第三章水利工程常见的地质问题坝的工程地质研究

二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
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。当坝趾下游有倾向上游 的软弱面，则组成楔形体，自河 面滑出。当存在有较厚的软弱岩 层或破碎带时，可因产生较大的 压缩变形而起到临空面的作用， 导致坝基滑动。
200～500 500～1000 1000～2500 2500～4000
软质岩石
200～500 500～1000 1000～1500
（3）以岩石单轴饱和抗压强度（Rb）乘以折减系数（φ） 求承载力的方法是最广泛应用的简便方法。 承载力 f = φ Rb 折减系数选取：微风化 0.2～0.33；
中等风化 0.17～0.25. 只考虑风化因素,且只有二个档次,不易掌握.
岩石名称
坚硬和半坚硬岩石 (Rb>30MPa) 软弱夹层 (Rb<30MPa)
节理不发育 (间距1.0m)
1/7Rb
1/5Rb
节理较发育 (间距1～0.3m)
(1/7～1/10) Rb
节理发育 (间距0.3～
0.1m)
(1/10～1/16) Rb
(1/5～1/7) Rb (1/7～1/10) Rb
节理极发育 (间距<0.1m)
A
ABCD是滑动面； ABFE是被拉开的张裂面； ADE、BCF和ABFE是切割面；
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。如 ABEF面，受拉应力而破碎。
HDCG是临空面。
临空面: 滑移体与变形相临的
这些界面构成滑移体的边界条件。 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。
四、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。
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
➢侧向滑动面，3，4
一、坝基岩体的压缩变形
（2）坝基或两岸岩体中有较大的断层碎带、裂隙密集 带、卸荷裂隙带等软弱结构面，尤其是张性裂隙发育 带且裂隙面大致垂直于压力方向，易产生较大的沉陷 变形。
（3）岩体内存在溶蚀洞穴或掏空现象，产生塌陷而导 致不均匀变形。
上述软弱岩层和软弱结构面的产状和分布位置对岩体 变形也有显著影响
对中小型工程中的中、低坝，若无条件进 行试验时，也允许按纯抗剪公式计算。
不同情况下Kc的大小要求不同，如下表
坝的级别
荷载组合
1
2
3
基本组合
1.10
1.05
1.05
特殊组合(1)
1.05
1.00
1.00
特殊组合(2)
1.00
1.00
1.00
注：表中基本组合是指正常水位下的各种荷载组合； 特殊组合(1)是在校核洪水位情况下的荷载组合；特殊 组合(2)是包括地震荷载下的各种荷载组合。
3)是碎裂结构岩休组成的 坝基
碎裂结构岩休组成的坝基 在坝体推力作用下发生的剪 动滑移破坏。
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，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。 ➢ 是高坝主要破坏形式。
断层
冲刷坑
泥化夹层 构成滑动面
岩性不均匀的坝基剖面
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
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
三、边界条件的阻滑因素
1、滑动面的阻滑作用 滑动面的f、c值是决定岩体抗滑能力的主要因素。但当
滑动面的起伏差大，连续性差、夹泥层灭尖或被其他断裂错 动时，则可提高其抗滑能力。 2、侧向切割面的阻滑作用
抗滑稳定分析是不计岩体的侧向抗滑作用的，只是把它 作为安全储备。但实际上是客观存在。 3、坝下游抗力体的阻滑作用
坝基软弱夹层倾向下游，若下游无冲刷坑或可压缩的断 层破碎带作为临空面，则下游岩体有一定的抵抗滑动作用
➢切割面：1，2
➢临空面：当下游河谷 变窄、地形收缩时，滑 动面增长，对岩体稳定 不利。在坝下游河流急 转且岸坡陡峭突出或有 冲沟切割，两面临空现 象，对稳定不利。
拱坝
A V
1 切割面
2 H
EN 4
O
3
滑动面
拱坝坝肩岩体稳定分析示意图
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
几种可能引起坝肩岩体发生滑动的地形地质条件
三、边界条件的阻滑因素
3、坝下游抗力体的阻滑作用
有滑动面且无临空面时， 必须有倾向上游的滑动面与 之组合。bc面上的摩擦力， 除抗力岩体的自重外，还有 坝体传来的水压力和坝体的 自重等合力，合力的作用方 向与bc面垂直，所以摩擦力 较大。
a f1,c1
b′ c p
f2,c2 b
图5-12 抗力体的阻滑作用 ab-滑动面；bc-第一破碎面； bb ′-第二破裂面
一、坝基岩体抗滑动破坏的类型
图3-5 坝基滑动破坏的形式
(a)表层滑动
(b)浅层滑动 （C）深层滑动
一、坝基岩体抗滑动破坏的类型
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。 坝基岩体坚硬，地基岩面处理不好或混凝土浇注不好。 主要发生在坝基岩体的强度远大于坝体混凝土强度，且岩体
导致坝基破坏的岩体失稳形式：
失稳形式压缩变形坝基沉坝陷基沉、陷拱（端变重形力坝（）拱坝） 滑动变形
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
（1）岩性软硬不一，变形模量值相差悬殊，引起较大 的不均匀沉陷，导致坝体发生裂缝。如粘土页岩、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，是容易产生较大沉陷变形的 岩层。
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
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，下面着重讨论。
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
F
E
B
G H
滑动面：如缓倾的页岩夹层、 泥化夹层、节理、卸荷裂隙、 C 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、梭柱形、锥 D 形。
二、坝基岩体承载力
容许承载力：在保证建筑物安全稳定的条件下，地基能够承 受的最大荷载压力。包括过大沉陷变形引起的破坏，也包括 剪切滑移导致破坏。
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 小和方向进行原位实验。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。
坝基深层滑移类型
楔形体 锥形体 棱柱体 方块体
坝基滑移体形状示意图
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
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。
泥化 薄层 夹层 泥岩
砂岩
水平岩层的滑动破坏
二、坝基岩体滑动破坏的边界条件分析
a1
a2
a3
a、由一组软弱结构面构成的不利条件
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
几种可能引起坝肩岩体发生滑动的地形地质条件
b1
b2
b、由两组软弱结构面构成的不利条件
四、坝肩岩体滑动的边界条件分析
几种可能引起坝肩岩体发生滑动的地形地质条件
C
D
E
一、坝基岩体抗滑稳定计算（极限平衡）
1、表层滑动稳定性计算
（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。
二、坝基岩体承载力
岩体级别 f0（MPa）
基岩承载力基本值（f 0）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
>7.0 7.0～4.0 4.0～2.0
Ⅳ
Ⅴ
2.0～0.5 <0.5
风化程度
岩石容许承载力表（KPa）
岩石 类别
全风化 强风化
中等风化 微风化
硬质岩石
完整、无控制滑移的软弱结构面的条件下。此时，混凝土基础 与基岩接触面常称为薄弱且可能滑动的面，接触面的摩擦系数 值，是控制重力坝设计的主要指标。坝体必须具有足够的重量， 以便使接触面上的摩擦阻力大于作用在坝体上的总水平推力。
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。 坝基岩体软弱，或岩体虽坚硬但表面部风化破碎层没有挖除
干净。
1）坝基岩体的岩性软弱，岩石本身的抗剪强度低于 坝体混凝土与基岩的接触面．故在库水推力作用下， 易于沿表层岩体的内部发生剪切破坏。
坝基浅层滑动示意图
2）由近水平产出的薄层状岩层(特别是夹有软弱层者) 由近水平产出的薄层状岩层(特别是夹有软弱层者)组成的坝基在库 水推力作用下产生滑移弯曲。这类变形破坏的产生主要是因为薄层状 结构岩体的抗弯折变形能力很低，在平行于层理方向的荷载作用下， 易于产生突向临空面方向的弯曲变形，故在水平荷裁作用下，坝趾下 游岩层往往因发生隆起而丧失对坝基沿软弱层滑动的抗力，于是促进 了坝基整体滑动的发生。（下图所示）
一、坝基岩体抗滑稳定计算
2）深层滑动抗滑稳定计算
H
α H
α