水利工程中的工程地質(zhì)綜述

中圖分類號(hào)：TV文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-925X（2010）12-0144-02

摘要：本文回顧了水利水電工程地質(zhì)學(xué)的三個(gè)時(shí)期，分析論述水利工程中的工程地質(zhì)環(huán)境問題，最后總結(jié)了水利水電工程地質(zhì)勘測的主要方法。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)環(huán)境 地質(zhì)勘測 方法

1、水利水電工程地質(zhì)發(fā)展回顧

50年前，中國沒有專業(yè)的工程地質(zhì)人員，少量簡單的道路、橋涵、房屋等建筑設(shè)計(jì)中的地質(zhì)問題，主要由土木工程師憑經(jīng)驗(yàn)確定解決方案，有時(shí)也聘請少數(shù)地質(zhì)師進(jìn)行咨詢。至于水利水電建設(shè)的工程地質(zhì)，由于沒有建設(shè)什么現(xiàn)代意義上的水利水電工程，也就談不上相應(yīng)的地質(zhì)勘察與研究，尤其是大壩建設(shè)中的工程地質(zhì)勘察幾乎是一片空白。新中國成立后，隨著水利水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，水利水電工程地質(zhì)學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生，并日益發(fā)展壯大，大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：

（1）20世紀(jì)50～60年代中期。這一時(shí)期中國建設(shè)了許多水壩，主要集中在中國東部和中部地區(qū)，如淮河流域的梯級(jí)水壩，板橋、石漫灘、響洪甸、梅山、佛子嶺等，黃河上的三門峽、浙江的新安江、資水的柘溪、廣東新豐江、江西上猶江等。

（2）220世紀(jì)60年代后期到80年代中期。這一時(shí)期，中國在一些地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，興建了一批有代表性且規(guī)模較大的大壩，這一時(shí)期的工程建設(shè)及相應(yīng)的工程地質(zhì)勘察，全方位地為提高中國大壩建設(shè)的工程地質(zhì)勘察與研究水平提供了條件。

（3）20世紀(jì)80年代后期至90年代，中國政府為進(jìn)一步綜合利用水資源和防治水害，相繼決定興建當(dāng)今最引人矚目的三個(gè)巨型水利水電工程，即雅礱江二灘工程、黃河小浪底工程和長江三峽工程。這三大工程的成功建設(shè)，標(biāo)志著中國水利水電工程地質(zhì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和學(xué)術(shù)水平，已登上世界水壩建設(shè)工程地質(zhì)研究的前沿。

2、水利工程建設(shè)的工程地質(zhì)環(huán)境分析

工程地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性從決定因素和表現(xiàn)形式大體可分為地殼穩(wěn)定性、地表穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性3方面的內(nèi)容。地殼穩(wěn)定性主要由地球內(nèi)因影響下的地殼表層的相對穩(wěn)定性；地表穩(wěn)定性是地面由于在人類工程活動(dòng)的外因條件下結(jié)合內(nèi)外動(dòng)力工程地質(zhì)作用的穩(wěn)定性；地基穩(wěn)定性指水利工程影響范圍內(nèi)地基巖土體的穩(wěn)定性。

（1）地殼穩(wěn)定性

地殼穩(wěn)定性是在地球內(nèi)因、外因及水利工程影響下的斷層移位、一些臨界穩(wěn)定性坡體的崩塌、滑坡、泥石流及水庫誘發(fā)地震等地質(zhì)現(xiàn)象的加劇或誘發(fā)。我們主要從區(qū)域的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等來調(diào)查研究影響系統(tǒng)應(yīng)力場和滲流場重新分布的規(guī)模和強(qiáng)度，從而獲得這些工程地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)展的預(yù)測資料，穩(wěn)定性破壞的空間范圍，穩(wěn)定性趨勢的時(shí)空關(guān)系，預(yù)測其穩(wěn)定破壞的相對時(shí)間，提前做好準(zhǔn)備，最大限度地減少損失。對現(xiàn)有的工程地質(zhì)破壞現(xiàn)象進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變反演算反分析，找到影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，從而采取相應(yīng)的技術(shù)措施通過人為的外力作用來協(xié)調(diào)，達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定。對于水利工程來說，影響地殼穩(wěn)定性的突出因素是全新活動(dòng)斷裂和地殼升降運(yùn)動(dòng)，最重要的是由于現(xiàn)有的水環(huán)境平衡狀態(tài)的改變而引起的各種工程地質(zhì)現(xiàn)象，造成應(yīng)力場和滲流場的重新分布，以求達(dá)到系統(tǒng)的能量平衡和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（2）地表穩(wěn)定性

地表穩(wěn)定性則主要表現(xiàn)為滑坡、泥石流等動(dòng)力工程地質(zhì)現(xiàn)象和地面沉陷、黃土濕陷、砂土液化、水庫邊岸再造等各種地表變形破壞，還包括地表巖土體的性質(zhì)變化(地下水位上升促使的沼澤化、土壤鹽漬化等)。主要調(diào)查研究和預(yù)測這些工程地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育規(guī)模、發(fā)展速度及趨勢，并提出相應(yīng)的工程技術(shù)措施來防止或減弱這些變形破壞。

（3）地基穩(wěn)定性

地基穩(wěn)定性主要是指地基的承載能力和變形問題。這里的地基穩(wěn)定性不僅僅指水工構(gòu)筑物的地基穩(wěn)定性，而帶有區(qū)域性的地基穩(wěn)定性。壩基的穩(wěn)定性除了承載能力和變形問題，還有壩體的抗滑移問題(壩基巖層的產(chǎn)狀對壩基的抗滑移穩(wěn)定性影響很大)。水利工程的地基不僅承受水利構(gòu)筑物本身的自重，還得承受水自重及由于水的作用形成的各種荷載作用，接受這些荷載后地基必產(chǎn)生一定的變形來平衡，以應(yīng)力能轉(zhuǎn)化為應(yīng)變能。特別是對于巖基，在荷載作用下，既有巖石的彈性變形，也可由巖石的塑性變形或者沿某節(jié)理裂隙發(fā)生剪切破壞引起基礎(chǔ)沉降。軟弱夾層或節(jié)理也是抗滑移穩(wěn)定的主要研究對象。

3、水利水電工程地質(zhì)勘測的主要方法

（1）鉆探

鉆探仍是水利水電工程地質(zhì)勘察的主要手段。隨著工程建設(shè)的地基條件日趨復(fù)雜，許多特殊的地質(zhì)問題，如軟弱(泥化)夾層的層位確定及取樣，砂卵石地層特別是巨礫、漂礫地層的鉆進(jìn)，砂礫石層取樣，砂層取原狀樣，特硬地層如燧石層、石英砂巖地層的鉆進(jìn)，鉆孔巖心定向等問題，依靠常規(guī)的鉆探方法無法獲得滿意的結(jié)果。國外解決類似的特殊地層鉆進(jìn)問題，有的有成熟的設(shè)備機(jī)具，但價(jià)格很昂貴；有的則還沒有可靠的方法加以解決。在國家“六·五”、“七·五”科技攻關(guān)中，中國的工程師本著為生產(chǎn)服務(wù)、自力更生的原則，為解決上述難題做了大量的研究工作，取得一批在實(shí)踐中獲得良好效果的成果，包括：大口徑鉆進(jìn)技術(shù)、金剛石套鉆取芯技術(shù)、金剛石鉆具砂卵石層中鉆進(jìn)技術(shù)、液動(dòng)閥式雙作用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備、各種類型的砂層和軟土層鉆進(jìn)及取樣技術(shù)等。此外，在繩索取心、破碎地層取芯技術(shù)等許多方面，都已達(dá)到了國際先進(jìn)水平，縮小了和國外技術(shù)的差距。

（2）工程地球物理勘探技術(shù)

工程物探地球物理勘探簡稱物探它是應(yīng)用觀測儀器測量被勘探區(qū)的地球物理場，通過對測量場數(shù)據(jù)的處理和地質(zhì)解釋來推斷和發(fā)現(xiàn)地下可能存在的局部地質(zhì)體、地質(zhì)構(gòu)造的位置、埋深、大小及其屬性的科學(xué)。探方法主要有以位場理論為基礎(chǔ)的重力場勘探、磁場勘探、直流電場勘探等，以及以波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的地震波勘探、電滋波勘探等。

①重、磁位場勘探。重、磁位場勘探是最古老的一種物探，相對于地震勘探而言，其精度和可靠度較差。目前，由于一些高精度的重力儀、磁力儀的研制和應(yīng)用，使得重、磁位場勘探的精度有了很大程度的提高。同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在重、磁位場勘探中的應(yīng)用，以及磁性矢量層析成像理論的研究和應(yīng)用，使重、磁位場勘探在上個(gè)世紀(jì)獲得了廣泛的發(fā)展應(yīng)用。地質(zhì)勘測中應(yīng)用較少。

②地震勘探

在工程地質(zhì)勘探中應(yīng)用較多的為人工激發(fā)震源地震波勘探，其人工激發(fā)震源有多種。目前，地震勘探在水利水電工程領(lǐng)域發(fā)展較快。

③電磁勘探

包括天然場源的電磁測探(MT法)和人工場源的連續(xù)的電磁波勘探(EM法)等多種方法。近年來，電磁勘探在水利水電工程中應(yīng)用越來越廣泛。

④電法勘探

主要包括電阻率法、充電法和自然電場法、激發(fā)極化法、電磁感應(yīng)法。可分為穩(wěn)定電流場理論、交變流法理論兩個(gè)分支。在水利水電工程地質(zhì)勘察中應(yīng)用較多的是電阻率法。

⑤地球物理測井

20世紀(jì)90年代，由于數(shù)值模擬方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)測井技術(shù)成為可能。另外，始于20世紀(jì)70年代中期的鉆孔彩色電視適用范圍由原來的91mm鉆孔發(fā)展到50mm的鉆孔，并可實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)字化實(shí)時(shí)采集壓縮存儲(chǔ)，成果可刻錄成VCD光盤，還可進(jìn)行后期圖像處理及制作。

參考文獻(xiàn)：

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