河海大學(xué)工程地質(zhì)第五章

1、第五章 壩基巖體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析,概述 5.1壩基巖體的壓縮變形與承載力 5.2壩基（肩）巖體的抗滑穩(wěn)定分析 5.3壩基巖體抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)的選定 5.4降低壩基巖體抗滑穩(wěn)定性的作用 5.5壩基處理,概述,從世界上壩的破壞情況來(lái)看，原因是多種多樣的。地質(zhì)方面的原因造成的破壞事故約占30一4096，其中，從具體的破壞原因和形式來(lái)看，又可詳分如下類型： (1)由于壩基的強(qiáng)度較低，運(yùn)行期間又遭到進(jìn)一步惡化所造成的破壞。 (2)由于壩基(肩)的抗沿穩(wěn)定性較低運(yùn)行期間又遺到進(jìn)一步惡化所造成的滑動(dòng)破壞。 (3)因壩基中存在有抗剪強(qiáng)度低的土層而造成的土壩或堆石壩壩基和壩坡的坍滑。 (4)因壩下滲透水流將

2、壩基巖石中的細(xì)顆粒物質(zhì)帶走，使壩基被構(gòu)空而造成的破壞,5)由于壩肩巖體的穩(wěn)定性較低，運(yùn)行期間空隙水壓力增大又使其穩(wěn)定性進(jìn)一步惡化所造成的壩肩滑動(dòng)破壞。安徽拇山水庫(kù)大壩的事故就是這樣造成的。 (6)壩下游巖體沖刷(溢流沖刷)構(gòu)空，也可造成大壩的破壞。 (7)由地震和水庫(kù)地震所造成的破壞或損害,各種壩型對(duì)工程地質(zhì)條件的要求,土石壩,土石和堆石壩是由粘土、黃土、砂土、礫石、碎石、塊石料散體堆積而成的，上下游邊坡與堆筑材料的穩(wěn)定坡角應(yīng)相適應(yīng)，以保持壩坡的穩(wěn)定,特點(diǎn)： 壩體是柔性的，允許產(chǎn)生較大的變形。 壩體斷面和底寬均較大，對(duì)地基的壓應(yīng)力較小，抗滑穩(wěn)定問(wèn)題不突出,防滲墻的重要性。 壩頂不能溢流：對(duì)兩岸

3、地形（埡口或有布置洞群的條件）要求高，對(duì)近壩庫(kù)段穩(wěn)定（涌浪漫頂）要求高,要求或問(wèn)題 總體上看，對(duì)壩基要求低，但應(yīng)注意研究如下問(wèn)題： 壩肩邊坡較陡時(shí)，應(yīng)注意壩體與地基巖體的接觸問(wèn)題； 當(dāng)壩基分布有深厚砂礫石層時(shí)，應(yīng)注意滲漏和滲透穩(wěn)定； 當(dāng)壩基分布有軟土層時(shí)：承載力低，沉降大；厚度變化大時(shí)，不均勻沉降問(wèn)題突出； 當(dāng)壩基分布有黃土?xí)r，應(yīng)注意濕陷性問(wèn)題； 當(dāng)壩基分布有疏松砂土及少粘性土（粘粒含量15%）時(shí)，應(yīng)注意液化問(wèn)題（靜力和動(dòng)力）； 當(dāng)壩基分布有巖溶時(shí)，應(yīng)注意滲漏和塌陷問(wèn)題； 當(dāng)壩基分布有斷層破碎帶以及強(qiáng)透水帶或泥化夾層時(shí)，應(yīng)注意滲透變形、抗滑穩(wěn)定問(wèn)題； 應(yīng)注意含有可溶巖類的巖土體； 透水壩基下游

4、壩趾處分布有連續(xù)的、透水性較差的覆蓋層時(shí)，應(yīng)注意揚(yáng)壓力和流土問(wèn)題； 需有豐富的、滿足質(zhì)量要求的天然建材,重力壩 特點(diǎn)： 壩體剛度大，壩基不允許產(chǎn)生較大的不均勻變形； 壩體斷面和底寬相對(duì)較大，壓應(yīng)力也較大，所以對(duì)壩基的承載力和抗滑穩(wěn)定要求均較高； 壩頂可布置泄洪建筑物，壩內(nèi)可布置發(fā)電、泄洪建筑，所以對(duì)兩岸可無(wú)布置洞群的要求； 對(duì)地形適應(yīng)性好； 以自身重量維持穩(wěn)定。 要求： 具有足夠的抗滑能力，能滿足抗滑穩(wěn)定的要求； 具有足夠的承載力和剛度，且要求具有較好的均勻性和完整性； 壩基、壩肩具有良好的抗?jié)B性和滲透穩(wěn)定性，不產(chǎn)生大量滲漏和過(guò)大的揚(yáng)壓力，也不會(huì)產(chǎn)生巖體的軟化、泥化和軟弱夾層、斷層破碎帶的滲透

5、變形； 峽谷區(qū)近壩庫(kù)段和壩肩穩(wěn)定性好； 采取壩頂泄水方案時(shí)，壩下游河床具有較好的抗沖刷能力； 壩址區(qū)附近應(yīng)有足夠的、符合質(zhì)量要求的混凝土骨料或石料,特點(diǎn)： 通過(guò)拱的傳力作用將水荷載等水平推力傳至壩肩，其穩(wěn)定性主要依靠壩肩維持； 拱壩的穩(wěn)定性對(duì)壩的整體性和形態(tài)很敏感； 斷面和底寬較小； 屬整體結(jié)構(gòu)，其抗震性能好。 要求： 對(duì)河谷斷面形態(tài)要求高：對(duì)稱、狹窄（ V型、U 型）、寬高比?。?.52理想，最好3.5，隨著技術(shù)水平的提高，逐漸放寬，可大至十幾）； 兩岸壩肩要求：完整、均勻、新鮮、穩(wěn)定、強(qiáng)度高、耐風(fēng)化?；麦w、強(qiáng)風(fēng)化巖體、斷層破碎呆，具軟弱夾層的易產(chǎn)生塑性變形和滑動(dòng)的巖體均不宜作為兩端的拱座

6、。 由于底寬更小，所以對(duì)抗?jié)B性和滲透穩(wěn)定性要求更高,拱壩,龍灘水電站,三峽水利樞紐工程,Note: 2 photos here,5.1壩基巖體的壓縮變形與承載力,1.壩基巖體的壓縮變形,不僅有壩基沉陷，還有沿拱端推力方向引起的近水平向的變形,堅(jiān)硬完整的巖體，變形模量值很高，壓縮變形很小，如果變形均勻一致時(shí)，壩體安全穩(wěn)定沒(méi)有影響。但是一旦發(fā)生不均勻變形沉陷，壩體中產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫,產(chǎn)生不均勻變形的地質(zhì)因素,巖性軟硬不一，變形模量值相差懸殊。 壩基或兩岸巖體中有較大的斷層破碎帶、裂隙密集帶、卸荷裂隙帶等軟弱結(jié)構(gòu)面,巖體內(nèi)存在有溶蝕洞穴或潛蝕掏空現(xiàn)象產(chǎn)生塌陷而導(dǎo)致不均勻變形,軟弱巖層和軟弱結(jié)

7、構(gòu)面的產(chǎn)狀和分布位置對(duì)巖體變形有顯著影響,2.壩基巖體承載力的計(jì)算與評(píng)價(jià),確定承載力的方法 理論計(jì)算方法： 1）極限荷載法： Pu=D Nq+C Nc， 缺點(diǎn)：Pu隨D增加而 增加，但有臨界深度問(wèn)題,2）容許應(yīng)力法: Pcr、 P1/4 、 P1/3，臨塑荷載Pcr過(guò)于保守臨界荷載P1/4 、P1/3,原位試驗(yàn)法：主要用于土質(zhì)及軟巖地基，如載荷試驗(yàn)、觸探試驗(yàn)、標(biāo)貫試驗(yàn)等。 規(guī)范查表法：不同行業(yè)執(zhí)行不同的規(guī)范。有地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)的勘察規(guī)范。 如建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ7-89) ，巖土工程勘察（GB50021-94）, 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ024-85）等。 特殊性土有專

8、門(mén)規(guī)范，如濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范（GBJ25-90） 經(jīng)驗(yàn)類比法,工程巖體質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”及港口果農(nóng)過(guò)程地質(zhì)勘察規(guī)范中列有經(jīng)驗(yàn)值,壩基承載力的評(píng)價(jià)（水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50287-99） 松軟土地基的承載力 據(jù)N63.5初步評(píng)價(jià)： N63.54 的粘土為軟土； N63.510的砂土為松砂層。 N63.515的粘土為硬土層； N63.530的砂土為緊密砂層。 壩基巖體的承載力 根據(jù)巖塊飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度（Rc），結(jié)合裂隙發(fā)育程度，折減后作為壩基巖體的容許承載力。 1）堅(jiān)硬和半堅(jiān)硬巖（Rc30MPa）： fk= 1/7 Rc 裂隙不發(fā)育（間距1.0m） （1/7-1/10） Rc 裂隙較

9、發(fā)育（間距1.0-0.3m） （1/10-1/16） Rc 裂隙發(fā)育（間距0.3-0.1m） （1/16-1/20） Rc 裂隙極發(fā)育（間距0.1m） 2）軟弱巖石（Rc 30MPa）： fk= 1/5 Rc 裂隙不發(fā)育（間距 1.0m） (1/5-1/7) Rc 裂隙較發(fā)育（間距1.0-0.3m） (1/7-1/10) Rc 裂隙發(fā)育（間距0.3-0.1m） (1/10-1/15) Rc 裂隙極發(fā)育（間距0.1m,基巖承載力基本值（ fo）的確定,工業(yè)與民用建筑地基巖體承載力的確定（GB50218-94,基巖承載力標(biāo)準(zhǔn)值(fk)的確定;fk = fo,為基巖形態(tài)折減系數(shù),關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)值 水電工程

10、： 標(biāo)準(zhǔn)值是試驗(yàn)成果經(jīng)過(guò)分析整理、統(tǒng)計(jì)修正或考慮概率、巖石強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則等經(jīng)驗(yàn)修正后的參數(shù)值，只反映巖土試件的特性。 地質(zhì)建議值是指地質(zhì)人員根據(jù)試件所在層位的總體地質(zhì)條件，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整后提出的，使標(biāo)準(zhǔn)值更符合于巖土體所在的地質(zhì)環(huán)境，具有更好的地質(zhì)代表性，其目的是使參數(shù)取值更合理。 巖土工程： 巖土參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值fk是巖土工程設(shè)計(jì)時(shí)所采用的基本代表值，是巖土參數(shù)的可靠性估值,強(qiáng)度指標(biāo)的選擇 求解軟土地基承載力的理論方法中，抗剪參數(shù)是重要的參數(shù)，應(yīng)正確選用。 不固結(jié)不排水剪（UU），也稱快剪： 加3和加1- 3都不允許排水。 用于施工期短、加荷速率快、滲透系數(shù)小、排水條件差、厚度很大的飽和粘土地基

11、或斜坡的穩(wěn)定性分析。 快剪試驗(yàn)不能反映土的天然應(yīng)力狀態(tài)，所以提出CKoU試驗(yàn)，即在天然應(yīng)力條件下固結(jié)，然后再進(jìn)行排水剪切,3. 軟土地基承載力的計(jì)算,固結(jié)不排水剪（CU），也稱固結(jié)快剪： 加3允許排水，加13都不允許排水; 用于一般性建筑在施工期中，加荷速率慢、滲透系數(shù)大、排水條件好、土層較薄的地基土強(qiáng)度指標(biāo)的計(jì)算,加3和加1- 3都充分排水，u=0，所以施加的應(yīng)力就是作用在 土樣上的有效應(yīng)力; 一般僅用于建筑物施工期較長(zhǎng)、地基土的排水條件很好，能充分提高地基土強(qiáng)度時(shí)使用; 慢剪強(qiáng)度=有效應(yīng)力強(qiáng)度，是一種比較穩(wěn)定的指標(biāo); 試驗(yàn)周期長(zhǎng)，工程上應(yīng)用較少,固結(jié)排水剪（CD），也稱慢剪,計(jì)算方法的選擇

12、 目前，計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)的方法有2種： 有效應(yīng)力法 該方法最符合土的基本理論基礎(chǔ)，抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系已為理論和試驗(yàn)證明。 但目前較為困難的是：土中的u難于準(zhǔn)確確定，而有效快剪強(qiáng)度指標(biāo)都是u的函數(shù),不合理之處：總應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，不考慮u影響。 但目前仍廣泛應(yīng)用于一般工程中。 優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算方便、多年應(yīng)用中積累了不少經(jīng)驗(yàn)。 對(duì)于軟土地基，如果施工期短，有效應(yīng)力變化不大，則抗剪強(qiáng)度往往接近于不排水總強(qiáng)度,總應(yīng)力法,高層建筑地基承載力的計(jì)算 目前我國(guó)有2類計(jì)算模式： 極限荷載法(Pu): 太沙基極限承載力公式； 普朗特爾極限承載力公式； 漢森極限承載力公式。 缺點(diǎn)或應(yīng)注意的問(wèn)題：臨界深度問(wèn)

13、題,容許應(yīng)力法： 也稱臨塑荷載法（Pcr），過(guò)于保守臨界荷載法P1/4、P1/3（在偏心荷載作用下，且B3m,注意： 1）該方法的基本假定之一：Ko=1（實(shí)際上為0.350.8），據(jù)以計(jì)算土的自重應(yīng)力，并用彈性理論計(jì)算附加應(yīng)力當(dāng)出現(xiàn)較大塑性變形時(shí)，不合實(shí)際。 2）計(jì)算公式是根據(jù)條形分布荷載推導(dǎo)而得，但用于空間問(wèn)題偏于保守。 3）公式推導(dǎo)中未考慮基礎(chǔ)剛度的影響,在均布條形荷載作用下，土中任一點(diǎn)的應(yīng)力來(lái)源于： 1）基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力p-D：條形分布； 2）基底處的邊側(cè)荷載D：均布； 3）基底面以下土的自重應(yīng)力 z。 因Ko=1,所以土中任一點(diǎn)M的主應(yīng)力： 2為M點(diǎn)視角（弧度）；為土的重度（kN/m

14、3）；D為埋深（m）；p為基底壓力（kN/m2）。 當(dāng)M點(diǎn)的應(yīng)力達(dá)到極限平衡時(shí)，據(jù)M-C準(zhǔn)則，應(yīng)有： 將1、3代入上式得,塑性區(qū)最深點(diǎn)的確定： 代入z式，得： 令zmax=0時(shí)，得： 臨塑荷載pcr（是指理論上地基土中剛出現(xiàn)剪切破壞塑性變形時(shí)，基底單位面積上所承受的荷載,令zmax=1/4B時(shí)，得： 臨界荷載p1/4（實(shí)踐證明，可以容許地基土中有不大的塑性區(qū)，對(duì)于建筑物安全無(wú)妨害,同理可得p1/3,5.2壩基（肩）巖體的抗滑穩(wěn)定分析,1. 壩基巖體滑動(dòng)破壞的類型,試驗(yàn)研究的資料表明，由于壩基巖體特征不同，重力壩在庫(kù)水推力作用下的滑動(dòng)破壞可能有三種不同類型，即：表面滑動(dòng)、淺層滑動(dòng)和深層滑動(dòng),表面

15、滑動(dòng)沿混輕土基礎(chǔ)與基巖接觸面發(fā)生的剪切滑動(dòng),主要發(fā)生在壩基巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于壩體混凝土強(qiáng)度，且?guī)r體完整、無(wú)控制滑移的軟弱結(jié)構(gòu)面的條件下。此時(shí)，混凝士基礎(chǔ)與基巖接觸面的摩擦系數(shù)值，是控制重力壩設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。壩體必須具有足夠的重量，以便使接觸面上的摩擦阻力大于作用在壩體上的總水平推力,摩擦系數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)資料，考感到壩區(qū)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的特點(diǎn)，并參照國(guó)內(nèi)外已建的類似工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的,淺層滑動(dòng)當(dāng)壩基表層巖體的抗剪強(qiáng)度低于壩體混凝土?xí)r，剪切破壞往往發(fā)生在淺部巖體之內(nèi)，造成淺層滑動(dòng),從產(chǎn)生條件來(lái)看，這種淺層活動(dòng)可能有三種主要類型,一是壩甚巖體的巖性軟弱，巖石本身的抗剪強(qiáng)度低于壩體混凝土與

16、基巖的接觸面故在庫(kù)水推力作用下，易于沿表層巖體的內(nèi)部發(fā)生如圖1122所示的剪切破壞,二是由近水平產(chǎn)出的薄層狀巖層(特別是夾有軟弱層者)組成的壩基在庫(kù)水推力作用下，產(chǎn)生如圖1123所示的滑移彎曲,三是碎裂結(jié)構(gòu)巖體組成的壩基在壩體推力作用下發(fā)生如圖1124所示的剪切滑移破壞,深層滑動(dòng) 在工程應(yīng)力條件下巖體的深層滑動(dòng)主要是沿已有的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生。因此只有當(dāng)?shù)鼗鶐r體內(nèi)存在有軟弱結(jié)構(gòu)面，且按一定組合能構(gòu)成危險(xiǎn)滑移體時(shí)，才有發(fā)生深層滑動(dòng)的可能。 能夠構(gòu)成危險(xiǎn)滑移體的軟弱結(jié)構(gòu)面，通常可分為滑移控制面和切割面兩類。它們與一定的臨空面組合就構(gòu)成了探部滑移的邊界條件,典型的切割面通常是由陡立的斷裂面構(gòu)成的，只起將

17、沿移體與周?chē)鷰r體割裂開(kāi)來(lái)的作用，不起抗滑作用,與作用力方向垂直的陡立結(jié)構(gòu)面構(gòu)成橫向切割面，平行于作用力方向的陡立面則構(gòu)成側(cè)向切剖面,滑移控制面通常是由平緩的軟弱結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的，它與切割面不同，除了一定的切割、削弱的作用之外，還能對(duì)沿移休起抗滑的作用,滑動(dòng)邊界條件的組成 滑動(dòng)面（底滑面） 特點(diǎn)： 1）產(chǎn)狀平緩（30度）、穩(wěn)定； 2）分布范圍廣，連續(xù)性強(qiáng)，埋藏淺； 3）夾泥多，f、c值低； 4）走向與壩軸線小角度相交,2.壩基巖體滑動(dòng)的邊界條件分析,常見(jiàn)的滑動(dòng)面：軟弱夾層、斷層面、片理面、層理面,臨空面:滑移體的自由滑出面 1）水平臨空面：河床面； 2）陡立臨空面：深潭、深槽、沖刷坑、下游基坑；陡傾

18、角的橫穿河床的斷層破碎帶、軟巖、風(fēng)化深槽、裂隙密集帶潛蝕溶洞,1）縱向切割面： 產(chǎn)狀陡； 走向與壩軸線大角度相交； 以剪應(yīng)力為主，法向應(yīng)力很小。 2）橫向切割面： 產(chǎn)狀陡，當(dāng)產(chǎn)狀平緩時(shí)，具有底滑面的作用（雙滑面）； 走向與壩軸線小角度相交； 屬拉裂面，可為追蹤面,切割面,常見(jiàn)的滑動(dòng)破壞類型 緩傾（傾角30）層狀巖體 最不利情況：地層走向河流流向。 特征： 1）存在一組占優(yōu)勢(shì)作用的結(jié)構(gòu)面：層面層間錯(cuò)動(dòng)面軟弱夾層泥化夾層：構(gòu)成滑動(dòng)面； 2）底滑面層數(shù)多，滑動(dòng)面成簇出現(xiàn)，最不利滑動(dòng)面的確定困難； 3）巖體軟硬相間，層間錯(cuò)動(dòng)強(qiáng)烈，夾層物理力學(xué)性質(zhì)差，f 可0.17； 4）縱、橫切割面多追蹤裂隙和小斷層

19、，產(chǎn)狀陡立； 5）底滑面厚度薄、產(chǎn)狀穩(wěn)定、延伸范圍廣。 傾斜（傾角30 60，一般 40 50）層狀巖體 穩(wěn)定條件相對(duì)較好，多表現(xiàn)為接觸滑動(dòng)，當(dāng)裂隙較發(fā)育時(shí)，應(yīng)充分注意追蹤型滑面的淺層滑動(dòng)， 尤其應(yīng)注意：反傾、緩傾壓性斷層的不利組合。 橫谷：斷層底滑面； 縱谷：層面和斷層構(gòu)成雙滑面，兼縱向切割面：平放的三角柱體或尖錐體； 斜谷：穩(wěn)定條件相對(duì)較好，但仍有上述破壞形式存在,陡傾（傾角60）或倒轉(zhuǎn)層狀巖體 構(gòu)造作用強(qiáng)烈，斷裂發(fā)育，斷層規(guī)模較大。 反傾、緩傾壓性斷層構(gòu)成滑動(dòng)面。 橫谷： 1）X型扭性斷裂（走向與巖層走向近正交，傾角40 60）：其滑動(dòng)面（雙滑面）和縱向切割面、層面構(gòu)成橫向切割面； 2）

20、反傾、緩傾壓性斷層構(gòu)成滑動(dòng)面，層面構(gòu)成橫向切割面，張性斷層、裂隙構(gòu)成縱向切割面； 縱谷：層面和反傾向壓性斷層構(gòu)成滑動(dòng)面兼縱向切割面，張性及扭性斷層、裂隙構(gòu)成橫向切割面； 斜谷：穩(wěn)定條件較好。 塊狀巖體 巖體完整性較好，結(jié)構(gòu)面陡傾角為主，穩(wěn)定問(wèn)題： 1）接觸滑動(dòng)； 2）緩傾結(jié)構(gòu)面構(gòu)成不利組合，形態(tài)復(fù)雜,邊界條件的阻滑因素,滑動(dòng)面的阻滑因素滑動(dòng)面的f、c值是決定巖體抗滑能力的主要因素,當(dāng)有泥化夾層時(shí)其實(shí)驗(yàn)值往往很低，但當(dāng)滑動(dòng)面的起伏差大、連續(xù)性差、夾泥層尖滅或被其他斷裂錯(cuò)斷時(shí)，則可提高其抗滑能力,側(cè)向切割面的阻滑作用切割面有時(shí)與滑動(dòng)方向以一個(gè)較小的角度斜交，也有時(shí)它的傾角不時(shí)90。此時(shí)它就具有滑動(dòng)

21、面的性質(zhì)，且其阻滑力還常不小,壩下游抗力體的阻滑作用（如圖,抗力體：在壩基下可能發(fā)生滑移的巖體中，有時(shí)下游的局部巖體具有支撐或抗滑作用，這部分巖體稱為抗力體。如圖中的bbc,平行于拱端切線方向的軸向推力 H,沿半徑方向的切向力 V,壩肩巖體滑動(dòng)的邊界條件分析,作用方向：斜向岸里偏下游,分力方向以外的結(jié)構(gòu)面成為其橫向切割面,在分力夾角范圍內(nèi)的側(cè)向滑動(dòng)面,河谷邊坡構(gòu)成天然的臨空面,軟弱夾層,層面,斷層裂隙面,各種地形地質(zhì)條件對(duì)壩肩巖體穩(wěn)定的影響,5.3壩基巖體抗滑穩(wěn)定計(jì)算,重點(diǎn)考慮,滑動(dòng)邊界、尤其是最不利滑裂面的確定。 需要的是Kmin，任何一個(gè)K都對(duì)應(yīng)一個(gè)具體的滑裂面。 滑動(dòng)方向的確定。滑動(dòng)力和

22、抗滑力都是矢量。 滑裂面f、c的確定。 荷載組合的選擇,受力條件分析 壩體及滑體自重： 永久設(shè)備重量： 水壓力： 揚(yáng)壓力：很不利、很重要（可抵消壩體重量的30%40%），且難于精確確定 組成：浮托力+滲透力,影響因素： 1）水頭差及下游水深； 2）庫(kù)底淤積、入滲條件，下游覆蓋、排水條件； 3）壩基巖體滲透性：巖溶及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、分布、充填、性質(zhì)、連通性； 4）防滲帷幕：深度、材料、工藝、排數(shù)； 5）排水、減壓措施。 計(jì)算方法： 1）無(wú)防滲排水（或有，但已失效）時(shí)： 2）設(shè)防滲排水時(shí),淤泥壓力：按土壓力計(jì)算，設(shè)計(jì)中可不予考慮； 地震力：設(shè)計(jì)烈度6度時(shí)不考慮考慮 1）水平地震慣性力： W壩體及

23、滑體重量； KH水平向地震系數(shù)，取0.1（7度）、 0.2（8度）、 0.4（9度）； CZ包括地基影響在內(nèi)的綜合影響系數(shù)，取0.25； F地震慣性系數(shù)，垂向取1.5（壩高150m） 水平取1.1（壩高30m）、 1.3（ 30m 壩高70m）、 1.5（壩高 70m） 2）地震動(dòng)水壓力：壩上游面直立時(shí)，單位寬度壩段上的總動(dòng)水壓力 波浪壓力及冰壓力： 注意：上述荷載并非同時(shí)存在，分為： 基本荷載組合：正常運(yùn)行期間遭遇正常設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)洪水時(shí)的各種荷載組合； 特殊荷載組合：校核洪水位和地震情況下的各種荷載組合,抗滑力分析（見(jiàn)邊界條件的阻滑分析,1）塊體極限平衡法。 2）數(shù)值分析法。 3）地質(zhì)力學(xué)

24、模型試驗(yàn)法。 計(jì)算模式： 1）按抗剪強(qiáng)度（純摩強(qiáng)度）計(jì)算： 基本組合：K1.051.10； 特殊組合：K1.01.05。 2）按抗剪斷強(qiáng)度（剪摩強(qiáng)度）計(jì)算： 基本組合： K3.0； 特殊組合： K2.32.5,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算,安全系數(shù)的定義：滑裂面上抗滑力與滑動(dòng)力之比,計(jì)算方法,f、c的取值： 表層滑動(dòng)：混凝土與巖體之間； 淺層滑動(dòng)：建基面巖體,計(jì)算公式： 1）表、淺層滑動(dòng),2）深層滑動(dòng),單滑面,傾向下游,傾向上游,雙滑面： 不平衡推力法根據(jù)塊體靜力傳遞原理，先假定后滑面處于極限平衡，算出其剩余推力；在剩余推力作用下，計(jì)算前滑面的K。 被動(dòng)抗力法先假定前滑面處于極限平衡狀態(tài)，算出其被動(dòng)

25、抗力R；在被動(dòng)抗力作用下，計(jì)算后滑面的K。 等系數(shù)法假定前、后滑面的K相等，用試算法求解。 3）說(shuō)明： 未計(jì)c作用，按不同的荷載組合，K取1.01.3； 被動(dòng)抗力R與水平面的夾角變化于0之間， 當(dāng)滑面傾角30時(shí)， = 0 ； 時(shí)， =,巖體及軟弱夾層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定,抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的方法,試驗(yàn)法（含室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng),指標(biāo)選定,比例極限堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖的取值標(biāo)準(zhǔn),屈服值軟巖、軟弱夾層的取值標(biāo)準(zhǔn),峰值堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖取0.5的折扣；軟巖、軟弱夾層取0.60.8的折扣,流變值大型工程將其取為長(zhǎng)期強(qiáng)度,長(zhǎng)期強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度峰值強(qiáng)度的0.8,C值的分散性大，多按試驗(yàn)值的20%選用,地質(zhì)因素對(duì) f、c 值的影響,

26、實(shí)驗(yàn)成果不能完全模擬現(xiàn)場(chǎng)情況,地質(zhì)參數(shù)隨時(shí)間會(huì)發(fā)生變化,粗糙度：越光滑，抗剪強(qiáng)度越小,連續(xù)性：連續(xù)性越好，抗剪強(qiáng)度越小,滑動(dòng)面的影響,地下水循環(huán)滲流條件,主要表現(xiàn)在滲入的地下水對(duì)滑動(dòng)面力學(xué)參數(shù)的降低上,c. 變形一致原則求 f、c 值,各部位巖層應(yīng)力狀態(tài)不同,各部位巖層變形位移值一致,不均勻巖土壩基的影響,不同巖層選用與該變形值對(duì)應(yīng)的f、c值進(jìn)行綜合計(jì)算,a. 面積加權(quán)法求平均的f、c值,b. 應(yīng)力加權(quán)法求平均的f、c值,類比法 經(jīng)驗(yàn)法 平均值的求取方法： 1）有 和 2種方法，各有優(yōu)缺點(diǎn)； 2）當(dāng)軟弱夾層（巖層）面積占60%時(shí)，應(yīng)完全按軟弱夾層考慮抗剪指標(biāo),面積加權(quán),應(yīng)力加權(quán),巖體抗剪強(qiáng)度指

27、標(biāo)的確定,工程地質(zhì)條件調(diào)查、室內(nèi)試驗(yàn)巖體結(jié)構(gòu)、巖體質(zhì)量分層、分區(qū)各區(qū)巖體質(zhì)量的確定（可輔以聲波、點(diǎn)荷載等輕型原位試驗(yàn)）根據(jù)各層、各區(qū)的質(zhì)量類別查表確定力學(xué)參數(shù)；選擇典型的、重要的區(qū)段進(jìn)行原位現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分層、分區(qū)確定地質(zhì)建議值,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范,5.4降低壩基巖體抗滑穩(wěn)定性的作用,1.滲透水流對(duì)壩基巖體穩(wěn)定性的影響,對(duì)壩基巖體產(chǎn)生滲透壓力 發(fā)生機(jī)械潛蝕或化學(xué)潛蝕，使某些巖石軟化或泥化,作用在壩基巖體上的滲透壓力,定義：滲透到壩基下的水流在上下游水頭差（H）的作用下對(duì)巖體產(chǎn)生的水壓力，其大小等于該作用點(diǎn)的水頭高度乘以水的重度（,壩基巖體若有良好的入滲條件，排水條件差的情況下就容易產(chǎn)生

28、較大的滲透壓力。 如圖，右岸壩肩上游附近有沖溝，構(gòu)成良好的入滲條件，巖體中斷成裂隙發(fā)育并有夾泥,注意：在蓄水前后壩基巖體穩(wěn)定性的變化：如馬耳帕賽壩失事,潛蝕（管涌）在巖層中由于滲透水流的沖刷作用，將其中的細(xì)小顆粒沖走帶出的現(xiàn)象,機(jī)械潛蝕由滲透水流的動(dòng)水壓力沖動(dòng)土顆粒而造成的,動(dòng)水壓力為滲透水流對(duì)土粒沖動(dòng)的力，其方向與滲流方向一致，其數(shù)值等于水的重度（gw）與水力坡度（）的乘積 常近似認(rèn)為在壩基下游滲水溢出地段的單位動(dòng)水壓力大于或等于該處的浮重度()時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生潛蝕。 分為發(fā)展型從帶出顆粒開(kāi)始，即使水頭不再增加，顆粒仍將繼續(xù)帶出，直至充填物被掏盡或發(fā)生破壞； 非發(fā)展型僅在滲透坡降增加時(shí)，有時(shí)少量

29、顆粒帶出，以后則逐漸停止，這主要由于細(xì)小顆粒阻塞了通道所致,式中：h為水頭差，L為滲徑長(zhǎng)度,例：四川陳食水庫(kù)發(fā)展型機(jī)械潛蝕,壩基為侏羅系的泥巖和砂巖。一部分壩基放在裂隙發(fā)育且已風(fēng)化的泥巖上。防滲措施不夠，清基不徹底。以致蓄水后在3號(hào)和6號(hào)拱的背后均有渾水滲出。如圖,化學(xué)潛蝕（有兩種類型,一種是可溶性鹽類礦物在酸性水作用下溶解,在這種環(huán)境水里混凝土可以變成豆腐渣一樣,另一種是游離的硅、鐵、鋁氧化物在地下水中堿度pH=9的情況下,亦可游離成溶膠或凝膠,使地質(zhì)體的膠結(jié)作用削弱,2.壩下游河床沖刷問(wèn)題,宣泄下來(lái)的水流對(duì)下游河床發(fā)生嚴(yán)重的沖刷作用，尤其當(dāng)采用挑流能形式時(shí)，將在壩下游的河床中形成沖刷坑。

30、如果沖刷坑發(fā)展得很大、很深時(shí)，就會(huì)使壩趾附近巖體失去抗力或是切斷緩傾軟弱夾層，形成滑動(dòng)巖體的臨空面，危及巖體的穩(wěn)定,地質(zhì)構(gòu)造條件對(duì)沖刷坑形成的影響,由上資料顯示，影響可分為三個(gè)方面： 斷裂破碎帶往往控制著局部最大沖坑的位置、形狀和范圍。 如圖：沖坑沿F74斷層發(fā)展，并以其中心形成深達(dá)20.16m的沖坑，并切斷了軟弱夾層，降低了抗滑穩(wěn)定性,緩傾的軟弱結(jié)構(gòu)面及軟弱夾層較陡傾者，易于形成較深的沖坑。 巖層傾向下游時(shí)沖坑上游側(cè)塌破壞，并溯流向壩趾發(fā)展，危及壩基穩(wěn)定；巖層傾向上游活傾角較陡時(shí)，一般沖刷較輕,構(gòu)造裂隙的密度愈大，巖塊體積愈小，愈易形成較深的沖坑。 但裂隙的膠結(jié)和互相交切的形態(tài)也有很大影響,

31、壩下游巖石沖刷坑深度的確定有水工模型試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式。經(jīng)驗(yàn)公式誤差大，目前常用,其中：為沖坑系數(shù)，堅(jiān)硬完整巖石0.91.2，軟弱破碎、裂隙發(fā)育巖石為1.52.0；q為單寬流量 ;H為上下游水位差（m）；tk為水墊厚度，即水面至坑底水深（m）。 的取值長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室提出的估算值,5.5壩基處理,目的： 提高壩基巖體的剛度、強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗滑穩(wěn)定性， 以滿足大壩對(duì)壩基承載力、沉降和不均勻沉降、抗滑穩(wěn)定性、滲漏和滲透穩(wěn)定性的要求。 方法：根據(jù)地形條件的不同而不同，將挖、塞、錨、截、堵、灌、排、濾綜合應(yīng)用,高拱壩：應(yīng)盡量開(kāi)挖到堅(jiān)硬新鮮或微風(fēng)化巖體 依據(jù)：風(fēng)化、卸荷分帶 中拱壩：清基到微風(fēng)化或弱風(fēng)化中、下部巖體； 中重力壩：可放寬到弱風(fēng)化中、上部 低壩：弱風(fēng)化上部巖體,1.清基：普遍采用,方法：風(fēng)鎬、鉆爆。接近建基面時(shí)應(yīng)以人工撬挖為宜 應(yīng)注意爆破對(duì)建基面的影響以及易風(fēng)化巖的保護(hù)。 建基面的形狀： 鋸齒狀，略向上游傾斜或向下游抬高的倒坡，或臺(tái)階狀，但高差不宜過(guò)大,作用：提高壩基的整體性、彈性模量和承載力，降低透水性、減少滲漏量。 類型： 按材料分： 水泥灌漿； 粘土灌漿； 化學(xué)灌漿。 按作用分： 固結(jié)灌漿：按平面布置，利用鉆孔進(jìn)