地基岩体稳定性分析

第一节坝基岩体抗滑稳定性分析

重力坝、支墩坝等挡水建筑物。

一、坝基岩体承受的荷载分析

（沿坝轴线方向取1m宽坝基（单宽坝基）为单位进行计算，如图10.1所示）

图10.1 坝体静水压力分布示意图

1．坝体重力W（kN）

式中：—坝体材料的容重（KN/m3）；

—坝体横截面面积（m2）。

2．静水压力

①水平静水压力：

②竖直（向）静水压力：（阴影部分面积）

如：

3．泥沙压力（F）

由朗肯土压力理论：

式中：—泥沙的容重；

—坝前淤积泥沙厚度；

φ—泥沙的内摩擦角。

4.浪压力（P）

确定比较困难。

当坝的透水面为铅直面或坡度大于1∶1时。

①时，水深处浪压力的剩余强度为：

式中：—波浪高度；

—波浪长度；

—波浪破碎的临界水深；

—水深。

②，在深度以下可不考虑浪压力的影响，

式中：。

5．扬压力（U）（作用于坝底上的渗流压力）

图10.2 坝底扬压力分布图

如图10.2所示。

①在没有灌浆和排水设施的情况下

（即图中梯形面积）

式中：—单宽坝底所受扬压力；

—坝底宽度；

—不大于1.0的系数。

当时，（即“莱维（Levy）法则”）

②当坝基有灌浆帷幕和排水设施时，如仅有排水设施时，λ=0.8～0.9。

③如果能确定坝基岩体内地下水渗流的水力梯度（I），则可按下式计算渗透压力：6．岩体重力（G）

7．地震力（）

—地震影响系数；—坝体与滑面上部岩体重力。

图10.3 接触面滑动示意图

二、坝基岩体的破坏模式

根据坝基失稳时滑动面的位置，分为三种模型：

图10.4 岩体内滑动类型示意图

三、坝基岩体抗滑稳定性计算

1．接触面抗滑稳定性计算

如图10.5所示。

（1）抗滑稳定性系数：或

图10.5 接触面滑动受力示意图

—坝体与基岩接触面的摩擦系数；

C—接触面的内聚力。

（2）为增大η，将坝体和岩体接触面设计成向上游倾斜的平面，如图10.6所示，作用于接触面的正压力：拉滑力：

滑动力：

图10.6 坝底面倾斜的情况及受力分析

（3）如果坝底面水平且嵌入岩基较深，如图10.7所示，那么在计算η时，应考虑下游岩体的抗力（被动压力）。

对楔体abd，在bd面上：

在bd法线方向：

图10.7 岩体抗力计算示意图

∴岩体的抗力：

修正为：

（因为工程设计中，只是部分利用或不利用岩体抗力。）

式中：ξ为抗力折减系数，0～1.0）

2．坝基岩体内滑动的稳定性计算

（1）沿水平软弱结构面滑动的情况

若滑动面埋深不大，一般不计入岩体抗力；如滑动面埋深较大则应考虑抗力的影响。如图10.8所示。

图10.8 倾向上游结构面滑动计算图

式中：，分别为坝基可能滑动面上总的法向压力和切向推力；

为可能滑动面上作用的扬压力；

为可能滑动面上游铅直边界上作用的水压力；

图10.9 倾向上游结构面滑动计算图

，分别为可能滑动面的摩擦系数和粘聚力；

A为可能滑动面的面积；

为抗力折减系数；

为坝基所承受的岩体抗力。

（2）沿倾向上游软弱结构面滑动的稳定性计算

如图10.9所示，

图10.10 倾向下游结构面滑动计算图

式中：为可能滑动岩体的重量；为可能沿之滑动的结构面倾角。

计算公式中仍没有考虑滑体两侧的抗滑力。

（3）沿倾向下游软弱结构面滑动的稳定性计算

如图10.10所示。对大坝的抗滑稳定最为不利。

（4）沿两个相交软弱结构面滑动的稳定性计算

见教材P209。

第二节坝肩岩体抗滑稳定性分析

1．地形条件和岩体结构（主要为软弱结构面的展布特征）

一般地：

①产状水平或近水平的软弱结构面，走向与河谷方向夹角小于45°而倾向河谷的软弱结构面往往对坝肩稳定不利；

②坝肩上下游谷坡坡角较大且向河谷突出，对坝肩稳定不利；

③谷坡平直、结构面不发育或陡立且走向与河谷方向夹角较大时，对坝肩岩体的稳定有利。

图10.11 拱坝坝肩岩体受力分析图

2．分析计算坝肩岩体抗滑稳定性

平面稳定性计算

整体稳定性计算。

以一简单例子来说明平面稳定性计算方法：

假定铅直软弱结构面AB和水平软弱结构面ABC是两个可能的滑动面。

在坝端推力T作用下，可能发生沿AB方向的滑动。沿AB方向的抗滑力由ABC和AB两滑面上的摩擦力和粘聚力提供。如图10.11所示。

AB面的正压力：

ABC面的正压力：

抗滑力：

下滑力：

式中：—为可能滑动体的重量；

、—作用于AB、ABC面上的扬压力。