第5章水利工程常见的地质问题(52坝的工程地质研究
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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。
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
(1/16～1/20) 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。
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
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。
（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。
二、坝基岩体承载力
岩体级别 f0（MPa）
基岩承载力基本值（f 0）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
>7.0 7.0～4.0 4.0～2.0
Ⅳ
Ⅴ
2.0～0.5 <0.5
风化程度
岩石容许承载力表（KPa）
岩石 类别
全风化 强风化
中等风化 微风化
Fra Baidu bibliotek
硬质岩石
200～500 500～1000 1000～2500 2500～4000
软质岩石
200～500 500～1000 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.
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
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。
岩石名称
坚硬和半坚硬岩石 (Rb>30MPa) 软弱夹层 (Rb<30MPa)
节理不发育 (间距1.0m)
1/7Rb
1/5Rb
节理较发育 (间距1～0.3m)
(1/7～1/10) Rb
节理发育 (间距0.3～
0.1m)
(1/10～1/16) Rb
(1/5～1/7) Rb (1/7～1/10) Rb
节理极发育 (间距<0.1m)
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。
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）
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。
5.2 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。
导致坝基破坏的岩体失稳形式：
失稳形式压缩变形坝基沉坝陷基沉、陷拱（端变重形力坝（）拱坝） 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
(1/16～1/20) 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。
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
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。
（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。
二、坝基岩体承载力
岩体级别 f0（MPa）
基岩承载力基本值（f 0）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
>7.0 7.0～4.0 4.0～2.0
Ⅳ
Ⅴ
2.0～0.5 <0.5
风化程度
岩石容许承载力表（KPa）
岩石 类别
全风化 强风化
中等风化 微风化
Fra Baidu bibliotek
硬质岩石
200～500 500～1000 1000～2500 2500～4000
软质岩石
200～500 500～1000 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.
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
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。
岩石名称
坚硬和半坚硬岩石 (Rb>30MPa) 软弱夹层 (Rb<30MPa)
节理不发育 (间距1.0m)
1/7Rb
1/5Rb
节理较发育 (间距1～0.3m)
(1/7～1/10) Rb
节理发育 (间距0.3～
0.1m)
(1/10～1/16) Rb
(1/5～1/7) Rb (1/7～1/10) Rb
节理极发育 (间距<0.1m)
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。
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）
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。
5.2 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。
导致坝基破坏的岩体失稳形式：
失稳形式压缩变形坝基沉坝陷基沉、陷拱（端变重形力坝（）拱坝） 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。