水利水电工程地质测绘技术

勘察技术方法—地质测绘水利水电工程地质测绘是水利水电工程地质勘察的基础工作。工程地质测绘的任务是调查与水利水电工程建设有关的各种地质现象，分析其性质和规律，为研究工程地质条件和问题、初步评价测区工程地质环境提供基础地质资料，并为布置勘探、试验和专门性勘察工作提供依据。勘察技术方法—地质测绘测绘使用的底图应是符合精度要求的同等或大于地质测绘比例尺的地形图。当采用大于地质测绘比例尺的地形图时，应在图上注明实际地质测绘精度。图上宽度大于2mm的地质现象应予表示。对具有特殊工程地质意义的地质现象，在图上宽度不足2mm时，应扩大比例尺表示，并注示其实际数据。地质界线误差，不应大于相应比例尺图上的2mm。勘察技术方法—地质测绘不同工程、不同勘察阶段对地质测绘的要求见相关勘察规范；具体测绘工作的程序、方法、内容等在测绘规程中有详细规定。勘察技术方法—工程物探是通过检测介质的电、磁或弹性波等物性差异而获取地质信息的勘探方法。工程物探的方法很多。从原理上分，主要有：弹性波法（地震波法、声波法）、电法、磁法、电磁法、层析成像法（弹性波CT、电磁波CT）及物探测井等。每种方法都有各自的特点，在工作中应具有综合物探的思想。根据工程勘察现场的地质条件、地球物理应用前提，结合钻孔资料，合理运用一种或多种物探方法，经过综合分析，排除或减少多解性的影响，尽量接近真实。勘察技术方法—工程物探电法勘探的原理电法是以岩石和矿物存在的电性差异为基础，通过研究电场的分布特征来解决具有不同电性的物质的分布，从而解决与之有关的工程地质问题。电法勘探中主要应用的电磁参数有视电阻率（ρ）、介电常数（ε），磁导率（μ），与电化学性质有关的激发极化率（η）以及电化学活动性等。勘察技术方法—工程物探电法勘探适用范围电测深法探测覆盖层厚度和下伏基岩面起伏形态，进行地层分层和风化分带；探测地下水位埋深等；探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防隐患等；测试岩土体电阻率。电剖面法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特和洞穴等。勘察技术方法—工程物探电法勘探适用范围高密度电法探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤防和防渗墙隐患等；探测覆盖层厚度，进行地层分层和风化分带、岩性分层等。自然电场法探测地下水流向，进行堤防和防渗墙探测；探查地下金属管道、桥梁、输电线路铁塔的腐蚀情况等。充电法测试地下水流速、流向；探测黏土或水充填的喀斯特洞穴、含水断层破碎带等低阻地质体的分布情况。勘察技术方法—工程物探电法勘探适用范围激发极化法地下水探测，圈定含水的古河道、古洪积扇、喀斯特、构造破碎带等，确定含水层的埋深，评价含水层的富水程度。可控源音频大地电磁测深法探测隐伏断层破碎带、覆盖层厚度、古河道、喀斯特、洞穴等；堤防和防渗墙隐患探测，地下水和地热资源探测等。勘察技术方法—工程物探地震勘探的原理地震勘探是通过人工激发产生的地震波在岩体中的传播，当遇到弹性波差异的分界面时，弹性波在界面上产生反射和折射，用地震仪器记录下反射波、折射波、面波等信息，分析波的运动学与动力学特征，进而研究岩体的性质，推断地质结构。水利水电工程地质勘察常用的地震勘探方法有：浅层折射波法、浅层反射波法、瑞雷面波法、。第二章勘察技术方法—工程物探地震勘探适用范围瞬变电磁法探测覆盖层、构造破碎带、喀斯特、洞穴等；进行分层、风化分带，地下水和地热水资源调查，圈定和监测地下水污染情况，探测堤防和防渗墙隐患等。浅层折射波法探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化带厚度、隐伏构造破碎带、松散层中的地下水位以及滑坡体厚度等；测试岩土体纵波速度。不宜探测高速屏蔽层下部的地层。第二章章勘勘察察技术术方法法—工程物物探地震勘勘探适适用范范围瑞雷波波法进行浅浅部覆覆盖层层分层层，饱饱和砂砂土液液化判判定，，地基基加固固效果果评价价等。。浅层反反射波波法进行划分地地层和和探测测有明明显断断距的的断层层，可可探测测地层层厚度度及其其分层层、基基岩面面起伏伏形态态及风风化层层厚度度、隐隐伏断断裂构构造等等；探探测松松散层层中的的地下下水位位以及及滑坡坡体厚厚度；；测试试岩土土体纵纵波速速度。。第二章章勘勘察察技术术方法法—工程物物探弹性波波测试试适用用范围围单孔声声波测试岩岩体或或混凝凝土纵纵波、、横波波速度度和相相关力力学参参数；；探测测不良良地质质结构构、岩岩体风风化带带和卸卸荷带带；测测试洞洞室围围岩松松弛圈圈厚度度；检检测建建基岩岩体质质量及及灌浆浆效果果等。。穿透声声波测试岩岩土体体或混混凝土土波速速；探探测不不良地地质体体、岩岩体风风化和和卸荷荷带；；测试试洞室室围岩岩松弛弛圈厚厚度，，评价价混凝凝土强强度，，检测测建基基岩体体质量量及灌灌浆效效果等等。第二章章勘勘察察技术术方法法—工程物物探弹性波波测试试适用用范围围表面声声波测试大大体积积混凝凝土或或基岩岩露头头的声声波，，评价价混凝凝土强强度或或岩体体质量量。声波反反射检测隧隧洞混混凝土土衬砌砌质量量及回回填密密实度度；检检测大大体积积混凝凝土及及其他他弹性性体浅浅部缺缺陷。。脉冲回回波检测地地下洞洞室明明衬钢钢管与与混凝凝土接接触状状况；；检测测混凝凝土衬衬砌厚厚度和和内部部缺陷陷。第二章章勘勘察察技术术方法法—工程物物探弹性波波测试试适用用范围围地震穿穿透波波速测试岩岩土体体纵波波、横横波速速度，，圈定定大的的构造造破碎碎带、、喀斯斯特等等速度度异常常带，，检测测建基基岩体体质量量和灌灌浆效效果等等。地震连连续波波速测测试洞室、、基岩岩露头头等岩岩体纵纵波、、横波波速度度测试试；检检测建建基岩岩体质质量，，探测测风化化带和和卸荷荷带。。第二章章勘勘察察技术术方法法—工程物物探地球物物理测测井适适用范范围电测井井主要用用于划划分地地层，，区分分岩性性，确确定软软弱夹夹层、、裂隙隙和破破碎带带位置置及厚厚度，，确定定含水水层的的位置置、厚厚度，，划分分咸淡淡水分分界面面，也也可用用于测测试岩岩层电电阻率率。声波测测井主要用用于划划分地地层，，区分分岩性性，确确定裂裂隙和和破碎碎带位位置及及厚度度，也也可利利用测测试的的声波波速度度与其其他参参数计计算地地层岩岩土体体的力力学参参数和和孔隙隙度。。地震测测井主要用用于划划分地地层，，区分分岩性性，确确定破破碎带带的位位置及及厚度度，也也可进进行地地层波波速测测试。。第二章章勘勘察察技术术方法法—工程物物探地球物物理测测井适适用范范围自然γ和γ—γ测井、、磁化化率测测井均可用用于划划分地地层，，区分分岩性性，确确定软软弱夹夹层、、裂隙隙和破破碎带带，γ—γγ测井还还可以以测试试岩层层密度度和孔孔隙度度。钻孔电电视观观察主要用用于划划分地地层，，区分分岩性性，确确定岩岩层节节理、、裂隙隙、破破碎带带、软软弱夹夹层的的位置置和产产状，，观察察钻孔孔揭露露的喀喀斯特特洞穴穴的情情况，，也可可用于于检查查灌浆浆质量量、混混凝土土浇筑筑质量量，及及观察察井下下物体体等。。第二章章勘勘察察技术术方法法—工程物物探地球物物理测测井适适用范范围孔壁超超声成成像主要用用于确确定钻钻孔中中岩层层、裂裂隙、、破碎碎带、、软弱弱夹层层的位位置及及大致致产状状，也也可用用于检检查灌灌浆质质量、、混凝凝土浇浇筑质质量，，粗测测钻孔孔直径径。温度测测井可用于于测试试含水水层位位置及及地下下水运运动状状态，，还可可测试试灌浆浆和水水泥固固井时时水泥泥回返返高度度。井中流流体测测量可用于于确定定含水水层位位置及及厚度度，测测试地地下水水在钻钻孔中中的运运动状状态和和涌水水量。。第二章勘察技技术方法—工程物探地球物理测井适用用范围电磁波或雷达测井井可用于划分地层和和破碎带，也可用用于探查近孔壁的的不良地质体。井径测量可用于测试钻孔的的井径变化。井斜测量可用于测试钻孔的的倾斜方位和顶角角。第二章勘察技技术方法—工程钻探钻探是水利水电工工程地质勘察的重重要手段，通过钻探采取岩心心可以：1、直接观察确定地地层岩性、地质构构造、岩体风化特特征；2、判断含水层与隔隔水层的情况，揭揭露地下水位（或或水头）3、采取岩（土）样样、水样；4、在钻孔中作各种种水文地质试验、、综合测井、变形形测试、地应力测测量以及利用钻孔孔进行相关项目的的长期观测等。第二章勘察技技术方法—工程钻探钻进方法岩石可钻性等级和特点表镶金刚石回转钻进4～11级，较完整均一岩层孕镶金刚石回转钻进4～12级，较破碎不均一岩层金刚石冲击回转钻进9～12级，坚硬打滑岩层硬质合金钻进1～7级，软、中硬岩层硬质合金冲击回转钻进5～8级，中硬岩层冲击钻进1～5级，松散地层空气潜孔锤钻进4～12级，较完整均一岩层第二章勘察技技术方法—工程钻探这部分内容在考试试大纲中是要求““了解”，建议将将下列内容作为复复习重点：1、不同地层适用的的钻探方法与工艺艺；2、对不同地层的取取心质量标准。3、为提高取心质量量，对特殊地层如如破碎带、软弱夹夹层等的钻探要求求。第二章勘察技技术方法—压水试验压水试验是水利水电工程地地质勘察中最常用用的岩体原位渗透透试验，其目的是掌握岩体的的透水性。通常求求得岩体的透水率率，为工程防渗设设计提供依据。复习重点：1、试段压力的确定定，包括压力计算算零线的确定方法法2、压水试验成果整整理3、单位吸水量与透透水率的关系。第二章勘察技技术方法—压水试验1、试段压力的确定定试段压力是指作用用于试段内的实际际平均压力。当用安装在与试段段连通的测压管上上的压力表测压时时，试段压力按P=PP+Pz计算。式中：P——试段压力（MPa）PP——压力表指示压力（（MPa）Pz——压力表中心至压力力计算零线的水柱柱压力（MPa）。当用安设在进水管管上的压力表测压压时，试段压力按按P=PP+Pz-Ps计算。式中：Ps——管路压力损失（MPa）第二章勘察技技术方法—压水试验压力计算零线的确确定：1、当地下水位在试试段以下时，压力力计算零线为通过过试段中点的水平线；2、当地下水位在试试段以内时，压力力计算零线为通过过地下水位以上试段段中点的水平线；3、当地下水位在试试段以上时，压力力计算零线为地下水位线。第二章勘察技技术方法—压水试验2、压水试验成果整整理：绘制P~Q曲线计算透水率估算渗透系数压水试验成果整理压水试验资料整理理1、绘制P-Q曲线，确定P-Q曲线类型绘制P-Q曲线时，应采用统统一比例尺，即纵纵坐标（P轴）1mm代表0.01MPa，横坐标（Q轴）1mm代表1L/min。曲线图上各点应应标明序号，并依依次用直线相连，，升压阶段用实线线，降压阶段用虚虚线。试段的P-Q曲线类型应根据升升压阶段P-Q曲线形状以及降压压阶段P-Q曲线与升压阶段P-Q曲线之间的关系确确定。P-Q曲线的类型及曲线线特点见下表。压水试验资料整理理P-Q曲线类型及曲线特特点表类型名称A(层流)型B(紊流)型C(扩张)型D(冲蚀)型E(充填)型P—Q曲线曲线特点升压曲线为通过原点的直线，降压曲线与升压曲线基本重合升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线基本重合升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线基本重合升压曲线凸向P轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈顺时针环状升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈逆时针环状压水试验资料整理理2、试段透水率计算算试段透水率采用最最大压力阶段（第第三阶段）的压力力值（P3）和流量值（Q3）按下式计算：式中q——试段的透水率（Lu）L——试段长度（m）Q3——第三阶段的计算流流量（L/min）P3——第三阶段的试验压压力（MPa）试段透水率取两位位有效数字。压水试验资料整理理3、试段试验成果表表示每个试段的试验成成果，用试段透水水率和P-Q曲线类型的符号（（加括号）表示如如0.23（A）、12（B）、8.5（D）等。压水试验资料整理理4、用压水试验成果果计算岩体渗透系系数当压水试段位于地地下水位以下，透透水性较小（q<10Lu），且P-Q曲线为A型（层流型）时，，可按下式计算岩岩体渗透系数：式中K——岩体渗透系数（m/d）Q——压入流量（m3/d）H——试验水头（m）L——试段长度（m）r0——钻孔半径（m）当试段位于地下水水位以下，透水性性较小，P—Q曲线为B(紊流)型时，可用第一阶阶段的压力P1(换算成水头值，以以米计)和流量Q1代入上式近似地计计算渗透系数。当透水性较大时，，上述公式计算结结果误差较大，宜宜采用其它水文地地质试验方法测定定岩体渗透系数。。第二章勘察技技术方法—压水试验3、单位吸水量与透透水率的关系单位吸水量的物理理意义是在1m水柱压力作用下每每米试段内每分钟钟压入1L水量为1个单位吸水量。单单位是升升/分.米.米透水率的物理意义义是在1MPa压力作用下每米试试段内每分钟压入入1L的水量为1Lu。因此，二者的关系系为100倍。第二章勘察技技术方法—抽水试验抽水试验是通过测测量从试验钻孔中中抽出的水量和在在距抽水孔一定距距离处的观测孔中中量测的水位降低低值，根据涌水的的稳定流或非稳定定流理论来确定含含水层水文地质参参数和判断某些水水文地质边介条件件的一种现场渗透透试验方法。抽水试验是确定含含水层渗透系数（（K）、导水率（T）、储（释）水系系数（Ss）、给水度（μ）和导压系数（a）的重要方法。第二章勘察技技术方法—抽水试验抽水试验分为：稳稳定流与非稳定流流，单孔与多孔，，完整孔与非完整整孔。稳定流抽水试验：：在抽水试验过程中中，固定地下水降降深值，同时观测测其涌水量的变化化，直到经过一定定时间后形成一种种相对稳定的关系系，并可利用裘布布衣——戚姆公式进行水文文地质参数计算的的抽水试验。非稳定流抽水试验验：一般是保持常流量量观测水位降深值值的变化，并根据据泰斯非稳定流理理论利用井函数进进行水文地质参数数计算的抽水试验验。第二章勘察技技术方法—抽水试验单孔抽水试验：不带观测孔，只在在一个抽水孔中测测量涌水量与水位位降深值数据的抽抽水试验。多孔抽水试验：带观测孔的抽水试试验。在一个抽水水孔中抽水并测量量涌水量同时在观观测孔中观测动水水位。完整孔抽水试验：：抽水孔进水段长度度完全贯穿含水层层厚度的抽水试验验。非完整孔抽水试验验：抽水孔进水段长度度仅为含水层厚度度一部分的抽水试试验。第二章勘察技技术方法—抽水试验资料整理与参数计计算仅单孔抽水试验就就有近20个公式，使用的计计算参数就有10多个，再加上多孔孔抽水试验的计算算公式，情况比较较复杂。这些公式要全部背背下来是不可能的的，要求根据试验验地段的水文地质质条件、钻孔结构构、抽水试验类型型选择参数计算公公式，要特别注意意单位的换算。第二章勘察技技术方法—抽水试验建议重点从以下几几个方面入手：1、搞清含水层的性性质，是潜水或是是承压水含水层；；2、搞请是什么类型型的抽水试验（潜潜水完整孔、潜水水非完整孔、承压压水完整孔、承压压水非完整孔）3、搞清过滤器处处于含水层中的什什么位置，这个问问题出现在非完整整孔中。过滤器位位于含水层的上部部，即非淹没式。。过滤器位于含水水层的中部或下部部，为淹没式。4、搞请约11个（k、Q、R、r、s、M、H、L、a、b、c）参数中每个的含含义以及它们之间间的关系。第二章勘察技技术方法—注水试验用人工抬高水头，，向试段内注入清清水，测定岩土体体渗透性的一种原原位试验方法试坑单环：地下水水位以上的砂层、、砂砾石层试坑双环：地下水水位以上的粉土、、粘土层钻孔常水头注水试试验：渗透性较大大的介质钻孔降水头注水试试验：地下水位以以下的渗透性较小小的介质试坑单环注水试验验渗透系数计算式中：Q----注入流量，L/minF----试坑环内面积，cm2试坑双环注水试验验渗透系数计算式中：Q----内环的注入流量，，L/min；干燥炎热条件下下应扣除蒸发水量量；F----内环的底面积，cm2；H----试验水头，cm；H=10cm；Ha----试验土层的毛细上上升高度，cm；可按SL237进行测定或取经验验值；z----从试坑底算起的深深入深度，cm。钻孔常水头注水K值计算当试段位于地下水水位以下时：（式2-7-3）式中：k――试验土层的渗透系系数，cm/s；Q――注入流量，L/min；H――试验水头，cm；A――形状系数，cm。钻孔常水头注水试试验K值计算干孔，且50＜H/r＜200、H≤l时，式中：r——钻孔内半径，cm；l——试段长度，cm；其余符号意义同式式（2-7-3）。钻孔降水头注水试试验K值计算地下水位以下粉土土，粘性土层或渗渗透系数较小的岩岩层。式中：K——试验岩土层的渗透透参数，cm/s；t1、t2——注水试验某一时刻刻的试验时间，min；H1、H2——试验时间t1、t2时的试验水头，cm；r——套管内半径，cm；A——形状系数，cm；按SL345附录B选用。勘察技术方法—土工试验1、含水率（w）测定含水率一般采采用烘干法，将试试样在105~110℃℃的恒温下烘至恒重重。烘干时间对粘粘质土不少于8h；砂类土不少于6h；对有机质含量超超过10%的土，应将烘干温温度控制在65~70℃。在野外如要快速测测定含水率时，也也可采用酒精燃烧烧法和比重法。酒酒精燃烧法适用于于简易测定细粒土土含水率，比重法法适用于砂类土。。勘察技术方法—土工试验2、比重（Gs）测定土的比重，对对于粒径小于5mm的土，应采用比重重瓶法。粒径大于5mm，其中粒径大于20mm的土的质量小于总总土质量的10%的土，应采用浮称称法；粒径大于20mm的土的质量大于总总土质量的10%的土，应采用虹吸吸筒法；粒径小于于5mm部分采用比重瓶法法。取其加权平均均值作为土粒比重重。一般土粒比重用纯纯水测定，对含有有可溶盐、亲水性性胶体或有机质的的土，须用中性液液体（如煤油）测测定。勘察技术方法—土工试验3、密度（ρ）测定土的密度，对对一般粘质土采用用环刀法；土样易易碎裂，难以切削削，可用蜡封法；；对于砂和砾质土土宜在现场采用灌灌水法或灌砂法。。其它物理性质指标标指标名称物理意义常用换算公式干密度饱和密度孔隙比孔隙率饱和度颗粒分析试验有筛析法、密度计计法和移液管法筛析法适用于粒径径大于0.075mm的土。密度计法和移液管管法适用于粒径小小于0.075mm的土。当土中即含有粗粒粒也含有细粒时，，可联合使用筛析析法及密度计法或或移液管法。特征粒径通过颗分曲线可以以查得：界限粒径（d60）：小于该粒径的的颗粒占总质量的的60%，mm；平均粒径（d50）：小于该粒径的的颗粒占总质量的的50%，mm；中间粒径（d30）：小于该粒径的的颗粒占总质量的的30%，mm；有效粒径（d10）：小于该粒径的的颗粒占总质量的的10%，mm。土的不均匀系数土的不均匀系数（Cu）是表示组成土的颗颗粒的均匀程度的的指标，不均匀系系数越大，表明土土的粒度组成越不不均匀，用下式计计算：土的曲率系数表示某种粒径的粒粒组是否缺失的情情况勘察技术方法—土工试验5、相对密度（Dr）相对密度（Dr）是度量无粘性土紧紧密程度的指标，，相对密度试验包包括测定最大孔隙隙比（砂在最松散散状态时的孔隙比比）与最小孔隙比比（砂在最紧密状状态时的孔隙比））。勘察技术方法—土工试验6、三轴压缩试验不固结不排水剪（（UU）固结不排水剪（CU）、测孔隙水压力力()固结排水剪（CD）土体有效应力（σ’）、总应力（σ）和孔隙水压力（（u）三者之间的关系系σ’=σ-u第二章勘察技术术方法—岩石（体）试验要求与土工试验相相同。对岩石（体）来说说，除物性指标试试验外，强度及变变形试验更重要。。包括：变形试验验—刚性承压压板法和和柔性承承压板法法抗剪试验验——室内与现现场，直直剪与三三轴，岩岩石、岩岩体、结结构面及及混凝土土与岩石石等。第二章勘勘察技技术方法法—岩石（体体）试验验岩体三轴轴强度试试验测定岩体体在三向向应力状状态所具具有的抗抗压强度度。工程程建设中中建筑物物的地基基以及地地下洞室室围岩，，多处于于三向应应力状态态，而岩岩体力学学性质通通常与所所处应力力状态有有关。与与室内岩岩块试样样三轴试试验相比比，现场场岩体三三轴强度度试验由由于包含含裂隙和和层面等等不连续续面，能能更好地地反映岩岩体的性性质，能能提供较较大尺寸寸岩体单单轴抗压压强度、、围压系系数、岩岩体内摩摩擦系数数（或内内摩擦角角）、粘粘聚力以以及岩体体变形参参数。现场岩体体三轴强强度试验验采用等等侧压（（σ2=σ3）状态测测定岩体体强度，，试验主主要技术术问题为为侧压的的选取、、试体尺尺寸的确确定、顶顶部和侧侧向摩擦擦力消除除、加荷荷方式与与加荷速速率等。。第二章勘勘察技