水利水電建設(shè)中的巖土工程分析

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利水電工程作為中國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響至關(guān)重要。近年來(lái)，我國(guó)大量修建水利水電工程，對(duì)河道泥沙、水文地質(zhì)、生物物種、文物景觀以及人畜健康帶來(lái)了不同程度的影響。在現(xiàn)階段水利水電建設(shè)中，對(duì)環(huán)境巖土力學(xué)工程的勘察成為了水利水電建設(shè)中研究的重要工作之一。本文就水利水電建設(shè)中地應(yīng)力、巖土力學(xué)等參數(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；巖土工程；巖土力學(xué)參數(shù)

一、 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)水電水利工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，不僅影響著我國(guó)千萬(wàn)用電用戶，還對(duì)水利水電建設(shè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有著十分重要的影響。目前，我國(guó)水利水電事業(yè)得到了高速發(fā)展，對(duì)工程建設(shè)中的巖土勘察也帶來(lái)了一定的困難。我國(guó)中西部地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，如高地震烈度與活斷層、壩基軟弱層帶、高地應(yīng)力地區(qū)以及地下工程的圍巖穩(wěn)定等。對(duì)巖土工程地質(zhì)問(wèn)題的預(yù)測(cè)與分析是水利水電工程建設(shè)中重要的任務(wù)之一。在水利水電工程建設(shè)施工中，容易對(duì)巖土體的應(yīng)力平衡造成一定的破壞，促使地基、圍巖和邊坡原有的應(yīng)力重新調(diào)整。如何使水利水電工程的勘察設(shè)計(jì)和施工順利進(jìn)行，就必須對(duì)工程建設(shè)中的巖土工程進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

二、 水利水電工程中巖土工程勘察工作內(nèi)容

水利水電工程是我國(guó)重要的基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，工程周圍的地形地貌不僅決定了水利水電事業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，也體現(xiàn)了存在的諸多問(wèn)題。若想建設(shè)出一個(gè)比較完善合理的水利水電工程，就必須對(duì)其周圍的巖土進(jìn)行勘察，對(duì)地質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，這不僅保證了水利水電工程施工的質(zhì)量與進(jìn)度，對(duì)附近居民的正常生產(chǎn)生活影響較小。對(duì)水利水電工程建設(shè)環(huán)境巖土勘察工作來(lái)講，主要目的在于保證水利水電工程周圍的地基與基礎(chǔ)、邊坡和地下工程不受太大的影響，保護(hù)土壤和巖石的自然風(fēng)貌，避免后期水利水電工程在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不必要的地質(zhì)災(zāi)害和經(jīng)濟(jì)損失。其巖石工程勘察的工作內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：

（1） 工作人員需要對(duì)水利水電工程施工范圍構(gòu)造穩(wěn)定性能做出安全評(píng)價(jià)。

（2） 水利水電工程建設(shè)施工范圍地裂縫隙勘察結(jié)果評(píng)價(jià)。

（3） 水利水電工程建設(shè)施工區(qū)域附近泥石流勘察結(jié)果評(píng)價(jià)。

（4） 水利水電工程建設(shè)施工區(qū)域地面沉降勘察評(píng)價(jià)

（5） 水利水電工程建設(shè)施工區(qū)域采空區(qū)勘察評(píng)價(jià)。

（6） 水利水電工程建設(shè)施工區(qū)域巖溶勘察評(píng)價(jià)。

（7） 水利水電工程建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)巖石產(chǎn)狀與地基的地震效益狀態(tài)。

其次，工作人員還需要對(duì)工程環(huán)境進(jìn)行特殊土壤影響的評(píng)價(jià)，主要包括：①軟土的流變性、高壓縮性、低強(qiáng)度、不均勻性。②黃土的濕陷性。③紅粘土的分散性。④由于自然條件的變化，導(dǎo)致多年凍土工程地質(zhì)條件發(fā)生變化。⑤新近沉積土、混合土結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性。⑥膨脹巖土的脹縮性等。

三、巖土力學(xué)參數(shù)

水利水電工程在建設(shè)過(guò)程中，要善于利用有利條件，有效的避開(kāi)或者改造不利條件。因此在水利水電工程建設(shè)中，必須重視各種勘察手段和基礎(chǔ)地質(zhì)資料的收集，對(duì)巖土的力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力以及巖土構(gòu)造等方面進(jìn)行分析，保證水利水電工程建設(shè)施工的順利進(jìn)行。下文就對(duì)巖土力學(xué)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析：

（1） 土基力學(xué)參數(shù)取值

往往土基和土工建筑的破壞都屬于剪切破壞，土的抗剪強(qiáng)度取決于顆粒之間的粘結(jié)強(qiáng)度，并伴隨剪切面上的有效應(yīng)力小大而改變?？紤]到水利水電工程建設(shè)施工對(duì)地基土體的滑動(dòng)面加載破壞過(guò)程是漸進(jìn)破壞的，以及變形強(qiáng)度不均勻且平均強(qiáng)度小于峰值強(qiáng)度。因此在試驗(yàn)峰值強(qiáng)度的平均值或者屈服強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)粘性土地基摩擦系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值采用飽和固結(jié)快剪的90%，凝聚力標(biāo)準(zhǔn)值采用20%—30%；對(duì)砂性土地基，摩擦系數(shù)試驗(yàn)值保持在85%到90%范圍內(nèi)，凝聚力可以忽略不計(jì)。

（2） 巖體力學(xué)參數(shù)取值

在原位試件破壞時(shí)，混凝土壩體與基巖接觸面的抗剪強(qiáng)度、壩基巖體的抗剪強(qiáng)度采用峰值強(qiáng)度的小值平均值，或者采用概率分布的0.2分位值作為標(biāo)準(zhǔn)值。因?yàn)樵囼?yàn)混凝土強(qiáng)度比一般大壩混凝土后期強(qiáng)度低，可以以混凝土標(biāo)號(hào)6.5%—7.0%估算凝聚力。

（3） 邊坡穩(wěn)定抗剪強(qiáng)度取值

①尚未滑動(dòng)過(guò)的滑帶可以取0.9—1.0倍的峰值強(qiáng)度。

②局部蠕動(dòng)地段邊坡采用1.1倍殘余強(qiáng)度。

③多次滑動(dòng)坡體取殘余強(qiáng)度。

④由于高速滑坡滑帶上的孔隙水壓尚未消散，取飽和快剪強(qiáng)度。

⑤中速滑動(dòng)采用飽和快剪強(qiáng)度，低速采用飽和慢剪強(qiáng)度。

四、 水利水電建設(shè)中巖土工程分析

（一）壩基巖體工程

隨著壩基處理技術(shù)的發(fā)展，要求盡可能對(duì)微風(fēng)化巖體或者新鮮巖體進(jìn)行開(kāi)挖。對(duì)于深山峽谷區(qū)域拱壩壩基的嵌入深度，需要考慮巖體類別、風(fēng)化卸荷深度以及拱壩壩肩的穩(wěn)定性。壩肩嵌深可能會(huì)給開(kāi)挖高邊坡的穩(wěn)定以及壩基開(kāi)挖過(guò)程中遇到的應(yīng)力釋放區(qū)和集中區(qū)的卸荷帶來(lái)巖體破裂和變形。因此，高壩壩基挖開(kāi)過(guò)程中，其深度一定要與河谷初始應(yīng)力狀態(tài)、二級(jí)應(yīng)力狀態(tài)、開(kāi)挖變形、壩基處理等方式結(jié)合考慮，以便更科學(xué)合理的確定開(kāi)挖深度，保證壩基巖體變形、滲壓和滲漏均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，使得水利水電工程建設(shè)施工能順利進(jìn)行。

在修建土石壩或者混凝土面板堆石壩時(shí)，受到巖體風(fēng)化破碎等地質(zhì)條件的限制，使得覆蓋中砂層液化、滲透穩(wěn)定性和面板基地不均勻沉陷等問(wèn)題比較突出。因此需要對(duì)覆蓋層的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、分層滲透性能、明砂層的密度、級(jí)配和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)等進(jìn)行分析查明，為優(yōu)化防滲方案的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。

（二） 地下工程

地下工程是深入地面以下開(kāi)發(fā)利用地下空間資源所建造的地下土木工程。因地下工程具有良好的抗災(zāi)防護(hù)能力、良好的熱穩(wěn)定性和密閉性、很好的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，被廣泛的運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域中，如地下隧道、公路隧道、水下隧道等。目前我國(guó)水利水電建設(shè)中，已經(jīng)建成長(zhǎng)度在2000米以上的水工隧洞30余座，為我國(guó)發(fā)電、供水、輸水、灌溉、通航等方面具有重要的意義。根據(jù)對(duì)水利水電圍巖工程地質(zhì)進(jìn)行測(cè)試和調(diào)查，我國(guó)大多數(shù)水電站地下發(fā)電廠當(dāng)河谷狹窄、岸坡陡峻，不僅不利于水利水電工程施工，其運(yùn)營(yíng)條件也相對(duì)較差。因此，必須結(jié)合巖石強(qiáng)度、 巖石完整程度、結(jié)構(gòu)面狀態(tài)等當(dāng)面進(jìn)行綜合的考察和評(píng)價(jià)，并以圍巖應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度之間的關(guān)系作為修正依據(jù)。由于地下廠房規(guī)模較大，布置相對(duì)集中，為了選擇合理的開(kāi)挖工藝和支護(hù)參數(shù)，必須對(duì)其進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的計(jì)算，利用錨桿支護(hù)技術(shù)，對(duì)局部軟弱構(gòu)造帶，進(jìn)行錨桿加襯砌，使其提供圍巖的支護(hù)能力。另外，在地下水位高于廠房頂拱40—200米處，地下水活動(dòng)加劇。為了減少滲透壓對(duì)廠房頂拱及邊墻圍巖的影響，可以在廠房四周設(shè)置排水洞和排水孔。再者，地下工程施工工期一般比較長(zhǎng)，投資資金大，施工環(huán)境惡劣，相關(guān)部門應(yīng)該充分考慮施工人員的心理狀況和生理狀況，隨時(shí)保持地下道路的通暢。加強(qiáng)施工人員的專業(yè)技能培養(yǎng)，提高他們的安全意識(shí)和自我保護(hù)意識(shí)，降低工程事故發(fā)生的幾率。只有這樣才能進(jìn)一步保證水利水電建設(shè)施工的質(zhì)量與進(jìn)度，帶來(lái)最佳的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

五、 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在發(fā)展水利水電事業(yè)的同時(shí)，必須最大程度的保護(hù)生態(tài)環(huán)境。我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為水利水電工程帶來(lái)了更大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，作為水利水電工作人員，必須深刻的認(rèn)識(shí)到水利水電工程對(duì)建設(shè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響，重視巖土工程實(shí)際勘察工作，及時(shí)收集巖土的力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力以及巖土構(gòu)造等基礎(chǔ)資料，同時(shí)不斷引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，從而保證水利水電工程建設(shè)施工的質(zhì)量與進(jìn)度，促進(jìn)我國(guó)水利水電事業(yè)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]龔曉南. 對(duì)巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考[J]. 巖土力學(xué)，2011，02：321-325.

[2]陳志芳. 水利水電工程中環(huán)境巖土工程勘察及地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估[J]. 中華建設(shè)，2011，12：104-105.

[3]林海燕. 水利水電工程建設(shè)中的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題探析[J]. 中國(guó)市場(chǎng)，2009，41：58-59.

[4]本刊編輯部. 第三屆中國(guó)水利水電巖土力學(xué)與工程學(xué)術(shù)討論會(huì)將在楊凌召開(kāi)[J]. 水利水電科技進(jìn)展，2010，03：16.

[5]徐玖平，李姣. 大型水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)聯(lián)盟組織模式的結(jié)構(gòu)集成[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2012，11：2447-2458.