探讨岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用

谢庆修

（广西壮族自治区河池水利电力勘测设计研究院 广西河池 547000）

探讨岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用

谢庆修

（广西壮族自治区河池水利电力勘测设计研究院 广西河池 547000）

随着科学技术和社会文化的发展，岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用越来越广泛，它在水利水电的建设过程中起着非常重要的作用。通过深入的探讨在水利水电工程勘察中的岩体地质条件和问题，利用最先进的勘察方法来解决实际中存在的一些问题，可以为水利水电工程的顺利开展、人民的幸福安康作出一定的贡献。本文就从岩体工程地质力学的原理、重要性，水利水电工程勘察中的问题及岩体工程地质力学在其中的应用等方面进行简介，希望给同行或者同类工程的人带来一些价值和借鉴。

岩体工程地质力学；水利水电；勘察；应用

1 引言

岩体工程地质力学是一门新兴的学科，其在我国水利水电工程勘察中的应用也越来越广泛，而水利水电工程勘察的主要目的和任务是：查明枢纽建筑物工程区的地质条件，预测有可能出现的地质问题，利用有利的地质条件，改造或避开不利的地质因素。通过前期周密的地质勘察，给设计部门提供可靠真实的地质资料，在工程建设中，工程地质又不断为工程建设地揭露其地质情况，为工程建设提供专业合理的建议。到目前为止，我国已经成功建设的重大水电站有：二滩、三峡、小湾、溪洛渡等。

2 岩体工程地质力学的原理和简介

岩体工程地质力学是在我国岩石力学和工程地质工作者长期的工程地质研究和地质工程实践基础上发展起来的一门新兴的应用学科。岩体工程地质力学是以岩体结构控制论作为基础，将工程、地质和岩石力学紧密的结合起来，形成独特的学科特色，也为我国工程学科和岩石力学的发展提供了坚实而宽广的工程地质学基础。

早在1963年谷德振先生就提出了“岩体结构”的概念和岩体工程地质力学的学术思想体系。王思敬先生又进一步深入探讨并全面总结了岩体工程地质力学的成果，开始使用“工程地质力学”这个学科称谓。这些年来，各个理论成果已经成为我国岩石力学和工程学科发展的一块坚固基石，也为解决我国工程建设中的一些关键工程地质岩体力学问题起到了非常重要的作用。

近年来，为满足国家需求，针对重大工程建设中遇到的一些地质工程新问题，逐渐形成了以土石混合体结构力学、多尺度统计岩体力学和非线性岩土力学三项新理论为基础，以多源信息监测与反分析、多元介质测试、工程地质改良与加固、三维地质建模与仿真四项技术为支撑的多元随机介质工程地质力学技术方法和理论体系，并取得了大量的创新性研究成果。

岩体工程地质力学的研究目的，就是要解决建筑物的基础岩体稳定性问题，以防发生重大的事故，保证工程施工的顺利进行，从而为合理的工程设计提供依据。所以，就要求我们要从岩体的客观实际出发，抓住岩体破坏、变形的主要矛盾，发展岩体工程地质力学的科学方法，这也正是国际上岩体力学一直在探索的方向。

3 岩体地质在水利水电工程勘察中的重要性

事实证明，在水利水电工程开始建设之前，对建设区进行严密的调查，掌握其地质条件的规律性，是修建水电工程成功的关键性因素。反之，忽视或不重视地质的水电工程，建设过程中或后期出现问题的概率就会很大，例如意大利的瓦伊昂拱坝修建的过程中，由于对深层岩体地质条件查勘不充分，加上当时对深层滑坡认识还不足，设计人员对一些地质学者提出可能存在深层滑坡的地质问题不足够重视，导致水库蓄水后库周山体岩体地质水文条件发生了重大变化，致使在1963年10月，水库左岸陡峭石灰岩山坡产生了巨大规模的滑动崩塌，使1.5亿m3的库容被填满，并且同时库水漫过大坝，顺流而下，造成了3000多人死亡的严重事故发生。由此可见，在水利水电工程勘察过程中，岩体工程地质力学有着非常重要的作用。

4 岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用

对任何水利水电工程地质条件及问题，从地表到地下的研究，从定性到定量的评价，都离不开勘探工作。而勘探的目的和任务就是为了查明岩土体的工程地质条件，为工程建设提供专业合理的建议。各种勘探方法及手段中就充分应用了岩体工程地质力学。水利水电工程地质勘探主要包括：工程物探、坑探、工程钻探、遥感技术等。

4.1 物探

物探是工程地球物理勘探的简称，它是以地质体（或地下岩土层）的物理性质差异作为基础，通过仪器来观测人工物理场或自然的变化，从而确定地下地质体的空间展布范围（形状、大小、埋深等），并且可以测定岩土体的物理性质参数，进而达到解决地质问题的一种物理性勘探方法。

4.2 坑探

坑探是用挖坑方式来观察地质地层情况的方法。它的特点是勘察人员可以直接的观察到地质的结构，以便于素描，并且可靠准确。对于研究软弱泥化夹层、断层破碎带和滑动面（带）等空间分布的特点及工程性质等都有十分重要意义。坑探主要包括探槽、探坑、竖井、浅井、平洞、斜井等。坑探在水利水电项目中被作为一种辅助勘察手段而得到广泛的应用。

4.3 钻探

钻探是指为划分和鉴别地层，用钻机从地表向地下钻进，在地层中形成圆柱形钻孔。钻探是水利水电工程地质勘察中最基础的一种方法，应用非常广泛。钻探是通过钻孔来采取不同深度的岩芯可以直观地确定地质构造，地层岩性，岩体风化特征等，进而判断出地质情况，查明地下水的类型。地质人员在钻探过程中应该根据钻探的质量要求，仔细认真的记录好钻探中出现的各种现象，选择合理的钻探方法，保证成果能够真实地反映该工程地段的地质条件。

4.4 遥感技术

遥感技术是指通过对信息进行研究、分析，确定目标物相互关系和属性的一种技术，在水利水电地质勘察中也应用比较广泛。根据遥感平台高度的不同，一般可以分为地面、航空和航天遥感三大类。按探测电磁波的工作波段进行分类，一般可分为可见光、红外和微波遥感等。遥感技术的优势在于以下几点：①感测范围大，具有宏观、综合的特点。②信息量大，具有技术先进，手段多的特点。③更新周期短，获取信息快，具有动态监测的特点。

5 水利水电工程勘察中典型的工程地质问题形成的条件和对策

5.1 滑坡

形成条件：原有的斜坡结构遭到破坏或者是斜坡外部的荷载超过它的承受能力等，岩土体沿着一定的软弱面或软弱带顺坡向下滑动。其防治措施有：削坡、排水、抗滑挡土墙、抗滑桩、灌浆法、预应力钢索锚固措施、焙烧法、砂井砂桩加固法等。

5.2 崩塌

发生条件和因素：地质构造：岩层产状、构造作用；山坡坡度55到75度，表面凹凸不平；岩石性质和节理程度：软硬岩石互层组成。其防治措施有：灌浆、爆破或打楔、铺砌覆盖、调整地表水流、坡面喷浆等。

5.3 泥石流

形成条件：有较大的沟床纵坡和陡峻的地形；流域内有丰富的固体物质，源源不断地补给泥石流；流域中上游有由冰雪强烈消融或强大的暴雨及湖泊的溃决等形式补充的水源等。其防治原则是以防为主，兼设生物、工程措施。

5.4 水库地震

水库地震是指水库蓄水后诱发的地震，发生条件有：激发条件、地质条件，激发条件又包括直接效应和间接效应。目前，我国最大的水库地震是1962年3月19日广乐省新丰江水库诱发的6.1级地震。水库地震防治措施有：尽量减少对可诱发水库地震地质条件的破坏，采取有效措施预测水库地震发生的级别和频率，做好预防应急预案等。

6 岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中应用的实例

通过谷德振先生的岩体工程地质力学理论得知，工程地质勘察中要重视收集地质基础的资料、重视区域地质构造的体系、重视岩体结构研究。并且在此基础上开展高重力坝、高拱坝、地下厂房、深埋长隧洞、抽水蓄电站的工程地质勘察，往往会得到较好的成效。在此，以上文提到的成功建设的小湾水电站作为对象做以下简介。

小湾水电站混凝土双曲拱坝坝基岩体卸荷：根据勘察发现，在小湾水电站中，坝基部位存在的地质缺陷主要包括蚀变岩体和弱风化岩体、断层、松弛岩体、卸荷岩体等。并且在大坝坝基开挖后，建基面岩体以微风化岩体为主。建基面开始挖掘后浅表层岩体存在着比较明显的“葱皮”、“板裂”现象和开挖卸荷松弛现象，特别是在低高程坝基岩体中出现强烈的松弛现象，这也成为了主要的工程地质问题。发现问题后，对其采取了一系列的防护措施，例如清除、固结灌浆、铺设应力钢筋等，进行积极地应对。进而在监测成果的时候显示，坝基和坝肩抗力体都处于比较稳定的状态。

7 结语

综上所述，在水利水电工程中的地质勘探行为是惠民利民的基础性工程，在工程初期设计和预防地质灾害等方面都有着十分重要的作用，地质人员要充分利用好岩体工程地质力学理论，查明工程项目区域的地质问题，采用最合理的勘察技术，制定出合理、高效的勘察方案，消除各种地质问题对水利水电工程建设的不利影响，从而保证工程顺利开展。

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P642

A

1004-7344（2016）08-0167-02

2016-2-20

谢庆修（1986-），男，助理工程师，大学本科，主要从事水利水电工程地质勘察、岩土工程勘察、地灾危险性评估工作。