩体稳定有影响的缓倾角和顺坡节理裂隙（包括其连通率）。（!）岩体的风化程度、深度、类型、特性及风化分带。详细编录沿软弱夹层和节理裂隙密集带的风化深度与性状。—"#"&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）喀斯特洞穴和溶蚀裂隙的位置、高程、大小、形态、发育情况，充填物质组成和密实程度。对地基稳定有影响的大型喀斯特洞穴应进行追索和专门地质编录。（"）岩体透水性、地下水或喀斯特泉水出露位置、高程，沿软弱夹层、断层和节理裂隙的活动情况，出露形态（涌水、线状流水、滴水、渗水、潮湿）、压力水头、流量、水温、水质化学成分、携出物、化学溶蚀和沉淀情况、补排关系等。（#）收集并分析地基岩体现场测试资料，施工方法以及因施工开挖引起的岩体卸荷回弹、层面张开和地基变形失稳现象。!"#"$土质地基的地质编录应包括下列内容：（$）名称、时代、颜色、颗粒组成、性质、分层厚度、结构、干湿情况、天然密实情况及层间接触情况。应对对地基有影响的淤泥、粉细砂的性质、分布情况，以及卵石、漂石和块石的架空现象作详细编录。（%）膨胀土、冻土、湿陷性黄土、以蒙脱石为主的黏土、以及土的伊利石和高岭石的含量及特性。（&）微层理结构、第四纪以来断层活动迹象。（’）土层渗水、含水情况，地下水溢出点位置及涌水量、管涌（流土）、冒砂等情况。（!）土洞、蚁穴分布位置、规模及其对工程的影响程度。!"#"!应根据地基的地质编录资料和有关的测试成果，提出地基处理和修改设计的建议意见。!"#"%地基处理的编录应包括下列内容：（$）建基面形态、松动岩石清除、炮窝处理、孔洞封堵、光面凿毛、泉水的引排堵、积水疏干等。（%）岩质地基的断层破碎带、软弱夹层、喀斯特洞穴等采取置换处理的键槽、洞井长度、宽度、深度及其形态的资料。土质地基的特殊类土、软土层、流砂层等不良地基的专门置换处理情况。（&）桩和锚固的结构型式、布置、深度、桩底及锚固头外的岩土层性质等。（’）各种灌浆孔布置的孔距、排距、深度，灌注材料、压力、耗浆情况和灌浆工艺。由于灌浆引起的串、冒浆情况与部位及地基岩体变异、隆起、抬动情况。并收集各种检测资料。（!）截水槽两壁和底部的岩性、风化程度、分层界线，特别是对地基有影响的粉细砂、淤泥、软土、膨胀土层的厚度、分布位置、天然状态、密实性、封闭条件，以及有无架空层、集中渗漏带等。（"）防渗墙的施工造孔深度、台班进尺、换层深度、坍孔部位、孔底岩土层性质、颗粒组成或基岩风化程度与抗渗性能。!"#"&地质测绘是在建基面形成后进行的大比例尺的地质测绘，应按()*$!—#+的要求，测绘主要地质现象及最终地基处理工程的详细位置、尺寸。!"#"’地质测绘应完成下列图幅：（$）基岩地质图、固定地质剖面图。（%）地基分块工程地质平面（素描）图。（&）建筑物地基工程地质平面图。—$%$$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$地质测绘比例尺，应符合表!"#"$的规定。!"#"%地质测绘应包括下列内容：（#）覆盖层的详细分层、厚度、组成物质，特别是软土层、粉细砂层等的分布，岩土层的界线，岩石名称，风化分带，软弱夹层，断层，破碎带，主要节理裂隙，岩脉产状、宽度、性状，喀斯特洞穴大小、位置、形态，地下水溢出点及其流量等。当节理裂隙间距小于%"#&时，可按节理裂隙密集带或碎裂岩体测绘，并圈出其发育范围。表!"#"$地面建筑物地基地质测绘比例尺土石坝混凝土（砌石）图幅名称坝、厂房、溢截水墙渠系建筑物渠道备注坝壳洪道（或面板地基）基岩地质#’#%%%(#’)%%图!固定地质#’#%%%(#’)%%剖面图地基分块工程地质平#’*%%(#’)%%#’*%%(#’)%面（素描）图水平：#’)%%%(工程地质#’*%%纵、横剖面#’)%%(#’#%%#’)%%(#’#%%#’#%%%(#’)%%#’)%%(#’#%%垂直：#’)%%(#’图"*%%地表建筑物地基工程#’)%%(#’#%%#’)%%(#’#%%#’#%%%(#’)%%#’)%%(#’#%%地质平面图!可以在前期地质勘测图幅基础上编制，有条件时进行施测。"对长引水渠道剖面图的比例尺，可视具体情况选定。（*）节理裂隙统计点、取样点、摄影和录像点（段）、现场试验和物探检测点（段）、勘探孔洞位置。（+）爆破影响松动带、爆窝规模、范围。（!）地基处理开挖深度，专门处理的键槽、井、洞、混凝土置换处理位置、深度、宽度和长度。固结灌浆孔分布范围。（)）地基地形起伏状态，建筑物轮廓线、实测剖面线位置。!"#"#&对下列地质现象和地段，应拍摄照片或录像：（#）主要断层破碎带、节理裂隙密集带、软弱夹层、构造交汇带等；（*）具有代表性的钻孔岩心；（+）喀斯特洞穴、溶隙；—#*#*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）因施工开挖引起的岩体松动开裂、变形、失稳现象；（"）各种不良地质问题的处理实况；（#）建筑物区地貌形态、边坡形态、河床深槽、深潭等；（$）建基面（或基坑）全貌。!"#"##对工程有重大意义的地质照片，应附素描图。拍、录各种内容前，应做好调绘标志，对所拍、录内容作详细说明，并分别统一编号，注明拍、录位置、方向、距离、角度、日期等。!%&取样与试验!"$"#施工期间，应根据需要采集下列标本保存备查：（’）建筑物区成套地层岩土标本。（&）建基面各典型地段代表性岩土标本。地基处理段岩土体的典型标本。（(）土基淤泥、湿陷性黄土、膨胀土、冻土等。（!）断层角砾、构造岩、软弱夹层、岩脉、蚀变岩、易溶岩等。（"）水泥结石、化灌胶结、显示灌浆后结构面状态的岩样和防渗墙造孔基岩面岩样。!"$"$对构造岩、软弱夹层、蚀变岩、软土等，需保持天然含水率的标本或失水后易于崩解、干裂的标本，应作密封处理，有条件时放在地下洞室内保存。!"$"%施工期间，应对建基面岩土体进行声波波速、地震波波速、回弹值及点荷载强度的测试，检验建基面岩土体的力学性质参数。对建筑物稳定有影响的软弱夹层、构造岩、岩脉、蚀变带等，应根据具体情况，进行专门复核试验。!%(观测与预报!"%"#施工期间，应根据具体情况，并按专门拟定的观测要求进行下列内容的观测：（’）地基岩土体胀缩、回弹、隆起、蠕滑、挤出、开裂等变形现象。（&）易风化、易崩解岩土体的风化和崩解速度。（(）土基中的管涌、流土、流砂等现象。（!）地下水动态（流量、水位、水温、水化学），包括围堰及水库水位升降过程中两岸地下水动态变化；新揭露泉水出溢点或入渗点情况及流量变化；地基岩体渗水情况。必要时进行连通试验。（"）爆破引起的岩体松动、开裂现象。（#）采用预压加固土基时，地基的沉陷、位移、孔隙水压力及地下水动态。（$）防渗铺盖的沉陷，位移。（)）其它可能出现的异变情况。!"%"$应根据施工期间观测资料，结合地基处理和建筑物运行特点，提出运行期间地基的沉陷、位移、地下水动态、渗漏、冲刷等长期观测要求与建议。!"%"%预报应包括下列内容：（’）在地质编录过程中，出现地基的实际情况与原设计所依据的资料和结论有较大的变化，需要修改设计；或可能出现新的不利地质因素危及建筑物与施工安全。—’&’(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）由于天然或人为因素使建筑物区岩土体出现异常变化，将导致失稳引起破坏，需要采取加固与处理措施。（"）基坑有可能出现大量涌水。（#）出现管涌、流砂。!"#"!预报工作应采用书面材料向有关部门提出，若遇有紧急情况，应先作口头预报。预报资料和附图均应统一编号。#$#评价与验收!"!"$施工地质组应对地基岩土体的质量作出最终评价，参与建设单位组织的验收检查，并填写验收文件中的地质结论意见。!"!"%对地基岩土体质量的评价，除应按%&’(!)*附录中有关岩土物理力学性质参数取值、岩体风化带划分、岩土渗透性分级、坝基岩体工程地质分类等规定，分别进行取值、分带、分级和分类外，尚应与设计人员共同对下列问题作出评价：（+）地基岩土体承载强度，应满足上部建筑物荷载要求，且应达到设计的安全系数。（!）根据地基岩土体的实际情况，结合上部建筑物特点及荷载条件，评价地基产生滑移的可能性及其形式、滑移面（体）抗剪（断）强度指标、控制抗滑稳定的边界条件、抗力体的范围及其完整性。（"）地基岩土体的渗透性。（#）土基中的软土层、粉细砂层、湿陷性黄土层、膨胀土，岩基中的风化带、卸荷带、软弱岩层、夹层、断层破碎带、节理裂隙密集带、蚀变带、喀斯特洞穴、土洞等不良地基的处理情况。!"!"#地基验收前应检查的内容：（+）建基面的实际高程，建基面的形态，光面凿毛程度，是否存在岩包、尖锋、棱角和倒坡及其清除情况，基坑是否有积水；（!）建基面岩土体性状；（"）未能满足设计要求的软弱岩土层和各类结构面的出露部位及其清除和处理情况；（#）勘探孔、洞封堵回填情况；（’）地基变形、渗透等项目观测仪器的埋设和工作情况。!"!"!地基验收前应准备下列地质资料：（+）地基分块工程地质平面（素描）图、地质剖面图及地质编录资料；（!）验收块（段）地质说明书，详细阐明验收块（段）编号、桩号起迄位置、地基岩土体性质、地质构造、水文地质、地基开挖和各项地基处理情况、勘探孔、洞封堵情况；（"）按验收块（段）作出工程地质评价。!"!"&参加地基验收，认为地基质量合格后，应填写验收文件中的地质结论，并签署意见。—+!+#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!地下建筑物围岩施工地质工作!"#"$地下建筑物围岩的施工地质工作，可分为开挖期和最终断面形成后两期进行，当采用全断面施工时，可一次完成。!"#"%开挖期的施工地质工作应包括下列内容：（"）编录施工开挖揭露的各种地质现象；（#）随着施工开挖巡视记录施工情况；（$）进行测试工作；（%）预测预报可能出现的地质问题；（!）修正围岩工程地质分段或围岩工程地质分类；（&）参与研究围岩支护方案。!"#"&最终断面形成后的施工地质工作应包括下列内容：（"）进行围岩工程地质测绘；（#）核定围岩工程地质分类及其物理力学性质参数；（$）编写围岩工程地质说明书；（%）参加围岩验收。!’"地质编录与测绘!"$"$地质编录应随导洞开挖或扩挖进行，巡视观察施工情况，编录各种地质现象，进行测试工作并收集其资料，为评价围岩稳定、进行支护和优化设计积累资料。!"$"%地质编录应包括下列内容：（"）岩石名称、成岩时代、颜色、主要矿物成分、胶结、蚀变和风化程度，点荷载强度、史密特锤击回弹值、纵波速度、岩体完整性系数等。（#）层面、断层、软弱夹层、节理裂隙等各类结构面的产状、延伸长度、起伏差、粗糙度、张开度、充填物质厚度及其性质。（$）岩体透水性、地下水出溢点位置的岩性、构造、岩体完整状况、出露形态（潮湿、渗水、滴水、线状流水、涌水）、流量变化与降雨或地表径流的关系、洞室内地下水出溢点与地表水的水力联系。（%）在深埋洞段或高地应力区，应收集岩体应力测试资料并观察和编录发生片帮、岩爆、内鼓、弯折变形洞段的地质条件，片帮、岩爆的岩块大小、规模、形态、延续时间及其危害程度。（!）喀斯特洞穴大小、规模、形态、连通情况、洞穴充填堆积物成分和密实程度、地下水活动情况；利用超前孔，有条件时采用地质雷达探测洞室围岩区的喀斯特洞穴发育位置、大小、规模，分析其对围岩稳定的影响和可能出现的涌砂涌水现象。（&）现场收敛、锚杆轴向应力、拱顶与边墙围岩位移和松动圈范围等原位观测资料。（(）施工方法，如超前钻孔、开挖方式、造孔凿进速度、石渣块度、开挖顺序等。!"$"&应根据编录的实际情况，提出临时支护措施和修改设计的意见。—"#"!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$水下岩塞爆破区应编录水上和水下地形地貌特征，注意有无反坡地形和不稳定岩体，岩塞爆破洞段上覆岩土体的厚度，组成物质，岩体风化分带及其厚度，节理裂隙发育情况。地下挖方段的编录内容应符合本规程!"#"$的规定。!"#"!地质测绘是在洞室断面形成后、永久衬砌（喷锚）之前进行的地质测绘，应按%&’#!—()的要求，突出主要工程地质现象。!"#"%地质测绘应完成下列图幅：（#）洞室展示（素描）图，是地下洞室的主要图幅。隧洞、竖井、斜井、地下厂房均应测绘展示图。可随施工开挖全断面形成后，在围岩验收、喷锚或永久衬砌前分段（块）完成测绘工作。（$）洞室纵、横剖面图，是反映围岩工程地质条件的图件。沿洞室轴线测绘地质剖面图，选择代表性地段测绘地质横剖面图。（*）地质平切面图。对大跨度洞室、地下洞室群、有岩壁梁结构的地下厂房，应绘制水平地质切面图，阐明岩墙、岩柱、岩壁梁的工程地质条件。!"#"&地质测绘比例尺，应符合表!"#"(的规定。表!"#"(地下建筑物地质测绘比例尺图幅名称地下厂房隧洞竖、斜井洞室展示（素描）图#+$,,-#+!,#+!,,-#+!,#+$,,-#+!,纵剖面图#+!,,-#+#,,#+#,,,-#+#,,横剖面图#+!,,-#+#,,#+$,,-#+!,地质平切面图#+!,,-#+#,,#+!,,-#+#,,注：各种图幅的比例尺选择，可根据洞室长度、直径或跨度大小选定。!"#"’地质测绘应包括下列内容：（#）围岩名称、性质、风化程度和风化分带；（$）断层、软弱夹层、节理裂隙、岩脉、喀斯特洞穴形态及地下水溢出点等；（*）爆破松动带和爆窝、爆破裂隙位置；（.）片帮、岩爆发生位置，以及坍方、掉块、变形破坏位置；（!）节理裂隙统计点、取样点、现场测试断面（点），物探检测点（段）、勘探孔洞等位置；（/）基准线、桩号、洞室轮廓线、实测剖面线位置；（(）支护、喷锚、衬砌及重点处理地段，并注明处理方式方法。!"#"(对下列地质现象和洞室地段，应拍摄照片或录像：（#）主要的断层破碎带、节理裂隙密集带、软弱夹层；（$）喀斯特洞穴；（*）岩体蚀变带；（.）围岩位移、松动、掉块、坍方及临时支护处理位置；（!）应力松弛、片帮、岩爆现象；（/）地下水活动的集中涌水点，并注明涌水量；（(）现场取样、测试、观测断面（点）及测试装置位置；—#$#/— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）围岩处理（喷锚、灌浆、排水、衬砌等）位置。!"#"#$对地质条件复杂洞室段，可进行洞壁岩体连续摄影，编制洞壁镶嵌图像，有条件时，可采用“洞室摄像计算机地质素描成图”。在拍、录前应做好标志，对所拍、录内容作详细说明，并分别统一编号，注明拍、录位置、方向、距离、角度、日期等。"#$取样与试验!"%"#施工期间，可视需要采集下列标本保存备查：（%）各洞段代表性岩石标本；（$）断层、软弱夹层、岩脉、蚀变带、软弱岩石、喀斯特洞穴充填堆积物质。!"%"%在洞室开挖过程中，应进行围岩工程物探测试与简易测试（点荷载强度、回弹值、地震波波速、声波波速等）。!"%"&在洞室开挖过程中，可根据需要进行下列复核性试验：（%）岩体承压板法试验、径向液压枕法或水压法试验；（$）岩块和岩体物理性质、单轴抗压强度、直剪试验；（&）岩体应力测试；（’）水质分析。"#&观测与预报!"&"#施工期间，应根据具体情况，并按专门拟定的观测要求，对下列内容进行观测：（%）地下水动态；（$）围岩卸荷松动、裂隙张开、软弱围岩塑性变形情况；（&）断层破碎带、节理裂隙密集带、蚀变带等地段的围岩位移、坍落现象；（’）片帮、岩爆、内鼓、弯折变形；（"）洞室群间岩墙、岩柱及岩壁梁的稳定情况；（(）深埋洞室气温、地温、瓦斯和有害气体等。!"&"%观测工作应布置在下列部位：（%）洞顶和拱座出现不利的软弱结构面部位；（$）软弱岩层、断层破碎带、蚀变带；（&）地下水活动强烈地段；（’）边墙有与洞轴线平行的陡倾角软弱结构面地段；（"）上覆岩体较薄地段的洞顶，洞室群间岩体较薄地段的岩墙、岩柱；（(）岩体应力高的地段；（)）进出口地段、交岔段、渐变段等。!"&"&预报应包括下列内容：（%）未开挖地段的地质情况和可能出现的工程地质问题；（$）可能失稳或坍方段、涌砂、涌水的位置、桩号、规模及发展趋势等。!"&"’对下列情况应分析可能发生的问题并及时预报：—%$%)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）洞室开挖揭露的实际地质情况与前期工程地质勘察资料有较大变化；（"）遇有软弱岩层、断层破碎带、蚀变带、富水带和喀斯特洞穴；（#）围岩不断掉块，洞室内灰尘突然增多，支撑连续发出响声；（$）围岩产生裂缝错位、裂缝加宽、位移速率加大；（%）出现涌水涌沙现象、涌水量加大、涌水突然变浑浊；（&）地温发生变化，洞内出现冷空气对流；（’）出现片帮、岩爆等；（(）钻孔时，纯钻进速度加快，并经常发生卡钻及钻孔回水消失。!"#"!施工地质预报应以书面方式为主，对危及洞室围岩稳定和施工安全的重大问题，应及时向有关单位作口头预报，并立即整理书面预报材料和图幅，正式报出。预报资料应统一编号。%)$评价与验收!"$"%施工地质组应最终评价洞室围岩的质量，参加建设单位的围岩验收并填写单位工程验收书中的地质结论意见。!"$"&应按*+%,"(’的规定进行洞室围岩工程地质分类。!"$"#围岩山岩压力的确定应符合下列原则：（!）当洞室上覆地层属破碎岩体或松散土体时，采用散体理论，按上覆全部岩土体质量计算山岩压力。（"）当围岩被多组贯穿性结构面切割呈不稳定结构体时，应按结构体的大小、形态评价围岩稳定性和山岩压力。并应详细查明围岩各切割面的位置及产状组合特征，分析可能坍落部位和规模，圈定山岩压力计算范围。（#）当围岩为坚硬完整岩体，采用弹性理论或弹塑性理论进行分析与评价。!"$"$围岩弹性抗力系数可根据围岩类别，参照岩体原位观测成果和施工期间的简易测试成果类比确定，亦可取岩体变形试验值计算求得。取值时应考虑洞室上覆岩体和洞壁岩体厚度、现场测试点的代表性、洞室断面形状和岩体应力等的影响。!"$"!外水压力的确定应符合下列要求：（!）综合考虑洞室地段的水文地质条件、岩体的各向异性特点、地下水长期观测资料、压水试验资料、地表水和地下水的水力联系，以及与各种集中渗漏带的关系、支护型式、衬砌与岩体的结合情况、排水条件等。（"）水文地质条件复杂的地段，实测外水压力。!"$"’围岩验收前应检查的内容：（!）围岩风化、完整程度；（"）各结构面相互割切构成楔形岩体（块）的处理情况；（#）地下水活动情况、涌水、滴水、浸润的位置、水量及其处理情况；（$）进出口段、洞室穿过地形低洼地段岩体稳定状况及其处理情况；（%）工程地质条件不良洞段的加固处理情况。!"$"(围岩验收前应准备下列地质资料：—!"!(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）洞室展示（素描）图、纵横地质剖面图、地质编录资料；（"）验收洞室段地质说明书，阐明验收洞室名称、编号、桩号起迄位置、围岩特性、地质构造、水文地质、洞室开挖和各项工程处理的情况；（#）按验收洞段作出工程地质评价。!"#"$施工地质组应参加围岩的验收，认为合格后在验收文件中填写地质结论意见。$工程边坡施工地质工作%"&"’由于水电水利工程的兴建而使自然形态改变的边坡，承受工程荷载的边坡，以及可能对水工建筑物、居民区、工业和交通设施等的安全有影响而需进行工程处理的边坡，都属工程边坡。$%!地质编录与测绘%"’"’工程边坡施工地质编录与地质测绘，可根据工程边坡形态、施工进度，随开挖顺序进行。%"’"(地质编录应包括下列内容：（!）工程边坡所处部位的地形地貌形态、边坡高度、坡度、分级马道。（"）岩质边坡的岩石名称、成岩时代、颜色、主要矿物成分、产状、单层厚度、风化分带、卸荷带发育深度、结构类型，土质边坡的各类土层厚度、主要成分、性质、密实情况、上洞、蚁穴、架空现象。（#）各类软弱结构面出露位置、产状、性质、间距、宽度及其变化、充填物的组成及其密实、胶结情况、透水性、延伸情况、结构面的起伏差及形状、交汇组合切割情况及与边坡面的关系，应特别注意顺坡向软弱结构面的分布、延伸与性状。（&）喀斯特洞穴、溶蚀裂隙的位置及出露高程、大小、形态、发育情况，洞穴充填物质密实程度。（’）边坡渗水、涌水情况，坡脚泉水出露位置、水量、水温、水质、流量变化，暴雨、冻融引起边坡水文地质变化情况。（$）施工期老滑坡复活情况。（(）位移监测资料。（)）开挖方式、爆破程序、装药量、松动范围、预裂爆破效果、半边孔率统计，以及堆渣，工程及生活用水的排、引情况，开挖面附近的裂缝发生、扩展情况。（*）开挖减载、喷锚、支挡、灌浆、排水、植被保护等工程处理措施。%"’")地质测绘可在工程边坡最终坡面形成过程中随开挖顺序进行。测绘时应按+,-!’—()的要求，突出主要工程地质现象及边坡处理工程项目的名称、高程、桩号起迄位置、规模尺寸等。应在现场测绘、校审，成果应真实、准确，如实反映情况。%"’"#地质测绘应完成下列图幅：（!）工程地质平面图或坡面展示图。是工程边坡竣工后的地质图，应反映竣工后边坡—!"!*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准的全部地质现象。当边坡坡角大于!"#，可只测绘坡面展示图。（$）工程地质纵、横剖面图。工程地质纵剖面图是指沿工程纵向的剖面图，如溢洪道边坡地质纵剖面图。工程地质横剖面图可选在具有代表性的地段测绘，也可按等距离布置测绘。（%）工程边坡专门处理地段地质图或展示图。在地质内容的基础上，还应反映各项处理工程，如减载、挡墙、喷（预）锚、抗滑桩、抗剪键槽、混凝土置换等的部位与尺寸。!"#"$地质测绘比例尺，应符合表&’(’"的规定。表&’(’"工程边坡地质测绘比例尺图幅名称比例尺工程地质平面图或坡面展示图()$**+()$***工程地质纵剖面图()$**+()(***工程地质横剖面图()$**+()(***工程边坡专门处理地段地质图或展示图()(**+()"**!"#"!地质测绘应包括下列内容：（(）岩土层分界线、岩体风化分带界线、软弱夹层、特殊土层的分布位置和范围。（$）地质构造特征，断层、破碎带、主要节理裂隙的产状、延伸方向、性状。（%）岩体结构体，如楔形体、棱体、锥体等在边坡的空间分布位置，在开挖期间出现的变形、拉裂、松弛、掉块、坍方、滑坡及预裂孔错位等的桩号起迄位置。（!）地下水溢出点，喀斯特洞穴、溶蚀裂隙出露位置。（"）由于开挖爆破引起的裂隙、爆窝和松动岩体的范围。（&）地质观测点、节理裂隙统计点、勘探孔洞、取样点、现场试验、物探检测点（段）、摄影或录像点（段）的实际位置。（,）各项工程处理措施的位置。!"#"%对下列地质现象和地段，应拍摄照片或录像：（(）工程边坡全貌；（$）主要岩土层分界线、断层、软弱层带、节理裂隙、土洞、蚁穴等；（%）地下水露头、喀斯特洞穴、溶蚀裂隙；（!）由于爆破引起的岩体变形松动、拉裂、掉块、坍滑现象，坡顶人工堆渣、施工用水排放等；（"）工程边坡各段处理措施：喷锚、预锚、挡墙、抗滑桩、排水设施、植被保护等；（&）现场测试和长期观测网（点）。!"#"&应建立拍、录卡片，详细记录拍、录内容，分别统一编号，注明拍、录位置、方向、距离、角度、日期等。&’$取样与试验!"’"#工程边坡施工期间，可根据需要采集下列标本保存备查：（(）代表性的岩土标本，控制边坡稳定的软弱结构面、土质边坡的软土、膨胀性土、湿—($$*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准陷性黄土等；（!）喀斯特洞穴、裂隙充填物质；（"）断层破碎带、岩脉、蚀变带。!"#"#施工期间，应对工程边坡岩土体进行声波波速和地震波波速等简易测试。!"#"$施工期间，可根据需要进行下列复核性试验：（#）施工开挖新揭露或受施工影响后性状恶化的软弱结构面的物理力学性质试验；（!）控制工程边坡稳定的软弱结构面、以蒙脱石为主的黏土的直剪试验；（"）为检验前期地质勘察成果的校核性试验。$%"观测与预报!"$"%观测应包括下列内容：（#）开挖爆破后，岩石风化速率和崩解现象；（!）岩体变形情况，控制边坡失稳的软弱结构面裂缝的扩展、错动和位移，新产生的裂缝宽度、深度及其位置；（"）地表水、地下水活动变异情况（水位、水量、浑浊度）；（&）原勘探孔洞、预裂孔的位错情况及位移值；（’）鼓包、危岩、坍陷、掉块和坍方现象；（$）前期地质勘察所布置的长期观测孔（网），在继续观测中有无变异情况。!"$"#遇下列情况，应增加观测频度：（#）雨季、洪水期、融雪解冻季节；（!）爆破前后；（"）施工期间围堰或大坝临时拦洪蓄水；（&）水库蓄水前后及蓄水过程中；（’）库水位大幅度上升、下降期间。!"$"$应根据编录资料和施工期间的观测成果，提出工程边坡岩土体位移和地下水动态等项目的长期观测要求与建议。!"$"&预报应包括下列内容：（#）可能失稳边坡地段桩号起迄位置、高程、深度与体积；（!）边坡岩土体可能失稳形式，失稳的影响和危害；（"）根据观测的位移速率，预报边坡岩土体稳定性的发展趋势和可能失稳的时间。!"$"’对下列情况应分析可能发生的问题并及时预报：（#）边坡不断出现小坍方，小错动、掉块、弯折、反翘等；（!）边坡出现新的弧形裂缝或剪切裂隙，或其下部隆起、胀裂；（"）坡面开裂、爆破孔错位或原有裂隙加宽；（&）坡面水沿裂隙很快漏失，软弱结构面湿度增加；（’）地下水位、流量突变或消失，或出现新溢出点，水质由清变浑浊；（$）位移观测装置显示异常变化，地音仪声响频率增加；（(）土质边坡出现流砂、流土等。—#!!#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"!工程边坡可能失稳的预报，应采用书面预报。若遇紧急情况，可先作口头预报，随即整理书面材料报出。预报资料应统一编号。!"#评价与验收!"$"%应根据开挖揭露的地质情况，施工处理和观测资料，按$%&’()*附录“边坡稳定分析”，对工程边坡的稳定性进行评价。!"$"&施工地质组应最终评价工程边坡的稳定性，参加建设单位组织的边坡工程质量检查，并填写工程边坡验收文件中的地质结论意见。!"$"#工程边坡验收前应检查的内容：（+）开挖后实际出露的岩土性状、风化程度、地质构造特征等；（(）开挖后的边坡形态、坡高、坡度、马道等的实际尺寸，有无倒坡、鼓包、危石等；（,）边坡的加固处理、排水、四周堆渣清理等情况和保护措施。!"$"$工程边坡验收前应准备下列地质资料：（+）工程边坡的各种地质图幅和地质编录资料；（(）工程边坡的地质说明书或结论书，详细阐明工程边坡桩号起迄位置，岩土体特性，地质构造，水文地质特征，列出稳定计算边界条件、计算参数和计算成果，以及各项工程处理措施的情况。!"$"’施工地质组应参加建设单位组织的工程边坡验收，并在验收文件中填写地质结论意见。*水库区及天然建筑材料施工地质工作*"+水库区施工地质工作("%"%施工期间水库区地质工作应包括下列内容：（+）收集和分析水库区的前期地质勘察资料；（(）收集和分析前期勘察阶段所布置的地下水动态观测和库岸不稳定岩土体位移监测网点的资料；（,）复核围堰蓄水对岸坡稳定的影响；（#）提出可能渗漏地段、可能失稳岸坡地段、可能浸没地段在运行期的监测意见和建议，并根据具体情况提出完善水库诱发地震监测台网的意见和建议；（&）分别按本规程第#章和第!章的要求对水库区防渗工程、库岸稳定处理与农田防护等工程进行施工地质工作；（!）参加水库工程验收。("%"&下列情况应加强岸坡稳定监测：（+）水库下闸蓄水及初期蓄水过程中；（(）暴雨、久雨、洪水季节和融雪季节；（,）施工期间围堰壅水或大坝临时拦洪蓄水前后；—+(((— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）大爆破前后；（"）水库诱发地震或强地震后。!"#"$水库下闸蓄水前，应对下列问题如实作出评价：（#）库底及库周边可能渗漏地段的处理情况；（$）岸坡特别是近坝库岸的稳定性及其处理情况；（%）可能产生浸没地段的防护措施；（!）对影响水库安全的泥石流、泥沙发生区的防治措施；（"）核实前期勘察阶段预测可能发生水库诱发地震潜在震源区的基本情况以及监测台网设置情况。!"#"%水库蓄水前应遵守&’($)"—**第%章的要求，准备有关资料，填写验收文件中的地质内容，参加建设单位组织的验收组织机构共同进行验收。若在验收过程中发现有疑异问题，可提出处理建议并签署验收意见。)+$天然建筑材料施工地质工作!"&"#施工期间应按&’(#)—)*的要求，对天然建材进行复核，主要验证产地的材料质量（尤其是剥离层厚度变化、人工料质量、灰岩料场的喀斯特洞穴与充填情况）、数量和开采条件。并可根据具体情况和需要，提出专门性补充勘察任务。!"&"&施工期间，应参与或配合施工部门进行的现场专门性试验，并收集有关的试验资料。（#）石料产地开采爆破试验；（$）块石粉碎试验；（%）天然砂、砾料开采，冲洗和筛分试验；（!）土料开采、抛投、冲填、填筑和碾压试验；（"）混凝土骨料试验等。*资料整编与归档’"("#施工地质工作中所收集的资料、工作日志、大事记、会议记录等均应进行整编。隐蔽工程的地基、洞室围岩和工程边坡，在浇筑混凝土、支护、喷锚、衬砌等覆盖前，所进行的地质编录和测绘资料、地质图、素描图、展示图、观测资料、地质说明书、作为单项隐蔽工程验收的各项资料，均是整编施工地质报告的基本资料和归档资料的组成部分。’"("&施工地质工作结束后，应及时编写并提交全面、系统的施工地质报告。施工地质报告包括正文、附件。正文应符合本规程附录,的要求。’"("$施工地质工作结束后，应对所收集和编制的全部资料，进行分类整理、鉴定、复制，按档案管理要求标准，进行正式归档。技术档案资料包括：（#）施工地质工作大纲、技术规定和要求；（$）地质编录、测绘、地质说明书手稿；—#$$%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准（!）各项地质科研成果；（"）施工期间的地质观测、试验资料和运行期间的地质观测要求与建议书；（#）测量成果；（$）上级批示文件、会议纪要、有关单位对本工程地质问题的咨询、鉴定报告；（%）与设计、施工及其它有关单位的技术性往来文件；（&）地质日志，预报资料；（’）摄影照片、录像带，地质模型；（()）标本及其它实物资料；（((）单项工程验收地质说明书。!"#"$施工地质资料的保管、交付和处理应符合下列要求：（(）全部施工地质技术档案资料，由负责施工地质工作的单位保管；（*）施工地质工作结束后，将施工地质报告及附图、专题报告及附图、与工程运行有关的观测资料和长期观测设计书及其它复制文件资料，代表性标本，正式移交工程运行管理单位；（!）向上级及其他单位报送的复制资料，按上级有关规定办理；（"）档案资料移交时，应办理正式移交手续，并向主管建设单位报告以示工作结束。附录+（标准的附录）施工地质报告编制提纲%"#"&施工地质报告可分为两篇，总论和各建筑物地段的地质说明书。%"#"’总论篇的正文应包括下列内容：（(）绪言工程位置、规模和效益、枢纽建筑物的总体布置、型式和工程技术指标，工程地质勘察过程及勘察工作量，施工地质工作起止时间、完成工作项目及工作量，技术负责人及参加人员。（*）区域地质及水库工程地质条件区域工程地质概况，水库工程地质条件及主要工程地质问题的结论，水库各防护地段施工处理情况。（!）枢纽各建筑物的工程地质条件坝、闸、引水隧洞、地下建筑物、电站厂房、溢洪道、附属建筑物及辅助建筑物的主要工程地质问题结论及开挖后的实际工程地质条件，主要工程地质问题的施工处理情况和质量评价。（"）天然建筑材料天然建筑材料勘察结论，施工开采料源的实际情况、数量和质量的评价、开挖方法。（#）长期观测水库区及枢纽区水文地质工程地质长期观测网的布置、观测要求及施工期观测成果—(**"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准的分析。!"#"$第二篇为各建筑物地段的地质说明书，应按工程项目编写。各建筑物的地基、围岩、工程边坡等按验收或浇筑分块（段）编写地质说明书，整理展示图、素描图和剖面图。—#""!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国电力行业标准水电水利工程施工地质规程!"#$%&’(—&(((条文说明主编单位：中南勘测设计研究院批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会目录)基本规定*地面建筑物地基施工地质工作%地下建筑物围岩施工地质工作+工程边坡施工地质工作,水库区及天然建筑材料施工地质工作-资料整编与归档)基本规定!"#"$本条说明了施工地质工作在水电水利工程建设中的重要意义。由于种种原因，前期勘察中，可能会遗漏某些专门地质问题。施工开挖充分揭露了建筑物地段的地质情况，为全面检验前期勘察资料和进行地质预报提供了方便条件。设计部门可根据修正后的勘察资料，及时优化工程设计；施工部门可根据地质预报采取合理的施工方法。施工地质组参加地基、围岩和边坡等的验收，能及时检查有关地质问题的处理是否达到了设计要求，有利于消除隐患。另外，施工地质工作对提高工程地质理论水平和改进勘察工作也有积极的作用。!"#"%本条规定了施工地质工作的,项内容，这些内容是根据施工地质工作在水电水利工程建设中的作用和生产实践经验确定的。其中编录、测绘施工揭露的地质现象和进行地质观测是最基本的工作，也是基础性的工作。观测工作可能因机构体制的关系，可由施工地质组或施工单位或专门性观测机构承担。!"#"!为了保持前期地质勘察工作与施工地质工作的连续性，便于更好的检验前期地质勘察资料和总结地质勘察工作的经验，本条规定施工地质工作应由熟悉该工程情况的地质勘测单位承担。—&..+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$施工开挖、钻孔、放炮将会在岩面产生尘土和堆渣，掩盖有关地质现象，影响编录、测绘和观测成果的精度。因此，本条规定施工单位应及时清理和冲洗建基面、洞室围岩以及其他隐蔽工程岩面。另外，施工地质工作将与施工平行作业，必然会有干扰，但如果施工地质人员不能及时、准确地收集有关资料，将影响地质预报的准确性，为了能给工程的安全施工和正常运行提供基础资料，施工单位应为施工地质工作提供必要的方便和条件。!"#"%为了适应市场经济的需要，条文中规定，工作大纲除技术内容外，还要包括经济内容。!"#"&为了检查施工地质工作的完成情况和便于日后查询，条文中规定施工地质工作应建立“施工地质日志”制度，及时记载与工程有关的重大事项，如重要的技术会议，隐蔽工程地基或围岩的加固处理、不良地质现象的预报等。!地面建筑物地基施工地质工作$"#"’($"#"!地面建筑物地基是指坝、闸、溢洪道、厂房、通航过木及渠系等露天建筑物地基。根据其施工程序，将施工地质工作分为两期，条文中分别规定了两期的工作内容。两个期间的施工地质工作是互相联系的，开挖期的施工地质工作是主要的，它可搜集到许多宝贵的资料，借此检验前期的勘察资料，并为预测不良地质现象，优化工程设计，安全施工和工程验收提供地质依据和资料。!"#地质编录与测绘$"’"’为了能观察和编录到在施工开挖过程中遇到的所有地质现象，并观测到其变化趋势，本条规定，地质编录应贯穿施工的全过程，即从施工开挖起，直到建基面形成为止。$"’")本条列举了岩质地基编录的$项内容，这些内容是影响建筑物地基稳定、施工安全和评价地基岩体质量好坏的因素。在实际工作中要根据本工程的具体情况有所侧重，抓住关键性的问题进行编录。例如：软弱岩层、软弱夹层、断层破碎带，特别是顺河断层、缓倾角断层、岸边卸荷裂隙、喀斯特洞穴、泉水等的具体情况。$"’"!土质地基编录时除要注意各土层界面外，重点要注意影响地基稳定的特殊土层，如淤泥层、粉细砂层、膨胀土和冻土等的分布、层位、厚度、性状和埋藏情况。$"’"$地面建筑物的设计是根据前期勘察资料完成的，由于地质条件的复杂多变性，施工开挖后，可能会出现新的地质情况，施工地质人员应根据编录资料，及时向设计人员反映，并提出修改设计和进行地基处理的建议。$"’"%本条列举了一些常用的地基处理方法及其地质编录内容，编录时应侧重与地质有关的内容。$"’"&本条明确了地质测绘是在建基面形成后进行，突出建基面的地质情况及最终地基处理工程的详细情况，以便在运行中，地基出现异常现象时，能够准确查到地基岩土体的性状及工程处理的具体情况。—#%%$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$本条规定了地质测绘应完成的图幅。地基分块工程地质平面图是按建筑物分块实测的大比例尺地质图，是地面建筑物最主要的地质图。基岩地质图、固定地质剖面图是为检验前期地质工作、核实地质情况而测绘的专门地质图幅。有条件时，可在两岸坡积层、全风化岩体及河床覆盖层开挖清除后，按照《水利水电工程地质测绘规程》及时进行地质测绘。建筑物地基工程地质平面图是将地基分块工程地质平面图拼接编制而成的图幅，可构成地基的整体概念。在拼接编制时，要注意相邻块间的主要地质现象和工程处理措施衔接准确。!"#"%由于各工程的具体情况不同，地质条件有差异，因此所列的比例尺跨距比较大，便于根据实际情况选择合适的比例尺。!"#"&地质测绘内容基本上和编录内容相同，但各有侧重，互相补充。因为有些地质现象可以详细编录，但不一定都能测绘到地质图上，如基坑涌水量、泉水随时间变化的不同流量，编录工作可以记得很细，而在地质测绘图上就只能作综合反映。!"#"#’(!"#"##摄影和录像是属于写真资料。在大型水电水利工程的施工地质工作中，大多都已配备录像设备，因为对一些重要地质现象和工程处理措施进行录像，放映时可以看到连贯的实际情况，故在这次修订时补充了录像的要求。!"#取样与试验!")"#本条所列各项标本，多为保存备查之用，并以隐蔽地基的岩土样品为主。!")"*为了定量的评价地基岩土体的力学性质，条文中规定，应采用声波仪、地震仪、回弹仪等对地基岩土体进行简易的测试。对施工开挖中所揭露的，或对工程具有一定影响的软弱夹层等，当需要验证它们对建筑物稳定性的影响程度，或它们的性状受施工开挖的影响有较大变化时，应采取样品进行室内或原位的复核性试验。!"*观测与预报!"*"#本条列举了$个方面的观测内容，施正地质过程中，应结合具体情况，并按照专门拟订的观测要求进行观测工作。在观测工作中，要做到边观测、边记录、边分析资料。!"*")运行期间的观测成果，能检验地基评价的正确性，可为工程的安全运行提供预报，还可为提高工程地质工作水平积累资料。根据施工期间的观测成果来拟订运行期限间的观测内容，针对性更强。!"*"*由于前期勘察工作受多种条件所限，不可能将地质情况全部查明，因此，根据开挖揭露的地质情况进行预报就显得很必要。随着施工开挖将两岸岩体揭露，将河床覆盖层清除，为全面查明地质条件，及时准确地进行地质预报创造了条件。条文中所列预报内容都是影响设计和施工安全的地质现象。!"*"!采用书面材料进行预报，以示慎重。预报资料要整理编号，以备查询。—%##$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!评价与验收!"!"#本条规定了地基评价与验收的任务。地基岩土体质量的评价是主要的工作，是验收的基础工作。!"!"$本条列举了地基评价的主要内容，这些内容将影响地基稳定，关系着建筑物的安全。!"!"%&!"!"’验收是工程建设的重要程序。条文中所列的一些验收前应检查的内容，均是影响地基质量的因素。所列的一些应准备的资料，是进行验收的基本依据。参加验收的施工地质人员主要应从地质方面的要求提出是否具备验收的条件。#地下建筑物围岩施工地质工作’"("#&’"("%地下建筑物是指隧洞、地下厂房、调压井、水下岩塞等地下工程，地下建筑物施工地质工作与其施工方法有关，而施工方法又与地下建筑物的规模和地质条件有关。条文中说明地下建筑物的施工地质工作一般分为两期。当地下建筑物断面比较大，采取分层开挖时，可分为开挖期间和设计断面形成后两期；当断面比较小，采取全断面开挖时，可一次开挖完成。条文中分别规定了两期的施工地质工作内容。#"$地质编录与测绘’"#"#地下建筑物埋置在地下，工程地质勘察期间往往受到一些条件的制约，可能会遗漏某些专门地质问题，为了能及时补充或修正前期勘察成果，做好地质预报，条文规定，地质编录应从施工开挖起，即随开挖进行观察和编录，其目的是为了能观察到所有被揭露的地质现象。’"#"$条文中列举了%项地质编录内容，在实际工作中应根据工程的具体情况确定。影响围岩稳定的主要地质因素应作详细编录。’"#"%地下建筑物的结构设计和施工方案均是根据前期勘察成果确定的，当开挖后出现新的地质情况，特别是出现不利地质情况时，施工地质人员应根据编录的资料，提出修改设计和临时支护的意见。’"#"!水下岩塞爆破是一种特殊的施工方法。施工地质编录应在岩塞爆破前完成，爆破完成后就要过水。地下挖方段是指药室外导洞、聚渣坑、闸门井及闸门井前后的洞段。’"#"’本条规定了地质测绘的时段，地质测绘所反映的地质情况应该是最终断面的情况。’"#")本条规定了地质测绘完成的图幅。（$）对于洞室展示（素描）图，一般应作洞顶、左壁、右壁三向展示图，在地质条件极为简单的地区，可只作单壁地质素描图。并展示图应绘制四壁，地质条件简单地区可只绘制相邻两壁。斜井展示图要注明其斜度。（&）对大跨度的地下洞室、地下洞室群和有岩壁梁的地下厂房，为反映洞室两侧、拱—$&&’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准肩、岩柱、洞室间壁和岩壁梁的岩体特性，应绘制地质平切面图。图的间距可视具体情况确定。!"#"$本条所规定的比例尺跨距比较大，在实际工作中，可根据地下建筑物洞室围岩地质条件的复杂程度和洞室断面的大小，选择适宜的比例尺。!"#"%本条规定了地质测绘的内容，应反映开挖后最终断面的实际地质情况。所规定的内容有的是影响围岩稳定的因素，有的是根据支护或加固处理的实际情况而提出的要求。!"#"&’!"#"#(条文中列举了!项摄影和录像对象，当然并不是每一个洞室都具有这些对象，可根据工程的具体情况选择。对洞室地质现象录像后，放映时可观看到连续的全貌。"#$取样与试验!")"#经喷锚、衬砌后围岩将被隐蔽，因此，要求在隐蔽地段采取有代表性的岩样作为标本保存，以备查询。!")")’!")"*对开挖揭露的岩体进行简易测试，可为修正围岩工程地质分类提供力学性质参数。当施工开挖揭露出新的地质情况，并将影响围岩稳定性时，可进行复核性试验。"#%观测与预报!"*"#观测成果是做好预报的基础，是优化工程设计和保证施工安全的重要依据。本条列举了&项观测内容，这些内容就是根据上述精神确定的，在实际工作中要根据工程的具体情况选定。!"*")观测一般是为掌握围岩位移的发展状况、预测预报围岩的稳定状况、选择合理的支护方式和支护时机、判断支护的实际效果提供依据。因此，观测部位一般布置在围岩稳定性比较差、建筑物比较重要的地段，条文中所列举的观测部位就是根据这一原则确定的。!"*"*’!"*"+预报是为预防坍方及调整工程设计和施工方案提供信息。因此当地质条件发生变化或有异常情况时，应及时预报。条文中所列的内容是可能危及围岩稳定的现象。!"*"!为了便于日后查询，所有预报的资料均要整理，统一编号。"#’评价与验收!"+"#本条规定施工地质组要参加建设单位组织的验收，这对保证工程在运行中的安全有重要意义。!"+")’!"+"!条文中规定了围岩评价的内容及相应的方法，这些内容都是影响围岩稳定的因素及结构设计所需的参数。!"+",’!"+"%地下洞室经衬砌或喷锚支护后，围岩就被掩盖了，因此在围岩验收前要全面检查地质情况和加固处理情况。为了使参加验收的人员对被验收段的地质情况有—)$%(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准全面了解，条文中规定了施工地质组在验收前应准备的资料。!工程边坡施工地质工作!"#"$本条说明了工程边坡的含义。!"#地质编录与测绘!"$"$为了能收集和编录所有的地质现象，并便于编录工作的进行，应根据工程边坡的断面形式和施工方法伴随开挖进行编录。工程边坡的开挖由上而下分级进行，编录工作可随开挖由上而下进行。!"$"%条文中列举了地质编录的$项内容，这些内容都是影响边坡稳定的因素。在编录时要注意有关因素的动态变化。!"$"&为了能真实、全面地测绘有关地质现象，能充分利用施工设施进行测绘工作，条文中规定地质测绘应随开挖顺序在最终断面形成过程中进行。!"$"’对具有正面、上游和下游的边坡，即具有两向或三向的边坡，应作坡面展示图，或称析向剖面图，以反映边坡全貌。工程地质剖面图的选择，除考虑地质特征外，还要考虑边坡稳定分析计算的需要。!"$"(由于地质条件的复杂程度和工程边坡的规模均有差异，条文中规定的测绘比例尺跨距比较大。!"$"!条文中列举了%项内容，要根据工程边坡的实际情况，突出编录工程边坡的特点、影响工程边坡稳定的因素和加固处理的实际情况，为评价工程边坡稳定性和日后查询积累资料。!"$")*!"$"+条文中列举了要摄影或录像的内容，这些内容都是分析工程边坡稳定和日后查询的写真资料。!"&取样与试验!"%"$采集标本的目的是为日后查询时提供实物。!"%"%*!"%"&为了定量的检验工程边坡岩土体的力学特性，条文规定要进行简易测试。为最终验算工程边坡的稳定性和证明采取工程处理措施的必要性，对施工期间所揭露的或受施工影响性状恶化的软弱结构面，特别是控制边坡稳定的软弱结构面要进行力学特性的复核性试验。!"’观测与预报!"&"$*!"&"%观测的目的是验证工程地质评价的正确性、检验加固处理的效果、捕捉失稳的前兆、性质和动态，为预报积累资料。根据上述目的，条文中规定了观测的内容，并规定在自然条件发生变化时，要增加观测频率，以便能及时观测到位移的发展趋势。!"&"&*!"&"!预报的目的是为了使设计更符合实际地质条件、确保施工安全，条文中列举的一些问题都是可能失稳的前兆，应及时进行分析，并向有关部门预报。—#&’#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#评价与验收!"#"$%!"#"&条文中规定了评价的依据和原则，施工地质组应参加验收。!"#"’%!"#"(详细检查工程边坡开挖后的实际地质现象和加固处理情况，可为验收积累资料。条文中规定的检查内容和准备资料，是为做好验收而提出的。$水库区及天然建筑材料施工地质工作$"%水库区施工地质工作)"$"$水库区施工地质工作主要是指水库蓄水前的复核性分析、编录和观测工作。水库蓄水后有关地质问题的研究应列为专门勘察工作。)"$"&岸坡岩土体的位移，除与地质因素有关外，天然因素和人为因素的影响也是很主要的，条文中列举了&种天然情况下要加强监测。)"$"’水库蓄水后的安全关系到整个工程效益的发挥，并与水库上下游人民的生产、生活密切相关，因此，在下闸蓄水前要对影响岸坡稳定、可能引起渗漏的地质问题进行检查，并作出评价。$"’天然建筑材料施工地质工作)"&"$天然建筑材料的复核，一般在下列情况下进行：工程开工距前期勘察的时间较长，料场被水流冲刷淤积，地形条件发生了变化；前期勘察设计审查中提出需要进行补充工作；料场在开采中发现新的情况。当施工单位或建设单位提出复查要求时，可具体商议后进行。(资料整编与归档*"+"$%*"+"#施工地质资料是工程的重要原始资料，特别是当工程运行期间出现异常现象，需要分析和查询其原因时，施工地质资料是重要的依据。施工地质报告应突出施工开挖后的实际情况，以及地基、围岩、工程边坡加固处理措施等。—%’)’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准水利水电工程地质测绘规程!"#$$—#%%&替代!’()*—+,-./0.120.3.2456376884921.:;6<0:-.9=0:>695?69/@?/:.8.A0:0924900:492—)#BB— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利部关于批准发布《水利水电工程地质测绘规程》!"#$$—#%%&的通知水国科［#%%&］’(’号部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务）局，新疆生产建设兵团水利局：经审查，批准《水利水电工程地质测绘规程》为水利行业标准，并予发布。标准编号为!"#$$—#%%&。本标准自#%%&年)月’日起实施。标准文本由中国水利水电出版社出版发行。二!!四年五月十二日前言根据水利部水利水电规划设计管理局水总局科［#%%’］’号“关于下达#%%’年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知”，按《水利技术标准编写规定》（!"’—#%%#），对《水利水电工程地质测绘规程》（!*+’(—,)）进行修订。《水利水电工程地质测绘规程》共)章和’%个附录，主要技术内容有：———规定了本规程的适用范围；———对水利水电工程地质测绘的工作目的、程序、工作内容、测绘精度以及应遵循的基本技术原则作了统一规定；———规定了各类地质现象测绘调查的内容；———规定了成果资料整理及检验的要求。对!*+’(—,)进行修订的主要内容有：———对结构进行了调整；———增加了前引部分；———增加了术语；———增加了基本规定和资料检验的内容；———野外地质测绘调查中增加了第四纪地层调查的内容；———地貌调查中增加了河口、山前、平原地貌调查内容；—’#-&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准———物理地质现象调查中增加了卸荷、蠕变、黄土喀斯特等调查内容；———增加了附录和条文说明；———对原规程的总则、准备工作、野外工作、资料整理的内容进行了修订补充；———删去了原规程中“不同力学性质结构面特征图表”。本规程为全文推荐。本规程所替代规程的历次版本为：———!"#$%—&’本规程批准部门：中华人民共和国水利部本规程主持机构：水利部水利水电规划设计总院本规程解释单位：水利部水利水电规划设计总院本规程主编单位：水利部天津水利水电勘测设计研究院本规程出版、发行单位：中国水利水电出版社本规程主要起草人：高玉生赵振海贾国臣李彦坡刘满杰张怀军张志恒边建峰宋子玺庄信荣杨计申本规程审查会议技术负责人：陈德基本规程体例格式审查人：窦以松目次$总则(术语)基本规定*准备工作%野外地质测绘工作的基本要求+野外地质测绘的调查内容+,$地貌调查+,(地层岩性调查+,)第四纪地层调查+,*地质构造调查+,%水文地质调查+,+物理地质现象调查+,&喀斯特调查+,’其他&资料整理’资料检验附录-各勘察阶段工程地质测绘比例尺附录.地质遥感测绘技术规定—$()%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!工程地质测绘复杂程度划分附录"工程地质测绘常用表格附录#地貌类型划分附录$沉积岩、岩浆岩（火山碎屑岩）、变质岩分类附录%常见岩石野外鉴别及定名附录&土的野外鉴别及定名附录’断裂构造分级附录(节理裂隙统计分析标准用词说明条文说明!总则!"#"!为统一水利水电工程地质测绘工作程序、工作内容，明确技术要求，保证成果质量，制定本规程。!"#"$本规程适用于水利水电工程的各类地质测绘工作。!"#"%水利水电工程地质测绘是水利水电工程地质勘察的基础工作。工程地质测绘的任务是调查与水利水电工程建设有关的各种地质现象，分析其性质和规律，为研究工程地质条件和问题、初步评价测区工程地质环境提供基础地质资料，并为勘探、试验和专门性勘察工作提供依据。!"#"&水利水电工程地质测绘应在充分了解工程规划设计意图的基础上，依据工程地质勘察大纲进行。工程地质溅绘工作应针对与工程有关的地质条件，深入调查研究，加强综合分析，应用先进地质理论和技术方法。!"#"’本规程引用的标准主要有：《水利水电工程地质勘察规范》（%)*+,-.）《中小型水利水电工程地质勘察规范》（/0**）《水利水电工程制图标准》（/0.1）《水利水电工程测量规范》（/023.）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（/0,*2）《水利水电工程地质勘察资料内业整理规程》（/"(23—.-）!"#"(水利水电工程地质测绘，除应符合本规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。,术语$"#"!工程地质测绘45675448756649:967;<:=<>>756运用地质理论和技术方法对工程场区各种地质现象进行观察、量测和描述，并标识在—2,1?— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准地形图上的勘察工作。!"#"!综合地层柱状图!"#"$%&’($%()!$%*+),,-&./#综合反映测区内地层年代、层序、接触关系、厚度、岩性特征的柱状剖面图。!"#"$标志层0"12"3测区内分布稳定、具有特殊的地质标志，易于识别，用于统一划分地层、区别岩组的地层。!"#"%地质点!"-&-!),%&-2’"$4%()-#’*-(野外观测研究地质现象的基本工作点。!"#"&地质线路!"-&-!),%&-2’"$4%()-#$-.("野外观测研究地质现象的工作线路，一般为各地质点之间的连线。!"#"’地质素描!"-&-!),%&’0"(,+用素描的方法记录地质现象。!"#"(工程地质图"#!)#""$)#!!"-&-!),%&/%*反映工程区各种地质现象的分布特征及其与工程相互关系的图件。!"#")工程地质剖面图"#!)#""$)#!!"-&-!),%&’",()-#表示某一方向切面上的地质现象及其与工程相互关系的图件。!"#"*地质遥感!"-&-!),%&$"/-("’"#’)#!利用遥感影像技术进行地质调查的工作方法。$基本规定$"#"+工程地质测绘应依据勘察大纲或测绘任务书进行。开展工程地质测绘工作前，应编制测绘作业计划。$"#"!工程地质测绘应按准备工作、野外测绘、资料整理、资料检验的程序进行。$"#"$工程地质测绘比例尺!应按下列规定进行分级：小比例尺!!5678888；中比例尺56788889!9567888；大比例尺!"567888。$"#"%各勘察阶段工程地质测绘的范围应符合:;78<=>或?@77的规定。比例尺选择可按本规程附录A的规定执行，工作中可根据需要适当调整。$"#"&工程地质测绘应对地质点、地质线路进行详细观察描述，分析点、线、面、体之间的有机联系。以中小比例尺测绘成果指导大比例尺的测绘，以测绘成果指导勘探工作，并用勘探成果验证、补充、修改测绘成果。$"#"’工程地质测绘，特别是中、小比例尺地质测绘，宜采用地质遥感技术。地质遥感测绘可按本规程附录;的规定执行。$"#"(使用已有地质测绘成果时，应进行检验，必要时进行野外校测。$"#")工程地质测绘复杂程度可根据测区的地质构造、岩层特征、地形地貌条件进行划分。划分标准应符合本规程附录B的规定。—5— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$工程地质测绘应保证作业安全。在有危险的地区作业时，应有相应的安全措施。%准备工作%"#"&准备工作应包括下列基本内容：!收集资料。"根据收集的资料，勾绘测区地质草图。#测区现场踏勘。%编制测绘作业计划。%"#"’资料收集应包括：!工程规划、设计资料。"地形资料（地形图及控制测量成果），卫星、航测和陆摄像片等遥感图像资料。#区域地质资料、地方地质志、地震及地震地质资料、地质灾害资料、地质勘察资料。$水文气象资料。%矿产资源、森林资源、生态环境保护规划资料、文物分布和已有工程建设情况等资料。&交通、行政区划、民族政策、地方法规及民俗习惯。%"#"!对所收集的资料应进行分类编录整理，分析其可利用程度和存在的问题，编制有关图表、说明。对所收集的遥感图像资料，必要时宜采用光学或数字化图像处理。在综合分析、充分利用已有资料的基础上，勾绘测区地质草图。%"#"%应根据地质草图进行现场踏勘，了解测区基本地质条件和工程地质环境，布置观察线路，选择地层柱状图测制位置，拟定野外工作方法。踏勘线路应选在地层岩性、地质构造有代表性的地段。%"#"(应根据工程地质勘察大纲、测绘任务书的要求，结合已有资料和现场踏勘情况，编制测绘作业计划。内容应包括：测绘目的、任务要求、地质概况、工作内容和方法、工作量、计划进度、质量保证措施、提交成果及人员组织、工作装备、安全措施等。(野外地质测绘工作的基本要求("#"&工程地质野外测绘工作应按下列基本步骤进行：!测制地层柱状图。"观察描述、标测地质点和地质线路。#勾绘地质图。$测制典型地质剖面图。("#"’工程地质测绘使用的地形图应是符合精度要求的同等或大于地质测绘比例尺的地形图。当采用大于地质测绘比例尺的地形图时，应在图上注明实际地质测绘精度。—!"#’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准控制测量成果应满足工程地质测绘的要求，并符合!"#$%的规定。!"#"$工程地质测绘应先测制地层柱状图（如已有地层柱状图可供利用，应先进行校核）、确定地层填图单位，再进行全面测绘。测制地层柱状图应符合下列要求：#比例尺应大于地质测绘比例尺&倍’#(倍。对工程或建筑物具有重要意义的地质现象，应以扩大比例尺或符号表示。)应选择在露头良好、地层出露连续、构造简单的地段。必要时，可到测区以外选择能代表测区地质条件的地段。*当露头不连续或地层连续性受到构造破坏，需在不同地段测制地层剖面时，各剖面的衔接应有足够依据。必要时，应布置人工勘探点。+测制地层柱状图应选择标志层和划分填图单位。对各类岩（土）层除进行一般描述外，还应着重描述其工程地质特性。应采集系统的岩石、化石标本，必要时应作鉴定。&在地质构造复杂或岩相变化较大地区，应测制多条地层剖面，编制地层对比表（或联合地层柱状图）和综合地层柱状图。!"#"%不同比例尺工程地质测绘填图单位的划分应符合下列规定：#地层的填图单位，宜根据《中国地层指南及中国地层指南说明书》（修订版）划分为界、系、统、阶、带或地方性的地层单位群、组、段、带。其要求应符合表&,(,+的规定。表&,(,+工程地质测绘填图单位划分表分层单位比例尺（!）必须的争取的!!#-&((((统（或群）阶（或组）#-&((((.!.#-&(((阶（或组）带（或段）#-&(((!!.#-)(((带或层（工程地质岩组）!"#-)(((工程地质岩组&工程地质岩组应根据岩性组合及工程地质、水文地质条件的差异等因素进行划分。*第四纪地层的划分，应按地层年代、成因类型、岩性及物质组成分层。大比例尺地质测绘还应根据工程需要，结合沉（堆）积物的物理力学性质、化学性质、水理性质等特征进行分层。!"#"!工程地质测绘的基本方法，可分为利用遥感影像技术进行地质调查的地质遥感测绘法和进行地质点标测及地质界线穿越、追索观察的实地测绘法。各种比例尺地质测绘方法应符合下列规定：#小比例尺地质测绘，宜以地质遥感测绘为主。对地层相变较大、构造复杂、需查清重要地质现象的地段，应进行实地测绘。)中比例尺地质测绘，宜采用地质遥感测绘与实地测绘相结合的方法。*大比例尺地质测绘，应采用实地测绘法。在地形陡峻地区，可用陆摄像片进行地质调绘，并进行野外验证。!"#"’工程地质测绘的内容，应根据不同测绘比例尺的精度要求确定。小比例尺地—#)*$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准质测绘重点调查区域性地质环境，大、中比例尺地质测绘重点调查工程区和建筑物部位的工程地质条件。!"#"$图件的精度和详细程度，应与地质测绘的比例尺相适应。图上宽度大于!""的地质现象应予测绘。对具有特殊工程地质意义的地质现象，在图上宽度不足!""时，应扩大比例尺表示，并注示其实际数据。地质界线误差，不应大于相应比例尺图上的!""。!"#"%地质点、地质线路的布置和定位测量应符合下列要求：#地质点应布置在地质界线和其他有意义的地质现象上；地质线路宜穿越或追索地质界线布置。!地质点间距，应控制在相应比例尺图上距离!$"%&$"。在地质条件复杂、对工程影响较大地段，可适当加密。&在露头条件差或涉及重要地质现象地段，应按地质测绘精度要求布置人工勘探点。’大比例尺工程地质测绘的地质点和地质线路，应采用仪器定位。中、小比例尺工程地质测绘的地质点和地质线路，可用目测、罗盘交会或手持()*定位，对控制主要地质界线及重要地质现象的地质点，应采用仪器定位。!"#"&地质点、地质线路的观察描述及野外记录应符合下列要求：#地质点观察描述内容应包括：位置、地貌部位、地层岩性、地质构造、水文地质、物理地质现象等。!地质线路观察描述内容应包括：起止点、转折点位置，线路方向，地层岩性及出露厚度和层序关系，地质构造、水文地质和物理地质现象等。线路观察描述应反映地质点间的连续性、关联性，并附线路示意图。&野外记录应在现场进行，内容要真实全面、重点突出。凡图上表示的地质现象，应有记录可查。’重要地质点或地质现象应进行素描或摄影、录像。+地质点应统一编号、现场标识。记录宜使用专用卡片、表格，并用铅笔书写，文字应清晰。野外记录使用的卡片、表格，可按本规程附录,的规定执行。!"#"’#地质图应在野外实地勾绘，接图部位的地质界线应相互吻合。!"#"’’测制地质剖面图应符合下列要求：#一般剖面图可在地质图上切制，主要地质现象应实地校核。!专门性剖面图应实测。&剖面图的地质界线应与地质图相吻合，实测剖面图应充分反映与工程有关的重要地质现象。’必要时剖面图可采用变态比例尺。垂直与水平比例尺之比最大不宜大于+-#，平原区堤防、引调水及灌溉工程等可适当扩大。!"#"’(应采集具有代表性的岩（土）样，必要时进行鉴定或试验对岩（土）定名、分类和分层；根据不同的需要和目的，对地表水和地下水取样进行水质分析。!"#"’)宜使用简易测试仪器和方法，调查岩（土）体的工程地质特性。—#!’.— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$%利用遥感影像资料进行工程地质测绘时，应按本规程附录!的有关要求进行野外验证。!"#"$!对已有测绘成果进行野外校测时，应按同等比例尺进行，校测点数目宜为地质点的"#$%&#$。当校测点的不合格率达’#$或重要地质现象有错误、遗漏时，应重新进行测绘。!"#"$&野外地质测绘工作期间，对原始资料应及时整理分析。内容应包括：清绘地质底图、整理野外记录、拼图和接图、整理标本样品、编制分析图表等。野外工作的第一性基础资料应在现场进行校核、复查，地质点复查率宜为’$%"#$。&野外地质测绘的调查内容&"$地貌调查&"$"$地貌调查应包括下列基本内容："形态特征、分布规律、地貌类型及地貌单元划分。地貌类型划分可按本规程附录(的规定执行。)地貌与地层岩性、地质构造、第四纪地质及新构造活动的关系；地貌与侵蚀、搬运及堆积作用的关系。&水系的分布特征及其与地貌的关系。*植被的种类、分布及其与地貌的关系。’分析地貌环境对工程的影响。&"$"’区域地貌概况调查宜利用已有地形地貌资料和遥感图像资料。工程区地貌应进行实地调查。&"$"(河谷地貌调查应包括下列内容："河谷类型、河谷结构、纵横剖面形态等发育特征及其与地层岩性、地质构造的关系。)谷底和河床的宽度，谷坡的形态、坡度和高度，峡谷与宽谷交替分布特征以及向分水岭过渡地带的地貌形态，两岸山体的发育特征和差异性。&河床沙坡、浅滩、沙洲、深槽、岩槛、壶穴等分布特征及其与地层岩性、地质构造、物理地质作用、水流条件的关系。*河漫滩的分布特征、物质组成以及古河床、牛轭湖、决口口门等的分布形态。’阶地的成因类型、级数，各级阶地的分布高程、形态特征、物质组成、结构及沿河谷方向分布的延续性。&"$"%河间地块地貌调查应包括下列内容："相对高度、宽度、对称性、切割程度等地形特征及其与相邻河谷的关系。)物质组成及地质结构特征。&古河床、古冲沟、古风化壳、古喀斯特的分布特征及埋藏条件。—")*"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!分析地貌结构对地表水和地下水的分布、埋藏、循环条件等的影响。!"#"$河口地貌调查应包括下列内容："河口区的形态特征，近口段、河口段、口外海滨段的分段范围及其与洪水位、枯水位和潮流的关系。#河口湾、三角洲的类型及形态特征。$河道分叉及心滩、沙坝等形态特征。!"#"!冲沟地貌调查应包括下列内容："分布、密度、规模、形态特征及其与地层岩性、地质构造的关系。#沟床、沟口高程，沟壁稳定性，堆积物的组成、堆积形态及分布特征。$与河床或大一级冲沟的交汇形态。!产生崩塌、滑坡、泥石流的可能性。!"#"%山前地貌调查应包括下列内容："洪积扇、坡积裙等的形态特征、分布范围及其与山体谷坡和洪流、片流的关系。#堆积物的组成及堆积结构特征。$物理地质现象的发育规律和分布特征。!地下水的埋藏情况及泉水分布特征。!"#"&平原地貌调查应包括下列内容："成因类型、形态特征、分布范围及其与河流、河谷的关系。#沉（堆）积物的地层岩性及结构特征。$古河道、砂堤、鬃岗、牛轭湖、沼泽、水洼地等地貌的分布及形态。!"#"’水文网调查应包括下列内容："分布特征及其与地貌、地层岩性、地质构造的关系。#干流和支流的交汇形态，河流袭夺、变迁情况。$古河床、古泥石流、冰川埋藏谷等的分布和埋藏条件。!"#"#(地貌调查中应重视异常地貌现象和明显差异的地形形态，并分析其形成原因。工程区应分析微地貌特征及其与地层岩性、地质构造和不良地质现象的关系；线状水利工程应分析穿越不同地貌单元的形态组合关系、不同地貌单元特有的地貌地质环境条件，以及不利地貌地质条件对工程建筑物的影响。!")地层岩性调查!")"#地层岩性调查应包括下列基本内容："地层年代及岩性类别、名称。#地层的分布、变化规律，层序与接触关系。$标志层的岩性特征及分布、发育规律。!岩层的分布、岩性、岩相、厚度及其变化规律。%岩体和岩石的基本工程地质特性。!")")各类岩层的调查描述应包括：年代、成因类型、产状、岩相、厚度及变化规律、—"#!#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准特征标志、层序接触关系，岩石名称、颜色、主要矿物成分、结构构造、物性特征，及一般工程地质特性等。岩石分类、岩石的野外鉴别及定名可按本规程附录!和附录"的规定执行。层状岩单层厚度应按表#$%$%的规定分级。表#$%$%层状岩单层厚度分级单层厚度!!())())*!!+)+)*!!%)%)*!!+!,+!（&’）描述巨厚层厚层中厚层薄层极薄层#$%$-沉积岩应分析研究其沉积环境、沉积韵律、层理层面结构构造及岩组特征等，并调查描述：(碎屑岩类：碎屑矿物组成、颗粒大小、形状及分选性、胶结物、胶结类型、胶结程度及结构构造特征等。%粘土岩类：矿物成分、结构构造特征、泥化特性、崩解特性等。-化学岩及生物岩类：结晶程度、胶结物、胶结类型、结构构造特征及缝合线、溶蚀构造等特殊结构构造现象。.工程区应重点调查软质岩、膨胀岩等特殊岩类的分布规律、结构、性状及膨胀、崩解、软化等特性，分析其工程地质条件。!"#"$岩浆岩应分析研究其成因类型、产状、规模、序次、与围岩的接触关系等，并调查描述：(侵入岩：产状特征，所处构造部位及其与围岩的接触关系，流线、流层、析离体、捕虏体等特征，脉岩的产状、延展和厚度变化等发育规律。%喷出岩：喷发、溢流形式，岩性、岩相的分异变化特征，原生和次生构造、原生节理、捕虏体特征，韵律、层序以及喷发间断、喷发旋回特征，与围岩的相互关系等。-工程区侵入岩应重点研究侵入体的蚀变带及边缘接触带，平缓的原生节理，岩床、岩墙、岩脉的风化和破碎情况，软弱矿物富集带等；喷出岩应重点研究喷发间断面，凝灰岩及其软化特征，玄武岩中的熔渣、气孔、柱状节理等，分析其工程地质特性。!"#"%变质岩应分析研究其变质类型、变质程度、变质带划分及结构构造特征、矿物成分、矿物的共生组合和交代作用等，并调查描述：(片麻岩类：片麻理构造，岩石的均一性和变化规律，软弱矿物的含量及其风化特征。%片岩类：片理、原岩层理的产状及其发育程度，软弱矿物或片状矿物的富集特征。-千枚岩、板岩类：原岩层理，片理、板理发育特征，千枚状构造、板状构造特征及其软化、泥化特性。.混合岩类：混合岩化程度，混合岩的类型，残留体的岩性和构造等。+工程区应重点研究千枚岩、板岩、片岩等软弱变质岩带和夹层的工程地质特性。!"#"!第四纪地层调查应按本规程#$-的规定执行。!"#"&地层岩性调查中应正确判定地层间的层序和接触关系。区分整合、假整合、—(%.-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准不整合。判定侵入体与围岩接触关系，区分侵入接触、沉积接触或断层接触。调查各类接触面或接触带的形态、产状、厚度、风化破碎程度及分布变化规律。!"#"$地层年代可按《中国地层指南及中国地层指南说明书》（修订版）和《中国区域年代地层（地质年代）表说明书》及区域地质资料确认。必要时，应根据标准化石或绝对年龄测定予以确定。!"%第四纪地层调查!"%"&第四纪地层调查应包括下列基本内容：!第四纪沉（堆）积物成因类型、沉（堆）积环境及地貌单元。"第四纪沉（堆）积物地层年代、岩性类别、颗粒组成。#特殊土的分布、成因类型、沉积环境（古气候、物理化学环境）、微地貌特征以及对已有建筑物的影响强度和破坏形式。!"%"#各类土的调查描述应包括：土层年代、微地貌形态、成因类型、分布特征及岩性、颜色、颗粒组成、颗粒形态、结构、密实程度、天然湿度、稠度等物理特征。必要时应进行物理、化学及特性指标试验，并分析其工程地质条件。土的野外鉴别及定名可按本规程附录$的规定执行。!"%"%膨胀土、湿陷性土、红粘土、软土、冻土、盐渍土及分散性土等特殊土的调查，还应包括下列内容：!膨胀土应调查土体沉（堆）积介质环境、地表膨胀变形特征、土体结构构造特征、裂隙发育特征及干缩开裂、遇水膨胀软化特性，并进行膨胀性判别。"湿陷性土应调查地表湿陷变形特征、土体结构构造特征、古土壤及淋漓淀积层分布规律，并进行湿陷性判别。#红粘土应调查土体沉（堆）积介质环境、地表收缩变形及地裂特征、土体结构构造特征、裂隙发育特征，并进行成因类型和土体结构分类。%软土应调查土体及沉积环境特征、土体成层条件及层理特征、表层硬壳层的分布及性状，并了解其触变性、压缩性及强度特性。&冻土应调查地表冻胀及融陷变形特征、土体结构构造特征、冻土层和冻融层的分布埋深、气候条件及地表水和地下水分布状况，并进行冻土工程地质分类及多年冰冻土融陷分级。’盐渍土应调查地表松胀、溶陷及盐渍化特征、土体结构和毛细水作用特征、植被生长状况、地表水和地下水的分布及性质，并进行含盐性质和含盐量分类。(分散性土应调查土体沉（堆）积介质环境、冲沟及孔洞发育特征、土体结构特征，观察暂时性水沟和积水洼地水是否浑浊或干涸后沉积物的失水龟裂特征，并进行分散性判别。!"%"’第四纪地层调查中应分析第四纪沉（堆）积物与地形地貌及地表水径流的关系、与物理地质作用的关系。对第四纪沉（堆）积物分布异常地段应分析其原因。—!"%%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#地质构造调查!"#"$地质构造调查应包括下列基本内容：!根据区域资料分析区域构造背景，确定所属大地构造单元。"各类地质构造的性质、分布、形态、规模、级别序次及组合关系；断裂构造分级可按本规程附录#的规定执行。$各类地质构造的形成年代和发展过程。%构造结构面的发育程度、分布规律、性质和形态特征，构造岩的物质组成、结构特征和工程地质特性。&第四纪以来构造活动迹象、特点，识别、判定活断层。!"#"%褶皱调查应包括下列内容：!褶皱的基本要素。"组成褶皱的地层、岩性和两翼岩层厚度变化。$褶皱的类型、规模、形态特征。%褶皱内部低序次小构造发育特征。&褶皱的形成机制、形成时期、与其他构造的组合关系。’工程区应注意轴部岩层的破裂脱空、两翼层间次级褶皱、挠曲及层间错动等现象，分析对工程建筑物的影响。!"#"&断层调查应包括下列内容：!断层的基本要素。"断层的位置、类型、性质、规模、形态及展布特征。$断层构造岩的分类及其物质组成、结构、性状和胶结、充填特征。%断层破碎带和影响带的划分及其宽度、形态和结构特征。&断层两盘岩层层位、相对错动方向及断距的空间变化情况。’断层的序次及组合关系、断层面及旁侧构造特征，分析断层的形成机制和活动期次。(工程区应重点调查区域性断层、活断层、缓倾角断层、顺河向断层和断层交汇带。着重研究断层破碎带、影响带和构造岩的工程地质、水文地质特性，研究缓倾角断层的展布特征及其与建筑物的关系。!"#"#节理裂隙、劈理、片理调查应包括下列内容：!小比例尺地质测绘节理裂隙调查，可结合区域构造调查，了解不同岩性地区和不同构造部位主要节理裂隙的产状、组数和性质。"大、中比例尺地质测绘节理裂隙调查，应结合工程建筑物的特点及地质条件，选择有代表性地段进行详细调查，内容包括：!）节理裂隙的产状、成因、张开度、延伸长度，充填物及充填胶结程度，节理裂隙间距及发育程度。张开度、延伸长度和发育程度，宜按表’)%)%*!+表’)%)%*$的规定进行分级。"）节理裂隙面的粗糙状态及起伏、风化、蚀变等特征。节理裂隙面粗糙状态，宜按表—!"%&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"#$#进行分类。表!"#"#$%节理裂隙张开度分级分级!"#张开度!（&&）!!’"(’"()!)(!"(描述闭合微张张开表!"#"#$*节理裂隙延伸长度分缀分级!"#$%延展长度（"&）")%%!")++!")%’%’!")+’""+’描述很差差中等好很好表!"#"#$+节理裂隙发育程度分级分级!"#$间距#（&）#"**,#"’"(’"(,#"’"%#)’"%描述不发育较发育发育极发育表!"#"#$#节理裂隙面粗糙状态分类类别!"#$%描述明显台阶状起伏粗糙起伏光滑平直粗糙平直光滑+）节理裂隙分组并分析各节理裂隙组的相互切割关系，以及节理裂隙密集带的分布情况。#）缓倾角节理裂隙的产状、分布、延伸长度，填充物的泥化程度以及与其他节理裂隙、断层的组合形式。(）对节理裂隙的调查结果进行统计并绘制分析图表。统计分析可按本规程附录-的规定执行。+劈理、片理调查内容应包括：构造部位、产状、性质、规模、发育程度及与其他结构面的组合关系等。!"#"$层间剪切带应调查下列内容：%产状、厚度、延伸长度、起伏差等分布形态特征。*物质组成、结构特征及软（泥）化程度。+与其他构造的组合关系。#与上、下岩层的接触关系。(工程区应重点调查其发育程度及分布范围，分析其对工程建筑物稳定影响。!"#"!地质构造调查中应分析研究下列构造型式：%倒转构造地区的缓倾角迭瓦式断裂。*褶皱发育或软硬岩石相间分布地区的揉皱和固态塑流变形及折叠层构造。+塑性岩层分布区，应注意区别岩体蠕变与构造作用所形成的褶曲现象。#物理地质现象发育地区，应注意区别构造变形与非构造变形。—%*#!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$第四纪以来构造及地震地质调查应包括下列内容：!第四纪以来断层的活动情况，分析研究活断层的延伸方向、规模、性质，调查断层沿线微地貌特征及地层出露关系，分析其活动性。必要时应取样鉴定其最新活动时期。"在地震强烈活动地区，根据工程需要应进行专门地震地质调查，分析区域构造稳定性对工程建筑物场区的影响。!"%水文地质调查!"%"&水文地质调查应包括下列基本内容：!地下水天然露头（泉）、人工露头（水井、钻孔、矿坑等）及地表水体（河流、湖泊、沼泽、池塘等）的分布。"地下水的类型、分布情况和埋藏条件。#相对隔水层、透水层和含水层的分布。$环境水的物理性质、化学成分。%分析水文地质条件对工程建筑物的影响。&预测水文地质条件的改变对环境的影响。!"%"’泉、井和地表水体调查应包括下列内容：!泉水调查的内容：!）类型、出露位置、高程及地层岩性、地质构造。"）温度、流量、浑浊度等物理性质及其随季节变化情况。#）化学成分和化学类型。$）本规程附录’表’($中除以上内容外的其他内容。"水井调查的内容：!）位置、井深、井口高程和井体结构。"）地层岩性与地质构造。#）水位埋深及其随季节变化情况，估算涌水量。$）水的物理性质、化学成分和化学类型。%）本规程附录’表’($中除以上内容外的其他内容。#地表水体应调查其分布位置、范围、地形地貌特征，主要河流和湖泊的流量、水位、水质及其与地下水的补排关系。!"%"(水文地质调查中应着重调查透水层和相对隔水层的数目、层位、岩性、埋藏条件、分布情况以及是否有尖灭或被构造断裂错开等现象。分析透水层的透水性和相对隔水层的阻水性及其对工程建筑物的影响。!"%"#在可能产生渗漏地段应结合地貌、地层岩性、地质构造和水文地质点调查，初步分析地下水分水岭的位置和高程。!"%"%工程区应初步分析工程施工和运行引起的水文地质条件改变及其对工程和环境的影响。—!"$)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!物理地质现象调查!"!"#物理地质现象调查应包括下列基本内容：!各种物理地质现象（岩体风化、卸荷、滑坡、崩塌、蠕变、泥石流、黄土喀斯特等）的分布位置、地层岩性、形态特征、规模、类型和发育规律。"各种物理地质现象的成因、分布规律，分析其发展趋势及对工程建筑物的影响。!"!"$岩体风化调查应包括下列内容：!风化岩体的岩性、颜色，结构构造变化，风化裂隙发育特征，充填物、充填程度以及风化蚀变特征等。"风化层的分布和形态特征，岩体风化程度分带。岩体风化带划分应符合#$%&"’(的规定。)对易风化岩石，应研究其风化速率及特征。必要时，进行专门性试验。*分析影响岩体风化的因素。!"!"%卸荷调查应包括下列内容：!卸荷裂隙、卸荷带的产状、分布、形态特征及充填物性质。"卸荷裂隙、卸荷带与地形地貌、地层岩性及地质构造的关系。)工程区应分析卸荷带、卸荷松动体的发育特征及其对工程建筑物的影响。!"!"&滑坡调查应包括下列内容：!滑坡地段的地形地貌、地层岩性、地质构造，植被生长特征，气象条件，地表径流和地下水分布。"滑坡体的位置、分布、规模、物质组成及形态特征。)滑坡的成因、类型及要素特征。*滑坡体的边界条件，滑动面的埋藏条件，滑动带的结构特征及滑坡裂隙的分布特征等。%滑坡体的活动历史、稳定现状和后缘山体的稳定性。+工程区应重点调查临近建筑物的滑坡，分析其稳定性、发展趋势及对工程建筑物的危害。!"!"’崩塌调查应包括下列内容：!崩塌区的地形地貌、地层岩性、地质构造和水文气象条件。"崩塌体的位置、分布、规模、物质组成、结构特征及崩（堆）积体的形态特征。)崩塌的成因及变形破坏特征。*工程区应重点调查临近建筑物的崩塌体，分析崩塌区岩体和崩塌体的稳定性、发展趋势及其对工程建筑物的影响。!"!"!蠕变（倾倒、溃屈）调查应包括下列内容：!蠕变体的位置、分布、范围及形态特征。"蠕变体的岩性、构造和结构特征。)蠕变体的成因类型及变形破坏特征。*工程区应分析其稳定性、变形发展趋势及其对工程建筑物的影响。—!"*’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!"#泥石流调查应包括下列内容：!泥石流形成的地形、地质、水文气象和其他（土壤、植被、人类活动等）条件。"泥石流的类型、范围、规模和活动性。#泥石流堆积物的物质组成、规模及稳定性。$工程区应着重调查与建筑物有关的泥石流，分析其发展趋势及对工程建筑物的影响。!"!"$黄土喀斯特调查应包括下列内容：!地形地貌特征及水文、气象条件。"地层层位及黄土的物理、化学性质和结构特征。#黄土喀斯特的分布、规模、形态及发育特征；对地下洞穴、盲沟应追索调查，分析其对工程建筑物的影响。!"#喀斯特调查!"#"%喀斯特调查应包括下列基本内容：!喀斯特区地貌、地层及地质构造特征。"可溶岩的分布、岩性、产状和化学成分。#喀斯特区水文地质条件和喀斯特水文地质现象。$喀斯特形态特征及其空间分布、规模和组合形式。%喀斯特发育历史、发育程度和发育规律。&分析喀斯特对工程建筑物地段的不良影响和可能产生的环境地质问题。!"#"&喀斯特洞穴调查应包括下列内容：!分布位置、洞口高程、所在层位、岩性及构造特征。"纵横剖面形态特征和延伸变化情况。#洞穴地下水状态、充填情况和充填堆积物性质及洞体稳定性。$不同形态洞穴的规模、数量、密度和成层性等空间分布规律以及垂直、水平方向的连通性；落水洞、竖井等垂直洞穴的发育特征及地表水排泄、入渗情况。%分析研究洞穴与各级剥蚀面及阶地的对应关系、洞穴充填物的年代，判定洞穴形成时期。&测定地下河（暗河）的流量、流速、流向，调查地下河的入口、出口及发育方向，观察地下河中的生物情况。必要时，可做连通试验。!"#"’喀斯特泉调查应包括下列内容：!出露位置、高程、所在层位及岩性。"流量、物理化学性质及其变化规律。#反复泉、多潮泉、涌泉的分布特征及其动态变化规律。!"#"(对其他喀斯特现象（溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、石芽等）应调查岩性、分布、规模、特征、延伸方向、充填情况及其与洞穴的关系。!"#")喀斯特调查中应分析喀斯特发育与下列因素的关系：!与地形地貌的关系。夷平面、沟谷、河流、阶地等地形地貌条件对喀斯特发育的影—!"$’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准响。!与岩性和岩组的关系。可溶岩的矿物组成、化学成分、结构、构造等对喀斯特发育的影响，应特别注意相对隔水层的岩性、厚度、分布情况和完整程度。"与地质构造的关系。岩层产状、褶皱、断层和节理裂隙的产状、性质、分布密度，以及不同构造部位对喀斯特形态和发育方向的控制，不同构造单元与喀斯特类型的关系，后期构造对古喀斯特的影响。#与水文网、水文地质条件的关系。喀斯特发育的深度与地下水动力条件和排泄基准面的关系，基准面的改变与地下分水岭位置迁移的关系，降水量、气温以及水的侵蚀性对喀斯特发育的影响。!"#"!工程区应重点调查喀斯特的分布范围和天然封闭条件，分析对库、坝、堤防等工程建筑物渗漏、稳定性影响，预测可能产生的突然涌水、塌陷、触发地震等环境地质问题。水库区，当可溶岩分布至邻谷或下游时，调查范围应扩大至相应地区。对可疑的渗漏河段，还应结合水文测流，调查其渗漏情况。!"$其他!"$"%天然建筑材料勘察的工程地质测绘应按$%!&’的有关规定执行。在进行中、小比例尺地质测绘时，宜调查测区天然建筑材料的分布。!"$"&通信设施、生产生活设施、场区公路、桥梁等附属建筑物工程地质测绘应按有关规程、规范执行。!"$"’应调查与工程有关的洞穴、采空区、废矿井等的分布情况。(资料整理#"("%野外地质测绘原始资料的整理，应符合本规程&)*)’+的规定。#"("&野外地质测绘工作结束后，应立即进行资料内业整理。资料整理和编制应符合$,-’.—(/和$%("的规定。#"("’资料整理应包括下列基本内容：’整理、分析基础资料，内容应包括：’）野外测绘资料及相关勘探、试验资料的汇总、计算、统计、分析。!）各种野外原始记录、照片、素描及遥感影像等基础资料的分类、编目、造册。"）地质遥感解译资料。#）其他应分析、整理的基础资料。!编制成果图表，内容应包括：’）实际材料图、综合地层柱状图、工程地质图、工程地质剖面图、节理裂隙统计图（表）、探槽（坑）展示（编录）图等。!）断层汇总表、褶皱汇总表、井泉汇总表、岩石鉴定成果汇总表等。"编写工程地质测绘说明书或工程地质测绘报告，内容应包括：—’!&*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!）任务要求。"）工作情况、完成工作量及提交的成果图表。#）测区地质概况。$）工程地质条件初步评价。%）存在的问题及下一步工作建议。!"#"$资料整理过程中，如发现疑问或有争议的重大地质问题，应进行野外复查。!"#"%工程地质测绘资料应按规定归档。&资料检验&"#"’工程地质测绘成果资料应按校核、审查、审定逐级进行检验签署，全部通过后方可提交使用。&"#"(检验人员的资格应与检验级别对应。基础资料（原始记录等）以校核检验为终检；成果图件及文字报告以审查或审定检验为终检。&"#")检验工作应依据勘察大纲、测绘任务书，测绘作业计划及本规程的相关规定进行。&"#"$检验工作应包括下列基本内容：!地质点选位及密度。"原始记录的真实、准确。#测绘精度及图件布局。$文字报告的结构、结论。%原始资料、图件、文字报告的协调。&"#"%检验中发现不合格项应立即停止资料成果的流转，并分析原因、予以修正。—!"%!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!各勘察阶段"#程地质测绘比例尺表!各勘察阶段工程地质测绘比例尺勘察阶段测绘地区类型规划可行性研究初步设计技施设计大型$%&’’’’’($%$’’’’’$%$’’’’’($%)&’’’区域——中、小型$%$’’’’’($%&’’’’（专门性测绘）严重渗漏段$%$’’’’($%)’’’$%$’’’’’($%&’’’’浸没、塌岸城镇区$%)’’’($%$’’’大型（可溶岩地区$%&’’’’($%&’’’’($%$’’’’农业区$%$’’’’($%&’’’$%)&’’’）浸没、塌岸水库区渗漏段$%$’’’’($%)’’’—浸没区$%&’’’($%$’’’中、小型$%&’’’’($%$’’’’$%&’’’’($%$’’’’溶洼水库$%$’’’’($%&’’’溶洞水库$%&’’’($%)’’’堵体部位$%$’’’($%&’’重力坝$%)’’’($%$’’’峡谷区$%$’’’’(坝址区：$%$’’’’(高拱坝$%&’’$%&’’’$%)’’’大型土石坝$%&’’’($%$’’’丘陵、平原区$%)&’’’(厂址：$%&’’’($%$’’’地下洞室、地面厂址$%)’’’($%$’’’($%$’’’’溢洪道$%&’’’($%)’’’建筑物区$%$’’’溢洪道$%$’’’$%)’’坝（闸）址、溢洪道、地（专门性测绘）峡谷区$%&’’’($%)’’’坝（闸）址、溢洪道、地面厂房下洞室$%&’’’($%$’’’中、小型丘陵、平原区$%$’’’’($%$’’’($%&’’地面厂房$%)’’’($%&’’’地下洞室$%)’’’($%&’’$%$’’’长引水线路$%&’’’’(渠道、隧洞$%)&’’’($%$’’’’$%&’’’渠道$%$’’’’($%$’’’大型跨流域引水线路（建筑物场地$%&’’’(（建筑物场地$%)’’’($%$’’’）$%&’’’’$%$’’’）引水线路区—$%$’’’’($%&’’’$%&’’’($%)’’’中、小型$%&’’’($%$’’’（建筑物场地$%)’’’(（建筑物场地$%$’’’($%&’’）$%$’’’）堤防、—$%&’’’’($%)&’’’$%)&’’’($%$’’’’$%&’’’($%)’’’堤堤岸—防工大、中型$%)’’’($%$’’’$%$’’’($%&’’程涵闸小型结合堤防工程进行注：项目建议书阶段测绘比例尺参照可行性研究阶段要求执行。—$)&)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!地质遥感测绘技术规定!"#"$地质遥感测绘工作应按下列程序进行："根据测绘比例尺选择适宜的地质遥感方法。#收集、分析相关地质资料。$遥感信息获取、处理。%现场踏勘、建立解译标志。&室内解译、勾绘地质草图。’野外验证解译成果、补充地质数据。(清绘成图、编制地质遥感调查报告。!"#"%地质遥感方法选择应符合下列规定："地质遥感方法（航天、航空、地面遥感等）应与地质测绘比例尺相适应，针对具体的地质遥感目标选取不同片种。#航天、航空遥感主要用于中、小比例尺地质测绘，航空遥感资料可作为大比例尺地质测绘的补充。$地面遥感可用于地质编录，并作为大比例尺地质测绘的补充。%使用遥感图像的比例尺应大于或等于地质测绘的比例尺。!"#"&遥感信息获取应符合下列要求："航天遥感信息应通过收集已有资料获取，其地面分辨率与时相应适用地质遥感解译的需要。#航空遥感信息宜收集利用测绘系统或有关部门已有的符合要求的片种。当无所需片种时，应委托有资质的单位进行航摄，并按《地形图航空摄影规范》（)!*+"&’’"）进行验收。$地面遥感信息可用地面摄影经纬仪或其他定位摄影设备，摄取影像信息。地面遥感尚应包括光谱测试和辐射测试等信息采集工作。!"#"’遥感信息处理应符合下列要求："遥感信息可采用光学处理和算机数据图像处理。#遥感图像的几何纠正应与地形资料相匹配，接边允许偏差,-.&//，同时满足地质测绘的精度要求。有条件时宜采用正射投影技术。$遥感图像的放大以小于&倍为宜，放大后每毫米内像元点数或线对数不少于&个。!"#"(遥感图像解译应符合下列要求："遥感图像解译应遵循以已知推未知、先定性后定量、由粗到细的综合解译原则。#遥感图像解译以目视为主，计算机自动分类为辅。解译要素应包括色调、大小、形状、相关关系、纹理、微地貌特征及其他指示性信息。$在已有地质资料和遥感解译资料的基础上编绘地质草图。%遥感解译成果必须经过野外验证，并解决室内解译时的疑难，补充调查有关地质—"#&$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准数据，修正地质草图。野外验证取点应分布均匀、具有代表性，不少于常规地质点的!"#。!"#"$内业整理应符合下列要求：$正式绘图前应制作地理基础底图。地理基础底图的展点、镶嵌、经纬网或现行国家坐标系统网的精度应符合相应比例尺地形图规定的精度要求。%解译内容的转绘可采用手工转绘或计算机叠加套绘。转绘精度应符合本规程&’"’(的规定。!地质遥感调查报告应综合分析已有地质资料、遥感信息、室内解译和野外验证的成果。报告编写应按本规程第(章的有关规定执行，并增加遥感技术应用部分。!"#"%地质遥感测绘工作结束后应提交以下资料：$卫星、航测像片或磁带、光盘。%地质图或影像地质图、镶嵌图。!地质遥感调查报告。!"#"&地质遥感测绘成果的验收按本规程第)章的规定执行。附录*工程地质测绘复杂程度划分表*工程地质测绘复杂程度分类类别简单中等复杂岩层产状水平或地质构造有显著的褶皱、断层有复杂的褶皱、断层倾斜很缓变化复杂、种类繁多、露头变化不稳定、露头中等、有岩层特征简单、露头良好不良、有滑坡、岩溶等复杂地较复杂地质现象质现象地形平坦、植被不地形起伏较大、河流灌木较岭谷山地、林木密集、水网、地形地貌发育、易于通行多、通行较困难稻田、沼泽、通行困难注：划分时可按“一项符合、就高划类”的原则执行。—$%&+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!工程地质测绘常用表格表!"#地质点观察记录表工程名称：勘察阶段：工作项目：年月日地质点编号高程（$）!：坐标位置"：层位观察重点产状走向（%）倾向倾角（%）走向（%）倾向倾角（%）岩层裂侵入岩体隙产断层状断层上盘岩层断层下盘岩层地质描述素描与示意图标本编号采集地点采集层位试验目的校核：记录：测量：共页第页—#’&&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#综合地层剖面、实测地层剖面测绘记录表工程名称：勘察阶段：工作项目：年月日测线层岩层产状岩层厚度（$）高程测线位点号坐标倾伏角代走向倾角地层描述剖面示意图（$）方位倾向视厚度真厚度（%）号（%）（%）校核：记录：测量：共页第页—(#’&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#野外节理裂隙统计记录表工程名称：勘察阶段：工作项目：年月日统计点编号位置统计点高程（$）统计点坐标!："：层位构造部位岩层产状岩性延伸长度张开宽度裂隙编号类型走向（%）倾向倾角（%）表面特征充填物与其他（$）（&$）校核：记录：测量：共页第页—*)(’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#泉、井调查记录表工程名称：勘察阶段：天气：气温：年月日地面高程编号位置井泉类型坐标（$）泉水出露高程或流量水温井水位高程（$）悬浮物、颜色透明度口味气味沉淀物地形地貌地层代号岩性岩层产状示意图：构造发育特征含水层、隔水层特征或泉水出露特征水利用情况访问资料水样编号试验项目照片编号校核：记录：测量：共页第页—(’&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!地貌类型划分表!"#地貌形态类型类高程相对高度名称坡度型（$）（$）极高山%&’’’%#’’’%(&)高山%#’’’高山中高山*&’’+&’’’&’’+#’’’%(&)低高山#’’+&’’高中山%#’’’山地中山中山#’’’+*&’’&’’+#’’’#’)+(&)陆低中山#’’+&’’地地中低山&’’+#’’’貌低山&’’+#’’’&)+#’)低山#’’+&’’丘陵,&’’,#’’高原%-’’高平原(’’+-’’平原平原’+(’’洼地海平面以下大陆架"(’’+’,’/#)大陆坡"*(’’+"#.’’0./*)大陆大陆基"&’’’+"(’’’#12’’+#1#’’边缘岛弧海平面以上海海沟"-’’’以下底地深海盆地"&’’’+".’’’貌大洋海山、海峰、平盆地海平面以下顶山和海底高地洋中洋中脊高出海底(’’’+.’’’脊中央裂谷深于海底#’’’+(’’’—#(&3— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#地貌成因类型成因类型侵蚀类型堆积类型重力崩塌剥蚀坡、滑坡减损带、谷坡蠕动崩塌堆积体、滑坡体、倒石堆坡面冲刷坡、片蚀浅沟、侵蚀沟、河床、干坡积裙、堆积斜坡、冲击锥、洪积扇、河漫河床、峡谷、深槽、离堆山、侵蚀阶地、基座阶流水滩、三角洲、滨河床沙堤、堆积阶地、河流泛地、劣地、塬、梁、峁、黄土喀斯特、跌水、风滥平原、泥石流口、袭夺弯、泥石流谷地石芽、溶沟、漏斗、竖井、坡立谷、干谷、盲石钟乳、石笋、石柱、石幕（幔）、喀斯特洼喀斯特谷、石林、峰林、溶洞、地下河地外动力冰斗、刃脊、角峰、冰悬谷、冰槽谷、羊背石、冰碛堤、冰碛阶地、鼓丘、冰碛垅、冰碛凹冰川作用锅穴地、漂砾、冰碛堰塞湖、冰碛阜、蛇形丘冰裂隙、泥炭丘、秃峰、热岩溶、冰冻风化石海、石川、冰锥、冰丘、网状丘、石环、石冻融残丘带、山原阶地石窝、风蚀垅岗、风蚀残丘、石蘑菇雅丹、风力石漠（戈壁）、沙漠、沙丘、沙垅风蚀凹地、风蚀谷海（湖）积阶地、沙嘴、滨海堤、离岸堤、拦海湖水海（湖）蚀穴、海（湖）蚀崖、海（湖）蚀阶地湾坝、连岛坝、滨海平原、泻湖生物兽穴珊瑚礁、泥炭沼泽、盐沼草丛、草丘堤垸、拦河坝和水库、城墙、市镇居民点、人类活动采矿场、运河、渠道、梯田、路堑人工岛夷平面、准平面、背斜谷、向斜谷、断层谷、方山、单面山、猪背山、背斜高地、地垒高地、构造断陷盆地、向斜盆地、地堑谷、裂谷内动力褶皱山、断块山、断层崖、断层线崖、盐丘高作用地火山口、火山濑、熔岩槽、熔岩洞、熔岩气火山锥、熔岩丘、熔岩台原、熔岩垅岗、泥火山、泥火山孔、火山热泉火山丘—&#%$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!沉积岩、岩浆岩（火山碎屑岩）、变质岩分类表!"#沉积岩分类表类别主要类型基本类型砾岩（!$%&&）!碎屑岩砂岩（!’()#&&*%&&）!粉砂岩（!’()(#&&*()#&&）!各类粘土岩粘土岩泥岩母岩风化产物组成页岩碳酸盐岩硅质岩化学岩蒸发岩（盐岩）其他化学岩（!+、,-、./、0）可燃有机岩生物遗体组成生物岩非可燃有机岩!该粒度碎屑含量大于1(2。—#%3#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#岩浆岩分类表橄榄岩—辉长岩—闪长岩—花岗闪长岩花岗岩—正长岩—霞石正长岩—苦橄岩类玄武岩类安山岩类—英安岩流纹岩类粗面岩类响岩类岩类钙碱性系碱性系钙碱性系碱性系超基性岩类基性岩类中性岩类中酸性岩类碱性岩类酸性岩类中性岩类全晶质等粒、辉长岩、花岗闪正橄榄岩、碱碱霞石正长半自形苏长岩、橄长岩、斜长花长岩、深成岩辉岩、角闪闪长岩性花性正岩、霓霞正长粒状或长岩、斜长花岗岩、英岗岩二长岩岗岩长岩岩似斑状岩闪石岩结构侵全晶入岩质细粒花正浅成岩等粒斑岗斑长斑辉绿岩、闪长玢状结构苦橄玢岩、花岩、云橄辉煌斑岩、云斜煌花岗闪霞石正长岩、金伯利岗伟煌岩、岩、拉辉煌斑岩、闪斜长斑岩斑岩介于岩晶岩、闪辉斑岩煌斑岩次喷浅成岩细晶正煌出岩和喷出岩岩岩之间无斑苦橄岩、碱拉斑玄碱隐晶质麦美奇岩、性流武岩、橄榄性粗或斑状玻基橄榄流纹岩、粗响岩、白榴喷出岩玄武岩、玄安山岩英安岩面岩、半晶质岩、玻基辉纹岩石英面岩石响岩武玻璃、细角斑玻璃质橄岩、玻基角斑碧岩岩结构辉岩岩—%#$#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#火山碎屑岩分类表大类正常火山碎屑类向沉积岩过渡的火山碎屑岩向熔岩过渡的火山碎屑岩（火山碎屑熔结火山碎屑岩普通火山碎屑岩层状火山碎屑岩沉积火山碎屑岩火山碎屑沉积岩亚类熔岩）亚类亚类亚类亚类亚类火山碎屑物相对含量$%&’(%&)(%&*%&’(%&$%&’*%&以压实胶结为主，火山灰分解物质成岩作用方式熔岩胶结熔结状有部分火山灰化学沉积物及粘土胶结胶结及压实胶结分解物质),-（)*%&）集块熔岩熔结集块岩集块岩层状集块岩沉集块岩,-’.（*%&’.&）凝灰质砾岩火山火山角砾岩角砾熔岩熔结角砾岩层状火山角砾岩沉火山角砾岩岩（火山砾角砾岩）碎屑石/.粒度名称（++）凝灰质砂岩、凝灰熔岩熔结凝灰岩凝灰岩层状凝灰岩沉凝灰岩凝灰质粉砂岩等—$.,#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#变质岩分类表类别主要岩石类型代表性种属名称板状构造板岩粉砂质板岩、碳质板岩千枚状构造千枚岩绢云母千枚岩、绿泥绢云千枚岩区域变质岩片状构造片岩白云母片岩、黑云母片岩、角闪片岩片麻状构造片麻岩钾长片麻岩、斜长片麻岩、花岗片麻岩块状构造石英岩、大理岩、麻粒岩、角闪岩斑点板岩黑云母斑点板岩、红柱石斑点板岩接触变质岩块状构造角岩白云母角岩、堇青石角岩云英岩白云母云英岩、电气石云英岩气—液变质岩块状构造矽卡岩辉石矽卡岩、石榴矽卡岩碎裂结构碎裂岩花岗碎裂岩、石英岩碎裂岩动力变质岩碎斑结构碎斑岩糜棱结构糜棱岩块状构造角砾状混合岩条带状构造条带状混合岩混合岩肠状构造肠状混合岩眼球状构造眼球状混合岩—&%$#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!常见岩石野外鉴别及定名表!"#常见沉积岩野外鉴定特征表岩石名称颜色组成物质胶结物结构构造一般特征呈厚层$巨厚层，表面起伏不随砾或角砾及硅质、铁质少砾岩及少见层平，锤击下，硅质胶结者胶结物胶结物的颜色而砾或角砾及岩屑见，钙质、泥质为块状角砾岩理和砾石一起断开，泥、钙质胶结变主，强度依次降低则沿胶结面断开交错层理发育，层厚不等，有硅质、铁质少水平、交色杂，以灰白、石英、长石、岩时有生物遗体包裹体、结核等，砂岩见，钙质、泥质为砂粒错层理、泥紫红、灰绿等多见屑和少量重矿物硅、铁质胶结者强度高，常形成主，强度依次降低裂、波痕等陡崖薄层理、石英、长石、云含粘土较多，表面粗糙无滑色杂，以灰白、泥质、硅质、铁斜层理及粉砂岩母及粘土矿物、重粉砂感，有时放在水中能泡软或裂紫红、灰绿等多见质、钙质条带状构矿物等开，具贝壳状断口造粘土经过中等程度的成岩后由其成分决定，泥质物占%&’无明显生作用，如压固、脱水等，厚度不泥岩多为灰白、灰绿、以上，少量为方解泥质泥质、块状层理等，部分可见微层理，具失水崩紫红、浅黄等石解特性泥岩经较高程度的后生作用，色杂，以灰绿、泥质物占%&’如重结晶、强固结晶，具劈理和页岩紫红、黑、灰黑多以上，少量为方解泥质泥质页理发育页理，呈薄片状，页理面平直，有见石发亮的云母碎屑薄至中厚层、厚层，层理清晰，方解石占%&’岩体表面有“太婆脸”和缝合线浅灰$深灰、灰石灰岩以上，少量为白云钙质隐晶质层状构造，加稀盐酸强烈起泡，喀斯白、淡黄、褐、黑石特现象普遍，地形上常呈陡崖绝壁白云石占%&’薄至中厚层、厚层，层理清晰，白云岩白、灰白、灰黑以上，少量为方解钙镁质结晶、粒状层状滴稀盐酸起泡，有喀斯特现象，石形成高峻地形灰、浅黄、浅红、(&’$&)’为泥质、常以夹层形式出现，强度低，泥灰岩钙泥质层状暗紫粘土物质隐晶质形成缓坡—#(*&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#常见岩浆岩野外鉴定特征表岩石名称颜色主要矿物成分结构构造其他特征橄榄石、辉石、角闪石、自形粒状、包含结易蚀变为蛇纹石、特橄榄岩黑绿、深绿块状黑云母构重辉石、基性斜长石、橄中、粗粒、他形晶、常呈小侵入体或岩辉长岩黑$黑灰块状、条带、眼球榄石、角闪石辉长、辉绿结构盘、岩床、岩墙基性斜长石结晶程辉石、基性斜长石，少辉绿岩暗绿和黑辉绿块状度比辉石好，易变为绿量橄榄石、角闪石泥石基性斜长石、橄榄石、细粒$隐晶、粗玄武岩黑、黑灰、暗褐块状、气孔、杏仁柱状节理发育，较重辉石玄、粒斑、辉绿中性斜长石、普通角闪和花岗岩、辉长岩呈闪长岩浅灰$灰绿、肉红半自形粒状、斑状块状石、黑云母过渡关系中性斜长石、普通角闪闪长玢岩灰$灰绿斑状块状石、黑云母红褐、浅紫、灰、灰斜长石、角闪岩、黑云斑状、交织及玻晶斑晶为中$基性斜安山岩块状、气孔、杏仁绿母、辉石交织长石、多定向排列钾长石、酸性斜长石和等粒、半自形、花在我国约占所有侵花岗岩灰白$肉红石英，少量黑云母、角闪块状、球状、斑杂岗、文像、蠕虫入岩面积的%&’石灰白、粉红、浅紫、石英、正长石斑晶，偶流纹岩斑状、隐晶质流纹、气孔较轻浅绿夹黑云母或角闪石正长石、普通角闪石，半自形粒状、斑酸性基性岩边缘小正长岩灰、玫瑰红块状、条带状少量斜长石、黑云母状、似粗面岩株浅灰、浅黄、粉红、透长石、正长石、中长基质细粒、致密多粗面岩斑状、球粒块状、流状、气孔浅紫、浅绿石、角闪石，黑云母少量孔，断口粗糙不平与正长岩之区别绝霞石浅灰、肉红、红、浅碱性长石、霞石、碱性半自形粒状，似粗块状、带状、似片不含石英、露头呈蜂窝正长岩绿辉石、碱性角闪石面麻状状浅绿、灰褐、灰白、霞石、碱性长石，少量略具脂肪光泽，沿节响岩斑状、隐晶块状黑绿、黑辉石理击碎时，发出响声富含挥发组分的硅酸伟晶岩浅$暗伟晶、文像酸性和碱性的脉岩盐残余岩浆细晶岩石英、酸性长石、钾长根据矿物不同，有基灰白、浅黄、肉红细粒他形晶（长英岩）石、白云母性、碱性多种暗色脉岩的总称，种类煌斑岩暗角闪石、黑云母、辉石全晶质、斑状较多。常成群产出，性易变，地表新鲜者少见—)#((— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#常见变质岩野外鉴定特征表岩石名称颜色主要矿物成分结构构造一般特征产状及分布灰绿、长石、石英、云母、角闪石为中粗粒、片麻状、结晶颗粒大小不均，主片麻岩灰白、暗主，含石榴子石、绿帘石、硅线鳞片、粒条带状、定要矿物结晶较粗，肉眼可分布广，变质较深绿石、电气石等状、变晶向排列以辨认色杂，云母、绿泥石、石墨、阳起鳞片、纤易沿片理面劈开，表面视矿物片状、定大面积分布，中等片岩石、长石、石英、滑石、角闪石斑状、显微有绢丝光泽或珍珠光泽，成分而向变质等变晶矿物颗粒常呈粗结晶状定灰绿、绢云母、绿泥石、石英等，肉显微变外表呈薄片，岩性致千枚岩黄褐、红千树状浅变质眼较难辨认晶密，具丝绢光泽，强度低等白、含杂质而方解石、白云石，有时含石呈各种粒状变块状、条由接触热液变质大理岩墨、蛇纹石、橄榄石、石英、云遇冷稀盐酸起泡不同颜晶带状及区域变质而成母等色和花纹大部分为隐晶质，致黑灰、浅变质、重结晶作肉眼难辨认，含变质矿物绢变余泥密，可分裂成薄层的石板岩灰绿、黄板状用不明显，未出现新云母、绿泥石质结构板，击之有清脆的石板绿矿物声，板面具光泽白、灰多为沉积石英砂白、浅粒状变具油脂光泽，坚硬，抗石英岩石英块状岩、石英岩接触变质紫、灰晶风化力强或区域变质而成黄、紫红根据变质程度的深浅，常见泥质岩石与黑至显微变角页岩粘土矿物块状含有堇青石、石榴子石、酸性岩浆岩的接触暗灰晶红柱石等变质矿物，致密带中酸性侵入岩与暗绿、块状或晶形完整粗大，常疏松石榴子石、辉石或绿帘石、粒状变碳酸盐类岩石或中矽卡岩暗棕、浅斑杂状、条多孔，有时为细粒或致密符山石等晶基性火山岩接触变灰带状状，比重较大。质而成暗灰为超基性岩浆岩，绿、墨块状、带质地较软，有滑润感，蛇纹石为主，含磁铁矿、橄经自变质作用而生蛇纹岩绿、黄隐晶状、交代角常见片理及其他碎裂构榄石、辉石、滑石等成，如橄榄岩、蛇纹绿、色泽砾状造，蜡状光泽石化形成不均匀灰黄、石英、白云母为主，含黄玉、中$细分布在花岗岩侵云英岩灰绿、粉电气石、萤石、绿柱石、金红石粒、花岗变块状疏松多孔入体边缘，接触带或红、浅灰等晶矿脉两侧变质程度不同，岩浆岩角砾状、与变质岩相互混合，经交粗粒、交条带状、眼代重结晶而成，成为角砾混合岩变化大，成分复杂代结构球状、网状、条带状、眼球状混合状、肠状等岩，变质岩基体少时，称混合片麻岩重结晶显著，多组片绢云母、绿泥石、钠长石、绿千枚状、强烈挤压和应力千糜岩细粒理，矿物定向排列、石英帘石、石英定向构造作用下形成重结晶由剧烈错动产生，高温脉状、剧烈错动带玻化岩黑玻璃质粒状块状熔融后快速冷凝而成内分布—(’&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!土的野外鉴别及定名表!"#粗粒土野外鉴别表名称野外鉴别细砾大部分颗粒直径在$%%左右（目测似高粱米粒）粗砂绝大部分颗粒直径在#%%左右（目测似小米粒）中砂大部分颗粒直径在&’(%%左右（目测似砂糖粒或白菜籽粒）细砂颗粒直径&’$(%%)&’#%%（目力仅能辨别）粉砂颗粒直径&’&(%%)&’&#%%（用手捻摸有类似玉米面或灰尘的感觉）表!"$细粒土野外鉴别表鉴别方法粘土粉质粘土粉土湿润时切面非常光滑，刀刃有粘腻的稍有光滑面，切面规则无光滑面，切面比较粗糙用刀切阻力湿土用手捻摸有滑腻感，当水用手捻摸仔细捻摸感觉有少量细颗粒，感觉有细颗粒存在，或感觉粗分较大时极为粘手，感觉不到有时的感觉稍有滑腻感，粘滞感糙，有轻微粘滞感或无粘滞感颗粒的存在湿土极易粘着物体，干燥后不一般不粘着物体，干燥后一碰粘着程度能粘着物体，干燥后较易剥掉易剥去，用水反复洗才能去掉就掉湿土搓条能搓成直径小于&’(%%的土能搓成直径&’(%%)$%%的能搓成直径$%%)*%%的土情况条，手持一端不致断裂土条条—#$,+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!断裂构造分级表!"#区域构造稳定性断裂构造分级分级名称延伸规模断裂类型工程地质问题区域构造背景研究、新岩石圈断裂一级、二级大地构造单元的构造运动研究和断层活区域性绵延数分界断裂，切割深度相当于岩动性的判定、地震危险性断裂带百公里石圈断裂或地壳断裂，对区域和水库诱发地震危险性地壳断裂构造应力场有控制作用评价、区域外动力地质作用研究等问题三级、四级大地构造单元的!型场（坝）区区域构造稳基底分界断裂，切割深度相当于基地区性数十至一定性和地震活动性评价、断裂底断裂或盖层断裂，其活动性断裂二百公里"型大型水库诱发地震及其受控于区域性断裂带，有时具他环境地质评价等盖层断裂地区特点场地地震地质条件评构造单元内部的局部性断地方性一二十价、山体稳定、大范围岩盖层断裂层，深度一般局限在沉积盖层断层公里体稳定和边坡稳定等问内，少数可能切入基底顶部题表!"$工程场区断裂构造分级分级分级名称延伸规模断裂类型工程地质问题区域构造稳定性、新构造运动、大断裂带、区域性或地区域或地天然地震和水库诱发地震危险性!%$&’(区性断层，深度至少切穿区性断层评价、与区域外动力作用的相互影一个构造层响等贯穿工程区的断层，深"大型断层#’()$&’(山体稳定、大范围岩体稳定度限于盖层岩体稳定、边坡稳定、坝基稳定#中型断层#&&()#&&&(断层，层间剪切带等小断层、小断层、延伸较长的节个别坝段稳定、地下洞室围岩稳$#&()#&&(大裂隙理、裂隙定、局部边坡稳定等细小的节理、裂隙、劈局部边坡与洞壁的岩块稳定，地%节理裂隙*#&(理基岩体完整性评价—#$,+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!节理裂隙统计分析!"#"$观测统计点的选择应符合下列要求："观测统计点应布置在测绘调查区范围，选择有代表性的地段进行裂隙观测统计。#不同工程地质单元应分别观测统计，一个工程地质单元内一般不少于$个观测统计点，每个观测统计点面积不宜小于#%#。$用于研究构造节理裂隙的观测统计点，位置选择应避开滑坡、卸荷、风化等非构造因素的影响。!"#"%野外观测记录应包括下列内容："节理裂隙的产状、规模、节理裂隙面性质、填充特征。#进行节理裂隙分组，观察研究切断错开、限制终止等分布规律以及共轭配套规律，分析节理裂隙的成因类型。$现场绘制节理裂隙编录图，比例尺可选用"&’()"&"(。*节理裂隙统计应符合本规程附录+表+,$的规定。!"#"&室内统计分析应包括下列内容："分组统计节理裂隙延伸长度、张开宽度、间距的最大值、最小值和常见值。#绘制玫瑰图、极点图、等密图，对节理裂隙的产状、发育规律进行定性、定量统计分析。$对裂隙的充填程度、充填物进行统计分析。充填程度可划分为全充填、半充填、局部充填、无充填四个等级。*分析节理裂隙的成生规律及其与本区构造发育特征的关系。标准用词说明执行本规程时，标准用词应遵守下表规定。标准用词说明标准用词在特殊情况下的等效表述要求严格程度应有必要、要求、要、只有⋯⋯才允许要求不应不允许、不许可、不要宜推荐、建议推荐不宜不推荐、不建议可允许、许可、准许允许不必不需要、不要求—"#-(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准水利水电工程地质测绘规程!"#$$—#%%&条文说明目次’总则(基本规定&准备工作)野外地质测绘工作的基本要求*野外地质测绘的调查内容*+’地貌调查*+#地层岩性调查*+(第四纪地层调查*+&地质构造调查*+)水文地质调查*+*物理地质现象调查*+,喀斯特调查*+-其他,资料整理-资料检验附录.各勘察阶段工程地质测绘比例尺附录/工程地质测绘复杂程度划分附录0工程地质测绘常用表格附录1地貌类型划分附录2断裂构造分级’总则!"#"!《水利水电工程地质测绘规程》（!03’)—,-）由原水利电力部于’$,-年颁发试行，至今已#%余年。—’#,’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#$%—&’是在总结我国()余年水利水电工程地质测绘工作实践的基础上编制的，发布试行()余年中对规范水利水电工程地质测绘工作的技术行为、保证技术质量起到了积极的作用，取得了良好的效果。近()年来，随着我国水利水电事业的发展和科学技术的进步，水利水电工程地质测绘在工程勘察实践中积累了丰富的经验，技术理论、技术方法和工作质量有了明显的发展。为进一步统一和明确水利水电工程地质测绘的工作程序、工作内容，保证工作质量，在认真总结!"#$%—&’试行()余年实践经验的基础上，有必要对!"#$%—&’进行修订。!"#"$本规程的适用范围，包括不同工程等别、不同工程规模的各类水利水电枢纽工程、引调水工程、堤防工程等综合性水利水电工程及除险加固、改扩建等单项工程的工程地质测绘。!"#"%工程地质测绘是水利水电工程地质勘察重要的基础工作。本条强调了工程地质测绘的重要性，明确了工程地质测绘的任务和作用。!"#"&工程地质勘察是为工程规划设计服务的。因此，只有充分了解工程规划设计意图和工程勘察的任务、目的，才能科学地有针对性地组织工程地质测绘。本条文还强调了工程地质测绘中应坚持的技术思想和技术作风。!"#"’与本规程有关的国家标准和行业标准有：$中国地震动参数区划图（*+$’,)-—())$）(岩土工程勘察规范（*+%))($—())$）,水利水电工程地质勘察规范（*+%)(’&—..）/冻土工程地质勘察规范（*+%),(/—())$）%地形图航空摄影规范（+*01$%--$—.%）-中小型水利水电工程地质勘察规范（!2%%—.,）&水利水电工程制图标准（!2&,—.%）’水利水电工程坑探规程（!2$--—.-）.堤防工程地质勘察规程（!201$’’—.-）$)水利水电工程测量规范（!2$.&—.&）$$水利水电工程天然建筑材料勘察规程（!2(%$—()))）$(水利水电工程施工地质规程（!"#$’—&’）$,水利水电工程地质勘察资料内业整理规程（!"#$.—&’）%基本规定%"#"!勘察大纲、测绘任务书是接受并完成工程地质测绘的工作依据。因此，开展工程地质测绘工作，应有测绘任务书并编制测绘作业计划，以保证测绘工作的正常开展。测绘作业计划的编制应按本规程/3)3%的规定执行。%"#"$本条规定了工程地质测绘工作应遵循的基本程序。具体内容按本规程第/4’章的规定执行。%"#"(地质点和地质线路是工程地质测绘进行地质现象观察研究的基本工作点和—$(&(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准工作线路。通过对地质点和地质线路的观察描述，可以真实地了解、记录地质现象的特征，可以进一步分析地质体的内部结构。因此，工程地质测绘要注意对地质点、地质线路的详细观察描述，注意点、线、面、体之间的有机联系，注意测绘成果之间、测绘成果与勘探成果之间的指导、验证、补充关系，使测绘成果更加全面、真实。!"#"$遥感影像资料具有视野开阔、区域范围大、信息量丰富、连续性强的特点，能够较全面地反映测区范围内的基本地质现象和地质规律，在通行困难的地区，更显优越。目前，我国遥感影像资料覆盖率已达!"#以上，地质解译、成图技术有了极大提高，为利用遥感技术进行地质测绘提供了可靠技术基础。因此，本规程中增加了利用遥感技术进行工程地质测绘的规定。!"#"%增加本条的目的是为了适应市场经济和内部管理的需要。&准备工作&"#"’(&"#"&工程地质测绘开展之前，全面收集、分析测区及周边地区已有资料，特别是有关的地质资料，并勾画草图、进行现场踏勘，可以了解测区地形地貌、地质概况以及交通、生活、工作条件，了解已有资料的可利用程度和存在问题，便于编制作业计划，合理组织测绘工作的实施。&"#")测绘作业计划是测绘工作顺利实施的重要保证。本条详细列举了编制测绘作业计划的内容，执行时可根据需要有所侧重。"野外地质测绘工作的基本要求)"#"*地形图和控制测量成果是工程地质测绘的必备条件。测绘人员在提出地形测量要求或接收使用地形测量资料时，应按本条规定执行。)"#"!通过测制地层柱状图建立测区典型、完整的地层剖面，可以总体掌握测区地层岩性的分布规律，确定地层填图单位和分层标志，对进行测绘具有指导作用。本条规定了测制地层柱状图的主要技术要求。实际工作中，常常是在测区不同部位测量多条剖面，编制综合地层柱状图。)"#"&$《中国地层指南及中国地层指南说明书》（修订版），系%&&$年全国地层委员会编制，地质出版社出版。’()$"—*+引用的《地层规范草案及地层规范草案说明书》系$!,&年全国地层委员会编制的。$!+&年全国地层委员会组织修改编写了《中国地层指南及中国地层指南说明书》，%&&&年修订编写了《中国地层指南及中国地层指南说明书》（修订版），其中对地层划分、地层单位、年代地层（地质年代）等做了原则规定。因此，本规程予以引用。)"#")工程地质测绘的基本方法可分为地质遥感测绘和实地测绘两种。地质遥感测绘，即利用航天、航空、地面遥感等地质遥感技术和影像资料成图的测绘方法。实地测绘，包括对地质点的观察标测及沿与地质界线相垂直的线路进行横向穿越—$%*-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准观察的横穿越或沿地质界线进行追索观察的界线追索。本条规定了不同比例尺测绘方法的应用原则。实际工作中，特别是大、中比例尺测绘，往往是各种方法综合运用，以达到测绘目的，满足精度要求为原则。本规程附录!对地质遥感测绘做了技术规定。!"#"$为保证测绘图件的精度和详细程度，本条仍沿用了原规程关于“"##”的规定。这是因为，图上"##的实际宽度为"##乘以图幅比例尺的分母，以$%&’’为例，则实际宽度为$#。对工程地质测绘而言，$#范围内可能蕴含了较丰富的地质现象，因此应予测绘。某些重要的地质现象，如断层、层间错动、挤压破碎带、软弱夹层、较大的裂隙等，即使图上宽度不足"##，但却具有十分重要的工程地质意义，有必要以扩大比例尺表示。!"#"%地质点和地质线路是工程地质测绘中地质现象的主要观察点和观察线。因此，地质点和地质线路的布置和间距以及定位标测，对于保证测图精度十分重要，应按照本规程的规定认真执行。近年来，卫星定位系统（()*）测量技术有了很大的发展，按照“满足精度”的原则，可用于地质点的标测。!"#"&现场观察描述和野外记录，是工程地质测绘现场第一手重要资料，应具有内容的真实性、与图件的符合性和记录的可追溯性。本条规定了工程地质测绘现场观察描述和野外记录的工作要求。!"#"’#地质图是工程地质测绘的主要成果。为如实反映测区的地质情况，地质草图的各种地质界线以及特殊地质现象应在野外实地勾绘和标注。!"#"’’地质剖面图是分析研究测区地层岩性、地质构造和专门性工程地质问题以及建筑物部位工程地质条件的重要图件。因此，应在测区纵横方向、特殊地质现象部位以及建筑物轴线部位测制地质剖面。中、小比例尺的地质剖面，一般可在平面图上切制，主要地质现象应实地校核；专门性地质问题和建筑物轴线的大比例尺剖面的地形线和地质界线应实测。+堤防、引调水、灌溉等线性工程的地质剖面图常使用变态比例尺表示，本款对使用变态比例尺做了原则规定。!"#"’(利用简易测试仪器和方法了解岩（土）体的原位工程地质特性，可以补充测绘的工程地质内容。简易测试仪器和方法，主要指便携仪器，如回弹仪、点荷载仪、微型贯入仪等。对可能含有放射性元素的岩石（岩体），可应用手持伽玛仪了解放射情况。!"#"’!本条规定的“校测点宜为地质点的$’,-.’,”，是指按相应精度要求应布置地质点的$’,-.’,。校测点应选择主要地质界线和地质现象上的地质点。!"#"’)野外现场资料是最终成果资料的基础。对野外现场资料的及时整理分析、及时检查纠正、及时补充完善，才能保证最终成果资料内容完整、质量可靠。野外现场资料应当天检查、阶段小结。检验各种记录内容是否真实齐全，分析、核对原始图件是否符合实际，整理各种标本，应送验者及时送验。地质点复查，是对现场资料的直接检验，要保证地质点的现场复查量，发现问题及时纠正。通过阶段小结，进一步统一工作方法和技术认识，协调各测绘小组的工作。—$"/+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!野外地质测绘的调查内容!"#地貌调查!"#"#本条规定了地貌调查的基本内容。地貌地质和地貌环境条件常常是影响工程选址的重要因素。因此，工程地质测绘要重视地貌调查。!"#"$河谷地貌调查主要包括河谷发育特征、河谷纵剖面和横剖面特征及河流阶地的调查。河谷发育特征，按河谷生成类型可分为：侵蚀河谷、构造河谷、火山河谷、岩溶河谷等；按河谷形态可分为：对称谷、不对称谷、!形谷、"形谷、隘谷、嶂谷、峡谷等；按河谷与地质构造的关系可分为：横谷、斜谷、背斜谷、向斜谷、单斜谷、断裂谷等。河谷纵剖面的调查，要注意山区侵蚀性河流的河床地貌。石质浅滩和深槽，常形成急流险滩；石槛的形成与构造、岩性等有关，常形成瀑布或跌水；壶穴是基岩河床被水流冲磨的深穴，常分布在基岩节理裂隙发育或构造破碎带处。此外，要注意河床溯源侵蚀现象的存在。河谷横剖面的调查，要注意差异明显的不对称现象，分析其与地形、地层岩性、地质构造的关系。河谷形态变化较大时，应做多个横剖面调查，以全面了解河谷的发育特征，分析其与工程布局的关系。河流阶地的调查，要结合河谷纵横剖面的调查分析阶地沉积结构和地貌特征，判定阶地的成因和类型。要注意纵剖面方向阶地类型及高度的变化，要注意河流阶地与构造剥蚀阶地、冲积锥或洪积扇阶地、滑坡阶地和泥石流阶地等非河流阶地的区别。!"#"%河口是河流入海、河流与海水相互作用的地段。河口区的形态、发展是河流、潮汐、海浪及海流等相互作用的结果。由于河流输入沙量的不同以及海水动态条件的差异，可以形成不同的河口形态，如三角洲、河口湾、溺谷等。三角洲是河口区主要地貌形态，分布在河口段和口外海滨段。其形态类型可划分为鸟足状、扇状、鸟嘴状和港湾式三角洲四种。河口地貌调查在防潮闸、潮汐电站等工程地质测绘中是必要的。!"#"#&新构造运动和活动性断裂的特征，往往直接或间接地通过地貌反映出来。通过对地貌、地形特征特别是异常地貌现象和明显差异的地形形态的调查，可以分析研究新构造运动和活动性断裂的存在。#$%地层岩性调查!"’"’&’()*—+,对层状岩单层厚度分级标准未做规定。本条规定的层状岩单层厚度分级标准（表#$%$%），经过表)的分级标准，并根据多年来水利水电工程地质测绘的实践经验，参照-.*/%,+—00附录1《岩体结构分类》的有关规定制定。—)%+*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!层状岩单层厚度分级标准对比表单位："#厚叶薄叶分级巨厚层厚层中厚层薄层极薄层片状片状《岩土工程勘察规范》)!’’!’’*&’&’*!’+!’（$%&’’(!—(’’!）《工程地质手册》（第三版）)!’’!’’*&’&’*!’!’*((*’-(’-(（中国建筑工业出版社，!,,(）英国标准协会《场地勘察实)(’’(’’*1’1’*(’(’*11*((*’-1+’-1施规范》（%.&,/’：!,0!）《中小型水利水电工程)(’’(’’*1’1’*(’(’*1+1地质勘察规范》（.2&&—,/）!"#"$%!"#"&对各岩类应调查的内容做了一般规定。软弱岩石具有强度低、变形模量小、水理性质差、流变效应明显的特征，历来是工程地质研究的重要课题。因此，进行地层岩性调查，要特别注意对软弱岩石的调查分析。对软弱岩石目前还没有统一的定义，一般认为应包括三个方面的岩石：!软质岩石（软岩），如粘土岩、页岩、软质泥灰岩、软质凝灰岩、千枚岩、片岩、膨胀岩等；"构造岩或断裂破碎岩；#风化岩。1-(-/第3款强调的是对软质岩石的调查，构造岩、断裂破碎岩及风化岩的调查在地质构造调查和物理地质现象调查中做出相应规定。!"#"’《中国区域年代地层（地质年代）表说明书》系全国地层委员会编制，地质出版社(’’!年出版。!"$第四纪地层调查!"$"(考虑水利工程，特别是平原区水利工程勘察的特点，本规程专列一节规定了与水利水电工程关系密切的第四纪地层调查的基本内容。!"$"$特殊土具有特殊的工程地质性质。在进行特殊土调查时，应进行必要的特性指标试验，如膨胀土的自由膨胀率、湿陷性黄土的湿陷系数、红粘土的收缩性、软土的灵敏度、冻土的冻胀率和融沉系数、盐渍土的含盐性质和含盐量、分散性土的针孔试验和碎块试验等，以便分类定名，了解其主要工程地质特性。!"$")第四纪沉（堆）积物的成因环境、分布特征与地形地貌、地表水径流以及物理地质作用密切相关。因此，要注意分析两者之间相互作用、相互成生的关系。在分析第四纪沉积物分布异常地段是否有新构造活动时，要注意区分因物理地质作用造成的异常分布现象。!")地质构造调查!")"(地质构造是控制、影响地貌形态、水文地质、岩溶发育、岩体风化、岩体物理力学性质的重要因素，是评价区域稳定性和场区工程建筑物稳定性的重要依据。本条规定—!(41— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准了进行地质构造调查必须的基本内容。对有关规定做如下说明：（!）所属大地构造单元，可按中国大地构造图和地方性区域地质志划分确认。（"）活断层一般被理解为目前仍在持续活动的断层或在近期地质时期活动过，并有可能重新活动的断层。活断层的判定按#$%&"’(—))中*+"+,-*+"+(的有关规定执行。（,）区域构造背景调查分析的内容和范围包括：收集分析工程区,&&./范围内区域性断层及地震活动性资料，进行!、"级大地构造单元和地震区划分；调查工程区"&./-*&./范围内的区域性断裂及其活动性；进行工程区’./范围内的专门性构造地质测绘，判定对工程区有影响的活断层。!"#"$褶皱类型按轴面和两翼产状的特征可有多种划分。本规程推荐按横剖面形态划分的背斜褶皱、向斜褶皱以及按轴面和翼部产状划分的直立褶皱（对称褶皱）、歪斜褶皱（不对称褶皱）、倒转褶皱、平卧褶皱等进行描述。特殊形态者，可以相应名词描述。褶皱内部低序次构造种类很多，诸如次级褶皱、断裂（节理、裂隙）、揉皱、挠曲及层间错动、面理、线理等。对次级构造的调查分析可以从一个侧面了解、阐明褶皱的特征。同时，次级构造往往是工程地质问题所在。!"#"%本条做如下说明：（!）断层分类有依据形态（几何关系）和依据成因划分两大类型。此外，尚有多条断层的组合类型。本规程推荐以形态分类进行断层及其组合类型的描述：#根据断层走向与区域构造线方向的关系分为：纵断层、横断层、斜断层；$根据断层产状与地层产状的关系分为：走向断层、倾向断层、斜向断层；%根据断层两盘相对错动的方向分为：正断层、逆断层、平移断层；&根据断层不同排列组合型式分为：阶梯断层、地堑、地垒、叠瓦构造等。（"）构造岩是一种次生的破碎岩，种类较多。本条第*款所指为断层构造岩，主要包括断层泥、糜棱岩、片状岩、断层角砾岩、压碎岩、碎块岩等。对构造岩的调查，不仅便于判定断层的性质和类型，更重要的是分析其不良的工程地质性质对工程建设和运行的影响。（,）断层的形成机制是断层形成和发展的力学过程，这是一个复杂的问题。野外测绘中只能根据直观的断层产状、性质、形态及构造岩的特征反推分析其形成的力学性质、基本应力状态、变形环境、边界条件等因素，从而判定断层的基本形成机制。（*）缓倾角断层，一般指倾角小于,&0的断层。!"#"#本条规定了节理裂隙张开度、延伸长度、发育程度、粗糙状态的分级、分类标准。节理裂隙张开度是指结构面两侧岩壁间的垂直距离。分级标准（表1+*+*2!）参照#$%&"’(2))附录3《围岩工程地质分类》3+&+,条第,款结构面状态评分规定，对456!%—(’表%的分级标准加以修改制定。节理裂隙延伸长度是结构面展布范围和延续性的表征。分级标准（表1+*+*2"）根据国际岩石力学学会试验室和现场标准化委员会!)((年提出的《岩体不连续面定量描述的建议方法》中关于结构面延续性的描述标准制定。节理裂隙发育程度是以结构面间距表征的。分级标准（表1+*+*2,）仍按456!%—(’表*的规定。—!"((— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准节理裂隙面的粗糙状态，对于分析结构面的抗剪强度有重要意义。野外测绘中很难用起伏度、起伏差等指标具体化表征，只能进行粗糙状态描述。粗糙状态分类（表!"#"#$#）参照有关资料，根据实践经验制定。!"#"$层间剪切带调查中要注意对泥化夹层的调查，特别是分布广泛、连续性强、倾角小于%&’的缓倾角泥化夹层，应采用大比例尺单独对其进行调查描述，并分别在不同部位采取多个样品，以备进行全面的分析研究。!"$水文地质调查!"$"%岩性及岩体结构是划分、判断透水层和相对隔水层的主要地质依据。但在一定条件下，特别是构造断裂发育时，可以发生变化。例如，在不透水地层中，裂隙发育均匀时，就具有一定的含水性或透水性。因此，在透水层和相对隔水层调查中，要注意结合地层岩性、构造断裂等进行综合分析。!"$"$工程施工和运行引起水文地质条件改变对工程和环境的影响分析主要包括：!渗漏及渗透破坏；"岩（土）体性状的恶化；#土壤盐渍化、沼泽化；$水库浸没、水库触发地震等环境工程地质问题。!"!物理地质现象调查!"!"&本条规定了物理地质现象调查的基本内容。在原规程的基础上增加了卸荷、蠕变、黄土喀斯特等调查内容。!"!"’进行岩体风化调查时，要特别注意全风化岩与残积土的区别。!"!"%卸荷裂隙、卸荷带的发育与岩性和岩体结构有关，受地貌形态和原始应力状态控制。因此，在进行调查时，要特别注意深切河谷和高残余构造应力区卸荷裂隙和卸荷带的发育特征。!"!"#滑坡调查是各种物理地质现象调查中的重要内容，规模巨大的滑坡对工程的安全性危害极大。根据不同的原则和指标，对滑坡有多种分类方法。如按滑坡的发展阶段分类、按滑坡的滑动力学特征分类、按滑坡的岩土类型分类等。常用的滑坡分类如表(所列。实际工作中，应结合发生滑坡作用的地质环境和形态特征以及形成滑坡的因素进行综合分类。!"!"(泥石流调查范围应包括形成区、流通区、堆积区。!"!")黄土喀斯特是指在黄土地区由于地表水、地下水的冲蚀、潜蚀作用以及其他外动力地质作用形成的黄土洞穴、黄土盲沟、黄土漏斗、黄土井等特殊的微地貌形态构成的物理地质现象。表(常用滑坡分类表!!!分类因素类型分类因素类型!!!!!!!基岩滑坡高速滑坡组成物质堆积层滑坡滑移速度中速滑坡!混合型滑坡慢速滑坡—+(*)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!!!分类因素类型分类因素类型!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!小型滑坡新滑坡中型滑坡形成时代老滑坡规模!大型滑坡古滑坡!!!!!!!特大型滑坡稳定牵引式滑坡稳定性基本稳定破坏方式!推移式滑坡稳定性较差!"#喀斯特调查!"#"$喀斯特是一种特殊的地质现象。喀斯特渗漏以及喀斯特洞室稳定和突发涌水等，是可溶岩地区的主要工程地质问题。根据可溶岩地区工程地质测绘的特性，本规程将喀斯特调查专列一节规定了喀斯特调查的基本内容。!"#"%喀斯特洞穴调查要注意对负地形、封闭地形的分析和对溶蚀痕迹的追索调查。!"#"&喀斯特泉，特别是多潮泉、反复泉和涌泉，是岩溶地下水特殊的赋存和运动形式，其形成机理十分复杂，多与岩溶管道的发育和存在有关，水库蓄水后可能成为渗漏通道，发生管道式渗漏。因此，要注意对喀斯特泉的调查。!"#"!详细调查工程区喀斯特的分布范围和天然封闭条件，不仅可以据此分析可能的工程地质、环境地质问题，也可以了解可充分利用的有利的地质条件。为研究水库区渗漏问题，测绘调查范围需要包括坝库区一个完整的岩溶水文地质单元，不能仅以地形分水岭所包围的范围为限，一般应包括水库两岸的低邻谷。!"’其他!"’"%附属建筑物工程地质测绘可按!"#$$%&—%$$&中的有关规定执行，也可参照相应工程如桥梁、道路等规程、规范的有关要求执行。!"’"&采空区是指对地下矿层开采后形成的采空区。在调查采空区的分布情况时，应了解地表变形的特征，如地表陷坑、台阶、裂缝的位置、形状、大小、深度及延伸方向等。#资料整理#"("$)#"("%资料整理包括原始资料和最终成果资料两部分。本条强调了原始资料应在现场及时整理，最终成果资料在外业测绘工作结束后应立即进行内业整理的要求。#"("&本条规定了资料内业整理的基本要求和内容。执行时，可根据实际需要进行调整。资料内业整理工作中，要尽量采用计算机技术。—&%(’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$资料归档的规定是指本单位或上级主管部门的有关规定。%资料检验%"#"&本条规定了资料检验人员的资格以及基本检验程序。检验人员资格的认定和检验的具体程序，应与本单位通过认证的质量文件的规定相适应。附录!各勘察阶段工程地质测绘比例尺本附录列出的各勘察阶段、各测绘地区应选择使用的比例尺（表!），是根据"#$%&’(—))和*+$$—),的修订意见并增加了堤防工程的内容编制的。工作中可根据实际需要，按照“满足精度”的原则进行调整。附录-工程地质测绘复杂程度划分工程地质测绘复杂程度分类（表-），是根据国家计委、建设部《工程勘察设计收费标准》（&%%&年修订本）的有关规定编制的。使用时，可按照“一项符合、就高划类”的原则执行。附录.工程地质测绘常用表格本附录对野外记录使用的卡片、表格的格式内容做了统一规定。工作中可根据实际需要进行调整。附录/地貌类型划分按地貌形态类型和按地貌成因类型进行地貌类型的划分是两种最基本的方法。按地貌的形态类型划分，主要考虑地貌的几何形态特征和地貌的测量特征，如高度、坡度、切割程度等；按地貌成因类型划分，主要考虑地貌形成的物质基础、地貌形成的动力和地貌形成发展的因素，如岩性、地质构造、内力地质作用（垂直运动、水平运动、岩浆活动）、外力地质作用（剥蚀作用、搬运作用、堆积作用）以及内外营力的相互作用和气候、植被、人类活动等。本附录表/01、表/0&采用《中国水利百科全书（第二版）水利工程勘测分册》中关于地貌类型的划分标准。附录2断裂构造分级断裂构造分级我国目前尚无统一标准，通常按区域和工程场区两个层次进行断裂构—1&’%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准造分级。本附录表!"#和表!"$采用《中国水利百科全书（第二版）水利工程勘测分册》中关于断裂构造分级的标准。—#$%#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准水利水电工程钻探规程!"#$%—#&&’!"#$"%&’()*+)$+,#’+--+,.%"’/(*$’’$0"1’)$0(,#23#’"&"/$’$,.+,$$’+,.—%#(#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利部关于批准发布《水利水电工程钻探规程》!"#$%—#&&’的通知水国科［#&&’］(’&号部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务）局，新疆生产建设兵团水利局：经审查，批准《水利水电工程钻探规程》为水利行业标准，并予发布。标准编号为!"#$%—#&&’，在水利行业代替原《水利水电工程钻探规程》)"*&%’—$#。本标准自#&&(年%月%日起实施。标准文本由中国水利水电出版社出版发行。二!!三年九月二十七日前言根据水利部水利水电规划设计管理局（水总局科［#&&%］%号）文件和《水利技术标准编写规定》（!"%—#&&#）。对《水利水电工程钻探规程》（)"*&%’—$#）进行修订。《水利水电工程钻探规程》共%’章(*节%+’条和’个附录，主要包括以下技术内容：水利水电工程钻探的目的、适用范围和施工的依据。水利水电工程钻探术语、钻探方法、岩芯和原状样采取方法、冲洗液和护壁堵漏、钻探质量、孔内事故处理、水上钻探、冰上钻探和安全生产。本次修订的主要内容有：———对结构进行了部分调整；———增加了前言的基本信息内容；———增加了术语和符号、钻孔取原状样和取样器、空气潜孔锤钻进、钻探安全生产和附录,；———对总则、钻探方法、冲洗液和护壁堵漏、大口径钻探、钻探质量、孔内事故预防和处理等内容进行了修订；———取消了钢粒钻探、特种钻探、钻探机械的使用与维护；———增加了标准用词说明；———改变了附录-、.。本标准中’/’/#第#款，(/’/#，(/’/(，0/’/%第%、#款，0/(/%，0/*/*第*、+款，%#/’/%，—%#0’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#$#"，!"#%#!，!$#!#$，!$#"#!第"、$款，!$#"#%第$款，!$#$#!第!、%、&、’款，!$#$#"第$款，!$#$#$第$款，!$#&#$第!、"款，!$#&#%第!、"款为工程建设强制性条款，采用黑体字印刷。本标准所替代标准的历次版本为：()&*!$—+"本标准批准部门：中华人民共和国水利部本标准主持机构：水利部水利水电规划设计总院本标准解释单位：水利部水利水电规划设计总院本标准主编单位：水利部东北勘测设计研究院本标准参编单位：水利部湖南省水利水电勘测设计研究院本标准主要起草人：孙志峰路殿中冯宏庄景春彭春雷卢丽莎田野王文琦本标准审查会议负责人：关志诚本标准体例格式审查人：牟广目次!总则"术语和符号"#!术语"#"符号$钻探准备工作及开孔⋯⋯⋯$#!一般规定$#"钻探设备的使用与维护$#$修建钻场、设备安装和拆迁$#%开孔与止水%覆盖层及特殊地层钻探%#!回转钻探%#"冲击钻探%#$孔内爆破%#%钻孔取样%#&岩溶地层及滑坡区钻探&硬质合金钻探&#!钻头的选择和使用&#"钻进技术参数及要求’金刚石钻探’#!管材和钻具’#"钻头、扩孔器的选择与使用—!",%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#钻进技术参数!"$钻进技术要求!"%绳索取芯钻探&空气潜孔锤钻探&"’一般规定&"(钻进参数的选择&"#钻进技术要求)水上钻探)"’一般规定与钻场类型)"(漂浮钻场)"#钢索桥钻探)"$冰上钻探)"%近海钻探*大口径钻探*"’钻进方法和钻探设备技术参数的选择*"(准备工作*"#钢粒钻进*"$全断面反循环钻进’+冲洗液和护壁堵漏’+"’冲洗液’+"(护壁堵漏’’孔内事故预防和处理’’"’孔内事故预防’’"(孔内事故处理’(钻探质量’("’岩芯、土样和水样的采取’("(钻孔弯曲与孔深校准’("#封孔与长期观测装置的安装’("$原始报表’("%竣工验收’#钻探安全生产’#"’一般规定’#"(钻进安全规定’#"#大口径钻进安全规定’#"$水上钻探安全规定’#"%其他方面安全规定’#"!环境保护安全规定附录,岩芯钻探岩石可钻性分级表—’()%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!岩芯钻探班报表附录"岩芯牌标准用词说明条文说明!总则!"#"!为提高水利水电工程钻探质量和效率，降低生产成本，确保安全生产，制定本标准。!"#"$本标准适用于水利水电工程地质钻探工作。!"#"%钻探工作以查明地质条件为目的，应以地质勘测大纲或钻孔任务书为依据进行准备和施工。!"#"&在执行本标准时，各勘测单位可根据实际情况，制定实施细则。!"#"’本标准的引用标准主要有以下标准：———《钻探工程名词术语》（#!$%&%—’’）———《爆破安全规程》（#!()**—$’(）———《金刚石岩芯钻探用无缝钢管》（+!,-&.&*—$/）———《金刚石岩芯钻探用管材螺纹》（01%2%—’3）!"#"(水利水电工程钻探除应符合本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规定。$术语和符号$"!术语$"!"!钻进45677689钻头钻入地层或其他介质形成钻孔的过程。$"!"$钻探45677689为探明地下资源及地质情况的钻进。$"!"%岩芯钻进:;5<45677689以采取圆柱状岩（矿）芯为目的的钻进方法与过程。$"!"&金刚石钻进46=>;8445677689利用金刚石钻头破岩的钻进。$"!"’硬质合金钻进?@89A?<8B:=5C64<45677689利用硬质合金钻头破岩的钻进。$"!"(绳索取芯钻进D65=<— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!———钻头直径，!!；"———滚刀大头直径，!!#———冲击频率，"#；$———最优转角，（$）；!———钻孔顶角，（$）；———钻孔倾角，（$）；"#———钻孔方位角，（$）；%———钻头压力，%&；&———冲洗液量，’(!)*。!钻探准备工作及开孔!"#一般规定!"#"#钻探施工前，应根据地质勘测技术大纲或钻孔任务书的要求和踏勘情况，编制施工组织设计。!"#"$钻进方法应根据地质结构特点、岩石可钻性和地质技术要求等进行选择，并应符合表+,-,.的规定。岩石可钻性等级应按附录/的规定确定。表+,-,.常用钻进方法钻进方法岩石可钻性等级和特点表镶金刚石回转钻进01--级，较完整均一岩层孕镶金刚石回转钻进01-.级，较破碎不均一岩层金刚石冲击回转钻进21-.级，坚硬打滑岩层硬质合金钻进-13级，软、中硬岩层硬质合金冲击回转钻进415级，中硬岩层冲击钻进-14级，松散地层空气潜孔锤钻进01-.级，较完整均一岩层!"#"!钻探设备应根据钻孔深度、孔径、倾角、地质结构特点和钻进方法等因素进行选择。!"$钻探设备的使用与维护!"$"#钻探设备应按随机说明书或有关技术资料进行使用和维护保养，保证钻探设备经常处于良好技术状态。!"$"$钻探设备的使用和检修应填写使用检修记录，并与设备档案一起保存。!"$"!应经常保持钻探设备清洁和润滑部位的润滑良好。—-.55— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!修建钻场、设备安装和拆迁!"!"#修建钻场应符合下列要求：!钻孔孔位必须符合地质任务书要求，应避开地下设施和构筑物，应考虑施工的安全和方便，钻孔定位后不得擅自移位。"钻场地基应坚实，钻场位于松软岩层上时应挖好排水沟。#钻场位于斜坡上时，填方部位不得大于地基面积的!$#或者采用桁架式钻场。%修建钻场时应建好冲洗液循环系统。&雨季时，根据地形条件，对钻场应采取加高地基或开挖排水沟、建防洪堤等保护措施。!"!"$钻探设备安装和拆迁应遵守下列规定：!设备安装应稳固、周正、水平，各类连接螺栓应加垫固紧。各传动轮必须对线，钻孔中心与立轴和天车前沿应在同一条直线上。"竖立和拆卸钻架应在机长统一指挥下进行。立放钻架时，左右两边设置牵引绷绳以防翻倒，严禁钻架自由摔落。滑车应设置保护装置。轻型钻架的整体搬迁，应在平坦地区进行，高压电线下严禁整体搬迁。#钻架架腿应压住钻机枕木。%安装斜孔钻架，前两腿与水平面夹角应小于钻孔设计角度"’(&’，而后腿应与水平面呈))’(*#’的夹角。天车位置应稍高于钻孔中心延长线。&拆卸机械时，严禁猛敲乱打。解体后，零部件的孔眼应堵严，仪表油管、螺钉、螺母等小件应装回原位或妥善保管。!"%开孔与止水!"%"#开孔应遵守下列规定：!开孔应按钻孔结构设计进行。"开孔时应随时校正钻孔的顶角和方位角，使之符合设计要求。#开孔应逐渐加长钻具钻进，套管宜下入完整基岩内+,&-。%下入孔内的套管管脚宜固定，连接螺纹应采用粘接剂粘牢。!"%"$孔口管管脚止水应符合下列规定：!孔口管下入位置：一般松软岩层应下入隔水层中，基岩要下入较完整的相对隔水层中。地表水不得流入钻孔内，冲洗液不得漏失。"有止水技术要求的孔口管管脚应采用水泥止水。#常用的止水材料可选择粘土、水泥、胶塞等。—!"*.— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!覆盖层及特殊地层钻探!"#回转钻探!"#"#泥浆护壁硬质合金钻进应遵守下列规定："应适用于土层。#应选择双管钻具取芯，退出岩芯应采用水压法。$应采用肋骨钻头，加大内出刃$%%，钻具长度小于$%。!钻进应保持充足的冲洗液量和较高的钻进速度。&采用低失水量泥浆，钻进中发生孔内造浆或稀释时，应及时调整泥浆指标。’回次钻进终了时，可干钻"((%%)"&(%%卡取岩芯。*在粘土和泥岩地层可采用普通单管钻具钻进，深孔应采用投球单管钻具。!"#"$套管护壁硬质合金干钻应遵守下列规定："应适用于砂层或砾石层。#钻具长度宜为#%。$可用小一级单管干钻取样，再用大一级钻具扩孔。!每次干钻取样进尺不得超过(+&%。&及时跟入套管。!"#"%螺旋钻、勺钻钻进应遵守下列规定："应适用于土层。#钻进时应经常提动钻具，防止夹钻。$每次进尺不得超过钻头体长度。!螺旋钻具螺旋角的选择，应适合地层特点。!"#"!全孔反循环钻进，应符合本规程,+!节的规定。!"$冲击钻探!"$"#打入取样钻进应遵守下列规定："应适用于土层、砂层及粒径小于"((%%的卵砾石层。#采用小一级钻具打入地层取样，用大一级钻具扩孔。$钻具长度以#%为宜，宜采用孔内冲击。!可下入套管护壁。!+#+#有阀打入或压入取样钻进应遵守下列规定："应适用于饱和的粉细砂和软土层。#孔壁极不稳定时，应先打入套管，然后取样钻进。$砂层中可采用弹簧管打入取样钻进。!"$"%冲击管钻取样钻进应遵守下列规定："应适用于卵石最大粒径小于"$(%%的松散地层。—"#,(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!钻具规格的选择，应满足地层中大多数卵石粒径小于管钻阀门张开后的直径。"选用跟管护壁。#抽筒长度应大于$%&’，冲程(%$)’*(%"(’。)跟管护壁应先打管后掏料。管钻外径与套管内径间隙应保持)’’*$(’’。&管钻抽料以小于半管为宜。+套管内水位应高于地下水位"’。,破碎大直径砾石可选用一字钻头。!"#"!泥浆护壁冲抓锥钻进应遵守下列规定：$应适用于卵砾石地层，孔径为)((’’*$"((’’的钻孔。!应选择专用冲击钻机钻进。!!"冲抓锥质量为$)-$(./*!)-$(./，破岩与取样相结合。#破岩工具应配用一字钻头或十字钻头。)孔口管内径应大于钻头直径(%!’，长度应大于$%)’，孔口管四周应用粘土夯实。&孔内泥浆液面应高于地下水位"’。+孔内岩渣应及时用抽筒打捞，其沉淀层厚度不得超过(%)’。!"$孔内爆破!"$"%爆破物品的购买、运输、制作、储存与使用必须遵守《爆破安全规程》（01&+!!—$2,&）和《中华人民共和国民用爆破物品管理条例》。!"$"#爆破材料必须进行防水处理，药包外径宜小于套管内径!(’’。!"$"$孔内爆破的药量应按表#%"%"的规定确定。表#%"%"孔内爆破炸药用量漂石直径（’）药包顶部距管靴底端的距离（’）胶质炸药量（./）(%!)*(%#((%)(%$*(%!(%#(*(%&((%)*(%+(%!*(%#%(%&(*(%,((%+(%#*(%+(%,(*$%!((%+*$%((%+*$%(!"$"!爆破药包的包装必须由持证专业人员在距离钻场&’’以外安全范围进行作业。!"$"&药包与孔口安全距离：在水下作业应大于"’，干孔作业应大于)’。!"$"(在水下作业时药包下部应用重物坠住。!"$")孔内盲炮处理：胶质炸药应下小型药包引爆，硝铵炸药可钻坏药包使之溶解。!"!钻孔取样!"!"%钻孔取样应遵守下列规定：$采取原状土样的钻孔，孔径应比使用的取土器外径大一个径级。!在地下水位以上，应采用干钻法钻进，不得注水或使用冲洗液。土质较硬时，可采—$!2$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准用二重管或三重管回转取土器，钻进、取样合并进行。!在饱和软粘性土、粉土和砂土中钻进，宜采用泥浆护壁。若采用套管护壁时，应先钻进后跟进套管，套管管脚的下设深度与取样位置之间应保留!倍管径以上的距离。不得向未钻过的土层中强行击入套管。"钻进宜采用回转方式，不得使用底喷式钻头钻进。在采取原状土样的钻孔中，不宜采用振动或冲击方式钻进。#取土器下放之前应清孔。采用敞口取土器取样时，孔底残留浮土的厚度应小于#$%。&应保持钻进平稳，防止钻具回转时抖动，升降钻具时应避免对孔壁的扰动破坏。!"!"#贯入式取土器取样应遵守下列规定：’取土器应平稳下放，不得冲击孔底。取土器下放后，应校核孔深与钻具长度，残留浮土厚度不得超过规定。(采取!级原状土样，应采用快速、连续的静压方式，贯入速度不小于)*’%+,。采取"级原状土样可使用间断静压方式或重锤少击方式。!贯入取样管的深度宜控制在总长的-).。贯入深度应在贯入结束后量测并记录。"提升取土器之前，为切断工样与孔底土的联系，可以回转(圈/!圈或者稍加静置之后再提升。#提升取土器应做到均匀平稳，避免磕碰。!"!"$回转式取土器取样应遵守下列规定：’采用单动、双动或三重管采取原状土样，应保持平稳回转钻进，使用的钻杆应事先校直。可在取土器上接加重导向钻杆。(冲洗液宜采用泥浆。钻进参数宜根据地质特点确定。!取样开始时应将泵量减至能维持钻进的最低限度，然后随着进尺的增加，逐渐增加至正常值。"回转取土器应具有可调内管超前长度的管靴。如土质变软，可使内管超前增加至#)%%/’#)%%。对软硬交替的土层，宜采用具有自动调节功能的单动双管或三重管取土器。#对硬塑以上的硬质粘性土、密实砾砂、碎石土和软岩中，可使用双动三重管取样器采取原状土样。对非胶结的砂可用取砂器取原状样。对卵石层取样可在管靴上设置逆爪。&采用无泵孔底反循环钻进，用普通单层岩芯管采取试样，可作为"级原状样。!"%岩溶地层及滑坡区钻探!"%"&岩溶地层钻进应遵守下列规定：’当溶洞深度小于!%时，可加长粗径钻具；洞深大于!%时，应下入套管导向。(钻进时钻压不得过大，倒杆时应吊住钻具。!遇有连续溶洞，冲洗液不能循环时，应下入套管止水堵漏。—’(-(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!应精确测定溶洞顶、底板的高程。"溶洞中有充填物时，应取样。!"#"$滑坡地段钻进应遵守下列规定：#应根据地质情况及滑坡体的稳定程度等确定下套管深度及方法。$当钻进至滑带时，回次进尺应为%&’()%&"(。’钻进中及时取样鉴定，并做好水文地质观测和记录。!对有危险的滑坡体应设专人观察滑坡体的动态，如发现有滑动迹象时，立即将机组撤离至安全地区。"硬质合金钻探#"%钻头的选择和使用#"%"%硬质合金钻头参数应根据岩石可钻性、钻头直径和地质结构特点等进行选择，并应符合表"&#&#*#)表"&#&#*!的规定。表"&#&#*#硬质合金钻头及硬质合金选型钻头类型岩石可钻性等级岩石类别合金型号+#%"阶梯式肋骨钻头’)!页岩、砂页岩、胶结差的砂岩+#%,肋骨薄片式钻头#)!塑性及水胀性岩层+!#$刮刀式钻头#)!塑性及水胀性岩层+’#’直角薄片钻头’)!中研磨性岩层、泥质砂岩、大理石等+%%,单双粒钻头!)"弱研磨性铁质及钙质砂岩、软硬互层+#%"+#%"犁式密集钻头!)-石灰岩、砂岩+’#’+#%-软硬不均互层、裂隙及研磨性大八角钻头")-+##%强岩层、砾岩等针状合金钻头!),中硬砂岩、砾岩等胎块及+’#’复合片钻头"),研磨性强的砂岩注：+表示地质工具，数字表示合金几何形状参数。—#$.’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#"#$%硬质合金镶焊数量切削刃数量钻头直径（&&）可钻性等级卵（砾）石层#’(!’)*#)’++*’#%##,-’++’#,#%’#(#.,+’#,#,’#%#(’#)#!,#,’#%#%’#(#)’#+表!"#"#$.硬质合金镶嵌角及刃尖角度岩石可钻性级别镶嵌角（/）刃尖角（/）#’.级均质岩石-,’-!(!’!,(’)级均质岩石-!’+,!,’),-级均质岩石+,’+!),’-,-级非均质裂隙岩层*,’$#!+,’*,表!"#"#$(硬质合金钻头切削具出刃规格岩石内出刃（&&）外出（&&）底出刃（&&）松软、塑性、弱研磨性岩石%’%"!%"!’..’!中硬强研磨性岩石#",’#"!#"!’%%’.!"#"$硬质合金钻头制作应遵守下列规定：#钻头体应选用01(,号钢材，壁厚-&&’-"!&&。%钻头镶焊合金的内、外和底出刃应对称，出刃应一致，唇部水口高度#,&&’#!&&。.钻头体镶嵌合金的槽与合金之间应留,"##&&’,"%&&的间隙，铜焊液应充满间隙。(针状硬质合金胎块镶焊在钻头上的嵌入深度，应是针状硬质合金胎块长度的#2%，镶嵌参数按表!"#"%规定确定。表!"#"%针状硬质合金胎块镶嵌规格钻头规格（&&）底出刃（&&）外出刃（&&）内出刃（&&）胎块数量（块）!*#,#"!#"!(-!#,#"!#"!(*##,#"!#"!)##,#,#"!#"!)!镶焊温度应控制在*.,3’##,,3。镶嵌针状硬质合金钻头时，喷枪火焰不得直接对准胎块。—#%*(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$硬质合金钻头使用应符合下列规定：!与交替使用的金刚石钻头内外径应一致。"相邻回次钻头内外径应近似。#钻头下入孔内后，应慢速、轻压扫孔到底，然后逐渐加到正常钻进参数。$孔内有脱落岩芯或残留岩芯在%&#’以上时，宜用旧钻头处理，不得下入新钻头。(旧钻头硬质合金磨钝时应修整刃角。!"%钻进技术参数及要求!"%"#硬质合金钻进技术参数应根据岩性、孔径和钻头结构进行选择，并应符合表(&"&!的规定。表(&"&!硬质合金钻进技术参数钻进技术参数钻压岩石可钻性级别转速泵量普通合金针状合金（,+’-.）（/+’-.）（)*+粒）（)*+块）!0$级%�%&1"%%0#(%21%(01级、部分3级%&(0!&%!&(0"&%!(%0"(%21%!"%"%硬质合金钻进应遵守下列规定：!经常保持孔内洁净，硬质合金崩落时，应及时进行打捞。"保持压力均匀，不得随意提动钻具，遇有糊钻或岩芯堵塞等孔内异常现象时，应立即提钻处理。#取芯应选择合适的卡料或卡簧，当采取干钻卡芯方法时，干钻时间应小于"’-.。$合理掌握回次进尺长度，每次提钻后应检查钻头磨损情况，以改进下一回次的钻进技术参数。&金刚石钻探&"#管材和钻具&"#"#金刚石钻探用的无缝钢管各项指标应符合《金刚石岩芯钻探用无缝钢管》（45+6(%("—7#）的规定。钻杆、岩芯管、套管的螺纹应符合《金刚石岩芯钻探用管材螺纹》（89!&!—:$）的规定。&"#"%金刚石钻进应采用单动双管钻具并应符合下列规定：!单动性能好，各部连接后同轴度应符合89!&!—:$的规定。"内外管无变形和裂伤，管端无喇叭形。#螺纹应符合要求。$装配好的钻具卡簧座底端与钻头内台阶的距离为#’’0(’’。—!"7(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$金刚石钻具在使用时应遵守下列规定：!钻探现场应保持两套以上同种规格的完整钻具。"定期拆洗加油，保持单动性能；螺纹或管径磨损应更换。#严禁用管钳拧卸钻头、扩孔器，拧卸卡簧座和内管应采用多触点钳或摩擦钳。$退出岩芯时，应采用橡胶锤或木锤敲打内管。!"%钻头、扩孔器的选择与使用!"%"#钻头、扩孔器应根据岩石的可钻性、研磨性和完整程度进行选择，并应符合表%&"&!的要求，还应遵守下列规定：!在中硬的、可钻性级别低的和均质、完整的岩层中，应选用粗粒表镶或粗粒孕镶的钻头和扩孔器。"在硬的、坚硬的、可钻性级别高的和破碎的、裂隙发育的岩层中，应选用细粒表镶或细粒孕镶钻头和扩孔器。表%&"&!金刚石钻头选用岩石分类软中硬硬坚硬岩石可钻性等级!’#$’%(’)!*’!"岩石研磨性弱弱中强弱中强弱中强胎体硬度$*（+,-）$/金刚石!/’"/表镶金刚石粒度"/’$*钻头（粒.克拉）$*’%*%*’0*"/#/胎体硬度$*人造（+,-）金刚石$/孕镶//钻头#*’$%金刚石粒度%*’0*（目）!**’!"*表镶扩孔器孕镶—!")%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准岩石分类软中硬硬坚硬注：“!"#”表示洛氏硬度。“目”表示$%%以下金刚石粒度，即&’()%%长度内网格数量。“粒*克拉”表示大于$%%金刚石粒度。+在强研磨性的岩层中钻进时，应选用耐磨的和高硬度胎体的钻头与扩孔器。)在弱研磨性的岩层中钻进时，应选用低硬度胎体的钻头和扩孔器。!"#"#钻头、扩孔器、卡簧配合应符合下列要求：$扩孔器外径应比钻头外径大,(+%%-,(’%%；岩层破碎时，宜适当加大扩孔器的外径；不宜使用硬质合金制作的扩孔器。&卡簧的自由内径应比钻头内径小,(+%%-,()%%。.(&(+钻头使用时应遵守下列规定：$钻进时应按钻头和扩孔器外径大小排队使用，先用外径大的，后用外径小的。&新钻头下到孔底后，必须进行初磨，即轻压（$*+钻压）、慢转（$*+转速）$,%/0再换用正常参数钻进。+在每一回次钻进开始时，应轻压、慢转，待钻头已达孔底正常进尺后，方可采用正常参数钻进。)同一孔内不得同时采用钢粒钻进。’必须保持孔内清洁。.换径处可用锥形钻头修整换径台阶。1升降钻具应平稳，钻头下降受阻时，应用钳子回转，严禁墩撞。2应用旧钻头或岩芯打捞器打捞残留岩芯或脱落岩芯。!"$钻进技术参数!"$"%金刚石钻进应合理选择钻压、转速、泵压和泵量等技术参数，随时调整在不同条件下各参数之间的有机配合，以取得最优的技术经济指标。!"$"#钻压应根据岩石力学性质，钻头唇面积，金刚石的粒度、品级、数量等进行选择，并应符合表.(+(&的规定。表.(+(&金刚石钻进钻压单位：34钻头直径钻头种类).%%’5%%1’%%5$%%表镶+-.)-1(’.-$$2-$’孕镶)-1)(’-2(’2-$&5-$’!"$"$转速应根据岩石物理力学性质、地层的完整程度及钻头直径等进行选择，并应符合表.(+(+的规定。—$&51— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#"#金刚石钻进转速单位：$%&’(钻头直径钻头种类)!&&*+&&,*&&+-&&表镶)../0..#../!*.1../*..-,./)*.孕镶!../-1..*../-...)../0..#*./,..!"#"$泵量应根据岩石研磨性、完整程度、钻进速度和钻头直径等进行选择，并应符合表!"#")的规定。表!"#")金刚石钻进泵量钻头直径（&&）)!*+,*+-泵量（2%&’(）#./)*#*/**)!/,.*./0.!"#"%每次提钻后，除用游标卡尺测量钻头高度和内、外径的磨损并作记录外，还应检视磨损状态，判断钻进技术参数的合理性，调整钻进技术参数。!"$钻进技术要求!"$"&钻进设备及附属工具应符合下列要求：-钻机应具有多级变数、最高转速应大于-...$%&’(、最低转速应小于*.$%&’(、液压给进和仪表监控装置，工作平稳。水泵应选用排量-..2%&&/-*.2%&’(、压力不小于#345的变量泥浆泵。还应配备小型泥浆搅拌机。1应使用直的主动钻杆，轻便水龙头和轻型高压胶管。#钻杆、钻具连接后的同轴度应符合67-"-—0)的规定，钻杆锁接头处宜安装密封圈。)钻进水路应安装压力表和流量表。*选择合理的钻杆级配。!"$"’金刚石钻进应遵守下列规定：-钻进应使用润滑冲洗液。1钻杆接头应每班涂一次油。#钻头水口应及时修磨，水口高度不得小于#&&。)钻进过程中应随时观察水泵压力表和流量表的变化，严禁送水中断。*每次起下钻，应检查钻杆、钻具。!每次下钻，不得将钻具直接下到孔底，应接上主动钻杆后开泵送水，轻压慢转扫到孔底。,钻头出现打滑时应采取以下措施：-）选用金刚石晶级高、粒度细和浓度低的钻头；1）选用胎体硬度较低或胎体耐磨性低的钻头；—-1+0— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!）减少钻头底面积可选用薄壁钻头或增大水口宽度，还可选用阶梯式钻头；"）适当提高钻压、降低转速；#）减少冲洗液量或在冲洗液中加入研磨颗粒，促进自锐；$）当打滑地层薄又没有防打滑钻头时，可连续用新钻头钻进，也可采用砂轮片磨锐金刚石钻头后钻进。%金刚石钻进用卡簧卡取芯时，必须先停止回转，将钻具提离孔底拉断岩芯。&钻进时不得随意提动钻具。当孔较浅时，应适当调小泵压，禁止不停钻倒杆。’(复杂地层钻进，可采用低固相或无固相冲洗液钻进。升降钻具应平稳，适当降低提升速度，降低转速和钻压，减少钻杆对孔壁的振动力。!"#绳索取芯钻探!"#"$绳索取芯钻进适用于%级以下的岩层，尤其适宜于破碎岩层或孔壁不稳定的地层。!"#"&绳索取芯用管材的性能应符合)*+,#(#-—&!的规定。!"#"’绳索取芯钻进的技术参数与普通金刚石钻进的参数基本相同，但钻压必须增大，应按表$.#.!的规定执行。泵量也应按普通金刚石泵量增大’(/0!(/。表$.#.!绳索取芯钻探钻压单位：12钻头直径钻头种类#&334#33&’33表镶$0’’%0’!’-0’$孕镶40’-’-0’#’"0’%!"#"(使用绳索取芯钻具取芯时应遵守下列规定：’下打捞器前，必须在孔口钻杆上端拧上护丝，也可直接从水接头上端投放。反复捞取内管无效时，不得猛冲硬撞，应提出钻具，检查原因。-内管提升速度不宜过快，孔口有冲洗液涌出或提升阻力增大，可判断内管打捞成功。!钻孔为干孔时不得自由投放内管，应用投放器送入孔底或往钻杆内迅速泵入冲洗液后立即投放内管。"投放内管前，钻具应提起一定高度，确认内管到位后可扫孔钻进。#岩芯打捞失败时，应立即提钻。$打捞器上应安装安全销或配置脱卡器，拉力超过-.#12时，应被拉断。4绳索取芯钻杆、岩芯管、打捞器等运输与存放应符合要求，必要时应装箱。%绳索取芯钻进时钻压较大，钻机应保持稳固。&绳索取芯的双层或三层岩芯管，每次起出孔外应立即清洗加油。!"#"#绳索取芯钻进的压水试验可不提钻进行，钻杆柱即作为输水管用。!"#"!在孔壁容易坍塌的岩层中，打捞岩芯时钻头不得提离孔底过高。若要提出钻—’-&&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准具，应当先捞出岩芯。!"#"$绳索取芯钻进除遵守上述规定外，还应遵守普通金刚石钻进规定。$空气潜孔锤钻探$"%一般规定$"%"%适用于砂砾石层、基岩工程孔施工，用于工程勘察时需项目负责人同意。$"%"&钻进设备的选择应根据场地条件、孔径、孔深、钻孔方向、潜孔锤类型等因素确定。$"%"’干孔钻进时孔口应设除尘装置。$"%"(送气管路应密封良好，应安装有气压表和注油器。$"&钻进参数的选择$"&"%供风量应保证潜孔锤性能所需要耗风量和%#!"#孔内上返风速。$"&"&供风压力的选择应根据以下因素确定：$潜孔锤所需风压，低压潜孔锤为%&’()*+%&,()*，中、高压潜孔锤为$&%()*+-&.()*。-排粉过程所需要风压，应根据孔深、孔内水柱高度和水量等因素确定。$"&"’钻压应根据潜孔锤规格、类型和地质条件确定。并应符合表,&-&/的规定。表,&-&/潜孔锤钻进压力潜孔锤类型低压高压规格（!!）0%$%%$’%-%%$%%$’%钻压（12）/+3.+3.+03+$-.+0’+$%$"&"(转速应根据岩石的性质、冲击频率确定，应按式（,&-&.）计算：!4"#$3（,&-&.）式中!———钻头转数，5"!67；"———最优转角，取$$8；#———冲击频率，9:。$"’钻进技术要求$"’"%钻进时应遵守下列规定：$下钻前要对冲击器进行一次检查和注润滑油，应在孔口进行试打。-下钻时，应检查每根钻杆的内孔有无泥沙等物，并用风吹洗。/接上主动钻杆后应先送风，待风送通后再慢慢下降钻具工作。.在钻进过程中，孔内岩粉过多时，应提起钻头进行强力吹孔，将岩粉清除后再钻—$/%%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准进。!回次终了时，应强力吹孔，排出孔底积存的岩屑。提出主动钻杆后关闭进气阀，然后再打开放气阀。"停用的潜孔锤应拆洗涂油组装，进气孔应用棉纱堵好，戴好防护帽，防止异物进入。!"#"$水平孔钻进应遵守下列规定：#应选择水平孔动力头钻机和中、高压潜孔锤，实现快速钻进。$开孔时应将孔口岩面修平，用人工轻微回转钻头将岩面凿出凹形坑时，再开动钻机使冲击器正常钻进，进尺%&$’(%&)’时，重新校核钻孔倾角。)开孔前应严格检测钻头直径，排队使用，小于规定直径的钻头不得使用。*应在潜孔锤进气口处设置导正器和在钻杆上设置副导正器，使钻头始终处于钻孔中心。钻进孔深$%’后进行初检；以后每钻进!’(#%’检测一次。根据孔斜情况按表!"#"$调整。表+&)&$不同偏斜情况的调整方法偏斜情况调整方法左上增大副导正器直径及缩小两导正器间距左增大副导正器直径左下增大副导正器直径及加大两导正器间距右上减小副导正器直径及缩小两导正器间距右减小副导正器直径右下减小副导正器直径及加大两导正器间距!穿过断层破碎带时会发生不返风和卡钻现象，应及时采用水泥封孔。"钻进中进尺速度快多是遇软弱夹层应加大给进速度，迅速穿过。+测斜时应将灯泡置于孔底，在钻孔平直的条件下，利用经纬仪测出孔的方位角和倾角，当灯泡偏离出视线时，宜采用多点照相测斜仪测斜。!"#"#同步跟管钻进应遵守下列规定：#适用于松散砂卵砾石层、碎石堆积层。$应选择动力头式钻机，钻具直径应根据钻孔技术要求确定，孔深应小于)%’。)套管螺纹宜选牙高#’’，螺距"’’，螺纹长度"%’’，反螺纹。钻杆螺纹应正螺纹。*应采用空气潜孔锤起管器起拔套管。%水上钻探%"&一般规定与钻场类型%"&"&水上钻探的准备和钻场类型的选择应遵守下列规定：#开工前，应搜集和分析工地上游的水文、气象、航运及水库运行资料，与有关航运—#)%#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准部门商定钻探期间的安全航行事宜等。!应组织现场勘察，了解工作区地形、水文和现有水上设备能力，制定施工措施，确定报警水位和撤退航线等。"水上钻场应结构牢靠、面积紧凑，宜全部钉铺厚#$%%&’$%%木板，周围架设不得低于()!%高的安全栏杆。#水上钻场类型应根据实际情况和具体条件确定，并应符合表*)()(的规定。表*)()(水上钻场类型选择钻探期间水文情况安全系数与吃水线水上钻场类型最小水深流速浪高安全全载时吃水线应（%）（%+,）（%）系数低于甲板（%）专用铁驳船!-#-$)#’&($.$)’漂木船(-"-$)!’&*.$)#浮钻竹木筏$)’-(-$)("不限场油桶$)*-(-$)(’$)!&$)"钻场面与水面距离桁架不限-(!’架.(空钻平台最大($-"!’.(场索桥不限-’不限/&*."!"#"$水上导向套管的安装应遵守下列规定：(有覆盖层的河床，可采用齿状管靴；无覆盖层的河床，可采用带钉管靴。!套管在水中的部分，应根据水深和流速的情况，设置若干保护箍，每个箍上用两根钢丝绳拉向上游，借以固定套管。"在流速大于#%+,的河床钻探时，套管的定位钢丝绳及保险绳数量应符合表*)()!的规定。表*)()!套管定位与保险用钢丝绳数量表水深（%）定位绳根数（根）保险绳根数（根）!$!(!$&"$!(&!"$&#$!!&#!"$漂浮钻场!"$"#钻船的选择与安装应遵守下列规定：(水上漂浮钻场以船只为主，宜采用双船结构，钻船的吨位根据河流水文情况、钻孔深度、设备器材重量、工作负荷等因素进行选择，还应考虑’&($的安全系数。!双船拼装时，两船间距为$)*%&()$%，铺设枕木的间距为$)*%&()$%，两船连接—("$!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准应牢固。!主锚应采用"#$%手摇绞车绞引，绞车安装在钻船首部横梁加固位置。&钻机安装在钻场中部偏后处，钻架架腿应设垫板压于基枕木上。!"#"#钻船抛锚定位应遵守下列规定：’主锚重量、钢丝绳直径和长度的选择应符合下列要求：’）锚重宜为"#$()’##$(。*）主锚钢丝绳直径应为’"++)*"++，长度为"#+)*##+。!）锚绳的安全系数取"),。*抛锚定位应有持证船工参加，由机长统一指挥进行。!按先抛主锚、后抛边锚的次序作业。若在岸边岩石上固定主锚时，应先将主锚固定后再向孔位移动钻船，并配合抛固边锚。&抛锚后钢丝绳与水面夹角应为’#-左右。"主锚钢丝绳与前边锚夹角为!"-)&"-。.主锚的固定必须牢固可靠，并应设有锚漂。/钻场长边方向与水流方向应一致，主锚的位置在钻船的正前方，若有困难，可使用两个前边锚代替主锚。,钻船定位后，钻探船上应按有关规定挂施工信号旗，晚上挂信号灯。0钻船全部锚绳必须均匀绞紧，经检查确认钻船不发生移动时，方可开钻。!"$钢索桥钻探!"$"%在河谷狭窄、水深流急处钻探，可架设钢索桥，钢索桥的设计应遵守下列规定：’钢索桥应有专门设计文件，并应经上级机关批准后才能施工。*有关安全规定应随钢索桥设计书一并呈报，批准后执行。!钢索桥钻场的最低点应高于施钻期间最高水位!+，还应符合当地航运要求。&钢索桥栏杆高应为’1*+。"钢索桥上方应架设安全绳，装设紧急撤退吊斗一台，最大载重量为’#$%。吊斗由岸上牵引驱动。!"$"#架设钢索桥应遵守下列规定：’钢索桥架设由专人统一指挥。所用器材应进行周密检查。*架设时，应先拉引绳，再送钢丝绳。钢丝绳严禁打扣使用。!应遵守有关高空作业的规章制度。铺设桥板时，应逐块固定。&风速在"级以上或雨、雪、雾天气，禁止施工架设。"钢索桥在使用前，应进行检查验收。!"$"$钢索桥钻探时设备安装应遵守下列规定：’钻探设备应安装在与主索相连接牢固的大梁上，并应使索桥主索受力均匀。*应采用高.+钻架，架腿应固定在大梁上。!钢索桥上铺设的钻场四角应采用绷绳固定在两岸，保证工作时钻场稳定。—’!#!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!钻场不宜围设棚布，减少风压力。"禁止在"级大风和重雾、雨雪天气进行安装。!"#"$钢索桥钻探应遵守下列规定：#每天应有专人检查索桥桩基、钢丝绳卡子等安全情况。$水泵和不急用的器材分别放在岸上。%钻孔深度超过#&&’时，可采用复滑车起下钻具，操作应平稳，不得猛刹猛吊。禁止强力起拔遇阻钻具。!"$冰上钻探!"$"%冰上钻探应在封冻期进行，透明冰层厚度应不小于&(%’。冰上钻探期间，应掌握水文气象动态，设专人负责观测冰层安全情况。!"$"&冰上钻场布置应符合下列规定：#钻架架腿应压在机枕木上，在架腿下冰面上应垫长方木。$钻场要做好保温设施，火炉等应与冰面隔绝，并设专人管理。%抽水或回水用的冰洞，应开在钻场内适当的地方。!应精减钻场内的器材设备，其他器材应放在距钻场一定距离的地点。"钻场附近不许随便开凿冰洞。交通线路应距钻场一定距离。!"’近海钻探!"’"%近海钻探的范围为钻孔孔位距离海岸小于’)’，海水深度小于$&’的近海或入海河流河口区域内，孔深在#&&’以内。!"’"&近海钻探施工前必须了解下列情况，并应采取技术措施。#施工海区海洋气象。$钻探区域的海底地形地貌和水下设施。%钻探区域内的船只活动规律及海区所属的航监部门的有关规定等。!"’"#近海钻场应遵守下列规定：#近海钻场可选用专用钻船、临时连接的双船和钻探平台。$采用钻船作业时，单船作业的船体宽度应大于*’，载重质量应大于$万)+；采用双体船拼装作业时，单船载重质量不得小于"万)+。套管不得紧贴船身。锚绳不得少于,根。%采用移动式钻探平台作业时，平台应有足够的坚固性。平台底面应高出最高潮位加#("倍最大浪高。!桁架式钻探平台，钻架必须有足够的高度、强度，架底要有足够的支承面积。!"’"$近海钻探的抛锚定位应按下列次序进行：#钻孔定位应选在能见度好、风浪小的平潮时进行，孔位误差应小于$’。$根据钻孔附近的水深、海水流速、流向、风，力和风向等条件，做好抛锚定位工作。钻船的锚重量应等于或略大于吨位相当海船的锚重。锚链长度应大于水深的"倍。锚绳应采用耐蚀的尼龙绳。—#%&!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"#近海钻探应遵守下列规定：!开孔时必须先下入套管，以便固定孔位和引出冲洗液。"开孔下管作业，应选在平潮时进行，若海水流速较大时，套管下部应有拉绳配合。#为适应潮位变化，应备有足够数量!$%&长短套管，在孔口宜设置伸缩套管。船上钻机宜架高%$’&(!$%&。)海上钻孔终孔后，必须将套管全部起出。’风力大于’级时，钻船和平台不得搬迁和定位。浪高大于!&或钻船横摆角大于#*时，应停止作业。+风力+级、浪高!$’&时，钻船应停止作业，拔出套管避风；风力’级或浪高%$,&时，船只不得靠近平台接送工作人员，人员应通过悬吊装置上、下平台。$大口径钻探$"%钻进方法和钻探设备技术参数的选择$"%"%大口径钢粒取芯钻进适用坚硬岩层，硬质合金滚刀钻头全断面反循环钻进适用于松散、软或中硬的岩层。$"%"&大口径钻探设备技术参数应符合表$"%"&的规定。表-$!$"钻探设备技术参数额定功率（./）转盘扭矩（.0·&）主卷扬提升力（.0）钻塔承载力（.0）’%(1%!%("%#%"’%$"&准备工作$"&"%钢粒取芯钻具规格应符合表$"&"%的规定。钻具的制作应遵守下列规定：!粗径钻具的组装应采用电焊焊接。法兰盘、钻头、岩芯管三者中心，在!&长度内的同轴度误差应小于’&&。"大法兰盘外径磨损与岩芯管相平时，应及时补焊。#套管电焊焊接时，应对直。下入井内套管的管靴应在基岩上，套管四周应填实，应在地面采取固定措施。表-$"$!大口径钻具规格单位：&&钻具钻头岩芯管（套管）规格外径壁厚长度钢号外径壁厚长度说明!!’%!!’%’%’%%23#’!!)%"%!%%%开孔用!%’%!%’%’%,%%23#’!%#%"%!%%%-’%-’%’%,%%23#’-#%"%!%%%("%%%,’%,’%)’,%%23#’,#%"%"%%%1’%1’%)%,%%23#’1#%"%"%%%备用—!#%’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"#地基及安装应遵守下列规定：!应根据所选用设备类型修筑地基。确定井位时，应设立井位桩和辅助桩。"在井口处应浇筑混凝土基础，井深时应加钢筋。#枕木应采用#$$%%&#$$%%方木。枕木与机架间应采用螺栓紧固。!"$钢粒钻进!"$"%大口径钢粒钻进参数的选择应遵守下列规定：!大口径钢粒钻进的转速应按!’(%)*+"%)*线速度计算，钻头压力应根据岩石硬度和动力机的功率确定。冲洗液量和投砂量应根据钻进速度和钻头直径等因素确定，并应符合表,’#’!的规定。表,’#’!钻进技术参数岩石可有代表性压力水量一次投砂法的投砂量钻性级别岩石（-./）（0)%12）（34)次）!$石英板岩!’(+"’$5$$+6($!$$+!($，以后酌情补投7+,花岗岩$’7+!’$5($+6($7$+!"$，以后酌情补投5+6砂岩$’8+$’(5$$+6$$8$+5$，以后酌情补投8+(粘土岩$’"+$’#5$$+6$$"$+#$，以后酌情补投"采用多次投砂时，根据岩性不同每次投砂量宜#$34+($34。#钻头水口形状宜为单弧形或双弧形、数量为#个+8个、高度为!($%%+"$$%%，上宽为5$%%+!$$%%，下宽为!"$%%+"$$%%，均匀分布在钻头唇面上。!"$"#断取岩芯可采用楔断法、液压顶断法或微量炸药炸断法。岩芯断开后可用绳套或专门夹具提出地面。!"$"$钢粒钻进应遵守下列规定：!开钻前，应将钻具提离孔底，然后给水慢转到底，逐渐转入正常参数钻进。"钻进中，施钻班长应掌握孔内情况，正确调整钻进技术参数。#应采用较长钻具和孔底加压的方法钻进。8钻进中，三班投砂量应一致，中途补砂应均匀，补砂时应活动钻具。(回次终了时，应将钻具提离孔底$’"%+$’#%，进行冲孔后，再提升钻具。5钻进中，应检查转盘阻定螺丝是否牢固可靠。若有异常，应停机处理后再继续钻进。6若遇停电或机械故障而停机时，应将钻具提离孔底，并应吊住。!"&全断面反循环钻进!"&"%破岩用滚刀应根据岩层确定，并应符合表,’8’!的规定。—!#$5— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#"$滚刀类型选择滚刀类型岩石名称可钻性等级楔齿型长齿松散砂卵石、粘土$%&楔齿型中长齿泥灰岩、页岩’%#楔齿型短齿灰岩&%(球齿型轻微风化的花岗岩(%)!"#"$钻头安装滚刀的数量应根据钻头直径确定，并应符合表!"#"*的规定。表!"#"*钻头直径与滚刀数量单位：个钻头直径（++）中心刀边刀正刀),,%!,,$’$!,,%$*,,*’%#$$*,,%$&,,*#%-*注：表内所列滚刀是指)系列滚刀，即大头直径为*,,++。!"#"%全断面反循环钻进技术参数的选择应遵守下列规定：$钻压等于单只滚刀压力乘以滚刀数量，单只滚刀所需压力应符合表!"#"’的规定。表!"#"’单只滚刀钻压岩层类型单只滚刀所需钻压分类岩石名称可钻性等级（./）软岩土、砂、粘土岩*%#$,%*,中硬岩石灰岩、砂页岩&%-*,%’,硬岩石英砂岩、花岗岩(%)’,%&,*转速应按式（!"#"’）计算：$*,"!0（!"#"’）#式中!———钻头转速，12+34；"———滚刀大头直径，++；#———钻头直径，++。’采用泵吸法或气举法循环方式时，钻杆内冲洗液的上升流速应大于’+25。!"#"#全断面钻进应遵守下列规定：$下入钻具时应检查粗径钻具。*先向井内供水，采用泵吸法时井内液面深度应小于&+；采用气举法应保持混合器没入井内液面下的深度大于$,+。开启反循环系统正常工作后，才能钻进。’开动转盘前，钻具应提离井底,"’+%,"&+。转盘回转正常后，再将钻具缓缓放至—$’,(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准井底，逐渐加大钻压。!钻进中应观察仪表，控制合理钻压及足够的悬吊量，进行减压钻进。"钻进中随时应观测反循环系统运行情况。当停钻或提钻时，应先将井内岩碴排除干净。#钻进中应观察功率表，功率骤增时，应立即降低钻压。$粗径钻具应装有沉淀管。%应备有通用和专用打捞工具。!"冲洗液和护壁堵漏!"#!冲洗液!"#!#!冲洗液应根据地层结构特点、地质技术要求、钻进方法、材料来源和设备条件选用，并应符合表&’(&(&的规定。表&’(&(&冲洗液种类选择地层分类钻进方法冲洗液种类备注合金清水完整、较完整基岩金刚石乳化液低固相、无固相、泡沫液用于漏复杂基岩各种泡沫液失层或缺水地区合金泥浆、低固相覆盖层金刚石无固相!"#!#$配制乳化冲洗液采用的润滑剂及其用量应按表&(’(&()的规定确定。表&’(&()配制乳化冲洗液采用润滑剂种类和用量加量（体积）（*）类型名称备注清水泥浆太古油’(&+’("&+"阴离子型皂化溶解油’(,+’("&+"-型乳化油（甲）’($非离子型有一定抗钙性能-型乳化油（乙）’(,+’("复合乳化剂’(,+’("复合型有一定抗钙性能减阻剂’()!"#!#%不分散低固相泥浆的性能和配制应遵守下列规定：&应根据岩层特点先进行室内试验确定配方，在使用过程中应定期测定浆液的性—&,’%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准能，根据变化进行调整。!不分散低固相泥浆应采用优质粘土和选择陛絮凝剂配制，钙质粘土必须进行预水化处理。根据性能指标要求，可加入化学处理剂调整性能指标。常用化学处理剂的种类按表"#$"$%&"规定选择。表"#$"$%&"常用泥浆化学处理剂表分类处理剂名称选择性絮凝剂部分水解聚丙烯酰胺、醋酸乙烯酯与顺丁酸酐共聚物增粘剂’(&)*)、植物胶、水解聚丙烯酰胺絮凝剂水泥、石灰、石膏、氯化钙、水玻璃稀释剂单宁酸钠、拷胶、煤碱剂、纸浆废液’(&)*)、单宁酸钠、煤碱剂、聚丙烯酸钠、水解聚丙烯酰胺、野生植物胶（钻进降失水剂粉、香叶粉、榆树皮粉、槐土粉、海藻粉、植物胶）水化抑制剂石灰、石膏、氯化钙、植物胶+,值控制剂烧碱、纯碱、石灰润滑剂皂化溶解油、太古油%不同地层对低固相泥浆主要性能指标的要求应符合表"#$"$%&!的规定。表""$"$%&!不同地层对低固相泥浆主要性能的要求性能指标坍塌掉块水敏地层漏失地层涌水地层卵砾石层漏斗粘度（-）!%.%#"/.!0%#.1#%#以上2#以上比重"$#%."$#/"$#%."$#0"$#%."$#0根据水头计算"$#%."$#/失水量"08"#"0"08"0（345%#367）静切力!0.0##.0%#./#!0.0#%#.0#（9"#&0’5:3!）含砂量（;）8#$08#$08#$08#$08"动塑比<%<%<%<%<%（!#5"#）+,值/."!/."!/."$!/."!/."!备注加重泥浆!"#!#$聚丙烯酰胺无固相冲洗液可以在破碎地层中使用，在清水中加入量应大于#$#=;。!"#!#%植物胶类无固相冲洗液，配制使用应遵守下列规定："植物胶粉和碱的加量应按产品说明书要求进行。!配制时应采用高速立式搅拌机或软轴搅拌器，转速应在1##>5367以上，搅好的冲洗液应分散均匀。%配制好的冲洗液必须浸泡2./?。—"%#@— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!浆液粘度高，除砂困难时，可加入少量"#"水溶液絮凝岩粉。$应加入防腐剂。%发酵变质的植物胶冲洗液应清除，不得与新浆混合使用。!"#!#$泥浆现场管理应遵守下列规定：&应配备简易泥浆测试仪器。’应有专人管理泥浆，及时除砂，对泥浆性能进行调整。(循环槽宽度不应小于’))**，长度不应小于&)*，当除砂困难时，可配置旋流除砂器。!"#%护壁堵漏!"#%#!护壁堵漏材料应根据护壁要求、地下水活动程度和货源情况进行选择，并应符合表&)+’+&规定。表&)+’+&护壁材料及适用范围护壁材料材料要求适用条件操作要点&+破碎坍塌、掉块，及一&+配制优质泥浆或无固根据地层特性，配制不同泥浆或般漏失地层；相冲洗液；性能的泥浆或无固相冲无固相’+水敏性地层；’+高粘度堵漏泥浆；洗液(+覆盖层(+全絮凝或交联堵漏&+选用粘性大的粘土；&+粘土球投入到预定位&+钻孔浅部一般漏失；粘土’+粘土中加纤维物；置；’+覆盖层浅部一般漏失(+制成粘土球’+用钻具挤压&+浅部干孔采取直入法；’+深部采取泵入法或导&+坍塌严重的破碎带；&+高标号水泥加速凝剂；管注入法及灌注器送入水泥’+漏失严重的裂隙地层’+,&型早强水泥法；或覆盖层(+植物胶冲洗液中可投入水泥球&+漏失严重的裂隙地层；&+有一定的抗压强度，能化学’+破碎坍塌地层；用灌注器送入预定地段有效固结岩石；浆液(+漏失严重的覆盖层、架固化或泵入法’+可控制固化时间空层、有流动水地层&+基岩中应下到完整的&+符合《硬质合金、钢粒&+松散覆盖层及架空层；坚硬岩石；岩芯钻探管材螺纹》（-’套管’+严重坍塌漏失地层；’+孔口间隙堵严；&+(—.!）标准；(+较大的溶洞、老窿(+反扣套管管口要固定；’+不松扣!+正扣套管管靴要封固!"#%#%使用水泥护壁时应遵守下列规定：&应做好地面试验，测定初、终凝时间、流动度和可泵期。—&(&)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!早强水泥最小可泵期宜为"#$%&。"配制水泥浆的水灰比宜控制在#’()*#’+#。(使用普通水泥或矿渣硅酸盐水泥护壁时，应加入速凝剂或早强剂。)灌注水泥浆时，可用泵入法、灌注器输送法或导管注入法，非干孔严禁从孔口直接倒入。下入导浆管距孔底应小于#’)$。+灌浆前必须做好准备，浆量一次灌完。!"#$#%灌注化学浆液时，应做好配方试验，确定固化时间。操作时，必须戴防护用品，灌完后应立即清洗灌注器，并涂油保护。!"#$#&套管护壁应遵守下列规定：,大裂隙、溶洞及强烈涌水、漏水、坍塌等地层，应采用下套管护壁；极松散的堆积层、漂砾石架空层及水文地质试验孔，应采用跟套管护壁。!应检查测量套管，并依次记入班报表，严禁将不合要求的套管下入孔内。"金刚石钻进的钻孔采用反螺纹套管时，下管后孔口应固定。采用正螺纹套管时，应在套管的螺纹上用粘结剂粘牢，并将套管固定。(套管上端口周围环状间隙应密封。)应将套管靴下到孔底或固定在变径台阶上，发现套管断开，应及时处理。!"#$#’起拔套管应遵守下列规定：,终孔后应立即起拔套管。在套管起活后，可向孔内下过滤器、观测管或封孔等工作。!起拔套管可采用拉、打、顶、扭相结合的方法。起管次序是先内后外。在起打过程中，应经常拧紧连接螺纹。"起拔套管困难时，可在管靴下#’)$处放炮震松。!!孔内事故预防和处理!!#!孔内事故预防!!#!#!钻场所用各种规格的管材、接头、接箍，应按新旧程度分类存放和使用，旧的用于稳定孔段或钻孔上部。!!#!#$弯曲的钻杆、岩芯管应校直，管材的弯曲和磨损最大允许限度不得超过表,,’,’!的规定，超过规定的不得下入孔内使用。表,,’,’!管材弯曲和磨损的最大允许限度钻杆岩芯管钻进方法直径单边直径均匀任意每米长磨损壁厚每米弯曲磨损（$$）磨损（$$）度弯曲（$$）（$$）（$$）硬质合金钻进-!-"-"-,."-!金刚石钻进-!-"-,-,."-#’)金刚石绳索取芯钻进-,-,’)-,-,."-#’)—,",,— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!!"!"#发现钻杆钻具有裂纹、螺纹严重磨损和明显变形、连接松动等现象，不得下入孔内使用。!!"!"$长期停用的管材、打捞工具，在下入孔内之前必须经过严格检查。!!"!"%钻具不得长时间悬空回转。!!"!"&扫孔、扩孔和扫脱落岩芯时，必须挂好提引器，并控制下扫速度。!!"!"’采用拉、提、顶、打等方法处理事故时，钻杆螺纹必须随时拧紧。!!"!"(钻进时，应根据地质情况，合理选择钻进技术参数。!!")孔内事故处理!!")"!孔内事故处理应遵守下列规定：!一般事故由班长负责处理，复杂事故由机长负责处理。"事故发生后，必须查清事故孔段的孔深、地层情况、钻具的位置、规格和数量，判明事故类型，并将所用打捞工具及处理方法填入班报表。#事故排除后，应总结经验教训，采取预防措施。重大事故应根据有关规定填写事故报告表。$钻场应配备适用的打捞工具。!!")")处理卡钻、埋钻、烧钻事故应遵守下列规定：!发现钻具遇卡或埋钻时，首先应保持冲洗液畅通，先用扭、打、拉等方法活动钻具，若处理无效，再反出钻杆，进行扩孔或掏心钻进方法处理。深孔可人工造斜进行处理。"在孔壁不稳定情况下，应先考虑护壁，再处理事故。#处理事故用的扩孔钻具，必须带有内导向，导向器要焊接牢固。$发现烧钻时，首先应提动钻具，无效时应采用向上打、反、磨等方法处理。!!")"#处理钻具折断与脱落事故应遵守下列规定：!处理钻杆多头断脱落事故，应先下入打印器，探明情况后再分别进行处理。"采用掏心方法处理岩芯管事故时，一般应使用比事故钻具小一级的钻具。#在钻进中，发生钻具折断或脱落事故，用丝锥对接后应立即提钻检查钻具。!)钻探质量!)"!岩芯、土样和水样的采取!)"!"!机组必须按照钻孔任务书提出的要求采取岩芯，应达到表!"%!%!规定的标准。若地质有特殊要求，应采取专门技术措施取芯。表!"%!%!不同岩层岩芯质量标准岩层特性岩芯采取率（&）完整新鲜岩层!’(较完整的弱风化、微风化岩层!’)较破碎的弱风化、微风化岩层!*(—!#!"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准岩层特性岩芯采取率（!）软硬互层、硬脆碎、软酥碎、软硬不均和强风化岩层软弱夹层和断层角砾岩根据地质要求确定土层、泥层、砂层砂卵砾石!"#!#"提高取芯质量应根据岩石物理力学性质、地质结构特点等，合理选择钻进方法、取芯工具、钻进工艺及技术参数，并应符合下列规定："#级以上地层应优先采用金刚石钻进。$取芯钻具种类选择应符合表"$%"%$&"的规定。表"$%"%$&"取芯钻具种类选择钻具适应的岩石可钻序号技术参数说明种类岩性性等级一般完整"普通单管"’"$地层卡芯后，投入钢投球胶结良好球，堵死水路，避免$"’(单管岩层，软岩因水柱压力而脱落岩芯压力"%(*+’)%,*+软岩，或松钻具上下活动时，无泵)转速",,-./01’"(,-./01%散易冲蚀"’(由于球阀作用而形反循环提动次数(次./01’"(次./01的硬岩层成孔底反循环“喷反”转速"(,-./01’"3,-./01硬、脆、碎22’3岩芯有分选钻具泵量4,5./01’",,5./01岩层压力#*+’4*+松软破碎隔水双钻具结构简单，但(转速"2,-./01’"4,-./01易冲蚀岩"’(动双管岩芯易堵塞泵量",,5./01层—")")— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准钻具适应的岩石可钻序号技术参数说明种类岩性性等级隔水活双管的内管中装压力"#$%&’#$易溶解、塞式双半合管，岩芯不污!转速(’)*+,-%&.’)*+,-易污染、易0%.管（或三染，保持原始结构特泵量"’/*+,-%&.’/*+,-冲蚀地层层管）点单动（卡一般软"一般0%&1卡簧活动范围较小簧）双管硬互层等单动双脆碎、酥2管（爪簧碎，软硬互0%!爪簧富有弹性式）层阿式双压力0#$%2#$软岩、松散内管装有半合管，能(管（三层转速&1’)*+,-%1’’)*+,-岩及易冲&%3保证岩芯原始结构管）泵量!’/*+,-%2’/*+,-毁岩石软硬互层、压卡式利用水压强制推脆碎，酥碎&’单动0%!动卡簧，卡紧岩芯，易散失的双管工作可靠岩层管靴弹砂卵石可保证颗粒级配&&簧取吊锤冲击或孔底冲击层、砂砾石正确样器层、土层含水砂卵冲击可保证颗粒级配正&1上、下提动石层、砂砾管钻确，但扰动较大石层3钻孔取土器种类选择应符合表&14&4151的规定。—&3&0— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#!#"$"钻孔取土器的分类与应用取土器分类取土器名称采取土样等级适用土类固定活塞薄壁取土器、水可塑至流塑粘性土、压式固定活塞薄壁取土（粉砂）、（粉土）器!$%二（三）重管回转取土器!可塑至坚硬的粘性土、中（单动）砂、粗砂、砾砂、（碎石土）、（软岩）二（三）重管回转取土器!（双动）可塑至软塑粘性土、粉自由活塞薄壁取土器土、粉砂!$&!’"可塑至流塑粘性土、（粉敞口薄壁取土器、束节式土）、（粉砂）取土器各种粘性土、粉土、（粉、"厚壁取土器或取砂器"细砂，中、粗砂）注：括号内的土类仅部分情况适用。(选配卡簧应采用岩芯试验的方法。)复杂地层钻进应缩短回次进尺时间，控制回次进尺长度。*金刚石钻进应选用润滑性能优良的冲洗液和内壁光滑的岩芯管。+取芯钻具在松散软弱岩层中必须配置内管扶正环。!"#!#$破碎地层中钻进应遵守下列规定：!在强风化地层中钻进，可采用直径在!!,--以上的压卡式钻具，回次进尺,#)-’,#.-，用泥浆或无固相泥浆作冲洗液，用水压退芯法退出岩芯，也可采用无泵钻进。"在破碎及软硬互层中钻进，可采用出刃较大的硬质合金单动双管钻具，选用较小的钻进技术参数，钻进时不得上下提动钻具。也可采用无泵孔底反循环钻进。/在硬、脆、碎地层中钻进，可采用“喷反”钻具或双管钻具，回次进尺,#)-’,#.-，用沉淀法取芯，孔底岩粉不得超过,#/-。(宜采用钻孔直径+)--或0!--金刚石单动双管钻具钻进，植物胶作冲洗液。!"#!#%软弱夹层钻进应遵守下列规定：!软弱夹层钻进方法应单独做出施工设计。"根据理想柱状图，钻进到离夹层顶板!-左右时，即换用与软弱夹层相适应的钻具和钻进方法，回次进尺为,#)-’!#,-。遇有穿透夹层迹象时，应再钻进,#!-’,#"-起钻。/有软弱夹层的钻孔，金刚石钻进可采用钻孔直径+)--或0!--单动双管钻具钻进，植物胶作冲洗液。(采用单动双管或三管时，钻具的有效长度不得超过!-。在内管与钻头之间设置—!/!)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准扶正器。!应安装岩芯堵塞报警装置；发现岩芯堵塞立即起钻。"钻进时注意观察仪表，对钻速变化、回水颜色应记录，应判定顶板、底板的位置。#重要的软弱夹层可采用套钻方法，其工艺过程应遵守下列规定：$）应采用导向钻具钻中心孔，直径应小于%"&&。’）钻中心孔前，孔底应灌入聚酯浆液，凝固后磨孔。%）插筋后灌入粘结剂，压力$(!)*+,$(-).+。/）套钻直径应不小于0$&&。!"#!#$岩芯采取应遵守下列规定：$严禁回次进尺长度超过岩芯管长度。’岩芯卡料粒径要适度，投放时先小后大，投放均匀，投放后送水冲卡牢，再开始扭取。’钻进时发现岩芯堵塞应立即起钻。/从岩芯管退出岩芯时，应轻轻锤击。!"#!#%岩芯编录应遵守下列规定：$从岩芯管退出的岩芯，应按先后顺序排列在岩芯箱内，每一回次用岩芯牌隔开，按岩芯牌上的要求用钢笔填写。岩芯牌的格式应符合附录1的规定。’易冲蚀、风化、崩解的岩芯，应按地质要求进行封存。%岩芯在岩芯箱内的排放次序应自上而下由左向右排放，不得颠倒和混乱。岩芯长度超过!2&&的，应按序用红油漆编号。编号应同一方向，书写清晰。/岩芯箱侧面应用红油漆标明“坝址名称、孔号、第几箱、孔深从几米至几米”字样。!"#!#&岩芯箱规格长!&，宽约2(/&。其高度及岩芯箱内间隔，应以岩芯放入箱内不晃动及能盖上岩芯箱盖为宜。塑料岩芯箱规格可适当缩小，其底面为半圆状。!"#!#’岩芯的保管及运输应遵守下列规定：$岩芯箱应放在平稳的地方，不应日晒、雨淋。’水上钻孔，岩芯箱应放在陆地上较高的位置。%搬运时应盖上岩芯箱盖，小心轻放。/岩芯仓库应通风不漏雨。!"#!#(钻孔中采取水样应遵守下列规定：$单一含水层，可终孔后取水样，如有两层以上含水层，必须做好止水工作，然后分层取样。’必须将孔中水抽干或相当于孔中水柱体积的%倍，待孔内水位上升后再取。%水样瓶应用水样水洗净，应留$2&&,’2&&空间。水样取出后用蜡封，贴好标签，/-3内送到试验室。/供做侵蚀性试验的水样，应采取两瓶，其中2(!4的一瓶加大理石粉’5。!取水样的钻孔应首批施工，在取样之前，不得采用乳化冲洗液钻进。覆盖层钻孔在取样之前不得加水。—$%$"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"钻孔弯曲与孔深校准!"#"#!钻孔顶角的偏差，在每孔深!""#时，直孔应不大于$%，斜孔应不大于&%。钻孔方位角偏差应根据地质要求确定。钻孔顶角的测量应按地质要求进行测定。!"#"#"钻孔弯曲的预防应遵守下列规定：!开孔时应选用直的机上钻杆，不得使用立轴晃动的钻机开孔。’开孔的粗径钻具长度，应随钻孔延深而加长。开孔时应校正钻机，使立轴中心对准孔位。$孔口管应下正，固牢。&不应轻易地换径。换径时应使用变径导向钻具，或应采取其他导正定位措施。(基岩钻进时，常规钻具的岩芯管长度应不小于$#。)应采用孔底加压等措施，增加钻具的稳定性。*钻进溶洞地层、软硬互层，应采用低转速、轻钻压钻进。!"#"#$钻孔弯曲度超过地质要求时，应及时进行纠斜处理。!"#"#%钻孔深度必须测量准确。每钻进!""#、在终孔后、下套管、孔内爆破、水文地质试验前以及地质有特殊要求时都必须校正孔深。孔深误差超过"+$,时，应找出原因，并更正记录报表。!"#$封孔与长期观测装置的安装!"#$#!钻孔竣工验收后应按技术要求进行封孔，应采用$’+(级以上水泥配制砂浆封孔，但小口径钻孔要用水泥浆封孔。!"#$#"堤防钻探孔竣工验收后应按技术要求进行封孔，应以砂还砂，以土还土，砂料应以粗砂为主，土料以粘土为宜，并应捣实。!"#$#$钻孔封孔应按附录-要求填写封孔记录。!"#$#%安装水文地质长期观测装置应遵守下列规定：!下入长期观测管之前，钻孔应严格进行冲洗。’应按设计要求，选用观测管及过滤网，观测管内径不能小于’(##。$覆盖层钻进中安装长期观测管，应根据含水层颗粒级配选择围填砾料。充填砾料厚度一般应大于("##。在起拔套管时，将砾料从观测管与套管之间徐徐投入，至超过含水层顶板处止，然后将套管全部起出。&每个观测孔应设孔口保护装置。(观测管在含水层顶板封闭处应采用水泥止水。!"#%原始报表!"#%#!岩芯钻探班报表，应用钢笔在现场随钻探施工逐项填写，应做到及时、准确、真实、齐全，并保持清洁，终孔后由机长签字汇订成册上报。岩芯钻探班报表的格式应符合附录-的规定。!"#%#"钻进中发现的一切工程地质和水文地质现象，必须认真记录，严禁漏记和伪—!$!*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准造。!"#$竣工验收!"#$#!钻孔达到设计孔深后，地质、钻探负责人或机长联合进行验收。验收应按钻孔设计任务书的要求及钻探质量标准逐项进行。验收合格后，在钻孔验收单上签署鉴定意见存档。!"#$#"钻孔验收不合格者，应查明原因。!%钻探安全生产!%#!一般规定!%#!#!安全生产管理工作应有专人负责，应成立安全生产管理组织，制定详细安全制度。!%#!#"布置生产任务的同时应布置安全生产工作，根据现场情况和钻探技术要求制定安全措施。!%#!#%从事钻探工作人员，应接受安全教育，经考核合格后方可进入岗位。!%#!#&主要的安全制度应写成标语牌，挂在明显的地方，遵照执行。!%#"钻进安全规定!%#"#!钻场工作人员应遵守下列安全规定：!进入钻场工作时，必须穿工作服、工作鞋，戴安全帽。上班前，严禁喝酒。"在钻塔上工作时，必须系牢安全带。#钻场设备安装之后，机长必须进行安全检查，确认安装合格，方可开钻。$钻场内应备有外伤药品。%严禁闲散人员进入钻场。!%#"#"钻进中应遵守下列安全规定：!设备运转中，不得进行拆卸和修理，发现响声异常时，应立即停机检查。"备仪表应运行正常。#每次开钻，水接头应转动灵活。$扩孔、扫孔、扫脱落岩芯或钻进不正常孔段时，必须由班长操作。%开动机械时，班长应先通知该机械附近人员，确认机械运转部位无人靠近时再开动。!%#"#%升降钻具应遵守下列安全规定：!应检查升降机的制动装置、离合器装置、提引器、拧卸工具等是否安全好用。天车要定期加油和检查。"应检查钢丝绳的磨损情况，每一捻距内断丝数超过!&’时应立即更换。#操作升降机人员应与孔口和钻塔上人员紧密配合，并按他们发出的信号进行操—!#!(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准作。!操作升降机要稳，不得猛刹猛放。升降过程中不得用手扶摸钢丝绳。"孔口操作人员必须站在钻具起落范围以外。摘挂提引器时，防止回绳弹打。抽插垫叉时防止砸手。#跑钻时严禁抢插垫叉。$提钻后应立即盖好孔口。粗径钻具处于悬吊状态时，不得探视或用手摸管内岩芯。!"#$#%孔内事故处理应遵守下列安全规定：%反脱孔内钻具时，操作人员必须站在手柄反转范围之外。&用吊锤打钻具时，打头或打箍应系好安全绳，在打吊锤过程中应经常拧紧振松的接头螺纹。’使用千斤顶起拔钻具时，千斤顶卡瓦应拴绑牢固，并挂好提引器，严防钻杆顶断后窜起或卡瓦飞出伤人。!处理孔内事故时，防止工具等掉入孔内，造成双重事故。!"#"大口径钻进安全规定!"#"#!井下排水取芯应遵守下列安全规定：%当井下采用潜水泵排水，或井壁不稳、照明不佳时，工作人员严禁在井下作业。使用的电缆必须有良好的绝缘。&井内使用的排水管、电缆、绳子等，应整理有序，严防电缆拉断，漏电伤人。’井下应采用’&()’#(低压照明。!禁止井下与井口同时作业。"井下作业必须戴好安全帽和系好安全带。#在井下取芯作业，严禁人和物同时吊起。!"#"#$升降钻具应遵守下列安全规定：%升降钻具前，应检查卷扬刹车、离合器、游轮组、吊钩保险销子和钢丝绳。&提升钻具或岩芯遇阻时，严禁强行起吊，应适当与转盘配合，或停机进行处理后，再起吊。’提放钻具时，提引器的快卡子应安全可靠；重物放倒摘掉快卡子时，应立即用绳子拉住钩子，以防摆动伤人。!"#"#"井口安全应遵守下列规定：%井口指挥人员，应精力集中指挥井下与升降作业。&井口周围应洁净，不得堆放杂乱物品。严防物品掉入井内，造成事故。’井下有人员作业时，井口应设专人看守，所用工具等，一律用系绳或由吊桶运送，不得向井下投放。!井口禁止闲散人员围观。—%’%*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#$水上钻探安全规定!"#$#!水上钻探应遵守下列安全规定：!在通航河流上进行钻探时，钻船上应悬挂当地航运部门规定的标志。"钻船、渡船等必须备有足够数量的救生衣或救生圈、通信设备，并规定呼救信号。#钻船、渡船和渡口码头必须制定健全的安全制度，过渡时应穿上救生衣。$驾驶人员必须持证操作水上船只。渡口码头在夜间应有良好的照明。%钻船装载应保持平衡，不常用的器材，或已装满的岩芯箱，应及时搬移上岸。&提升钻具时，不得强力起吊，不得将千斤顶坐落在钻船上处理事故。’每班应有专人检查锚绳、绞车等安全情况，根据水情变化，及时调整锚绳，并应随时清除漂挂在锚绳及套管上的漂浮物。(掌握上游水情，若遇有洪峰警报，应立即通知钻船上的人员做好准备，并由专人组织指挥度汛或撤退。)严禁在钻船上游的主锚、边锚范围内进行水上或水下爆破作业。!*水深流急时，钻船下游应设有救生安全站，应有专人值班。!!遇有重雾视线不清或%级以上大风时，禁止抛锚、起锚和移动钻船、渡船等。!"停工停钻时，钻船上必须派专人值班，负责排除船仓内积水、监视和排除挂在锚绳和套管上的漂浮物和船上的防火。!"#$#%海上作业时，钻场应贮存足够的淡水、急救药品和配备救生艇。夜间禁止工作。!"#&其他方面安全规定!"#&#!钻场防火应遵守下列安全规定：!内燃机排气管或火炉烟筒，应伸出场房之外*+%,以上，穿过场房处应安装隔热装置。"钻场火炉应与地板很好隔离。炉灰应倒在指定地点。#草原及林区钻探，钻场周围应开出宽#,-(,的防火道。$现场内应备有灭火器材。%电器失火时，应先切断电源。!"#&#%钻场防寒应遵守下列安全规定：!在高寒地区钻探，柴油机、水泵停用时，应放净积水，以防冻裂机器。"送水管路停止供水时，应放净管内积水。#钻场内应有取暖设施。!"#&#"钻场防风应遵守下列安全规定：!高!*,以上的钻塔，应设安全绷绳。"大风超过&级时，应增设绷绳或落下钻塔篷布。!"#&#$钻场防汛应遵守下列安全规定：!在汛期，大批物资应放在洪水位警戒线以上的地方。—!#"*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!在可能受到山洪侵袭及洪水淹没的施工区，应做好防洪措施。"雷雨季节，钻架应设置避雷针。!"#$#$陡坡修建钻场和钻进应遵守下列安全规定：#清除坡上的活动块石，设置禁止人畜进入活动的标志，并应设置护栏。!险路应设置牢靠的栏杆或护绳。"遇$级以上大风或雨雪连绵天气应停止施工，复工前进行安全检查。%遇暴雨时，应防止山坡滚石冲毁钻场设备。!"#$#%钻场用电应遵守下列安全规定：#钻场用的电线应采用防水线。!电器设备必须安装在清洁、干燥的地方，严防油水等杂物侵入。"电器设备金属外壳必须接零线。%电器设备必须设有安全保护装置。!"#%环境保护安全规定!"#%#!钻探生产过程应遵守《中华人民共和国环境保护法》和当地政府颁布的环境保护法规。!"#%#&钻进用的冲洗液不得任意流淌。!"#%#"钻探过程产生的垃圾终孔后应清除。!"#%#’终孔后应立即封孔。附录&岩芯钻探岩石可钻性分级表表&岩芯钻探岩石可钻性分级表岩石物理力学性质钻进时效指标岩石压入硬度摆球硬度统计效率（*+,）代表性岩石举例级别（’()）弹次塑性系数金刚石硬质合金钢粒-#粉砂质泥岩、碳质页岩、粉砂岩、中粒砂.#///."0"1"20"13/%岩、透闪岩、煌斑岩硅化粉砂岩、碳质硅页岩、滑石透闪岩、橄43//-#3//!5-"4/1""-/1"3!13/-"1$/!14/榄大理岩、白色大理岩、石英闪长玢岩、黑色片岩、透辉石大理岩、大理岩黑色角闪斜长片麻岩、白云斜长片麻岩、石英白云大理岩、黑云母大理岩、白云岩、蚀$#24/-!24/"%-%!/1!3-/1"4!1"/-"1#/!1//#14/变角闪闪长岩、角闪变粒岩、角闪岩、黑云石英片岩、角岩、透辉石榴石矽卡岩、黑云白云石大理岩—#"!#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准岩石物理力学性质钻进时效指标岩石压入硬度摆球硬度统计效率（$%&）代表性岩石举例级别（!"#）弹次塑性系数金刚石硬质合金钢粒白云斜长片麻岩、石英白云石大理岩、透辉石化闪长玢岩、混合岩化浅粒岩、黑云角’()**+,)**-*+-.*/(’+*/,(0/1*+(/)*0/-*0/,2闪斜长岩、透辉石岩、白云石大理岩、蚀变石英闪长玢岩、石英闪长玢岩、黑云母石英片岩花岗岩、矽卡岩化闪长玢岩、柘榴子矽卡岩、石英闪长斑岩、石英角闪岩、黑云母斜长.,-**+--**-)+2-*/(,+*/(10/2*+(/0**/.*0/(*角闪岩、混合伟晶岩、黑云母花岗岩、斜长闪长岩、斜长角闪岩、混合片麻岩、凝灰岩、混合浅粒岩混合岩化浅粒岩、花岗岩、斜长角闪岩、混合闪长岩、斜长闪长岩、钾长伟晶岩、橄榄1-(**+2(**2(+)**/(*+*/()0/0*+0/’*0/**岩、斜长混合岩、闪长玢岩、石英闪长玢岩、似斑状花岗岩、斑状花岗闪长岩硅化大理岩、矽卡岩、混合斜长片麻岩、钠长斑岩、钾长伟晶岩、斜长角闪岩、鞍山质熔0*2***+)0**21+).*/0’+*/(-*/.*+0/(**/’2岩、长英质混合岩化角闪岩、斜长岩、花岗岩、石英岩、硅质凝灰砂砾岩、英安质角砾熔岩00)***+’(**)’+’2*/02+*/((*/2*+*/12*/2*凝灰岩、熔凝灰岩、石英角岩、英安岩0(3’***3’*4*/(*4*/)*石英角岩、玉髓、熔凝灰岩、纯石英岩注：表中岩石压入硬度、摆球硬度不在一个区间时，可以根据公式：!5,/01.*6*/***..2-"76*/*(2’."8）确定岩石级别。其中!为岩石可钻性等级；"7为压入硬度值（!"#）；"8为标准岩样时的摆球弹次。—0,((— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!岩芯钻探班报表表!岩芯钻探班报表接班孔深："交班孔深："工程名称：第号孔年月日时至时本班进尺："钻杆钻头上余（"）孔深（"）钻进参数岩芯钻纯钻具长度总进钻长进编号长采取岩石根长直径（""）长下起下起尺进压力转速泵量泵压度方度率名称数度（""）（"）钻钻钻钻（"）时（#$）（%&"’(）（)&"’(）（*+,）（""）下起法起讫（"）（-）（"）间时间孔深（"）终孔封孔记录工作项目回水及孔内变异情况主要消耗材料自至计自至基岩钻孔堤坝钻孔柴油#.孔号孔号机油#.孔径""孔径""黄油#.孔深"孔深"乳化液#.覆盖层厚度"粗砂填入重量#.钻头导管下入深度"粘土球直径""水泥标号粘土球填入重量#.水灰比灌入量)封孔日期封孔人成员本班工作情况职别姓名机长：交班班长：接班班长：记录：—1/0/— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!岩芯牌岩芯牌钻孔编号岩芯长岩芯编号记录员回次进尺班长孔深自"至"年月日机组填写及保管要求：#$岩芯牌应使用碳素笔填写。%$书写应整齐清晰，数据应准确。&$岩芯牌填写后，应进行蜡封，装入塑料袋密封。图!岩芯牌标准用词说明执行本规程时，标准用词应遵守下表规定。标准用词说明标准用词在特殊情况下的等效表述要求严格程度应有必要、要求、要、只有⋯⋯才允许要求不应不允许、不许可、不要宜推荐、建议推荐不宜不推荐、不建议可允许、许可、准许允许不必不需要、不要求—#&%’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准水利水电工程钻探规程!"#$%—#&&’条文说明目次%总则#术语和符号’钻探准备工作及开孔(覆盖层及特殊地层钻探)硬质合金钻探*金刚石钻探+空气潜孔锤钻探,水上钻探$大口径钻探%&冲洗液和护壁堵漏%%孔内事故预防和处理%#钻探质量!总则!"#"$本条为本规程适用范围。本规程主要用于指导水利水电工程钻探工作。!"#"%钻探是水利水电工程勘察的主要手段，以查明地质条件为目的，在执行本规程的同时，还应执行地质勘测大纲或钻孔任务书和其他相关技术规定。!"#"&由于从事水利水电工程地质勘察单位很多，所采用技术、方法和设备不尽相同。因此，各单位在执行本规程时可以制定实施细则。钻探中，应要求钻探操作人员必须具有一定专业知识和熟练的操作技能，因此钻探操作人员必须经过严格培训和考核后方可上岗作业，否则，生产质量就没有保障。!"#"’列出本规程的主要引用标准，以便本规程使用者更加理解本标准与相关标准的协调关系。—%’#)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!术语和符号本章根据《钻探工程名词术语》（!"#$%&—’’）编写。"钻探准备工作及开孔"#$一般规定"#$#$每一个项目钻探施工应编制施工组织设计，以加强施工现场的技术管理，提高钻探作业的计划性，科学性和施工质量。施工组织设计内容应包括：具有代表性钻孔结构、钻进方法和钻进参数、钻探设备和钻具、制定质量保证措施、钻探劳动组织、编制钻探工作进度计划和工期、编制材料消耗和采购计划、财务预算。"#$#!岩石可钻性分级，采用$#’(年原地矿部探矿装备工业公司推荐试行《金刚石岩芯钻探岩石可钻性分级表》。以岩石的物理力学性质和岩石抗机械破碎能力作为统一定级的基础。在室内测试的基础上，参照统计资料，经分析、对比、数据处理，确立了目前以压入硬度为主，摆球次数、塑性系数、声波速度、微钻速度综合评定定级方法。本分级表包括三张：!以岩石压入硬度、摆球硬度、统计钻进时效为指标的表一；"以微钻速度为指标的表二；#以声波穿透速度为指标的表三，把岩石划分为十二级。本规程采用表一作为岩石分级标准。表内各单项指标均为概率量。当测值不能落入相同的区间内时，则应利用各单项指标综合评定，以提高定级的准确性。钻进方法选择由$##)年规程的’种减少为*种，删除了钢粒钻进和针状硬质合金钻进，针状硬质合金钻进应是硬质合金钻进的一种，增加了空气潜孔锤钻进，比较全面地包含了当前覆盖层和基岩钻进的基本方法。空气潜孔锤钻进，近年来应用比较广泛，具有钻进速度快、成本低的优点。适用于工程施工用孔。"#$#"给出了设备选择的基本条件。水利水电工程钻探多为浅孔，施工条件差，各单位可根据施工具体情况选择钻机。"#"修建钻场、设备安装和拆迁"#"#$+桁架式钻场一般采用钢管和旋转式搭扣组建，场地不须平整。钻场高出地面约$,%-，以便于在台板下进行套管连接和跟管扩孔钻进，也便于冲洗液循环槽的布置和设备搬迁时的装卸车工作。桁架钻场立柱下端要进行加固，立柱之间除平拉手绞接外还用斜拉手加固。钻进过程应经常检查螺栓是否松动。(水利水电钻探，由于过去多用清水作冲洗液，所以对冲洗液循环系统不太重视，使其他冲洗液的使用受到限制。现在普遍使用乳化液、低固相或无固相冲洗液，不做好这个工作会严重影响效率和成本，应重视这项工作。—$+).— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!"#钻架种类在规程中未加限制，因为受到现有设备的限制。!""#以内的浅孔宜采用随机桅杆式钻架。钻架与钻机组装成一体用液压起落，这有三个好处：!有利于钻机运转的稳定；"节省搬迁时间；#节省材料消耗。目前多数钻机的卷扬是纵向安装的，而且钻机又要前后移动，所以钻架的天车切口应对准钻机后移后的卷扬滚筒，以免引起钢丝绳起堆。“轻型钻架的整体搬迁，应在平坦地区进行，高压电线下严禁整体搬迁”。这是根据过去事故的教训而编写的。!"$开孔与止水!"$"%开孔是以后工作正常进行的基础，许多质量事故和孔内事故都由于开孔不符合要求而引起的。开孔要掌握好以下三点：!孔口管要下到较好的岩层中，使以后钻进不致上部破碎岩石掉块。"孔口管要下正。#孔口管下端要做好封固止水工作，使水文观测资料准确，回水正常和孔口管不致被反开和跟着回转。下入钻孔的套管，都应上紧螺纹并用松香或粘接剂粘牢，防止脱开。!"$"#套管管脚止水的常用方法：!粘土在干孔效果奸。为提高止水性能，可掺入水胀性材料。施工时，将粘土球投入孔底，捣实后打入套管即成。"水泥止水效果好，但时间长。施工时，用导浆管将水灰比"$%&’$"的水泥浆注入孔底或用专门的注浆器注入，水泥浆上升"$%#左右下入套管，待水泥浆凝固后即可钻进。#胶塞止水是在管靴外套以橡胶套，利用管靴斜面挤压作用使胶塞膨胀而止水。胶塞止水操作应做到：下管之前，用导向钻具变径钻进一定深度，下入胶塞。$覆盖层及特殊地层钻探$"%回转钻探$"%"%这是土层的主要钻进方法，采用肋骨式钻头解决地层缩径问题，泥浆既起到护壁作用，又起保护岩样作用。在土层中当含泥量低时，采用单动双管钻具，配侧喷钻头。因为钻具内管保护土芯，避免冲洗液冲蚀，提高了土芯采取率。当土层含砂量高时，土芯进入内管的阻力较大，所以钻进时要限制回次进尺。水压退出土芯时，钻具要斜放在地板上，使土芯通畅地退出。当钻进粘土层或泥岩时，可采用单管钻具。因为粘土抗冲蚀能力强，单管钻具钻进速度快、取芯质量好。采用水压法退出管内的土芯，可以代替原状土样。深孔提钻时采用投球钻具平衡钻杆内水柱压力，有利于采取土芯。此种钻进方法效率高、质量好、经济效益显著，应作为覆盖层钻进的基本方法。$"%"!使用螺旋钻与勺钻时，每钻进一定距离必须提动钻具，以防旋入过深起拔困难。$"%"$全孔反循环钻进广泛用于松散地层的成井，用于勘探工作是近年来发展起来的新工艺。当粘土含量高时，易结团堵塞；当砾石或漂石直径过大时，则要经过粉碎才能—’)!(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准通过钻杆。岩样是利用塑料过滤管滤出的，也可以采用沉淀法分段取样。在取样中微颗粒会有部分流失，但对勘探成果影响不大。全孔反循环目前有两种基本形式：一种是气举反循环，在孔深超过!"#之后才能正常工作，其工作深度由空压机压力大小决定；另一种是泵吸反循环，其工作深度一般不能超过!""#。全孔反循环钻进保证质量的关键是钻进中要孔壁稳定，以免上下岩样混合，所以开孔以后要下一根套管保护孔口。当达到一定孔深，孔壁有塌落可能时，立即下入套管，然后缩小一级口径继续钻进。!"#冲击钻探!"#"$打入取样钻进多用于无地下水地层的钻进，分为孔口击入法与孔底击入法两种，以孔底击入法为好。孔底击入法是用钢丝绳提动冲击钻杆打击取样筒进行的，有时用钢丝绳冲击钻进。其优点是辅助时间少，装备简单，目前多用于浅孔，是工业与民用建筑勘探中常用的方法。!"#"#有底阀打入或压入取样钻进，因取样筒底部装有阀门，所以能够适用地下水位以下并能在饱和粉细砂地层中钻进。在粉细砂及软土层中采用平底阀，在砂层中采用弹簧片阀（也称弹簧管）。当压入或击入取样筒时，弹簧片张开，提起钻具时弹簧片自动合拢，从而防止岩样中途脱落。在容易液化的地层钻进时，振动与锤击都会引起液化，影响分层鉴定，宜采用压入法取样钻进。!"#"!泥浆护壁冲抓锥钻进方法只用于较大口径，因为冲抓锥直径不能做得太小。冲抓锥落下时靠重力加速度冲入地层，提起时自然合拢抓住岩样，一次完成破岩和取样工作，提出孔口把岩样装上推车排除，特别适宜于砂砾石层钻进，具有效率高、成本低的特点。!"%孔内爆破!"%"#爆破材料防水处理常采用的塑料袋、橡胶制品和高压绝缘，胶布等材料，将炸药雷管妥善组装捆牢，包装成圆柱形。!"%"%如选用硝铵炸药，药量应增大$%&。!"!钻孔取样!"!"$下设套管对土层的扰动和取样质量的影响，’()*+,-(早就作过研究。其结论是，在一般情况下，套管管靴以下约.倍管径范围内的土层会受到严重的扰动，在这一范围内不能采取原状土样。在实际工作中经常发生下设套管后因水头控制不当引起孔底管涌的现象。此时土层受扰动的范围和程度更大、更严重。因此，在软粘性土、粉土、粉细砂层中钻进，凡能采用泥浆护壁不用套管的，尽可能不用套管。地下水位以下使用空心螺旋钻头（提土器）或岩芯钻头钻进时，孔底不会产生负压，可有效地保护孔底土层不受或少受扰动。!/0!年国际土力学基础工程学会取样分会编制—!.$0— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准的软粘性土取样手册中也提出了这样的要求。!"!"#贯入式取土器取样。!取土器的贯入是取样操作的关键环节。对贯入的三点要求，即快速（不小于"#$%&’）、连续、静压，是按照国际通行的标准提出来的。要达到这些要求，目前主要的困难是大多数现有的钻探设备性能不能适应，如静压能力不足，给进机构的行程不够或速度不够。因此，今后岩土工程勘察用的钻机应逐步更新换代。如果土质过硬，静压贯入困难，应考虑改用回转取土器。不完全禁止使用锤击法，但应尽可能做到重锤一击。(为减少掉土的可能，本条规定可采用回转和静置两种方法。回转的作用在于扭断土样；静置的目的在于增加上样与容器壁之间的摩擦力，以便于提升时拉断土样。这两种方法国外标准中都是允许的，可根据各地的经验和习惯选用。!"!"$回转式取土器取样。$回转取样最忌钻具抖动或偏心摇晃。抖动或摇晃一方面破坏孔壁，另一方面扰动土样，因此保证钻进的平稳至关重要。主要的措施是将钻机安装牢固，加大钻具质量，钻具应有良好的平直度和同心度。接加重导向钻杆是增加钻进平稳性的有效措施。!合理的回转取样钻进参数是随地层条件而变的，目前尚未见有统一的标准，因此，一般应通过试钻确定。国际土力学基础工程学会取样分会编制的手册提供的一些经验参数列于表$，可供参考。表$回转取样钻进参数钻进参数资料转速给进速度给进压力泵压冲洗液流量来源（)&’）（%%&’）（*）（+,-）（.&’）砂$"20$12粉砂类土砂$""0$!1质软粘土!2"0美国垦务局$#/0$#1粘性土——!""较硬粘土粘性土$#12"0$""/2"02/"孔径$""美军$#!0!#"$#"———工程师团孔径$2"/#!0/#3日本土质"#40"#!2—2""——工程学会3无泵孔底反循环钻进或称小循环钻进，即在钻进时停泵，间歇性地小幅度升降钻具，冲洗液形成孔底反循环，带走切削面上的土屑。由于没有强烈的冲洗液的冲蚀，故能在单层岩芯管中有效地保持土芯的完整，用这种方法可连续地取芯，包括砂层的全断面取芯。不少单位就在这种土芯中截取原状土样，本标准规定在一定的条件下可用这种方法采取!级原状土样。"级原状土样，是指能提供做所有物理力学性质试验的原状土样。—$/!5— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!级原状土样，是仅能供做物理性质试验的原状土样。!硬质合金钻探!"#"#本条主要说明制作硬质合金钻头参数的选择。本次修改在表!"#"#$#中增加复合片钻头内容，目前用于制作钻头的复合片没有统一标准和型号，故没有列出。硬质合金型号及规格按%&’’(—))规定为：*表示地质工具；+表示石油工具；,表示矿山工具。表中的岩石级别指岩石可钻性等级，应按附录-的规定执行。!"$"#原规程中.".节针状硬质合金钻进目前应用很少，有些内容与硬质合金钻进内容重复，因此删除针状硬质合金钻进技术参数表等重复内容。%金刚石钻探%"#管材和钻具%"#"#本规程全部采用原地矿部小口径钻具系列，即钻孔直径为/#00、)!00、!/00系列，采用该系列具有下述之优点："与普通钻孔直径#!100、#(100、##100系列配套；#内管与外管和扩孔器之间的间隙增大，有利于冲洗液循环；$套管壁加厚，增大了承载能力，使孔内套管事故减少。《金刚石岩芯钻探钻具设备》（2&3*#4/!1—#//)）和《金刚石绳索取芯钻探钻具设备》（2&3*#4/!#—#//)）推荐了国际标准：5+6(!!#—#//7、5+6’’44—#//#、5+6#11/’—#//7。因目前国内还没有相应钻探管材，修订本规程没有采用。有条件的单位可以执行上述标准。%"$钻头、扩孔器的选择与使用%"$"#金刚石钻头的选择：目前金刚石钻头品种规格愈来愈多，规程中只能作原则的规定，选择时还应参看厂家的说明书。金刚石钻头在选用时，还应考虑金刚石的品级和浓度。金刚石品级高时强度高，可以降低浓度使金刚石用量减少，会增大底刃的压力，从而适应坚硬岩层的钻进。表镶金刚石钻头对胎体无太大的选择。孕镶金刚石钻头工作原理类似砂轮片的工作原理。金刚石需要保持自锐和更新，所以，选择金刚石品级和胎体的硬度与耐磨性时要与岩层的特性相适应。扩孔器的选择和使用：扩孔器起到扩大孔径和扶正钻头的作用。扩孔器上的切削材料只要求底刃工作而不要求侧刃工作，侧刃只要求有高的耐磨性就可以了。保持扩孔器的直径即保持了钻孔的直径，使钻孔在更换钻头后能保证钻头顺利下到孔底。由于扩孔器的作用，起钻时增大了钻具与孔壁之间的过水断面，从而可以减少抽吸力，有利于孔壁稳定。基于上述理由，扩孔器应比钻头直径大1"(0081"!00或在破碎岩层中，扩孔器直—#((1— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准径可加大至!"#$$。一般地说，扩孔器的寿命应大于钻头寿命的%倍以上，在选择扩孔器时，应当注意到这一点。由于人造金刚石质量完全满足了钻探工作的需要，因此，删除了原规程中天然金刚石钻头的内容。!"#钻进技术参数!"#"$金刚石钻进技术参数主要包括钻压、转速、泵量和泵压，它们既是独立的，又是相互关联的。操作者要统筹兼顾，才能达到效率高、质量好、成本低、事故少，收到最佳经济效益。钻压和转速的乘积与消耗功率成正比，机械输出功率只能基本保持一个常值。在一般情况下，首先要保证钻压，然后再调整转速。强烈振动会造成功率消耗增加，岩芯质量降低，钻头大量消耗，是金刚石钻进的大忌。调整钻压与转速是消除强烈振动的措施之一。钻压与转速还间接与泵量与泵压有联系，加大钻压与转速的同时，也应增大泵量与泵压。泵量与泵压，如果一切外界条件不变，则增大泵量就要增大泵压。在实际生产中，二者都要保持在一定范围，这需要调整钻具结构、钻头水口的数量与大小、扩孔器形状与规格等。!"#"%钻压的调整。钻头破碎岩石无论采用何种形式，都必须加以一定的钻压。钻压的大小应根据岩石的硬度，钻头唇面积，金刚石的粒度、品级、数量等进行选择。表镶钻头按每粒金刚石压力为!&’()&’计算，在坚硬完整岩层，金刚石品级高、颗粒大，应用较高钻压。钻进过程中，随着金刚石尖棱的磨钝，钻压应逐渐加大。孕镶钻头按单位面积钻压*+,-(.+,-计算。高转速钻进可以取得高的经济效益，而且质量好，消耗少，因此钻进中应该加以足够的钻压。但是水利水电钻探多为浅孔，钻进中加大钻压往往使钻机被顶起来。为解决这种情况，应在钻场上增加重量的办法，比如采用钻架压住钻场，钻杆、套管或其他重物堆放在钻机两侧等措施。钻压的计算，应以称重表和钻压表来进行。目前，一些机组的钻机钻压表都是坏的，也不及时修理，这是不允许的。钻压在计算时，要考虑加入其损失值。如钻杆受力弯曲而在孔壁消耗的摩擦力，每百米约为&##’，孔深)##$后不再增加。又如冲洗液压力对孔底的反作用力使钻压损失约为!###’，这个作用力往往使孔深在%#$以内倒杆时，引起钻具自动漂起。钻压过小会导致钻速过低、钻头晃动，使金刚石出刃被打光，出现孔壁变大、岩芯变细的现象。!"#"#转速的调整。钻头的转速与钻进效率有着直接的关系，在一定范围内转速愈高效率也愈高，但是转速的提高又受到功率、钻具强度和振动等的限制，应适当提高转速。—!%%!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准金刚石在高速运动下破碎岩石，由于岩石结构的不均匀性，必然产生冲击作用。这种冲击力有利于破碎岩石，但也有害于钻头和钻具。随着转速的增加，这种冲击力也随之增加，最后可导致剧烈振动而引起孔内事故。钻头的转速应根据岩石物理力学性质和钻头直径进行选择，通常可以按钻头的外侧线速度进行计算。表镶金刚石钻头的线速度范围为!"#$%&’("#$%&，孕镶金刚石钻头为!")$%&’*"#$%&。!"#"$泵量与泵压的调整。从排除岩粉的观点来看，泵量愈大愈好。钻速高时，所产生的岩粉粗而多，为避免岩粉的二次破碎而影响时效、质量和成本，所以应当选用较大的冲洗液量。但在孕镶金刚石钻进时，金刚石要保持一定的自锐性，这与孔底岩粉的多少有一定的联系，孔底岩粉少自锐性就差，所以泵量太大也是不可取的。在泵量不变的条件下，泵压与水口、水槽的截面积成反比。理论研究表明，钻头内外侧保持约#"*+,-的压差，可保持水口处的冲洗液流速，并保证部分冲洗液流过金刚石刃部，从而迅速带走岩粉，并润滑和冷却金刚石。水口太大会使钻头内外冲洗液压差减少，水口过小会影响冲洗液泵量和泵压，所以钻头水口要随着钻头的磨损而修整，水口高应保持*$$。金刚石钻进时泵压损失较大，一般情况下，管路、钻具和钻头的泵压损失约#"*+,-。孔深每增加!##$，泵压损失增大#"(+,-’#"*+,-。孔深!##$以内的钻孔，泵压为#")+,-’!"#+,-。!"$钻进技术要求!"$"%!钻机应具备足够的扭矩、变速范围和升降能力。金刚石钻进必须选用稳定性好、变速范围大的液压给进钻机，并配备孔底压力表、转速表、扭矩表。目前，市场上钻机种类齐全，完全满足钻探需求。对钻场用泵，强调采用变量泥浆泵和小型泥浆搅拌机，这是从钻场能采用任意种类的冲洗液，并对提高质量和有利生产而考虑的。为使孔底泵量不足时能迅速灵敏地反映到地面仪表上来，规程提倡用变量泥浆泵调节流量。由于容积泵的泵量在调好后是固定不变的，全部泵量送入孔底，冲洗液循环管路中堵塞或破裂的变化会可靠而灵敏地反映在泵压的变化上。*钻杆锁接头处安装密封圈的优点：压水试验时钻杆接头不需密封，钻杆锁接头不漏水，防止烧钻事故的发生。)原规程有“钻杆级配选择表”，在实际工作中很难做到，故删除。钻杆级配的问题，各单位根据实际情况采取技术措施处理。!"$"&!金刚石钻进要避免钻具发生剧烈振动。为改善钻具的稳定性，最主要的措施是采用乳化冲洗液，这一点已被公认为金刚石钻进的成败关键。.钻头打滑的防止：所谓钻头打滑，是指在坚硬而研磨性小的岩层中钻进时，金刚石—!**(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准钻头的刃部被打光磨平，金刚石不再破碎岩石和产生岩粉，从而破坏了金刚石的自锐功能的情况，此时钻头不进尺，孔内无岩粉，也不会发生烧钻事故。防止钻头打滑的措施是基于三个方面的原理制定的：!增大金刚石刃部对岩石的破碎作用力，包括增大钻压、提高金刚石品级、减少金刚石数量和面积等；"提高金刚石的自锐性或加以磨锐，包括改变泵量、改变胎体性能、冲洗液中加以研磨颗粒及用砂轮片磨锐等；#改变切削具破碎岩石的方式，目前主要是采用孔底冲击回转钻进，这是充分利用岩石抗压强度高而抗冲击强度低这种特性，从而保持切削具的破岩能力。!本款规定，金刚石钻进浅孔时，“禁止不停钻倒杆”，这是因为目前进行的所谓不停钻倒杆都是在无加压情况下进行的，浅孔在不停钻倒杆时产生钻具漂起而造成堵塞或脱落岩芯的情况。"#防止孔壁掉块和探头石的理论依据是压力平衡理论。小口径金刚石钻进，由于钻具与孔壁间隙小，起钻时会产生一个抽力，即在钻头下产生一个低压区，所以增大这个间隙、降低起钻速度都能起到很好保护孔壁的作用。!"#绳索取芯钻探!"#"$绳索取芯钻进是一种比较先进的钻探工艺，它可以使起钻间隔延长，从而缩短辅助时间。这种优点在深孔时表现得特别明显，由于技术的进步，解决了水利水电工程绳索取芯钻进不提钻压水问题。在水利水电工程钻探中被推广应用。绳索取芯的钻头壁厚，从而钻压要相应加大，所以在坚硬岩层中最好不用，应该采用普通钻进方法。为了提高取芯质量，应限制一次进尺的长度，尤其在破碎带和软弱夹层，因岩芯堵塞没有及时起钻而影响岩芯质量，绳索取芯可以随时捞取岩芯，从而提高了取芯质量。!"#"%$绳索取芯钻进中内管到位报讯十分重要，目前是通过泵压变化来判断。投入内管后，立即往钻杆内泵入冲洗液，会产生#%&’()*"%#’()的泵压增值，操作人员只要加以注意，是可以不出现差错的。!"#"#已研制成功绳索取芯气压栓塞，可以从钻杆下入孔内进行压水试验，而无需起出钻具。!"#"!绳索取芯钻进起钻时，必须先起出内管，起钻时抽吸力小，对稳定孔壁有利，所以适应破碎地层钻进。在孔壁很不稳定条件下，还可以在起钻前灌注水泥浆封孔。&空气潜孔锤钻探&"$一般规定&"$"$近几年来空气潜孔锤钻进在工程施工中广泛应用，三峡水电站工程锚索、锚杆孔工作量有几十万米，现在潜孔锤种类完全满足钻进工艺要求，例如在碎石层中同步跟管钻进等钻具都已商品化，完全能满足规程中砂砾石层、基岩钻进要求。因为潜孔锤目前—"+++— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准取芯钻进岩芯采取率一般只能达到!"#左右，而且多呈碎块状，所以规程规定在特殊情况下，技术目负责人同意可以用于工程勘察钻进。!"#"$潜孔锤活塞在汽缸内高速往复运动，必须给潜孔锤润滑，最好在气路中安装注油器，这样就使润滑油不断地被风带入潜孔锤汽缸内，其注油量大小可调节。但我们目前进行潜孔锤钻进时一般无此装置。其注油方法采用从钻杆内孔倒入，定期润滑。润滑效果差，导致潜孔锤磨损快，冲击功降低，为此规程规定用注油器连续润滑。润滑油夏季选用$%号机械油，冬季选用"号&’%号机械油。!"%钻进参数的选择!"%"#、!"%"%首先要保证潜孔锤正常工作所需要的风量、风压。风压高、风量大则潜孔锤频率高，冲击功也大，因而破岩效率也高。风压增加，钻进效率成正比增加，风压从%(!)*+提高到’(%,)*+时，钻进效率可增加一倍。!"%"&潜孔锤钻进轴向压力与回转钻进轴向压力要求不同，前者靠冲击载荷破碎岩石，回转钻进靠压力切入岩石。潜孔锤钻进轴向压力作用主要是为了克服潜孔锤在活塞下行时在汽缸内所产生的向上推举力，其次还要对钻头施加一定的压力，以保证冲击功有效传递给钻头进行破碎岩石。禁止钻头弹跳。岩石坚硬，应增大钻压。!"%"$钻头转速仅仅是为了改变碎岩的位置和排粉效果，因此合理的转速应保证在最优的冲击碎岩的破碎区外，并能保证两破碎区相连，防止岩墙产生。美国水井学会（-(.(.(/）康伯尔认为，潜孔锤旋转存在着最优转角，其值为’’0。规程中规定的转数采用了此项研究成果。转数过低，压力过大，不仅产生重复破碎，影响钻进效率，而且钻头球齿也易发生冲入碎岩后的坑穴中，造成回转困难，使钻头球齿损坏。同样转数过高，则不仅使冲击碎岩的作用减弱，而且造成钻头严重磨损。在操作中必须防止上述现象的发生。!"&钻进技术要求!"&"#"回次终了时，提出主动钻杆后关闭进气阀是为了防止潜孔锤回灌，即岩粉进入潜孔锤内，卡死活塞使潜孔锤不能工作。!"&"%、!"&"&水平孔钻进和同步跟管钻进，是根据东北勘测设计研究院在三峡永久船闸施工水平锚索孔和在黑河堆石坝同步跟管钻进的经验编写的。在三峡施工水平锚索孔共计’!’’个，累计工作量"12%!3，最大孔深!,(",3，最小孔斜率%(’($#，平均孔斜率为’("#。在黑河堆石坝同步跟管钻进中采用了偏心式和同心式同步跟管钻具，套管采用!’%233厚壁管和!’$433套管，孔深$%3&,13，共计钻孔$%个，累计工作量"4!(1!3。—’,,1— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!水上钻探!"#一般规定与钻场类型!"#"#钻场类型的选择：水上钻场分漂浮式和架空式两类。漂浮式钻场以船和筏为主，也包括浮箱与油桶等。架空式钻场则增加了平台式和桁架式两种。水上平台较其他型式具有很大的优点，基本上不受航运的影响等，除适应近海作业外，也可在大江大河进行工作，其缺点是体积庞大，搬迁不易。桁架钻场既能用于陆上或山坡，也能用于浅的水域和海滨，相当于固定式水上平台，机动性和适应性比较好。在水上构筑时，其立柱下端应增大面积，以减小压力，防止沉陷。桁架也适用于构筑钻场与岸坡相连接的桥梁（俗称管桥）。!"$漂浮钻场!"$"#钻船吨位选择原规程中有“钻船吨位选择表”，规定得不严密，故删除。修订后根据实际工作负荷选择钻船。河流水文情况主要指水流流速、水深。流速大，安全系数应大。工作负荷应包括给进油缸的提升能力。其他形式的漂浮钻场载重量可参照此条确定。!"%冰上钻探!"%"#此条只适用于非车装钻机施工，车装钻机施工应进行一些调查研究确定冰层厚度和施工期。冰上钻探在接近解冻期最为危险，应事先注意开江和冰层发生碎裂的可能，防止发生事故。冰冻期应根据历年水文资料和当地群众经验来确定。!"&近海钻探!"&"#、!"&"$近海钻探应遵守当地海事管理部门的有关规定，使用的船只、钻探平台应有合格证和有关部门颁发可以下水证明材料。对钻探海域、使用船只、平台和工作时间等应向当地海事管理部门报告。近海钻探是非常危险的工作，应有专人负责收集气象信息，必须保证通信联络。’大口径钻探’"%"(!转速公式中"!#是实测较优滚刀的每分钟转速。滚刀转速低影响钻进效率，过高轴承和密封很快磨损。—"%%$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"冲洗液和护壁堵漏!"#!冲洗液!"#!#!冲洗液除冷却和润滑钻头、带走岩粉外，还起到保护孔壁和岩芯、防止振动等多种作用，根据岩层条件正确选用，可以获得较大的经济效益。在灰岩和含钙镁离子高的地层钻进，应选用非离子或复合型润滑剂。水利水电钻探，要做压水试验，故冲洗液的使用受到限制。泥浆只在不做压水试验的钻孔中使用，而无固相冲洗液如聚丙烯酰胺等对压水试验成果影响较小，可以适当选用。!"#!#$常用水解度!"#的聚丙烯酰胺配制冲洗液。!"#!#%植物胶类冲洗液金刚石钻进用于卵砾石覆盖层，也可用于基岩复杂地层。用植物胶作冲洗液，取芯质量高。在砂卵石覆盖层和基岩破碎地层、软弱夹层钻进，岩芯采取率可达到$"#%&""#，而且可取得原结构柱状岩芯。植物胶品种很多，根据实际情况选用。’(’为水解聚丙烯酰胺代号。!"#&护壁堵漏!"#&#!护壁堵漏在水电系统钻探中，习惯采用水泥浆封堵和下套管两种办法，因为这两种办法效果显著，原材料易于解决，操作简单。!"#&#&水泥浆液的灌注，特别应保持水灰比的稳定。如果中途水分掺入，使水泥浆被稀释，则会延长待凝时间，甚至不凝固。!"#&#$套管护壁最为普遍，套管的管脚未作止水固定和套管连接螺纹没有粘住，会引起孔内套管事故。!!孔内事故预防和处理!!#&#!一般事故是指比较容易处理的常见的孔内障碍。例如：掉钻事故。复杂事故是指难处理的孔内障碍。例如：钻头烧在孔底不能提动的事故。重大事故是指导至钻孔报废的孔内障碍。!&钻探质量!&#!岩芯、土样和水样的采取!&#!#&)取芯钻具的选择：取芯钻具种类选择表基本不变，仅对技术参数和适应的范围作了调整。表中所列钻具的构造可以从钻探工具手册中查到，基本上是定型的东西。!将原状取土器分为!*+、!*,两类，是表明其完善程度有一定的差别。-*+类取土器都是现在国际通用的高质量取土器，!—,类取土器性能则相对较差，但在合适的土质和操作条件下也能取得好的效果。考虑我国现状，不可能硬性规定一律采用!*+—&!!.— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准类取土器，而应允许在一定条件下采用!!"类取土器。厚壁取土器原则上只能用于采取"级或"级以下的土样。确有困难时也可以用厚壁取土器，原则上只能用于采得的"级：上样作为#级土样使用，但事先应得到勘察技术负责人的认可。$卡簧的内径不易测量准确，配卡簧应采用试验的方法，即将卡簧套在相应钻头钻出的岩芯上，用手可以轻轻推动者为合适。!"#!#$破碎地层提高取芯质量的措施是根据以下四点制定的：#增大岩芯直径，从而提高岩芯强度和允许岩芯周围有较多的剥蚀量；$选择合适的冲洗液；%选择单动双管钻具，保护岩芯；&冲洗液反循环，使者芯呈悬浮状态，防止二次破碎。!"#!#%成都勘测设计院使用植物胶作冲洗液金刚石钻进取出了软弱夹层原状岩芯。本条第三款吸收了他们的经验。软弱夹层钻进取芯设计应从下述%个方面去考虑：（&）提高岩芯的抗扭断强度：#增大孔径和增大岩芯直径；$改变夹层对岩芯的视倾角，使缓倾角变成较大的倾角（大于’()）；%套钻，即先钻一个小孔，插筋灌浆，人为地提高岩心抗扭强度，然后套取岩芯。（*）改善钻具的单动性能和同心度：#短钻具比长钻具同心度和单动性要好，尤其内管的抗弯曲强度提高；$内管与钻头之间加扶正器，不使内管晃动；%每钻都要对轴承部位清洗加油。（’）防止岩芯堵塞，不使内管受力弯曲而变成双动：#内管涂润滑剂，减小岩芯阻力；$堵塞报警，不使内管受力超过规定值，超过时就报警起钻；%立轴增大行程，实行不倒杆钻进，因为倒杆时往往提动钻具（浅孔）造成岩芯堵塞。（$）提高钻具稳定性和减小钻头晃动：#提高冲洗液的润滑性能；$足够的冲洗液量，保持孔底岩粉量少；%调整参数，不产生剧烈振动。（%）减少岩芯受破坏时间：#保持高速钻进，缩短回次钻进时间；$减少内管卡簧座与钻头的距离，使岩芯在最短时间内进入岩芯内管受到保护；%限制回次进尺。!"#!#&水样采取。乳化液或泥浆都会对水样产生严重的污染，但严格地说，清水也影响水样的真实性，也是一种污染，所以对取水样钻孔要求覆盖层钻进时不准加水。基岩钻进时不可能不用冲洗液，所以规定在抽水后取水样。!"#$封孔与长期观测装置的安装!"#$#!封闭钻孔方法：深度小于*(+的干孔可直接从孔口投入稠水泥浆，有水钻孔则必须下入导浆管，管口距孔底距离应小于(,%+，然后用泵入法或注入法进行灌浆。水灰比宜为(,%-(,.。采用注入法进行灌浆时，浆液升高到一定高度后，可逐渐提起导浆管，但管脚不得超过浆液面。!"#$#"封闭堤防钻孔方法：在砂层中，每次回填的实际孔段长不超过&+。在粘土层中，将粘土加工为直径*/+-*,%/+的土球，并风干，每次按钻孔高度(,’+理论容积量投入孔内并捣实。依次按要求回填至孔口。即每次回填的实际段长控制在(,’+。—&’’0— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准水利水电工程施工地质勘察规程!"#$#%&’($’#)"#*’#+,-./’-&#+0".&#)*#.1(-"..",#/.’",(+)23).#0#1".0.#4"’-!"#$#—%&&’替代!()$*—+*—$##*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利部关于批准发布《水利水电工程施工地质勘察规程》!"#$#—%&&’的通知水国科［%&&’］()$号部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务）局，新疆生产建设兵团水利局：经审查，批准《水利水电工程施工地质勘察规程》为水利行业标准，并予发布。标准编号为!"#$#—%&&’。代替《水利水电工程施工地质规程》（试行）!*+$,—-,。本标准自%&&(年#月$日起实施。标准文本由中国水利水电出版社出版发行。二!!四年十二月八日前言本标准系根据水利部《关于下达%&&$年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知》（水总局科［%&&$］$号）中下达的任务，按照水利部%&&#年$月发布的《水利技术标准编写规定》（!"$—%&&%），在《水利水电工程施工地质规程》（试行）（!*+$,—-,）的基础上修订而成。!*+$,—-,颁布已经%.年。在此期间，我国水利水电工程建设步入了鼎盛时期，不断出现新的施工技术和手段，勘察技术手段有了长足发展，工程施工管理体制逐步与国际接轨，施工地质工作的地位和作用更加显示出来。生产和科学技术的发展，需要对!*+$,—-,进行修订，同时也为其修订创造了条件。本标准共$&章%%节$’&条和(个附录，规定了水利水电工程施工地质工作的内容、方法、程序和技术要求。本次修订的主要内容有：———适用范围扩展到中型水利水电工程；———增加了术语、基本规定、工程边坡、岩（土）体防渗和排水工程、水库和天然建筑材料六章；———增加了(个附录；———增加了标准用词说明和条文说明；—$##)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准———增加了土基、土坡、土中隧洞的相关内容；———重新界定了施工地质工作的内容；———规定了施工地质工作的基本程序，提出地质巡视作为基本程序之一；————重新界定了“地质编录”的含义，取消了施工地质工作分两期的划分；———将“资料整编与归档”修改为“资料整编与技术成果编制”；———删除了“定向爆破筑坝和水下岩塞爆破施工地质工作”一章；———删除了“表!水利水电地下工程围岩工程地质分类表”。本标准为全文推荐。本标准所替代标准的历次版本为：———"#$%&—’&本标准批准部门：中华人民共和国水利部本标准主持机构：水利部水利水电规划设计管理局本标准解释单位：水利部水利水电规划设计总院本标准主编单位：长江水利委员会长江勘测规划设计研究院本标准参编单位：新疆水利水电勘测设计研究院本标准出版、发行单位：中国水利水电出版社本标准主要起草人：薛果夫满作武石安池陈又华王正波饶旦杨火平彭敦复赵克全李正光王晓卫童克昌本标准审查会议技术负责人：李广诚本标准体例格式审查人：窦以松目次%总则(术语!基本规定)地面建筑物)*%地质巡视与观测)*(取样、试验与专项勘察)*!地质预报与建议)*)地质编录与测绘)*+地基评价与验收+地下开挖工程+*%地质巡视与观测+*(取样、试验与专项勘察+*!地质预报与建议+*)地质编录—%!),— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!围岩评价与验收#工程边坡#"$地质巡视与观测#"%取样、试验与专项勘察#"&地质预报与建议#"’地质编录与测绘#"!边坡评价与验收(岩（土）体防渗与排水工程("$地质巡视与观测("%取样、试验与专项勘察("&地质预报与建议("’地质编录("!评价与验收)水库*天然建筑材料$+资料整编与技术成果编制$+"$资料整编$+"%技术成果编制附录,水利水电工程施工地质巡视卡附录-水利水电工程施工地质日志附录.水利水电工程施工地质编录综合描述卡附录/00工程竣工工程地质（施工地质）报告编写提纲附录100工程竣工工程地质（施工地质）报告附图名称及比例标准用词说明条文说明$总则!"#"!为统一水利水电工程施工地质工作程序，明确施工地质工作内容、方法与技术要求，保证施工地质工作质量，特制定本标准。!"#"$本标准适用于大、中型水利水电工程施工地质工作。小型水利水电工程和病险水库除险加固工程施工地质工作可参照使用。!"#"%水利水电工程施工地质工作是工程建设的重要组成部分，对消除地质隐患、优化设计、选择合理的施工方法、保证工期、控制投资和保障工程正常运行具有重要意义。施工地质工作应自工程开工起至竣工验收止，贯穿于工程施工的全过程。!"#"&本标准引用以下标准：《水利水电工程地质勘察规范））（2-!+%)(—**）《水利水电工程制图标准》（34(&—*!）—$&’$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准《水利水电建设工程验收规程》（!"##$—%&&&）《水利水电工程地质测绘规程》（!"#&&—#’’(）!"#"$水利水电工程施工地质工作除应符合本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规定。#术语%"#"!地面建筑物!)*+,-./01*,)23-45*)-5)*.4在地表兴建的各类水利水电工程建筑物，诸如挡水坝、堤防、水闸、溢洪道、电站厂房、通航建筑物、渠道（人工河道）及渠系工程等。%"#"%地下开挖工程)61.*7*8)6189.63674在岩土中开挖的地下空间，如隧洞、竖井、斜井和大型洞室等。%"#"&工程边坡.6736..*3674289.4由于兴建水利水电工程而改变了自然形态的边坡或人工开挖的边坡，承受工程荷载的自然边坡，以及对水工建筑物、居民区、工业和交通设施等安全有影响而需要治理的边坡的统称。%"#"’软弱层带36-8:9.5.652,0.*48*;86.4软弱夹层、风化夹层、溶滤层带、软弱断层带、层间剪切带等工程地质性状较差的层（带）状地质体的总称。%"#"$地下开挖工程超前地质预报9*.13-53868+5/.7.82873-,2-861353864,/.,18+<8*=367+,-.地质预报的一种特殊形式，指利用地质编录、导洞、先导孔、物探等手段和地质综合分析方法，对井、洞开挖前进方向的地质条件及可能遇到的影响洞室施工安全或围岩稳定的重要地质问题（断层破碎带、喀斯特、软弱层带、含有害气体的地层、突泥、突水等）所作的预报。%"#"(地质巡视7.82873-,23649.-5386对施工状况和揭露的地质现象进行日常性观察、调查、测量和记录（文字、图表、素描、摄影、录像等），并提出需要立即开展的施工地质工作项目及部位建议的工作。%"#")地质观测7.82873-,2:86358*367施工过程中，对特定的地质现象及其发生的变化进行追踪观察或简易量测的工作。%"#"*地质编录1.5,32.17.82873-,2:,99367用大比例尺（不小于%>#’’）测图、文字描述、摄影、录像等形式将各类人工开挖面上的地质现象随开挖过程逐块（段）记录下来的工作。$基本规定&"#"!施工地质工作应包括下列内容：%地面建筑物：—%$(#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!）检验前期地质勘察成果，深化对工程地质条件和问题的认识。"）进行地质预报。#）进行工程地质问题处理措施的研究，提出处理建议。$）提出专项勘察的建议。%）核定岩（土）体的物理力学参数。&）提出运行期间的水文地质、工程地质监测项目及其技术要求。’）进行地基的工程地质评价。"地下开挖工程：!）应符合本条第!款!）项及#）(&）项的规定。"）超前地质预报。#）围岩工程地质分类和围岩工程地质分段。$）及时提出需加强临时支护的部位。%）进行围岩的工程地质评价。#工程边坡：!）应符合本条第!款!）项及#）(&）项的规定。"）施工过程中边坡稳定性评价与预报，提出处理与监测意见。#）进行边坡的工程地质评价。$岩（土）体防渗与排水工程：!）应符合本条第!款!）($）项及&）项的规定。"）进行防渗与排水工程的工程地质评价。!"#"$施工地质工作宜遵循下列基本程序：!编制施工地质工作大纲。"地质巡视。#地质观测、取样、试验及专项勘察。$地质编录或测绘。%编发施工地质简报，提出地质预报与建议。&参加地基、围岩、边坡处理方案及与地质条件相关的安全监测方案的研究。’参加与地质有关的验收。)资料整编与技术成果编制。!"#"!施工地质工作应由具有相应资质的地质勘测单位承担。参加施工地质工作的人员应熟悉该工程的地质情况，工作中及时与设计、监理、施工单位互通信息。!"#"%施工单位应根据地质要求及时清理和冲洗建基面、洞室围岩及特定部位的开挖面，并为施工地质作业提供必备的工作条件。!"#"&施工地质工作应建立地质值班制度。地质值班人员应进行地质巡视与观测，及时填写“施工地质巡视卡”和“施工地质日志”，填写格式宜符合本标准附录*、附录+的规定。!施工地质巡视卡应记载巡视中发现的可能影响工程施工，期或运行期安全与稳定的地质内容，并应提出观测、取样、试验、编录、测绘及预报工作的建议。对重要地质现象—!#$#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准的地质描述卡片、素描图、影像资料，应作为施工地质巡视卡的附件存档。!施工地质日志应及时记载施工地质日常工作事项、技术问题讨论意见及结论、工程处理措施及实施情况，以及工程重大事项。"施工地质巡视卡应及时送交相关的地质负责人。!"#"$地质编录的测图方法宜采用方格网法、丈量法或视距法，也可采用数码相机摄影—计算机成图法。采用隧洞掘进机法和盾构法施工时，应根据具体情况制定与之相适应的编录方法。!"#"%地质测绘应符合#$!%%—!&&’的规定。!"#"&地质预报与建议应采用书面形式及时向有关部门提出，必要时可先作口头预报。书面材料应系统编号、统一格式。!"#"’施工地质单位在参加地基、围岩、边坡等的工程处理措施研究时，应综合前期及施工期地质成果，提出相关的地质边界条件及处理建议。!"#"(#施工地质单位在参加地基、围岩、边坡、防渗与排水等与地质条件相关的安全监测方案的研究时，应依据施工地质资料，提出运行期专项监测的部位、项目和技术要求的建议。!"#"((施工地质单位应参加建基面、围岩、边坡验收和#$!!"—(%%%规定的与地质相关的工程各阶段验收。建基面、围岩、边坡验收时，应在验收文件中填写地质结论并签署意见。阶段验收应按有关规定提供相应地质资料并签署结论性意见。!"#"()摄影、录像时，应做好比例、实物等标记，并编写说明。说明应包括编号、位置、方向、日期及地质内容等。具有重要意义的照片宜附与之相对应的素描图。’地面建筑物’)(地质巡视与观测*"("(岩质地基地质巡视内容应包括基本地质条件，并应侧重以下方面：(施工开挖进度，施工程序、方法、工艺及其对建基岩体的影响，特别是因开挖引起的卸荷回弹、结构面张开及建基面岩体损伤现象。!软弱层带的产状、性状、厚度及其变化、结构及其分带性、延伸情况、界面起伏特征和破碎、泥化情况，膨胀岩、盐渍岩、特殊矿体的产状、性状、厚度及其变化，岩脉的岩性、产状、厚度及其接触带的蚀变、充填、泥化程度和破碎情况。"规模较大或性状较差断层以及活断层的出露位置、产状、性质、宽度（或厚度）、断距、延伸情况，构造岩类型、胶结情况、透水性和密实程度，断层交汇切割情况及其与建筑物的关系。’对建筑物地基岩体稳定有影响的缓倾角结构面。*深、厚风化地段岩体的风化程度、深度、类型、特性，风化夹层的风化深度与性状。+喀斯特洞穴和溶蚀裂隙的位置、高程、尺度、形态、发育情况，充填物质组成和密实程度。—("’’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!基坑涌水量及水位，地下水出露位置、高程、活动情况（特别是沿软弱夹层、断层和节理裂隙的活动情况）、出露形式、压力水头、流量、水温、颜色、气味、携出物、溶蚀和沉淀情况、补排关系等。"渠道地基的外渗条件。#地基岩体现场测试情况。$%地基处理措施的实施情况，土石坝（闸）防渗体与坝肩岩体的接触与处理情况。!"#"$土质地基地质巡视内容应包括基本地质条件，并应侧重以下方面：$施工进度，施工程序、方法、工艺及其对建基土体的影响。&软土、粉土、细砂土、膨胀土、湿陷性土、分散性土、盐渍土、冻土、填土等的性状、分布情况和变化趋势，以及卵石、漂石和块石的架空现象。’活断层活动迹象。(基坑涌水量及水位，地下水的出露位置、流量和水质，管涌、流土等情况（包括当时的河水位、地下水位、基坑水位等）。)采用井点降水时，所用井管的直径、过滤器下入深度以及层位、水位和排水量。*渠道地基的渗透性和外渗边界条件。!对地基有影响的地裂缝、人工洞穴、生物洞穴的分布位置及规模。"地基土体现场测试情况。#地基处理措施的实施情况，特别是表层清理情况和碾压、振冲、强夯等处理后的干密度，松软地基采取预压加固时基础的沉陷、侧向位移、地下水位及孔隙水压力。!"#"%施工期间宜进行下列地质观测，必要时应编制专门的观测技术要求：$地基岩（土）体胀缩、回弹、隆起、沉降、蠕滑、挤出、开裂等变形现象。&易风化岩体的风化速度和易崩解岩（土）体的崩解速度，软弱层带和含水溶盐地层的渗水恶化现象。’土质地基中的管涌、流土等现象。(地下水动态（流量、水位、水温、水化学成分），包括新揭露的泉水点或入渗点的情况，围堰及施工期大坝临时挡水时坝基及坝肩地下水变化，水库蓄水初期坝基及坝肩的渗漏情况。)爆破引起的岩体松动开裂现象。*其他异常情况。(+&取样、试验与专项勘察!"$，#开挖期间宜采集下列标本存档备查：$建筑物区系统的岩土标本。&建基面各典型地段代表性岩土标本。’地基处理段岩土标本及特殊土层代表性标本。(对工程有影响的断层构造岩、软弱层带、岩脉、易溶岩等岩石标本。)其他（如水泥结石、显示灌浆后结构面状态的岩样）。!"$"$岩质地基浅部岩体质量检测宜采用弹性波测试等简易快速方法。对建筑物—$’()— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准稳定有严重影响的软弱层带、构造岩、岩脉、蚀变带、风化岩体等，应根据具体情况进行复核性力学试验。!"#"$应根据具体情况，对土质地基进行取样试验或原位测试（十字板剪切、静力触探、动力触探等），核定地基的物理力学参数及地基承载力。必要时，应进行渗透性试验。!"#"!当喀斯特管道系统在勘测期未能查清且影响施工时，宜进行连通试验等试验。!"#"%施工期间遇到下列情况时，应提出进行专项勘察的建议：!局部地段存在地基变形、抗滑稳定、渗透变形问题，需要核定其边界条件和稳定性。"与建筑物关系密切的喀斯特洞穴需要进一步查明。#可利用岩（土）体顶面的埋藏深度及形态发生较大变化需要重新核定。$坝基、坝肩、渠道等的防渗处理范围需要重新核定。%地基处理方案需要重新核定。&施工期新出现的环境地质问题需要查明。$’#地质预报与建议!"$"&根据施工地质工作获取的资料，预计地基的实际情况与原设计所依据的地质成果有出入而需修改设计，或可能出现新的不利地质因素而影响建筑物安全时，应及时进行地质预报，并提出地基处理的建议。!"$"#施工地质预报应包括下列内容：!与原设计所依据的地质资料和结论有较大出入的工程地质条件和问题。"基坑可能出现的管涌、流土或大量涌水。!"$"$地基处理措施的地质建议应包括下列内容：!开挖处理的位置、范围、深度和体积。"固结灌浆的位置、范围、方向和深度。#锚固处理的位置、范围、方向和深度。$土基置换、压（振、挤）密、桩基等加固处理的位置、范围和深度。%防渗帷幕、排水孔（洞）的位置、范围、方向和深度。&地下水的引、排、封、堵。$’$地质编录与测绘!"!"&建基面应进行地质编录或地质测绘。混凝土建筑物、土石坝防渗体和溢洪道建基面应进行地质编录；土石坝坝壳、渠道（人工河道）及其他对地基要求较低的非主体建筑物的建基面，且地质条件相对简单时，可进行地质测绘。!"!"#岩质地基地质编录应包括下列内容：!开挖形态、高程、桩号或坐标。"地层代号、岩性特征、岩性界线、岩层产状、单层厚度，特别是软弱夹层的产状、厚度、延伸情况、结构特征、破碎泥化情况及界面起伏特征。—!#$&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!断层、破碎带、层间剪切带、节理裂隙或裂隙密集带，特别是缓倾角结构面的位置、产状、宽度、延伸情况、性状、交汇和切割情况，褶曲的形态、轴面位置及主要特征。"岩体风化、卸荷特征及其分带。#喀斯特洞穴和溶蚀裂隙位置、形态、连通性、充填物质组成和密实程度，岩层盐渍化程度及节理裂隙被水溶盐充填情况。$岩体结构类型、岩体质量分级及界线。%地下水出露点和地表水入渗点的位置、流量、水温、水质。&施工缺陷，如爆破影响松动带、炮窝的位置及范围。’因地基处理而开挖的坑、槽、井、洞的位置、深度、宽度和长度，锚固和固结灌浆范围，残留的勘探孔、洞。()裂隙统计点、取样点、现场试验点、重要的物探检测孔和摄影、录像点的位置。!"!"#土质地基地质编录应包括下列内容：(开挖形态、高程、桩号或坐标。*土的成因类型及时代、名称、土层特征、分层厚度、层间接触情况，特别是软土、粉土、细砂土、膨胀土、湿陷性土、分散性土、盐渍土、冻土、填土的性状和分布情况，卵石、漂石和块石层的分布及架空情况。!断层、裂隙和褶曲，活断层的活动迹象。"土层含水、渗水情况，地下水出露点位置及流量，管涌、流土的范围，地表水入渗点的位置、流量。#生物洞穴、人工洞穴、古文化层的位置及范围，植物根系大小、发育深度及密度。$土体胀缩、冻胀、沉降、蠕滑、挤出、开裂等变形的位置、范围及成因。%地基置换或其他处理措施的实施位置、范围及深度。&原位测试点及重要取样点、勘探点的位置。!"!"!地质编录应填写施工地质编录综合描述卡，其内容宜符合本标准附录+中表+,(的规定。!"!"$建基面地质编录与测绘应完成地基分块工程地质图或展示图、素描图，宜完成建筑物典型工程地质纵、横剖面图。!"!"%地面建筑物建基面大于!)-的斜坡、基坑侧壁、齿槽和截水墙边坡，宜实测地质展示图；根据挡水建筑物地质条件的复杂程度及地基处理情况，沿其灌浆帷幕线、建筑物轴线及其他前期勘探线可实测(.!条地质横剖面，每坝（闸）块实测(条地质纵剖面，且宜与前期勘探剖面线位置一致；电站厂房可实测通过机组中心的地质纵、横剖面；渠道（人工河道）宜按工程地质分段实测代表性地质横剖面，较复杂地段宜实测地质纵剖面。!"!"&地质编录与测绘比例尺应符合表"/"/%的规定。—(!"%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"!"#地面建筑物地基地质编录与测绘比例尺混凝土土石坝（砌石）非均质坝坝（闸）、渠系渠道图幅名称均厂房、心墙、斜质建筑物（人工河道）通航建筑物、墙、截水坝壳坝溢洪道墙、趾板地基分块$%&’’$%&’’$%$’’’$%&’’工程地质图$%&’’’($%&’’($%)’($%)’($%&’’($%)’或展示图工程地质纵、$%)’’$%)’’$%$’’’$%)’’水平：$%)’’’($%&’’；横剖面图($%$’’($%$’’($%)’’($%$’’垂直：$%)’’($%&’’!"!"#地质编录与测绘时，宜对下列地质现象和地段进行摄影或录像：$对工程有影响的各类不利地质体和地质现象。&各种地质问题及施工缺陷的处理实况。*建筑物区地貌形态、开挖形态、编录块的全貌。!")地基评价与验收!"$"%施工过程中应综合利用各种勘察资料及施工地质成果，不断深化地基工程地质评价。!"$"&建筑物总体或分块（段）地基的工程地质评价宜包括下列内容：$地基岩（土）体的工程地质类别、物理力学参数、渗透性与渗透稳定性。&地基岩（土）体的性状是否满足所规定的承载与变形的要求。*地基可能的整体和局部滑移型式及其相应的边界条件，滑移面（体）力学参数，抗力体范围及完整性。!不良地质问题的处理建议及工程处理是否满足要求。)需进行后续处理的地质问题和运行期的监测项目。!"$"’验收块建基面验收时应检查下列内容：$建基面的形态、高程，超（欠）挖情况，光面凿毛程度，岩体爆破损伤、松动情况，易风化、膨胀、崩解岩（土）体的保护情况，建基面冲洗情况。&建基岩（土）体性状。*不良地质问题的处理情况。!地下水的引、排、封、堵情况及勘洞（井、孔）封堵回填情况。)周边地段施工对验收块岩（土）体的影响情况。+地基变形、渗透等项目观测仪器的埋设情况。!"$"!验收块建基面验收前应准备下列资料：—$*!,— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!验收块建基面工程地质图、地质剖面图等。"验收块地基岩（土）体质量检测资料。#验收块施工地质说明。!"#"#验收块施工地质说明应包括下列内容：!验收块编号、桩号、高程及建基面形态。"岩（土）体特性、地质构造及水文地质特征。#岩体风化、卸荷及岩体质量类型。$土基中的软土、粉土、细砂土、膨胀土、湿陷性土、分散性土、盐渍土、冻土、填土以及断层、裂隙、上洞等不良地基的处理情况。%岩基中的风化带、卸荷带、软弱岩层、夹层、断层破碎带、层间剪切带、节理裂隙密集带、蚀变带及喀斯特洞穴等不良地基的处理情况。&建基面清理整修、地下水引排封堵及勘探洞（井、孔）封堵情况。’建基面及浅部岩体工程地质评价与结论。%地下开挖工程%(!地质巡视与观测#"$"$岩质洞室围岩地质巡视内容应包括基本地质条件，并应侧重以下方面：!施工开挖进度，施工程序、方法、工艺及其对围岩的影响，爆破半孔率。"层面、断层、软弱层带、长大裂隙等结构面的位置、产状、性状、延伸情况及其与洞室的交切关系，结构面的组合情况，初步分析判断洞室可能失稳的部位。#软岩、极软岩、膨胀岩、盐渍岩等的分布、性状、干湿变化、自稳情况等。$岩体透水性，地下水出露位置及其出露条件，出露形式（潮湿、渗水、滴水、线状流水、涌水），流量变化与降雨、融雪或地表径流的关系，地下水与地表水的水力联系。%喀斯特洞穴的位置、高程、大小、形态、延伸情况，充填物质组成和密实程度及可能塌陷的部位。&进出口洞段风化、卸荷与喀斯特发育情况。’围岩变形、失稳的位置、形态、规模、机制及其危害。)围岩工程地质类型及分界线桩号。*在深埋洞段或高地应力区，收集地应力测试资料，调查片帮、岩爆、内鼓、弯折变形地段的地质条件，观察记录片帮、岩爆的规模、延续时间、岩块大小、形状及岩爆发生时间与施工掘进的关系。!+在地温异常区，收集地温和洞温资料。!!河谷松弛区岩体的张裂、松动、架空、裂隙充填情况，地下水活动特别是雨季的活动情况。!"在有害气体赋存区的洞段，收集有害气体监测资料。!#收集拱顶下沉、边墙位移、围岩内部位移、围岩弹性波测试、锚杆锚索应力检测等—!#$*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准原位观测资料。!"隧洞掘进机法（含盾构法）施工时，及时收集与分析掘进速度、压力与平稳性的异常变化资料，了解岩渣状态、掘进中的声响或出渣物严重异常、严重卡钻、围岩挤压、围岩涌水和较大喀斯特洞穴等情况，了解地表、地下水的异常变化。!#围岩支护等处理措施的实施情况。!"#"$土质洞室围岩地质巡视内容应包括基本地质条件，并应侧重以下方面：!施工进度，施工程序、方法、工艺及其对围岩的影响，围岩支护、处理措施的实施情况。$软土、粉土、细砂土、膨胀土、湿陷性土、分散性土、盐渍土、冻土、填土等的性状、分布情况及变化，卵石、漂石和块石层的架空、密实情况，土体含水量变化。%地下水的出露位置、流量和水质，管涌、流土等情况。"进出口洞段的稳定状况。#洞壁及顶拱新生裂缝及其发展情况，围岩的变形、塌方的位置、形态、规模及其成因和破坏程度。&对围岩稳定有影响的空洞分布位置、规模。’收集围岩现场监测资料。(盾构法施工时，宜了解地表隆陷、构筑物变形、地表水与地下水异常变化，收集分层土体变形、孔隙水压力监测资料。!"#"%施工期间宜进行下列地质观测，必要时应编制专门的观测技术要求：!地下水集中出露点的流量、水温，地下水位或水压力，土体含水量及变化。$软弱层带和含水溶盐地层的渗水恶化现象。%围岩松动，结构面扩展、错动，软弱围岩变形。"围岩破碎洞段塌落的发展。#片帮、岩爆、内鼓、弯折变形的变化情况。&岩壁梁及洞室群间岩墙、岩柱的稳定情况。!"#"&地质观测应侧重下列部位：!存在不利结构面的洞顶和拱座。$可能危及洞室安全的不利块体。%软弱层带分布洞段，强烈风化洞段，岩体和土体分界部位。"较大断层、破碎带、裂隙密集带分布洞段。#薄层、破碎且产状不利地层分布洞段。&边墙中有与之近平行的中、陡倾角软弱结构面的洞段。’高地应力地段。(喀斯特强烈发育洞段。)地下水活动强烈洞段。!*上覆岩（土）体较薄的洞顶，洞室群间的岩墙、岩柱。!!进出口洞段、交岔洞段、渐变洞段等。—!%#*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#取样、试验与专项勘察!"#"$开挖期间宜采集下列岩土标本存档备查：$各洞段代表性岩土标本。#断层构造岩、软弱层带、喀斯特洞穴充填堆积物等。!"#"#在洞室开挖过程中，可根据具体情况进行围岩弹性波检测。!"#"%当喀斯特管道系统在勘测期未能查清且影响洞室施工时，宜进行连通试验等试验。!"#"&在洞室开挖过程中，根据需要可进行或配合进行下列复核性试验：$岩（土）体的物理力学试验。#地应力测试。%地下水的化学分析。&喷锚试验和围岩松动范围测试。!"#"!施工期间，对未开挖洞段可能遇到的影响洞室施工安全或围岩稳定的重大工程地质问题，应提出超前勘探的建议。!"#"’施工期间遇下列情况时，应提出进行专项勘察的建议：$大型洞室围岩中规模较大不利块体的边界条件需要查明。#对洞室稳定、防渗、排水有影响的喀斯特管道系统需要查明。%围岩支护方案需要重新核定。&施工时新发现的不良地质条件需要查明。!由施工引发的较严重环境地质问题需要查明。!"%地质预报与建议!"%"$遇下列情况时，应进行超前地质预报：$深埋隧洞和长隧洞。#开挖揭露的地质情况与前期工程地质勘察资料有较大出入。%预计开挖前进方向可能遇到重大不良地质现象（断层破碎带、喀斯特、软弱层带、含有害气体的地层、突泥、突水等）。!"#"#遇下列现象时，应对其产生原因、性质和可能的危害作出分析判断，并及时进行预报：$围岩不断掉块，洞室内灰尘突然增多，支撑变形或连续发出响声。#围岩顺裂缝错位、裂缝加宽、位移速率加大。%出现片帮、岩爆或严重鼓胀变形。&出现涌水、涌沙、涌水量增大、涌水突然变浑浊现象，地下水化学成分产生明显变化。!干燥岩质洞段突然出现地下水流，渗水点位置突然变化，破碎带水流活动加剧，土质洞段含水量明显增大。’地温突然发生变化，洞内突然出现冷空气对流。—$%!$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!钻孔时，纯钻进速度加快且钻孔回水消失、经常发生卡钻。!"#"#施工地质预报应包括下列内容："未开挖洞段的地质情况和可能出现的工程地质问题。#可能出现坍塌、崩落、岩爆、膨胀、涌沙、突泥、突水的位置、规模及发展趋势，含有害气体地层的位置。!"#"$围岩处理措施建议应包括下列内容："开挖处理的位置、范围、深度和体积。#置换、回填处理的位置、范围和深度。$固结灌浆的范围和深度。%支护的类型、范围和时机。&防渗帷幕、排水孔（洞）的位置、深度和方向。’地下水的排、截、堵、引。&(%地质编录!"$"%地下开挖工程最终开挖面应进行地质编录。!"$"&岩质洞、井地质编录应包括下列内容："地层代号、岩石名称、岩性特征、岩性界线、岩层产状、单层厚度、层面起伏和破碎泥化情况，特别是软弱夹层、含有害气体的地层、膨胀岩、盐渍岩的产状、厚度、延伸情况。#断层、破碎带、层间剪切带、节理裂隙或裂隙密集带的产状、宽度、延伸情况、性状、交汇和切割情况，特别注意边墙中与之近平行的长大中、陡倾角结构面和洞顶部位缓倾角结构面。$风化、卸荷特征。%喀斯特洞穴位置、形态、连通性、充填物组成和性状。&地下水出露位置、形式、流量、水温、水质。’不利块体的位置、形态和规模，围岩变形的位置和范围。!岩爆、片帮、坍塌的位置和范围。)围岩工程地质类型。*爆破松动、爆破裂隙的位置和范围。"+围岩重点处理的部位及处理方式。""残留的勘探孔（洞）的位置和尺度，裂隙统计点、取样点、现场试验点和重要摄影点、录像点、物探检测孔的位置。"#基准线、桩号、井洞轮廓线、实测剖面线位置。!"$"#土质洞、井地质编录应包括下列内容："土的成因类型及时代、名称、土层特征、分层厚度、层间接触情况。#断层、裂隙和褶曲，活断层的活动迹象。$含水、渗水情况，地下水出露位置及流量，管涌、流土的范围。%土体变形的位置、范围及成因。&原位测试点及重要取样点、勘探点的位置。—"$&#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!施工方法、施工程序及处理措施。!"#"#地下开挖工程地质编录应填写施工地质编录综合描述卡。其内容宜符合本标准附录"中表"#$的规定。!"#"!地下开挖工程地质编录应实测并完成洞、井围岩展示图和重点处理地段展示图、素描图，宜完成工程地质纵、横剖面图和工程地质平切面图。!"#"$地下厂房洞室应实测四周边墙和顶拱展示图、底板平面图，宜完成机组中心线纵、横剖面图及拱座切面图。隧洞、竖井及斜井宜编录四壁展示图、地质横剖面图，地质条件简单洞段可只编录地质纵、横剖面图。地下洞室密集段和交岔段宜完成不同高程地质平切面图及地质纵、横剖面图。!"#"%地质编录比例尺应符合表%&’&(的规定。表%&’&(地下开挖工程地质编录比例尺图名地下厂房洞室隧洞竖并、斜井洞、井围岩展示图)*$++,)*%+)*%++,)*%+)*$++,)*%+工程地质纵、横剖面图)*%++,)*)++)：)+++,)*)++工程地质平切面图)*%++,)*)++)*%++,)*)++—重点处理地段展示图)*)++,)*$+)*)++,)*$+)*)++,)*$+!"#"&地质编录时，宜对下列地质现象和洞段进行摄影或录像：)主要断层破碎带、节理裂隙密集带、软弱层带。$喀斯特洞穴。-围岩松动、掉块、塌方、临时支护处理位置。’围岩鼓胀、弯折、片帮、岩爆现象。%地下水集中涌水点，并注明流量。!现场取样、测试、观测断面（点）及测试装置位置。(围岩处理（喷锚、灌浆、排水、衬砌等）措施实施情况。!"#"’对地质条件复杂洞段，可摄制洞段的洞壁影像图。%&%围岩评价与验收!"!"(施工过程中应综合利用各种勘察资料及施工地质成果，不断深化地下开挖工程围岩工程地质评价。!"!")地下开挖工程总体或分段工程地质评价宜包括下列内容：)围岩工程地质条件、工程地质类型、工程地质分段。$不利块体、不良地质洞段处理建议及工程处理是否满足要求。-岩土物理力学参数、岩土渗透性。’复核围岩压力、弹性抗力系数和外水压力。%需进行后续处理的地质问题和运行期的监测项目。!"!"*围岩工程地质分类应按./%+$0(—11附录2的规定执行。—)-%-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!"#复核围岩压力时应考虑下列因素：!围岩工程地质类型及岩体结构。"上覆岩体厚度及完整性。#不利块体的位置、特征及其稳定性。$支护或加固处理的效果。!"!"!复核围岩弹性抗力系数应考虑下列因素：!围岩工程地质类型。"前期弹性抗力系数试验、变形模量试验成果。#洞室上覆岩体厚度和洞室间岩体厚度。$洞室断面形状和地应力大小、方向。!"!"$复核洞、井衬砌外水压力应考虑下列因素：!洞、井地段的水文地质条件、岩体渗透性的各向异性。"地下水长期观测资料，压水试验资料，地下水和地表水的水力联系。#洞室中各种集中渗漏带的位置，地下水渗漏量及其变化规律。$地下水渗流对围岩长期稳定性、渗透性的影响。%支护型式、衬砌与岩体的结合情况，相邻洞室中水的补排情况。!"!"%验收段围岩验收时应检查下列内容：!洞、井形态，超（欠）挖情况，爆破损伤岩体及松动岩块处理情况。"围岩特性、完整程度。#不利块体、软弱层带、喀斯特洞穴、软土、粉土、细砂土、管涌、流土、塌陷等处理情况。$地下水的排、截、堵、引情况，勘探洞（井、孔）回填情况。%进出口段、洞室穿过地形低洼地段岩（土）体稳定状况及处理情况。!"!"&验收段围岩验收前宜准备下列资料：!验收段展示图、地质剖面图等。"围岩检测和监测资料。#验收段施工地质说明。!"!"’验收段施工地质说明应包括下列内容：!验收段编号、桩号、高程。"围岩特性、地质构造、水文地质、喀斯特、围岩类型。#工程处理情况。$工程地质评价与结论。&工程边坡&’!地质巡视与观测$"("(岩质边坡地质巡视内容应包括基本地质条件，并应侧重以下方面：—!#%$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!施工开挖进度，施工程序、方法、工艺及其对边坡稳定的影响，爆破半孔率。"结构面的组合特征及其与边坡坡面的关系，特别是顺坡长大结构面的展布，初步分析判断边坡可能失稳的部位及规模。#边坡的岩体结构类型、风化分带，卸荷带的发育深度，软弱层带、膨胀岩、盐渍岩等特殊岩体的分布。$较大的喀斯特洞穴发育情况及其对边坡稳定的影响。%地下水出露位置、出露形式（潮湿、渗水、滴水、线状流水、涌水）、流量、补排条件及其动态变化，暴雨、久雨、冻融对地下水动态和边坡稳定的影响。&收集边坡变形监测资料。’边坡岩体出现裂缝的位置，裂缝展布特征及岩体变形与失稳情况。(边坡临时及永久处理措施的实施情况。!"#"$土质边坡地质巡视内容应包括基本地质条件，并应侧重以下方面：!施工进度、程序、方法、工艺及其对边坡稳定的影响。"软土、粉土、细砂土、膨胀土、湿陷性土、分散性土、盐渍土、冻土、填土等的性状、分布情况及变化趋势，不同土层界面的位置及特征。#断层、裂隙、褶曲，活断层活动迹象。$地下水的出露位置、出露形式、流量，管涌、流土等情况，暴雨、久雨、冻融对地下水动态和边坡稳定的影响。%渠道边坡土体含水量的变化、渗透性和外渗条件，渗水对土体膨胀、冻胀、盐胀、湿陷的影响。&边坡变形、失稳和老滑坡复活情况，地表水对坡面的冲刷。’边坡处理措施的实施情况。!"#"%施工期间宜进行下列地质观测，必要时应编制专门的观测技术要求：!易风化岩体的风化速度，易崩解岩（土）体的崩解状态及速度，软弱层带和含水溶盐地层的渗水恶化现象。"控制边坡稳定的结构面、裂缝的扩展和错动。#崩塌、坍塌、鼓包、蠕滑、管涌、流土等现象。$地表水的水位、流量等变化情况。%坡面出水点流量、水温、浑浊度。&长期观测孔的水位变化情况。’其他异常情况。!"#"&施工期遇到下列情况应增加观测频度：!边坡变形加剧。"非正常开挖、爆破之后。#雨季、洪水期、融雪解冻季节。$渠道充水、放水。%施工期围堰或大坝拦洪挡水。&水库蓄水前、后及蓄水过程中。—!#%%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!库水位大幅度快速上升、下降期间。!"#"$根据对施工地质成果和施工期安全监测资料的分析，可提出增加安全监测项目的建议与要求。"#$取样、试验与专项勘察!"%"#开挖期间宜采集下列岩土标本存档备查：%代表性的岩土标本，特别是含水溶盐的岩土、膨胀岩土、软土、湿陷性土等。$控制边坡稳定的断层构造岩、裂隙充填物、软弱层带物质及滑带土。&断层破碎带、蚀变带物质。!"%"%施工期间宜在重要的岩质坡段进行弹性波检测，以确定岩体卸荷松弛范围及其性状。!"%"&施工期间宜进行下列试验：%控制边坡稳定的新类型结构面或受施工影响后性状恶化的软弱结构面的物理力学试验。$高陡土质边坡中需要复核物理力学参数的土层的物理力学性质试验。!"%"’施工期间遇到下列情况时，应提出进行专项勘察的建议：%大型不利块体的边界条件需要查明。$施工引起的较大规模边坡失稳的机制、范围和危害性需要查明。&岩体风化界面或卸荷带范围需要进一步查明。’由于设计变更而使洞脸边坡范围、形态发生大的改变。(由施工引发的较严重环境地质问题需要查明。"#&地质预报与建议!"&"#遇下列现象时，应对这些现象的产生原因、性质和可能的危害作出分析判断，并及时进行预报：%边坡上不断出现小塌方、掉块、小错动、弯折、倾倒、反翘等现象，且有加剧趋势。$边坡上出现新的张裂缝或剪切裂缝，下部隆起、胀裂。&坡面开裂、爆破孔错位、原有裂隙扩展和错动。’坡面水沿裂隙很快漏失，沿软弱结构面的湿度增加。(地下水水位、出露点的流量突变，出现新的出露点，水质由清变浑。"边坡变形监测数据出现异常。!土质边坡出现管涌、流土等现象。!"&"%施工地质预报应包括下列内容：%边坡中可能失稳岩（土）体的位置、体积、几何边界和力学参数。$边坡可能的变形和失稳的形式、发展趋势及危害程度。&对边坡稳定性差的部位，提出处理措施的建议。’综合分析前期及施工期地质成果，提出修改设计和优化边坡处理的建议。!"&"&边坡处理措施建议应包括下列内容：—%&("— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!开挖、减载处理的位置、范围、深度、体积和坡比。"挡墙、抗滑桩的位置、范围和进入持力层深度。#锚固处理的位置和范围，锚固深度和方向。$坡面喷护的类型和范围。%置换或回填处理的位置、范围和深度。&排水孔、洞的位置、深度和方向。&’$地质编录与测绘!"#"$工程边坡的最终坡面应进行地质编录或地质测绘。作为混凝土建筑物地基一部分的边坡，对建筑物安全或运行有重大影响的边坡应进行地质编录；地质条件相对简单的土石坝坝肩边坡、渠道边坡可进行地质测绘。!"#"%岩质边坡地质编录应包括下列内容：!工程边坡相邻地段的地形地貌，边坡坡向、坡度、高度，马道高程及宽度，编录部位的坐标或桩号、高程。"地层代号、岩性特征、岩性界线、单层厚度、岩层产状及其与边坡的关系，软弱层带的产状、厚度、延伸情况、结构特征、破碎与泥化情况及界面起伏特征。#结构面的出露位置、产状、性状、长度、厚度、间距、延伸情况及其透水性，充填物的成分、密实情况、胶结特征，结构面的交切组合形式及其与坡面的关系，特别是顺坡软弱结构面的分布与延伸情况。$风化分带、岩体结构类型、卸荷带发育深度。%喀斯特洞穴与溶蚀裂隙的位置、出露高程、大小、形态及发育情况，洞穴充填物及其密实程度。&地下水的出露位置、形式、流量、水温、水质。(边坡变形（松弛、开裂、倾倒）与失稳的位置、体积、几何边界及控制因素。)边坡稳定程度工程地质分区。*爆破松动范围。!+开挖、减载、喷锚、支挡、灌浆、截水、排水、植被保护等处理措施的实施情况。!!节理统计点、勘探孔（洞）、取样点、试验点、监测点的实际位置。!"#"&土质边坡地质编录应包括下列内容：!工程边坡相邻地段的地形地貌，边坡坡向、坡度、高度，马道高程及宽度，编录部位的坐标或桩号、高程。"土的成因类型及时代，分层名称、土层特性、层理、分层厚度及分布，特别是软土、粉土、细砂土、膨胀土、湿陷性土、分散性土、盐渍土、冻土、填土的性状和分布情况，以及卵石、漂石和块石层的分布及架空现象。#断层、裂隙和褶曲，活断层的活动迹象。$生物洞穴、人工洞穴、古文化层的位置及范围，植物根系大小、深度及密度。%边坡渗水的位置、流量、水温、水质。&管涌、流土的位置、特征。—!#%(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!边坡变形、失稳的类型、位置、几何边界和体积，裂缝出露的位置、形态、规模、发展情况。"开挖、减载、喷锚、支挡、排水、植被保护等处理措施实施情况。#勘探孔（洞）、取样点、试验点、监测点的位置。!"#"#边坡地质编录应填写施工地质编录综合描述卡，其内容宜符合本标准附录$中表$%&的规定。!"#"$边坡地质编录与测绘应完成边坡工程地质图或坡面展示图，边坡典型工程地质纵、横剖面图，边坡重点处理地段地质图或展示图、素描图。!"#"!坡度小于&’(的边坡宜实测地质平面图；坡度大于&’(的边坡宜实测地质展示图，其地质平面图可根据地质展示图编制。!"#"%地质编录与测绘比例尺应符合)*+*!的规定。表)*+*!边坡地质编录与测绘比例尺名称比例尺工程地质图或坡面展示图,-.’’’/,-.’’典型工程地质纵、横剖面图,-,’’’/,-.’’边坡重点处理地段地质图、展示图,-.’’/,-0’!"#"&地质编录与测绘时，宜对下列地质现象和地段进行摄影或录像：,工程边坡全貌。.主要的岩（土）层分界线、结构面、软弱层带。&典型风化、卸荷现象。+喀斯特洞穴、溶蚀裂隙、生物洞穴、裂缝等。0边坡渗水、涌水、管涌、流土等现象。)边坡岩（土）体松弛、变形、失稳现象，不利块体等。!边坡典型处理措施的实施情况。"现场测试和长期观测网点。)*0边坡评价与验收!"$"’施工过程中应综合利用各种勘察资料及施工地质成果，不断深化边坡工程地质评价。!"$"(工程边坡总体或分段（块）工程地质评价宜包括下列内容：,边坡的高度、几何形态和工程地质条件。.整体稳定性与局部稳定性及变形监测资料分析。&失稳岩（土）体的位置、范围、规模及破坏机制。+不利块体、不良地质问题处理建议及工程处理是否满足要求。0需进行后续处理的地质问题和运行期的监测项目。!"$")验收段（块）边坡验收时应检查下列内容：—,&0"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!边坡形态、超（欠）挖情况。"岩土性状、风化程度、地质构造特征等。#边坡工程处理措施（减载、加固、截排水等）实施情况。!"#"$验收段（块）边坡验收前应准备下列资料：!验收段（块）展示图、工程地质平面图、地质剖面图等。"边坡检测和监测资料。#验收段（块）施工地质说明。!"#"#验收段（块）施工地质说明应包括下列内容：!验收段（块）编号、起止桩号、高程。"岩（土）体特性、地质构造、水文地质、喀斯特。#岩体风化、岩体结构、卸荷特征。$边坡处理情况，勘探洞（井、孔）封堵与利用情况。%工程地质评价与结论。&岩（土）体防渗与排水工程&’!地质巡视与观测%"&"&岩（土）体防渗与排水工程的地质巡视应包括下列内容：!了解施工进度、程序、方法和工艺。"了解灌浆孔和排水孔的布置型式、孔距、排距及深度，灌浆孔的灌注材料、压力及耗浆情况。#了解防渗墙的造孔深度、台班进尺、换层深度、塌孔部位、孔底岩土性质、基岩风化程度及其抗渗性。$防渗铺盖清基情况，地基的岩性及其变化以及下伏斜坡稳定性。%灌浆洞、排水洞、减压井等的地质巡视内容应遵守本标准%’!的规定。(收集施工过程中下列异常现象的记录：!）先导孔造孔过程中的塌孔、掉钻、卡钻、涌水、冲洗液严重漏失等。"）防渗墙造孔过程中的塌孔、异常漏浆等。#）帷幕灌浆孔中的涌水、大量漏浆、串浆，灌浆过程中的地基岩（土）体抬动、隆起、张裂等。$）防渗铺盖的沉陷、位移、开裂等。%）排水孔异常涌水、涌沙、串浆或突然；堵塞等。(）两岸地下水位异常抬高。&收集灌浆孔、排（降）水孔、检查孔（井）等水文地质资料、检测资料。)收集蓄水初期帷幕后观测孔水位与排水孔涌水观测资料。%"&"’遇灌浆钻孔涌水时，宜进行涌水压力和涌水量的地质观测。—!#%*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#取样、试验与专项勘察!"#"$施工期间宜采集下列岩土标本存档备查：$防渗墙槽孔终孔孔底岩样。#灌浆检查时有结石充填的芯样。%化灌前后软弱层带对比样品。!"#"#施工期间，宜提出进行下列试验的建议：$灌浆孔、排水孔水样的水质分析。#灌浆孔、排水孔析出物的化学分析。%防渗铺盖地基松散层的颗粒分析、渗透性试验。!"#"%施工期间遇下列情况时，应提出进行专项勘察的建议：$岩（土）体防渗、排水工程设计方案出现重大调整。#灌浆异常大漏量的原因需要查明。%灌浆孔、排水孔内异常涌水的部位和原因需要查明。&特殊灌浆处理的软弱层带的分布范围和准确位置需要查明。’防渗铺盖清基后地质条件与预计情况有出入。(蓄水初期帷幕后观测孔水位或排水孔涌水异常的原因需要查明。!"%地质预报与建议!"%"$根据施工地质工作获取的资料，预计岩（土）体防渗或排水工程部位的地质条件与原设计所依据的地质成果有出入而需修改设计，或可能出现新的不利地质因素影响防渗和排水施工时，应及时进行地质预报。!"%"#施工地质预报应包括下列内容：$与原设计所依据的地质资料和结论有较大出入的工程地质条件和问题。#可能产生异常涌水、涌沙的部位。%其他影响施工的不利地质因素。!"%"%遇下列情况时，应及时提出修改岩（土）体防渗或排水工程设计的地质建议：$防渗工程设计底线以下的岩（土）体透水性不满足防渗标准要求或底线以上的岩（土）体透水性已满足防渗标准要求。#施工过程中发现了新的或范围扩大或性质恶化的强渗透岩体，如岩体卸荷松动区、规模较大的断层破碎带和强烈溶蚀洞穴密集发育区。%排水孔地下水压力、流量偏大。&防渗铺盖清基后，发现地质条件与预计情况有出入。!"&地质编录!"&"$防渗铺盖的地质编录内容和完成图件应遵守本标准&"&的规定。灌浆洞、排水洞、减压井、检查井等的地质编录内容和完成图件应遵守本标准’"&的规定。!"&"#先导孔、检查孔岩芯编录应包括下列内容：—$%()— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!基岩地层代号、岩性特征、构造特征、喀斯特发育情况，土层成因类型、岩性特征、密实程度、塑性特征等。"岩芯获得率和岩芯状态。#岩体的透水率和土的渗透系数。$孔内地下水位。%收集钻进方法、回水颜色及回水量异常变化及卡钻、掉钻、塌孔和涌沙位置的资料。!"#"$防渗墙槽孔岩样编录应包括下列内容：!岩石名称、颜色、成分。"嵌入相对不透水层或目标层深度。!"#"#先导孔、检查孔应编制钻孔柱状图，检查井应实测井壁地质展示图，取芯检查井应绘制岩芯素描图，图件比例尺宜选用!&"’’(!&%’；防渗墙槽孔岩样编录应填写专门表格。!"#"%宜对先导孔、检查孔（并）全部岩芯逐箱（段）进行摄影，对发生强烈渗漏部位的岩芯应进行重点摄影或录像，并做好深度、特殊地质现象的标记。!"#"&先导孔、灌浆孔出现涌水时，宜进行孔内录像；检查井（孔）壁宜进行地质录像。)*%评价与验收!"%"’施工地质单位应参加岩（土）体防渗与排水工程的质量检查和工程验收，提出评价意见。!"%"(岩（土）体防渗与排水工程的工程地质评价宜包括下列内容：!防渗墙、帷幕的范围、深度是否满足设计要求。"检查孔、井中裂隙结石充填率及检查孔岩体透水率。#防渗线路上的喀斯特洞穴的清理、封堵实施情况。$软弱层带、含盐地层等特殊地段的长期渗透稳定性。%排水孔的有效性、排水量、水质及其变化。+防渗铺盖的地基处理及其与两岸岸坡的结合情况。)对防渗与排水工程有不利影响的勘探洞（井、孔）的封堵情况。,蓄水初期防渗墙、帷幕后观测孔水位与排水孔涌水及变化。-需进行后续处理的地质问题和运行期的监测项目。!"%"$岩（土）体防渗与排水工程验收前应准备下列资料和技术成果：!防渗铺盖地基工程地质平面图。"防渗帷幕的先导孔和.序孔、检查孔钻孔柱状图。#防渗墙先导孔钻孔柱状图和.序槽孔岩样鉴定表。$检查井地质编录展示图。%岩（土）体防渗与排水工程验收段施工地质说明。!"%"#岩（土）体防渗与排水工程验收段施工地质说明应包括下列内容：—!#+!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!验收段编号、起止桩号、高程。"地层岩性、地质构造、水文地质。#防渗与排水工程实施情况。$工程地质评价与结论。%水库!"#"$施工期间水库的地质工作应包括下列内容：!复核水库前期勘察的地质成果和主要结论。"提出进行专项勘察和监测的建议。#参与库区防护工程、库岸稳定处理工程、水库防渗工程的地质工作。$参加水库蓄水前安全鉴定。!"#"%施工期复核水库前期勘察成果的地质工作应包括下列内容：!收集和分析库区的前期地质勘察资料。"收集和分析地下水动态观测和库岸位移监测资料。#复核水库渗漏、库岸稳定、浸没淹没、水库诱发地震等工程地质问题的主要结论。$复核围堰挡水期壅水和水库蓄水对库岸稳定、库岸浸没等的影响。!"#"&遇下列情况时，应提出进行专项勘察的建议：!与工程施工、运行安全相关的库岸稳定性需进一步查明。"岩溶发育地段、狭窄或低矮分水岭和河弯段等存在水库渗漏问题需进一步查明。#其他重要的工程地质问题和环境地质问题需要进一步查明。!"#"’应根据复核情况，提出建立或完善水库的可能渗漏地段、浸没地段、岸坡失稳地段及水库诱发地震和活动性断裂监测方案的建议。!"#"(库区防护工程、库岸稳定处理工程、水库防渗工程的施工地质工作应遵守本标准第$&第’章的规定。!"#")水库蓄水安全鉴定前，应综合前期勘察资料及施工地质成果，对下列问题作出评价或说明：!库底及周边可能渗漏地段的封闭条件及处理情况。"库岸特别是近坝库岸的滑坡、危岩体、堆积体等的稳定性及处理情况。#影响水库安全的泥石流、泥沙发生区的防治措施及其实施情况。$可能产生浸没地段的防护措施及实施情况。(蓄水前地震本底值，蓄水后可能发生水库诱发地震的部位、震级上限及其对库坝区建筑物和环境的影响。)滑坡、危岩体、堆积体等的监测系统，可能渗漏地段地下水长期观测网，地震监测台网等的实施情况。—!#)"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!天然建筑材料!"#"$天然建筑材料的施工地质工作应包括下列内容："收集与分析前期勘察资料。#对开采料场进行地质巡视。$参与或配合施工部门进行的现场专门性试验，并收集有关试验资料。%根据具体情况进行地质预报和提出专项勘察的建议。!"#"%开采料场的地质巡视应包括下列内容："剥离层变化情况，特别是灰岩料场的溶蚀深度、规模和充泥情况，干旱地区土料场的盐渍化程度和深度。#各类建筑材料的质量，可用料的已采量和剩余量。$开采方法、方式是否影响材料质量、储量。%料场开挖边坡的稳定状况。!"#"&遇到下列情况时，应提出进行专项勘察的建议："设计方案变更或其他原因需新辟料场。#天然或人为因素造成料场储量或质量发生明显改变。!"#"’遇下列情况时，应提出地质预报或建议："开采方法不合理，影响材料质量、储量。#料场地质条件局部变化影响材料质量、储量。$料场开挖边坡出现不稳定现象。"&资料整编与技术成果编制"&’"资料整编$#"$"$施工地质资料应及时进行分类整编。$#"$"%施工地质资料应包括下列内容："施工地质日志、施工地质巡视卡。#地质编录与地质测绘成果、测量成果，如各类原始图件、记录卡片。$地质预报书面材料。%验收块（段）施工地质说明及附图和验收文件。(施工期间的地质观测、试验资料。)工程监理、安全监测、施工开挖与处理中与地质有关的资料。*照片、录像带。+标本及其他实物资料。!其他相关资料："）合同、任务书。—"$)$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!）施工地质工作大纲、施工地质工作技术规定及要求。"）上级批示文件、会议纪要、专家咨询意见、鉴定报告。#）设计文件与图纸。$）与建设、监理、施工单位的往来文件及图纸。%）各类报告及图纸的电子文件。&’(!技术成果编制!"#$#!施工地质技术成果宜包括下列内容：&阶段验收工程地质报告及附图。!蓄水安全鉴定工程地质自检报告及附图。"专题工程地质报告及附图。#工程（或单项建筑物）竣工工程地质（施工地质）报告及附图。$工程地质勘察技术总结。!"#$，$工程竣工工程地质（施工地质）报告编写提纲宜符合本标准附录)的规定。单项建筑物竣工或各阶段验收工程地质报告提纲可参考本标准附录)。!"#$#%工程竣工工程地质（施工地质）报告的附图宜符合本标准附录*的规定。附图编制应符合下列规定：&工程地质剖面图、平切面图及水库区、河间地块相关图件应综合前期勘察、专项勘察和施工地质成果编制。!竣工工程地质图应用验收段（块）编录图拼接编制，其中边坡部分的平面图可用展示图转换。"图式、图例应符合+,-"—.$的规定。!"#$#&施工地质资料和施工地质技术成果，应由负责施工地质工作的单位归档和保管。—&"%#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!水利水电工程施工地质巡视卡表!"#$$工程施工地质巡视卡（地面建筑物）坐标建筑物名称部位或桩号高程施工进度、现状及开挖面形态综合地质描述及素描工程地质问题需要立即开展的工作巡视人：记录：年月日负责人签字：年月日处置意见—#’&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#$$工程施工地质巡视卡（地下开挖工程）坐标建筑物名称部位或桩号高程施工进度、现状及开挖形态、爆破半孔率地层岩性构造水文地质围岩类型、围岩变形工程处理措施实施情况其他需要立即开展的工作素描图巡视人：记录：年月日负责人处置意见签字：年月日—’&%%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!水利水电工程施工地质日志表!""工程施工地质日志星期：天气：建筑物名称施工地质事项技术往来活动、技术问题讨论意见及结论重要处理措施及实施情况工程重大事项备注地质值班员：年月日—&%$#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!水利水电工程施工地质编录综合描述卡表!"#$$工程施工地质编录综合描述卡（地面建筑物）建筑物坐标或名称桩号编录段高程（块）编号建基面形态及岩性断层及裂隙特征风化特征水文地质特征检测手段及结果岩体结构、岩体质量分级建基面缺陷及处理工程地质评价摄影、录像说明示意图编录负责人：参加人：记录：年月日—#’&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#$$工程施工地质编录综合描述卡（地下开挖工程）坐标或工程部位桩号编录段高程（块）编号洞、井壁形态及地层岩性断层及裂隙特征风化特征水文地质特征检（监）测手段及结果岩体结构及围岩工程地质分类工程地质问题及处理工程地质评价摄影、录像说明示意图编录负责人：参加人：记录：年月日—(’&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#$$工程施工地质编录综合描述卡（工程边坡）建筑物坐标或名称桩号编录段高程（块）编号坡面形态及地层岩性断层及裂隙特征风化卸荷特征水文地质特征边坡类型及岩体结构边坡检（监）测手段及结果边坡稳定性边坡处理措施及实施工程地质分区及评价摄影、录像说明示意图编录负责人：参加人：记录：年月日—’#&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!""工程竣工工程地质（施工地质）报告编写提纲#前言!"!工程概况简述工程位置、枢纽建筑物的总体布置、型式和工程技术指标，主要施工阶段起、止时间，技施设计阶段重大设计变更等。!"#工程地质勘察概况简述施工前工程地质勘察过程、项目和工作量，主要工程地质结论。!"$施工地质工作概况施工地质工作起、止时间，完成的工作项目和主要工作量。简述施工中遇到的主要工程地质问题和解决途径。$区域构造稳定性与地震#"!区域地质概况简述区域地形地貌、地层岩性和地质构造。#"#区域构造稳定性简述区域构造格架、稳定性和基本结论。#"$地震基本烈度及地震动参数工程区地震安全性评价，法律文件依据及其主要内容和结论，设计采用的抗震设计参数。%水库区工程地质与环境地质$"!水库区工程地质概况简述水库区基本工程地质条件和工程地质分段。$"#水库渗漏施工期水库封闭条件复核情况和结论，处理措施的建议；水库防渗工程施工处理情况和评价；运行期的监测建议。$"$库岸稳定性库岸基本状况和库岸稳定性分段，施工期库岸稳定性复核情况和结论，库岸重点崩塌、滑坡、泥石流的工程地质评价和处理情况，运行期的监测建议。$"%水库诱发地震简述水库诱发地震的条件和研究结论，地震监测台网的实施情况。$"&水库浸没与淹没—#%&#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准简述水库浸没与淹没情况和施工期复核结论，淹没区防护工程地质概况，淹（浸）没地段防护措施、施工处理情况，运行期的监测建议。!坝址区基本地质条件!"#地形地貌!"$地层岩性!"%地质构造!"!岩体风化!"&物理地质现象!"’喀斯特!"(水文地质!")岩体质量及岩土物理力学性质"##建筑物工程地质条件及评价&"#基本地质条件及前期主要工程地质结论&"$竣工工程地质条件&"%主要工程地质问题及施工处理&"!工程地质评价工程地质评价内容见本标准!$"$%、"$"$%、&$"$%、’$"$%的规定。&天然建筑材料’"#天然建筑材料勘察概况简述天然建筑材料勘察过程和工作量，着重评述前期选定料场和施工期新辟料场的储量与质量。’"$施工期天然建筑材料关键质量问题的研究与评价简述混凝土骨料的碱活性、红粘土的团聚性、分散性土的分散性、碎（砾）石类土的渗透性等关键质量问题的施工期研究结论及处理措施。’"%开采料场材料的用量与质量评述’结论及建议区域构造稳定性与地震基本烈度结论，水库主要工程地质问题的结论和评价，建筑物主要工程地质问题的处理和评价，遗留问题及运行期监测项目和建议。—)(’%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!""工程竣工工程地质（施工地质）报告附图名称及比例表!""工程竣工工程地质（施工地质）报告附图名称及比例图名比例水库区综合工程地质图#$#%%%%%&#$’%%%重点滑坡、危岩体、堆积体工程地质图#$’%%%&#$’%%重点滑坡、危岩体、堆积体工程地质纵、横剖面图#$’%%%&#$’%%河间地块工程地质图#$#%%%%&#$(%%%河间地块工程地质纵、横剖面图#$#%%%%&#$(%%%大坝建基面竣工工程地质图#$(%%%&#$(%%大坝轴线竣工工程地质剖面图#$(%%%&#$(%%坝块竣工工程地质纵、横剖面图)#$(%%%&#$(%%防渗帷幕竣工工程地质剖面图#$(%%%&#$’%%其他建筑物竣工工程地质图#$(%%%&#$(%%其他建筑物竣工工程地质纵、横剖面图)#$(%%%&#$(%%边坡工程地质图#$(%%%&#$(%%坡面展示图)#$(%%%&#$(%%洞、井展示图)#$#%%%&#$(%%洞室轴线工程地质剖面图#$#%%%&#$(%%洞室工程地质平切面图)#$(%%%&#$(%%地基、围岩、边坡处理图#*(%%%&#$(%%坝基软弱夹层（或层间剪切带）顶板等高线图#$(%%%&#$(%%)：表示可选用代表性图件。—#+,+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准标准用词说明执行本标准时，标准用词应遵守下表规定。标准用词说明标准用词在特殊情况下的等效表述要求严格程度应有必要、要求、要、只有⋯⋯才允许要求不应不允许、不许可、不要宜推荐、建议推荐不宜不推荐、不建议可允许、许可、准许允许不必不需要、不要求—$#"!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准水利水电工程施工地质勘察规程!"#$#—%&&’条文说明目次$总则%术语#基本规定’地面建筑物’($地质巡视与观测’(%取样、试验与专项勘察$’地质编录与测绘’()地基评价与验收)地下开挖工程)($地质巡视与观测)(%取样、试验与专项勘察)(#地质预报与建议)(’地质编录)()围岩评价与验收*工程边坡*($地质巡视与观测*(#地质预报与建议*(’地质编录与测绘+岩（土）体防渗与排水工程+(%取样、试验与专项勘察,水库-天然建筑材料$&资料整编与技术成果编制—$#+)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!总则!"#"!原水利电力部!"#$年颁发的《水利水电工程施工地质规程》（试行）（%&’!$—#$），执行至今已()年之久。在此期间，我国水利水电事业得到了飞速发展，各种规模和类型的水利水电工程相继建成和开工兴建，施工地质工作的地位和作用更加突出。随着管理体制的变化和科学技术的不断进步，对水利水电工程施工地质工作提出了新的要求。为了适应水利水电建设的发展形势，反映%&’!$—#$实施以来施工地质工作实践中的丰富经验与科学技术成果，进一步统一和明确水利水电工程施工地质工作程序、工作内容、技术要求和方法，特对%&’!$—#$进行修订。!"#"$我国水利水电工程以中小型居多，为保证工程建设质量和运行安全，本标准适用范围修改为《水利水电工程等级划分及洪水标准》（%*(+(—(,,,）中规定的!、"、#等水利水电工程的大（!）型、大（(）型与中型（见表!）及“拦河水闸工程分等指标”中大（!）型、大（(）型、中型（见表(）；$、%等水利水电工程的小（!）型与小（(）型工程施工地质工作可参照执行。表!水利水电工程分等指标防洪治涝灌溉供水发电工水库保护城镇程工程保护治涝灌溉供水装机总库容及工矿等规模农田面积面积对象容量别（!,$-.）企业的（!,/亩）（!,/亩）（!,/亩）重要性（!,/01）重要性!大（!）型!!,特别重要!+,,!(,,!!+,特别重要!!(,"大（(）型!,2!3,重要+,,2!,,(,,2),!+,2+,重要!(,2.,!3,2#中型中等!,,2.,),2!++,2+中等.,2+,3!,,3!,2$小（!）型一般.,2+!+2.+2,3+一般+2!,3,!,3,!2%小（(）型4+4.4,3+4!,3,,!表(拦河水闸工程分等指标工程等级工程规模过闸流量（-.56）!大（!）型!+,,,"大（(）型+,,,2!,,,#中型!,,,2!,,—!.#)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准工程等级工程规模过闸流量（!"#$）!小（%）型%&&’(&"小（(）型)(&本条增加了病险水库除险加固工程的施工地质工作也可参照执行的规定。!"#"$说明了施工地质工作在水利水电工程建设中的作用和地位。由于地质体的隐蔽性和复杂性，前期勘察不可能完全查明建筑物的工程地质条件和问题。施工开挖为全面检验前期勘察资料，充分查明建筑物地段的地质情况和进行地质预报提供了有利条件。根据施工地质成果和地质预报，设计部门可及时补充、优化工程设计，施工部门可及时采取合理的施工方法和措施。施工地质人员参加地基、围岩和边坡等的验收，能及时检查有关地质问题的处理是否达到了设计要求，以避免遗漏地质隐患。施工地质工作还对提高工程地质理论水平和改进勘察工作具有重要作用。本条明确界定了施工地质工作时段为自工程开工起至竣工验收止。*+,%-—.-将施工地质工作分为施工期与开挖面形成后两期。鉴于施工地质工作是一个连续的过程，在同一工程部位施工地质工作程序可能反复进行，难以划分阶段，且在实践中勘测单位也未分期，故本标准取消了施工地质工作分期的规定。(术语%"#"&*+,%-—.-将“地质编录”规定为在施工过程中“观察、记录各种地质现象，并汇集有关资料，进行综合研究分析”的工作，即以文字记录为主不包括测图。但在生产实践中，大多勘测单位将在地基、边坡、洞室开挖面上进行的大比例测图和相关的地质记录工作称为地质编录。在综合考虑标准的继承性和生产实践的基础上，本条对“地质编录”作了明确的定义。地质编录通常用于最终建基面，必要时也可以用于施工过程中的任何开挖面。"基本规定$"#"!*+,%"—.-规定了施工地质工作任务（内容）。总结二十多年来施工地质工作经验，本标准对施工地质工作内容进行了调整和补充：（%）增加了“进行工程地质问题处理措施的研究，提出地质建议”、“提出运行期间水文地质、工程地质观测项目及其技术要求”、“工程地质评价”三项。（(）将*+,%-—.-中“观测”和“地基验收”两项归入"/&/(施工地质工作应遵循的基本程序中。（"）将*+,%-—.-中“提出补充地质勘察工作意见”改为“提出专项勘察的建议”。堤防的施工地质工作按相关的堤防勘察标准执行。$"#"%为新增内容，规定了施工地质工作的基本程序（见图%）。本条所规定的施工—%"..— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准地质基本程序可在施工某一部位循环、反复进行，在不同的部位可以平行或交叉进行。!“编制施工地质工作大纲”，应在了解工程布置、类型、各建筑物等级，施工单元和该工程的工程地质条件，分析施工地质工作应侧重的地质问题的基础上，按照本标准的相关规定进行。"“地质巡视”是施工地质一项承上启下的日常工作。地质巡视人员应在现场调查的基础上，对需立即开展的施工地质工作项目及部位向相关的技术负责人提出建议。#“地质观测、取样、试验及专项勘察”根据开挖中揭露的情况视需要进行。$“地质编录”应在最终建基面上进行，也可根据地质预报与专项勘察的需要，在开挖过程中某些开挖面上进行。%“地质预报”是施工地质工作的核心环节。由于地质体的隐蔽性和复杂性，某些不利工程地质现象只能在施工开挖过程中逐步查明和预报。如长江三峡工程船闸岩质直立高边坡上!&&&多处不利块体，都在施工动态过程中通过巡视、专项勘察、编录与计算机分析计算作出了超前预报，确保了施工安全、边坡稳定和正常工期。图!施工地质基本程序流程图!"#"$工程施工过程中，堆渣和尘土往往会掩盖地质现象，影响编录、测绘和观测工作的进行及地质预报的时效性与准确性。为及时有效地进行专项勘察、取样、试验、地质观测和地质预报，本条规定施工单位应根据地质要求及时清理和冲洗特定部位的开挖面。!"#"%为了保证地质巡视与观测工作的质量，应建立完善的地质值班制度。地质巡视与观测由地质值班员来完成。地质巡视是施工地质一项承上启下的日常工作。地质巡视过程中不仅要了解施工现状、建筑物基本地质条件，更重要的是及时发现对工程建没有重大影响的地质现象，提出急需进行的施工地质工作项目和部位的建议，以便及时开展地质观测、专项勘察、地质编录等工作。—!#(’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!中的施工地质巡视卡是地质巡视工作的基本记录。表!"#、表!"$中“施工进度、现状及开挖面形态”栏的填写应特别注意影响建筑物工程地质条件与施工安全的施工活动。表!"#中“工程地质问题”栏应特别注意填写急需查明、预报与处理的影响建筑物稳定与施工安全的地质现象。表!"#、表!"$中“需要立即开展的工作”栏应填写需立即开展的观测、取样、试验、编录、测绘、专项勘察及预报等工作项目的部位。相关地质负责人应及时了解地质值班员提出的开展工作的建议，在“负责人处置意见”栏签署意见，并作出工作安排。附录%中的施工地质日志主要记录施工地质日常活动和工程重大事项。表%中，“施工地质事项”栏应填写地质巡视、编录、测绘、观测、专项勘察等项目的部位，建基面岩体联检、初验、最终验收的活动及其参加入、时间、地点。“技术往来活动、技术问题讨论意见及结论”栏的“技术往来活动”记载与业主、设计、施工等相关单位口头或书面技术交往活动的时间、地点、人员、内容。“技术问题讨论”是指地质、业主、设计、施工、监理单位参加的与地质有关技术问题的双边或多边现场讨论，栏中填写讨论会的时间、地点、参加人、议题和结论意见，特别应记载地质部门的保留意见。“重要处理措施及实施情况”栏中填写按设计处理措施的实施情况和施工过程中临时处理措施实施情况。“工程重大事项”栏中填写截流、首次开挖、首次浇筑、工程决策等重大工程事项，以及基坑涌水、洞顶坍塌、局部大方量岩体失稳等重大事件。!"#"$、!"#"%#施工地质单位既了解前期勘测成果，又掌握施工过程中的地质情况，对建基面、围岩、边坡的工程地质问题的性质及其影响和边界条件有清晰的判断，因此应参加处理方案的研究和与工程地质条件相关的安全监测方案的研究。!"#"%%根据《水利水电工程地质勘察规范》（&%’($)*—++）中,-.-#的规定，施工地质单位应参加建基面、围岩、边坡验收。建基面、围岩、边坡验收是指最终开挖面的验收工作。工程各阶段验收是按《水利水电建设工程验收规程》（/0$$.—#+++）的规定分为分部工程验收、阶段验收、单位工程验收和竣工验收。1地面建筑物1-#地质巡视与观测&"%"%、&"%2’岩质地基的“基本地质条件”包括建基面形态、地层岩性、构造、岩体风化、卸荷、喀斯特、水文地质等。土质地基的“基本地质条件”包括地层岩性、成因类型、土层结构构造、水文地质等。地下开挖工程、工程边坡、岩（土）体防渗与排水工程的地质巡视中的“基本地质条件”—#.*+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准内容与本条说明相类似。!"#"$中第$款及其以后条款中的“软土”系引用《岩土工程勘察规范》（%&’(($—$((#）第)"*"#条的规定：“天然孔隙比大于或等于#"(，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等”。!"#"$规定了%个方面的观测内容，在+,-#.—/.基础上增加了易崩解岩（土）体的崩解速度，软弱层带和含水溶盐地层的渗水恶化现象等观测内容。第$款及其以后条款中的“水溶盐”，参照《碾压式土石坝设计规范》（+0$/!—$((#）第!"#"’条，包括易溶盐和中溶盐两项。“专门观测技术要求”应包括观测的内容、方法、频度、记录格式等。对观测资料应及时分析、整理，并应用于地质预报及建议中。!"$取样、试验与专项勘察!"&"#所列各项标本，多为保存备查之用，特别要有效保存具有重要工程地质意义的软弱层带、断层构造岩、易溶岩、灌浆后的岩（土）样。!"&"&弹性波检测是目前岩质地基岩体质量检测中广泛应用的方法，可为建基面岩体质量评价提供数据性资料。应注意声波测试中，对穿孔或地震测线布置、资料整理与岩体各向异性的关系。!"&"$为新增内容。经调研，当土层复杂多变，或前期勘探深度、精度不够时，建基土层的承载力无法准确确定，需要在施工过程中进行原位测试予以复核。!"&"’为新增内容。!"!地质编录与测绘!"!"#规定了建基面应进行地质编录或地质测绘。为进行地质预报和工程地质评价，在施工过程中也可对开挖面进行地质编录或地质测绘。!"!"&第&款中“层间剪切带”、“褶曲”，第)款中“地表水入渗”为新增内容。!"!"$对地基可能产生不利影响的软土、粉土、细砂土及其他特殊类土，这些土类的分布情况及性状是土质地基编录应关注的主要问题。“土层特征”指土的颜色、颗粒组成、干湿状态、天然密实情况等。!"!"!本标准附录1中“表12#33工程施工地质编录综合描述卡（地面建筑物）”是配合编录测图的重要地质资料，也是编写验收块验收意见的基本依据。表12#中“建基面缺陷”包括建基面岩体中的局部加剧风化、断层、裂隙密集带等不良地质现象，以及由于施工造成的建基岩体损伤。表12#4表12*中“工程地质评价”应提出建基面岩体经综合处理后是否满足要求的明确意见。!"!"’(!"!")+,-#.—/.要求“必要时，在坝（闸、厂）基坑覆盖层清除后，测绘基坑全部或局部基岩地质图。重点地段应设置固定剖面，随开挖分期进行测绘。”由于近年来施工技术水平的提高，进度加快，一般不具备覆盖层清除后施测基岩地质图和固定地质剖面图的条件，故本标准不再作具体要求。+,-#.—/.表#第!项中的“建筑物地基地质平面图”一般不能经地质编录直接成图，多为室内综合编制而成。因此，表!"!"/中去掉了+,-#.—/.表#中“基岩地质图、固定地质剖面图、建筑物地基地质平面图”三项内容。—#*.(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#地基评价与验收!"#"$地基的工程地质评价，是贯穿于施工过程始终的动态过程。应在前期勘察成果的基础上，在施工开挖过程中采用施工地质编录、取样、试验、地质观测、专项勘察等手段，不断加以深化认识。其结论是优化设计、工程处理、各阶段验收的依据。!"#"%建筑物总体地基工程地质评价一般是指土建工程结束后对地基的工程地质评价。!"#"&验收块是指一次验收工作所涉及的建基面。$“光面凿毛程度”中的“光面”是指建基面上对建筑物稳定有影响的光滑结构面。!"#"#建基面及浅部岩体的工程地质评价主要依据本标准附录%中“表%&$’’工程施工地质编录综合描述卡（地面建筑物）”的内容编写而成，不涉及深层抗滑稳定等重大工程地质问题的评价。#地下开挖工程#"$地质巡视与观测#"$"$较()*$+—,+增加了河谷松弛区洞室围岩地质巡视的内容和隧洞掘进机法施工时要收集统计的资料两款。#"$"%为新增内容。#"$"&在()*$+—,+基础上增加了软弱层带和含水溶盐地层中地下水的水质变化一款。#"$"!在()*$+—,+第-,条的基础上增加了-、.、!、#、,、+六款：#"-取样、试验与专项勘察#"%"!()*$+—,+第-#条中规定了#项试验项目，其中“围岩野外弹性抗力试验或弹模试验”一般在前期勘测阶段进行，故本条删除了此项。#"%"#、#"%"’深埋隧洞和长隧洞的工程地质条件在前期勘察中往往不易查明，对其未开挖洞段可能遇到影响洞室施工安全或围岩稳定的重大地质问题，应采用先导孔、导洞、物探等手段进行超前勘探或专项勘察，探明未开挖洞段的地质条件和不良地质问题，为超前地质预报提供依据。#".地质预报与建议#"&"$条文内容着重于预报的超前性，为合理施工方案的制定及其实施争取时间，以确保工期和安全。#"&"%列举的(项地质现象是围岩失稳或突水、突泥的先兆，应立即预报。—$.+$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#地质编录!"#"#本标准表$%&中“岩体结构及围岩工程地质分类”栏中围岩工程地质问题包括突水、突泥等突发事件，洞、井围岩工程地质类型的变化，大型洞、井中可能形成的各种类型不利块体的边界条件及稳定性等。!"#"!“重点处理地段展示图、素描图”为新增内容。此类图件是评价洞、井稳定和处理情况的基本资料，应反映该地段工程地质条件、处理措施及实施情况。!"#"$洞、井围岩展示图中，长大结构面宜实测，短小结构面可素描勾绘。纵、横剖面图，大跨度的地下厂房、地下洞、井群的地质平切面图，一般情况可室内编制，图的间距可视具体情况确定。!"!围岩评价与验收!"!"%’(!)&*+—,,附录-已对围岩工程地质分类作了规定，因此本标准删除./01*—+*中的“表2水利水电地下工程围岩工程地质分类”。!"!"#“围岩压力”一般是在前期勘察中根据围岩岩体工程地质条件和现场力学试验成果综合研究确定。本标准删除了./01*—+*中规定的确定围岩压力的方法，只对复核围岩压力应考虑的因素作了规定。!"!"&’!"!"(为新增内容。3工程边坡./01*—+*仅在地下工程一章中对隧洞洞脸边坡及进出口边坡的施工地质工作作了规定，未涉及其他类型边坡。随着水利水电工程建设的发展，除隧洞开挖形成的洞脸边坡和进出口明槽边坡外，还有坝肩边坡、厂房边坡、船闸边坡、运河边坡、渠道边坡及消力池边坡等，这些边坡一般规模较大，类型较多，其受力条件和工作条件与坝基、洞室有明显的差别，其稳定性往往对施工和运行期安全的影响极大。如隔河岩工程导流洞出口边坡高达11)余米，下部为软弱的页岩，上部为厚层的坚硬石灰岩，属上硬下软的地质结构，稳定问题十分突出；天生桥二级厂房边坡总高度达2+)4，位于砂页岩互层区，施工中触发大规模岩体滑动；三峡工程船闸在山体中深挖而成，边坡总长度达3"#54，直立坡高度达+)4，具有高、陡、长的特点，施工期发现影响边坡局部稳定的大小块体千余个。综合工程边坡的上述特点，本标准将工程边坡的施工地质工作单独成章。本章只规定了“工程边坡”中“由于兴建水利水电工程而改变了形态的自然边坡或人工开挖边坡”的施工地质工作内容。对“承受工程荷载的自然边坡以及对水工建筑物、居民区、工业和交通设施等安全有影响而需要治理的边坡”进行专项勘察时应遵循’(!)&*+—,,的规定；进行工程治理时，其施工地质工作可遵循本标准相关章节的规定。3"1地质巡视与观测$")"!施工初期边坡安全监测项目与部位的布置，往往是以设计边坡结构特点和前—12*&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准期勘察成果为依据，尚不具备布置监测边坡局部稳定的条件。随着施工地质工作的进行，控制边坡稳定的地质条件逐步揭露，地质人员应及时提出增加监测部位和项目的建议。如三峡工程船闸在施工过程中针对揭露出的体积大于!"""#$不利块体增设了变形监测项目，以监测其稳定性。%&$地质预报与建议!"#"$列举的%项地质现象，都是边坡可能失稳的前兆，应立即预报。%&’地质编录与测绘!"&"’“边坡重点处理地段地质图或展示图、素描图”应反映工程处理措施的实施情况。边坡工程地质图和纵、横剖面图可视具体情况进行实测或编制。(岩（土）体防渗与排水工程)*+!,—(,将截水墙、防渗墙、灌浆等防渗措施和部分排水措施的施工地质工作，列入第-章第(条中。由于地面建筑物、地下开挖工程和工程边坡都涉及到防渗与排水，且-"多年来，防渗与排水在规模、类型与技术复杂性方面均有长足发展。基于上述原因，本标准将岩（土）体防渗与排水工程独立成章。本标准的岩（土）体防渗工程主要包括防渗墙、防渗帷幕、防渗铺盖等，排水工程主要包括坝基排水、洞室围岩排水、边坡排水、减压井等。(&-取样、试验与专项勘察%"("#第()第&款规定的内容关系到设计方案和灌浆工艺、材料的调整，影响防渗工程的施工质量和工期，应进行专项勘察，以查明地质原因。,水库水库是水利枢纽的重要组成部分。在施工期通常需要继续进行库岸稳定、防渗、水库诱发地震、浸没、淹没等工程地质问题的勘察研究工作，还需为库区防护工程、库岸稳定处理、水库防渗等工程进行施工地质工作。因此本标准将施工期的水库地质工作独立成章。本章对库区移民工程的施工地质工作未作规定。.天然建筑材料天然建筑材料的质量、储量、开采运输条件关系到水利水电工程建设的质量、造价、工期，根据/01"-,(—..的要求制定本章。—!$,$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"资料整编与技术成果编制!"#!#!施工地质巡视卡、施工地质日志、施工地质编录综合描述卡和施工地质编录图要求当日整理。!"#$#$按#$%"&’(—))中第*+,+,条的规定，“施工地质结束，应及时编写竣工工程地质报告”，其条文说明中进一步明确“土建工程结束后，施工地质工作就基本完成，这时就应及时编写竣工工程地质报告”。工程实践中，工程竣工验收一般在工程运行数年后进行，因而在土建工程结束后，尚不能提交竣工工程地质报告。此时可先编写工程施工地质报告。本标准附录-中“%..建筑物工程地质条件及评价”，“..建筑物”指实际工程所包含的各单项主体建筑物，如大坝、闸、电站、厂房、地下洞室、隧道、渠道、渠系建筑物、通航建筑物、溢洪道等，一般按单项建筑物类型独立成章。地质条件较简单的中型工程，也可将“..建筑物工程地质条件及评价”并入附录-的“/地址区基本地质条件”中。本标准附录-中“%+/工程地质评价”内容应根据与单项建筑物相关的地基、边坡、围岩、防渗与排水等的实际情况，综合第/+%+&条、第%+%+&条、第*+%+&条、第(+%+&条的相关内容进行评述。竣工工程地质评价中应采用工程验收前运行期的地质巡视和安全监测资料。大型引水工程、调水工程竣工工程地质报告编写提纲可参考本标准附录-。—!,’/— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准堤防工程地质勘察规程!"#$$%&’’(替代!")*#$$%+,!"#$"%&$"’"&()*’(+,$-.(&*.("+/"/’$,$$0/"1$).—#-$(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利部关于批准发布《堤防工程地质勘察规程》!"#$$—%&&’的通知水国科〔%&&’〕#($号部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务）局，新疆生产建设兵团水利局：经审查，批准《堤防工程地质勘察规程》为水利行业标准，并予发布，标准编号为!"#$$—%&&’，替代!")#$$—*+。本；际准自%&&’年,月#日起实施。标准文本由中国水利水电出版社出版发行。二!!五年四月十八日前言依据水利部水利水电规划设计管理局下发的水总局科〔%&&%〕#“号关于下达%&&#年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知”，修订《堤防工程地质勘察规程》（!")-#$$—*+）。本标准共*章%*节#+’条和’个附录，主要技术内容有：———标准的适用范围；———堤防工程地质勘察阶段的划分；———堤防工程地质勘察的任务、内容和方法：———堤身勘察；———特殊土勘察；———天然建筑材料勘察；———勘察成果。本次修订的内容有：———对结构进行了适当调整；———在前引部分增加了前言；———增加了术语、符号和代号；———增加了大、中型涵闸和堤岸工程地质勘察的有关内容；———增加了防渗、堤岸和大、中型涵闸施工地质的有关内容；—#.$+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准———增加了堤身勘察；———将“不良土堤基勘察”改为“特殊土勘察”，并增加了黄土、分散性土、冻土、红粘土等内容，删除不良土堤基处理原则的条文，增加特殊土工程地质评价的条文；———删除了原标准中的附录，增加了土的分类、分散性土的判别标准、堤基地质结构分类、土的渗透变形判别、堤基和堤岸工程地质条件分类等!个附录。本标准!"#"$#条和%"&"’条第#款为强制性条文，以黑体字标识。本标准所替代标准的历次版本为：———()*+$%%—,-本标准批准部门：中华人民共和国水利部本标准主持机构：水利部水利水电规划设计总院本标准解释单位：水利部水利水电规划设计总院本标准主编单位：长江委长江勘测规划设计研究院本标准参编单位：黄河水利委员会勘测规划设计研究院珠江水利委员会勘测设计研究院黑龙江省水利水电勘测设计院浙江省水利水电勘测设计院本标准出版、发行单位：中国水利水电出版社本标准主要起草人：马贵生赵’-#冯德顺罗小杰石伯勋赵成生范子福方灯明白晓民李宁新戴其祥朱红雷本标准审查会议技术负责人：李广诚本标准体例格式审查人：曹阳目次$总则’术语、符号和代号’"$术语’"’符号和代号#勘察任务.勘察内容."$规划阶段."’可行性研究阶段."#初步设计阶段.".施工地质!勘察方法!"$准备工作!"’工程地质测绘—$#%/— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#勘探!"$取样与试验!"!原位测试!"%水文地质试验与长期观测%堤身勘察&特殊土勘察&"’软土&"(黄土&"#盐渍土&"$膨胀土&"!人工填土&"%分散性土&"&冻土&")红粘土)天然建筑材料勘察*勘察成果*"’一般规定*"(堤防工程地质勘察报告*"#大中型涵闸工程地质勘察报告*"$施工地质报告*"!原始资料与勘察成果归档附录+土的分类附录,分散性土的判别标准附录-堤基地质结构分类附录.土的渗透变形判别附录/堤基和堤岸工程地质条件分类标准用词说明条文说明’总则!"#"!为规范堤防工程地质勘察工作，明确勘察任务、内容、方法和要求，保证勘察成果质量，特制定本标准。!"#"$本标准适用于江、河、湖、海的’级、(级、#级堤防、穿堤涵闸、堤岸的工程地质勘察。江、河、湖、海的$级、!级堤防的工程地质勘察可参照执行。!"#"%堤防工程地质勘察阶段应与设计阶段相适应。新建堤防工程可分为规划、可行性研究、初步设计三个阶段；已建堤防加固工程可分为可行性研究、初步设计两个阶段。对工程规模较大、地质条件复杂或有特殊要求的堤防工程应进行施工地质工作。—’#))— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$本标准的引用标准主要有：《水利水电工程地质勘察规范》（!"#$%&’—((）《土的分类标准》（!")*+#—($）《中小型水利水电工程地质勘察规范》（,-##—(.）《水利水电工程制图标准》（,-’./*0#—(#）《土工试验规程》（,-%.’—*(((）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（,-%#*—%$$$）《水利水电工程钻探规程》（,-%(*—%$$.）《水利水电工程地质测绘规程》（,-%((—%$$+）!"#"%堤防工程地质勘察，除应符合本标准外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。%术语、符号和代号%/*术语&"!"!堤防12322在江、河、湖、海沿岸或水库区、分蓄洪区周边修建的土堤或防洪墙等。&"!"&堤防工程123224567289堤防、堤岸防护、穿堤涵闸的总称。&"!"’堤内1:;<=><2堤防背水侧。&"!"$堤外?:925=><2堤防临水侧。&"!"%堤岸@:;A自身稳定性对堤防有直接影响的岸坡。&"!"(防渗土料>B4253>6C==6>1筑堤使用的不透水或透水性很小的细粒土。&"!")压渗土料=6>1D651:;<=><2=224:E2@25B堤内坡脚一定宽度内，为防止渗透变形而修筑平台所用的土料。&"!"*封孔@652F612@:8AD>11>;E指为防止沿钻孔发生渗透破坏，对完工后的堤防钻孔用适当的材料实施的回填与封填。%/%符号和代号!C———不均匀系数；"———分散度；—*.&(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!!"———在接触冲刷判定时，较粗一层土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的!""；!!#———在接触流失判定时，较粗一层土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的!#"；!$"———在接触流失判定时，较粗一层土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的$""；#%———土的颗粒组成中，粗细粒的区分粒径；#&———分散性土针孔试验的最终孔径；#’———土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的’"；##———土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的#"；#!"———土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的!""；#$"———土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的$""；#("———土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的(""；#)#———土的颗粒粒径，小于该粒径土的质量占总土质量的)#"；$*———土的比重；%+,———土的临界水力比降；&———土的渗透系数；’———土的孔隙率；()———可交换钠离子百分数；(+———土的细粒颗粒含量；*!)———阳离子交换总量。’勘察任务!"#"$规划阶段堤防工程地质勘察应完成下列任务：!了解各堤线方案地区的区域地质背景。$了解各堤线方案地区的基本地质条件和主要工程地质问题。’了解天然建筑材料的分布概况。!"#"%可行性研究阶段堤防工程地质勘察应完成下列任务：!了解区域地质构造情况，进行区域构造稳定性评价。$基本查明新建堤防各堤线的水文地质、工程地质条件及存在的主要工程地质问题，并对堤线进行比较，初步预测堤防挡水后可能出现的环境地质问题。’基本查明已建堤防的水文地质、工程地质条件及存在的主要工程地质问题，结合历年险情隐患对堤基进行初步分段评价。-基本查明涵闸闸址区的水文地质、工程地质条件，对存在的主要工程地质问题进行初步评价，对加固、扩建、改建及重建的已建涵闸还应基本查明闸基险情隐患，并提出加固处理的建议。—!’."— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!调查了解堤岸岸坡的水文地质、工程地质条件，并对岸坡稳定性进行初步分段评价。"进行天然建筑材料勘察。!"#"!初步设计阶段堤防工程地质勘察应完成下列任务：#查明新建堤防沿线的水文地质、工程地质条件，并进行分段评价，预测堤防挡水后可能出现的环境地质问题。$查明已建堤防拟加固堤段水文地质、工程地质条件，分析险情隐患成因和危害程度，提出加固处理的建议措施。%查明涵闸地基的水文地质、工程地质条件，对存在的主要工程地质问题进行评价，对加固、扩建、改建涵闸工程与地质有关的险情隐患提出处理措施的建议。&查明堤岸防护段的水文地质、工程地质条件，结合护坡方案评价堤岸的稳定性。!进一步进行天然建筑材料勘察。!"#"$施工地质应完成下列任务：#验证前期勘察成果。$预测、预报施工中可能出现的不良地质现象，并提出处理建议，必要时可进行专门工程地质勘察或研究。%参加与地质有关的工程项目验收。&勘察内容&’#规划阶段$"%"%规划阶段的勘察仅限于新建堤防。$"%"&规划阶段的勘察应包括下列内容：#了解区域构造稳定性和历史地震情况。$了解工程区的地形地貌特征。%了解工程区内主要地层成因类型、分布概况、性质和存在的主要工程地质问题。&了解对工程有影响的物理地质现象分布情况。!了解区域水文地质条件。"了解工程区附近天然建筑材料分布情况，并估算储量。&’$可行性研究阶段$"&"%新建堤防的勘察应包括下列内容：#评价区域构造稳定性，确定地震动参数。$基本查明堤线区的地形地貌单元与微地貌类型、特征、分界线，调查河、湖变迁情况。%基本查明各土层成因类型、地质年代、结构组成、分布规律、埋藏条件及其性状等，特别是堤（墙）基范围内分布的特殊土层、粗粒土层。—#%(#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!基本查明基岩浅埋或出露区基岩的时代及岩性特征、岩层产状、风化程度、喀斯特发育特征、岩土接触面起伏变化情况等。"基本查明物理地质现象的发育情况、形成原因及分布范围，并分析其对工程的影响。#基本查明透水层和相对隔水层的埋藏条件和渗透特性。$基本查明地下水类型、水位（水头）变化规律、补排条件、与地表水体的关系，地表水、地下水的物理性质和化学成分，初步评价对混凝土的腐蚀性。%提出各土（岩）层的物理力学性质参数。&对各堤线工程地质条件进行比较，对选定线路主要工程地质问题进行初步评价，并对堤线工程地质条件进行初步的分段评价。’(勘察天然建筑材料。!"#"#已建堤防加固工程的勘察除应符合本标准!"#"$条的规定外，还应调查拟加固堤段堤基险情隐患类型、分布位置，出险和抢险情况，临时加固措施及效果，初步分析险情产生的原因。!"#"%涵闸工程的勘察应包括下列内容：’评价工程区的区域构造稳定性，并提供地震动参数。)基本查明闸址区地形地貌单元，微地貌类型、特征及分界线。*基本查明闸址区土层的分布规律、成因、物质组成、厚度，注意特殊土层、粗粒土层等的分布情况及其性状。!基本查明闸址区土岩接触面的埋藏及起伏情况，基岩的岩性、产状，风化、卸荷和溶蚀特征，断裂、裂隙及其他缓倾的软弱结构面、软弱夹层的发育情况，特别是易风化、易软化、中等+强渗透性岩层的分布范围及其性状。"初步选定各土（岩）层与主要软弱结构面、软弱夹层的物理力学性质参数。#基本查明对涵闸有影响的滑坡体等物理地质现象的分布、规模、成因。$基本查明闸址区透水层、相对隔水层的分布和渗透特性，地下水类型、补排条件、水位及其变化规律，地下水与地表水的物理性质、化学成分及其对混凝土的腐蚀性。%对主要工程地质问题进行初步分析，对各闸址区工程地质条件进行初步评价和比较。&勘察天然建筑材料。’(已建涵闸加固工程还应调查涵闸险情隐患分布位置、性质、出险情况、抢险措施及效果等，并初步分析与地质条件有关的险情隐患产生的原因。!"#"!堤岸的勘察应包括下列内容：’了解河势情况，特别应注意河道冲淤变化和岸坡的形态、防护及失稳情况。)基本查明岸坡的地质结构，并对岸坡稳定性进行初步的分段评价。!,*初步设计阶段!"%"$新建堤防的勘察应包括下列内容：’查明堤基地质结构，特殊土层、粗粒土层及腐殖土层、含沼气层等的分布、厚度及—’*&)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准其性状。!查明基岩浅埋或出露区基岩的地层岩性，易风化、易软化、中等"强透水岩层的分布，断层破碎带、裂隙密集带的产状、规模、充填与胶结情况，岩土接触面的起伏变化情况等。#查明堤基土洞、喀斯特洞穴等的分布、规模、填充情况及充填物的性状，分析其对堤基渗漏、稳定的影响。$查明堤基相对隔水层和透水层的埋深、厚度、特性及与江、河、湖、海的水力连系，调查沿线泉、井分布位置及其水位、流量变化规律，查明地下水与地表水的水质及其对混凝土的腐蚀性。%基本查明堤线附近埋藏的古河道、古冲沟、渊、潭、塘等的性状、位置、分布范围，分析其对堤基渗漏、稳定的影响。&确定堤（墙）基各土（岩）层的物理力学性质和渗透性参数。’查明工程区滑坡、崩塌、沙丘等物理地质现象的分布位置、规模和稳定性，分析其对堤防的影响。(对堤基的渗漏、渗透稳定、抗滑稳定、饱和砂土振动液化、振陷、沉降变形等问题进行评价，并对堤线进行分段工程地质评价，提出处理措施的建议。)进一步勘察天然建筑材料。!"#"$已建堤防加固工程的勘察除应满足本标准!"#"%条的规定外，还应包括下列内容：*复核堤基险情隐患分布位置、范围、特征，调查堤外滩地形、微地貌特征和宽度，堤内决口冲刷坑和决口扇分布位置、范围等。!查明拟加固堤段堤基临时堵体、决口口门淤积物等的分布位置、特征等，查明因出险而引起的堤基地质条件变化情况。#调查以往加固处理堤段的范围、处理方法及其效果。!"#"#涵闸工程的勘察应包括下列内容：*查明闸基的地层岩性，特殊土层、粗粒土层等的性状、在空间上的分布及变化规律。!查明浅埋基岩面的埋藏及起伏情况，风化带、卸荷带的厚度及特征，喀斯特形态、规模、分布、填充情况，断层、裂隙、软弱夹层及其他软弱结构面的位置、性质、产状、充填和透水情况等，易风化或软化、中等—强渗透性岩层的分布范围及其性状。#查明闸基透水层、相对隔水层的厚度、埋藏条件、渗透特性及其与地表水体的水力连系，地下水位及其动态变化，地下水及地表水质并评价其对混凝土的腐蚀性。$查明闸址处埋藏的古河道、古冲沟、土洞等的特性、分布范围，危及涵闸的滑坡、崩塌等物理地质现象的分布位置、规模和稳定性，评价其对闸基渗漏、稳定的影响。%确定闸基土（岩）体、主要软弱结构面和软弱夹层的物理力学参数。&对闸基的渗漏、渗透变形、抗滑、抗冲刷、沉降变形、边坡稳定性等问题进行评价。’进一步勘察天然建筑材料。(已建涵闸加固工程还应进一步查明与地质条件有关的险情及其产生的原因。—*#)#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"!堤岸的勘察应包括下列内容：!调查拟护堤岸段河势情况，岸坡微地貌形态，水下岸坡形态，护岸工程现状，岸坡失稳的范围、类型、规模和崩岸速率，发生险情过程，分析岸坡失稳的原因，调查抛填材料特点、抢险措施及效果。"基本查明拟护堤岸段岸坡的地质结构、各地层的岩性、空间分布规律，评价其抗冲性能，确定各土（岩）层的物理力学参数，注意特殊土层、粉细砂层等的分布情况及其性状，不利界面的形态。#基本查明岸坡透水层、相对隔水层的分布情况、渗透特性，地下水类型、补排条件、地下水位及变化规律、地下水与地表水的物理性质和化学成分。$分段评价岸坡稳定性。$%$施工地质!"!"$施工地质工作应包括下列内容：!对初步设计审批中要求补充查明的有关工程地质问题进行研究。"了解设计方案、施工方案、实施情况及与地质有关的事件，编写施工地质日志。#收集、编录施工揭露的重要地质现象，检验各土（岩）层的物理力学参数，必要时应选择代表性样品进行复核。$对施工中揭露的地质缺陷、出现的不良地质现象进行调查，分析其产生的原因及危害，进行有关地质问题的预测，提出处理和预防措施的建议，必要时可补充勘察或进行专门工程地质勘察。&参加与地质有关的工程验收及工程质量检查，对堤基、涵闸、堤岸的险情隐患处理情况提出地质鉴定意见。’复核各类料源的质量，必要时可对料场进行补充勘察。(提出运行期监测工作的建议。!"!"%垂直防渗工程的施工地质工作还应包括下列内容：!鉴定先导孔岩芯，核实堤身、堤基土层结构和物质组成，核实防渗下限的位置。"核实对施工方法有影响的超径碎块石、卵石的大小、岩性及含量，对施工方法提出建议。!"!"#减压井的施工地质工作还应包括下列内容：!收集减压井施工揭露的地质结构和水文地质条件，对井身结构提出地质建议。"收集实施的减压井结构、井周反滤层和其他回填材料的物质组成、回填情况，了解排水系统的情况。#根据地质结构、减压井结构及试抽成果，分析减压井的减压效果。!"!"!堤岸防护工程的施工地质工作还应调查了解岸坡地下水出溢点位置，估算流量，同时调查并记录同期地表水位。!"!"&大中型涵闸工程的施工地质工作还应包括下列内容：!记录地基处理的类型、方法、深度，处理范围内土（岩）层的性状及地基土（岩）体的抬动、隆起等现象的部位、规模等。—!#)$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!记录基坑地下水出溢点的位置、涌水量和同期基坑内、外水位，分析并预测涌水量的变化情况。"勘察方法"#$准备工作!"#"#准备工作宜包括搜集整理与工程有关的资料、进行现场踏勘及制定工程地质勘察大纲。!"#"$堤防工程地质勘察宜搜集、整理的资料包括下列内容：$区域地形、地质、遥感与地震资料。!堤防工程的前期勘察成果及与堤防有关的其他资料。%已建堤防的工程现状、各类险情隐患和抢险加固及加固效果资料，原施工地质及水文地质观测资料。!"#"%现场踏勘应重点调查下列内容：$工程区基本地质条件。!已建堤防工程历史险情隐患的位置、类型、规模、发生与发展过程及危害情况，处理措施与效果。%工程区交通条件、工作生活条件、主要勘察点的植被情况和场地条件等。!"#"&工程地质勘察大纲应包括下列内容：$工程名称、地点、任务来源。!勘察阶段、目的与要求。%工程概况、规模、等级、规划设计意图、勘察工作重点。&工程区地形地貌、地质概况与已建堤防堤身、堤基险情隐患。"工程地质测绘、勘探、原位测试、岩土试验等的计划工作量和技术要求，应重点勘察、研究的工程地质问题。’勘察工期、质量控制及资源配置。(成果的项目、名称、数量、技术要求。"#!工程地质测绘"#!#$各勘察阶段都应进行工程地质测绘。!"$"$堤防与堤岸工程地质测绘宜沿堤（岸）线进行，测绘宽度宜符合表"#!#!的规定。当堤外滩地较窄时，堤岸与堤防工程地质测绘可合并进行。表"#!#!堤防与堤岸工程地质测绘宽度单位：)类别可行性研究阶段初步设计阶段堤线内侧"**+!***"**+$***新建堤防堤线外侧,$***"**—$%-"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准类别可行性研究阶段初步设计阶段堤内!"##$%###"##$%###已建堤防堤外&’##’##岸肩外至水边至水边堤岸岸肩内’##$%###"##$’##&：当堤外滩较宽时，测绘宽度取表中数值；当堤外滩较窄时，测至河（江）水边。!：已建堤防堤内工程地质测绘宽度应大于最远的历史险情距堤内脚的距离。!"#"$大中型涵闸工程地质测绘范围应包括建筑物区和对建筑物有影响的区域。!"#"%堤防工程各阶段工程地质测绘比例尺宜按表!"#"%确定。表’()(*工程地质测绘比例尺建筑物规划阶段可行性研究阶段初步设计阶段堤防、堤岸%：%####$%：)’###%：)###$%：’###%：)’###$%：’####大中型%：%###$%：)###%：’##$%：%###涵闸小型结合堤防进行!"#"!堤防工程地质测绘宜符合+,)--.)##*的有关规定，并对以下内容进行重点研究：%古河道、渊、塘、沟、渠、外滩宽度及岸坡形态、坡高、坡角等微地貌特征。)特殊土的分布范围及其工程地质特性。"透水层与相对隔水层的分布特征、埋藏条件等，应特别注意细粒土层中砂土夹层的类型、厚度、性状等。*已建堤防工程堤身、堤基、涵闸和堤岸历年险情位置、发生时间、规模、性质、类型、危害程度、险情发生时的外江（河）水位等。’已建堤防历史决口口门及其冲刷坑的分布、规模，堵口填坑材料类型等。/堤身现状、历史加高培厚情况，防渗加固处理范围、方法、效果，岸坡失稳类型、规模、护岸工程现状等。’("勘探!"$"&堤防工程勘探布置应在充分分析已有勘测资料的基础上进行，已建堤防尚应考虑历史险情的分布、类型等。!"$"#规划阶段可不布置勘探工作。堤防勘探纵剖面宜沿堤防中心线或防渗轴线、减压井轴线布置。可行性研究阶段钻孔间距宜为’##$%###0，初步设计阶段宜为%##$’##0，险情多发、地质条件复杂或防洪墙段应适当加密钻孔。!"$"$堤防勘探横剖面宜垂直纵剖面布置，并应符合下列规定：%横剖面长度应包括堤内、堤外影响区，渗透分析横剖面长度应能满足渗透分析的需要。)横剖面间距宜为堤防中心线纵剖面上钻孔间距的)$*倍，险情多发段、地质条件—%"-/— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准复杂段应适当加密横剖面，每一工程地质单元应至少有一条横剖面。!横剖面上宜布置!"#孔：堤防中心线$孔、堤外$"%孔、堤内$"!孔，孔距宜为%&"%&&’。(在下列特殊位置应布置横剖面：———渊、潭、塘、沟、渠等微地貌变化较大的地段；———堤防险情段，包括堤基渗透破坏、历史溃口口门、堤身险情等；———物探探明的物性异常位置；———拟扒口分洪段；———小型涵闸闸址处。!"#"$堤外滩较窄时，堤岸勘探布置宜结合堤防勘探布置进行；堤外滩较宽时，堤岸勘探布置宜符合下列规定：$纵剖面宜沿岸肩布置，可行性研究阶段钻孔间距宜为)&&"$&&&’，初步设计阶段宜为%&&")&&’。%横剖面间距宜为纵剖面上钻孔间距的%"(倍，地质条件复杂或崩岸严重段，可适当加密横剖面。!横剖面上的钻孔数宜为%"!个，孔距宜为%&"$&&’。(滑坡地段应沿滑动方向布置一条主勘探剖面，剖面上宜为!")个钻孔，钻孔间距)&"$&&’；当滑坡规模较大时，可平行主勘探剖面增加辅助勘探剖面。!"#"!大中型涵闸勘探布置应分别符合*+)&%,-—..和/0))—.!的有关规定，并宜符合下列规定：$可行性研究阶段，宜沿闸轴线布置$条纵剖面，孔距)&"$&&’；横剖面宜顺水流方向布置，横剖面间距宜为纵剖面上钻孔间距的%"(倍，并应至少布置$条横剖面。%初步设计阶段，钻孔宜结合建筑物方案布置成网格状，孔距宜为%&")&’，纵、横剖面数量各不宜少于!条。!"#"%小型涵闸的勘探可结合堤防一并考虑，地质条件复杂时可进行专门勘探。!"#"&堤防和堤岸每一工程地质单元，以及大中型涵闸应布置$"%个控制性钻孔。!"#"’勘探剖面应实测，精度不应低于相应工程地质测绘精度。!"#"(钻孔深度宜符合下列规定：$堤防钻孔宜为堤身高度的$1)"%1&倍（不包括已建堤防堤顶孔的堤身段），当相对透水层或软土层较厚时，孔深应适当加深并能满足渗流与稳定分析的要求；基岩出露或浅埋段钻孔宜揭穿强风化层。%涵闸钻孔进入闸底板以下的深度宜为闸底板宽度的$1&"$1)倍。!堤岸钻孔宜深入河床深泓以下)"$&’。(对控制性钻孔，宜根据具体工程地质条件及设计需要综合确定。)水文地质试验和长期观测钻孔宜根据水文地质条件确定。!"#")*钻孔孔径应与钻孔类型及孔内测试项目相适应，有特殊要求的钻孔应根据需要确定。!"#"))钻进方法应符合/0%.$—%&&!的有关规定，并根据土（岩）类型、钻孔目的和—$!.-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准地下水位确定。在细粒土层、粉细砂层中不应采用螺旋钻进或冲击钻进。!"#"$%钻进的回次进尺应根据地层性质、钻进方法等确定，且不应超过!"。!"#"$#钻孔完成后必须封孔（长期观测孔除外），封孔材料和封孔工艺应根据当地实际经验或试验资料确定。!"#"$&堤防工程物探宜在可行性研究阶段进行，可用于下列目的：#探测基岩埋藏深度、断层破碎带位置及喀斯特发育情况。!探测透水层及相对隔水层分布及厚度、地下水位。$测定岩、土的电阻率、波速等参数。%探测已建堤防的洞穴、决口口门及其冲积扇、古河道、渗漏段等隐患部位。!"#"$!根据地质条件和场地条件可选用坑探、槽探或井探等，坑、槽、井施工完毕后应及时编录并回填压实。!"#"$’应测定所有勘探点的平面坐标和高程。&’%取样与试验!"&"$在钻孔中采取原状土样，应根据土层的性质选取合适的取样器，取样应符合下列要求：#软土、细粒土、砂土层中，使用套管护壁法钻进时，取样位置至少应低于套管底部(’&"。!取样前应仔细清孔，孔底残留浮土厚度应小于取土器上端废土段长度。$采取土样宜用快速连续静力压入法，遇硬粘土等压入困难的土层时，可采用重锤少击方式，但应有良好的导向装置。!"&"%渗透破坏试验土样应在渗透稳定计算剖面上或在渗透稳定计算剖面附近采取，所取土样应具有代表性，取样尺寸、数量应满足试验要求。!"&"#土样的封装、保存及运输应符合)*!$+—#,,,的有关规定。!"&"&室内岩土试验项目可按表!"&"&的规定执行。有特殊要求的，可进行专门性试验。表&’%’%室内岩、土试验项目表岩土类型试验项目岩石细粒土砂类土比重-!-密度-!!相对密度!含水率!!界限含水率!易溶盐--无粘性土休止角-—#$,.— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准岩土类型试验项目岩石细粒土砂类土颗粒分析!!有机质!膨胀性!（膨胀岩）!湿化!（膨胀岩）!渗透!（透水岩石）!!吸水率及饱和吸水率!点荷载强度!单轴抗压强度!直接剪切!!!三轴压缩!!固结!!注：“!”为必做项目；“!”为根据需要选做项目。!"#"!土的分类宜符合本标准附录"的规定。!"#"$岩土试验组数的确定应根据勘察阶段遵守下列规定：#规划阶段可采用工程地质类比法提出土（岩）物理力学参数建议值，必要时可取少量试样进行试验验证。$可行性研究阶段，每一工程地质单元每一层累计有效试验组数不应少于%组。&初步设计阶段，每一工程地质单元每一层累计有效试验组数不应少于#’组。!"#"%试验成果均应进行分析研究，判断其正确性和合理性，并按工程地质单元分层进行数理统计，经综合分析后提出土（岩）物理力学参数建议值。()(原位测试!"!"&应根据勘察目的、地质条件、地区测试经验等合理选用原位测试方法，测试孔数与次数根据需要确定。!"!"’动力触探试验应符合下列要求：#砂类土及细粒土宜采用标准贯入试验或轻型动力触探试验，中粗砂、砂砾和碎石土宜采用重型动力触探试验，卵石和砾石类土宜采用超重型动力触探试验。$试验成果应分孔、分层分析整理。&当根据动力触探成果判别砂土的密度、细粒土状态和评估土的承载力、土的强度与变形参数时，应结合其他试验成果和本地区工程经验综合分析确定。*当根据标准贯入试验判别砂土液化可能性时，应符合+,(’$-.—//的有关规定。!"!"(静力触探试验应符合下列要求：#静力触探孔宜布置于堤外，当土层土质比较复杂或需要查明软弱层带界限时，增—#&//— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准加测试孔数。!试验成果应分孔、分层分析整理。"当根据静力触探成果确定土的物理力学参数时，应结合其他测试成果和地区工程经验综合分析确定。!"!"#十字板剪切试验应符合下列要求：#试验宜布置在软土层（带）区。!当被测试土层（带）厚度较薄时，应适当增加孔数或加密测试点；当需查明测试土层（带）展布范围时，应增加孔数。"试验成果应分层整理。$当根据十字板抗剪强度确定土的承载力、分析地基稳定性时，应对其进行修正。%&’水文地质试验与长期观测!"$"%应根据不同的水文地质条件选用不同的水文地质试验方法、试验部位与数量等。!"$"&应选取建筑物附近地下水和地表水样进行水质分析，评价环境水对混凝土的腐蚀性。!"$"’必要时可提出建立地下水长期观测系统的建议。’堤身勘察$"("%堤身勘察的任务是了解堤身状况。$"("&堤身勘察宜坚持地面调查、物探和勘探相结合的原则。$"("’堤身勘察宜结合堤基勘察进行，勘察方法宜符合本标准第%章的规定。$"("#堤身勘察前，应认真分析堤身险情的类型、规模和危害程度等。$"("!堤身勘察可包括下列内容：#堤身病害险情和历史加高培厚、加固情况。!堤身填土类型，特别是粗粒土、碎块石等的大致分布范围。"堤身填土的密实度。$堤身填土的物理、力学性质和渗透性。$"("$堤身填土的质量评价可从堤身险情、填土物质组成、密实度、渗透性等方面综合论述，区分出需要进行处理的堤段，并提出处理措施的建议。(特殊土勘察(&#软土)"%"%软土勘察内容除应符合本标准#"&节或#"’节的有关规定外，尚应包括下列内容：—#$))— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!查明软土分布区表层硬壳层的性状与厚度及下卧硬土层或基岩的埋深与起伏状况。"查明软土的有机质含量。#调查降水、开挖、回填、堆筑、打桩等对软土强度和压缩性的影响及在类似软土上已建工程的建筑经验。!"#"$软土勘察方法除应符合本标准第%章的有关规定外，尚应符合下列要求：!确定软土的抗剪强度应有一定数量的十字板剪切试验。"固结试验的最大固结压力宜按上覆荷载确定，必要时可进行少量代表性的次固结试验。!"#"&软土工程地质评价宜包括下列内容：!当地表存在硬壳层时，应提出利用的条件和可能性。"评价软土地基的抗滑稳定性、侧向挤出和沉降变形特性。#软土加固、处理措施的建议，宜根据软土及其上覆、下卧土层的性状，并结合地方经验提出。$%"黄土!"$"#黄土勘察内容除应符合本标准’"$节或’"&节的有关规定外，尚应包括下列内容：!查明黄土层的结构和构造特征，夹层与古土壤层、钙质结核的分布特征。"查明湿陷性黄土层的厚度、湿陷类型和湿陷等级、湿陷系数随深度的变化。#查明黄土滑坡、崩塌、错落、陷穴、潜蚀洞穴、垂直节理、卸荷裂隙等的分布范围、规模、性质等。!"$"$黄土勘察方法除应符合本标准第%章的有关规定外，尚应符合下列要求：!黄土原状样宜在探坑（井）内人工挖取。"应进行黄土湿陷试验，提供湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力等参数。!"$"&黄土工程地质评价宜包括下列内容：!黄土层物理力学性质和湿陷性随深度的变化规律，湿陷类型和湿陷等级；"冲沟、陷穴、碟型洼地、溶蚀洞穴、滑坡、错落、崩塌等的分布范围、发育特点，预测发展趋势及其对工程的影响。#根据工程地质评价结论，提出处理措施的建议。$%#盐渍土!"&"#盐渍土勘察内容除应符合本标准’"$节或’"&节的有关规定外，尚应包括下列内容：!调查植物生长情况和溶蚀洞穴的分布与发育程度。"查明盐渍土的形成条件、含盐类型和含盐程度，了解含盐量在水平和垂直方向上的分布特征。#查明盐渍土的毛细水上升高度。—!’&!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!调查盐渍土地区已有建筑物被腐蚀破坏情况。"搜集堤防区气温、湿度、降水量等气象资料。!"#"$盐渍土勘察方法除应符合本标准第%章的有关规定外，尚应符合下列要求：#含盐量的土样宜在地表下#$%&深度范围内分层采取，平均取样间隔%$’"&，近地表取样间隔应适当减小，地下水位埋深小于#$%&时取样至地下水位，地下水位埋深大于#$%&且#$%&深度以下含盐量仍然很高时，可适当加大取样深度，取样间隔可为%$"&，取样宜在干旱季节进行。’测定有害毛细水上升高度。(对溶陷性盐渍土，应采用浸水载荷试验确定其溶陷性；对盐胀性盐渍土，宜现场测定有效盐胀厚度和总盐胀量，当土中硫酸钠含量不超过#)时可不考虑盐胀性。!进行溶陷性试验和化学成分分析，必要时可对土的结构进行显微结构鉴定。!"#"#盐渍土工程地质评价应包括下列内容：#土中含盐类型、含盐量及主要含盐矿物对土的特性的影响。’土的溶陷性、盐胀性、腐蚀性和场地工程建设的适宜性。(根据易溶盐的含盐量和含盐成分、溶蚀洞穴发育程度等提出处理措施建议。*$!膨胀土!"&"’膨胀土勘察内容除应符合本标准!$’节或!$(节的有关规定外，尚应包括下列内容：#调查膨胀土地区的自然坡高和坡度。’搜集降雨量、蒸发量、地温、气温和大气影响深度等。(查明膨胀土的结构、构造、裂隙发育与充填情况、夹层性状、膨胀特性在水平与垂直向的变化规律，了解土体特性与含水率的关系。!查明膨胀土的粘土矿物成分、化学成分。"调查膨胀土地区滑坡、开裂等的特点、范围，建筑物基础的埋置深度和变形损坏情况。!"&"$膨胀土勘察方法除应符合本标准第%章的有关规定外，尚应符合下列要求：#测定土的粘土矿物成分和化学成分。’测定自由膨胀率、膨胀率、收缩系数、膨胀力和崩解速率等膨胀性参数。(测定土的残余抗剪强度。!"&"#膨胀土工程地质评价应包括下列内容：#对膨胀土的胀缩性进行评价，按膨胀潜势对膨胀土地基分段。’根据膨胀土的残余强度特性、含水率的变化幅度及大气影响深度等评价膨胀土对堤防工程稳定性的影响。(提出膨胀土处理措施的建议。*$"人工填土!"%"’人工填土勘察内容除应符合本标准!$’节或!$(节的有关规定外，尚应调查下—#!%’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准列内容：!填土的类型、填土年限、堆填方法。"原始地形起伏状况，掩埋的坑、塘、暗沟等情况。#填土的物质成分、颗粒级配、均匀性。$填土地基上已有建筑物的变形或破坏情况。!"#"$人工填土勘察方法除应符合本标准第#章的有关规定外，尚应符合下列要求：!对杂填土，宜进行（渗）注水试验，了解其渗透性。"对防洪墙和大中型涵闸，当无法取得室内试验资料时，宜进行动力触探试验或承压板载荷试验。!"#"%人工填土工程地质评价，可根据人工填土的物质组成、颗粒级配、均匀性、密实程度和渗透性，评价其承载力和渗透稳定性，并提出处理措施的建议。%&’分散性土!"&"’分散性土勘察内容除应符合本标准$&"节或$&#节的有关规定外，尚应包括下列内容：!搜集分散性土分布区水文、气象、气候资料，调查土壤类型、盐碱土分布情况、植物生长情况、土壤水和潜水状况、自然冲蚀和工程受损破坏情况及防治分散性土灾害的工程措施与效果。"查明分散性土形成的地质背景和特征、粘土矿物成分、化学成分、结构、构造、含盐类型。#研究地表水、地下水和土壤的水盐动态规律及其与分散性的关系。!"&"$分散性土的判定应以野外调查为主，结合室内试验综合判定，并应符合本标准附录(的规定。!"&"%分散性土工程地质评价，应根据分散性土的分散性评价其对工程的影响，提出防治与处理措施的建议。%&%冻土!"!"’冻土勘察内容除应符合本标准$&"节或$&#节的有关规定外，尚应包括下列内容：!季节性冻土的冻胀性及形成条件，了解积水、排水条件；多年冻土的融沉性及含冰情况，不同地貌单元冻土层埋藏深度、厚度、延伸情况及相互关系。"查明多年冻土的分布范围及上限深度。#查明多年冻土的类别、厚度、总含水量、结构特征、热物理性质、冻胀性和融沉性分级。$查明多年冻土层上水、层间水、层下水的赋存形式、相互关系及其对工程的影响。)查明多年冻土区不良地质现象，包括厚层地下冰、冰锥、冰丘、冻土沼泽、热融滑塌、热融湖塘、融冻泥流、寒冻裂隙等的形态特征、形成条件、分布范围、发生发展规律及其—!$*#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准对工程的危害。!"!"#季节性冻土工程地质评价应包括下列内容：!冻土的温度状况，包括地表积雪、植被、水体、沼泽化、大气降水渗透作用、土的含水率、地形等对地温的影响。"评价冻土的融沉性和冻胀性。!"!"$多年冻土工程地质评价除应符合本标准#$#$"条的规定外，尚应包括下列内容：!季节融化层的厚度及其变化特征。"对多年冻土的融沉性和季节融化层的冻胀性进行分级。%根据冻土工程地质条件及其变化，提出利用原则及其相应的保护和防治措施建议。#$&红粘土!"%"&红粘土勘察内容除应符合本标准’$"节或’$%节的有关规定外，尚应包括下列内容：!查明不同地貌单元上原生红粘土与次生红粘土的分布、厚度、物质组成、土性、土体结构等特征。"查明下伏基岩岩性、岩溶发育特征及其与红粘土分布、物理力学性质的关系。%查明地表水与地下水对红粘土湿度状态和物理力学性质的影响。’调查土体中裂隙的发育情况，分析其对岸（边）坡稳定的影响。(调查红粘土地裂的发育情况及其对已有建筑物的影响。)查明地基及其附近土洞发育情况。#收集红粘土地区勘察设计及施工处理经验。!"%"#红粘土勘察方法除应符合本标准第(章的有关规定外，试验项目尚应包括收缩试验、天然土与饱和土的无侧限抗压强度试验。对裂隙发育的红粘土，宜做三轴剪切试验；评价边坡长期稳定性时，应采用反复剪切试验。!"%"$红粘土工程地质评价应包括下列内容：!红粘土的塑性状态分类、结构分类、复浸水特性分类、均匀性分类。"根据湿度状态的垂向变化，评价堤基抗滑稳定及沉降变形问题。%根据红粘土裂隙发育、干湿循环等情况评价边坡稳定性。&天然建筑材料勘察%"’"&堤防工程天然建筑材料勘察级别分为普查、初查和详查。规划阶段应进行普查，可行性研究阶段宜进行初查，初步设计阶段宜进行详查或复核。各级别的勘察精度可依照*+"(!—",,,，根据料场的地形地质条件适当降低。%"’"#天然建筑材料产地的选择，应符合下列原则：!宜先近后远，开采运输方便，并注意各产地料源比较。—!’,’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!考虑经济合理，环境保护，不占或少占耕地、林地。"土料产地距堤脚应有一定的安全距离，严禁因土料开采引起堤防渗透变形和抗滑稳定问题。!"#"$土料质量应符合下列要求：#防渗土料的质量应符合$%!&#—!’’’均质坝土料的要求。!堤身填筑土料的质量宜满足$%!&#—!’’’均质坝土料的要求，如缺乏满足要求的土料时，应因地制宜，结合地方经验与设计要求综合确定。"压渗土料宜选用砂类土或渗透系数比下伏土层大一个数量级的土料。(使用特殊土做堤身填筑料时，应进行专门的试验研究。!"#"%护脚、护坡块石用料应选用致密坚硬、抗冲刷、耐风化、块度适当的石料。!"#"&砂、砾料应根据其用途符合$%!&#—!’’’相应的质量要求。!"#"’堤防工程有关天然建筑材料的内容应在堤防工程地质勘察报告中论述评价，必要时可编写天然建筑材料专题报告。)勘察成果)*#一般规定(")")规划阶段，工程地质勘察成果可在设计报告中单列一章论述。(")"*可行性研究与初步设计阶段，堤防工程地质勘察报告宜包括堤岸工程地质条件评价，应单独编制大中型涵闸工程地质勘察报告，必要时提交专题工程地质勘察报告。(")"$施工地质工作结束时，应编制和提交施工地质报告。(")"%工程地质勘察报告应由报告正文、附图和附件三部分组成，并应符合下列要求：#正文应全面论述本阶段勘察工作获取的各项成果并进行工程地质评价，提出结论和建议，要求内容客观真实，论述重点突出，形式务求实用，且应做到文字简练、条理清楚、论证有据、结论明确、建议合理。!附图应符合$%+"—)&的有关规定，应正确反映地质现象和勘察精度，内容实用、数据可靠，且图文相符。"附件应清楚、准确。(")"&施工地质报告应详尽阐述施工中揭示的地质现象、前期勘察成果的验证情况，遇到的地质问题、处理情况及结论，并收入施工期有关技术文件、影像资料和施工记录等。)*!堤防工程地质勘察报告("*")堤防工程地质勘察报告的正文宜包括前言、地质概况、堤身状况、堤基工程地质特征、主要工程地质问题、堤防工程地质条件及评价、堤线工程地质条件比较、穿堤涵闸工程地质条件、天然建筑材料和结语，内容与详细程度可根据勘察阶段做适当调整。—#(’&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"#前言应包括堤防区地理位置、工程概况、规划或设计意图、勘察阶段、前阶段工程地质勘察研究程度和存在的问题、本阶段勘察任务、工作方法、技术要求、完成的工作项目和工作量。!"#"$地质概况中应包括地形地貌、地层岩性、地质构造与地震、水文地质条件、物理地质现象等。!"#"%堤身状况应包括堤防概况、堤身结构、填土组成、现状特征、险情隐患及处理情况、堤身土体物理力学性质、渗透特性、堤身状况的评价等。!"#"&堤基工程地质特征应包括堤基地质结构的划分（见本标准附录!）、土（岩）体物理力学性质及渗透性等。!"#"’主要工程地质问题应包括堤基、堤岸段岸坡和涵闸存在的渗透变形问题（渗透变形判别见本标准附录"）、稳定问题、沉降变形问题等。!"#"(堤防工程地质条件及评价应包括堤防的工程地质分段（见本标准附录#），各堤段工程地质条件、主要工程地质问题评价，堤基险情隐患及加固处理措施的建议。!"#")堤岸工程地质条件及评价应包括岸坡地质结构的划分、土（岩）体物理力学性质及渗透性、岸坡工程地质分段、岸坡稳定性评价，并提出加固处理措施的建议。!"#"!穿堤涵闸工程地质条件应包括各涵闸工程地质条件的论述及评价。!"#"*+天然建筑材料中应包括各料种的产地地质条件、岩土类型、分布，储量、质量评价，开采运输条件等。!"#"**各阶段工程地质报告中主要附图、附件宜按表$%&%’(’选择。表$%&%’’工程地质勘察报告附图、附件表新建工程已建工程加名称可行性研初步设规划勘察固设计勘察究勘察计勘察区域地质图或地质构造图))综合工程地质图（附地层柱状图）!!!!专门工程地质图))工程地质剖面图)!!!天然建筑材料图表)!!!坑、井、槽展示图，代表性钻孔柱状图))))原位测试成果图表)))长期观测图表)岩（土）试验成果)))物探报告)))专题地质报告))水质分析成果)))—’,+*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准新建工程已建工程加名称可行性研初步设规划勘察固设计勘察究勘察计勘察项目批文、审查意见、地震鉴定书等!!!注：“!”必须提交；“!”根据需要提交。!"#"$#综合工程地质图应包括下列主要内容："新建堤线方案或加固堤防的位置，包括涵闸位置。#沿堤线的地层、岩性、成因类型，特别是特殊土和粗粒土的分布。$微地貌单元的界线，特别是古河道、坑、塘、牛轭湖、决口口门、决口冲刷坑、决口扇等的分布位置。%坍岸、坍塌、滑坡、渗水、流土和管涌等历史险情、物理地质现象。&井泉分布位置、高程，井水位和泉的涌水量及其观测日期等。’人类活动遗址及生物洞穴，如墓穴、房基、暗涵及蚁穴等。(坑、孔等勘探点的位置及其编号，剖面位置及工程地质分段类别。!"#"$%堤防工程地质剖面图应主要包括下列内容："地层岩性界线，成因类型符号。#坑、孔及取样位置，水文地质试验、原位测试的位置及参数。$地下水位及观测日期。!"#"$&工程地质纵剖面还应包括工程地质分段简要说明与评价。!"#"$’工程地质横剖面还应包括设计洪水位、险情、坑塘等。)*$大中型涵闸工程地质勘察报告!"%"$大中型涵闸各勘察阶段工程地质勘察报告的正文宜包括前言、闸址区地质概况、主要工程地质问题、闸址工程地质条件及评价、闸址工程地质条件比较，天然建筑材料、结语等。!"%"#前言中应包括：闸址区地理位置、工程概况、规划或设计意图、勘察阶段，前阶段工程地质勘察研究程度和存在的问题，本阶段勘察任务、工作方法、技术要求、完成的工作项目和工作量，已建涵闸的组成、各部分的主要设计参数、现状、险情隐患、抢险情况及效果等。!"%"%闸址区地质概况中应包括地形地貌、地层岩性、地质构造与地震、水文地质、物理地质现象、岩体风化情况、土（岩）物理力学性质及渗透特性等。!"%"&主要工程地质问题中应包括闸址区各建筑物地基的渗漏、渗透变形、抗滑、抗冲刷、沉降变形、边坡稳定问题等。!"%"’闸址工程地质条件及评价中应包括主要设计参数，各建筑物地基地质结构、存在的工程地质问题，并提出处理措施的建议。!"%"(天然建筑材料中应包括产地地质条件、岩土类型、有用层分布、开采运输条件及储量、质量评价等。—"%+(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$大中型涵闸工程地质勘察报告的附图、附件除应按本标准表!"#"$$选择外，还应包括渗透剖面、基岩顶板等高线图等。!"#"%大中型涵闸工程地质图应包括下列内容：$闸址区的地层岩性及其成因类型、基岩主要结构面的产状，特殊土、粗粒土和软弱夹层等的分布。#河流阶地、漫滩、深槽的分布，古河道及地表水系的分布情况。%坍塌、滑坡、渗水、流土和管涌等险情、物理地质现象的分布。&坑、孔等勘探点的位置及其编号，剖面位置，建筑物轮廓线。!"#"!大中型涵闸工程地质剖面图应包括下列内容：$地层岩性及其成因类型、产状。#断裂、裂隙和软弱夹层的位置，岩石风化带分界线。%坑、孔及取样位置，水文地质试验、原位测试的位置及参数。&地下水位及观测日期。’建筑物轮廓线。!"&施工地质报告!"&"’施工地质报告的正文宜包括前言、地质概况、前期勘察成果验证、设计变更及不良地质现象处理、结论与运行期观测建议。!"&"(前言中应包括工程位置、工程概况、任务的由来、施工地质工作简况、实施过程、工作方法、完成的工作量等。!"&"#地质概况中应包括工程地质条件、主要工程地质问题和结论等。!"&"&前期勘察成果验证中应包括先导孔、岸坡开挖、基坑揭露的水文地质和工程地质条件及其与前期勘察成果的对比，并分析产生差异的原因，说明参数最终的采用情况。!"&")设计变更及不良地质现象处理中应包括由于地质条件引起的施工方案调整情况，险情隐患及施工中产生的诸如滑坡、崩岸、堤身开裂等不良地质现象的处理方法及效果，施工期补充地质工作所查明的工程地质条件或工程地质问题的论述与评价。!"&"*施工地质报告的附图应根据具体情况而定，宜包括基坑地质图、防渗墙竣工代表性剖面图、重要的坑（孔）展示图、其他专门工程地质图。!"&"$施工地质报告的附件应包括重要的施工地质简报、专题报告等。!"’原始资料与勘察成果归档!")"’各种原始资料应按有关规定与勘察成果一起归档。!")"(需归档的主要原始资料应包括下列内容：$野外勘察、试验、观测记录。#钻孔、坑槽探、物探及重要地质点和勘探剖面等测量成果。%工作底图、计算稿。&重要的地质照片、影像资料、素描图。—$&)(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!钻孔柱状图、坑（井）展示图、试验成果等原始资料及其电子文件。"有关施工地质的批示、批文、联系单、地质简报、重要技术会议记录和其他技术档案资料。#勘察任务书、勘察工作大纲、委托合同书。!"#"$需归档的主要勘察成果应包括勘察报告正文、附图和附件的纸质文件与电子文件。附录$土的分类$"%"&土的分类宜按%&’()!—*+分为巨粒土和含巨粒的土、粗粒土、细粒土三类。$"%"’巨粒土和含巨粒的土、粗粒土的划分宜符合%&’()!—*+的有关规定。$"%"$细粒土宜按图$,+,-划分。图$,+,-土的三角坐标分类附录&分散性土的判别标准&"%"&根据碎块试验确定土的分散陛等级宜符合表&,+,(的规定。表&,+,(碎块试验分散性等级评价标准分散性等级土块浸水后的反应!没有反应，土块可能在杯底塌散，但没有胶粒使水变浑浊的迹象"微有反应，土块表面附近水有些浑浊—()+*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准分散性等级土块浸水后的反应!中等反应，容易鉴别出悬液中的胶体浑浊点，通常在杯底扩散成细条纹"强烈反应，杯底有一薄层胶体沉积，有些土样会使整杯水浑浊!!"!#针孔试验评价土的分散性宜符合表!"#"$的规定。表!"#"$针孔试验评价土的分散性标准试验水头试验持续时间分散性最终孔径!（(%%）出水混浊情况（%%）（%&’）高分散性土)#*"#!(!+"#很浑浊分散性土)#*#$"#"!(,+"#很浑浊)#过渡型土*#*")"!(,$"#浑浊*-#+-#非分散性土)!("*.)微浑浊*#$#高抗冲蚀性土*#$#!)针孔孔径保持不变清水!!"!$双比重计试验评价土的分散性宜符合表!"#"+的规定。表!"#"+双比重计试验评价土的分散性标准分散性分散度/（0）非分散性土,+#过渡型土+#1)#分散性土)#12#高分散性土32#注："4（不加分散剂的粘粒含量5加分散剂的粘粒含量）6*##0!!"!%孔隙水可溶盐试验评价土的分散性宜符合图!"#"7的规定。图!"#"7孔隙水可溶盐试验评价土的分散性!!"!&当采用多种试验方法确定土的分散性时，宜符合表!"#")的规定。—*7*#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#"$分散性土综合分类表孔隙水可溶盐双比重计试验分针孔试验试验可交换钠碎块试验分分类名称散度!（%）分散性离子百分数散性等级（%）中低塑性粘土高塑性粘土高抗冲蚀性土非分散性土&’#&(#&)#!、非分散性土过渡型土过渡型土’#*+#(#*’#)#*$#"分散性土分散性土+#*,#’#*+#$#*-##高分散性土高分散性土.,#.+#.-#$附录/堤基地质结构分类/!"!#堤基地质结构宜根据勘探深度范围内岩石、粘性土、粗粒土和特殊土的分布与组合关系分类。/!"!$堤基地质结构类型宜按表/"#"(的规定分为单一结构、双层结构和多层结构三类。表/"#"(堤基地质结构分类表类地质结构特征亚类岩石单一结构粘性土单一结构单一结构（!）堤基由一类土体或岩体组成粗粒土单一结构特殊土单一结构⋯⋯上粘性土下岩石上厚粘性土下粗粒土上薄粘性土下粗粒土双层结构（"）堤基由两类土（岩）组成上粗粒土下粘性土上粘性土下淤泥质土⋯⋯—0’00— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准类地质结构特征亚类堤基表层为粗粒土堤基表层为薄粘性土堤基由两类或两类以上的土（岩）组成，多层结构（!）堤基表层为厚粘性土呈互层或夹层、透镜状等的复杂结构堤基表层为淤泥质土⋯⋯!!"!#堤基地质结构亚类可根据各地实际地质条件，结合当地实践经验划分。!!"!$当地表分布粘性土时，应根据当地堤防挡水时间的长短、水头（设计洪水位与堤内地面高差）及粘性土与下伏粗粒土本身的渗透性等因素，综合确定适合本地实际的粘性土临界厚度值。如无经验，粘性土临界厚度可取堤高的"#$。!!"!%当地表分布的粘性土层厚度小于临界厚度值时，宜分为上薄粘性土亚类；当地表分布的粘性土层厚度大于临界厚度值时，宜分为上厚粘性土亚类。附录%土的渗透变形判别%!"!&细粒土与不均匀系数不大于&的粗粒土的渗透变形为流土。%!"!’不均匀系数大于&的粗粒土的渗透变形应分别采用下列方法判别："流土和管涌应根据土的细粒含量，采用式（%’(’$)"）和式（%’(’$)$）计算判别：流土："!*!,"((（%’(’$)"）（+")"）管涌："!*-,"((（%’(’$)$）（+")"）#./"#0(#"(（%’(’$)1）式中"———上的孔隙率（$）；!*———土的细粒颗粒含量，以质量百分率计（2）；不连续级配的土，级配曲线中至少有一个以上的粒径级的颗粒含量小于或等于12的平缓段，粗细粒的区分粒径#.以平缓段粒径级的最大和最小粒径的平均粒径区分（或以最小粒径为区分粒径，相应于此粒径的含量为细粒含量）；连续级配的土，粗细粒的区分粒径#.按式（%’(’$)1）计算；#0(———土的颗粒粒径（33），小于该粒径土的质量占总土质量的0(2；#"(———土的颗粒粒径（33），小于该粒径土的质量占总土质量的"(2。$不均匀系数大于&的不连续级配土可采用下列方法判别：流土，!*!1&2；过渡型，取决于土的密度、粒级和形状，$&2#!*-1&2；管涌，!*-$&2。1对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均等于或小于"(，且符合式（%’(’$)—"+"$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!）规定的条件时，不会发生接触冲刷：!"#!"#（!$#$%&!）""#式中!"#，""#———分别代表较粗和较细一层土的颗粒粒径（’’），小于该粒径土的质量占总土质量的"#(。!对于渗流向上的情况，不均匀系数不大于)的土层符合式（*$#$%&)）条件将不会发生接触流失；不均匀系数不大于"#的土层符合式（*$#$%&+）条件将不会发生接触流失。!")!)（*$#$%&)）",)!%#!-（*$#$%&+）"-#式中!")#———较粗一层土的颗粒粒径（’’），小于该粒径土的质量占总土质量的")(；",)———较细一层土的颗粒粒径（’’），小于该粒径土的质量占总土质量的,)(；!%#———较粗一层土的颗粒粒径（’’），小于该粒径土的质量占总土质量的%#(；"-#———较细一层土的颗粒粒径（’’），小于该粒径土的质量占总土质量的-#(。*!"!#堤基土的临界水力比降宜根据试验确定，如无试验资料，可按式（*$#$.&"）/式（*$#$.&.）计算："流土型：#012（$3&"）（"&%）（*$#$.&"）式中#01———土的临界水力比降；$3———土的比重。%管涌型或过渡型：%")#012%4%（$3&"）（"&%）（*$#$.&%）!%#别占总土质量的)(和%#(。式中")、"%#———土的颗粒粒径（’’），小于该粒径土的质量分.管涌型：!%".#012（*$#$.&.）("&’%式中".———土的颗粒粒径（’’），小于该粒径土的质量占总土质量的.(；&———土的渗透系数（0’53）。*!"!$无粘性土的允许比降宜采用下列方法之一确定：%以土的临界水力比降除以安全系数。%级堤防，安全系数取&!’；&级堤防取&!"；#级堤防取%!’。&可根据渗透变形型式按表*!"!$取经验值。—"!".— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!!"!#无粘性土允许水力比降经验值流土型管涌型过渡型!"!$$%!"!&!""&级配连续级配不连续"!’&("!$&"!$&("!&""!&"("!)""!’&("!#""!*&("!’&"!*"("!’"注*：本表不适用于渗流出口有反滤层的情况。注’：!"为土的不均匀系数。附录#堤基和堤岸工程地质条件分类#!*堤基工程地质条件分类#!*!*堤基工程地质条件分类宜综合考虑下列因素：$沿堤线两侧分布的古河道、古冲沟、渊、潭、塘等。%堤基地质结构，土（岩）物理力学性质。&主要工程地质问题类型与严重程度。’已建堤防历年险情。#!*!’堤基工程地质条件分类应因地制宜，并宜根据上述因素分为’类：$(类：不存在抗滑稳定、抗渗稳定、抗震稳定问题和特殊土引起的问题，已建堤防无历史险情发生，工程地质条件良好，无须采取任何处理措施。%)类：基本不存在抗渗稳定、抗震稳定问题和特殊土引起的问题，局部坑（塘）处存在渗透变形问题，已建堤防局部有险情，工程地质条件较好。&*类和!类：至少存在一种主要工程地质问题，历史险情普遍，根据主要工程地质问题的严重程度、历史险情的危害程度分为工程地质条件较差（*类）和工程地质条件差（!类）。#!’堤岸工程地质条件分类#!’!*堤岸工程地质条件分类宜综合考虑水流条件、岸坡地质结构、水文地质条件、岸坡现状和险情等。#!’!’当堤岸由细粒土组成时，应根据堤岸土体物理力学性质和水文地质条件分析堤岸在退水期的稳定性。#!’!$当堤岸存在不利于稳定的结构面时，应分析堤岸土体沿结构面滑移的可能性。#!’!#当堤岸受河水冲刷时，可根据岸坡（岩）土体抗冲刷能力与历史险情将岸坡稳定性分为四类：$稳定岸坡：岸坡（岩）土体抗冲刷能力强，无岸坡失稳迹象。%基本稳定岸坡：岸坡（岩）土体抗冲刷能力较强，历史上基本上未发生岸坡失稳事件。—$’$’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!稳定性较差岸坡：组成岸坡的土体抗冲刷能力较差，历史上曾发生小规模岸坡失稳事件，危害性不大。"稳定性差岸坡：组成岸坡的土体抗冲刷能力差，历史上曾发生岸坡失稳事件，具严重危害性。标准用词说明执行本标准时，标准用词应遵守下表规定。标准用词说明标准用词在特殊情况下的等效表述要求严格程度应有必要、要求、要、只有⋯⋯才允许要求不应不允许、不许可、不要宜推荐、建议推荐不宜不推荐、不建议可允许、许可、准许许不必不需要、不要求—$"$#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准堤防工程地质勘察规程!"#$$—%&&’条文说明目次#总则(勘察任务)勘察内容)*#规划阶段)*%可行性研究阶段)*(初步设计阶段)*)施工地质’勘察方法’*#准备工作’*%工程地质测绘’*(勘探’*)取样与试验’*’原位测试’*+水文地质试验与长期观测+堤身勘察,特殊土勘察,*#软土,*%黄土,*(盐渍土,*)膨胀土,*’人工填土,*+分散性土,*,冻土,*$红粘土$天然建筑材料勘察—#)#+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!勘察成果!"#一般规定!"$堤防工程地质勘察报告!"%大中型涵闸工程地质勘察报告!"&施工地质报告!"’原始资料与勘察成果归档附录(土的分类附录)堤基地质结构分类附录*土的渗透变形判别附录+堤基和堤岸工程地质条件分类#总则!"#"!我国江、河、湖、海堤防长达数万公里。#!!,年以前，绝大部分堤防工程未经正规地质勘察，仅在工程遇险或存在隐患必须进行加固处理时，才进行少量地质勘察工作。#!!-年发布实施的《堤防工程地质勘察规程》（./01#22—!,）（下文简称原标准）为规范堤防工程地质勘察起到了积极的作用。#!!2年夏，长江流域、松花江和嫩江流域相继发生了特大洪水，在抗御洪水的过程中，各地堤防暴露出了诸多不足：堤身矮小、填土质量欠佳，堤基地质条件不明，分析险情和抢险针对性不强，许多特大型险情均与堤基地质条件息息相关。#!!2年汛后，全国各地开始对堤防进行加固处理，全面、细致的工程地质勘察也随之展开，原标准在堤防工程地质勘察中发挥了积极的、不可替代的作用。在堤防的工程实践中，各单位也发现了原标准中的一些不足之处，迫切要求对其进行修订，使之更适合于堤防工程地质勘察实际。同时，各地在堤防工程实践中都积累了丰富的经验，为原标准的修订打下了坚实的基础。!"#"$关于堤防的等级划分，可根据《堤防工程设计规范》（34’5$2,—!2）有关规定执行。季节性挡水的水库防护堤，可参照本标准进行工程地质勘察，勘察的精度和要求可适当降低。堤防上的穿堤涵闸规模相差悬殊，小的涵管过流量不足#6%07，大的水闸过流量每秒达数千立方米。穿堤涵闸和堤防一道起着抵御洪水的重要作用，尽管有些涵闸规模较小，但就其重要性来说是和堤防等同的。近几年来，各地进行堤防加固时，均对穿堤涵闸一起进行加固。因此，本次修订将穿堤涵闸纳入堤防工程地质勘察的范畴。堤岸的稳定与否直接关系到堤防的安全，因此本次修订也将其纳入堤防工程地质勘察的范畴。!"#"%本次修订对施工地质作了具体的规定。一般而言，堤防工程较简单，不需要进行施工地质勘察，但对一些重要的防渗工程、护岸工程和大中型涵闸工程等，施工地质在控制投资、保证工期和工程质量方面是必不可少的。—#&#-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!勘察任务!"#"$堤防工程规划阶段工程地质勘察的目的是比较各方案区的水文地质、工程地质条件和主要工程地质问题，为方案的综合比选提供基础地质资料。在堤线的比较中，还应考虑堤岸及拟建大中型涵闸工程区的水文地质条件、工程地质条件。!"#"%新建堤防可行性研究阶段工程地质勘察是在规划阶段选定的堤防方案基础上，通过线路地质条件比较，对选定堤线提出地质建议。地质条件复杂时，勘察范围可适当扩大，以满足线路调整的需要。已建堤防勘察的中心任务就是查明堤基险情隐患的类型、规模、分布和特性，分析险情与地质条件的关系，提出加固处理堤段的位置与处理措施的建议。涵闸和堤岸是新增内容。堤岸现状包括岸坡地质结构、江（河）水流条件及岸坡变形破坏形式与规模等。分段评价的目的是为堤岸防护段的确定提供地质依据。!"#"!初步设计阶段工程地质勘察是在可行性研究阶段工程地质勘察的基础上进行的，要求对区内工程地质条件、水文地质条件、环境地质条件和工程地质问题都予以查明，特别是对涉及堤防工程安全的抗滑稳定、渗透稳定、抗震稳定、抗冲稳定等常遇的工程地质问题进行论证评价。堤防的修建及对堤基进行垂直防渗处理，将改变原有的水文地质条件。如：垂直防渗切断了江河水入渗的通道，同时也切断了地下水排泄的通道，常使保护区水文地质条件发生大的改变，导致一系列环境地质问题，应注意分析评价。!"#"&施工地质中，对前期勘察未查明的一些重大地质问题，如滑坡等，可根据情况进行必要的勘察或研究。"勘察内容"#$规划阶段&"$"%规划阶段主要是通过调查、访问、搜集分析已有资料，结合现场踏勘了解一些对确定堤防方案影响比较大的地形、地貌、工程地质与水文地质条件、区域构造稳定和天然建筑材料概况。"#%可行性研究阶段&"%"$本阶段新建堤防要确定堤线的位置和堤身的初步结构，已建堤防要初步确定加固处理的范围和处理方法。因此，应进行地形测量、工程地质测绘、勘探、试验等。“区域构造稳定性评价”是指根据有关区域资料对区域构造稳定性进行简要评价，一般情况下无需开展专门的工作。地震动参数包括峰值加速度和特征周期，勘察单位可根据《中国地震动参数区划图》（&’$(!)*—%))$）确定。堤线工程地质条件分段是为了初步确定处理堤段的范围和处理方法，因此，分段评价—$"$(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准应与工程紧密结合，并宜符合本标准附录!的规定。!"#"#已建堤防的堤基险情与其地质条件息息相关，地质条件是产生险情的原因，险情是地质条件在汛期的表相。所以，已建堤防加固工程勘察除了基本查明有关工程地质条件外，还要重点调查险情的详细情况，并结合勘探、地质测绘基本查明与险情有关的工程地质条件，分析险情产生的原因和出险对原有地质条件的影响。!"#"$本条是新增内容。堤防工程中的穿堤涵闸，有的建在土基上，有的建在岩基上，二者勘察工作的侧重点不同，应根据具体情况分别对待。有些涵闸依山丘而建，山坡存在滑坡体时，对涵闸的安全直接构成威胁，尽管滑坡位于闸址区以外，但也应该作为重点进行勘察。!"#"!可行性研究阶段，应对堤岸的稳定现状进行全面的调查，确定出稳定性差或较差堤岸的位置。堤岸的稳定性除与岸坡的物质组成有关外，受水流情况的影响较大，所以应了解河势的情况，分析水流对堤岸的影响。"#$初步设计阶段!"$"%新建堤防初步设计阶段勘察是在可行性研究阶段勘察的基础上进行的，勘察内容无大的变化，只是勘察的深度和精度较前阶段高，对可行性研究阶段发现的地质条件较差的部位应重点勘察。!"$"#由于决口临时堵体成分复杂，决口口门与冲刷坑淤积物性状较差，往往会再引发险情。以往加固处理堤段是指对堤基进行的垂直防渗、减压井等。!"$"$已建涵闸的险情，有些与地质条件无关，主要是由于闸门和混凝土老化、设计标准低等原因产生的；有些是地质条件导致的，如沉降裂缝、渗透变形等。后者才是工程地质勘察的内容。!"$"!初步设计阶段堤岸的勘察是针对稳定条件较差、需要防护的岸段进行的。因堤岸段岸坡冲淤频繁，且工程对地质条件要求不高，勘察工作只需做到“基本查明”。除了岸坡的地质条件外，河势的情况对岸坡的稳定性影响很大，所以应重视对河势情况的调查。不利界面是指上覆土体易沿其产生滑坡的结构面，如新老土层接触面、基岩面、岸坡土体中的软弱土层等。"#"施工地质!"!"%施工单位选择的天然建筑材料场地有时不是前期勘察选定的料场，此时应对料场进行复核或补充勘察，保证工程用料的质量。!"!"#对垂直防渗工程，施工单位一般沿防渗轴线布置先导孔，施工地质人员应根据先导孔资料修正前期勘察成果，对防渗下限和施工方法的调整提出地质建议。必要时可对先导孔与前期勘察成果差异较大的地段进行复核勘察。!"!"!堤岸防护工程的施工地质主要针对水上护坡工程进行，对水下护脚工程仅要求收集有关施工情况的记录。!"!"&小型涵闸规模小、数量多，一般不进行施工地质工作。大中型涵闸工程的施—&"&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准工地质工作因工程的建设形式和建筑物的结构不同而存在一定的差异，新、改、重建闸基或无混凝土覆盖的加固闸基，地质编录工作可按有关施工地质规程进行；闸基有混凝土覆盖的加固涵闸，受条件限制，主要应对地基处理进行编录。!勘察方法!"#准备工作!"#"$搜集、整理与工程有关的资料是准备工作的基础，可供搜集的资料有三类：一类是与工程有关的区域地形、地质遥感、地震资料；二类是工程区已有的勘察资料；三类是工程运行档案资料。地形资料，如各种比例尺的地形图等，遥感资料如航片、卫片等；区域地质与水文地质资料，如#$%&万、#$!万区域地质调查资料等。工程区的已有的勘察资料，包括堤防工程本身已有的勘察成果资料（文字、图件等）和其他建筑物（如房建、桥梁、水利建筑等）的勘察资料。工程运行档案资料是已建堤防加固工程设计的重要依据，特别是有关险情隐患的资料、原施工地质资料及观测资料等。!"#"%现场踏勘是准备工作的重要组成部分，其目的是使编制的工程地质勘察大纲更切合实际，为外业工作的顺利开展创造条件。!"#"&工程地质勘察大纲应依据任务书或合同的要求编写，应重点说明勘察工作内容及其技术要求、需查明的工程地质问题和提出的勘察成果。要做到任务明确、重点突出、技术合理、方案可行，便于操作和检查。!"%工程地质测绘!"$"$考虑到堤防线路的调整，新建堤防可行性研究阶段的工程地质测绘范围应足够宽。选择测绘宽度时，应结合工程的地质条件、堤防工程等级和已建堤防险情分布情况等。如，一些山区堤防一般保护的范围较小，洪水持续时间短，洪水位不是很高，影响范围小，因而测绘宽度宜取较小值；相反，下游地区宜取较大值。另外，有些堤段，险情发生点距堤线较远，工程地质测绘范围应包括所有的险情。在初步设计阶段，工程地质测绘工作在可行性研究阶段的基础上进行，主要工程地质问题已基本明了，地质测绘工作应做到有的放矢，测绘宽度宜比可行性研究阶段适当减小。堤防与堤岸是密不可分的，工程地质测绘时二者一般一并进行；但当堤外滩较宽时，堤岸、堤防可分别进行工程地质测绘。!"$"%对建筑物有影响的区域应包括工程施工与运行期对工程有直接或间接影响的区域，如滑坡区、渗透破坏发生区等。这主要是从堤防工程所处的环境地质条件所考虑的。!"$"&堤防工程一般修筑于地形较平坦的地区，工程地质条件相对简单，因此，在修订时将原标准表’"%"(的有关内容进行了合并。—#’%&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准在确定工程地质测绘比例尺时，宜根据具体工程地质条件、堤防等级等合理选用比例尺。一般地形、地质条件较简单、堤防等级较低时可选较小比例尺，地质条件相对较复杂或建筑物对地基要求较高、堤防等级较高时宜选用较大比例尺。!"#"!本条是新增内容。根据堤防工程的特点及存在的主要工程地质问题，工程地质测绘应重点研究与堤防工程关系较密切的历史险情、控制渗流边界条件的微地貌、水井等。!"#勘探!"$"%为使勘探工作做到目的明确，重点突出，节省勘探工作量，分析前期勘测资料和已建堤防的历史险情是必不可少的。!"$"#本条为新增内容，明确各勘察阶段勘探工作的布置原则。规划阶段主要是确定新建堤防工程的总体方案，只需根据已有区域的、工程区的地质资料及现场调查情况，了解工程区的基本地质条件及是否存在影响工程成立的重大工程地质问题即可。堤防勘探纵剖面首先应结合堤防沿防渗轴线布置，当防渗轴线未确定时，宜沿堤防中心线布置。勘探纵剖面上的钻孔间距宜根据险情、地质条件及堤防的类型确定；当险情较严重、地质条件复杂或为刚性堤防时，钻孔间距宜较小，反之宜较大。!"$"$横剖面上钻孔间距由原标准的$%&’%%(改为$%&$%%(是考虑到有些地方出险位置较远，按’%%(的间距布孔势必增加很多钻孔，这是没有必要的。如，’))*年汛期安庆长江大堤堤内’!%%(处出现了管涌险情，显然没有必要在堤内布置’!个钻孔。原标准在特殊位置，如重大险情等部位布置’个钻孔，本次修订时要求布置横剖面。横剖面的长度及其钻孔数量可根据实际情况适当增减。如，已建堤防渗透破坏险情发生在距内堤脚!%%(处，横剖面的长度应大于+%%(，钻孔数应为!&+孔。!"$"&本条为新增内容。当外滩较窄时，为减少工作量，要求堤防与堤岸勘探布置可合二为一，综合考虑。堤岸上发育的滑坡往往会影响堤防的安全，所以本条要求在进行堤岸勘探时需一并对这类滑坡进行勘探，为滑坡综合治理提供地质资料。!"$"’本条为新增内容。小型涵闸规模较小，对地基要求相对较低，一般可结合堤防勘探一并考虑。但当地质条件复杂，按堤防的勘探精度难以满足要求时，应进行专门勘探，勘探布置原则可参照大中型涵闸。!"$"(本条为新增内容。控制性钻孔是为了了解深部是否存在地质缺陷。当设计采用较深的处理措施时，控制性钻孔可作为设计依据，也可作为渗透分析时考虑边界条件的重要资料。!"$")本条为新增内容。与枢纽工程相比，堤防工程的地质测绘比例尺较小，如果勘探剖面的精度低于相应工程地质测绘的精度，很多重要的地质内容可能在剖面上难以表示。因此，本条规定了勘探纵剖面精度的最低要求。一般情况下，堤防与堤岸纵剖面实测精度可与地质测绘精度一致，横剖面精度宜较高。!"$"*对我国几大流域堤防工程的调研表明，堤防钻孔的深度多为堤高的’"!&$"%倍，可以满足要求，因此，本条将该数值作为钻孔深度的控制深度。!"$"%%冲洗法和冲击钻及麻花钻容易扰动土层，不利于地质分层，特别容易遗漏薄—’,$’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准层粉细砂层，从而不能控制住透水层的发育规律，常导致错误的地质分析。!"#"$%一般情况下，回次进尺宜根据所用钻头、钻进方法及地层情况而定，以确保地质分层为原则。规定回次进尺不超过!"是为了确保细粒土取芯率及岩芯的完整，防止遗漏砂类土夹层。对于特殊的土层，应根据具体条件确定回次进尺。!"#"$#当堤基有透水层分布且堤外河（湖）床又切穿透水层时，如果堤防钻孔不进行封孔，可能通过钻孔形成渗漏通道，在洪水期水位较高时，容易沿钻孔发生渗透破坏，这将严重危及堤防的安全。我国已经有过不少这方面的教训，因此，钻孔在终孔后都应予以封孔。!"#"$&由于规划阶段一般进行收集资料及工程地质调查工作，只对工程区及其外围地质条件进行概括性的了解，可以不考虑布置物探工作。初步设计阶段，工程措施一般很具体，要求地质资料比较翔实，不宜使用物探方法。因此，这次修编时规定只在可行性研究阶段使用物探方法。工程物探可以探测的内容很多，特别在探测堤防隐患方面，有时能发挥很重要的作用。但考虑到物探方法本身的局限性，取消了原标准中目前难以探明的探测内容，随着物探技术的不断更新与发展及新技术、新方法的开发与应用，物探探测的内容会越来越丰富。在使用物探时，应积极提倡新技术，新方法。!"#"$!本条为新增内容。为了防止堤防在汛期发生险情，勘探期间的坑、槽、井在施工完毕后应及时编录、回填压实，不能留下隐患。关于坑、槽、井探的选用，可根据地质条件、场地条件、勘探对象和勘探目的合理选择，如，山区堤防可多布置坑、井探代替钻探。#$%取样与试验!"&"$取土器的选择应以保证所取土样尽量少受扰动为原则，如，软土、粉细砂层中取样应优先选用密封性能优良的薄壁型取土器，必要时应在工地现场试验室进行试验。取样压入方法对原状土样质量有较大影响，一般细粒土可采用锤击或静压法，而取软土样时宜用静压法，以减少扰动。!"&"%本条为新增内容。堤防工程的渗透破坏试验一般取土样在室内进行，为了使所取样品具有代表性，保证渗流分析的准确性，渗透破坏试验土样一般在综合选定的渗透剖面上或附近挖取，应挖除表层生物活动影响带，选取代表性土样。!"&"&表#$%$%所列试验项目和选择意见是根据一般地质条件和堤防工程勘察中常规要求提出的。具体选择试验项目时，除结合场地岩土性质和试验目的外，尚应根据勘察阶段和勘察要求选择需做的试验项目。“有特殊要求的”系指有“防渗”、“抗震”、“防冲刷”等专门要求的堤防工程或特殊土等。!"&"’“有效试验组数”系指试验结果分析、整理后，具有正确、可靠和合理性的成果组数。!"&"(由于受各种因素的影响，有的试验指标值不合理。因此，地质人员首先应对各组试验数据进行分析，剔除其中不合理的数据，然后再按工程地质单元分层统计。试验成果统计表中应列出各指标的平均值、最大值、最小值、组数、标准差、变异系数、标准值。指标建议值应根据设计需要而定，一般应包括含水率、干密度、孔隙比、压缩系数、压—&%!!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准缩模量、抗剪强度、渗透系数等。!"!原位测试!"!"#堤防工程地质勘察常用的原位测试方法有动力触探、静力触探、十字板剪切试验等，各种试验方法都有一定的适用条件，宜结合实际情况选用。具体试验方法可参照《土工试验规程》（#$%&’—()))）。因为波速测试属于物探方法，本次修订时未予列入。!"!"$动力触探是利用一定的落锤能量，将一定尺寸、一定形状的探头打入土中，根据打入的难易程度（贯入度）来测定土的性质的一种现场测试方法。根据锤重、落距、探头或贯入器的不同，可将动力触探分为标准贯入试验和轻型、重型、超重型动力触探试验。!"!"%静力触探是利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测土的贯入阻力，并根据贯入阻力与土的基本物理力学指标间的经验关系，确定土的基本物理力学特性指标。目前静力触探探头有单桥、双桥和孔压探头。规定静力触探只用于堤外，是因为静力触探孔难以封孔，会给堤防留下安全隐患。!"!"&十字板剪切试验是借助于旋转插入软土中的十字板剪力仪，使土体剪断，确定土的抵抗力矩，然后换算其抗剪强度。十字板抗剪强度相当于摩擦角等于零时的粘聚力值。十字板测得的不排水抗剪强度是峰值强度，其值偏高。而长期强度只有峰值强度的*+,-’+,。因此，十字板抗剪强度需进行修正才能用于设计计算。!"*水文地质试验与长期观测!"’"#含水层较浅、水量较丰富时可进行钻孔抽水试验，测定地下水位以上土层（包括堤身）或地下水位以下的细粒土的渗透系数时，可进行钻孔注水试验或试坑渗水试验。渗透变形试验应选择在可能存在渗透变形的堤段，并应进行垂直与水平向的平行试验。!"’"$环境水对混凝土腐蚀性评价，可参阅《水利水电工程地质勘察规范》（./!+%0’—))）附录.“环境水对混凝土腐蚀评价”。!"’"%地下水的长期观测，已不属堤防工程地质勘察的范畴，但鉴于通过勘察对堤防地质条件已有系统了解，为监测堤防工程的安全运用，应提出长期观测的建议。长期观测的项目内容有：地下水位、涌水量、携出物与河（湖）水位的相互关系，水温水质的变化，主要溢出点情况变化，渗透变形特征及其与河（湖）水位的关系，堤身浸润线变化，减压井流量与水位关系等。*堤身勘察’"("#堤身属于人工建筑物，不属于工程地质勘察的范畴。但是，我国堤防工程多为历史上逐年加高培厚形成，且绝大多数是就地取材堆筑而成（一些城市堤防或特殊堤防除外），堤基多为第四系土层，堤身和堤基联为整体，在挡水期间，处于同一个渗流场。因此，堤防加固工程除堤基隐患的排除整治，也包括堤身的加固处理。本次修订将堤身勘察—(1%&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准作为堤防工程地质勘察中附带的一项任务。堤身状况包括堤身现状、险情、物质组成、密实程度、渗透性等。!"#"$我国堤防高度多小于%#!，堤身的缺陷通过堤身险情暴露无遗。因此，堤身勘察应以地面调查和物探为主，辅以少量勘探，即节省经费又快捷便利。!"#"&堤身一般不做专门勘察，勘察工作布置在堤基勘察时一并考虑。由于堤身填土的随机性，填土的物质组成变化较大且无规律可循，布置较多的勘探工作并不能查明堤身状况，做到对堤身状况的大致了解即可。!"#"’分析险情的目的是为勘察工作布置服务，使勘察工作能做到有的放矢。!"#"!因各地堤防填筑材料和挡水条件的差异，堤身填土的质量评价难以作出具体的规定，本条只是给出了堤身填土质量评价的原则，具体评价应根据当地堤防特点进行。堤身历年险情是堤身填土质量的最直观表现，因此在堤身填土质量的评价中，应给予堤身险情足够的重视，并宜以堤身险情为主要依据。"特殊土勘察"#$软土("%"%软土多属高液限细粒土，系静水或缓流环境中沉积，并经生物化学作用形成。软土主要指滨海相、三角洲相和湖沼相沉积的淤泥质土、淤泥或其他成因类型的具有高压缩性、低强度、灵敏度大的细粒土，其天然含水率一般大于液限，孔隙比不小于$#%。当天然孔隙比不小于$&’时为淤泥，当天然孔隙比为$#%($#’时为淤泥质土。烧灼量大于’)为有机质土，大于*%)为泥炭。软土具有高含水率、高压缩性、高灵敏度、低强度等特点，加荷后变形量大、易产生滑动破坏是软土堤基的主要工程地质问题。不同地区、不同地质年代、不同成因类型的软土，物理力学特性有较大的差异，同时软土层的水平向和垂直向的变化、埋藏条件、厚度的变化等均直接影响到堤基加固和处理方案的选择。我国沿海及内陆均分布有软土，其中长江与珠江三角洲、天津塘沽及浙江、福建沿海的软土分布地区，为我国工业基地和重要城镇密集地区。各地区在长期工程实践中，尤其在工业与民用建筑方面积累了很多经验。在堤防工程实践中，也取得了很多有益的经验，如抛石、垫层等处理方法。因此，凋查不同地区软土工程建筑经验是很有必要的。("%"$软土在取样、运输和制备试样的过程中，容易受扰动，因此室内试验测定的抗剪强度往往不准确。十字板剪切试验测定的抗剪强度相当于软土的不排水抗剪强度和残余抗剪强度，是工程中常用的方法。固结试验最大固结压力一般应等于或大于取土样处上覆各类土层的自重压力与堤身附加荷载两部分之和。软土的次固结量往往占总固结量的很大份额，因此在沉降分析中要考虑次固结沉降。("%"&软土区地表常分布有硬壳层，硬壳层的性质与厚度对堤防及其他建筑物的稳定性起着非常重要的作用。堤防工程荷载一般不大，应尽量利用硬壳层，降低工程施工的—$+,+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准难度，减少工程造价。当堤防、涵闸临近坑、塘或边坡时，分布在坑塘壁、边坡上或底部的软土在附加压力作用下易被挤出或使底部隆起，从而引起堤防、涵闸的破坏，应引起重视。软土堤基处理的关键是如何加速排水固结或使荷载传至较好持力层。应因地制宜，综合考虑软土中砂夹层的分布，上、下相对透水层的分布，软土层的厚度和性质等多种因素慎重选择处理方案。!"#黄土!"#"$黄土主要分布于北半球中纬度干旱与半干旱区的大陆腹地、温带荒漠和第四纪冰川外缘。我国黄土主要分布在西北、华北和东北等地区，大部分分布在黄河中游地区。黄土以黄色为主，粉粒含量高，含较多碳酸盐和钙质结核，具大孔隙和垂直节理。黄土以风成为主，其他还有冲积、洪积、坡积等黄土。黄土最大的特点是其具有湿陷性，因此常给工程建设带来极大的危害。黄土的湿陷性与其成因、时代、结构与构造等有着密切的关系。其中所夹古土壤层和钙质结核的分布、含量、成层性对其工程性质影响较大，古土壤的粘粒含量相对较高，渗透性较弱；当钙质结核呈层分布时能增强边坡的稳定性。对堤防工程而言，勘察的重点是湿陷性黄土；非湿陷性黄土一般强度较高，可以满足堤防的要求。!"#"#钻孔中取黄土原状样易受扰动，对试验成果影响较大。在探坑（井）中人工挖取原状样能很好地保持所取土样的原状性。!"#"%本条列出了黄土工程地质评价的一般内容，不同地区黄土工程地质评价的内容应有所侧重，并应结合当地工程经验说明主要工程地质问题的类型、原因、规模等，提出处理措施的建议。同时黄土工程地质评价应满足《湿陷性黄土地区建筑规范》（$%&#’—()）的要求。冲沟、陷穴、碟形洼地、溶蚀洞穴常影响堤基的渗透稳定和堤防的稳定。如，堤基分布有溶蚀洞穴，易引起渗透破坏；冲沟的发展可能会影响堤防的稳定；滑坡、错落或崩塌则影响堤岸的稳定性。!"*盐渍土!"%"$盐渍土是指土中易溶盐含量大于&+*,，具有溶陷、盐胀和腐蚀等特性的土。盐渍土因含盐量过高和具有特殊的物理化学性质，作为堤基或堤身填筑料，影响堤防稳定。例如：由于盐渍土中的硫酸盐结晶时膨胀、脱水时收缩，受温、湿度的影响大，所以土体结构疏松，堤基易发生胀缩变化；盐渍土的抗剪强度与含水量关系十分密切，干燥时抗剪强度较高，潮湿时抗剪强度降低，因此不利于堤防的稳定；盐渍土的密度随含盐量的增大而减小，超过一定限度时，作为堤身填筑料，很难达到规定密实程度；盐渍土还具有湿陷性。此外，如果堤身填筑料为非盐渍土而堤基为盐渍土，由于毛细水上升作用，可能引起填土的盐渍化。盐渍土的勘察目的是正确分析和评价盐渍土的工程特性，为工程设计提供合理的特—.-#’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准性指标。!"#"$盐渍土地区，!"#$深度范围内表土层的盐渍化程度最高，土的盐渍化性质也最强，应在此深度内连续或分层取样试验。若在此深度以下含盐量仍很高，可适当加大取样深度。所采取的试样应防湿、防潮，避免土样吸水而改变土样的原状性质。旱季，由于土中水分的蒸发，土的含盐量较高，因此取样宜在旱季进行。有害毛细水上升高度是指对建筑物有危害性的那一部分毛细水上升高度。粘性土宜用塑限含水率法测定，取天然含水率和塑限含水率随深度变化曲线的相交处与地下水位的高度差值；砂土宜用最大分子含水率法测定，取最大分子含水率（粗砂为!%，中砂为#%，细砂为&%，粉砂为’%）与天然含水率随深度变化曲线的相交处与地下水位的差值。盐胀与溶沉性试验可参考膨胀土与湿陷性土的有关试验。!"#"#不同类型的盐渍土对堤防工程的危害与危害程度是不同的。氯盐类溶解度大，有明显的吸湿性，从溶液中结晶时体积不发生变化，能使冰点显著下降。氯与亚氯盐渍土孔隙比低，密度高，具有一定的腐蚀性；当总含盐量超过!(%时，强度将随着总含盐量的增加而显著增加；氯盐含量越高，液限、塑限与塑性指数越低。硫酸盐类不具吸湿性，结晶时能结合一定数量的水分子，结晶时体积膨胀，脱水时体积减小。硫酸与亚硫酸盐渍土具有松胀性，腐蚀性较强，力学强度随总含盐量的增加而减小。碳酸钠的水溶液具有较大的碱性反应，能使粘土颗粒发生最大的分散，因而碳酸盐渍土遇水时发生强烈的膨胀作用，使土的透水性减弱，密度减小，强度降低，影响建筑物和边坡的稳定性。盐渍土处理方法一般以排放地表水或防止地表水入渗为主，以避免或减轻土的湿陷、软化或胀缩的影响程度，应根据地质条件、工程特点和地方建筑经验建议技术可靠、经济合理的处理方法。)*’膨胀土!"%"&膨胀土是一种含有大量亲水性粘土矿物，如蒙脱石、伊利石等，具有遇水膨胀、失水收缩特性的土。这种土在干燥状态下结构较致密、压缩性小、力学强度高，但遇水后力学强度急剧降低，失水后又干裂，常给堤防带来较大的危害。膨胀土的膨胀性越强，边坡越缓。膨胀土边坡常发育浅层滑坡。膨胀土上的已有建筑物，常因膨胀土的干缩与湿胀而发生变形或破坏。大气影响深度是膨胀土地区的一个重要指标。在大气影响深度范围内，膨胀土经受季节性的干湿交替影响，土体经历反复胀缩，胀缩裂隙发育，土体的抗剪强度降低，从而引起建筑物破坏，特别是大气急剧影响深度范围内的膨胀土。大气影响深度可按《膨胀土地区建筑技术规范》（+,-!!#—.)）确定，也可根据实测含水率和温度的变化幅度随深度的变化确定。!"%"$由于膨胀土胀缩裂隙发育，用峰值强度评价边坡的稳定性是偏危险的，残余强度在一定程度上反映了膨胀土中裂隙对抗剪强度的影响，但稍偏保守。!"%"#膨胀土工程地质评价要根据工程所处位置、当地气候条件和膨胀土的工程性—!’#/— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准质，结合当地工程经验做出。评价的重点是膨胀土边坡稳定性和胀缩作用对堤防的影响。如果不改变膨胀土的天然状态，其强度和承载力一般较高，因此膨胀土处理的关键是保持土的天然含水率不出现大的变化，特别是不宜暴露失水，或干湿交替变化。当然，如果能开挖置换成非膨胀土，则可一劳永逸。!"#人工填土!"#"$按物质组成，人工填土有素填土、杂填土。所谓素填土系指由碎石土、砂土、粉土和粘性土等一种或几种材料组成，不含杂质或含少量杂质的土；所谓杂填土系指人类生产、生活活动中任意堆填的成分复杂的填土，包含有碎砖、瓦砾、朽木等杂质的建筑垃圾等。决口口门堆填土常含有块石、秸秆、碎石、砂土等堵漏材料，是杂填土的一种。不同方法堆填的人工填土，其物理力学性质有所不同。如冲填土，一般在冲填入口处颗粒较粗，出口处颗粒较细，且细颗粒含水量较高，常因排水不畅难以固结。!"#"%对堤防工程而言，查明人工填土的渗透性和力学性质是非常重要的。而在实际工作中，一般难以取到人工杂填土的原状样，其力学性质和渗透性指标一般难以获得。因此，应充分利用原位测试手段。!"#"&由于人工填土的随机性，其物质组成、颗粒大小、填筑方法与压实程度等变化较大，而这些也是影响堤防防渗和抗滑稳定的主要因素。至于人工填土地基的处理，则应针对实际情况确定处理方法，有些宜彻底清除，有些可进行局部加固，有些可采取各种防渗处理措施。!"$分散性土!"’"$分散性土系指土颗粒能在水中散凝呈悬浮状态，被雨水或渗流冲蚀带走而引起土体破坏的土。在塑性图上，分散性土位于%线以上，&线以左，属低液限粘土。分散性土被水冲蚀破坏，是一个复杂的物理化学过程，其破坏具有快速、隐蔽的特点，具潜在危险性，常造成堤基、堤身和建筑物地基失稳，日趋受到工程界关注。土的分散特性是由主要粘土矿物蒙脱石和低含盐量的水两方面因素决定的，须高度重视土和水这两个不可分割的特性因子组合的辩证关系。我国十多个省（区）发现分散性土，其中松嫩平原就有’万()’的分散性土分布。分散性土不但在水平分布上连片和“插花”，在垂直剖面上发育也不均等，目前已知的分散性土分布最大深度约*)。!"’"%分散性土分布区常发育溶蚀微地貌，如溶蚀小沟、溶蚀洞穴等，应特别注意调查隐伏的溶蚀洞穴。迄今，尚无分散性土室内试验方法标准，而国内外工程界基本认同美国水土保持局提出的针孔试验、孔隙水可溶盐试验、双比重计试验和碎块试验。不少工程实践证明，针孔试验和孔隙水可溶盐试验结果更符合实际。有些时候，用蒸馏水做试验显示为分散性土，而用一定含盐量的工程环境水做试验则不显示分散性，所以必须有一定量蒸馏水和环境水平行试验，以免误判。分散性土还需进行土壤盐分、可交换钠测定、粘土矿物鉴定等。碎块试验是将+,))左右的方块样放入水中，观察#-+,)./，根据土块和水的变化判别土的分散性。碎块试验方法简便，无需特殊的试验仪器，室内和野外都能进行，是初步—+0’!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准判定分散性土的有效方法。但要注意碎块试验具有多解性，一些膨胀土在碎块试验中亦显示分散性。!"#"$评定土的分散性时，应采用野外调查与室内试验相结合的方法，同时应进行多种方法的对比试验，以综合分类标准判别结果为准。堤基、建筑物地基处理时，可对不同等级建筑物、工程不同部位采取不同防治措施，并对“搭界”部位谨慎处理，不留隐患。!"!冻土!"!"%温度等于或小于#$，含有固态水的土称冻土。冻土包括季节性冻土和多年冻土。在自然条件下冻结状态保持%年以上的称为多年冻土，当温度条件改变时，其物理力学性质随之改变，并可产生冻胀、融陷、热融滑塌等现象。只在冬季冻结，夏季全部融化的冻土称为季节性冻土，一般冻结期半年左右。我国多年冻土主要分布在大、小兴安岭北部，青藏高原及西部高山地区；季节性冻土分布广泛。冻土中水的冻结和融化，常导致堤防工程建筑物冻胀破坏、融陷破坏和其他一些不良后果。冻土区冻融作用和现象的调查研究与评价是堤防工程地质勘察的重点。多年冻土上限深度值是主要设计参数，其确定方法有实测法和经验法。在非最大融化深度季节，可用探测到的厚层地下冰顶面深度近似地认定为上限深度。东北地区常用上限深度统计资料或经验公式计算，也有用融化速率推算。青藏高原常用外推法判断或气温地温法计算。!"!"&、!"!"$冻土工程地质条件的变化主要是由于人类工程活动和自然环境的变化引起的，评价主要为涉及地基处理措施正确选择的冻土类别、特征、性质、上限深度、厚度、变化规律、趋势预报等。!"&红粘土!，’，%红粘土是碳酸盐岩系（包括间夹其间的非碳酸盐岩类岩石）经湿热条件下的红土化作用形成的棕红色或褐黄色粘土，有原生与次生之分。原生红粘土覆盖在碳酸盐岩系上，未结过搬运过程，其液限大于或等于’#(；次生红粘土系原生红粘土经搬运、再沉积而成，仍保留了原生红粘土的基本特征，液限大于)’(。红粘土具有上硬下软、表面收缩、裂隙发育等特点。地裂是红粘土地区的一种特有现象，其规模不等，长可达数百米，深数米，影响堤防的防渗安全。!"’"&对裂隙发育的红粘土而言，剪切破坏往往沿最弱的裂隙面发生，直剪试验的剪切面是预先设定的，测定的抗剪强度不能代表实际裂隙面的抗剪强度，三轴压缩试验能较好反映红粘土的这一特性。对裂隙发育的土，进行边坡长期稳定分析时宜采用残余强度。含水比和液塑比是确定红粘土承载力的*个特征指标，应根据试验成果计算出。!"’"$红粘土中的裂隙会影响其整体强度，降低承载力，是不稳定因素，勘察中应根据野外观测到的裂隙密度对土体结构进行分类。红粘土天然状态下的膨胀率仅#"+(,#"*(，主要表现为收缩，线缩率一般*"’(,&"#(，最大达+)(。但收缩后复浸水，不同的红粘土有不同表现。-类红粘土复浸水后—+)*&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准随含水率增大而解体，膨胀循环呈现胀势，缩后土样高大于原始高，胀量逐次积累以崩解告终；风干复水，土的分散性、塑性恢复，表现出凝聚与胶溶的可逆性。!类红粘土复水，土的含水率增量微，外形完好，胀缩循环呈现缩势，缩量逐次积累，缩后土样高小于原始高；风干复水，干缩后形成的团粒不完全分离，土的分散性、塑性与!!，值降低，表现出胶体的不可逆性。"天然建筑材料勘察!"#"$《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（#$%&’—%(((）主要是针对大型水利水电工程而定的，考虑到堤防工程相对较简单，且为季节性挡水建筑物。因此，堤防天然建筑材料的勘察精度可在#$%&’—%(((规定的基础上适度降低，勘察工作量可适当减少，成果编制可适当简化。堤防为线状工程，沿堤地区一般分布有丰富的筑堤材料，料场地质条件相对较简单，当可行性研究阶段已查明料源的质量、储量和开采运输条件时，初步设计阶段可只进行复核。!"#"%堤防沿线一般都有筑堤材料，但产地位置的选择十分重要。在距堤较近的堤内、外坡脚取土，易造成天然防渗铺盖或盖层的破坏，导致堤防发生渗透破坏或抗滑稳定问题。至于安全距离，应综合考虑料场及堤基地质条件、堤防等级、汛期洪水持续时间、堤内与堤外水头差及地方经验等确定。如，浙江海堤，为防止地基淤泥质土的侧向挤出破坏，规定在堤两侧’(()范围内不得取土；湖北省为防止堤基发生渗透变形则规定长江堤防堤内’((()范围不得取土。美国陆军工程师团编制的《堤防工程设计与施工手册》规定堤外最小距离’%*%)（+(,-）、堤内.(*&)（’((,-）范围内不得取土。且在取土场开挖时，应保持透水层上不透水盖层适当的厚度，堤外最小的不透水层厚度为(*/0)（.,-）；在堤内取土时，应保证不透水盖层厚度能防止其在预期的水头作用下发生渗透变形。!"#"&堤防工程是挡水建筑物，防渗土料及堤身填筑料一般应符合均质坝土料的质量要求，但部分地区缺少合适的筑堤土料时，也有用渗透性较大的砂土筑堤的实例（如嫩江堤防），这时堤防的迎水坡应铺设防渗材料。在用特殊土作筑堤土料时，应进行充分试验研究，并采取适当的保护处理措施，保证填筑质量。铺设压渗平台的目的是增加堤防背水侧土层的抗渗有效盖重，并应有利于下伏土层中孔隙水压力的消散。!"#"’护坡、护脚块石用料的抗冲刷、耐风化、干湿条件下性状稳定等与块石饱和抗压强度及软化系数有关，其定量指标应根据使用目的和设计要求确定。!"#"(鉴于堤防工程的有关天然建筑材料问题相对比较简单，因此不要求编写专题天然建筑材料勘察报告，可在堤防工程地质勘察报告中列为一章论述、评价。但如果天然建筑材料成为突出的复杂问题时，如作为某些城市特殊堤防用料，也可以编写专题报告。—’+%/— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!勘察成果!"#一般规定!"#"#$!$#$%勘察成果指各勘察阶段的工程地质勘察报告和堤防垂直防渗工程、减压井、护岸工程、大型涵闸工程的施工地质报告。一些专门性水文地质、工程地质问题，在需要深入分析论述时，可另外提交专题工程地质勘察报告。专题工程地质勘察报告可单独提出，也可作为各阶段工程地质勘察报告的附件提出。!"#"&施工地质报告主要是为运行管理服务，特别当今后堤防需进行加固处理时，往往需要详细了解原施工地地质情况。过去由于施工地质缺乏详细记录，在对堤防险情隐患进行处理时，不得不重新勘察。!"%堤防工程地质勘察报告!"’"#关于工程地质勘察报告的内容，本条作了一般性规定。考虑到堤防各阶段勘察工作的情况有差异，堤防建设存在新建与已建加固之分，因此，很难规定统一的报告格式和内容，其具体内容、详细程度可根据勘察阶段、工程规模和型式的不同作适当调整，形式不强求一致。!"’"##本次修订对附图和附件做了适当调整，近几年来的工程实践表明，附图中一般只提交综合工程地质图和工程地质剖面图，其他图、表可根据需要而定。!"’"#’$!"’"#$&关于综合工程地质图和剖面图的表达内容，在制图标准中都有规定。但是考虑到堤防工程的特殊性，本条规定了与堤防工程密切相关的内容。!"&大中型涵闸工程地质勘察报告!"%"#本节为新增内容，本次修订将堤防沿线涵闸的勘察纳入堤防工程勘察的范围内，小型涵闸不单独提交报告。大中型涵闸则需提交单独的勘察报告，其内容应根据勘察阶段、涵闸的类型、存在的险情隐患等做适当的调整。!"’施工地质报告!$("#考虑到施工地质工作的特殊性，本次修订将有关施工地质报告的内容单列一节。堤防工程的施工包括垂直防渗工程、堤岸防护工程、减压井、大中型涵闸工程等诸多方面，即使是同类工程，其施工方法、施工地质工作的内容也差异很大，所以施工地质报告的内容很难统一。本条只列出了施工地质报告中的一些常规内容，报告正文具体包括哪些内容，应根据施工地质工作的实际情况确定。!"("’、!"("%只是规定了施工地质报告的常规附图，实际工作中可根据需要增减。!"(原始资料与勘察成果归档!"&"#原始资料系指作为编制工程地质勘察报告和施工地质报告所依据的、一切未—#’&)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准经系统加工的、第一手最基本的资料。本条的规定是根据多年来的经验教训而提出的。过去有些堤防工程不重视原始资料的清理、归档，在运行或抢险加固需使用地质资料时，往往找不到有关资料，也找不到勘察或施工时的当事人进行查询，耽误了工程的实施。由于原始资料比较零散，所以在归档前要作一些必要的归纳和文字注记说明，并将其装订完善，以便于日后查阅。原始资料应和正式成果一起归档，至于保存年限，按国家有关规定执行。!"#"$原始资料的内容很广泛，本条只规定了一些应于归纳的主要的原始资料，也是运行期特别是堤防加固时常要查证的原始资料。近年来，随着计算机运用的普及，部分原始资料是以电子文件的形式存在的，对于这些资料也应归档保存。!"#"%近年来，勘察报告、附图等多利用计算机完成。成果归档时，除了要将印刷出的纸质文件进行保存外，也应将相应的文档文件、图形文件等电子文件归档保存。这样做既顺应资料管理的发展趋势，又有利于以后的资料利用。附录!土的分类"##"年起实施的《土的分类标准》（$%&"’(—#)）已得到了大多数行业的认可，并已被*+,-.—"###完全采用。该标准与美国的《/012134*51+6+!**1216!7150*8*739》类似，是我国土的分类与国际接轨的标志。因此，堤防土的分类应不违背*+,-.—"###的大原则。在以往堤防工程地质勘察中，土的分类较为杂乱。由于堤防的特殊性，按三角分类法划分为“砂壤土”的土是堤基防渗处理的对象，其在塑性图上处于!线附近，%线以左，属低液限粉土或低液限粘土，使用*+,-.—"###标准时，与其他渗透性相对较低的土难以区分。因此，细粒土应进一步用三角分类法分类。附录6堤基地质结构分类6"&"’堤基地质结构分类是为堤基工程地质条件评价服务的，通过堤基地质结构分类，应能分辨出哪些地质结构类存在什么样的工程地质问题，是需要进行堤基处理的；哪些不存在主要工程地质问题，工程地质条件较好，是不需要处理的。堤基地质结构分类中，粗粒土宜包括按三角坐标分类的渗透性较强的砂壤土。6"&"$当堤基分布有基岩时，进行堤基地质结构分类可不考虑岩石的类型，即把各类岩石统一划为基岩。6"&"%由于各地堤防挡水条件和工程地质条件存在较大差异，在进行堤防工程地质勘察时，应根据当地的具体情况进行堤基地质结构亚类的划分，表6:):,中列出的只是堤基地质结构亚类中常见的几种类型。当有特殊土分布时，堤基地质结构分类应考虑特殊土这一因素。如，在湖北省洪湖分蓄洪区工程地质勘察中，针对堤基普遍分布的淤泥质软土，在三大类堤基地质结构中又划分出亚类，详见表"。—"’-"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!洪湖分蓄洪区堤基地质结构分类表分类名称亚类地质结构特征单一结构（!）堤基为一般粘性土，厚度一般大于!"#"!表层为一般粘性土，厚度小于$#；下部为粉细砂或淤泥质土"%表层为一般粘性土，厚度$&!"#；下部为粉细砂或淤泥质土双层结构（"）"’表层为粉细砂，下部为粘性土"(表层为粉细砂，下部为淤泥质土"$表层为淤泥质土，下部为粘性土多层结构（#）由粘性土、淤泥质土、粉细砂组成的复杂结构)!"!#根据各流域调查，当堤基表层为相对不透水层时，管涌发生处表层相对不透水层的厚度多为水头（河水位高出堤内地面的高度）的!*%。附录+土的渗透变形判别土体在渗流作用下发生破坏，由于土体颗粒级配和土体结构的不同，存在流土、管涌、接触冲刷和接触流失(种破坏形式。（!）流土：在上升的渗流作用下局部土体表面的隆起、顶穿，或者粗细颗粒群同时浮动而流失称为流土。前者多发生于表层为粘性土与其他细粒土组成的土体或较均匀的粉细砂层中，后者多发生在不均匀的砂层中。（%）管涌：土体中的细颗粒在渗流作用下，由骨架孔隙通道流失称为管涌，主要发生在砂砾石地基中。（’）接触冲刷：当渗流沿着两种渗透系数不同的土层接触面，或建筑物与地基的接触面流动肘，沿接触面带走细颗粒称接触冲刷。（(）接触流失：在层次分明、渗透系数相差悬殊的两土层中，当渗流垂直于层面将渗透系数小的一层中的细颗粒带到渗透系数大的一层中的现象称为接触流失。前两种类型主要发生在单一土体中，后两种类型多出现在多层结构地基中。除分散性土外，细粒土的渗透变形形式为流土。穿堤建筑物底板与地基土接触面可产生接触冲刷。由多种粒径组成的天然不均匀土层，可视为由粗细两部分组成，粗粒为骨架，细粒为填粒，混合料的渗流特性决定于占质量’",的细粒的渗透性质，因此对土的渗透变形起决定作用的是细粒。最优细粒含量是判别渗透变形形式的标准，我们称最优级配时，即粗粒孔隙被细粒料充满时的细粒颗粒含量为最优细粒含量，可由式（!）确定：%"0’"1’"!-./（!）!2"式中!-.———最优细粒颗粒含量（,）；"———孔隙率（,）。—!(’%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准试验和计算结果共同证明，最优级配时的细粒颗粒含量变化于!"#左右的不大范围内。从实用观点出发，可以认为细粒颗粒含量等于!"#是细粒开始参于骨架作用的界限值。当细粒颗粒含量小于!"#时，填不满粗粒的孔隙，因此对渗透系数起控制作用的是粗粒的渗透性；当细粒颗粒含量大于!"#时，混合料的孔隙开始与细粒发生密切关系。根据许多级配不连续土的渗透稳定试验结果，分析破坏水力比降与细粒颗粒含量的关系可知，当!"$%&#时，破坏水力比降很小，仅变化于"’()"’%&之间，破坏水力比降不随细粒颗粒含量的变化而变化。这表明当!"$%&#时，各种混合料中的细粒均处于不稳定状态，渗透变形都是管涌的一种形式。当!*+!&#时，破坏水力比降的变化随细粒颗粒含量的增大而缓慢增加，其值接近或大于理论计算的流土比降。这表明细粒土全部填满了粗粒孔隙，渗透变形形式变为流土型。这从渗透稳定试验方面进一步证明了最优细粒颗粒含量的理论是正确的，而且阐明了!*+%&#以后，细粒开始逐渐受约束，直到!*+!&#时细粒和粗粒之间完全形成了统一的整体。对于级配连续的土，同样可用细粒颗粒含量作为渗透变形形式的判别标准，关键问题是细粒区分粒径问题，可用几何平均粒径#,-!#."#("。作为区分粒径，有一定的可靠性。由于土颗粒组成有连续级配的土和不连续级配的土，此外土的密实程度或孔隙率对于临界水力比降的影响也是很明显的，可根据土层的地质条件选择或进行综合比较。对于重要堤防、重要堤段或地层结构复杂地段，应做现场渗透试验或模拟现场渗透条件进行渗流试验等专门试验，确定堤基土的临界水力比降和允许水力比降。附录/堤基和堤岸工程地质条件分类/’(堤基工程地质条件分类/!"!"堤基工程地质评价是整个勘察工作的最终目的，是设计人员采取处理措施的主要依据之一，因此堤基工程地质评价应与工程紧密结合，考虑的主要因素应是堤基处理设计中考虑的因素。另外，我国堤防工程地质条件千差万别，工程地质评价应依据当地的工程地质条件做出。/!"!#堤防工程地质评价宜分为四类，具体分类标准应因地而异。堤防存在的主要工程地质问题有渗透稳定、抗滑稳定、抗震稳定及特殊土等，不同地区的堤防存在的主要工程地质问题不同，堤基地质结构差异也较大，因此评价的标准应根据地方特点确定，本条给出的是堤防工程地质评价原则中应主要考虑的因素。/’%堤岸工程地质条件分类/!#!"堤岸的稳定性主要与河流的水流条件和岸坡地质结构有关。对由第四系松散沉积物组成的岸坡（各流域岸坡多为此类），只要是受河水迎流顶冲或深泓贴岸的河段，其稳定性必定差。但对某些由老粘土或基岩组成的岸坡，其稳定性不受水流条件的控制。/!#!#当堤岸主要由细粒土组成时，经过较长时期的汛期，堤内、堤外地下水位上升，堤岸土体饱水，抗剪强度降低。当江（河）水位迅速下降时，细粒土中的水不能及时排—(0!!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准出，极易发生规模较大的滑坡。从历年险情看，由此产生的崩岸险情占有相当大的比例。!!"!#当堤岸由两种性质截然不同的土或土、岩组成时，接触面往往倾向江（河），上部土体易沿接触面滑动。如长江粑铺大堤卫家矶下部为"#粘土，上部为"$淤泥质土，沿接触面产生的滑坡几乎危及到大堤的安全。!!"!$岸坡（岩）土体抗冲刷能力的强弱只是失稳的内因———水流条件与内因相结合决定着岸坡的稳定性。当岸坡受水流冲刷时，其组成物质的抗冲刷能力才是决定岸坡稳定性的主要因素。由于岸坡组成物质的复杂性，难以给出统一的标准，具体应根据岸坡岩、土组合来综合确定岸坡的抗冲刷能力。—&$%$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中小型水利水电工程地质勘察规范!"##—$%%#替代!"##—&’!"#$%&%$’(%)*)&#*+%*##,%*++#)-)+%$’-%*.#/(%+’(%)*&),0#1%20(/0’--3’(#,$)*/#,.’*$4’*1541,)")3#,1#.#-)"0#*(—*)’#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利部关于批准发布《中小型水利水电工程地质勘察规范》!"##—$%%#的通知水国科〔$%%#〕&’(号部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水务）厅（局），各计划单列市水利（水务）局，新疆生产建设兵团水利局：经审查，批准《中小型水利水电工程地质勘察规范》为水利行业标准，并予发布。标准编号为!"##—$%%#，替代!"##—()。本标准自$%%#年*月&日起实施。标准文本由中国水利水电出版社出版发行。二!!五年四月十八日前言根据水利部水利水电规划设计管理局水总局科+$%%&］&号“关于下达$%%&年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知”和《水利技术标准编写规定》（!"&—$%%$），对《中小型水利水电工程地质勘察规范》（!"##—)，以下简称原规范）进行修订。本标准共(章$*节&$*条和,个附录，主要技术内容有：———规定了本标准的适用范围；———对中小型水利水电工程地质勘察阶段、勘察程序和勘察精度作了统一规定；———明确各勘察阶段的勘察任务、内容、方法和要求；———规定了各勘察阶段必须提交勘察报告及报告的编写提纲。对原规范修订的主要内容有：———前引部分增加了前言；———增加了病险水库除险加固工程勘察的内容、要求和方法；———增加了移民迁建新址勘察的内容和要求；———修改了各勘察阶段工程地质测绘比例尺；———删掉了原规范中有关小型水利水电工程独立成节的内容，将小型水利水电工程的勘察内容、方法和要求移至基本规定中；———增加了部分附录内容；—&’),— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准———其他的结构性和文字性修改。本标准为全文推荐。本标准所替代标准的历次版本为：———!"##—$%本标准批准部门：中华人民共和国水利部本标准主持机构：水利部水利水电规划设计管理局本标准解释单位：水利部水利水电规划设计总院本标准主编单位：水利部湖南省水利水电勘测设计研究总院本标准参编单位：陕西省水利电力勘测设计研究院吉林省水利水电勘测设计研究院广东省水利电力勘测设计研究院江苏省工程勘测研究院广西水利电力勘测设计研究院本标准出版、发行单位：中国水利水电出版社本标准主要起草人：刘明寿左重辉刘辉蔺如生陈丁发陈云长左小平邢丁家曾晓阳宋意勤米德才梁天津司富安胡唐伯本标准审查会议技术负责人：李广诚本标准体例格式审查人：陈登毅目次&总则’基本规定%规划阶段工程地质勘察%(&任务%(’区域地质勘察%(%水库区勘察%()坝（闸）址区勘察%(#引水、排水线路勘察)可行性研究阶段工程地质勘察)(&任务)(’区域及水库区地质勘察)(%坝（闸）址区勘察)()厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察)(#地下洞室区勘察)(*引水、排水线路勘察—&)%+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!初步设计阶段工程地质勘察!"#任务!"$水库区勘察!"%坝（闸）址区勘察!"&厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察!"!地下洞室区勘察!"’引水、排水线路勘察’技施设计阶段工程地质勘察’"#任务’"$专门性工程地质勘察’"%施工地质(病险水库除险加固工程勘察("#一般规定("$安全鉴定勘察("%除险加固设计勘察)天然建筑材料勘察)"#一般规定)"$勘察方法*勘察成果*"#一般规定*"$工程地质勘察报告附录+围岩工程地质分类附录,边坡工程地质分类附录-软弱夹层工程地质分类附录.岩土渗透性分级附录/水库病险类型划分附录0工程地质勘察报告主要附件标准用词说明条文说明#总则!"#"!为进一步统一中小型水利水电工程地质勘察工作，明确各勘察阶段的勘察任务、内容和方法，保证勘察成果质量，制定本标准。!"#"$本标准适用于中小型水利水电工程地质勘察和中小型病险水库除险加固工程勘察。工程地质条件复杂，且坝高超过(12的中型水利水电工程，其工程地质勘察宜按《水利水电工程地质勘察规范》（3,!1$)(—#***）执行。—#&%)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$中小型水利水电工程地质勘察宜分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计四个勘察阶段。工程地质条件简单的小型工程，其勘察阶段可适当合并。!"#"%本标准的引用标准有：《水利水电工程地质勘察规范》（!"#$%&’—()))）《中国地震动参数区划图》（!"*&+$,—%$$(）《岩土工程勘察规范》（!"#$$%(—%$$(）《水利水电工程施工地质勘察规程》（-.+(+—%$$/）《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（-.%#(—%$$$）《水利水电工程制图标准》（-.’+—)#）!"#"&中小型水利水电工程地质勘察，除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。%基本规定’"#"!中小型水利水电工程地质勘察工作应遵守下列规定：(充分了解规划设计意图及工程特点，因地制宜地进行地质勘察。%按照由区域到场地，由一般性调查到专门性勘察的原则进行勘察工作。+以地质测绘为主，优先采用轻型勘探和现场简易试验，综合利用重型勘探，加强资料的综合分析。/抓住主要工程地质问题，充分运用已有经验，重视采用工程地质类比和经验分析方法。#重视施工地质工作，加强对不良地质问题的预测和处理研究。,积极采用新技术、新方法，不断提高勘察技术水平和勘察质量。’"#"’勘察工作应按勘察任务书（或勘察合同）的要求进行。勘察任务书应明确设计阶段、规划设计意图、工程规模、天然建筑材料需用量及有关技术指标、勘察任务和对勘察工作的要求。’"#"$开展勘察工作之前，应收集和分析工程地区已有的地形、地质资料，进行现场查勘，根据勘察任务书，结合设计方案，编制工程地质勘察大纲。’"#"%勘察大纲应包括下列内容：(工程概况。%勘察阶段、勘察目的及任务。+工程区地形、地质概况及工作条件。/勘察依据。#勘察工作的内容、方法和计划工作量。,主要工程地质问题及技术对策。’主要技术要求、质量保证措施。&勘察成果及其完成时间。)勘察工程布置图。—(/+)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$选择工程场地应尽量避开存在严重渗漏和大型滑坡体、崩塌体等重大不良地质问题地段。!"#"%小型水利水电工程地质勘察，应符合下列要求：!水库勘察方法应以收集分析资料和地表地质调查为主，必要时可进行局部地质测绘和勘探。对重要的或地质条件复杂的水库，则应进行地质测绘和必要的勘探。"主要建筑物区的勘察深度，应根据地质条件的复杂程度确定。地质条件简单的场地，可只进行剖面地质测绘和必要的物探或坑（槽）探。!"#"&中小型水利水电工程特别是小型工程基岩的物理力学参数，可采用工程地质类比和经验判断方法确定，必要时应进行室内试验或现场试验。土的物理力学参数则应在试验成果的基础上，结合工程地质类比方法确定。!"#"’勘察资料应及时整理和分析。各阶段勘察工作结束时，应编制工程地质勘察报告。当地质条件比较简单时，规划阶段可不编制工程地质专题报告，工程地质仅作为规划报告的一章。(规划阶段工程地质勘察(")任务(")")规划阶段工程地质勘察应对河流开发方案和水利水电工程规划进行地质论证。(")"!规划阶段工程地质勘察的主要任务是：!了解规划河流（段）或地区的区域地质、地震概况。"了解各规划方案水库、坝（闸）址（段）区的地质条件和主要工程地质问题，分析建库、坝（闸）的可能性。#了解引水、排水线路的工程地质条件。$了解规划方案中的其他水利工程地质概况。%了解各规划方案所需天然建筑材料概况。("!区域地质勘察("!")区域地质勘察应包括下列内容：!了解河流（段）或地区的地形地貌特点，特别是阶地发育情况和分布范围，规划河流（段）与邻谷的关系、可溶岩地区喀斯特地貌特征。"了解地层岩性的分布、形成年代，特别是可溶岩层、软弱岩层、膨胀岩（土）、软土、湿陷性黄土、分散性土、冻土等不良工程地质岩（土）体的分布。#了解地质构造特征、区域性褶皱，断层的分布、规模、产状、性质；收集活断层、历史地震及地震动参数等资料。$了解规模较大的滑坡体、崩塌体、蠕变体、泥石流、移动沙丘等分布情况及区域岩体风化特征。—!$$&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!了解主要含水层和隔水层的分布情况，特别是喀斯特地下水的出露高程、流量及区域补给、径流、排泄概况。!"#"#区域地质勘察方法应符合下列规定："收集本区已有的地形、地质资料，结合航（卫）片解译资料进行综合分析，编绘河流（段）或地区的综合地质图，比例尺可选用"#$%%%%%&"#"%%%%%。$对可能存在重大工程地质问题的地段进行地质调查。!"!水库区勘察!"!"$各梯级水库区勘察应包括下列内容："了解水库区的基本地质条件。$了解可能导致水库渗漏的可溶岩层及洞穴系统、古河道、贯穿库外的大断裂破碎带、低矮垭口、单薄分水岭、低邻谷等的分布情况和附近泉、井水位及流量。’了解库区规模较大的变形边坡、潜在不稳定岸坡、泥石流、浸没、塌陷和坍岸等的分布范围。(对利用堤防作库岸的平原型水库，了解堤基的稳定性及渗漏情况。!了解水库区内主要矿产资源的分布情况。!"!"#水库区勘察方法应符合下列规定："应收集有关区域地质和航（卫）片解译资料，结合进行路线地质调查。$工程地质条件简单的水库，库区地质图可与区域地质图结合；工程地质条件复杂的中型水库，宜单独编绘库区地质图，并应对重点地段进行专门工程地质测绘，比例尺可选用"#"%%%%%&"#!%%%%。’对可能存在严重渗漏、大型滑坡体和崩塌体等工程地质问题的地段，必要时可根据需要布置少量勘探工作。(对利用堤防作库岸的平原型水库，应收集有关堤防工程地质资料。!"%坝（闸）址区勘察!"%"$各梯级坝（闸）址区勘察应包括下列内容："了解坝（闸）址区或平原型水库枢纽围堤地段的地形地貌特征。$了解土基区土体的成因类型、土层结构、土的基本性质、组成物质及特殊土层等的分布情况。’了解岩基区地层岩性、覆盖层的厚度、岩体风化卸荷情况、软弱岩（夹）层产状及其分布规律。(了解坝（闸）址区的地质构造、主要断裂破碎带的分布位置、产状和性质。!了解坝（闸）址区的物理地质现象，特别是较大滑坡体、崩塌体、蠕变体等不稳定岩土体的分布范围和规模。)了解强透水岩土体、强喀斯特化岩层及溶蚀带、古河道、古冲沟等可能与库外连通的强透水层（带）分布情况。!"%"#坝（闸）址区勘察方法应符合下列规定："地质条件简单的坝（闸）址区可进行代表性的剖面地质测绘。—"(("— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!近期开发工程应进行工程地质测绘，峡谷区比例尺可选用"#$%%%&"#!%%%，丘陵平原区比例尺可选用"#"%%%%&"#$%%%。测绘范围应包括各比较坝（闸）址及坝（闸）址附近可能渗漏的岸坡地段。当各比较坝（闸）址相距较远时，可分别进行测绘。’各梯级坝（闸）址区应有一条代表性勘探剖面，并宜采用地面物探等轻型勘探方法。(近期开发工程应布置钻探，钻孔布置根据地质条件复杂程度而定。河床、两岸及对规划方案成立影响较大的地质条件复杂地段，应有钻孔控制。$坝（闸）址区岩土物理力学参数可用工程地质类比法提供，必要时可进行岩土试验。!"#引水、排水线路勘察!"#"$引水、排水线路勘察应包括下列内容："了解线路区地形地貌，特别是较大滑坡体、崩塌体、蠕变体、山麓堆积体、泥石流、移动沙丘等的规模和分布情况。!了解线路区地层岩性、土层和岩层分区分段情况，特别是有无特殊土层及其分布情况。’了解线路区地质构造、主要断裂的分布特征。(了解线路区水文地质条件，特别是可溶岩区的喀斯特发育情况和其他强透水岩土层分布情况。$了解影响隧洞成洞和进口、出口稳定的不良地质现象。)了解线路区内主要建筑物区的工程地质条件。!"#"%引水、排水线路的勘察方法应符合下列规定："在收集区域地质资料的基础上，应进行沿线工程地质调查。重要建筑物和地质条件复杂的地段，可进行剖面地质测绘。!对穿越河流、软基段、深挖方及高填方段、高架渡槽和其他重要建筑物区，可布置勘探。’岩土物理力学参数，可采用工程地质类比法提供。&可行性研究阶段*程地质勘察&"$任务&"$"$可行性研究阶段工程地质勘察应在选定的规划方案的基础上进行，为选定坝（闸）址、推荐基本坝型、枢纽布置和引水、排水线路方案进行地质论证。&"$"%可行性研究阶段工程地质勘察的主要任务是："调查区域地质构造和地震活动情况，对工程区的区域构造稳定性作出评价。!进行库区地质调查，论证水库的建库条件，并对影响方案选择的库区主要工程地质问题和环境地质问题作出初步评价。—"((!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!初步查明坝（闸）址区和其他建筑物区的工程地质条件，对有关的主要工程地质问题作出初步评价。"对初选的移民迁建新址进行地质调查，初步评价新址区的整体稳定性和适宜性。#进行天然建筑材料初查。!"#区域及水库区地质勘察!"#"$区域及水库区地质勘察应包括下列内容：$研究区域地质资料，确定工程区所属大地构造部位，分析区域主要构造对工程区的影响。结合历史地震及断层活动性等资料，对区域及场地的构造稳定性进行评价，提出工程区的地震动参数。%初步查明水库区的渗漏条件，主要内容应包括：$）单薄分水岭、低邻谷、强透水岩层（带）、断层破碎带和古河道、第四纪透水层等的分布和水文地质条件，对产生渗漏的可能性及其严重程度作出初步评价。%）可溶岩区喀斯特发育和分布规律、相对隔水层的厚度、分布和封闭条件，地下水与河水的补排关系，分析可能发生渗漏的形式、途径及严重程度，初步评价对建库的影响及处理的可能性。!）溶洞水库区和溶洼水库区喀斯特泉水和暗河的分布，水文动态、流量和汇水范围，分析库坝区地表水和地下水流系统的补排关系，初选堵体位置，初步评价建库的可能性。!调查库区，尤其是近坝库区的滑坡体、崩塌体等不稳定岩土体和泥石流的分布、规模，初步评价其稳定性及影响；对第四系组成的库岸，应调查河道坍岸的现状和原因，初步分析建库后可能坍岸的范围及规模。"调查可能产生浸没地段的地形地貌、岩土性质、相对隔水层分布和地下水埋深情况，初步预测浸没区的范围，分析引起沼泽化和盐渍化的可能性。浸没评价除应符合&’#(%)*—$+++附录,的规定外，还应结合各地的具体情况综合考虑。#分析水库蓄水后可能引起的其他环境地质变化，包括水库对重要矿产、居民点、名胜古迹和自然保护区影响，水库诱发地震及塌陷的可能性，因大坝拦水断流引起下游水文地质条件的变化等。!"#"#区域及水库区勘察方法应符合下列规定：$应收集区域地质、航（卫）片解译资料、历史地震和地震台网观测等资料，编制构造纲要图，综合分析本区的地质构造稳定性。%工程区地震动参数应按&’$)!(-确定。地震动峰值加速度在(.$/及以上的地区，地震地质条件特别复杂、所处位置十分重要的中型工程，可复核工程场地地震动参数。!水库区地质测绘比例尺可选用$：#((((0$：$((((。测绘范围应包括与渗漏有关的邻谷地段；平原型水库应包括围堤及邻近地区。典型地段应作剖面地质测绘。"对可能影响建库和方案成立的主要工程地质问题应布置勘探剖面，并应符合下列规定：$）严重渗漏地段，水文地质勘探剖面应垂直和平行渗漏方向布置，剖面数量可根据渗漏地段长度及地质情况确定。勘探方法宜以物探为主，辅以控制性钻孔。每一剖面控制—$""!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准性钻孔不宜少于!个，孔深宜达到相对隔水层或强喀斯特发育下限。钻孔在蓄水位以下孔段应进行水文地质试验，并保留适量钻孔和其他水文地质点，一起进行不少于一个水文年或一个丰水、枯水季的水文地质观测。"）对大滑坡体、崩塌体等宜以物探和坑（槽）探为主，按其可能失稳方向布置纵、横勘探剖面，必要时布置少量的硐（井）探、钻探，并可设置变形观测网点。!）对浸没和坍岸区，勘探剖面应垂直库岸布置，勘探方法可采用物探、坑（井），探、钻探等。勘探点间距可根据地貌单元和水文地质条件布置，勘探点不宜少于!个。浸没区勘探坑（孔）应至地下水位以下或进入相对隔水层。#）岩土试验可结合勘探工作布置进行。岩土物理力学参数应在试验成果的基础上结合工程地质类比法选用。!"#"$移民迁建新址地质调查应包括下列内容：$调查规划区的地形地貌、地层岩性、地质构造及岩体风化带等分布情况。"调查规划区第四纪松散堆积层的厚度、成因类型及其分布，特别是软弱夹层、膨胀性岩土层及其他不良岩土层的分布情况和厚度。!调查规划区及其附近滑坡体、崩塌体、变形岩体、泥石流、喀斯特及不稳定岸坡等的分布范围和规模，初步分析其对场地稳定性的影响。#调查规划区水文地质条件、地表水文网的分布，生活用水水源、可供开采量及水质情况等。!"#"!移民迁建新址勘察方法应符合下列规定：$应收集区域地质、地震、矿产、航（卫）片及当地气象、水文等资料。"地质调查可结合水库地质测绘进行。!对人口集中的重要集镇新址，宜进行平面或剖面地质测绘，平面测绘比例尺可选用$：$%%%%&$："%%%，测绘范围应包括规划区及对场地稳定性评价相关的地段；剖面测绘比例尺可选用$：’%%%&$：’%%。#对生活用水水源应取样进行水质分析。!"$坝（闸）址区勘察!"$"%坝（闸）址区勘察应包括下列内容：$一般岩基坝（闸）址区勘察内容：$）初步查明河谷地形地貌、两岸冲沟和低矮垭口发育状况，及河床深槽、埋藏谷、古河道等的分布情况。"）初步查明第四纪沉积物的厚度、成因类型、组成物质及分布情况。!）初步查明地层岩性及其分布，特别是软弱岩层、夹层或透镜体的性状、厚度及分布情况。#）初步查明地质构造，特别是主要断层、破碎带、缓倾结构面及节理裂隙的分布、性质、产状、规模、充填和胶结情况，并初步分析各类结构面及其组合对坝（闸）基、边坡岩体稳定和渗漏的影响。’）初步查明岩体风化带、卸荷带的分布规律和厚度，与建筑物有关的滑坡体、崩塌体等的分布范围和规模，并初步分析其稳定性及对工程的影响。—$###— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!）初步查明水文地质条件，重点是岩土层的渗透性，相对隔水层的埋深、厚度和连续性，两岸地下水水位，环境水的腐蚀性。环境水对混凝土腐蚀性的评价应符合"#$%&’(—)***附录"的规定。&可溶岩基坝（闸）址区勘察内容，除应符合+,-,)条.款的规定外，尚应重点勘察下列内容：)）喀斯特发育规律和分布情况，主要溶洞和渗漏通道的分布、规模、连通和充填情况，并对岩溶塌陷的可能性作出初步评价。&）岩溶水文地质条件，相对隔水层的分布、厚度及其延续性，初步分析可能产生渗漏的地段、渗漏类型及其严重程度，对处理方案提出建议。-软质岩基坝（闸）址区勘察内容，除应符合+,-,)条)款的规定外，尚应重点勘察下列内容：)）软质岩层的物理力学性状及风化、软化、泥化、崩解、膨胀、抗冻、抗渗等特性；对含石膏等易溶物质成分的软弱岩层，重点是调查其溶蚀和风化特征；初步评价坝基的沉陷和抗滑稳定性。&）坝（闸）址及消能设施部位岩体的组成情况、完整性，对其抗冲刷及作为坝基的稳定性作出初步评价。-）因软岩蠕变而引起的边坡失稳情况。+土基坝（闸）址区勘察内容：)）调查河谷地形地貌特征、阶地类型及地质结构，初步查明各级阶地的接触关系和古河道、古冲沟、古塘、决口口门、沙丘等的埋藏、分布情况。&）初步查明各类土层的性质、成因、厚度、分布、层理特征、颗粒组成及主要物理力学性质，重点是工程地质性质不良的特殊土层、夹层或透镜体的分布和特点。-）对地震动峰值加速度在%,)/及以上地区的饱和无粘性土、少粘性土地基振动液化问题进行初步评价。土的液化判别应符合"#$%&’(—)***附录0的规定。+）初步查明透水层及相对隔水层的埋藏条件、渗透及渗透稳定性、含水层类型、各透水层间的水力联系，地下水与地表径流及潮汐的水力联系、补排关系，地下水位及其变幅，地下水水质及土的化学成分等，必要时应研究地下水流向。土的渗透变形评价应符合"#$%&’(—)***附录1的规定。$）初步查明基岩浅埋及利用基岩作防渗依托的坝（闸）址基岩的埋深、风化程度租渗透性。$初步进行坝（闸）址工程地质条件评价，对坝（闸）址及基本坝型的选择提出地质方面的建议。!"#"$坝（闸）址区勘察方法应符合下列规定：)工程地质测绘比例尺可选用)；$%%%2)：)%%%。测绘范围应包括各比较坝（闸）址枢纽、有关建筑物及其下游冲刷区在内，当各比较坝（闸）址相距较远时，可单独测绘成图。&物探方法应根据坝（闸）址区的地形、地质条件等确定。物探剖面线应结合勘探剖面布置，覆盖型可溶岩坝（闸》区、宽敞河谷深厚覆盖层和软质岩基坝（闸）址区宜布置地面物探探测网格，并充分利用钻孔进行综合测试。—)++$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!各比较坝（闸）址区至少应布置一条代表性勘探剖面，必要时可增加勘探剖面。勘探点的布置应符合下列规定："）勘探剖面上应有坑、孔控制，勘探点间距#$%"#$&，河床及两岸坝肩部位应布置钻孔，必要时两岸宜布置勘探平硐。’）岩基坝（闸）址代表性勘探剖面上河床部位的钻孔深度应为"%"，#倍坝高，两岸岸坡上的钻孔应进入相对隔水层或稳定的地下水位以下。在可溶岩区，控制性钻孔应深至地下水位以下一定深度。有特殊要求的钻孔，其深度可按实际情况确定。!）土基坝（闸）址，每个不同工程地质单元应有钻孔控制，一般钻孔深度宜为"%"(#倍坝高或"%"(#倍闸底宽度。当坝（闸）基下分布有深厚软土层或强透水层时，钻孔孔深应进入坚实土层一定深度或基岩相对隔水层#%"$&。)基岩钻孔应分段进行压水试验，可溶岩区根据需要宜进行连通试验。在土基上的坝（闸）址区钻探时，应分层观测地下水位，主要透（含）水层宜进行抽水试验或注水试验。#岩土物理力学参数宜根据物探和室内试验成果，结合工程地质类比法提供。主要土层有效试验组数不宜少于*组，并宜布置原位测试。*河水、地下水应取样作腐蚀性分析，评价其对混凝土的腐蚀性。!"!厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察!"!"#厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察应包括下列内容："初步查明建筑物区的地形地貌、地层岩性、地质构造、物理地质现象和水文地质条件，特别是风化层、喀斯特洞穴、特殊土层等的分布情况，对地基的稳定性作出初步评价。’初步查明建筑物区边坡的地质结构，地下水活动特点，主要断层、软弱+破碎）夹层和节理裂隙的产状、性质、规模及其延伸情况，初步分析各结构面及其组合对建筑物边坡稳定及地基抗滑稳定的影响。!初步查明建筑物区及邻近的滑坡体、崩塌体、卸荷松动带、喀斯特洞穴和采空区等的分布及规模，对其稳定性和对建筑物的影响进行初步评价。)初步查明建筑物区的水文地质条件，分析基坑开挖涌水、涌砂的可能性，初步评价渗流对地基和边坡稳定的影响。#初步查明挡水建筑物地基的渗透性，对地基的渗透稳定性作出初步评价。!"!"$厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察方法应符合下列规定："工程地质测绘可结合坝址区勘察进行，未包括在坝址区的应单独测绘。测绘比例尺可选用"：#$$$%"："$$$。测绘范围包括建筑物各比较方案及配套建筑物布置地段。’勘探应符合下列规定："）勘探剖面线应沿建筑物长轴线、溢洪道中心线和溢流堰轴线布置。’）工程地质条件简单的场地，宜采用物探或坑（槽）探。!）覆盖层较厚和工程地质条件复杂的场地，沿勘探剖面线应布置钻探。钻孔数量可根据建筑物要求和地质条件确定，钻孔深度宜进入拟定最低建基面以下"#%’$&，遇特殊岩土层宜适当加深。)）有防渗要求的建筑物，钻孔应进行水文地质试验，钻孔深度宜进入相对隔水层#%—"))*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#。$岩石物理力学参数可采用工程地质类比法提供，必要时取样进行室内试验。土基上的建筑物场地应取样进行室内试验，并结合原位测试，提供物理力学参数。!"#地下洞室区勘察!"#"$地下洞室区勘察应包括下列内容：!初步查明地下洞室沿线的地形地貌特征、物理地质现象、岩溶发育特征，初步评价其对地下建筑物布置和施工的影响。%初步查明地下洞室区的地层岩性，重点是软弱、易风化、膨胀、可溶等岩层和特殊土层的分布。$初步查明地下洞室区的地质构造，主要褶皱、断层破碎带和各种类型结构面产状、规模、性质和延伸情况，初步评价其对进、出口边坡和地下洞室围岩稳定的影响。&初步查明地下洞室沿线主要含水层、汇水构造和地下水溢出点位置和高程，地下水补排关系，喀斯特通道、地表溪流、库塘或其他地下富水带（层）的分布及其对洞室的影响，预测施工中可能突水、突泥的部位。’初步查明地下洞室进口段、出口段、过沟浅埋洞段、傍山洞段和高压管道段的上覆岩（土）层厚度、性质、风化、卸荷带深度和边坡的稳定性等。(了解和分析区域地应力特征及发生岩爆的可能性。)了解岩层中放射性矿物和有害气体的赋存情况。*初步查明岩土物理力学性质试验，对围岩质量、成洞条件作出初步评价。!"#"%地下洞室区勘察方法应符合下列规定：!收集分析已有地形、地质和航（卫）片解译资料，分析工程区地形地貌、地层岩性和地质构造特点，特别是断裂构造、软弱岩（带）和富水带（层）构造、喀斯特（洞穴）等和洞线的关系。%工程地质测绘比例尺可选用!：’"""+!：!"""。测绘范围应包括地下洞室各比较方案及附属建筑物布置地段。$沿地下洞室中心线应布置勘探剖面，对过沟浅埋段、地质条件复杂的隧洞进口、出口和地下厂房区，应布置平硐和钻孔，钻孔深度应进入设计洞底板高程以下不小于!倍洞径。&应收集钻进过程中的水文地质资料，进行压水试验，并根据需要进行地下水位长期观测。’勘探过程中宜进行孔内、洞内弹性波波速测定和简易原位测试。(进行必要的岩（土）物理力学性质试验，并初步进行围岩的工程地质分类。围岩工程地质分类应符合附录,的规定。!"&引水、排水线路勘察!"&"$引水、排水线路勘察应包括下列内容：—!&&)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!初步查明引水、排水线路沿线地形地貌及喀斯特洞穴、崩塌体、滑坡体、泥石流、古河道、移动沙丘等不良地质现象的分布情况。"初步查明引水、排水线路沿线地层岩性，重点是岩盐、石膏、软土、湿陷性土、膨胀土、分散性土、冻土等不良岩土层的分布、特性及其对渠线和建筑物的影响。’#初步查明引水、排水线路沿线地基岩土的渗透性，地下水与地表水的补排关系，环境水和土腐蚀性，土壤盐渍化、沼泽化等问题。土腐蚀性评价应符合$%&’’"!—"’’!第!"章的有关规定。(初步查明傍山渠段、高陡边坡渠段和深挖方渠段的边坡形态、地质构造、不良地质现象的分布情况及其对渠道边坡稳定的影响。&初步查明高填方渠段、渡槽、倒虹吸管和暗涵、水闸、泵站等较大建筑物地基岩土的基本性质、稳定条件及可能存在的问题。!"#"$引水、排水线路勘察方法应符合下列规定：!应收集引水、排水线路区已有地形图、区域地质图、水文地质图、航（卫）片等资料，进行室内综合分析解译，"工程地质测绘比例尺可选用!)"&’’’*!)&’’’。测绘范围应包括引水、排水线路及其两侧各"’’*&’’+。建筑物场地测绘比例尺可选用!)"’’’*!)!’’’。#沿弓,水、排水线路应全线或分段布置勘探剖面线，宜采用物探、坑（槽）探等方法。地质条件复杂的线路和建筑物区应布置钻孔。(岩土物理力学性质参数可根据室内试验和原位测试成果结合工程地质类比法提供。对特殊土宜进行室内试验分析。%初步设计阶段工程地质勘察%"&任务%"&"&初步设计阶段工程地质勘察应在可行性研究阶段选定的坝（闸）址和建筑物场地的基础上进行，为选定坝线、坝型和其他建筑物位置、枢纽布置和地基处理进行地质论证。%"&"$初步设计阶段工程地质勘察的主要任务是：!查明水库区水文地质、工程地质条件，对水库渗漏、库岸稳定、浸没和固体径流等问题作出评价，预测蓄水后可能引起的环境地质问题。"查明坝（闸）址、引水线路、排水线路和其他建筑物区的工程地质条件并进行评价，为选定坝线、坝型和其他建筑物轴线位置及地基处理方案提供地质资料与建议。#查明导流工程的工程地质条件，必要时进行施工附属建筑物场地的工程地质勘察和施工与生活用水水源初步调查。(对库区移民迁建新址进行勘察，进一步评价新址区的整体稳定性和适宜性。&进行天然建筑材料详查。—!((-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#水库区勘察!"#"$水库非喀斯特可能渗漏地段勘察应包括下列内容：!查明相对隔水层及主要透水层（带）的岩土性质、厚度、产状和延伸分布情况。"查明渗漏层（带）的地下水位、透水性、渗透稳定性，评价因渗漏可能引起的浸没等危害。#查明渗漏地段泉井分布位置、高程及地下水补排关系。$查明天然铺盖层的物质组成、厚度以及渗透特性。%估算可能渗漏地段的渗漏量，对防渗处理措施提出建议。!"#"#水库非喀斯特可能渗漏地段勘察方法应符合下列规定：!一般地段可进行剖面地质测绘，地形、地质条件复杂地段应进行专门的水文地质测绘。比例尺可选用!：!&&&&’!："&&&。测绘范围应包括渗漏层（带）的可能人渗、出逸区和渗漏量估算所必须的范围在内。"垂直或平行可能渗漏方向应布置勘探剖面线，剖面线的位置、数量应根据渗漏层（带）类型、产状和渗漏地段宽度而定，并应注意不同地貌单元和水文地质条件的代表性。#宜采用物探方法探测渗漏层（带）的位置。地质条件复杂地段可布置钻探，钻孔的数量和孔距可根据地质情况确定。钻孔深度应进入相对隔水层或当地河流枯水位以下!&’!%(。$在设计蓄水位以下的钻孔，应分段或分层进行压水（注水）试验，在第四系透水层中地下水位以下宜进行抽水试验。%对钻孔地下水位应进行动态观测。!"#"%水库喀斯特可能渗漏地段勘察应包括下列内容：!查明喀斯特系统及主要溶蚀带（层）的发育特征、分布规律、形态与规模、充填程度、连通情况及其与河流的关系。"查明地表水点和地表水、地下水网的空间分布及补给、径流、排泄关系。#查明相对隔水层的厚度、分布、延续性及其封闭条件。$查明地下水位埋深，地下水分水岭的位置、高程。%查明利用天然铺盖防渗地段的地表天然覆盖层类型、性质、分布范围、厚度变化、渗透性及渗透稳定性。)估算渗漏量，对防渗处理的范围和深度提出建议。!"#"&水库喀斯特可能渗漏地段勘察方法应符合下列规定：!一般渗漏地段工程地质测绘可结合水库地质测绘进行，严重渗漏地段应进行专门的水文地质测绘。比例尺可选用!：!&&&&’!："&&&。测绘范围应包括分水岭两侧可能渗漏通道的进口、出口部位及与渗漏评价有关的地段。"对与渗漏评价有关的主要溶洞、漏斗、落水洞、地下河及喀斯特泉等应测绘其位置、高程、流量和延伸情况。#对强喀斯特或断层破碎带的空间分布、岩体汇水特征、地下水位和强透水带的位置宜采用综合物探方法探查。物探范围和剖面数量可根据地段重要性和喀斯特复杂程度—!$$*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准确定。!严重渗漏地段应垂直和平行可能渗漏方向布置勘探剖面，剖面线上的钻孔不宜少于"个，其中地下水分水岭最低处附近宜有#个钻孔。钻孔深度应进入相对隔水层，或穿过强喀斯特发育下限，或穿过本区常年最低河水位（含邻谷水位）以下适当深度。在深喀斯特或有越流渗漏地区，孔深可根据需要确定。$各钻孔在设计蓄水位以下应进行压水试验或注水试验。%喀斯特区应进行连通试验，查明喀斯特洞穴间连通情况和地下水补给、径流、排泄条件。&应进行地下水位长期观测。对多层含水层的钻孔应分层隔离进行观测；对与渗漏评价有关的地表水点及主要喀斯特水点，应同步进行水位、流量等观测，观测期应不少于一个水文年或一个丰水、枯水季节。’在喀斯特地下水流比较复杂地区或在研究喀斯特水形成的地球化学环境时，宜对地表水点、地下水点进行化学分析，试验项目可根据研究目的选定。(必要时可进行堵洞试验、地下水氚含量分析、洞隙充填物渗透破坏等专项试验。!"#"!水库不稳定边坡勘察应包括下列内容：#查明岩质边坡或土石混合边坡的地层岩性、岩体结构、地质构造、岩体风化、卸荷和节理裂隙切割状况，特别是控制性结构面的产状、性质、延伸情况及其组合关系。)查明土质边坡的土体类型、各类土层的分布、厚度、颗粒级配和物理力学性质，库水位以下二仁体浸水软化崩解特性，河岸水上、水下天然稳定坡角及浪击带稳定坡角，并收集风向、风速资料。"查明库区，特别是近坝库岸已变形边坡的类型、性质、分布范围、规模、控制性结构面产状及其力学性质。!查明边坡地下水的赋存特点和水流活动情况。$进行库岸边坡工程地质分类，预测和评价不同库水位的岸坡稳定性和可能变形破坏或坍岸的范围、规模、方式，以及变形失稳后可能产生的影响，并对可能失稳边坡的防治措施和长期观测提出建议。边坡工程地质分类应符合附录*的规定。!"#"$水库不稳定边坡勘察方法应符合下列规定：#工程地质测绘应利用前阶段水库区地质图进行补充复核；近坝库岸不稳定边坡应单独进行工程地质测绘。比例尺可选用#：$+++,#：#+++。测绘范围应包括与边坡稳定性评价有关的地区。)近坝库区或城镇附近规模较大的不稳定边坡，应平行和垂直边坡可能失稳方向布置勘探剖面线，并在前期勘探工作的基础上补充钻孔、平硐或竖井。"对重点地段或对水库影响较大的不稳定边坡岩土体、滑带土层应进行室内物理力学性质试验，必要时可进行滑移面原位抗剪试验。与坍岸预测计算有关的参数可按工程地质类比法提供。!应进行地下水动态观测，并根据需要建立和完善变形监测网。!"#"%水库浸没区勘察应包括下列内容：#调查浸没区地形地貌特征，丰水季节地表渍水及其消泄情况。—#!$+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!查明土层成因、物理性质、厚度、颗粒组成和下伏基岩或相对隔水层的埋深。"查明各土层的渗透性、地下水位埋深和变化规律，及地下水的补给、排泄条件。#查明土的毛管水上升带高度、给水度、土壤含盐量、浸没区植物种类和根系深度、建筑物基础型式及埋深，确定产生浸没的地下水临界深度。$预测浸没区的范围，对水库浸没引起的盐渍化、沼泽化对农作物、矿产资源、建筑物和交通线路等的危害程度作出评价，对防治措施提出建议。%当地面高程低于水库蓄水位时，查明防护区的水文地质、工程地质条件，评价防护区的浸没及防护工程地基的渗透稳定性，对结合防治浸没的处理措施提出建议。!"#"$水库浸没区勘察方法应符合下列规定：&工程地质测绘比例尺可选用&：$’’’(&：&’’’。测绘范围应包括全部可能浸没影响区。!垂直库岸或平行地下水流方向应布置勘探剖面线。剖面线间距：农业区宜为&’’’(!’’’)，城镇区宜为$’’(&’’’)。勘探点宜采用钻孔或试坑，每一剖面线上不宜少于"个勘探点。在可能浸没区靠近水库设计蓄水位边线附近、建筑物密集区等应有钻孔或试坑控制，试坑深度应达到地下水位，钻孔应进入相对隔水层。"试坑、钻孔应进行注（抽）水试验和地下水位观测。#应通过室内试验和野外试验测定土的渗透系数、毛管水上升高度、土壤含盐量和地下水化学成分等。主要土层的物理性质和化学成分试验组数累计不应少于$组。$对面积较大的重要浸没区，可根据需要利用勘探剖面上的坑孔建立长期观测网，观测内容应包括地下水位、土壤含盐量、水化学成分等。观测期不应少于一个丰水、枯水季节或一个水文年。!"#"%溶洼水库和溶洞水库勘察应包括下列内容：&调查库盆区所属地貌部位及喀斯特地貌特点。!调查库盆区地表、地下水的汇水补给范围，各区段地表、地下水流量变化特征，及洼地、溶洞丰水季节渍水和消泄情况等。论证水库蓄水后与邻近沟谷、洼地及喀斯特泉的补排关系。"查明库盆区主要消水洞穴（隙）的分布位置、性质、规模及与库外连通程度，被掩埋的地面塌坑、溶井和其他消泄水点情况等。#利用库盆覆盖层作天然铺盖防渗时，勘察内容应符合$*!*"条$款的规定。$查明堵体部位覆盖层的类型、性质和厚度，喀斯特洞隙发育规律和管道枝叉的连通情况。在利用洞周岩壁挡水时，应调查洞周岩壁的完整情况、有效厚度及其支承稳定性。!"#"&’溶洼水库和溶洞水库勘察方法应符合下列规定：&溶洼水库地质测绘比例尺可选用&：&’’’’(&：$’’’。测绘范围应包括水库邻近的洼地、沟谷以及与渗漏分析有关的地段。!溶洼水库宜采用物探探测覆盖层分布、厚度、隐伏洞穴和强喀斯特异常位置、地下水流向等。"溶洼水库库盆主要消水区应布置勘探剖面线，勘探点宜采用钻孔，钻孔数量可根—&#$&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准据实际情况确定，孔深应进入可靠的相对隔水层、强喀斯特发育相对下限或弱喀斯特发育带内。钻孔之间宜进行无线电波透视或地质雷达探测。!溶洞水库地质测绘比例尺可选用"：#$$$%&’：($$$。溶洞部分测绘可采取平面和剖面结合的方法，洞外部分测绘范围应包括与渗漏有关的地段，堵体部位测绘比例尺可选用’：’$$$&’：#$$。#溶洞水库沿堵体的主要防渗部位应布置勘探剖面线，钻孔数量和孔深应符合#)()’$条!款的规定。*对所有钻孔应进行压水或注水试验，并观测钻孔稳定水位。主要渗漏洞穴（含水层、带）应利用钻孔进行连通试验。+应分段进行库盆区内的主要地表水流与地下水流流量检测。对流量异常地段，必要时应分别设站进行长期观测，研究其变化特点和渗漏规律。,具备堵洞条件的溶洞水库和溶洼水库，必要时可进行堵洞试验，实际观测库水壅高和渗漏变化情况。!"#"$$库区移民迁建新址区勘察应包括下列内容：’调查新址区微地貌和不同坡度场地的分布情况。(查明地层岩性、地质构造、基岩风化层的厚度。可溶岩地区重点查明喀斯特发育的基本规律、主要溶洞的分布与规模。-查明第四纪覆盖层的组成物质、厚度及成因类型，特别是软弱夹层、亲水（膨胀）性夹层、软土层、可能液化土层等的厚度及分布情况。!查明新址及其附近地区规模较大的滑坡体、崩塌体、潜在不稳定岩土体及坍岸的分布范围、规模和边界条件，并对其稳定性及其他环境地质问题进行预测和评价。#查明供水水源、可开采水量和水质情况。*评价新址区的整体稳定性，并根据环境地质条件进行建筑适宜程度分。!"#"$#库区移民迁建新址区勘察方法应符合下列规定：’工程地质测绘应结合水库地质测绘进行，重要集镇应单独进行测绘。比例尺可选用’：($$$。测绘范围应包括与新址场地稳定有关的周围地区。(新址区应布置勘探剖面线，剖面线长度应能控制新址边坡及库岸。勘探方法可采用坑探、槽探或钻探，勘探点的间距和深度可根据具体地质条件确定。-对供水水源应取样进行水质分析，并根据需要对新址区主要岩土层进行物理力学性质试验。!"%坝（闸）址区勘察!"%"$一般岩基坝（闸）址区勘察应包括下列内容：’查明河床及两岸覆盖层的厚度、组成物质及分布情况。(查明坝（闸）址区地层岩性、岩体完整程度及物理力学性质。对砌石坝、混凝土坝坝基，应重点查明软弱岩层、软弱夹层，特别是缓倾角软弱夹层、断层和节理裂隙等的分布、性质、厚度、产状、延续性和组合关系。坝基软弱夹层工程地质分类应符合附录.的规定。—’!#(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!查明坝（闸）址区地质构造和节理裂隙发育特征，查明断层破碎带、节理密集带的具体位置、产状、规模、充填物的性状和透水性。对土石坝坝基，应评价其对防渗体变形及渗透稳定的影响；对砌石坝、混凝土坝坝基，应评价其对坝基、坝肩稳定的影响。"查明岩体风化带和卸荷带的厚度及其性状。#查明边坡的稳定状况，对开挖边坡的处理提出建议。$查明坝（闸）址区的水文地质条件、岩体渗透性的分级、相对隔水层埋藏深度，提出防渗处理的建议。岩土渗透性分级应符合附录%的规定。&查明泄流冲刷地段工程地质条件，评价泄流冲刷和雾化对坝基及岸坡稳定的影响。’对坝基岩体进行工程地质分类，提出各类岩体的物理力学参数，并对坝基的综合工程地质条件进行评价。!"#"$一般岩基坝（闸）址区勘察方法应符合下列规定：(工程地质测绘比例尺可选用(：()))*(：#))。测绘范围应包括枢纽所有建筑物和对：工程有影响的地段。+宜采用地震、声波、孔内电视及综合测井等物探方法探查结构面、软弱带的产状、分布、含水层和渗漏带的位置等。!勘探应符合下列规定：(）勘探剖面线应根据具体地质情况结合建筑物特点布置。对土石坝，宜沿大坝防渗线或坝轴线布置；对混凝土坝，应沿坝轴线布置。辅助剖面线可根据建筑物的位置和需要而定。溢流坝段、厂房坝段、过坝建筑物等应有代表性勘探纵剖面。+）沿勘探剖面线除布置物探、坑（槽）探外，主勘探剖面线的河床及两岸应有钻孔控制，钻孔间距不应大于#),，钻孔深度进入相对隔水层不应小于(),。当坝基相对隔水层埋藏较深时，孔深不应小于(倍坝高或闸底宽度，两岸钻孔孔深应达到河水位以下或枯季地下水位以下。辅助勘探剖面、消能设施部位和存在专门性地质问题的地段应布置钻孔，钻孔深度可根据需要确定。!）对混凝土坝和砌石坝，两岸坝肩宜有平硐控制，平硐深度应以揭穿岩体强风化带和卸荷带，查明软弱岩层、夹层和其他不利结构面，便于进行岩体现场测试为原则。当坝高大于&),或坝型为拱坝时，宜每隔!)*#),高差布置一层平硐。"钻孔应分段进行压水试验或注水试验，钻进中遇到承压水时，应测定顶板位置、底板位置、初见水位、稳定水位、水温及流量。坝基存在规模较大的胶结较差的顺河断层破碎带和软弱夹层时，宜进行大于设计水头的渗透试验。#应取地表水和地下水水样进行水质分析，评价其对混凝土的腐蚀性。$岩土物理力学参数应在试验成果的基础上，结合工程地质类比法提供。主要岩石的室内物理力学试验组数累计不应少于#组，对拱坝坝肩主要岩体应进行原位变形试验，试验点数不宜少于!点；控制坝基、坝肩抗滑稳定的岩层或软弱结构面应进行原位抗剪（断）试验，试验组数不宜少于+组。&必要时应对钻孔地下水位进行长期观测，对可能失稳的边坡应进行变形观测。!"#"#可溶岩基坝（闸）址区勘察内容，除应符合#-!-(条的规定外，尚应重点查明—("#!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准下列内容：!坝基喀斯特形态的类型、特征、分布位置、规模、发育规律，主要溶洞和渗漏通道的空间分布、连通性和充填物的性状、充填程度、渗透稳定性及其对坝基（肩）渗漏与稳定的影响。"坝址水文地质结构类型，喀斯特地下水的赋存特点、水动力特征，喀斯特地下水与河水关系，以及河谷水动力条件。#相对隔水层的岩性组合特征、厚度、延伸分布、受构造破坏情况及顶板、底板附近溶蚀情况，并对相对隔水层的可靠性作出评价。$进行坝基喀斯特化程度工程地质分区（带），并对建基面选择和防渗处理措施等提出建议。!"#"$可溶岩基坝（闸）址区勘察方法应符合下列规定：!工程地质测绘比例尺可选用!；!%%%&!：’%%。测绘范围应包括枢纽及附近所有水工建筑物、两岸坝肩及与绕坝喀斯特渗漏有关的范围在内。"主勘探剖面线宜沿坝轴线或防渗线布置，上游、下游和其他建筑物区可布置辅助勘探剖面。在宽敞河谷和覆盖型可溶岩坝区，宜利用物探方法进行探查。#主勘探剖面钻孔间距宜为#(&’%)。河床部位钻孔深度应进入相对隔水层或弱喀斯特化岩层；岸坡部位钻孔深度在平原区宜与河床钻孔深度相同；峡谷区控制性钻孔深度应达到河床底基岩面以下!%)。高山峡谷区，岸坡部位可采用硐探，必要时利用探硐布置钻孔。$各孔（洞）间宜进行无线电波透视或地震波穿透及层析成像技术测试。’对重要水点和洞隙可进行平硐或井探追索。*对主要含水层和洞隙渗漏带，必要时宜进行抽水试验和连通试验。应进行地下水动态长期观测，对多层含水层应分层进，行观测。观测点应包括钻孔、井和主要地表水点。+对坝基下洞隙内的充填物，宜取样进行物理性质、渗透性和渗透稳定性试验。必要时应进行帷幕灌浆试验。!"#"!软质岩基坝（闸）址区勘察内容，除应符合’,#,!条的规定外，尚应重点查明下列内容：!软岩层的物理力学性状及风化、软化、泥化、崩解、膨胀、抗冻、抗渗等特性，研究岩层的成岩条件、岩相变化特征。"坝（闸）址区岩体的组成情况、完整性、变形特征，评价其抗冲刷能力和对坝基稳定的影响。#因软岩或软弱夹层的蠕变可能引起边坡失稳和岩体风化卸荷情况。$进行坝（闸）基岩层风化崩解速度的观测，评价软岩和软弱夹层的工程地质特性及其对工程的影响程度。!"#"%软质岩基坝（闸）址区勘察除应符合’,#,"条规定的方法外，尚应符合下列规定：!对混凝土坝和砌石坝，应对河床纵剖面进行勘探，其长度应包括下游抗力岩体和冲刷影响区。—!$’$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!勘探剖面线上应有钻孔控制，必要时可布置竖井。钻孔深度宜为建基面以下"#"$%倍坝高或闸底宽度，竖井深度应能满足抗滑和抗冲稳定计算对软岩的取样要求。&钻孔宜采用孔内综合测井或孔内电视探查软弱夹层或结构面的分布规律及特征。’坝（闸）基主要岩石的室内物理力学性质试验组数累计不宜少于"(组；软弱岩石的软化、冻融、崩解、膨胀等试验不宜少于)组；影响坝（闸）基变形的主要岩层原位变形试验不宜少于!点；控制坝（闸）基抗滑稳定的岩层或软弱结构面的原位抗剪（断）试验组数不宜少于!组；岩石风化崩解速度观测点数量不宜少于%点。!"#"$土基坝（闸）址区勘察应包括下列内容："查明场地地形地貌特征、阶地类型及结构、古河道、暗浜、古冲沟、古塘、决口口门、沙丘、地下坑穴、埋藏谷、滑坡体等具体位置、范围及埋深。!查明坝（闸）址区土层分布、成因，并对其进行详细分层，重点查明粉细砂、软土、湿陷性黄土及具有架空结构的碎石类土等特殊土层的分布情况、厚度、结构组成特征及其工程地质性质，分层分段（区）提出物理力学性质参数。&对地震动峰值加速度在($"*及以上地区的饱和无粘性土、少粘性土地基的振动液化作出评价。’查明坝（闸）基透水层、相对隔水层的埋深、厚度、分布范围、地下水位及其变化规律，各透水层（带）的渗透系数及允许水力坡降。调查坝（闸）前库区表层土的性质、分布、厚度、颗粒组成、渗透性及渗透稳定性，研究其作为天然铺盖防渗的可能性。%查明岩溶塌陷或土洞、膨胀土胀缩性、地裂缝、滑坡体等不良地质作用及地质灾害的分布情况，评价其对工程的影响。)查明基岩浅埋区河床和两岸基岩埋藏和风化深度，基岩面起伏变化情况及防渗线部位基岩透水性。!"#"%土基坝（闸）址区勘察方法应符合下列规定："工程地质测绘比例尺宜选用"：!(((#"：%((。测绘范围应包括坝（闸）址及其附近所有水；工建筑物场地、坝肩绕渗部位和下游冲刷淤积区。!沿建筑物轴线或防渗线应布置主勘探剖面线，必要时可布置辅助勘探剖面线。各勘探剖面线宜采用物探方法探查，并应有坑探和钻孔控制。&主勘探剖面上坑、孔间距，丘陵峡谷区坝址不宜大于%(+，平原区坝址不宜大于"((+，可根据地质条件变化加密或放宽孔距。辅助勘探剖面上的坑、孔间距可根据具体需要确定。’当基岩埋深小于"倍坝高或,倍闸底宽度时，钻孔深度应进入基岩相对隔水层；当基岩埋深很大时，钻孔深度宜为建基面以下"。%倍坝高或"$%倍闸底宽度。在钻探深度内如遇有对工程不利影响的特殊性土层时，还应有一定数量的控制性钻孔，钻孔深度应能满足稳定、变形和渗透计算要求。对桩基钻孔深度，应进入桩端持力层’倍桩径以上。%土层的渗透系数和允许渗透比降宜由室内试验结合工程地质类比法提供，对坝（闸）址有影响的主要透水层应进行抽水试验或注水试验，必要时宜进行渗透变形试验。基岩钻孔应进行压水试验。)对河水、地下水和土体应取样进行腐蚀性分析，试样数不应少于&件。—"’%%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!对地震动峰值加速度为"#$%及以上的坝（闸）址区的可液化土层，应进行标准贯入等试验。&除坑、钻探取样作室内试验外，应根据坝（闸）址区地层情况进行触探、旁压、载荷及十字板剪切等原位测试。!"#厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察!"#"$地面厂房区勘察应包括下列内容：$查明厂房、压力前池或高压管道等建筑物区地层岩性，特别是软弱岩（夹）层、可溶岩层、软土层、粉细砂层、湿陷性黄土、膨胀土等的分布、厚度和物理力学性质，对地基的承载能力和变形特性作出评价。’查明厂区的断层、破碎带和节理裂隙发育规律及其组合情况，评价边坡的稳定性，对处理措施提出建议。(查明厂区喀斯特洞穴、滑坡体、崩塌体、潜在不稳定岩土体和泥石流对建筑物稳定的影响。)查明厂区的水文地质条件和岩土体渗透特性，对厂房基坑涌水、压力前池的渗漏和渗透变形作出评价。!"#"%地面厂房区勘察方法应符合下列规定：$工程地质测绘应在前阶段地质测绘的基础上进行补充工作，比例尺宜选用$：$"""*$：+""。测绘范围应包括压力前池或调压塔至厂房尾水渠地段。’沿建筑物轴线应布置勘探剖面线，勘探方法可采用物探、坑（槽）探和钻探。(岩基钻孔深度宜进入建基面以下$"*$+,，土基钻孔应进入主要持力层一定深度。对主要建筑物安全有影响的边坡和厂房后高边坡区，宜布置平硐，硐深可根据需要确定。)岩土物理力学参数可采用工程地质类比法结合试验成果提供。必要时，对主要岩土体可取样进行室内试验或进行原位测试。!"#"&溢洪道区勘察应包括下列内容：$查明覆盖层、风化层厚度和基岩的埋藏深度。当溢洪道布置在土层上时，应查明软土、膨胀土、湿陷性黄土等不良地基土层的分布及其性状。’查明开挖边坡岩土体的性质、结构特征，特别是断层、节理裂隙密集带、软弱夹层的分布及其空间组合情况。(查明岩土体的透水性和地下水分布情况。)查明泄流冲刷段岩体的强度和完整性程度、冲刷坑边坡的岩体结构和稳定条件。+分段提供岩土体的物理力学性质参数，对泄洪闸基、沿线边坡稳定条件和泄流冲刷段抗冲能力进行评价。!"#"#溢洪道区勘察方法应符合下列规定：$工程地质测绘应在前阶段地质测绘的基础上进行补充工作。测绘比例尺宜选用$：$"""*$：+""。测绘范围应包括从引水渠至下游消能设施部位，以及为论证边坡稳定所需的地段。—$)+-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!勘探剖面线应在溢洪道区工程地质分段的基础上结合溢流堰、泄槽和消能建筑物等的轴线布置。溢流堰钻孔深度宜进入建基面以下"#$!#%，并应进行压水试验。消能设施部位、挑流鼻坎宜有钻孔控制，钻孔深度可根据需要确定。&对影响建筑物稳定的主要岩土层和软弱夹层，应取样进行物理力学性质试验，试验组数累计应不少于’组。!"#"!其他地面建筑物区勘察应包括下列内容："查明地基岩土分层、厚度及其物理力学性质，特别是不良工程地质岩土体的分布、厚度、强度和变形特性。!查明建筑物区断层、破碎带和节理裂隙的产状、性质、分布情况及其组合关系。&查明地基的水文地质条件和渗透特性。(查明建筑物地段的边坡稳定状况，滑坡体、崩塌体的规模、分布情况及其对建筑物的不利影响。!"#"$其他地面建筑物区勘察方法应符合下列规定："工程地质测绘比例尺可选用"：!)))$"：#))。!勘探剖面线应结合建筑物轴线布置，剖面线上钻孔的数量和深度可根据具体的地质条件确定。&岩土物理力学性质参数可采用工程地质类比法提供，必要时可结合勘探坑、孔取样进行室内试验或进行原位测试。!"!地下洞室区勘察!"!"%地下洞室区勘察应包括下列内容："查明地下洞室及隧洞沿线地形地貌条件和物理地质现象，以及傍山浅埋段和进口、出口边坡的稳定条件。!查明洞室地段地层岩性、产状、风化深度和分布情况，主要断层、破碎带、软弱夹层和其他软弱结构面的产状、延伸情况、性状及其组合关系。&查明土层洞室土层分层特性，特殊土层的分布位置、厚度、上下接触关系，地下水埋深和补给排泄情况。(查明地下洞室区的地下水类型、水位、富集条件和与地表水的关系及连通条件，水温和水化学成分，洞室外水压力形成条件，岩体高压渗透特征。#查明喀斯特地区地表溶洞、洼地、漏斗充填情况和地下暗河发育分布规律，分析其深部延伸情况及对洞室围岩稳定的影响，预测施工开挖突水的可能性，对处理措施提出建议。’查明地下厂房、调压井和其他大跨度、高边墙地下建筑物以及深埋隧洞洞顶、高边墙和洞室交叉段岩体稳定条件，结合岩体应力分析产生岩爆的可能性。*提出各类围岩的物理力学性质参数，评价洞室围岩的稳定性。!"!"&地下洞室区勘察方法应符合下列规定："工程地质测绘应在前阶段地质测绘的基础上进行补充工作，地质条件复杂和重要的隧洞段、进口段、出口段和地下厂房区应进行专门地质测绘。比例尺可选用"：!)))$"：—"(#*— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!""。测绘范围：洞室进口、出口应包括对洞脸边坡有影响的地段；地下厂房区应包括邻近的调压井、闸门井、尾水隧洞等，其他部位可根据具体情况确定。#勘探应符合下列规定：$）隧洞进口、隧洞出口、地下厂房、调压井、闸门井、洞室交叉部位应布置纵、横勘探剖面线。对长引水隧洞在过沟的鞍部，宜布置勘探工作。#）勘探剖面线上的钻孔数量可根据具体地质条件复杂程度和洞室规模确定，钻孔深度应进入洞室（井）底板以下至少$倍洞径。在洞室顶板上下!%$!&范围内的孔段，以及闸门井、调压井部位，应作压（注）水试验。’）地下厂房、隧洞进口、隧洞出口应布置平硐。(）钻孔、平硐宜进行弹性波测试。’围岩物理力学性质参数宜在试验成果的基础上，结合工程地质类比法确定。对深埋大跨度洞室应现场测试岩体变形模量，必要时宜进行地应力测试。(对工作条件恶劣、难以进行勘探工程的地区，应充分利用航（卫）片解译成果，加强地质测绘，结合区域地质资料，预测大断层破碎带、接触带、喀斯特地下暗河等的分布及其对地下工程的影响。!"#引水、排水线路勘察!"#"$引水、排水线路勘察应包括”下列内容：$查明沿线的地层岩性和岩土体的透水性，特别是强透水层、喀斯特化岩层、易风化崩解岩层、山麓堆积体、湿陷性黄土、膨胀土、软土、冻：上等不良工程地质岩土体的分布情况。#查明沿线的地质构造，断层、破碎带、节理裂隙等的分布情况、产状、性质及各结构面的组合关系。’查明傍山渠段、深挖方渠段、高填方渠段地基和边坡的稳定条件，以及边坡不稳定岩土体的分布、规模，分析其对线路的影响；对丘陵平原区线路应重点查明特殊土的沉陷、膨胀、冻融变形和渗漏问题，分析渗漏对浸没、土壤盐渍化等的影响及风沙沉积可能带来的问题。(查明各建筑物地基持力层岩性组成、性质和分布情况，分析地基的强度、变形、渗透特征和开挖边坡稳定条件。调查各建筑物所在溪沟的冲刷深度和覆盖层厚度，确定各建筑物基础的安全埋深。!分段评价引水、排水线路工程地质条件，提出岩土层的物理力学性质参数，并对不良地质问题防治和地基处)理提出建议。!"#"%引水、排水线路勘察方法应符合下列规定：$工程地质测绘比例尺宜选用$：!"""%$：#，"""，建筑物区、严重变形边坡和喀斯特发育地段，工程地质测绘比例尺宜选用$*$"""%$*!""。测绘范围应包括线路及其两侧各$""—+""&，必要时，两侧测绘范围可适当扩大。#沿线路中心线、各工程地质区（段）和建筑物区，应布置勘探剖面线。’地质条件简单的线路段，宜以物探、坑探为主；规模较大、结构复杂的建筑物区和—$(!+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准存在特殊地质问题的线路段，应布置钻探。勘探坑、孔的间距和深度可根据需要确定。!对特殊土，可分段（区）分层取样进行室内物理力学性质试验，试验累计组数不宜少于"组，必要时宜进行原位测试。!技施设计阶段工程地质勘察!"#任务!"#"#技施设计阶段工程地质勘察应根据初步设计审查意见和设计要求，补充论证专门性工程地质问题。!"#"$进行施工地质工作。!"#"%对施工过程中出现的各种工程地质问题的处理提出建议。!"#"&对施工期和运行期工程地质监测的内容、方法、布置方案及技术要求提出建议。!"$专门性工程地质勘察!"$"#专门性工程地质勘察内容，应根据初步设计报告的建议及审查意见，以及施工中出现的重大地质问题和设计要求确定。#当存在危及工程安全的不稳定边坡时，勘察内容应包括：#）复核影响边坡稳定的工程地质条件、水文地质条件及失稳边坡的边界条件。$）复核已有及潜在滑动面的物理力学参数。"）复核边坡失稳的可能性及其对工程的影响。!）对边坡监测、防护及处理措施提出建议。$当施工开挖后地质条件有变化时，勘察内容应包括：#）复核坝基岩体的强、弱风化深度，持力层的力学指标。$）根据断层、节理裂隙及软弱夹层的分布变化情况，复核坝基岩体的抗滑稳定性。"）当存在渗漏及渗透稳定性问题时，确定渗漏的分布范围、规模、深度及透水岩（土）层渗透特性，评价渗漏及渗透稳定性对工程的影响程度。!）当存在软土、湿陷性黄土、膨胀土等特殊土层时，复核特殊土层的分布范围、性状及对工程的影响。%）复核地下洞室围岩类别和力学参数。"对工程影响较大的天然建筑材料应进行复查。!当施工中出现重大地质问题时，应按勘察任务书（或勘察合同）规定的内容进行勘察。!"$"$专门性工程地质勘察方法应符合下列规定：#勘察方法和精度应根据专门性工程地质问题的性质、前期勘察的深度及设计要求确定。—#!%&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!需要详细查明新出现的工程地质问题时，应进行工程地质测绘，比例尺宜选用"#$%%&"#!%%，并应根据具体情况布置钻探、物探、硐探和试验等工作。’应结合利用已有的勘探工程和施工开挖工作面收集有关地质资料。!"#施工地质!"#"$施工地质工作的主要任务是："收集、分析、整理施工开挖所揭露的地质现象，检验前期勘察成果，校核、修正岩土物理力学参数。!对可能出现的不良工程地质问题进行预测和预报，对已揭露的不良工程地质问题的处理措施提出建议。’进行施工地质编录、测绘和地质巡视。(参加与地质有关的工程验收。$对地质监测及必要的补充地质勘察提出建议。)编制施工地质报告。!"#"%施工地质工作的方法、内容和技术要求宜按*+’"’,!%%(执行。地质条件比较简单的工程，其施工地质的取样、试验、监测等工作可根据具体情况适当简化。!"#"#开展施工地质工作之前，应编制施工地质工作大纲，大纲中应明确工作范围、工作内容、主要技术要求及提交的资料等。!"#"&根据施工开挖揭露的地质情况，应对下列内容进行复核："地基承载力、抗剪（断）强度、建基面高程、开挖深度及不良地基处理要求。!围岩工程地质分类及其物理力学性质参数。’边坡临时及永久开挖坡角、边坡形态。!"#"’对施工中可能遇到危及施工或建筑物安全的有关地质现象，应及时进行预测和预报，其重点内容是："根据基坑开挖所揭露的土层情况，预测软土、湿陷性黄土、膨胀土等特殊土层的分布位置、高程、厚度，及可能发生的边坡滑动、塌陷、基坑涌水、涌砂和地基顶托等不利现象。!预测洞室掘进中可能遇到的重大塌方、碎屑流、突水或其他地质灾害发生的部位。’根据边坡开挖后所揭露的岩土性质和不利结构面的分布情况，预测边坡失稳的可能性及其边界条件，对施工期的监测提出建议。!"#"!施工地质编录应随开挖连续进行，主要记录施工过程中遇到的重要地质现象、不良地质问题的处理情况、施工地质重要事件及有关地基、围岩、边坡的处理决定。!"#"(施工地质人员应参与地基、地下洞室围岩和开挖边坡等的验收，并填写验收文件中的地质结论意见。!"#")对在施工开挖中新揭露的重要地质问题的补充勘察，应按)-!节中的有关内容执行。!"#"*施工地质应收集地基加固、防渗处理、边坡处理等施工资料及有关会议纪要、批文、通知等。—"()%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$%施工期间应建立施工地质日志，逐日记录与施工地质有关的主要事件。与业主、监理、设计、施工单位的往来函件，均应采用工作联系单的形式。!"#"$$施工地质应详细了解规划设计意图，与设计人员积极配合，做好服务工作。&病险水库除险加固工程勘察&"$一般规定&"$"$病险水库除险加固工程勘察宜分为病险水库安全鉴定勘察和病险水库除险加固设计勘察。除险加固设计勘察阶段应与设计阶段相适应。&"$"’病险水库除险加固工程勘察的主要任务是查明病险水库工程的水文地质、工程地质条件，分析地质病害产生的原因，对加固处理措施提出地质方面的建议；检查土石坝坝体填筑质量，提出有关地质参数。&"$"#病险水库除险加固工程勘察应充分利用和深入分析已有工程地质勘察资料、施工和运行期间有关监测资料。&"$"(对除险加固工程设计所需的天然建筑材料应进行详查。&"’安全鉴定勘察&"’"$安全鉴定勘察的对象和范围，应包括各建筑物地基及边坡、近坝库岸、地下工程围岩以及土石坝坝体等。&"’"’安全鉴定勘察的主要任务是：!全面复查影响工程安全的工程地质和水文地质条件，检查工程运行后地质条件的变化情况。"对坝基、岸坡的工程处理效果和土石坝坝体填筑质量作出地质评价。#初步查明工程区存在的地质病害及其危害程度，为工程安全鉴定分级提供地质资料。中小型水库病险类型划分应符合附录$的规定。%提出工程区的地震动参数。&"’"#土石坝工程安全鉴定勘察应包括下列内容：!土石坝坝体勘察内容应包括：!）调查坝体填筑土的物质组成、物理力学性质、渗透特性，软弱土体（层）及施工填筑形成的软弱接触带等的厚度和分布情况。评价填筑土的质量是否满足有关要求。"）调查坝体渗漏、开裂、沉陷、滑坡以及其他不良地质现象和隐患的分布位置、范围、特征及处理情况与效果。#）调查坝体浸润线，分布高程及其与库水位的关系，评价防渗体和反滤排水体的可靠性。"土石坝坝区勘察内容应包括：!）调查坝体与坝基接触部位的物质组成及其渗透特性，及坝体埋管、输水涵洞的渗漏情况。"）调查坝基、岸坡水文地质和工程地质条件，重点是调查坝基、坝肩渗漏情况，并对原—!%&!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准防渗效果及渗透稳定性进行初步评价。!）调查可溶岩坝基喀斯特发育情况及其对渗漏和坝基的影响。"）对湿陷性土层分布地区，调查坝基土体和运行水位浸润线以上的坝体的湿陷情况。#）调查溢洪道、两岸坝肩及近坝库区天然边坡和人工开挖边坡的稳定状况。!"#"$土石坝工程安全鉴定勘察方法应符合下列规定：$应收集已有地质、设计、施工和水库运行中各种监测、险情及病害处理等资料。%应按&’$(!)*—%))$复核工程区地震动参数。!应复核原地质图。如果无前期勘察资料，应进行工程地质测绘。比例尺可选用$：%)))+$：#))。测绘范围应包括整个枢纽布置区和近坝库区。"宜采用物探方法探测坝基、坝体隐患的位置和分布。#垂直和平行坝轴线应布置勘探剖面线，剖面线的数量和勘探点的间距可根据具体情况确定。*勘探剖面线上应有钻孔控制。坝轴线或防渗帷幕线上钻孔的深度应进入相对隔水层，其他剖面上的钻孔深度应进入坝基以下#+$),。-坝体或土基钻孔宜进行注水试验，基岩孔段应进行压水试验。(坝体填筑土应按坝体上游坡、下游坡分区取样进行室内物理力学性质和渗透性试验，每区试验组数不宜少于*组。坝基土层宜取样进行物理力学性质试验，每层试验组数不宜少于!组。.在地震动峰值加速度)/$0及以上地区，若坝基存在饱和无粘性土、少粘性土层，应进行标准贯人试验，必要时可进行剪切波速测试。!"#"%混凝土坝、砌石坝工程安全鉴定勘察应包括下列内容：$了解工程区水文地质和工程地质条件，及坝基、岸坡开挖和不良地质缺陷的处理情况。%调查坝基和绕坝渗漏的分布范围、渗漏量的动态变化及其与库水位的关系，检查原防渗体质量，初步分析渗漏的原因和可能的通道。!对可溶岩坝基的调查内容应符合-。%。!条%款!）项的规定。"调查混凝土与基岩接触状况，及对坝基、坝肩稳定不利的断层破碎带、软弱夹层等的分布情况。#调查两岸及近坝库区边坡的稳定状况。*调查地下洞室围岩稳定性和渗漏状况。!"#"&混凝土坝、砌石坝工程安全鉴定勘察方法除应按-/%/"条有关规定执行外，尚应符合下列规定：$宜根据工程区地形、地质条件，采用物探方法探测地质病害和隐患的空间分布及位置。%沿坝轴线应布置勘探剖面线，剖面线上的钻孔宜结合病害部位布置!+#个孔，孔深应进入相对隔水层或强喀斯特发育下限。!各钻孔在进入基岩后，应进行压（注）水试验。"对坝体与坝基接触部位，可根据需要取样进行室内物理力学性质试验。—$"*%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"!其他建筑物区安全鉴定勘察可结合各工程的实际情况，参照!"#"$条%!"#"&条有关内容执行。!"$除险加固设计勘察!"$"%除险加固设计勘察应在安全鉴定勘察的基础上，对土石坝坝体及其他有关地质问题进行详细勘察，主要任务是：’进一步调查、分析土石坝坝体病害的分布情况、类型及成因，评价其危害程度，提供坝体渗透和抗剪力学参数。#查明地质病害和隐患的部位、范围和类型，分析其产生的原因，为除险加固设计提供地质资料与建议。$进行天然建筑材料详查。!"$"#渗漏及渗透稳定勘察应包括下列内容：’土石坝坝体渗漏及渗透稳定应查明下列内容：’）坝体填筑土的颗粒组成、渗透性、分层填土的结合情况，填土中砂性土的位置、厚度及分层结合部位的渗透系数。#）防渗体的渗透性、有效性及新老防渗体之间的结合情况。$）反滤排水棱体的有效性，坝体浸润线分布，坝内埋管的完整性及管内渗漏特征。(）坝体下游坡渗水、渗漏的部位、特征、渗漏量的变化规律及渗透稳定性。)）坝体塌陷、裂缝及生物洞穴的分布位置、规模及延伸连通情况。&）坝体与山坡结合部位的物质组成、密实性和渗透特性。’坝（闸）基及坝肩渗漏及渗透稳定勘察应查明下列内容：’）坝基、坝肩施工期未作处理的第四纪松散堆积层、基岩风化层的厚度、性质、颗粒组成及渗透特性。#）坝基、坝肩断层破碎带、节理裂隙密集带的规模、产状、延续性和渗透性。$）可溶岩区主要漏水地段或主要通道的位置、形态和规模，两岸地下水位及其动态，地下水位低槽带与漏水点的关系。(）渗漏量与库水位的相关性。)）渗控工程的有效性和可靠性。&）输水涵洞的漏水情况。!）环境水对混凝土的腐蚀性。!"$"$渗漏及渗透稳定勘察方法应符合下列规定：’应收集、分析已有地质勘察、施工编录、运行期渗流观测的渗流量、两岸地下水位、坝体浸润线、坝基扬压力、幕后排水、库水位及前期防渗加固处理等资料。#工程地质测绘可在安全鉴定地质测绘的基础上进行补充修编。比例尺可选用’：’***%’：)**，测绘范围应包括与渗漏有关的地段。$宜采用电法、地质雷达、电磁波等物探方法探测坝体病害、喀斯特的空间分布、渗漏通道的位置及埋藏深度。(沿大坝防渗线和可能的渗漏通道部位应布置勘探剖面线，剖面线上应有钻孔控—’(&$— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准制，钻孔间距可根据渗漏特点确定。!防渗线上钻孔孔深应进入相对隔水层，喀斯特区钻孔应穿过喀斯特强烈发育带，其他部位的钻孔深度可根据具体情况确定。"防渗线上的钻孔应进行压（注）水试验。#喀斯特区必要时应进行连通试验，查明喀斯特洞穴与漏水点间的连通情况。$土石坝坝体应结合钻孔分层（区）取原状样进行室内物理力学和渗透试验。%喀斯特洞穴充填物应取样进行室内颗粒组成和渗透试验。&’检查、编录涵洞漏水点的位置、状况和漏水量。!"#"$建筑物及近坝库区不稳定边坡勘察应包括下列内容：&查明变形边坡、潜在不稳定边坡的边界条件、规模、地质结构和水文地质条件。(分析不稳定边坡形成原因，并对其失稳后可能对建筑物产生的影响作出评价和预测。)对处理措施和长期监测方案提出建议。!"#"%建筑物及近坝库区不稳定边坡勘察方法应符合下列规定：&应收集分析与边坡变形有关的资料。(工程地质测绘比例尺可选用&：(’’’*&：!’’。测绘范围应包括与边坡稳定性分析有关的地段。)勘探剖面线应平行和垂直滑移方向布置，并在安全鉴定阶段勘探的基础上补充钻孔，必要时可补充探硐或竖井。+剖面线上的钻孔间距!’*&’’,，孔深应进入稳定岩（土）体。!影响建筑物安全的规模较大滑坡体，应取滑带土样进行物理力学性质试验，必要时可进行现场抗剪试验。"可根据需要建立地表监测网（点）。!"#"&坝（闸）基及坝肩抗滑稳定勘察应包括下列内容：&查明地层岩性、地质构造，特别是缓倾角软弱夹层、缓倾角节理及其他不利结构面的产状、分布位置、性质、延伸长度、组合关系，确定可能滑动体的边界条件，提出滑动结构面的抗剪强度参数。(查明坝基（肩）水文地质条件和排水条件。)查明坝体与基岩接触面（带）特征。+调查冲刷坑及抗力体的状况。!"#"!坝（闸）基及坝肩抗滑稳定勘察方法应符合下列规定：&应收集分析施工期基础处理情况、冲刷坑现状、运行期各种观测资料。(工程地质测绘比例尺可选用&：!’’。测绘范围应包括与坝（闸）基、坝肩抗滑稳定分析有关的地段。)沿坝轴线及垂直坝轴线方向应布置勘探剖面线，剖面线上钻孔间距和位置应根据可能滑动面的分布情况确定。+钻孔应进入可能滑动面以下一定深度。!拱坝坝肩必要时可布置探硐。—&+"+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!可采用工程地质类比法确定滑面的物理力学参数，必要时取样试验。!"#"$地基沉陷与坝体变形勘察应包括下列内容："进一步调查土石坝填筑料的物质组成和密实度及填筑料的强度、变形等性能。#查明地基土层结构、性状，重点查明软土、粉细砂等不良土层的分布特征，可溶岩区喀斯特洞穴的分布、充填情况及埋藏深度。$查明坝区水文地质特征，特别是产生严重渗漏的具体位置。%调查地基处理情况，运行期坝体垂直、水平变位情况及变化规律。&查明坝体裂缝分布位置、开度、长度、深度、产状及形成原因。!查明土石坝迎水、背水坡滑坡位置、规模和特征，分析其产生的原因。’查明土石坝坝面塌陷变形的位置、规模、深度，形成原因及发生时间。(查明湿陷性土层的厚度、下限深度，确定湿陷系数、湿陷类型和湿陷等级。)调查坝基合拢口清基和旧坝的残留物等情况。"*调查有关地基沉陷和坝体变形的处理情况。!"#"%地基沉陷与坝体变形勘察方法应符合下列规定："应收集和分析已有的观测资料和应急处理资料。#应进行工程地质测绘，准确测定变形位置。地质测绘比例尺可选用"+&**,"+#**。$宜采用电法、面波探测等物探方法调查集中渗漏带、空洞、裂缝等的位置。%沿地基沉陷和坝体变形部位应布置勘探剖面线，剖面线上应有坑（槽）探、井探或钻孔控制，勘探点的间距和深度可根据具体情况确定。&应取样进行室内物理力学性质试验。!"#"&’溢洪道地基抗滑稳定、边坡及泄流冲刷段边坡稳定问题的勘察内容和方法可参照’，$-%条,’-$-’条有关内容执行。(天然建筑材料勘察$"&一般规定$"&"&天然建筑材料勘察工作应按勘察任务书进行。勘察任务书中应明确设计阶段、勘察精度，所需建材种类、数量和特殊要求。$"&"(天然建筑材料勘察宜按./#&"—#***执行。根据中小型工程特点和料场的具体条件，对./#&"中的某些技术要求可适当简化。$，&"#当天然建筑材料影响基本坝型时，应在可行性研究阶段的工程地质勘察中进行详查。$"&")对外购天然建筑材料的质量，应进行检验复核。$"(勘察方法$"("&应收集已开采天然建筑材料料场资料。如继续采用该料场天然建筑材料，应—"%!&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准进行复核。!"#"#天然建筑材料的勘察应由近到远，先测绘后勘探，综合利用各种勘探手段。!"#"$产地的勘探、取样和试验，除应执行!"#$%—#&&&中规定的内容外，宜根据中小型工程的特点、具体地质条件和设计要求进行适当调整，并应符合下列规定：%选定的块石料产地经经验判断，岩石强度及质量指标远超过设计要求时，可用工程地质类比法提供岩石物理力学性质参数。构造简单、岩性单一、岩相稳定、裸露地表且风化轻微的产地，勘探网点布置可适当简化。在强风化石料产地或被覆盖的强喀斯特发育区石料勘察时，应适当加密勘探网点。#对分布广、表面覆盖少、有用层厚且稳定的砂、砾料产地，经普查判断，储量远超过设计要求时，勘探网点布置可适当简化，若质量亦符合要求且较为稳定时，取样试验工作可适当减少，但每一料场取样不应少于’组。’当土料的需要量不多，而料场储量丰富且经普查类比其质量符合要求时，勘探取样和试验工作可适当减少。(根据需要，对砾质土料、基岩全风化土料、开挖弃碴料等建筑材料的勘察，应按专门编制的任务书进行。!"#"%应收集外购天然建筑材料质量检验资料，必要时进行勘探检验，并对供料情况进行调查。!"#"&有关天然建筑材料的储量、质量、开采运输条件等问题，应在各阶段工程地质勘察报告中论述，并附有关图件。当天然建筑材料复杂或其问题成为影响坝型选择的关键时，应编制专门的天然建筑材料勘察报告，报告编写和成果整理应按!"#$%—#&&&的规定执行。’勘察成果’"(一般规定’"("(各阶段工程地质勘察和病险水库除险加固工程勘察工作结束后，应提交工程地质勘察报告，必要时应提交专题研究报告。施工地质工作结束后，应提交竣工地质报告。’"("#工程地质勘察报告应由正文、附图和附件三部分组成。%正文应全面论述本阶段勘察工作获取的各项成果，依据地质条件和试验资料进行综合分析，并针对建筑物的特点进行工程地质评价，做到文字简练、条理清晰、重点突出、论证有据、结论明确。#附图宜按!)*’的规定执行，要求图面准确、内容实用、数据可靠、图文相符。’附件是报告重要内容的补充文件，应准确、清楚。’"("$竣工地质报告应详尽阐述施工中揭露的地质现象、遇到的地质问题、处理情况及结论意见。对施工期重要的有关技术文件、影像资料和施工记录等，可作为竣工地质报告附件。—%(++— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$各阶段工程地质勘察报告、病险水库除险加固工程勘察报告的主要附件，应符合附录!的规定。!"#"%各阶段工程地质勘察和病险水库除险加固工程勘察工作完成后，勘察报告正文、附图、附件的纸质文件和电子文件及各种原始资料应按有关规定归档。!"&工程地质勘察报告!"&"#规划阶段工程地质勘察报告应包括下列内容："绪言应包括规划意图和方案、规划河流（段）自然地理概况、以往地质研究程度和本阶段完成的勘察工作量等。#规划河流（段）或地区区域地质概况应包括地形地貌、地层岩性、地质构造、地震和水文地质条件等。$各规划梯级（方案）的工程地质条件可按水库区、坝（闸）址（段）、引水线路、排水线路等章节依次叙述。规划梯级可简述，近期开发工程应包括下列内容："）水库区基本地质条件和对渗漏、岸坡稳定等主要工程地质问题的初步评价。#）坝（闸）址（段）的地质概况、水文地质条件、主要工程地质条件和问题的初步分析与评价。$）引水、排水线路沿线基本地质条件、线路上主要建筑物区工程地质条件的初步分析。%规划河流（段）或地区各规划梯级（方案）天然建筑材料简述。&结论应包括对规划方案和近期开发工程选择提出地质评价与建议、对下阶段勘察工作提出意见等。!"&"&可行性研究阶段工程地质勘察报告应包括下列内容："绪言应包括工程概况和设计主要指标：勘察工作过程、方法、内容，完成的主要工作量等。#区域地质和水库区工程地质条件应包括地形地貌、地层岩性、地质构造、物理地质现象、水文地质条件等。在论述地质构造时，应指出区域断层的活动性、地震活动性及地震动参数；评价水库区工程地质条件时，应指出存在的主要工程地质问题。$各建筑物区工程地质条件应分别论述各比较坝（闸）址的工程地质条件及坝址选择意见。其他建筑物区的工程地质条件，按溢洪道、地面厂（站）址、地下洞室、引水线路、排水线路等分别论述各比较方案的地质概况、主要工程地质问题和方案选择意见。%移民迁建新址地质条件应简述新址区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件及不良地质现象等，初步评价新址区生活用水水源、水质、各类地质灾害发生的可能性及其危害性。&天然建筑材料应包括勘察任务，各料场的基本情况和储量、质量，及开采和运输条件等。’结论和建议应包括区域构造稳定和水库区工程地质条件的评价、各建筑物区基本地质特点和主要工程地质条件的评价、下阶段勘察工作重点的建议等。!"&"’初步设计阶段工程地质勘察报告应包括下列内容："绪言应包括工程位置和设计主要指标、主要建筑物布置方案，可行性研究阶段勘—"%’(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准察的主要结论和审查意见，本阶段的勘察任务、勘察工作概况和完成的勘察工作量等。!水库区工程地质条件应包括水库区的地质概况和主要地质问题，对水库区的工程地质条件作出评价等。"各建筑物区的工程地质条件应包括下列内容：#）坝（闸）址工程地质条件应包括选定坝（闸）址的工程地质条件及各比较坝（闸）线主要工程地质问题，分问题依次进行论述，包括工程地质评价、主要勘察结论以及处理措施建议等，并对坝线、坝型、枢纽布置的建议等进行总结性的评价。!）溢洪道的工程地质条件、主要工程地质问题的评价及处理措施建议。"）地面厂（站）址工程地质条件、主要工程地质问题的评价及处理措施建议。$）地下洞室的地质概况，围岩工程地质条件分类、分段和主要工程地质问题评价及处理措施建议。%）引水、排水线路工程地质分段及说明，线路上建筑物区的工程地质条件和主要工程地质问题评价及处理措施建议。&）其他附属建筑物区、临时建筑物区工程地质条件和主要工程地质问题评价及处理措施建议。$水库移民迁建新址的地形、地质条件、主要物理地质现象和存在的主要环境地质问题，进行建筑适宜程度分区，并对场址的稳定性作出评价。%天然建筑材料应分述各料场勘探和取样情况、储量和质量评价及开采、运输条件等。&结论和建议应包括水库区主要工程地质问题评价、各建筑物区的主要工程地质问题评价及处理措施建议、下阶段勘察工作重点的建议。!"#"$竣工地质报告应包括下列内容：#绪言应包括工程概况，前期勘察过程、主要工程地质问题及工程地质结论，施工地质：工作起止时间、工作项目及完成工作量等。!水库区工程地质条件应包括水库区地质概况，水库渗漏、边坡、淹没及浸没防护、地质灾害防治的施工处理情况等。"建筑物区主要工程地质条件应包括各建筑场地施工揭露的实际工程地质条件、主要工程地质问题的处理措施及评价、地质参数的最终采用情况等。$天然建筑材料应包括天然建筑材料的前期勘察结论，施工开采的实际料场、开采方法、质量、储量等。%监测和观测资料应包括施工期岩土体变形监测的内容、方法及资料分析，水文地质的观测情况和成果分析等。&结论及建议应包括对各建筑场地的工程地质条件、施工处理措施和质量作概括性的评价，对工程运行期长期监测和观测工作提出建议等。!"#"%病险水库安全鉴定工程地质勘察报告应包括下列内容：#绪言应包括工程位置和设计主要指标、主要建筑物布置方案，工程运行中出现的问题，历次除险加固情况，前期和本阶段勘察工作概况及完成工作量等。!病险水库区地质概况应包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件及地震—#$&’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准动参数等。!建筑物区工程地质条件及评价应包括地基的工程地质条件及主要工程地质问题等，土石坝尚应包括填土质量和存在的问题等。"结论和建议。!"#"$病险水库除险加固设计工程地质勘察报告应包括下列内容：#绪言应包括工程概况、主要病险情况、除险加固任务和要求、完成的主要工作项目与工作量等。$病险水库区地质概况应包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件及地震动参数等。!土石坝坝体质量评价应包括坝体填筑质量，对沉陷、裂缝、滑塌、渗漏等病险原因进行分析论证，对加固措施提出建议等。"病险工程地质条件及评价应包括地质概况，存在的地质病险类型、病险部位、危害程度及产生原因，对处理措施提出建议等。%天然建筑材料应包括除险加固拟用的各类天然建筑材料的质量、储量及开采运输条件的评价，原料场的开采使用情况，可利用方量等。&结论与建议。—#"&’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!围岩工程地质分类!"#"$中小型水利水电工程围岩工程地质分类应符合表!"#"$的规定。表!"#"$围岩工程地质分类围岩围岩稳定毛洞自稳能力围岩主要工程地质特征支护类型类别程度和变形坚硬岩，新鲜一微风化，层状岩为巨厚成型好，可长期稳层，且层间结合牢固，岩体呈整体一块状定，偶有掉块，深埋不支护或!稳定结构，强度高、完整，节理裂隙不发育，无或高应力区可能有随机锚杆不利结构面组合和明显地下水出露岩爆坚硬岩，微风化块状或中、厚层状，岩体强度高，较完整，结构面粗糙，层间结合良好，结构面无不稳定组合及软弱夹层，地下水活动轻微，洞线与主要结构面走向夹角：大于%#&一般不支基本稳定，围岩整护，部分喷混体能维持较长时间凝土结合锚"基本稳定稳定，局部可能有掉杆加固，遇平块，平缓岩层或裂隙缓岩层拱顶顶部：易局部坍落需及时支护中硬岩，微风化，岩体呈整体结构或厚层状，岩体较完整，无不利结构面组合，节理裂隙较发育，无软弱夹层，地下水。活动轻微，洞线与主要结构面走向夹角大于’(&，岩层倾角大于’(&—$’)#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准围岩围岩稳定毛洞自稳能力围岩主要工程地质特征支护类型类别程度和变形坚硬岩，薄层状，微风化夹弱风化，无软弱夹层，受构造影响严重，节理裂隙发育，岩体完整性差，裂面有夹泥或泥膜，层间结合差，地下水活动轻微，洞线与主要结构面走向夹角大于!"#，岩层倾角大于$%#坚硬岩为主，夹中硬岩或较软岩，或呈互层状，微风化夹较多弱风化岩，受构造影响节理裂隙发育，有贯穿性软弱结构面围岩稳定受软弱或局部存在不利组合，岩体完整性差，呈结构面，组合控制，块状结构，地下水活动中等，沿裂隙面或可发生小&中等坍软弱结构面有大量滴水或线流，洞线与主落，毛洞短时间内可喷混凝土要结构面走向夹角大于!"#局部稳稳定。完整的较软或喷锚支护，!定性差岩，稳定性较好，但拱顶系统锚中硬岩，微风化夹弱风化火成岩、变质强度不足，局部会产杆岩，中厚层沉积岩，岩体完整性差，节理裂生塑性变形或小&隙发育，有贯穿性软弱结构面，地下水活中等坍落，可短期稳动中等，沿裂隙面或软弱结构面有大量滴定水或线流，洞线与主要结构面走向交角大于$%#较软岩，微风化，岩性均一，巨厚层状，无软弱夹层，岩体完整，节理裂隙不发育，闭合无充填，无控制性软弱结构面，岩体抗风化能力低，暴露大气和湿水后，强度降低较快，地下水活动轻微，洞线与岩层走向夹角大于$%#—’!(’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准围岩围岩稳定毛洞自稳能力围岩主要工程地质特征支护类型类别程度和变形坚硬岩与软岩互层，弱风化夹强风化，节理裂隙发育，岩体较破碎，层面和其他结构面易构成不稳定块体或存在不利结构面组合，地下水活动强烈，洞线与主要围岩自稳时间很结构面走向夹角及岩层倾角均小于!"#开挖后需短，拱顶常有坍落，及时支护，喷边墙也有失稳现象，中硬岩，薄层状，弱风化带夹软弱夹层，锚挂网，必要时间效应明显，可能!不稳定岩体节理裂隙发育，破碎，局部夹泥，层间时可全部衬产生较大的变形破结合差，地下水活动中等，洞线与岩层走砌或设钢拱坏，软岩流变显著，向夹角及岩层倾角均小于!"#架，需注意施可产生较大的塑性工期安全变形较软岩或软岩，弱风化为主，节理裂隙较发育，层间错动常见，多为软弱面与其他结构面形成不利组合，地下水活动轻微，洞线与岩层走向夹角大于!"#中硬岩，强风化，岩体破碎，受地质构造影响，节理裂隙很发育，无规则，且张开夹泥，咬合力差，呈不规则碎裂块体状，地下水活动中等，洞线与结构面夹角小于!"#，倾角平缓难于自稳，边墙、成洞条件较软岩或软岩，弱风化夹强风化，岩体拱顶极易坍塌变形，差，开挖需支破碎，受地质构造影响，节理裂隙发育，多"极不稳定张开有泥，有软弱夹层和顺层错动带，有经常是边挖边塌，甚护紧跟或超至出现冒顶和地面前支护，全断大量临空切割体，地下水活动中等$强下陷，变形破坏严重面衬砌烈，加速岩体风化和降低结构面抗剪强度，洞线与结构面夹角大于!"#，岩层倾角小于!"#全风化，多呈松散碎石土状不均一散体结构，地下水活动中等一强烈—(’&%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$围岩工程地质分类中有关岩石强度、层状岩石单层厚度、岩体完整程度、节理裂隙发育程度及地下水活动程度的划分应符合下列规定：!岩石强度的划分应符合表"#$#%&!的规定。表"#$#%&!岩质分类与岩石强度分级单轴饱和抗岩体纵波点荷载强度岩体回弹仪岩石强度岩质分类压强度!’波速值"+#/测试值分级（()*）（,-./）（()*）$坚硬岩0$!!’12"+32#/0$2$硬质岩中硬岩4$2!’!0$52"+!152#/!3412$!0$较软岩!12!’!4$42"+!5!2#/!5%$2$!41软质岩软岩12!’!!1%2"+!4#/2!$!%$%层状岩石单层厚度的划分应符合表%#$#%&%的规定。表%#$#%&%层状岩石单层厚度分级"""层状岩石分级单层厚度&（6-）层状岩石分级单层厚度&（6-）"""巨厚层!$$!&薄层1!&2%$"""厚层1$!&2!$$极薄层&21"""中厚层%$!&21$4岩体完整程度的划分应符合表%#$#%&4的规定。表%#$#%&4岩体完整程度分级岩体完整完整较完整完整性差较破碎破碎程度完整性系$#112’7$#412$#!12’7$#812’7数’7!$，？1’7!$#11’7!$#41!$#!15节理裂隙发育程度的划分应符合表"#$#%&5的规定。表"#$#%&5节理裂隙发育程度分级节理间距(节理裂隙发育程度节理特征（-）规则裂隙少于%组，延伸长度小于4-，多闭合，无充不发育%!(填规则裂隙%94组，一般延伸长度小于!$-，多闭合，较发育$#1!(2%#$无充填，或有少量方解石脉或岩屑充填—!584— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准节理间距!节理裂隙发育程度节理特征（!）一般规则裂隙多于’组，延伸长短不均，多超过发育"#$!!%"#&$"!，多张开、夹泥一般规则裂隙多于’组，并有很多不规则裂隙，杂很发育!%"#$乱无序，多张开、夹泥，并有延伸较长的大裂隙&地下水活动程度的划分应符合表"#"#()&的规定。表*#"#()&地下水活动程度分级地下水活动程度地下水活动状态无洞室位于地下水位以上，施工时岩壁干燥或局部潮湿轻微洞室临近地下水位，施工时沿岩体结构面有渗水或滴水洞室位于地下水位以下，外水压力水头小于$"!，岩体透水性和富水性较差，中等施工时沿裂隙破碎结构面有大量滴水线状流水外水压力水头$"+$""!，岩体透水性与甯水性较好，施工时岩溶裂隙管道、较强烈断层破碎带向斜蓄水构造有线状流水线大量突水强烈外水压力水头大于$""!，施工时沿岩端管道、大断层破碎带大量涌水!"#"$各类围岩主要物理力学参数可按表*#"。’选用。!"#"%本围岩工程地质分类适用于中小型水利水电工程直径小于&!的洞室，不适用于高地应力区、山体不稳定区、埋深小于(倍洞径的地下洞室和土质洞；室。直径大于&!的洞室可按,-&"(./执行。表*#"#’各类围岩主要物理力学参数密度内摩擦角凝聚力变形模量单位弹性抗力系数围岩泊松比!"$%&（"34512!）类别!（012!’）（#）（345）（,45）有压洞无压洞$""%&"("%&""(#/!!6&%"’#&%$("#"%%#%"#$/!(""!&"(#&!!6"%"$#/%$$"#"%%"#$/!#&"%&"$&%&"#%(#/!6&!’#&!("#"%"#(’!$""!("(#’!!’&%""#6%$&#"%%"#(’!#("%&"&%&"$%(#&!6"!$#/!$"#"%"#(7!&"!$&(#$!!’"%""#$%$"#&%%"#(7!#&%&"$%&"%%(#’!’&!"#6!&#"%"#’&!("!&&!%(#$"!’"$!"#$%!"#&"#’&!#&"!&&"!$—$6/6— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!边坡工程地质分类!"#"$边坡工程地质一般性分类应符合表!"#"$的规定。表!"#"$边坡一般性分类分类依据分类名称分类特征说明自然边坡未经人工改造的边坡与工程关系工程边坡经人工改造的边坡岩质边坡由岩石组成的边坡岩性土质边坡由土层组成的边坡岩土混合边坡部分由岩石部分由土层组成的边坡未变形边坡边坡岩（土）体未发生变形位移变形情况变形边坡边坡岩（土）体曾发生或正在发生变形位移缓坡!!$#"斜坡$#"%#%&#"陡坡&#"%!%’("边坡坡度!峻坡’("%!%)("悬坡)("%!!*#"倒坡*#"%!超高边坡$(#!$工程边坡高度高边坡(#!$!$(#$（+）中边坡,#!$%(#低边坡,#%$特大型滑坡$###-$#’!%失稳边坡体积大型滑坡$##-&#’!%!$###-$#’%（+&）中型滑坡$#-$#’’!%!$##-$#小型滑坡%%$#-$#’!"#"%岩质边坡分类应符合表!"#",的规定。—$’.(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#"$岩质边坡分类（按岩体结构）边坡影响稳定的可能主要变与水利水电处理原则与主要特征类型主要因素形破坏形式工程关系方法建议%"对可能产一般较稳定。生局部崩塌的但应注意不利岩体可采用锚节理组合，分析固处理以松弛张裂由岩浆岩或%"节理裂隙局部塌滑的可$"对可能引结构变形为主，常有巨厚层沉积岩的切割状况及能性；当有卸荷起渗漏的卸荷岩质卸荷裂隙分布，组成，岩性相对充填物情况裂隙分布时，注裂隙做灌浆防边坡有时出现局部较均一$"风化特征意边坡上输水渗处理崩塌建筑物漏水引&"作好边坡起边坡局部失排水，防止裂隙稳充水引起边坡局部失稳层面因施工开挖常被切断，%"防止沿软%"岩层倾角若岩层中有软层状由坚硬层状%"顺层滑动弱层面滑动大小弱夹层，易产生同向岩石组成，坡面$"因坡脚软$"局部锚固$"层面抗剪顺层滑动；某些缓倾与层面同向，坡弱导致上部张&"挖除软层强度红层地区常沿结构角大于岩层倾裂变形或蠕变并回填处理&"节理发育缓倾角泥岩夹岩质角，岩层层面被&"沿软弱夹’"采用支挡特征及充填物层产生蠕滑，雨边坡坡面切断层蠕滑工程防滑情况后更易滑动；不("作好排水利于建筑物边坡稳定%"开挖坡角%"节理裂隙不应大于岩层特别是缓倾角一般较稳定，层状由坚硬层状倾角，勿切断坡节理发育情况但在薄层岩层同向岩石组成，坡面%"表层岩层脚岩层，坡高时及充填物情况和有较多软弱陡倾与层面同向，坡蠕滑弯曲、倾倒应设置马道$"软弱夹层夹层分布地区，结构角小于岩层倾$"局部崩塌$"注意查明发育状况施工开挖可能岩质角，岩层层面未&"滑动节理分布特征，&"裂隙水作诱发边坡倾倒边坡被坡面切断分析有无不利用蠕变抗滑的组合结’"振动构面—%’*)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准边坡影响稳定的可能主要变与水利水电处理原则与主要特征类型主要因素形破坏形式工程关系方法建议!"节理裂隙!"蠕变倾倒、一般较稳定，分布特征!"注意查明层状松动变形但在薄层岩层#"岩性及软节理裂隙发育反向由层状岩石#"坡脚有软或有较多软弱弱夹层分布状特征，适当削坡结构组成，坡面与层层分布时上部夹层分布地区，况防止局部崩塌、岩质面反向张裂变形施工开挖可能$"地下水、地滑动边坡$"局部崩塌、诱发边坡倾倒应力及风化特#"局部锚固滑动蠕变征注意查明节层状由层状岩石理裂隙产状，分斜向组成，岩石走向!"崩塌析产生楔状滑结构与坡面走向呈一般较稳定#"楔状滑动动的可能性，必岩质一定夹角节理要时适当清除边坡裂隙发育特征或锚固!"岩体破碎!"适当清除，程度易局部崩塌，碎裂不规则的节合理选择稳定#"节理裂隙影响建筑物安结构理裂隙强烈发!"崩塌坡角发育特征全；透水；不利岩质育的坚硬岩石#"坍滑#"表部喷锚$"裂隙水作坝肩稳定及承边坡边坡保护用受荷载$"作好排水%"振动!"#"$土质边坡分类应符合表&"’"$的规定。表&"’"$土质边坡分类（按土壤性质）边坡影响稳定的可能主要变与水利水电处理原则与主要特征类型主要因素形破坏形式工程关系方法建议以粘粒为主，!"裂隙性粘一般干时坚硬，土常沿光滑裂作为水库或遇水膨胀崩解。隙面形成滑面，渠道边坡：因蓄某些粘土具大!"矿物成分，含膨胀性亲水水、输水可能引!"防水、排水孔隙性（山西南特别是亲水、膨矿物粘土易产起部分粘土边#"削坡压脚部）；某些粘土胀、溶滤性矿物生滑坡，巨厚层坡变形滑动，注$"对冻融剥粘性土甚坚固（南方网含量半成岩粘土高意库岸大范围落边坡：植草或边坡纹红土）；某些#"节理裂隙边坡，因坡脚蠕粘土边坡滑动护砌覆盖，坡体粘土呈半成岩的发育状况变可导致高速带来不利影响；内排水，保持坡状，但含可溶盐$"水的作用滑坡寒冷地区工程面干燥量高（黄河上%"冻融作用#"因冻融产边坡因冻融剥游）；某些粘土生剥落落而破坏具水平层理（淮$"坍塌河下游）—!%((— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准边坡影响稳定的可能主要变与水利水电处理原则与主要特征类型主要因素形破坏形式工程关系方法建议在高地震烈!"饱和均质度区的渠道边以砂粒为主，!"颗粒成分砂性土边坡，在坡或其他建筑!"排水结构较疏松，凝及均匀程度振动力作用下，物边坡，地震时#"削坡压脚聚力低为其特#"含水情况砂性土易产生液化滑产生液化滑坡，$"预先采取点，透水性较$"振动边坡坡机械震动也可振冲加密、封闭大，包括厚层全%"外水及地#"管涌、流土能出现局部滑措施，并注意排风化花岗岩残下水作用$"坍塌和剥坡。基坑排水水积层&"密实程度落时易出现管涌、流土渠道边坡，因通水可能出现以粉粒为主、滑坡；库岸边坡质地均一。一因库水浸泡可!"防水、排般含钙量高，无主要是水的!"崩塌能坍岸或滑动；水，尽可能避免层理，但柱状节作用，因水湿#"张裂黄土塬上灌溉输水建筑物漏黄土理发育，天然含陷，或水对边坡$"湿陷使地下水位抬水边坡水量低，干时坚浸泡，水下渗使%"高或超高高，可出现黄土#"合理削坡硬，部分黄土遇下垫隔水粘土边坡可能出现湿陷，谷坡开裂$"对坍岸、古水湿陷，有些呈层泥化等高速滑坡崩塌，半成岩黄滑坡作好监测固结状，有时呈土区深切河谷及预测多元结构可出现高速滑坡；因湿化引起古滑坡复活渠道通过软!"土性软弱以淤泥、泥土地区因塑流（低抗剪强度高!"滑坡!"彻底清除炭、淤泥质土等变形而不能成软土压缩性塑流变#"塑流变形#"避开抗剪强度极低形，坡脚有软土边坡形特性）$"坍滑、边坡$"反压回填的土为主，塑流层时，因软土流#"外力作用、难以成形%"排水固结变形严重变挤出使边坡振动坐塌—!%(’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准边坡影响稳定的可能主要变与水利水电处理原则与主要特征类型主要因素形破坏形式工程关系方法建议!"尽可能不改变土体含水具有特殊物条件边坡开挖后理力学特性，因#"预留保护因自然条件变膨胀土富含蒙脱石等!"干湿变化!"浅层滑坡层，开挖后速盖化、表层膨胀、边坡易膨胀矿物，内#"水的作用#"浅层崩解压保湿崩解引起连续摩擦角很小，干$"注意选择滑动或坍塌湿效应明显稳定坡角%"加强排水，砌护封闭!"尽量不用属中塑性土分散性土作地及粉质粘土类，!"低含盐量基和建筑材料含一定量钠蒙环境水!"冲蚀孔洞、堤坝和渠道#"全封闭，使脱石，易被水冲#"孔隙水溶孔道分散边坡在施工和土水隔离蚀，尤其遇低含液中钠离子含#"管涌、崩陷性土运行中随机发$"设置反滤盐量水，表面土量较高，介质高和溶蚀孔洞边坡生变形破坏或%"改土，如掺粒依次脱落，呈碱性$"坍滑、崩塌有潜在危机石灰等悬液或土粒被$"土体裸露，和滑坡&"改善工程流动的水带走，水土接触环境水，增大其迅速分散含盐量因施工切挖!"合理选择由坚硬岩石!"粘土颗粒导致局部坍塌，稳定坡角碎块和砂土颗的含量及分布作为库岸边坡#"加强边坡粒或砾质土组特征碎石土!"土体滑坡因水库蓄水可排水，防止人为成的边坡，可分#"坡体含水边坡#"坍塌导致局部坍滑向坡体注水为堆积、残坡积情况或上部坡体开$"库岸重要混合结构、多元$"下伏基岩裂，库水骤降易地段蓄水期应结构面产状引起滑坡进行监测!"合理选择!"土层沿下叠置型岩土边坡上部为稳定坡角!"下伏基岩伏基岩面滑动混合边坡基岩土层、下部为岩#"加强边坡面产状#"土层局部面与边坡同向岩土混层，或上部为岩排水，防止人为#"水对土层坍滑且倾角较大时，合边坡层、下部为土层向坡体注水浸泡，水渗入土$"上部岩体蓄水、暴雨后或（全风化岩石），$"库岸重要体沿土层蠕动或振动时易沿基多层叠置地段蓄水期应错落岩面产生滑动进行监测’!"!#变形边坡分类应符合表’"("%的规定。—!%*)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!"#"$变形边坡分类（按变形特形）变形边坡分类示意剖面主要特征影响稳定的主要因素与水利水电工程关系处理原则与方法建议类型名称粘土干时坚硬，遇水粘性崩解膨胀，不易排水，连土滑续降雨或遇水湿化可使坡强度降低，易滑垂直裂隙发育，易透水湿陷，黄土塬边或峡%"水的作用：暴黄土谷高陡边坡的滑坡规模雨浸水，人为注水，滑坡区不宜布置%"注意开挖方式滑坡较大，当有粘土夹层时，排水不畅建筑物，滑坡对渠道和程序滑动土质连续大雨后易滑&"振动：地震、爆边坡稳定不利；注意&"坡面及坡体排变形滑坡破丘陵峡谷库区移民水透水性强，当有饱和砂性’"开挖方式不后靠区蓄水后出现’"支挡结构如抗砂层时，因振动可能产土滑当：切脚，头部堆载，滑动滑桩等生液化滑坡，因暴雨排坡先下后上开挖水不畅而滑动土石混杂，结构较松碎石散，易透水，多为坡残积土滑层，常沿基岩接触面滑坡动滑体形态主要受软岩强度控制，滑面%"岩石强度滑坡规模一般较%"避开均质常呈弧形、切层，与&"水的作用大，条件恶化后可能&"清除或部分清软岩软弱结构面不一定’"边坡坡度和高复活，滑坡区不宜布除滑坡吻合，特别是大型滑度置建筑物’"排水坡%"软弱夹层或顺%"清除或部分清一般沿岩层层面层面抗剪强度作为建筑物边坡除顺层产生的滑坡，滑体形&"淘蚀切脚，开危及建筑物安全，不&"排水滑坡态主要受岩层层面挖不当宜作渠道边坡’"规模小时支挡控制’"水的作用或锚固滑动岩质变形滑坡%"节理切割状况%"清除或部分清滑面切过层面，滑&"岩体强度除切层不宜做渠道或其体形态受几组节理’"水的作用&"排水滑坡他建筑物边坡裂隙的控制$"缓倾结构面及’"规模小时支挡软弱夹层或锚固节理裂隙密集发%"节理裂隙切割破碎透水强烈不利于%"削坡清除育，滑面产生于破碎状况岩石坝肩防渗，不宜做渠&"排水岩体中，滑面形态受&"岩体强度滑坡道边坡’"规模小时支挡破碎岩体强度控制’"水的作用—%$(#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准变形边坡分类示意剖面主要特征影响稳定的主要因素与水利水电工程关系处理原则与方法建议类型名称岩体向外倾倒，层!"自上而下清倾倒序未乱，但岩体松除，开挖坡角不宜大!"开挖切脚对抗渗不利，沉陷型蠕动，裂隙发育，层间于自然坡角#"振动变形大，不利于承受动变相对错动，倾倒幅度#"坡面和坡体排$"充水并排水不工程荷载，开挖切脚形边向深部逐渐变小，边水防渗畅常引起连续坍塌坡坡表部有时出现反$"变形速度快坎者，应留开挖保护层对抗渗承载不利，!"维持原状不予松动岩层层序扰动，开挖切脚常引起连扰动，保持自然稳定型蠕岩块松动架空，与下!"开挖切脚续坍塌，库岸大范围#"坡面及坡体排蠕动岩质动变部完整岩层无明显#"振动松动体蓄水后可能水变形边坡形边完整界面，多系倾倒$"充水并排水不变形，不宜做大坝接$"自上而下清坡型进一步发展而成畅头、洞脸、渠道和建除，开挖坡角不宜大筑物边坡于自然坡角多出现于塑性薄扭曲!"岩石流变效应局部顺层滑动或!"削坡清除，开层岩层，岩层向坡外型蠕#"水的作用缓慢扭曲变形，影响挖坡角应适当挠曲，很少折裂（注动变$"振动建筑物安全，除表层#"预留开挖保护意和构造变形相区形边%"开挖卸荷及开外，一般透水不甚强层别），有层间错动，但坡挖方式不当烈$"局部锚固张裂隙不显著塑流切脚后边坡缓慢!"坡面及坡体排!"塑性层因水的型蠕脆性岩体沿下垫滑动或局部坍塌，影水岩质作用进一步泥化动变塑性软弱夹层缓慢响建筑物安全，作为#"局部锚固边坡#"软层的流变效形边流动，或挤入软层中渠道及水库边坡易$"沿塑流层将上应坡于滑动部岩体清除蠕动变形因土层塑性蠕变、流动导致上部土体!"水的作用!"按稳定坡角开土层遇水、遇振动易发开裂、倾倒或沿蠕变#"坡脚或坡体内挖土质蠕动展成滑坡，不宜作渠层带产生微量位移，&层遇水软化流变#"清除边坡变形道或其他建筑物边严重者可发展成滑$"长期重力作用$"坡面及坡体排边坡坡坡或坍滑，常为滑动下坡体土层流变水变形前兆!"防止坡脚垫层岩体向坡外张裂，!"坡脚软垫层进被进一步软化和人但未发生剪切位移一步软化或被淘蚀强烈透水对坝肩为破坏或崩落滚动：有微量张裂架空防渗不利；垂直于裂#"控制爆破规模张裂岩质角变位，多发生于厚变形#"振动缝的变形大，不利于和方法变形边坡层或块状坚硬岩石边坡$"暴雨、排水不拱坝坝肩承压；崩塌$"固结灌浆或锚中，特别当坡角有软畅岩体失稳造成灾害固弱层（如煤层、断层%"应力释放%"必要时爆破减破碎带）分布时载—!%’!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准变形边坡分类示意剖面主要特征影响稳定的主要因素与水利水电工程关系处理原则与方法建议类型名称!"风化作用、冰!"清除危岩，保陡坡地段，上部岩冻膨胀变形破坏急剧影护建筑物岩崩塌（土）体突然脱离母#"暴雨、排水不响施工建筑安全；堆#"局部锚固、支崩塌（土）变形岩翻滚或坠落坡脚，畅积物疏松，强烈透挡变形质边边坡坡脚常堆积岩土块$"振动水，对防渗不利；堆$"用堆积物作地坡堆积体%"坡脚被淘蚀软积物不均沉陷变形基时，需进行特殊防化渗加固处理边坡岩（土）体解!"塑流层蠕变体坐塌，并伴随局部岩#"暴雨、排水不堆积物疏松，透水!"坡面防渗，坡坍滑或整体滑动，滑面多坍滑（土）畅性大，易不均匀沉陷体排水变形不平整，局部可能崩变形质边$"振动变形，浸水后局部可#"清除边坡塌，为滑动、崩塌、蠕坡%"不利的岩性组能继续滑动$"局部支挡变松动等复合型变合和结构面形边坡高寒地区粘性土边坡因冻融作用表岩!"护砌植草或坡剥落层剥落，南方硬质粘!"冻融作用使渠道或其他工剥落（土）面覆盖变形土边坡因干湿效应#"干湿效应程边坡表部疏松解变形质边#"排水边坡而剥落，强风化泥质$"风化体，增加维护困难坡$"预留保护层岩层剥落，影响不深，但可连续剥落附录&软弱夹层工程地质分类表&软弱夹层工程地质分类抗剪强度参考值抗剪断强度参考值粘粒软弱夹含量基本特征摩擦系数凝聚力"摩擦系数凝聚力"#层类型（’）!（()*）!#（()*）薄层软弱岩层因构造挤压、错动而破碎，破碎夹层+"%,-!+"+,+-$+"%,-!#+"!++-$#极少碎块形成层间骨架，碎（岩块岩屑型）!+",+!+"!,+!+",,!+"#,+块间很少有泥质物，碎块多成序排列以碎块、岩屑为主，破碎夹泥层!在碎块骨架间填有少+"$,-!+"+#,-$+"$,-!#+"+,+-$#-!+（岩屑夹泥型）量泥浆或次生泥质物，!+"%,!+"+,+!+"%,!+"!++厚度常有变化—!%.#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准抗剪强度参考值抗剪断强度参考值粘粒软弱夹含量基本特征摩擦系数凝聚力"摩擦系数凝聚力"#层类型（!）!（"#$）!#（"#$）碎块岩屑间填充泥破碎夹泥层!质物较多，呈泥包碎块&)*+,!&)&%+,&)*+,!&)&*&,$#%&’(&（泥夹岩屑型）状，有时上下层面附有!&)(+$!&)&*+!&)(+!&)&+&断续的泥化层薄层软弱岩石全部或大部分泥化而成，可泥化夹层塑状，以泥质物为主，&)%+,!&)&%&,$&)%.,!&)&&*,$#-(&（全泥型）夹于上、下硬岩之间，!&)*+!&)&%+!&)*+!&)&&+有时有次生泥质物充填附录%岩土渗透性分级表%岩土渗透性分级渗透性标准渗透性分级渗透系数&透水率’岩体特征土类（/012）（34）完整岩石，含等价开度小于极微透水&,%&56’,&)*粘土&)&*+00裂隙的岩体%&56含等价开度&)&*+’&)&+00裂隙的!&微透水&)%!’,%粘土—粉土,%&5+岩体下带%!’,(%&5+含等价开度&)&+’&)&%((裂隙的粉土—细粒!&弱透水中带(!’,+,%&57岩体土质砂上带+!’,%&%&57%&!’含等价开度&)&%’&)+((裂隙的!&中等透水砂—砂砾,%&5*,%&&岩体%&5*!&含等价开度&)+’*)+((裂隙的岩砂砾—砾强透水,%体石、卵石%&&!’含连通孔洞或等价开度大于粒径均匀极强透水%!&*)+((裂隙的岩体的巨砾—%7.(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!水库病险类型划分表!水库病险类型划分类型亚类主要特征及成因坝体填筑材料不良，抗渗性能不能满足要求，渗透系数过大，导致坝体外坡大面积散浸；进土层过厚，夯压不密实，或坝身防渗体土石坝坝体渗漏断裂、新老防渗体之间结合不良而漏水；导滤排水棱体被堵塞失效，浸润线上升，坝脚饱和湿润渗水；坝内埋管破裂，生物破坏导致坝体集中漏水不良地基未作妥善处理或处理不彻底，松散覆盖层、构造破碎非喀斯特坝（闸）渗漏问题带、松动变形岩土体及坝体与基岩接触面是其主要渗漏通道，严基、坝肩渗漏重时往往导致渗透破坏喀斯特坝（闸）坝（闸）基、坝肩喀斯特发育，无封闭条件良好的相对隔水层或基、坝肩渗漏施工处理不彻底，导致漏水严重，渗漏量大防渗帷幕质量不能满足设计要求，坝基、坝肩渗漏出现异常或防渗帷幕渗漏幕后扬压力偏高涵、洞渗漏输水涵、洞破损或回填灌浆不密实，涵、洞内出现渗漏坝（闸）基或坝肩存在的不利软弱结构面未查明，或施工处理不坝（闸）基、坝肩彻底；坝基下游形成较深冲刷坑将不利结构面截断：坝（闸）体与抗滑稳定问题岩（土）基接触面接触不良，抗剪强度低近坝库区和其他建筑物边坡存在滑移边界条件，或已变形边坡边坡稳定问题和潜在不稳定边坡开始出现变形前兆稳定问题沿坝（闸）基、肩或坝体与岸坡接头渗漏大的：部位产生管涌、流渗透稳定问题土，或土石坝坝体因施工和填土质量不符合要求，渗透系数大，坝体生物破坏导致漏水量大而产生渗透破坏围岩分类和提供的参数不合理，或围岩存在膨胀性矿物，导致围岩变形变形过大，衬砌破坏—#!"!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准类型亚类主要特征及成因因不均匀沉陷、坝体与岸坡接头处理不良、夯压不实、基岩边坡坝体裂缝过陡，填土固结速度不同等而产生纵、横向裂缝填土粘粒含量过高、含水量过大、抗剪指标低；粘性较大的均质土坝，下游无导滤体或导滤失效；坝坡过高，水库调度不当，水位坝体滑坡下降过快，排水不畅使坝体饱和软化，坝基软土类土层清除不彻底土石坝坝体因严重渗漏，下部土体产生管涌、流土出现空洞，或可溶岩地区坝体塌陷变形问题坝基存在溶洞，上部覆盖土体在水压作用下而塌陷护坡过陡，下垫层不合要求，岩石抗风化能力差，坝体滑移或塌护坡损坏陷，浪击淘蚀坝内埋管质量差，施工碾压、相邻地基不均匀沉陷使其断裂，或输水涵管损坏将无压管作为有压管使用、坝体扩建受力条件改变而破裂，从而产生漏水并携带坝体填土不均匀沉陷存在软土或因渗漏及渗透变形而引起坝（闸）基坝（闸）基、肩存在喀斯特洞穴，上覆有一定厚度的盖层，且地岩溶塌陷沉陷问题表、地下水流活动较频繁黄土湿陷变形对湿陷性土处理不足，使其浸水产生附加沉降对高烈度地震区可液化土层缺乏认识，没有清除或施工处理不饱和砂基振动液化彻底抗震稳定问题地震动峰值加速度不小于!"#$，且坝体或坝基有成层可液化无地震动参数偏高粘性土、少粘性土层分布附录%工程地质勘察报告主要附件表%工程地质勘察报告主要附件可行除险初步技施序号附件名称规划性研加固设计设计究勘察#区域综合地质图（附综合地层柱状图和典型地质剖面）!————&区域构造纲要图（附地震烈度区划）!!————#)(’— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准可行除险初步技施序号附件名称规划性研加固设计设计究勘察水库区综合地质图（附综合地层柱状图和典型地质剖!"!!—!面）坝（闸）址及其他建筑物区工程地质图（附综合地层柱状#!!!—!图）$水文地质图—"!"—%坝址基岩地质图（包括基岩面等高线）—"!"—&专门性问题地质图—""!!’施工地质编录图———!—(天然建筑材料产地分布图!!!—"各料场综合成果图（含平面图、勘探剖面图、试验和储量)*"!!""计算成果表）))实际材料图—"""—各比较坝址、引水线路、排水线路或其他建筑物场地工)+!!———程地质剖面图选定坝址、引水线路、排水线路或其他建筑物地质纵、横)!—!!——剖面图)#坝（闸）基（防渗线）渗透剖面图—!!—!)$专门性问题地质剖面图或平切面图—""!")%钻孔柱状图""""")&坑槽、平硐、竖井展示图""""")’岩、土、水试验成果汇总表—!!!!)(地下水动态、岩土体变形等监测成果汇总表—""""+*岩矿鉴定报告,"""—+)物探报告—!!——++岩土试验报告—!!"!+!水质分析报告"""""+#专门性工程地质问题研究报告—"""!注：“!”表示必须提交的图件；“"”表示视具体需要提交的图件；“—”表示不需要提交的图件。—)#’%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准标准用词说明执行本标准时，标准用词应遵守下表规定。标准用词说明标准用词在特殊情况下的等效表述要求严格程度应有必要、要求、要、只有⋯⋯才允许要求不应不允许、不许可、不要宜推荐、建议推荐不宜不推荐、不建议可允许、许可、准许允许不必不需要、不要求—$#"!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准中华人民共和国水利行业标准中小型水利水电工程地质勘察规范!"#—$%%#条文说明目次&总则$基本规定’规划阶段工程地质勘察’(&任务’($区域地质勘察’(’水库区勘察’()坝（闸）址区勘察’(#引水、排水线路勘察)可行性研究阶段工程地质勘察)(&任务)($区域及水库区地质勘察)(’坝（闸）址区勘察)()厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察)(#地下洞室区勘察)(*引水、排水线路勘察#初步设计阶段工程地质勘察#(&任务#($水库区勘察#(’坝（闸）址区勘察#()厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察#(#地下洞室区勘察#(*引水、排水线路勘察*技施设计阶段工程地质勘察*(&任务*($专门性工程地质勘察—&)++— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#施工地质$病险水库除险加固工程勘察⋯$"%一般规定$"&安全鉴定勘察$"#除险加固设计勘察’天然建筑材料勘察’"%一般规定’"&勘察方法(勘察成果("%一般规定("&工程地质勘察报告附录)围岩工程地质分类附录*边坡工程地质分类附录+软弱夹层工程地质分类附录,岩土渗透，陛分级附录-水库病险类型划分%总则!"#"!!$$%年&月!日起实施的《中小型水利水电工程地质勘察规范》（./00—(#）（以下简称原规范），对我国中小型水利水电工程地质勘察起到了重要的作用。随着我国水利水电建设事业的加速发展和改革的不断深入，相关法规相继出台，在使用原规范的同时，发现一些不相适应的或需要补充的内容。为适应新的形势要求，进一步统一中小型水利水电工程地质勘察工作，明确各勘察阶段的勘察任务、内容和方法，保证勘察成果质量，制定本标准。!"#"’本标准适用范围中所指中小型工程是指按《水利水电工程等级划分及洪水标准》（./&0&—&111）所确定的!2"等工程，见表%2表3。表%水利水电工程分等指标防洪治涝灌溉供水发电水库保扩城镇工程保护治涝灌溉供水装机工程规模总库容及工矿等级农田面积面积对象容量（%1’4#）企业的（%13亩）（%13亩）（%13亩）重要性（%1356）重要性特别特别#大（%）型!%1!011!&11!%01!%&1重要重要$大（&）型%12%"1重要%112011!12&11012%01重要#12%&1—%3’(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准防洪治涝灌溉供水发电水库保扩城镇工程保护治涝灌溉供水装机工程规模总库容及工矿等级农田面积面积对象容量（!"#$%）企业的（!"&亩）（!"&亩）（!"&亩）重要性（!"&’(）重要性!中型!)"*")!"中等%"*!""!+*,"+*+"中等+*%""小（!）型")!"*")"!一般+*%"%*!+")+*+一般!*+")"!*#小（-）型.%.%.)+.!")""!注!：水库总库容指水库最高水位以下的静库容。注-：治涝面积和灌溉面积均指设计面积。表-拦河水闸工程分等指标工程等别工程规模过闸流量（$%/0）$大（!）型!+"""%大（-）型!"""*+"""!中型!""*!""""小（!）型-"*!""#小（-）型.-"表%灌溉、排水泵站分等指标分等指标工程等别工程规模装机流量（$%/0）装机功率（!"&’(）$大（!）型!-""!%%大（-）型+"*-""!*%!中型!"*+"")!*1"小（!）型-*!"")"!*")!#小（-）型.-.")"!注!：装机流量、装机功率系指包括备用机组在内的单站指标。注-：当泵站按分等指标分属两个不同等别时，其等别按其中高的等别确定。注%：由多级或多座泵站联合组成的泵站系统工程的等别，可按其系统的指标确定。—!&2"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!永久性水工建筑物级别工程等别主要建筑物次要建筑物!"#"$###!$!%%%%中型水利水电枢纽工程如果地质条件复杂，且坝高超过&’(时，为慎重起见，其工程地质勘察宜按国家标准《水利水电工程地质勘察规范》（)*%’$+&—",,,）执行。!"#"$原规范将中型工程地质勘察划分为规划、可行性研究、初步设计三个勘察阶段和施工地质工作；小型工程地质勘察分为规划和设计两个勘察阶段和施工地质工作。由于中小型工程存在小库高坝、大库低坝或小库低坝，但其他建筑物等级较高等特点，根据近几年各地实际操作情况，本次修订仍采用前水利电力部《大中型水利水电前期工作程序的暂行规定》〔+%〕水电水建字第##号文）中的划分意见，将中小型工程地质勘察阶段划分为规划、可行性研究、初步设计和技施设计四个阶段，并将原规范中的施工地质工作归并到技施设计阶段，旨在强调通过技施设计进一步提高勘察精度，为优化设计提供更为准确的地质资料。对于工程地质条件简单的小型工程，有些不存在河流规划或坝址选择问题，例如，在小溪流上只有惟一可能建坝的位置，开发目标也简单明确，因此勘察阶段可适当合并，勘察工作量也可适当减少，但事先要报经主管部门批准。所谓“条件简单”，有两个含义：从地质上说，地质条件简单、明确，经查勘后确信基岩完整、坚硬，地质构造简单，凭经验判断，完全可以满足抗渗、抗压、抗滑、抗震等的稳定要求，又无可资比较选择的余地；从规划设计上说，建筑物简单，对地基条件的要求不高，如坝高较低（"%(以下）的土石坝等。另外，",,+年"月&日水利部水建〔",,+〕"-号通知发布的《水利工程建设程序管理暂行规定》中规定，水利工程建设程序一般分为项目建议书、可行性研究报告、初步设计、施工准备（含招标设计）、建设实施、生产准备、竣工验收、后评价等。本次修订，虽未将项目建议书和招标设计的地质勘察工作深度作为单独条款提出，但在编制工程项目建议书文件时，其地质工作深度可参照可行性研究的勘察工作深度执行；招标设计则可在初步设计勘察工作深度的基础上进行，必要时可进行补充勘察。!"#"%本条为新增条文，列出了本标准的主要引用标准，以便本标准的使用者更加理解本标准与相关标准的协调关系。!"#"&除第!"#"%条所列引用标准外，与本标准有关的其他国家标准和行业标准有：《冻土工程地质勘察规范》（)*%’#$!—$’’"）《地形图航空摄影规范》（)*./"%--"—",,%）—"!,"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准《堤防工程地质勘察规程》（!"#$%&&—’(）《水利水电工程物探规程》（)"*+%+—%’’,）《水利水电工程钻探规程》（!",’%—,++-）《水利水电工程钻孔压水试验规程》（!"-%—,++-）《水利水电工程坑探规程》（!".((—’(）《水利水电工程测量规范（规划设计阶段）》/!"%’0—’0）《水利水电工程地质测绘规程》（!",’’—,++1）《水利水电工程地质勘察资料内业整理规程》（!)2%’—0&）《水库大坝安全评价导则》（!",*&3—,+++）!基本规定!"#"$本条是根据我国几十年中小型水利水电工程地质勘察工作的正、反两方面经验总结提出的一些工作原则。中小型水利水电工程地质勘察工作基本上都由各省、市，甚至县的勘察单位进行，勘察经费、勘察手段设备和技术力量都不及大型工程勘察单位。在资金、设备有限的情况下，又必须查明工程的基本地质条件和主要工程地质问题。通过几代人的努力，几十年来，我国中小型工程的地质勘察走出了自己的勘察路子，积累了丰富的经验，绝大多数工程建成运行。当然也吸取了很多教训，一些工程因勘察工作不完善而使工程失误。正是在此基础上，提出了今后勘察工作应当贯彻的基本原则。例如强调“重视施工地质工作”是根据几十年的成功经验而提出的。限于经费，中小型工程投入的勘探工作量较少，勘察时只能抓住主要的和关键性的地质问题，而一般地质问题和—些不良地质现象，如小断层破碎带的处理等，都是在施工开挖揭露以后才现场研究决定怎样处理。这样自然要求加强施工期的地质工作，并强调地质勘察和设计、施工的密切配合。一方面要充分了解规划设计意图，以便于勘察工作得以按设计要求有针对性布置；另一方面也能旨配合参与基础、边坡和洞室工程的设计，根据地质情况，及时提出地质方面的建议。这是一条好经验。地质只管勘察，和设计、施工脱节，不参与施工，分工过细的做法是错误的。关于勘察方法，中小型工程强调以地质测绘为主，因地制宜地尽可能采用轻型勘探手段，也是根据我国中小型工程勘探队伍的现状和经验提出的。关于勘探工作，本标准按照勘探手段设备的笨重程度和花费大小，分为轻型勘探和重型勘探。轻型勘探手段如物探、坑（槽）探、轻便士钻等，投资不多，特别是物探应大力提倡。重型勘探手段如机械岩心钻探，大型并探、硐探，甚至过河探硐，因设备笨重，投资大，应尽量少用。试验工作也是以尽可能采用一些现场简易试验的方法为好。此外，应特别提出的是，几十年来，我国各地已积累十分丰富的地形、地质、遥感、地震等资料，全国%：,+++++地质区测工作已经完成，很多省区都已有%：%++++航测地形图，部分省已经完成%：*++++地质图，已建的数以万计的水库工程，采用的地质参数也极为丰富，这些资料是极为珍贵的国家财富。另外，地质人员的经验也越来越丰富，已远非中华人民共和国成立初期一切白手起家的情况。鉴于现实条件，今后勘探工作应特别强调充—%1’,— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准分收集和利用已有地形、地质等有关资料，强调重视采用工程地质类比和经验分析的方法，获取和提供岩土物理力学性质等方面参数。总之，勘察工作要贯彻的工作原则是根据我国中小型水利水电工程地质勘察的正、反两方面经验和我国现实条件提出的。本标准修订内容也尽可能贯彻了这些原则精神。!"#"!为避免勘察工作的盲目性或勘察与设计脱节现象，本条规定勘察工作应按设计提出的勘察任务书或勘察合同进行，这是工程地质勘察工作的依据。实践经验证明，明确工程规划设计意图，是组织实施经济有效的工程地质勘察的前提。所以，设计部门提出勘察任务书时，应明确勘察设计阶段、规划设计意图、工程规模、天然建筑材料实际需要量、有关技术指标等，以便勘察单位结合工程实际需要编制工程地质勘察工作大纲，从而达到预期的勘察目的。!"#"$本条主要强调勘察单位在编制勘察大纲之前一定要进行现场踏勘，实际了解工程地区的地形、地质、交通等场地情况和工作条件，以便能作出符合实际的勘察计划。!"#"%本条为新增条款。工程地质勘察大纲是勘察过程控制的重要内容之一，也是确保勘察工作的有效实施、确保勘察成果满足有关技术法规和设计要求、提高勘察水平的技术指导。所以，本条列出了一个较完整的提纲及相关内容。在编制勘察工作大纲时，应注意结合勘察单位的实际和勘察工作内容，计划合理的勘察工作时间。!"#"&本条为新增条款，是根据几十年水利水电工程建设经验提出的要求。水利水电工程勘察全过程中，就是要重点抓住选择一个好坝（闸）址、修建一个不漏水的水库。如果轻率定下坝（闸）址即开工兴建，或水库渗漏严重，常给工程造成很大的被动和浪费，而且影响工程效益的发挥，甚至造成空库。!"#"’小型水利水电工程在我国已建水利水电工程中占绝大多数。今后，水利水电工程仍将以小型为多。据以往经验，小型工程的勘察，一般由市、县级勘察单位进行，仅少数重要的小（!）型工程由省级勘察单位进行。限于勘察单位的技术、设备和资金条件，且鉴于小型工程的规模较小，事实上也不可能按对中型工程的要求进行勘探。因此，本条强调，小型水库的勘察方法以资料收集分析和地表调查为主，必要时才做些局部测绘和勘探。资料收集时，区域地质测绘资料十分重要，其他与水库区有关的、前人做过的地质成果也尽可能收集利用。至于地质调查，主要是指线路地质踏勘，核实、修正、补充收集来的与水库有关的区域地质成果。通过调查认为，必要时可在局部地段，如估计可能出现渗漏、库岸失稳的库段，做小范围地质测绘；但对重要的或地质条件复杂的水库则要求做地质测绘，甚至做少量勘探。所谓重要的或地质条件复杂的水库，包括：要求严格防渗的小型抽水蓄能水库；估计因水库可能产生漏水而影响库外安全者；因蓄水库岸边坡可能较大范围失稳影响库边居民区安全者；库边分布有可溶岩而邻谷水位又低，必须查明分水岭地下水位以论证喀斯特漏水的可能性者；利用溶洼成库，为查明溶洼通向库外的通道者等。至于勘探工作，则尽可能采用物探、坑（槽）探、土钻等轻型勘探手段，少采用重型勘探手段，但岩心钻有时是避免不了的。对于主要建筑物区的勘察工作深度，仍强调根据地质条件的复杂程度区别对待。地质条件简单的场地，可以地表地质调查为主，沿建筑物做些剖面地质测绘和必要的物探、—!$#"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准坑（槽）探；地质条件较为复杂的场地，则应进行必要的勘探。!"#"$中小型工程（特别是小型工程）地质勘察，限于资金、人力和其他条件，不可能在勘察阶段投入较多的勘探工作，岩土物理力学试验也不可能做到统计所必须的数量，但又必须提供岩土的物理力学参数。在这种情况下，就不得不依靠地质人员的经验和专家判断，这是中小型工程地质勘察的特色之一。实际上，自然地质条件虽然千差万别，但也有某些相似之处，或符合同一的规律之处。例如，对于同一地质年代的同一地层岩性，其工程地质条件和岩石的物理力学性质可能是相似的。利用这种相似性，可将某一工程已有的勘察试验成果和经验运用于类似地质条件的新的工程上去，以节约对新工程的勘察工作量。因此，在掌握大量相似资料和实际经验的基础上，中小型工程（特别是小型工程）岩基的物理力学性质参数如抗压强度、弹性模量、摩擦系数等，可采用工程地质类比方法提供。当然，如果存在不良工程地质岩体或地质条件复杂，必要时应进行室内或现场测试。至于土体，由于其组成成分和组织结构不同，工程地质性质差别很大。所以本次修订，强调土的物理力学参数应在试验成果的基础上，结合工程地质类比法提供。%规划阶段工程地质勘察%"&任务%"&"&、%"&"!中小型工程的规划包含两种类型，一种是河流或河段的规划；另一种是地区性规划，即可以是一条河上，也可以是跨流域的，在一个区域内的工程的规划。在这一阶段中，工程地质勘察的任务和目的是了解规划河流（段）或地区的区域地质情况及各规划方案的基本地质条件，以便为河流（段）的开发或梯级开发方案的确定提供地质依据，包括对近期开发!程的推荐。由于中小型工程河流较短，有的仅为一级开发，特别是一些小型工程，通过规划阶段工程地质勘察，已为直接选定的坝址提供地质资料，设计阶段不再进行选坝勘察。也有小型工程不进行正规的规划阶段勘察，直接在小河流上选定坝址进行设计阶段勘察。实际上，为选定坝址的合适位置而进行的勘察，仍属于规划阶段工程地质勘察，只是不单独进行而已，这—阶段工作不能省略，只是工作的深浅，根据地形、地质条件差别较大。除河流（段）外，根据国家有关方针，本次修订增加了对规划方案中的其他水利工程地质条件的了解。%"!区域地质勘察%"!"&本条规定的区域地质勘察内容都是一些影响规划方案能否成立的基本地质内容，包括地形地貌、地层岩性、构造、水文地质、物理地质现象、天然建筑材料等，期望先从宏观上掌握"域地质资料，明确基本地质条件和主要工程地质问题。本条中各款免去了常识性内容，只列出一些应勘察的主要和重点内容。为便于实用和掌握并突出某些重点，在每一款勘察内容中列出要强调的内容（勘察的全部内容当然不止这些）的前面冠以“特别是”三字。这些都是根据中小型工程规划的多年经验，认为对规—%#$#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准划方案的选定影响较大的内容，可结合各地区的实际情况加以考虑。以后各章节有关勘察内容部分，也采取了类似做法。本标准所指不良工程地质岩（土）体系指包括软土、膨胀土、湿陷性黄土、冻土、草甸土、分散性土、冻土、架空碎石土等的总称。!"#"#本阶段的勘察方法主要是资料的收集与分析。目前，全国几乎全有!："####地形图，不少地区还有航测的!：!####地形图，大部分地区已完成了!：$#####区域地质和水文地质测图，少数地区已完成!："####区域地质测图。有的地区完成了区域工程地质编图、环境地质编图和灾害地质编图。此外，国土资源部门和其他一些部门还有不少航片（卫）片解译资料、矿产资料及为本部门服务的局部地区地质资料，交通、建筑等部门也积累了很多丰富的局部地区的工程地质资料，大多数省、自治区、直辖市已出版了地质志，国家地震部门还有很多地震资料，许多可资参考的有关某地区地质情况的论文、专著、报告等。另外，各省、自治区、直辖市已有甲级（或乙级）水利水电勘测设计院，部分地县也有相当勘察力量，他们不仅熟知所在地区的基本地质情况，而且还积累有丰富的勘察和建设经验。因此，完全有条件利用这些资料，没有必要再从区域地质测绘做起。只是为了使已有的资料切合实用，有必要再做—些现场踏勘，对编拟的图件做些补充修正。而对一些重大工程地质问题的地段，例如影响水库蓄水的可能严重漏水段或影响梯级方案成立的严重不良坝址，只进行踏勘可能不够，必要时需做一些调查。考虑到本阶段使用的基本图件是!：$#####地质图，以及区测时使用的!："####工作底图，因此，本阶段的成图精度也只能是!：$#####或利用!："####工作底图编绘的!：!#####地质图。本条提及的比例尺是指实际提交的成图精度。至于成图后图幅的比例尺，可结合地区范围大小和便于阅读选定。如果地区范围很小，图幅面积过小，不便阅读时，可将图件放大，但一般不宜大于!："####，而其精度仍然不变。本标准后面提及的比例尺都是指成图精度比例尺，不是成图后图幅的比例尺。!"!水库区勘察!"!"$本阶段水库区的勘察内容，无论大型或是中小型工程均基本相同，都是对水库的渗漏、库岸稳定、固体径流来源、浸没、淹没等问题进行了解，阐明其严重程度，以便选择最合适的梯级开发方案。对利用堤防作库岸的平原型水库，由于都修建在土基上，因此，主要考虑建库后堤防本身和堤基的渗透稳定性。原规范规定本阶段搜集库区矿产资源的分布情况，为统一用词，本次修订将“搜集”改为“了解”。!"!"#本阶段库区勘察的主要方法是尽可能收集利用已有的区域地质资料，结合进行现场路线踏勘。对地质条件简单的水库，不要求单独进行水库地质测绘，水库地质图可与区域地质图相结合。地质条件复杂如可能存在渗漏、大型滑坡体和崩塌体、浸没等工程地质问题时，要求单独进行地质测绘。为查明这些工程地质问题的严重程度，必要时可根据需要布置少量的勘探工作。对利用堤防作库岸的平原型水库，则强调要到最了解堤防、堤基稳定和渗漏情况的当地堤防管理部门和老乡中去调查访问。—!&%"— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#坝（闸）址区勘察!"#"$河流（段）规划或地区规划阶段应确定河流（段）或地区水利开发的中小型工程梯级枢纽位置，即坝（闸）址的位置。规划阶段的勘察内容，主要是了解有无影响该坝（闸）址成立的关键地质问题，如坝基强度、抗渗条件、边坡稳定条件、天然建筑材料等方面的内容。在北方平原水库修建围堤调蓄水库，围堤为挡水建筑物，应将围堤枢纽地段视作土基一样进行勘察。规划阶段代表本梯级的坝（闸）址位置，并不一定是以后选定的坝（闸）址位置，它代表本梯级的典型地质条件。!"#"%规划阶段各梯级枢纽的勘察方法，深度差异较大。对近期可能开发的工程，影响规划方案的骨干工程，或地质条件复杂的工程，工作要做细一些，都应当测绘坝址地质图和剖面图。对于地质条件比较简单的坝址，也可只测绘代表性地质剖面图。关于勘探工作，强调尽量采用物探，特别是在探测覆盖层厚度、风化深度、喀斯特发育和重大地质构造等方面。经验证明，物探有很大优越性，虽然精度稍差一些，但可以满足规划阶段的要求。除物探外，本阶段还可布置一些坑（槽）探和土钻。对近期开发工程，则应布置必要的钻孔，钻孔的数量可根据具体的地质条件确定。本阶段一般不进行岩石的物理力学试验，可用工程地质类比法提供岩石物理力学参数，土的物理力学试验也很少进行。对一些重点勘探的软土层，可结合土钻进行触探、十字板剪力试验或取少量土样做室内物理力学试验。!"&引水、排水线路勘察!"&"$!"&"%本标准所指引水、排水线路系指工农业城乡供水或排水工程和引水发电工程中的引水或排水渠道、隧洞等。主要建筑物指上述工程附属的渡槽、倒虹吸管、水闸、泵站、引水隧洞、压力前池、压力明管等。鉴于中小型工程的上述建筑物规模有的很小，无需进行专门勘察，因此规定，勘察的对象是引水、排水线路总干渠和干渠，一般主要指长度在!"#以上，引水、排水流量大于$#%&’的渠道和渠系建筑物。规划阶段对引水、排水线路勘察的主要目的是确定线路的大致走向，了解规划方案成立可能存在哪些主要地质问题。因此，勘察的重点是了解线路区的土、石分区分段，重大的物理地质现象，强透水区段和重要附属建筑物区的基本地质条件和主要工程地质问题；以收集、分析已有资料结合路线地质踏勘为主要手段，一般可不布置勘探工作，也不测绘地质平面图。但对重要建筑物和地质条件复杂的地段，要求进行剖面地质测绘。少数过沟、过岗、浅埋线路或深挖方、高填方、高架渡槽段，如确有必要，可采用物探、坑（槽）探或土钻勘测覆盖层厚度。#可行性研究阶段工程地质勘察#"$任务#"$"$、#"$"%本节对可行性研究阶段工程地质勘察的主要任务作了规定。鉴于小型工程和绝大多数中型工程的非主体建筑物规模较小、等级低，因此，本阶段工程地质勘—$*)(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准察研究的重点对象是水库、坝（闸）址、地下建筑物和引水、排水线路等影响方案能否成立的主要建筑物区，对其他建筑物没有要求面面俱到，当然也不排除在必要时对这些建筑物应进行勘察。另外，以往地质勘察工作中，对移民新址选择重视不够，甚至这方面的勘察工作根本没有开展，曾发生不少重大事故，特别是滑坡事故，影响较大。因此，本次修订，将库区移民新址选择地质勘察作为主要任务提出，旨在引起重视。!"#区域及水库区地质勘察!"#"$针对大部分中小型工程，特别是小型工程对区域地质研究内容不多，区域地质背景多引用区域地质测绘资料或结合水库地质阐述的实际情况，本条将区域和水库区地质勘察合并编写。在勘察内容要求上，强调在全面了解基本地质情况的基础上，重点调查和分析研究的主要问题。!提出了一般中小型水利水电工程开展区域地质研究的重点内容。"#$列出的水库区工程地质勘察内容都是水库常见的工程地质问题。在这些工程地质问题中，水库渗漏问题作为成库前提条件，在很大程度上影响工程可行性方案的能否成立。因此，在勘察深度上要求初步查明。对库岸稳定和浸没问题，本阶段要求进行调查，重点是其分布范围和规模，分析对建筑物的影响。%对水库诱发地震和其他环境地质问题的评价，本标准没有作具体规定。但要求在进行工程地质勘察的同时，对和地质密切相关、影响建库可能性的一些主要问题，如矿产淹（浸）没、水库诱发地震的可能性、因大坝拦水断流引起下游水文地质条件改变等，从地质上进行论证。本次修订增加了名胜古迹、自然保护区和水库塌陷等内容。这些分析论证，作为工程勘察部门的意见，既可供环评部门评价时参考，也可供业主和设计单位考虑。!"#"#!强调中小型水利水电工程所处的大地构造部位和区域主要构造，一般都可以通过收集、分析已有的区域地质资料、航（卫）片解译资料等予以确定。但对和建筑物关系密切的主要构造线，必要时应进行调查复核，进一步落实这些构造线的位置、产状、性质和规模，尤其是对活动性断层，评价其对场区和建筑物的影响。"在一般情况下，工程区地震动参数应按《中国地震动参数区划图》（&’!()*+—"**!）确定。但提出“地震动峰值加速度在*,!-及以上的地区，地震地质条件特别复杂、所处位置十分重要”的中型工程，可委托地震部门进行地震动参数复核。这里“所处位置十分重要的中型工程”系指大坝下游附近有铁路干线、重要城镇、工矿企业，一旦失事将造成巨大损失的中型工程。)库区地质测绘比例尺原规范规定为!：!*****#!："%***。根据国家现有地形图和各单位近几年实际采用的比例尺情况，本次修订改为!：%****#!：!****。$规定了对影响建库和方案成立的主要工程地质问题的勘探工作布置原则和方法：!）对可能发生严重渗漏地段（包括非喀斯特区的强透水岩层渗漏、断层和破碎岩体渗漏、喀斯特渗漏、第四系强透水层渗漏和平原水库围堤堤基渗漏等），勘探剖面一般情况下以垂直和平行渗漏方向布置，并尽可能结合防渗方案为好，数量可视渗漏段长度和具体地—!$/.— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准质条件确定。根据经验，采用物探和钻探相结合的方法查明渗漏地段的基本地质条件，效果较好。至于具体的物探方法，可根据实际情况选择。每一剖面控制性钻孔不少于!个，是根据一个完整的地质剖面一般应具备在分水岭低垭处及其两侧部分至少各应有一个钻孔的最低数量而拟定的，只有这样才能满足分析论证防渗地段宽度范围、深度的起码要求。钻孔深度根据一般中小型工程特点拟定了!个标准，即在有相对隔水层的地方，以相对隔水层作为控制标准；无相对隔水层的地方，以强喀斯特发育下限为控制标准，此处强喀斯特发育下限是一个相对标准，应根据当地喀斯特发育相对强弱程度划分；而对于具有多个喀斯特含水层、排泄和悬托水动力类型等特殊地质情况的地方，则应根据实际情况确定。关于钻孔和其他水文点一起进行不少于一个水文年或一个丰、枯季节的地下水位观测，两种长期观测时限的存在，主要是考虑在中小型工程勘察中，勘探工程较少，而由于种种原因，真正能同步长期观测一个水文年以上的钻孔是不多的，许多工程实际应用仍然是区段观测资料，基本上可满足中小型工程评价的要求。因此，本标准将观测时间规定为除通常规定的一个水文年外，还规定丰、枯季节两种标准同时存在，既照顾了常规规定和某些要求较高的工程，又考虑了大部分中小型工程的现状。"）、!）对库岸稳定和浸没问题，本次修订亦要求布置勘探剖面，并明确了勘探点布置的基本原则。）原规范对库区勘察没有规定岩土测试工作内容，由于库岸稳定和浸没都有可能影响建库的可能性，为对这些重大问题作出预测和初步评价，必要的岩土测试仍需进行。因此，本次修订列出了岩土测试的相关要求。鉴于本阶段试验数量不可能很多，结合中小型工程几十年的勘探经验，提出在必要的试验成果的基础上，选用岩土物理力学参数。!"#"$移民迁建新址勘察是水利水电工程勘察中一项十分重要的工作，近年来各单位在从事这方面的勘察工作时，没有规范可循，勘察内容和精度难以掌握。故本次修订特增加这方面的内容。新址勘察的中心任务是确保所选新址有一个安全的地质环境，在天然条件下和水库运行后，都不会发生危及村镇安全的重大地质灾害。基于此，本条列举了新址勘察的主要内容，以及为评价场地稳定性和生活用水应取得的地质资料。!"#"!本条列举的勘察方法，仍为收集、分析已有的资料，结合水库地质调查进行。但对人口集中的重要集镇，则要求单独进行地质测绘。本阶段一般不布置专门勘探工作，因生活用水水源涉及到场址的选择，故提出应取样进行水质分析。!"$坝（闸）址区勘察!"$"%可行性研究阶段坝（闸）址区勘察的主要任务是选定坝（闸）址，因此，对影响工程可行性、方案选择、总体布置及控制较大工程量的主要工程地质问题，要求初步查明。由于不同的地基类型，坝址工程地质勘察研究的重点、要求、方法和手段不同。因此，本标准参照《岩土工程勘察规范》（#$%&&"’—"&&’），将地基类型划分为岩基和土基两大类。其中，岩基又根据其强度和工程地质特征进一步分为—般岩基、可溶岩基和软质岩基。—’*)(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准本标准中的一般岩基系指非可溶性岩层中坚硬、半坚硬（饱和单轴抗压强度大于!"#$%）的岩浆岩、沉积岩和变质岩类，也包括夹有软弱夹层的坚硬、半坚硬岩类所组成的地基。可溶岩坝基包括通常所指碳酸盐类岩石坝基和某些溶蚀洞隙较发育、具有类似喀斯特特征并含有可溶性胶结物的，或含有碳酸盐岩砾石成分的三迭系以后的陆相红色碎屑岩（统称“红层”）及其他膏盐类岩石坝基。软质岩系指饱和单轴抗压强度小于!"#$%的各类岩石，主要包括第三系、中生代红色岩层中的泥岩、泥质粉砂岩等，以及一些较古老的岩性软弱易于崩解的页岩、千枚岩类岩层。本次修订对原规范进行了一定的调整，即按上述不同地基类型分别列举其勘察内容，以便与原规范初步设计阶段统一。在勘察内容方面也作了一些补充规定，并特别强调了对坝（闸）址工程地质条件的综合评价。总之，本条各款所列的勘察内容都是可行性研究阶段坝（闸）址勘察必回答的问题。!"#"$在可行性研究阶段，坝（闸）址勘察一般应采用多种手段综合勘察、互相验证的方法进行。&将原规范的测绘比例尺由&：’"""(&：)"""修订为&：’"""(&：&"""，是根据近几年各单位实际操作情况确定的。工作中可按以下基本原则选用，即丘陵和平原区为&：’"""(&：)"""，峡谷区为&：)"""(&：&"""。)指出了物探在坝址勘察中所起作用的领域。不少工程取得的成功经验证明，通过布置地面物探探测网络，可以初步确定坝（闸）址喀斯特洞穴、风化深槽等的大致分布情况。同时，强调钻探和物探的配合使用，以提高勘测成果的精度。!规定各坝址至少应布置一条代表性勘探剖面，勘探钻孔的深度要求可按坝高不同而不同。规定孔深按坝高的倍数应理解为：坝越低，孔深按坝高的倍数应大一些；坝越高，孔深按坝高的倍数可小一些。坝高都是从拟定建基面起算。中小型工程的勘探点间距，主要与地质条件复杂程度及工程’规模有关，各地执行时的差别较大。本次修订，对原规范峡谷区不宜大于’"*，丘陵平原区不宜大于&""*，调整为’"(&’"*，据对可行性研究阶段一些地质条件较复杂坝（闸）址区勘探剖面图实际检查结果看，上述勘探点间距已基本能将坝（闸）址地质现象反映清楚，可以满足本阶段勘察精度的要求。另外，还规定对地质条件比较复杂的坝址区，且坝型为拱坝，必要时宜有探硐控制。+有关钻孔压水试验、抽水试验或注水试验的规定。基岩钻孔原则上应进行压水试验，在可溶岩地区若遇喀斯特洞穴还应结合压水试验进行连通试验。土基中的主要透（含）水层，条文还要求进行钻孔抽（注）水试验。限于本阶段的钻孔工作量，抽（注）水试验的孔数，各工程可视具体情况综合考虑。’指出了坝基岩土物理力学参数选取的一般原则。对基岩而言，强调的是经验类比；土基则强调对主要土层应取样进行室内试验，同时应考虑包括标准贯入、触探、十字板剪切等原位测试。试验组数的确定，一方面是为了满足统计计算的最低要求；另一方面也是沿用习惯作法。—&+,,— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"!厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察!"!"#、!"!"$本节所指其他地面建筑物系指除地面厂房、溢洪道外，所有设置在地面上的其他永久和临时性建筑物，如船闸、筏道、泵站、变电站、开关站、围堰等。条文提出的勘察内容，都是本阶段所应取得的地质资料。勘察研究的重点是地基的性质和边坡的稳定条件。至于勘察方法，因中小型工程建筑物的规模等级一般较小，故多以地质调查和轻型勘探手段为主，一般可以满足工程要求。如果覆盖层较厚和地质条件复杂的地基，如大江大河上强喀斯特区的围堰工程，高陡深切方溢洪道、船闸工程和地面厂房、泵站工程等，则应布置钻探。本阶段岩石地基允许采用工程地质类比法提供物理力学参数，土基则要求结合室内试验和原位测试成果提供物理力学参数。!"%地下洞室区勘察!"%"#、!"%"$地下洞室包括各引水隧洞、导流洞、泄洪洞、交通洞、地下厂房和调压井等，勘察的目的主要是对地下洞室的位置选择提出地质建议，对地下洞室的进口、出口边坡稳定和洞室围岩质量、成洞条件、岩体富水导水特点和施工中可能遇到的不良地质问题、环境地质问题作出初步评价。在勘察方法上，条文首先强调了收集分析已有地形、地质资料，特别是利用航（卫）片和遥感资料来分析研究长隧洞、深埋隧洞区的一些主要地质现象和主要工程地质问题，例如，在选（厂）址定（洞）线分析评价线性构造、构造界面富水、喀斯特富水等地下建筑物区水文地质、工程地质条件中，曾取得了成功经验。工程地质测绘比例原规范为!："###$!：%###，根据近几年各单位实际操作情况，本次修订改为!："###$!：!###。一般而言，地下厂房、调压井和高压隧洞等，测绘比例可选用!：%###$!：!###；其他如长引水隧洞和附属洞室等可选!："###$!：%###。测绘范围的考虑主要基于二点：一是为阐明地下洞室区地质构造和有关地质问题；二是设计上为建筑物布置方案的需要。勘探工作的布置，取决于建筑物的类型和地形、地质条件的复杂程度。勘探手段则强调在地质条件复杂的隧洞进口、隧洞出口、过沟浅埋段、地下厂房和高压管道等部位应布置平硐和钻探。因为这些地段上覆岩体厚度较小，而且工程实践证明，这些地段也是最容易出现工程地质问题的地段。为便于工程地质类比确定地质参数，岩土试验应以室内物理力学性质试验为主，有条件的还应结合钻孔、平硐进行适当的现场测试，如回弹测试、点荷载试验和弹性波波测试等，以便为初步进行围岩分类提供必要的依据。!"&引水、排水线路勘察!"&"#、!"&"$可行性研究阶段引水、排水线路勘察，不包括线路上的隧洞。在可行性研究阶段，引水、排水线路工程地质勘察的重点是调查研究渠系渗透条件、沿线边坡稳定、渠系建筑物的地基稳定条件等主要地质问题，为线路方案的比较提供地质依据。因此，&’(’!条规定的内容，都是对引水、排水线路可能遇到的上述问题作出初步评价所应—!"##— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准掌握的地质资料。实践证明，线路选择是一个宏观性、全局性的问题，没有对全局的清晰概念和宏观地质条件的把握，不可能提出合理的地质建议。关于勘察方法，仍以地质测绘为主，辅以必要的勘探工作。测绘比例尺将原规范的!："#$$$%!：!$$$$，修改为!："#$$$%!：#$$$，并增加了对建筑物场地测绘比例尺的要求。!初步设计阶段工程地质勘察!"#任务!"#"#、!"#"$中小型水利水电工程初步设计阶段的勘察任务与大型工程基本相同，只是勘察的深度和精度因工程规模、勘察周期、勘察手段和经费的限制，不一定能达到大型工程那样的程度。本阶段的水库区勘察只针对存在的主要的工程地质问题进行，包括局部地段的渗漏问题、库岸稳定问题和水库蓄水后的浸没问题等。坝（闸）址区、引水线路、排水线路及其他建筑物区勘察结果应能满足各建筑物设计的要求，并为最终确定坝型、建筑物轴线的确切位置，确定各建筑物的建基面高程和地基处理方案提供地质资料与建议。对于一般性的地质问题，可在施工期间随地基开挖而解决。至于施工附属建筑物，因属临时性质，要求要低些，除影响建筑物安全稳定的问题要查明外，其他问题可进行调查，以确保工程得以顺利建成即可。在本阶段，库区移民迁建新址应进一步进行勘察，以便选择合适的场地，并确保新址区的整体稳定性。!"$水库区勘察!"$"#、!"$"$水库非喀斯特渗漏地段系指非可溶岩组成的可能发生严重渗漏的地段（并非指不影响水库运行的正常微弱渗漏地段），通常包括单薄分水岭、低矮垭口、平原水库的堤（坝）基·和堤岸、通向库外的第四系松散含透水层带、断层破碎带等。这些地段在可行性研究阶段已经初步查明了位置，本阶段应查明其具体的水文地质条件，并对渗漏及其危害作出评价。水库渗漏地段勘察方法，因为需要查明地下水位和透水层的透水性，所以除地质测绘外，主要依靠勘探工程。水文地质测绘可结合水库地质测绘进行，对可能严重渗漏地段进行专门水文地质测绘。勘探剖面线要求垂直或平行可能渗漏方向布置，主要为研究确定可能渗漏地段的地下水位和计算渗漏量。泉水可作为了解当地地下水位的重要依据，应测定其位置、高程，调查（访问）泉井水位、流量随季节的变化情况。勘探一般可先采用物探初步查明含水层情况，再合理布置钻孔进行校验。钻孔的数量条文未作规定，可视具体地质条件而定。钻孔深度应达到相对隔水层或河流枯水位以下是为了确定透水层厚度和满足计算要求。为预防差错，还要求超过!$%!#&，即"%’段压（抽）水试段长。!"$"%、!"$"&在中小型水利水电工程中，喀斯特渗漏是最常见的水库病害类型之一，其勘察要求和方法均有特殊性。故本阶段将水库喀斯特渗漏地段勘察单独列出，以便于应用。评价水库喀斯特渗漏主要目的是分析喀斯特渗漏的条件，判定是否漏水、漏水去向、—!#$!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准渗流型式、严重程度及防渗处理条件等。因此，条文所列勘察内容就是针对上述目的而提出的。由于中小型水库水头一般不太高，根据不少可溶岩水库成功利用库盆天然铺盖防渗的经验，所以在勘察内容上提出了应查明天然铺盖层的有关情况。在水库喀斯特渗漏勘察方法中，洞穴地质调查、示踪试验等是切实可行而又有成效的方法，并在工程实践中获得了较好的效果，条文中对此特别予以明确。另外，条文还规定对重要地段的水文地质钻探，要求钻孔应在地质测绘和物探的基础上合理布置，以减少钻孔布置的盲目性。勘探剖面线上的钻孔不少于!个，是因为无论纵、横剖面，至少要有!个钻孔才能反映出喀斯特强弱分带、地下水位坡降和形态起伏等基本特点。对多层含水层要求分层隔离观测水位，主要是为了取得各含水层，特别是可能渗漏层的地下水位。!"#"!、!"#"$在可行性研究阶段的水库区勘察中，对水库边坡一般情况已经有所了解，并圈定了不稳定边坡或蓄水后可能失稳边坡的范围。本阶段就是针对上述不稳定边坡（特别是近坝库岸边坡）进行专门勘察。这是根据近些年来不少水库运行中由于库岸水文地质条件改变和人类生产活动而出现不少边坡稳定问题提出来的。条文特别强调对近坝库岸边坡的勘察，也是考虑到一旦近坝库岸边坡失稳，产生涌浪，还可能危及大坝及其他建筑物和人民生命财产的安全。经几十年的实践与总结，水利水电工程边坡勘察积累了丰富的经验，对各种类型边坡的工程地质特征及其与水利水电工程的关系已有比较成熟的看法，附录"“边坡工程地质分类”统一了边坡的术语与分类特征，可作为边坡勘察中边坡分类的依据。边坡勘察首先应查明边坡的地形地貌、地层岩性、构造、结构特征，变形特点、地下水活动特点等等，根据外观资料进行边坡工程地质分类，再查对附录"了解边坡的工程地质特征、影响稳定的因素、与水利水电工程的关系及整治的原则，最后对边坡的稳定性进行计算，评价其稳定性及失稳后可能产生的危害。基于此，条文分别规定了岩质边坡、土质边坡、变形边坡（岩质和土质）以及可能坍岸地段应勘察的内容。其中，关于边坡地下水的赋存特点和水流活动情况系指岩、土体中是否有地下水、地下水位和水力坡降、含水层的性质、是否具有承压性质、地’下水出露位置、边坡岩土体结构及库水位的相互关系等。在坍岸地段要求调查统计水上、水下天然稳定坡角、浪击带稳定坡角及风速、风向资料，其目的是用工程地质类比法预测蓄水后坍岸宽度。对可能产生急剧滑动的边坡（主要指一些体积较大、滑面较陡的悬挂式滑坡），要求进行涌浪高度计算，以便论证评价其危害性。不稳定边坡勘察方法除地质测绘外，主要靠物探、硐探和钻探。硐探是边坡勘察中最有效和最直观的方法，可以直接观测滑移体的滑面位置，进行素描和测试。钻探也是查明边坡变形岩土体的有效方法，通过钻进中的压（注）水试验，可以了解孔内水量漏失情况、水位降落速度和稳定水位位置，计算坡体渗透系数、判断滑移面位置。关于坍岸，只发生在第四系松散土层中，其实际形成条件比较复杂，迄今为止，仍处在一般分析判断、定性评价阶段，只能通过调查访问用工程地质类比法解决。对勘探工作量未作具体规定。变形监测是不稳定边坡勘察工作的重要组成部分，并对边坡工程地质评价影响重大。因此，本次修订特增加了这方面的内容。!"#"%、!"#"&水库岸边的浸没只发生在土质库边的地形平缓区。由于水库蓄水后，—&%$#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准引起库边地下水位壅高，土层中毛管水上升，使表土层沼泽化、盐碱化、南方库边稻田出现冷浸导致农作物减产，或使土基软化危及土基建筑物安全。浸没区还包括库区水位翘高后引起的浸没地区。水库浸没区勘察方法主要是水文地质测绘和调查访问。剖面地质勘探宜采用坑探、钻探并结合浸没区的水文地质长期观测。观测工作应在水库蓄水以前提前进行，以便和蓄水后进行对比，分析评价浸没的影响。由于浸没既涉及地下水位的深度，也与作物的种类有关，因此条文中对浸没标准没有明确。!"#"$、!"#"%&溶洼水库和溶洞水库是南方可溶岩区常见的一种特殊类型的中小型水利水电工程。其特点是：!以喀斯特地表、地下水流作为主要水源；"利用溶蚀洼地（坡立谷）和溶洞作为主要库盆；#依靠堵塞暗河溶洞或落水洞口形成堵体蓄水。这类工程既有一般可溶岩区水利水电工程所遇到的问题，又有因其特定的地貌和地质环境所带来的一些专门地质问题。因此，将其单列予以规定。水源的可靠性一般不属于工程地质勘察和评价的范畴。但由于溶洼水库和溶洞水库主要是以拦截喀斯特地表、地下水流作为主要水源，此水源汇水面积小，来水量有限，且地表、地下分水岭面积的确定和水源可靠性评价十分重要，是设计人员所不能单独解决的。为此，要求地质上调查研究库盆区地表、地下水的汇水补给范围，各区段地表、地下水流量的变化特点，对水源可靠性作出评价。详细的地质测绘是进行溶洼或溶洞水库勘察的主要方法。为提高测绘精度，本次修订将原规范的测绘比例尺作了相应扩大。不少工程的实践证明，对库盆主要消水区及堵头等主要防渗部位进行较详细的物探普查，圈绘出基岩等高线图，对研究洼地的形成条件，分析建库后可能人渗消水位置，决定防渗处理措施有重要意义。因此，在物探方法中对此项作了明确规定。堵洞试验，能最有效和最直观地显示喀期特通道漏水和防漏的可靠性，但耗资较多，一般由建设部门主持进行，地质方面可提出建议，并指导和参加堵洞时的地质技术和观测工作。!"#"%%、!"#"%#新增条款。评价库区移民迁建新址区的整体稳定性和适宜性是本阶段勘察的主要任务，!"#"$$条所列%款内容就是为进一步论证所选新址区地质环境的安全性提出的。至于勘察方法，仍以地质测绘为主，勘探剖面线和勘探点的布置取决于新址区的地质条件。!"’坝（闸）址区勘察!"’"%、!"’"#一般岩基上可以修建各种类型的坝（闸），包括刚性坝（混凝土、砌石坝类）和柔性坝（土石坝类）等。如果坝（闸）型不同，勘察内容的侧重点自然有所不同。对柔性坝，重点是查明河床及两岸覆盖层、风化层的工程地质条件；对刚性坝，除应查明覆盖风化层外，还应查明基岩的工程地质条件，特别是基岩中所夹软弱岩层、软弱夹层和其他软弱结构面的性状；对于拱坝，则应注意拱肩岩体的勘察。此外，对坝基和坝肩的渗透性和渗透稳定性也应注意勘察。在一般岩基上筑坝，我国已积累了十分丰富的经验，除常规工程地质测绘外，勘察工作中采用硐探查明边坡岩体深部情况较为有效和直观，特别是对—$!’&— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准刚性坝（拱坝）坝址高陡山坡，多分层开挖探硐，在探硐中还可以进行物探和现场力学试验。至于钻孔，多用于探查河床基岩、两岸风化深度及坝址基岩的渗透特性。一般岩基坝址岩体的物理力学性质参数，多采用工程地质类比法提供，因为我国在这方面已有很多参考资料，只是对一些控制抗滑稳定的重要软弱夹层及结构面才做一些现场或室内抗剪试验。对于拱坝拱座岩体的变形模量，有时需现场测试。!"#"#、!"#"$可溶岩坝基包括通常所指碳酸盐类岩石坝基和某些溶蚀洞隙较发育、具有类似喀斯特特征并含有可溶性胶结物的，或含有碳酸盐岩砾石成分的三迭系以后的陆相红色碎屑岩（统称“红层”）及其他膏盐类岩石坝基。可溶岩坝基在我国广西、云南、贵州、湖南、湖北、山西等省区较为普遍。可溶岩岩石强度和一般岩基坝址岩石强度没有大的区别。其主要区别在于可溶岩坝基喀斯特洞穴发育，有时规模甚大，使坝基和坝肩的渗漏和稳定成为最突出的水文地质和工程地质问题，有时甚至造成大坝长期带病运行或水库无法蓄水。据湖南省调查统计，全省修建于可溶岩坝基的大坝!"#$座，其中有$$!"座带病运行。因此，条文规定，首先按一般岩石坝基要求进行勘察，在此基础上再就喀斯特发育问题增加一些勘察内容，重点是喀斯特发育特点和相对隔水层的查证。可溶岩坝基勘察方法除岩石坝基的常规勘察方法外，应采取一些特殊的勘察方法。例如：水文地质工程地质测绘范围，有时为勘察喀斯特发育通道，两岸测绘范围远较一般岩石坝基为宽，必须把与喀斯特渗漏有关的范围包括在内；河床钻孔深度，不仅应满足查明岩基强度的需要，达到一定深度，而且应满足查明喀斯特发育规律的需要，达到相对隔水层或弱喀斯特化岩层，以考虑坝基防渗处理工程量。此外，还可以根据需要做些连通试验，跟踪开挖一些洞隙以查明喀斯特发育规律特征；取一些洞穴充填物，进行充填物质年代、物理性质、渗透特性等试验，以便考虑能否不加清除，利用或经处理后利用洞穴充填物防渗。条文还规定，必要时应进行帷幕灌浆试验。在正常情况下，中小型水利水电工程在勘察阶段一般不做帷幕灌浆试验。但对可溶岩坝基，有时灌浆工程量甚大，灌浆工艺也有很大差别，灌浆对工程造价、工期都可能有较大影响，为论证帷幕灌浆防渗的可行性和可靠性，如果必要，应提前在初设阶段进行帷幕灌浆试验，通过灌浆试验确定最优灌浆压力、灌浆工艺、灌浆材料、灌浆孔布置等参数。!"#"!、!"#"%软质岩基坝（闸）址区勘察内容与一般岩基坝（闸）址区相同。但由于其具有一些特殊的物理和水理性质，对工程的影响较大，主要表现在：因易于软化、泥化，不利于沉陷变形稳定；因易于崩解，给施工和长期维护带来困难，有时不得不预留保护层或采取特殊保护措施；因岩质软弱，抗刷能力较低；因易于泥化、蠕变，不利于抗滑稳定，有时岩层倾角虽很平缓，也可能因夹层蠕变产生顺层滑动，不利于边坡稳定。上述情况在我国中小型水利水电工程中屡见不鲜。为此，在勘察内容中特别强调应补充的一些内容。关于勘察方法，指出在一般岩基坝（闸）址区勘察的基础上，注意研究抗力体及冲刷坑的情况，并补充一些为查明软质岩特性应进行的试验，包括冻融、膨胀试验，防护崩解的方法试验，风化速度的现场观测试验，确定预留保护层的试验等。!"#"&、!"#"’土基系指由第四系松散岩（土）层组成的地基。如砂砾石层、砂层、各类土层及全风化呈土状的残坡积层等。在土基上，我国已修建了数以万计的当地材料坝和各类水闸，积累了比较丰富的经验。—$&#%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准土基坝（闸）址区勘察内容在!"#"$条!款中已作出了明确规定，本阶段只是在可行性研究阶段勘察的基础上进一步调查并查明问题，作为设计的依据。例如对基岩浅埋区要查明基岩埋藏深度和基岩面起伏变化情况，以便为防渗清基提供依据。防渗线基岩一般应进行帷幕灌浆，为此要查明基岩的透水性。对一些特殊土层，要求详细查明它们的分布、厚度、组成特征和工程地质特性，以便于设计处理。关于水文地质勘察，除对坝（闸）基透水层和相对隔水层进行勘察外，特别提到要注意勘察研究坝前表土层作为防渗天然铺盖的问题。另外，本次修订增加了对饱和无粘性土、少粘性土地基振动液化评价的内容，这是为了与《水工建筑物抗震设计规范》（%&’(#—)*）相适应。至于将地震动峰值加速度不小于("$+（即地震基本烈度不小于*度）作为起点，也是根据国内、外震害情况资料（水工建筑物出现地震损害一般从*度开始）确定的。当然，国内也有,度地震造成水工建筑物损害的实例。因此，各地在实际工作中可根据具体情况酌情处理。关于勘察方法，考虑到土基地表出露土层单一，要查明坝基的土层情况，首先应布置坑探、井探或钻探，物探虽可以大致分层，但其成果需经钻探校核，因此，勘察方法中钻探不能缺少。其次，钻孔的深度和间距，虽然条文中作·了规定，但可根据实际情况灵活掌握。在水闸的闸墩部位最好有钻孔控制。关于试验工作，除土的室内物理力学试验外，也提出原位测试，对提供土层物理力学性质参数较为方便。!"#厂房、溢洪道及其他地面建筑物区勘察!"#"$、!"#"%这两条在勘察内容上对原规范进行了调整，并新增了地质构造和泥石流的勘察内容。考虑到地面厂房区建筑物的种类不同，要求也不一样，因此，条文对一般性的勘察内容未再细列，主要列出一些影响建筑物的常见工程地质和水文地质问题。对地面厂房，关键是地基岩土层的特性、强度是否能满足要求和边坡稳定条件；对前池，关键是防止漏水问题；对地面压力管道，关键是管道通过地段的边坡稳定状况和墩基地质条件。至于勘察方法，考虑到上述建筑物等级较低，要求不高，故宜以测绘和轻型勘探为主，并根据需要布置钻探或硐探。所需岩土物理力学性质参数可用工程地质类比法提供，但对主要岩土的物理力学性质参数，条文提出取样进行室内试验。当主要持力层为第四纪地层时，还应进行原位测试。试验的数量条文来作明确规定，各工程可视具体要求而定。!"#"&、!"#"#无论溢洪道是布置在岩基或土基上，其勘察的主要工程地质问题是地基的强度和透水特性、溢洪道（包括下游斜坡泄水道）开挖后边坡的稳定性，及下游受冲部位岩土体的抗冲刷性能等，-"!"#条各款对此作出了明确规定。至于勘察方法，本次修订对原规范作了较大的调整。第一，明确了地质测绘的比例尺，测绘范围除溢洪道本身外，尚应包括下游受冲刷部位和两侧设计开挖坡顶线以外一定范围，以便查明对工程有影响的各类结构面的情况；第二，规定在溢流堰、泄槽和消能设施等部位应布置钻探；第三，对影响建筑物稳定的主要岩土和软弱夹层应取样进行试验。!"!地下洞室区勘察!"!"$在初步设计阶段，地下洞室区勘察重点是洞室进口、出口的进洞条件和洞室本身的成洞条件。根据中小型工程地下建筑物施工经验，影响进洞和成洞条件的重要因—$-(-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准素有：进口、出口岩（土）体完整和风化程度，进口、出口边坡稳定情况；洞室区有无对洞室围岩稳定不利的断层破碎带、破碎岩层和软弱结构面；洞室内是否存在特别软弱、易风化、崩解的岩层，及软土、湿陷性黄土、膨胀土等特殊土层；地下水是否丰富和活动强烈，是否会遇到地下水与地表水流或喀斯特管道水流相连通的强透水带；深埋洞地应力较高，会否产生岩爆；洞室以上岩（土）体的有效厚度是否满足要求等。本条!"#款就是根据这些影响洞室的进口、出口稳定条件和洞身成洞条件分别提出的要求，其中!款是本次修订新增内容。!"!"#!地质测绘是根据中小型水利水电工程的实际情况提出的，洞身部分，一般只测绘地质纵剖面，只要能反映隧洞经过地段的地层岩性、地质构造和断层破碎带，能进行洞身围岩工程地质分段即可；对地质条件复杂的洞段、地下厂房区和进口部位、出口部位等，应进行平面地质测绘，测绘比例尺原规范定为!：$%%%"!；!%%%，本次修订改为!：$%%%"!：&%%，也是根据近几年各地实际操作情况确定的。!：&%%大比例尺测绘主要用于地形、地质条件复杂的隧洞进口、出口部位。$规定了勘探工作的布置原则，所列内容也只是常用的。根据经验，硐探是进行地下洞室勘察最有效、最直接的手段，特别在进口、出口部位和地下厂房，一般应有探硐控制。探硐尽可能在施工前结合施工排水或施工通风进行布置，为查明深部洞室岩体完整性、透水性和地下水位，也可打少量钻孔。另外，条文中增加了钻孔、平硐进行弹性波测试，主要是为围岩工程地质分类提供更多的依据。’新增了深埋大跨度地下洞室现场测试岩体变形模量的要求，这是根据实际需要提出的。(强调在工作条件十分恶劣，勘探工作事实上不可能进行的地区，强调充分利用航（卫）片，特别是比例尺较大的航片来分析解译隧洞沿线地质条件，利用航（卫）片来解译穿过洞线的较大断层带和变形边坡，是十分有效的和宝贵的。!"$引水、排水线路勘察!"$"%中小型工程引水、排水线路的渠道断面—般虽不太长，但所通过地段遇到的地质情况可能各种各样。因此，本阶段勘察工作主要在于论证渠道能否成立，渠道开挖通水后可能带来什么问题，及渠系建筑物地基和边坡的稳定条件。条文重点强调要调查渠道岩土体的透水性，通水后强透水岩（土）层的大量漏水可能带来一系列问题，都应引起注意。对于一些穿过溪沟的渠系建筑物（例如渡槽、倒虹吸管等），不仅要研究溪沟覆盖情况，以决定建筑物排架基础的砌置深度，还要考虑溪沟洪水冲刷对建筑物基础的影响。本阶段还要求分段评价渠道全线工程地质条件，主要为了核算渠道土、石方工程量，编制工程概算。!"$"#在初步设计阶段，引水、排水线路工程地质测绘是在可行性研究阶段工程地质勘察选定线路的基础上进行补充的，用以查明重点地段的工程地质问题。本次修订增加了测绘范围的规定，目的在于查明周边不良地质现象对引水、排水线路的影响。原规范对建筑物区、严重变形边坡和喀斯特发育等地段的测绘比例尺规定为!；$%%%"!：!%%%，本—!&%)— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准次修订为!：!"""#!：$""，一是为提高地质测绘的精度，二是根据各地的实际操作情况确定的。至于勘探手段，条文规定地质条件简单的线路宜以轻型为主，如可以采用坑探、物探或土钻查明覆盖层厚度和基岩风化深度，在一些重要的渠段、结构复杂的建筑物地区和地质条件复杂的线路段，应布置岩心钻探，以提高勘察精度。设计所需岩土物理力学性质参数，可以用工程地质类比法提供。如果遇到特殊土，如膨胀土、软土、湿陷性黄土等，因其物理力学性质差异较大，较难准确提出经验数据，因此，可以取样进行室内试验。如有条件（设备和技术条件）当然也可以作些现场原位测试，如十字板剪切试验、触探之类。!技施设计阶段工程地质勘察!"#任务!"#"#本条是此次修编补充的内容。不少中小型水利水电工程未按基建程序办事，前期地质勘察的深度和精度不够，导致许多应在初步设计阶段解决的问题遗留到了施工期。为了与设计阶段相配套，确保地质勘察精度，以利施工顺利进行，要求对专门性工程地质问题进行勘察。!"#"$中小型水利水电工程特别强调施工地质工作。原规范把施工地质专门列为一章，本次修订将其作为技施设计的一部分，并不是削弱施工地质工作，而只是与目前国家有关规定相一致，与设计阶段同步。!"#"%对施工过程中出现的各种：工程地质问题的处理提出建议是施工地质的任务之一，这里将其单独列为一条，旨在强调地质建议在施工中的重要性。!"#"&严格来说，工程地质监测也是施工地质的内容之一。本条单独提出，一是强调工程地质监测的重要性，如边坡、危岩、软基、承压水等对工程影响较大的地质现象，都应进行监测；二是强调监测的难度，因设置监测网进行监测需要投入一定的人力物力，往往需要业主、设计、监理多方共同确定。因此，工程地质专业只能提出建议。!"$专门性工程地质勘察!"$"#本条强调的是确定专门性工程地质勘察内容的原则。专门性工程地质勘察内容应根据以下%条原则来确定：（!）初步设计阶段工程地质勘察报告的建议。在前期勘察中由于经费和技术条件等原因，一般会遗留少量的工程地质问题待继续查清，当遗留的问题对工程影响较大时，应作为专门性问题在工程开工前予以查明。（&）初步设计报告的审查意见。审查意见中，一般会对下一步工作提出要求，勘察单位应根据审查意见提出专门性勘察的内容。（’）施工实际情况。施工中往往会出现一些难以预见的问题，例如可能出现边坡失稳、基础岩土强度不能满足要求、严重渗漏或开挖情况与前期勘察资料有较大出入时，以及天然建筑材料的质量、储量出现偏差等，上述问题均应作为专门性问题进行勘察。（%）设计要求。工程地质勘察强调的是工程的针对性，以解决工程问题为最终目标。—!$"(— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准如果脱离了设计要求，就失去了工程地质勘察的基本意义。因此，应根据设计需要，进行专门性工程地质勘察。本条!"#款列举了专门性勘察的主要内容。这里将天然建筑材料复查列为一款，强调天然建筑材料的重要性。由于前期天然建筑材料勘察深度和精度未达到要求，从而影响工程建设质量和进度的例子屡见不鲜。施工过程中发现天然建筑材料与勘察成果提供的储量、质量有较大出入时，应及时进行复查，并应达到详查的精度。!"#"#专门性勘察的精度主要决定于工程地质问题的性质、前期勘察的深度、设计要求等三个方面，其中设计要求是最主要的。专门性勘察的范围一般比较小，比例尺宜大一些，平、剖面图最小比例尺一般不宜小于!：$%%，但总体上应满足设计要求，尽量与设计保持一致。关于勘探工作量的问题，因专门性勘察的情况多种多样，本标准中没有提出具体的标准，可根据具体情况酌情考虑。对于岩土试验的要求，中小型工程一般不是特别重视。本标准提出专门性勘察的试验工作应根据具体情况确定，当部位特别重要、问题特别严重或室内试验不能达到要求时，应进行现场试验。条件允许时，室内和现场试验可同时进行，相互验证，使各种地质参数更加符合实际。!"$施工地质!"$"%施工地质工作是工程勘察阶段地质工作的继续，是对勘察成果的最终验证，也是水利水电工程建设中必不可少的一项重要工作。一些在勘察阶段未能细查和充分揭露的水文地质和工程地质问题，随着施工开挖，将被充分揭露。对于中小型工程而言，这种情况更为突出。这是因为，大多数中小型工程都是地方筹资兴建，在勘察阶段不可能投入较多的勘探工作，除一些重大的关键性的水文地质和工程地质问题必须在勘察阶段查明外，可能有些一般性的地质问题，随施工开挖的不断揭露，在施工阶段才研究处理。因此，对中小型工程，特别强调施工期的施工地质工作，强调施工期的应变处理。原规范将施工地质单独成章，将施工地质工作的任务、内容及工作方法列为三节。本次修订将施工地质列为一节，在条文形式上进行了重新编排，并补充了部分内容。本条规定的&项任务，首要的任务就是研究分析所揭露的地质现象，检验和校正前期勘察结论和岩（土）物理力学参数，与设计、施工人员共同研究，提出处理措施建议，这是中小型工程施：工地质工作的特点。除上述任务外，还列出了编录、监测、参加与地质有关的工程验收和必要的专项补充地质勘察等任务。!"$"#本条规定施工地质工作方法、内容以及技术要求宜按《水利水电工程施工地质勘察规程》（’(#!#—)%%*）执行，旨在强调施工地质工作的重要性。但针对中小型工程的特点，对于地质条件较简单的工程，特别是小型工程，有些内容和要求可适当简化。!"$"$标准是技术工作应遵循的准则，具有普遍的指导意义。但对每一个具体工程而言，工程地质条件和技术要求是千差万别的，施工地质工作大纲是某个工程开展工作的指导性文件，具有很强的针对性。本条强调在施工地质工作开展之前，应编制施工地质工—!$%+— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准作大纲，实践证明，这是做好施工地质工作的前提。!"#"$%!"#"&分别列举了施工地质工作应特别注意的重点工作内容和工作方法。工作内容的重点是对已有成果资料的复核、检验以及对工程地质问题的预测预报。例如，对一些重点工程地质问题的结论、建议、原提供的参数进行检验，必要时作一些修正；施工期可能出现的地质问题的预测、预报等。工作方法的重点是施工地质编录，编录一定要认真细致，不能遗漏地质现象。编录方法可采用文字说明、素描、摄像、录像等，但强调要连续进行。在基坑开挖完成验收以前，应按有关标准的规定进行地质测绘。!"#"’(建立施工地质日志是施工地质必不可少的工作。各单位应建立统一格式的施工日志本和日志编写责任制度，从施工开始至施工结束要连续记录。工作联系单是各有关单位往来的文字依据，也是出现问题时划分责任的主要依据，施工地质人员应认真填写和收集保存。!"#"’’本条强调了解规划设计意图，做好与设计人员配合和施工地质服务工作。施工地质人员如果不了解规划设计意图，工作中往往可能出现偏差。由于与设计人员配合不好，服务工作不到位，引起设计、施工、业主投诉的例子时有发生。因此，施工地质人员应充分了解规划设计意图，熟悉各种建筑物对地质条件的要求，认真做好配合和服务工作。)病险水库除险加固工程勘察)"’一般规定!"#。#病险水库除险加固工程勘察实际上是对已建工程的再勘察。这些工程有一大批是$%世纪五六十年代兴建的，由于当时急于求成和财力、物力不足，不少工程未按基建程序办事，设计、施工均存在一些问题，后期管理工作又没有很好跟上，致使病害问题较为突出。近几年，各省开展了大量的除险加固工程勘察，但对其勘察精度，勘探工作的布置和勘察方法一直没有规范可循，为规范除险加固工程勘察工作，在总结各地经验和成果的基础上，本次修订特增加本章。根据水利部《关于发布｛水库大坝安全鉴定办法&的通知》（水建管［$%%’］$!#号）和()$*+—$%%%以及各地实际操作情况，本条规定病险水库除险加固勘察一般划分为安全鉴定勘察和除险加固设计勘察。设计勘察一般一次性完成，当除险加固设计分为初步设计和技施设计时，则勘察阶段应与设计阶段相适应。)"’"*本条对除险加固工程勘察的任务作了规定。除险加固工程勘察就是要查明病险部位及其产生的原因，勘察：工作必须抓住这个重点有针对性地进行，避免盲目扩大勘察范围；如果抓不住重点，反而造成工作的延误或浪费。)"’"#除险加固工程勘察是对已建工程的再勘察。由于工程已建成运行，有些病害已长期存在，有时需经加固处理，因此，条文强调应加强收集原有地质勘察、施工处理及运行监测资料，有时还要调查访问早期施工人员，并对所收集的资料进行综合分析，这样，既可充分利用已有的勘察成果，减少勘探工作量，又能深入了解工程问题的实质，使勘察工作做到有的放矢。—#*%,— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#"$除险加固工程特别是病险土石坝加固处理工程，一般需要一定数量的天然建筑材料，因此，在除险加固设计勘察阶段，应对所需天然建筑材料进行勘察或对原施工用料进行复查。根据除险加固工程勘察的特点，条文提出了天然建筑材料勘察的精度应达到详查的要求。!"%安全鉴定勘察!"%"#本条对安全鉴定勘察的对象和范围作了规定。把安全鉴定勘察的对象和范围界定于各建筑物地基及周围边坡、近坝库岸、地下工程围岩、土石坝坝体等，主要是从与工程安全有关的角度出发而提出的。这里特别把土石坝坝体列为勘察对象，是考虑我国病险土石坝的现状，即土石坝坝体病害是病险工程的主要病害。至于混凝土坝或砌石坝坝体，则不在地质勘察之列。!"%"%本条#&$款提出了安全鉴定勘察的主要任务。安全鉴定勘察实际是为工程质量评价、结构安全评价、渗流安全评价和抗震安全评价提供地质资料和依据，以便于工程的安全鉴定分级。!"%"’&!"%"(这$条规定了土石坝、混凝土坝和砌石坝的地质勘察基本内容，这些内容都是在工程实践中总结得出的，也是进行工程的安全鉴定分级所应取得的地质资料。鉴于病险水库土石坝坝体存在的质量问题较为普遍，因此，条文特别强调了对坝体填筑质量，坝体渗漏、开裂、滑坡、沉陷等不良地质现象和隐患的调查。至于勘察方法，由于工程已建成，因此，收集已有的各种资料，如前期勘察资料，访问施工期间的开挖处理情况，详细了解运行观测资料等!就显得尤为重要。工程地质测绘也是对原坝址工程地质图进行复核，如果没有前期勘察资料，则应进行工程地·质测绘。安全鉴定勘察主要是全面揭露问题，相当于普查。因此，物探宜是主要的勘探方法之一。钻探工作量一般较少，但勘探剖面线和病险部位应有少量钻孔控制。试验方面，土石坝坝体是重点，并且要求分区取样进行室内物理力学性质和渗透试验，试验的组数一般沿用习惯作法，或以满足统计分析和计算的需要确定。!"%"!其他建筑物由于种类较多，且各自的问题各不相同，因此，本标准没有一一列出，具体问题具体分析，参照有关条文执行。!"’除险加固设计勘察!"’"#本条指出除险加固设计勘察应在安全鉴定勘察的基础上，对有关地质问题进行详细勘察，目的是查明病险详细情况和原因，提出处理措施建议。本条"#$款的任务就是针对这一目的提出的。由于除险加固设计勘察目的明确，针对性强，因此大部分省、自治区、直辖市的除险加固设计勘察均能做到一次性完成。但部分省、自治区、直辖市要求先提交可行性研究报告，本条未对可行性研究勘察提出明确要求，各地可视具体情况酌情考虑；部分省、自治区、直辖市尚需提交技施设计报告，而技施设计阶段只针对专门性地质问题进行补充勘察，可参照设计阶段勘察有关规定进行。!"’"%&!"’"#)由于病险种类多，原因复杂，因此，对所有病害的勘察内容、方法不—"&"%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准可能一一列出，条文重点对工程中常见的病害，如渗漏及渗透稳定问题、不稳定边坡问题、抗滑稳定问题、地基沉陷与坝体变形问题等的勘察内容、勘察方法作了规定。所列勘察内容都是为查明这些问题而提出的主要内容。当然，在实际工作中，勘察内容可能尚不止这些，，至于勘察方法，条文特别强调对已有地质资料、施工编录以及运行观测等资料的收集和分析。工程地质测绘比例尺的选择，是根据所研究的问题确定的。采用何种勘探方法，勘探点的间距为多少，则可根据具体情况综合考虑。对于坝体取样试验工作，强调必须分区取样，避免取样数量过少或代表性不强，基岩则强调以经验类比为主。对工程安全有影响的、规模较大的不稳定边坡，仍需进行必要的室内和现场试验。!天然建筑材料勘察!"#一般规定!"#"#本条规定天然建筑材料勘察应按任务书要求进行，因为在执行天然建筑材料规程时往往有一定的变动，如果没有任务书的明确规定，精度的变动便无所依据。此外，对天然建筑材料勘察的一些特殊要求，也可在任务书中详细列出，例如，对某些：工程需要某一些特殊的材料，对某些材料的产地，运输条件等有特殊要求等。!"#"$天然建筑材料勘察是中小型水利水电工程地质勘察任务之一，在《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（!"#$%—#&&&）中，对勘察精度等级、各种材料的勘探和取样试验以及资料整理和报告编写等都有明确规定，因此，本条规定天然建筑材料宜按!"#$%执行。但对中小型工程而言，由于勘察条件的限制，往往不能按规程规定的勘探取样数量布置勘探工作。有些工程所需天然建筑材料数量不多，经经验判断认为质量可用，而储量又很丰富的情况下，勘察阶段也往往简化，未按普查、初查、详查三级循序进行；有些工程所需建筑材料的储量很少，但又必须采用，反而要求较规程规定更为精确地进行勘察等。鉴于我国中小型水利水电工程的实际情况，又不宜完全死板地按规程去做，对某些技术要求应做一些变通，因此，本条特别规定“根据中小型工程的特点和料场的具体条件，对!%#$%中的某些技术要求可适当简化”。凡本标准补充说明了的，按本标准去做。未说明的，一律仍按!"#$%的要求去做，例如，各级精度的勘探取样试验方法和资料整理报告编写等。!"#"%可行性研究阶段的天然建筑材料勘察，直接关系到基本坝型的选择。如果某种材料影响到基本坝型的选择时，应对起控制性作用的料源及主要料场进行详查，保证工程设计的需要。!"#"&在中小型水利水电工程勘察工作中，有时会发现建筑场地附近天然砂砾石料中细骨料缺乏，采用人工轧制细骨料成本又高，因此，业主常采用外购天然细骨料作为补充。为确保外购材料的质量，本条规定应对外购天然建筑材料的质量进行检验复核。!"$勘察方法!"$"#本条强调对已开采使用过的天然建筑材料料场，如一些石料场、土料场的储—%$%%— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准量和质量资料的收集。如果继续采用这些料场，应该补充勘探工作，以便复核其储量。!"#"#根据中小型水利水电工程的特点和习惯作法，本条提出了由近到远、先测绘后勘探的勘察工作原则。对中小型工程，天然建筑材料的使用往往是尽可能就近采用，甚至储量不多的产地，只要质量好往往优先采用。运距也是决定料场是否采用的很重要的因素。因此，在勘察时，应先勘察近距离料场，储量不足时再向远距离料场勘察。对每一料场，一般都应先查勘、测绘，对其储量和质量作出经验判断，再布置必要的勘察工作（钻探、坑探、物探等），以减少勘探工作量，而且宜采用综合手段，不是单一地依靠钻探或坑探。!"#"$关于天然建筑材料的勘探与取样试验，!"#$%已有明确规定。对砂砾料，将产地分为三种类型，每种类型产地又规定了初查和详查不同的勘探网（点）间距，根据产地储量大小规定了取样级数最少值，还规定了取样方法、取样数量和试验项目等。土料、石料等也都有类似的规定。但由于中小型工程，特别是小型工程用料不多，或受勘探条件的限制，在保证满足设计要求的前提下，勘探和取样试验可作一些变动。例如，对一些小型堆石坝或砌石坝，当采用石料时，如果附近有大面积裸露的石灰岩，储量甚丰，岩性单一，岩相稳定，当地居民又有采用该石料的经验，已有采料场或天然剖面，勘探网点布置可以；欠为简化。有时，可不布置勘探工作即可使用，也可少取或不取样进行室内试验。相反，在有些强喀斯特发育的石灰岩区，表部被覆盖，下部喀斯特发育形状（溶沟、溶槽、溶洞等）难以判断，表层覆盖物和洞内充填物直接影响堆石坝上坝石料或人工骨料的含泥量，而这种石料又非用不可时，勘探网点布置可根据需要适当加密。对砂砾料，如果用料不多，但附近有大面积远超过设计要求储量的砂砾滩地，且经判断质量也符合要求，勘探网点布置也可简化。总之，对中小型工程的天然建筑材料勘察，强调现场查勘和经验判断，并结合工程特点进行勘察。!"#"%关于天然建筑材料的资料整理和报告编写，!"#$&有明确规定，包括应提交的图件编制、试验成果整理、储量计算方法及报告编写的规定和报告提纲等。但考虑到中小型工程的特点，本标准作了一些变动。规定一般情况下不编写专门的天然建筑材料勘察报告，天然建筑材料问题可在工程地质勘察报告的专门章节中论述。只有当天然建筑材料条件复杂或所存在的问题成为影响坝型选择关键时，才编写专门的天然建筑材料勘察报告。报告的提纲，应按!"#$%的规定执行。不论是否编写专门的天然建筑材料勘察报告，究竟应附什么图件，在附录’中已明确列出。&勘察成果&"’一般规定&"’"’本条对各阶段工程地质勘察及病险水库除险加固工程勘察应提交的成果作了明确规定。各阶段工程地质勘察工作结束后，都必须编制工程地质勘察报告。对一些专门性工程地质问题进行专题研究时，应提交专题研究报告。阶段性工程地质勘察报告，可以根据工程规模、地质条件复杂程度及特殊要求，采取—%$%#— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准几种不同的形式。对中型水利水电工程或地质条件复杂的小型工程，一般可提交阶段性工程地质勘察报告；如果地质条件比较简单，经勘测设计主管单位同意，也可以提交地质简报，或作为设计报告中的一章提出；对于地质条件一般或简单的小型工程，可以在设计报告中写入地质说明部分，不另编写单独的工程地质勘察报告。!"#"$本条对工程地质勘察报告的三个组成部分，即正文、附图和附件提出了具体的要求，以保证成果的质量。对报告正文要求———客观真实，重点突出，依据事实和数据进行综合分析论证，合理提出各项参数和建议，围绕任务和规划设计意图进行工程地质评价等，都是针对过去工程地质报告的缺点而提出的。过去有些地质报告文字过长，内容空洞，一般地质内容叙述多，结合工程的评价少，结论含混不清，重点不突出，泛泛而谈，这些弊端都应尽量避免。对图面要求准确、实用和图文相符，也是针对过去常见的缺点提出的。过去有些图面虽然清晰，也很准确，但不实用，工程地质内容甚少。要求图面实用，就是为工程所用，此外图文也应绝对相符。!"#"%竣工地质报告是工程的重要资料。中小型水利水电工程因为条件限制，勘察阶段不可能十分详细、彻底查明所有工程地质和水文地质问题，而强调在施工阶段对揭露的问题进行及时研究处理。中小型水利水电工程更加强调施工地质工作。为了给工程的长期安全运行，今后的维修加固提供可靠的资料依据，必须将施工阶段的地质工作、所遇到的地质问题、处理情况和结论意见，作出详细的报告，包括其他一切有关施工地质的技术资料都应系统完整地进行整编。几十年来，有一些中小型工程忽视施工期地质编录，更缺少系统完整的竣工地质报告，给建成后］二程的维修处理造成很大困难，有时不得不去向原施工地质人员进行调查访问，了解施工时遇到的地质问题、部位和处理情况，这是很深刻的教训。因此，本条对竣工地质报告的基本要求作出了明确规定。!"#"&地质报告的主要附件都是各阶段地质报告的基本附件。附件分为两类：一类是必须提交的图件；另一类图是根据具体需要才提交的图件。例如，规划阶段的水库区综合地质图，如果水库区地质条件简单，就可以和区域综合地质图合并成一张，不另提交专门的水库区综合地质图；反之，如果需要也可以提。但初步设计阶段，则规定必须提交。至于小型工程，提交图件的伸缩性较大，除了建筑物地质纵、横剖面图以外，其他图件都是根据需要提交，不作硬性规定。总的原则是既要能说明问题，又要尽量简化，以减少不必要的工作量。!"#"’原始资料系指作为编制工程地质勘察报告和施工地质报告依据的一切未经系统加工的第一手最基本资料。针对中小型工程原始资料保存不全甚至根本不重视原始资料归档的情况，本条明确规定，在各阶段工程地质勘察、施工地质和病险水库除险加固工程地质勘察工作结束后，各种原始资料和勘察成果应按有关规定归档，是十分必要的。当不少工程出现病害，需查询原始资料以便弄清病害原因时，由于资料未系统整编装订，当事人也没有进行必要的说明和注记，甚至事隔多年，连当事人是谁都无法查找，给查询工作带来很大的困难，耽误了工程的加固处理工作，这种教训应当吸取，为此列入本条规定。—"#"!— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准!"#工程地质勘察报告!"#"$%!"#"&分别对规划阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段、技施设计阶段及除险加固工程地质勘察报告的基本内容作了一些规定，即一般情况下应包括的内容。考虑到各工程地质条件千差万别，工程的特点也不—样，文字表达形式也有差异，因此，不可能都严格按一个模式编写报告。使用时应按各工程的实际情况，作相应的增加或简化。附录!围岩工程地质分类本次修订，对原规范的内容作了适当调整。国内目前围岩分类方法很多，国家标准有《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（"#$%&—%’）、《工程岩体分级标准》（"#’()*%—+,）和《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（"#’(-(.—++）、《水利水电工程地质规范》（"#’()%.—++），以及铁路、公路和冶金等系统的工程地质勘察规范均有各自的围岩分类，所有分类都不外是考虑围岩强度、岩体完整程度、结构面的状态、地下水的影响、结构面走向与洞室长轴方向关系等因素，并采取定量评分的办法来判别围岩类别。中小型水利水电工程地下洞室，洞径（跨度）一般较小，而且勘察条件、工作深度和测试手段也难于满足上述规范要求，因此，编制一个适合中小型水利水电工程的围岩工程地质分类，可帮助野外地质人员通过地质测绘和勘探，并根据围岩的主要工程地质特征，迅速确定围岩的类别，从而可以判断围岩的自稳能力和变形特征，提出支护、衬砌的方法，同时通过分类标准的划分，将常用的一些描述围岩（岩体）状况的术语（如岩质软硬程度、岩体完整性、地下水活动程度等）规范化。本分类主要针对岩质洞室，未包括土洞。本分类的主要依据是：岩石强度、岩体结构、岩体完整性、岩体结构面特征、产状，地下水活动强弱等，将围岩按其稳定性分为’类。分类中还列出各类围岩主要物理力学参数。考虑到目前不少中小型隧洞工程设计时仍要求提供山岩压力（围岩压力、围岩松动压力），可以根据岩体力学属性采用与之相适应的理论和方法确定。工类围岩稳定性与应力分布的计算，宜采用弹性理论或弹塑性理论方法，它可以不计山岩压力；!类、"类围岩宜采用极限平衡理论，并按实际情况，考虑应力的重新分布及结构自重，实际操作时根据拱顶坍落高度估计山岩压力。估计山岩压力的经验公式为：!/"#。［式中：!为垂直山岩压力（012）；"为塌落高度（3）；#为岩体重度（4563-）］。!类、"类围岩在隧洞开挖前按"/（(7*8(7)）月估算围岩松动压力。式中：$为隧洞开挖跨度（3）。#类、$类围岩可按松动介质平衡理论估算围岩压力，亦可按坍落高度估算围岩压力，#类围岩坍落高度"/（(7--8(7&&）$，$类围岩"/（(7&8*7)）$或更大，当洞顶岩体不能形成自然平衡拱或有冒顶可能时，应按全部上覆岩体重量计算山岩压力。另外，在进行岩质分类时，增加了便于野外现场测试的点荷载强度、岩体回弹仪测试值及岩体纵波波速值。地下水活动程度分级主要参考了"#’()%.—*+++，并考虑外水压压力的影响。洞室外水7压力系数取值为(7)8*7(3，当外水压力较大时，其作用于隧洞衬砌上的压力也较大，同时，地下水，涌水量和排泄形式对围岩稳定的影响也不容忽视。—*’*,— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准附录!边坡工程地质分类边坡工程地质分类的目的主要是为水利水电工程实用服务。边坡是水利水电工程地质勘察三大对象（地基、围岩和边坡）之一。边坡的稳定状况直接或间接影响建筑物的安全。但是，中小型工程因建筑物规模较小、勘察周期较短、勘察手段和资金也受到限制，因此，很难对边坡进行较为详细的勘探工作，与大型工程相比，更加重视根据经验对边坡的现状作出客观分析，并对其稳定性作出评价。而分析和评价的依据，首先应能有一个可以通用的边坡分类。本附录所列边坡工程地质分类，是在总结我国水利水电工程边坡勘察成果的基础上，以边坡分类文字说明为主，将各种不同工程地质特性的边坡加以区分，某种类型边坡代表某种工程地质特征，对其稳定特点和对工程的影响分别作出不同的判断。边坡分类的主要目的是：（"）根据野外调查，并依据边坡分类特征，对边坡的类别迅速予以辨认，从而较快掌握此类边坡的主要工程地质特征。（#）根据边坡分类，对边坡的稳定性作出初步评价，就边坡对工程的影响作出判断。（$）根据边坡分类，预测边坡可能出现的工程地质问题，并对边坡的工程处理提出原则性建议。（%）当边坡问题较为复杂时，也可根据边坡分类，对下一步勘察试验工作指明方向。国内外边坡分类十分繁杂多样，究其原因，主要是因为所依据的分类原则各自不同，这些分类原则是分类者自己确定的，是为各自的分类目的服务的，绝大多数都是边坡变形形式的分类，或就某种变形形式（例如滑坡）再作进一步细部分类，尚未见到对边坡进行综合工程地质分类。本分类有为中小型水利水电工程服务的明确目的，实用性较强。为此，贯彻了以下的分类原则：（"）以实践为基础进行分类。总结我国水利水电工程实际遇到的边坡，特别是一些变形边坡，并按岩性、结构、变形特征等综合工程地质、水文地质条件对边坡进行分类。（#）分类以实用为目的，要便于野外对边坡类别进行辨认，并能对其稳定性作出评价。为此，在分类表中将各种边坡的特征、影响边坡稳定的主要因素、可能的主要变形破坏形式和可能出现的问题，以及与水利水电工程的关系都分别加以说明。为避免边坡术语的混乱，表!&’&"还就边坡与工程的关系、岩性、变形情况、边坡坡度、工程边坡高度和失稳边坡体积，作了一般性分类。首先，应当统一的是边坡总称的叫法。“()*+,”一词，在我国有很多译名，有叫“边坡”，有叫“斜坡”，也有叫“岸坡”，我们叫“边坡”，并定义为“地壳表部一切具有侧向临空面的地质体”，“边坡是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的总称”，而不是仅指边坡的坡面。边坡的临空向侧面称为“坡面”，坡的顶部缓坡面或水平面称为“坡顶面”，坡面与坡顶面的转折部分称为“坡肩”，边坡的下部与平地相接部位称为“坡脚”，坡面与坡顶面以下至坡脚的岩体称为“坡体”，坡面与理想水平面的交线称为“边坡走向线”，二者最大夹角称为边坡“坡角”或“坡度”，自坡脚到坡顶面间的高度称为边坡的“坡高”。一般来说边坡的高度从谷底起算，如边坡经人工改造，则从改造后—"-"-— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准坡脚的平面起算。本分类对边坡未采用“斜坡”一词（铁路部门有叫斜坡者），主要是考虑“斜”含有坡度的涵义。因此，将斜坡不作为“!"#$%”的总称，而仅指一定坡度（&’!⋯(’!）的边坡为“斜坡”。也未采用“岸坡”⋯词，主要是考虑“岸”相对于河流水边而言，系指“水边高起之地”，不能概括有些不在河流岸边的边坡。在边坡分类表中，将碎石边坡和岩土混合边坡列入土质边坡类。野外实际情况是，除了纯是土层（砂性土、粘性土等）组成的边坡和裸露无覆盖的岩质边坡外，一般岩石边坡也可能覆有少量残坡积层，但因其相对于坡体体积量较少，不是控制坡体稳定的主要因素，因此，仍归入岩质边坡类。除此而外，还有含有较多的块石、碎石，同时也混有土的边坡，归人碎石土边坡类。此类边坡所含块碎石（多经位移）和土一起仍属松散体，如坡积形成的碎石土边坡，边坡的特性决定于土石混杂体本身的特性，故将此类边坡归入土质边坡类。而土石混合边坡则系指边坡坡面除出露土层（碎石土、砾质土或其他土层）外，不同部位（多在土层下部）还出露岩石，边坡的特性除决定于土层本身特性外，还与土层和基岩的接触面特性有关。例如：上部为坚硬玄武岩，中部为全风化页岩，而下部又为坚硬岩石，即上岩、中土、下岩组成的边坡。土石混合边坡虽然在坡面上有岩石出露，但因坡体中土层分布较厚，对边坡整体特性有较大影响，因此，也把此类边坡归属于土质边坡。在编写过程中，原拟将碎石土边坡和岩土混合边坡，另分为一大类，称为土石边坡，以区别于岩质边坡和土质边坡，考虑到这种更为详细的分类依据资料不足，因此，暂时仍归于土质边坡大类，待今后资料积累丰富后再进行边坡分类修订。本次修订的边坡分类，增加了失稳边坡和分散性土边坡的相关内容。附录)软弱夹层工程地质分类软弱夹层工程地质分类，目前有的侧重于成因，有的侧重于岩性组合，本附录以软弱夹层的粘粒含量、基本特征为依据，将其分为*类。各类软弱夹层抗剪、抗剪断强度参考值则主要根据中小型水利水电工程几十年工程实践经验，并参考了《岩石力学参数手册》（叶金汉等，水利电力出版社，&++&）和《水利水电工程地质手册》（水利电力部水利水电规划设计院主编，水利电力出版社，&+,-），进行综合分析整理提出的：，在规划和可行性研究阶段，当坝（闸）址软弱夹层试验资料不足时，其抗剪、抗剪断地质建议值可根据表)所列参考值，结合各工程具体的地质条件进行折减提出。附录.岩土渗透性分级渗透性是岩（土）体一种主要的水力性质，为了便于对各种试验方法测定的岩土渗透性能的强弱进行统一描述，特制定本附录。渗透系数/可通过室内试验和现场试验测定，其单位为012!或123。透水率4是指用压水试验方法测定的压水流量，其单位为56（吕荣），是指&789压力下，压人&1试段中每分钟的水量。—&-&:— 第八篇水利水电工程地质测绘与工程地质勘察、试验及监测相关技术标准表!中各级渗透性分级主要是在"#$%&’(附录)的基础上制成的。针对中小型水利水电工程近几年实际采用的防渗标准，将"#$%&’(附录)中的弱透水按!*+,-、!*-,$、!*$,+%依次划分为上、中、下三个带。此外，各级渗透性分级所对应的岩体特征和土类只是典型的例子，在实际工作中，岩土的渗透性均应通过试验确定。附录.水库病险类型划分我国中小型水利水电工程已出现的病险水库约占中小型工程总数的/+0，已成为影响中小型水利工程充分发挥效益的重要制约因素，从而逐渐引起了各级水利主管部门的高度重视。由于病险类型不同，对其进行勘察研究的方法和重点亦不同，为此提出本附录。本附录以工程现状调查为基础，结合工程特点和成因，将水库病险类型划分为$大类+1个亚类，各病险水库可根据具体的情况，按表.所列主要特征及成因进行划分。—+$+(—'