坝的工程地质研究

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
切割面:将岩体切隔开来,形 成不连续块体的结构面。通常 由较陡的软弱结构面构成。如 各种陡倾的断层和裂隙等。如 ABEF面,受拉应力而破碎。
G F E B A H
C
D
ABCD是滑动面; ABFE是被拉开的张裂面; ADE、BCF和ABFE是切割面;
临空面: 滑移体与变形相临的 HDCG是临空面。 面,是指滑移体可向之滑动而 这些界面构成滑移体的边界条件。 不受阻碍或阻力很小的自由面。
主要解决问题:
①坝基在承受荷载作用下不会发生滑动失稳;
②坝基各部位的应力及变形值要在学科范围之内,避免产生过大 的局部应力集中和严重的不均匀变形;
③坝基在渗流水的长期作用下,保持力学上和化学上的稳定,渗 漏量和渗流压力都应控制在允许范围之内。
第一节
坝基岩体的压缩变形与承载力
W

通常100m高的混凝土重力坝,传到坝基上的自 重压力可达2MPa以上。 导致坝基破坏的岩体失稳形式:
坚硬和半坚硬岩石 (Rb>30MPa) 软弱夹层 (Rb<30MPa)
(1/10~1/16) Rb (1/16~1/20) Rb (1/7~1/10) Rb (1/10~1/15) Rb
《岩石坝基工程地质》,适用于初期设计阶段或中、小型水利工程中
第二节 坝基(肩)岩体的抗滑稳定分析
坝基岩体抗滑稳定性指的是坝基岩体在筑坝后的各种工程荷 载作用下,抵抗发生剪切破坏的性能。 不同坝型对坝体和地基接触面或地基岩体中是否可能产生滑 动的要求是各不相同的。 坝基抗滑稳定问题是重力坝设计和重力坝工程地质勘查研究 的主要课题。 对于重力坝而言,很少有由于坝身受到剪切破坏的坝,但是 多数坝基岩体中总是存在着风化岩体。 软弱夹层、断层裂隙、地下水等不利地质条件,在不利条件 组合下造成坝基滑动,使大坝遭受破坏。
三、边界条件的阻滑因素
3、坝下游抗力体的阻滑作用 有滑动面且无临空面时, 必须有倾向上游的滑动面与 之组合。bc面上的摩擦力, 除抗力岩体的自重外,还有 坝体传来的水压力和坝体的 自重等合力,合力的作用方 向与bc面垂直,所以摩擦力 较大。
b′ p f1,c1 b f2,c2
a
c
图5-12 抗力体的阻滑作用 ab-滑动面;bc-第一破碎面; bb ′-第二破裂面
一、坝基岩体抗滑动破坏的类型
图3-5 坝基滑动破坏的形式 (a)表层滑动 (b)浅层滑动 (C)深层滑动
一、坝基岩体抗滑动破坏的类型
1、表层滑动 指坝体沿坝底与基岩的接触面发生剪切破坏所造成的滑动。 滑动面大致是平面。 坝基岩体坚硬,地基岩面处理不好或混凝土浇注不好。 主要发生在坝基岩体的强度远大于坝体混凝土强度,且岩 体完整、无控制滑移的软弱结构面的条件下。此时,混凝土基 础与基岩接触面常称为薄弱且可能滑动的面,接触面的摩擦系 数值,是控制重力坝设计的主要指标。坝体必须具有足够的重 量,以便使接触面上的摩擦阻力大于作用在坝体上的总水平推 力。
对中小型工程中的中、低坝,若无条件进 行试验时,也允许按纯抗剪公式计算。
不同情况下Kc的大小要求不同,如下表
坝的级别 荷载组合 基本组合 1 1.10 2 1.05 3 1.05
特殊组合(1)
特殊组合(2)
1.05
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
注:表中基本组合是指正常水位下的各种荷载组合; 特殊组合(1)是在校核洪水位情况下的荷载组合;特殊 组合(2)是包括地震荷载下的各种荷载组合。
二、坝基岩体承载力
容许承载力:在保证建筑物安全稳定的条件下,地基能够 承受的最大荷载压力。包括过大沉陷变形引起的破坏,也 包括剪切滑移导致破坏。
如何确定地基承载力?三种方法: (1)现场荷载实验法。按岩体实际承受工程作用力的的大 小和方向进行原位实验。获得岩体弹性模量、变形模量、 泊松比指标。复杂、费用高。在大中型工程中采用。 (2)经验类比法。根据已建成的工程经验数据、工程特征、 地质条件进行比较选取。
1、表层滑动稳定性计算
K 阻滑力 f( V U) H
∑H
滑动力
∑V
K 阻滑力 滑动力
式中:

f( V-U ) C A H


U K——抗滑稳定安全系数,取1.0~1.1; f ——滑动面的抗剪摩擦系数 ∑V——作用在滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和 ∑H——作用在滑动面以上的力在水平方向投影的代数和 K′——抗滑稳定安全系数,取≧2.5; f′——滑动面的抗剪摩擦系数 c′——滑动面的抗剪断粘聚力;A——滑动面的面积
坝基沉陷(重力坝) 压缩变形 失稳形式 拱坝) 坝基沉陷、拱端变形( 滑动变形
第一节
坝基岩体的压缩变形与承载力
一、坝基岩体的压缩变形
(1)岩性软硬不一,变形模量值相差悬殊,引起较大的不 均匀沉陷,导致坝体发生裂缝。如粘土页岩、泥岩、强烈 风化的岩石以及松散沉积物、尤其是淤泥、含水量较大的 粘性土层,是容易产生较大沉陷变形的岩层。
一、坝基岩体抗滑动破坏的类型
2、浅层滑动 当坝基表层岩体的抗剪强度低于坝体混凝土时,剪切破坏 往往发生在浅部岩体之内,造成浅层滑动。滑动面常参差不齐 。 坝基岩体软弱,或岩体虽坚硬但表面部风化破碎层没有挖除 干净。
从产生条件来看,这种浅层滑动可能有三种主要类型: 1)坝基岩体的岩性软弱,岩石本身的抗剪强度低于坝 体混凝土与基岩的接触面.故在库水推力作用下,易 于沿表层岩体的内部发生剪切破坏。
坝基深层滑移类型
楔形体 锥形体
棱柱体
方块体
坝基滑移体形状示意图
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
常见的几种滑移破坏形式: 1、岩层产状平缓 当坝基岩性软弱或软弱夹层埋藏较浅时,在水平推力作用下, 下游岩层容易弯曲,形成浅层滑移。
泥化 薄层 夹层 泥岩 砂岩
水平岩层的滑动破坏
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
3、软弱结构面倾向下游(倾角 小于30°) 坝基最大剪应力方向常与软弱面 近于平行,所以最危险。当坝趾 附近有深层槽、洞穴或冲刷面直 接滑出。当坝趾下游有倾向上游 的软弱面,则组成楔形体,自河 面滑出。当存在有较厚的软弱岩 层或破碎带时,可因产生较大的 压缩变形而起到临空面的作用, 导致坝基滑动。
一、坝基岩体抗滑稳定计算
2)深层滑动抗滑稳定计算
H
α
H
α

H
W G
W G
f (W G )cos u H sin )
(1)单滑动面倾向下游, 下游有陡立临空面时:
Kc Kc
3)是碎裂结构岩休组成 的坝基 碎裂结构岩休组成的坝 基在坝体推力作用下发生的 剪动滑移破坏。
一、坝基岩体抗滑动破坏的类型
3、深层滑动 在坝基岩体的较深部位 ,沿软弱结构面发生剪切破坏 。滑动面由两三组或更多的软 弱结构面组合而成,只有当地 基岩体内存在有软弱结构面, 且按一定组合能构成危险滑移 体时,才有发生深层滑动的可 能。 是高坝主要破坏形式。
微风化
2500~4000 1000~1500
(3)以岩石单轴饱和抗压强度(Rb)乘以折减系数(φ) 求承载力的方法是最广泛应用的简便方法。
承载力
f = φ Rb
折减系数选取:微风化 0.2~0.33; 中等风化 0.17~0.25. 只考虑风化因素,且只有二个档次,不易掌握.
岩石名称 节理不发育 节理较发育 (间距1.0m) (间距1~0.3m) 1/7Rb 1/5Rb (1/7~1/10) Rb (1/5~1/7) Rb 节理发育 (间距0.3~ 0.1m) 节理极发育 (间距<0.1m)
拱坝 1 切割面 2 A V H
切割面:1,2
临空面:当下游河谷 变窄、地形收缩时,滑 动面增长,对岩体稳定 不利。在坝下游河流急 转且岸坡陡峭突出或有 冲沟切割,两面临空现 象,对稳定不利。
O
E N 3
4 滑动面
拱坝坝肩岩体稳定分析示意图
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
几种可能引起坝肩岩体发生滑动的地形地质条件
坝基浅层滑动示意图
2)由近水平产出的薄层状岩层(特别是夹有软弱层者) 由近水平产出的薄层状岩层(特别是夹有软弱层者)组成的坝基在 库水推力作用下产生滑移弯曲。这类变形破坏的产生主要是因为薄层 状结构岩体的抗弯折变形能力很低,在平行于层理方向的荷载作用下, 易于产生突向临空面方向的弯曲变形,故在水平荷裁作用下,坝趾下 游岩层往往因发生隆起而丧失对坝基沿软弱层滑动的抗力,于是促进 了坝基整体滑动的发生。(下图所示)
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
坝基岩体表层滑动边界条件比较简单,主 要取决于坝体混凝土与基岩接触面的抗剪强度。 浅层滑动近似一平面,抗滑稳定性取决于浅部 岩体的抗剪强度。坝基的深层滑动比较复杂, 它必须有滑动面、切割面和临空面,下面着重 讨论。
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
滑动面:如缓倾的页岩夹层、 泥化夹层、节理、卸荷裂隙、 断层破碎带等。可以是单一的, 也可以是由两组或更多组的结 构面组成的楔形、梭柱形、锥 形。
a1
a2
a3
a、由一组软弱结构面构成的不利条件
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
几种可能引起坝肩岩体发生滑动的地形地质条件
b1
b2
b、由两组软弱结构面构成的不利条件
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
几种可能引起坝肩岩体发生滑动的地形地质条件
C
D
E
第三节 坝基岩体抗滑稳定计算
一、坝基岩体抗滑稳定计算(极限平衡)
冲刷坑 泥化夹层 构成滑动面
断层
岩性不均匀的坝基剖面
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
4、陡倾层状岩体 一般不利于形成单一的滑动面,但可与层间法向裂隙或 延续性裂隙组成阶梯状,或近似弧形的滑动面。
F
陡倾层状岩体的滑移破坏
三、边界条件的阻滑因素
1、滑动面的阻滑作用
滑动面的f、c值是决定岩体抗滑能力的主要因素。但 当滑动面的起伏差大,连续性差、夹泥层灭尖或被其他断 裂错动时,则可提高其抗滑能力。 2、侧向切割面的阻滑作用 抗滑稳定分析是不计岩体的侧向抗滑作用的,只是把它 作为安全储备。但实际上是客观存在。 3、坝下游抗力体的阻滑作用 坝基软弱夹层倾向下游,若下游无冲刷坑或可压缩的 断层破碎带作为临空面,则下游岩体有一定的抵抗滑动作 用
一、坝基岩体的压缩变形
(2)坝基或两岸岩体中有较大的断层碎带、裂隙密集带、 卸荷裂隙带等软弱结构面,尤其是张性裂隙发育带且裂隙 面大致垂直于压力方向,易产生较大的沉陷变形。
(3)岩体内存在溶蚀洞穴或掏空现象,产生塌陷而导致不 均匀变形。
上述软弱岩层和软弱结构面的产状和分布位置对岩体变形 也有显著影响
2、软弱结构面倾向上游(倾角 小于30° ) 坝基下软弱结构面的产状愈平 缓,由坝体自重力W和水平推力 H组成的合力R作用在其上的向 下游的滑力愈大,抗滑力愈小, 对稳定愈不利。
H R W
当坝基下有贯通的倾向上游的缓倾角结构面时,最易与坝基 附近的横向切割面和平行于河流方向的侧向切割面组成楔 形体,直接由河床面滑出.
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
对重力坝水压力,通过拱圈传递到两岸岩 体上。另一方面,拱坝对坝肩岩体的变形非常敏感,稍 有位移即可引起拱圈产生超出允许范围的拉应力,从而 发生裂缝,甚至导致溃坝。
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
侧向滑动面,3,4
二、坝基岩体承载力
基岩承载力基本值(f 0)
岩体级别 f0(MPa) Ⅰ >7.0 Ⅱ 7.0~4.0 Ⅲ 4.0~2.0 Ⅳ 2.0~0.5 Ⅴ <0.5
岩石容许承载力表(KPa)
风化程度
全风化
岩石 类别 硬质岩石 软质岩石 200~500
强风化
500~1000 200~500
中等风化
1000~2500 500~1000
第五章 坝基岩体稳定性的 工程地质分析

坝基岩体的压缩变形与承载力 坝基(肩)岩体稳定性分析 坝基岩体抗滑稳定计算参数的选取 降低坝基岩体抗滑稳定性的作用 坝基处理
各种坝失事百分率统计
概述
水利水电工程建设实践表明,工程地质条件不仅影响到坝址、坝 型的选择,而且关系到工程的投资、施工工期、工程效益和工程安全。 在大坝发生毁坏的事故中,因地质问题而引起的最多,因此在大坝的 设计和施工中,对坝基或坝肩的岩体进行工程地质条件的分析研究是 非常重要的。
相关文档
最新文档