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在进行水文地质评价时,要根据掌握的水文地质条件,分析和评价地下水可能对岩土体造成的影响,科学的预测水位变化造成的岩体工程变换,结合实际情况,制定合理的防范措施;根据自然环境下水文地质对岩土工程造成的影响,分析预测人为活动,对岩土工程造成的影响;分析地下水对持力层岩土体产生的分解、软化、胀缩等影响,评价地下水为对工程建筑物的腐蚀状况;当工程项目的基础在地下水位以下时,要根据实际情况进行渗透试验、富水试验,分析评价地下水位变化造成的基础沉降、位移,从而判断地下水位变化对工程建筑物稳定性的影响。
2水文地质对工程项目的危害
据统计,在地质灾害中,地下水造成的灾害占很大的一部分,因此,要认真分析地下水变化引起的灾害,并制定合理的预防措施,确保工程建筑物的安全、稳定,从而为和谐社会的构建打下良好的基础。
2.1地下水变化引起的工程危害地下水在自然环境和人为因素的影响下,水位会发生升降变化,当地下水位变化到一定程度后,就会对岩土工程造成危害,从而对整个工程项目造成危害。引起地下水为上升的主要因素有降水量的增加、气温的变化、人工灌溉、施工破坏等,地下水位上升会加快土壤中盐碱化现象,加大地下水对工程建筑物的腐蚀;地下水位上升后,斜坡、河岸还会产生比较严重的地质灾害,例如斜坡崩塌、滑移等,对工程项目造成严重的破坏;地质水位上升还会造成岩土体软化、强度下降等现象,从而对工程项目的稳定性造成影响。引起水位下降的主要原因是人为因素造成的,例如河流改道、地下水排除等,当地下水位下降后,岩土层会变硬,在这种情况,很容易引起地面开裂、沉降等现象,对地质条件产生严重的破坏,从而对工程项目造成影响。受各种因素的影响,地下水位会出现反复变化的现象,这样很容易造成基础变形,同时地下水位反复变化还会将岩土层中的胶结物带走,降低岩土体的强度,对工程施工造成影响。
2.2地下水压力作用引起的岩土危害在自然环境中,地下水很少产生动压力,但受开矿、灌溉等人为活动的影响,地下水的压力平衡会受到破坏,导致局部产生大的压力,如果遇到粉土层,就很容易引起流砂、管涌等现象,从而造成基础变形、位移等现象,甚至会造成边坡失稳,因此工程安全施工事故,对工程项目的顺利施工造成严重的影响。因此,在进行工程项目施工前,勘察人员要认真分析人为活动带来的地下水压力变化状况,并根据实际情况,制定合理的防范措施,从而为工程项目的安全施工提供保障。
2.3地下水对基础的影响当工程项目的基础需要埋深时,需要考虑到地下水变化对基础的影响,因此,在进行工程项目基础设计时,在没有特殊要求下,要保证工程项目的基础设置在地下水为上面,如果基础需要埋设在地下水位以下,要采用合理的方法进行防水处理,为保证工程的稳定性,还要对基础钢筋混凝土进行防腐处理。如果基础埋设在承压水层中,要根据实际情况采用合理的排水措施,降低地下水水位,防止在施工过程中,出现地下水喷出的现象,对施工的顺利进行造成影响。当工程项目处于河岸附近时,还要考虑到地表水和地下水的补给关系,防止地表水对工程项目的基础造成影响。
3总结
1在工程地质剖面图中绘制平切图
在剖面图系统中有一项功能是绘制平切图,如图1所示。
使用方法为首先进入工程地质剖面图子系统,然后绘制高程标尺、地形线、钻孔、地质结构面。绘制到图面上的地质结构面,其附加数据已定义为结构面的产状,如图3所示。
点取如图1的“地质结构面”-“切制某一高程地质结构面数据”,显示的提示信息如下:
本项功能是计算某一高程的地质结构面数据并存入一文件
本剖面高程上限(米):520。00
高程下限(米):230。00
当你要绘制高程为300米的平切图时,请在提示“欲切平切面高程”对话框中输入“300”,点取“OK”按钮后,自动在高程300处绘制一直线,如图3中的AB,程序自动计算出线段AB与地质结构面的交点,反算出每个交点在本剖面的水平距离,并连同地质结构面的编号、产状等数据显示在屏幕上。
计算完成后有提示信息,出现请输入文件名的对话框如图4所示。
为便于记忆,文件名的确定最好与高程值有关,例如定为:A2-300。文件内容如下所示:
0,84.61,d2,NW315SW<75,0,0,0.0
1,139.83,d1,NW315SW<75,0,0,0.0
2,146.56,DP1,NW320SW<75,0,0,0.0
3,208.17,d3,NW315SW<75,0,0,0.0
4,417.29,dp3,NW306NE<75,0,0,0.0
5,419.18,dp3,NW306NE<75,0,0,0.0
6,458.32,F1,NW305SW<76,0,0,0.0
7,490.18,F1,NW305SW<76,0,0,0.0
8,613.32,DP3,NW305SW<80,0,0,0.0
9,618.99,DP3,NW305SW<80,0,0,0.0
10,738.55,dp4,NW322NE<37,0,0,0.0
11,742.41,dp4,NW322NE<37,0,0,0.0
12,786.87,q2,NW330SW<80,0,0,0.0
13,787.93,q2,NW330SW<80,0,0,0.0
其中每一行是一个地质结构面数据,分别为序号、水平距离、结构面编号、产状等数据。存入磁盘的文件可以在平面图子系统中调用绘制平切图。
2在平硐展示图中切出平切图数据
在平硐展示图中切出某一高程平切面图数据之前,请先进入平硐展示图子系统,绘制出平硐展示图,至少应绘制出平硐展示图边框、地质结构面、技术说明等。绘制到图面上的地质结构面,其附加数据是结构面的产状。下面以本系统提供的例题/PDLT/PD10为例,绘制出平硐展示图,由于展示图很长,图5仅显示展示图的局部:
平硐展示图中出现如图6界面:
点取切制某一高程地质结构面数据功能以后,用户可选择的有左壁、右壁和顶拱,提示信息如图7所示。
接下来是确定平切面高程。在命令提示行显示平硐硐口的底部高程和顶部高程,输入以上两点的界面如图8所示。
点取“OK”按钮后,自动在用户确定的两点上绘制一直线,程序计算出该线段与地质结构面的交点,反算出每个交点在本平硐展示图的水平距离,并连同地质结构面的编号、产状等数据显示在屏幕上。计算完成后提示信息如下:
现在将切出的地质结构面数据存入一指定文件,文件名自定义。
最好是本平硐文件名和高程相关联来定义。
接下来提示用户输入文件名,其界面与图4相同。
为便于记忆,文件名的确定最好与高程值有关,例如定为:PD10-300或PD10.300。
3在平面图子系统中绘制平切图
使用平面图子系统绘制平切图之前,最好先绘制一张底图,底图是你所要绘制平切图范围内水工建筑物布置图,及其它需在平切图上绘制的内容,以便于将不同高程平切图都绘制在底图上。同时根据底图的范围,确定好平面图的总体参数,诸如左下角坐标、右上角坐标、比例尺等,然后再开始绘制平切图。平面图子系统绘制平切图可以采用以下几种方法:
3.1手工描绘
如果你已经绘制好地质平面图,并已绘制好地质结构面在地表的出露轨迹线,那么请先建立一个图层,图层名由用户自己确定,例如绘制高程为300米的平切图,建立的图层名为PQT300,并设为当前层。然后使用“绘制有关实体”-“绘构造面出露轨迹线”-“给定若干点绘制构造面出露轨迹线”,选择图面坐标点,在图面上寻找高程300米的地形等高线与地质结构面的交点连接,依次绘制各地质结构面,形成高程为300的平切图。
3.2自动切绘
如果你已经绘制好地质平面图,并已绘制好地质结构面在地表的出露轨迹线,绘制完钻孔。那么请选择如图4所示的“绘制平切图”-“切制某一高程的平切面图”,程序开始运行后,提示信息如下:
请输入平切面高程:
第一角:
第二角:
输入平切面高程例如300,并通过选择第一角和第二角确定范围以后,自动将高程为300米的地形线复制到图层PQ上,计算钻孔是否打到高程300米处,如果打到300米,在图层PQ上绘制一钻孔符号。按照地质结构面在地表绘制的出露线,根据其倾向、倾角折算到高程300米,绘制结构面。在此说明一点,出露线的绘制如果完全符合V字型法则,那么切出的地质结构面是正确的,即是沿结构面的走向方向绘制一条直线。否则,在平切图上绘制的结构面不是一条直线,可能是由若干折线组成,方向也不一定是走向方向。
3.3根据剖面图中切出的数据绘制结构面
在绘制平切图之前,使用PLSR.EXE建立平切图总体参数文件,请先调出包含有水工建筑物的底图,进入平面图子系统。选择图9所示的“绘制平切图”-“根据工程地质剖面图切制出的数据绘结构面”,显示的提示信息如下:
本程序是给定当前剖面线的一个水平距离和产状,绘制一结构面的走向线
然后弹出一对话框如图10所示:
结构面文件名是由工程地质剖面图中切出的地质结构面数据,在这里输入你当时确定的文件名。计算机绘制地质结构面时,是在剖面线上切出地质结构面那一点,沿走向方向绘制结构面,两个方向延长的距离,就是在图10中你所输入的第一点和第二点延长的距离。绘制完成后,可以通过手工对平切图上的地质结构面进行修改,修改时请注意不要修改线型或分解,以免丢失地质结构面数据,将来再切制其它高程的平切图时会出现问题。
3.4根据平硐展示图中切出的数据绘制结构面
在绘制平切图之前,使用PLSR.EXE建立平切图总体参数文件,并调出包含有水工建筑物的底图,进入平面图子系统。选择图9所示的“绘制平切图”-“根据平硐展示图切制出的数据绘结构面”,就是读取在平硐展示图切出的数据绘制地质结构面。程序开始运行后显示的提示信息如下:
本程序是给定当前平硐的一个水平距离和产状,绘制结构面的走向线
然后弹出一对话框如图11所示:
绘制结构面文件名是由平硐展示图中切出的地质结构面数据,在这里输入你当时确定的文件名。计算机绘制地质结构面时,是在平硐上切出地质结构面那一点,沿走向方向绘制结构面,两个方向延长距离,就是你在图11中输入的第一点和第二点延长的距离。绘制完成后,可以通过手工对平切图上的地质结构面进行修改,修改时请注意不要修改线型或分解,以免丢失地质结构面数据,将来再切制其它高程的平切图时会出现问题。
以本例题为例,绘制出平切面图如图12(a)所示,经过手工编辑修改后的平切面图如图12(b)所示。
3.5根据当前高程平切图切出某一高程的平切图数据
当你已经绘制好某一高程的平切图后,可以在这张平切图的基础上,切出任何其它高程的平切图数据,方法是选择““绘制平切图”-“根据当前高程平切图切出某一高程的平切图数据”,以图12(b)为例,可以切制任意高程的平切图数据,程序开始运行后,提示信息如下:
本程序是根据当前某一高程的平切图切出另外一高程的平切图
当前高程(m):236
欲切平切图高程(m):230
输入完以上数据后,计算机自动读取当前平切图上的全部地质结构面实体,根据坐标位置、倾向、倾角、高差等,计算出新高程(230)平切图的地质结构面数据,存入文件,文件名是“PQT”+高程值,例如切高程为230米的平切图,文件名是PQT230。文件中包含若干地质结构面数据,每一个结构面的数据占三行,格式如下:
结构面起点坐标
结构面终点坐标
结构面编号产状等数据
坐标是实际坐标,最后显示“数据已存盘”和文件名。程序自动返回到提示用户输入“欲切平切图高程:”,继续切制其它任意高程的平切图。
3.6读取某一高程的数据绘制平切图
在绘制平切图之前,使用PLSR.EXE建立平切图总体参数文件,请先调出包含有水工建筑物的底图,进入平面图子系统。选择“地质结构面”-“读取某一高程的数据绘制平切图”,可以绘制出平切图,程序运行后显示的提示信息如下:
根据切制出的某一平切图数据文件绘制结构面
并出现提示用户输入地质结构面文件名的界面与图4相同。
输入正确的文件名后,计算机自动读取数据文件,在图面上绘制地质结构面,绘制出的高程为230米的平切面图。
以上介绍的方法,实际上是一种给定实际坐标点和地质结构面数据,绘制平切图的方法,用户也可按4.5节所介绍的数据格式,建立任意高程的地质结构面数据,然后按照本节介绍的方法,绘制地质结构面。
地质灾害治理初步设计阶段的设计特点:①以避让优先,避大治小,避重治轻;②不能仅治理地质灾害,而要重点关注危害管道的因素;③从对管道危害最轻的部位通过;④尽量减少对灾害体的扰动;⑤对已知地质灾害进行永久根治,不留后患。各种地质灾害治理工程初步设计特点各有不同。(1)滑坡。线路优化、进行避让,无法避让时从滑坡后缘滑体厚度较薄处通过,以较少的治理工程量满足管道的安全要求,杜绝从滑体中前部滑体厚度较大处经过。管道上、下山坡段遇滑坡而不能完全规避时,管道应纵向正穿滑坡体,尽量避免斜穿,减少对滑坡体的扰动。此外,明确地灾治理施工与管道施工的先后顺序。(2)泥石流。避免管道从泥石流沟中经过,当不能完全避开泥石流沟时,则从泥石流堆积区通过,并且适当加大管道埋深。当管道穿越小型泥石流沟(或活动性冲沟)时,选择基岩埋深浅的位置且使管道埋于基岩内。(3)崩塌。管道线路应避开危岩、危石发育的陡崖、厚大的松散堆积体。当不能完全避开时,则从地形相对较缓且易拦挡落石、滚石的堆积区通过,并避开危石滚落冲击破坏区。(4)岩溶。管道线路应该首先避开地表塌陷坑发育地区或者地表岩溶漏斗、溶槽、溶坑发育地区。对于地表岩溶现象不发育而勘察发现的岩溶,管道以垂直岩溶带通过。对于浅层干溶洞,以碎石回填。对于岩溶向下延伸较大的溶洞,无论是否有水皆不宜填塞溶洞,亦不宜采用灌浆、灌混凝土的方法处理溶洞。对于该类溶洞,当跨度较小、两壁较完整时,以楼板形式覆盖;当两壁完整性较差且跨度较大时,则以梁跨形式穿过。
2地质灾害治理工程施工图审点
地质灾害防治工程设计文件及图纸审查工作首先以贯彻初步设计的理念为基础,以现行标准规范、法律法规为依据,以避让方式优先进行管道优化,以管道与地质灾害体的空间关系为根基,对施工图阶段的设计文件和图纸进行全面审查。各类地质灾害设计的审点不同。滑坡治理工程的审点:①滑坡范围、规模是否己查清,滑动面(带)判别是否合理,力学参数取值是否准确;②影响滑坡稳定的主要因素是否清楚;③滑坡的力学类型及地质模型、宏观稳定性评价是否正确,稳定性系数计算和剩余下滑力(推力)计算是否正确;④管道线路是否有优化和避让空间;⑤选择的支挡方式是否合理,支挡位置是否可行;⑥支挡参数的取值是否合理,设计选择工况是否合理,设计计算方法是否正确,计算结果是否准确;⑦支挡工程量是否恰当,支挡工程与管道施工的先后顺序及结合方法是否合理。崩塌治理工程的审点:①危岩、危石分布范围;②崩塌落石范围,危险区域是否己查清;③危岩(危石)崩落路径分析是否合理,落石滚落速度计算及冲击破坏的冲击力计算方法是否合理、计算结果是否正确;④拦挡防护方案是否可行,拦挡设置工程位置是否有效,工程量是否合理恰当;⑤拦挡工程是否与自然地形有效结合,是否与管道施工、管道运营有效结合;⑥崩塌堆积体会否产生滑动及其对管道的危害。泥石流治理工程的审点:①泥石流的形成区、流通区、堆积区是否已经查清;②管道经过断面的地质结构和岩土特征;③泥石流的流速、冲刷深度,尤其是管道通过处的泥石流冲刷深度和建议管道埋深;④对管道形成破坏力的各种因素分析是否透彻,防护措施是否得当;⑤泥石流沟与大沟的关系,尤其是泥石流堆积挤占大沟时使得大沟变窄,大沟流速加大,冲刷深度加大,冲切侧蚀能力增强,该情况下管道防护设计是否加强。岩溶治理工程的审点:①岩溶延伸方向、规模大小是否已查清,岩溶与管道的空间关系等;②溶洞壁、洞顶岩性及其完整程度,溶洞的稳定性评价是否正确;③治理设计方案是否合理可行,以及治理后对周围环境的影响;④设计计算是否正确,治理工程量是否合理。
3结论
关键词:悬索桥隧道式锚碇施工图设计阶段岩体工程地质力学研究建议
1前言
坝陵河大桥离拟建贵州省镇宁至胜境关高速公路起点约21km,地处黔中山原地带。高速公路在关岭县东北跨越坝陵河峡谷,峡谷两岸地势陡峭,地形变化急剧,高差起伏大,河谷深切达400~600m。桥址区属构造剥蚀、溶蚀中低山河谷地貌。岩石建造类型以碳酸盐岩与陆源碎屑岩互层,以碳酸盐岩构成峡谷谷坡,以碎屑岩互层构成谷底及缓坡为基本特征。坝陵河流向与区域地质构造线方向(NW)基本一致。河谷西岸地形较陡,地形坡度40~70°,近河谷一带为陡崖。桥位区西岸(关岭岸)锚碇地段处于斜坡中部,出露的岩层有三叠系中统竹杆坡组第一段(T2z1)中厚层状泥晶灰岩和杨柳井组(T2y)中厚层状白云岩[1,2]。弱风化岩体直接出露于地表,微新岩体埋深30~50m。
坝陵河悬索桥主跨1068m,桥面总宽度24.5m,东岸锚碇采用重力式锚,西岸锚碇采用隧道式锚。西岸隧道式锚碇在技术设计中全长74.7m,最大埋深78m,主要由散索鞍支墩、锚室(34.7m)和锚塞体(40m)三部分组成,两锚体相距18~6.36m。锚塞体和锚室为一倾斜、变截面结构,上缘为圆形,下缘为矩形,纵向呈楔形棱台,矩形截面尺寸为10m×5.8m~21m×14.5m。西岸每根主缆缆力(P)约为270MN,水平夹角约26°。锚体中设预应力锚固系统,主缆索股通过索股锚固连接器与锚体中的预应力锚固系统连接。
悬索桥锚碇在承受来自主缆的竖向反力的同时,主要还承受主缆的水平拉力,是悬索桥的关键承载结构之一,其总体稳定性和受力状态直接影响到大桥的安全和长期使用的可靠性。坝陵河悬索桥是镇宁-胜境关高速公路的重要节点,针对该大桥施工图设计阶段,本文提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的工程地质力学研究建议。鉴于锚碇型式受到地形、地质条件的限制,国内外采用隧道式锚碇的大跨悬索桥为数较少[3-7],见诸文献报道的更少,本研究建议有不适当之处,请专家批评指正。
2岩体工程地质力学研究建议
2.1锚碇围岩工程地质条件研究
西岸隧道式锚碇坐落于边坡浅表弱风化~微新岩体中,弱风化~微新岩体的工程地质条件关系到锚碇隧洞的成洞条件及锚碇体系在主缆拉力荷载作用下的整体稳定状态。
边坡浅表部中存在卸荷岩体。岩体卸荷带是伴随河谷下切过程或边坡开挖过程中,由于应力释放,岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形,能量的释放导致斜坡浅表一定范围岩体内应力的调整,浅表部位应力降低,而坡体更深部位产生更大程度的应力集中。由于表部应力降低导致岩体回弹膨胀、结构松弛,破坏岩体的完整性,并在集中应力和残余应力作用下产生卸荷裂隙。岩体应力的降低最直观的表现是导致岩体松弛和原有的裂隙发生各种变化,形成新环境下的裂隙网络。这些裂隙一部分是迁就原有构造裂隙引张扩大经改造形成[8],有一些是微裂隙扩展后的显式裂隙,也有在新的应力环境和外动力环境下形成的裂隙。在岩体卸荷、应力降低的过程中,随着新的裂隙系统的形成,也为外动力或风化营力提供了通道,加速岩体的风化和应力的进一步降低。风化岩体裂隙的增多,是岩体卸荷和风化共同造就的。
西岸锚碇边坡岩体在浅部节理裂隙发育,岩体透水性较好,渗透系数高;随着深度的增加,透水性逐渐减弱。深部的岩溶发育情况有待研究。
据初步设计阶段工程勘察资料,西岸锚碇边坡出露的灰岩和白云岩的产状为:倾向50~80°,倾角48~87°。主要发育三组优势节理:①155°∠57°;②220°∠34°;③333°∠46°。在岩层层面、不利结构面组合切割和深部岩溶发育情况下,在主缆巨大拉力下,不能够排除存在深部拉裂滑移面威胁西岸锚碇边坡整体稳定性的可能性。
锚碇围岩工程地质条件研究内容包括:
(1)研究从边坡表部至深部岩体中裂隙的分布密度及张开度变化,揭示岩体的卸荷程度,为锚碇施工期和运行期边坡岩体质量评价以及岩体质量变化趋势提供可靠基础资料;
(2)在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载,研究岩体中形成的潜在不稳定块体的安全度以及西岸锚碇边坡的整体稳定性;
(3)采用地球物理勘探方法,研究边坡深部溶蚀裂隙与溶蚀洞穴的分布规律及其发育特征。
2.2锚碇围岩工程力学特性研究
主悬索的巨大拉力通过索股、锚杆传人隧道中填充的(预应力)混凝土,再通过(锚塞体)混凝土与隧道岩体的摩阻力和粘结力传递给周围的岩体。隧道式锚碇在巨大主缆拉力荷载作用下,不仅要维持自身的抗拔稳定,同时还要将自身承受的主缆拉力传递到锚碇围岩中,以充分利用围岩的承载能力,使锚碇和围岩共同作用形成一个整体的承载体系。
锚碇围岩工程力学特性研究包括三个方面:
(1)锚塞体与岩体之间的抗剪摩擦力学性能[9,10]和粘结特性试验研究;
(2)锚碇下部及两锚体之间的岩体处于复杂的拉剪应力状态,研究锚碇围岩在拉剪应力下的变形及强度特性,尤其是弱风化~微新围岩在拉剪复杂应力下的变形、强度及疲劳试验研究,模拟其破坏现象和破坏过程,从而掌握其破坏机制;
(3)岩体在中度~轻度工程爆破开挖扰动下的力学性能研究。
锚碇围岩工程力学试验目的是确定锚碇边坡岩体力学参数建议值,供设计和三维数值仿真采用。建议在设计锚碇区域附近开挖一试验斜硐,采取岩样,并在硐壁打适量钻孔,进行室内岩石力学试验和原位岩石力学性质及配套的各项试验研究工作。主要包括室内岩石力学三轴剪切试验、节理(裂隙)测量、岩体变形特性(静载)试验、岩体抗剪(抗剪断)试验、岩体抗拉试验、混凝土与基岩胶结面抗剪和摩擦等试验和硐室声波普测、硐室地球物理勘探、含水量测试、钻孔声波测试、钻孔压水试验等试验研究工作。锚碇系统的摩阻力由基岩与锚碇系统接触面的正应力与摩擦系数来决定,摩擦系数一般由相似原理进行模型试验或现场测试得到。硐室地球物理勘探是查明锚碇围岩(主要是锚碇下部及两锚体之间的岩体)中的岩溶发育情况。
试验资料的整理应通过对现场和室内大量试验数据的综合分析,结合现行有关行业规范(规程)和工程经验的类比,提出西岸隧道式锚碇边坡区域岩体力学参数建议值,供设计采用。
2.3锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究
坝陵河悬索桥西岸锚碇围岩为弱风化~微新的灰岩和白云岩,属于易溶蚀化岩体。锚碇边坡地段地下水主要为(节理)裂隙水、岩溶裂隙水和岩溶孔(洞)穴水。西岸隧道式锚碇锚体混凝土浇筑后,在边坡岩体中形成不透水体(阻渗体),从而改变锚碇边坡的地下水渗流场。可以预见,地下水将从锚塞体混凝土边缘绕渗,因此锚塞体与围岩的交界部位岩体更易遭到溶蚀,削弱锚塞体混凝土与围岩之间的摩阻力和粘结力。锚碇围岩渗透特性的研究应着重锚塞体与围岩的交界部位岩体的渗透性能与抵抗溶蚀的能力的试验研究。
为防治锚塞体与围岩交界部位岩体的溶蚀危害采取的工程措施,主要是加强锚碇边坡坡面的排水工程。
2.4锚碇及其围岩相互作用三维数值模拟研究
由于悬索桥安全是依靠锚碇固定桥的体系,锚碇发生移动将严重影响桥梁体系,甚至导致桥体破坏,因此研究西岸隧道式锚碇的锚块及其围岩在主动拉力作用下的稳定性、瞬时变位与长期变位是相当重要的。应建立真实反映隧道式锚碇锚体和围岩二者相互作用、考虑施工过程非线性、地质结构面影响等的三维数值仿真模型,对锚碇稳定性及变位进行预测[11]。
2.5锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验
根据西岸隧道式锚碇为倾斜、变截面的工程特点,需研究锚碇隧道的钻爆开挖以及支护的施工技术[12-14]。在隧道式锚碇施工过程中,自始至终都要注意严格控制围岩的完整性,尽量避免对围岩产生过大的扰动。为保证主缆等硐内钢结构的使用寿命,锚碇的防水按GB50108-2001二级标准进行控制,要求较高。施工开挖后应对围岩中的塑性变形带进行挤密压浆处理,以使锚塞体混凝土与围岩紧密结合。
2.6锚碇锚固系统试验
试验目的是验证用于坝陵河大桥锚碇锚固系统的各产品力学性能是否满足设计要求。试验内容包括锚拉杆组件静载试验、疲劳试验及锚具组装件静载试验和疲劳试验[15]等。
2.7大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究
坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体混凝土浇筑量约2×12143.322m3。锚碇结构混凝土浇筑量大,强度高,对施工工艺及养护维修提出了更高的要求;而大体积混凝土浇注施工由于受多种因素影响,若措施不当,很容易出现裂缝,影响到锚塞体混凝土的整体性强度以及钢筋的耐久性和实用性。西岸隧道式锚碇锚塞体大体积混凝土浇筑防裂技术从混凝土原材料选取和配合比的选择、降低原材料温度和控制混凝土拌和物温度、合理选择浇筑工艺和保证整体质量、有效控制混凝土内外温差到对混凝土温度进行监控及时掌握混凝土温度变化动态等一系列技术措施[16-22],都可借鉴汕头海湾悬索桥、宜昌长江公路大桥和重庆鹅公岩大桥的做法。
环境工程地质属于一项综合的研究领域,主要研究地质结构与环境之间的关系,同时涵盖地质结构的相关影响因素等,随着城市建设越来越多,对地质结构的影响也越来越严重,从而使得环境工程地质研究的范围日益广泛。
1、水资源相关问题研究我国属于缺水性国家,水资源在我国的分布又极其不均,从而导致地下水含量明显降低,对地质结构也带来了很多的不利影响,所以,环境工程地质注重研究水资源问题,包括城市建设中地下水源的分布和走向研究,以及在施工过程中对地下水的选择和利用研究,还包括对地下水源的保护研究等,从而综合评价城市水资源,使之得到合理的开发和使用,同时又要起到相关的保护作用,进而实现在城市建设中,水资源的问题得到很好的解决,实现水资源的综合利用。
2、地基结构相关问题研究城市建设中,地基结构作为整个建设的核心设施,其作用尤为重要。而环境工程地质对于地基结构问题的研究更为细致化,涉及地貌结构研究、岩土结构研究、水文地质研究和相关力学结构研究等,从而全面细致的研究地基结构,使得城市建设更加稳固。在城市建设实施前,对地基结构做到详细周全的研究,会全面的提高建筑的质量安全,确保地基稳固,降低意外风险的发生概率,从而全面的保证城市建设顺利实施。
二、城市建设环境引发的地质问题
城市建设对环境造成了较大的损害,尤其引发了较多的地质问题,从而对整个城市的建设带来不利的影响,甚至阻碍了城市的发展。
1、水质污染加重环境地质压力我国由于水资源严重短缺,使得很多地区的城市建设发展速度逐步减慢,再加上近些年由于各项建设的实施,对水资源造成较大的污染,从而加重了整个城市环境地质压力,使之面临较为严峻的考验。有些地区对水资源过渡浪费,造成水资源短缺现象加剧,使得当地的城市发展脚步缓慢,发展水平无法得到提升,人们的生活质量也相对降低;而有些地区,对水资源的保护力度较差,工业垃圾导致水质污染情况严重,使得当地的水文条件首要严重威胁,致使城市环境地质问题日益加重。
2、环境工程建设影响地质结构城市要实现快速发展,要实现人民生活水平的提升,就必须要增加施工项目,而这些建设工程对地质结构的破坏程度却在逐步加剧,有的地区由于施工时前期勘测不规范,使得建筑施工时大量的挖掘泥沙,从而对地低下岩土结构带来变化,使得地基稳定器降低,岩土松软,建筑物容易塌陷;同时,城市建设中的废弃物也影响了地质结构,一些化工生产和生活垃圾的堆砌,造成环境污染加剧,有些高污染的液体流入地下水,从而对整个地质结构带来不利影响,使得环境遭到破坏。
三、改善城市环境地质问题的措施
只有重视环境工程地质问题,制定相应的解决措施,才能真正的保证城市建设发展有条不紊,使之与环境协同并存。
1、城市发展与环境地质和谐统一城市发展的过程中,要正确对待发展与环境之间的关系,不能过于追求发展的速度,而忽略了环境的影响,要充分保障二者和谐发展,统一有序。城市建设时,既要保证建设的质量合格,也要兼顾建设施工对周遭环境带来的破坏,尽量减少污染物的排出,降低能源的消耗,同时,要做好工程前期勘测工作,保证岩土结构的稳定性,从而确保建筑物更加稳固,进而实现城市与环境和谐的发展。
2、合理控制城市发展与地质容量城市发展固然可以带动经济提升,但是,每个城市的发展要兼顾地质的容量,也就是要考虑地质结构的承受力度,不能过去开发,忽略环境保护。在城市建设时,要考虑城市地质结构的承受水平,制定合理的规划方案,以保护环境为首要条件,在地质容量正常的情况之下,稳健的发展城市建设,有效的控制城市污染,降低城市废弃物带来的环境破坏,从而保证地质容量得到有效利用和监控,城市发展又可以实现稳步前进,使得城市建设与环境工程地质之间的关系更加和谐统一,实现可持续的发展战略。
四、总结
关键词:岩体结构控制论工程地质模型分析方法
一、岩体结构的工程地质模型
岩体形成和发展过程伴随着各种内、外地质营力的作用,从成岩的类型分为沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类,由于结构面的存在使岩体具有一定的结构,其结构特性控制着岩体的性质和变形破坏,因此,我们在解决岩体工程问题时,应该从岩体的地质模型出发。孙广忠教授建立了8个基本的地质模型:水平层状岩体、缓倾层状岩体、陡倾层状岩体、陡立层状岩体、弯曲层状岩体、完整块状岩体、碎裂块状岩体和岩溶化块状岩体。孙玉科在研究了大量露天矿和水电工程的边坡滑坡资料后,归纳出5种具典型意义的工程地质模型,即:金川模型、葛洲坝模型、盐池河模型、白灰厂模型和塘岩光模型。目前,这些模型广泛的应用在岩体工程中,从地质模型建立的角度考虑,首先应该调查岩体中结构面的发育特征以及与结构体的组合特征,查明岩体的赋存地质条件,如地下水、地应力条件等,再与上述的基本类型进行对比,选择适合岩体工程的模型。为了便于后面的力学分析,在建立地质模型时从各基本模型的共性特征入手,并根据工程自身的特点充分体现其个性的一面。因此,建立岩体的工程地质模型是一项系统的工作。
二、岩体结构力学模型
孙广忠提出了四种岩体介质,并根据介质的特性提出了四种岩体力学的分析方法,表1中是四种力学介质岩体特性。
表1各种力学介质岩体特征
连续介质
碎裂介质
板裂介质
块裂介质
岩体结构
1、完整结构
2、高地应力下散体结构及碎裂结构
低地应力下条件下碎裂结构及粗碎屑散体结构
板裂结构
部分碎裂结构
块裂结构
岩体变形机制
结构体压缩及剪切为主
结构体(压缩、剪切),结构面(闭合、滑移)
结构体横向弯曲及纵向缩短
沿结构面滑移
岩体破坏机制
材料的张及剪破坏
沿结构面滑动、结构体滚动、结构体张及剪破坏
弯折、溃屈、倾倒滑动
沿软弱结构面滑动
岩体力学性质控制因素
材料及环境因素
材料、结构效应及环境因素
软弱结构面及结构体
软弱结构面
岩体力学性质研究方法
典型地质单元三轴力学试验及尺寸效应
岩块三轴试验、尺寸和围压效应
软弱结构面力学性质及弹性模量
软弱结构面力学性质及爬坡角理论
岩体力学分析方法
连续介质岩体力学
碎裂介质岩体力学
板裂介质岩体力学
块裂介质岩体力学
对于基岩斜坡失稳破坏主要表现为软弱岩体的蠕滑变形、岩体沿着已存在的地质结构面发生剪切破坏、岩石块体的塌落和板状结构岩体的倾倒、上部岩体沿岩层层面或较软弱夹层发生剪切滑动等。李铁峰将基岩斜坡的变形模式进行了总结,根据结构面倾向、倾角与斜坡产状之间的关系,以及软弱夹层的发育情况,将斜坡的变形模式分为倾倒变形、溃屈型破坏、顺层滑动破坏、裂隙滑动、侵入接触滑动、拉裂-脱离母岩-崩塌、压缩流变。
三、岩体结构力学的分析方法
早期多数把岩体看成连续的介质,用一些连续的线性分析方法来解决岩体力学问题。根据岩体不连续、方向异性等特点,目前出现了许多的不连续分析方法,如:离散元算法、块体理论、DDA方法等,其理论基础更符合岩体的性状。
离散元法(DiscreteElementMethod)考虑结构体受力后的运动状态,以及由此导致受力状态及系统的变形(块体运动)随时间的变化,该法由Cundll于1971年首次提出,用来计算结构面和结构体组成岩体的非连续变形,以后又进一步发展了考虑块体本身的弹性变形,并推广至三维和动力问题。目前,离散元应用的文章较多,而研究基础计算方法的文章很少,因此,加强离散元法基础理论、基础算法及误差分析方面的研究,汲取有限元法等数值方法的优点,使之既能保持在描述散体的整体力学行为和力学演化全过程方面的优势,又能有效描述介质局部连续处应力状态和变形状态,使离散元法的模型建立真正满足几何仿真,物理(本构)仿真,受力仿真和过程仿真的原则,是离散元法研究领域的首要工作。
块体理论由石根华(1977)提出并在美与Goodman合作完善起来的,应用几何学、拓扑学碎裂结构岩体。近些年,块体理论在岩体工程中应用十分广泛,E.Hoek等(1998)应用块体理论开发了用于地下开挖工程的分析程序—Unwedge;2001年Rocscience公司推出了Swedge4.0,该软件可以用来计算边墙块体的体积及稳定系数。汪卫明、陈胜宏(1998)在矢体概念的基础上开发出三维岩石块体系统的自动识别方法,该方法能够有效解决包含不规则地形面和非贯通结构面等情况下的复杂块体的识别问题;卢波、陈剑平等通过应用随机不连续面三维网络模拟技术对复杂有限块体的自动搜索及确定其空间几何形态,并提出了“有形即是有限”的分析方法;张子新等把分形几何与块体理论相结合,提出分形块体理论,建立分形块体理论赤平解析法,并把随机概率模型引入分形块体理论,研究了三峡高边坡关键分形块体的滑落概率和分形块体的大小及其分布密度;张子新等将赤平投影图解析化,提出了块体理论的赤平投影解析法,并应用该法分析了某矿卷扬机硐室的稳定性;赵文把概率理论引入节理迹长分布的研究之中,推导了多组节理切割岩体形成关键块体概率的计算公式,从而使原来的一些关键块体转化为稳定块体,减少了关键块的数量。
近年来,石根华又将块体理论进一步发展,1993年由石根华提出的块体系统不连续变形数值分析新方法,简称为DDA方法,该方法是求解块体系统连续变形、大变形和大位移数值分析方法,块体的形状可以是任意的凸凹多边形,块体间也不一定要求角点接触。国内已研制了二维DDA程序软件,并与日本九州大学环境地盘工学研究中心合作将三维块体分析方法应用于三峡船闸高边坡的岩体稳定分析,并对船闸开挖施工过程及其支护效果的数值模拟,绘制了各开挖步序的岩体变形等值线图。
四、岩体结构控制论的工程应用
随着国民经济的发展和大型建设项目的实施,涉及到大量的地下工程建设项目,如采矿巷道、道路隧道、水电工程的地下洞室等。地下工程的一项主要研究工作就是分析围岩应力重分布特点以及变形破坏规律,这些都要受到岩体结构的控制。例如:康立勋通过研究块状结构岩体中自重应力传播的法则,得到了岩体的应力大小受岩块数量以及岩块几何参数控制的结论,并将研究结果用于计算煤炭地下采场顶结构载荷。隧道工程中岩爆和岩体结构关系密切,完整性好的岩体易发生岩爆,当节理裂隙发育到一定程度一般不会发生岩爆;岩层的层厚状态及层面与洞室的空间组合关系与岩爆有重要的关系;优势节
理组与最大主应力的夹角大小也与岩爆紧密相关。
上面提到了岩质边坡变形破坏形式主要受控于岩体的岩性和结构特性。如:河西走廊金川露天矿上盘西区边坡变形破坏、乌江鸡冠山崩破坏和清江水布垭水利枢纽马崖高边坡等属于倾倒破坏;因此,分析岩体稳定性时,应根据岩体的岩性、岩体结构特性等对边坡进行分区,分析各区岩体力学机制和变形破坏机制,再结合边坡开挖各项参数计算边坡稳定性。
一般计算地基沉降变形时,把地基岩体当作各向同性介质,未考虑结构面的影响。其实,当岩体中的节理裂隙发育程度及方位满足某种条件时,则地基的滑移变形将受其中的优势结构面控制。如:章杨松等对润扬大桥节理化岩体,运用优势结构面理论,分析确定了影响和控制岩体地基沉降变形的优势结构面组合,提出了“优势结构面模型”与“遍有节理单元模型”数值分析确定岩体地基沉降变形的联合算法。遍有节理单元模型是考虑遍布岩体中的节理对岩体的受力和变形的影响的数值分析方法计算时输入了众多组结构面的参数,而考虑优势面时只输入两组左右优势面的参数,次要的结构面则忽略之。在相同力条件下,考虑优势结构面影响时,计算的地基变形大于不考虑优势结构面影响时计算的地基变形,说明优势结构面对地基的变形有明显的影响,因而也将影响地基的承载力。
五、结论
本文从岩体工程地质模型、结构力学模型、分析方法和工程应用这四个方面总结了岩体结构控制论的研究和应用现状。根据岩体的岩性特征、结构面发育情况、岩体的地应力、地下水条件等建立岩体的工程地质模型,并将岩体划分为四种力学模型,分析岩体结构控制下的变形破坏机制。介绍了目前用于不连续岩体结构计算的方法。对岩体结构控制论在地下工程、边坡工程、库岸工程和地基基础中的应用作了简单介绍。
参考文献
[1]孙广忠.岩体结构力学.[M].北京.科学出版社.1988.
[2]孙玉科.岩体结构力学—岩体工程地质力学的新发展.[J].工程地质学报.1997.5.4.
[3]许兵.关于岩体结构力学基本观点探讨—试论孙广忠教授的岩体力学道路.[J].工程地质学报.1997.5.4.
[4]孙玉科.工程地质学发展予创新思路探讨之六—《工程地质模型》初论.[J].岩土工程界.6.2.
[5]许兵.论地质模型—涵义、意义、建模与应用.[J].工程地质学报.1997.5.3.
关键词:水利水电;工程地质问题;环境问题;勘测问题
一、水利水电工程建设与环境问题
1.1水利水电工程与地震问题水库等水利水电工程建筑物蓄水后,由于地应力的调整或水体下渗等原因,触发了地质断层的复活而诱发地震。研究表明,要触发一个比较大的地震需具备以下三个条件:①水库岩石比较破碎,且处理效果不十分理想;②存在有利于应力集中的地质环境条件;③水库水荷载所产生的超孔隙水压力足够大。关于水库诱发地震的事件国内外均有报道,一般而言,水库的坝址没有较大的断裂带存在,仅仅是水荷载引起的地应力,诱发地震的可能性是很小的。但如果诱发大的地震,那将是灾难性的。从1987年的资料至今,我国已建设的坝高在15米以上的水库共18000多座,已发现水库诱发地震的有13座。
1.2水利水电工程与水文问题水利水电工程建成后改变了下游河道的流量过程或周围环境水域的分布,从而对周围环境造成影响。例如:①大坝水库不仅存蓄了汛期洪水,而且还截流了非汛期的基流,往往会使下游河道水位大幅度下降甚至断流,并引起周围地下水位下降,从而带来一系列的环境生态问题;②下游天然湖泊或池塘因断绝水的来源而干涸;③下游地区的地下水位下降;④入海口因河水流量减少引起河口淤积,造成海水倒灌;⑤因河流流量减少,使得河流自净能力降低;⑥以发电为主的水库,多在电力系统中担任峰荷,下泄流量的日变化幅度较大,致使下游河道水位变化较大,对航运、灌溉引水和养鱼等均有较大影响;⑦当水库下游河道水位大幅度下降以至断流时,势必造成水质的恶化。由此可见,水利水电工程对水文的影响是不容忽视的一个重要问题。
1.3水利水电工程与气候问题一般情况下,区域性气候状况受大气环流和水体分布所控制。如果修建大、中型水库及灌溉工程后,当地水体的分布会发生较大的变化。如原先的陆地变成了水体或湿地。局部地表空气变得较以前更加湿润,形成新的小气候,对当地气候会产生一定的影响。主要表现在对降雨、气温、风和雾等气象因子的影响方面。
1.4水利水电工程与鱼类、生物物种问题①对鱼类的影响:切断了洄游性鱼类的洄游通道;水库深孔下泄的水温较低,影响下游鱼类的生长和繁殖;下泄清水,影响了下游鱼类的饵料,从而影响鱼类的产量;高坝溢流泄洪时,高速水流造成水中氮氧含量过于饱和,致使鱼类产生气泡病。②对植物和动物的影响:库区淹没和永久性的工程建筑物对植物和动物都会造成直接破坏;同时局部气候变化、土壤沼泽化、盐碱化等都会对动植物的种类、结构及生活环境等造成影响。
二、工程地质工作中存在的问题
2.1工程地质勘察的质量问题在工程地质勘察过程中,主要问题有以下几种:①工程概念不清,勘探侧重点不明确,针对性不强,方法不当,手段落后;②工程地质分析工作中所选择的理论、方法、计算公式等与实际情况有较大出入,其适应条件的物理意义混淆不清;③地质报告中基本地质条件不清楚。我们遇到的主要工程地质问题有:①界定不准确或论证不充分,有问题遗漏甚至结论性错误;②有些地质报告没有地质结论,也有些工程没有做多少地质工作就先下结论,极不严肃。此类问题产生往往造成阶段性工程审查不能一次性通过,可能延误开发时机;或者尽管通过了审查,但却给工程留下了隐患,这种情况的危险性极大。
2.2勘测周期不合理的问题从工程地质勘察到地质报告的提交需要一定的工作周期,这是再简单不过的道理,然而有些工程却没有进行基础性的前期投入。主要存在问题有以下几个方面:①一旦需要申报项目,立即就要求提交地质报告;②今天刚刚提交可研报告,明天就要求提交初设报告。此类情况多为地方性工程,一般国家投资的大型工程出现这种局面的不多。没有足够的勘测周期所造成的后果是严重的,由于地质条件不清楚,直接导致投资控制不住,施工后修改设计等情况。更可怕的是留下了工程隐患,可能造成重大的工程事故。
三、结语
工程地质学是20世纪才建立和发展起来的一门地球科学。水利水电工程地质勘察是所有行业中涉及面最广、问题最复杂、任务最艰巨、声望最高、最具权威性的龙头行业,它具有自身的特殊性与复杂性。水利水电工程建设与环境保护是一项长远的任务,是水利水电工程顺利进行的重要保证之一。保护和改善工程环境是保证人们身体健康的需要,是现代化大生产和保证工程质量的客观要求,是保证工程永久利益的必须条件。工程地质工作的质量,对工程方案的决策和工程建设的顺利进行至关重要。由于地质问题引起的工程事故时有发生,轻则修改设计延误工期,严重时造成工程失事,给人民生命财产带来重大损失。近年来。工程地质勘察质量有下滑趋势,工程地质分析不够深入,有时甚至出现工程地质评价结论性错误这样严重的问题。笔者认为,总结分析水利水电工程地质勘察过程中存在的问题,具有重要的现实意义。
参考文献:
[1]林妙月.区域构造稳定性及地震性危险评价问题[M].北京:地震出版社,2008:99-100.
[2]王连生.水利水电工程地质[M].武汉:武汉大学出版社,2008:13-15.
关键词:水利水电;工程地质问题;环境问题;勘测问题
1水利水电工程建设与环境问题
1.1水利水电工程与地震问题水库等水利水电工程建筑物蓄水后,由于地应力的调整或水体下渗等原因,触发了地质断层的复活而诱发地震。研究表明,要触发一个比较大的地震需具备以下三个条件:①水库岩石比较破碎,且处理效果不十分理想;②存在有利于应力集中的地质环境条件;③水库水荷载所产生的超孔隙水压力足够大。关于水库诱发地震的事件国内外均有报道,一般而言,水库的坝址没有较大的断裂带存在,仅仅是水荷载引起的地应力,诱发地震的可能性是很小的。但如果诱发大的地震,那将是灾难性的。从1987年的资料至今,我国已建设的坝高在15米以上的水库共18000多座,已发现水库诱发地震的有13座。[1]
1.2水利水电工程与水文问题水利水电工程建成后改变了下游河道的流量过程或周围环境水域的分布,从而对周围环境造成影响。例如:①大坝水库不仅存蓄了汛期洪水,而且还截流了非汛期的基流,往往会使下游河道水位大幅度下降甚至断流,并引起周围地下水位下降,从而带来一系列的环境生态问题;②下游天然湖泊或池塘因断绝水的来源而干涸;③下游地区的地下水位下降;④入海口因河水流量减少引起河口淤积,造成海水倒灌;⑤因河流流量减少,使得河流自净能力降低;⑥以发电为主的水库,多在电力系统中担任峰荷,下泄流量的日变化幅度较大,致使下游河道水位变化较大,对航运、灌溉引水和养鱼等均有较大影响;⑦当水库下游河道水位大幅度下降以至断流时,势必造成水质的恶化。由此可见,水利水电工程对水文的影响是不容忽视的一个重要问题。[2]
1.3水利水电工程与气候问题一般情况下,区域性气候状况受大气环流和水体分布所控制。如果修建大、中型水库及灌溉工程后,当地水体的分布会发生较大的变化。如原先的陆地变成了水体或湿地。局部地表空气变得较以前更加湿润,形成新的小气候,对当地气候会产生一定的影响。主要表现在对降雨、气温、风和雾等气象因子的影响方面。
1.4水利水电工程与鱼类、生物物种问题①对鱼类的影响:切断了洄游性鱼类的洄游通道;水库深孔下泄的水温较低,影响下游鱼类的生长和繁殖;下泄清水,影响了下游鱼类的饵料,从而影响鱼类的产量;高坝溢流泄洪时,高速水流造成水中氮氧含量过于饱和,致使鱼类产生气泡病。②对植物和动物的影响:库区淹没和永久性的工程建筑物对植物和动物都会造成直接破坏;同时局部气候变化、土壤沼泽化、盐碱化等都会对动植物的种类、结构及生活环境等造成影响。
2工程地质工作中存在的问题
2.1工程地质勘察的质量问题在工程地质勘察过程中,主要问题有以下几种:①工程概念不清,勘探侧重点不明确,针对性不强,方法不当,手段落后;②工程地质分析工作中所选择的理论、方法、计算公式等与实际情况有较大出入,其适应条件的物理意义混淆不清;③地质报告中基本地质条件不清楚。我们遇到的主要工程地质问题有:①界定不准确或论证不充分,有问题遗漏甚至结论性错误;②有些地质报告没有地质结论,也有些工程没有做多少地质工作就先下结论,极不严肃。此类问题产生往往造成阶段性工程审查不能一次性通过,可能延误开发时机;或者尽管通过了审查,但却给工程留下了隐患,这种情况的危险性极大。[4]
2.2勘测周期不合理的问题从工程地质勘察到地质报告的提交需要一定的工作周期,这是再简单不过的道理,然而有些工程却没有进行基础性的前期投入。主要存在问题有以下几个方面:①一旦需要申报项目,立即就要求提交地质报告;②今天刚刚提交可研报告,明天就要求提交初设报告。此类情况多为地方性工程,一般国家投资的大型工程出现这种局面的不多。没有足够的勘测周期所造成的后果是严重的,由于地质条件不清楚,直接导致投资控制不住,施工后修改设计等情况。更可怕的是留下了工程隐患,可能造成重大的工程事故。
3结语
工程地质学是20世纪才建立和发展起来的一门地球科学。水利水电工程地质勘察是所有行业中涉及面最广、问题最复杂、任务最艰巨、声望最高、最具权威性的龙头行业,它具有自身的特殊性与复杂性。水利水电工程建设与环境保护是一项长远的任务,是水利水电工程顺利进行的重要保证之一。保护和改善工程环境是保证人们身体健康的需要,是现代化大生产和保证工程质量的客观要求,是保证工程永久利益的必须条件。工程地质工作的质量,对工程方案的决策和工程建设的顺利进行至关重要。由于地质问题引起的工程事故时有发生,轻则修改设计延误工期,严重时造成工程失事,给人民生命财产带来重大损失。近年来。工程地质勘察质量有下滑趋势,工程地质分析不够深入,有时甚至出现工程地质评价结论性错误这样严重的问题。笔者认为,总结分析水利水电工程地质勘察过程中存在的问题,具有重要的现实意义。
参考文献:
[1]林妙月.区域构造稳定性及地震性危险评价问题[M].北京:地震出版社,2008:99-100.
[2]王连生.水利水电工程地质[M].武汉:武汉大学出版社,2008:13-15.
关键词:工程;地质勘探;水文环境
中图分类号:F407 文献标识码:A
水文地质勘探工作在很多方面都有重要的作用,例如对建筑物持力层的确定、基本设计以及工程整体的地址危害控制等内容都离不开对水文地质的勘探,因此,做好水文地质勘探工作具有重要的现实意义。
1 水文勘探活动应包含的内容
水文地质环境勘探过程实践中,一般要从以下几个方面入手进行,首先要研究地下水文环境对建筑物基桩及岩土工程作业所产生的影响,并提出相应的应对措施。
1.2 地下水文勘探工作中,要根据各个建筑物桩基的具体情况来进行分析,结合其实际需要确定相关的地质内容,只有这样,才能够保证水文地质材料的真实性、科学性,同实际状况相符合。
1.3 要根据地下水文环境对岩土工程的影响提出具体的应对措施。
①地下水水位线以下的建筑物基桩中水对砼及砼内钢筋的腐蚀性。②对选用软质岩石、强风化岩、残积土、膨胀土等岩土体作为基础持力层的建筑场地,地表下含水层中持续的水源活动会导致地下岩土层硬度下降、开裂、体积变大或缩小,所以地下水活动对地质的应该被着重记录。据研究可知,当建筑物基桩所在的地层深度含有松散、饱和的粉细砂、粉上时,应预测产生潜蚀、流砂、管涌的可能性。③如果勘探地区的地层结构中存在承压含水层,应对基坑开挖后承压水冲毁基坑底板的可能性进行计算和评价。④在地下水水位下建设建筑物深基坑,应进行渗透和富水试验,要充分分析人为降低地下水水位导致的地下环境改变对附近建筑物结构带来的危害。
2 岩土水位环境研究
岩土水理性质说的是在地下水互相作用的同时表现的物理特性,岩土水理性质在地下水文勘探中主要用于研究岩土强度变化和脱水或吸水后岩土层物理形变产生的对附近建筑物结构安全造成隐患。以前的勘探工作中,对其水理性质的研究就不够充分。岩土的水理性质是岩土和地下水互相作用展现的结果。
2.1 地表下水储存按贮存形式和物理性的不同可以分为重力水、毛细管水以及结合水三大类型。其中结合水根据结合强度的不同又可以细分为弱结合水和强结合水。
2.2 岩土水理性质及测试办法:①软化性,主要是对演示耐水浸水能力、耐风化能力加以判断的指标。一般粘土层、页岩、泥沙质岩、泥岩等都存在一定的软化性。据研究得知,如果地下环境中存在易软化岩层,在地下水的长期持续侵蚀下逐渐产生软弱夹层。②透水性,是指岩土层可以析出水分的物理特性。岩上体渗透系数,是一项重要纸币,在地质调查中靠抽水试验获取,在勘探后活动中,物理特性中的透水性通常用渗透系数测算。③崩解性,说的是岩浸水湿化之后,因为土粒遭受到损坏,使得其整体的土质崩解。④给水性,饱水岩土在地球重力影响下从缝隙中渗出水分,通常用给水度来衡量渗出水的量。在地质勘探活动中给水度是一项重要的指标,对场地疏时间产生重要影响,给水度主要通过几项实验进行测定。⑤胀缩性,说的是岩土在吸收充足的水分之后体积有所增加,在失去水分之后体积有所减少,这种特性的根本就是因为其表面的颗粒通过吸水增加水膜的厚度,以及水膜脱水导致形变而产生的。
3 要充分考虑地下水文条件对岩土工程的影响
地下水水位的降低和升高以及其压力变化等原因导致了地下岩土工程施工过程中的安全隐患。
3.1 地下水位环境的变化会给岩土工程作业带来一系列的不良影响。自然力和人为因素都会导致地下水文环境的变化。如果地下水水位剧变,会对建筑深基坑工程造成不可挽回的损失,也会严重影响周围建筑物的结构稳定性。地下水位环境的变化所引发的损害还有以下几种形式
3.1.1 地下水水位升高会导致岩土工程安全隐患
导致地下潜水水位升高的原因很多,最重要原因是受水位环境的影响使地下含水层和总体岩发生的改变以及水文气象原因的变化引起的作用,包括降水和气温等内容,另外还有人为影响的灌溉和施工等方面的内容的作用,还有的会是多方面因素作用的效果。
3.1.2 地下水水位降低会对岩土工程作业的安全进行产生影响。人为活动也可以使地下水水位降低,假如用抽水泵大量抽取地下水,为开采化石能源将地下水抽出,再如一些大型水利工程的建设会对地下水水位产生影响。地下水水位降低速度的增长,会引起包括地裂、地面塌陷或者沉陷等自然现象,严重的情况还会有水源枯竭、水质遭污染的现象,这些情况会对水体、土质和建筑以及人类的正常生活产生不良影响。
3.1.3 地下水水位变化会妨碍勘探活动。地下水水位上升与下降,地下岩土会不均匀的膨胀,导致地下环境变化。地下水水位如果变化幅度多大,地下岩土环境的形变量也随之增长,再有一些小型的建筑也会因此产生地裂的现象。地下水升降的变化会受到多方面原因的影响,包括地下水渗透在内的多种原因会淋失土壤当中的铁铝成分,这样一些胶结物的流失会引起土层的松散,另一方面其水分的含量也会有所增加,同时压缩模量和土壤的承受力也不如从前,对于基础性的工程内容和后续处理有一定的影响。
3.2 地下水动压力给与岩土工程的压力损害
在自然环境下地下水的压力的作用不大,这样就会形成一定的岩土工程损害,包括流砂、管涌、基坑突涌等。这些内容的构成和预防都已经具备了详细的记录,有关人员可以独立搜集查阅。
结语
根据以上内容总结,我们可以知道水文地质工作在多方面都有重要的应用,包括建筑物持力层的确定、基本设计以及工程整体的地址危害控制等内容,工程勘察领域的工作水平不断发展,必然会使得这方面的工作受到更好的管理和关注,落实完善水文地质工作会对提升其勘察能力有重要的作用。
参考文献