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1、地基岩体稳定性的地基岩体稳定性的工程地质分析工程地质分析工程地质分析原理工程地质分析原理第十一章第十一章坝基(肩)稳定性取决于岩体的结构条件和地形条件结构控制论。层面、断层、软弱结构面、岩脉等长大结构面的有机组合，构成有限块体，再加上临空面，形成可滑动块体。8.3.1 8.3.1 坝基坝基(肩肩)稳定性的岩体结构条件分析稳定性的岩体结构条件分析8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价高拱坝坝肩稳定性分析高拱坝坝肩稳定性分析产状平缓的各类原生结构面，其中特别是广泛发育于砂产状平缓的各类原生结构面，其中特别是广泛发育于砂页岩地层中的页岩地层中的粘土质夹层粘土
2、质夹层，火成岩各喷发旋回的，火成岩各喷发旋回的接触界面接触界面对坝基岩体的抗滑稳定性有很大的影响。对坝基岩体的抗滑稳定性有很大的影响。平缓层状岩体分布区平缓层状岩体分布区溪洛渡水电工程溪洛渡水电工程8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价F1F2U1U2S1S2WVHQ水体建基面水平结构面垂直结构面垂直结构面3FF1F2F2F3垂直垂直F1、F2切一剖面切一剖面(下图下图)：拱端传来的荷载拱端传来的荷载Q楔形体的重力楔形体的重力W弱面上的水压力弱面上的水压力U1、U2弱面的抗滑力弱面的抗滑力S1、S2楔形块体的受力情况：楔形块体的受力情况：岩石坝基的强度
3、远高于松软土地基。岩石地基的强度主要取决于岩体中软弱结构面的发育和分布，通常不用确定“均质”土承载力的方法确定岩石坝基的允许压力。岩石坝基的允许压力P通常根据岩石的极限抗压强度的试验资料加以确定，一般取P=R/5R/25R为岩石的极限抗压强度，按规范规定，应根据555cm或777cm的立方体试验确定，称立方强度。8.3.2 8.3.2 坝基岩体强度及变形性的评价坝基岩体强度及变形性的评价8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价如果抗压强度是根据圆柱状试件求得的(RR)，则应按下式换算为立方强度，即：R=RR（0.7+0.2L/d）d为圆柱状试件的直径；L
4、为试件的高度。按上式确定P值时，其安全系数应视地质情况而定：对于坚硬的岩石，取P=（1/20-1/25）R一般坚硬的岩石，取P=（1/10-1/20）R软弱的岩石，则取P=（1/5-1/10）R坝基岩体的实际受力条件，应满足下述要求，即：PP式中：P为混凝土水工建筑物基础底面的最大垂直压力。P=R/5R/258.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价8.3.3 8.3.3 坝基岩体抗滑稳定性的评价坝基岩体抗滑稳定性的评价(1)(1)分析确定坝基滑移破坏的基本模式分析确定坝基滑移破坏的基本模式(2)(2)确定可能滑移体的形态及规模确定可能滑移体的形态及规模(
5、3)(3)正确选定各种计算参数正确选定各种计算参数(4)(4)选取科学合理的分析计算方法进行核算。选取科学合理的分析计算方法进行核算。关于坝基的受力条件关于坝基的受力条件正常受力条件正常受力条件:考虑坝体重力、正常洪水位时的库水推力及扬压考虑坝体重力、正常洪水位时的库水推力及扬压力。力。非常受力条件：非常受力条件：同时考虑坝体重力、非常洪水时的库水推力和扬同时考虑坝体重力、非常洪水时的库水推力和扬压力以及地震力的作用。压力以及地震力的作用。一般按正常受力条件设计，按非常受力条件校核。一般按正常受力条件设计，按非常受力条件校核。8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的
6、工程地质评价坝基扬压力分布图坝基扬压力分布图岩体深部滑移面上的岩体深部滑移面上的杨压力分布图杨压力分布图渗透压力随防渗帷幕及排水孔的设置而降低。a1和a2是两个系数，取决于帷幕灌浆的深度和排水设计的情况，一般情况下a10.4-0.5，a20.2-0.3。8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价地震力的考虑地震力的考虑在地震波的水平惯性力作用下，挡水坝除了承受原有的静水压在地震波的水平惯性力作用下，挡水坝除了承受原有的静水压力外，还要承受附加的力外，还要承受附加的水平惯性力水平惯性力的作用。此附加水平惯性力值等的作用。此附加水平惯性力值等于坝体本身的水平惯
7、性力为于坝体本身的水平惯性力为Q Q（a amaxmax/g/g）与水体的水平惯性力）与水体的水平惯性力0.50.5w wH H2 2（a amaxmax/g/g）之和。之和。拟静力法拟静力法在垂直惯性力的作用下，方向向上的地震力使建筑物的重量减在垂直惯性力的作用下，方向向上的地震力使建筑物的重量减轻轻Q Q（a amaxmax/g/g），从而降低了它的抗滑稳定性，故计算须从总垂直荷），从而降低了它的抗滑稳定性，故计算须从总垂直荷载中减出这一数值。载中减出这一数值。关于抗滑安全系数的选取关于抗滑安全系数的选取按按摩擦公式摩擦公式(抗剪，不计抗剪，不计C)C)计算时，正常受力条件下计算时，正常受
8、力条件下KcKc通常取通常取1.051.051.11.1，非常受力条件下（校核）取，非常受力条件下（校核）取1.001.001.051.05。按按抗剪断公式抗剪断公式计算时，为避免累进性破坏的发生，计算时，为避免累进性破坏的发生，KcKc值值通常取通常取3.43.44.04.0，但也有些工程采用，但也有些工程采用KcKc值高于或低于此值。值高于或低于此值。8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价土石坝坝体动态分布系数土石坝坝体动态分布系数注：注：am在设计烈度为在设计烈度为7、8、9度时，分别取度时，分别取3.0，2.5和和2.01.0ai0.6HhiH
9、am1.0+（am-1）/31.0Hhiaiam坝高H40m坝高H40mgWFhi/i水工建筑物抗震设计规范水工建筑物抗震设计规范地震效应折减系地震效应折减系数，一般取数，一般取0.25关于抗剪指标的确定关于抗剪指标的确定各类抗剪指标通常由地质、设计和试验人员共同研究各类抗剪指标通常由地质、设计和试验人员共同研究确定。对于高坝，抗剪指标的确定应有确定。对于高坝，抗剪指标的确定应有野外大型试验野外大型试验的资的资料做依据；但对于低坝，则可仅根据室内试验资料，参照料做依据；但对于低坝，则可仅根据室内试验资料，参照类似工程的实际经验分析采用。类似工程的实际经验分析采用。试验时试验时抗剪指标的选取标准
10、抗剪指标的选取标准，一般有两种考虑：对于，一般有两种考虑：对于脆性岩石脆性岩石，通常按比例极限选取，通常按比例极限选取(约为峰值的约为峰值的O.5O.5左右左右)；对于对于塑性岩石塑性岩石，通常按屈服强度，通常按屈服强度(约为峰值的约为峰值的0.60.6-0.8)0.8)取取值；然后考虑到时间效应，乘以适当的折减系数值；然后考虑到时间效应，乘以适当的折减系数(约约O.93O.93左右左右)作为采用值。作为采用值。如无试验资料，也可直接按规范选取。如无试验资料，也可直接按规范选取。8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体
11、稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价（工程岩体分级标准，（工程岩体分级标准，GB50218GB50218-9494）8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价图图11-36 复合潜在滑移面上不同性状面复合潜在滑移面上不同性状面的应力的应力-位移曲线位移曲线1-通过完整岩体部分的应力通过完整岩体部分的应力-位移曲线；位移曲线；2-通过软弱夹层部分的应力通过软弱夹层部分的应力-位移曲线位移曲线当接触面或潜在滑移面是由当接触面或潜在滑移面是由不同性状的部分组成时，其综合不同性状的部分组成时，其综合摩擦系数的确定除应考虑摩擦系数的确定除应考虑不同性不同性状
12、段所占的面积百分比状段所占的面积百分比(即面积即面积分布分布)和应力分布之外，还需考和应力分布之外，还需考虑虑变形相容变形相容的原则。的原则。变形不协调变形不协调：完整岩体部分：完整岩体部分与软弱夹层部分在阻滑作用中的与软弱夹层部分在阻滑作用中的工作点不一致，不能同步、同效工作点不一致，不能同步、同效地发挥作用。地发挥作用。8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价 在确定各部分的抗剪指标时，应充分考虑变形相容的原则，尽可能地在同一位移条件下选取各部分的抗剪参数。然后，再按各类面所占的面积百分比和应力分布，用加权平均法按下式计算其综合摩擦系数：1 111
13、12222 21122fA fA cA fA cA fA cAAAnnnnnnnA1、A2、An各类岩体所占的面积；1、2、n各类岩体所承受的正应力；f1、f2、fn各类岩体的内摩擦系数；cl、c2、cn各类岩体的内聚力。8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价当夹泥面积大于60时，则应完全按夹泥来考虑抗剪指标。在确定抗剪指标时，还应充分考虑到水库运行后各种条件的变化对抗剪强度的影响。8.3 8.3 坝基坝基(肩肩)岩体稳定性的工程地质评价岩体稳定性的工程地质评价8.3.4 8.3.4 拱坝坝肩岩体抗滑稳定性评价拱坝坝肩岩体抗滑稳定性评价8.3.4.1
14、8.3.4.1 坝肩岩体抗滑稳定性的定性分析坝肩岩体抗滑稳定性的定性分析主要有两类结构面影响拱坝坝肩岩体抗滑稳定性：(1)平缓的软弱夹层、断层、长大裂隙等常易构成下部的平缓滑移控制面;（2）大体平行或小角度斜交于岸坡的卸荷裂隙和各类陡倾角的构造结构面则往往成为侧向的切割面或滑移控制面对拱坝坝肩岩体稳定不利的地形、地质条件对拱坝坝肩岩体稳定不利的地形、地质条件(图中：画有坝体的为平面图，画有库水位的为剖面图图中：画有坝体的为平面图，画有库水位的为剖面图)8.3.4 8.3.4 拱坝坝肩岩体抗滑稳定性评价拱坝坝肩岩体抗滑稳定性评价坝肩岩体抗滑稳定性评价：坝肩岩体抗滑稳定性评价：在地质研究的基础上，分析在地质研究的基础上，分析确定坝肩岩体的滑移控制面及与这之相配合的切割面及临空确定坝肩岩体的滑移控制面及与这之相配合的切割面及临空面，判明可能滑移体的形态及规模，然后作定量分析计算。面，判明可能滑移体的形态及规模，然后作定量分析计算。分析评价方法：分析评价方法：赤平极射投影赤平极射投影实体比例投影实体比例投影矢量分析法（块体理论）矢量分析法（块体理论）数值计算数值计算8.3.4 8.3.4 拱坝坝肩岩体抗滑稳定性评价拱坝坝肩岩体抗滑稳定性评价