坝基岩体稳定工程地质分析2

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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
产生较大沉陷变形的岩性：
①
②
③
④
粘土页岩 泥岩 强风化岩石
松散沉积物，特别是淤泥，
按坝的内部结构分： 实体重力坝： 三峡、龙滩 宽缝重力坝： 新安江、丹江口 空腹重力坝： 湖南凤滩、枫树
坝的剖面详图
1-非溢流重力坝； 2-溢流重力坝 3-横缝； 4-导墙 5-闸门； 6-坝内排水管； 7-检修、排水廊道； 8-基础灌浆廊道； 9-防渗帷幕； 10-坝基排水孔
坝的平面布置
缺点： （1）坝体剖面尺寸大，材料用量多。 （2）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。 （3）坝体与地基接触面积大，相应坝底扬压力 大，对稳定不利。 （4）坝体体积大，由于施工期混凝土的水化热 和硬化收缩，将产生不利的温度应力和收缩 应力，因此，在浇铸混凝土时，需要有较严格的 温度控制措施。
坝体承受的主要应力： 库水静水推力； 地下水扬压力 风浪压力 泥沙压力
7.4 坝基岩体稳定的工程地质分析
一、坝基稳定分析的意义 水库及拦河坝的修建，不仅要考虑国民经 济的需要，同时要考虑自然条件是否许可。 工程实践表明，工程地质条件不仅影响坝 址、坝型的选择，而且关系到工程投资、 施工工期、工程效应和工程安全。
7.4 坝基岩体稳定的工程地质分析
1974年国际大坝失事和事故委员会统计： 由坝基地质缺陷引起的大坝失事约占40%； 世界142座大坝失事分析中45座由于管涌、 渗漏、不均匀变形、抗剪强度低等地质问 题造成。占总数的31.7%。 坝基渗漏变形和抗滑条件恶化是大坝失事的 主要因素。
一、概述
（一）河道筑坝可行性 主要考虑经济需要及自然、地质条件是否可行：
经济因素：国民经济的需要 自然条件及工程地质条件：
地形地质、材料供应——坝型 枢纽布置、水文——位置ห้องสมุดไป่ตู้择及库容设计 施工、运行——
一、概述
（二）坝址稳定性工程地质研究问题（3） 坝基承受荷载作用下是否发生滑动失稳 坝基各部位的应力及变形值是否在允许范 围内 坝基在渗流水长期作用下，是否能保持力 学及化学上的稳定性，使得渗漏量及渗透 压力在允许范围内。
2.拱坝 材料：钢筋混凝土 结构：凸向上游的空间壳体挡水建筑物。 平面及剖面上呈弧形，坝体较单薄，厚度 一般为坝高的10%—40%
拱坝水平截 面图：
拱坝的特点及类型
拱坝是固接于基岩的空间壳体结构，在平 面上呈凸向上游的拱形，拱冠剖面呈竖直 的或向上游弯曲。 坝体结构是由水平的拱圈和竖向的悬臂梁 共同组成。 拱坝所承受的水平荷载一部分通过水平拱 的作用传给两岸的基岩，另一部分通过竖 向的悬臂梁的作用传到坝底基岩，如图6-1 所示。
7.4 坝基岩体稳定的工程地质分析
二、不同水坝特点及对工程地质条件的要求 大坝分类： 按坝体结构分： 土坝 按材料分： 堆石坝 重力坝 干砌石坝 拱坝 混凝土坝 支墩坝 按坝高分： 低坝——H<30m 中坝——H=30～70m 高坝——H>70m
1.混凝土重力坝 工作原理： 重力坝定义：依靠自身的重量产生的抗滑 力维持其稳定性的坝。 重力坝的基本剖面：呈三角形，上游面通 常是垂直的或稍倾向上游的三角形断面。 受力特点：主要依靠坝体的重量，在坝 体和地基的接触面上产生抗滑力来 抵抗库水推力、地下水扬压力、风浪压力和 泥沙压力等，以达到稳定的要求。 受力简图：可视作倒置的悬臂梁
（二）坝基岩体滑动边界条件
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。
⑴岩体滑动边界条件的构成 坝基岩体的深层滑动， 是因为坝基下岩体四周为结 构面所切割，形成可能滑动 的滑动体。且该滑动体由可 能成为滑动面的软弱结构面， 和与四周岩体分离的切割面， 以及具有自由空间的临空面 构成。滑动面、切割面、临 空面构成了坝基岩体滑动的 边界条件，它们可以组成各 种形状，构成可能产生滑动 的结构体（滑移体），一般 常见的滑移体形状有：楔形 体、棱形体、锥形体、板状 体四类。
地基承载力的应用条件 建筑物设计初期 ② 小型工程且地质条件简单 地基承载力的确定
① ① ② ③
现场荷载试验 经验类比 抗压强度试验
坝基承载力基本值f0
岩体级 I 别 f0（MPa） >7.0 II III IV V
7.0-4.0 4.0-2.0 2.0-0.5 <0.5
岩石容许承载力表（KPa）
岩体类别 全风化 强风化
500-1000
200-500
中等风化
微风化
硬质岩石 200-500
软质岩石
1000-2500 2500-4000
500-1000 1000-1500
岩石单轴抗压强度乘以折减系数求允许承载 力：
f Rb
——折减系数，取值根据岩石坚硬程度、 完整性、风化程度及基岩形态、产状等因素 确定。
瑞士大迪克桑斯 重力坝高285m
混凝土重力坝对岩体的要求： 具有一定的强度和刚度 一般大于30m的中、高坝都要建在坚硬、半坚硬 岩基上。 坝基刚度最好与坝体刚度相近，否则容易在坝踵 处产生过大拉应力或坝趾处产生过大压应力，因 此要求坝基岩体完整性好、透水性弱； 坝趾处不宜存在缓倾角软弱结构面，否则可能导 致坝体沿结构面滑移破坏或渗漏并引起扬压力。 坝址区两岸山体稳定，地形适中，有足够建坝的 天然建筑材料。
③陡倾斜或倒转层状岩体 岩层倾角大于600或形成倒转，断裂发育，常 见宽度较大的断层破碎带，造成坝基局部地 段的浅层滑动问题。由于反倾向的压性断裂 倾角平缓，深部滑移较倾斜岩层多。稳定性 较平缓岩层好。 ④块状岩体 岩体中平缓裂隙一般不发育，断裂倾角多陡 立，因岩石坚硬，多数工程以混凝土与基岩 接触面强度控制抗滑稳定性。深部及浅部滑 移仅在少数工程中出现。
河谷窄、 两岸对称， 岩体坚硬、 完整， 未有缓倾角 的弱软结构 面。
节省材料，比重力坝节省混凝土用量80%作用。 具有较强的超载和抗震能力
拱坝对地质条件的要求
由于拱坝将大部分外荷传到两岸山体内，剖面上 的悬臂梁作用把少部分外荷及自重传至下部坝基， 要求拱坝必须建在坚硬、完整、新鲜的基岩上； 岩体要有足够的强度，不允许产生不均匀变形 地形上最好选择V型峡谷，两岸岩体浑厚、稳定及 有良好的对称性。
图6-1 拱坝平面及剖面示意图
坝体的稳定主要是依靠两岸坝肩的 反力来维持。拱坝的坝肩是指拱坝 所座落的两岸岩体部分，亦称拱座。 拱冠梁系指位于水平拱圈拱顶处的 悬臂梁，一般它位于河谷的最大深 处。
实例：
意大利瓦依昂（Vajont）双曲拱坝，1961年建成， 坝顶长190.5m，顶宽3.4m，底宽22.7m，最大坝高 265.5m，是当时世界上最高的混凝土薄拱坝。1963 年10月9日晚，由于连续降雨，水库水位上涨，左 岸靠坝的上游发生大体积岩石滑坡，近3亿m3的滑坡 体以40 m/s的速度滑入水库并冲上右岸，掀起150m 高的涌浪，涌浪溢过坝顶，冲向下游，致使2600人 丧生，但拱坝并未破坏，仅在坝肩附近的坝内发生 二、三条裂缝。据估算，拱坝当时已承受住相当于 8倍设计荷载的作用力，由此可见该拱坝的超载能 力。
三、坝基岩体压缩变形与承载力 1. 坝基岩体的压缩变形 坝基破坏的主要形式： 压缩变形
– 对重力坝：坝基沉陷 – 拱坝： 坝基沉陷、拱坝端推力方向上的水平变形 – 坚硬岩石：变形模量值很高，压缩变形值很小，如 变形均匀一致，则对坝体安全稳定无影响；当不均 匀沉陷较大时，坝体产生拉力，发生裂缝甚至整体 坝体遭到破坏。
用混凝土或浆砌石筑成，坝轴线一般为直 线，并有垂直于坝轴线方向的横缝将坝体分 成若干段
坝的纵剖面
1.混凝土重力坝
材料：混凝土 优点： （1）结构作用明确，设计方法简便，安全可靠。 （2）对地形、地质条件适应性强。任何形状 的河谷都可以修建重力坝。 （3）枢纽泄洪问题容易解决。 （4）便于施工导流。 （5）施工方便。
滑动破坏
引起不均匀变形的地质因素：
①
岩性软硬不一，变形模量值相差很大，产 生不均匀沉陷，导致坝体发生裂缝。
NW290°
溢洪道中心实测地质剖面图
比例 纵 1:100 横 1:2000
NW240°
F2
中等风化
中泓桩号 工程地质分段
0-020.0
0+020.0
0+060.0
0+100.0
0+140.0
⑤
含水量较大的粘土层
⑥
⑦
两岸岩体存在较大的断层破碎带、裂隙密 集带、卸荷裂隙带等软弱结构面，尤其是 展开裂隙发育且裂隙面大致垂直于压力方 向时。 岩体内发育有大量溶蚀洞穴或潜蚀掏空现 象
三、坝基岩体的压缩变形与承载力 2.坝基岩体承载力 定义——也称为允许承载力，是指在保证建 筑物安全稳定的条件下，地基能够承受的最 大荷载压力。 安全稳定——既不能因沉陷过大导致破坏， 也不允许剪切滑移导致建筑物破坏。
水平临空面
陡立临空面
⑵坝基岩体常见的滑动边界条件
①平缓层状岩体 层面倾角平缓，破裂构造陡立切割，工 程组成楔形体、方块体等形态，平放在坝基 之下。 ②倾斜层状岩体 。 。 岩层倾角30 - 60 范围内。岩层受一定 构造变动，各种力学成因的结构面均可能出 现，各种结构面倾角较大。滑移体常为楔形 或棱柱形。稳定条件相对良好。