16水利水电工程地质勘察.ppt

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1、第十六章第十六章 水利水电工程地质勘察水利水电工程地质勘察 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 水坝工程地质水坝工程地质 第三节第三节 水库工程地质水库工程地质 第四节第四节 水利水电工程地质勘察要点水利水电工程地质勘察要点 第一节第一节 概述概述 水利水电工程建设是一项造福于人类的伟大事业，它水利水电工程建设是一项造福于人类的伟大事业，它通过建造水工建筑物，利用和调节江河、湖泊等地表水体，通过建造水工建筑物，利用和调节江河、湖泊等地表水体，使之用于发电、灌溉、水运、水产、供水、改善环境、拦使之用于发电、灌溉、水运、水产、供水、改善环境、拦淤、防洪等，达到兴利除害的目的。水是廉价的常规能源，

2、淤、防洪等，达到兴利除害的目的。水是廉价的常规能源，我国水资源非常丰富，理论上能蕴藏量我国水资源非常丰富，理论上能蕴藏量6.86.8亿千瓦，占世界亿千瓦，占世界第一位，目前只开发了很少一部分。发展水利水电事业在第一位，目前只开发了很少一部分。发展水利水电事业在我国国民经济建设中具有非常重要的意义。我国国民经济建设中具有非常重要的意义。水水利利水水电电建建设设的的主主要要任任务务是是兴兴建建水水利利水水电电工工程程，水水利利水水电电工程又是依靠不同性质、不同类型的水工建筑物来实现的。工程又是依靠不同性质、不同类型的水工建筑物来实现的。水工建筑物按其作用分为：水工建筑物按其作用分为：挡（蓄）水建筑

3、物挡（蓄）水建筑物：水坝、水闸、堤防等；：水坝、水闸、堤防等；取水建筑物取水建筑物：进水闸、扬水站等；：进水闸、扬水站等；输水建筑物输水建筑物：输水渠道、隧洞等；：输水渠道、隧洞等；泄水建筑物泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等；：溢洪道、泄洪洞等；整治建筑物整治建筑物：导流堤、顺堤、丁坝等；：导流堤、顺堤、丁坝等；专门建筑物专门建筑物：电力厂房、船闸、筏道等。：电力厂房、船闸、筏道等。水水利利枢枢纽纽：某某一一项项水水利利水水电电工工程程总总是是由由若若干干水水工工建建筑筑物物配配套套形形成成一一个个协协调调工工作作的的有有机机综综合合体体，称称此此综综合合体体为为水水利利枢枢纽纽。对对于于大大多多

4、数数水水利利工工程程而而言言，挡挡水水坝坝、引引水水渠渠和和泄泄水水道道是是最最重重要要的的“三三大大件件”，而而挡挡水水坝坝又又是是所所有有水水工工建建筑筑物物中中最最主主要要的的建建筑筑。水水坝坝建建成成后后，便便在在其其上上游游一定范围积蓄地表水形成一定范围积蓄地表水形成“人工湖人工湖”，称此，称此“人工湖人工湖”为水库。为水库。根根据据工工程程规规模模和和经经济济效效益益，将将水水利利枢枢纽纽划划分分为为五五级级，表表16-116-1，不不同同级级别别的的枢枢纽纽工工程程，设设计计的的标标准准及及技技术术要要求求不不同同，工程地质勘察的工作内容、范围和深度也有所不同。工程地质勘察的工作

5、内容、范围和深度也有所不同。水利水电工程不同于其他任何建筑工程表现为水利水电工程不同于其他任何建筑工程表现为：1 1、它它由由许许多多不不同同类类型型建建筑筑物物构构成成，因因而而对对地地质质上上也也提出各种要求；提出各种要求；2 2、水水对对地地质质环环境境的的作作用用方方式式是是主主要要的的，其其对对建建筑筑影影响响范范围围广广，产产生生一一些些其其他他类类型型建建筑筑不不具具有有的的特特别别的的工工程程地质问题。地质问题。水工建筑物对地质体的作用主要表现在三个方面：水工建筑物对地质体的作用主要表现在三个方面：1 1、各各种种建建筑筑物物以以及及水水体体对对岩岩土土体体产产生生荷荷载载作作

6、用用，这这就就要要岩土体有足够的强度和刚度，满足稳定性的要求；岩土体有足够的强度和刚度，满足稳定性的要求；2 2、水水向向周周围围地地质质体体渗渗入入或或漏漏失失，引引起起地地质质环环境境的的变变化化，从从而而导导致致岸岸坡坡失失稳稳、库库周周浸浸没没、水水库库地地震震，也也可可以以因因为为水水文文条件改变导致库区淤积和坝下游冲刷等一系列工程地质问题；条件改变导致库区淤积和坝下游冲刷等一系列工程地质问题；3 3、施工开挖采空，引起岩土体变形破坏。、施工开挖采空，引起岩土体变形破坏。因坝基中存在有抗剪强度低的土层而造成的土坝或堆石因坝基中存在有抗剪强度低的土层而造成的土坝或堆石坝坝基和坝坡的坍滑

7、。坝坝基和坝坡的坍滑。因坝下渗透水流将坝基岩石中的细颗粒物质带走，使坝基因坝下渗透水流将坝基岩石中的细颗粒物质带走，使坝基被掏空而造成的破坏。被掏空而造成的破坏。坝下游岩体冲刷坝下游岩体冲刷(溢流冲刷溢流冲刷)掏空，也可造成大坝的破坏。掏空，也可造成大坝的破坏。第二节第二节 水坝工程地质水坝工程地质 各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求 坝区渗漏及对坝基稳定性的影响坝区渗漏及对坝基稳定性的影响 坝基（肩）抗滑稳定性问题坝基（肩）抗滑稳定性问题 坝址选择工程地质论证坝址选择工程地质论证 一、各类水坝的特点及其对一、各类水坝的特点及其对 工程地质条件的要求工

8、程地质条件的要求 （一）重力坝（一）重力坝 （二）拱坝（二）拱坝 （三）土坝（三）土坝 （四）堆石坝（干砌石坝）（四）堆石坝（干砌石坝）一、各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求一、各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求水坝的分类水坝的分类按筑坝材料可分为按筑坝材料可分为：土坝、堆石坝、干砌石坝、混凝土土坝等；土坝、堆石坝、干砌石坝、混凝土土坝等；按坝体结构可分为按坝体结构可分为：重力坝、拱坝、支墩坝；重力坝、拱坝、支墩坝；按坝高（按坝高（H H）可分为可分为：低坝（低坝（H30mH70mH70m）不不同同类类型型的的坝坝，其其工工作作特特点点及及对对工工程程地地质质条条件件的的要要求求是是不

9、不同同的的，下下面面讨论几类常见水坝的特点及其对工程地质条件的要求。讨论几类常见水坝的特点及其对工程地质条件的要求。(一一)重力坝重力坝 重力坝也是一种常用坝型重力坝也是一种常用坝型，有混凝土重力坝和浆砌石，有混凝土重力坝和浆砌石(圬工圬工)重重力坝。由于它结构简单，工作可靠，对地形适应性好，所以在各种坝力坝。由于它结构简单，工作可靠，对地形适应性好，所以在各种坝型中的比重仅次于土坝。型中的比重仅次于土坝。重力坝的重力坝的特点是特点是重量大重量大，依靠其自重，依靠其自重与地基间产生的摩擦与地基间产生的摩擦力来抵抗坝前库水等力来抵抗坝前库水等的水平推力，保持大的水平推力，保持大坝稳定。同时，还利

10、坝稳定。同时，还利用其自重在上游面产用其自重在上游面产生的压应力，足以抵生的压应力，足以抵消库水等在坝体内和消库水等在坝体内和坝基接触面上产生的坝基接触面上产生的拉应力，使之不致发拉应力，使之不致发生拉张破坏。生拉张破坏。重力坝在满足抗滑稳定及无拉应力两个主要条件的同时，坝体内的压重力坝在满足抗滑稳定及无拉应力两个主要条件的同时，坝体内的压应力通常是不高的。如一座高达应力通常是不高的。如一座高达70m70m的重力坝，共坝体最大压应力一般不的重力坝，共坝体最大压应力一般不超过超过2MN2MNm m2 2，所以材料强度未能被充分利用，不经济。同时，由基础面所以材料强度未能被充分利用，不经济。同时，

11、由基础面较宽，地基面上的压应力也是不高的。浇筑混凝土坝体时，由于温度效较宽，地基面上的压应力也是不高的。浇筑混凝土坝体时，由于温度效应会使其产生裂缝。为了克服上述缺点和节省材料夕近数十年来国内外应会使其产生裂缝。为了克服上述缺点和节省材料夕近数十年来国内外创造发展了创造发展了宽缝式、空腹式、空腹填碴式及予应力式等新型重力坝。宽缝式、空腹式、空腹填碴式及予应力式等新型重力坝。重力坝对工程地质条件的要求是：重力坝对工程地质条件的要求是：1 1坝基岩石的强度要高。要求坝基岩石坚硬完整，有较高的抗压强度，坝基岩石的强度要高。要求坝基岩石坚硬完整，有较高的抗压强度，以支持坝体的重量。同时，也应具有较大的

12、抗剪强度，以利于其抗滑稳以支持坝体的重量。同时，也应具有较大的抗剪强度，以利于其抗滑稳定性。因此，重力坝一般要求修建在坚硬的岩石地基上，软基是不适宜定性。因此，重力坝一般要求修建在坚硬的岩石地基上，软基是不适宜的。当坝基岩层中有缓倾角的软弱夹层、泥化夹层和断层破碎带等软弱的。当坝基岩层中有缓倾角的软弱夹层、泥化夹层和断层破碎带等软弱结构面存在时，对重力坝的抗滑稳定很不利，尤其是那些倾向与工程作结构面存在时，对重力坝的抗滑稳定很不利，尤其是那些倾向与工程作用力方向一致的缓倾角软弱结构面。坝基中若有河流覆盖层和强风化基用力方向一致的缓倾角软弱结构面。坝基中若有河流覆盖层和强风化基岩时，需清除或加固

13、。岩时，需清除或加固。2 2，坝基岩石的渗透性要弱。坝基岩石中的缝隙，会产生渗漏及扬压力，坝基岩石的渗透性要弱。坝基岩石中的缝隙，会产生渗漏及扬压力，对水库蓄水效益和坝基抗滑稳定均不利。特别是强烈岩溶化地层和顺河对水库蓄水效益和坝基抗滑稳定均不利。特别是强烈岩溶化地层和顺河向的大断裂破碎带，在坝址勘察中应十分注意，对它们的处理常常是很向的大断裂破碎带，在坝址勘察中应十分注意，对它们的处理常常是很复杂和困难的。复杂和困难的。3 3，就近应有足够的、合乎质量要求的砂砾石和碎石等混凝土粗细骨料，就近应有足够的、合乎质量要求的砂砾石和碎石等混凝土粗细骨料，它往往是确定重力坝型的依据之一它往往是确定重力

14、坝型的依据之一。(二二)拱坝拱坝 拱坝在平面上呈圆弧形拱坝在平面上呈圆弧形，凸向上游，拱脚支承于两岸。作用于坝体，凸向上游，拱脚支承于两岸。作用于坝体上的库水压力等，借助于拱的推力作用传递给拱端两岸的山体，并依靠上的库水压力等，借助于拱的推力作用传递给拱端两岸的山体，并依靠它的支承力来维持稳定。它的支承力来维持稳定。拱坝的上述结构特点，决定了它对工程地质条件的特殊要求：拱坝的上述结构特点，决定了它对工程地质条件的特殊要求：1 1，坝址应为左右对称的峡谷地形。河谷高宽比愈大的，坝址应为左右对称的峡谷地形。河谷高宽比愈大的“V V”形峡谷，形峡谷，愈有利于发挥拱坝的推力结构作用。若地形不对称，就需

15、开挖或采取结愈有利于发挥拱坝的推力结构作用。若地形不对称，就需开挖或采取结构措施使之对称。构措施使之对称。2 2坝基及拱端应座落在坚硬完整、新鲜均匀的基岩上，上下游岸坡和坝基及拱端应座落在坚硬完整、新鲜均匀的基岩上，上下游岸坡和拱端岩体稳定，且无与推力方向一致的软弱结构面存在。拱端岩体稳定，且无与推力方向一致的软弱结构面存在。（三）土坝（三）土坝 利用当地土料堆筑而成的一种历史最悠久，采用最广泛利用当地土料堆筑而成的一种历史最悠久，采用最广泛的坝型。它有很多优点：可以就地取材、结构简单，施工的坝型。它有很多优点：可以就地取材、结构简单，施工技术容易为群众掌握，抗震性能强，而且对地质条件的要技术

16、容易为群众掌握，抗震性能强，而且对地质条件的要求在各类坝型中是最低的。按其筑坝材料和防渗结构不同，求在各类坝型中是最低的。按其筑坝材料和防渗结构不同，可以分为若干类型。可以分为若干类型。土坝对工程地质条件的要求是：土坝对工程地质条件的要求是：1 1）坝基要有一定的强度。由于土坝允许产生较大的变形，故可以在土基）坝基要有一定的强度。由于土坝允许产生较大的变形，故可以在土基(软基软基)上修建。但它也是以自身的重力抵挡库水的推力而维持稳定的结构上修建。但它也是以自身的重力抵挡库水的推力而维持稳定的结构物，体积很大，荷载被分布在较大的面积上，所以要求坝基材料具有一定物，体积很大，荷载被分布在较大的面积

17、上，所以要求坝基材料具有一定的承载能力和抗剪强度。选择坝址时，应避免以淤泥软土层，膨胀、崩解的承载能力和抗剪强度。选择坝址时，应避免以淤泥软土层，膨胀、崩解性较强的土层，湿陷性较强的黄土层以及易溶盐较高的岩层作为坝基。考性较强的土层，湿陷性较强的黄土层以及易溶盐较高的岩层作为坝基。考虑到高坝地基产生的沉陷量较大，坝体应采取超高建筑的形式，使超高等虑到高坝地基产生的沉陷量较大，坝体应采取超高建筑的形式，使超高等于所计算的最终沉陷量。于所计算的最终沉陷量。2 2）坝基透水性要小。坝基若是深厚砂卵石层或岩溶化强烈的碳酸盐岩类，）坝基透水性要小。坝基若是深厚砂卵石层或岩溶化强烈的碳酸盐岩类，则不仅产生

18、严重的渗漏，影响水库蓄水效益，而且可能会出现渗透稳定问则不仅产生严重的渗漏，影响水库蓄水效益，而且可能会出现渗透稳定问题。在河谷地段地下水位甚低、岩石透水性较强的碳酸盐岩区建坝，常会题。在河谷地段地下水位甚低、岩石透水性较强的碳酸盐岩区建坝，常会出现。千库。我国北方的中小型土坝此类问题较突出。出现。千库。我国北方的中小型土坝此类问题较突出。3 3）就近要有数量足够和质量合乎要求的土料，包括一般的堆填料和防渗）就近要有数量足够和质量合乎要求的土料，包括一般的堆填料和防渗粘土料，它直接影响坝的经济条件和坝体质量。粘土料，它直接影响坝的经济条件和坝体质量。4 4）要有修建溢洪道的合适地形，地质条件。

19、需要修建溢洪道，是土坝的）要有修建溢洪道的合适地形，地质条件。需要修建溢洪道，是土坝的一大特点，在选坝时必须考虑有无修建溢洪道的有利地形地质条件，否则一大特点，在选坝时必须考虑有无修建溢洪道的有利地形地质条件，否则将会增加工程布置的复杂性和造价。将会增加工程布置的复杂性和造价。(四四)堆石坝堆石坝(干砌石坝干砌石坝)坝体用石料堆筑坝体用石料堆筑(干砌干砌)而成而成，它也是一种就地取材的古老坝型。，它也是一种就地取材的古老坝型。当今由于机械化施工和定向爆破技术的不断发展，堆石坝已成为经当今由于机械化施工和定向爆破技术的不断发展，堆石坝已成为经济坝型的一种。济坝型的一种。堆石坝对工程地质条件的要求

20、与土坝大致相同堆石坝对工程地质条件的要求与土坝大致相同，但比它要高些。，但比它要高些。一般岩基均能满足此种坝的要求，而松软的淤泥土，易被冲刷的细一般岩基均能满足此种坝的要求，而松软的淤泥土，易被冲刷的细砂土、地下水位甚低的强烈岩溶化地目，则不适于修建此种坝型。砂土、地下水位甚低的强烈岩溶化地目，则不适于修建此种坝型。此外，采用刚性斜墙防渗结构的堆石坝，应修建在岩基上。此外，采用刚性斜墙防渗结构的堆石坝，应修建在岩基上。室堆室堆石坝的另一重要条件是坝址区要有足够的石料，其质量要求是：有石坝的另一重要条件是坝址区要有足够的石料，其质量要求是：有足够的强度和刚度，有较高的抗风化和抗水性能。足够的强度

21、和刚度，有较高的抗风化和抗水性能。二、坝区渗漏及对坝基稳定性的影响二、坝区渗漏及对坝基稳定性的影响 坝坝区区渗渗漏漏：水水库库蓄蓄水水后后，坝坝上上、下下游游形形成成一一定定的的水水位位差差（压压力力水水头头），在在该该水水头头作作用用下下，库库水水将将从从坝坝区区岩岩土土体体内内的的空空隙隙通通道道向向坝坝下下游游渗渗出出，称其为坝区渗漏。称其为坝区渗漏。同同时时，渗渗流流场场的的水水流流具具有有一一定定的的渗渗透透压压力力和和上上托托力力，使使土土石石体体产产生渗透变形或对岩体产生扬压力而不利于抗滑稳定性。生渗透变形或对岩体产生扬压力而不利于抗滑稳定性。（一）坝区渗漏条件分析及渗漏量计算（

22、一）坝区渗漏条件分析及渗漏量计算 （二）渗透水流对坝基稳定性的影响（二）渗透水流对坝基稳定性的影响 （三）裂隙岩体防渗减压措施（三）裂隙岩体防渗减压措施 （一）坝区渗漏条件分析及渗漏量计算（一）坝区渗漏条件分析及渗漏量计算 1 1、渗漏条件分析渗漏条件分析坝基渗漏：坝底下的渗漏为坝基渗漏；坝基渗漏：坝底下的渗漏为坝基渗漏；绕坝渗漏：坝肩部位的渗漏为绕坝渗漏。绕坝渗漏：坝肩部位的渗漏为绕坝渗漏。坝坝区区渗渗漏漏是是诸诸多多水水利利工工程程中中一一种种普普遍遍的的地地质质现现象象，一一旦旦渗渗漏漏量量过过大大，就就会会影影响响水水库库的的效效益益，或或者者渗渗透透水水流流作作用用危危及及坝坝体体安

23、安全全，此此时时，坝坝区区渗渗漏漏成成为为必必须须防防治的工程地质问题。治的工程地质问题。坝坝区区渗渗漏漏量量大大小小取取决决于于库库水水位位高高度度及及渗渗漏漏通通道道存存在在情情况况（包包括括通通道道的的渗渗透透性性、连连通通性性、渗渗径径长长短短等等）。下下面面分分第第四四系系松松散散土土石石体体透透水水介介质质与与裂裂隙隙岩岩体体透透水水介介质两种情况，讨论坝区渗漏条件。质两种情况，讨论坝区渗漏条件。（1 1）第四系松散土石体坝区渗漏）第四系松散土石体坝区渗漏 决定因素决定因素：第四系土石体透水性取决于其粒度成分、密实度、分选性和土：第四系土石体透水性取决于其粒度成分、密实度、分选性和

24、土层结构，这些又与其成因、形成时间有关。层结构，这些又与其成因、形成时间有关。渗漏条件分析渗漏条件分析 等粒土石体的渗透系数随粒径增大，渗透系数可以成倍增大；等粒土石体的渗透系数随粒径增大，渗透系数可以成倍增大；从从成成因因类类型型看看：冲冲积积物物分分选选好好，细细粒粒含含量量少少，透透水水性性较较好好；洪洪、坡坡积积物物总总的的来来说说大大小小混混杂杂，分分选选性性差差，透透水水性性较较差差；而而冰冰碛碛物物分分选选性性更更差差，透透水水性性极弱。同一成因的沉积物，随着沉积时代由新到老，透水性一般会变小。极弱。同一成因的沉积物，随着沉积时代由新到老，透水性一般会变小。按渗透系数和渗透率大小

25、，可将土石体分为几个不同透水性等级。按渗透系数和渗透率大小，可将土石体分为几个不同透水性等级。第四系沉积物渗漏条件分析，应从第四系地貌和成因类型分析入手，注意第四系沉积物渗漏条件分析，应从第四系地貌和成因类型分析入手，注意查明粗粒物质和细粒物质的分布和结构组合状况，能否产生坝基渗漏不仅与查明粗粒物质和细粒物质的分布和结构组合状况，能否产生坝基渗漏不仅与透水层渗透性有关，往往还与相对隔水层的分布有关。透水层渗透性有关，往往还与相对隔水层的分布有关。（2 2）裂隙岩体坝区渗漏）裂隙岩体坝区渗漏裂裂隙隙岩岩体体渗渗漏漏通通道道主主要要是是各各种种结结构构面面和和溶溶蚀蚀空空隙隙（洞洞）及及其其开开启

26、启性性、充充填填情情况况、连连通通情情况况。河河谷谷形形态态特特征征即即是是决决定定透透水水性性强强弱弱和和入入渗渗、排排泄条件的重要因素。泄条件的重要因素。渗漏通道的形成：渗漏通道的形成：在在坝坝区区发发育育的的顺顺河河断断裂裂、裂裂隙隙密密集集带带、岸岸坡坡卸卸荷荷裂裂隙隙带带、纵纵谷谷陡陡倾倾和和横谷向上游缓倾的各种原生结构面，都可以构成强烈的渗漏通道。横谷向上游缓倾的各种原生结构面，都可以构成强烈的渗漏通道。渗漏边界条件分析渗漏边界条件分析 库库水水沿沿断断层层或或裂裂隙隙密密集集带带产产生生的的带带状状渗渗漏漏，或或者者由由于于隔隔水水层层与与透透水水层交互成层，库水沿其透水岩层产生

27、的层状渗漏，易于确定，便于防治。层交互成层，库水沿其透水岩层产生的层状渗漏，易于确定，便于防治。库水沿岩体中裂隙网络系库水沿岩体中裂隙网络系统产生散状渗漏，无一定方统产生散状渗漏，无一定方向性，边界条件复杂而不明向性，边界条件复杂而不明确，此时可以进行压水试验，确，此时可以进行压水试验，根据渗透率大小绘制出透水根据渗透率大小绘制出透水性剖面图，以了解岩体的透性剖面图，以了解岩体的透水性。水性。2 2、渗漏量的计算、渗漏量的计算 通过地质调查和分析以及水文地质试验，可以初步确定通过地质调查和分析以及水文地质试验，可以初步确定渗漏的途径、边界条件和计算参数。以此为基础，便可以估渗漏的途径、边界条件

28、和计算参数。以此为基础，便可以估算渗漏量的大小。渗漏量计算是一项十分复杂的工作，往往算渗漏量的大小。渗漏量计算是一项十分复杂的工作，往往很难找到一个切合实际的计算方法。实际工作中，多数情况很难找到一个切合实际的计算方法。实际工作中，多数情况下是对实际地质条件做些简化，采用水力学计算（或作流网下是对实际地质条件做些简化，采用水力学计算（或作流网图）方法进行估算，以便得到一个渗漏量的初步评价，为确图）方法进行估算，以便得到一个渗漏量的初步评价，为确定渗漏损失和合理的防渗措施提供依据。倘若要求较精确的定渗漏损失和合理的防渗措施提供依据。倘若要求较精确的计算结果，应尽可能根据实际条件，采用流体力学等精

29、确计计算结果，应尽可能根据实际条件，采用流体力学等精确计算或用模型模拟试验方法确定。算或用模型模拟试验方法确定。（1 1）坝基渗漏量计算）坝基渗漏量计算 表表16-316-3列出了几种简单条件下简化的计算式。有了单宽流量，列出了几种简单条件下简化的计算式。有了单宽流量，根据实际渗流带宽度根据实际渗流带宽度B B立即得到总渗漏量立即得到总渗漏量Q=B*qQ=B*q。上述均适用于层流上述均适用于层流状态，若水流为紊流，只需将以上各式的水力坡度该为状态，若水流为紊流，只需将以上各式的水力坡度该为I I1/21/2及紊流及紊流渗透系数渗透系数K KW W（I I1/21/2及及K KW W 参考水文地

30、质学），便可用相应公式计算渗参考水文地质学），便可用相应公式计算渗漏量。漏量。（2 2）绕坝渗漏量计算）绕坝渗漏量计算 绕坝渗漏集中发生在临近坝结构的岸边地带，因而岸边地带某一范绕坝渗漏集中发生在临近坝结构的岸边地带，因而岸边地带某一范围内渗漏的边界条件，岩土透水性能以及初始地下水位的状况，是绕坝围内渗漏的边界条件，岩土透水性能以及初始地下水位的状况，是绕坝渗漏的控制因素，绕坝渗漏计算也有水力学方法、流体力学方法和实验渗漏的控制因素，绕坝渗漏计算也有水力学方法、流体力学方法和实验室方法。目前基本上采用水力学方法，此法假设岸边流线形状与坝结构室方法。目前基本上采用水力学方法，此法假设岸边流线形状

31、与坝结构建筑物轮廓相似，均为有规则的几何曲线，且沿流线流速不变，此外，建筑物轮廓相似，均为有规则的几何曲线，且沿流线流速不变，此外，绕坝渗漏属三维流，而计算时假定为二维流，所以它是近似计算方法，绕坝渗漏属三维流，而计算时假定为二维流，所以它是近似计算方法，根据渗漏边界条件复杂程度有全带法和分束法，也可通过流网法计算。根据渗漏边界条件复杂程度有全带法和分束法，也可通过流网法计算。全带法全带法 分束法分束法 全带法全带法 简单的水文地质条件下，并假定安边线平直，透水层均质，隔水底简单的水文地质条件下，并假定安边线平直，透水层均质，隔水底板水平，绕渗带为半圆形板水平，绕渗带为半圆形 渗流为无压层流时

32、：渗流为无压层流时：渗流为有压层流时：渗流为有压层流时：式中：式中：H H为坝上、下游水头差；为坝上、下游水头差；M M为承压含水层厚度；为承压含水层厚度；r r0 0 为坝接头引用半径为坝接头引用半径 （L L为坝头轮廓周长）；为坝头轮廓周长）；B B为绕渗带宽度，为绕渗带宽度，L L为为绕绕渗渗带带边边缘缘长长度度，在在沿沿坝坝轴轴线线的的剖剖面面上上，绕绕坝坝渗渗流流边边界界一一般般以以天天然然地下水位相当的水库正常高水位的某一点近似确定；地下水位相当的水库正常高水位的某一点近似确定；其他符号意义同前。其他符号意义同前。当岸边线形状复杂，隔水底板倾斜时，可采用分束计算流量的方法。当岸边线

33、形状复杂，隔水底板倾斜时，可采用分束计算流量的方法。分束法分束法 当当库库岸岸及及下下游游河河岸岸形形状状复复杂杂，隔隔水水底底板板倾倾斜斜起起伏伏时时，需需先先近近似似地地绘绘制制半半椭椭圆圆形形流流线线，将将渗渗流流范范围围分分成成若若干干个个渗渗流流带带，计计算算每每一一个个渗渗流流带带的的渗漏量（渗漏量（Q Q），），然后将其综合起来，即为该岸的绕坝渗漏量（然后将其综合起来，即为该岸的绕坝渗漏量（Q Q）。）。可根据卡明基公式近似计算：可根据卡明基公式近似计算：无压流时：无压流时：有压流时：有压流时：式中：式中：b b、L L分别为代表某一渗流带长条的宽度和长度；分别为代表某一渗流带长

34、条的宽度和长度；其它符号意义同前。其它符号意义同前。（二）渗透水流对坝基稳定性的影响（二）渗透水流对坝基稳定性的影响 流流经经坝坝基基岩岩土土体体的的渗渗透透水水流流，由由于于库库水水与与下下游游河河道道水水位位差差引引起起很很大大的的渗渗透透压压力力，同同时时，浸浸泡泡在在水水下下的的岩岩土土体体及及部部分分坝坝体体受受到到向向上上作作用用的的浮浮托托力力，这这些些都都在在一一定定程程度度上上影影响响坝坝基基稳稳定性，从而可能导致坝体失稳。定性，从而可能导致坝体失稳。扬扬压压力力：工工程程地地质质主主要要从从坝坝基基岩岩体体抗抗滑滑稳稳定定性性角角度度上上去去分分析析坝坝底底面面及及深深部部

35、岩岩体体某某滑滑移移面面上上的的水水压压力力情情况况，把把作作用用于这些面上的渗透压力及浮托力总称为扬压力。于这些面上的渗透压力及浮托力总称为扬压力。扬扬压压力力是是对对坝坝基基稳稳定定性性极极不不利利的的因因素素，过过高高的的扬扬压压力力可可以以直接导致坝体失稳，这在坝工建筑中不乏其例。直接导致坝体失稳，这在坝工建筑中不乏其例。几种典型的扬压力分布情况及计算公式：几种典型的扬压力分布情况及计算公式：1 1、坝基底面上上的扬压力、坝基底面上上的扬压力（1 1）对于厚度不大的均匀透水坝基、水平）对于厚度不大的均匀透水坝基、水平建基面、无任何防渗措施条件下，坝踵渗建基面、无任何防渗措施条件下，坝踵

36、渗入点渗透压力为入点渗透压力为 （H H为上、下为上、下游水位差，游水位差，g g为重力加速度，为重力加速度，ww为水的密为水的密度），坝趾渗出点渗透压力一般视为零。度），坝趾渗出点渗透压力一般视为零。坝底任一点压力近似按线性分布，则整个坝底任一点压力近似按线性分布，则整个坝底剖面上渗透压力分布呈三角形（坝底剖面上渗透压力分布呈三角形（2 2）。）。考虑到下游水位考虑到下游水位H H2 2对坝体产生浮托力（对坝体产生浮托力（1 1），），整个扬压力分布呈梯形（图整个扬压力分布呈梯形（图169169）其）其值为值为 一一定定尺尺寸寸的的防防渗渗帷帷幕幕和和排排水水孔孔，坝坝基基扬扬压压力力大大小

37、小可可用用理理论论计计算算求求得得。我我国国混混凝凝土土重重力力坝坝设设计计规规范范规规定定，要要求求设设置置帷帷幕幕后后其其中中心心线线处处扬扬压压力力大大小小降降至至 ；排排水水孔孔中中心心线线扬扬压压力力降降至至 ，其其中中1 1、2 2称称为为剩剩余余水水头头系系数数，一一般般1 1取取0.450.60.450.6，2 2取取0.20.40.20.4，此此时时扬扬压力分布图压力分布图16101610，其值为，其值为 工程设计上，为了减小坝基扬压力常在坝基下设置防渗帷幕及排水措施工程设计上，为了减小坝基扬压力常在坝基下设置防渗帷幕及排水措施（如排水孔）。前者可截断水流或延长渗流途径，后者

38、适量排水均可达到降（如排水孔）。前者可截断水流或延长渗流途径，后者适量排水均可达到降低扬压力的效果。低扬压力的效果。2 2、深部滑移面上的扬压力、深部滑移面上的扬压力 由于深部滑移面往往是三维空间曲面或二维平面，扬压力分布比较复由于深部滑移面往往是三维空间曲面或二维平面，扬压力分布比较复杂，可以近似地按一维线性分布规律计算，换算方法见图杂，可以近似地按一维线性分布规律计算，换算方法见图16-1116-11，滑移，滑移控制面上某一点水头值的计算公式为：控制面上某一点水头值的计算公式为：式中：式中：z z（x x）为结构面某一点的埋深；为结构面某一点的埋深；HH（x x）为坝底面渗压水头投为坝底面

39、渗压水头投影到结构面上某一点的值。影到结构面上某一点的值。（三）裂隙岩体防渗减压措施（三）裂隙岩体防渗减压措施1 1、基于裂隙岩体的渗透特性，归纳不同的坝区渗漏模型、基于裂隙岩体的渗透特性，归纳不同的坝区渗漏模型：（1 1）散散状状渗渗漏漏型型：在在均均质质的的结结晶晶岩岩或或层层状状岩岩体体中中，由由于于构构造造型型式式复复杂杂，各各种种结结构构面面相相交交切切，组组成成复复杂杂的的裂裂隙隙网网格格系系统统，岩岩体体破破碎碎，渗渗漏漏无无一一定定方向，其边界条件极为复杂，渗漏量视裂隙数量及宽度、连通程度而定。方向，其边界条件极为复杂，渗漏量视裂隙数量及宽度、连通程度而定。（2 2）带带状状渗

40、渗漏漏型型：在在各各种种岩岩层层中中，由由于于某某组组结结构构面面发发育育，如如顺顺河河的的断断层层或或裂裂隙隙密密集集带带，此此组组结结构构面面（带带）就就成成为为集集中中渗渗漏漏通通道道。这这种种渗渗漏漏型型式式简简单单、明明显显，边边界界条条件件易易于于确确定定。当当各各种种结结构构面面组组合合成成为为规规模模较较大大的的带状渗漏通道时，边界条件较复杂，渗漏量大。带状渗漏通道时，边界条件较复杂，渗漏量大。（3 3）层状渗漏型：）层状渗漏型：层状结构的水平或缓倾岩体中，透水层与隔水层交层状结构的水平或缓倾岩体中，透水层与隔水层交互成层，连续性较强的沉积结构面发育，可沿层状透水岩体明显地渗漏

41、，互成层，连续性较强的沉积结构面发育，可沿层状透水岩体明显地渗漏，这种情况下，构造结构面对渗漏不起主导作用，当多层的透水层与隔水这种情况下，构造结构面对渗漏不起主导作用，当多层的透水层与隔水层交互成层时，则形成多层状渗漏通道，规模较大，此种渗漏型式的渗层交互成层时，则形成多层状渗漏通道，规模较大，此种渗漏型式的渗漏带明显，边界条件易确定。漏带明显，边界条件易确定。2 2、裂隙岩体防渗减压措施、裂隙岩体防渗减压措施 防渗措施原理上采取截断水流或延长渗径的办法，减压可通过防渗措施原理上采取截断水流或延长渗径的办法，减压可通过防渗来实现，也可采用排水等其它措施。前面渗透变形工程地质研防渗来实现，也可

42、采用排水等其它措施。前面渗透变形工程地质研究中已介绍了松散土体坝基防治渗漏和渗透变形的措施，这里只介究中已介绍了松散土体坝基防治渗漏和渗透变形的措施，这里只介绍关于坝基岩体的防渗减压措施。裂隙岩体采用最普遍的防渗减压绍关于坝基岩体的防渗减压措施。裂隙岩体采用最普遍的防渗减压措施是灌浆帷幕和钻孔排水，在特殊地质条件下可使用防渗井。措施是灌浆帷幕和钻孔排水，在特殊地质条件下可使用防渗井。（1 1）灌浆帷幕）灌浆帷幕 （2 2）钻孔排水）钻孔排水 （3 3）断层带的防渗措施）断层带的防渗措施 （4 4）斜墙铺盖）斜墙铺盖 （1 1）灌灌浆浆帷帷幕幕：设设置置方方法法是是距距坝坝踵踵一一定定距距离离外

43、外，沿沿坝坝轴轴线线方方向向布布置置一一排排或或几几排排钻钻孔孔，向向孔孔内内灌灌入入水水泥泥浆浆液液或或其其他他化化学学浆浆液液，共共同同构构成成一一个个完完整整的的隔隔水水墙墙，即即所所谓谓灌灌浆浆帷帷幕幕。（图图16-1216-12）按按规规定定，大大型型工工程程岩岩体体的的渗渗透透率率q1Luq1Lu，中中小小型型工工程程渗渗透透率率q3q35Lu5Lu，才才予予设设置置灌灌浆浆帷帷幕幕。当当坝坝下下隔隔水水层层埋埋深深较较小小时时，便便可可将将帷帷幕幕深深入入到到隔隔水水层层内内35m35m，构构成成全全封封闭闭式式帷帷幕幕；反反可可设设置置悬悬挂挂式式帷帷幕幕，一一般般深深度度0.

44、30.70.30.7倍倍坝坝高高。帷帷幕幕长长度度按按坝坝基基和和坝坝肩肩防防渗渗带带总总长长度度来来确确定定；帷帷幕幕厚厚度度受受灌灌浆浆的的孔孔距距及及排排距距控控制制，具具体体设设计计要求，有专门规程可循。要求，有专门规程可循。（2 2）钻钻孔孔排排水水：图图16-1216-12，在在灌灌浆浆帷帷幕幕下下游游一一定定距距离离，设设置置一一排排或或几几排排排排水水孔孔，将将排排走走部部分分（或或全全部部）渗渗压压水水流流，起起到到降降低低扬扬压压力力的的良良好好效效果果。排排水水孔孔常常与与帷帷幕幕配配合合使使用用，也也可可以以单单独独使使用用。主主排排水水孔孔的的深深度度为为防防渗渗帷帷

45、幕幕深深度度的的0.40.60.40.6倍倍，并并不不小小于于10m10m，孔孔距距一一般般23m23m，孔孔径径不不宜宜过过小小。对对于于高高坝坝，一一般般要要求求设设置置一一排排主主排排水水孔孔，2323排排辅辅助助排排水水孔孔；中中低低坝坝可可以以视情况设置视情况设置1212排孔即可。排水孔距坝踵距离一般取排孔即可。排水孔距坝踵距离一般取0.10.150.10.15倍水头差。倍水头差。排水孔与帷幕配合使用，也可以单独使用。排水孔与帷幕配合使用，也可以单独使用。（3 3）断断层层带带的的防防渗渗措措施施：坝坝基基中中较较大大的的顺顺河河断断层层破破碎碎带带，除除应应专专门门加加固固处处理理

46、外外，还还要要进进行行防防渗渗处处理理。当当断断层层由由角角砾砾岩岩、碎碎块块岩岩组组成成时时，其其与与帷帷幕幕相相交交的的部部位位应应全全部部处处理理，当当断断层层带带由由断断层层泥泥、糜糜棱棱岩岩组组成成时时，因因含含泥泥质质较较多多，可可灌灌性性差差，需需采采用用防防渗渗井井措措施施，即即沿沿断断层层带带延延伸伸方方向向挖挖除除，回回填填混混凝凝土，并在两侧的影响带范围进行固结灌浆。土，并在两侧的影响带范围进行固结灌浆。（4 4）斜斜墙墙铺铺盖盖：坝坝肩肩部部位位贯贯通通上上下下游游的的集集中中渗渗漏漏通通道道，并并在在上上游游渗渗漏漏通道出露处设置粘土斜墙或铺盖，以隔断库水与渗漏通道的

47、联系。通道出露处设置粘土斜墙或铺盖，以隔断库水与渗漏通道的联系。三、坝基（肩）抗滑稳定性问题三、坝基（肩）抗滑稳定性问题 概述概述 重力坝坝基抗滑稳定性重力坝坝基抗滑稳定性 拱坝坝肩抗滑稳定性拱坝坝肩抗滑稳定性 提高坝基（肩）岩体稳定性的工程措施提高坝基（肩）岩体稳定性的工程措施 （一）概述（一）概述 在岩土体地基上建坝，首先必须在强度和变形上满足大坝荷载的在岩土体地基上建坝，首先必须在强度和变形上满足大坝荷载的要求，以便维持其稳定。对于松散土体坝基来说，强度比较低，总的要求，以便维持其稳定。对于松散土体坝基来说，强度比较低，总的变形量较大，因而只适宜于建造大底面、柔性结构的土石坝，但是高变形

48、量较大，因而只适宜于建造大底面、柔性结构的土石坝，但是高压缩性土和不均一地基，往往产生过大的沉陷或不均匀沉陷，使得坝压缩性土和不均一地基，往往产生过大的沉陷或不均匀沉陷，使得坝顶设计高度得不到保证或差异沉陷引起坝身拉裂破坏。如，某坝细粒顶设计高度得不到保证或差异沉陷引起坝身拉裂破坏。如，某坝细粒土地基，建坝后土地基，建坝后14a14a总沉陷量达总沉陷量达2.48m2.48m，为坝高的为坝高的10.5%10.5%，后来不得不，后来不得不补加坝高。坝工设计上，要视具体地质情况对坝基土体的总沉陷量和补加坝高。坝工设计上，要视具体地质情况对坝基土体的总沉陷量和沉陷差进行计算。沉陷计算可采用土力学课程中

49、介绍的有关计算方法。沉陷差进行计算。沉陷计算可采用土力学课程中介绍的有关计算方法。岩石坝基的承载力可根据岩块单轴饱和极限抗压强度，结合岩体节理岩石坝基的承载力可根据岩块单轴饱和极限抗压强度，结合岩体节理裂隙发育程度来决定，变形一般可不予考虑。但是，对于建在非均一裂隙发育程度来决定，变形一般可不予考虑。但是，对于建在非均一岩基上的刚性坝，它们对不均匀沉陷非常敏感，要注意分析产生不均岩基上的刚性坝，它们对不均匀沉陷非常敏感，要注意分析产生不均匀沉陷的地质条件，并进行不均匀沉陷验算。事实上，基岩上建坝，匀沉陷的地质条件，并进行不均匀沉陷验算。事实上，基岩上建坝，导致坝体破坏的地质原因主要是沿弱面的滑

50、移剪切破坏。我国已建和导致坝体破坏的地质原因主要是沿弱面的滑移剪切破坏。我国已建和在建的大坝中，因为抗滑稳定性问题不得不改变设计、延长工期、增在建的大坝中，因为抗滑稳定性问题不得不改变设计、延长工期、增加投资或加固处理者占加投资或加固处理者占1/31/3。（二（二）重力坝坝基抗滑稳定性重力坝坝基抗滑稳定性重重力力坝坝完完全全是是依依靠靠自自身身重重量量与与坝坝基基岩岩体体之之间间产产生生摩摩擦擦力力来来维维持持稳稳定定的的。一一旦旦坝坝基基存存在在地地质质上上的的缺缺陷陷，使使之之产产生生的的有有效效摩摩擦擦力力不不足足以以维维持持平平衡衡，便便可可能能沿沿这这些些弱弱面面产产生生整整体体剪剪