水坝、水库工程地质研究

水坝、水库工程地质研究

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第一小组
水坝工程地质研究

第二小组
水库工程地质研究

杨洪磊

陈雪

徐炜昊

张鹏

张亮

世界著名水坝

葛兰峡谷大坝----美国

世界著名水坝

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阿斯旺大坝-埃及开罗

世界著名水坝

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蒙地赛罗水坝-美国

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世界著名水坝

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三峡大坝

主要内容
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一、水坝的分类
二、坝区渗漏及对坝基稳定性的影响

三、坝基（肩）稳定性问题
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四、坝址选择工程地质论证

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一、水坝的分类
1、按筑坝材料分土坝、堆石坝、干砌石坝、混凝土坝等 2、按坝体结构分重力坝、拱坝、支墩坝 3、按坝高分低坝（H<30m)、中坝（H=30-70m)、高坝（H>70m)

几种常见的水坝
（一）、土石坝
土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压等方法堆筑成的挡水坝。当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；当两类当地材料均占相当比例时，称土石混合坝。土石坝坝对地质地形条件的要求主要有：（1）坝基要有一定的强度；（2）坝基透水性要小；（3）就近足量且刚度和强度且满足质量要求的天然建筑材料；（4）要有修建溢洪道的有利地形、地质条件。土石坝对地质地形条件要求低，从岩石地基到土质地基，都可修建土石坝。岩石地基对任何坝型一般都适应。但对于强烈喀斯特岩体、大的断层破碎带、强透水或抗剪强度低的软弱夹层、泥化夹层的岩体、基岩面起伏太大的岩体，宜避开或加强处理。土质地基，程度不同的会存在沉陷、变形、滑动、渗漏和渗透变形、振动液化等问题。

中国最大的土石坝——黄河小浪底大坝

(二）、混凝土重力坝
重力坝是由混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，重力坝主要依靠坝身自重与地基间产生足够大的摩阻力来保持稳定，故重力坝对地基要求比土石坝高，一般修建在基岩上。低坝也可修在较好的土质地基上。重力坝对地质地形条件的要求主要有： ①具有足够的抗滑能力，满足抗滑稳定的要求； ②坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性模量，有较好的均匀性和完整性； ③坝基、坝肩应具有良好的抗渗性； ④两岸山体必须稳定，没有难处理的滑坡体和和潜在的不稳定滑移体； ⑤下游河床岩体应具有对高速水流抗冲能力； ⑥坝区附近有足够的、合乎要求的混凝土骨料。

三峡大坝

世界上最高的重力坝——瑞士的大狄克逊大坝（285m）

（三）、拱坝
拱坝在平面上呈拱形，并在结构上起拱的作用的坝，拱脚支承于两

岸基岩上。拱坝是一个整体的空间壳体结构。从水平切面上看，它是由许多上下等厚或变厚的拱圈叠成，大部分荷载由拱的作用传递到两岸山体上。在铅直断面上，则是由许多弯曲的悬壁梁组成，少部分荷载依靠梁的作用传递给坝基。由于拱是推力结构，只要充分的利用它的作用，即可发挥材料强度。典型的薄拱坝，比起相同高度的重力坝可节省混凝土80%，如法国的托拉拱坝高 85m ，其最大厚度才 2.4m ，因而拱坝是一种经济合理的坝型，但它的施工技术要求很高。

拱坝具有较强的抗震性能和超载性能。基于上述特点，它对工程地质的要求除了与重力坝相同的要求外，还应注意如下：（ 1 ）坝址应为左右岸为对称的峡谷地形。河谷高宽比（ H/L ）愈大的“ V”字形峡谷，愈有利于发挥拱坝的推力作用。若地形不对称，就需开挖或采取结构措施使之对称。（2）由于拱坝应力集中，要求岩体有更高的承载力，两岸及河床岩体要新鲜（或微风化）完整。岩体的弹性模量均一，且岩体与混凝土的变形模量也要相近。（3）对坝基中存在的断层破碎带等软弱岩体必须进行慎重的处理，以提高岩体的均一性，防止变形过大造成拱坝拉裂。（4）两岸坝肩要有足够的稳定性，拱端要有比较雄厚的稳定岩体。对两岸发育的与河流大致平行的中、高倾角断层、节理、层面、卸荷裂隙等要特别重视，仔细研究其特征，及有否与缓倾角软弱结构面组合，从而构成滑动块体。

石门拱坝
图片名称：石门水库电站地点：陕西汉中所在河流：褒河所在水系：黄河水系

主要坝型：混凝土拱坝
坝顶高程：620.0米最大坝高：88米

我国水库垮坝大事记
1963年，河北刘家台土坝水库垮坝，死亡943人。 1979年，甘肃党河水库因垮坝失事，造成4人死亡。 1978-1979年间，山西东榆林水库副坝下游排水沟多次出现流泥现象，但没有采取任何措施。1979年5月，水库晴天垮坝，垮坝后1个多小时竟无人知晓。 1995年青海沟后水库垮坝后,管理人员骑着摩托车到有关部门报告,耽误了下游人员转移时间,造成重大人员伤亡。 2001年，四川会理县大路沟水库垮坝，导致16人死亡，失踪10人，洪水冲毁770亩良田。 2004年5月27日下午5时49分左右，位于鄂西恩施市城郊的湖北清江大龙潭水电站上游围堰，被清江上游下来的并不大的洪峰冲垮，14人死亡、4人失踪。

二、坝区渗漏及对坝基稳定性的影响
(一）、渗漏条件分析

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。
坝区渗漏是诸多水利工程中一种普遍的地质现象，一旦渗漏量过大，就会影响水

库的效益，或者渗透水流作用危及坝体安全，此时，坝区渗漏成为必须防治的工程地质问题。坝区渗漏量大小取决于库水位高度及渗漏通道存在情况（包括通道的渗透性、连通性、渗径长短等）。下面分第四系松散土石体透水介质与裂隙岩体透水介质两种情况，讨论坝区渗漏条件。

（1）第四系松散土石体坝区渗漏

决定因素：第四系土石体透水性取决于其粒度成分、密实度、分选性和土层结构，这些又与其成因、形成时间有关。渗漏条件分析 ①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； ②从成因类型看：冲积物分选好，细粒含量少，透水性较好；洪、坡积物总的来说大小混杂，分选性差，透水性较差；而冰碛物分选性更差，透水性极弱。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。 ③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。

④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透水层渗透性有关，往往还与相对隔水层的分布有关。

（2）裂隙岩体坝区渗漏裂隙岩体渗漏通道主要是各种结构面和溶蚀空隙（洞）及其开启性、充填情况、连通情况。河谷形态特征即是决定透水性强弱和入渗、排泄条件的重要因素。渗漏通道的形成：

在坝区发育的顺河断裂、裂隙密集带、岸坡卸荷裂隙带、纵谷陡倾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。

（二）渗透水流对坝基稳定性的影响
流经坝基岩土体的渗透水流，由于库水与下游河道水位差引起很大的渗透压力，同时，浸泡在水下的岩土体及部分坝体受到向上作用的浮托力，这些都在一定程度上影响坝基稳定性，从而可能导致坝体失稳。
扬压力：工程地质主要从坝基岩体抗滑稳定性角度上去分析坝底面及深部岩体某滑移面上的水压力情况，把作用于这些面上的渗透压力及浮托力总称为扬压力。扬压力是对坝基稳定性极不利的因素，过高的扬压力可以直接导致坝体失稳，这在坝工建筑中不乏其例。

（三）、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）灌浆帷幕
（2）钻孔排水（3

）断层带的防渗措施（4）斜墙铺盖

（ 1 ）灌浆帷幕：设臵方法是距坝踵一定距离外，沿坝轴线方向布臵一排或几排钻孔，向孔内灌入水泥浆液或其他化学浆液，共同构成一个完整的隔水墙，即所谓灌浆帷幕。（图 16-12 ）按规定，大型工程岩体的渗透率 q>1Lu，中小型工程渗透率 q>3— 5Lu ，才予设臵灌浆帷幕。当坝下隔水层埋深较小时，便可将帷幕深入到隔水层内 3—5m ，构成全封闭式帷幕；反可设臵悬挂式帷幕，一般深度 0.3—0.7 倍坝高。帷幕长度按坝基和坝肩防渗带总长度来确定；帷幕厚度受灌浆的孔距及排距控制，具体设计要求，有专门规程可循。

（2）钻孔排水：图16-12，在灌浆帷幕下游一定距离，设臵一排或几排排水孔，将排走部分（或全部）渗压水流，起到降低扬压力的良好效果。排水孔常与帷幕配合使用，也可以单独使用。主排水孔的深度为防渗帷幕深度的0.4—0.6倍，并不小于10m，孔距一般2—3m，孔径不宜过小。对于高坝，一般要求设臵一排主排水孔，2—3排辅助排水孔；中低坝可以视情况设臵1—2排孔即可。排水孔距坝踵距离一般取0.1—0.15倍水头差。排水孔与帷幕配合使用，也可以单独使用。（3）断层带的防渗措施：坝基中较大的顺河断层破碎带，除应专门加固处理外，还要进行防渗处理。当断层由角砾岩、碎块岩组成时，其与帷幕相交的部位应全部处理，当断层带由断层泥、糜棱岩组成时，因含泥质较多，可灌性差，需采用防渗井措施，即沿断层带延伸方向挖除，回填混凝土，并在两侧的影响带范围进行固结灌浆。（4）斜墙铺盖：坝肩部位贯通上下游的集中渗漏通道，并在上游渗漏通道出露处设臵粘土斜墙或铺盖，以隔断库水与渗漏通道的联系。