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《土力学》

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任务7.2坝的工程地质问题

5．2．1坝基的稳定问题

水工建筑物主要由挡水建筑物(坝、闸等)，取水和输水建筑物(隧道、引水渠等)及泄水建筑物(溢洪道、泄洪洞等)3大部分组成。作为水利枢纽主体建筑物的拦河大坝，它的安全稳定常是决定水利工程成败的关键。由于坝区岩体中存在的某些地质缺陷，则可能导致坝体产生工程地质问题。常见的主要工程地质问题有坝基稳定问题和坝区渗漏问题。

对于修建在岩基上的土坝，由于其坝身断面较大，且为柔性基础，所以地基稳定问题容易得到满足。但对于建在松散沉积层上的土坝，应查明在坝基中是否存在软土(如淤泥和淤泥质土)。重力坝、拱坝对地基要求较高，本节主要针对重力坝分析其稳定问题。坝基的稳定问题包括沉降稳定、抗滑稳定和渗透稳定3个方面。

1．坝基的沉降稳定

坝基的沉降稳定是指坝基岩体在建筑物自重及其他荷载作用下产生的压缩变形大小及不均匀沉降量。显然坝基沉降量过大，特别是不均匀沉降量超过容限限度时，将会导致坝体的破坏而影响正常使用。

(1)影响坝基沉降稳定的因素。坝基岩体的压缩变形量除与建筑物类型和规模有关外，还受坝基岩体的性质、构造因素影响。

由坚硬岩石构成的坝基，强度高、压缩性低，不会产生过大的沉降。但当坝基岩体中存在软弱夹层、断层破碎带和较厚的强风化岩层时，则有可能产生较大的沉降或不均匀沉降(图5．5)，甚至导致坝基破坏。

影响沉降的因素，除岩性和地质构造外，还要考虑软弱夹层的存在位置和产状，如图5．6所示：当软弱夹层在坝基中呈水平时，有可能产生沉降变形[图5．6(a)]；若位于坝的上游坝踵处，沉降影响较小[图5．6(b)]；当位于下游坝趾处时，则易使坝体向下游倾覆[图5．6(c)]。

选择坝址时应尽量避开软弱夹层、强风化层、断层破碎带等，当不能避开时，应采取工程措施予以加固。

(2)岩基容许承载力的确定。岩基的稳定性用“容许承载力”的指标来评价。岩基的容许承载力是指岩基在荷载作用下，不产生过大的变形、破裂所能承受的最大压强，一般用单块岩石的极限抗压强度除以折减系数得出，即：

QUOTE(5．1)

式中[P]——岩基容许承载力，kPa；

Rg——岩石的饱和极限抗压强度，kPa；

K——折减系数。

折减系数K的含义，就一般而言，单块岩石容许承载力要远高于岩体的抗压强度，而用Rg去评价被各种结构面切割的岩体时，必须除以折减系数，才能评价岩体的容许承载力。

很显然，在选取K值时，对越是坚硬的岩体取值应越大些。表5．1是根据国内一些工程的实践经验确定的K值，可供参考。

2．坝基的抗滑稳定

坝基岩体在大坝重量及水压力的共同作用下产生的滑动破坏，是重力坝破坏的主要形式。坝基的抗滑稳定分析是大坝设计中的一个重要因素。

坝基岩体受力状态是复杂的，既承受垂直方向的作用力，还承受各种侧向的渗透压力和地震力等。坝基岩体的抗滑稳定除取决于上述各种力的综合作用外，还取决于岩体本身的性质，即岩体主要受软弱结构面及其性质控制。分析抗滑稳定，首先要着重进行地质条件分析，因为滑动总是沿着软弱结构面发生的，通过对各种软弱结构面的分析来确定坝基岩体的边界条件，然后再通过试验，结合地质条件等因素来确定抗滑稳定的计算参数。

(1)坝基滑动的破坏形式。按滑动面的位置可分为表层滑动、浅层滑动和深层滑动3种形式(图5．7)。

1)表层滑动。指坝体沿基岩表面(混凝土和岩石的接触面)滑动的形式。主要发生在坝基岩体坚硬完整、不具有可能发生滑动的软弱结构面。这是由于岩体强度远大于混凝土强度，或者是因施工质量差造成的。一般情况下，这种破坏形式较为少见。

2)浅层滑动。指坝基岩体软弱，或坚硬岩石表部的风化破碎层没有清除干净，以至于造成岩体强度低于坝体混凝土强度时，滑动面可能产生在浅部岩体之内，从而造成浅层滑动。浅层滑动面往往参差不齐，多发生在因工程清基不彻底的中小型坝体中。

3)深层滑动。发生在坝基岩体的较深部位，主要是沿着各种软弱结构面发生滑动的。滑动面常由两组或更多的软弱面组合而成。

(2)坝基滑动的边界条件分析。坝基岩体的深层滑动，除必须存在可能成为滑动面的软弱结构面外，还需具备将岩体切割分离成为不稳定滑移体的其他结构面，同时下游应有可供滑出的自由空间，这样才能形成滑动破坏。即岩体滑动的边界条件应具有3种边界面(图5．8)。

1)滑动面。指坝基岩体发生滑动破坏时，滑移体沿之滑动的结构面(图5．8中的ABCD面)。通常构成滑动面的有断层、泥化夹层、裂隙和层面等软弱结构面组成。

2)切割面。指将岩体切割开来，形成不连续块体的结构面。可分沿滑移方向的纵向切割面(图5．8中的ADE面和BCF面)和垂直滑移方向的横向切割面(图5．8中的ABFE面)，通常是由倾角较陡、甚至直立的结构面构成。

3)临空面