探討巖體工程地質(zhì)力學(xué)在水利水電工程勘察中的應(yīng)用

謝慶修

（廣西壯族自治區(qū)河池水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣西河池 547000）

探討巖體工程地質(zhì)力學(xué)在水利水電工程勘察中的應(yīng)用

謝慶修

（廣西壯族自治區(qū)河池水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 廣西河池 547000）

隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)文化的發(fā)展，巖體工程地質(zhì)力學(xué)在水利水電工程勘察中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它在水利水電的建設(shè)過(guò)程中起著非常重要的作用。通過(guò)深入的探討在水利水電工程勘察中的巖體地質(zhì)條件和問(wèn)題，利用最先進(jìn)的勘察方法來(lái)解決實(shí)際中存在的一些問(wèn)題，可以為水利水電工程的順利開(kāi)展、人民的幸福安康作出一定的貢獻(xiàn)。本文就從巖體工程地質(zhì)力學(xué)的原理、重要性，水利水電工程勘察中的問(wèn)題及巖體工程地質(zhì)力學(xué)在其中的應(yīng)用等方面進(jìn)行簡(jiǎn)介，希望給同行或者同類(lèi)工程的人帶來(lái)一些價(jià)值和借鑒。

巖體工程地質(zhì)力學(xué)；水利水電；勘察；應(yīng)用

1 引言

巖體工程地質(zhì)力學(xué)是一門(mén)新興的學(xué)科，其在我國(guó)水利水電工程勘察中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，而水利水電工程勘察的主要目的和任務(wù)是：查明樞紐建筑物工程區(qū)的地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)有可能出現(xiàn)的地質(zhì)問(wèn)題，利用有利的地質(zhì)條件，改造或避開(kāi)不利的地質(zhì)因素。通過(guò)前期周密的地質(zhì)勘察，給設(shè)計(jì)部門(mén)提供可靠真實(shí)的地質(zhì)資料，在工程建設(shè)中，工程地質(zhì)又不斷為工程建設(shè)地揭露其地質(zhì)情況，為工程建設(shè)提供專(zhuān)業(yè)合理的建議。到目前為止，我國(guó)已經(jīng)成功建設(shè)的重大水電站有：二灘、三峽、小灣、溪洛渡等。

2 巖體工程地質(zhì)力學(xué)的原理和簡(jiǎn)介

巖體工程地質(zhì)力學(xué)是在我國(guó)巖石力學(xué)和工程地質(zhì)工作者長(zhǎng)期的工程地質(zhì)研究和地質(zhì)工程實(shí)踐基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的應(yīng)用學(xué)科。巖體工程地質(zhì)力學(xué)是以巖體結(jié)構(gòu)控制論作為基礎(chǔ)，將工程、地質(zhì)和巖石力學(xué)緊密的結(jié)合起來(lái)，形成獨(dú)特的學(xué)科特色，也為我國(guó)工程學(xué)科和巖石力學(xué)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)而寬廣的工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)。

早在1963年谷德振先生就提出了“巖體結(jié)構(gòu)”的概念和巖體工程地質(zhì)力學(xué)的學(xué)術(shù)思想體系。王思敬先生又進(jìn)一步深入探討并全面總結(jié)了巖體工程地質(zhì)力學(xué)的成果，開(kāi)始使用“工程地質(zhì)力學(xué)”這個(gè)學(xué)科稱(chēng)謂。這些年來(lái)，各個(gè)理論成果已經(jīng)成為我國(guó)巖石力學(xué)和工程學(xué)科發(fā)展的一塊堅(jiān)固基石，也為解決我國(guó)工程建設(shè)中的一些關(guān)鍵工程地質(zhì)巖體力學(xué)問(wèn)題起到了非常重要的作用。

近年來(lái)，為滿足國(guó)家需求，針對(duì)重大工程建設(shè)中遇到的一些地質(zhì)工程新問(wèn)題，逐漸形成了以土石混合體結(jié)構(gòu)力學(xué)、多尺度統(tǒng)計(jì)巖體力學(xué)和非線性巖土力學(xué)三項(xiàng)新理論為基礎(chǔ)，以多源信息監(jiān)測(cè)與反分析、多元介質(zhì)測(cè)試、工程地質(zhì)改良與加固、三維地質(zhì)建模與仿真四項(xiàng)技術(shù)為支撐的多元隨機(jī)介質(zhì)工程地質(zhì)力學(xué)技術(shù)方法和理論體系，并取得了大量的創(chuàng)新性研究成果。

巖體工程地質(zhì)力學(xué)的研究目的，就是要解決建筑物的基礎(chǔ)巖體穩(wěn)定性問(wèn)題，以防發(fā)生重大的事故，保證工程施工的順利進(jìn)行，從而為合理的工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。所以，就要求我們要從巖體的客觀實(shí)際出發(fā)，抓住巖體破壞、變形的主要矛盾，發(fā)展巖體工程地質(zhì)力學(xué)的科學(xué)方法，這也正是國(guó)際上巖體力學(xué)一直在探索的方向。

3 巖體地質(zhì)在水利水電工程勘察中的重要性

事實(shí)證明，在水利水電工程開(kāi)始建設(shè)之前，對(duì)建設(shè)區(qū)進(jìn)行嚴(yán)密的調(diào)查，掌握其地質(zhì)條件的規(guī)律性，是修建水電工程成功的關(guān)鍵性因素。反之，忽視或不重視地質(zhì)的水電工程，建設(shè)過(guò)程中或后期出現(xiàn)問(wèn)題的概率就會(huì)很大，例如意大利的瓦伊昂拱壩修建的過(guò)程中，由于對(duì)深層巖體地質(zhì)條件查勘不充分，加上當(dāng)時(shí)對(duì)深層滑坡認(rèn)識(shí)還不足，設(shè)計(jì)人員對(duì)一些地質(zhì)學(xué)者提出可能存在深層滑坡的地質(zhì)問(wèn)題不足夠重視，導(dǎo)致水庫(kù)蓄水后庫(kù)周山體巖體地質(zhì)水文條件發(fā)生了重大變化，致使在1963年10月，水庫(kù)左岸陡峭石灰?guī)r山坡產(chǎn)生了巨大規(guī)模的滑動(dòng)崩塌，使1.5億m3的庫(kù)容被填滿，并且同時(shí)庫(kù)水漫過(guò)大壩，順流而下，造成了3000多人死亡的嚴(yán)重事故發(fā)生。由此可見(jiàn)，在水利水電工程勘察過(guò)程中，巖體工程地質(zhì)力學(xué)有著非常重要的作用。

4 巖體工程地質(zhì)力學(xué)在水利水電工程勘察中的應(yīng)用

對(duì)任何水利水電工程地質(zhì)條件及問(wèn)題，從地表到地下的研究，從定性到定量的評(píng)價(jià)，都離不開(kāi)勘探工作。而勘探的目的和任務(wù)就是為了查明巖土體的工程地質(zhì)條件，為工程建設(shè)提供專(zhuān)業(yè)合理的建議。各種勘探方法及手段中就充分應(yīng)用了巖體工程地質(zhì)力學(xué)。水利水電工程地質(zhì)勘探主要包括：工程物探、坑探、工程鉆探、遙感技術(shù)等。

4.1 物探

物探是工程地球物理勘探的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是以地質(zhì)體（或地下巖土層）的物理性質(zhì)差異作為基礎(chǔ)，通過(guò)儀器來(lái)觀測(cè)人工物理場(chǎng)或自然的變化，從而確定地下地質(zhì)體的空間展布范圍（形狀、大小、埋深等），并且可以測(cè)定巖土體的物理性質(zhì)參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到解決地質(zhì)問(wèn)題的一種物理性勘探方法。

4.2 坑探

坑探是用挖坑方式來(lái)觀察地質(zhì)地層情況的方法。它的特點(diǎn)是勘察人員可以直接的觀察到地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以便于素描，并且可靠準(zhǔn)確。對(duì)于研究軟弱泥化夾層、斷層破碎帶和滑動(dòng)面（帶）等空間分布的特點(diǎn)及工程性質(zhì)等都有十分重要意義?？犹街饕ㄌ讲?、探坑、豎井、淺井、平洞、斜井等?？犹皆谒婍?xiàng)目中被作為一種輔助勘察手段而得到廣泛的應(yīng)用。

4.3 鉆探

鉆探是指為劃分和鑒別地層，用鉆機(jī)從地表向地下鉆進(jìn)，在地層中形成圓柱形鉆孔。鉆探是水利水電工程地質(zhì)勘察中最基礎(chǔ)的一種方法，應(yīng)用非常廣泛。鉆探是通過(guò)鉆孔來(lái)采取不同深度的巖芯可以直觀地確定地質(zhì)構(gòu)造，地層巖性，巖體風(fēng)化特征等，進(jìn)而判斷出地質(zhì)情況，查明地下水的類(lèi)型。地質(zhì)人員在鉆探過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)鉆探的質(zhì)量要求，仔細(xì)認(rèn)真的記錄好鉆探中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，選擇合理的鉆探方法，保證成果能夠真實(shí)地反映該工程地段的地質(zhì)條件。

4.4 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是指通過(guò)對(duì)信息進(jìn)行研究、分析，確定目標(biāo)物相互關(guān)系和屬性的一種技術(shù)，在水利水電地質(zhì)勘察中也應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)遙感平臺(tái)高度的不同，一般可以分為地面、航空和航天遙感三大類(lèi)。按探測(cè)電磁波的工作波段進(jìn)行分類(lèi)，一般可分為可見(jiàn)光、紅外和微波遙感等。遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于以下幾點(diǎn)：①感測(cè)范圍大，具有宏觀、綜合的特點(diǎn)。②信息量大，具有技術(shù)先進(jìn)，手段多的特點(diǎn)。③更新周期短，獲取信息快，具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。

5 水利水電工程勘察中典型的工程地質(zhì)問(wèn)題形成的條件和對(duì)策

5.1 滑坡

形成條件：原有的斜坡結(jié)構(gòu)遭到破壞或者是斜坡外部的荷載超過(guò)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(dòng)。其防治措施有：削坡、排水、抗滑擋土墻、抗滑樁、灌漿法、預(yù)應(yīng)力鋼索錨固措施、焙燒法、砂井砂樁加固法等。

5.2 崩塌

發(fā)生條件和因素：地質(zhì)構(gòu)造：巖層產(chǎn)狀、構(gòu)造作用；山坡坡度55到75度，表面凹凸不平；巖石性質(zhì)和節(jié)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(diào)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(nèi)有豐富的固體物質(zhì)，源源不斷地補(bǔ)給泥石流；流域中上游有由冰雪強(qiáng)烈消融或強(qiáng)大的暴雨及湖泊的潰決等形式補(bǔ)充的水源等。其防治原則是以防為主，兼設(shè)生物、工程措施。

5.4 水庫(kù)地震

水庫(kù)地震是指水庫(kù)蓄水后誘發(fā)的地震，發(fā)生條件有：激發(fā)條件、地質(zhì)條件，激發(fā)條件又包括直接效應(yīng)和間接效應(yīng)。目前，我國(guó)最大的水庫(kù)地震是1962年3月19日廣樂(lè)省新豐江水庫(kù)誘發(fā)的6.1級(jí)地震。水庫(kù)地震防治措施有：盡量減少對(duì)可誘發(fā)水庫(kù)地震地質(zhì)條件的破壞，采取有效措施預(yù)測(cè)水庫(kù)地震發(fā)生的級(jí)別和頻率，做好預(yù)防應(yīng)急預(yù)案等。

6 巖體工程地質(zhì)力學(xué)在水利水電工程勘察中應(yīng)用的實(shí)例

通過(guò)谷德振先生的巖體工程地質(zhì)力學(xué)理論得知，工程地質(zhì)勘察中要重視收集地質(zhì)基礎(chǔ)的資料、重視區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的體系、重視巖體結(jié)構(gòu)研究。并且在此基礎(chǔ)上開(kāi)展高重力壩、高拱壩、地下廠房、深埋長(zhǎng)隧洞、抽水蓄電站的工程地質(zhì)勘察，往往會(huì)得到較好的成效。在此，以上文提到的成功建設(shè)的小灣水電站作為對(duì)象做以下簡(jiǎn)介。

小灣水電站混凝土雙曲拱壩壩基巖體卸荷：根據(jù)勘察發(fā)現(xiàn)，在小灣水電站中，壩基部位存在的地質(zhì)缺陷主要包括蝕變巖體和弱風(fēng)化巖體、斷層、松弛巖體、卸荷巖體等。并且在大壩壩基開(kāi)挖后，建基面巖體以微風(fēng)化巖體為主。建基面開(kāi)始挖掘后淺表層巖體存在著比較明顯的“蔥皮”、“板裂”現(xiàn)象和開(kāi)挖卸荷松弛現(xiàn)象，特別是在低高程壩基巖體中出現(xiàn)強(qiáng)烈的松弛現(xiàn)象，這也成為了主要的工程地質(zhì)問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，對(duì)其采取了一系列的防護(hù)措施，例如清除、固結(jié)灌漿、鋪設(shè)應(yīng)力鋼筋等，進(jìn)行積極地應(yīng)對(duì)。進(jìn)而在監(jiān)測(cè)成果的時(shí)候顯示，壩基和壩肩抗力體都處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水利水電工程中的地質(zhì)勘探行為是惠民利民的基礎(chǔ)性工程，在工程初期設(shè)計(jì)和預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害等方面都有著十分重要的作用，地質(zhì)人員要充分利用好巖體工程地質(zhì)力學(xué)理論，查明工程項(xiàng)目區(qū)域的地質(zhì)問(wèn)題，采用最合理的勘察技術(shù)，制定出合理、高效的勘察方案，消除各種地質(zhì)問(wèn)題對(duì)水利水電工程建設(shè)的不利影響，從而保證工程順利開(kāi)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(xué)本科，主要從事水利水電工程地質(zhì)勘察、巖土工程勘察、地災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估工作。