坝基岩体稳定性工程地质分析
坝基(地基)稳定性问题的工程地质研究复习资料
坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究复习资料1、土石坝：特点：①坝体是柔性的，由散粒体材料碾压堆筑而成，允许产生较大的变形，对地质条件要求低；②坝体断面和底宽均较大，对地基的压应力较小，抗滑稳定问题不突出；①对渗透稳定性要求高，防渗墙很重要；②坝顶不能溢流：a 对近坝库段稳定要求高：防止库区涌浪漫顶，b 对两岸地形要求高：i 高山峡谷：应选择弯曲河段，凸岸可布置洞群及建筑物；ii 丘陵：建筑物布置在两岸，选择合适的垭口布置溢洪道；iii 平原：建筑物布置在河岸。
总体上看，对坝基要求低，但应注意研究如下问题：①坝肩边坡较陡时，应注意坝体与地基岩体的接触问题；②当坝基分布有深厚砂砾石层时，应注意渗漏和渗透稳定；③当坝基分布有软土层时：承载力低，沉降大；厚度变化大时，不均匀沉降问题突出；④当坝基分布有黄土时，应注意湿陷性问题；⑤当坝基分布有疏松砂土及少粘性土（粘粒含量<15%）时，应注意液化问题（静力和动力）；⑥当坝基分布有岩溶时，应注意渗漏和塌陷问题；⑦当坝基分布有断层破碎带以及强透水带或泥化夹层时，应注意渗透变形、抗滑稳定问题；⑧应注意含有可溶岩类的岩土体；⑨透水坝基下游坝趾处分布有连续的、透水性较差的覆盖层时，应注意扬压力和流土问题；⑩需有丰富的、满足质量要求的天然建材。
2、重力坝特点：①坝体刚度大，坝基不允许产生较大的不均匀变形，对地质条件要求高；②坝体断面和底宽相对较大，压应力也较大，所以对坝基的承载力和抗滑稳定要求均较高；③坝顶可布置泄洪建筑物，坝内可布置发电、泄洪建筑，所以对两岸可无布置洞群的要求，对地形适应性好；④以自身重量维持稳定。
要求：①具有足够的抗滑稳定性，能满足抗滑稳定的要求；②具有足够的承载力和刚度，且要求具有较好的均匀性和完整性；③坝基、坝肩具有良好的抗渗性和渗透稳定性，不产生大量渗漏和过大的扬压力；④峡谷区近坝库段和坝肩稳定性好；⑤采取坝顶泄水方案时，坝下游河床具有较好的抗冲刷能力；⑥坝址区附近应有足够的、符合质量要求的混凝土骨料或石料。
工程地质分析原理总结
⼯程地质分析原理总结第⼀篇区域稳定及岩体稳定分析的⼏个基本问题⼀、地壳岩体结构特征的⼯程地质分析(5分)1、岩体、结构⾯、结构体岩体：通常指地质体中与⼯程建设有关的那⼀部分岩⽯，它处于⼀定的应⼒状态，被各种结构⾯所分割。
结构⾯：指岩体中具有⼀定⽅向、⼒学强度相对较低、两向延伸的地质界⾯或带。
结构体：结构⾯在空间的分布与组合可将岩体分割成形状、⼤⼩不同的块体，称为结构体2、结构⾯的主要类型（按照成因、规模分类）及特征（如何描述结构⾯）按成因：原⽣结构⾯、构造结构⾯、浅表⽣结构⾯按规模：A类（贯通）、B类（显现）、C（隐微）3、岩体的分类：岩体结构分类（哪5类？）；岩体的⼯程分类（考虑三⽅⾯因素？）按结构特征分类：块体状结构、块状结构、层状结构、碎块状结构、散体状结构三⽅⾯因素：⼒学性质、岩体结构、赋存条件4、岩体的变形随深度有何变化特点？剪切或拉裂拉裂与弯曲弯曲弯曲与压扁压扁压扁与流动流动。
⼆、地壳岩体的天然应⼒状态（10分）1、岩体应⼒：天然应⼒和初始应⼒⾃重应⼒:指在重⼒场作⽤下⽣成的应⼒。
σv=γh（µ为岩体的泊松⽐，N。
称为岩体的侧压⼒系数。
）构造应⼒：指岩⽯圈运动在岩体内形成的应⼒。
⼜可分为活动构造应⼒和剩余构造应⼒。
变异及残余应⼒变异应⼒：指岩体的物理、化学变化及岩浆的侵⼊等引起的应⼒。
残余应⼒：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷后，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应⼒相平衡的应⼒系统感⽣应⼒2、岩体天然应⼒状态类型（1）σx=σy=σv=rh 注：越往地壳的深部，存在静⽔应⼒式的可能性越⼤。
（2）垂直应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒以⾃重应⼒为主，主要存在于地表（3）⽔平应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒主要受构造运动影响，最⼤主应⼒近于⽔平。
3、影响岩体天然应⼒状态的主要因素及其作⽤（1）地区地质条件及岩体所经历的地质历史对岩体天然状态的影响：岩体的岩性及结构特征：决定着岩体的容重和泊松⽐，从⽽影响⾃重应⼒场的特征；统⼀区域构造应⼒作⽤下，岩体内应⼒分布的特征主要取决于岩性、结构特征及其⾮均⼀性；决定着岩体的强度及蠕变特性，因⽽决定了岩体承受及传递应⼒的能⼒。
坝基岩体稳定性的工程地质分析
四、支墩坝对地质地形条件的要求
支墩坝是由一系列相隔一定距离的支墩和向上游倾斜的挡水盖 板组成，库水、泥砂压力等由盖板经支墩传给地基。为了加强支墩 之间的整体性和侧身稳定性，支墩还常设有加劲梁。根据盖板的不 同，支墩坝可分为平板坝、大头坝和连拱坝。
支墩坝对地质地形条件的适 应性比较强，在岩基和土基上 均可修建，但要注意相邻支墩 产生过大的不均匀沉降。
一个河段筑坝的可能性，除根据国民经济的需要外，还要看当地 的自然条件是否有这种可能性。在坝址坝型选择中，主要应根据坝 址区的地形地质，材料供应(主要是天然建筑材料)，枢纽布置，水 文、施工和运行条件，通过详细的技术经济比较论证后选定。但是 必须指出，在这些条件中，工程地质条件是一个十分重要的方面。
水利水电建设的实践表明，工程地质条件不仅影响到坝址、坝型 的选择，而且关系到工程的投资、施工工期、工程效益和工程安全。
三、拱坝对地质地形条件的要求
拱坝在平面上呈拱形，并在结构上起拱的作用的坝，拱脚支承 于两岸基岩上。拱坝是一个整体的空间壳体结构。从水平切面上看， 它是由许多上下等厚或变厚的拱圈叠成，大部分荷载由拱的作用传 递到两岸山体上。在铅直断面上，则是由许多弯曲的悬壁梁组成， 少部分荷载依靠梁的作用传递给坝基。
（3）对坝基中存在的断层破碎带等软弱岩体必须进行慎重的处 理，以提高岩体的均一性，防止变形过大造成拱坝拉裂。
（4）两岸坝肩要有足够的稳定性，拱端要有比较雄厚的稳定岩 体。对两岸发育的与河流大致平行的中、高倾角断层、节理、层面、 卸荷裂隙等要特别重视，仔细研究其特征，及有否与缓倾角软弱结 构面组合，从而构成滑动块体。
二、重力坝对地质地形条件的要求
重力坝是由混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，重力坝主要 依靠坝身自重与地基间产生足够大的摩阻力来保持稳定，故重力坝对 地基要求比土石坝高，一般修建在基岩上。低坝也可修在较好的土质 地基上。重力坝对地质地形条件的要求主要有：
拱坝坝基岩体工程地质分析及评价
Ⅳ类岩体 ：由完整性差一 较破碎的硬质岩组成的Ａ Ⅳ类 、中硬岩组成 的Ｂ Ⅳ类和完整性差的软岩组成的ｃ Ⅳ类。Ⅳ类岩体质量差 ， Ａ Ⅳ类和Ｂ Ⅳ 类岩体抗滑、抗变形能力明显受结构面控制 ，需进行专门工程处理。 Ｖ类岩体 ：岩体结构松散 ，强度低 ，质量极差 。该岩体质量分类标 准适用 于大中型工程 、坝高大于７ ｍ ０ 的混凝 土坝。由于坝基岩体 的变形 性能和抗滑稳定条件 ，不仅与坝基工程地 质条件有关 ，还与大坝 的类型 和工程特点有关 ，因此 ，各 大坝工程的岩体质量分类可根据各工程 的具 体工程地质条件参照使用 。 ２ 坝 基岩 体质 量分 类建 议 拱 坝坝基肩岩体荷重特点和坝 （ ） 肩 岩体的变形特性 ，以Ｇ ５４ ７ Ｂ ０ ８—
关 键词 坝基岩体 ；地质勘 察 ；处理措 施 ；评 价 中 圈分 类号 Ｔ ｕ 文 献标 识码 Ａ 文 章编 号 １７— ６１（００１２０ ５—２ ６ ３９７ 一 １）２—０３ ０ ２
近 几 年来 ，坝 基 岩 体 的 利 用 有着 长 足 的发 展 ，随 着 坝 工 设 计 的技 术 进 步 、工 程 地 质 界 对坝 基 岩 体 的 认 识 不 断深 入 和 基 础 处 理 的 水 平不 断提 高 ，坝 基 开挖 由深 到浅 ，充 分 利用 坝 基 岩 体 。 拱坝坝基 岩体变形 主要 分为整体变 形和剪切 变形 ，整体 变形 的表
宜。
１ 坝岩 体质 量分 类 １）ＧＢ ０ １ － ４ ５ ２ ８ ９ 推荐分 类 。ＧＢ ０ １ —９ ５ ２ ８ ４《工程岩体分 级标 准 》 中考虑岩 石 的坚硬程 度 和岩体 完整 程度 ，利用 岩石 单轴 饱和 极 限抗 压 强度Ｒ ｃ和岩 体完 整性 系数 Ｋ 确 定岩 体基 体质 量指标 Ｂ ｖ Ｑ，计算 式 为Ｂ ９ ＋ Ｒｅ ２ ０ ｖ Ｑ＝ ０ ３ ＋ ５ Ｋ ，岩体 基本质量分 级定量标准 为 ：Ｉ Ｑ＞ ５ 级Ｂ ５ ０，
水利工程中的大坝稳定性分析
水利工程中的大坝稳定性分析一、大坝的构成及基本原理大坝是一种水利工程设施，具有拦截洪水、调节水流、蓄存水源、发电等多种功能。
大坝作为一项大型工程，其稳定性对于工程的安全运行至关重要。
大坝一般由坝体、坝基和坝址三部分组成，其中坝体为大坝的主体部分，坝基是大坝的承重部分，坝址则是大坝所占用的地面。
大坝的基本原理是借助于坝体的重力，将坝基压实，使坝体和坝基形成一个整体，以达到把水坝住的目的。
二、大坝的稳定性及分析方法对于大坝而言，其稳定性是工程安全运行的前提，是大坝设计和施工的关键之一。
大坝稳定性的分析，主要包括静力稳定性分析、动力稳定性分析和渗流稳定性分析。
1. 静力稳定性分析静力稳定性分析是大坝稳定性分析的基础。
它是通过分析大坝所受水力和重力作用下，达到稳定平衡的状态来进行判断。
静力稳定性分析一般包括重力稳定分析和抗滑稳定分析两种方法。
重力稳定分析是通过确定大坝重心是否在坝基内或坝址上实现稳定。
即通过计算大坝中心线的重心落在坝址内是否实现坝基的承重能力。
抗滑稳定分析主要是分析大坝是否发生滑动，当坝体的整体重量超过岩体或土体的摩擦抗力时，大坝便会发生移位，从而导致工程灾害。
2. 动力稳定性分析动力稳定性分析是在外部力的作用下，分析大坝的相对位移、振动激励及其稳定性。
通常采用频域特性分析和时域响应分析的方法来进行。
频域特性分析是通过对大坝受到的荷载的频率响应，分析其与自身固有频率的关系。
将荷载频率与大坝的自然频率相比较，确定是否满足动力稳定性要求。
时域响应分析也是动力稳定性分析的一个方法。
他从荷载或输入信号的角度，对大坝的周期性变化进行分析，以了解大坝结构的响应情况。
3. 渗流稳定性分析渗流稳定性分析是分析大坝渗流对大坝稳定性的影响。
它关注的是大坝内水与外界环境之间的交互作用，以及大坝内部水流的特性。
渗流稳定性研究一般以渗流原理和渗流变得巯行为分析基础。
其中最重要的是渗流原理，包括计算大坝中压力场与渗流场等内容。
第10章 坝基岩体稳定分析140414
美国加州 Monticello Dam
坝肩岩 体滑移 条件
VA
O
H
3N
1
4 E2
·分力方向以外的结构面成为其横向切割面
·在分力夹角范围内的侧向滑动面 软弱夹层
·岩体下部近水平或较平缓结构面 层面
·河谷边坡构成天然的临空面
断层裂隙面
构成 底滑面
各种地形地质条件对拱坝坝肩岩体稳定的影响
重庆云阳盖下坝水电工程 双曲拱坝右坝肩岩体
节理
滑动面
低于坝基底面与基岩接触面的抗剪强度 其抗剪强度
低于岩体中其它界面或部位的抗剪强度
可单一 其出现形式 可由两组或多组结构面组成
峨眉山龙门洞地质实习点，何鹏摄于2001年11月
⑵ 滑移破坏形式
坝基岩性软弱 岩层 产生滑动的原因 软弱夹层埋藏浅 产状 平缓 现象：在水平推力作用下,下游岩层容易向上弯曲形成浅层
1. 坝基岩体滑动破坏类型 类 型 产生部位 产 生 原 因
τ计算指标 c、φ值
① 基岩太完整坚
表层滑动
沿坝底与基
硬，其强度远超过 混凝土坝体强度
岩的接触面 ② 基岩面处理不当
或混凝土浇筑质量
不好
① 基岩体软弱
浅层滑动
浅层岩体内 ② 基岩体表部风化 的剪切破坏 破碎层没有挖除干
净
取自混 凝土与 基岩的 接触面
分布 情况
·横切面上起到滑移的推动作用 作用 ·滑动面上起到抵消正应力从而降低抗滑力的作用
② 潜蚀（管涌）
⑵ 坝下游河床冲刷问题 ·为滑动造成陡立临空面
冲刷的后果 ·或造成岸坡的不稳定
安全 ·对于陡倾岩层：L/d>2.5 规定 ·对于缓倾岩层：L/d>5.0
水库的工程地质问题
水库的工程地质问题
1.岩土性质和力学特性：水库坝体的稳定性和承载能力取决于坝基的岩土性质和力学特性。
因此，需要对水库坝址周围的岩石、土壤等进行详细的勘探和测试，以确定其力学特性和稳定性。
2.地震地质条件：水库坝址所在的地区可能存在地震活动，因此需要对地震地质条件进行评估，以确定水库坝体的抗震性能和安全性。
3.水文地质条件：水库的蓄水能力和水质受到水文地质条件的影响。
因此，需要对水库坝址周围的地下水、河流水文等进行详细的调查和分析，以确定水库的水文地质条件。
4.生态环境问题：水库的建设可能会对周围的生态环境产生影响，如水生生物的生存和繁殖等。
因此，需要对水库建设前后的生态环境进行评估，并采取相应的措施保护生态环境。
水库的工程地质问题是一个综合性的问题，需要综合考虑多种因素，以确保水库的安全稳定运行。
第8章 坝基岩体稳定性 工程地质
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
❖ 导致坝基破坏的岩体失稳形式，主要是压缩变形和 滑动破坏。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。导致发生不均 匀变形的地质因素主要有：
❖ 基础埋深对岩石地基极限承载力的影响 不容忽视，当基础埋深≥1.5m时，可根 据岩石质量的好坏由下式对设计值进行 深度修正。
❖
f=fk+η dγ0(d-1.5)
❖ 其中 d的取值，对于极软岩石为2.0， 软质岩为3.0，硬质岩为4.0。对于强风
化岩石，考虑它已接近散粒体，应按相
应散粒体进行承载力分析。
❖ 除上述三种形式外，有时也可能出现兼有两种或三种 的混合破坏形式。
坝基滑动类型示意图
坝基滑移形式示意图
三、坝基岩体滑动的边界条件分析
❖ 坝基岩体的深层滑动，其形成条件是较复杂的，除去 需要形成连续的滑动面以外，还必须有其他软弱面在 周围切割，才能形成最危险的滑动岩体。同时在下游 具有可以滑出的空间，才能形成滑动破坏。
（1）采用静载荷试验确定嵌岩桩极限承载力
❖ 嵌岩桩静载荷试验的试桩数不得少于3根， 当试桩的极限荷载实测值的极差不超过 平均值的30％时，可取其平均值作为单 桩极限承载力标准值。建筑物为一级建 筑物，或为柱下单桩基础，且试桩数为3 根时，应取最小值为单桩极限承载力。 当极差超过平均值的30％时，应查明误 差过大的原因，并应增加试桩数量。
❖ 拱坝的外荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸， 所以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体维持，而 不像重力坝主要靠自重维持。一般地讲，拱的作用越 强，坝身体积也就越小。与重力坝比较，拱坝对两岸 岩体的要求较高，而对河床坝基岩体的要求相对来说 要低一些。两端拱座岩体应该坚硬、新鲜、完整，强 度高而均匀，透水性小，耐风化、无较大断层，特别 是顺河向断层、破碎带和软弱夹层等不利结构面和结 构体，拱座山体厚实稳定，不致因变形或滑动而使坝 体失稳。滑坡体、强风化岩体、断层破碎带、具软弱 夹层的易产生塑性变形和滑动的岩体均不宜作为两端 的拱座。
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（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）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
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。
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。
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。
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。
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
（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。
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
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