水电地质培训教材：四、水库工程地质

第四章 水库工程地质--库岸稳定
水库岸坡稳定性研究的主要内容


地形地貌条件，河谷结构类型，冲沟发育情况；
库岸岩土体性质，完整程度，风化状态，岩体应力 状况； 岩体中各种结构面（层面、断层、节理裂隙、软弱 夹层等）与库岸坡向的组合关系；



库岸地下水特征及动态变化，泉水分布及特征；
库岸稳定现状，变形破坏的发育阶段，变形破坏迹 象和位移监测资料；
第四章 水库工程地质--水库诱发地震



水库诱发地震的类型与发震条件 构造型：区域性或地区性断裂通过库坝区； 断层有晚更新世以来活动的直接地质证据； 断裂带和破碎带有一定的规模和导水能力， 与库水沟通并可能渗往深部。 喀斯特型：库区有较大面积的碳酸盐岩分 布，特别是质纯、层厚、块状的石灰岩； 现代喀斯特作用强烈；一定的气候和水文 条件（如暴雨中心、陡涨陡落型洪峰等）。 卸荷型：
第四章 水库工程地质--水库浸没
初判--易产生浸没地区的标志 1、平原型水库的周边和坝下游，顺河坝或围堤的 外侧，地面高程低于库水位地区。 2、盆地型水库边缘与山前洪积扇、洪积裙相连的 地区。 3、潜水位埋藏较浅，地表水或潜水排泄不畅，补 给量大于排出量的库岸地区，封闭或半封闭的洼地， 或沼泽的边缘地区。

卡丘金法 卓洛塔廖夫图解法 我国黄土地区水库塌岸长期预测 都是半经验的东西总结出来的，南方不 一定合适。
第四章 水库工程地质--水库诱发地震

因蓄水而引起库盆及其邻近地区原有地 震活动性发生明显变化的现象，简称水 库地震。
第四章 水库工程地质--水库诱发地震


水库诱发地震的基本特征 发震概率：国内外统计资料表明，出现水 库地震的工程占水利水电工程总数的比例 不足0.1％，但随着坝高（蓄水深度）和 库容的增大，其所占比例明显增高。 空间分布：平面上，震中的主体部分集中 在库盆和距库岸3～5km以内的地方，特 殊情况下（例如区域性大断裂带横穿库区 或水库沿喀斯特暗河形成地下支汊），也 不至超过10km。垂向上，一般都属于极 浅震，震源深度在3～5km以内；
广西因库水位顶托，岩溶地下水排泄不畅产生的内 涝较多。

第四章 水库工程地质--水库浸没
水库浸没的地形地质条件源自岩性条件：库岸带为透水岩层，易产生浸没。
水文地质条件：蓄水前地下水埋藏较浅，地下水排 泄不畅，蓄水后地下水壅高，地下水补给量大于排 泄量的库岸地段、闭封或半封闭的洼地、沼泽的边 缘地带，易产生浸没。
第四章 水库工程地质--水库浸没
水库浸没的地形地质条件

地形地貌条件：地面高程低于或略高于水库正常蓄 水位的盆地型水库边缘与山前洪积扇直接相接的地 段、喀斯特地区暗河出口位于水库水位以下且暗河 系统有大片的溶蚀洼地地区、平原型水库的坝下游、 顺河坝或围堤或引水渠道的外侧地段均易产生浸没。 地面越是宽阔低平，则浸没范围越大。
水库渗漏估算
（不同透水性的水平岩层的渗漏量计算 ）
q K cp (T1 T2 )
T2
H1 H 2 L
H 1 T1 H 2 T1 2 2
T1——下层透水层的厚度（m）； T2——上层透水层的过水部分的平均 厚度（m）
K cp K1T1 K 2T2 T1 T2

第四章 水库工程地质--库岸稳定

坍岸预测剖面，应垂直于库岸布置， 近岸边的钻孔应打到水库死水位以 下5~10m或陡坡脚，其余坑孔深度 则根据具体情况确定。
第四章 水库工程地质--库岸稳定
水库塌岸

塌岸的过程见下图 勘察的目的是预测塌岸的宽度（图e）
第四章 水库工程地质--库岸稳定
水库塌岸预测的常用方法
潜水回水计算
隔水底板水平、陡直河岸、无渗入均质介质的稳定态潜水 回水计算模型与公式如下。
2 2 y h2 h1 H 2
对于非稳定态的潜水回水计算，需要采用数值法进行计算。
第四章 水库工程地质--水库浸没
地下水临界埋深的确定方法

一是根据浸没地段所在地区的具体水文地质条件、农业科研 单位的田间实验观测资料和当地生产实践经验确定。

垂直滑坡体的滑速计算
cL V 1 cot f 2 gH m g sin

式中 m——滑体单宽质量，kg； g——重力加速度，m/s2； L——滑体水上部分滑面长度，m； H——滑坡体水上部分重心至水面高度，m； θ——滑面倾角； f——滑面摩擦系数； c——滑面的粘聚力，Mpa。 关于涌浪高度计算建议大家了解
不同阶段浸没勘察的任务

预可行性研究阶段——预测水库的浸 没范围 可行性研究阶段应对已经圈定的浸没 区进行详细勘察——确定浸没区的范 围；查明防护地段的水文地质、工程 地质条件，提出处理措施建议。

浸没勘探要求

浸没区水文地质勘探剖面线应垂直 库岸或平行地下水流向布置。勘探 点应采用坑、孔，且控制性钻孔不 应少于2个，其中一个孔应靠近水库 设计正常蓄水位的边线布置，钻孔 应进入相对隔水层；探坑应挖到地 下水位。
可研阶段水库渗漏地质勘察
对存在水库渗漏地段进行专门性勘察， 定量地评定渗漏量，为防渗措施的选择 和设计提供资料。

首先进行比例尺l/万~1/2千的地质测绘， 其次，应平行于水库渗漏方向布置勘探 剖面线。 查明水文地质条件及测得渗透系数后， 应根据边界条件选用适当的公式估算渗 漏量，以便为防渗措施的设计提供依据。
第四章 水库工程地质--库岸稳定
水库岸坡稳定性研究的主要内容


库水位的变化情况，特别是抽水蓄能电站库水位剧 烈变化情况； 降水、地震、地下矿藏开采以及其它天然和人为活 动情况等。 在对以上内容分析的基础上，对库岸进行工程地 质分段研究和评价，评价库岸、潜在不稳定库岸和 现行破坏体的稳定现状；预测它们在水库蓄水过程 中和运行期（库水位骤降或频繁升降）的发展趋势； 边坡失稳的可能性和变形破坏机制、规模；提出处 理措施等。

第四章 水库工程地质--水库渗漏
永久性渗漏的地质条件
1、地形地貌条件：水库与相邻河谷间分水岭的宽 窄和邻谷的切割深度对水库渗漏影响很大。
2、地层岩性条件：库底和水库周边有透水岩层
3、地质构造条件：水库所处的构造环境、连通库 内外的构造破碎带 4、水文地质条件：地下分水岭的有无、高程及 其与水库正常蓄水位的关系
第四章 水库工程地质--水库浸没
浸没判别分初判和复判两个阶段。 初判--不易产生浸没地区的标志 1、库岸或渠道由相对不透水岩土层组成，或调查 地区与库水间有相对不透水层阻隔；且该不透水层 的顶部高程高于水库设计正常蓄水位。
2、调查地区与库岸间有经常水流的溪沟，其水位 等于或高于水库设计正常蓄水位。
水库滑坡



关于滑坡的特征、分类、稳定影响因素 和评价方法等将在“边坡工程地质”中 介绍 关于水库滑坡引起的涌浪问题，重大工 程采用模型试验或数值分析方法可以进 行估计和评价。 滑坡体入水后所造成的水体反应非常复 杂，计算边界条件不得不进行充分简化， 采用计算方法获得的浪高常具有局限性。
水库滑坡部分的重点
第四章 水库工程地质--水库渗漏

水库渗漏估算原则 根据渗漏地段的水文地质结构、渗流特性和边界 条件，选择适宜的水文地质计算公式估算渗漏量。 存在多个透水层时，可分别估算渗漏量。 应根据水文地质测试成果，经统计分析后给定各 透水层（组、带）的渗透系数。要注意透水层 （组、带）的不均匀性，具有多个透水层或明显 渗透分带的透水层，难以单独估算渗漏量的，可 取各透水层（组、带）渗透系数的加权平均值， 用以估算渗漏量。


混凝土防渗墙 防渗面板 水平铺盖 灌浆帷幕 其它措施——除以上措施外，在岩溶地区还常用 围、隔、堵等措施解决水库渗漏问题。 在水利水电工程中，究竟选用什么防渗措施， 常常要结合工程区具体地质条件综合考虑确定。
水库浸没工程地质勘察


水库蓄水后使库区周围地下水相应壅高 而接近或高于地面，导致农田盐碱化、 沼泽化及建筑物地基条件恶化、矿坑涌 水等，这种现象称为浸没。 调查分析可能产生浸没的地形、地层岩 性、水文地质等条件；通过地下水回水 计算，预测地下水回水水位，进行浸没 评价。
Kcp——两层岩土体的加权平均渗透系数（ m/d ）
水库渗漏估算
（承压含水层渗漏量计算 ）
m1 m2 H 1 H 2 2 L qK
式中： m1——水库附近承压含水层厚度（m）； m2——同一承压含水层在排水区的厚度（m）。 其它符号意义同前。
第四章 水库工程地质--水库渗漏
水库渗漏的处理
第四章 水库工程地质--水库浸没
水库浸没的判别标准

浸没评价根据当地浸没监界值与潜水回水位埋深之 间的关系确定，当预测的潜水回水位埋深值小于浸 没的临界地下水位埋深时，该地区即应判定为浸没 区。
水库库岸稳定
水库回水使水库沿岸的自然条件 发生显著变化，使原本自然稳定 的边坡，稳定条件恶化，形成各 种破坏现象。 重点勘察研究范围是近坝地段

水库渗漏估算
（下部有水平隔水层，潜水透水层均一的渗漏量计算）
H1 H 2 H1 H 2 qK L 2
Q qB



式中： q——单宽渗漏量（m3/d.m） K——岩土体的渗透系数（m/d） H1——相对隔水层以上的水库水头（m） H2——相对隔水层以上的邻谷水头（m） L——渗漏距离（m） Q——渗漏总量（m3/s） B——渗漏总宽度（m）
第四章 水库工程地质--水库浸没
复判--在初判的基础上进行。 主要是三个方面的内容： 1、核实和查明初判圈定的浸没地区的水文地质条 件，获得比较详细的水文地质参数及潜水动态观测 资料； 2、建立潜水渗流数学模型，进行非稳定态潜水回 水预测计算，绘出设计正常蓄水位情况下，库区周 边的潜水等水位线预测图，预测不同库水位时的浸 没范围； 3、除复核水库设计正常蓄水位条件下的浸没范围 外，还要根据需要计算水库运用规划中的其它代表 性运用水位下的浸没情况。