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(shè)，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(xué)習(xí)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(zhì)綜述
摘要：本文回顧了水利水電工程地質(zhì)學(xué)的三個(gè)時(shí)期，分析論述水利工程中的工程地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，最后總結(jié)了水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)的主要方法。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)環(huán)境 地質(zhì)勘測(cè) 方法
1、水利水電工程地質(zhì)發(fā)展回顧
50年前，中國(guó)沒有專業(yè)的工程地質(zhì)人員，少量簡(jiǎn)單的道路、橋涵、房屋等建筑設(shè)計(jì)中的地質(zhì)問(wèn)題，主要由土木工程師憑經(jīng)驗(yàn)確定解決方案，有時(shí)也聘請(qǐng)少數(shù)地質(zhì)師進(jìn)行咨詢。至于水利水電建設(shè)的工程地質(zhì)，由于沒有建設(shè)什么現(xiàn)代意義上的水利水電工程，也就談不上相應(yīng)的地質(zhì)勘察與研究，尤其是大壩建設(shè)中的工程地質(zhì)勘察幾乎是一片空白。新中國(guó)成立后，隨著水利水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，水利水電工程地質(zhì)學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生，并日益發(fā)展壯大，大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：
(1)20世紀(jì)50～60年代中期。這一時(shí)期中國(guó)建設(shè)了許多水壩，主要集中在中國(guó)東部和中部地區(qū)，如淮河流域的梯級(jí)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(jì)60年代后期到80年代中期。這一時(shí)期，中國(guó)在一些地質(zhì)條件復(fù)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(shí)期的工程建設(shè)及相應(yīng)的工程地質(zhì)勘察，全方位地為提高中國(guó)大壩建設(shè)的工程地質(zhì)勘察與研究水平提供了條件。
(3)20世紀(jì)80年代后期至90年代，中國(guó)政府為進(jìn)一步綜合利用水資源和防治水害，相繼決定興建當(dāng)今最引人矚目的三個(gè)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(zhǎng)江三峽工程。這三大工程的成功建設(shè)，標(biāo)志著中國(guó)水利水電工程地質(zhì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和學(xué)術(shù)水平，已登上世界水壩建設(shè)工程地質(zhì)研究的前沿。
2、水利工程建設(shè)的工程地質(zhì)環(huán)境分析
工程地質(zhì)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(duì)穩(wěn)定性;地表穩(wěn)定性是地面由于在人類工程活動(dòng)的外因條件下結(jié)合內(nèi)外動(dòng)力工程地質(zhì)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(kù)誘發(fā)地震等地質(zhì)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(zhì)構(gòu)造等來(lái)調(diào)查研究影響系統(tǒng)應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)重新分布的規(guī)模和強(qiáng)度，從而獲得這些工程地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)展的預(yù)測(cè)資料，穩(wěn)定性破壞的空間范圍，穩(wěn)定性趨勢(shì)的時(shí)空關(guān)系，預(yù)測(cè)其穩(wěn)定破壞的相對(duì)時(shí)間，提前做好準(zhǔn)備，最大限度地減少損失。對(duì)現(xiàn)有的工程地質(zhì)破壞現(xiàn)象進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變反演算反分析，找到影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，從而采取相應(yīng)的技術(shù)措施通過(guò)人為的外力作用來(lái)協(xié)調(diào)，達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定。對(duì)于水利工程來(lái)說(shuō)，影響地殼穩(wěn)定性的突出因素是全新活動(dòng)斷裂和地殼升降運(yùn)動(dòng)，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(zhì)現(xiàn)象，造成應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)的重新分布，以求達(dá)到系統(tǒng)的能量平衡和結(jié)構(gòu)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(dòng)力工程地質(zhì)現(xiàn)象和地面沉陷、黃土濕陷、砂土液化、水庫(kù)邊岸再造等各種地表變形破壞，還包括地表巖土體的性質(zhì)變化(地下水位上升促使的沼澤化、土壤鹽漬化等)。主要調(diào)查研究和預(yù)測(cè)這些工程地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育規(guī)模、發(fā)展速度及趨勢(shì)，并提出相應(yīng)的工程技術(shù)措施來(lái)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(wèn)題。這里的地基穩(wěn)定性不僅僅指水工構(gòu)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(wèn)題，還有壩體的抗滑移問(wèn)題(壩基巖層的產(chǎn)狀對(duì)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(gòu)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(lái)平衡，以應(yīng)力能轉(zhuǎn)化為應(yīng)變能。特別是對(duì)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(chǔ)沉降。軟弱夾層或節(jié)理也是抗滑移穩(wěn)定的主要研究對(duì)象。
3、水利水電工程地質(zhì)勘測(cè)的主要方法
(1)鉆探
鉆探仍是水利水電工程地質(zhì)勘察的主要手段。隨著工程建設(shè)的地基條件日趨復(fù)雜，許多特殊的地質(zhì)問(wèn)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(jìn)，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(jìn)，鉆孔巖心定向等問(wèn)題，依靠常規(guī)的鉆探方法無(wú)法獲得滿意的結(jié)果。國(guó)外解決類似的特殊地層鉆進(jìn)問(wèn)題，有的有成熟的設(shè)備機(jī)具，但價(jià)格很昂貴;有的則還沒有可靠的方法加以解決。在國(guó)家“六·五”、“七·五”科技攻關(guān)中，中國(guó)的工程師本著為生產(chǎn)服務(wù)、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(shí)踐中獲得良好效果的成果，包括：大口徑鉆進(jìn)技術(shù)、金剛石套鉆取芯技術(shù)、金剛石鉆具砂卵石層中鉆進(jìn)技術(shù)、液動(dòng)閥式雙作用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備、各種類型的砂層和軟土層鉆進(jìn)及取樣技術(shù)等。此外，在繩索取心、破碎地層取芯技術(shù)等許多方面，都已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，縮小了和國(guó)外技術(shù)的差距。
(2)工程地球物理勘探技術(shù)
工程物探地球物理勘探簡(jiǎn)稱物探它是應(yīng)用觀測(cè)儀器測(cè)量被勘探區(qū)的地球物理場(chǎng)，通過(guò)對(duì)測(cè)量場(chǎng)數(shù)據(jù)的處理和地質(zhì)解釋來(lái)推斷和發(fā)現(xiàn)地下可能存在的局部地質(zhì)體、地質(zhì)構(gòu)造的位置、埋深、大小及其屬性的科學(xué)。探方法主要有以位場(chǎng)理論為基礎(chǔ)的重力場(chǎng)勘探、磁場(chǎng)勘探、直流電場(chǎng)勘探等，以及以波動(dòng)理論為基礎(chǔ)的地震波勘探、電滋波勘探等。
?、僦?、磁位場(chǎng)勘探。重、磁位場(chǎng)勘探是最古老的一種物探，相對(duì)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(yīng)用，使得重、磁位場(chǎng)勘探的精度有了很大程度的提高。同時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在重、磁位場(chǎng)勘探中的應(yīng)用，以及磁性矢量層析成像理論的研究和應(yīng)用，使重、磁位場(chǎng)勘探在上個(gè)世紀(jì)獲得了廣泛的發(fā)展應(yīng)用。地質(zhì)勘測(cè)中應(yīng)用較少。
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在工程地質(zhì)勘探中應(yīng)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(lǐng)域發(fā)展較快。
③電磁勘探
包括天然場(chǎng)源的電磁測(cè)探(MT法)和人工場(chǎng)源的連續(xù)的電磁波勘探(EM法)等多種方法。近年來(lái)，電磁勘探在水利水電工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
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主要包括電阻率法、充電法和自然電場(chǎng)法、激發(fā)極化法、電磁感應(yīng)法?？煞譃榉€(wěn)定電流場(chǎng)理論、交變流法理論兩個(gè)分支。在水利水電工程地質(zhì)勘察中應(yīng)用較多的是電阻率法。
?、莸厍蛭锢頊y(cè)井
20世紀(jì)90年代，由于數(shù)值模擬方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，動(dòng)態(tài)測(cè)井技術(shù)成為可能。另外，始于20世紀(jì)70年代中期的鉆孔彩色電視適用范圍由原來(lái)的91mm鉆孔發(fā)展到50mm的鉆孔，并可實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)字化實(shí)時(shí)采集壓縮存儲(chǔ)，成果可刻錄成VCD光盤，還可進(jìn)行后期圖像處理及制作。
參考文獻(xiàn)：
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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(shí)，為了使水工建筑物能在干地上進(jìn)行施工，需要用圍堰維護(hù)基坑，并將河水引向預(yù)定的泄水通道往下游宣泄。這就是施工導(dǎo)流。文章就圍堰工程的施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的闡述，以供讀者參考。
【關(guān)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(duì)位置，可以分為：橫向圍堰和縱向圍堰。
按導(dǎo)流期間基坑淹沒條件，可以分為：過(guò)水圍堰和不過(guò)水圍堰。過(guò)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(guò)水的專門要求。
2.圍堰的基本型式及構(gòu)造
2.1不過(guò)水土石圍堰
不過(guò)水土石圍堰是水利水電工程中應(yīng)用最廣泛的一種圍堰型式。它能充分利用當(dāng)?shù)夭牧匣驈U棄的土石方，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，可以在動(dòng)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(guò)水土石圍堰
當(dāng)采用允許基坑淹沒的導(dǎo)流方式時(shí)，圍堰堰體必須允許過(guò)水。因此，過(guò)水土石圍堰的下游坡面及堰腳應(yīng)采取可靠的加固保護(hù)措施。目前采用的有：大塊石護(hù)面、鋼筋石籠護(hù)面、加筋護(hù)面及混凝土板護(hù)面等。較普遍的是混凝土板護(hù)面。
2.3混凝土圍堰
混凝土圍堰的抗沖與防滲能力強(qiáng)，擋水水頭高，底寬小，易于與永久建筑物相連接，必要時(shí)還可以過(guò)水，因此應(yīng)用比較廣泛。國(guó)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(guò)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(yīng)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(jié)構(gòu)，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(yīng)按導(dǎo)流方案、主體工程的輪廓和對(duì)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(yīng)小于20~30m，以便布置排水設(shè)施、交通運(yùn)輸?shù)缆芳岸逊挪牧虾湍０宓取Ｖ劣诨娱_挖邊坡的大小，則與地質(zhì)條件有關(guān)。當(dāng)縱向圍堰不作為永久建筑物的一部分時(shí)，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(wú)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(dǎo)流設(shè)計(jì)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(guān)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(hào)同上式。
必須指出，當(dāng)圍堰要攔蓄一部分水流時(shí)，則堰頂高程應(yīng)通過(guò)調(diào)洪計(jì)算來(lái)確定?？v向圍堰的堰頂高程，要與束窄河段宣泄導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量時(shí)的水面曲線相適應(yīng)。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(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)土石圍堰來(lái)說(shuō)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(wú)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(guān)，一般多采用拋石護(hù)底、鉛絲籠護(hù)底、柴排護(hù)底等措施來(lái)保護(hù)堰腳及其基礎(chǔ)的局部沖刷。關(guān)于圍堰區(qū)護(hù)底范圍及護(hù)底材料尺寸的大小， 應(yīng)通過(guò)水工模型試驗(yàn)確定。解決圍堰及其基礎(chǔ)的沖刷問(wèn)題，除了護(hù)底以外，還應(yīng)對(duì)圍堰的布置給予足夠的重視，力求使水流平順地進(jìn)、出束窄
河段。通常在圍堰的上下游轉(zhuǎn)角處設(shè)置導(dǎo)流墻， 以改善束窄河段進(jìn)出口的水流條件。
5.圍堰法導(dǎo)流
從施工導(dǎo)流方式來(lái)分析，大體上可分為三類，即分段圍堰法導(dǎo)流、全段圍堰法導(dǎo)流、淹沒基坑法導(dǎo)流。
5.1分段圍堰法導(dǎo)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(hù)起來(lái)進(jìn)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(jìn)行施工。所謂分期，就是在時(shí)間上將導(dǎo)流分為若干時(shí)期。采用分段圍堰法導(dǎo)流時(shí)，縱向圍堰位置的確定，也就是河床束窄程度的選擇是關(guān)鍵問(wèn)題之一。
在確定縱向圍堰的位置或選擇河床的束窄程度時(shí)，應(yīng)重視下列問(wèn)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(dǎo)墻、隔墻等永久建筑物相結(jié)合;束窄河床流速要考慮施工通航、筏運(yùn)、圍堰和河床防沖等的要求，不能超過(guò)允許流速;各段主體工程的工程量、施工強(qiáng)度要比較均衡;便于布置后期導(dǎo)流泄水建筑物，不致使后期圍堰過(guò)高或截流落差過(guò)大。
分段圍堰法導(dǎo)流一般適用于河床寬、流量大、施工期較長(zhǎng)的工程，尤其在通航河流和冰凌嚴(yán)重的河流上。分段圍堰法導(dǎo)流，前期都利用束窄的原河道導(dǎo)流，后期要通過(guò)事先修建的泄水道導(dǎo)流，常見的有以下幾種：底孔導(dǎo)流、壩體缺口導(dǎo)流、束窄河床導(dǎo)流。
上述三種后期導(dǎo)流方式，一般只適用于混凝土壩，特別是重力式混凝土壩。對(duì)于土石壩、非重力式混凝土壩等壩型，若采用分段圍堰法導(dǎo)流，常與河床外的隧洞導(dǎo)流、明渠導(dǎo)流等方式相配合。
5.2全段圍堰法導(dǎo)流
全段圍堰法導(dǎo)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(shí)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(shí)，再將臨時(shí)泄水道封堵。
全段圍堰法導(dǎo)流，其泄水道類型通常有以下幾種。
5.2.1隧洞導(dǎo)流
隧洞導(dǎo)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(jiān)實(shí)，采用隧洞導(dǎo)流較為普遍。
5.2.2明渠導(dǎo)流
明渠導(dǎo)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(dǎo)流
涵管導(dǎo)流一般在修筑土壩、堆石壩工程中采用。
5.3淹沒基坑法導(dǎo)流
這是一種輔助導(dǎo)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(diǎn)是洪水期流量大、歷時(shí)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(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)設(shè)計(jì)導(dǎo)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(zhǎng)，這顯然是不經(jīng)濟(jì)的。在這種情況下，可以考慮采用允許基坑淹沒的導(dǎo)流方法，即洪水來(lái)臨時(shí)圍堰過(guò)水，若基坑被淹沒，河床部分停工，待洪水退落，圍堰擋水時(shí)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(zhǎng)，施工進(jìn)度能保證，在河道泥沙含量不大的情況下，導(dǎo)流總費(fèi)用較節(jié)省，一般是合理的。
6.結(jié)語(yǔ)
有上述可知， 圍堰是導(dǎo)流工程中的臨時(shí)擋水建筑物，用來(lái)圍護(hù)施工基坑，保證水工建筑物能在干地施工。在導(dǎo)流任務(wù)完成以后，如果圍堰對(duì)永久建筑物的運(yùn)行有妨礙或沒有考慮作為永久建筑物的一部分時(shí)，應(yīng)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(xiàn)】
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