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(DL5108 - 1999) 10. 2. 1条中指出 ,原则上应在考 虑基础加固处理后 ,在满足坝的强度和稳定的基础 上 ,减少开挖量 。不必要的过量开挖 ,不仅增加了 开挖工程量和回填混凝土量 ,增大了工程的投资 , 延长了施工工期 ,而且加大了坝体承受水压力面 积 ,增大总的载荷 。且深挖后新岩体暴露在空气 中 ,时间久后就会产生松弛 、爆裂和风化破坏 ,以致 希望坝基置于新鲜完整基岩的目的不能如愿 。有 时开挖过深 ,基岩刚度过大 ,反而会使坝体应力恶 化 。当今的发展趋势是 :在优先考虑加固处理措施 后 ,尽量减少开挖深度 ,以达到水工建筑物既经济 又安全的目的 。
坝基岩体应该满足以下条件 : (1)渗流条件 。即通过坝基的渗漏应控制在 允许的范围内 ,坝基面扬压力应小于设计值 ,此外 , 还必须保证坝基不发生渗透破坏 。 (2)压缩变形 。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 。 ( 3)抗压强度 。通常 100 m 高的混凝土重力 坝 ,传到地基岩体上的压力可达 2. 3～2. 4 M Pa,坝 基岩体应能承受这个压力并有足够强度 。 (4)抗滑稳定 。近年来 ,把抗剪断强度参数引 入抗滑稳定分析计算 ,已经成为国内外的发展趋 势 。抗剪断公式为 : K″s = ( f′∑V + c′A ) ÷∑H 式 中 : f′—抗 剪 断 摩 擦 系 数 ; c′—抗 剪 断 凝 聚 力 ; ∑ H —作用在滑动面以上的力在滑动面方向投影的
重力坝坝基岩体是存在于一定环境中的地质 体 ,其形成和发展经受过地质历史时期各种内外动 力地质作用的改造和影响 ,在不同工程荷载作用 下 ,岩体的物理力学性质 、变形 、破坏机理有极大差 异 ,对这些问题能否正确认识 、准确评价 ,关系到岩 体的合理利用 ,直接影响大坝的安全和经济 。
坝基岩体合理利用的重要标志之一就是优选 建基面 。影响建基面选择的因素很多 ,既有岩体本 身所处的地质环境因素 ,又有上部结构因素 ,既有 技术因素又有经济因素 。混凝土重力坝设计规范
通过大量工程实践和理论研究 ,坝基风化岩体 的利用研究已经取得了一定的经验和成果 。如三 峡大坝已部分利用弱风化下部岩体 ;二滩工程直接 利用弱风化下部岩体 ,弱风化中部岩体适当处理后 利用 ,弱风化上部岩体经加固处理后局部利用 。在 选择坝的建基面过程中 ,应采用地质工程和系统工 程的理论方法 ,从分析地质体的特征入手 ,准确掌 握地质体的岩性特征 、构造特征 、物理力学特征 、变 形特征等本身固有特性 ,将其纳入一个系统内 ,与 上部建筑物的形式和结构特征紧密结合起来 ,研究 上部结构与基础地质体的相互作用 ,相互影响 ,最 终研究建基面 。
No. 2 June 2010 GEZHOUBA GROUP SC IENCE & TECHNOLOGY Serial No. 94
重力坝建基面选择的研究
龚 黎
摘 要 本文介绍重力坝的基本属性 ,以及如何合理选择重力坝建基面的方法 。具体为在对坝基岩体弱风化 带进行细分的基础上 ,拟定数个建基面高程 ,然后验证渗流条件 、抗压强度条件 、变形条件和抗滑稳定条件 ,确 定最优建基面 。并给出某重力坝工程的应用实例 。 关键词 重力坝 ;坝基 ;建基面 ;优选
(1)渗流条件分析 。勘测表明 ,坝址区岩体一 般透水性较小 ,强风化岩体为中等透水岩体 ,弱 ～ 微风化岩体为弱透水 ～极弱透水岩体 ,只是局部弱 ～微风化岩体 ,由于断层 、裂隙以及岩体接触带的
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No. 2 June 2010 GEZHOUBA GROUP SC IENCE & TECHNOLOGY Serial No. 94
代数和 ; ∑V —作用在滑动面以上的力在垂直于滑
动面方向投影的代数和 ; A —滑动面面积 。
中国《混凝土重力坝设计规范 》推荐这一计算
公式 ,并在总结已有筑坝经验基础上 ,提出了目前
认为较适宜的抗滑安全系数 。规范中规定 ,安全系
数不分工程等级 ,基本载荷组合时 ,应大于或等于
3. 0;特殊荷载组合时 ,应大于或等于 2. 5。
1 重力坝及坝基概述
1. 1 重力坝的工作原理和分类 重力坝的工作原理是在水压力及其他荷载的
作用下 ,主要依靠自重在滑动面上产生的抗滑力来 抵消坝前水压力满足稳定的要求 ,同时依靠坝体自 重在水平截面上产生的压应力来抵消由于水压力 所引起的拉应力满足强度的要求 。常用的分类是 按照筑坝材料分类可分为 :混凝土重力坝和浆砌石 重力坝 。按照施工方法分类可分为 :浇筑式混凝土 重力坝和碾压式混凝土重力坝 。坝体混凝土分区 : 混凝土重力坝坝体各部位的工作条件及受力条件 不同 ,对上述混凝土材料性能指标的要求也不同 。 为了满足坝体各部位的不同要求 ,节省水泥用量及 工程费用 ,把安全与经济统一起来 ,通常将坝体混 凝土按不同工作条件进行分区 ,选用不同的强度等 级和性能指标 。 1. 2 重力坝坝基概述
列于表 1。
高程 /m
f′
c′/ kPa
K
68. 5
1
1000
3. 75
70
0. 78
900
3. 10
7
0. 70
800
2. 82
表 1中的计算结果表明 ,当该坝段建基面提高
到 70 m 时 ,可以保证抗滑稳定 ,当提高到 71 m 时 ,
就不能保证抗滑稳定 。 yu 此同时 ,对其余段也进
行了计算 。根据计算结果 ,建议将河床坝段抬高 1 ～1. 5 m ,岸坡挡水坝段抬高 1. 5 ～2. 5 m ,在这个 范围内 ,二维计算结果可以满足规范上的控制标准 及抗滑稳定等要求 。
材料 4为微风化层及新鲜岩体 , F3、F8 为两条断
层 。断层均为陡倾角断层 ,不构成潜在滑动面 ,因
此坝基岩体破坏失稳主要表现为表层滑移 ,即沿混
凝土和岩石结合面滑动 。设计提出的建基面高程
为 68. 5 m ,位于微风化上部 。笔者设计了 3 种计
算方案 ,高程分别为 68. 5 m、70 m、71 m ,计算结果
析 ,笔者给出选择合理建基面的流程 :
图 1 坝基右桩号为 0 + 39. 50剖面有限元网格图
3 工程实例
某水电站工程重力坝坝高 102 m ,坝基岩体岩 性为白垩系下统石帽山群上组流纹岩 ,岩石致密坚 硬 ,力学性质较好 ,但性质较脆 。坝址处河谷狭窄 , 两岸陡峻 ,呈较对称“V ”形 。坝址的地质构造主要 是断裂和侵入岩脉 ,断裂构造较发育 ,但断层均为 陡倾角 , 不 构 成 潜 在 滑 动 面 。对 右 岸 非 溢 流 坝 段 ————3号坝段进行分析 。根据现场勘察和试 验结果 ,将坝基岩体的弱风化部分 ,按物理力学性 质分为弱上 、弱中 、弱下 。设计将建基面大致放在 弱风化下部 ,笔者拟将建基面提高到弱风化中部 。
利用有限元方法计算得到最不利的滑动面上
各单元的平均法向应力和剪应力 ,然后根据如下公
式计算可得到抗剪断安全系数 :
n
n
∑ ∑ ( σiΔL i) ·f′+ ( σiΔL i) ·c′
″ห้องสมุดไป่ตู้
Ks =
i =1
i =1 n
∑τ i
·L
i
i =1
式中 :σi、τi————i滑动面单元的正应力和剪
应力 ;ΔL i————i滑动面单元长度 。基于以上分
(3)高效减水剂 、引气剂为粉剂施工过程中配 制成一定浓度的溶液使用 ,并严格控制溶液浓度 ;
(4)混凝土含气量按 3% ～5%控制 ,当含气量 发生较大变化时应及时调整引气剂掺量 。
5 结语
四川嘉陵江苍溪航电枢纽工程所使用的细骨
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料介于特细砂和细砂之间 ,原材料较为特殊 ,相关 试验资料的积累也很有限 。葛洲坝集团苍溪航电 工程施工项目部试验室根据现场实际情况对混凝 土配合比进行了科学严谨的试验 ,所得试验成果取 得了成功 ,不仅保证了混凝土的强度指标 ,而且单 位水泥用量为同流域梯级电站中最少 ,在大体积混 凝土降低水化热 、减小混凝土泌水干缩 、提高混凝 土耐久性等方面取得了相当宝贵的经验 。
一般情况下 ,全 、强风化岩体不宜作为混凝土 坝坝基 ,需予挖除 。弱风化是一个由工程性质较差 的碎裂结构到较好的块状结构岩体的过渡带 ,其上 下部仍有较大差别 。一般在弱风化下部岩体中结 构体呈“硬性接触 ”,裂隙交接处为半坚硬棱角状 , 岩体强度受裂隙面粗糙度和起伏差的影响 ,而且可 以通过一定的工程处理措施提高其力学强度 。
【作者简介 】 熊 林 男 葛洲坝集团第二工程有限公司 助理工程师 四川
成都 610091
影响 ,存在中等透水层 。因此弱风化中部满足渗流
条件 。
(2)压缩变形分析 。通过现场试验和数值计
算证明 ,变形条件和岩体抗压条件也可以满足 。
(3)抗滑稳定分析 。笔者用有限元方法对该
坝段 0 + 39. 50 剖面进行抗滑稳定条件的验证 。
(图 1)为二维有限元网格图 ,其中材料 1为坝体混
凝土 ,材料 2为弱风化上层 ,材料 3为弱风化下层 ,
【作者简介 】 龚 黎 女 葛洲坝集团第二工程有限公司 工程师 四川 成
都 610091
(上接第 30页 ) 表9
混凝土施工配合比
(2)混凝土配合比设计时采用的天然砂细度 模数为 1. 77,当实际使用过程中细度模数发生变 化时应及时调整砂率 ,一般规定砂细度模数变化 ± 0. 2,调整砂率 ±1% ;
2 确定建基面的关键因素
2. 1 风化带的划分 工程实践表明 ,不同风化程度的风化岩石具有
2010年 6月第 2期 葛洲坝集团科技 总第 94期
不同的工程地质性质 。风化岩石工程地质研究的 主要内容就是对岩体按风化程度进行分带 ,研究各 带岩体的工程地质性质 ,确定物理力学指标 ,以便 选择岩石的利用高程 。目前中国水电工程部门都 将岩体划分为 4带 ,即全风化带 、强风化带 、弱风化 带和微风化带 。由于母岩岩性差异 ,厚薄不一 ,以 及特殊风化现象等破坏了 4带的正常分布规律 ,单 靠定性描述分析 ,确切分带是相当困难的 。因此有 必要研究岩体的物理力学性质与风化程度之间的 变化规律 ,提出划分岩体风化程度的定量指标 。