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水电水利工程物探规程范文1
关键词：工程勘察新技术工程建设
工程勘察是调查研究拟建工程场地的地形、地质环境特征及其与工程建设相关关系的综合应用的活动。它为工程建筑物的规划、设计、施工和使用提供地质资料和依据,是设计的基础环节。工程勘察技术包括工程地质勘察、工程物探检测、工程勘探、工程测绘、水文勘测及试验与监测技术等。随着国家“西部大开发”及“西电东送”战略的实施,工程勘察工作面临前所未有的大好形势,对工程勘察工作的要求也不断提高。各专业由于技术装备逐步改善,注重引进、开发和推广应用新技术和新工艺,并不断开拓市场,除了常规的水电河流规划、前期工程勘察及施工地质工作以外,还不断向市政工程、公路工程、工业与民用建筑、水利工程、新能源工程及国外工程拓展,技术手段也趋于多样化,勘察技术水平得到了较大提高。
1.勘察专业新技术在实践中的具体应用：
随着建设项目规模的增大,面对的工程地质问题越来越复杂且极具挑战性。经过不断探索、实践和提高,我们在诸多领域具备了很强的技术实力,如:工程岩质高边坡的工程地质勘察研究、高坝大库场地的工程地质勘察研究、大型地下洞室群的工程地质勘察研究、喀斯特地区水文地质勘察研究、高地震烈度地区高坝大库水库诱发地震监测预警系统研究等领域。地质分析的手段和方法也得到不断发展。
1.1.我国工程地质研究部门引进和开发实用软件。引进边坡稳定计算程序用于滑坡、塌岸稳定分析,提高勘察成果的定量化判识水平;引进开发了勘探图件、地质剖面制作程序及三维成像技术,开发并进一步完善“工程地质软件包程序”,较好地解决了钻孔成图中的很多难题,也为地质平面及剖面图的绘制起到了较好的辅助设计作用,取得了较好的效果。
1.2.结合工程实践研究和开发新技术。我国工程地质研究部门开发边坡斜面摄影成像技术用于工程实践,提高了地质编录工作效率,获得了大量的工程地质数字信息;开发水电站枢纽区工程地质三维可视化建模与分析研究系统,已应用于生产之中。
1.3.积极引进并应用新的地质勘察和分析手段。在水电站勘察过程中,根据地质分析的需要,在右岸构造软弱岩带勘察中,使用了地震波CT测试技术;采用模型洞原位变形观测分析地下洞室稳定性;在右岸构造软弱岩带稳定性分析、左岸地下洞室围岩稳定性分析及溢洪道边坡稳定性分析均采用了目前比较先进的三维弹塑性有限法分析和三维流形元分析方法,为稳定性评价和工程施工设计提供了可靠的基础资料和参考依据。
1.4.其他新方法新技术的引进和应用。地下洞室围岩分类、坝基岩体质量分类、边坡岩体质量分类、边坡稳定分析、岩体弹塑性理论、地质力学模型、岩(土)体物理力学性试验方法的发展应用;电脑与工程地质软件包的开发应用;勘测手段及钻进取芯技术的提高、物探各种测试手段的广泛应用强有力地促进了工程地质勘察中获取工程地质资料周期的缩短和工程地质条件快速分析评价;充分利用网络技术,进一步提高了地质专业劳动生产率。
近几年,我国从生产需要出发,新技术新工艺得到很好地推广应用：选取适合各类地层(的金刚石钻头,提高钻进效率,降低生产成本;继续完善大坝灌浆变形观测和抬动观测技术,确保坝体安全和工程质量满足要求;在河床冲积层勘探中,采用了SM胶取芯技术,保证了试验样品的原始状态,为冲积层特性研究提供了真实可靠的材料。.5水文勘测开发的电波流速仪,在电站简易测流中投入使用,达到了预期的效果。近年,又开发出水情自动测报系统,现已逐步应用于大型水电站的测报中;为改善以往在水情测报中一直采用的点测量及测流时间过长等问题,水文勘测技术人员正着手对声学“多普勒剖面流速仪(简称ADCD)”技术进行论证和调研,并逐步将此技术运用在对西部山区性河流的水情预报中,计划通过不断实践和探索,最终实现水情的“瞬时”测量预报。
1.6工程物探在水电站开展了大范围的河床冲积层地震波探测;应用声波垂直反射波法、声波CT法及红外线热成像三种相结合的方法,准确地探测到了坝体面板脱空等工程质量问题;在多项水利工程和多个水电站勘察中,应用高密度电法勘探方法,解决了水库漏水问题和断层构造发育范围及深厚覆盖层地质问题,且成效显著。研究并应用“隧洞施工监控量测一体化”,“坝基岩体质量测试的空间分析”,“数字式全景钻孔摄像系统”,“堆积体的综合物理探测技术”,“大坝面板脱空综合物理探测技术”,“小波变换在水电工程地球物理中的应用”等新方法新技术,拓展了物探的应用领域,提高了物探的探测精度。
2.勘察专题研究成果应用
2.1大型水库库岸稳定工程地质勘察成果应用20世纪80年代以来,采用了航空遥感技术与实地验证相结合的方法,相继对一批大型水电站进行了库岸稳定性研究,为快速、高质量地评价库岸稳定性及其他水库工程地质问题发挥了良好的作用。形成了一套较完整的勘察、研究、评价、预测水库区天然状况和蓄水运行条件下库岸稳定性问题的思路和工作方法,包括岸坡类型划分及其变形破坏机制、库岸再造及滑坡稳定性分析评价及预测、岸坡失稳及水库诱发地震灾害调查与分析预测、移民安置选点与处理措施建议等。该项目成果在后来开工建设的大、中型水电工程水库库岸稳定性地质调查中得到广泛应用,提高了水库库岸稳定与移(居)民点调查地质工作效率及成果质量。
2.2大坝面板脱空无损探测研究与应用“大坝面板脱空无损探测研究与应用”是通过试验比较论证提出了采用3种物探方法(声波垂直反射法、远红外热成像法、地质雷达法)进行综合评价的方法。为消除大坝病害,采取相应的处理措施,提高大坝的安全性提供了重要的依据。与传统的单一物探方法相比,本项研究成果具有多种方法互为验证、利用了不同的物性差异特征﹑探测成果准确可靠的优点。大坝面板脱空的处理质量,节约了处理成本,而且具有广阔的推广应用前景,具有较高的经济效益和社会效益。
2.3采用EH4进行深厚堆积体厚度探测应用该方法测量深度大,野外劳动强度小,生产效率高,现场测量直接成像,能十分清楚地辨别地下二度体的异常。该项新技术即EH4电导率成像探测非常实用。而该方法不受这些因素影响,较准确地探测出了堆积体厚度。研究成果及时运用于工程中,减少了工程量,节约了工程投资,节省了时间,经济效益显著。
2.4软弱岩带的工程地质特性研究成果应用：对坝址右岸构造软弱岩带的分布范围和工程地质特性进行了大量有针对性的勘探以及室内和现场试验工作,并完成了现场高压固结灌浆试验和现场渗透变形试验,针对软弱岩带的工程特性、成因进行了系统的分析论证,对工程适宜性进行了分析评价,并提出了切实可行的基础处理措施。该专题成果为可行性研究的经济技术分析论证提供了坚实的基础,对国内外同类工程的地质勘察和设计工作具有很好的参考价值.5“深挖高边坡快速地质编录成图技术”在高陡边坡地质资料收集应用中取得了较好的效果。引进该项技术用于水电站具有针对性强、收效高、安全快速等良好作用。该技术运用摄影测量的原理,通过计算机软件技术,完成高陡边坡影像的正射、线画图的生成,从而完成了地质编录工作。其技术特点:①在地质编录生产中高效、实时;②减少现场工作量,提高工作效率;③利用无站标测量技术和手段可完成传统方法无法完成的任务;④高边坡计算机快速编录成图还可以不断地积累边坡数字化的编录数据,为以后建立工程地质数据库提供良好的数据源。该技术在小湾主体工程边坡及坝基开挖中均有应用,可实现安全、高效、准确地进行地质编录,通过软件功能还可在图像上对地质现象进行较精确的定位,这是传统的地质编录所难以做到的。
3.今后工程勘察技术在实践中应用的总体思路
水电水利工程物探规程范文2
关键词：平面换能器对测法；穿透声波法；围岩分类；波速测试；动弹性参数
中图分类号：C35文献标识码： A
1引言
长期以来，在工程地质勘探中，多采用钻探和电法等物探方法 [1]。这些方法很难与岩体的物理力学性质建立关系。近些年来,在水工隧洞领域研究采用一种新的探测方法：声波探测技术。该法既是工程地质的物探手段，又是岩体力学的测试手段，具有重大的实用价值和意义。在国内外隧洞岩体探测方面得到广泛研究应用。
本文结合工程实例，通过声波探测技术中各种方法的对比，选取了适合该工程区的探测方法：平面换能器对测法和穿透声波法[2]，对该工程区的岩体地质情况进行了分类，从而为设计和施工提供依据。
2 工作原理
从工程地质勘探看，超声波探测法是小型轻便的地球物理勘探方法，其工作原理是用人工的方法在岩石介质和结构中激发一定频率的弹性波[3]。由一声源讯号发生器(发射机),向压电材料制成的发射换能器发射一电脉冲,激励晶片振动,产生声波向岩石发射,作为声波探测的声源。声波在岩石中传播,经由接收换能器接收,把声能换成微弱的电讯号送至接收机,经放大后由示波管在屏幕上显示出波形图。本次探测主要使用NM-4A型非金属超声检测分析仪，引水隧洞围岩级别判定采用带信号放大功能的10kHZ低频平面换能器，用黄油耦合，声时测量精度为±0.1us，通过超声波在岩体发射和接受换能器之间岩体的距离F和声波通过岩体距离所需传播时间T来计算波速，从而根据声波传播速度V来判别岩石和岩质情况，对岩体进行围岩分类。
（1）
3 探测方法的对比
3.1 平面换能器对测法
平面换能器对测法是将发射和接收换能器放在相距一定距离F的岩体表面，用黄油耦合，通过发射换能器发射一定频率的声波，穿过发射和接收换能器之间岩体，在相距F的接收换能器得到接收波，接收波起点时标读数即为声波通过距离为F的岩体所需传播时间，见图1。
本方法适用于岩体围岩地质情况和岩体分类，而工程区大多数开挖段由于岩体岩性软弱，节理裂隙发育，风化强烈，为防止围岩塌落等而进行了混凝土喷锚，故该方法只能反映一部分岩体的地质情况，并不能真实反映整个开挖段岩体地质。
3.2穿透声波法
穿透声波法是为了克服上述的不足，根据铁路隧道探测两钻井之间的工程地质情况原理，使用声波仪一发单收换能器，在两个测试孔内同时放入换能器进行测试，其中一个为发
射换能器，另一个为接收换能器。孔内灌满水，作为换能器与孔壁岩体的耦合剂。这种方法可以真实反映该工程区岩体情况并进行围岩分类，见图2。
图1 平面换能器对测法图2 跨孔测试方法示意图
4工程应用
建设中的迭部沟洁寺水电站引水隧洞，隧洞全长约5km，洞径约为3.6m，横穿过达拉河右岸岩体上。对引水隧洞有影响的冲沟有3条，分别为引1#冲沟；2#冲沟及3#冲沟，尤以3#冲沟最大。冲沟走向基本垂直河流，坡降较大，呈“V”，相对高差100～300m，沟内覆盖第四系冲洪积物，厚度10～30m。沿途洞室围岩岩性为变质砂岩夹板岩、板岩夹少量砂岩呈互层状。变质砂岩岩性致密坚硬，板岩岩质较软，板理发育，局部呈片理化带。岩体中断裂发育，层间挤压带和层面裂隙地带多，故在设计施工阶段，探测岩体地质状况，并判断岩性级别非常重要，为设计施工提供主要依据，并对岩体稳定性进行定量评价。
4.1 测孔布置及数据采集
按设计要求，隧洞围岩级别测试共划分为3个测区，分别为引水隧洞、厂房和坝址处，每个测区随机选取3～6个测点进行测试，采样间距0.5～1m，采用接收信号放大功能的10kHZ低频平面换能器，以得到较清晰的波形，见图3。
a. 隧洞平面换能器测试波形 b. 穿透声波法孔1和孔2跨孔测试波型
图3隧洞测试波形
一般岩性坚硬，风化微弱，结构面不发育，岩体完整性好则波速高、振幅大；反之，当岩性软弱，节理裂隙发育，风化强烈，岩体破碎则波速低，吸收衰减厉害，振幅小。应力增大，波速增高；反之，则降低。
4.2引水隧洞围岩分类
引水隧洞根据已有的勘察资料和设计资料，利用地质推断和作图等方法初步推测了一些定性指标及围岩的变化情况，引水发电洞围岩除进水口和沿线的主要冲沟段岩体属Ⅲ～Ⅳ类围岩外，其它地段洞室埋深较大，厚度在100～400m之间，隧洞均处于微风化～新鲜岩体中，属Ⅱ～Ⅲ类围岩，板岩由于岩体软弱，围岩变形较大，因此围岩分类时将微～新鲜岩体划分到Ⅲ类围岩中。围岩分类及岩体力学参数建议值见表1[4]，国外按比值和动泊松比协值对岩体分类情况见表2。
表1 围岩分类及岩体力学参数建议值
围岩
类别 岩体结构类型 纵波速度VP 岩石抗压强度Rb 岩体完整性系数
KV 变形
模量 抗剪断 弹性抗力系数K0 坚固
系数
f
f c
m/s MPa GPa Mpa MPa/cm
Ⅱ 完整层状 >4100 >80 >0.55
10
∫
15 1.1
∫
1.2 0.8
∫
0.9 70
∫
90 6
∫
8
Ⅲ 中厚层状 3000
∫
4000 40
∫
80 0.55
∫
0.30 5
∫
8 0.8
∫
0.9 0.0.6
∫
0.80 40
∫
50 3
∫
5
Ⅳ 层状
∫
碎裂 2000
∫
3000 >25 0.3
∫
0.17 2
∫
3 0.50
∫
0.60 0.30
∫
0.40 15
∫
20 ＜2
表2国外按Vp/Vs比值和动泊桑比岩体分类
动态参数比 比值范围 岩石质量好坏 围岩
类别
纵横波速比Vp/Vs 1.7～1.6 质量好 I、II
2.0～3.0 岩石质量变坏 III、IV
3.0～3.5 岩石质量较破碎 IV
3.5以上 岩石非常破碎 V
动泊松比 0.25～0.30 质量好 I、II
0.30～0.36 岩石质量变坏 III、IV
0.36～0,40 岩石相当坏 IV
0.40～0.43 岩石破碎并充水 V
4.3 资料的分析与处理
根据声波探测法的测试原理，对引水隧洞的4条引水支洞开挖段的所有岩层和厂房、坝址的岩体进行探测，对其中一部分探测资料进行整理分析[5]，并判断其岩性情况，整理结果见表3.
根据弹性波的传播速度（纵波和横波），还可以利用下列资料计算一些动态弹性参数反映岩体地质情况[6]，整理结果见表4.
动弹性模量：（2）
动泊松比：（3）
动剪切模量：（4）
式中：为岩体密度（g・cm-3）；为纵波波速（m/s）；为横波波速（m/s）
表3沟洁寺水电站引水隧洞围岩分类情况
里程范围 纵波波速/（m/s） 泊松比 岩性类别 T/（us） A/（m） F/（m）
引0+023 2205.3 0.34 Ⅳ类围岩 263.0 23.52 0.58
引0+630 2249.1 0.36 Ⅳ类围岩 231.2 26.44 0.52
引1+240 4252.6 0.27 Ⅱ类围岩 155.2 25.11 0.66
引1+760 3006.3 0.30 Ⅲ类围岩 252.8 26.44 0.76
引2+200 2690.8 0.35 Ⅳ类围岩 204.4 58.75 0.55
引3+270 2665.4 0.34 Ⅳ类围岩 217.6 25.11 0.58
引3+800 2508.7 0.34 Ⅳ类围岩 231.2 27.23 0.58
引3+850 3042.0 0.31 Ⅲ类围岩 233.4 26.85 0.71
引4+090 2006.8 0.33 Ⅳ类围岩 264.1 25.58 0.53
引4+390 2272.7 0.34 Ⅳ类围岩 246.4 38.16 0.56
引4+800 2444.8 0.33 Ⅳ类围岩 212.7 23.52 0.52
管0+032 2051.1 0.37 Ⅳ类围岩 297.4 22.92 0.61
管0+120 2217.1 0.35 Ⅳ类围岩 261.6 26.02 0.58
厂右0+019 2358.5 0.34 Ⅳ类围岩 275.6 25.11 0.65
坝0+000-坝右0+017 2717.4 0.33 Ⅳ类围岩 202.4 23.52 0.55
坝下0+005-坝右0+018 2207.1 0.34 Ⅳ类围岩 235.6 25.58 0.52
表4勾洁寺水电站引水隧洞动弹性参数计算表
里程范围 纵波波速/(km/s) 横波波速/(km/s) 纵横波速比Vp/Vs 泊松比 动弹性模量
/(Gpa) 动剪切模量
/(Gpa)
引0+023 2.205 1.086 2.03 0.34 8.47 3.16
引0+630 2.249 1.052 2.14 0.36 8.07 2.97
引1+240 4.252 2.386 1.78 0.27 39.48 15.54
引1+760 3.006 1.607 1.87 0.30 18.00 6.92
引2+200 2.691 1.293 2.08 0.35 12.09 4.48
引3+270 2.665 1.312 2.03 0.34 12.36 4.61
引3+800 2.509 1.235 2.03 0.34 10.95 4.09
引3+850 3.042 1.596 1.91 0.31 18.02 6.88
引4+090 2.007 1.011 1.99 0.33 7.29 2.74
引4+390 2.273 1.119 2.03 0.34 8.99 3.36
引4+800 2.445 1.232 1.98 0.33 10.82 4.07
管0+032 2.051 0.932 2.20 0.37 6.39 2.38
管0+120 2.217 1.065 2.08 0.35 8.21 3.04
厂右0+019 2.359 1.161 2.03 0.34 9.68 3.61
坝0+000-坝右0+017 2.717 1.369 1.98 0.33 13.36 5.02
坝下0+005-坝右0+018 2.207 1.087 2.03 0.34 8.49 3.17
5 结论
采用声波探测技术探测沟洁寺水电站引水隧洞围岩地质情况，结合超声波波速（纵波和横波）所得出的动弹性系数，得出以下结论：
（1）.穿透声波法能真实反映水工隧洞围岩的地质情况，岩体完整性及某些岩体动态弹性参数，能够克服混凝土对围岩地质情况的影响；
（2）.探测段岩体的密度越大、空隙越小，则波速越大；岩性软弱，节理裂隙发育，风化强烈，岩体破碎则波速小；
（3）.岩体结构面对波速有明显影响，如平行层理波速要高一些，垂直层理波速则低一些；
（4）.声波探测对岩体的了解较为细致,且具有简便、快速、经济、便于重复测试，对测试的岩体(岩石)无破坏作用等优点；
（5）.利用声速、声幅及超声电视测井的资料划分钻井剖面岩性,进行地层对比,查明裂隙、溶洞及套管的裂隙等（不做介绍）；
（6）.根据波速随岩体裂隙发育而降低及随应力状态的变化而改变等规律,圈定开挖造成的围岩松弛带,为确定合理的衬砌厚度和锚杆长度提供依据（不做介绍）；
（7）.用声波探测法判断出的岩体地质情况与岩石类别，跟设计院在设计阶段用其他方法以及该工程区以往经验资料基本吻合，准确率高。
参考文献：
[1]陈成宗,何发亮.隧道工程地质与声波探测技术[M].西南交通大学出版社,2005：009
[2]中华人民共和国电力行业标准，DL/T 5010-2005 水电水利工程物探规程[S].中华人民共和国国家发展和改革委员会，2005
[3]孙宝喜,吴春山,黄锐.声波探测技术方法和应用[J].黑龙江水利科技，2009（02）:225
[4]张承娟.水电工程声波围岩分类指标的探讨[J].全国第三次工程地质大会论文选集,2005
水电水利工程物探规程范文3
关键词:工程地质 岩土工程
1.工程地质学科的争议
教科书对工程地质学的三种定义:①工程地质学是研究与工程有关的地质问题的科学;②工程地质学是研究人类工程活动与地质环境相互作用的科学;③工程地质学是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地质科学。
从以上三种定义的实质中均不难看出,工程地质学强调的工程和地质的关系,研究的是人类工程活动与自然地质环境的相互作用。但是,近年来工程地质学科却正在经历着前所未有的挑战,工程地质学被异名为岩土工程学,工程地质勘察被称之为岩土工程勘察。工程界有此呼声,学术界有此呼应,一些大专院校也纷纷效仿,甚至工程地质这个专业在高校也被取消了。一时间,似乎工程地质已经成了守旧传统,岩土工程才是先进时髦的,才是可以适应市场经济并与国际接轨的。这是近年来分歧最大的争议。
这些年来工程地质勘察的不景气以及市场竞争的不规范化,工程地质勘察队伍增加了岩土工程的业务是完全必要的,但将岩土工程作为工程地质的救世主,则值得商榷了。
根据笔者的理解,岩土工程是一项工程应用技术,是针对地质体的工程缺陷实施的工程措施而进行的一系列设计和施工过程的总称。岩土工程的任务是“处理”地质体的工程缺陷,使之满足工程建筑物对地基的工程要求,因此又有“岩土工程处理技术”的别名,说明岩土工程的确是一项实实在在的工程技术。确立工程地质学是一门独立的学科,尽管也仅仅是本世纪初的事,并不象数学、物理学、天文学等等着名学科那样历史悠久,然而,之所以将工程地质定义在“学科”这样的高度上,是因为她具备学科的一些基本特性和基本理论,这就是地质学的基本特性和基本理论,换句话说,工程地质学的基本理论就是地质学(当然更包括数学、力学、化学等等),因此,又将工程地质学界定为地质学的一个分支学科或应用学科,这是符合实际的。工程地质学的最新定义也是较为全面的:研究人类工程活动与地质环境相互作用的科学。显然,工程地质与岩土工程尽管有相似之处,但也有天地之别。如果将岩土工程界定为工程地质学科的一个分支,好象还说得过去;而反过来用岩土工程来代替工程地质,则实在有些牵强附会。
1997年6月20-27日,国际工程地质学会在希腊召开了一次学术讨论会,会上决定将本学会名称改为:国际工程地质学与环境学会。我国组团15人参加,王思敬任团长。随后国内也有人提出工程地质学会改名,以便与国际接轨,但一直未获通过。在近几年的中国地质学会工程地质专委会会议上,学科和学会更名问题的交锋一直也没有停止过。我国工程地质界的前辈专家学者们多数也不同意更名,认为如此严肃的基础性应用性学科,没有必要放弃自己的传统风格,我国的工程建设任务十分繁重,工程地质学科的研究和发展前景仍然是艰巨和光明的。
2.工程地质工作的任务
在工程建设中,工程地质工作的任务十分繁重,也异常艰巨,主要任务是:①选址,选择在地质条件上相对最优的工程建筑地区或场地;②评价,阐明工程建筑区或场地的工程地质条件,进行定性和定量的工程地质评价,准确界定工程地质问题;③预测工程建筑物兴建和运用过程中地质条件的可能变化,为研究改善和防治工程地质缺陷的措施提供依据;④调查工程建筑物所需的天然建筑材料等。
3.工程地质专业的尴尬
工程地质专业是工程建设的基础性专业,没有这个专业,一切工程建设均将成为空中楼阁,这是常识性问题,我们在这里反复强调好象有些多于。然而,现实确让这一基础性专业处于一个十分尴尬的境地,主要表现在:
①工程地质专业本身的特殊性、复杂性和实践性;
②专业不景气,社会地位和经济地位与工程地质专业不相适应,工作环境、工作条件的局限,择业行为中的浮躁动机,专业本身的局限性;
③规程规范存在的问题;
④工程地质勘察技术的局限性;
⑤相关专业对工程地质专业的轻视;
⑥长官意志,某些决策者对工程地质专业的无知或轻视;
⑦世人对工程地质专业的不了解与不理解。
4. 在工程建设中的地质教训
由于地质问题而严重影响工程建设的实例太多,教训太深刻,顺手拈来几个实例:
①云南漫湾水电站左坝肩顺层滑坡和建材问题;
②贵州天生桥二级水电站厂址、隧洞等问题;
③贵州东风水电站右坝肩和帷幕线上的岩溶问题;
④乌江彭水水利枢纽前期工作重复问题;
⑤雅砻江锦屏二级水电站岩溶地下水问题;
⑥软弱夹层的遗漏对工程建设的重大影响,葛州坝、西津溢洪道等。
5. 工程地质在工程建设中的决定性作用
任何地质条件下都可以建工程,对吗?这个问题也是这些年来工程界的一个热门话题,笔者认为答案是否定的。
①陕西东庄水库灰岩坝址渗漏严重不能建坝;
②小浪底滑坡性质界定对设计的影响;
③天生桥二级水电站移民区是否滑坡对移民安置的影响;
④堤防工程中的堤基垂直防渗引起的环境地质问题,有时可能是决定性的;
⑤地质边界条件和地质参数对工程设计的影响。
6.相关学科在工程地质中的应用
①系统工程在工程地质中的应用;
②计算机技术在工程地质中的应用;
③遥感、物探、GPS等;
④水工设计施工与工程地质的关系。
清晰的工程概念是地质师所必需的。潘家铮院士对地质师的要求:应该有系统地学习水工建筑物的基本设计理论,计算方法,以及地基缺陷的影响,各种处理的措施,各种成功和失败的经验;最好补一些数学、力学、水力学、岩土力学、岩石试验、有限元分析和计算机应用等方面的基础课。五十年代初,由于我国水利水电工程地质专业人才奇缺,一批设计师改行从事工程地质专业的学习和工作,后来大都成为工程地质专业的优秀专家。实践证明,地质师的工程概念清晰,地质工作会得心应手;反之则可能事倍功半。
7.工程地质要面对现实着眼未来
汪恕诚部长最近讲话强调:不能老修改设计,因为搞招投标尤其是国际合同,修改设计就意味着被索赔。修改一个设计,似乎节省了某一个工程量,而索赔量比这个还大,大量修改设计怎么得了?汪部长的这段讲话似乎在批评设计,实则是水利水电工程地质的一个千载难逢的新的契机。
如何理解汪部长的这段话?我们认为首先要搞清楚为什么修改设计,水利工程因为地质问题而修改设计的可以举出若干例子来。
修改设计往往赖地质,我们当然可以理直气壮地说:前期地质工作投入不够,工程地质条件不清楚,地质基础资料不准确,工程地质分析出力不够或分析工作的深度不到家,工程地质问题的界定不明确或界定有错误,学术技术问题得不到广泛的讨论和争论,工程地质问题的真理有时往往掌握在少数人手里。
很明显,要想不修改设计,地质工作必须做到家,基本的地质工作量必须保证。作为地质师,既要尊重事实,坚持真理,实事求是,还要努力学习,开拓进取,勇于创新,更要勤于实践,不迷信权威,不违心唯上。工程地质专业的形象靠地质师们去树立,去维护;工程地质专业在工程建设中的地位也只有靠地质师们自己去争取
水电水利工程物探规程范文4
关键词：张家峁井田；保水采煤；水资源赋存特征；水文地质条件分区
0引言
陕北侏罗纪煤田地处毛乌素沙漠南缘，煤层埋深浅，煤炭储量丰富，但水资源量总体缺乏，生态环境脆弱，煤炭开采与水资源保护的矛盾十分突出。如何有效的对西部采煤地区水资源进行保护和利用，是许多学者和专家研究和探讨的热点问题。该地区水体赋存特征和岩土体工程地质条件是保证保水采煤可行性实现的基础和关键。
保水采煤的基本思想形成于1990年之后。1995~1998 年，陕西煤田地质局一八五队、中煤水文地质局和中国矿业大学等单位联合承担开展的《中国西部侏罗纪煤田（榆神府矿区）保水采煤与地质环境综合研究》中，首次明确使用“保水采煤”一词。2007年以后，由缪协兴主持的国家重点基础研究发展计划（973）项目，将保水采煤作为中国煤炭资源绿色开采的一部分，丰富了保水采煤的涵义[1]。
针对西部地区煤层赋存特征，总结保水采煤的研究过程和途径主要为：（1）工程地质背景（条件）研究；（2）选择合适的采煤方法（工艺），减弱覆岩破坏程度[2]；（3）水资源的利用、转移存贮[1,3]。本文即在（1）的基础上，探讨陕北
神府矿区张家峁井田保水采煤的工程地质背景问题。
1井田概况
神府矿区位于陕西省北部，与内蒙和山西交界，处于陕北黄土高原与毛乌苏沙漠的接壤地带，整体上为西北高，东南低。矿区内地形主要受河流侵蚀控制，地貌类型可分为黄土丘陵沟壑区和风沙滩地区。主要水系由窟野河及其支流组成，河流域面积7 298km2，多年平均流量17.40m3/s，最大流量13 800m3/s(1976年8月2日，据神木县水文观测站资料)。
张家峁井田位于神府矿区中部，井田地形总的趋势为西部高，中东部低，一般在1 150~1 260m。井田西部为风沙滩地区，地表被松散砂层覆盖，地势相对平坦。区内其余地区属黄土丘陵沟壑区，地形支离破碎，沟壑纵横，坎陡沟深，梁峁相间，沟谷陡峻狭窄，地表侵蚀强烈。含煤地层为侏罗系延安组，井田内可采煤层从上到下依次为2-2煤、3-1煤、4-2煤和5-2煤，埋深均在240m以内，基岩厚度为40-180m，属薄基岩浅埋煤层。井田内地层如表1所示。
井田构造相对简单，未见断层，属构造相对稳定区域。地层倾向北-西，倾角一般为1°左右，局部地段可达3°，坡降5‰~17‰。
2 上覆岩土体工程地质特征
2.1粘（粉）土隔水层工程地质特征
粘（粉）土隔水层是指由离石黄土（Q2l）和保德红土（N2b）共同组成的粘（粉）土层，为砂层含水层的直接隔水底板[4]。井田西北部粘（粉）土隔水层直接出露地表，水力切割强烈，地表沟壑纵横，水资源保护的意义不大，而位于井田西、西南部风沙滩地区的粘（粉）土隔水层，对保护地表砂层水具有重要的意义。
2.1.1土层工程地质性质
由钻孔取样室内试验得黄土和红土的基本物理性质和水理性质指标如下。
2.1.2原位压水试验
根据《水电水利工程钻孔压水试验规程》，采用三级五段式压水试验方法，分别对离石黄土和保德红土进行原位压水试验，压力采用0.2MPa、0.4MPa和0.6MPa，在不同压力下测量单位压入流量（m3/d）。
依据规程公式 计算粘（粉）土隔水层的渗透系数：黄土为0.02~0.9m/d，红土为0.002~0.6m/d，极值差较大。式中： ――土体渗透系数（m/d）； ――单位压入流量（m3/d）； ――试验段水头高度（m）； ――试段长度（m）； ――钻孔半径（m）。
2.2.3三轴全应力应变渗透试验
分别对原状黄土和红土进行三轴全应力应变渗透试验，按天然埋深施加围压（黄土为0.4MPa，红土为0.6MPa）。试验结果如图1、图2所示。
由上图可知，在围压保持不变的情况下，随轴向应力的增大，土体发生塑性应变，渗透性递减。整体来看，黄土的渗透性要比红土的渗透性高一个数量级。黄土的渗透系数约为0.014~0.02m/d，红土的渗透系数约为0.005~0.007m/d，一定程度上，可以和压水试验取得的渗透系数进行参考比较。
井田内黄土和红土在天然条件下是良好的隔水层，而且只要其位于煤层开采上覆岩土层整体移动带内，采后可起到良好的隔水作用。
2.2上覆岩层工程地质特征
本区岩石以中硬类为主，抗压强度一般＞30MPa，岩石强度一般随深度增大而呈明显的增高之势。煤层直接顶板为炭质、砂质泥岩，强度弱（单轴抗压强度5~10MPa），随采随冒。直接顶板以上基本为强度较大的粉砂岩、细粒砂岩和石英砂岩（单轴抗压强度30~60MPa）。由混合抽水试验的资料知，各煤层顶板岩层渗透系数为0.000 4~0.002 m/d，为弱-极弱富水。
根据钻孔和物探测井曲线资料，井田范围内普遍发育有10~20m厚的风化带。由于基岩风化带的岩性、厚度、风化程度、粘土矿物成分、透水性等对煤层开采后覆岩导水裂隙带的发育高度及导水性能有较大影响，因而也是本区保水采煤的重要工程地质条件之一[4,5]。风化带内粘土矿物高岭石与蒙脱石的相对百分含量分别为35%和5%，遇水有一定膨胀性，渗透系数0.006~0.040 m/ d，具有良好的隔水性能[4~6]。
在河沟和水库地区，水体深切地表，直接与基岩接触，导水裂隙带发育高度以上的岩层是保护其上的水体不至溃入矿井，保障矿井安全生产的至关重要的保护层[3]。
3保水采煤水文地质条件分区
根据水体赋存特征，水量大小及对保水采煤影响的重要性，可将井田划分为A、B、C、D四个区域。如图3所示
A：梁峁区：位于井田东北部，黄土、红土直接出露地表，接受大气降水的补给。该区内冲沟密布，大气降雨往往在很短的时间内就顺冲沟流失殆尽。在局部黄土层中含有少量的毛细水，对保水采煤影响意义不大。
B：风沙滩地区：位于井田西、西南部，水体类型主要为砂层孔隙水。区内水体循环速度快，水质好，是井田西、西南部村庄的主要居民生活用水。砂层分布受先期黄土和红土沉积地形控制，厚度不均一，由于采矿沉陷的影响，造成砂层水渗流条件和方向的改变，水位可能发生比较剧烈的波动，对村民的生活会造成比较大的影响。但由于砂层下部发育有连续、较厚、可作为隔水层的黄土和红土层，局部地区存在较厚的风化带，采动裂隙易于迅速闭合[5]，这在一定程度上可以降低导水裂隙带的发育高度，减弱砂层水下渗的强度，使砂层水水位在采动影响后一段时期内有恢复的可能，这对保水采煤是有利的。
C：地表水体区：为考考乌素沟、常家沟和常家沟水库，以及相应的河漫滩和阶地。该区域是重要的工业生产和居民生活用水水源，供下游三万亩农田灌溉和人畜饮用（水库）。不宜在该区域下采煤，应留设足够的侧向煤柱。如采煤引起该区域水体与采空区连通，不仅对矿井安全生产构成严重的威胁（短时间内突水量大，水量集中），而且会使整个井田及周边区域的生态环境遭到不可恢复的破坏。此区域是保水采煤的重点区域。
D：烧变岩区：主要为位于井田东部边界的5-2煤火烧区和位于井田西部的2-2煤火烧区。由于火烧区孔隙度大，与砂层水和地表水体水力联系较大，部分火烧区直接接受大气降水的补给，因此是良好的地下储水区域，可以作为居民生活用水的稳定水源。由于采动裂隙的影响，火烧岩水可以顺裂隙直接汇入矿井，不仅增加了矿井的排水费用，同时还使火烧岩内水位下降，影响村民基本生活用水。如15201试采工作面，在5-2煤火烧区附近开切眼，矿井涌水量一直保持在20m3/h左右，位于井田东南部的王家沟以5-2火烧岩出水为主要水源，水位在此后的4个月中下降了十米左右，造成沟中泉眼干涸，村民生活用水困难。该区域也是保水采煤的重点区域，在工作面靠近或下组煤开采通过该区域时要留设足够的煤柱。
4结论和建议
（1）从张家峁井田水资源赋存特征出发，将井田分为梁峁区、风沙滩地区、地表水体区和烧变岩区四个区域。保水采煤时要特别注意地表水体区和烧变岩区，在通过这些区域时要留设足够的侧向保护煤柱。梁峁区由于富水性弱，对保水采煤意义不大。
（2）除沟谷和水库地区以外，井田范围内普遍发育较厚的离石黄土和保德红土，厚度一般为10~40m，渗透性差，可以作为隔水层，为保护井田西部砂层水提供了有利的条件。
（3）火烧岩孔隙大，发育连续，连通性好，可做为居民或矿区生活水源。同时也可作为地下储水构造，为地表潜水和矿井水的转移存储提供了空间条件。
