探討巖體工程地質力學在水利水電工程勘察中的應用

謝慶修

（廣西壯族自治區河池水利電力勘測設計研究院 廣西河池 547000）

探討巖體工程地質力學在水利水電工程勘察中的應用

謝慶修

（廣西壯族自治區河池水利電力勘測設計研究院 廣西河池 547000）

隨著科學技術和社會文化的發展，巖體工程地質力學在水利水電工程勘察中的應用越來越廣泛，它在水利水電的建設過程中起著非常重要的作用。通過深入的探討在水利水電工程勘察中的巖體地質條件和問題，利用最先進的勘察方法來解決實際中存在的一些問題，可以為水利水電工程的順利開展、人民的幸福安康作出一定的貢獻。本文就從巖體工程地質力學的原理、重要性，水利水電工程勘察中的問題及巖體工程地質力學在其中的應用等方面進行簡介，希望給同行或者同類工程的人帶來一些價值和借鑒。

巖體工程地質力學；水利水電；勘察；應用

1 引言

巖體工程地質力學是一門新興的學科，其在我國水利水電工程勘察中的應用也越來越廣泛，而水利水電工程勘察的主要目的和任務是：查明樞紐建筑物工程區的地質條件，預測有可能出現的地質問題，利用有利的地質條件，改造或避開不利的地質因素。通過前期周密的地質勘察，給設計部門提供可靠真實的地質資料，在工程建設中，工程地質又不斷為工程建設地揭露其地質情況，為工程建設提供專業合理的建議。到目前為止，我國已經成功建設的重大水電站有：二灘、三峽、小灣、溪洛渡等。

2 巖體工程地質力學的原理和簡介

巖體工程地質力學是在我國巖石力學和工程地質工作者長期的工程地質研究和地質工程實踐基礎上發展起來的一門新興的應用學科。巖體工程地質力學是以巖體結構控制論作為基礎，將工程、地質和巖石力學緊密的結合起來，形成獨特的學科特色，也為我國工程學科和巖石力學的發展提供了堅實而寬廣的工程地質學基礎。

早在1963年谷德振先生就提出了“巖體結構”的概念和巖體工程地質力學的學術思想體系。王思敬先生又進一步深入探討并全面總結了巖體工程地質力學的成果，開始使用“工程地質力學”這個學科稱謂。這些年來，各個理論成果已經成為我國巖石力學和工程學科發展的一塊堅固基石，也為解決我國工程建設中的一些關鍵工程地質巖體力學問題起到了非常重要的作用。

近年來，為滿足國家需求，針對重大工程建設中遇到的一些地質工程新問題，逐漸形成了以土石混合體結構力學、多尺度統計巖體力學和非線性巖土力學三項新理論為基礎，以多源信息監測與反分析、多元介質測試、工程地質改良與加固、三維地質建模與仿真四項技術為支撐的多元隨機介質工程地質力學技術方法和理論體系，并取得了大量的創新性研究成果。

巖體工程地質力學的研究目的，就是要解決建筑物的基礎巖體穩定性問題，以防發生重大的事故，保證工程施工的順利進行，從而為合理的工程設計提供依據。所以，就要求我們要從巖體的客觀實際出發，抓住巖體破壞、變形的主要矛盾，發展巖體工程地質力學的科學方法，這也正是國際上巖體力學一直在探索的方向。

3 巖體地質在水利水電工程勘察中的重要性

事實證明，在水利水電工程開始建設之前，對建設區進行嚴密的調查，掌握其地質條件的規律性，是修建水電工程成功的關鍵性因素。反之，忽視或不重視地質的水電工程，建設過程中或后期出現問題的概率就會很大，例如意大利的瓦伊昂拱壩修建的過程中，由于對深層巖體地質條件查勘不充分，加上當時對深層滑坡認識還不足，設計人員對一些地質學者提出可能存在深層滑坡的地質問題不足夠重視，導致水庫蓄水后庫周山體巖體地質水文條件發生了重大變化，致使在1963年10月，水庫左岸陡峭石灰巖山坡產生了巨大規模的滑動崩塌，使1.5億m3的庫容被填滿，并且同時庫水漫過大壩，順流而下，造成了3000多人死亡的嚴重事故發生。由此可見，在水利水電工程勘察過程中，巖體工程地質力學有著非常重要的作用。

4 巖體工程地質力學在水利水電工程勘察中的應用

對任何水利水電工程地質條件及問題，從地表到地下的研究，從定性到定量的評價，都離不開勘探工作。而勘探的目的和任務就是為了查明巖土體的工程地質條件，為工程建設提供專業合理的建議。各種勘探方法及手段中就充分應用了巖體工程地質力學。水利水電工程地質勘探主要包括：工程物探、坑探、工程鉆探、遙感技術等。

4.1 物探

物探是工程地球物理勘探的簡稱，它是以地質體（或地下巖土層）的物理性質差異作為基礎，通過儀器來觀測人工物理場或自然的變化，從而確定地下地質體的空間展布范圍（形狀、大小、埋深等），并且可以測定巖土體的物理性質參數，進而達到解決地質問題的一種物理性勘探方法。

4.2 坑探

坑探是用挖坑方式來觀察地質地層情況的方法。它的特點是勘察人員可以直接的觀察到地質的結構，以便于素描，并且可靠準確。對于研究軟弱泥化夾層、斷層破碎帶和滑動面（帶）等空間分布的特點及工程性質等都有十分重要意義。坑探主要包括探槽、探坑、豎井、淺井、平洞、斜井等。坑探在水利水電項目中被作為一種輔助勘察手段而得到廣泛的應用。

4.3 鉆探

鉆探是指為劃分和鑒別地層，用鉆機從地表向地下鉆進，在地層中形成圓柱形鉆孔。鉆探是水利水電工程地質勘察中最基礎的一種方法，應用非常廣泛。鉆探是通過鉆孔來采取不同深度的巖芯可以直觀地確定地質構造，地層巖性，巖體風化特征等，進而判斷出地質情況，查明地下水的類型。地質人員在鉆探過程中應該根據鉆探的質量要求，仔細認真的記錄好鉆探中出現的各種現象，選擇合理的鉆探方法，保證成果能夠真實地反映該工程地段的地質條件。

4.4 遙感技術

遙感技術是指通過對信息進行研究、分析，確定目標物相互關系和屬性的一種技術，在水利水電地質勘察中也應用比較廣泛。根據遙感平臺高度的不同，一般可以分為地面、航空和航天遙感三大類。按探測電磁波的工作波段進行分類，一般可分為可見光、紅外和微波遙感等。遙感技術的優勢在于以下幾點：①感測范圍大，具有宏觀、綜合的特點。②信息量大，具有技術先進，手段多的特點。③更新周期短，獲取信息快，具有動態監測的特點。

5 水利水電工程勘察中典型的工程地質問題形成的條件和對策

5.1 滑坡

形成條件：原有的斜坡結構遭到破壞或者是斜坡外部的荷載超過它的承受能力等，巖土體沿著一定的軟弱面或軟弱帶順坡向下滑動。其防治措施有：削坡、排水、抗滑擋土墻、抗滑樁、灌漿法、預應力鋼索錨固措施、焙燒法、砂井砂樁加固法等。

5.2 崩塌

發生條件和因素：地質構造：巖層產狀、構造作用；山坡坡度55到75度，表面凹凸不平；巖石性質和節理程度：軟硬巖石互層組成。其防治措施有：灌漿、爆破或打楔、鋪砌覆蓋、調整地表水流、坡面噴漿等。

5.3 泥石流

形成條件：有較大的溝床縱坡和陡峻的地形；流域內有豐富的固體物質，源源不斷地補給泥石流；流域中上游有由冰雪強烈消融或強大的暴雨及湖泊的潰決等形式補充的水源等。其防治原則是以防為主，兼設生物、工程措施。

5.4 水庫地震

水庫地震是指水庫蓄水后誘發的地震，發生條件有：激發條件、地質條件，激發條件又包括直接效應和間接效應。目前，我國最大的水庫地震是1962年3月19日廣樂省新豐江水庫誘發的6.1級地震。水庫地震防治措施有：盡量減少對可誘發水庫地震地質條件的破壞，采取有效措施預測水庫地震發生的級別和頻率，做好預防應急預案等。

6 巖體工程地質力學在水利水電工程勘察中應用的實例

通過谷德振先生的巖體工程地質力學理論得知，工程地質勘察中要重視收集地質基礎的資料、重視區域地質構造的體系、重視巖體結構研究。并且在此基礎上開展高重力壩、高拱壩、地下廠房、深埋長隧洞、抽水蓄電站的工程地質勘察，往往會得到較好的成效。在此，以上文提到的成功建設的小灣水電站作為對象做以下簡介。

小灣水電站混凝土雙曲拱壩壩基巖體卸荷：根據勘察發現，在小灣水電站中，壩基部位存在的地質缺陷主要包括蝕變巖體和弱風化巖體、斷層、松弛巖體、卸荷巖體等。并且在大壩壩基開挖后，建基面巖體以微風化巖體為主。建基面開始挖掘后淺表層巖體存在著比較明顯的“蔥皮”、“板裂”現象和開挖卸荷松弛現象，特別是在低高程壩基巖體中出現強烈的松弛現象，這也成為了主要的工程地質問題。發現問題后，對其采取了一系列的防護措施，例如清除、固結灌漿、鋪設應力鋼筋等，進行積極地應對。進而在監測成果的時候顯示，壩基和壩肩抗力體都處于比較穩定的狀態。

7 結語

綜上所述，在水利水電工程中的地質勘探行為是惠民利民的基礎性工程，在工程初期設計和預防地質災害等方面都有著十分重要的作用，地質人員要充分利用好巖體工程地質力學理論，查明工程項目區域的地質問題，采用最合理的勘察技術，制定出合理、高效的勘察方案，消除各種地質問題對水利水電工程建設的不利影響，從而保證工程順利開展。

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P642

A

1004-7344（2016）08-0167-02

2016-2-20

謝慶修（1986-），男，助理工程師，大學本科，主要從事水利水電工程地質勘察、巖土工程勘察、地災危險性評估工作。