工程地質(zhì)原理

1、第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究,重要性 廣義穩(wěn)定性問題：承載力，沉降和不均勻沉降抗滑穩(wěn)定滲透穩(wěn)定,2004年電力裝機容量和發(fā)電量,發(fā)電量: 2.1862億kW·h,裝機容量 : 4.42390億kW,830 MW / 1.8TWh,105.24 GW / 331.7TWh(23.8% / 15.2%),6840MW / 50.5TWh,2004年度裝機和發(fā)電量構(gòu)成,329.48GW/1

2、802.2TWh(74.5% / 81.4%),截止到2000年電力裝機 (MW),1970 13040 23770 57120 87050 137890 319320*,4640 15080 43410 65870 102900* 215120*,2000年至2004年水火電裝機（MW）,,190 2380 6240 172

3、80 26410 36050 79350,1020 3020 13430 20320 30190 52180,截止到2000年水電裝機,2000年至2004年水電裝機（MW),1990 年至2004年水力、火力發(fā)電量,River systems in China 中國河系,Exploitable Hydropower potential: 378.53GW / 1923.3TWh,長

4、江: 197.24GW 1027.50TWh(53.4%),珠江: 24.85GW 11.25TWh(5.8%),),黃河: 28.00GW 117.0TWh (6.1%),,中國水能資源按照地區(qū)分布情況,中國水能資源按照流域分布情況,12大水電基地,1 Jinsha, 47.89,1,3 Dadu, 18.06,,2 Yalon, 19.40,W,5 WuJiang, 8.67,4 Upper Ch-j, 28.3

5、2,9 Hongshui, 13.01,11 Middlw H-h, 6.09,10 Upper H-h 14.15,8 Lancang, 21.37,12 Northeast , 11.43,6 West Hunan, 7.92,7 F-Z-G Rrs, 14.19,四川省水電資源分布圖,云南省水電資源分布圖,西藏水電資源分布圖,福建省水電資源分布圖,黃河上建設(shè)的大型水電站,,Lijiaxia: 1600MW / 155m(A),L

6、iujiaxia: 1350MW / 147m(G),Wanjiazhai: 1080MW/105m(G),Xiaoliangdi: 1800MW/154m(G),Longyangxia: 24.7b 1280MW/178m(AG),長江流域上建成的大型水電站,Geheyan: 1200MW / 151m(GA),Ertan: 3300MW / 240m(A),Gezhouba

7、: 2715 MW ),Wuqiangxi: 1200MW 85.5m(G),,Gongzui: 700MW /86m(G),Tongjiezi: 600MW / 76m(G),Dongfeng: 510MW / 163m(A),Wujiangdu: 630MW / 165m(AG),長江流域上建設(shè)的大型水電站,,TSQ-- I: 10.2 bm3 1200MW 178m(CFRD),TSQ-

8、-II : 1320MW 60.7m(G),Yantan: 1210MW 110m(G)3.38 bm3,Dahua: 400MW 74.5m(G),珠江流域上建設(shè)的大型水電站,Baishan: 6.4 bm3 1500MW 149.5m(GA),東北地區(qū)大型水電站,Fengman: 10.8 bm3 1003.75MW 91m (G),,Ma

9、nwan: 0.92 bm3 1250MW 132m(G),Dachaoshan: 0.94 bm3 1350MW 111m(RCC-G),瀾滄江流域建成的大型水電站,Xinjiang Dabancheng Wind Farm : 87 MW,344MW,79.35 GW / 243.1TWh(24.9% / 17.8%),344MW / 16.

10、7TWh,Composition of Power Source in 2000(319.32GW / 1368.5TWh),237.54GW/1107.9TWh(74.4% / 81.0%),§5.1 各種壩型對工程地質(zhì)條件的要求,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究,1. 土石壩⑴特點：①壩體是柔性的，允許產(chǎn)生較大的變形。②壩體斷面和底寬均較大，對地基的壓應(yīng)力較小，抗滑穩(wěn)定問題不突出。③防滲墻的重要

11、性。④壩頂不能溢流：對兩岸地形（埡口或有布置洞群的條件）要求高，對近壩庫段穩(wěn)定（涌浪漫頂）要求高。,小浪底水利水電樞紐工程,Dam height:154 m,Storage capacity: 12.6bm3,Annual output: 5.1TWh,Installed capacity: 1800MW,Guangzho

12、u Pumped Storage Hydropower Station(2400MW),Upper Reservoir,Lower Reservoir,Phase I,Phase II,Largest Pumped Storage Hydropower Station in the world,Upper Reservoir:24.08 million m3CFRD 68 m,2 Underground Power

13、house:Phase--I: 300MW * 4Phase-II: 300MW * 4Design Head: 535 m,Lower Reservoir:23.48 million m3RCCD 43.5 m,Two Large Pumped Hydropower Storage Station,Tianhuangping: 300MW * 6/ 600 m Upper Reser

14、voir: 8.05 million m3/70m,Shisanling: 200MW * 4/ 481m(max) Upper Reservoir: 4.45 million m3/75m,⑵要求或問題 總體上看，對壩基要求低，但應(yīng)注意研究如下問題：①壩肩邊坡較陡時，應(yīng)注意壩體與地基巖體的接觸問題

15、；②當(dāng)壩基分布有深厚砂礫石層時，應(yīng)注意滲漏和滲透穩(wěn)定；③當(dāng)壩基分布有軟土層時：承載力低，沉降大；厚度變化大時，不均勻沉降問題突出；④當(dāng)壩基分布有黃土?xí)r，應(yīng)注意濕陷性問題；⑤當(dāng)壩基分布有疏松砂土及少粘性土（粘粒含量<15%）時，應(yīng)注意液化問題（靜力和動力）；⑥當(dāng)壩基分布有巖溶時，應(yīng)注意滲漏和塌陷問題；⑦當(dāng)壩基分布有斷層破碎帶以及強透水帶或泥化夾層時，應(yīng)注意滲透變形、抗滑穩(wěn)定問題；⑧應(yīng)注意含有可溶巖類的巖土體；⑨透水壩

16、基下游壩趾處分布有連續(xù)的、透水性較差的覆蓋層時，應(yīng)注意揚壓力和流土問題；⑩需有豐富的、滿足質(zhì)量要求的天然建材。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.1 各種壩型對工程地質(zhì)條件的要求,2. 重力壩⑴特點：①壩體剛度大，壩基不允許產(chǎn)生較大的不均勻變形；②壩體斷面和底寬相對較大，壓應(yīng)力也較大，所以對壩基的承載力和抗滑穩(wěn)定要求均較高；③壩頂可布置泄洪建筑物，壩內(nèi)可布置發(fā)電、泄洪建筑，所以對兩岸可無布置洞群

17、的要求；④對地形適應(yīng)性好；⑤以自身重量維持穩(wěn)定。⑵要求：①具有足夠的抗滑穩(wěn)定性，能滿足抗滑穩(wěn)定的要求；②具有足夠的承載力和剛度，且要求具有較好的均勻性和完整性；③壩基、壩肩具有良好的抗?jié)B性和滲透穩(wěn)定性，不產(chǎn)生大量滲漏和過大的揚壓力；④峽谷區(qū)近壩庫段和壩肩穩(wěn)定性好；⑤采取壩頂泄水方案時，壩下游河床具有較好的抗沖刷能力；⑥壩址區(qū)附近應(yīng)有足夠的、符合質(zhì)量要求的混凝土骨料或石料。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究

18、§5.1 各種壩型對工程地質(zhì)條件的要求,漢江丹江口水利樞紐,三門峽水利樞紐,富春江水力發(fā)電樞紐,龍羊峽水電站,裝機容量：1280MW水庫庫容: 247億立方米 壩高：178m,李家峽水電站,,1500 MW,5.14 TWh,0.62 bm3,CFRD:139m,公伯峽水電站,烏江渡水電站,烏江東風(fēng)水電站,劉家峽水電站,五強溪水電站,葛洲壩水電站,Three Gorges Project,18,

19、200 MW,84.7TWh,39.3 bm3,Gravity:175m,,1400MW / 4.95TWh 101 m(G)/2.6 bm3,福建水口水電站,福建洪口水電站,萬家寨水電站,3. 拱壩⑴特點：①通過拱的傳力作用將水荷載等水平推力傳至壩肩，其穩(wěn)定性主要依靠壩肩維持；②拱壩的穩(wěn)定性對壩的整體性和形態(tài)很敏感；③斷面和底寬較??；④屬整體結(jié)構(gòu)，其抗震性能好。⑵要求：①對河谷斷面形態(tài)要求高：對稱、狹

20、窄（ V型、U 型）、寬高比?。?.5~2理想，最好≯3.5，隨著技術(shù)水平的提高，逐漸放寬，可大至十幾）；②兩岸壩肩要求：完整、均勻、新鮮、穩(wěn)定、強度高、耐風(fēng)化；③由于底寬更小，所以對抗?jié)B性和滲透穩(wěn)定性要求更高。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.1 各種壩型對工程地質(zhì)條件的要求,清江隔河巖拱壩,二灘拱壩泄洪,二灘水電站—雙曲拱壩,Dam height: 2

21、40m,Installed capacity: 3,300 MW,Annual output: 17.0TWh,Storage capacity: 5.8 bm3,二灘水電站—地下電站,,Largest hydro unit: 550MW,Largest underground powerhouse,,1260

22、0 MW,1. Xiluodu,4. Laxiwa,6000 MW,2.Xiangjiaba,4200 MW,3300 MW,5850 MW,3. Nuozhadu,5. Pubugou,3600 MW,6. Jinping-I,3000 MW,7. Goupitan,溪洛渡水電站—雙曲拱壩,隔河巖水電站,小灣水電站,Arch : 292,4200 MW,15.1 bm3,19.0 TWh,§5.2 地基（壩基）的沉降和承載

23、力 1. 土石壩壩基的沉降分析⑴ 沉降和不均勻沉降的不利影響①過大的沉降會使壩頂設(shè)計高度得不到保證。②導(dǎo)致防滲體的破壞：心墻、斜墻；壩基截滲墻；接觸部位。③壩內(nèi)涵管的破壞。⑵ 影響因素①土性：種類、孔隙比、含水量、固結(jié)度、級配、壓縮性；②壓縮層厚度；③相變及厚度變化，基巖面起伏情況；④附加應(yīng)力的大小及分布；⑤排水固結(jié)條件；⑥施工進(jìn)度。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究,⑶ 計算方法①分層總和法

24、；②土工有限元計算方法。⑷ 不均勻沉陷允許值的確定①長高比較大的壩，且計算點與基巖岸坡的距離 > 時： 式中：ΔS允為相距為l的兩點的沉降差允許值； σt為壩體填土允許的抗拉強度； h為壩高； Εo、Εl分別為地基和壩體的變形模量。②經(jīng)驗法：根據(jù)我國的大量調(diào)查表明：土壩允許的不均勻沉陷斜率

25、應(yīng)<1.5%③工業(yè)與民用建筑傾斜度已有規(guī)范以表的形式給出。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,2. 巖質(zhì)壩基的沉陷分析新鮮、微風(fēng)化、弱風(fēng)化，堅硬、完整的巖質(zhì)壩基Eo高→沉陷很小、且以彈性變形為主→陡高壩外一般可不分析壩基的沉陷。但由于壩體的剛性強，對不均勻沉陷的協(xié)調(diào)能力差→形成應(yīng)力集中→壩體開裂→危及穩(wěn)定。⑴產(chǎn)生不均沉降的地質(zhì)因素①巖性、完整性、風(fēng)化程度差

26、異大，變形模量相差懸殊；②地基（壩基）持力層范圍內(nèi)分布有斷層破裂帶、裂隙密集帶、強烈卸荷帶、槽狀風(fēng)化帶、溶蝕的洞穴；③結(jié)構(gòu)面和巖層產(chǎn)狀的影響：傾斜、突變。④地下水呈不均勻分布。⑵計算分析數(shù)值分析。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,3. 地基承載力的計算評價⑴ 確定承載力的方法①理論計算方法：1）極限荷載法：Pu=γD Nq+C Nc， 缺點：

27、Pu隨D增加而增加，但有臨界深度問題2）容許應(yīng)力法:Pcr、 P1/4 、 P1/3，臨塑荷載Pcr過于保守→臨界荷載P1/4 、P1/3②原位試驗法：主要用于土質(zhì)及軟巖地基，如載荷試驗、觸探試驗、標(biāo)貫試驗等。③規(guī)范查表法：不同行業(yè)執(zhí)行不同的規(guī)范。有地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范和相關(guān)的勘察規(guī)范。如《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GBJ7-89) ，《巖土工程勘察》（GB50021-94）, 《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTJ024

28、-85）等。 特殊性土有專門規(guī)范，如《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GBJ25-90）④經(jīng)驗類比法：工程勘察中講。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,⑵ 壩基承載力的評價（《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99））①松軟土地基的承載力據(jù)N63.5初步評價：N63.5＜4 的粘土為軟土；N63.5＜10的砂土為松砂層。N63.5＞15的粘土為

29、硬土層；N63.5＞30的砂土為緊密砂層。②壩基巖體的承載力根據(jù)巖塊飽和單軸極限抗壓強度（Rc），結(jié)合裂隙發(fā)育程度，折減后作為壩基巖體的容許承載力。 1）堅硬和半堅硬巖（Rc>30MPa）：fk= 1/7 Rc 裂隙不發(fā)育（間距＞1.0m） （1/7-1/10） Rc 裂隙較發(fā)育（間距1.0-0.3m）

30、 （1/10-1/16） Rc 裂隙發(fā)育（間距0.3-0.1m） （1/16-1/20） Rc 裂隙極發(fā)育（間距<0.1m） 2）軟弱巖石（Rc <30MPa）： fk= 1/5 Rc 裂隙不發(fā)育（間距＞ 1.0m） (1/5-1/7) Rc 裂隙較發(fā)育（間

31、距1.0-0.3m） (1/7-1/10) Rc 裂隙發(fā)育（間距0.3-0.1m） (1/10-1/15) Rc 裂隙極發(fā)育（間距<0.1m）,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,非經(jīng)處理不宜作為水工建筑物的天然地基。,較好的天然地基。,,,,,⑶ 工業(yè)與民用建筑地基巖體承載力的確定（GB5

32、0218-94）①基巖承載力基本值（ fo）的確定: 巖體級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ fo(MPa) >7.0 7.0~4.0 4.0~2.0 2.0~0.5 <0.5②基巖承載力標(biāo)準(zhǔn)值(fk)的確定fk =η fo η為基巖形態(tài)折減系數(shù)：基巖面形態(tài) 平坦型 反坡型

33、 順坡型 臺階型巖面坡度 0~10 10~20 10~20 臺階高<5m η 1.0 0.9 0.8 0.7,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,⑷ 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)值①水電工程：標(biāo)準(zhǔn)值是試驗成果經(jīng)過分析整理、統(tǒng)

34、計修正或考慮概率、巖石強度破壞準(zhǔn)則等經(jīng)驗修正后的參數(shù)值，只反映巖土試件的特性。地質(zhì)建議值是指地質(zhì)人員根據(jù)試件所在層位的總體地質(zhì)條件，對標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整后提出的，使標(biāo)準(zhǔn)值更符合于巖土體所在的地質(zhì)環(huán)境，具有更好的地質(zhì)代表性，其目的是使參數(shù)取值更合理。②巖土工程：巖土參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值fk是巖土工程設(shè)計時所采用的基本代表值，是巖土參數(shù)的可靠性估值。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力

35、,4. 軟土地基承載力的計算⑴強度指標(biāo)的選擇求解軟土地基承載力的理論方法中，抗剪參數(shù)是重要的參數(shù)，應(yīng)正確選用。①不固結(jié)不排水剪（UU），也稱快剪：加σ3和加σ1- σ3都不允許排水。用于施工期短、加荷速率快、滲透系數(shù)小、排水條件差、厚度很大的飽和粘土地基或斜坡的穩(wěn)定性分析?？旒粼囼灢荒芊从惩恋奶烊粦?yīng)力狀態(tài)，所以提出CKoU試驗，即在天然應(yīng)力條件下固結(jié)，然后再進(jìn)行排水剪切。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究

36、§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,②固結(jié)不排水剪（CU），也稱固結(jié)快剪：加σ3允許排水，加σ1～σ3都不允許排水;用于一般性建筑在施工期中，加荷速率慢、滲透系數(shù)大、排水條件好、土層較薄的地基土強度指標(biāo)的計算。 ③固結(jié)排水剪（CD），也稱慢剪：加σ3和加σ1- σ3都充分排水，u=0，所以施加的應(yīng)力就是作用在土樣上的有效應(yīng)力;一般僅用于建筑物施工期較長、地基土的排水條件很好，能充分提高地基土強度時使用;慢剪強度

37、=有效應(yīng)力強度，是一種比較穩(wěn)定的指標(biāo);試驗周期長，工程上應(yīng)用較少。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,⑵計算方法的選擇目前，計算強度指標(biāo)的方法有2種： ①有效應(yīng)力法該方法最符合土的基本理論基礎(chǔ)，抗剪強度與有效應(yīng)力的對應(yīng)關(guān)系已為理論和試驗證明。但目前較為困難的是：土中的u難于準(zhǔn)確確定，而有效快剪強度指標(biāo)都是u的函數(shù)。 ②總應(yīng)力法不合理之處：總應(yīng)力

38、與抗剪強度無對應(yīng)關(guān)系，不考慮的u影響。但目前仍廣泛應(yīng)用于一般工程中。優(yōu)點：計算方便、多年應(yīng)用中積累了不少經(jīng)驗。對于軟土地基，如果施工期短，有效應(yīng)力變化不大，則抗剪強度往往接近于不排水總強度。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,⑶高層建筑地基承載力的計算目前我國有2類計算模式：①極限荷載法(Pu): 太沙基極限承載力公式；普朗特爾極限承載力公式；漢森極限承載力

39、公式。缺點或應(yīng)注意的問題：臨界深度問題。②容許應(yīng)力法：也稱臨塑荷載法（Pcr），過于保守→臨界荷載法P1/4、P1/3（在偏心荷載作用下，且B≥3m）。注意：1）該方法的基本假定之一：Ko=1（實際上為0.35~0.8），據(jù)以計算土的自重應(yīng)力，并用彈性理論計算附加應(yīng)力→當(dāng)出現(xiàn)較大塑性變形時，不合實際。2）計算公式是根據(jù)條形分布荷載推導(dǎo)而得，但用于空間問題偏于保守。3）公式推導(dǎo)中未考慮基礎(chǔ)剛度的影響。,第五章 壩基（地基）

40、穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,在均布條形荷載作用下，土中任一點的應(yīng)力來源于：1）基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力p-γD：條形分布；2）基底處的邊側(cè)荷載γD：均布；3）基底面以下土的自重應(yīng)力 γz。因Ko=1,所以土中任一點M的主應(yīng)力：2β為M點視角（弧度）；γ為土的重度（kN/m3）；D為埋深（m）；p為基底壓力（kN/m2）。 當(dāng)M點的應(yīng)力達(dá)到極限平衡時，據(jù)M-C準(zhǔn)則，應(yīng)有：

41、 將σ1、σ3代入上式得：上式規(guī)定了處于極限平衡狀態(tài)的點的坐標(biāo)位置。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,,塑性區(qū)最深點的確定： 代入z式，得： 令zmax=0時，得： 臨塑荷載pcr（是指理論上地基土中剛出現(xiàn)剪切破壞—塑性變形時，基底單位面積上所承受的荷載）,令zmax=1/4B時，得： 臨界荷載p1/4（實踐證明，可以容許地基土中有不大

42、的塑性區(qū)，對于建筑物安全無妨害）,同理可得p1/3:,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.2 地基（壩基）的沉降和承載力,§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析1、壩基巖體滑動破壞的類型⑴表層滑動⑵淺層滑動⑶深層滑動⑷混合滑動2、滑動邊界條件分析⑴滑動邊界條件的組成①滑動面（底滑面）特點：1）產(chǎn)狀平緩、產(chǎn)狀穩(wěn)定；2）分布范圍廣；3）f、c值低；4）走向與壩軸線小角度相交。

43、常見的滑動面：軟弱夾層、斷層面、片理面、層理面。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究,②切割面1）縱向切割面：產(chǎn)狀陡；走向與壩軸線大角度相交；以剪應(yīng)力為主，法向應(yīng)力很小。2）橫向切割面：產(chǎn)狀陡，當(dāng)產(chǎn)狀平緩時，具有底滑面的作用（雙滑面）；走向與壩軸線小角度相交；屬拉裂面，可為追蹤面。③臨空面:滑移體的自由滑出面類型：1）水平臨空面：河床面；2）陡立臨空面：深潭、深槽、沖刷坑、下游基坑；3）陡傾角的過河

44、斷層破碎帶、軟巖、風(fēng)化深槽、裂隙密集帶潛蝕溶洞。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,⑵ 常見的滑動破壞類型① 緩傾（傾角＜30°）層狀巖體最不利情況：地層走向⊥河流流向。特征：1）存在一組占優(yōu)勢作用的結(jié)構(gòu)面：層面→層間錯動面→軟弱夾層→泥化夾層：構(gòu)成滑動面；2）底滑面層數(shù)多，滑動面成簇出現(xiàn)，最不利滑動面的確定困難；3）巖體軟硬相間，層間錯動強烈，夾層物理

45、力學(xué)性質(zhì)差，f 可＜0.17；4）縱、橫切割面多追蹤裂隙和小斷層，產(chǎn)狀陡立；5）底滑面厚度薄、產(chǎn)狀穩(wěn)定、延伸范圍廣。② 傾斜（傾角30°~ 60°，一般 40°~ 50°）層狀巖體穩(wěn)定條件相對較好，多表現(xiàn)為接觸滑動，當(dāng)裂隙較發(fā)育時，應(yīng)充分注意追蹤型滑面的淺層滑動，尤其應(yīng)注意：反傾、緩傾壓性斷層的不利組合。橫谷：斷層底滑面；縱谷：層面和斷層構(gòu)成雙滑面，兼縱向切割面：平放的三角柱

46、體或尖錐體；斜谷：穩(wěn)定條件相對較好，但仍有上述破壞形式存在。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,③ 陡傾（傾角＞60°）或倒轉(zhuǎn)層狀巖體構(gòu)造作用強烈，斷裂發(fā)育，斷層規(guī)模較大。反傾、緩傾壓性斷層構(gòu)成滑動面。橫谷：1）X型扭性斷裂（走向與巖層走向近正交，傾角40°~ 60°）：起滑動面（雙滑面）和縱向切割面，層面構(gòu)成橫向切割面；2）反傾、

47、緩傾壓性斷層構(gòu)成滑動面，層面構(gòu)成橫向切割面，張性斷層、裂隙構(gòu)成縱向切割面；縱谷：層面和反傾向壓性斷層構(gòu)成滑動面兼縱向切割面，張性及扭性斷層、裂隙構(gòu)成縱向切割面；斜谷：穩(wěn)定條件較好。④ 塊狀巖體巖體完整性較好，結(jié)構(gòu)面陡傾角為主，穩(wěn)定問題：1）接觸滑動；2）緩傾結(jié)構(gòu)面構(gòu)成不利組合，形態(tài)復(fù)雜。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,3. 壩基巖體抗滑穩(wěn)定性計算（1）技術(shù)

48、難點①滑動邊界、尤其是最不利滑裂面的確定。 需要的是Kmin，任何一個K都對應(yīng)一個具體的滑裂面。②滑動方向的確定?；瑒恿涂够Χ际鞘噶?。③滑裂面f、c的確定。④荷載組合的選擇。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,（2）受力條件分析①壩體及滑體自重： ②永久設(shè)備重量：③水壓力：④揚壓力：很不利、很重要（可抵消壩體重量的3

49、0%~40%），且難于精確確定組成：浮托力+滲透力，與孔隙水壓力的區(qū)別？影響因素：1）水頭差及下游水深；2）庫底淤積、入滲條件，下游覆蓋、排水條件；3）壩基巖體滲透性：巖溶及結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度、分布、充填、性質(zhì)、連通性；4）防滲帷幕：深度、材料、工藝、排數(shù)；5）排水、減壓措施。計算方法：1）無防滲排水（或有，但已失效）時：2）設(shè)防滲排水時：,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖

50、體的抗滑穩(wěn)定分析,⑤淤泥壓力：按土壓力計算，與揚壓力呈消長關(guān)系；⑥地震力：設(shè)計烈度≥ 7度時考慮1）水平地震慣性力： W——壩體及滑體重量； KH——水平向地震系數(shù)，取0.1（7度）、 0.2（8度）、 0.4（9度）； CZ——包括地基影響在內(nèi)的綜合影響系數(shù)，取0.25； F——地震慣性系數(shù)，垂向取1.5（壩高≤150m） 水平取1

51、.1（壩高≤30m）、 1.3（ 30m ＜壩高≤70m）、 1.5（壩高 ＞70m）2）地震動水壓力：壩上游面直立時，單位寬度壩段上的總動水壓力⑦波浪壓力及冰壓力： 注意：上述荷載并非同時存在，分為：基本荷載組合：正常運行期間遭遇正常設(shè)計水位和設(shè)計洪水時的各種荷載組合；特殊荷載組合：校核洪水位和地震情況下的各種荷載組合。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析

52、,（3）抗滑力分析①滑動面的阻滑作用： 有效應(yīng)力、抗剪強度、抗剪斷強度、長期強度影響軟弱夾層抗剪強度的因素：1) 顆粒組成：規(guī)范以此作為夾層的分類依據(jù)，指標(biāo)：粘粒含量；2）礦物成分：蒙脫石、伊利石、高嶺土；3）含水量；4）夾層上、下界面的形態(tài)：起伏差、粗糙度；5）夾層厚度、結(jié)構(gòu)。②側(cè)（縱）向切割面的阻滑作用往往被作為安全儲備。③被動抗力體（尾巖）的阻滑作用視具體情況，可考慮其阻滑作用。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)

53、定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,（4）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的計算①安全系數(shù)的定義：滑裂面上抗滑力與滑動力之比。②計算方法：1）塊體極限平衡法。2）數(shù)值分析法。3）地質(zhì)力學(xué)模型試驗法。③計算模式：1）按抗剪強度（純摩強度）計算：基本組合：K≥1.05~1.10；特殊組合： K≥1.0~1.05。2）按抗剪斷強度（剪摩強度）計算：基本組合：K’≥3.0；特殊組合： K’≥2.3~2.

54、5。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,④計算公式：1）表、淺層滑動：f、c的取值：表層滑動：用混凝土/巖體的；淺層滑動：用建基面巖體的。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,2）深層滑動：單滑面：傾向下游：傾向上游：,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)

55、定分析,雙滑面：剩余推力法：根據(jù)塊體靜力傳遞原理，先假定后滑面K=1.0，算出其剩余推力。在剩余推力作用下，計算前滑面的K。被動抗力法：先假定前滑面K=1.0，算出其被動抗力R。 在被動抗力作用下，計算后滑面的K。等K法：假定前、后滑面的K相等，用試算法求解。3）說明：未計c作用，按不同的荷載組合，K取1.0~1.3；被動抗力R與水平面的夾角ψ變化于0~φ之間

56、，當(dāng)滑面傾角α＜30°時， ψ=0 ； ψ ＜ φ 時， ψ= α 。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,4、拱壩壩肩巖體穩(wěn)定性分析壩體所承受荷載的大部分經(jīng)拱的作用傳遞至兩岸壩肩→壩肩穩(wěn)定性至關(guān)重要→要求壩肩下游支撐拱座的巖體：新鮮、完整、雄厚→所以拱壩壩肩的穩(wěn)定性問題主要是沿軟弱結(jié)構(gòu)面向下游河床方向的滑動問題。（1）常

57、見的滑動邊界底滑面：緩傾的軟弱結(jié)構(gòu)面；縱向（側(cè)向）切割面：與岸坡近平行的陡傾角結(jié)構(gòu)面；橫向（后緣）切割面：與岸坡近正交的陡傾角結(jié)構(gòu)面；臨空面：拱端下游凹岸、河彎岸坡、沖溝、與岸坡近正交的斷層破碎帶和軟弱巖層、風(fēng)化槽等。（2）常見的不利組合（3）抗滑穩(wěn)定計算①計算方法：塊體極限平衡法、有限元等數(shù)值分析法、實體比例投影法、模型試驗。②受力分析：正確確定滑動邊界條件→受力分析→受力分解（平行和垂直滑面）→建立平衡條件→計算抗滑

58、力和滑動力。③計算穩(wěn)定安全系數(shù),第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,,,5、 巖體及軟弱夾層抗剪強度指標(biāo)的確定(1)抗剪強度指標(biāo)確定的方法①試驗法（含室內(nèi)和現(xiàn)場）： 試驗指標(biāo) → 建議指標(biāo) → 設(shè)計指標(biāo) ↓

59、 ↓ ↓ 由試驗成果 根據(jù)工程地質(zhì)條件、 根據(jù)工程特點、受力條件、 分析整理得 試驗條件、工程要求 重要性等，對建議值作調(diào)整。 綜合考慮。指標(biāo)選?。罕壤龢O限

60、屈服值 峰 值 流變值 長期強度 、 殘余強度

61、 堅硬、半堅硬 軟巖、軟弱夾 堅硬、半堅硬巖 大型工程將其 峰值強 巖的取值標(biāo)準(zhǔn) 層的取值標(biāo)準(zhǔn) 取0.5的折扣； 取為長期強度 度的0.8

62、 軟巖、軟弱夾層 取0.6~0.8的折扣

63、 C值的分散性大，多按試驗值的20%選用。,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,,,,,,,,,,,,,,,②類比法③經(jīng)驗法④平均值的求取方法：1）有面積加權(quán)和應(yīng)力加權(quán)2種方法，各有優(yōu)缺點；2）當(dāng)軟弱夾層（巖層）面積占60%時，應(yīng)完全按軟弱夾層考慮抗剪指標(biāo)。,第

64、五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,（2）巖體抗剪強度指標(biāo)的確定技術(shù)路線：工程地質(zhì)條件調(diào)查、室內(nèi)試驗→巖體結(jié)構(gòu)、巖體質(zhì)量分層、分區(qū)→各區(qū)巖體質(zhì)量的確定（可輔以聲波、點荷載等輕型原位試驗）→根據(jù)各層、各區(qū)的質(zhì)量類別查表確定力學(xué)參數(shù)；選擇典型的、重要的區(qū)段進(jìn)行原位現(xiàn)場試驗→分層、分區(qū)確定地質(zhì)建議值,國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》（GB50218-94）的有關(guān)建議值

65、 巖體基本 γ 抗剪斷峰值強度 變形模量 泊松比 質(zhì)量級別 (kN/m3) φ C（MPa） E（GPa） μ Ⅰ

66、 ＞26.5 ＞60 ° ＞2.1 ＞33 ＜0.2` Ⅱ ＞26.5 60 °~ 50 ° 2.1~1.5 33~20 0.2~0.25

67、 Ⅲ 26.5~24.5 50 °~ 39° 1.5~0.7 20~ 6 0.25~0.30 Ⅳ 24.5~22.5 39 °~ 27° 0.7~0.2 6~1.3

68、 0.30~0.35 Ⅴ ＜22.5 ＜ 27° ＜ 0.2 ＜1.3 ＞0.35,第五章 壩基（地基）穩(wěn)定性問題的工程地質(zhì)研究§5.3 壩基巖體的抗滑穩(wěn)定分析,國家標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）的有關(guān)建議值

69、 巖體 砼/巖的抗剪斷強度 巖體抗剪斷強度 變形模量 分類 f ’ c ’ （MPa） f ’ c ’ （MPa）

70、 E（GPa） Ⅰ 1.5≥ f ’ ＞1.3 1.5 ≥ c ’ ＞1.3 1.6≥ f ’ ＞1.4 2.5≥ c ’ ＞2.0 ＞20.0 Ⅱ 1.3 ≥ f ’ ＞1.1 1.3 ≥ c ’ ＞1.1 1.4≥ f ’ ＞1.2 2.0≥ c ’ ＞1.5

71、 20.0 ≥ E ＞10.0 Ⅲ 1.1 ≥ f ’ ＞0.9 1.1 ≥ c ’ ＞0.7 1.2 ≥ f ’ ＞0.8 1.5 ≥ c ’ ＞0.7 10.0 ≥ E ＞5.0 Ⅳ 0.9 ≥ f ’ ＞0.7 0.7 ≥ c ’ ＞0.3 0.8 ≥ f ’ ＞0.55 0.7 ≥ c

72、’ ＞0.3 5.0 ≥ E ＞2.0 Ⅴ 0.7 ≥ f ’ ＞0.4 0.3 ≥ c ’ ＞0.05 0.55 ≥ f ’ ＞0.4 0.3 ≥ c ’ ＞0.05 2.0 ≥ E ＞0.2（3）軟弱夾層、泥化夾層抗剪強度指標(biāo)的確定技術(shù)路線：工程地質(zhì)調(diào)查→室內(nèi)試驗（尤其是顆分試驗）→確定夾層的類型→查表確定f、c值；選擇最重要的、最差的部位進(jìn)行原位