《坝基稳定性》PPT课件.ppt

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1、第五章第五章 坝基稳定性的坝基稳定性的工程地质研究工程地质研究主要内容：v第一第一节 概述概述v第二第二节 坝型型对地地质地形条件的要求地形条件的要求v第三第三节 坝基岩体的抗滑基岩体的抗滑稳定性定性v第四第四节 坝基岩体基岩体质量分量分类v第五第五节 坝基渗透与渗漏基渗透与渗漏稳定性定性v第六第六节 坝基基处理理第一节 概述 一个河段筑一个河段筑坝的可能性，除根据国民的可能性，除根据国民经济的需要外，的需要外，还要要看当地的自然条件是否有看当地的自然条件是否有这种可能性。在种可能性。在坝址址坝型型选择中，主要中，主要应根据根据坝址区的地形地址区的地形地质，材料供，材料供应(主要是天然建筑材料

2、主要是天然建筑材料)，枢，枢纽布置，水文、施工和运行条件，通布置，水文、施工和运行条件，通过详细的技的技术经济比比较论证后后选定。但是必定。但是必须指出，在指出，在这些条件中，工程地些条件中，工程地质条件是一个十条件是一个十分重要的方面。分重要的方面。水利水水利水电建建设的的实践表明，工程地践表明，工程地质条件不条件不仅影响到影响到坝址、址、坝型的型的选择，而且关系到工程的投，而且关系到工程的投资、施工工期、工程效益和工、施工工期、工程效益和工程安全。程安全。对世界世界142142座大座大坝失事的分析，其中失事的分析，其中4545座是由于地基管座是由于地基管涌、渗漏、不均匀涌、渗漏、不均匀变形

3、、抗剪形、抗剪强度低等地度低等地质问题造成的，占造成的，占溃坝 总数的数的31317 7。例如，例如，66665m5m高的法国高的法国马尔帕塞双曲薄拱帕塞双曲薄拱坝于于19591959年年1212月月突然崩突然崩溃，下泄洪水造成，下泄洪水造成325325人死亡，主要原因是左岸人死亡，主要原因是左岸坝肩的片肩的片麻岩体中存在麻岩体中存在许多裂隙、多裂隙、节理、断理、断层等等软弱弱结构面，沿断构面，沿断层面面传递的高孔隙水的高孔隙水压力又没有消除，巨大的楔形岩体沿力又没有消除，巨大的楔形岩体沿软弱弱结构面滑构面滑动而而导致拱致拱坝溃毁。坝基基稳定性的工程地定性的工程地质研究，主要解决三大研究，主要

4、解决三大问题：坝基在承受荷基在承受荷载作用下不会作用下不会发生滑生滑动失失稳；坝基各部位的基各部位的应力及力及变形形值要在要在许可范可范围内，避免内，避免产生生过大的局部大的局部应力集中和力集中和严重的不均匀重的不均匀变形，以免影响大形，以免影响大坝的安的安全和正常运行，全和正常运行，坝基在渗流水的基在渗流水的长期作用下，保持力学上和化学上的期作用下，保持力学上和化学上的稳定，渗漏量和渗透定，渗漏量和渗透压力都力都应控制在允控制在允许范范围内。内。我国近年来开展了以下的研究：我国近年来开展了以下的研究：加加强了了坝基工程岩体的基本性基工程岩体的基本性质和基和基础理理论研究。研究。不断改不断改进

5、坝基勘探、基勘探、测试技技术，开，开发引引进新的分析新的分析计算算方法。方法。发展工程岩体展工程岩体监测技技术，通，通过工程工程实践践经验的的总结和和监测成果的反分析，提高了成果的反分析，提高了对坝基工程岩体特性的基工程岩体特性的认识和判断能和判断能力。力。开展了建基面的开展了建基面的优选和可利用岩体的研究，基于技和可利用岩体的研究，基于技术和和经济的原因，使的原因，使坝基面向浅嵌方向基面向浅嵌方向发展。展。第二节 各种坝型对地质地形条件的要求1 1、土石、土石坝对地地质地形条件的要求地形条件的要求土石土石坝泛指由当地土料、石料或混合料，泛指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、抛填、辗压等方法

6、堆筑成的等方法堆筑成的挡水水坝。当。当坝体材料以土和砂体材料以土和砂砾为主主时，称土，称土坝、以石渣、卵石、爆破石料、以石渣、卵石、爆破石料为主主时，称堆石，称堆石坝；当两当两类当地材料均占相当比例当地材料均占相当比例时，称土石混合，称土石混合坝。土石土石坝对地地质地形地形条件要求低，从岩石地基到土条件要求低，从岩石地基到土质地基，地基，都可修建土石都可修建土石坝。岩石地基。岩石地基对任何任何坝型一般都适型一般都适应。但。但对于于强烈喀斯特岩体、大的断烈喀斯特岩体、大的断层破碎破碎带、强透水或抗剪透水或抗剪强度低的度低的软弱弱夹层、泥化、泥化夹层的岩体、基岩面起伏太大的岩体，宜避开或加的岩体、

7、基岩面起伏太大的岩体，宜避开或加强处理。土理。土质地地基，程度不同的会存在沉陷、基，程度不同的会存在沉陷、变形、滑形、滑动、渗漏和渗透、渗漏和渗透变形、形、振振动液化等液化等问题。土石土石坝适适应于各于各类地形地形条件。条件。v高山深谷地形高山深谷地形：河谷窄，山坡陡峻，山脊高，：河谷窄，山坡陡峻，山脊高，坝轴线短，短，如把土石如把土石坝布置在布置在顺直河段，直河段，则引水洞、泄洪洞要拐弯，洞引水洞、泄洪洞要拐弯，洞线长，溢洪道开挖，溢洪道开挖边坡高，工程量大，而且溢洪道坡高，工程量大，而且溢洪道紧接土石接土石坝，施工干，施工干扰大。大。应选择弯曲河段，把弯曲河段，把坝布置在弯道上，布置在弯道

8、上，则凸岸布置引水洞、泄洪洞、溢洪道，可大大凸岸布置引水洞、泄洪洞、溢洪道，可大大缩短短长度，减少度，减少工程量；但如凸岸山梁工程量；但如凸岸山梁单薄，便薄，便应对山梁的山梁的边坡坡稳定、渗透定、渗透稳定、定、挡水后的抗滑水后的抗滑稳定作定作计算算论证。v丘陵地形丘陵地形：河谷：河谷宽，山坡平，山坡平缓，枢，枢纽布置条件好，建筑布置条件好，建筑物可在物可在坝的两端布置互不干的两端布置互不干扰，布置溢洪道最好利用有，布置溢洪道最好利用有垭口口的地形。平原地形，一般河道的地形。平原地形，一般河道顺直，无弯道可利用，常采用直，无弯道可利用，常采用河岸式布置。河岸式布置。2、重力坝对地质地形条件的要求

9、v 重力重力坝是由是由砼或或浆砌石修筑的大体砌石修筑的大体积档水建筑物，其档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段段组成。成。v重力重力坝主要依靠主要依靠坝身自重与地基身自重与地基间产生足生足够大的摩阻力大的摩阻力来保持来保持稳定，故重力定，故重力坝对地基要求比土石地基要求比土石坝高，一般修建高，一般修建 在基岩上。低在基岩上。低坝也可修在也可修在较好的土好的土质地基上。重力地基上。重力坝对地地质地形条件的要求主要有：地形条件的要求主要有：v具有足具有足够的抗滑能力，的抗滑能力，满足抗滑足抗滑稳定的要求；定的要求；v坝基基应有足有足够的的饿抗抗压强

10、度和与度和与坝体混凝土相适体混凝土相适 应的的弹性模量，有性模量，有较好的均匀性和完整性；好的均匀性和完整性；v坝基、基、坝肩肩应具有良好的抗渗性；具有良好的抗渗性；v两岸山体必两岸山体必须稳定，没有定，没有难处理的滑坡体和和潜在的不理的滑坡体和和潜在的不稳定滑移体；定滑移体；v下游河床岩体下游河床岩体应具有具有对高速水流抗冲能力；高速水流抗冲能力；v坝区附近有足区附近有足够的、合乎要求的混凝土骨料。的、合乎要求的混凝土骨料。3、拱坝对地质地形条件的要求v 拱拱坝平面上呈拱形并在平面上呈拱形并在结构上起拱的作用的构上起拱的作用的坝。拱。拱坝的水平剖面由的水平剖面由曲曲线形拱构成，两端支承在两岸

11、基岩上。形拱构成，两端支承在两岸基岩上。竖直剖面呈直剖面呈悬臂梁形式，底部臂梁形式，底部座落在河床或两岸基岩上。拱座落在河床或两岸基岩上。拱坝一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的 反力，同反力，同时还依靠自重依靠自重维持持坝体的体的稳定。定。v拱拱坝地地质地形条件的要求：地形条件的要求：v两岸地形完整性和岩体两岸地形完整性和岩体稳定性要求高，要求两岸拱定性要求高，要求两岸拱座岩体座岩体稳定，包括拱座的抗滑定，包括拱座的抗滑稳定、定、变形形稳定和渗定和渗透透稳定。两端拱座岩体定。两端拱座岩体应新新鲜、完整，、完整，强度高而均度高而均匀，透水性小，耐匀，透水性小，耐

12、风化、无化、无较大断大断层，拱座山体厚，拱座山体厚实稳定，不致因定，不致因变形或滑形或滑动而使而使坝体失体失稳。滑坡体、。滑坡体、强风化岩体、具化岩体、具软弱弱夹层的、易的、易产生塑性生塑性变形和滑形和滑动的岩体均不宜作的岩体均不宜作为拱拱坝两端的拱座。两端的拱座。4、支墩坝对地质地形条件的要求v支墩支墩坝：由一系列支墩和斜倚于其上的面板由一系列支墩和斜倚于其上的面板组成的成的坝。面板。面板直接承受上游水直接承受上游水压力和泥沙力和泥沙压力等荷力等荷载，通，通过支墩将荷支墩将荷载传给地基。地基。v支墩支墩坝对地地质地形条件的适地形条件的适应性比性比较强，但，但要注意相要注意相邻支墩支墩产生生过

13、大的不均匀沉降。大的不均匀沉降。v支墩支墩坝坝轴线方向性差，方向性差，侧向向稳定性差，抗定性差，抗震能力低，抵抗震能力低，抵抗坝肩岩体肩岩体侧向向变形能力低。形能力低。第三节 坝基岩体的抗滑稳定性1 1、坝基滑破坏的类型、坝基滑破坏的类型 坝基抗滑稳定性指坝基岩体在建坝后的各种工程荷载作坝基抗滑稳定性指坝基岩体在建坝后的各种工程荷载作用下，抵抗发生剪切破坏的性能。坝基抗滑稳定性问题是重用下，抵抗发生剪切破坏的性能。坝基抗滑稳定性问题是重力坝设计和勘察的主要课题，本文主要讲解重力坝坝基稳定力坝设计和勘察的主要课题，本文主要讲解重力坝坝基稳定性研究。重力坝是依靠自身重量在某一可能滑移面上所产生性研

14、究。重力坝是依靠自身重量在某一可能滑移面上所产生的的 摩擦阻力或称抗滑力保持稳定。摩擦阻力或称抗滑力保持稳定。重力坝的滑动破坏有三种类型：重力坝的滑动破坏有三种类型：（1 1）表面滑）表面滑动表面滑表面滑动是沿混凝土基是沿混凝土基础与基岩与基岩接触面接触面发生的剪切生的剪切滑滑动。主要。主要发生在生在坝基岩体的基岩体的强度度远大于大于坝体混凝土体混凝土强度，且岩体完整、无控制滑移的度，且岩体完整、无控制滑移的软弱弱结构面的条件下。构面的条件下。此此时，混凝土基，混凝土基础与基岩接触面的摩擦系数与基岩接触面的摩擦系数值，是控制，是控制重力重力坝设计的主要指的主要指标。坝体必体必须具有足具有足够的

15、重量，以的重量，以便使接触面上的摩擦阻力大于作用在便使接触面上的摩擦阻力大于作用在坝体上的体上的总水平推水平推力。力。接触面的摩擦系数通常是根据接触面的摩擦系数通常是根据现场剪切剪切试验资料，考料，考感到感到坝区的工程地区的工程地质、水文地、水文地质条件的特点，并参照国条件的特点，并参照国内外已建的内外已建的类似工程的似工程的经验数据确定的。数据确定的。（2 2）浅）浅层滑滑动当当坝基表基表层岩体的抗剪岩体的抗剪强度低于度低于坝体混凝土体混凝土时，剪切破坏往往，剪切破坏往往发生在生在浅部岩体浅部岩体之内，造成浅之内，造成浅层滑滑动。1 1）坝基岩体的岩性基岩体的岩性软弱，岩石本身的抗剪弱，岩石

16、本身的抗剪强度度低于低于坝体混凝土与基岩的接触面故在体混凝土与基岩的接触面故在库水推力作水推力作用下，易于沿表用下，易于沿表层岩体的内部岩体的内部发生剪切破坏。生剪切破坏。坝基浅层滑动示意图 2 2 2 2）由近水平）由近水平产出的薄出的薄层状岩状岩层(特特别是是夹有有软弱弱层者者)由近水平由近水平产出的薄出的薄层状岩状岩层(特特别是是夹有有软弱弱层者者)组成的成的坝基在基在库水推力作用下水推力作用下产生滑移弯曲。生滑移弯曲。这类变形破坏的形破坏的产生主要是因生主要是因为薄薄层状状结构岩体的抗弯折构岩体的抗弯折变形能力很低，在平行于形能力很低，在平行于层理方向的荷理方向的荷载作用下，作用下，易

17、于易于产生突向生突向临空面方向的弯曲空面方向的弯曲变形，故在水平荷裁作用下，形，故在水平荷裁作用下，坝趾下趾下游岩游岩层往往因往往因发生隆起而生隆起而丧失失对坝基沿基沿软弱弱层滑滑动的抗力，于是促的抗力，于是促进了了坝基整体滑基整体滑动的的发生。（下生。（下图所示）所示）3)3)是碎裂是碎裂结构岩休构岩休组成成的的坝基基碎裂碎裂结构岩休构岩休组成的成的坝基在基在坝体推力作用下体推力作用下发生的生的剪剪动滑移破坏。滑移破坏。（3 3）深）深层滑滑动在工程在工程应力条件下岩体的深力条件下岩体的深层滑滑动主要主要是沿已有的是沿已有的软弱弱结构面构面发生。因此只有当生。因此只有当地基岩体内存在有地基岩

18、体内存在有软弱弱结构面，且按一定构面，且按一定组合能构成危合能构成危险滑移体滑移体时，才有，才有发生深生深层滑滑动的可能。的可能。2、坝基岩体滑动边界条件 坝基岩体基岩体表表层滑滑动边界条件比界条件比较简单，主要取，主要取决于决于坝体混凝土与基岩接触面的抗剪体混凝土与基岩接触面的抗剪强度。度。浅浅层滑滑动近似一平面，抗滑近似一平面，抗滑稳定性取决于浅部岩体的抗剪定性取决于浅部岩体的抗剪强度。度。坝基的基的深深层滑滑动比比较复复杂，它必，它必须有滑有滑动面、面、切割面和切割面和临空面，下面着重空面，下面着重讨论。岩体滑岩体滑动边界条件的构成界条件的构成坝基岩体的深基岩体的深层滑滑动，是因，是因为

19、坝基下岩体四周基下岩体四周为结构面所切构面所切割，形成可能滑割，形成可能滑动的滑的滑动体。且体。且该滑滑动体由可能成体由可能成为滑滑动面面的的软弱弱结构面，和与四周岩体分离的构面，和与四周岩体分离的切割面切割面，以及具有自由空，以及具有自由空间的的临空面空面构成。滑构成。滑动面、切割面、面、切割面、临空面构成了空面构成了坝基岩体滑基岩体滑动的的边界界条件，它条件，它们可以可以组成各种形状，成各种形状，构成可能构成可能产生滑生滑动的的结构体（滑构体（滑移体），一般常移体），一般常见的滑移体形状的滑移体形状有：楔形体、棱形体、有：楔形体、棱形体、锥形体、形体、板状体四板状体四类。水平临空面水平临空

20、面陡立临空面陡立临空面 坝基岩体常见的滑动边界条件平平缓层状岩体状岩体层面面倾角平角平缓，破裂构造陡立切割，工程，破裂构造陡立切割，工程组成成楔形体、方楔形体、方块体等形体等形态，平放在，平放在坝基之下。基之下。倾斜斜层状岩体状岩体岩岩层倾角角3030。6060。范范围内。岩内。岩层受一定构造受一定构造变动，各种力学成因的，各种力学成因的结构面均可能出构面均可能出现，各种，各种结构面构面倾角角较大。滑移体常大。滑移体常为楔形或棱柱形。楔形或棱柱形。稳定条定条件相件相对良好。良好。陡陡倾斜或倒斜或倒转层状岩体状岩体块状岩体状岩体3、影响坝基抗滑稳定性的因素、工程作用力：、工程作用力：坝体自重体自

21、重体体积与材料的乘与材料的乘积，混凝土重度一般用，混凝土重度一般用24kN/m24kN/m33，砌，砌石重度取石重度取23kN/m23kN/m33。坝上永久上永久设备重量也重量也应计入。入。水水压力力扬压力：包括浮托力（力：包括浮托力（）和渗透）和渗透压力（力（）：）：、坝基内无防渗排水基内无防渗排水设施或施或这些些设施失效施失效时，扬压力按力按下式下式计算：算：式中式中:L:L为坝基地基地宽;HH2 2为下游水深；下游水深；HH为坝上下游水位差。上下游水位差。、坝基内基内设有防水帷幕和排水孔，有防水帷幕和排水孔，对于于实体重力体重力坝，扬压力按下式力按下式计算：算：式中：式中：d d为上游上

22、游坝踵至排水幕距离；踵至排水幕距离；为扬压为扬压力折减系数，河床段取力折减系数，河床段取，岸坡，岸坡坝段采用段采用0.30.3。淤砂淤砂压力力地震力地震力波浪波浪压力和冰力和冰压力力、岩体抗滑力考、岩体抗滑力考虑因素因素 滑滑动面的阻滑作用面的阻滑作用 侧向切割面得阻滑作用向切割面得阻滑作用 尾岩抗立体的阻滑作用尾岩抗立体的阻滑作用4、坝基岩体抗滑稳定性计算(极限平衡法)1 1、表、表层滑滑动稳定性定性计算算式中：式中：vV-V-由由坝体体传至岩基表面的至岩基表面的总垂直荷垂直荷载；vH-H-坝体承体承载的的总水平荷水平荷载；vu-u-坝底底扬压力；力；vf-f-坝体混凝土与岩基接触面上的摩擦

23、系数；体混凝土与岩基接触面上的摩擦系数；vC-C-坝体与岩基接触面上的凝聚力体与岩基接触面上的凝聚力(MPa)(MPa)；vb-b-坝底底宽度度(m)(m)；vFs-Fs-表表层滑滑动抗滑安全系数，取，甚至更大抗滑安全系数，取，甚至更大。对中小型工程中的中、低中小型工程中的中、低坝，若无条件，若无条件进行行试验时，也允，也允许按按纯抗剪公式抗剪公式计算：算：荷荷 载载 组组 合合 坝 的的 级 别 1 12 23 3基基 本本 组组 合合1.101.101.051.051.051.05特殊特殊组组合合(1)(1)1.051.051.001.001.001.00特殊特殊组组合合(2)(2)1.0

24、01.001.001.001.001.00不同情况下Fs的大小要求不同，如下表注：表中基本组合是指正常水位下的各种荷载组合；特殊组合(1)是在校核洪水位情况下的荷载组合；特殊组合(2)是包括地震荷载下的各种荷载组合。2、深层滑动稳定性计算(1)(1)滑滑动面面倾向上游的情况向上游的情况如如图，ABAB为基岩中基岩中倾向上游的一个滑面，其向上游的一个滑面，其倾角角为大大坝蓄水后蓄水后,受水平推力受水平推力H H的作用，的作用，坝体体连同下面的三角形岩石同下面的三角形岩石块体体ABCABC有可能沿有可能沿ABAB滑滑动面面产生滑生滑动。根据。根据图中受力情况，可得抗滑安全系数如下：中受力情况，可得

25、抗滑安全系数如下：式中：V-坝体与三角形岩石块体重量之和u-滑动面上的扬压力C、-分别为滑动面上的凝聚力和内摩擦角v滑滑动面面倾向下游的情况向下游的情况 (3)(3)滑滑动面面倾向下游（双滑向下游（双滑动面）的情况面）的情况如如图a a，岩基中出，岩基中出现倾向下游的向下游的软弱弱结构面构面(图中中ABAB面面)，这时必必须验算算坝下的岩体是否可能沿此下的岩体是否可能沿此软弱弱结构面并通构面并通过岩基中另一可能滑岩基中另一可能滑动面面BCBC产生滑生滑动。在一般情况下，滑。在一般情况下，滑动面面BCBC的位置以及它的的位置以及它的倾角角都是未知都是未知的，因此，在的，因此，在计算安全系数算安全

26、系数FsFs时，要，要选定若干个可能的滑定若干个可能的滑动面面BCBC分分别进行行计算，以便求得安全系数最小者及其相算，以便求得安全系数最小者及其相应的危的危险滑滑动面。面。这种情况的种情况的抗滑安全系数的抗滑安全系数的计算有三种方法：算有三种方法：vV1-V1-坝体与滑体与滑动体体ABDABD的重量之和；的重量之和；vV2-V2-抗力体抗力体(BCD(BCD块)的自重；的自重；vu1-u1-滑面滑面ABAB上上扬压力；力；vu2-u2-滑面滑面BCBC上上扬压力；力；vA1-A1-滑面滑面ABAB的面的面积；vA2-A2-滑面滑面BCBC的面的面积；v、-分分别表示滑面表示滑面ABAB、BC

27、BC的的倾角；角；vf1f1、C1-C1-滑面滑面ABAB上的凝聚力和内摩擦系数；上的凝聚力和内摩擦系数；vf2f2、C2-C2-滑面滑面BCBC上的内摩擦系数和凝聚力。上的内摩擦系数和凝聚力。剩余推力法此法认为图a中左侧滑移体ABD如果沿滑面AB不能处于平衡状态(亦即滑移体的抗滑安全系数小于1)，这时ABD将具有下滑趋势，并将未知的下滑力P传到其下的抗力体BCD，并成为抗力体BCD的推力(图c)，因此该推力P称之为“不平衡推力”，这时可求得抗滑安全系数Fs为（假设P方向与水平面的夹角也为）：v被被动抗力法：抗力法：v图a a中中坝基岩体基岩体ABCABC中的部分中的部分块体体BCDBCD在其

28、自重在其自重(有有时DCDC面上可能有外荷面上可能有外荷)的作用下，的作用下，显然具有沿然具有沿BCBC面下滑的面下滑的趋势，这一一趋势将将对左左侧ABDABD产生阻滑作用，生阻滑作用，因此，因此，ABDABD块常被称常被称为滑移体；右滑移体；右侧块体体BCDBCD则称称为抗力体。抗力体。v所所谓用用“抗力体极限平衡法抗力体极限平衡法”来来计算算坝基的抗基的抗滑安全系数，就是通滑安全系数，就是通过抗力体的极限平衡状抗力体的极限平衡状态首先首先算出滑移体算出滑移体ABDABD与抗力体与抗力体BCDBCD之之间的相互推力的相互推力P P，然后，然后在根据滑移体的受力状在根据滑移体的受力状态来来计算

29、抗滑安全系数算抗滑安全系数FsFs，具体具体计算如下：算如下：等稳定法此法认为坝基在失稳过程中，滑移体与抗滑体具有相同的抗滑安全系数Fs，以下按此观点推导Fs的计算v首先根据首先根据图b b中滑移体受力情况，可得中滑移体受力情况，可得FsFs为：v v再根据再根据图c c中抗力体的受力状中抗力体的受力状态，可求得相，可求得相应的抗滑安全系数的抗滑安全系数FsFs为：v v由上式解出推力由上式解出推力P P，得：，得：第四节 坝基岩体质量分类水利水水利水电工程地址勘察工程地址勘察规范范坝基岩体工程地址分基岩体工程地址分类：本分本分类方法首先按岩石方法首先按岩石单轴抗抗压强度分三大度分三大类：A坚

30、硬岩（硬岩（Rb60MPa）B中硬岩（中硬岩（Rb=3060MPa）C软质岩（岩（Rb30MPa）三大）三大类。然后根据岩体然后根据岩体结构、岩体完整性、构、岩体完整性、结构面得构面得发育程度及其育程度及其组合情况、岩体和合情况、岩体和结构面的抗滑、抗构面的抗滑、抗变形能力把岩体分五形能力把岩体分五类（下（下页表）。表）。第五节 坝基渗透与渗漏稳定性1、坝区渗漏条件的分析区渗漏条件的分析渗漏通道渗漏通道渗漏通道一般指具有渗漏通道一般指具有较强透水性的岩土体，可分透水透水性的岩土体，可分透水岩岩层、透水、透水带和透水喀斯特管道。和透水喀斯特管道。v透水透水层:主要透水主要透水层位第四位第四纪的砂

31、的砂层、卵、卵砾石石层、胶、胶结不良不良的砂岩、的砂岩、砾岩岩层等。等。v透水透水带：断：断层破碎破碎带和裂隙密集和裂隙密集带。是基岩中主要渗漏通道。是基岩中主要渗漏通道。v喀斯特管道：喀斯特管道：坝区有可溶性岩体存在区有可溶性岩体存在时，由于，由于强烈喀斯特烈喀斯特发育，在岩体中育，在岩体中产生溶洞、暗河及溶隙等相互生溶洞、暗河及溶隙等相互连通而构成喀斯通而构成喀斯特管道，可能造成特管道，可能造成严重的重的坝区渗漏。区渗漏。渗漏通道的渗漏通道的连通性通性v第四第四纪松散沉松散沉积地地层渗漏通道的渗漏通道的连通性通性主要取决于地主要取决于地层结构特征，与地貌构特征，与地貌发育情况育情况密切相关

32、。密切相关。v基岩透水基岩透水层、透水、透水带基喀斯特管道的基喀斯特管道的 连通性通性则受岩性、地受岩性、地质构造、地形地貌、覆盖构造、地形地貌、覆盖层特征等因素控制，情况比特征等因素控制，情况比较复复杂。2、坝基的渗透稳定性分析v渗透水流作用于岩土上的力，称渗透水流作用于岩土上的力，称渗透渗透压力力或或动水水压力力。v渗透渗透压力达到一定力达到一定值时，土中的某些，土中的某些颗粒就会被渗透水流携粒就会被渗透水流携带和搬运，和搬运，这种地下水的侵种地下水的侵蚀作用称作用称为潜潜蚀。v潜潜蚀使得岩土中一些使得岩土中一些颗粒甚至整体就会粒甚至整体就会发生移生移动而被渗流携而被渗流携走，从而引起岩土

33、的走，从而引起岩土的结构构变松，松，强度降降低，甚至整体度降降低，甚至整体发生生破坏。破坏。这种工程种工程动力地力地质作用或作用或现象称之象称之为渗透渗透变形形或或渗透渗透破坏破坏。渗透渗透变形的形的类型型v管涌管涌：即土体中：即土体中一部分小一部分小颗粒被渗透水流携出粒被渗透水流携出，较普遍普遍发生生在不均在不均质砂砂层中（如下中（如下页图）。）。v流土流土：即土体表：即土体表层某一部分土粒在垂直土某一部分土粒在垂直土层的渗透水流作用的渗透水流作用下下全部浮全部浮动和流走和流走。常。常发生在大生在大坝下游坡脚有渗透水流逸出下游坡脚有渗透水流逸出的土的土层中。中。v接触流土接触流土：即渗透水流

34、近于垂直土：即渗透水流近于垂直土层运运动，当由，当由颗粒粗粒粗细相相差差悬殊的殊的细粒土粒土进入粗粒土中入粗粒土中时，细粒土被水流粒土被水流带入粗粒土入粗粒土中。中。v接触冲刷接触冲刷：渗透水流方向与土：渗透水流方向与土层平行，平行，细粒土与粗粒土粒土与粗粒土接触接触面上的土粒面上的土粒受粗粒土中流速受粗粒土中流速较大的水流所冲刷并被它大的水流所冲刷并被它带走。走。管涌破坏示意图管涌破坏示意图（a a）斜坡条件时）斜坡条件时 （b b）地基条件时）地基条件时1-1-管涌堆积颗粒；管涌堆积颗粒；2-2-地下水位；地下水位；3-3-管涌通道；管涌通道；4-4-渗流方向渗流方向渗透渗透变变形的水形的

35、水动动力条件力条件地下水在松散土体中渗流地下水在松散土体中渗流时，土，土颗粒在水粒在水头差作用下承受了来自水差作用下承受了来自水流的渗透力即流的渗透力即动水水压力。力。水流由下往上渗透水流由下往上渗透时一一旦当旦当动水水压力与土体的水下重力与土体的水下重量相等量相等时，土体将，土体将处于于悬浮状浮状态而而发生流土。生流土。单位土体承单位土体承受的水压力受的水压力渗透变形产生的条件-太沙基公式即即:土粒的密度愈大，孔隙率愈小，土粒的密度愈大，孔隙率愈小，则临界水力梯度愈大，也即土体愈界水力梯度愈大，也即土体愈 不易不易发生渗透生渗透变形（流土）。若砂土粒密度形（流土）。若砂土粒密度G Gss，n

36、 n50503030，则：但但太沙基公式太沙基公式 未考未考虑土体本身的抗剪土体本身的抗剪强度，所以度，所以实测的各种土的的各种土的临界梯度往往界梯度往往较上述公式上述公式计算算结果相差很大。所以有必要果相差很大。所以有必要进一步分析一步分析土的土的结构特性。构特性。土体的水下重量：土体的水下重量：若若dpdpdqdq：即：即：临界水力梯度界水力梯度JcrJcr 土的颗粒成分和结构特征土的颗粒成分和结构特征土体抗渗土体抗渗强度取决于其本身的度取决于其本身的结构构,制制约渗透渗透变形形发生生的土体的土体结构特性构特性,包括土中粗包括土中粗细颗粒直径比例粒直径比例,细粒物粒物质的含的含量和土的量和

37、土的级配特征配特征,颗粒形状及排列方式等因素。粒形状及排列方式等因素。vv粗粗粗粗细细粒径比例粒径比例粒径比例粒径比例只有当土中只有当土中细颗粒的粒径粒的粒径d d小于粗小于粗颗粒的骨架孔隙直径粒的骨架孔隙直径d0d0时，才能，才能发生潜生潜蚀。据研究其最。据研究其最优比比为d0/d=8d0/d=8。一般天然。一般天然无粘性土均无粘性土均为混粒混粒结构，其孔隙率多构，其孔隙率多为n=39.59%n=39.59%，大，大颗粒粒粒粒径径D D与其孔隙与其孔隙d0d0比比为。所以有利于。所以有利于发生潜生潜蚀的粗的粗细粒径比粒径比为D/d=20.D/d=20.vv细颗细颗粒含量粒含量粒含量粒含量只有

38、只有较多量的粗大多量的粗大颗粒构成骨架，才能形成直径粒构成骨架，才能形成直径较大的大的孔隙，易于孔隙，易于产生潜生潜蚀。如。如细颗粒达到一定含量致使粒达到一定含量致使颗粒粒间不不能相互接触，不能由它构成骨架，能相互接触，不能由它构成骨架，则孔隙大小取决于孔隙大小取决于细颗粒，粒，则比比较难以潜以潜蚀。实验资料料证实：当：当细粒含量达粒含量达20%-30%20%-30%时，产生渗透生渗透变形所需的水力梯度形所需的水力梯度值急急剧增大；增大；当当细粒含量粒含量20%20%，破，破坏坏(临点点)梯度，梯度，较公公式式计算算值(0.8-1.2)(0.8-1.2)小小得多，得多，这可能是由于可能是由于土

39、的土的结构和孔隙不均构和孔隙不均一的一的缘故。故。vv土的土的土的土的级级配特征配特征配特征配特征土的土的级配特征可用土的不均粒系数配特征可用土的不均粒系数CuCu表示表示(Cu(Cu=d60/d10)Cu=d60/d10)Cu值愈大，愈大，说明土愈不均匀，明土愈不均匀，级配愈好。配愈好。Cu10-Cu20-Cu20-潜潜蚀 CuCu在在10-2010-20之之间-两种均可能两种均可能发生生 研究研究临界水力梯度与不均粒系数之界水力梯度与不均粒系数之间的关系表的关系表明：砂土的明：砂土的CuCu值愈小愈小(土粒愈均匀土粒愈均匀)则JcrJcr值愈大，即愈大，即产生流土的生流土的临界水力梯度界水

40、力梯度较潜潜蚀的要大。的要大。vv压压密固密固密固密固结结程度程度程度程度经过压密固密固结的土不的土不仅孔隙度有所降低，粒孔隙度有所降低，粒间嵌合力也有所增嵌合力也有所增强，必然要，必然要经过渗流力浮渗流力浮动以后才以后才能能悬浮。其浮。其临界梯度和允界梯度和允许梯度梯度显著高于著高于颗粒成分粒成分相近但未相近但未经固固结的土。的土。vv粘粒含量粘粒含量粘粒含量粘粒含量 粘粒含量增多增加土的内聚力，增加土的抗潜粘粒含量增多增加土的内聚力，增加土的抗潜蚀能力。能力。vv渗流出口条件渗流出口条件对于由渗流出口朔源发展的潜蚀管涌型渗透变形，渗流出口有无适当保护，对渗透变形的产生和发展具有重要的意义。

41、渗透变形的判别方法（自学）（自学）3、渗透变形的防治措施 渗透渗透变形的防治，通常采用三方面的措施：形的防治，通常采用三方面的措施：改改变渗渗流的流的动力条件；力条件；保保护渗流出口；渗流出口；改善土石性改善土石性质。建筑物基坑及地下巷道施工建筑物基坑及地下巷道施工建筑物基坑及地下巷道施工建筑物基坑及地下巷道施工时时流沙的防治措施流沙的防治措施流沙的防治措施流沙的防治措施11、建筑物基坑、建筑物基坑:人工降低潜水位人工降低潜水位板板桩防防护墙 22、地下巷道、水平巷道、地下巷道、水平巷道：盾构法施工：盾构法施工（竖井：沉井井：沉井式支式支护抗掘抗掘进或采用或采用冻结法、法、电动硅化法硅化法）土石土石坝防治渗透防治渗透变形的措施形的措施 垂直截渗：粘土截水槽、灌垂直截渗：粘土截水槽、灌浆帷幕、混凝土帷幕、混凝土防渗防渗墙等等。排水减排水减压 在在坝后的后的坝脚附脚附近近设置排水沟和减置排水沟和减压井，它井，它们的作用是吸的作用是吸收渗流和减小溢出段收渗流和减小溢出段的的实际水力梯度。水力梯度。水平水平铺盖盖反反滤盖重盖重 反反滤层是保是保护渗流出口的有效措施，它既可以渗流出口的有效措施，它既可以保保证排水通排水通畅，降低溢出梯度，又起到盖重的作用。，降低溢出梯度，又起到盖重的作用。第六节 坝基处理自学自学v作作业：P155v1，3，