水利工程科技論文
隨著水利工程的迅速發(fā)展，特別是大型水利工程的陸續(xù)建設，水利工程已經(jīng)成為人類生活中必不可少的一部分。這是學習啦小編為大家整理的水利工程科技論文，僅供參考!
水利工程科技論文篇一
水利工程中的工程地質綜述
摘要：本文回顧了水利水電工程地質學的三個時期，分析論述水利工程中的工程地質環(huán)境問題，最后總結了水利水電工程地質勘測的主要方法。
關鍵詞：地質環(huán)境 地質勘測 方法
1、水利水電工程地質發(fā)展回顧
50年前，中國沒有專業(yè)的工程地質人員，少量簡單的道路、橋涵、房屋等建筑設計中的地質問題，主要由土木工程師憑經(jīng)驗確定解決方案，有時也聘請少數(shù)地質師進行咨詢。至于水利水電建設的工程地質，由于沒有建設什么現(xiàn)代意義上的水利水電工程，也就談不上相應的地質勘察與研究，尤其是大壩建設中的工程地質勘察幾乎是一片空白。新中國成立后，隨著水利水電建設事業(yè)的發(fā)展，水利水電工程地質學也應運而生，并日益發(fā)展壯大，大致經(jīng)歷了三個時期：
(1)20世紀50～60年代中期。這一時期中國建設了許多水壩，主要集中在中國東部和中部地區(qū)，如淮河流域的梯級水壩，板橋、石漫灘、響洪甸、梅山、佛子嶺等，黃河上的三門峽、浙江的新安江、資水的柘溪、廣東新豐江、江西上猶江等。
(2)220世紀60年代后期到80年代中期。這一時期，中國在一些地質條件復雜的地區(qū)，興建了一批有代表性且規(guī)模較大的大壩，這一時期的工程建設及相應的工程地質勘察，全方位地為提高中國大壩建設的工程地質勘察與研究水平提供了條件。
(3)20世紀80年代后期至90年代，中國政府為進一步綜合利用水資源和防治水害，相繼決定興建當今最引人矚目的三個巨型水利水電工程，即雅礱江二灘工程、黃河小浪底工程和長江三峽工程。這三大工程的成功建設，標志著中國水利水電工程地質的實踐經(jīng)驗和學術水平，已登上世界水壩建設工程地質研究的前沿。
2、水利工程建設的工程地質環(huán)境分析
工程地質環(huán)境穩(wěn)定性從決定因素和表現(xiàn)形式大體可分為地殼穩(wěn)定性、地表穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性3方面的內(nèi)容。地殼穩(wěn)定性主要由地球內(nèi)因影響下的地殼表層的相對穩(wěn)定性;地表穩(wěn)定性是地面由于在人類工程活動的外因條件下結合內(nèi)外動力工程地質作用的穩(wěn)定性;地基穩(wěn)定性指水利工程影響范圍內(nèi)地基巖土體的穩(wěn)定性。
(1)地殼穩(wěn)定性
地殼穩(wěn)定性是在地球內(nèi)因、外因及水利工程影響下的斷層移位、一些臨界穩(wěn)定性坡體的崩塌、滑坡、泥石流及水庫誘發(fā)地震等地質現(xiàn)象的加劇或誘發(fā)。我們主要從區(qū)域的地形地貌、地質構造等來調查研究影響系統(tǒng)應力場和滲流場重新分布的規(guī)模和強度，從而獲得這些工程地質現(xiàn)象發(fā)展的預測資料，穩(wěn)定性破壞的空間范圍，穩(wěn)定性趨勢的時空關系，預測其穩(wěn)定破壞的相對時間，提前做好準備，最大限度地減少損失。對現(xiàn)有的工程地質破壞現(xiàn)象進行應力應變反演算反分析，找到影響穩(wěn)定性的關鍵因素，從而采取相應的技術措施通過人為的外力作用來協(xié)調，達到系統(tǒng)的穩(wěn)定。對于水利工程來說，影響地殼穩(wěn)定性的突出因素是全新活動斷裂和地殼升降運動，最重要的是由于現(xiàn)有的水環(huán)境平衡狀態(tài)的改變而引起的各種工程地質現(xiàn)象，造成應力場和滲流場的重新分布，以求達到系統(tǒng)的能量平衡和結構穩(wěn)定。
(2)地表穩(wěn)定性
地表穩(wěn)定性則主要表現(xiàn)為滑坡、泥石流等動力工程地質現(xiàn)象和地面沉陷、黃土濕陷、砂土液化、水庫邊岸再造等各種地表變形破壞，還包括地表巖土體的性質變化(地下水位上升促使的沼澤化、土壤鹽漬化等)。主要調查研究和預測這些工程地質現(xiàn)象的發(fā)育規(guī)模、發(fā)展速度及趨勢，并提出相應的工程技術措施來防止或減弱這些變形破壞。
(3)地基穩(wěn)定性
地基穩(wěn)定性主要是指地基的承載能力和變形問題。這里的地基穩(wěn)定性不僅僅指水工構筑物的地基穩(wěn)定性，而帶有區(qū)域性的地基穩(wěn)定性。壩基的穩(wěn)定性除了承載能力和變形問題，還有壩體的抗滑移問題(壩基巖層的產(chǎn)狀對壩基的抗滑移穩(wěn)定性影響很大)。水利工程的地基不僅承受水利構筑物本身的自重，還得承受水自重及由于水的作用形成的各種荷載作用，接受這些荷載后地基必產(chǎn)生一定的變形來平衡，以應力能轉化為應變能。特別是對于巖基，在荷載作用下，既有巖石的彈性變形，也可由巖石的塑性變形或者沿某節(jié)理裂隙發(fā)生剪切破壞引起基礎沉降。軟弱夾層或節(jié)理也是抗滑移穩(wěn)定的主要研究對象。
3、水利水電工程地質勘測的主要方法
(1)鉆探
鉆探仍是水利水電工程地質勘察的主要手段。隨著工程建設的地基條件日趨復雜，許多特殊的地質問題，如軟弱(泥化)夾層的層位確定及取樣，砂卵石地層特別是巨礫、漂礫地層的鉆進，砂礫石層取樣，砂層取原狀樣，特硬地層如燧石層、石英砂巖地層的鉆進，鉆孔巖心定向等問題，依靠常規(guī)的鉆探方法無法獲得滿意的結果。國外解決類似的特殊地層鉆進問題，有的有成熟的設備機具，但價格很昂貴;有的則還沒有可靠的方法加以解決。在國家“六·五”、“七·五”科技攻關中，中國的工程師本著為生產(chǎn)服務、自力更生的原則，為解決上述難題做了大量的研究工作，取得一批在實踐中獲得良好效果的成果，包括：大口徑鉆進技術、金剛石套鉆取芯技術、金剛石鉆具砂卵石層中鉆進技術、液動閥式雙作用沖擊回轉鉆進設備、各種類型的砂層和軟土層鉆進及取樣技術等。此外，在繩索取心、破碎地層取芯技術等許多方面，都已達到了國際先進水平，縮小了和國外技術的差距。
(2)工程地球物理勘探技術
工程物探地球物理勘探簡稱物探它是應用觀測儀器測量被勘探區(qū)的地球物理場，通過對測量場數(shù)據(jù)的處理和地質解釋來推斷和發(fā)現(xiàn)地下可能存在的局部地質體、地質構造的位置、埋深、大小及其屬性的科學。探方法主要有以位場理論為基礎的重力場勘探、磁場勘探、直流電場勘探等，以及以波動理論為基礎的地震波勘探、電滋波勘探等。
①重、磁位場勘探。重、磁位場勘探是最古老的一種物探，相對于地震勘探而言，其精度和可靠度較差。目前，由于一些高精度的重力儀、磁力儀的研制和應用，使得重、磁位場勘探的精度有了很大程度的提高。同時，神經(jīng)網(wǎng)絡技術等在重、磁位場勘探中的應用，以及磁性矢量層析成像理論的研究和應用，使重、磁位場勘探在上個世紀獲得了廣泛的發(fā)展應用。地質勘測中應用較少。
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在工程地質勘探中應用較多的為人工激發(fā)震源地震波勘探，其人工激發(fā)震源有多種。目前，地震勘探在水利水電工程領域發(fā)展較快。
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包括天然場源的電磁測探(MT法)和人工場源的連續(xù)的電磁波勘探(EM法)等多種方法。近年來，電磁勘探在水利水電工程中應用越來越廣泛。
④電法勘探
主要包括電阻率法、充電法和自然電場法、激發(fā)極化法、電磁感應法?？煞譃榉€(wěn)定電流場理論、交變流法理論兩個分支。在水利水電工程地質勘察中應用較多的是電阻率法。
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20世紀90年代，由于數(shù)值模擬方法和計算機技術的發(fā)展，動態(tài)測井技術成為可能。另外，始于20世紀70年代中期的鉆孔彩色電視適用范圍由原來的91mm鉆孔發(fā)展到50mm的鉆孔，并可實現(xiàn)圖像數(shù)字化實時采集壓縮存儲，成果可刻錄成VCD光盤，還可進行后期圖像處理及制作。
參考文獻：
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[2]譚周地.城市工程地質環(huán)境評價與區(qū)劃[A].水文地質工程地質論叢(4).北京：地質出版社，l987.
水利工程科技論文篇二
淺談水利工程中圍堰工程施工
【摘要】在河流上修建水利水電工程時，為了使水工建筑物能在干地上進行施工，需要用圍堰維護基坑，并將河水引向預定的泄水通道往下游宣泄。這就是施工導流。文章就圍堰工程的施工技術進行詳細的闡述，以供讀者參考。
【關鍵詞】水利工程;圍堰;施工
1.圍堰分類
按其所使用的材料，可以：土石圍堰、草土圍堰、鋼板樁格型圍堰、混凝土圍堰等。
按圍堰與水流方向的相對位置，可以分為：橫向圍堰和縱向圍堰。
按導流期間基坑淹沒條件，可以分為：過水圍堰和不過水圍堰。過水圍堰除需要滿足一般圍堰的基本要求外，還要滿足堰頂過水的專門要求。
2.圍堰的基本型式及構造
2.1不過水土石圍堰
不過水土石圍堰是水利水電工程中應用最廣泛的一種圍堰型式。它能充分利用當?shù)夭牧匣驈U棄的土石方，構造簡單，施工方便，可以在動水中、深水中、巖基上或有覆蓋層的河床上修建。但其工程量大，堰身沉陷變形也較大。
2.2過水土石圍堰
當采用允許基坑淹沒的導流方式時，圍堰堰體必須允許過水。因此，過水土石圍堰的下游坡面及堰腳應采取可靠的加固保護措施。目前采用的有：大塊石護面、鋼筋石籠護面、加筋護面及混凝土板護面等。較普遍的是混凝土板護面。
2.3混凝土圍堰
混凝土圍堰的抗沖與防滲能力強，擋水水頭高，底寬小，易于與永久建筑物相連接，必要時還可以過水，因此應用比較廣泛。國內(nèi)浙江緊水灘、貴州烏江渡、湖南鳳灘及湖北隔河巖等水利水電工程中均采用過拱型混凝土圍堰作橫向圍堰，但多數(shù)工程還是以重力式混凝土圍堰作縱向圍堰。
2.4鋼板樁格型圍堰
鋼板樁格型圍堰按擋水高度不同，其平面型式有圓筒形格體、扇形格體及花瓣形格體等，應用較多的是圓筒形格體。
2.5草土圍堰
草土圍堰是一種草土混合結構，多用捆草法修建。草土圍堰的斷面一般為矩形或邊坡很陡的梯形，坡比為1：0.2~1：0.3，是在施工中自然形成的邊坡。
3.圍堰的平面布置與堰頂高程
3.1圍堰的平面布置
圍堰的平面布置一般應按導流方案、主體工程的輪廓和對圍堰提出的要求而定。通常，基坑坡趾離主體工程輪廓的距離，不應小于20~30m，以便布置排水設施、交通運輸?shù)缆芳岸逊挪牧虾湍０宓?。至于基坑開挖邊坡的大小，則與地質條件有關。當縱向圍堰不作為永久建筑物的一部分時，基坑縱向坡趾離主體工程輪廓的距離，一般不大于2.0m，以供布置排水系統(tǒng)和堆放模板。如果無此要求，只需留0.4~0.6m就夠了。
3.2堰頂高程
堰頂高程取決于導流設計流量及圍堰的工作條件。
下游圍堰的堰頂高程由下式?jīng)Q定：
Hd=hd+ha+δ
式中 Hd—下游圍堰堰頂高程，m;hd—下游水位高程，m;可直接從河流水位流量關系查出;ha—波浪爬高，m;δ—圍堰的安全超高，m。
上游圍堰的堰頂高程由下式?jīng)Q定：
Hu=hd+z+ha+δ
式中 Hu—上游圍堰堰頂高程，m;z—上下游水位差，m;其余符號同上式。
必須指出，當圍堰要攔蓄一部分水流時，則堰頂高程應通過調洪計算來確定?？v向圍堰的堰頂高程，要與束窄河段宣泄導流設計流量時的水面曲線相適應。因此，縱向圍堰的頂面往往作成階梯形或傾斜狀，其上游和下游分別與上游圍堰和下游圍堰頂同高。
4.圍堰的防滲和防沖
圍堰的防滲、接頭和防沖是保證圍堰正常工作的關鍵問題，對土石圍堰來說尤為突出。
4.1圍堰的防滲
圍堰防滲的基本要求，和一般擋水建筑物無大差異。土石圍堰的防滲一般采用斜墻、斜墻接水平鋪蓋、垂直防滲墻或灌漿帷幕等措施。
4.2圍堰的接頭處理
圍堰的接頭是指圍堰與圍堰、圍堰與其他建筑物及圍堰與岸坡等的連接而言?；炷量v向圍堰與土石橫向圍堰的接頭，一般采用刺墻型式，以增加繞流滲徑，防止引起有害的集中滲漏。
4.3圍堰的防沖
圍堰遭受沖刷在很大程度上與其平面布置有關，一般多采用拋石護底、鉛絲籠護底、柴排護底等措施來保護堰腳及其基礎的局部沖刷。關于圍堰區(qū)護底范圍及護底材料尺寸的大小， 應通過水工模型試驗確定。解決圍堰及其基礎的沖刷問題，除了護底以外，還應對圍堰的布置給予足夠的重視，力求使水流平順地進、出束窄
河段。通常在圍堰的上下游轉角處設置導流墻， 以改善束窄河段進出口的水流條件。
5.圍堰法導流
從施工導流方式來分析，大體上可分為三類，即分段圍堰法導流、全段圍堰法導流、淹沒基坑法導流。
5.1分段圍堰法導流
分段圍堰法亦稱分期圍堰法，就是用圍堰將水工建筑物分段、分期維護起來進行施工的方法。
所謂分段，就是在空間上用圍堰將建筑物分為若干施工段進行施工。所謂分期，就是在時間上將導流分為若干時期。采用分段圍堰法導流時，縱向圍堰位置的確定，也就是河床束窄程度的選擇是關鍵問題之一。
在確定縱向圍堰的位置或選擇河床的束窄程度時，應重視下列問題：充分利用河心洲、小島等有利地形條件;縱向圍堰盡可能與導墻、隔墻等永久建筑物相結合;束窄河床流速要考慮施工通航、筏運、圍堰和河床防沖等的要求，不能超過允許流速;各段主體工程的工程量、施工強度要比較均衡;便于布置后期導流泄水建筑物，不致使后期圍堰過高或截流落差過大。
分段圍堰法導流一般適用于河床寬、流量大、施工期較長的工程，尤其在通航河流和冰凌嚴重的河流上。分段圍堰法導流，前期都利用束窄的原河道導流，后期要通過事先修建的泄水道導流，常見的有以下幾種：底孔導流、壩體缺口導流、束窄河床導流。
上述三種后期導流方式，一般只適用于混凝土壩，特別是重力式混凝土壩。對于土石壩、非重力式混凝土壩等壩型，若采用分段圍堰法導流，常與河床外的隧洞導流、明渠導流等方式相配合。
5.2全段圍堰法導流
全段圍堰法導流，就是在河床主體工程的上下游各建一道斷流圍堰，使河水經(jīng)河床以外的臨時泄水道或永久泄水建筑物下泄。主體工程建成或接近建成時，再將臨時泄水道封堵。
全段圍堰法導流，其泄水道類型通常有以下幾種。
5.2.1隧洞導流
隧洞導流是在河岸中開挖隧洞，在基坑上下游修筑圍堰，河水經(jīng)由隧洞下泄。一般山區(qū)河流，河谷狹窄，兩岸地形陡峻，山巖堅實，采用隧洞導流較為普遍。
5.2.2明渠導流
明渠導流是在河岸上開挖渠道，在基坑上下游修筑圍堰，河水經(jīng)渠道下泄。
5.2.3涵管導流
涵管導流一般在修筑土壩、堆石壩工程中采用。
5.3淹沒基坑法導流
這是一種輔助導流方法，在全段圍堰法和分段圍堰法中均可使用。山區(qū)河流特點是洪水期流量大、歷時短，而枯水期流量則很小，水位暴漲暴落、變幅很大。若按一般導流標準要求來設計導流建筑物，不是擋水圍堰修得很高，就是泄水建筑物的尺寸要求很大，而使用期又不長，這顯然是不經(jīng)濟的。在這種情況下，可以考慮采用允許基坑淹沒的導流方法，即洪水來臨時圍堰過水，若基坑被淹沒，河床部分停工，待洪水退落，圍堰擋水時再繼續(xù)施工。這種方法，基坑淹沒所引起的停工天數(shù)不長，施工進度能保證，在河道泥沙含量不大的情況下，導流總費用較節(jié)省，一般是合理的。
6.結語
有上述可知， 圍堰是導流工程中的臨時擋水建筑物，用來圍護施工基坑，保證水工建筑物能在干地施工。在導流任務完成以后，如果圍堰對永久建筑物的運行有妨礙或沒有考慮作為永久建筑物的一部分時，應予拆除。筆者論述還有不足，還望行業(yè)同仁多多指正。
【參考文獻】
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[2]滕小春.滲水量大的圍堰工程施工技術[J]. 公路與汽運,2005, (03).
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