对于前述第一类情况[图11 －14（a）]，在施工过程 中，随着坝体的增高软粘土层的上下边缘部分的超空隙水 压力不断减小，有效压力(Qx-Pw)相应的不断增大。但是， 由于高塑性软粘土的透水性很低，排水缓慢，以致粘土层 中间部分在施工后期，甚至竣工以后一段时间之内，
还能保持很高的、甚至接近于附加压力的超空隙水压力，因 此(Qx-Pw)很小，甚至接近于零。这样，施工期内软粘土层 中间部分（ab面上）的抗滑力S1≈ c • Lx，即随坝体加高而 直线性的缓慢增大（如图11 －16）。 与此同时，滑动力P滑却随坝体的 增高而加速的增大。当P滑与S1相 交时，坝基即将发生局部滑动并引 起坝坡的坍滑（图11 －16）。 这 就是第一类坍滑产生的机制。
11.3.1.2 倾斜荷载作用下松软土地基的滑动破坏及抗 滑稳定性问题
理论计算和实验研究的结果表
明，当作用在松软坝基上的斜向 荷载增大到一定的临界值之后， 地基土即将沿着一定的深部弧形 面发生
滑动破坏（如图11－17）。有关这类弧形滑动破坏的极限
荷载条件，已在土力学课程中进行过详细讨论。
通常可用П.Д.叶甫道基莫夫的图解法或B.B.索科洛夫斯基的理论 公式加以计算。 但是，当这类挡水结构物作用在此种地基上的垂直荷载小于地基 的临塑荷载（即按塑性区最大深度Zmax=0求出的荷载）时，如果建筑物 在库水水平推力的作用下发生滑动，则只能是沿基础底面的表层滑动。 此时，其抗滑稳定性可按下式验算：
γ
γ
2β σ σ
1
3
图11-5
条形均布荷载作用下地基任 一点的附加主应力
图11-6
条形基础下地基内的应力分布
（ ）均质地基；( )各向异性的陡立 层状岩石地基； （ ）各向异性的倾斜层状岩石地基；
均匀地基
层状结构地基

图11-6（a）反应的地基内最大主应力等值线的 分布图。 （b）（C）所示的条形荷载作用下层状结构地 基内最大主应力等值线的分布情况：有两点： （1）软弱结构面限制了应力向两侧传递，扩展， 致使附加应力在所限岩体内集中。附加应力可以 顺着层理方向延伸到最大深度。分割岩体的软弱 结构面的抗剪强度越低，效应越强烈。 （2）当分割岩体的软弱结构面直立时，基础下 岩体内的应力集中程度最高，应力与形变区延伸 深度也最大。当软弱结构面倾斜产出时，地基内 往往有两个高值最大主应力方向，两者相对大小 随结构面的陡缓而异（11-6（b）），11-6（c） 则表示水平情况下基础的应力集中相对较低的状 态。当结构面近水平分布时，基础下的应力集中 程度相对较低，受软弱结构面的限制，其延展深 度小于均值地基。

(4)因坝下渗透水流将坝基岩石中的细 颗粒物质带走，使坝基被掏空而造成 的破坏。
坝体 砼基 裂隙 冲蚀洞 风化泥岩
图11-3 四川永川县陈食水库条石连拱坝坝基渗透变形发展情况示意图

(5)由于坝肩岩体的 稳定性较低，运行期 间空隙水压力增大又 使其稳定性进一步恶 化所造成的坝肩滑动 破坏。安徽梅山水库 大坝的事故就是这样 造成的。
坚硬岩石地基的变形性常远较松软土地基为小，故对 于一般的水工建筑物，研究其基础沉陷的绝对值往往没有 多大实际意义。但是，由于建筑在岩基上的坝大多数是具 有较大刚性的，它们对不均匀沉陷非常敏感，因此研究因 岩石地基的不均匀变形所造成的不均匀沉陷，对于保证这 类大坝的稳定有很大的实际意义。 岩石地基的不均匀变形通常是由下列因素造成的:
Pb相当于被动土压力，可按下式求之：
1 Pb H12 tan 2 (45 o ) 2cH 1 tan( 45 o ) 2 2 2
（11－14）
式中：γ－土的容重；c、φ－坝体土石的内聚力与内摩擦 角；其它符号见图11－15。 由式11－13、11－14可见，P滑的大小除与土的c、φ值 有关外，主要取决于坝体的高度，通常随着坝高的增加而 增大。作用在ab面上的抗滑力S为： S=(Qx-Pw)tanφ+c • Lx
Z=B
图11-12
图11-11 由垂直的三角形荷载引起 的水平应力σh的分布
据Del Campo等 1962
由水平的三角形荷载引起ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的水平应力σ 的分布
（据 .耶格，1972）
拉应力区
√
压应力区
图11-13
重力坝坝基内水平拉应力区的分布
§11.3 坝基岩体的变形与破坏
11.3.1 松软土地基的变形与破坏 11.3.1.1 垂直荷载作用下松软土坝基的变形与破坏 在土坝或堆石坝的建筑实践中常可遇到像团结水库土坝 那样的坝坡坍滑问题。根据实地观察，坝坡坍滑通常有 两种类型: (1) 滑动的速度相对比较缓慢，所涉及的地基滑动部分 的范围相对较小。 (2)坍滑的速度很快，坍滑所涉及的地基的范围可以很 大。例如美国一个高仅9m的土堤，在不到一分钟的时 间内300m长的堤顶下陷了4.5m，坍滑所涉及的地基土 水平方向的范围扩展到距堤脚约45m的地方。
当地基土主要是由透水性良好的砂质土组成时，由于 空隙水能很快的排出，超空隙水压力的消散很迅速，故有效 压力能在很短的时间增大至附加压力值，使S3= Qx tanφ。 因此，在施工期间，地基内的抗滑力S3将随着坝体的增高而 直线性地迅速增大（如图11－16）。图11－16中S3和P滑曲 线的关系表明，砂质土地基的抗坍滑的能力很大，足以支持 很高的坝体而不发生坍滑。 由上述可见，地基中存在有饱水且透水性小的土层， 如塑性软粘土或淤泥等，特别是当其中夹有砂或粉砂的薄层 或透镜体时，地基的抗坍滑能力通常是很低的，在设计土坝 或堆石坝时必须充分注意这个问题。当遇到这种情况时，为 了保证坝坡的稳定，可采取如下措施。
(1)岩石地基内应力分布的不均匀性。 如前所述，当坝基内有成组出现的陡 倾软弱结构面发育时(如图11－18)， 地基内的附加应力将在软弱结构面所 限岩体内产生高度的集中。
图11-18 因地基内应力分布不均而产生的差异 沉陷和坝体断裂
由于这种原因，在具有三角形或梯形断面的重力坝自重作用下， 地基内不同条形岩体中附加应力的大小及延展深度各不相同，因而其 变形量也就彼此不等。通常坝体高、因而荷载强度大的部分变形最大； 坝体低、因而荷载强度小的部分变形量就相对较小(如图11－18)，于 是在不同条形体的交界处就会产生明显的差异沉陷，其结果往往使刚 性坝体在这些部位发生断裂(如图11－18)。

研究表明，第一类坍滑一般是发生在地基土层中存在 有饱水的塑性软粘土或淤泥夹层的情况下[图11－ 14(a)]，而且地基中的滑动面都是通过这一软粘土层的 中部；第二类坍滑通常发生在地基土层中发育有软粘土， 且其中部夹有砂或粉砂之类的薄层或透镜体 [如图11－ 14(b)]，滑动面就通过这种部位。
坝坡坍滑问题取决于促使坝坡滑动的力与阻止其滑动 的力之间的对比。当阻滑力大于滑动力时坝坡将是稳定 的，否则就会发生滑动。

所受水平荷载，由于垂直 荷载是三角形分布，故底面摩 擦力而传给地基的水平荷载也 必然呈类似的三角形分布（图 11-10（b））
用弹性理论分别求出由竖向荷载和水平荷载在地基内任意 点的应力分布，然后做水平和竖向应力的叠加，即可得到 地基内任意点处的总附加应力。
B
Z=0.1B
+
Z=0.5B
+
p 或q
式中： Qx—作用在ab面上的坝体重量，为一变量， 随坝体加高而增大； Pw —ab面处的超空隙水压力
c、φ —滑动面上土石的内聚力和内摩擦力；
Lx —ab段的长度，为一变量，随坝体加高、加宽 而增 大。
可见，抗滑力S的大小，一方面与滑动面的c、φ有关， 另一方面则取决于 Qx-Pw（即有效压力）的大小。

不仅要求大坝本身结构强固， 尤其要求坝基和坝肩具有足够 的坚固性和稳定性。但是坝基 坝肩通常含有各种天然结构面。
坝基坝肩 开挖
从世界上坝的破坏情况来看， 原因是多种多样的。地质方面 的原因造成的破坏事故约占30 ％－40％，其中，从具体的破 坏原因和形式来看，又可详分 如下类型： (1)由于坝基的强度较低， 运行期间又遭到进一步恶化 所造成的破坏。 (2)由于坝基(肩)的抗滑稳 定性较低，运行期间又遇到 进一步恶化所造成的滑动破 坏。
kc f Pv A c
PH
(11－16)
Pv －作用在地基表面的垂直总荷载（t）;
PH－ 作用在挡水建筑物上的水平总荷载（t）; f . c－ 分别为土与基础底面间的摩擦系数和内聚力；
A－ 基础底面的面积； kc－安全系数。
11.3.2 岩石坝基的变形及其对大坝稳定 性的影响
对于前述第二类情况，在坝体堆砌过程中ab面上的滑 动力P滑与抗滑力S2的变化如图11－16所示。抗滑力S2之 所以不断减小，是因为随着地表荷载的增大，软粘土层中 的水不仅要通过其顶底面向上下砂土层中排出，而且也要 不断的流向中部的薄砂层，致使薄砂层中的空隙水压力不 断增大，有效压力(Qx-Pw)不断减小，当Pw增大至接近Qx时， 有效压力变得很小，甚至趋近于零。由于砂土的c=0，所以 此时ab面上砂土的抗滑力S2→0。由于这类坍滑通常是在 抗滑力很低的情况下发生的（图11－16），故坍滑的速度 一般较大。

√
图11-6
条形基础下地基内的应力分布
（ ）均质地基；( )各向异性的陡立 层状岩石地基； （ ）各向异性的倾斜层状岩石地基；
碎 裂 结 构 地 基
11〃2.2 斜向荷载作用下地基内的应力分布特征
各类挡水建筑物所受的都是斜向荷载。实际上是垂直荷载和水 平荷载的合成。 一般认为，坝基所承受的垂直荷载呈三角形分布，即在上游 坝踵出垂直荷载为零，然后线性增大，至下游坝趾处达到最大值 （图11-10（a））。
(2)地基不同部分岩体变形性质的差异也往往是造成坝体不均匀沉 陷的重要原因。这可能有两种情况：一是坝体砌臵在软硬差别较大 的岩层上，这种情况下，易于产生不均匀沉陷；二是坝基岩体内开 口裂隙(如河床下的水平卸荷裂隙等)发育的不均匀，例如坝基一侧张口裂