水利工程地质复习资料

水利工程地质复习资料内容摘要：

水、等因素的影响，特别是地形和断 层的扰动影响最大。 （三） 天然应力 对工程的影响： 低应力 地 区：岩体松弛、易漏水、风化带深 高应力地区： （ 1）基坑底部隆起、剥离破坏：在大坝基坑开挖过程中，由于卸荷引起应力释放，当初始的水平应力较高时，会造成基坑底部岩层呈水平状开裂。 （ 2）基坑 边坡 的剪切滑移： 边坡滑动的原因是残存的水平构造应力大于软弱夹层的抗剪强度，在开挖切穿软弱夹层后，就造成了沿软弱夹层向临空面的滑动。 地应力释放后位移逐渐停止，是一种减速变形。 （ 3）地下洞室产生大的收敛变形：在高应力地区开挖洞室时当洞室轴线与最大的水平应力方向垂直时， 边墙会产生特别大的收敛变形，尤其是软岩地区更为显著，甚至可以使软岩向洞内挤出，产生“吐舌头”现象。 （ 4）地下洞室施工过程中产生岩爆：在高地应力地区坚硬完整的岩体中开挖地下洞室时，由于应力的突然释放，产生的洞壁岩石爆裂、剥落或岩片弹射出来的现象称为岩爆。 12 P190： 510：提高坝基岩体稳定性的措施有哪些。 提高坝基岩体稳定性的措施有 清基、岩体加固及防渗排水。 一、 清基 就是将坝基表部的松散软弱、风化破碎及浅部的软弱夹层等不良的岩层开挖清除掉，使坝体放在比较新鲜完整的岩体上。 二 、 岩体加固 建基面以下的 岩体，往往存在或多或少的裂隙、孔隙及断层破碎带等，为提高坝基岩体的稳定性，可以采取一些加固措施，这样也可以减少基坑开挖量。 通常有下列一些措施。 （ 一 ）固结灌浆 ： 通过在基岩中的钻孔，将适宜的具有胶结性的浆液（大多为水泥浆）压入到基岩的裂隙或孔隙中，使破碎岩体胶结成整体以增加基岩的强度 ，提高坝基岩体稳定性。 （ 二 ）锚固： 当地基岩体中发育有控制岩体滑移的软弱面时，为增强岩体的抗滑稳定性，可采用预应力锚杆（或钢缆）进行加固处理。 其方法为先用钻孔穿过软弱面，深入坚硬完整的岩体，然后插入预应力钢筋或钢缆，再用水泥砂浆灌 入孔内封闭。 （ 三 ） 槽、井、洞挖回填混凝土： 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，则需进行特殊处理。 （ 1） 高倾角软弱破碎带的处理 ① 混凝土塞 ： 沿破碎带挖成倒梯形断面的槽子，挖除至一定深度后回填混凝土，以提高地基的强度 ，提高坝基岩体稳定性； ② 混凝土梁或拱：当软弱破碎带岩性疏松软弱，强度很低且宽度较大时，若采用混凝土塞的办法开挖和回填方量很大，则可采用混凝土梁或拱的结构形式，将荷载传至两侧坚硬完整岩体上 （ 2）缓倾角软弱破碎带的处理 埋藏较浅时可全部挖除，回填混凝土 若埋藏较深时则需采用洞挖（平洞或斜洞）。 深部开挖可配以竖井 为了减少工程量，也可部分挖除。 可沿其走向每隔一定距离挖一平洞，洞的顶部和底部均嵌入坚硬完整的岩层中，然后回填混凝土，形成混凝土键，以提高其抗滑能力。 13 三、防渗和排水措施 （ 1） 帷幕灌浆 ： 在大坝的上游面地基中布置 1~2 排钻孔，以一定的压力将水泥浆压入基岩的裂隙或断层破碎带中，使其形成一道横穿河床的不透水帷幕。 其目的是减少坝基的渗流量，降低坝底渗透压力，保证基础的渗透稳定。 帷幕灌浆的深度，原则上应灌到不透水层。 但若不透水层很深时，则可灌到相对隔水层 3~5m 深处。 帷幕灌浆的深度较固结灌浆要深得多。 （ 2） 排水措施 ： 在防渗帷幕下游坝基中设排水孔，一般为 2~3 排，并可设排 水管道、廊道或集水井，将水排出坝体以外。 主要是为了进一步降低坝底面的 扬压力。 P221： 64： 滑坡有几种分类方法。 各种类型滑坡的特点如何。 有 4种分类方法。 （一） 根据滑动面与岩层构造之间的关系分 （ 1）顺层滑坡：滑体沿岩层的层面或不整合面滑动； （ 2）切层滑坡：滑体沿节理、断层或其他与层面相切的软弱结构面滑动，常发生在节理裂隙发育、产状平缓或与斜坡呈反倾的岩层中。 滑动面常为折线或弧形，顶端常近直立。 （ 3）均质滑坡：滑 体 发生在均质 、无 明显层理的岩体或土体中 ，滑动面受最大剪应力控制，多呈圆弧形。 （二）根据滑动的力学机制分 （ 1） 推落式滑坡 ：上部岩体首先失去平衡稳定，发 生下滑，然后，推动下部岩体做整体滑动。 （ 2）牵引式滑坡：下部岩体首先失稳滑动，上部岩体因失去支撑，相继下滑； （ 3）平移式滑坡：始滑部位分布在滑动面的许多点，同时局部滑动，然后逐渐发展相连，形成统一滑动面。 （三） 根据滑动面的埋藏深度或滑体的厚度分 （ 1）浅层滑坡：滑动面埋藏深度仅数米： （ 2）中层滑坡：滑动面埋藏深度为数米至 20m： （ 3）深层滑坡：滑动面埋藏深度为 20 ~50m； （ 4）及深层滑坡：滑动面埋藏深度超过 50m。 （四）根据滑坡的体积大小分 小型滑坡 10 万 m3；中型滑坡 10 万 ~100 万 m3；大型滑坡 100 万 ~1000 万 m3；特大型滑坡 1000 万 ~10000 万 m3；巨型滑坡 10000 万 m3. 66： 滑动面为折线时，边坡稳定安全安全系数如何计算。 按推 力计算法来计算法来计算其稳定性，即按折线的形状将滑坡体 分成若干段，自上而下逐段计算，下滑力也逐段向下传递，算至末段即可判断其整体稳定性。 14 610防治边坡失稳破坏的主要措施有哪些。 （ 1） 防渗与排水：为防止大气降水向岩体中渗透，一般是在滑坡体外围布置排水沟槽，以截断流至滑坡体上的水流； （ 2） 削坡、减重和反压：削坡是将陡倾的边坡上部的岩体挖除 ，使边坡变缓，同时也使滑体重量减轻 ，以达到稳定的目的。 消减下来的土石，可填在坡脚，起反压作用。 （ 3） 修建支挡建筑：在不稳定岩体下部修建挡土墙或支撑墙 （ 或墩 ） ； （ 4） 锚固措施：有锚杆（或锚索）和混凝土锚固桩两种类型的措施，其原理都是提高岩体抗滑（或抗倾倒）能力。 （ 5） 其他防护措施：混凝土护面、抗剪洞、锚固洞、灌浆机改善滑动带土石的力学性质等措施。 P240： 71： 地形、岩性、地质构造、地下水及地应力等对 地下洞室选址有何影响。 （一） 地形 ： 在地形上要求山体完整，洞室周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体 厚度。 隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡崩塌现象存在。 洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口边坡的安全。 在地下陡的高边坡开挖洞口时，应不削坡或少削坡即进洞，必要时可做人工洞口先行进洞，以保证边坡的稳定性。 隧洞进出开口不应选在排水困难大低洼处，也不应选在冲沟、傍河山嘴及谷口等易受水流冲刷的地段。 （二） 岩性条件：坚硬完整的岩体，围岩一般是稳定的，能适应各种断面形状的地下洞室。 而软弱岩体，如泥土类、破碎及风化岩体、易吸水膨胀的岩体等，通常力学强度低，遇水易软 化、崩解及膨胀等，不利于围岩稳定。 因此 洞室位置应尽量选在坚硬完整岩石中。 （三）地质构造条件： 选址时应尽量避开地质构造复杂的地段，否则会给施工带来困难。 （ 1） 褶皱影响：褶皱剧烈地区，一般断裂也很发育，特别是褶皱核部岩层完整性最差。 向斜核 部 岩层呈倒拱形，顶部被张裂隙切割的岩块上窄下宽易于坍落， 另外 向斜核部往往 是承压水储存的场所，地下洞室开挖时地下水会突然涌入洞室。 （ 2）断裂影响：有断裂构造破坏岩体的完整性和连续性，并形成构造岩，同时为地下水的渗流提供通道。 一般情况下， 应避免将洞室轴线沿断层带布置，在选址时 应尽量避开大断层。 （ 3） 岩层产状的影响： ①洞室轴线与岩层走向垂直：在这种情况下围岩稳定性较好，特别是对边墙稳定有利。 当岩层较陡时，稳定性最好。 当岩层较平缓且节理发育时，在洞顶易发生岩块坍落现象，洞室顶部常出现阶梯形超挖 ； ② 洞室轴线与岩层走向平行：当岩层近于水平（倾角 10176。 ）时，若岩层较薄 ，彼此之间联结性差，在开挖洞室（特别是大跨度的洞室）时常常发生顶板的坍塌，因此，在水平岩层中布置洞室时，应尽量使洞室位于均匀厚层的坚硬岩层中。 当洞身穿过软硬相间或破碎的倾斜岩层时，逆倾向一侧的围岩易于变形或滑动，造成 很大的偏压。 （四）地下水： 地下工程施工中的塌方或冒顶事故，常常和地下水的活动有关， 在选址时 最好选在地下水位以上的干燥岩体内，或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。 （五）地应力 （ 1）洞室选线：诸多高地应力地区的最大主压应力 σ 1 接近水平（与构造应力场有关），洞室轴线接近平行σ 1 方向布置对洞室围岩稳定最为有利。 15 （ 2）洞室断面形状： 洞室断面形状决定于断面的水平地应力 σ h 与垂直地应力σ v 之比，即侧压力系数λ。 当 λ =1 时取圆形断面；若λ 1， 则取长轴直立的椭圆形断面；如果λ 1，则取长轴水平的横卧椭圆形断面。 72： 试述地下洞室开挖后二次应力分布的特征及围岩的概念。 围岩开挖引起洞室周边各质点向自由临空面方向移动，随围岩处所初始应力状态（ N值）的不同 ,在洞室周边产生不同的应力分布特征，如下图所示： （一） 围岩应力 二次 分布的主要特征是： （ 1） 径向应力 ： 随着向自由表面的接近而逐渐减小，至洞壁处变为零。 （ 2） 切向应力 ： 在一些部位愈接近自由表面切向应力愈大，并于洞壁达最高值，即产生所谓 压应力集中 (如图 10 一 3 中的 X 轴方位 )，在另一些部分，愈接近自由表面 切向应力愈低 ，有时甚至于洞壁附近出现够应力，即产生所谓拉 应力集中 (如图 10 一 3 中 z 轴方位 )。 这样，地下洞宝的开挖就将于 围岩内引起强烈的主应力分异现象 ，使围岩内的应力差愈接近自由表面愈增大，至洞室周边达最大值。 （二）围岩的概念 ： 工程地质学中把重分布应力影响范围内的岩体称为围岩。 73： 围岩稳定的力学含义是什么。 满足下面三个判别 （ 1）压缩破坏判别：最大主应力（σ 1） 应小于 岩体许可抗拉 强度 （ Rb），即σ 1[Rb]； （ 2）拉伸破坏判别： |σ 3||Rt|； （ 3）莫尔 — 库仑强度准则：   s inc ot231 31   c 75： 怎样进行围岩的工程地 质分类。 围岩工程地质分类以控制围岩稳定的①岩石强度、②岩体完整性系数、③结构面状态、④地下水、⑤主要结构面产状五项因素的和差为基本依据，围岩强度应力比为限定判据进行分类，围岩强度应力比 S可根据下式求得 S= mVbKR 77 试述弹性抗力系数的物理意义及其确定方法。 根据文克尔假定，抗力系数 k为 K=yP （ 710） 式中： K 为弹性抗力系数， MPa/cm； P 为围岩所承受的压 力，对于有压隧洞即为内水压力， MPa； y 为洞壁的径向变形， cm。 16 弹性抗力系数 K的物理意义：迫使洞壁产生一个单位径向变形所需施加的力。 K 值 愈大，说明围岩承受内水压力的能力愈大。 假设岩体是理想的弹性体，对于圆形隧洞， K。