水利工程地质-绪论

水利工程地质-绪论第一页，共58页。三本规范：（１）水利水电勘察规范（GB50487-2008）（２）岩土工程勘察规范（GB50021-2010）（３）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）相关课程：（1）土力学（2）地质与地貌学（3）岩土工程勘察2第二页，共58页。一、工程地质学及其研究目的和主要内容二、工程地质学的任务和在工程建设中的意义

三、我国水利水电工程地质的成就与发展四、本课程的特点和学习要求本课程安排和要求参考书目绪论3第三页，共58页。一、工程地质学及其研究目的和主要内容概念

工程地质学（EngineeringGeology）是一门研究与工程建设有关的地质问题，研究人类工程建设活动与自然地质环境的相互关系，为工程建设服务的地质学科，是地质学的分支学科，属于应用地质学的范畴。是各类土木工程可行性评价、选址、设计、施工和监测的基础；是岩土工程的重要组成部分。4第四页，共58页。地质学

关于地球的科学包罗万象：它研究的对象主要是固体地球的上层①研究组成地球的物质；②阐明地壳及地球的构造特征；③研究地球的历史以及栖居在地质时期的生物及其演变；④地质学的研究方法与手段；⑤研究应用地质学以解决资源探寻、环境地质分析、地质灾害等。工程地质学

研究工程建设与地质环境两者之间的相互制约关系，促使矛盾转化和解决，即保障工程安全、经济和正常使用，又合理开发和利用地质环境。运用地质学理论和方法研究地质环境，查明地质灾害发生的规律和防治对策，以确保工程建设安全、经济和正常运行。5第五页，共58页。土木工程师与地质学家之间的沟通问题土木工程师：数字、计算

（定量化较多），侧重于解决工程实际问题地质学家：描述性的语言（定性化、描述性较多）岩石强度：MPa,kN/cm2

坚硬：软弱时间尺度：10年百万年比例尺度：1/100-1/2001/1000–1/50000

6第六页，共58页。工程地质工作是通过工程地质勘察来实现

通过地质调查测绘、勘探、试验、观测、理论分析等，查明建设场地的工程地质条件，论证可能存在的工程地质问题，选择最佳的建设场地，对不良地质条件采取有效的工程措施，预测工程修建后对地质环境的影响，提出保证建筑工程安全、经济和正常使用的合理建议。7第七页，共58页。

工程地质条件

指工程活动的地质环境，它包括岩土类型及性质、地质结构与构造、地形地貌、水文地质、不良地质作用、天然建筑材料等，是一个综合概念。工程地质条件岩土类型及性质地质结构与构造地形地貌水文地质条件不良地质作用（动力地质作用）天然建筑材料8第八页，共58页。

工程地质问题指工程地质条件与工程建筑物之间所存在的矛盾或问题。对于场地工程地质条件不同，建筑物内容不同，所出现的工程地质问题也各不相同：岩土工程：地基承载力、沉降、基坑边坡问题、地下洞室稳定性问题……矿山开采：边坡稳定性、基坑突水、矿坑稳定……水利水电工程：渗透变形、水库渗漏、斜坡稳定性、坝体抗滑稳定性……由于不同地区的地质环境不同，工程地质条件不同，对工程建筑物有影响的地质因素的主次关系不同：平原地区建筑物：地基稳定性问题山区建筑物：斜坡稳定性问题9第九页，共58页。不良地质作用（地质作用）内力地质作用:地壳运动、岩浆作用、变质作用、地震作用等；表现形式：动力变质带、活断层等外力地质作用:风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、成岩作用。表现形式：滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷、渗透变形等。工程活动诱发的地质作用:人工边坡失稳、采空塌陷、抽水引起的地面沉降等。10第十页，共58页。工程地质学工程岩土学工程动力地质学（工程地质问题分析）工程地质勘察区域工程地质学工程地质学研究内容环境工程地质学11第十一页，共58页。岩土工程性质的研究研究与工程建筑物有关的岩土体的工程性质及其变化规律，即分布规律、成因类型、力学性质等分支学科：工程岩土学工程动力地质作用的研究研究工程动力地质作用的形成机制、规模、空间分布及发展趋势，对由此引起的工程地质问题进行评价、防治和改造分支学科：工程动力地质学工程地质勘察理论和技术方法的研究研究勘察方法的选择、工作的布置原则、工作量的分配，勘察技术、方法理论的改进。相关规范、手册为指南。分支学科：工程地质勘察、岩土工程勘察。12第十二页，共58页。区域工程地质研究为工程规划和选址提供地质依据，进行工程地质区划分支学科：区域工程地质学环境工程地质研究研究人类工程活动和地质环境之间的联结模式，科学预测人类活动对地质环境的影响分支学科：环境工程地质学工程地质学研究的基本任务：①区域稳定性研究与评价；②地基稳定性研究与评价；③环境影响评价。13第十三页，共58页。工程地质学具体任务：①评价工程地质条件，阐明地上和地下建筑工程兴建和运行的有利和不利因素，选定合理的建筑场地和适宜的建筑型式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行；②从地质条件与工程建筑相互作用的角度出发，论证和预测有关工程地质问题发生的可能性、发生的规模和发展趋势；③提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施，加固岩土体和防治地下水的方案；④研究岩体、土体分类和分区及区域性特点；⑤研究人类活动与地质环境之间的相互作用与影响。14第十四页，共58页。研究方法

工程地质学的研究对象是复杂的地质体，所以其研究方法应采用定性分析与定量分析相结合的综合研究方法。地质分析法与力学分析法工程类比法与实验法定性分析定量分析自然历史分析法数学力学分析法模型模拟试验法工程地质类比法15第十五页，共58页。自然历史分析法—

地质学分析

研究地质体、地质现象、自然地质历史形成演化。地质基础工作。基本的研究方法。例如：斜体变形破坏研究。

数学力学分析法—

定量分析计算、评价

针对某一具体问题。地质分析为基础—

地质模型—

数学模型（理论经验公式等）—

代入有关参数进行计算。例如：刚体极限平衡法、弹塑性理论方法、数论统计方法、数值分析方法。还如，灰色理论、逻辑信息、摸糊数学、分形、神经网络等。

16第十六页，共58页。模型与模拟实验法—

仿实体演绎

模型实验：如渗流、斜坡、地基渗透变形、洞室稳定等方面都可以进行。模拟实验：如光弹实验、电网络模拟（欧姆定律—渗流达西定律）、结构的网络模拟等。工程地质类比法—

经验借鉴、对比

基础是相似性（地质条件与建筑工作方法）如：专家判断、经验参数使用。上述方法各有特点，相互补充，综合应用。17第十七页，共58页。相关的分支学科地质学分支—

矿物学、岩石学、构造地质学、地史学、第四系地质与地貌地质学、水文地质学、动力地质学等。专业基础学科—

土质学、土力学、岩体力学。其它基础学科—

数学、物理学、工程力学、弹塑性力学、材料力学、工程建筑学、环境科学等。18第十八页，共58页。中央电视台新台建筑构型！地基+基础？？？19第十九页，共58页。世界上最高的建筑

建成的是台北101大楼被称为“台北新地标”的101大楼于1998年1月动工，主体工程于2003年10月完工。有世界最大且最重的“风阻尼器”，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间。在世界高楼协会颁发的证书里，台北101大楼拿下了“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”(508米)、“最高使用楼层”(438米)和“最高屋顶高度”(448米)。迪拜塔，又称迪拜大厦，位于阿拉伯联合酋长国的迪拜，于2004年9月21日动工，总建筑师是芝加哥SOM公司的亚德里安·史密斯。迪拜塔在2008年9月1日高度达到了688米，160层，成为历史上世界最高的结构建筑。20第二十页，共58页。迪拜又来破纪录：将建711米全球最高住宅大厦

21第二十一页，共58页。杭州湾跨海大桥桥墩基础+地基？？？22第二十二页，共58页。三峡大坝河谷基础选址23第二十三页，共58页。人类工程活动与地质环境的依存关系——指工程建设不能脱离地质环境，必定在某种程度上受到地质环境的制约，因此，人类的工程活动和工程建筑物必须具备一定的地质环境的适宜性。二、工程地质学的任务和在工程建设中的意义24第二十四页，共58页。二、工程地质学的任务和在工程建设中的意义（一）许多事例说明：凡是重视工程地质工作，事先了解和掌握了环境地质条件的规律性，则修建的工程将会是成功的；反之，忽视工程地质工作，则必然要出现这样或那样的问题，甚或导致整个工程发生灾难性的毁坏。

25第二十五页，共58页。香港宝城滑坡1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅--宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡６7人。原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。26第二十六页，共58页。香港1900年建市，1977年成立土力工程署1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20伤)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoad27第二十七页，共58页。Early1972滑坡前July1972滑坡后28第二十八页，共58页。Teton坝概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事损失：直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路原因：渗透破坏－水力劈裂29第二十九页，共58页。Teton坝1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。绪论——地质环境对人类工程活动的制约30第三十页，共58页。Teton坝11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加31第三十一页，共58页。Teton坝11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。32第三十二页，共58页。11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝33第三十三页，共58页。11:57坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝34第三十四页，共58页。12：00过后坍塌口加宽Teton坝35第三十五页，共58页。洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝36第三十六页，共58页。失事现场目前的状况Teton坝37第三十七页，共58页。九江大堤决口溃口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口又过20分钟，防水墙后的土堤突然塌陷出1个洞，5m宽的堤顶随即全部塌陷，并很快形成一宽约62m的溃口。38第三十八页，共58页。长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂环管涌口粘性土砂性土渗水杂填土

管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。堤基管涌39第三十九页，共58页。（二）忽视工程地质工作可能造成重大损失甚至灾难，但重视工程地质工作，则可能将不利的、复杂的地质条件妥善处理或避开，从而保证建筑物的安全稳定，甚至可巧妙地使其转化为有利因素以节约投资。40第四十页，共58页。4、成功案例：（1）云南丘北六郎洞水电站、湖南辰溪县内湾水库等均成功拦截地下暗河，利用溶洞建成水库并发电。（2）三峡库区长江左岸新滩镇1985年发生大滑坡，全镇房屋均被推入江中，但事前进行了长期监测工作，且预报较准，全镇1371人无一伤亡。41第四十一页，共58页。（3）四川雅砻江二滩水电站，拱坝坝高245m，曾对坝基岩体进行了详细勘察和深入研究，提出了最优的建基面方案，与初步设计相比基坑开挖深度减少了7.56m，结果节约投资6000多万元，并缩短工期11个月；长江三峡工程也有类似情况，由于利用了一部分弱风化岩体作为坝基，结果建基面平均提高约2m多，减少石方开挖50万m3，节省砼约4350万m3。42第四十二页，共58页。文家沟泥石流43第四十三页，共58页。工程地质学在水利水电工程建设中的主要任务1、选择工程地质条件最优良的建筑地址。2、查明建筑地区的工程地质条件和可能发生的不良工程地质作用。3、根据选定地址的工程地质条件，提出枢纽布置、建筑物结构类型、施工方法及运营使用中应注意的事项。4、提出改善和防治不良地质条件的方案措施。44第四十四页，共58页。水利工程成就及发展工程地质学是在人类社会生产的发展和需要的推动下产生的，特别是一些大型工程的成败经验和教训是促使其诞生和发展的主要动力。在人类历史上许多古代宏伟的建筑都包含着深刻的工程地质知识。如公元前250年在四川岷江修建的都江堰工程、公元前200多年在广西兴安县修建的灵渠，还有万里长城、京杭大运河以及埃及的金字塔等。但直到20世纪20-30年代，工程地质学才作为一门应用性的分支学科出现。1929年美国学者K.太沙基（Terzaghi）,1939年前苏联学者萨瓦连斯基分别发表了工程地质专著，奠定了工程地质学的发展基础，在世界上产生了深远影响。45第四十五页，共58页。都江堰水利工程46第四十六页，共58页。第二次世界大战后，各国工程建设事业迅速发展，水电工程规模日益扩大，20世纪50年代末、60年代初，马尔帕塞坝的毁坏和瓦伊昂水库大滑坡等地质问题引起的重大事故，使人们进一步认识到工程地质的重要性，并促使人们对工程地质的理论、预测和处理手段等的探索研究。20世纪60-80年代出现了国际范围内工程地质科学的蓬勃发展。1962年在第24届国际地质大会上建立了国际工程地质协会（IAEG），对促进工程地质科学技术的研究和交流起了重要作用。我国1956年在中国科学院地质研究所组建了工程地质室，在地质部组建了水文地质工程研究所。1979年在地质学会中成立了工程地质专业委员会。47第四十七页，共58页。水淹映秀48第四十八页，共58页。我国地域辽阔，水能资源十分丰富，理论蕴藏总量达6.76亿kw（不含台湾省），可以开发的约3.78亿kw，居世界首位。新中国成立以来，大量修建水利水电工程，兴利除害。改革开放以来发展更快，据2000年初步统计，全国已建成大于15m高拦河水坝有18000座，已建和在建的大于100m高的有32座，装机容量达7297万kw，年发电量2129亿kwh，均居世界第二位。著名的三峡工程装机容量为1820万kw，是世界上最大的水电站。49第四十九页，共58页。在兴建这些水电工程和其他大型工程建筑中，工程地质知识和技术都起了重要作用，取得了许多经验和科研成果，主要有：软弱夹层及破碎岩体的研究；活断层与地震危险性的分析评价；坝基与高陡边坡的岩体稳定分析与治理；大跨度地下厂房和深埋长隧道的围岩稳定与施工方法；岩溶地区水库渗漏的勘测与防治以及河床深覆盖层地段建坝问题50第五十页，共58页。在理论和实践方面都有重大的突破和成就:工程地质力学以地质结构对工程地质条件和特征的控制作用为理论基础，指导对工程岩土体稳定性评价；应用非线性理论研究工程地质问题的非线性规律；系统工程学、信息工程学等则以新的思维方法为工程地质学的发展开拓了新的研究领域。

51第五十一页，共58页。工程地质学的主要内容、特点及学习要求

本课程着重介绍土木工程类专业所涉及的工程地质学基本知识，其主要内容包括：矿物与岩石、土的类型及特殊土、地质构造、地下水、地貌、常见地质灾害、工程中的地质问题、工程地质勘察等。不同的专业方向可根据需要选择有关章节学习。工程地质学是土木类专业及水利工程专业的一门专业基础课。课程特点是内容广、概念多、实践性强，学习中要注意弄清概念，掌握分析方法，避免死记硬背，重在理论联系实际及工程运用。52第五十二页，共58页。为了学好这门课程，应结合课堂教学学好有关矿物、岩石的实验课程，掌握常见矿物和岩石的肉眼鉴定方法；结合已有的地质图或工程进行具体分析，培养学生阅读地质图和分析地质条件的能力；安排短期的野外地质实习，以帮助学生了解岩土类别的野外鉴别方法，地质构造，地貌及不良地质灾害，提高学生分析工程地质条件，处理工程地质问题的实践能力。积极采用多种教学方法，如标本、模型、图片等，配合有关地质科教片、幻灯片、多媒体等直观教学手段，增加学生的感性认识，帮助学生尽快建立起地质学的有关概念，提高学生对工程地质学的重视程度和学习兴趣。53第五十三页，