水利工程地质环境的探讨(1).pdf

1 7 O 应用方 法论 科2 0 1 瑟 2 3 霸 1 年 第期 水利工程地质环境的探讨 刘水平 安福县水 利局 ，江西安福 3 4 3 2 0 0 摘要 本文主要阐述水利工程中的地质问题，并对工程周边环境与地质的关系进行了分析，提出一些建议。 关键词 水 rl 3 “-程 ；地质环境 中图分类号 T V 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 9 6 7 1 一 2 o l 1 1 2 1 0 1 7 0 一 O 1 1工程地质环境概述 工程地 质环境是指 与工程相关 的地壳上部 的岩石 、水 、空气 和生 物、植物在内的相互关联的多成分系统。这个系统以地表为其上限，以 人类作用于地壳的深度为其下限。 工程的地质环境决定工程建设的可行性和技术的可靠性及运行效 益。地质环境在接受人类工程活动作用的同时也将在一定程度上自动调 整自身内部的应力应变和能量平衡的关系， 来缓冲工程作用力的冲击， 维护地质环境的相对稳定性。但工程荷载对地质环境的影响很大时，地 质环境将通过明显的活动来建立新的系统平衡关系，由应力能转化为应 变能， 从而在地表外部表现为一定的动力地质现象来释放能量，保持系 统能量处于最低状态趋势。 地形地貌 、地质构造 、岩土性质 、地下水 、应力场和渗 流场 、地质 作用等构成地质环境的基本 因素，其 中作为地质发展史的见证产物 的岩 土性质和地质构造是最基本 的工程地质条件 ，也是工程地质环境 的基本 物质基础 。水文地质条件对 于水利工程的工程地质环境评价也起着非常 重要的作用， 在一定条件下能转化为决定性因素。 工程地质环境分析， 从其工程地质和自 然地质现象来分析 自 然地质 和工程地质作用的发育机制和条件，进而预测建筑物或构筑物反作用于 这个环境而造成的各种表现形式 的性质和规模 ，而后得到工程环境对工 程建设 的适宜 l生和适应性。 2水利工程建设的工程地质环境分析 2 ． 1 地壳稳定性 地壳稳定性是在地球内因、外因及工程影响下的断层移位、一些l临 界稳定性坡体的崩塌、滑坡 、泥石流及水库诱发地震等地质现象的加剧 或诱发。我们主要从区域的地形地貌、地质构造等来调查研究影响系统 应力场和渗力场重新分布的规模和强度，从而获得这些工程地质现象 发展的预测资料，稳定性破坏的空间范围， 稳定性趋势的时空关系，预 测其稳定破坏的相对时间，提前做好准备，最大限度地减少损失。对现 有的工程地质破坏现象进行应力应变反演算反分析，找到影响稳定性的 关键因素 ，从而尽可能地采取相应 的技术措施通过人为的外力作用来协 调 ，达到系统的稳定 。 对于水利工程来说， 影响地壳稳定性的突出因素是全新活动断裂和 地表升降运动， 最重要的是由于现有的水环境平衡状态的改变而引起的 各种工程地质现象，造成应力场和渗力场的重新分布，以求达到系统的 能量平衡和结构稳定。 尽管水利工程的建设尽可能避开活动性断裂区，使水利工程位于区 域构造稳定性相对较好的地块上 ，而且在坝址选择时也充分考虑到活动 性断裂的存在及其活动性情况和地质构造及其与河谷的关系 ，这都是从 应力场角度 ，寻求使得应力重新分布后的岩土体和水利工程建筑物基础 均处于仍有利的应力状态。但由于水利工程本身就牵连到水环境的变化 而必然造成各种工程地质现象，其中吸附在岩土体表面的水分子的润滑 作用、机械及化学潜蚀、冻融的交替重复均促使岩土体结构破坏、强度 降低，岩土体微观结构的破坏进而使其物理力学性质发生改变。具有裂 隙的岩体表现更强烈的各向异性， 这就加速了应力的重新分布。库水位 的上升使抗剪强度降低促使库周的岩体、坡体的稳定性减少甚至要通过 大变形来达到新的稳定状态。 地形地貌、地质构造不仅影响应力场的变化，还影响着渗流场媒 体水的分布存在方式、流向等。在岩溶地区兴建水利工程，主要考 虑岩溶通道造成库容损失影响水库的蓄水功能。岩溶地区本身具有岩溶 发育的物质基础石灰岩、白云岩等可溶性岩石 ， 再加上水位的提 升，改变原有水力条件，水力坡降加大、冲蚀作用加强，极易导致原有 岩溶通道堵塞物被击穿及形成岩溶继续发育的水流条件。 在分析地壳稳定性时，要充分考虑地质构造 、 地貌形态、岩土体性 质、结构面等影响应力场重新组合的因素以及它们与水作用而影响渗流 场的关系；预测应力场和渗 流场二次重新分布时可能引发的工程地质作 用类型及其规模、强度等。 2 _ 2 地表稳定性 地表稳定性则主要表现为滑坡、泥石流等动力工程地质现象和地面 沉陷、黄土湿陷、砂土液化、水库边岸再造等各种地表变形破坏，还包 括地表岩土体的性质变化。主要调查研究和预测这些工程地质现象的发 育规模、发展速度及趋势，并提出相应的工程技术措施来防止或减弱这 些变形破坏 。 1 水环境在坡体滑动中起着非常重要的作用，俗语有 “ 治坡必治 水”的说法，主要是由于存在水及水的作用，减少了岩土体的抗剪强 度，增加了浮力和裂隙水压力，从而减少了坡体的稳定性。没有水的作 用，几乎没有滑坡动力工程地质破坏现象。2 由于水利工程一般是水 位抬高 ，使得原来土体饱和而软化 ，含水量升高 ，内聚力和内摩擦角减 小，土体抗剪强度降低而使土体产生剪切破坏，造成地面沉陷或不均匀 沉降，这与水位下降造成土体有效应力增大而使地面沉降不同，也是一 般建筑工程在设计上的区别之一。3 在黄土地区，黄土由于特有气候 条件而形成的微观结构，还得考虑地下水位的上升引起的湿陷性， 使建 筑物加大沉降或开裂，同样也会造成地面沉降。4 对于水库工程 ， 库 周的岸坡存在边坡再造问题， 岸坡体由于坡脚被局部冲蚀失稳，出现不 同规模的崩塌或滑坡，不仅危及库区岸周建筑物的安全，还产生大量的 固体径流物质而加速水库淤积，导致减少甚至失去库容，严重的是失稳 后的崩塌涌浪能造成灾难性后果。5 在蒸发作用强烈的干旱或半干旱 地区，由于水利工程的兴建， 使地下水位升高， 埋藏浅，促使地下水通 过毛细作用上升至地表附近而蒸发，使土壤和地下水盐渍化。6 由于 渗漏或水位上升造成周边或下游一些低洼地长期积水，在湿生植物作用 和厌氧条件下造成土壤的沼泽化 。 2 ． 3 地基稳定性 地基稳定性主要是指地基的承载能力和变形 问题 。这里的地基稳 定 性不仅仅指水工构筑物的地基稳定性 ，而带有 区域性 的地基稳定性。坝 基的稳定性除了承载能力和变形问题，还有坝体的抗滑移问题坝基岩层 的产状对坝基的抗 滑移稳定 性影响很大。 水利工程的地基不仅承受水利构筑物本身的自 重，还得承受水自重 及由于水的作用形成的各种荷载作用，接受这些荷载后地基必产生一定 的变形来平衡，以应力能转化为应变能。特别是对于岩基，在荷载作用 下，既有岩石的弹性变形，也可由岩石的塑性变形或者沿某节理裂隙发 生剪切破坏引起基础沉降。软弱夹层或节理也是抗滑移稳定的主要研究 对象 。 由于水位 的上升 ，土体含水量 的增大 ，土体 的承载力下降 ，建筑物 的沉降加大，变形超标。另外，由于水的引入，当在一定条件下，改变 了原 区域的水文地质和工程地质条件 ，造成渗流变形 。继而引发新的地 基稳定性 问题。特别是对 于城市水系的新建和整治 ，应尽可能地保持原 有区域的水文地质和工程地质条件。一旦改变或破坏了， 地质环境总得 相应以一定的外在表现形式或现象来适应或缓冲这种变化，以求工程环 境和地质环境的协调平衡 。 3 结论 总而言之， 对水利工程的工程地质环境的分析，首先分析区域现状 的工程地质和水文地质条件及其对水利工程的适宜性 ， 进而分析和预测 区域地质环境在水利工程建设及运行条件下的响应而可能发生的变化及 其规模，预测可能发生的灾难性破坏， 还有灾难控制治理的可能性或者 得到控制治理的程度大小 。 参考文献 [ 1 ] 吴益平， 余宏明， 胡艳新． 巴东新城区紫红色泥岩工程地质性质研究[ J ] ． 岩土力 学， 2 0 0 6 ，0 7 ． 万方数据