授课题目 第五章 坝基稳定性的工程地质研究

教学目的

与

教学要求 了解各种坝型对地质、地形条件的要求；掌握坝基滑动破坏类型 、坝基岩体滑动边界条件分析、影响坝基抗滑稳定性的因素、坝綦岩体抗滑稳定计算 、坝基岩体抗剪强度指标的确定；了解坝基岩体质量分类；掌握坝基的渗透稳定性分析和坝基处理的方法；了解坝区渗漏条件的分析、坝区渗漏量的计算。

主

要

内

容 第一节 概述

第二节 各种坝型对地质、地形条件的要求

第三节 坝基(肩)岩体的抗滑稳定性

一、坝基滑动破坏类型

二、坝基岩体滑动边界条件分析boundary condotions

三、影响坝基抗滑稳定性的因素 factor

四、坝綦岩体抗滑稳定计算

五、拱坝坝肩岩体稳定性分析

六、坝基岩体抗剪强度指标designation的确定

第四节 坝基岩体质量分类

一、岩体分类的目的与原则

二、岩体质量分类的方法

第五节 坝区渗漏与渗透稳定性

一、坝区渗漏条件的分析

二、坝区渗漏量的计算

三、坝基的渗透稳定性分析

第六节 坝基处理

一、清基

二、岩体的加固

三、防渗impermeability和排水drainage

四、改变建筑物结构型式以适应坝摹的地质条件

重点与难点 坝基岩体滑动边界条件分析、坝綦岩体抗滑稳定计算 、坝基岩体抗剪强度指标的确定，坝基的渗透稳定性分析和坝基处理的方法、坝区渗漏量的计算。

教学方法

手段（教具）

参考资料 1 戚筱俊．工程地质及水文地质．北京：中国水利水电出版社，1997

2 陈德基主编．水利工程勘测分册．北京：中国水利水电出版社，2004

3 崔冠英主编，水利工程地质，北京：中国水利水电出版社，1999．

4 左建，郭成久等主编．水利工程地质．北京：中国水利水电出版社，2004

5 孙文怀．工程地质与岩石力学．北京：中央广播电视大学出版社，2002

6 李智毅，杨裕云主编．工程地质学概论．武汉：中国地质出版社，1994

7 张倬元，王士天，王兰生编著．工程地质分析原理．北京：地质出版社，1981

8 胡厚田．土木工程地质．北京：高等教育出版社，2001

讲稿部分

教学过程 时间分配

第五章 坝基的稳定性问题

第一节 概述

一、基本知识

（一）水库reservior的类型

1．大型水库big reservior：库容大于5000万立方米；

2．中型水库middle reservior：库容为3000万~5000万立方米；

3．小型水库small reservior：库容小于3000万立方米；

（二）大坝dam按坝高分

1．高坝high dam：坝高大于70米

2．中坝middle dam：坝高为30~70米

3．低坝low dam ：坝高小于30米

（三）水坝的分类

1．按建筑材料分：土坝siol dam、石坝rock dam、土石坝siol-rock dam、混凝土坝concrete

dam等；

2．按结构分：重力坝gravity dam、拱坝arch dam、支墩坝buttress dam（平板坝、大头坝 、连拱坝等）

二、坝基稳定的工程地质研究

1．坝基dam foundation（肩）抗滑稳定性shear stability问题

2．坝基（肩）变形稳定性deformation stability问题

3．坝基（肩）渗漏leekage(seepage)和渗透稳定性penetrate stability问题

第二节 各种坝型对地质、地形条件的要求

一、土石坝siol-rock dam对地质、地形条件的要求

二、重力坝gravity dam对地质、地形条件的要求

三、拱坝arch dam对地质、地形条件的要求

四、支墩坝buttress dam对地质、地形条件的要求

第三节 坝基(肩)岩体的抗滑稳定性

一、坝基滑动破坏类型

1．表层滑移sliddage of surface lager

2．浅层滑移sliddage of shallow lager 课后作业与

思考题

课后思考题：第五章课后思考题与练习题2、3、6、9、10题。

教学后记 3．深层滑移sliddage of deep lager

4．混合滑移

二、坝基岩体滑动边界条件分析boundary condotions

1．坝基岩体滑动的边界条件由三种特性条件的界面构成：

（1）滑动面（缓倾角结构面）slip surface

（2）切割面（纵向结构面、横向结构面）cut surface

（3）临空面（水平临空面、陡立临空面）

2．常见的滑移破坏形式

（1）岩层layer产状attitude平缓mild

（2）软弱结构面倾向下游（倾角dip angle小于300）dip toward downstream

（3）软弱结构面soft structure plane倾向上游（倾角小于300）dip toward upstream

（4）陡倾steep dip层状岩体

三、影响坝基抗滑稳定性的因素 factor

（一）影响坝基抗滑稳定性的工程作用力

1．坝体自重deadweight

2．水压力

3．扬压力

4．淤砂压力

5．地震力

6．波浪压力及冰压力

（二）边界条件的阻滑因素

（1）滑动面的阻滑因素：f、c 值是决定岩体抗滑能力的主要因素（例：内蒙龙口水电站）；

（2）侧向切割面的阻作用：通常只做安全储备，而从经济的角度考虑应计入安全系数中

（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，这部分岩体称为抗力体。(如：我国东北某坝)

四、坝綦岩体抗滑稳定计算

（一）坝基抗滑against sliding稳定计算公式

1．表层（浅层）滑移抗滑稳定公式

摩擦公式：

PuWfKc)(

抗剪断公式：

PACuWfKc''')(

2．深层滑动抗滑稳定公式

（1）软弱结构面倾向下游（倾角小于300），下游有陡立临空面时，抗滑稳定公式

sin)(cossincos)(GWPPuGWfKc

（2）软弱结构面倾向上游（倾角小于300），抗滑稳定公式

sin)(cossincos)(GWPPuGWfKc

（3）双滑面或仅有倾向下游的滑动面，下游无陡立临空面：

1）剩余推力法

2）被动抗力法

3）等稳定法

（二）摩擦公式不考虑粘聚力(c)值的原因

（1）粘聚力(c)值很不稳定，在相同的实验条件下，粘聚力(c)值可相差数倍或十几倍，使选值困难，因此不考虑粘聚力(c)值，将其作为安全储备，并相应的降低安全系数的值。

（2）粘聚力(c)值容易受其他因素的影响，如：风化作用、清基质量等。

（3）粘聚力(c)值在公式中所占的比重随着法向力的变化而变化。法向力小时，粘聚力(c)值的比重就大，反之则小。所以，粘聚力(c)值对低坝所起的作用大，对高坝则小。

五、拱坝坝肩岩体稳定性分析

拱坝对坝肩岩体的地质条件要求非常严格，因为拱坝对坝肩岩体变形非常敏感，稍有变形即可引起拱圈产生超出允许范围的拉应力，从而产生裂缝，甚至导致溃坝事故。（如：法国的马尔帕赛拱坝）

拱坝坝肩所承受的拱端推力，其作用方向是斜向岸里并偏向下游，它可分解为平行于拱端切线方向的轴向推力，及沿半径方向的切向力，二者正交。（152页图5-14）

拱坝滑移的边界条件同重力坝一样有滑动面、切割面和临空面。

可能引起坝肩岩体滑动的地形地质条件参见152页图5-15。

六、坝基岩体抗剪强度指标designation的确定

（一）抗滑稳定计算中摩擦系数coefficient of internal friction(f)和粘聚力(c)值的选择

坝基抗滑稳定计算中，摩擦系数(f)和粘聚力cohesion(c)值的大小对稳定影响很大，如果选取的数值偏大，对坝基稳定性没有保证，反之，则偏于保守，造成浪费。（摩擦系数(f)提高0.1，则工程量可节省10~20%。

对于大中型水电工程，摩擦系数(f)和粘聚力(c)值原则上以原位抗剪（断）试验或室内 中型抗剪（断）试验的成果为主要依据，当夹泥的厚度较大时，可据室内研究资料为依据。混凝土坝对试验成果的取值标准，可按下述原则进行。

（1）坝基底面与基岩、坝基下基岩岩体之间的抗剪（断）强度指标，可按下述原则考虑：

1）当试件呈脆性破坏时，抗剪（断）强度以峰值强度的小值平均值。

2）当岩体破碎呈塑性破坏时，取屈服强度；

（2）岩体中结构面的抗剪（断）强度，可按下述原则考虑：

1）当结构面试件呈剪断破坏时，以峰值强度的小值平均值；

2）当试件呈剪切（摩擦）破坏时，取比例极限强度；

（3）软弱夹层、断层破碎带的抗剪（断）强度指标，可按下述原则考虑：

1）当试件呈塑性破坏时，取屈服强度或流变强度；

2）当粘粒含量大于30%时，并以蒙脱石为主取流变强度。

（二）地质因素对摩擦系数(f)和粘聚力(c)值的影响

一般选择摩擦系数(f)和粘聚力(c)值时，应考虑以下地质因素：

1．滑动面的特征

滑动面的平整、光滑程度、密集程度、连续性，软弱夹层的物质组成和厚度及成因类型等对摩擦系数(f)和粘聚力(c)值均有明显的影响。

（1）滑动面的起伏越大、越粗糙、夹层越薄，则抗剪强度越高；（表5-4）

（2）充填度越小、爬坡角越大，结构面的力学性质越高。（图5-7）

2．地下水循环渗流条件

地下水的渗入，可直接降低滑动面上的摩擦系数(f)和粘聚力(c)值，或促使软弱夹层泥化、软化。

3．坝基岩性不均时摩擦系数(f)和粘聚力(c)值的选定

（1）面积加权法

nnnAAAfAfAfAf......212211

（2）应力加权法

nnnynnnyyAAACAfACAfACAfAf......212222211111

（三）抗剪强度指标的经验数据

对于一些没有条件作试验的工程，可参照已有工程的试验数据和选值经验，结合工程地质条件的分析和对比，来确定摩擦系数(f)和粘聚力(c)值。（参见表5-6、5-7—）

第四节 坝基岩体质量分析

一、岩体分类的目的与原则

1.宏观综合性

2.准确性和客观性

3.简单实用性

4.针对性

二、岩体质量分类的方法

第五节 坝区渗漏与渗透稳定性

leekage(seepage)和渗透稳定性osmotic stability

一、坝区渗漏条件的分析

（一）渗漏通道

1．透水层：主要透水层为第四纪砂层、卵砾石层、胶结不良的砂岩、砾岩层、具有气孔构造并裂隙发育的玄武岩、流纹岩等。

2．透水带：主要是断层破碎带和裂隙密集带。

3．喀斯特管道：岩体中溶洞、暗河及溶隙等相互连通构成。

（二）渗漏通道的连通性

1．第四系松散沉积地层渗漏通道的连通性主要取决于地层结构特征，而这又与地貌发育情况密切相关；

2．基岩透水层、透水带、喀斯特管道的连通性则受岩性、地质构造、地形地貌、覆盖特征等因素控制，情况比较复杂。

二、坝区渗漏量的计算

（一）坝基渗漏量的计算

1．单层结构的均匀透水坝基