坝的工程地质研究

坝的工程地质学研究
坝按其性质可分为土石坝，重力坝，拱坝。

土石坝对地质条件的要求
土石坝是由散体材料经碾压填筑而成，坝坡平缓，体积庞大，底宽较大，对地基底压应力较小。

同时坝体堆筑材料之间没有胶结材料，坝体是柔性的，允许产生较大的变形。

故它对坝基工程地质地形条件的要求较低，在土质地基和岩石地基上均可兴建。

但是，对下列地质情况需特别注意研究和处理：
岩石地基：强烈喀斯特岩体、大的断层破碎带、强透水和抗剪强度低的软弱夹层、泥化夹层的岩体、基岩起伏太大的岩体。

土质地基：(1)深厚砂砾石层；(2)软土；(3)湿陷性黄土；(4)疏松砂土及少粘性土(粘粒含量小于15％)；(5)岩溶，即含大量可溶岩类土；(6)透水坝基下游坝趾处有连续的透水性较差的覆盖层。

土石坝对地形条件的要求
土石坝适用于各种地形条件。

在布设的时候应注意下列原则：
(1)坝址附近在地形上最好有天然垭口以便布置溢洪道，或是有利于布置侧槽式溢洪道、溢洪洞的地形地质条件。

(2)土石坝是当地材料坝，坝区附近有足够数量的、合乎质量标准又易于开采运输的粘土、砂砾石或堆石料。

重力坝对地质条件的要求
重力坝是依靠坝身自重与地基间产生足够大的摩阻力来保持其稳定，故对地基要求比土石坝高，一般都修在岩基上，低坝也要修在较好的土质地基上。

1）具有足够的抗滑能力，能满足抗滑稳定要求。

2）坝基应有足够的抗压强度和与坝体混凝土相适应的弹性模量，其均匀性和完整性也应较好，能承受坝体传来的巨大压力，不致产生过大的变形或不均匀变形，否则坝体内会产生较大的拉应力，使坝体裂开，甚至毁坏。

3）坝基(肩)应有良好的抗渗性，在库水上下游水头差作用下不发生大量渗
漏，不产生过大的扬压力，也不会产生岩体的软化、泥化和软弱夹层、断层破碎带的渗透变形。

重力坝对地形条件的要求
1）重力坝对地形适应性好，但两岸山坡岩体必须稳定，没有难以处理的滑坡体和潜在的不稳定的滑移体。

2）重力坝可以从坝顶宣泄大量洪水，下游河床岩体应具有对高速水流的抗冲能力，以免冲刷坑向上游扩展，威胁大坝安全。

3）坝区附近应有足够的、合乎要求的混凝土骨料或石料。

拱坝对地质条件的要求
拱坝的外荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸，所以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体维持。

与重力坝比较，拱坝对两岸岩体的要求较高，要求两岸拱座岩体具有抗滑稳定、变形稳定和渗透稳定。

两端拱座岩体应该坚硬、新鲜、完整，强度高而均匀，透水性小，耐风化、无较大断层，特别是顺河向断层、破碎带和软弱夹层等不利结构面和结构体，拱座山体厚实稳定，不致因变形或滑动而使坝体失稳。

滑坡体、强风化岩体、断层破碎带、具软弱夹层的易产生塑性变形和滑动的岩体均不宜作为两端的拱座。

拱坝对地形条件的要求
修建拱坝比较理想的河谷断面形状应是比较狭窄的、两岸对称的“V”字形河谷，其次是“U”形和梯形。

河谷的宽高比值在1.5-2比较理想，最好不超过3.5。

支墩坝对地质地形条件的要求
支墩坝是由向上游倾斜的挡水盖板和支撑盖板的多个支墩组成的。

水压力由盖板经支墩传给地基。

与重力坝相比，它的体积比重力坝要小很多，坝对地基的荷载要低于同等高度的重力坝，对地质条件的适应性较强，其对地质地形条件的要求同重力坝，但需注意防止相邻支墩产生较大的不均匀沉降。

坝易产生的工程地质问题是渗透变形和坝基滑动
渗透变形：岩土体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。

表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。

案例：1998年长江洪水险情以渗流险情最为普遍，沿长江6000余处险情中就有400余处属渗流险情。

其中流土被视为险中之险。

一般来说，长江中下游平原冲积地层，上面是粘性土；往下是粉砂、细砂等，砂层间也有粘性土夹层的，再往下则是砂砾及卵石等强透水层，在河床中露头与河水相通。

在汛期高水位时由于渗水流经强透水层压力损失很小，堤内数百米范围内粘土层下面仍承受很大的水压力，如果这股水压力，冲破了粘土层，下面的粉砂、细砂就会随水流出（在没有反滤层保护的情况下），从而发生流土。

渗透变形产生的条件：
土体的渗透稳定性决定于渗透水流对土体的作用力与土体的阻抗力这一对矛盾的发展变化过程。

影响因素：
1）土的颗粒成分（细粒含量，土颗粒级配的不均匀系数，粗细颗粒径径比）和结构特征（固结压密，多层结构）；
2）水动力条件；
3）渗流出口条件
坝基滑动破坏类型
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。

重力坝坝基的滑动破坏常见的有三种形式：（1）表层（面）滑动；（2）浅层滑动；（3）深层滑动。

深层滑动表面滑动浅层滑动
表层滑动：取决于坝体混凝土与基岩接触面的抗剪强度。

浅层滑动：决定于浅部岩体的抗剪强度。

深层滑动：其形成条件是较复杂的，除去需要形成连续的滑动面以外，还必须有其他软弱面在周围切割——切割面，才能形成最危险的滑动岩体。

同时在下游具有可以滑出的空间——临空面，才能形成滑动破坏。

坝基岩体加固方法
固结灌浆
固结灌浆是通过在基岩中的钻孔，将适宜的具有胶结性的浆液(大多为水泥浆)压人到基岩的裂隙或孔隙中，使破碎岩体胶结成整体，以增加基岩的强度。

锚固
当地基岩体中发育有控制岩体滑移的软弱面时，为增强岩体的抗滑稳定性，可采用预应力锚杆(或钢缆)进行加固处理。

其方法为先用钻孔穿过软弱面，深入坚硬完整的岩体，然后锚人预应力钢筋或钢缆，再用水泥砂浆灌人孔内封闭。

条件允许时，也可采用大口径钢筋混凝土灌注进行锚固。

断层破碎带的槽、井、洞挖回填混凝土
大坝地基的防渗与排水措施
一般原则是，在大坝迎水面或其上游部位设置防渗措施，如灌浆帷幕，尽量降低坝基的渗透水流。

而在迎水面下游(即防渗帷幕后面)的坝基部分则设置排水措施，如排水井、孔等，以便降低渗透压力。

帷幕灌浆
在大坝的上游面地基中布置1-2排钻孔，以一定的压力将水泥浆压入基岩的裂隙或断层破
帷幕的深度，原则上应灌到透水层。

但若透水层不很深时，则可灌到相对隔水层3~5m处。

帷幕的厚度主要据其所能承受的水力坡降而定。

一般情况下高坝可设两排钻孔，中、低坝设一排钻孔即可。

孔距一般为1.5～4.0m。

排水措施：坝基岩体虽设置了防渗帷幕等防渗措施，但仍会有少量绕渗或穿过帷幕的渗透水流。

为降低坝基下的渗透压力及渗流可能造成的不利影响，通常在帷幕下游坝基中设排水孔，一般为2～3排，并可设排水管道、廊道或集水井，
将水排出坝体以外。