【正文】 樣，壩頂一般 不溢流。另外，需要在壩址附近分布天然建筑材 料料場(chǎng)。土壩壩體屬于塑性壩體，可適應(yīng)一定的地基變形；塑性心墻或斜墻壩的適應(yīng)性更 強(qiáng)，特 別是抗 震性能比 其他壩 型都好 。 土壩是疏松土體筑成的，壩坡平均坡度，上游迎水面為 1： 2. 25～1： 3． O，下游面為 1:～ 1 ： ， 故 土 壩 斷 面 寬 （ 壩 高 4 ～ 6 倍），壩體都較大。 1．土石壩 土石壩又稱當(dāng)?shù)夭牧蠅危瑧?yīng)用最多。 一、不同壩型對(duì)地形、地質(zhì)的要求 壩的型式較多，它們的工作特點(diǎn)和對(duì)地質(zhì)的要求不同。所以天然建筑材料的數(shù)量、質(zhì)量及開采運(yùn)輸條件，直接關(guān) 系到壩址、壩型的選擇、工程造價(jià)、工期長短。砂礫石料，主要用于混凝土骨料， 或用作土石壩體的填筑料；黏土主要用作土壩體材料，或用作防滲墻、圍堰、堤防等；碎 石、塊石料，用作堆石壩、砌石壩、土石混合壩材料，以及混凝土壩的填石料。在水利工程施工時(shí)，由于地應(yīng)力的存在常引 起基坑、邊坡、地下工程開挖面產(chǎn)生卸荷回彈和應(yīng)力釋放變形破壞現(xiàn)象，例如基坑底部隆 起、基坑邊坡滑移、地下洞室側(cè)墻的變形、巖爆等。地應(yīng)力主要是在重力和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)綜合作用下 形成的，有時(shí)也包括巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等作用下形成的應(yīng)力。 在水利水電工程建設(shè)中，在大壩區(qū)附近及水庫區(qū)的自然地質(zhì)現(xiàn)象，要求在工程地質(zhì)勘 察時(shí)進(jìn)行充分的調(diào)查和研究，對(duì)影響大壩或水庫安全的應(yīng)采取有效措施， 進(jìn)行處理或 整治。 ’ （五）自然（物理）地質(zhì)現(xiàn)象 自然（物理）地質(zhì)現(xiàn)象或稱自然地質(zhì)現(xiàn)象，是指由內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用在地表表層引起． 的一系列地質(zhì)現(xiàn)象，例如滑坡、泥石流、崩塌、巖溶、地震、巖石風(fēng)化、沖溝等現(xiàn)象。 (6)地 下 水 的 水 質(zhì) 、水 的 物 理 性 質(zhì) 、化 學(xué) 性 質(zhì) 、水文評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。 (4)地下水的運(yùn)動(dòng)特征：流向、流速、流量等。 (2)含水 層與隔 水層的 埋藏條 件、組 合關(guān)系 、空 間分布 規(guī) 律 及 特 征。 （四）水文地質(zhì)條件 水文地質(zhì)條件一般包括以下內(nèi)容。 （三）地質(zhì)結(jié)構(gòu) 地質(zhì)結(jié)構(gòu)包括地質(zhì)構(gòu)造（褶皺及斷裂構(gòu)造）和巖土體結(jié)構(gòu)。 水工建筑 中對(duì)巖土體的研究，除包括成因類型、形成年代、埋藏條件與環(huán)境、空間分 布等外，還要進(jìn)行巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，定量地確定巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)， 以供設(shè)計(jì)使用。例如壩基，基本上可分為兩大類：巖石壩基和土體 壩基，它們又簡稱為巖基與土基。 （二）巖土類型及工程地質(zhì)性質(zhì) 水工建筑物是建筑在地表或地殼淺部，以巖土體作為地基或修建環(huán)境，有時(shí)也利用巖 土體作為天然建筑材料。河流地帶的地形 地貌條件往往對(duì)壩址選擇、壩型選擇、樞紐布置、施工方案選擇等，都有直接影響。地貌主要指地表形態(tài)的成因、類型以及發(fā)育程度等，常以 地貌圖予以反映。一般 認(rèn)為，它包括工程建筑地區(qū)的地形地貌、巖土類型及工程地質(zhì)性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì) 條件、物理地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)物理環(huán)境 （例如應(yīng)力及地?zé)岬龋⑻烊唤ㄖ牧系?7 個(gè)方面。壩的工程地質(zhì)研究主要內(nèi)容：壩區(qū)滲漏與滲透穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)；壩基（肩）巖 體的抗滑穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)；壩基的應(yīng)力分布，壩基的變形與壩基的強(qiáng)度分析評(píng)價(jià)等。 在進(jìn)行工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工之前都應(yīng)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察工作。壩與地質(zhì)環(huán)境間的相互作用，使得大壩 的修建十分復(fù)雜，不僅要求大壩本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)固，尤其要求壩基與壩肩具有足夠的堅(jiān)固性 和穩(wěn)定性。 大壩坐落在巖土體地基上，承受了巨大垂直壓力和水平推力。 ‘章 壩的工程地質(zhì)研究 水工建筑物主要由三大部分組成：擋水建筑物（壩、閘）、泄水建筑物（溢洪道、泄 洪洞、排沙洞等）及取水輸水建筑物（隧洞、管道及渠系建筑物等），其中擋水建筑物的 攔河大壩或閘是主要建筑物。此外，水電站廠房、航運(yùn)船閘、魚道等為附屬建筑物，通常 將建筑物的綜合體，稱為水利樞紐。壩基可能由于變形或滑 動(dòng)破壞壩體的穩(wěn)定；與此同時(shí)，由于水庫蓄水壩的上下游形成了水頭差，會(huì)引起壩基巖土 體滲透變形破壞等，以降低壩基的強(qiáng)度 和穩(wěn)定性。從世界壩工建筑史來看，地質(zhì)方面原因引起大壩失事的約占大壩總失事的 30%～ 40%，主要原因是壩基的強(qiáng)度低或抵抗變形性能差、壩基（肩）的抗滑穩(wěn)定性差、 地下水的滲透作用及區(qū)域穩(wěn)定性和水庫誘發(fā)地震作用等造成的。水利水電工程壩的工 程地質(zhì)工作目的在于查明水工建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，充分論證有關(guān)的工程地質(zhì)問題， 以便 充分利用有利的地質(zhì)因素，避開或改造不利的地質(zhì)因素，以保證水利工程的經(jīng)濟(jì)、合 理與安全。 第一節(jié)水工建筑物的工程地質(zhì)條件和工程地質(zhì)問題 一、水工建筑物的工程地質(zhì)條件 工程地質(zhì)條件是一個(gè)綜合性概念，可理解為與工程建筑有關(guān)的地質(zhì)因素的綜合。 （一）地形地貌條件 地形是指地表形態(tài)、高程、地勢(shì)高低、山脈水系、自然景物、森林植被，以及人工建 筑物等，常以地形圖予以反映。 地形地貌是相互關(guān)聯(lián)的，但都受地區(qū)的巖性和地質(zhì)構(gòu)造條件所控制。例 如，拱壩就要求壩址兩岸谷坡規(guī)整對(duì)稱，最好為堅(jiān)硬完整的基巖山體；土石壩要求壩址地 區(qū)應(yīng)有布置溢 洪道的地形條件。因此，巖土類型和性質(zhì)對(duì)建筑物的穩(wěn)定性、技術(shù)上的可行性、經(jīng) 濟(jì)上的合理性都有著極為重要的作用。一般情況下，巖基的工程性質(zhì)比土基好，在巖基上可以 修建高壩、混凝土壩，水利樞紐多采用集中式布置方案；而在土基上，則可以修建低壩、 土石壩，水利樞紐多采用分散式布置方案。盡管現(xiàn)代的水工設(shè)計(jì)已廣泛地引用了計(jì)算機(jī)，但設(shè)計(jì)的合理性、正確性， 在很大程度上仍然取決于巖土的工程性質(zhì)指標(biāo)和各種有關(guān)地質(zhì)參數(shù)的正確選定。地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以說是水電工 程建設(shè)的決定因素，它對(duì)工程建筑物的穩(wěn)定有很大影響，例如壩址的選擇、工程建筑物的 布置都應(yīng)考慮地質(zhì)構(gòu)造和巖 體結(jié)構(gòu)的不利作用。 (1)地下水類型：潛水、承壓水、包氣帶水等類型劃分。 (3)巖 層 的 水 理 性 質(zhì) ： 溶 水 性 、 給 水 性 、 透 水性、凍融性等。 (5)地 下 水 的 動(dòng) 態(tài) 特 征 ： 水 位 、 水 溫 、 水 質(zhì) 隨時(shí)間變化規(guī)律。 水文地質(zhì)條件好壞直接關(guān)系到 水庫是否漏水、壩基是否穩(wěn)定以及地下水資源評(píng)價(jià)是否 可靠等一系列工程建設(shè)問題。物 理地質(zhì)現(xiàn)象的存在和發(fā)育程度，直接影響工程建筑物的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)和正常運(yùn)行。 （六）地質(zhì)物理環(huán)境 地質(zhì)物理環(huán)境包括地應(yīng)力及地?zé)釛l件等。地應(yīng)力的大 小、方向和分布、變化規(guī)律除了與地震和活動(dòng)密切相關(guān)，影響到工程場(chǎng)地的區(qū)域穩(wěn)定性 外，還對(duì)工程建筑的設(shè)計(jì)和施工有直接影響。 （七）天 然建筑材料 水工建筑材料主要有砂礫石、土、碎石及石料等。在水利工 程建筑中 ，天然 建筑材 料的用 量相當(dāng) 大，特別 是當(dāng)?shù)?材料壩 （土壩 、砌石壩、土石混合 壩），基本上都是土石方工程。因此，天然建筑材料是工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià) 的主要內(nèi)容，有時(shí)甚 至可以成為工程決策的決定因素。下面介紹常見的幾種壩型對(duì)地 形與地質(zhì)要求。根據(jù)材料不同可分為：土壩、砌石壩及土石混 合壩。 土壩對(duì)地基的要求較低，除有活斷層及大的順河斷層、巨厚強(qiáng)透水 層、壓縮變形強(qiáng)烈 的淤泥軟黏土層、膨脹崩解較強(qiáng)土層、強(qiáng)震區(qū)存在較厚的粉細(xì)砂層等不利條件外，一般均 可修建。由 于土壩 的壩頂 不能直 接溢流 ，因此在壩址選擇 時(shí)，需要考慮有利于溢洪道布置的地形地貌條件。 堆石壩是用當(dāng)?shù)厥现桑⒂梅罎B料作心墻或斜墻。 堆石壩對(duì)地基變形的適應(yīng)性能較好。對(duì) 于巖石 壩基要 注意整 體性 ，要適 當(dāng)處理 大裂縫 、斷層和破碎帶。它體積 大，重 量大 ，主要 依靠壩 體自重 與地基 間摩擦 力維持 穩(wěn)定 ，壩體 堅(jiān)固可靠，使用耐久。要求壩基應(yīng)具有足夠的抗壓 強(qiáng)度以承受壩體的重量和各種荷載；壩基巖體應(yīng)具有足夠的整體性和均一性，盡量避開大 的斷層帶、軟弱帶、裂隙密集帶等不良地質(zhì)條件；壩基巖體應(yīng)具有足夠的抗剪強(qiáng)度，抵 抗 壩基滑動(dòng)破壞；壩基巖體應(yīng)具有足夠的抗?jié)B性能，抵抗壩基滲透變形破壞；壩肩及兩岸邊 坡要穩(wěn)定等。平面上呈拱形，凸向上游，兩端支撐在岸坡巖體 上 。 所有壩型中，拱壩對(duì)地形、地質(zhì)條件的要求最高。 4．支墩壩 支墩壩由傾斜的擋水面板部分和一系列支墩（大致呈三角形）組成的壩型，一般也由 混凝土澆筑而成。根據(jù)擋水面板 的 型 式 ， 又 可 分 為 平 板 壩 、 大 頭 壩 、 連 拱 壩 及 設(shè) 有 基 礎(chǔ) 板的 平 板 壩 等 。支墩所在的地基巖體要堅(jiān) 固。地基摩擦系數(shù)廠值對(duì) 擋水面板的坡度影響很大，當(dāng)廠 =，壩面傾斜角可為 500～ 600。 三、水工建筑物的工程地質(zhì)問題 人類工程活動(dòng)和自然地質(zhì)作用會(huì)改變地質(zhì)環(huán)境，影響工程地質(zhì)條件變化。 水利工程的工程地質(zhì)問題是復(fù)雜多樣的，常遇到的工程地質(zhì)問題可歸納為以下幾個(gè) 方面： (1)壩基工程地質(zhì)問題。 (2)輸水及泄水建筑物的工程地質(zhì)問題 。 (3)水庫區(qū)工程地質(zhì)問題。 (4)區(qū)域地殼穩(wěn)定問題。 (5)環(huán)境工程地質(zhì)問題。 第二節(jié) 壩 區(qū) 的滲 漏 壩區(qū)的滲漏包括：壩基滲漏和繞壩滲漏，其產(chǎn)生原因是水庫蓄水以后，壩上、下游形 成一定的水位差，使庫水在一定的水 頭壓力作用下，通過壩基或壩肩的滲漏通道向河谷下 游滲漏。長期大量的壩區(qū)滲漏會(huì)導(dǎo)致水庫蓄水水量減少，甚至水庫不能蓄水；同時(shí)滲透水 流會(huì)引起壩基潛蝕和滲透變形，危及大壩安全。 （一）滲漏通道 1．透水層 水工建筑中，通常以滲透系數(shù) (K)小于 107 cm／ s為隔水層，大于此值的為透水 層。第四系松散沉積層，包括河流沖積層、坡積層、殘積層、崩積層及冰川沉積層等。河谷地帶埋藏的古河道具有較厚的松散粗碎屑沉積物，常 與現(xiàn)代河床平行或交角較小，是良好的滲漏通道。 ． 基巖透水層主要為膠結(jié)不良的砂巖、礫巖層，具氣孔構(gòu)造并且裂隙發(fā)育的玄武巖、流紋巖等，對(duì)基巖地區(qū)滲透通道分析，特別應(yīng)注意河谷的地質(zhì)構(gòu)造。 它 們 以 不 同 程 度 影 響 壩 區(qū) 的 滲 漏 。這種河谷構(gòu)造，因 巖層走向與壩軸線垂直或近似垂直，所以不論是壩基或兩岸壩肩，如有滲漏巖層或順河向 的斷層，都可構(gòu)成良好的滲漏通道，特別是壩肩上、下游，有溝谷地形時(shí)（圖 10 1中的 AB剖面），則更容易形成庫水的大量滲漏。這種河谷構(gòu)造因 巖層走向與壩軸線平行，故可用移動(dòng)壩軸線位置方法，避開滲漏通道，但仍應(yīng)注意巖層的 傾向與傾角，一般傾向下游、傾角較小的滲漏比巖層傾向上游、傾角較大的透水巖層更易 形成滲漏。 (3)斜谷：巖層走向與河流流向斜交的河谷，稱為斜谷。一般情況下，交角愈?。ń咏v谷），形成 滲漏可能性愈大。 2．透水帶 透水帶主要是斷層破碎帶和裂隙密集帶，這是基巖中的主要滲漏通道。但與透水層相比，其寬度有限，且具有一定方向性，呈帶狀分布，因而得名透 水帶。一般說，斷層碎塊巖為強(qiáng)透水， 壓碎巖為中等透水，角礫巖為弱透水一不透水，片狀巖、糜棱巖、斷層泥為不透水， 可看作相對(duì)隔水層。在巖體中產(chǎn)生溶洞、暗河 以及溶隙等相互連通而構(gòu)成喀斯特滲漏管道，可能造成嚴(yán)重壩區(qū)滲漏。 （二）滲漏通道連通性 第四系松散沉積層滲漏的連通性主要決定于地層結(jié)構(gòu)特征，而這又與地貌發(fā)育情況密 切相關(guān)。在河流中下游，河谷覆蓋層呈多 層結(jié)構(gòu)，細(xì)顆粒成分明顯增多，滲透性相對(duì)減弱，有的形成二元或多元結(jié)構(gòu)的土體結(jié)構(gòu)， 透水層與隔水層相互疊置，這樣就可以利用連續(xù)分布的隔水層作為壩基的防滲層，使下部 強(qiáng)透水層因缺乏滲口和出口而失去連通性，如圖 10 2（口）所示。 基巖透水性、透水 帶及喀斯特管道的連通性則受巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、 覆蓋層等特征因素控制，情況比較復(fù)雜。 一、壩區(qū)滲漏量的計(jì)算 在定性分析了壩區(qū)滲漏的地質(zhì)條件以后，尚需對(duì)其滲透量進(jìn)行定量計(jì)算，借以確定防滲措施。再視情況分別按式 (10 2)、式 (10 3)計(jì)算 滲透量。 若上下層的滲透系數(shù) K值相差不超過 10倍，可用加權(quán)平均的滲透系數(shù)數(shù)值，按式 (10 2)計(jì)算滲透量；若上下層滲透系數(shù) K值相差在 10倍以上，則先將地層分為兩組， 分 別 計(jì) 算 滲 透 系 數(shù) 的 加 權(quán) 平 均 值 ， 再 按 式 (10 3)計(jì) 算 滲 透 量 。此時(shí)應(yīng)根據(jù)具 體地質(zhì)條件，分段計(jì)算出單寬壩基滲透量 g，再按式 (10 5)計(jì)算總滲透量 Q。一一斷面 ?、咒的單寬滲透量； Z，、 /：、?、 Z。 囝 1%213日 4圉 5 ~6 距離 (m) 圖 10 4復(fù)雜地質(zhì)條件下的壩基滲漏量分段計(jì)算示意圖 卜一基巖； 2亞黏土； 3砂土； 4一砂卵石；