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在進行水文地質評價時,要根據掌握的水文地質條件,分析和評價地下水可能對巖土體造成的影響,科學的預測水位變化造成的巖體工程變換,結合實際情況,制定合理的防范措施;根據自然環境下水文地質對巖土工程造成的影響,分析預測人為活動,對巖土工程造成的影響;分析地下水對持力層巖土體產生的分解、軟化、脹縮等影響,評價地下水為對工程建筑物的腐蝕狀況;當工程項目的基礎在地下水位以下時,要根據實際情況進行滲透試驗、富水試驗,分析評價地下水位變化造成的基礎沉降、位移,從而判斷地下水位變化對工程建筑物穩定性的影響。
2水文地質對工程項目的危害
據統計,在地質災害中,地下水造成的災害占很大的一部分,因此,要認真分析地下水變化引起的災害,并制定合理的預防措施,確保工程建筑物的安全、穩定,從而為和諧社會的構建打下良好的基礎。
2.1地下水變化引起的工程危害地下水在自然環境和人為因素的影響下,水位會發生升降變化,當地下水位變化到一定程度后,就會對巖土工程造成危害,從而對整個工程項目造成危害。引起地下水為上升的主要因素有降水量的增加、氣溫的變化、人工灌溉、施工破壞等,地下水位上升會加快土壤中鹽堿化現象,加大地下水對工程建筑物的腐蝕;地下水位上升后,斜坡、河岸還會產生比較嚴重的地質災害,例如斜坡崩塌、滑移等,對工程項目造成嚴重的破壞;地質水位上升還會造成巖土體軟化、強度下降等現象,從而對工程項目的穩定性造成影響。引起水位下降的主要原因是人為因素造成的,例如河流改道、地下水排除等,當地下水位下降后,巖土層會變硬,在這種情況,很容易引起地面開裂、沉降等現象,對地質條件產生嚴重的破壞,從而對工程項目造成影響。受各種因素的影響,地下水位會出現反復變化的現象,這樣很容易造成基礎變形,同時地下水位反復變化還會將巖土層中的膠結物帶走,降低巖土體的強度,對工程施工造成影響。
2.2地下水壓力作用引起的巖土危害在自然環境中,地下水很少產生動壓力,但受開礦、灌溉等人為活動的影響,地下水的壓力平衡會受到破壞,導致局部產生大的壓力,如果遇到粉土層,就很容易引起流砂、管涌等現象,從而造成基礎變形、位移等現象,甚至會造成邊坡失穩,因此工程安全施工事故,對工程項目的順利施工造成嚴重的影響。因此,在進行工程項目施工前,勘察人員要認真分析人為活動帶來的地下水壓力變化狀況,并根據實際情況,制定合理的防范措施,從而為工程項目的安全施工提供保障。
2.3地下水對基礎的影響當工程項目的基礎需要埋深時,需要考慮到地下水變化對基礎的影響,因此,在進行工程項目基礎設計時,在沒有特殊要求下,要保證工程項目的基礎設置在地下水為上面,如果基礎需要埋設在地下水位以下,要采用合理的方法進行防水處理,為保證工程的穩定性,還要對基礎鋼筋混凝土進行防腐處理。如果基礎埋設在承壓水層中,要根據實際情況采用合理的排水措施,降低地下水水位,防止在施工過程中,出現地下水噴出的現象,對施工的順利進行造成影響。當工程項目處于河岸附近時,還要考慮到地表水和地下水的補給關系,防止地表水對工程項目的基礎造成影響。
3總結
1在工程地質剖面圖中繪制平切圖
在剖面圖系統中有一項功能是繪制平切圖,如圖1所示。
使用方法為首先進入工程地質剖面圖子系統,然后繪制高程標尺、地形線、鉆孔、地質結構面。繪制到圖面上的地質結構面,其附加數據已定義為結構面的產狀,如圖3所示。
點取如圖1的“地質結構面”-“切制某一高程地質結構面數據”,顯示的提示信息如下:
本項功能是計算某一高程的地質結構面數據并存入一文件
本剖面高程上限(米):520。00
高程下限(米):230。00
當你要繪制高程為300米的平切圖時,請在提示“欲切平切面高程”對話框中輸入“300”,點取“OK”按鈕后,自動在高程300處繪制一直線,如圖3中的AB,程序自動計算出線段AB與地質結構面的交點,反算出每個交點在本剖面的水平距離,并連同地質結構面的編號、產狀等數據顯示在屏幕上。
計算完成后有提示信息,出現請輸入文件名的對話框如圖4所示。
為便于記憶,文件名的確定最好與高程值有關,例如定為:A2-300。文件內容如下所示:
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
其中每一行是一個地質結構面數據,分別為序號、水平距離、結構面編號、產狀等數據。存入磁盤的文件可以在平面圖子系統中調用繪制平切圖。
2在平硐展示圖中切出平切圖數據
在平硐展示圖中切出某一高程平切面圖數據之前,請先進入平硐展示圖子系統,繪制出平硐展示圖,至少應繪制出平硐展示圖邊框、地質結構面、技術說明等。繪制到圖面上的地質結構面,其附加數據是結構面的產狀。下面以本系統提供的例題/PDLT/PD10為例,繪制出平硐展示圖,由于展示圖很長,圖5僅顯示展示圖的局部:
平硐展示圖中出現如圖6界面:
點取切制某一高程地質結構面數據功能以后,用戶可選擇的有左壁、右壁和頂拱,提示信息如圖7所示。
接下來是確定平切面高程。在命令提示行顯示平硐硐口的底部高程和頂部高程,輸入以上兩點的界面如圖8所示。
點取“OK”按鈕后,自動在用戶確定的兩點上繪制一直線,程序計算出該線段與地質結構面的交點,反算出每個交點在本平硐展示圖的水平距離,并連同地質結構面的編號、產狀等數據顯示在屏幕上。計算完成后提示信息如下:
現在將切出的地質結構面數據存入一指定文件,文件名自定義。
最好是本平硐文件名和高程相關聯來定義。
接下來提示用戶輸入文件名,其界面與圖4相同。
為便于記憶,文件名的確定最好與高程值有關,例如定為:PD10-300或PD10.300。
3在平面圖子系統中繪制平切圖
使用平面圖子系統繪制平切圖之前,最好先繪制一張底圖,底圖是你所要繪制平切圖范圍內水工建筑物布置圖,及其它需在平切圖上繪制的內容,以便于將不同高程平切圖都繪制在底圖上。同時根據底圖的范圍,確定好平面圖的總體參數,諸如左下角坐標、右上角坐標、比例尺等,然后再開始繪制平切圖。平面圖子系統繪制平切圖可以采用以下幾種方法:
3.1手工描繪
如果你已經繪制好地質平面圖,并已繪制好地質結構面在地表的出露軌跡線,那么請先建立一個圖層,圖層名由用戶自己確定,例如繪制高程為300米的平切圖,建立的圖層名為PQT300,并設為當前層。然后使用“繪制有關實體”-“繪構造面出露軌跡線”-“給定若干點繪制構造面出露軌跡線”,選擇圖面坐標點,在圖面上尋找高程300米的地形等高線與地質結構面的交點連接,依次繪制各地質結構面,形成高程為300的平切圖。
3.2自動切繪
如果你已經繪制好地質平面圖,并已繪制好地質結構面在地表的出露軌跡線,繪制完鉆孔。那么請選擇如圖4所示的“繪制平切圖”-“切制某一高程的平切面圖”,程序開始運行后,提示信息如下:
請輸入平切面高程:
第一角:
第二角:
輸入平切面高程例如300,并通過選擇第一角和第二角確定范圍以后,自動將高程為300米的地形線復制到圖層PQ上,計算鉆孔是否打到高程300米處,如果打到300米,在圖層PQ上繪制一鉆孔符號。按照地質結構面在地表繪制的出露線,根據其傾向、傾角折算到高程300米,繪制結構面。在此說明一點,出露線的繪制如果完全符合V字型法則,那么切出的地質結構面是正確的,即是沿結構面的走向方向繪制一條直線。否則,在平切圖上繪制的結構面不是一條直線,可能是由若干折線組成,方向也不一定是走向方向。
3.3根據剖面圖中切出的數據繪制結構面
在繪制平切圖之前,使用PLSR.EXE建立平切圖總體參數文件,請先調出包含有水工建筑物的底圖,進入平面圖子系統。選擇圖9所示的“繪制平切圖”-“根據工程地質剖面圖切制出的數據繪結構面”,顯示的提示信息如下:
本程序是給定當前剖面線的一個水平距離和產狀,繪制一結構面的走向線
然后彈出一對話框如圖10所示:
結構面文件名是由工程地質剖面圖中切出的地質結構面數據,在這里輸入你當時確定的文件名。計算機繪制地質結構面時,是在剖面線上切出地質結構面那一點,沿走向方向繪制結構面,兩個方向延長的距離,就是在圖10中你所輸入的第一點和第二點延長的距離。繪制完成后,可以通過手工對平切圖上的地質結構面進行修改,修改時請注意不要修改線型或分解,以免丟失地質結構面數據,將來再切制其它高程的平切圖時會出現問題。
3.4根據平硐展示圖中切出的數據繪制結構面
在繪制平切圖之前,使用PLSR.EXE建立平切圖總體參數文件,并調出包含有水工建筑物的底圖,進入平面圖子系統。選擇圖9所示的“繪制平切圖”-“根據平硐展示圖切制出的數據繪結構面”,就是讀取在平硐展示圖切出的數據繪制地質結構面。程序開始運行后顯示的提示信息如下:
本程序是給定當前平硐的一個水平距離和產狀,繪制結構面的走向線
然后彈出一對話框如圖11所示:
繪制結構面文件名是由平硐展示圖中切出的地質結構面數據,在這里輸入你當時確定的文件名。計算機繪制地質結構面時,是在平硐上切出地質結構面那一點,沿走向方向繪制結構面,兩個方向延長距離,就是你在圖11中輸入的第一點和第二點延長的距離。繪制完成后,可以通過手工對平切圖上的地質結構面進行修改,修改時請注意不要修改線型或分解,以免丟失地質結構面數據,將來再切制其它高程的平切圖時會出現問題。
以本例題為例,繪制出平切面圖如圖12(a)所示,經過手工編輯修改后的平切面圖如圖12(b)所示。
3.5根據當前高程平切圖切出某一高程的平切圖數據
當你已經繪制好某一高程的平切圖后,可以在這張平切圖的基礎上,切出任何其它高程的平切圖數據,方法是選擇““繪制平切圖”-“根據當前高程平切圖切出某一高程的平切圖數據”,以圖12(b)為例,可以切制任意高程的平切圖數據,程序開始運行后,提示信息如下:
本程序是根據當前某一高程的平切圖切出另外一高程的平切圖
當前高程(m):236
欲切平切圖高程(m):230
輸入完以上數據后,計算機自動讀取當前平切圖上的全部地質結構面實體,根據坐標位置、傾向、傾角、高差等,計算出新高程(230)平切圖的地質結構面數據,存入文件,文件名是“PQT”+高程值,例如切高程為230米的平切圖,文件名是PQT230。文件中包含若干地質結構面數據,每一個結構面的數據占三行,格式如下:
結構面起點坐標
結構面終點坐標
結構面編號產狀等數據
坐標是實際坐標,最后顯示“數據已存盤”和文件名。程序自動返回到提示用戶輸入“欲切平切圖高程:”,繼續切制其它任意高程的平切圖。
3.6讀取某一高程的數據繪制平切圖
在繪制平切圖之前,使用PLSR.EXE建立平切圖總體參數文件,請先調出包含有水工建筑物的底圖,進入平面圖子系統。選擇“地質結構面”-“讀取某一高程的數據繪制平切圖”,可以繪制出平切圖,程序運行后顯示的提示信息如下:
根據切制出的某一平切圖數據文件繪制結構面
并出現提示用戶輸入地質結構面文件名的界面與圖4相同。
輸入正確的文件名后,計算機自動讀取數據文件,在圖面上繪制地質結構面,繪制出的高程為230米的平切面圖。
以上介紹的方法,實際上是一種給定實際坐標點和地質結構面數據,繪制平切圖的方法,用戶也可按4.5節所介紹的數據格式,建立任意高程的地質結構面數據,然后按照本節介紹的方法,繪制地質結構面。
地質災害治理初步設計階段的設計特點:①以避讓優先,避大治小,避重治輕;②不能僅治理地質災害,而要重點關注危害管道的因素;③從對管道危害最輕的部位通過;④盡量減少對災害體的擾動;⑤對已知地質災害進行永久根治,不留后患。各種地質災害治理工程初步設計特點各有不同。(1)滑坡。線路優化、進行避讓,無法避讓時從滑坡后緣滑體厚度較薄處通過,以較少的治理工程量滿足管道的安全要求,杜絕從滑體中前部滑體厚度較大處經過。管道上、下山坡段遇滑坡而不能完全規避時,管道應縱向正穿滑坡體,盡量避免斜穿,減少對滑坡體的擾動。此外,明確地災治理施工與管道施工的先后順序。(2)泥石流。避免管道從泥石流溝中經過,當不能完全避開泥石流溝時,則從泥石流堆積區通過,并且適當加大管道埋深。當管道穿越小型泥石流溝(或活動性沖溝)時,選擇基巖埋深淺的位置且使管道埋于基巖內。(3)崩塌。管道線路應避開危巖、危石發育的陡崖、厚大的松散堆積體。當不能完全避開時,則從地形相對較緩且易攔擋落石、滾石的堆積區通過,并避開危石滾落沖擊破壞區。(4)巖溶。管道線路應該首先避開地表塌陷坑發育地區或者地表巖溶漏斗、溶槽、溶坑發育地區。對于地表巖溶現象不發育而勘察發現的巖溶,管道以垂直巖溶帶通過。對于淺層干溶洞,以碎石回填。對于巖溶向下延伸較大的溶洞,無論是否有水皆不宜填塞溶洞,亦不宜采用灌漿、灌混凝土的方法處理溶洞。對于該類溶洞,當跨度較小、兩壁較完整時,以樓板形式覆蓋;當兩壁完整性較差且跨度較大時,則以梁跨形式穿過。
2地質災害治理工程施工圖審點
地質災害防治工程設計文件及圖紙審查工作首先以貫徹初步設計的理念為基礎,以現行標準規范、法律法規為依據,以避讓方式優先進行管道優化,以管道與地質災害體的空間關系為根基,對施工圖階段的設計文件和圖紙進行全面審查。各類地質災害設計的審點不同。滑坡治理工程的審點:①滑坡范圍、規模是否己查清,滑動面(帶)判別是否合理,力學參數取值是否準確;②影響滑坡穩定的主要因素是否清楚;③滑坡的力學類型及地質模型、宏觀穩定性評價是否正確,穩定性系數計算和剩余下滑力(推力)計算是否正確;④管道線路是否有優化和避讓空間;⑤選擇的支擋方式是否合理,支擋位置是否可行;⑥支擋參數的取值是否合理,設計選擇工況是否合理,設計計算方法是否正確,計算結果是否準確;⑦支擋工程量是否恰當,支擋工程與管道施工的先后順序及結合方法是否合理。崩塌治理工程的審點:①危巖、危石分布范圍;②崩塌落石范圍,危險區域是否己查清;③危巖(危石)崩落路徑分析是否合理,落石滾落速度計算及沖擊破壞的沖擊力計算方法是否合理、計算結果是否正確;④攔擋防護方案是否可行,攔擋設置工程位置是否有效,工程量是否合理恰當;⑤攔擋工程是否與自然地形有效結合,是否與管道施工、管道運營有效結合;⑥崩塌堆積體會否產生滑動及其對管道的危害。泥石流治理工程的審點:①泥石流的形成區、流通區、堆積區是否已經查清;②管道經過斷面的地質結構和巖土特征;③泥石流的流速、沖刷深度,尤其是管道通過處的泥石流沖刷深度和建議管道埋深;④對管道形成破壞力的各種因素分析是否透徹,防護措施是否得當;⑤泥石流溝與大溝的關系,尤其是泥石流堆積擠占大溝時使得大溝變窄,大溝流速加大,沖刷深度加大,沖切側蝕能力增強,該情況下管道防護設計是否加強。巖溶治理工程的審點:①巖溶延伸方向、規模大小是否已查清,巖溶與管道的空間關系等;②溶洞壁、洞頂巖性及其完整程度,溶洞的穩定性評價是否正確;③治理設計方案是否合理可行,以及治理后對周圍環境的影響;④設計計算是否正確,治理工程量是否合理。
3結論
關鍵詞:懸索橋隧道式錨碇施工圖設計階段巖體工程地質力學研究建議
1前言
壩陵河大橋離擬建貴州省鎮寧至勝境關高速公路起點約21km,地處黔中山原地帶。高速公路在關嶺縣東北跨越壩陵河峽谷,峽谷兩岸地勢陡峭,地形變化急劇,高差起伏大,河谷深切達400~600m。橋址區屬構造剝蝕、溶蝕中低山河谷地貌。巖石建造類型以碳酸鹽巖與陸源碎屑巖互層,以碳酸鹽巖構成峽谷谷坡,以碎屑巖互層構成谷底及緩坡為基本特征。壩陵河流向與區域地質構造線方向(NW)基本一致。河谷西岸地形較陡,地形坡度40~70°,近河谷一帶為陡崖。橋位區西岸(關嶺岸)錨碇地段處于斜坡中部,出露的巖層有三疊系中統竹桿坡組第一段(T2z1)中厚層狀泥晶灰巖和楊柳井組(T2y)中厚層狀白云巖[1,2]。弱風化巖體直接出露于地表,微新巖體埋深30~50m。
壩陵河懸索橋主跨1068m,橋面總寬度24.5m,東岸錨碇采用重力式錨,西岸錨碇采用隧道式錨。西岸隧道式錨碇在技術設計中全長74.7m,最大埋深78m,主要由散索鞍支墩、錨室(34.7m)和錨塞體(40m)三部分組成,兩錨體相距18~6.36m。錨塞體和錨室為一傾斜、變截面結構,上緣為圓形,下緣為矩形,縱向呈楔形棱臺,矩形截面尺寸為10m×5.8m~21m×14.5m。西岸每根主纜纜力(P)約為270MN,水平夾角約26°。錨體中設預應力錨固系統,主纜索股通過索股錨固連接器與錨體中的預應力錨固系統連接。
懸索橋錨碇在承受來自主纜的豎向反力的同時,主要還承受主纜的水平拉力,是懸索橋的關鍵承載結構之一,其總體穩定性和受力狀態直接影響到大橋的安全和長期使用的可靠性。壩陵河懸索橋是鎮寧-勝境關高速公路的重要節點,針對該大橋施工圖設計階段,本文提出壩陵河懸索橋西岸隧道式錨碇及其邊坡的工程地質力學研究建議。鑒于錨碇型式受到地形、地質條件的限制,國內外采用隧道式錨碇的大跨懸索橋為數較少[3-7],見諸文獻報道的更少,本研究建議有不適當之處,請專家批評指正。
2巖體工程地質力學研究建議
2.1錨碇圍巖工程地質條件研究
西岸隧道式錨碇坐落于邊坡淺表弱風化~微新巖體中,弱風化~微新巖體的工程地質條件關系到錨碇隧洞的成洞條件及錨碇體系在主纜拉力荷載作用下的整體穩定狀態。
邊坡淺表部中存在卸荷巖體。巖體卸荷帶是伴隨河谷下切過程或邊坡開挖過程中,由于應力釋放,巖體向臨空面方向發生卸荷回彈變形,能量的釋放導致斜坡淺表一定范圍巖體內應力的調整,淺表部位應力降低,而坡體更深部位產生更大程度的應力集中。由于表部應力降低導致巖體回彈膨脹、結構松弛,破壞巖體的完整性,并在集中應力和殘余應力作用下產生卸荷裂隙。巖體應力的降低最直觀的表現是導致巖體松弛和原有的裂隙發生各種變化,形成新環境下的裂隙網絡。這些裂隙一部分是遷就原有構造裂隙引張擴大經改造形成[8],有一些是微裂隙擴展后的顯式裂隙,也有在新的應力環境和外動力環境下形成的裂隙。在巖體卸荷、應力降低的過程中,隨著新的裂隙系統的形成,也為外動力或風化營力提供了通道,加速巖體的風化和應力的進一步降低。風化巖體裂隙的增多,是巖體卸荷和風化共同造就的。
西岸錨碇邊坡巖體在淺部節理裂隙發育,巖體透水性較好,滲透系數高;隨著深度的增加,透水性逐漸減弱。深部的巖溶發育情況有待研究。
據初步設計階段工程勘察資料,西岸錨碇邊坡出露的灰巖和白云巖的產狀為:傾向50~80°,傾角48~87°。主要發育三組優勢節理:①155°∠57°;②220°∠34°;③333°∠46°。在巖層層面、不利結構面組合切割和深部巖溶發育情況下,在主纜巨大拉力下,不能夠排除存在深部拉裂滑移面威脅西岸錨碇邊坡整體穩定性的可能性。
錨碇圍巖工程地質條件研究內容包括:
(1)研究從邊坡表部至深部巖體中裂隙的分布密度及張開度變化,揭示巖體的卸荷程度,為錨碇施工期和運行期邊坡巖體質量評價以及巖體質量變化趨勢提供可靠基礎資料;
(2)在巖層層面和不利結構面組合切割下,由于錨碇工程荷載,研究巖體中形成的潛在不穩定塊體的安全度以及西岸錨碇邊坡的整體穩定性;
(3)采用地球物理勘探方法,研究邊坡深部溶蝕裂隙與溶蝕洞穴的分布規律及其發育特征。
2.2錨碇圍巖工程力學特性研究
主懸索的巨大拉力通過索股、錨桿傳人隧道中填充的(預應力)混凝土,再通過(錨塞體)混凝土與隧道巖體的摩阻力和粘結力傳遞給周圍的巖體。隧道式錨碇在巨大主纜拉力荷載作用下,不僅要維持自身的抗拔穩定,同時還要將自身承受的主纜拉力傳遞到錨碇圍巖中,以充分利用圍巖的承載能力,使錨碇和圍巖共同作用形成一個整體的承載體系。
錨碇圍巖工程力學特性研究包括三個方面:
(1)錨塞體與巖體之間的抗剪摩擦力學性能[9,10]和粘結特性試驗研究;
(2)錨碇下部及兩錨體之間的巖體處于復雜的拉剪應力狀態,研究錨碇圍巖在拉剪應力下的變形及強度特性,尤其是弱風化~微新圍巖在拉剪復雜應力下的變形、強度及疲勞試驗研究,模擬其破壞現象和破壞過程,從而掌握其破壞機制;
(3)巖體在中度~輕度工程爆破開挖擾動下的力學性能研究。
錨碇圍巖工程力學試驗目的是確定錨碇邊坡巖體力學參數建議值,供設計和三維數值仿真采用。建議在設計錨碇區域附近開挖一試驗斜硐,采取巖樣,并在硐壁打適量鉆孔,進行室內巖石力學試驗和原位巖石力學性質及配套的各項試驗研究工作。主要包括室內巖石力學三軸剪切試驗、節理(裂隙)測量、巖體變形特性(靜載)試驗、巖體抗剪(抗剪斷)試驗、巖體抗拉試驗、混凝土與基巖膠結面抗剪和摩擦等試驗和硐室聲波普測、硐室地球物理勘探、含水量測試、鉆孔聲波測試、鉆孔壓水試驗等試驗研究工作。錨碇系統的摩阻力由基巖與錨碇系統接觸面的正應力與摩擦系數來決定,摩擦系數一般由相似原理進行模型試驗或現場測試得到。硐室地球物理勘探是查明錨碇圍巖(主要是錨碇下部及兩錨體之間的巖體)中的巖溶發育情況。
試驗資料的整理應通過對現場和室內大量試驗數據的綜合分析,結合現行有關行業規范(規程)和工程經驗的類比,提出西岸隧道式錨碇邊坡區域巖體力學參數建議值,供設計采用。
2.3錨碇圍巖滲透及抗溶蝕特性研究
壩陵河懸索橋西岸錨碇圍巖為弱風化~微新的灰巖和白云巖,屬于易溶蝕化巖體。錨碇邊坡地段地下水主要為(節理)裂隙水、巖溶裂隙水和巖溶孔(洞)穴水。西岸隧道式錨碇錨體混凝土澆筑后,在邊坡巖體中形成不透水體(阻滲體),從而改變錨碇邊坡的地下水滲流場。可以預見,地下水將從錨塞體混凝土邊緣繞滲,因此錨塞體與圍巖的交界部位巖體更易遭到溶蝕,削弱錨塞體混凝土與圍巖之間的摩阻力和粘結力。錨碇圍巖滲透特性的研究應著重錨塞體與圍巖的交界部位巖體的滲透性能與抵抗溶蝕的能力的試驗研究。
為防治錨塞體與圍巖交界部位巖體的溶蝕危害采取的工程措施,主要是加強錨碇邊坡坡面的排水工程。
2.4錨碇及其圍巖相互作用三維數值模擬研究
由于懸索橋安全是依靠錨碇固定橋的體系,錨碇發生移動將嚴重影響橋梁體系,甚至導致橋體破壞,因此研究西岸隧道式錨碇的錨塊及其圍巖在主動拉力作用下的穩定性、瞬時變位與長期變位是相當重要的。應建立真實反映隧道式錨碇錨體和圍巖二者相互作用、考慮施工過程非線性、地質結構面影響等的三維數值仿真模型,對錨碇穩定性及變位進行預測[11]。
2.5錨碇隧道鉆爆開挖及支護的施工技術試驗
根據西岸隧道式錨碇為傾斜、變截面的工程特點,需研究錨碇隧道的鉆爆開挖以及支護的施工技術[12-14]。在隧道式錨碇施工過程中,自始至終都要注意嚴格控制圍巖的完整性,盡量避免對圍巖產生過大的擾動。為保證主纜等硐內鋼結構的使用壽命,錨碇的防水按GB50108-2001二級標準進行控制,要求較高。施工開挖后應對圍巖中的塑性變形帶進行擠密壓漿處理,以使錨塞體混凝土與圍巖緊密結合。
2.6錨碇錨固系統試驗
試驗目的是驗證用于壩陵河大橋錨碇錨固系統的各產品力學性能是否滿足設計要求。試驗內容包括錨拉桿組件靜載試驗、疲勞試驗及錨具組裝件靜載試驗和疲勞試驗[15]等。
2.7大體積混凝土澆筑防裂的施工技術研究
壩陵河懸索橋西岸隧道式錨碇錨塞體混凝土澆筑量約2×12143.322m3。錨碇結構混凝土澆筑量大,強度高,對施工工藝及養護維修提出了更高的要求;而大體積混凝土澆注施工由于受多種因素影響,若措施不當,很容易出現裂縫,影響到錨塞體混凝土的整體性強度以及鋼筋的耐久性和實用性。西岸隧道式錨碇錨塞體大體積混凝土澆筑防裂技術從混凝土原材料選取和配合比的選擇、降低原材料溫度和控制混凝土拌和物溫度、合理選擇澆筑工藝和保證整體質量、有效控制混凝土內外溫差到對混凝土溫度進行監控及時掌握混凝土溫度變化動態等一系列技術措施[16-22],都可借鑒汕頭海灣懸索橋、宜昌長江公路大橋和重慶鵝公巖大橋的做法。
環境工程地質屬于一項綜合的研究領域,主要研究地質結構與環境之間的關系,同時涵蓋地質結構的相關影響因素等,隨著城市建設越來越多,對地質結構的影響也越來越嚴重,從而使得環境工程地質研究的范圍日益廣泛。
1、水資源相關問題研究我國屬于缺水性國家,水資源在我國的分布又極其不均,從而導致地下水含量明顯降低,對地質結構也帶來了很多的不利影響,所以,環境工程地質注重研究水資源問題,包括城市建設中地下水源的分布和走向研究,以及在施工過程中對地下水的選擇和利用研究,還包括對地下水源的保護研究等,從而綜合評價城市水資源,使之得到合理的開發和使用,同時又要起到相關的保護作用,進而實現在城市建設中,水資源的問題得到很好的解決,實現水資源的綜合利用。
2、地基結構相關問題研究城市建設中,地基結構作為整個建設的核心設施,其作用尤為重要。而環境工程地質對于地基結構問題的研究更為細致化,涉及地貌結構研究、巖土結構研究、水文地質研究和相關力學結構研究等,從而全面細致的研究地基結構,使得城市建設更加穩固。在城市建設實施前,對地基結構做到詳細周全的研究,會全面的提高建筑的質量安全,確保地基穩固,降低意外風險的發生概率,從而全面的保證城市建設順利實施。
二、城市建設環境引發的地質問題
城市建設對環境造成了較大的損害,尤其引發了較多的地質問題,從而對整個城市的建設帶來不利的影響,甚至阻礙了城市的發展。
1、水質污染加重環境地質壓力我國由于水資源嚴重短缺,使得很多地區的城市建設發展速度逐步減慢,再加上近些年由于各項建設的實施,對水資源造成較大的污染,從而加重了整個城市環境地質壓力,使之面臨較為嚴峻的考驗。有些地區對水資源過渡浪費,造成水資源短缺現象加劇,使得當地的城市發展腳步緩慢,發展水平無法得到提升,人們的生活質量也相對降低;而有些地區,對水資源的保護力度較差,工業垃圾導致水質污染情況嚴重,使得當地的水文條件首要嚴重威脅,致使城市環境地質問題日益加重。
2、環境工程建設影響地質結構城市要實現快速發展,要實現人民生活水平的提升,就必須要增加施工項目,而這些建設工程對地質結構的破壞程度卻在逐步加劇,有的地區由于施工時前期勘測不規范,使得建筑施工時大量的挖掘泥沙,從而對地低下巖土結構帶來變化,使得地基穩定器降低,巖土松軟,建筑物容易塌陷;同時,城市建設中的廢棄物也影響了地質結構,一些化工生產和生活垃圾的堆砌,造成環境污染加劇,有些高污染的液體流入地下水,從而對整個地質結構帶來不利影響,使得環境遭到破壞。
三、改善城市環境地質問題的措施
只有重視環境工程地質問題,制定相應的解決措施,才能真正的保證城市建設發展有條不紊,使之與環境協同并存。
1、城市發展與環境地質和諧統一城市發展的過程中,要正確對待發展與環境之間的關系,不能過于追求發展的速度,而忽略了環境的影響,要充分保障二者和諧發展,統一有序。城市建設時,既要保證建設的質量合格,也要兼顧建設施工對周遭環境帶來的破壞,盡量減少污染物的排出,降低能源的消耗,同時,要做好工程前期勘測工作,保證巖土結構的穩定性,從而確保建筑物更加穩固,進而實現城市與環境和諧的發展。
2、合理控制城市發展與地質容量城市發展固然可以帶動經濟提升,但是,每個城市的發展要兼顧地質的容量,也就是要考慮地質結構的承受力度,不能過去開發,忽略環境保護。在城市建設時,要考慮城市地質結構的承受水平,制定合理的規劃方案,以保護環境為首要條件,在地質容量正常的情況之下,穩健的發展城市建設,有效的控制城市污染,降低城市廢棄物帶來的環境破壞,從而保證地質容量得到有效利用和監控,城市發展又可以實現穩步前進,使得城市建設與環境工程地質之間的關系更加和諧統一,實現可持續的發展戰略。
四、總結
關鍵詞:巖體結構控制論工程地質模型分析方法
一、巖體結構的工程地質模型
巖體形成和發展過程伴隨著各種內、外地質營力的作用,從成巖的類型分為沉積巖、巖漿巖和變質巖三大類,由于結構面的存在使巖體具有一定的結構,其結構特性控制著巖體的性質和變形破壞,因此,我們在解決巖體工程問題時,應該從巖體的地質模型出發。孫廣忠教授建立了8個基本的地質模型:水平層狀巖體、緩傾層狀巖體、陡傾層狀巖體、陡立層狀巖體、彎曲層狀巖體、完整塊狀巖體、碎裂塊狀巖體和巖溶化塊狀巖體。孫玉科在研究了大量露天礦和水電工程的邊坡滑坡資料后,歸納出5種具典型意義的工程地質模型,即:金川模型、葛洲壩模型、鹽池河模型、白灰廠模型和塘巖光模型。目前,這些模型廣泛的應用在巖體工程中,從地質模型建立的角度考慮,首先應該調查巖體中結構面的發育特征以及與結構體的組合特征,查明巖體的賦存地質條件,如地下水、地應力條件等,再與上述的基本類型進行對比,選擇適合巖體工程的模型。為了便于后面的力學分析,在建立地質模型時從各基本模型的共性特征入手,并根據工程自身的特點充分體現其個性的一面。因此,建立巖體的工程地質模型是一項系統的工作。
二、巖體結構力學模型
孫廣忠提出了四種巖體介質,并根據介質的特性提出了四種巖體力學的分析方法,表1中是四種力學介質巖體特性。
表1各種力學介質巖體特征
連續介質
碎裂介質
板裂介質
塊裂介質
巖體結構
1、完整結構
2、高地應力下散體結構及碎裂結構
低地應力下條件下碎裂結構及粗碎屑散體結構
板裂結構
部分碎裂結構
塊裂結構
巖體變形機制
結構體壓縮及剪切為主
結構體(壓縮、剪切),結構面(閉合、滑移)
結構體橫向彎曲及縱向縮短
沿結構面滑移
巖體破壞機制
材料的張及剪破壞
沿結構面滑動、結構體滾動、結構體張及剪破壞
彎折、潰屈、傾倒滑動
沿軟弱結構面滑動
巖體力學性質控制因素
材料及環境因素
材料、結構效應及環境因素
軟弱結構面及結構體
軟弱結構面
巖體力學性質研究方法
典型地質單元三軸力學試驗及尺寸效應
巖塊三軸試驗、尺寸和圍壓效應
軟弱結構面力學性質及彈性模量
軟弱結構面力學性質及爬坡角理論
巖體力學分析方法
連續介質巖體力學
碎裂介質巖體力學
板裂介質巖體力學
塊裂介質巖體力學
對于基巖斜坡失穩破壞主要表現為軟弱巖體的蠕滑變形、巖體沿著已存在的地質結構面發生剪切破壞、巖石塊體的塌落和板狀結構巖體的傾倒、上部巖體沿巖層層面或較軟弱夾層發生剪切滑動等。李鐵峰將基巖斜坡的變形模式進行了總結,根據結構面傾向、傾角與斜坡產狀之間的關系,以及軟弱夾層的發育情況,將斜坡的變形模式分為傾倒變形、潰屈型破壞、順層滑動破壞、裂隙滑動、侵入接觸滑動、拉裂-脫離母巖-崩塌、壓縮流變。
三、巖體結構力學的分析方法
早期多數把巖體看成連續的介質,用一些連續的線性分析方法來解決巖體力學問題。根據巖體不連續、方向異性等特點,目前出現了許多的不連續分析方法,如:離散元算法、塊體理論、DDA方法等,其理論基礎更符合巖體的性狀。
離散元法(DiscreteElementMethod)考慮結構體受力后的運動狀態,以及由此導致受力狀態及系統的變形(塊體運動)隨時間的變化,該法由Cundll于1971年首次提出,用來計算結構面和結構體組成巖體的非連續變形,以后又進一步發展了考慮塊體本身的彈性變形,并推廣至三維和動力問題。目前,離散元應用的文章較多,而研究基礎計算方法的文章很少,因此,加強離散元法基礎理論、基礎算法及誤差分析方面的研究,汲取有限元法等數值方法的優點,使之既能保持在描述散體的整體力學行為和力學演化全過程方面的優勢,又能有效描述介質局部連續處應力狀態和變形狀態,使離散元法的模型建立真正滿足幾何仿真,物理(本構)仿真,受力仿真和過程仿真的原則,是離散元法研究領域的首要工作。
塊體理論由石根華(1977)提出并在美與Goodman合作完善起來的,應用幾何學、拓撲學碎裂結構巖體。近些年,塊體理論在巖體工程中應用十分廣泛,E.Hoek等(1998)應用塊體理論開發了用于地下開挖工程的分析程序—Unwedge;2001年Rocscience公司推出了Swedge4.0,該軟件可以用來計算邊墻塊體的體積及穩定系數。汪衛明、陳勝宏(1998)在矢體概念的基礎上開發出三維巖石塊體系統的自動識別方法,該方法能夠有效解決包含不規則地形面和非貫通結構面等情況下的復雜塊體的識別問題;盧波、陳劍平等通過應用隨機不連續面三維網絡模擬技術對復雜有限塊體的自動搜索及確定其空間幾何形態,并提出了“有形即是有限”的分析方法;張子新等把分形幾何與塊體理論相結合,提出分形塊體理論,建立分形塊體理論赤平解析法,并把隨機概率模型引入分形塊體理論,研究了三峽高邊坡關鍵分形塊體的滑落概率和分形塊體的大小及其分布密度;張子新等將赤平投影圖解析化,提出了塊體理論的赤平投影解析法,并應用該法分析了某礦卷揚機硐室的穩定性;趙文把概率理論引入節理跡長分布的研究之中,推導了多組節理切割巖體形成關鍵塊體概率的計算公式,從而使原來的一些關鍵塊體轉化為穩定塊體,減少了關鍵塊的數量。
近年來,石根華又將塊體理論進一步發展,1993年由石根華提出的塊體系統不連續變形數值分析新方法,簡稱為DDA方法,該方法是求解塊體系統連續變形、大變形和大位移數值分析方法,塊體的形狀可以是任意的凸凹多邊形,塊體間也不一定要求角點接觸。國內已研制了二維DDA程序軟件,并與日本九州大學環境地盤工學研究中心合作將三維塊體分析方法應用于三峽船閘高邊坡的巖體穩定分析,并對船閘開挖施工過程及其支護效果的數值模擬,繪制了各開挖步序的巖體變形等值線圖。
四、巖體結構控制論的工程應用
隨著國民經濟的發展和大型建設項目的實施,涉及到大量的地下工程建設項目,如采礦巷道、道路隧道、水電工程的地下洞室等。地下工程的一項主要研究工作就是分析圍巖應力重分布特點以及變形破壞規律,這些都要受到巖體結構的控制。例如:康立勛通過研究塊狀結構巖體中自重應力傳播的法則,得到了巖體的應力大小受巖塊數量以及巖塊幾何參數控制的結論,并將研究結果用于計算煤炭地下采場頂結構載荷。隧道工程中巖爆和巖體結構關系密切,完整性好的巖體易發生巖爆,當節理裂隙發育到一定程度一般不會發生巖爆;巖層的層厚狀態及層面與洞室的空間組合關系與巖爆有重要的關系;優勢節
理組與最大主應力的夾角大小也與巖爆緊密相關。
上面提到了巖質邊坡變形破壞形式主要受控于巖體的巖性和結構特性。如:河西走廊金川露天礦上盤西區邊坡變形破壞、烏江雞冠山崩破壞和清江水布埡水利樞紐馬崖高邊坡等屬于傾倒破壞;因此,分析巖體穩定性時,應根據巖體的巖性、巖體結構特性等對邊坡進行分區,分析各區巖體力學機制和變形破壞機制,再結合邊坡開挖各項參數計算邊坡穩定性。
一般計算地基沉降變形時,把地基巖體當作各向同性介質,未考慮結構面的影響。其實,當巖體中的節理裂隙發育程度及方位滿足某種條件時,則地基的滑移變形將受其中的優勢結構面控制。如:章楊松等對潤揚大橋節理化巖體,運用優勢結構面理論,分析確定了影響和控制巖體地基沉降變形的優勢結構面組合,提出了“優勢結構面模型”與“遍有節理單元模型”數值分析確定巖體地基沉降變形的聯合算法。遍有節理單元模型是考慮遍布巖體中的節理對巖體的受力和變形的影響的數值分析方法計算時輸入了眾多組結構面的參數,而考慮優勢面時只輸入兩組左右優勢面的參數,次要的結構面則忽略之。在相同力條件下,考慮優勢結構面影響時,計算的地基變形大于不考慮優勢結構面影響時計算的地基變形,說明優勢結構面對地基的變形有明顯的影響,因而也將影響地基的承載力。
五、結論
本文從巖體工程地質模型、結構力學模型、分析方法和工程應用這四個方面總結了巖體結構控制論的研究和應用現狀。根據巖體的巖性特征、結構面發育情況、巖體的地應力、地下水條件等建立巖體的工程地質模型,并將巖體劃分為四種力學模型,分析巖體結構控制下的變形破壞機制。介紹了目前用于不連續巖體結構計算的方法。對巖體結構控制論在地下工程、邊坡工程、庫岸工程和地基基礎中的應用作了簡單介紹。
參考文獻
[1]孫廣忠.巖體結構力學.[M].北京.科學出版社.1988.
[2]孫玉科.巖體結構力學—巖體工程地質力學的新發展.[J].工程地質學報.1997.5.4.
[3]許兵.關于巖體結構力學基本觀點探討—試論孫廣忠教授的巖體力學道路.[J].工程地質學報.1997.5.4.
[4]孫玉科.工程地質學發展予創新思路探討之六—《工程地質模型》初論.[J].巖土工程界.6.2.
[5]許兵.論地質模型—涵義、意義、建模與應用.[J].工程地質學報.1997.5.3.
關鍵詞:水利水電;工程地質問題;環境問題;勘測問題
一、水利水電工程建設與環境問題
1.1水利水電工程與地震問題水庫等水利水電工程建筑物蓄水后,由于地應力的調整或水體下滲等原因,觸發了地質斷層的復活而誘發地震。研究表明,要觸發一個比較大的地震需具備以下三個條件:①水庫巖石比較破碎,且處理效果不十分理想;②存在有利于應力集中的地質環境條件;③水庫水荷載所產生的超孔隙水壓力足夠大。關于水庫誘發地震的事件國內外均有報道,一般而言,水庫的壩址沒有較大的斷裂帶存在,僅僅是水荷載引起的地應力,誘發地震的可能性是很小的。但如果誘發大的地震,那將是災難性的。從1987年的資料至今,我國已建設的壩高在15米以上的水庫共18000多座,已發現水庫誘發地震的有13座。
1.2水利水電工程與水文問題水利水電工程建成后改變了下游河道的流量過程或周圍環境水域的分布,從而對周圍環境造成影響。例如:①大壩水庫不僅存蓄了汛期洪水,而且還截流了非汛期的基流,往往會使下游河道水位大幅度下降甚至斷流,并引起周圍地下水位下降,從而帶來一系列的環境生態問題;②下游天然湖泊或池塘因斷絕水的來源而干涸;③下游地區的地下水位下降;④入海口因河水流量減少引起河口淤積,造成海水倒灌;⑤因河流流量減少,使得河流自凈能力降低;⑥以發電為主的水庫,多在電力系統中擔任峰荷,下泄流量的日變化幅度較大,致使下游河道水位變化較大,對航運、灌溉引水和養魚等均有較大影響;⑦當水庫下游河道水位大幅度下降以至斷流時,勢必造成水質的惡化。由此可見,水利水電工程對水文的影響是不容忽視的一個重要問題。
1.3水利水電工程與氣候問題一般情況下,區域性氣候狀況受大氣環流和水體分布所控制。如果修建大、中型水庫及灌溉工程后,當地水體的分布會發生較大的變化。如原先的陸地變成了水體或濕地。局部地表空氣變得較以前更加濕潤,形成新的小氣候,對當地氣候會產生一定的影響。主要表現在對降雨、氣溫、風和霧等氣象因子的影響方面。
1.4水利水電工程與魚類、生物物種問題①對魚類的影響:切斷了洄游性魚類的洄游通道;水庫深孔下泄的水溫較低,影響下游魚類的生長和繁殖;下泄清水,影響了下游魚類的餌料,從而影響魚類的產量;高壩溢流泄洪時,高速水流造成水中氮氧含量過于飽和,致使魚類產生氣泡病。②對植物和動物的影響:庫區淹沒和永久性的工程建筑物對植物和動物都會造成直接破壞;同時局部氣候變化、土壤沼澤化、鹽堿化等都會對動植物的種類、結構及生活環境等造成影響。
二、工程地質工作中存在的問題
2.1工程地質勘察的質量問題在工程地質勘察過程中,主要問題有以下幾種:①工程概念不清,勘探側重點不明確,針對性不強,方法不當,手段落后;②工程地質分析工作中所選擇的理論、方法、計算公式等與實際情況有較大出入,其適應條件的物理意義混淆不清;③地質報告中基本地質條件不清楚。我們遇到的主要工程地質問題有:①界定不準確或論證不充分,有問題遺漏甚至結論性錯誤;②有些地質報告沒有地質結論,也有些工程沒有做多少地質工作就先下結論,極不嚴肅。此類問題產生往往造成階段性工程審查不能一次性通過,可能延誤開發時機;或者盡管通過了審查,但卻給工程留下了隱患,這種情況的危險性極大。
2.2勘測周期不合理的問題從工程地質勘察到地質報告的提交需要一定的工作周期,這是再簡單不過的道理,然而有些工程卻沒有進行基礎性的前期投入。主要存在問題有以下幾個方面:①一旦需要申報項目,立即就要求提交地質報告;②今天剛剛提交可研報告,明天就要求提交初設報告。此類情況多為地方性工程,一般國家投資的大型工程出現這種局面的不多。沒有足夠的勘測周期所造成的后果是嚴重的,由于地質條件不清楚,直接導致投資控制不住,施工后修改設計等情況。更可怕的是留下了工程隱患,可能造成重大的工程事故。
三、結語
工程地質學是20世紀才建立和發展起來的一門地球科學。水利水電工程地質勘察是所有行業中涉及面最廣、問題最復雜、任務最艱巨、聲望最高、最具權威性的龍頭行業,它具有自身的特殊性與復雜性。水利水電工程建設與環境保護是一項長遠的任務,是水利水電工程順利進行的重要保證之一。保護和改善工程環境是保證人們身體健康的需要,是現代化大生產和保證工程質量的客觀要求,是保證工程永久利益的必須條件。工程地質工作的質量,對工程方案的決策和工程建設的順利進行至關重要。由于地質問題引起的工程事故時有發生,輕則修改設計延誤工期,嚴重時造成工程失事,給人民生命財產帶來重大損失。近年來。工程地質勘察質量有下滑趨勢,工程地質分析不夠深入,有時甚至出現工程地質評價結論性錯誤這樣嚴重的問題。筆者認為,總結分析水利水電工程地質勘察過程中存在的問題,具有重要的現實意義。
參考文獻:
[1]林妙月.區域構造穩定性及地震性危險評價問題[M].北京:地震出版社,2008:99-100.
[2]王連生.水利水電工程地質[M].武漢:武漢大學出版社,2008:13-15.
關鍵詞:水利水電;工程地質問題;環境問題;勘測問題
1水利水電工程建設與環境問題
1.1水利水電工程與地震問題水庫等水利水電工程建筑物蓄水后,由于地應力的調整或水體下滲等原因,觸發了地質斷層的復活而誘發地震。研究表明,要觸發一個比較大的地震需具備以下三個條件:①水庫巖石比較破碎,且處理效果不十分理想;②存在有利于應力集中的地質環境條件;③水庫水荷載所產生的超孔隙水壓力足夠大。關于水庫誘發地震的事件國內外均有報道,一般而言,水庫的壩址沒有較大的斷裂帶存在,僅僅是水荷載引起的地應力,誘發地震的可能性是很小的。但如果誘發大的地震,那將是災難性的。從1987年的資料至今,我國已建設的壩高在15米以上的水庫共18000多座,已發現水庫誘發地震的有13座。[1]
1.2水利水電工程與水文問題水利水電工程建成后改變了下游河道的流量過程或周圍環境水域的分布,從而對周圍環境造成影響。例如:①大壩水庫不僅存蓄了汛期洪水,而且還截流了非汛期的基流,往往會使下游河道水位大幅度下降甚至斷流,并引起周圍地下水位下降,從而帶來一系列的環境生態問題;②下游天然湖泊或池塘因斷絕水的來源而干涸;③下游地區的地下水位下降;④入海口因河水流量減少引起河口淤積,造成海水倒灌;⑤因河流流量減少,使得河流自凈能力降低;⑥以發電為主的水庫,多在電力系統中擔任峰荷,下泄流量的日變化幅度較大,致使下游河道水位變化較大,對航運、灌溉引水和養魚等均有較大影響;⑦當水庫下游河道水位大幅度下降以至斷流時,勢必造成水質的惡化。由此可見,水利水電工程對水文的影響是不容忽視的一個重要問題。[2]
1.3水利水電工程與氣候問題一般情況下,區域性氣候狀況受大氣環流和水體分布所控制。如果修建大、中型水庫及灌溉工程后,當地水體的分布會發生較大的變化。如原先的陸地變成了水體或濕地。局部地表空氣變得較以前更加濕潤,形成新的小氣候,對當地氣候會產生一定的影響。主要表現在對降雨、氣溫、風和霧等氣象因子的影響方面。
1.4水利水電工程與魚類、生物物種問題①對魚類的影響:切斷了洄游性魚類的洄游通道;水庫深孔下泄的水溫較低,影響下游魚類的生長和繁殖;下泄清水,影響了下游魚類的餌料,從而影響魚類的產量;高壩溢流泄洪時,高速水流造成水中氮氧含量過于飽和,致使魚類產生氣泡病。②對植物和動物的影響:庫區淹沒和永久性的工程建筑物對植物和動物都會造成直接破壞;同時局部氣候變化、土壤沼澤化、鹽堿化等都會對動植物的種類、結構及生活環境等造成影響。
2工程地質工作中存在的問題
2.1工程地質勘察的質量問題在工程地質勘察過程中,主要問題有以下幾種:①工程概念不清,勘探側重點不明確,針對性不強,方法不當,手段落后;②工程地質分析工作中所選擇的理論、方法、計算公式等與實際情況有較大出入,其適應條件的物理意義混淆不清;③地質報告中基本地質條件不清楚。我們遇到的主要工程地質問題有:①界定不準確或論證不充分,有問題遺漏甚至結論性錯誤;②有些地質報告沒有地質結論,也有些工程沒有做多少地質工作就先下結論,極不嚴肅。此類問題產生往往造成階段性工程審查不能一次性通過,可能延誤開發時機;或者盡管通過了審查,但卻給工程留下了隱患,這種情況的危險性極大。[4]
2.2勘測周期不合理的問題從工程地質勘察到地質報告的提交需要一定的工作周期,這是再簡單不過的道理,然而有些工程卻沒有進行基礎性的前期投入。主要存在問題有以下幾個方面:①一旦需要申報項目,立即就要求提交地質報告;②今天剛剛提交可研報告,明天就要求提交初設報告。此類情況多為地方性工程,一般國家投資的大型工程出現這種局面的不多。沒有足夠的勘測周期所造成的后果是嚴重的,由于地質條件不清楚,直接導致投資控制不住,施工后修改設計等情況。更可怕的是留下了工程隱患,可能造成重大的工程事故。
3結語
工程地質學是20世紀才建立和發展起來的一門地球科學。水利水電工程地質勘察是所有行業中涉及面最廣、問題最復雜、任務最艱巨、聲望最高、最具權威性的龍頭行業,它具有自身的特殊性與復雜性。水利水電工程建設與環境保護是一項長遠的任務,是水利水電工程順利進行的重要保證之一。保護和改善工程環境是保證人們身體健康的需要,是現代化大生產和保證工程質量的客觀要求,是保證工程永久利益的必須條件。工程地質工作的質量,對工程方案的決策和工程建設的順利進行至關重要。由于地質問題引起的工程事故時有發生,輕則修改設計延誤工期,嚴重時造成工程失事,給人民生命財產帶來重大損失。近年來。工程地質勘察質量有下滑趨勢,工程地質分析不夠深入,有時甚至出現工程地質評價結論性錯誤這樣嚴重的問題。筆者認為,總結分析水利水電工程地質勘察過程中存在的問題,具有重要的現實意義。
參考文獻:
[1]林妙月.區域構造穩定性及地震性危險評價問題[M].北京:地震出版社,2008:99-100.
[2]王連生.水利水電工程地質[M].武漢:武漢大學出版社,2008:13-15.
關鍵詞:工程;地質勘探;水文環境
中圖分類號:F407 文獻標識碼:A
水文地質勘探工作在很多方面都有重要的作用,例如對建筑物持力層的確定、基本設計以及工程整體的地址危害控制等內容都離不開對水文地質的勘探,因此,做好水文地質勘探工作具有重要的現實意義。
1 水文勘探活動應包含的內容
水文地質環境勘探過程實踐中,一般要從以下幾個方面入手進行,首先要研究地下水文環境對建筑物基樁及巖土工程作業所產生的影響,并提出相應的應對措施。
1.2 地下水文勘探工作中,要根據各個建筑物樁基的具體情況來進行分析,結合其實際需要確定相關的地質內容,只有這樣,才能夠保證水文地質材料的真實性、科學性,同實際狀況相符合。
1.3 要根據地下水文環境對巖土工程的影響提出具體的應對措施。
①地下水水位線以下的建筑物基樁中水對砼及砼內鋼筋的腐蝕性。②對選用軟質巖石、強風化巖、殘積土、膨脹土等巖土體作為基礎持力層的建筑場地,地表下含水層中持續的水源活動會導致地下巖土層硬度下降、開裂、體積變大或縮小,所以地下水活動對地質的應該被著重記錄。據研究可知,當建筑物基樁所在的地層深度含有松散、飽和的粉細砂、粉上時,應預測產生潛蝕、流砂、管涌的可能性。③如果勘探地區的地層結構中存在承壓含水層,應對基坑開挖后承壓水沖毀基坑底板的可能性進行計算和評價。④在地下水水位下建設建筑物深基坑,應進行滲透和富水試驗,要充分分析人為降低地下水水位導致的地下環境改變對附近建筑物結構帶來的危害。
2 巖土水位環境研究
巖土水理性質說的是在地下水互相作用的同時表現的物理特性,巖土水理性質在地下水文勘探中主要用于研究巖土強度變化和脫水或吸水后巖土層物理形變產生的對附近建筑物結構安全造成隱患。以前的勘探工作中,對其水理性質的研究就不夠充分。巖土的水理性質是巖土和地下水互相作用展現的結果。
2.1 地表下水儲存按貯存形式和物理性的不同可以分為重力水、毛細管水以及結合水三大類型。其中結合水根據結合強度的不同又可以細分為弱結合水和強結合水。
2.2 巖土水理性質及測試辦法:①軟化性,主要是對演示耐水浸水能力、耐風化能力加以判斷的指標。一般粘土層、頁巖、泥沙質巖、泥巖等都存在一定的軟化性。據研究得知,如果地下環境中存在易軟化巖層,在地下水的長期持續侵蝕下逐漸產生軟弱夾層。②透水性,是指巖土層可以析出水分的物理特性。巖上體滲透系數,是一項重要紙幣,在地質調查中靠抽水試驗獲取,在勘探后活動中,物理特性中的透水性通常用滲透系數測算。③崩解性,說的是巖浸水濕化之后,因為土粒遭受到損壞,使得其整體的土質崩解。④給水性,飽水巖土在地球重力影響下從縫隙中滲出水分,通常用給水度來衡量滲出水的量。在地質勘探活動中給水度是一項重要的指標,對場地疏時間產生重要影響,給水度主要通過幾項實驗進行測定。⑤脹縮性,說的是巖土在吸收充足的水分之后體積有所增加,在失去水分之后體積有所減少,這種特性的根本就是因為其表面的顆粒通過吸水增加水膜的厚度,以及水膜脫水導致形變而產生的。
3 要充分考慮地下水文條件對巖土工程的影響
地下水水位的降低和升高以及其壓力變化等原因導致了地下巖土工程施工過程中的安全隱患。
3.1 地下水位環境的變化會給巖土工程作業帶來一系列的不良影響。自然力和人為因素都會導致地下水文環境的變化。如果地下水水位劇變,會對建筑深基坑工程造成不可挽回的損失,也會嚴重影響周圍建筑物的結構穩定性。地下水位環境的變化所引發的損害還有以下幾種形式
3.1.1 地下水水位升高會導致巖土工程安全隱患
導致地下潛水水位升高的原因很多,最重要原因是受水位環境的影響使地下含水層和總體巖發生的改變以及水文氣象原因的變化引起的作用,包括降水和氣溫等內容,另外還有人為影響的灌溉和施工等方面的內容的作用,還有的會是多方面因素作用的效果。
3.1.2 地下水水位降低會對巖土工程作業的安全進行產生影響。人為活動也可以使地下水水位降低,假如用抽水泵大量抽取地下水,為開采化石能源將地下水抽出,再如一些大型水利工程的建設會對地下水水位產生影響。地下水水位降低速度的增長,會引起包括地裂、地面塌陷或者沉陷等自然現象,嚴重的情況還會有水源枯竭、水質遭污染的現象,這些情況會對水體、土質和建筑以及人類的正常生活產生不良影響。
3.1.3 地下水水位變化會妨礙勘探活動。地下水水位上升與下降,地下巖土會不均勻的膨脹,導致地下環境變化。地下水水位如果變化幅度多大,地下巖土環境的形變量也隨之增長,再有一些小型的建筑也會因此產生地裂的現象。地下水升降的變化會受到多方面原因的影響,包括地下水滲透在內的多種原因會淋失土壤當中的鐵鋁成分,這樣一些膠結物的流失會引起土層的松散,另一方面其水分的含量也會有所增加,同時壓縮模量和土壤的承受力也不如從前,對于基礎性的工程內容和后續處理有一定的影響。
3.2 地下水動壓力給與巖土工程的壓力損害
在自然環境下地下水的壓力的作用不大,這樣就會形成一定的巖土工程損害,包括流砂、管涌、基坑突涌等。這些內容的構成和預防都已經具備了詳細的記錄,有關人員可以獨立搜集查閱。
結語
根據以上內容總結,我們可以知道水文地質工作在多方面都有重要的應用,包括建筑物持力層的確定、基本設計以及工程整體的地址危害控制等內容,工程勘察領域的工作水平不斷發展,必然會使得這方面的工作受到更好的管理和關注,落實完善水文地質工作會對提升其勘察能力有重要的作用。
參考文獻