水利水电工程地质研究方法
我国数十座高100m以上的大坝的成功建设和数个长大引水工程的实施，为广大的工程地质和相关学科的科技工作者从理论到技术方法上追求勘查技术的创新和发展提供了广阔的舞台，使水利水电工程地质勘查工作的水平得到了迅速提高。
1.工程地质理论研究
几十年来，许多中国工程地质学者，努力从理论上建立一种可以指导工程地质实践、有助于认识和把握工程地质条件的学说。这种理论研究有两种类型，一种是有一套比较完整的思想观点和理论体系，用以全面指导勘查工作的实践和在较广泛的范围内解释复杂的工程地质现象；另一种是仅从一个方面提出一些新的观点和研究方法，服务于特定的专题，主要集中在以下一些工程地质问题上，如泥化夹层的成因演变及破坏机制的研究、高边坡失稳机制和破坏模式的研究、岩体结构及岩体质量分类研究、地下洞室围岩分类研究、裂隙三维网络模拟研究、岩溶河谷水动力类型分带及深部岩溶研究、裂隙水动力学的理论研究等。上述诸多的理论研究中，中国著名工程地质学家——谷德振院士通过大量的工程实践，提出岩体结构的全新概念——岩体结构制约岩体物理力学的性状和岩体变形破坏机制及控制岩体稳定性的著名论断，具有比较完整的学术观点和理论体系，在工作中形成了一套较完整的流程并得到了广泛的应用（图5-21），推动了我国工程地质学的整体发展，为我国工程地质学树立了新的里程碑。
图5-21 水利水电工程地质勘查流程
2.遥感技术
遥感技术应用于中国的水利水电建设始于20世纪70年代后期。由于这一技术具有视域广阔、信息丰富、用途广泛等优点，在很短的时间内就在水利水电工程地质勘查工作中得到了广泛的应用。目前，在中国的水利水电工程地质勘查中，遥感技术已得到广泛的应用，主要用于：中小比例尺地质填图；区域地质构造研究；库岸稳定性及崩塌、滑坡、泥石流调查（图5-22）；岩溶调查；地质环境调查与监测。
图5-22 某水电站库区滑坡遥感影像图
（a）坝址内遥感影像倒视图；（b）Ⅰ号滑坡三维遥感影像图；（c）Ⅰ号滑坡实地照片；（d）坝段Ⅲ号滑坡遥感影像倒视图；（e）坝段Ⅲ号滑坡三维遥感影像图
3.钻探技术
钻探仍是水利水电工程地质勘查的主要手段。随着工程建设的地基条件日趋复杂，许多特殊的地质问题，如软弱（泥化）夹层的层位确定及取样，砂卵石地层特别是巨砾、漂砾地层的钻进，砂砾石层取样，砂层取原状样，特硬地层如燧石层、石英砂岩地层的钻进，钻孔岩芯定向等问题，依靠常规的钻探方法无法获得满意的结果。国外解决类似的特殊地层钻进问题，有的有成熟的设备机具，但价格很昂贵；有的则还没有可靠的方法加以解决。在国家科技攻关中，中国的工程师本着为生产服务、自力更生的原则，为解决上述难题做了大量的研究工作，取得一批在实践中获得良好效果的成果，包括：大口径钻进技术、金刚石套钻取芯技术、金刚石钻具砂卵石层中钻进技术、液动阀式双作用冲击回转钻进设备、各种类型的砂层和软土层钻进及取样技术等。此外，在绳索取芯、破碎地层取芯技术等许多方面，都已达到了国际先进水平，缩小了和国外技术的差距。
4.工程地球物理勘探技术
在我国，水文地质工程地质物探与石油、矿山物探相比，起步较晚，约在20世纪50年代后期才有一些流域机构和部直属勘测设计院建立专业物探队伍开展工程物探工作。在改革开放和科教兴国政策的强力推动下，各水利水电工程勘测单位基本上都建立了专业物探机构，并相继从国外引进了一批较先进的工程物探仪器，开展了新技术方法的应用研究。同时，中国的科技人员结合工作中遇到的大量实际问题，开展了多方面的专题研究。如小口径钻孔彩色电视录像及图像处理系统的研究；浅层反射波法地震勘探及数据处理技术的研究；数字测井技术及全波列数字声波测井技术的研究；弹性波、电磁波层析成像技术（CT）研究；微伽重力仪在岩溶探测中的应用研究；瑞利面波勘探技术研究；超磁致伸缩声波震源发射装置。这些研究成果为推动我国工程物探的发展起到了重要作用。
5.地质力学模型试验
地质力学模型是一种物理模拟研究方法，用于研究工程建筑结构和岩体结构的共同作用，定量或半定量地解决在工程荷载作用下建筑物、基岩的变形和稳定状态，以及在超载作用下的破坏过程和破坏机制，从而对建筑物的安全作出评价。中国将大型地质力学模型试验用于大坝工程建设始于20世纪70年代后期，首先应用于葛洲坝工程二江泄水闸的抗滑稳定，其后用在龙羊峡大坝的坝肩稳定、三峡工程永久船闸高边坡的开挖程序和变形状态、三峡工程左岸厂房坝段深层抗滑稳定性、小浪底工程地下厂房多裂隙层状介质岩体的稳定性评价、二滩水电站拱坝整体稳定和坝肩稳定，以及铜街子、构皮滩、小湾、隔河岩等工程，均进行了二维（平面）和三维的地质力学模型试验，取得了许多重要的成果，为建筑物设计提供了极有价值的资料。
6.计算机技术应用与工程地质数值分析
近年来，随着计算机技术的迅速发展，中国的工程地质学科也迅速摆脱了长期以定性评价为主的局面，开拓了工程地质数值分析的新领域。尤其是大坝建设面临的如高双曲拱坝坝肩稳定性、高地应力区建筑物设计、高地震烈度区抗震设计、含众多软弱夹层及断层的坝基稳定性、大跨度地下洞室、高陡人工开挖边坡的稳定问题等，为计算机应用技术的发展提供了强大推动力。在这些条件下，基础岩体的应力状态十分复杂，采用传统的解析方法，无法考虑诸如岩体的各向异性、非均质性、不连续性、时效变形及复杂边界条件等情况。同时这些问题也促进了各种工程地质数值分析技术与方法的发展。中国水利水电工程地质勘查计算机技术和数值分析方法的应用，大体可分为三个层次：
（1）工程地质勘查原始数据的统计分析。利用计算机对工程地质勘查原始数据进行统计分析，目前应用较为广泛，它包括：原始资料和数据的统计、分类，各种分析试验成果的计算处理，各种工程地质条件的分类、分区、趋势分析和预测等。
（2）工程地质问题数值分析。工程地质问题数值分析是数值分析方法在工程地质领域应用的核心，主要包括两种类型的问题：一是工程地质现象形成机制和演化过程的数值模拟；二是工程岩体的稳定性评价和预测。复杂地质现象的数值模拟是用数值分析方法通过再现地质现象的形成和演变过程来揭示现象的内在规律。由于客观地质体不论其空间、时间尺度，还是物质条件和影响因素的复杂程度，都不是数值模拟所能准确再现的。因此，这种数值模拟方法的意义不在于具体成果的准确性，而在于规律探索，并预测其未来的发展趋势或失稳破坏的方式。由于数值分析方法不仅得到岩体变形（位移）和破坏的最终结果，而且可以获得工程岩体在外荷载作用下位移场、应力场的细部情况，可以在一定程度上模拟岩体的非均质性和各向异性，同时还可以通过对岩（土）体变形破坏规律和过程的模拟研究，评价岩体的稳定性现状并预测其未来的变化，因而不断发展和完善工程岩体稳定性的数值分析方法，是工程地质学今后发展的一个趋势（图5-23）。
然而，实践表明，由于工程岩体的特殊性和复杂性，完全依赖甚至主要依赖数值分析方法来解决大量的工程实践问题是不可取的。首先地质体是在漫长的地质历史时期形成的复杂体系，同时地质体高度的各向异性和非均质性也是任何其他材料所不能比拟的。因此，理论上的本构关系假定和必须简化的计算模型在解决这种问题时必然存在偏差，有时甚至表现得无能为力；同时人们对地质体的认识由于受到多种因素的限制，仍然有很大的局限性，因此，对与之相对应的数值分析方法自然不能期望过高；再者计算参数的选择在很大程度上决定了计算结果的可靠性，由于计算参数的不确定性，极大地限制了计算结果的准确性。因此，在进行数值分析时，应把握以下几个原则：
1）高度重视现场第一手资料的收集工作。任何工程地质数值分析的可靠性和准确性，很大程度上取决于对地质原型认识的正确性。
2）建立合理的地质概化模型和力学模型。任何数值分析都必须对地质体原型条件做合理的抽取、归并和概化，使之能较好地概括地质体的基本特征和环境条件，既突出工程地质问题的主导因素，同时又具有数值分析的可能性。
3）适时优化完善计算条件和参数。任何一项工程，特别是地质条件复杂的水坝工程的实施过程，都是一个不断加深认识和优化设计的动态过程。因此，要根据不断变化的地质情况，及时调整各种计算条件和参数，充分利用数值分析方法快捷、简便的优势，及时补充数据，修改和完善地质概化模型、力学模型和计算方法，使数值分析方法的优越性得到充分的发挥。
4）重视并充分运用岩体原位测试和变形监测技术。近年来，岩体原位测试和变形监测技术大量应用在大坝建设的各种建筑物的设计、施工和运行中，这是当前勘测、设计施工信息化的重要组成部分，如大坝CT技术、GPS监测技术、光纤监测技术、水下监测技术。另外，用反分析方法所确定的参数尽管其物理意义是模糊的，但用于优化设计则是可行的。因此，反分析计算也成为工程地质数值分析的一个重要手段。
图5-23 某水电站左岸地下厂房B类角砾岩区域稳定性分析
5）正确估量数值分析成果的可靠性和应用条件。数值分析方法在解决复杂的工程岩体问题时，有很大的局限性。因此不能简单地将数值分析的成果应用于岩体工程的设计中。
（3）计算机辅助制图和工程勘查管理系统及仿真技术的应用。这是第三个层次的计算机技术应用。它虽然不直接回答各类工程地质问题的分析结论，但却是加快勘查工作进度、扩大勘查成果的应用领域、提高勘查成果服务水平的重要途径，也是推动工程地质学广泛接纳现代科学技术的重要方面。
图5-24所示为广东省水利水电勘测设计研究院开发研制的水利水电工程地质勘查数据处理及CAD绘图系统，该软件主要包括三个部分：
1）工程地质勘查数据录入，通过工程地质数据录入界面输入现场获得的各种试验资料；主要有钻孔数据录入界面，包括钻孔总体参数、地层分层数据、标准贯入试验数据、取样数据、动探试验、水文地质试验、裂隙统计、静探试验、十字板试验、声波测试等所有试验数据；平面数据录入，地质点数据录入，剖面数据录入等功能。
图5-24 工程地质勘查数据处理及CAD绘图系统
2）现场试验数据统计分析功能：有土工试验成果统计、标贯试验成果统计、动探试验成果统计、钻孔一览表、地层厚度统计、水文地质试验成果计算及统计、渗透稳定及液化判别等。
3）工程地质CAD绘图系统，主要功能有柱状图绘制，剖面图绘制，平面图绘制等。计算机辅助制图技术在工程地质领域的应用在近十多年来得到快速发展，目前基本地质图件均已实现计算机辅助制图，包括柱状图、剖面图、各类地质结构面的统计图、各种展视图及地质平面图等。