第五章 水利工程常见的地质问题

5.3.1 渠道的工程地质问题
具有自由水面的人工水道。地面上的渠道多为开敞式
明渠。埋设在地面下四周封闭的称为暗渠。
渠道按用途可分为：灌溉渠道、动力渠道（用于引水
发电）、供水渠道、通航渠道和排水渠道（用于排除 农田涝水、废水和城市污水）等。在实际工程中，常 是一渠多用，如灌溉与通航、供水结合，灌溉与发电 结合等。
渠道选线原则
渠线
渠道线路可根据运用要求，结合地形、地质、施工 等条件，初选几条线路，通过技术经济比较，择优选定。 其一般原则和要求是：①尽量避开挖方或填方过大的地段， 最好是挖方和填方基本平衡，或挖方略大于填方②在平坦 地段，线路应力求短直，以减少工程量和水头损失。当受 地形等条件限制、必须转弯时，其转弯半径不宜小于渠道 正常水面宽的 5倍。③避免通过滑坡、透水性强和土壤沉 降量大的地段。④通过山脊，挖方过大时，可选用隧洞； 遇山谷，可采用倒虹吸管或渡槽。⑤尽量避免与道路、河 流或其他渠道交叉，以减少交叉渠系建筑物。此外，还需 考虑施工时的交通运输、动力和水源供应以及施工场地、 取土场和弃土场的布置等。
易于发生浸没的条件

①平原型水库的周边地带和坝下游地区；②盆地型 水库边缘平地与山前洪积扇、洪积裙相接的地带；③ 地下水埋藏较浅、地表水或地下水排泄不畅的库岸地 带，库岸附近的封闭或半封闭的洼地，以及沼泽的边 缘地带；④与水库渗漏通道相连的邻谷洼地等。
浸没防治措施

应从降低地下水位入手，根据水文地质条件和长期 观测成果，布置排渗和疏干工程。对农田可按水、土、 盐等具体条件，采取工程与农业措施（如改变作物种 类和耕作方法）相结合的综合治理方案。
5.2.2、坝区渗漏问题 大坝建成后，库水在坝上、下游水位差 作用下，经坝基和坝肩岩、土体中的裂隙、 孔隙、破碎带或喀斯特通道向坝下游渗漏的 现象。经坝基的渗漏称坝基渗漏，经坝肩的 渗漏称绕坝渗漏。

坝的地基在长期渗流作用下，土体颗粒流失，导致 地基变形甚至破坏的现象。水工建筑物地基的渗透变 形，主要发生在砂砾石层和胶结不良的断层破碎带中。 工程实践表明，地基渗透变形可使岩土体孔隙增大， 承载力降低,甚至出现管道空洞,导致地基失稳，在闸、 坝、堤防事故中占有很大比例。因此，研究坝基岩土 体渗透变形及其防治措施，是关系到水利工程安全运 行的关键问题之一。
5.2 坝的工程地质问题
5.2.1、坝基的稳定问题
1.坝基的沉降稳定 （1）坝基产生较大沉降或不均匀沉降（软弱夹层、断层 破碎带、较厚的强风化带岩层） （2）坝体向下游倾覆
5.2 坝的工程地质问题
2.坝基的抗滑稳定 重力坝，其稳定性全靠坝体自重来维持。当作用 在坝体上的全部荷载对坝基任一可能滑动面的滑动力 大于其阻滑力时，坝基就要发生剪切破坏或滑动。 坝基抗滑稳定性是关系到大坝安全的关键问题之一。 在世界坝工史中，不乏由于坝基滑动而导致大坝失事 的实例，如1911年美国的奥斯汀坝，1923年意大利的格 莱诺坝，1928年美国的圣· 弗朗西斯坝等。因此，设计 时必须对坝基在各种运用条件下的抗滑稳定性进行验 算，以确保大坝的稳定和安全。
5.1.2 水库浸没问题
水库蓄水使水库周边地带的地下水壅高，引起土地盐
碱化、沼泽化等次生灾害的现象。地下水壅高可使毛 管水抬升，当其上升高度达到建筑物地基或农作物和 树木的根系，且持续时间较长时，将产生浸没问题。
土地盐碱化
土地沼泽化
沼泽化土地
治理排渗
水库浸没的危害
浸没可使农田作物减产，工矿企业和民用建筑物地基
1.地形与地质构造条件
库区渗漏量的大小由构成库岸和分水岭的岩层的 渗透性质、地质结构以及地貌条件所决定
背斜构造的河谷是形成库区渗漏的有利条件。库水 极易沿透水岩层向邻谷渗漏。
只有当岩层的倾斜较陡，库水位以下的透水岩 层插入邻谷谷底以下时，此种渗漏才可避免
2.地层岩性条件
未胶结的砂砾石层是透水性极强的渗漏通道。此类岩
பைடு நூலகம்
5.3.2 隧洞的工程地质问题
隧洞的优点是线路短，水头损失小，便于管理养 护，还能避开一些不良地质地段。由于隧洞修建在地 下岩体中，地质条件对隧洞影响很大。
影响隧洞稳定的地质因素

岩性 一般新鲜完整的坚硬岩石,其稳定性较好;反之，稳定性差。 如松散、软弱和破碎岩体，包括各种类型的第四纪堆积层和粘土岩、 页岩、泥灰岩、板岩、千枚岩等软弱岩石，风化带和大的构造破碎带 等，一般容易发生变形、塌落和泥石流等失稳现象。 地质构造和岩体结构 构造断裂破坏了岩体的完整性，降低了岩 体的结构强度；结构面的不利组合形成不稳定结构体；岩层产状的不 对称和构造残余应力的存在影响围岩的应力条件；构造断裂和节理裂 隙的存在影响岩体内的地下水活动和外水压力条件。因此，在隧洞选 线或地下洞室选址时,就应考虑避开大的断层破碎带;无法绕避时，应尽 量使洞线或地下洞室的长轴方向与断层或区域构造线方向呈较大的交 角，以减轻地质构造对地下洞室围岩稳定的不利影响。 地下水 地下水活动可能导致某些岩体的结构强度降低，有些岩 石吸水后，还会产生大的膨胀应力，造成缩径和围岩稳定性的破坏； 松散岩石、断层破碎带和岩溶洞隙中的充填物有时会随着地下水形成 泥石流大量涌入洞室，威胁施工安全。
泥沙淤积将使库容逐渐减小，甚至全部丧失。
为减缓水库淤积，通常采用以下几种方法：①在流域
范围内进行水土保持，防止水土流失，减少泥沙来源； ②在水库上游来沙量较多的支流上修建小型水库，拦 截部分泥沙；③对水库进行合理调度和运用，利用底 孔排泄异重流，滞洪排沙，造成溯源冲刷等，将泥沙 排往下游。
庙宫水库淤积情况

库边大面积土质岸坡的塌岸防治工程量大、代价高， 难以采用工程措施，只能根据气象、水文、工程地质 勘察成果,计算一年、三年和最终塌岸宽度,据以考虑移 民迁建和弃耕范围。对难以迁移的重要建筑物(厂矿、 文物古迹)所在河岸，可修建防护堤等工程，予以保护。 根据塌岸量和上游泥沙来源等情况，设计足够的淤积 库容和排沙工程，以避免减少水库有效库容和淤塞引 水建筑物的进水口。
坝基处理
为减小坝区岩体中的渗漏，需采取不同的防渗处理措
施。对坚硬的裂隙岩体采用灌浆帷幕的效果最好。对 喀斯特化岩体除采用灌浆帷幕外，还可采用铺盖、封 堵和建截水墙防渗。对松散岩体宜采用不同防渗材料 的垂直防渗或水平防渗铺盖。当坝基表层为弱透水层， 下部为强透水层时，宜在坝下游埋设排水减压井、排 水槽等以减小渗透压力。
渠道防渗
渠道防渗不仅能节约灌溉用水，而且能降低地下水位，
防止土壤次生盐碱化；防止渠道的冲淤和坍塌，加快 流速提高输水能力，减小渠道断面和建筑物尺寸；节 省占地，减少工程费用和维修管理费用等。 渠道防渗方法可分两类。①改变原渠床土壤渗透性能， 又可分为物理机械法和化学法。前者是通过减少土壤 空隙达到减少渗漏的目的，可用压实、淤淀、抹光等； 后者是掺入化学材料以增强渠床土壤的不透水性。② 设置防渗层,即进行渠道衬砌,可用混凝土和钢筋混凝土、 塑料薄膜、砌石、砌砖、沥青、三合土、水泥土和粘 土等各种不同材料衬砌渠床
5.1.4 水库淤积问题
河流挟带的泥沙在水库区的淤积。河流流入水库回水
区后,由于断面增大,流速减小,水流挟沙能力降低,所挟 带的泥沙将在库区落淤。泥沙在库区的淤积数量、过 程和分布受水库库容大小、平面形态、底部地形、壅 水高度、运行方式和来水来沙量、过程及泥沙组成等 多种因素的影响。
水库淤积的危害与防治
其他渗漏条件也不会发生渗漏。
邻谷切割深，并且水位低于库水位时，在上述诸条件
配合下会形成大渗漏量的渗漏。渗漏量还与沟谷间分 水岭的厚薄有关，分水岭愈薄，渗漏途径愈短，渗漏 量也就愈大。
库区渗漏防治措施
在查明库区和周围地区的地质、水文地质情况的基础
上，因地制宜地采取相应的防渗措施。例如：对古河 道砂砾石透水层采用粘土铺盖，建混凝土截水墙，施 行水泥或水泥粘土灌浆；对大断裂破碎带和溶蚀裂隙， 可喷混凝土或水泥砂浆进行堵塞；对喀斯特管道可用 混凝土或浆砌块石堵塞其咽喉要道；修建围堤、围井， 将岸坡、库内的落水洞与库水隔离起来。
2.坝基的抗滑稳定 （1）坝基滑动的破坏形式 A 表层滑动 B 浅层滑动 C 深层滑动 岩体滑动的边界条件应具备3种边界面
滑动面 切割面
临空面
5.2 坝的工程地质问题
3.坝基处理 （一）坝基开挖处理的原因： 天然的坝基表面往往会有树木、树根、杂草、乱石、 水井、窑洞、坟墓、探坑等，表面土壤的有机混合物 的含量比级高，自然容重小，坝基范围内可能有高压 缩性松软土层、湿陷性黄土层等。对它们如果不进行 开挖、清除、处理，必将给坝基的防渗性、稳定性带 来很大威胁。因此，坝基开挖、清除、处理，是土石 坝施工中的重要内容，它的成功与失败往往就决定了 整个水库枢纽工程的成功与失败。所以在坝体施工之 前，必须进行坝基开挖与处理。
3.坝基处理
（二）坝基处理内容： 一般包括坝基、坝肩防渗处理、软弱土层的处理。 （三）坝基处理方法： 覆盖层比较浅的，一般开挖成截水槽，并回填与坝 体的防渗体相同的土料；覆盖层比较深的，一般用灌 浆法法处理。对于断层、破碎带、节理裂隙、泉眼等 特殊问题，要采取具有较强针对性的具体方法，
5.2 坝的工程地质问题
小浪底水库调水调沙
小浪底水库承担着下游防洪、河道减淤、防凌、供水、
发电等重大任务，因此水库调度运用的条件十分复杂 而又严格。要求水库任何时期都有不少于40.5亿m3的 有效防洪库容，非汛期(12～2月)，保证有20亿m3的防 凌库容，在凌汛期控制平均下泄量不超过300m3/s。 水库运用分为两期：初期为“拦沙、调水调沙”运用 期，后期为“蓄清排浑、调水调沙”运用期。
5.1.3 水库塌岸问题
水库蓄水后，土质岸
坡发生的坍塌破坏现 象。又称水库边岸再 造。它是某些水库的 重要环境地质问题。
塌岸发展过程

库水改变了库岸土质的含水量，使容重加大、抗剪 强度降低，引起土体软化、崩解以至坍滑。又因水面 展宽后，风浪增大，库岸在波浪的侵蚀、冲击和淘刷 作用下，下部土体被淘空，上部土体失去支撑而塌落， 岸线随之后移。塌滑物经水流搬运、分选后形成浅滩。 在水和波浪的不断作用下,库岸破坏继续发生,岸线不断 后移，浅滩逐渐增大，直到水上岸壁与水下浅滩达到 相对平衡时，库岸才趋于稳定。
条件恶化而损坏，矿井涌水量增加，铁路、公路发生 翻浆、冻胀，有时还影响水库正常蓄水位或坝址的选 择。水库浸没是不可忽视的一种环境地质问题。
浸没实例
中国河北官厅水库1955年8月蓄水后，受库水顶托,使
原妫水河北岸北辛庄的地下水位上升2.7m，甘子堡上 升2.2m，妫水河南岸太平庄上升4m，西榆林村上升 3m，定州营上升1.7m，因而发生盐碱化和沼泽化，造 成沿库地区农作物及果树减产以至部分涝死、 房屋倒 塌、 墙垣开裂等浸沿灾害，个别地段浸没带宽达 3km。 云南水槽子水库蓄水76天后，库水沿灰岩岩溶通道向 库外的那姑盆地渗漏,在距库3km的白雾三村一带涌出 地表；其后不久，库外13km的蒙姑一带，许多农田和 房屋也受到浸没影响。
滑坡塌岸
塌岸危害和影响
①大量土体坍塌入库产生淤积,减少库容,对库容较小的 山区水库影响很大。 ②塌落物可淤塞、填堵引水建筑物的进水口。 ③岸线后移，使库边农田、建筑物、道路遭受毁坏。
④如预测塌岸严重，将影响开发方案、坝址或设计蓄水 位的选择等。 ⑤坝前库岸如发生塌岸，将影响大坝安全。
塌岸防治措施
层多存在于河湾或平原河谷的河间地段，山前倾斜平 原区的库岸也可能遇到冲积、洪积的砂砾石层。当库 水位超出此类堆积层时，即产生严重的渗漏。
坚硬岩层的巨厚风化壳亦可能形成与之类似的渗漏。
喀斯特洞穴、暗河通道是形成库区集中渗漏的主要危 险。
库区渗透条件
库区与邻谷间的地下分水岭高于库水位时，即使具备
5.1 水库的工程地质问题
暂时渗漏 5.1.1库区渗 漏问题 永久渗漏 远处洼地 水库蓄水初 期 临谷低地
库区渗漏
库区渗漏
包括库水的渗透损失和渗漏损失。由于饱 和库岸和库底岩、土体而引起的库水损失，称渗透损 失，这种渗漏现象称暂时性渗漏。库水沿透水层、溶 洞、断裂破碎带、裂隙节理带等连贯性通道外渗而引 起的损失，称渗漏损失，这种渗漏现象称经常性渗漏， 或永久性渗漏。通常，库区渗漏指永久性渗漏。 库区渗漏可在邻谷区引起新的滑坡，或使古滑坡 复活，造成农田浸没、盐渍化、沼泽化，危及农业生 产及村舍安全。
水工建筑物
控制和调节水流、防治水害、开发利用水资源的建筑物。 水工建筑物是实现除害兴利的各项水利工程的重要组成部
分。水利工程与国计民生息息相关，而水工建筑物又决定 着水利工程能否安全有效地运行。大型或重要的水工建筑 物失事，常会造成重大灾害。 通用性水工建筑物 主要有：①挡水建筑物，如各种坝、 水闸、堤和海塘；②泄水建筑物，如各种溢流坝、岸边溢 洪道、泄水隧洞、分洪闸；③进水建筑物，也称取水建筑 物，如进水闸、深式进水口、泵站；④输水建筑物，如引 （供）水隧洞、渡槽、输水管道、渠道；⑤河道整治建筑 物，如丁坝、顺坝、潜坝、护岸、导流堤。