工程地質(zhì)分析原理第十一章地基巖體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)

1、第十一章地基巖體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析,工程地質(zhì)分析原理,11.1 基本概念及研究意義 直接承受上部建筑物荷載作用的別陰分土體或巖體稱為地基。根據(jù)承栽的特點(diǎn)，通?？蓪⒌鼗譃閮煞N類型，即：(1)承受垂直荷載的地基，一般工業(yè)民用建筑物的地基那是用于這種類型：(2)承受斜向荷載(同時(shí)承受垂直荷裁與水平荷載)的地基，各類擋水建筑物，如鬧、壩等的地基恩此類。 承受垂直荷載的地基，大多都是“軟基”，這類地基的變形、破壞機(jī)制和穩(wěn)

2、定性評價(jià)原理是土力學(xué)課程討論的內(nèi)容，這里不做詳述，只準(zhǔn)備根據(jù)本課程的需要指出有關(guān)問題的一般特點(diǎn)。,從世界上壩的破壞情況來看，原因是多種多樣的。地質(zhì)方面的原因造成的破壞事故約占30％一4096，其中，從具體的破壞原因和形式來看，又可詳分如下類型： (1)由于壩基的強(qiáng)度較低，運(yùn)行期間又遭到進(jìn)一步惡化所造成的破壞。 (2)由于壩基(肩)的抗沿穩(wěn)定性較低．運(yùn)行期間又遺到進(jìn)一步惡化所造成的滑動破壞。 (3)因壩基中

3、存在有抗剪強(qiáng)度低的土層而造成的土壩或堆石壩壩基和壩坡的坍滑。 (4)因壩下滲透水流將壩基巖石中的細(xì)顆粒物質(zhì)帶走，使壩基被構(gòu)空而造成的破壞。,(5)由于壩肩巖體的穩(wěn)定性較低，運(yùn)行期間空隙水壓力增大又使其穩(wěn)定性進(jìn)一步惡化所造成的壩肩滑動破壞。安徽拇山水庫大壩的事故就是這樣造成的(見第九竄)。 (6)壩下游巖體沖刷(溢流沖刷)構(gòu)空，也可造成大壩的破壞。 (7)由地震和水庫地震所造成的破壞或損害。,11．2 地基巖

4、體內(nèi)的應(yīng)力分布特征（略）11．3 壩基巖體的變形與破壞11.3.1 松軟土地基的變形與破壞11.3.1.1 垂直荷載作用下松軟土壩基的變形與破壞 如前所述，在土壩或堆石壩的建筑實(shí)踐中?？捎龅较褚蚪Y(jié)水庫土壩那樣的壩坡坍滑問題。根據(jù)實(shí)地觀察，壩坡坍滑通常有兩種類型。一種是滑動的速度相對比較緩慢，所涉及的地基滑動部分的范圍相對較小。,另一種類型是坍滑的速度很快，坍洽所涉及的地基的范圍可以很大，例如美國另一個(gè)高僅9m的土堤，

5、在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)300m反的堤頂下陷了4．5m，坍滑所涉及的地基土水平方向的范圍擴(kuò)展到距堤腳約45m的地方。 實(shí)地觀察表明，第一類坍滑一般是發(fā)生在地基土層中存在有飽水的塑性軟粘上或淤泥夾層的情況下[圖11—14(a)]，而且地基個(gè)的滑動面部是通過這一軟鉆土層的中部；第二類坍滑通常發(fā)生在地基土層中發(fā)育有軟鉆土，且其中部夾有砂或粉砂之類的薄層或透鏡體l[如圖lI一14(b)]，滑動面就通過這種部位。,顯然，壩坊坍滑問題取決于促使

6、壩坡滑動的力與阻止其滑動的力之間的對比。當(dāng)阻滑力大于滑動力時(shí)壩坡將是穩(wěn)定的，否則就會發(fā)生滑動。,從圖11－15中可以看出，作用在滑動面ab上的滑動力，等于作用在壩坡上下兩端截面aa1和bb1上的土壓力的差值，即： P滑＝Pa－Pb （11－12） 由土力學(xué)中得知， Pa相當(dāng)于主動土壓力，可根據(jù)下式求得：

7、 （11－13）,Pb相當(dāng)于被動土壓力，可按下式求之： （11－14）式中：γ－土的容重；c、φ－壩體土石的內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角；其它符號見圖11－15。

8、 由式11－13、11－14可見，P滑的大小除與土的c、φ值有關(guān)外，主要取決于壩體的高度，通常隨著壩高的增加而增大。作用在ab面上的抗滑力S為： S=(Qx-Pw)tanφ+c ? Lx 式中： Qx—作用在ab面上的壩體重量，為一變量，

9、 隨壩體加高而增大； Pw —ab面處的超空隙水壓力,,c、φ —滑動面上土石的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦力； Lx —ab段的長度，為一變量，隨壩體加高、加寬 而增大。 可見，抗滑力S的大小，一方面與滑動面的c、φ有關(guān)，另一方面則取代于 Qx-Pw（即有效壓力）的大小。 對于前述第一類情況[圖11 －14（a）],在施工過程中，隨著壩體的增高軟粘土層的上下邊緣

10、部分的超空隙水壓力不斷減小，有效壓力(Qx-Pw)相應(yīng)的不斷增大。但是，由于高塑性軟粘土的透水性很低，排水緩慢，以致粘土層中間部分在施工后期，,甚至竣工以后一段時(shí)間之內(nèi)，還能保持很高的，甚至接近于附加壓力的超空隙水壓力，因此(Qx-Pw)很小，甚至接近于零。這樣，施工期內(nèi)軟粘土層中間部分（ab面上）的抗滑力S1≈ c ? Lx，即隨壩體加高而直線性的緩慢增大（如圖11 －16）。,與此同時(shí)，滑動力P滑卻隨壩體的增高而加速的增大。當(dāng)P

11、滑與S1相交時(shí)，壩基即將發(fā)生局部滑動并引起壩坡的坍滑（圖11 －16）。 這就是第一類坍滑產(chǎn)生的機(jī)制。,對于前述第二類情況，在壩體堆砌過程中ab面上的滑動力P滑與抗滑力S2的變化如圖11－16所示?？够2之所以不斷減小，是因?yàn)殡S著地表荷載的增大，軟粘土層中的水不僅要通過其頂?shù)酌嫦蛏舷律巴翆又信懦?，而且也要不斷的流向中部底薄砂層，致使薄砂層中的空隙水壓力不斷增大，有效壓?Qx-Pw)不斷減小，當(dāng)Pw增大至接近Qx時(shí)，有效壓力變得很

12、小，甚至趨近于零。由于砂土的c=0，所以此時(shí)ab面上砂土的抗滑力S2→0。由于這類坍滑通常時(shí)在抗滑力很低的情況下發(fā)生的（圖11－16），故坍滑的速度一般較大。,當(dāng)?shù)鼗林饕怯赏杆粤己玫纳百|(zhì)土組成時(shí)，由于空隙水能很快的排出，超空隙水壓力的消散很迅速，故有效壓力能在很短的時(shí)間增大至附加壓力值，使S3= Qx tanφ.因此，在施工期間，地基內(nèi)的抗滑力S3將隨著壩體的增高而直線性地迅速增大（如圖11－16）。圖11－16中S3和P滑曲線地

13、關(guān)系表明，砂質(zhì)土地基的抗坍滑的能力很大，足以支持很高的壩體而不發(fā)生坍滑。 由上述可見，地基中存在有飽水且透水性小的土層，如塑性軟粘土或淤泥等，特別是當(dāng)其中夾有沙或粉砂的薄層或透鏡體時(shí)，地基的抗坍滑能力通常是很低的，在設(shè)計(jì)土壩或堆石壩時(shí)必須充分注意這個(gè)問題。當(dāng)遇到這種情況時(shí)，為了保證壩坡的穩(wěn)定，可采取如下措施。,當(dāng)這類土層埋藏較淺時(shí)，最好將這類土層挖除，然后將基礎(chǔ)砌置在不易引起坍滑的土層上。當(dāng)這類土層埋藏較深而無法挖除時(shí)

14、，可采取相應(yīng)的排水措施，以便較快的減少該層中的超空隙水壓力；在有些情況下也可采用預(yù)壓法或放緩施工進(jìn)度的方法，使土層預(yù)先沉陷或逐漸排水壓實(shí)，以提高地基的抗滑能力。,11.3.1·2 傾斜荷載作用下松軟土地基的滑動破壞及抗滑穩(wěn)定性問題,理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明，當(dāng)作用在松軟壩基上的斜向荷載增大到一定的臨界值之后，地基土即將沿著一定的深部弧形面發(fā)生,滑動破壞（如圖11－17）。有關(guān)這類弧形滑動破壞的極限荷載條件，已在土力學(xué)課

15、程中進(jìn)行過詳細(xì)討論，,通?？捎莽?Д.葉甫道基莫夫的圖解法或B.B.索科洛夫斯基的理論公式加以計(jì)算。 但是，當(dāng)這類擋水結(jié)構(gòu)物作用在此種地基上的垂直荷載小于地基的臨塑荷載（即按荷載性區(qū)最大深度Zmax=0求出的荷載）時(shí)，如果建筑物在庫水水平推力的作用下發(fā)生滑動，則只能是沿基礎(chǔ)底面的表層滑動。此時(shí)，其抗滑穩(wěn)定性可按下式驗(yàn)算：,,(11－16),? Pv －作用地基表面的垂直總荷載（t）; ? PH－ 作用在擋

16、水建筑物上的水平總荷載（t）; f . c－ 分別為土與基礎(chǔ)底面間的摩擦系數(shù)和內(nèi)聚力； A－ 基礎(chǔ)底面的面積； c－安全系數(shù)。,,11．3．2 巖石壩基的變形及篡對大壩穩(wěn)定性的影響 堅(jiān)硬巖石地基的變形性常遠(yuǎn)較松軟土地基為小，故對于一般的水工建筑物，研究其基礎(chǔ)沉陷的絕對值往往沒有多大實(shí)際意義。但是，由于建筑在巖基上的壩大多數(shù)是具有較大剛性的，它們對不均勻沉

17、陷非常敏感，因此研究因巖石地基的不均勻變形所造成的不均勻沉陷，對于保證這類大壩的穩(wěn)定有很大的實(shí)際意義。 巖石地基的不均勻變形通常是由下列因素造成的。,(1)巖石地基內(nèi)應(yīng)力分布的不均勻性。如前所述，當(dāng)壩基內(nèi)有成組出現(xiàn)的陡傾軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育時(shí)(如圖11—18)，地基內(nèi)酌附加應(yīng)力將在軟弱結(jié)構(gòu)面歷限巖體內(nèi)產(chǎn)生高度的集中。由于這種原因，在具有三角形或梯形斷面的重力壩自重作用下，地基內(nèi)不同條形巖體中附加應(yīng)力的大小及延展深度各不相同，因而其變形

18、量也就彼此不等。通常壩體高、因而荷載強(qiáng)度大的部分變形最大；壩體低、因而荷載強(qiáng)度小的部分變形量就相對較小(如圖11—18)，于是在不同條形體的交界處就會產(chǎn)生明顯的差異沉陷，其結(jié)果往往使剛性壩體在這些部位發(fā)生斷裂(如圖11—18)。,(2)地基不同部分巖體變形性質(zhì)的差異也往往是造成壩體不均勻沉陷的重要原因。這可能有兩種情況；一是壩體砌置在軟硬差別較大的巖層上，這種情況下，易于產(chǎn)生不均勻沉陷；二是壩基巖體內(nèi)開口裂隙(如河床下的水平卸荷裂隙等)

19、發(fā)育的不均勻，例如壩基一例張口裂隙較發(fā)育，而另一側(cè)則不發(fā)育，在壩體壓力作用下開口裂隙發(fā)育的一切由裂隙閉合所造成的壓縮變形大于不發(fā)育的一例，其結(jié)果勢必造成不均勻沉陷(如圖11—19),應(yīng)該指出，對于砌置在堅(jiān)硬巖體上的大壩，尤應(yīng)特別注意后一情況。因?yàn)檫@類巖體本身的變形性通常較低，而開口裂隙在壓力作用下產(chǎn)生閉合所造成的壓納變形往往可以達(dá)到很大的數(shù)值。所以開口裂隙發(fā)育不均常是造成這類巖體不均勻變形的重要原因。 鑒于不均勻沉陷能對壩體穩(wěn)定

20、性造成較大的危害，在初勘階段應(yīng)盡可能地持壩基選擇在不致產(chǎn)生過大不均勻沉陷的部位。如果不能完全避開，也應(yīng)采取相應(yīng)的措施(例如預(yù)留沉陷逢等)以減少式消除不均勻沉陷對壩體穩(wěn)定的影響。,除上述之外，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是，在壩基或壩肩范圍內(nèi)餅體變形性能子局部地帶的突變(增大)，對于拱壩的穩(wěn)定性往往有很大的影響。模型試驗(yàn)表明，在外荷裁的作用下，拱壩的破壞總是先從局部軟弱巖體發(fā)育部位開始，產(chǎn)生如圖11—20所示的各種破裂，然后導(dǎo)致整體破壞的。因此．在拱

21、壩的勘察和設(shè)計(jì)過程中．對于這個(gè)問題必須予以充分的注意。,11.3.3巖石壩基的滑動破壞及抗滑穩(wěn)定性問題11.3.3.1 巖石壩基滑動破壞的形式、特點(diǎn)和發(fā)生條件 試驗(yàn)研究的資料表明，由于壩基巖體特征不同，重力壩在庫水推力作用下的滑動破壞可能有三種不同類型，即：表面滑動、淺部活動和深部滑動。,1．表面滑動 表面滑動是沿混輕土基礎(chǔ)與基巖接觸面發(fā)生的剪切滑動，如圖11—31。主要發(fā)生在壩基巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于壩體混凝土強(qiáng)度，且?guī)r

22、體完整、無控制滑移的軟弱結(jié)構(gòu)面的條件下。此時(shí)，混凝士基礎(chǔ)與基巖接觸面的摩擦系數(shù)值，是控制重力壩設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。壩體必須具有足夠的重量，以便使接觸面上的摩擦阻力大于作用在壩體上的總水平推力。 這個(gè)接觸面的摩擦系數(shù)通常是根據(jù)現(xiàn)場剪切試驗(yàn)資料，考感到壩區(qū)的工程地質(zhì)、水文,地質(zhì)條件的特點(diǎn)，并參照國內(nèi)外已建的類似工程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。當(dāng)基巖面由不同巖石組成時(shí)，接觸面的摩擦系數(shù)的綜合指標(biāo)位，一班按面積加權(quán)平均法或應(yīng)力加權(quán)平均法求得。

23、 我國一些已建成的大壩工程所采用的摩擦系數(shù)資料例子表11—1。2．淺層滑動 當(dāng)壩基表層巖體的抗剪強(qiáng)度低于壩體混凝土?xí)r，剪切破壞往往發(fā)生在淺部巖體之內(nèi)，造成淺層滑動。從產(chǎn)生條件來看，這種淺層活動可能有三種主要類型：,一是壩甚巖體的巖性軟弱，巖石本身的抗剪強(qiáng)度低于壩體混凝土與基巖的接觸面．故在庫水推力作用下，易于沿表層巖體的內(nèi)部發(fā)生如圖11—22所示的剪切破壞。,,二是由近水平產(chǎn)出的薄層狀巖層(特別是夾有軟弱層者)組成的壩基*在庫

24、水推力作用下，,產(chǎn)生如圖11—23所示的滑移彎曲。這類變形破壞的產(chǎn)生主要是因?yàn)楸訝罱Y(jié)構(gòu)巖體的抗彎折變形能力很低，在平行于層理方向的荷載作用下，易于產(chǎn)生突向臨空面方向的彎曲變形，故在水平荷裁作用下，壩趾下游巖層往往因發(fā)生隆起而喪失對壩基沿軟弱層滑動的抗力，于是促進(jìn)了壩基整體滑動的發(fā)生。,在乎行于層理方向的荷載作用下，層狀巖體的抗彎曲能力稱為彎曲阻抗Rb(Buckling resistance)，通?？筛鶕?jù)EuIer所提出的下述公式進(jìn)行計(jì)

25、算: 由上式可見，巖層的抗彎曲能力與彎曲所涉及的層厚的三次方成正比，放下游巖層的抗彎曲能力隨所涉及的巖層厚度的增加而迅速增大，所以這類變形破壞通常總是發(fā)生在淺部地層內(nèi)。我國葛洲壩工程抗力體試驗(yàn)的結(jié)果充分地反映出這類巖體的上述變形破壞機(jī)制。,第三種類型是碎裂結(jié)構(gòu)巖休組成的壩基在壩體推力作用下發(fā)生如圖11—24所示的剪動沿移破壞。,圖11—24所示的是克爾斯曼諾維奇等人所進(jìn)行的塊體節(jié)理模型試驗(yàn)的結(jié)果。它表明，承受斜向均布荷裁

26、作用的這類地基，在荷載逐漸增大的過程中，其變形、破壞的發(fā)展通常分為如下三個(gè)階段： (1)在第一階段內(nèi)斜向荷載較小，附加應(yīng)力的分布僅局限在AF和EG兩條折線之間的巖體內(nèi)。由于附加應(yīng)力的作用，這部分巖體發(fā)生壓縮變形，結(jié)果引起張裂縫沿AF和EG經(jīng)發(fā)展,(2)與此同時(shí)。斜向荷載增大到一定程度后，沿允萬面產(chǎn)生裂隙，并開始出現(xiàn)約切滑移跡象，沿BC面也開始出現(xiàn)剪切的. (3)沿BC面發(fā)生明顯的勞切滑動。隨著滑移沿此面的發(fā)展。CD面也逐

27、漸被卷入列變形破壞發(fā)展的過程之中。直到CD而開始被勞動之的，CD面抗剪力被動用的程度是隨滑移沿BC面的發(fā)展而逐步增大至極限位。BC面抗剪強(qiáng)度的變化則恰相反，越過峰值后．隨著滑移的發(fā)展，該面的強(qiáng)度則逐漸降低，即，BC面和CD面在阻滑作用中的工作點(diǎn)是不一致的，因而不能同時(shí)有效地發(fā)揮作用。,3.深層滑動 在工程應(yīng)力條件下巖體的灤層滑動主要是沿已有的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生。因此．只有當(dāng)?shù)鼗鶐r體內(nèi)存在有軟弱結(jié)構(gòu)面，且按一定組合能構(gòu)成危險(xiǎn)滑

28、移體時(shí)，才有發(fā)生深層滑動的可能。 能夠構(gòu)成危險(xiǎn)滑移體的軟弱結(jié)構(gòu)面，通?？煞譃榛瓶刂泼婧颓懈蠲鎯深?。它們與一定約臨空面組合就構(gòu)成了探部滑移的邊界條件。 按照目前通用的觀點(diǎn)(沒有考慮巖體酌天然應(yīng)力狀態(tài))，典型的切割面通常是由陡立的斷裂面構(gòu)成的，只起將沿移體與周圍巖體割裂開來的作用，不起抗滑作用。,與作用力方向垂直的陡立結(jié)構(gòu)面構(gòu)成橫向切割面，平行于作用力方向的陡立面則構(gòu)成側(cè)向切剖面。 滑移控制面通常是由平緩的軟弱結(jié)構(gòu)

29、面構(gòu)成的，它與切割面不同，除了一定的切割、削弱的作用之外，還能對沿移休起抗滑的作用。因此這類面上的抗剪指標(biāo)是控制設(shè)計(jì)的重要數(shù)據(jù)?；丝刂泼娴拇_定，應(yīng)考慮如下兩種情況： (1)壩基內(nèi)存在有方位有利于滑動的軟弱結(jié)構(gòu)面，且其實(shí)際抗滑能力低于壩體溫凝土與基巖接觸面的抗剪能力。這類結(jié)構(gòu)面就是壩基的滑移控制面。,假定壩基內(nèi)有一緩傾上游的軟弱結(jié)構(gòu)面，其內(nèi)摩擦角為φd [如圖11—25(a)]，它與基巖表面的夾角為i。如果再假定接觸而的內(nèi)摩擦角

30、為φc ．則當(dāng)φd ＞ φc -i時(shí)．該軟弱結(jié)構(gòu)面對于水平推力的實(shí)際抗滑能力特大于接觸面。在這種情況廠，此軟弱結(jié)構(gòu)面顯然不能成為汾移控制面，因?yàn)橹灰础安皇拱l(fā)生表面滑動”的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)．就不會沿此結(jié)構(gòu)面發(fā)生深層滑動。相反，當(dāng)φd ＜ φc -i時(shí)，該軟弱結(jié)構(gòu)面對于水平推力的實(shí)際抗活能力將小于接觸面。此時(shí)，控制設(shè)計(jì)的顯然不是表面滑動而是深層滑動，該結(jié)構(gòu)面就是滑移控制面。,同理，當(dāng)壩基內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面傾向下游[如圖11—25(b)]，且當(dāng)結(jié)構(gòu)

31、面與接觸面的內(nèi)摩擦角滿足φd ＜ φc－i的條件時(shí)，該結(jié)構(gòu)面就將成為滑移控制面。,對于那些能夠成為滑移控制面的軟弱結(jié)構(gòu)面，設(shè)計(jì)過程中必須結(jié)合其他方面的條件遠(yuǎn)一地校核沿其發(fā)生滑移的實(shí)際可能性。例如上猶江電站的混凝土重力壩壩基(如圖12—26)，由泥盆紀(jì)砂巖、板巖組成，地層中央有一層由層間錯(cuò)動和地下水的活動造成的板巖泥化央層，傾角一殷小于10。，抗剪強(qiáng)度低，其摩擦系數(shù)f＝0.24一0.30(內(nèi)摩擦角φd ＝ 14。一17。)。另據(jù)實(shí)驗(yàn)資料確

32、定，混醫(yī)士與基巖接觸面的摩擦系數(shù)f=0.58，故其內(nèi)庭擦角φc ＝30。 。根據(jù)上述資料判斷，板巖泥化夾層顯然是壩基的滑移控制面。,同時(shí)巖體又被順河向及橫河向的兩組節(jié)理切割，形成平放于壩基中的楔形危險(xiǎn)滑移體。因此，在施工中對于埋藏較淺的泥化夾層進(jìn)行了開挖處理，埋藏較深的部分也經(jīng)詳細(xì)計(jì)算校按，證明是穩(wěn)定的，僅增加了防滲處理。 (2)另一種情況是壩基巖體內(nèi)軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育沒有明顯的分異，而是不同方向的裂隙普遍有所發(fā)育。此時(shí)深部滑移控

33、制面往往是由壩基內(nèi)最大剪應(yīng)力帶的分布所決定。設(shè)計(jì)過程中有時(shí)需要根據(jù)這個(gè)帶的綜合抗剪指標(biāo)(即裂隙段的抗剪指標(biāo)和完整巖石段的抗剪指標(biāo)的面積加權(quán)平均值)沿這個(gè)帶校核壩基的抗滑穩(wěn)定性。,烏江渡的情況就是這樣，在那里混凝上壩砌置在三疊紀(jì)玉龍山灰?guī)r之上，沙堡灣頁巖及九級攤頁巖分別發(fā)育在壩的上下游(如圖12—27)。實(shí)驗(yàn)及有限單元法計(jì)算表明，由于下游發(fā)育有強(qiáng)度低、變形大的九級攤頁巖，因而應(yīng)力在五龍山灰?guī)r小高度集中，且壩基內(nèi)剪應(yīng)力最商的帶與壩底面成約2

34、0一25。的交角分布(圖11—27)。由于在地質(zhì)上也恰有一級裂隙大體沿著這個(gè)方向發(fā)育，所以根據(jù)這個(gè)帶抗剪指標(biāo)的加權(quán)平均值校核了壩基的抗滑穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)按原設(shè)計(jì)壩基的坑滑穩(wěn)定不能滿足要求。于是特原設(shè)計(jì)的一般類型的重力壩改為拱形布置的重力壩．以便把20％一30％的水平荷載傳到兩岸，以保證壩基的抗滑穩(wěn)定。,另一類是具有抗力體的沿移結(jié)構(gòu)，當(dāng)沿移控制面近于水平或傾向下游時(shí)，就是這種情況(見圖11—30)。從圖11—30中可見，壩基巖體沿滑移控制面a

35、—b的洽移將首先受到壩下游巖體的抵抗，只有當(dāng)下游巖體沿著某一個(gè)面例如bc面被剪破之后，壩基巖體才有可能發(fā)生沿滑移控制面a—b的滑動。通常特壩下游這部分能起抵抗壩基滑移作用的巖體稱為抗力體，它所能提供的抗力的大小對壩基抗措穩(wěn)定的評價(jià)有重要意義。,11.3.3.2 降低壩基抗沿穩(wěn)定性的作用與壩基滑動破壞的發(fā)展 在大壩施工及運(yùn)行期間，通常有一系列的作用能不斷地降低壩基抗滑穩(wěn)定性。如果在設(shè)計(jì)與施工中不采取措施，任這些作用自由發(fā)展，最

36、終必持導(dǎo)致壩基整體破壞，造成嚴(yán)重后果。這類作用很多，但概括起來可分為如下方面。 (1)其坑開挖過程中卸荷回彈與應(yīng)力釋放所造成的巖體的變形和破壞。如前所述，在高地應(yīng)力區(qū)，施工期間所進(jìn)行的巖體開挖工作往往能在基坑的底部及兩壁引起一系列與卸荷回彈和應(yīng)力釋放作用相聯(lián)系的變形和破壞現(xiàn)象，,例如葛洲壩水電站廠房基坑開挖過程中所發(fā)生的情況就非常典型(參見圖3—21)。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生，通常會使壩基或速效巖體的工程地質(zhì)條件嚴(yán)重惡化，對于這個(gè)問題認(rèn)

37、識不足，有時(shí)也會造成嚴(yán)重后果。 (2)在附加應(yīng)力作用下壩基巖體變形、破裂的逐漸發(fā)展以及與之相聯(lián)系的空隙水壓力(或揚(yáng)壓力)的增高。屬于這類作用的主要有兩方面； 一是壩基在附加壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生不均勻變形，使壩體國不均勻沉陷而斷裂，喪失其整體性。除此之外，有時(shí)還會使防摻排水設(shè)施遭到破壞，引起基礎(chǔ)底面揚(yáng)壓力的提高，所有這些顯然都會使壩基巖體的抗沿穩(wěn)定性遭到削弱。,11．4 壩基(肩)巖體穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價(jià)11.4．1 壩

38、基(屑)穩(wěn)定性的巖體結(jié)構(gòu)條件分析 壩基(肩)穩(wěn)定性取決于巖休的結(jié)構(gòu)條件，故在不同的巖體結(jié)構(gòu)類型區(qū)，壩基(肩)巖體穩(wěn)定性問題有不同的特點(diǎn)和規(guī)律性。為了說明這種規(guī)律性，下面擬對影響壩基(肩)穩(wěn)定性的巖體結(jié)構(gòu)條件進(jìn)行簡要分區(qū)評述。11．4．1.l 平緩層狀巖體分布區(qū) 巖層傾角在30。以下，巖體內(nèi)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面不甚發(fā)育。斷層一般規(guī)模較小，以產(chǎn)狀陡立的平面x型斷裂為主，有時(shí)亦發(fā)育一些與巖層走向平行或垂直的小型張性斷裂。,在這類地

39、區(qū)，產(chǎn)狀平緩的各類原生結(jié)構(gòu)面，其中待別是廣泛發(fā)育于砂頁巖地層中的粘土質(zhì)夾層，對壩基巖體的抗滑穩(wěn)定性有很大的影響。由于這類夾層力學(xué)強(qiáng)度低、親水性強(qiáng)、抗風(fēng)化能力弱，所以對外部條件和巖體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的變化最敏感。因此，在這類夾層內(nèi)常發(fā)育有反映巖體形成不同階段的變形形跡，如小擠壓滑動面、民間接皺和層間錯(cuò)動等。,11.4．1．2 傾斜巖層地區(qū) 巖層傾角在30。以上，一般40。一50。，構(gòu)造變形進(jìn)一步發(fā)展，各種力學(xué)成因的構(gòu)造結(jié)構(gòu)面均可

40、出現(xiàn)。其中與層面一致或傾向相反的壓性結(jié)構(gòu)面一殷傾角較陡，只在個(gè)別情況下始出現(xiàn)平緩者，扭性結(jié)構(gòu)面也多是陡立的。它們組合后形成的結(jié)構(gòu)體往往嵌入地基深處，穩(wěn)定條件相對良好。 由于巖層傾角較大，壩基內(nèi)層間軟弱結(jié)構(gòu)面一般不能單獨(dú)形成滑移面，而要求其它結(jié)構(gòu)面與之配合。當(dāng)巖層走向平行河流時(shí)，層面與反傾向壓性斷裂共同組成復(fù)合楔形滑移面，榮起縱向切割作用，張性斷裂起橫向切創(chuàng)作用。,這樣就構(gòu)成平行流向、平放在壩基內(nèi)的三角柱體或塵錐體，對穩(wěn)定甚為不利

41、。當(dāng)巖層走向與河流正交時(shí)，應(yīng)注意反傾向的壓性結(jié)構(gòu)面，其產(chǎn)狀有時(shí)亦甚平緩，因而可起滑移面的作用。巖層走向與河流斜交時(shí)壩基巖體穩(wěn)定條件雖較前述情況為好，但仍應(yīng)注意層間軟弱結(jié)構(gòu)面與反頓向壓性斷裂的配合時(shí)局部地段所可能起的危害作用。例如八盤峽電站的一個(gè)導(dǎo)墻基礎(chǔ)，砌置在由層間軟弱結(jié)構(gòu)面和反傾向斷裂組合成的三角往狀沼體之上，在施工過程中，由于基礎(chǔ)下游處開挖齒槽形成了臨空面，致使該滑移體下滑了28M(如圖11—40)。,總的看來，在這類地區(qū)較多壩基的

42、抗滑穩(wěn)定是由混凝土與基巖接觸面所控制。但是由于此類巖體中斷裂往往相當(dāng)發(fā)育，故應(yīng)對餞部沿動的可能性予以充分注意。11．4．1. 3 陡傾斜或倒轉(zhuǎn)巖層分布區(qū) 巖層傾角在60。以上，構(gòu)造形變劇烈，各類構(gòu)造斷裂均甚發(fā)育。由于巖層陡立，層間軟弱結(jié)構(gòu)面一般不能起沿移控制面作用，應(yīng)注意比較平經(jīng)、延續(xù)性較強(qiáng)的扭性和與巖層傾向相反的壓性結(jié)構(gòu)面。當(dāng)巖層走向與河流正交時(shí)，可能出現(xiàn)兩種滑移控制面。,一種是x型扭性斷裂面，由于巖層陡立的影響，它的走向

43、從和巖層走向斜交變?yōu)榕c巖層走向正交，傾角由直立變?yōu)?0一60。。此種結(jié)構(gòu)面，在走向相互平行、傾向相反、共朗組合的情況下，可充沿移面，又能起側(cè)向切割面的作用，而層面本身為橫向切割面 另一種為反傾向的壓性結(jié)構(gòu)面起滑移面的作用，巖體又受張性、扭性斷裂及層面等的切割而形成危險(xiǎn)滑移體，不利于穩(wěn)備但應(yīng)指出，此種情況并不經(jīng)常出現(xiàn)，且節(jié)理等的延續(xù)性遠(yuǎn)不如平經(jīng)巖層小的層問結(jié)構(gòu)面，故穩(wěn)定條件尚好。當(dāng)巖層定向與河流一致或斜交時(shí)，可出現(xiàn)與傾斜巖層中相同

44、的滑移邊界條件,11.4.1.4 塊狀巖體分布區(qū) 在這類巖體上筑壩，除需詳細(xì)研究斷裂構(gòu)造的發(fā)育對壩甚抗洛穩(wěn)定的影響外，尚有三個(gè)值得特別注意的方面，即；(1)這類巖體常有較厚的風(fēng)化完，風(fēng)化巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于新鮮巖石；(2)在這類巖體內(nèi)緩傾角裂隙(目前對其成因的看法尚不一致)較為發(fā)育，常成為壩基抗滑穩(wěn)定性的不利條件(3)在這類巖體分布區(qū)，谷下水平卸荷裂隙往往較為發(fā)育。因此，在這類巖體上筑壩，必須深入地研究這些問題，以便正確地評價(jià)它們

45、對壩基抗洛穩(wěn)定的影響。,11．4．2 壩基巖體強(qiáng)度及變形栓的評價(jià) 一般說來，巖石壩基的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于松軟土地基。同時(shí)，由于巖石地基的強(qiáng)度在很大程度上決定于巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面的發(fā)育和分布，放通常不用確定“均質(zhì)”土承載力的方法確定巖石壩基的允許壓力。11．4．3 壩基巖體抗滑穩(wěn)定性的評價(jià)11.4.3.1 分析確定壩基滑移破壞的基本模式 有關(guān)問題已經(jīng)在第三節(jié)中進(jìn)行過詳細(xì)討．其中表11—2列出的巖石壩基滑動破壞的分類可以做

46、為分折具體問題時(shí)的參考。,11·4.3.2 確定可能滑移體的形態(tài)及規(guī)模 根據(jù)所查明的巖體結(jié)構(gòu)特征，分析確定壩基內(nèi)的主要沿移控制面及與之相配合的切割面和臨空而，從而判明可能的滑移體的形態(tài)及規(guī)模。11.4.3.3 正確選定各種計(jì)算參數(shù) 1.關(guān)于壩基的受力條件 在穩(wěn)定計(jì)算時(shí)應(yīng)區(qū)分出正常受力和非正常受力下的受力條件。正常受力條件下，主要考慮壩體重力、正常洪水位時(shí)的庫水推力及揚(yáng)壓力。非常受力條件，除考慮壩

47、體重力，還考慮非常洪水時(shí)的庫水推力和揚(yáng)壓力以及地震力的作用。 一般按正常受力條件設(shè)計(jì)，按非常受力條件校核。,2. 揚(yáng)壓力的確定 壩基混凝土與巖石接觸面上的楊壓力等于浮托力W1與滲透力Wt之和，其中滲透壓力隨防滲帷幕及排水孔的設(shè)置而降低，在上游面其值為H1-H2，通過帷幕線后降為a1（H1-H2），在通過排水孔后降為a2（H1-H2）。 a1和a2是兩個(gè)系數(shù)，取決于帷幕灌漿的深度和排水設(shè)計(jì)的情況，一般情況下a1＝0.

48、4-0.5，a2＝0.2-0.3 巖體深部滑移面上的空隙水壓力(揚(yáng)壓力)，可近似地根據(jù)巖石接觸面上的揚(yáng)壓力，并考慮滑移面埋深而選用(圖11—43)，,即假定上游基巖內(nèi)的裂隙在水平推力的作用下可能張裂到計(jì)算的灤層面，故該處的空隙水壓力值等于庫內(nèi)水頭月與該深層面埋探Y(jié)之和。 3. 地震力的考慮 在地震波的水平慣性力作用下，擋水壩除了承受原有的靜水壓力外，還要承受附加的水平慣性力的作用。此附加水平慣性力擬等于

49、壩體本身的水平慣性力 Q 與水體的水平慣性力0.55 γwH2 之和。 在垂直慣性力的作用下，方向向上的地震力使建筑物的重量減輕Q ， 從而降低了它的抗滑穩(wěn)定性，估計(jì)算須從總垂直荷載中減出這一數(shù)值。,5．關(guān)于抗剪指標(biāo)的確定 各類抗剪指標(biāo)通常由地質(zhì)、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)人員共同研究確定。對于高壩，抗剪指標(biāo)的確定應(yīng)有野外大型試驗(yàn)的資料做依據(jù)；但對于低壩，則可僅根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)資料，參照類似工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析采用