地基岩体稳定性的工程地质研究.pptx

第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究主要内容主要内容:一、基本概念及研究意一、基本概念及研究意义二、地基岩体内的二、地基岩体内的应力分布特征力分布特征三、地基岩体的三、地基岩体的变形与破坏形与破坏四、四、坝基基(肩肩)岩体岩体稳定性的工程地定性的工程地质评价价五、改善五、改善坝基基稳定性的措施定性的措施第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究一、基本概念及研究意一、基本概念及研究意义直接承受上部建筑物荷直接承受上部建筑物荷载作用的那部分土体或岩体称作用的那部分土体或岩体称为地基。地基。根据承根据承载的特点，通常可将地基分的特点，通常可将地基分为两种两种类型，即：型，即：(1)承受垂直荷承受垂直荷载的地基，一般工的地基，一般工业民用建筑物的地民用建筑物的地基就属于基就属于这种种类型；型；(2)承受斜向荷承受斜向荷载(同同时承受垂直荷承受垂直荷载与水平荷与水平荷载)的地的地基，各基，各类挡水建筑物如水建筑物如闸、坝等的地基属此等的地基属此类。承受垂直荷承受垂直荷载的地基，大多都是的地基，大多都是“软基基”，这类地基的地基的变形、破坏机制和形、破坏机制和稳定性定性评价原理是土力学价原理是土力学课程程讨论的的内容。内容。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究从世界上从世界上坝的破坏情况来看，原因是多种多的破坏情况来看，原因是多种多样的。地的。地质方面的原因方面的原因造成的破坏事故造成的破坏事故约占占30一一40%。其中，从具体的破坏原因和形式。其中，从具体的破坏原因和形式来看，又可来看，又可详分如下分如下类型：型：(1)由于由于坝基的基的强度度较低，运行期低，运行期间又遭到又遭到进一步一步恶化所造成的化所造成的破坏。如美国的奥斯汀破坏。如美国的奥斯汀坝，坝基基为岩溶化石灰岩，裂隙岩溶化石灰岩，裂隙发育并育并有断有断层，建成后就，建成后就产生裂生裂缝，8年后倒塌。原因是年后倒塌。原因是强度因渗流而度因渗流而进一步降低，在一步降低，在坝的的压力和溢出水流的冲刷下力和溢出水流的冲刷下坝基破坏。基破坏。(2)由于由于坝基基(肩肩)的抗滑的抗滑稳定性定性较低，运行期低，运行期间又遭到又遭到进一步一步恶化所造成的滑化所造成的滑动破坏。破坏。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究(3)因因坝基中存在有抗剪基中存在有抗剪强度低的土度低的土层而造成的土而造成的土坝或堆石或堆石坝坝基和基和坝坡的坍滑。坡的坍滑。(4)因因坝下渗透水流将下渗透水流将坝基岩石中的基岩石中的细颗粒物粒物质带走，走，使使坝基被掏空而造成的破坏。基被掏空而造成的破坏。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究(5)由于由于坝肩岩体的肩岩体的稳定性定性较低，运行期低，运行期间空隙水空隙水压力力增大又使其增大又使其稳定性定性进一步一步恶化所造成的化所造成的坝肩滑肩滑动破坏。破坏。如安徽梅山水如安徽梅山水库大大坝的事故就是的事故就是这样造成的。造成的。(6)坝下游岩体被冲刷下游岩体被冲刷(溢流冲刷溢流冲刷)掏空，也可造成大掏空，也可造成大坝的破坏。的破坏。(7)由地震和水由地震和水库地震所造成的破坏或地震所造成的破坏或损害。由地震直害。由地震直接接导致的大致的大坝彻底破坏的事例不多，如底破坏的事例不多，如1925年美国米年美国米费里德里德坝。水。水库诱发地震使大地震使大坝受受损如印度的科因如印度的科因纳坝、希腊的科列、希腊的科列马斯塔斯塔坝和我国的新丰江和我国的新丰江坝等。等。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究二、地基岩体内的应力分布特征二、地基岩体内的应力分布特征（一）垂直荷载作用下地基内应力分布（一）垂直荷载作用下地基内应力分布地基内应力分布取决于荷载特点及地基岩体的结构特征。地基内应力分布取决于荷载特点及地基岩体的结构特征。1 1均质地基内应力等值线是以基础底边为弦的圆弧（均质地基内应力等值线是以基础底边为弦的圆弧（a a）。）。2 2层状地基内应力分布具有明显的各向异性（层状地基内应力分布具有明显的各向异性（b b、c c）：）：（1 1）分割岩体的软弱结构面如层面、节理等，由于抗剪强度低，限）分割岩体的软弱结构面如层面、节理等，由于抗剪强度低，限制着应力向两侧传递、扩展，致使附加应力在所限岩体内集中。制着应力向两侧传递、扩展，致使附加应力在所限岩体内集中。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（2 2）层状结构地基岩体内应力分布与软弱结构面的产状关系密）层状结构地基岩体内应力分布与软弱结构面的产状关系密切：切：软弱结构面直立时，应力集中程度最高，影响深度最大软弱结构面直立时，应力集中程度最高，影响深度最大(a)(a)；倾斜时，产生两个高值最大主应力方向倾斜时，产生两个高值最大主应力方向(b)(b)：一个顺着结构：一个顺着结构面方向（应力集中程度较高），另一个垂直结构面方向（应面方向（应力集中程度较高），另一个垂直结构面方向（应力集中程度次之）；力集中程度次之）；近水平时，应力集中程度相对较低近水平时，应力集中程度相对较低(c)(c)。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究3 3碎裂地基内应力分布与基础刚度、块体间缝隙的充填碎裂地基内应力分布与基础刚度、块体间缝隙的充填胶结情况、块体堆砌的紧密程度以及受力状况等密切相胶结情况、块体堆砌的紧密程度以及受力状况等密切相关。应力分布的主要特点是：关。应力分布的主要特点是：（1 1）块体间不充填、地基不预压、基础柔性大时，）块体间不充填、地基不预压、基础柔性大时，基础中心线上产生极高的应力集中，在地基上部较大基础中心线上产生极高的应力集中，在地基上部较大范围内可出现垂直应力大于表面荷载强度的情况。范围内可出现垂直应力大于表面荷载强度的情况。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（2 2）基础刚度加强时，）基础刚度加强时，可使应力集中线移至基础可使应力集中线移至基础两侧近边缘处，垂直应力两侧近边缘处，垂直应力等值线转变为驼峰型等值线转变为驼峰型。（3 3）块体间隙的充填胶）块体间隙的充填胶结时，地基内应力集中程结时，地基内应力集中程度将降低，使地基范围内度将降低，使地基范围内不出现垂直应力高于表面不出现垂直应力高于表面荷载强度的区域。荷载强度的区域。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（二）斜向荷载作用下地基内应力分布（二）斜向荷载作用下地基内应力分布各类挡水建筑物的地基。为垂向与水平方向荷载的合成。各类挡水建筑物的地基。为垂向与水平方向荷载的合成。坝基所受垂向荷载呈三角形分布（坝基所受垂向荷载呈三角形分布（a a），在上游坝踵处垂直荷载为），在上游坝踵处垂直荷载为0 0，然后线性增大，至下游坝趾处达到最大。这是坝踵与库水推力所，然后线性增大，至下游坝趾处达到最大。这是坝踵与库水推力所造成的力偶共同作用的结果。造成的力偶共同作用的结果。坝基所受的水平荷载，是库水推力作用在坝体上，然后通过坝底面坝基所受的水平荷载，是库水推力作用在坝体上，然后通过坝底面摩擦力而传至坝基，也呈三角形分布（摩擦力而传至坝基，也呈三角形分布（b b）。）。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究由弹性理论可分别得坝由弹性理论可分别得坝基在垂向（基在垂向（a a）和水平）和水平（b b）荷载作用下内部）荷载作用下内部水平附加应力分布以及水平附加应力分布以及合成后的水平附加应力合成后的水平附加应力分布（分布（c c）。）。可以看出，在坝上游面可以看出，在坝上游面附近的坝基上部，存在附近的坝基上部，存在一个水平拉应力分布区，一个水平拉应力分布区，该水平拉应力区的存在该水平拉应力区的存在对坝基的变形、破坏发对坝基的变形、破坏发展有很大的影响。展有很大的影响。（c）（b）（a）拉应力拉应力第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究三、三、坝基岩体的基岩体的变形与破坏形与破坏（一）松（一）松软土地基的土地基的变形与破坏形与破坏1垂直荷垂直荷载作用下松作用下松软土土坝基的基的变形与破坏形与破坏如前所述，在土如前所述，在土坝或堆石或堆石坝的建筑的建筑实践中常可遇到像践中常可遇到像因因结水水库土土坝那那样的的坝坡坍滑坡坍滑问题。根据。根据实地地观察，察，坝坡坍滑通常有两种坡坍滑通常有两种类型。型。一种是滑一种是滑动的速度相的速度相对比比较缓慢，所涉及的地基滑慢，所涉及的地基滑动部分的范部分的范围相相对较小。小。另一种另一种类型是坍滑的速度很快，坍滑所涉及的地基型是坍滑的速度很快，坍滑所涉及的地基的范的范围可以很大，例如美国一个高可以很大，例如美国一个高仅9m的土堤，的土堤，在不到一分在不到一分钟的的时间内内300m长的堤的堤顶下陷了下陷了45m，坍滑所涉及的地基土水平方向的范，坍滑所涉及的地基土水平方向的范围扩展到展到距堤脚距堤脚约45m的地方。的地方。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究第一类坍滑一般是发生第一类坍滑一般是发生在地基土层中存在有饱在地基土层中存在有饱水的塑性软粘上或淤泥水的塑性软粘上或淤泥夹层的情况下夹层的情况下 图图111114(a)14(a)，而且地基土的，而且地基土的滑动面都是通过这一软滑动面都是通过这一软黏土层的中部；黏土层的中部；第二类坍滑通常发生在第二类坍滑通常发生在地基土层中发育有软黏地基土层中发育有软黏土，且其中部夹有砂或土，且其中部夹有砂或粉砂之类的薄层或透镜粉砂之类的薄层或透镜体体 如图如图lIlI一一14(b)14(b)，滑动面就通过这种部位。滑动面就通过这种部位。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究显然，然，坝坊坍滑坊坍滑问题取决于促取决于促使使坝坡滑坡滑动的力与阻止其滑的力与阻止其滑动的力之的力之间的的对比。当阻滑力大比。当阻滑力大于滑于滑动力力时坝坡将是坡将是稳定的，定的，否否则就会就会发生滑生滑动。从左从左图中可以看出，作用在滑中可以看出，作用在滑动面面ab上的滑上的滑动力，等于作用力，等于作用在在坝坡上下两端截面坡上下两端截面aa1和和bb1上的土上的土压力的差力的差值，即：，即：P滑滑PaPb第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究由土力学中得知，由土力学中得知，Pa相当于主相当于主动土土压力，可根据下式力，可根据下式求得：求得：Pb相当于被相当于被动土土压力，可按下式求之：力，可按下式求之：式中：式中：土的容重；土的容重；c、坝体土石的内聚力与内摩体土石的内聚力与内摩擦角；其它符号擦角；其它符号见图1115。可可见，P滑滑的大小除与土的的大小除与土的c、值有关外，主要取决于有关外，主要取决于坝体的高度。通常随着体的高度。通常随着坝高的增加而增大。高的增加而增大。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究作用在作用在ab面上的抗滑力面上的抗滑力S为：S=(Qx-Pw)tan+c Lx式中：式中：Qx作用在作用在ab面上的面上的坝体重量，体重量，为一一变量，随量，随坝体加高而增大；体加高而增大；Pwab面面处的超空的超空隙水隙水压力；力；c、滑滑动面上土石的内聚力和内面上土石的内聚力和内摩擦力；摩擦力；Lx ab段的段的长度，度，为一一变量，随量，随坝体体加高、加加高、加宽而增大。而增大。可可见，抗滑力，抗滑力S的大小，一方面与滑的大小，一方面与滑动面的面的c、有关，另一方面有关，另一方面则取代于取代于Qx-Pw（即有效（即有效压力）力）的大小。的大小。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究第一第一类坍滑坍滑产生的机制：生的机制：在施工在施工过程中，随着程中，随着坝体的增高体的增高软粘粘土土层的上下的上下边缘部分的超空隙水部分的超空隙水压力力不断减小，有效不断减小，有效压力力(Qx-Pw)相相应的的不断增大。而高塑性不断增大。而高塑性软粘土的透水性粘土的透水性很低，排水很低，排水缓慢，以致粘土慢，以致粘土层中中间部部分在施工后期，甚至竣工以后一段分在施工后期，甚至竣工以后一段时间之内，之内，还能保持很高甚至接近于附能保持很高甚至接近于附加加压力的超空隙水力的超空隙水压力，因此力，因此(Qx-Pw)很小甚至接近于零。很小甚至接近于零。这样，施工，施工期内期内软粘土粘土层中中间部分（部分（ab面上）面上）的抗滑力的抗滑力S1c Lx，即随，即随坝体加高而体加高而成直成直线性的性的缓慢增大（左慢增大（左图）。与此）。与此同同时，滑，滑动力力P滑滑却随却随坝体的增高而体的增高而加速的增大。当加速的增大。当P滑滑与与S1相交相交时，坝基即将基即将发生局部滑生局部滑动并引起并引起坝坡的坍坡的坍滑（左滑（左图）。）。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究第二类坍滑机理：第二类坍滑机理：在坝体堆砌过程中在坝体堆砌过程中ab面上的滑动力面上的滑动力P滑滑与抗滑力与抗滑力S2 2的变化见左图。抗滑的变化见左图。抗滑力力S2 2之所以不断减小，是因为随着之所以不断减小，是因为随着地表荷载的增大，软粘土层中的水地表荷载的增大，软粘土层中的水不仅要通过其顶底面向上下砂土层不仅要通过其顶底面向上下砂土层中排出，而且也要不断的流向中部中排出，而且也要不断的流向中部底薄砂层，致使薄砂层中的空隙水底薄砂层，致使薄砂层中的空隙水压力不断增大，有效压力压力不断增大，有效压力(Qx x-Pw w)不不断减小，当断减小，当Pw w增大至接近增大至接近Qx x时，有时，有效压力变得很小甚至趋近于零。由效压力变得很小甚至趋近于零。由于砂土的于砂土的c=0，所以此时，所以此时ab面上砂面上砂土的抗滑力土的抗滑力S2 20。这类坍滑通常时。这类坍滑通常时在抗滑力很低的情况下发生的，故在抗滑力很低的情况下发生的，故坍滑的速度一般较大。坍滑的速度一般较大。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究当地基土主要是由透水性良好当地基土主要是由透水性良好的砂质土组成时，由于空隙水的砂质土组成时，由于空隙水能很快的排出，超空隙水压力能很快的排出，超空隙水压力的消散很迅速，故有效压力能的消散很迅速，故有效压力能在很短的时间增大至附加压力在很短的时间增大至附加压力值，使值，使S3 3=Qx x tan。因此，。因此，在施工期间，地基内的抗滑力在施工期间，地基内的抗滑力S3 3将随着坝体的增高而直线性将随着坝体的增高而直线性地迅速增大。左图中地迅速增大。左图中S3 3和和P滑滑曲线关系表明，砂质土地基的曲线关系表明，砂质土地基的抗坍滑的能力很大，足以支持抗坍滑的能力很大，足以支持很高的坝体而不发生坍滑。很高的坝体而不发生坍滑。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究由上述可见，地基中存在有饱水且透水性小的土层，由上述可见，地基中存在有饱水且透水性小的土层，如塑性软粘土或淤泥等，特别是当其中夹有沙或粉砂如塑性软粘土或淤泥等，特别是当其中夹有沙或粉砂的薄层或透镜体时，地基的抗坍滑能力通常是很低的，的薄层或透镜体时，地基的抗坍滑能力通常是很低的，在设计土坝或堆石坝时必须充分注意这个问题。当遇在设计土坝或堆石坝时必须充分注意这个问题。当遇到这种情况时，为了保证坝坡的稳定，可采取如下措到这种情况时，为了保证坝坡的稳定，可采取如下措施：施：（1）当这类土层埋藏较浅时，最好将这类土层挖）当这类土层埋藏较浅时，最好将这类土层挖除，然后将基础砌置在不易引起坍滑的土层上。除，然后将基础砌置在不易引起坍滑的土层上。（2）当这类土层埋藏较深而无法挖除时，可采取）当这类土层埋藏较深而无法挖除时，可采取相应的排水措施，以便较快的减少该层中的超空相应的排水措施，以便较快的减少该层中的超空隙水压力；隙水压力；（3）在有些情况下也可采用预压法或放缓施工进）在有些情况下也可采用预压法或放缓施工进度的方法，使土层预先沉陷或逐渐排水压实，以度的方法，使土层预先沉陷或逐渐排水压实，以提高地基的抗滑能力。提高地基的抗滑能力。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究2倾斜荷斜荷载作用下松作用下松软土地基的滑土地基的滑动当作用在松当作用在松软坝基上的斜向荷基上的斜向荷载增大到一定的增大到一定的临界界值之后，地基土即将沿着一定的深部弧形面之后，地基土即将沿着一定的深部弧形面发生滑生滑动破破坏。有关坏。有关这类弧形滑弧形滑动破坏的极限荷破坏的极限荷载条件，已在土条件，已在土力学力学课程中程中进行行过详细讨论，通常可用，通常可用.叶甫道基叶甫道基莫夫的莫夫的图解法或解法或B.B.索科洛夫斯基的理索科洛夫斯基的理论公式加以公式加以计算。算。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究但是，当这类挡水结构物作用在此种地基上的垂直荷但是，当这类挡水结构物作用在此种地基上的垂直荷载小于地基的临塑荷载（即按塑性区最大深度载小于地基的临塑荷载（即按塑性区最大深度Zmax=0求出的荷载）时，如果建筑物在库水水平推力的作用求出的荷载）时，如果建筑物在库水水平推力的作用下发生滑动，则只能是沿基础底面的表层滑动。此时，下发生滑动，则只能是沿基础底面的表层滑动。此时，其抗滑稳定性可按下式验算：其抗滑稳定性可按下式验算：Pv作用地基表面的垂直总荷载（作用地基表面的垂直总荷载（t）;PH作用作用在挡水建筑物上的水平总荷载（在挡水建筑物上的水平总荷载（t）;f、c分别为土分别为土与基础底面间的摩擦系数和内聚力；与基础底面间的摩擦系数和内聚力；A基础底面的基础底面的面积；面积；Kc安全系数。安全系数。一般认为一般认为Kc=45时是稳定的。时是稳定的。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（二）岩石（二）岩石坝基的基的变形及其形及其对大大坝稳定性的影响定性的影响坚硬岩石上的硬岩石上的坝基沉陷量的基沉陷量的绝对值研究意研究意义不大，不大，而而刚性的性的坝基基对不均匀不均匀变形非常敏感。造成岩石形非常敏感。造成岩石地基的不均匀地基的不均匀变形的因素：形的因素：（1）岩石地基内）岩石地基内应力分布不均匀。如力分布不均匀。如坝基内基内存在存在结构面、构面、坝基所受荷基所受荷载不均匀、不均匀、坝体体刚度大等引起。度大等引起。（2）地基不同部分岩体的）地基不同部分岩体的变形性形性质存在差异。存在差异。一是一是坝体砌置于体砌置于软硬差硬差别较大的岩体上；二大的岩体上；二是是坝基内开口裂隙基内开口裂隙发育不均匀。育不均匀。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（三）岩石（三）岩石坝基的滑基的滑动破坏及抗滑破坏及抗滑稳定性定性问题1岩石岩石坝基滑基滑动破坏形式、特点及破坏形式、特点及发生条件生条件（1）表面滑）表面滑动沿混凝土基沿混凝土基础与基岩接触面与基岩接触面产生的剪切滑生的剪切滑动。发生于生于坝基岩体基岩体强度度远大于大于坝体混凝土体混凝土强度，且岩体度，且岩体完整、无控制滑移的完整、无控制滑移的软弱弱结构面的条件下。构面的条件下。对于此种情况，混凝土基于此种情况，混凝土基础与基岩接触面上摩擦系数与基岩接触面上摩擦系数值是控制重力是控制重力坝设计的主要指的主要指标。要求。要求坝体有足体有足够的的重量，以使接触面上的摩擦阻力大于作用在重量，以使接触面上的摩擦阻力大于作用在坝体上的体上的总的水平推力。的水平推力。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（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体混凝土混凝土强度度时，剪切破坏往往，剪切破坏往往发生于生于浅浅层岩体内，形成浅岩体内，形成浅层滑滑动。有三种。有三种主要主要类型：型：（a）坝基岩体基岩体软弱，岩石本身弱，岩石本身强度低于度低于坝体混凝土与基岩接触面，体混凝土与基岩接触面，在在库水推力作用下沿表水推力作用下沿表层岩体内部岩体内部发生剪切破坏。生剪切破坏。（b）坝基由近水平的薄基由近水平的薄层岩岩层组成，在成，在库水推力作用下水推力作用下发生滑移弯生滑移弯曲。曲。（c）坝基基为碎裂岩体构成，在碎裂岩体构成，在库水推力作用下水推力作用下发生剪切滑移。生剪切滑移。abc滑滑动条件：条件：(a)（b）第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（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沿已有的主要沿已有的软弱弱结构面构面发生，生，因此，只有当因此，只有当坝基内部存在弱弱基内部存在弱弱结构面，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。能构成危能构成危险滑移体的滑移体的结构面分构面分为滑移控制面和切割面，它滑移控制面和切割面，它们与一与一定的定的临空面空面组合就构成了深部滑移的合就构成了深部滑移的边界条件。界条件。切割面一般陡切割面一般陡倾，不起抗滑作用；滑移控制面一般，不起抗滑作用；滑移控制面一般缓倾，起切割，起切割和抗滑作用。滑移控制面的抗剪指和抗滑作用。滑移控制面的抗剪指标是控制是控制设计的重要数据。的重要数据。滑移控制面的确定：滑移控制面的确定：1）坝基内存在有方位有利于滑基内存在有方位有利于滑动的的软弱弱结构面，且其构面，且其实际抗抗滑能力低于滑能力低于坝体混凝土与基岩接触面的抗滑能力。体混凝土与基岩接触面的抗滑能力。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究2）坝基内基内软弱弱结构面构面发育没有明育没有明显的分异，不同方向的裂隙的分异，不同方向的裂隙均均发育。此育。此时，深，深层滑移控制面往往由滑移控制面往往由坝基内最大剪基内最大剪应力力带的的分布所决定。分布所决定。设计时有有时需要用需要用这个个带的的综合抗剪指合抗剪指标（裂隙（裂隙段的抗剪段的抗剪强度指度指标与完整岩石段的康健与完整岩石段的康健强度指度指标的面的面积加加权平平均均值）来校核沿）来校核沿该带坝基的抗滑基的抗滑稳定性。定性。临空面主要是地形表面，河床空面主要是地形表面，河床为水平水平临空面；而河床深潭、深槽、空面；而河床深潭、深槽、溢流冲刷坑、下游厂房及建筑基坑等，都可形成陡立溢流冲刷坑、下游厂房及建筑基坑等，都可形成陡立临空面，空面，对岩体抗滑岩体抗滑稳定性极定性极为不利。不利。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究由由结构面与构面与临空面空面组合构成的危合构成的危险滑移体一般滑移体一般有两有两类：1）不具）不具备抗力体的滑移抗力体的滑移结构。当滑移控制面构。当滑移控制面倾向上游（向上游（a），或滑移），或滑移结构面构面倾向下游但被向下游但被下游陡立下游陡立临空面所切割空面所切割时（b），可构成），可构成这类滑移滑移结构。构。（a）（b）第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究2）具有抗力体的滑移）具有抗力体的滑移结构。当滑移控制面近构。当滑移控制面近于水平或于水平或倾向下游向下游时，可构成，可构成这类滑移滑移结构。构。如如图，坝基岩体沿滑移控制面滑基岩体沿滑移控制面滑动时，受到，受到下游岩体的抵抗，只有当下游岩体沿着某一下游岩体的抵抗，只有当下游岩体沿着某一面如面如bc面被剪破后，面被剪破后，坝基岩体才有可能沿着基岩体才有可能沿着滑移控制面滑移控制面ab滑滑动。因此，抗力体提供的抗。因此，抗力体提供的抗力的大小力的大小对坝基基稳定性有重要意定性有重要意义。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究2降低降低坝基抗滑基抗滑稳定性的作用与定性的作用与坝基滑基滑动破坏的破坏的发展展大大坝施工和运行期施工和运行期间，有一系列的作用可降低，有一系列的作用可降低坝基的抗滑基的抗滑稳定性：定性：（1）基坑开挖）基坑开挖过程中卸荷回程中卸荷回弹与与应力力释放所造成的岩体放所造成的岩体变形和形和破坏。破坏。（2）在附加）在附加应力作用下力作用下坝基基变形、破裂的逐形、破裂的逐渐发展以及与之相展以及与之相联系的空隙水系的空隙水压力的增高。两种情况：力的增高。两种情况：坝基在附加基在附加应力作用下力作用下产生不均匀生不均匀变形，使形，使坝体因不均匀沉体因不均匀沉陷而断裂，陷而断裂，丧失其整体性；失其整体性；坝基上游拉基上游拉应力区内的岩体，在水平拉力区内的岩体，在水平拉应力作用下力作用下产生近垂生近垂直的直的张裂，在与空隙水裂，在与空隙水压力相互促力相互促进作用下，作用下，张裂向深裂向深处发展到与已有的展到与已有的缓倾结构面相构面相连，使垂向，使垂向张裂面和裂面和缓倾结构面构面上的空隙水上的空隙水压力急力急剧增高。增高。（3）高水）高水头作用下地下水渗流和地表水溢流造成的作用下地下水渗流和地表水溢流造成的坝基岩体的基岩体的性性质和状和状态的的恶化。包括泥化、化。包括泥化、软化、渗透化、渗透变形、冲刷等。形、冲刷等。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究四、坝基（肩）岩体稳定性的工程地质评价四、坝基（肩）岩体稳定性的工程地质评价（一）坝基（肩）稳定性的岩体结构条件分析（一）坝基（肩）稳定性的岩体结构条件分析1 1平缓层状岩体分布区平缓层状岩体分布区岩层倾角在岩层倾角在3030度以下，岩体内构造结构面不甚发育。度以下，岩体内构造结构面不甚发育。断层规模小，以产状陡立的断层规模小，以产状陡立的X X节理为主。偶发育走向节理为主。偶发育走向与岩层走向一致或垂直的小型张断层。与岩层走向一致或垂直的小型张断层。产状平缓的原生软弱结构面如粘土质夹层等发育，产状平缓的原生软弱结构面如粘土质夹层等发育，并有层间错动等构造形迹。层间错动、夹层等是这并有层间错动等构造形迹。层间错动、夹层等是这类岩体兴建水工建筑的主要问题，易产生软化、泥类岩体兴建水工建筑的主要问题，易产生软化、泥化，构成滑移控制面。化，构成滑移控制面。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究2 2倾斜岩层地区倾斜岩层地区岩层倾角在岩层倾角在3030度以上，一般度以上，一般40504050度。构造形度。构造形迹进一步发展，各种力学成因的构造结构面均迹进一步发展，各种力学成因的构造结构面均可出现。可出现。当岩体中与层面一致或倾向相反的压性结构面当岩体中与层面一致或倾向相反的压性结构面一般倾角较陡，扭性结构面多陡立。它们的组一般倾角较陡，扭性结构面多陡立。它们的组合形成的结构体往往嵌入地基深处，稳定条件合形成的结构体往往嵌入地基深处，稳定条件相对良好。相对良好。当岩层走向平行河流时，层面与反倾向压性断当岩层走向平行河流时，层面与反倾向压性断裂共同构成复合楔形滑移体，兼有纵向切割作裂共同构成复合楔形滑移体，兼有纵向切割作用，张性断裂起横向切割作用，对稳定不利。用，张性断裂起横向切割作用，对稳定不利。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究当岩层走向与河流正交时，反倾的压性结构当岩层走向与河流正交时，反倾的压性结构面产状有时平缓，起滑移控制面的作用。面产状有时平缓，起滑移控制面的作用。当斜交时，稳定性相对较好，但应注意层间当斜交时，稳定性相对较好，但应注意层间软弱结构面与反倾压性结构面的配合对局部软弱结构面与反倾压性结构面的配合对局部地段岩体稳定的破坏。地段岩体稳定的破坏。总体上，坝基稳定性由坝体与地基接触面控总体上，坝基稳定性由坝体与地基接触面控制。制。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究3 3陡倾斜或倒转岩层分布区陡倾斜或倒转岩层分布区岩层倾角在岩层倾角在6060度以上。构造形变强烈，各类度以上。构造形变强烈，各类断裂构造均很发育。断裂构造均很发育。层间结构面一般不起滑移控制面作用。但较层间结构面一般不起滑移控制面作用。但较为平缓且延续性较强的扭性和反倾的压性结为平缓且延续性较强的扭性和反倾的压性结构面对稳定性有一定的影响。构面对稳定性有一定的影响。当岩层走向与河流正交时，当岩层走向与河流正交时，X X节理间相互组合节理间相互组合而充当滑移面，反倾的压性结构面也往往起而充当滑移面，反倾的压性结构面也往往起滑移控制面的作用。由于节理等结构面延续滑移控制面的作用。由于节理等结构面延续性不如层面，故稳定条件尚好性不如层面，故稳定条件尚好第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究当岩层走向与河流平行或斜交时，可出现与当岩层走向与河流平行或斜交时，可出现与倾斜岩层中相同的滑移边界条件。倾斜岩层中相同的滑移边界条件。在陡立岩层区，反倾压性结构面倾角较为平在陡立岩层区，反倾压性结构面倾角较为平缓，深部滑移问题较倾斜岩层区要多，但由缓，深部滑移问题较倾斜岩层区要多，但由于延续性较差，出现机会较少，稳定条件较于延续性较差，出现机会较少，稳定条件较 平缓岩体为好。平缓岩体为好。宽大断裂带可造成坝基局部地段上的浅层滑宽大断裂带可造成坝基局部地段上的浅层滑移。移。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究4 4块状岩体地区块状岩体地区除断裂构造有较大的影响外，还有三个方面除断裂构造有较大的影响外，还有三个方面应注意：应注意：（1 1）有较厚的风化壳，风化岩体强度低；）有较厚的风化壳，风化岩体强度低；（2 2）岩体内缓倾结构面较发育，常成为坝基）岩体内缓倾结构面较发育，常成为坝基抗滑稳定性的不利条件。抗滑稳定性的不利条件。（3 3）河谷下水平卸荷裂隙较发育，对坝基稳）河谷下水平卸荷裂隙较发育，对坝基稳定不利。定不利。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（二）坝基岩体强度及变形性的评价（二）坝基岩体强度及变形性的评价总体上，岩石坝基强度远高于松散土地基。强度取决总体上，岩石坝基强度远高于松散土地基。强度取决于软弱结构面的发育及分布。具有不均匀和各向异性于软弱结构面的发育及分布。具有不均匀和各向异性的特点。的特点。岩石坝基的允许压力岩石坝基的允许压力PP一般根据岩石的极限抗压强度一般根据岩石的极限抗压强度R R的试验资料确定，一般的试验资料确定，一般P=(1/51/25)RP=(1/51/25)R：很坚硬岩石：很坚硬岩石：P=(1/201/25)RP=(1/201/25)R；一般坚硬岩石：一般坚硬岩石：P=(1/101/20)RP=(1/101/20)R；软弱岩石：软弱岩石：P=(1/51/10)RP=(1/51/10)R。坝基实际的受力条件，应满足：坝基实际的受力条件，应满足：P=PPc-i时（c为岩石的内摩擦角），岩石的内摩擦角），该三角三角锥体体稳定，且不需要校核沿定，且不需要校核沿G1、G2两两结构面的构面的组合交合交线发生深生深层滑滑动的可能性；的可能性；当当1-2c-i时，该三角三角锥体可能不体可能不稳定，定，需要需要进一步定量一步定量验算沿算沿G1、G2两两结构构面的面的组合交合交线发生深生深层滑滑动的的问题。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究5坝基岩体抗滑基岩体抗滑稳定性的定量定性的定量计算算（1）平面）平面问题的的坝基基稳定性定量定性定量计算可采用算可采用岩体力学的有关公式岩体力学的有关公式进行。行。（2）三）三维问题的的坝基基稳定性定性计算可采用赤平算可采用赤平投影解析法。投影解析法。举例（下例（下图）说明其方法步明其方法步骤如如下：下：第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究1）通）通过赤平投影及赤平投影及实体比例投影作体比例投影作图确定滑移确定滑移结构体的形构体的形态、规模以及模以及可能的滑可能的滑动方向和滑移控制面，同方向和滑移控制面，同时求出求出该结构体的有关数据，如滑移面构体的有关数据，如滑移面的面的面积以及以及结构体的体构体的体积和重量等。和重量等。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究2）将各种作用力分）将各种作用力分别表示在表示在赤平投影赤平投影图上上坝体及体及结构体的构体的总重量重量Pv为垂直力，垂直力，应分布在球心分布在球心O处；三个；三个结构面上的空构面上的空隙水隙水压力力W1、W2、W3分分别垂直于垂直于G1、G2、G3，故，故应分分别分布于三个分布于三个结构面的极点构面的极点P1、P2、P3上；上；库水推力水推力Ph为指向指向东的水平力，故的水平力，故应分布于赤分布于赤平大平大圆上的上的W处。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究3）力的合成）力的合成本例中，本例中，为简化化计算，根据水力学原理，将作用算，根据水力学原理，将作用于于结构体上的各空隙水构体上的各空隙水压力直接合成力直接合成为浮托力浮托力Wv和水平渗透和水平渗透压力力Wh。Wv=-wVWh=AB(H-h)H/3式中，式中，V结构体体构体体积；w水的重度；水的重度；AB图a中的中的AB长度；度；H坝上游水上游水头高度；高度；h坝下游下游水水头高度；高度；H 结构体高度（构体高度（图b）。）。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究在赤平投影在赤平投影图上，上，Wv分布于分布于O处，它与，它与Pv构成构成的合力的合力Pv=Pv-wV；Wh分布于分布于W点点处，指向，指向东，它与它与Ph构成的合力构成的合力Ph=Ph+AB(H-h)H/3。再用。再用图解法合成解法合成Pv和和Ph，即可求得作用于，即可求得作用于结构体上构体上的的总合力合力R的大小及方向。的大小及方向。为此，先画出此，先画出过和的和的大大圆（过圆心，心，实际为直径，直径，图a）；然后作）；然后作过此大此大圆的剖面（的剖面（图b），并按一定比例表示出和），并按一定比例表示出和的大小；最后合成之，并将其的大小；最后合成之，并将其转绘至赤平投影至赤平投影图上（上（图a）。）。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究4）合力分解）合力分解将合力将合力R分解分解为平行于平行于组合滑合滑动交交线OM的滑的滑动力力S和垂直于和垂直于该交交线的法向力的法向力N。作。作过R及及M的大的大圆，然后作沿此大然后作沿此大圆的剖面，并按的剖面，并按图c所示的方式所示的方式进行行分解。分解。将将总法向法向压力力N分解分解为分分别垂直于垂直于G1和和G2的法向的法向力力N1和和N2。先作。先作过P1P2的大的大圆，与，与RM大大圆交于交于P点；然后作沿点；然后作沿P1P2大大圆的剖面，并按的剖面，并按图d方式将方式将N分解分解为N1和和N2。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究5）稳定性定性计算算求得参数后，按下式求得参数后，按下式计算算稳定系数定系数Kc：Kc=(N1f1+A1c1+N2f2+A2c2)/S式中，式中，f1、c1和和f2、c2分分别为G1、G2的摩擦的摩擦系数和粘聚力；系数和粘聚力；A1、A2分分别为G1、G2两个两个滑移面的面滑移面的面积。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（四）拱坝坝肩岩体抗滑稳定性的评价（四）拱坝坝肩岩体抗滑稳定性的评价拱坝的作用好比一个平放的石拱桥，通过拱的拱坝的作用好比一个平放的石拱桥，通过拱的作用将水的推力传递到两岸坝肩岩体上，即库作用将水的推力传递到两岸坝肩岩体上，即库水推力主要由坝肩岩体承担。水推力主要由坝肩岩体承担。坝肩岩体的受力情况见图。坝肩岩体的受力情况见图。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究（四）拱坝坝肩岩体抗滑稳定性的评价（四）拱坝坝肩岩体抗滑稳定性的评价1 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通常有两类结构面对坝肩岩体的抗滑稳定性影响通常有两类结构面对坝肩岩体的抗滑稳定性影响最大：最大：平缓的软弱夹层、缓倾角裂隙以及缓倾角的压平缓的软弱夹层、缓倾角裂隙以及缓倾角的压性断裂等，易构成下部的平缓滑移控制面；性断裂等，易构成下部的平缓滑移控制面；大体平行或小角度斜交于岸坡的卸荷裂隙和各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。特别是卸荷裂隙，其广布于面或滑移控制面。特别是卸荷裂隙，其广布于岸坡地带，常为夹泥充填，抗滑能力低。岸坡地带，常为夹泥充填，抗滑能力低。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究侧向临空面的存在是坝肩岩体滑出的条件：侧向临空面的存在是坝肩岩体滑出的条件：冲沟、河流急弯、岸坡突出段等往往构成侧向临空面的地形冲沟、河流急弯、岸坡突出段等往往构成侧向临空面的地形条件，对坝肩岩体稳定不利。条件，对坝肩岩体稳定不利。岩体内某些断裂破碎带、软弱岩层以及潜伏溶洞等可构成侧岩体内某些断裂破碎带、软弱岩层以及潜伏溶洞等可构成侧向临空面的地质条件，也对坝肩岩体稳定不利。向临空面的地质条件，也对坝肩岩体稳定不利。第五章 地基岩体稳定性的工程地质研究评价时，需要在地质研究的基础上，分析确定评价时，需要在地质研究的基础上，分析确定坝肩岩体的滑移控制面及相配合的切割面及临坝肩岩体的滑移控制面及相配合的切割面及临空面，判明可能滑移体的形态及规模。定性的空面，判明可能滑移体的形态及规模。定性的方法可采用赤平投影及实体比例投影方法。其方法可采用赤平投影及实体比例投影方法。其步骤：步骤：1 1）利用赤平投影图确定结构面间交线的产状；）利用赤平投影图确定结构面间交线的产状；2 2）利用实体比例投影确定滑移体的空间形状及方）利用实体比例投影确定滑移体的空间形状及方位（可能的滑移面方位），并计算