理论教育 工程地质学在水利水电工程建设中的意义

工程地质学在水利水电工程建设中的意义

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:水利水电工程的坝址中地质因素是一个主要考虑的条件,越是规模大的水利工程对地质因素的考虑越重视。通过工程地质工作可以对已建具有工程地质隐患的水利水电工程的整治提供地质依据。它是工程地质学与土力学、岩体力学、地基基础工程紧密结合的产物。在水利水电工程建设中,如果对工程地质工作重视不够,或工作粗糙,留下隐患,则会产生严重的后果。例如,近代震惊世界的两起重大水利工程事故都是因地质问题造成的。

工程地质学在水利水电工程建设中的意义

水利水电工程由于自身的特征,对于工程地质条件的要求往往更高,对于地质环境的影响也往往巨大,出现的工程地质问题不仅类型多,而且复杂,亟须认真开展工程地质学的研究。以长江三峡工程为例,主要有五大关键性工程地质问题,包括区域地壳稳定性和地震活动性、坝址及建筑物工程地质与水文地质、水库诱发地震、库岸稳定性与天然建筑材料。研究内容涉及区域地质、区域地貌、第四纪地质及新构造运动、地震及地震地质、深部地球物理、水库及坝址工程地质和水文地质、岩(土)体物理力学特性、矿产地质、环境地质、天然建筑材料等与工程建设有关的各类地学问题的研究。需要实施的勘探方法包括地面地质、遥感地质、深部地球物理勘探、钻探、硐井探、工程物探、专门性工程地质水文地质观测、测试与试验、岩(土)体物理力学性质试验研究、高精度形变测量、物理模拟、数值解析、岩矿分析鉴定、专用地震监测台网等,几乎囊括了现有的水利水电工程地质勘探和研究的所有先进技术与方法。所以,工程地质学在水利水电工程建设中发挥着举足轻重的作用,主要表现在以下方面:

(1)通过工程地质工作可以查明水利水电工程场区工程地质条件,分析有利的条件和不利的因素,水工设计和兴建过程中可以充分利用有利的工程地质条件,规避或者改造不利的工程地质条件。不良的工程地质条件并不可怕,怕的是没有查明或认识不足,不够重视。早在20世纪50年代我国在总结水利水电工程建设经验教训的基础上,就曾提出过“没有足够的工程地质勘察资料,就不能进行设计;没有设计,就不能施工”的规定。

(2)通过工程地质工作可以分析可能出现的工程地质问题并进行评价。水利水电工程的坝址中地质因素是一个主要考虑的条件,越是规模大的水利工程对地质因素的考虑越重视。即便是地质条件优良的坝址,也不会是完美无缺的,总会有这样那样的工程地质问题。工程地质工作就可以对可能出现的各类工程地质问题提出合理的防治措施。只要查明并给以足够的重视,绝大多数工程地质问题都可以通过工程措施得到妥善解决。

(3)通过工程地质工作可以分析选择条件优良的坝址及坝轴线,在规划设计阶段,大型工程的选址、选线,工程地质条件是一个重要因素,工程地质条件良好的坝址,可以节省投资,缩短工期,并保证安全施工和运营。

(4)通过工程地质工作可以根据坝址工程地质条件的特征及可能的工程地质问题,对坝型的选择、建筑物的布设方案提出建议,提供用于工程设计所需的岩土体物理力学参数。

(5)通过工程地质工作可以评价工程建设对库区地质环境条件的影响,并提出治理方案。

(6)通过工程地质工作可以对已建具有工程地质隐患的水利水电工程的整治提供地质依据。(www.daowen.com)

以往在水利水电工程地质勘察与研究中也出现过一些问题,其中最突出的是地质勘察与工程设计、施工脱节,偏重于现状和局部,对大的地质环境研究不够。其原因主要是认为工程地质工作重点是查明工程地质条件,偏重于定性分析研究,缺少定量评价,对如何处理不良地质问题,则认为是工程设计、施工人员的事,地质人员对此关注不够,也缺乏这方面的知识。由于工程技术人员对地质因素的认识不足,同时也缺乏工程地质方面的知识,不能充分利用地质资料,根据地质条件作出既安全又经济的设计,因此常常造成大量的工程地质勘察资料不能被充分地利用,或是设计所需要的资料、数据又往往缺乏,不敷使用。

因此,从20世纪70年代以来,我国开始重视坝基岩体、边坡岩体、硐室围岩、区域构造稳定(地应力、活断裂、地震)等问题的评价、计算和预测预报的研究工作。工程地质勘察体制开始向岩土工程体制发展,即不仅要查明地质条件,而且要研究岩土体的整治、改造和利用的问题。它是工程地质学与土力学、岩体力学、地基基础工程紧密结合的产物。20世纪末,我国一些工程地质学者为解决上述脱节问题,又提出了建立“地质工程”的观点,即认为地质工程是认识与解决工程建设及建筑物使用过程中与地质有关的工程问题的一门科学;是面向工程全过程,正确认识与处理地质环境条件与人类工程活动之间矛盾的一个学科,它是工程地质、岩土工程与土木、水利水电等工程相互结合、互相渗透的交叉学科。三峡库区链子崖危岩体整治工程就是地质工程的具体实践之一。显然,随着这一学科的建立与发展,将会有效地克服地质与工程脱节,使工程地质学向更广阔的知识领域和更高的技术层次发展。

在水利水电工程建设中,如果对工程地质工作重视不够,或工作粗糙,留下隐患,则会产生严重的后果。根据国际工程地质协会1979年在苏联举行的水工建设工程地质国际讨论会发表的论文,在世界上所有大坝的破坏事例中,30%起因于地基岩体,28%是由于侵蚀和管涌,34%是由于洪水漫坝。前两项都属于地质因素,可见地质问题所造成的破坏占较大的比例。

例如,近代震惊世界的两起重大水利工程事故都是因地质问题造成的。一起是法国马尔帕赛(Malpasst)坝,1954年建成,高66.5m,当时是世界上最高的薄拱坝之一。1959年12月2日因左岸坝肩岩体向下滑移,导致突然崩溃,洪水冲毁下游村镇,死亡300多人。另一起是意大利的瓦依昂(Vaiont)水库,坝高265m,当时是世界上最高的双曲拱坝。1963年10月9日,坝前左岸山体突然发生特大滑坡,约2.4×108m3的岩体迅速滑入峡谷水库中,将库水涌高200多米,漫过坝顶,泻向下游,使朗格伦镇夷为平地,共造成2400多人死亡,水电站工作人员也全部遇难。此外,美国的圣·弗兰西斯(St.Francis)拱形重力坝,由于坝基砾岩为黏土质胶结并含有石膏夹层,被渗透水流浸湿、软化、溶解,导致坝体沉陷、开裂、滑移崩溃,伤亡400多人。再有,历时32年(1882—1914年)凿成的巴拿马运河,耗资4亿多美元,建成后第二年在分水岭地段发生了大规模岩崩,堵塞了运河。处理此事故又用了5年的时间,加挖了5400×104m3土石方,相当于此段开挖总量的40%以上。仅停航5年损失就达10亿美元。西班牙的蒙特热克水库,建成后库水从灰岩溶洞中漏失,72m的大坝耸立在干枯的河谷上。美国爱德华州提堂坝,坝高93m,地基是凝灰岩和玄武岩,中间有砂卵石夹层,基岩上有厚约30m的冲积和风化覆盖层,基岩多孔洞裂隙,渗水较严重,地基防渗采取三排孔灌浆帷幕,深达100m。水库于1975年11月蓄水,1976年6月当库水位达设计最高水位以下6m时坝下游发现漏水,孔径达8m,随之坝下游坡开始坍陷直至溃坝。

在我国大中型水利水电工程建设中,十分重视工程地质勘察工作,所以尚未发生过因地质问题而引起的重大溃坝事故。但也有多起因忽视地质工作或限于某种原因未查明不良地质条件而造成各种隐患和事故的情况,个别小型水库因忽视地质工作也有垮坝事故发生。例如,四川陈食水库,因坝基岩体受到渗透水流的潜蚀冲刷,形成空洞,造成15.9m高的砌石连拱坝坍塌毁坏。浙江黄坛口水电站在大坝施工开挖后,才发现左岸坝肩是个大滑坡体,岩石破碎,坝头不能与坚硬完整的岩石相接,不得不停工进行补充勘探,修改设计。安徽佛子岭水库为一混凝土连拱坝,1954年建成,坝高75.9m,长510m,是治理淮河水患的第一座大型工程。由于清基不彻底,坝基下有缓倾角软弱岩层,断层节理及风化严重的岩石(全、强风化)未被清除,致使坝基发生不均匀沉陷变形,坝体发生多条裂缝。后虽经两次大规模加固补强处理,但1996年仍被定为“病坝”,仍需彻底处理。梅山水库是治淮工程中的第二座大型水利工程,与佛子岭工程相似,也是由于对右岸坝肩风化严重的花岗岩清除得不彻底,防渗工作做得不严格,结果发生渗漏,右坝肩岩体发生轻微滑动,导致连拱坝拱垛发生位移,拱圈发生裂缝。广东新丰江水电站因发生6.l级水库诱发地震,致使大坝发生裂缝。此外,还有江西上犹江、四川狮子滩及长江葛洲坝水电站坝基泥化夹层问题,湖南柘溪水电站及云南漫湾水电站坝址区滑坡问题等,都延误了工期,造成较大的经济损失。

虽然失败的教训使我们遭受了重大的损失,但也取得了宝贵的经验,提高了对工程地质工作重要性的认识,同时也促进了工程地质学的发展。由于对工程地质工作的重视,往往可以将不利的、复杂的地质条件妥善处理或避开,从而保证建筑物的安全稳定,甚至可巧妙地使其转化为有利因素以节约投资。例如,云南丘北六郎洞水电站、湖南辰溪县内湾水库等均成功地拦截地下暗河,利用溶洞建成水库并发电;长江三峡1985年发生的新滩滑坡,由于事前进行了长期监测,预报准确,全镇1371人无一伤亡;雅砻江二滩水电站,拱坝坝高245m,由于对坝基岩体进行了详细勘察和深入研究,提出了最优的建基面方案,与初步设计相比基坑开挖深度减少了7.56m,节约成本6000多万元,并缩短工期11个月。长江三峡工程也有类似情况,由于利用了一部分弱风化岩体作为坝基,结果建基面平均提高2m多,减少石方开挖50×104m3,节省混凝土约43×104m3

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈