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我國鐵路的地質情況直接影響了我國的鐵路建設,因此在進行地質勘查時,應首先了解我國的主要地質情況,為使用何種地質勘查技術提供條件。1)高山峽谷區地質問題。我國高山峽谷區的地質問題主要是斜坡物質的運動,主要包括滑坡、泥石流、坍塌等情況;2)特殊巖土的破壞以及變形問題;3)越分水嶺在深埋隧道時,山體的能量釋放或者物質移動問題,其中主要包括軟巖塑變、涌水、突水、圍巖坍塌等情況;4)地殼運動地質問題。其中主要包括地震災害、斜坡運動、地面變形以及位移破壞對鐵路工程施工的影響。
2我國鐵路工程地質勘測的主要方法
2.1傳統的地質調查測繪方法在鐵路進行地質綜合勘查時,此傳統方法是最基本的勘探方法,其主導了各個勘探階段的地質勘查工作,為勘探點的布置和各種不同技術方法的選擇提供了依據。傳統的地質調查測繪方法貫穿了地質勘測工作的全過程。
2.2遙感技術方法遙感技術在對我國鐵路工程進行勘察時,是利用遙感圖像判釋技術,對鐵路工作的地質進行調繪。此方法是通過遙感圖像獲取信息迅速全面、視域寬闊的特點,在宏觀上,對鐵路工程所處地的地質情況進行初步的查明,避免重大不良地質對我國鐵路工程施工的影響。遙感技術改變了常規的調查方法,使其調查方法由點到線到面的模式變成了由面到線到點的模式,使用判釋成果來對地面調繪進行指導。遙感技術的基本方法是指以遙感圖像的綜合對比分析和判釋方法,從宏觀上調查鐵路工程所處地的工程地質、水溫地質以及區域地質等情況,為鐵路工程通過地的地質條件評判提供依據。在一些特殊的地質段以及資料缺乏的鐵路施工地區,比如出現施工地區地形和地質復雜、有越嶺隧道工程的鐵路項目等情況時,其作用非常明顯。
2.3物探技術方法物探技術方法具有勘探深度相對隨意、方法多的特點,在大面積勘測時,使用點、線、面相結合甚至是三維勘探,是我國鐵路工程地質勘查的重要手段。有效合理的應用物探技術,可以提升地質勘查的宏觀控制水平,有效降低鉆孔布置的盲目性,提高其利用率。另外,物探技術可以勘測地層的磁化率、電阻率、彈性波速度、放射性、地溫等,為鐵路工程施工方案的設計提供多種參數。物探技術方法在使用時的原則是:1)物探是鉆探前的先行工作,通過利用其信息量大和測點密集的優點,可以使用剖面性、全面性或者是透濕性探測技術,分析地下異常點,依據物探的異常、物性分區分段及界面合理經濟的布置來設置鉆孔點。2)使用此方法時,應注意將物探出的異常點與實測資料、地質鉆孔資料和地質調繪資料相結合進行分析。依據物探方法取得勘查對象的物性參數,提升物探技術的解釋精度。3)在遇到使用一種物探方法無法完全解決在勘探時遇到的問題時,應與其他物探方法相結合使用,進行綜合性的地質物探。并且應考慮工程所處地的地形、地貌等干擾因素,進行合理的組合應用,確保地質勘查準確性。4)在選擇合理的綜合物探方法時,不僅要考慮勘查的效果性,也要考察方法的經濟性。
2.4鉆探技術方法鉆探技術為鐵路工程設計施工提供了科學的依據。可勘查工程所處地的基礎地質條件,對所處地的水文地質進行試驗并獲取土工試樣,且對其他勘探技術的推斷和解釋及地質調繪進行驗證。在鐵路工程地質進行綜合勘探時,應注意其勘探原則。第一,關于重點工程較深程度的鉆孔,都應該對其進行相應的孔內測試或者物探測井。第二,在孔位進行布置前,要求對地質進行詳細的地質描繪和物探工作。
2.5土工試驗方法土工試驗方法指在地質勘查時,對所處地的地質進行野外采樣,在室內對樣品進行相應的物理力學和化學等指標的測試,獲得按工程設計與施工時需要的實驗參數指標。為鉆探、物探、原位測試進行土名鑒別及獲取試驗指標提供依據。
2.6原位測試方法原位測試方法指對現場的地基土進行多種參數的測定獲得施工需要的土樣指標,是鐵路工程地質勘測中經常使用的手段。其主要方法包括載荷試驗、靜力觸探、十字板剪切試驗以及預鉆式旁壓試驗。
2.7綜合勘探技術方法綜合勘探技術方法指對鐵路工程的地質實施勘探時,在利用遙感技術進行地質測繪的條件下,充分合理的與物探、原位測試方法、鉆探等各種勘探方法相結合來勘測地質。各種方法通過取長補短來獲得多性狀的地質信息,提高鐵路地質勘探的效益和質量。此方法尤其適合于大型的地質復雜型工程以及前期鐵路選線的地質勘查。
3幾種不同地質條件下的地質勘探方法
3.1關于巖漿巖及深變質巖地區的地質勘探方法1)在基巖覆蓋地區的勘探方法。在基巖覆蓋地區施行地質勘探時,探測較大范圍的覆蓋層厚度以及貫穿覆蓋層對地區地下地質結構進行勘探,可以采取電剖面法和地震折射波法,這些方法精密度比較高而且效果比較好。另外,也可以采用電測探法,此方法在探測覆蓋層與風化層厚度上的效果相對較好。若在探測時覆蓋層下面出現明顯的磁性差異情況時,應利用磁法對其進行勘探,確定隱伏的斷層位置和基巖的巖性。2)在小于500m埋深的基巖地區勘探方法。對此地質進行勘探時,因不明顯的地層對比標志,所以使用地質調繪方法難度系數較大,應使用綜合物探方法。其中物探方法的選擇應根據地質問題和條件來確定,在實施中,可采用彈性波速度法等方法來實施勘探。3)在偏大埋深(200m~2000m)基巖覆蓋或者地區的勘探方法。在對較大深埋基巖覆蓋或者地區采用電法和地震勘探效果不佳時,可以使用大地可控源音頻大地電磁法和高頻大地電磁法對此地區進行勘探。
3.2沉積巖及淺變質巖地區的地質勘探方法1)在平緩褶曲結構區的勘探方法。在此地質中,其地質構造多是以交互的砂頁巖地層、含煤地層、軟硬相間地層以及石膏等級軟地層等一些地層組成的。在平緩產狀的巖層呈現格曲或者單斜狀態時,應該使用電測探技術方法和地震反射波技術方法來獲取三維或者二維地層發射圖,并與控制性鉆孔相互配合,對此地區地質進行準確的勘探。2)在單斜巖層結構區勘探方法。在進行該地區的地質勘探時,如果調查測繪方法獲得的資料可以通過地表各層巖性推判地下設計標高時,此時應采取地震折射波技術方法勘探淺部完整基巖的界面速度。依據地質調繪和航片判釋方法獲取巖層的產狀,從而通過地層波速推測設計標高,且在鉆孔時使用聲波測試對此地區的各地層巖性進行勘察,并比較鉆孔和地表兩種方法的縱波速度。如果基巖地區被土層大面積覆蓋,此時除覆蓋地段以外的地區,可以使用衛片判釋和航判釋方法,在覆蓋地區運用綜合物探技術和地質調繪相配合方法,為鉆探布孔做指導。3)在強磁性地層區的勘探方法。在覆蓋層厚的地區,因覆蓋層下基巖有不一樣的巖層,因此會出現磁性差異現象。可采用磁法勘探技術對隱伏的斷層的位置及基巖的巖性進行勘探,并和電法及彈性波探測法相結合對該區地質進行勘察。
3.3在松散沉積層地區的勘探方法1)地質為細顆粒土時。在此地質上,應該在地質調繪的前提下,應用靜力觸探技術或者動力觸探技術與鉆探方法、物探方法及土工試驗方法相配合,依據不同鐵路工程類型和勘探階段的要求,選擇適合的勘探方法。2)在土石界面層時。在地表是第四系松散地層覆蓋且下伏基巖時,一般在地質調繪的前提下,運用綜合物探方法與動探、靜探鉆探技術相結合的模式,依據彈性波速度和電性的差異性,顯示電剖面法、電測探法和地質折射波法的作用,對此地質進行勘探。
4結語
在水利工程正式建設前,對水利工程環境中進行地質勘察意義非凡。對水利工程進行地質勘察,除了能夠有效避免和降低水利工程在施工時的突發狀況,比如地質滑坡以及坍塌等狀況,還有助于保持自然環境的平衡穩定。湖北省三峽大壩的順利建成,就很直觀地表現出了地質勘察的重要性。三峽大壩工程在正式施工以前,水利工程師就對當地的地質環境作了非常細致和認真的勘察,所以在三峽大壩正式施工時,建筑工程師們便能夠合理地使用新型材料和施工技術,很大程度上避免了混凝土開裂等問題,從而大大提高了三峽工程的安全系數,同時也為中國帶來了巨大的經濟效益。總而言之,水利工程地質勘察對于水利工程的建設是極其必要的,它能夠在分析工程施工可行性的基礎上,幫助建筑人員科學地設計和管理水利工程的設計方案與具體的施工措施,最終保證水利工程的環境能夠得以完善的設計,同時又可以兼顧施工方面存在的特殊需求,從而建設出高質量的水利工程。
2.地質環境對水利工程的影響
地下水對水利工程的影響主要體現在以下兩個方面:首先,由于巖土體與地下水的相互作用,會導致巖土的穩定性與強度降低,并且進一步引發多種地質災害,如水壩滲漏,巖溶以及滑坡等,而這些災害一般都會給建筑工程的施工和后期使用造成很大的影響,甚至引發安全事故。其次,因為地下水中富含大量的有害化學成分,容易破壞和侵蝕水位下的鋼結構和混泥土結構,從而降低了建筑物的使用期。從地基和基礎的層面來說,地下水水位的變化也會在對建筑工程造成不同程度的影響。如果地下水水位的變化在基礎面之上,不會對建筑基礎造成太大的損害;如果地下水水位變化在基礎面以下,就會對建筑基礎造成非常重大的損失。若是地下水水位上升,巖土體會軟化,進而削弱建筑地基的強度。尤其當巖土體結構不穩定時,出現的軟化現象會更加嚴重,而引發建筑物破壞、變形等后果。
3.水利工程地質勘測的主要手段
3.1山地勘探
山地勘探,是一種通過人工或機械剝土,開挖探坑、探槽、探井等,從而展示出地表淺層地質狀況的勘探地質方法。山地勘探一方面可以直接有效地對地質現象進行試驗、取樣和觀察,另一方面由于這種方法在使用的工具和技術方面不需要太高的要求,所以它大多數情況下是用來勘察地表淺層地質。由于它的勘探工具和技術簡單,使得勘測的深度也有所限制,這也是山地勘探的缺點所在。
3.2工程物探
工程物探,它不同于山地勘探,它主要是用觀測儀器對被勘探區的地球物理場進行直接精確的測量,然后對測量地球物理場所得的數據進一步處理來推斷并預測地下可能存在的局部地質體、地質構造的位置等其他具體屬性的科學。工程物探方法主要包括重力場勘探、磁場勘探、直流電場勘探等等,以及地震波勘探、電滋波勘探等。
3.3鉆探
鉆探,同山地勘探和工程物探一樣,是一種勘察水利水電工程地質的重要方法。因為工程建設的地基條件和要求都變得越來越復雜,而且還出現了許多地質問題,比如軟弱夾層的層位確定和取樣,砂層取原狀樣,以及特硬地層的鉆進等問題,如果只依靠常規的鉆探方法,并不能得到理想的結果。我國的工程師為解決這些難題不斷地鉆研工作,最終取得一批效果良好的成果,如金剛石套鉆取芯技術以及各種類型的砂層和軟土層鉆進及取樣技術等。而且有很多技術都已達到了國際先進水平。
4.水利工程建設的工程地質環境分析
4.1地殼穩定性
地殼穩定性是指受到地球內因外因和工程共同作用下的斷層移位,坡體的崩塌、滑坡、泥石流等。在水利工程地質勘察過程中主要對區域的地形地貌和地質構造等進行全面調查,分析制約系統應力場以及滲力場的規模以及強度的因素,最后獲得這些工程地質現象發展的預測信息,從而可以提醒我們提前做準備,在最大程度上降低經濟損失。除此之外,還要求對遭到破壞的現象進行應力應變反演算反分析,分析并找到影響穩定性的重要影響因素,然后盡可能地采取針對性的技術措施進行協調,從而達到系統的穩定。
4.2地基穩定性
水利工程中所指的地基穩定性指的不僅僅是水工構筑物的地基穩定性。壩基的穩定性所涉及的不僅僅是承載能力和變形問題,同時還涉及了壩體的抗滑移問題和壩基巖層的產狀對壩基所產生的影響。由于水利工程的地基不僅要承受自身自重和水自重,同時還要承受水的作用所形成的各種荷載作用。地基在承受這些荷載之后,將會產生一定的變形,并且把應力能轉化為應變能。尤其是巖基,在各種荷載作用之下,不僅是巖石的彈性發生變形,而且還會由于巖石的塑性變形或沿某節理裂隙發生剪切破壞引起基礎沉降。
4.3地表穩定性
地表穩定性涉及的主要是地表層面的變形問題,它一般體現在動力工程地質現象中,各種地表變形破壞的情況中,以及地表巖土體的性質變化。仔細研究與勘測地表的穩定性會對這些工程地質現象的發育規模、發展速度及趨勢的進一步預測帶來便利。在研究地表穩定性的同時,還應該積極地提出工程技術措施來減弱這些變形破壞現象的發生。總而言之,在對地表穩定性進行分析時,要著重分析這些工程地質的物質基礎巖土體的性質和這些巖土體在水作用前后性質的差異,而且要及時且科學地預測這些工程地質現象的規模、強度及發展趨勢。
5.結束語
【關鍵詞】橋梁設計 水文調查 外業勘測 橋梁調查 水文資料 小流域徑流 工點
中圖分類號:K928文獻標識碼: A 文章編號:
一.引言。
隨著我國經濟的快速發展,公路和橋梁建設作為社會和經濟發展的基礎工程也得到較快發展。在橋梁的設計階段中,橋梁的水文計算十分重要,其結果直接影響到橋梁后期的孔徑設計和基礎的埋深,這對橋梁自身的建筑質量是起到決定性的因素。要能保證橋梁水文資料的準確性,就要在前期做好水文資料的調查和資料收集、整理、分析。要將工程所在地的水文資料、歷年洪水的流量、當地氣象資料、當地降水分布情況等基本資料進行收集整理,在對水文進行調查、對外部環境進行勘測后,才能開始進行水文計算。
二.工程概述。
婁底至雙峰一級公路,位于湖南省婁底市的婁星區和雙峰市境內。起點位于婁底城市規劃區南側的余家祠堂,與規劃婁星南路對接;終點位于雙峰縣城,與婁衡高速雙峰連接線相接,終點位于雙峰縣城,與婁衡高速雙峰連接線相接。婁底屬于中亞熱帶大陸季風濕潤氣候區,熱量豐富,溫度適宜,四季分明:冬季少嚴寒,夏季多酷熱,秋季晴朗溫暖,春末夏初多雨成澇,盛夏初秋少雨多旱,全年平均氣溫16-17.3°C。年平均日照時間1538小時,東部多于西部,無霜期268天。雙峰屬于中亞熱帶季風氣候,四季分明,春季寒潮頻繁,氣溫變化劇烈;夏季暑熱期長,伏旱明顯,前秋干旱頻繁,后秋天氣多變;冬季嚴寒期短,陰晴少雨天多。全縣年平均氣溫17.0℃,年降水量1200-1500mm,年日照1500-1600小時,無霜期260-300天。
三.水文計算。
1.水文調查。
本工程段區氣候屬于中亞熱帶大陸季風濕潤氣候。沿線河溝大多為耕織土沖溝,或由沖溝匯集形成較大的河流,如側水河等。
1、歷史洪水位調查的主要內容有:
(1)、河段探勘。確定歷史洪水痕跡的位置。
(2)、現場訪問。不失訪一位老人,不漏掉一點情況,不放松一條線索,不錯過一個機會。
(3)、形態斷面及計算河段的選擇。形態斷面所在河段具備以下條件:河段順直無支岔,河段穩定、洪跡多,靠近橋位、灘地少,灘槽洪水流向一致,有足夠的洪跡。
(4)、形態斷面、調查洪跡高程、河床縱坡野外測量。
2、暴雨資料收集的主要內容有:
(1)、流域內的1:5萬地形圖。用于勾繪匯水面積、長度、寬度、坡度等特征值。
(2)、流域內的地形、地貌、土壤類別、植被特征。
(3)、基于年汛期月最大平均值的雨力分布圖、徑流分區表。
2.分析水文計算的依據。
由于路線沿線跨越的河流,均為中小河流,屬于小流域的范圍,小流域的洪水多由暴雨形成,而且流域面積小,坡度陡,匯流快,洪水暴漲暴落,歷史短,泛濫范圍小。小流域的洪水很少能留下明顯的痕跡,往往也不會引起人們的注意,而且這些河流均為桑干河、源子河、元子河、十里河的小支流,沒有設水文站,所以在實際調查時只有盡可能收集歷史洪水資料,同時為了避免出現大的誤差,采用多種方法進行計算,相互比較分析,針對實際情況綜合分析后選用其中較為可靠者。本次設計流量分析計算對大河這條較大的河溝采用了歷史形態法和經驗公式法相比較,其它一般性小型沖溝只采用經驗公式法。
1.歷史形態法。
對于河流的某一特定形態斷面,我們可以根據已知洪水位計算相應的洪水流量。在橋位上下游調查歷史上各次較大洪水的水位,確定洪水比降和河床糙率,推算相應的歷史洪水流量;同時,調查河道附近的沖淤變形及河床演變。在調查過程中,細心訪問沿岸居民,查明歷史洪水痕跡以及發生的時間、大小和稀遇程度。
2. 經驗公式法。
交通部交通科學研究院的徑流簡化公式——“全國徑流法”,適用于小流域的流量計算:
計算基本公式:Q=ψ(h-Z)3/2F4/5β×γ×δ
Q:計算流量,m3/s
β:洪水塌平折減系數
δ:湖泊折減系數
Z:被植物或洼地滯留的徑流厚度
z:植物截流和水利化措施的攔蓄厚度,mm
h:徑流厚度,mm
F:匯水面積,km2
ψ:地貌系數
γ:流域內降雨不均勻影響洪峰流量的折減系數
3.水文調查計算資料。
依據歷史形態法來反推流量。按形態法計算流量,形態斷面基本接近調查歷史洪水位,對河流斷面和河床縱坡進行實地測量。根據調查結合,按形態法計算流量,形態斷面基本接近調查歷史洪水位,對河流斷面和河床縱坡進行了實地測量,由于計算出來的流量一般都偏大,且由于人類活動的影響,流域情況也有所變化,取與按調查洪水位推算所得流量較接近的結果作為設計流量。
4.水文分析內容。
(1)分析內容。公路工程水文勘測設計包括路基和橋涵的水文調查和勘測,水文、水力計算,以及橋孔布設,調治工程的設置等。
(2)基本要求。水文調查和勘測應根據設計要求和所在區域條件,采用相應的方法,收集和調查的資料應作可靠性評價,勘測精度應符合規定(要求)。
(3)基本途徑。水文、水力分析和計算成果應作合理性論證。對水文條件復雜或通航等級較高的特殊大橋,應進行水文測驗及水力模型試驗(河工模型動、定床試驗。
(4)分析前提。符合現行國家頒發的有關標準、規范的規定。
5.水文調查資料的收集、整理和外業勘測方法。
(1) 調查法:通過調查、走訪河流兩岸附近居民,通過他們對歷史洪水的記憶對已有的水文系列進行插補和延長。
(2)考證法:通過文獻、歷史記載、碑刻、民間傳說等對已有的水文系列進行插補和延長。
(3)兩系列的相關分析法:若分析站水文系列較短,而同一流域內或相近的另系列水文系列較長,則可將該站作為參證站,將兩站的水文系列通過回歸分析的方法得到相關方程,再通過相關方程對較短的分析站水文系列進行插補和延長,從而得到更長的水文系列。
(4)流域面積比擬法:當上、下游水文站與測站流域面積相差不超過10%可直接引用。如較大但不超過20%可按下式計算:
Q1=(F1/F2)ªQ2
(5)水位、流量關系曲線法:當上、下游水文站間無支流匯入,兩站 相同年的最大洪峰流量大致成比例,則可通過兩站資料用如下函數進行插補和延長。
Q=f(Qˊ) H= f(Hˊ) Q= f( Hˊ)
(6)過程線疊加法:利用兩支流洪水過程線疊加得到合流后橋位處的設計流量。
四.結束語。
橋梁的水文是公路橋梁質量和使用壽命、工程建筑最直接的決定性因素,同時也是衡量橋梁是否符合建設標準的重要標準。在設計中要做好水文調查和外業勘測,要提供準確的設計計算資料,以此來提高橋梁設計的準確度。
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英文名稱:Resources Environment & Engineering
主管單位:湖北省地質礦產勘查開發局
主辦單位:湖北省地質礦產廳;湖北地質礦產勘查開發局
出版周期:雙月刊
出版地址:湖北省武漢市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1671-1211
國內刊號:42-1736/X
郵發代號:38-332
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1978
期刊收錄:
核心期刊:
期刊榮譽:
聯系方式
英文名稱:Journal of Water Resources and Architectural Engineering
主管單位:教育部
主辦單位:西北農林科技大學
出版周期:雙月刊
出版地址:陜西省楊陵市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1672-1144
國內刊號:61-1404/TV
郵發代號:
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1991
期刊收錄:
核心期刊:
期刊榮譽:
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式