第6章（库坝区地质问题）

第六章库坝区工程地质问题水工建筑物主要由三大部分组成：挡水建筑物（大坝）主体建筑泄水建筑物取水、输水建筑物+附属建筑物（水电站、航运船闸、鱼（筏）道等）水利枢纽

水利枢纽按规模分为五个等级一、工程地质条件：是指与工程建筑物有关的各种地质因素的综合。内容主要包括：①地形地貌

②地层岩性③地质构造

④水文地质条件⑤自然(物理)地质现象

⑥天然建筑材料第一节水工建筑物工程地质条件与工程地质问题地形：指地表形态、高程、地势高低、山脉水系、自然景物、森林植被，以及人工建筑物分布等，常以地形图予以综合反映。地貌：主要指地表形态的成因、类型，以及发育程度等，常以地貌图予以反映。

1、地形地貌条件2、地层岩性

两大类坝基，即：岩基(硬基)土基(软基)4、水文地质条件

水文地质条件一般包括以下内容：1）地下水类型2）含水层与隔水层的组合关系、空间分布规律及特征3）岩(土)层的水理性质(容水性、给水性、透水性)4）地下水的运动特征(流向、流速、流量等)5）地下水动态特征(水位、水温、水质的变化规律)6）地下水的水质(水的物理、化学性质、水质标准等)

3、地质构造决定因素，地质结构不适宜，水电工程建设就不能进行6、天然建筑材科

水工建筑天然建材的用量巨大，需要研究以下几方面的内容：

1）产地距离;2）开采条件;3）质量;4）数量.5、自然(物理)地质现象风化滑坡崩塌泥石流岩溶等二、库坝区工程地质问题1、库区主要的工程地质问题①水库渗漏问题；②水库浸没问题；③库岸稳定性问题；④水库淤积问题；⑤水库诱发地震问题

1）

坝体稳定问题2）渗漏及渗透变形3）坝基岩石在长期浸泡下的软化或泥化4）水对帷幕、混凝土的腐蚀与破坏5）坝区泄流区“雾雨”对周围地质环境的影响分析2、坝区主要的工程地质问题第二节库坝渗漏问题渗漏：水体通过渗透通道流失的现象。一、库区渗漏1.水库渗漏形式

永久性渗漏（有渗漏通道）

暂时性渗漏(饱和后停止）

2.水库永久渗漏形式

松散土体孔隙性透水层坚硬岩层的强裂隙性透水带(特别是断层破碎带)可溶岩类的岩溶洞穴管道永久渗漏通道：永久渗漏形式：岩层产状沟通纵向河谷段向下游渗漏向邻谷渗漏断层沟通根据渗漏部位不同可分为:坝基渗漏绕坝渗漏坝体渗漏（设计问题）

根据渗漏形式又可分为:均匀渗漏集中渗漏二、坝基渗漏类型绕坝渗漏坝基渗漏在定性分析了坝基（肩）渗漏的地质条件以后，需对其渗漏量进行定量计算，借以确定防渗措施。（一）坝基渗漏量的计算1.单层透水坝基：卡明斯基（Kamehck.H）公式：q——单宽坝基的渗漏量，m3/（d.m）；K——土层的渗透系数；H——坝上下游水位差，m；b——坝底宽度之半，m；T——透水层厚度，m。二、坝基（肩）渗漏量的计算坝基渗漏总量单层透水坝基坝基渗漏量计算图2.双层透水坝基：

卡明斯基公式计算单宽双层坝基的渗漏量q：双层透水坝基坝基渗漏量计算图1—不透水岩层；2—透水岩层；3—弱透水岩层这里K2＞K1！当坝基为多层结构，且各层渗透系数不一时，需先计算出渗透系数的加权平均值，再视情况分别按单层和双层情况计算；

若上下层的渗透系数K值相差在10倍以内，按单层情况计算渗漏量；若上下层渗透系数K值相差在10倍以上，则先将地层分为两组，分别计算渗透系数的加权平均值，再按双层计算式计算渗漏量。3.多层透水坝基：总渗漏量计算按下式计算每一条渗流带的渗漏量ΔQ；

（二）绕坝渗漏量的计算K——岩土的渗透系数，m/d；Δb——某一渗流带的宽度，m；L——某一渗流带的宽度，m；H1——水库正常高水位至隔水层顶板的高差，m；H2——水库下游水位至隔水层顶板的高差，m；H——水库上下游水位差，m。总的绕坝渗漏量Q：坝基渗透变形：

上游通过坝下地层渗流向坝下游的水流具有较大的动力压力，带动土层中的细颗粒，使之发生移动或颗粒成分发生改变的现象。第三节坝基渗透变形分析一、坝基渗透变形的形式管涌（或潜蚀）----级配不良流土-----级配良好坝基渗流示意图1—坝基上游渗流方向向下；2—坝基渗流方向水平；3——坝基下游渗流方向向上L—渗流距离；ΔH—水位差（ΔH=H1－H2）二、坝基渗透变形的原因分析（一）岩（土）体结构因素分析岩（土）体的结构，特别是颗粒组成的不均匀性，是形成管涌或流土的主要原因。其中影响因素如下。1.土中占多数的粗、细颗粒的平均直径：时，才能产生管涌。2.土颗粒级配的不均匀性的影响：不均匀性小时，土易产生以流土为主要形式的渗透变形；不均匀性大的土易产生以管涌为主要形式的渗透变形；

10＜Cu＜20的土，可能产生流土，也可能产生管涌。3.土层具二元结构或呈多层状结构，则根据土层的埋藏条件具体分析二元结构情况下-----当粘性土在上，砂性土在下，且粘性土层厚而完整时，则不易产生渗透变形；当粘性土薄或不完整时，就易在坝的下游产生流土隆起，并相继产生下层砂土管涌。

有尖灭层、透镜体等土层存在，且粘性土层厚度由上游向下游逐渐变薄，亦即其下的砂砾石层逐渐变厚，则渗透压力至下游，会因过水断面的加大而有所削弱。相反，如果砂砾石层向下游尖灭，则渗透压力会有很大增加，这些地方就易产生流土或管涌。（二）动水压力因素渗透压力是渗透水流作用在单位土体上的压力，其大小主要与渗透水流的水力坡降和水的容重有关，即

ΔH－水头差，L－渗流距离，故ΔH越大或L越小，则I值越大，产生渗透变形的可能性亦越大。三、坝基渗透变形计算

预测坝基是否会发生渗透变形可按下述步骤：１、确定临界水力坡降Icp理论计算法实验室测定野外试验现场观测经验数据以试验法较为可靠，理论计算次之。2.允许水力坡降的选择用临界水力坡降除以规定的安全系数（K）可得，如下式：

安全系数的规定应根据地质条件的复杂性及建筑物的重要性而定。砂土：K=2～3粘土：K=2.5～33.坝基实际水力坡降的确定：4.渗透变形判别：

I与I’比较

I＞I’该点会发生渗透变形I＝I’临界状态I＜I’渗透安全四、坝基渗透变形防治措施1.垂直截渗常用粘土截水槽、灌浆帷幕和混凝土防渗墙等方法。

截水槽示意图

a－心墙坝；b－均质斜墙坝心墙与帏幕灌浆2.水平铺盖

这种措施只是加长渗径而减小水力梯度，并不能完全截断渗流。

3.排水减压

常用的方法有排水沟和减压井，它们的作用是吸收渗流和减小逸出段的实际水力梯度。设置在下游坝脚附近。

4.反滤盖重在渗流逸出段分层铺设粒径不同的砂砾石层，层界面应与渗流方向正交，粒径由细到粗，常设置三层。

典型反滤层结构a－各分层间粒径关系；b－排水孔反滤层结构

一、坝基岩体滑动破坏的类型破坏形式---根据滑动破坏面位置的不同，可分为

表层滑动浅层滑动深层滑动混合滑动第四节坝基（肩）岩体抗滑稳定分析坝基滑动破坏的形式（a）表层滑动；（b）浅层滑动（c）深层滑动；（d）混合滑动

(一)表层滑移的稳定性分析二、坝基抗滑稳定性的分析坝基表层滑移计算图形(二)浅层滑移的稳定性分析

可按表层滑移情况进行简化计算。但应注意的是，此时应采用软弱岩石或破碎岩体的抗剪强度指标，而不能采用混凝土与岩石间的抗剪强度或抗剪断强度指标。浅层滑移(三)深层滑移的稳定性分析**坝基深层滑移体稳定计算图形(a)、(d)单斜滑动面倾向下；(b)单斜滑动面顷向上游；(c)、(d)双斜滑动面EGHBCADF三个面都具备时，坝基滑移变形可能性最大切割面——ADE、BCF、ABFE滑动面——ABCD临空面——HDCG

坝基深层滑移有限元稳定分析坝基深层滑移计算工况分析1)倾向下游的单斜滑动面这种情况下，在坝的下游存在陡立临空面，构成滑移体，其抗滑稳定系数为2)倾向上游的单斜滑动面抗滑稳定系数为：

3)双斜滑动面**①剩余推力法②极限平衡法③等安全系数法坝基滑移体在倾向下游的滑动面上的下滑力P为该段滑动力与抗滑力之差第五节坝基问题处理对不良坝基地质问题的处理，分为下列三种方式：

清基裂隙岩层的处理软弱破碎带的处理

将坝基表部的松散软弱、风化破碎的岩层及浅部的软弱夹层等开挖清除掉，使坝体放在比较新鲜完整的岩体上。一、清基坝基开挖二、松散、裂隙岩层的处理----广泛采用灌浆方法

固结灌浆所起作用接触灌浆帷幕灌浆

水泥灌浆灌入物质粘土灌浆化学灌浆

当坝基下存在有规模较大的软弱破碎带时，如断层破碎带、软弱夹层、泥化层、囊状风化带、裂隙密集带等，则需要进行特殊的处理。1.高倾角软弱破碎带的处理混凝土塞混