坝基岩体稳定性的工程地质分析

坝基岩体稳定性的工程地质分析
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
压缩变形对重力坝来说，主要是引起坝基的沉陷，而拱坝则除坝基沉陷变形 外，还有沿拱端推力方向引起的近水平向的变形。对于坚硬完整的岩体，变 形 模量值很高，压缩变形很小，当变形均匀一致时，对坝体的安全稳定没有明 显 影响。但当发生不均匀沉陷或一岸岩体变形较大时，则可使坝体中产生拉应 力，从而发生裂缝，甚至使整个坝体遭到破坏。尤其拱坝对两岸岩体的不均 一 变形特别敏感，所以要求极为严格。导致发生不均匀变形的地质因素主要有 下
二、坝基岩体加固
（一）固结灌浆 固结灌浆是通过在基岩中的钻孔，将适宜的具有胶结性的 浆液（大多为水泥浆）压入到基岩的裂隙或孔隙中，使破 碎岩体胶结成整体以增加基岩的强度。 固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝趾附近，以 及节理裂隙发育和破碎带范围内。灌浆孔一般布置成梅 花形，孔距 3~4m，孔深一般为5~8m 。 固结灌浆宜在一定厚度的坝体基层混凝土上进行，这样 可以防止基岩表面冒浆，并采用较大的灌浆压力，提高 灌浆效果。
临空面是滑移体与变形空间相临的面，变形空间是指滑移岩体可向之滑动而不受 阻碍或的阻力很小的自由空间，河床地面是最常遇到的水平临空面。坝趾附近河 床中有深潭、深槽、溶洞或是溢流冲刷坑等时，则可形成陡立的临空面，滑动岩 体的下方存在有可压缩的大破碎带、节理密集带、软弱岩层时，也可因发生较大 的压缩变形而起到临空面的作用。
混凝土塞
沿破碎带挖成倒梯形断 面的槽子，挖除至一定 深度后回填混凝土，以 提高地基的强度
混凝土 梁或拱
当软弱破碎带岩性疏 松软弱，强度很低且 宽度较大时，若采用 混凝土塞的办法开挖 和回填方量很大，则 可采用混凝土梁或拱 的结构形式，将荷载 传至两侧坚硬完整岩 体上
可全部挖除， 则需采用洞挖 （平洞或斜 回填混凝土
（1）岩性软硬不一，变形模量值相差悬殊。
某坝基岩体由不同岩层组 成，变形模量相差很大， 结果引起较大的不均匀沉 陷，导致坝体发生裂缝。
一般情况下粘土页岩、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等，都是容易产生 较大沉陷变形的岩层。
（2）坝基或两岸岩体中有较大的断层破碎带 、裂隙密集带、卸荷裂隙带 等软 弱结构面，尤其当张开性裂隙发育且裂隙面大致垂直于压力方向时，易产生较 大的沉陷变形。
3、深层滑动 发生在坝基岩体的较深部位，主要是沿 软弱结构面发生剪切破坏。深层滑动是 高坝岩石地基需要研究的主要破坏形式。
二、坝基岩体滑动的边界条件分析
切割面是将岩体切割开来，形成不连续块体的结构面。它通常是由较陡的软弱结 构面构成的，如各种陡倾的断层和裂隙等。其中，走向垂直于坝轴的陡倾结构面， 常是滑移体的侧向切割面，走向平行于坝轴线且靠近坝踵附近的陡倾结构面，走 向大致垂直于水平推力，当岩体下滑时它承受拉应力而被拉裂，所以也称做拉裂 面或横向切割面。
表层滑移稳定性
深层滑移稳定性
坝基处理
一、清基
清基就是将坝基表部的松散软弱、风化 破碎及浅部的软弱夹层等不良的岩层开 挖清除掉，使坝体放在比较新鲜完整的 岩体上。 建基面标高的确定（大坝地基开挖深 度）， 对整个工程的投资、工期以及安 全稳定都会产生很大的影响。
坝基开挖深度确定
按照我国《混凝土重力坝设计规范》， 100m以上的混凝土重力坝需建在坚 硬岩石的新鲜、微风化或弱风带的下 部基岩上；坝高100~50m时，可建 在微风化至弱风中部基岩上；坝高小 于50m时，可建在弱风化中部至上部 基岩上；两岸地形较高部位的坝段， 可适当放宽。
2、排水措施 在防渗帷幕下游 坝基中设排水孔， 一般为2~3 排， 并可设排 水管道、 廊道或集水井， 将水排出坝体以 外。主要是为了 进一步降低坝底 面的扬压力。
坝基抗滑稳定分析作业
洞）。深部开 挖可配以竖井
为了减少工程量，也 可部分挖除。可沿其 走向每隔一定距离挖 一平洞，洞的顶部和 底部均嵌入坚硬完整 的岩层中，然后回填 混凝土，形成混凝土 键，以提高其抗滑能 力。
三、防渗和排水措施 1、帷幕灌浆
在大坝的上游面地基中布置1~2 排钻孔，以一定的压力将 水泥浆压入基岩的裂隙或断层破碎带中，使其形成一道横 穿河床的不透水帷幕 。其目的是减少坝基的渗流量，降低 坝底渗透压力，保证基础的渗透稳定。 帷幕灌浆的深度，原则上应灌到不透水层。但若不透水层 很深时，则可灌到相对隔水层3~5m 深处。帷幕灌浆的深 度较固结灌浆要深得多。 帷幕灌浆一般安排在水库蓄水前完成，通常在坝体灌浆 廊道内进行，对于高坝的灌浆帷幕，常常要深入两岸坝 肩较大范围的岩体中，靠近岸坡处可在坝顶、岸坡或平 洞中进行，许多工程在坝基与两岸山体中所形成的地下 灌浆帷幕，其面积较之可见的坝体挡水面要大得多。
（3）岩体内存在有溶蚀洞穴或潜蚀掏空现象，产生塌陷而导致不均匀变形。
二、坝基岩体承载力
坝基岩体承载力是指在保证建筑物安全稳定的条件下，地基单位面积能够承受的 最大荷载压力，所以也称为容许承载力。它既包括不允许因过大沉陷变形所引起 的破坏，也包括不允许地基岩体发生破裂或剪切滑移而导致的破坏。所以它是一 个综合性的指标。多用在设计的初期阶段或小型工程，地质条件较简单的情况。 对于大、中型或重要水工建筑则需根据变形试验或抗剪断试验指标，分别计算其 沉陷变形和抗滑稳定安全系数等数值。
岩石地基承载力的确定主要有：现场荷载试验、经验类比及据抗压强度进行折减 等三种方法。 (1)现场荷载试验。
(2)经验类比法。 工程岩体质量分级标准
港口工程地质勘察规范
(3)岩石单轴饱和抗压强度乘以折减系数
水电工程中常用的，较详细具体的折减系数取值方法
第二节 坝基（肩）岩体的抗滑稳定分析
一、坝基岩体滑动破坏的类型 1.表层滑动 表层滑动指坝体沿坝底与基岩的接触面（通常为混凝土与岩石的接触面） 发生剪切破坏所造成的滑动，所以也称为接触滑动。滑动面大致是个平面。 当坝基岩体坚硬完整不具有可能发生滑动的软弱结构面，且岩体强度远大 于坝体混凝土强度时，才能出现这种情况，另外地基岩面的处理或混凝土 浇筑质量不好也是形成这种滑动的因素之一。
滑动面常是由平缓的软弱结构面构成，例如缓倾的页岩夹层、泥化夹层、节理、 卸荷裂隙、断层破碎带等。它们的抗滑能力显著的低于坝基底面与基岩接触面的 抗剪强度，也低于岩体中其他界面或部位的抗剪强度。
坝基滑动边界条件示意图
三、边界条件的阻滑因素
1、滑动面的阻滑因素
2、侧向切割面的阻滑作用
通常进行抗滑稳定分析是不计岩体的侧向抗滑作用的，只把它作为安全储备。 当切割面与滑动方向以一个较小的角度斜交，或倾角不是90，在这种情况下， 它就兼有滑动面的性质，且其阻滑力还常是不小的。 3、坝下游抗力体的阻滑作用 在坝基下可能发生滑移的岩体中，有 时下游的局部岩体具有支撑或抗滑作 用，这部分岩体中的称做抗力体
2、浅层滑动
当坝基岩体软弱，或岩体虽坚硬但表部风化 破碎层没有挖除干净，以致岩体强度低于 坝体混凝土强度时，则剪切破坏可能发生在 浅部岩体之内，造成浅层滑动 。滑动面往 往参差不齐。一般较大型的混凝土坝对地基 处理要求严格，所以浅层滑动不是控制设计 的主要因素。而有些中、小型水库，坝基发 生事故则常是由于清基不彻底而造成的。
（二）锚固
当地基岩体中发育有 控制岩体滑移的软弱 面时，为增强岩体的 抗滑稳定性，可采用 预应力锚杆（或钢缆） 进行加固处理。其方 法为先用钻孔穿过软 弱面，深入坚硬完整 的岩体，然后插入预 应力钢筋或钢缆，再 用水泥砂浆灌入孔内 封闭。
（三）槽、井、洞挖回填混凝土
1、高倾角软弱破碎带的 处理