水工地质9渠道及闸址的工程地质分析

渠道及闸址的工程地质分析,第九章,渠道是水工建筑物中常见的用以输水灌溉、排涝、发电、航运或兼顾使用的工程。渠系建筑物种类主要有：渠首渠道进水闸分水闸节制闸跨谷工程过山或过路工程,渠道及闸址的工程地质分析,渠道及闸址的工程地质分析,宝鸡峡渠首,都江堰,依地形地貌特征选择渠线，一般有以下几种:1.岭脊线2.山腹线（盘山线）3.谷底线4.横切岭谷线5.平原线,第一节渠道选线的工程地质条件,从工程地质学角度研究渠道选线，一般应考虑以下几方面:,一、地形地貌条件,渠道及闸址的工程地质分析,（一）基岩区基岩山区渠道选线时关注：1.坚硬及半坚硬岩石裂隙2.喀斯特发育的石灰岩、白云岩3.经过软弱岩石区要注意遇水软化问题,二、岩土类型及工程地质性质,（二）松散层区选线过程中主要注意：1.渠道应尽量选在不漏水的粘土和亚粘土地层上2.透水性强且厚度大的粗颗粒地层要避开3.某些特殊类型土层分布区应尽量避开。4.经过黄土区时要做特殊的基础处理。,渠道及闸址的工程地质分析,从稳定性和防渗角度考虑：水平或近于水平的岩层是最有利的，顺坡向缓倾角的地质构造是不利的；断层破碎带、强烈褶皱带的轴部，可能引起渠道的失稳和大量渗漏，切忌沿其走向(枢纽）平行布置，如必须通过时，应尽量垂直走向布置，以减少施工处理段长度。,三、地质构造,渠道及闸址的工程地质分析,对于灌溉渠道沿线，主要是查明地下水的埋藏深度及动态变化规律。埋藏深可能导致渠水大量渗漏；埋藏过浅水下施工，增加施工难度；渠水渗漏导致渠道两侧地下水位抬高更多；土壤盐碱化或沼泽化。*以排水为目的的渠道应垂直地下水流向布置。,四、水文地质条件,地下水,渠道及闸址的工程地质分析,渠道选线时要注意：避开：崩塌、滑坡、泥石流和喀斯特等灾害性自然地质现象发育区。不能避开的情况下：采取相应措施（桩基、洞渠、渡槽等）进行治理，以保证渠系建筑物的安全使用。,五、自然地质现象,六、天然建筑材料渠道选线还应查明天然建筑材料的分布+储量+质量+开采运输条件,渠道及闸址的工程地质分析,实际工作中，应对工程地质条件全面调查，综合分析研究，尽量做到：,充分利用地形，优先考虑自流输水,线路最短,土石方量最小,避免穿越河谷、山脊、沼泽等地区,避开滑坡、塌方、泥石流高发地区,渠道及闸址的工程地质分析,我国-渠道渗漏是农田灌溉用水损失的主要方面。80%以上的渠道无防渗处理，渠系水利用系数一般为0.40.5，差的仅0.3左右。,第二节渠道渗漏与边坡稳定分析,渠道渗漏除了影响渠道的利用效率、影响经济效益外，还会造成一些不良后果:地下水位抬升土壤次生盐渍化和沼泽化黄土湿陷造成渠道破坏、引起山坡滑动,渠道及闸址的工程地质分析,一、渠道渗漏,1、基岩区渠道渗漏一般不严重。渗漏条件主要取决于岩石的破碎程度和渗漏通道的特征，包括透水层、断层破碎带、节理密集带、岩溶发育带等。一般较容易发现，且分布集中，处理方便。2、松散层分布区渠道渗漏主要取决于土的透水性强弱与其成因类型、岩性关系密切，通常渠道渗漏较严重。,(一)渠道渗漏的地质条件,渠道及闸址的工程地质分析,(二)渠道渗漏阶段（松散岩土分布区）两个阶段：第一阶段：渠道过水初期，以垂直渗漏为主。第二阶段：以侧向渗漏为主。,1渗漏水流向；2浸润线；3地下水峰,渠道及闸址的工程地质分析,(三)渠道防渗措施采用渠道防渗技术后，可提高渠系水利用系数。,根据所使用的材料，渠道防渗可分为：（1）粘性土护面防渗；（2）砌石（卵石、块石、片石）防渗；（3）混凝土衬砌防渗；（4）塑料薄膜防渗（内衬薄膜后再用土料、混凝土或石料护面）；（5）草皮防渗其中混凝土衬砌是当今渠道衬砌的主要形式。,渠道及闸址的工程地质分析,根据所使用的材料，渠道防渗可分为：（1）粘性土护面防渗；（2）砌石（卵石、块石、片石）防渗；（3）混凝土防渗；（4）塑料薄膜防渗（内衬薄膜后再用土料、混凝土或石料护面）；（5）草皮防渗其中混凝土衬砌是当今渠道衬砌的主要形式。,渠道及闸址的工程地质分析,（一）渠道边坡变形破坏的主要因素,1.边坡滑坡;2.风化变形;3.渗流潜蚀;4.浸水变形破坏;5.冲刷或浸润失稳破坏。,渠道及闸址的工程地质分析,二、渠道边坡稳定分析,（二）渠道边坡的破坏类型1.崩塌2.滑坡滑坡：斜坡岩土体因种种原因在重力作用下沿一定的软弱结构面发生整体顺坡下滑的现象。渠道边坡的滑坡破坏大致分为两种：渠道边坡滑动破坏斜坡渠道随斜坡岩土体的滑动破坏,渠道及闸址的工程地质分析,（三）边坡稳定计算,同前面的边坡稳定分析一样，渠道边坡也分为岩质边坡和土质边坡。岩质边坡能否滑移取决于边坡内部是否有适宜的软弱结构面以及结构面上的抗滑稳定性，而这种稳定性又受到地形、构造、岩性、地下水情况以及气候因素的影响。土质边坡的稳定性是土力学研究范畴。,渠道及闸址的工程地质分析,1.不考虑静水压力的影响时岩质边坡：,渠道及闸址的工程地质分析,显然：当C=0时,而：K1稳定K=1极限平衡K1失稳,2.考虑静水压力的影响时渠道输水时，浸润作用使岩石处于饱和状态。当渠水位下降后，岩体中的水对滑移体产生静水压力。此时，静水压力对边坡稳定产生不利影响，抗滑力中应减去静水压力。则：P静水压力，KPa；h渠水与地下水水位差，m；w水的容重，KN/m3；,渠道及闸址的工程地质分析,而,3*.考虑动水压力影响时当渠水位骤然下降时，如果结构面AB上部为透水层并已被渠道水所饱和，则地下水在向渠道渗流过程中产生动水压力；D动水压力，KPa；w水容重，KN/m3；V渗流水体积，m3；I平均水力坡度；,渠道及闸址的工程地质分析,如果将动水压力的作用方向近似地按平行于结构面考虑，则边坡稳定系数的计算公式为：,V1、V2分别地下水位上下两部分滑体体积，m3；水上地下水位以上部分岩体的容重，KN/m3；水下地下水位以下部分岩体的容重（浮容重），KN/m3；,渠道及闸址的工程地质分析,渠道及闸址的工程地质分析,第三节闸址选址及闸基稳定性分析,对输水流量进行分配、调节和控制的水工建筑物，就是水闸，它主要由闸墩和闸门两部分组成。,闸墩,闸门,渠道及闸址的工程地质分析,一、闸址选址的工程地质分析,地形地貌的要求：与水源水体相关联的位置,地形相对平坦、开阔。,岩性条件：闸址区的岩石类型是闸址工程地质条件的基本因素。,坚硬的基岩通常能满足闸墩的承载力要求,软基不宜作为较大闸墩的基础,松散岩石分布区尽量选均一、持力层厚度较大、岩性致密的岩石作闸基,渠道及闸址的工程地质分析,外力地质作用及地质灾害,崩塌、滑坡、泥石流等重力地质作用强烈和多发的地段，原则上不宜作为明渠和闸址的选线和选址，应予绕避；无法避开冲沟发育及岸坡冲刷强烈的地段时，应采用可靠的护坡、防洪和护岸措施。,渠道及闸址的工程地质分析,二、闸基沉降及其稳定问题,1.地基变形与地基承载力,地基变形：建筑物荷载通过基础传给地基，并在地基中扩散形成附加应力。若地基岩土体不能承受附加应力作用，产生破裂与压缩变形，会引起建筑物的沉降或倾斜。,地基承载力：地基岩土体具有的承担基础荷载的能力。,渠道及闸址的工程地质分析,*地基最终变形量的计算方法有多种，但分层总和法是所有方法的基础与依据。,岩质地基变形从岩石弹性模量表达式入手，计算公式为：,土基变形计算基于