5坝基岩体稳定性的工程地质分析

ABCD是滑动面；
B
ABFE是被拉开的张裂面；
ADE、BCF和ABFE是切割面； HDCG是临空面。
这些界面构成滑移体的边界条件。
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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、棱柱形、锥形等。 滑移体
锥 形 体 楔 形 体
平面图
剖面图
由一组软弱结构面构成的不利条件
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平面图
剖面图
由两组软弱结构面构成的不利条件
42-30
不利的地形、地质条件
42-31
5.3
坝肩岩体抗滑稳定计算参数的选定
一、抗滑稳定计算中f、c值的选定
f( V U) 阻 滑 力 K 滑动力 H
∑H ∑V
f ' ( V-U） C A 阻 滑 力 K H 滑动力
岩体级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
f0（MPa）
>7.0
7.0～4.0
4.0～2.0
2.0～0.5 <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 200～500 500～1000 200～500 1000～2500 500～1000 2500～4000 1000～1500
概 述
5.1
5.2
坝基岩体的压缩变形与承载力
坝基（肩）岩体的抗滑稳定分析
5.3
5.4
坝基岩体抗滑稳定计算参数的选择
影响坝基岩体抗滑稳定的因素
5.5
坝基处理
思考与作业
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小浪底水库大坝高154 米，总填筑量5185万 立方米，是我国迄今 为止最大的土石坝。
三峡大坝 高185米， 全长2309米 是世界上规 模最大的混 凝土重力坝。
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允许范围之内，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。
42-7
5.1
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： 压缩变形 坝基沉陷（重力坝） 坝基沉陷、拱端变形（拱坝）
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二、坝基岩体滑动的边界条件分析
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。
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重力坝滑动失稳的边界条件
滑动面 切割面 临空面
F E A G H C D
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 方向进行原位试验。 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。
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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。 基岩承载力基本值（f0）
《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008)中提供的适用于规划、 可行研究设计阶段的参考数据表
坝基岩体抗剪断（抗剪）强度参数及变形参数经验值表
混凝土与基岩接触面
岩体 分类 抗剪断 抗剪 抗剪断
岩体
抗剪
岩体 变形 模量 E0（GPa）
>20 20～10
f′
Ⅰ Ⅱ
c′(MPa)
f
f′
c′ (MPa)
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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。 原因： 坝基岩体软弱，或岩体虽坚硬但 表面风化破碎层没有挖除干净。
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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。 深层滑动是高坝主要破坏形式。
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二滩双曲拱坝
电站地点：四川攀枝花 所在河流：雅砻江 所在水系：长江水系
主要坝型：混凝土拱坝
坝高：240 米
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各种坝失事百分率统计
原因百分率 (%)
原因
重力坝
拱坝
支墩坝
土石坝
地质
水文 施工 运行 水库
4
1 1 1 1
12
2 1 1 2
10
3 3 1 4
10
15 5 4 3
36
21 10 7 10
42-33
二、地质因素对f、c值的影响
1、滑动面的影响。滑动面的起伏差越大，越粗糙不平，软 弱夹层越薄，抗剪强度越高。
起伏值与夹泥厚对f 的影响
起伏值 （cm） 0.5～2 0.5～2 层面平直 夹泥厚 （cm） 0.05～2 0.05～2 0.5～1 f 0.82 0.63 0.42 C (KPa） 57 52 6
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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。。
断层
冲刷坑
泥化夹层 构成滑动面
岩性不均匀的坝基剖面
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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
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三、坝肩岩体滑动的边界条件分析
对重力坝，坝肩部分库水水头变低，水平推力减小。 对拱坝，坝身所受的水压力，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。
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棱柱体
板块体
坝基滑移体形状示意图
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。 临空面: 滑移体与变形空间 相临的面，是指滑移体可向 之滑动而不受阻碍或阻力很 小的自由面。
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。 当坝下游有倾向上游的断裂面时，更易滑出。
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强风化
中等风化
微风化
3. 以岩石单轴饱和抗压强度（Rb）乘以折减系数（ψ）求承 载力的方法是最广泛应用的简便方法。 承载力 f = ψ Rb
折减系数选取：微风化 0.2～0.33；
中等风化 0.17～0.25.
岩石名称 坚硬和半坚硬岩石 (Rb>30MPa) 节理不发育 节理较发育 节理发育 (间距1.0m) (间距1～0.3m) (间距0.3～0.1m) 1/7Rb 1/5Rb (1/7～1/10) Rb (1/5～1/7) Rb (1/10～1/16) Rb (1/7～1/10) Rb 节理极发育 (间距<0.1m) (1/16～1/20) Rb (1/10～1/15) Rb
泥化 薄层 夹层 泥岩 砂岩
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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 向下游的滑动力愈大，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。
式中： 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′——滑动面的抗剪断摩擦系数 c′——滑动面的抗剪断粘聚力；A——滑动面的面积 U
f
0.6 0.4 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
层面平直
2～10
0.27
10
t/h
充填度（充填厚度t/起伏差h）与f的关系
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二、地质因素对f、c值的影响
2、地下水循环渗流的条件 地下水的渗入可直接降低滑动面上的f、c值，或促使软弱夹 层泥化。 3、坝基岩性不均时f、c的确定 面积加权法：
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一般的混凝土重力坝如将 f 值提高 0.1 ，则工程量可节省 10 ％～ 15％。如新安江大坝，若 f 值减少 0.01 ，就会增加 2 万多方 混凝土的工程量。 对于大、中型水电工程， f 、 f’、c’ 值原则上以原位抗剪(断) 试验或室内中型抗剪 (断)试验成果为主要依据，当夹泥厚度较 大时，可据室内试验资料为依据。
2.5～2.0 2.0～1.5
f
0.90～0.80 0.80～0.70
1.5～1.3 1.5～1.3 0.85～0.75 1.6～1.4 1.3～1.1 1.3～1.1 0.75～0.65 1.4～1.2
Ⅲ Ⅳ
Ⅴ
1.1～0.9 1.1～0.7 0.65～0.55 1.2～0.8
1.5～0.7
0.70～0.60 0.60～0.45
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一、坝基岩体滑动破坏的类型
表层滑动
浅层滑动 坝基滑动破坏的形式
深层滑动
我国修建了大中型重力坝100余座，其中有1/3存在深层 滑动问题。
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一、坝基岩体滑动破坏的类型
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。 原因： 坝基岩体坚硬，地基岩面处理不好 或混凝土浇注不好。