工程地质原理复习题目.ppt

第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究,坝基稳定性问题的重要性：可行性研究：工程地质条件是关键评价因素；水利实践表明：工程地质条件不仅影响到坝址坝型的选择，而且关系工程投资、施工工期、工程效益和工程安全。由地质缺陷引起的大坝失事占40%左右,坝基稳定性的重要性 广义稳定性问题：承载力变形和不均匀变形抗滑稳定渗透稳定确保稳定性的措施：理论研究勘察测试手段监测建基面优选,5.1 各种坝型对工程地质条件的要求,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究,1.土石坝特点和要求：坝体是柔性的，允许产生较大的变形，对地质条件要求低。坝体断面和底宽均较大，对地基的压应力较小，抗滑稳定问题不突出。对渗透稳定性要求高，防渗墙很重要。坝顶不能溢流：对近坝库段稳定要求高：库区涌浪漫顶对两岸地形要求高：高山峡谷：应选择弯曲河段，凸岸可布置洞群及建筑物丘陵：建筑物布置在两岸，选择合适垭口布置溢洪道，平原：建筑物布置于河岸,可能的工程地质问题总体上看，对坝基要求低，但应注意研究如下问题：坝肩边坡较陡时，应注意坝体与地基岩体的接触问题；当坝基分布有深厚砂砾石层时，应注意渗漏和渗透稳定；当坝基分布有软土层时：承载力低，沉降大；软土层厚度变化大时，不均匀沉降问题突出；当坝基分布有黄土时，应注意湿陷性问题；当坝基分布有疏松砂土及少粘性土（粘粒含量15%）时，应注意液化问题（静力和动力）；当坝基分布有岩溶时，应注意渗漏和塌陷问题；当坝基分布有断层破碎带以及强透水带或泥化夹层时，应注意渗透变形、抗滑稳定问题；应注意含有可溶岩类的岩土体；透水坝基下游坝趾处分布有连续的、透水性较差的覆盖层时，应注意扬压力和流土问题；需有丰富的、满足质量要求的天然建材。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.1 各种坝型对工程地质条件的要求,2.重力坝特点：坝体刚度大，坝基不允许产生较大的不均匀变形，对地质条件要求高；坝体断面和底宽相对较大，压应力也较大，所以对坝基的承载力和抗滑稳定要求均较高；坝顶可布置泄洪建筑物，坝内可布置发电、泄洪建筑，所以对两岸可无布置洞群的要求，对地形适应性好；以自身重量维持稳定。要求：坝基具有足够的抗滑稳定性，能满足抗滑稳定的要求；坝基具有足够的承载力和刚度，且要求具有较好的均匀性和完整性；坝基、坝肩具有良好的抗渗性和渗透稳定性，不产生大量渗漏和过大的扬压力；峡谷区近坝库段和坝肩稳定性好；采取坝顶泄水方案时，坝下游河床具有较好的抗冲刷能力；坝址区附近应有足够的、符合质量要求的混凝土骨料或石料。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.1 各种坝型对工程地质条件的要求,3.拱坝特点：通过拱的传力作用将水荷载等水平推力传至坝肩，其稳定性主要依靠坝肩维持；拱坝的稳定性对坝的整体性和形态很敏感；断面和底宽较小；属整体结构，其抗震性能好。要求：对河谷断面形态要求高：对称、狭窄（V形、U 形、梯形）、宽高比小（1.52理想，最好3.5）；两岸坝肩要求：完整、均匀、新鲜、稳定、强度高、透水性小、耐风化；由于底宽更小，所以对抗渗性和渗透稳定性要求更高。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.1 各种坝型对工程地质条件的要求,二滩水电站双曲拱坝,Dam height:240m,Installed capacity:3,300 MW,Storage capacity:5.8 bm3,小湾水电站,坝高：294.5m总库容：149亿方总装机：420万kW,4、面板堆石坝：适用于河床覆盖层较薄、下覆基岩平整，两岸基岩完整的坝址，要求混凝土防渗面板趾板置于弱风化岩体上，堆石坝体可放于河床 覆盖层上，但要做好反滤与排水 特点：抗滑稳定性好，坝坡陡、断面小、枢纽布置紧凑，透水性好施工导流方便施工受雨季影响小如：水布垭（233m），秘鲁的莫罗德阿里卡（220m），紫坪铺（156m）,水布垭,5.2 地基（坝基）的沉降和承载力 1.土石坝坝基的沉降分析 沉降和不均匀沉降的不利影响过大的沉降会使坝顶设计高度得不到保证；导致防渗体的破坏：心墙、斜墙；坝基截渗墙；接触部位；坝内涵管的破坏。影响因素土性：种类、孔隙比、含水量、固结度、级配、压缩性；压缩层厚度；相变及厚度变化，基岩面起伏情况；附加应力的大小及分布；排水固结条件；施工进度。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究,计算方法分层总和法；土工有限元计算方法。不均匀沉陷允许值的确定长高比较大的坝，且计算点与基岩岸坡的距离 时：式中：S允为相距为l的两点的沉降差允许值；t为坝体填土允许的抗拉强度；h为坝高；0、l分别为地基和坝体的变形模量。经验法：根据我国的大量调查表明：土坝允许的不均匀沉陷斜率应1.5%,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.2 地基（坝基）的沉降和承载力,2.岩质坝基的沉陷分析新鲜、微风化、弱风化，坚硬、完整的岩质坝基E0高沉陷很小、且以弹性变形为主除高坝外一般可不分析坝基的沉陷。但由于坝体的刚性强，对不均匀沉陷的协调能力差形成应力集中坝体开裂危及稳定。产生不均匀沉降的地质因素岩性、完整性、风化程度差异大，变形模量相差悬殊；地基（坝基）持力层范围内分布有断层破裂带、裂隙密集带、强烈卸荷带、槽状风化带、溶蚀的洞穴；结构面和岩层产状的影响：倾斜、突变；地下水呈不均匀分布。计算分析数值分析。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.2 地基（坝基）的沉降和承载力,3.地基承载力的计算评价 确定承载力的方法理论计算方法：1）极限荷载法：Pu=DNq+CNc，缺点：Pu随D增加而增加，但有临界深度问题2）容许应力法:Pcr、P1/4、P1/3，临塑荷载Pcr过于保守临界荷载P1/4、P1/3原位试验法：主要用于土质及软岩地基，如载荷试验、触探试验、标贯试验等。规范查表法：不同行业执行不同的规范。有地基基础设计规范和相关的勘察规范。如建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)，岩土工程勘察（GB50021-94）,公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）等。特殊性土有专门规范，如湿陷性黄土地区建筑规范（GBJ25-90）经验类比法：工程勘察中讲。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.2 地基（坝基）的沉降和承载力,坝基承载力的评价（水利水电工程地质勘察规范（GB50287-99）松软土地基的承载力据N63.5初步评价：N63.54 的粘土为软土；N63.510的砂土为松砂层。N63.515的粘土为硬土层；N63.530的砂土为紧密砂层。坝基岩体的承载力根据岩块饱和单轴极限抗压强度（Rc），结合裂隙发育程度，折减后作为坝基岩体的容许承载力。1）坚硬和半坚硬岩（Rc30MPa）：fk=1/7 Rc 裂隙不发育（间距1.0m）（1/7-1/10）Rc m）（1/10-1/16）Rc m）（1/16-1/20）Rc 裂隙极发育（间距0.1m）2）软弱岩石（Rc 30MPa）：fk=1/5 Rc 裂隙不发育（间距 1.0m）(1/5-1/7)Rc 裂隙较发育（间距1.0-0.3m）(1/7-1/10)Rc 裂隙发育（间距0.3-0.1m）(1/10-1/15)Rc 裂隙极发育（间距0.1m）,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.2 地基（坝基）的沉降和承载力,非经处理不宜作为水工建筑物的天然地基。,较好的天然地基。,(3)关于基本值、标准值、设计值基本值：Ps曲线有明显比例界限时，取界限点的值作为承载力基本值极限荷载能确定且小于1.5倍比例界限值，则取0.5倍极限荷载作为承载力基本值上述两点都不能确定时，取s/B=0.010.02对应的荷载标准值：标准方法试验并经处理得出野外鉴别、标贯试验查规范确定基本值乘以回归修正系数得到的值设计值：极限荷载除于安全系数标准值考虑基础宽度和埋设修正 承载力设计值、承载力特征值、容许承载力在不同规范里概念上不一样，但含义相当,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.2 地基（坝基）的沉降和承载力,5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析1.坝基岩体滑动破坏的类型表层滑动浅层滑动深层滑动混合滑动2.滑动边界条件分析深层滑动边界条件的组成滑动面（底滑面）特点：1）产状平缓（30度）、稳定；2）分布范围广，连续性强，埋藏浅；3）夹泥多，f、c值低；4）走向与坝轴线小角度相交。常见的滑动面：软弱夹层、断层面、片理面、层理面。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究,切割面：把滑移体与周围岩体分隔开的结构面1）纵向切割面：产状陡；走向与坝轴线垂直或大角度相交；以剪应力为主，法向应力很小。2）横向切割面：产状陡，当产状平缓时，具有底滑面的作用（双滑面）；走向与坝轴线平行或小角度相交；属拉裂面，可为追踪面。临空面:滑移体的自由滑出面1）水平临空面：河床面；2）陡立临空面：深潭、深槽、冲刷坑、下游基坑；陡倾角的横穿河床的断层破碎带、软岩、风化深槽、裂隙密集带潜蚀溶洞。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,常见的滑动边界条件及其组合类型缓倾（倾角30）层状岩体滑移边界组合：1）存在一组占优势作用的结构面：层面、层间错动面、软弱夹层、泥化夹层构成底部滑动面；底滑面特征：厚度薄、产状稳定、延伸范围广;层数多、成簇出现，最不利滑动面的确定困难；2）纵、横切割面：多追踪裂隙和小断层，产状陡立；3）临空面：冲刷坑、断层破碎带、河床面特征：1）对于软硬相间的层状岩体，层间错动强烈，夹层物理力学性质差，f 可小于0.17；2）最不利情况：地层走向河流流向;倾向下游的软弱夹层出露于坝基中点至偏下游三分之一的范围内为最不利受力3）可发生浅层、深层滑动（包括双滑面滑动）。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,坝基为砂岩、板岩互层，倾角7-20，形成底滑面；顺河向断层形成纵向切割面；冲刷坑形成临空面。建成10年后，有不稳趋势，及时处理,坝基为震旦系石英砂岩夹泥质薄层粉砂岩和页岩。岩层倾向下游偏右岸，倾角6-8；层间错动泥化夹层形成底滑面；断层形成临空面。验算不安全，改变设计,湖南省永州市双牌县,河北省沙河市孔庄乡村,倾斜（倾角30 60）层状岩体滑移边界组合：横谷：反倾、缓倾压性断层形成底滑面；(1d)纵谷：层面和断层构成双滑面，兼纵向切割面平放的三角柱体或尖锥体；斜谷：稳定条件相对较好，但仍有上述破坏形式存在。特征：组合体嵌入地基深处，稳定条件相对较好，多表现为接触滑动，当裂隙较发育时，应充分注意追踪型滑面的浅层滑动，,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,陡倾（倾角60）或倒转层状岩体构造作用强烈，断裂发育，断层宽度大，产生浅层滑动。滑移边界组合：横谷：与反倾、缓倾压性断层构成滑动面1）X型扭性断裂（走向与岩层走向近正交，倾角40 60）形成其滑动面（双滑面）和纵向切割面，层面构成横向切割面；(2a,2b)2）反倾、缓倾压性断层构成滑动面，层面构成横向切割面，张性断层、裂隙构成纵向切割面；(1a)纵谷：层面和反倾向压性断层构成滑动面兼纵向切割面，张性及扭性断层、裂隙构成横向切割面.(1c,1b)斜谷：稳定条件较好。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,块状岩体岩体完整性较好，结构面陡倾角为主，稳定问题：1）接触滑动；2）与缓倾结构面构成不利组合，形态复杂。,3.坝基岩体抗滑稳定性计算（1）技术难点滑动边界、尤其是最不利滑裂面的确定。每一个具体的滑裂面都对应一个K值，关键的是Kmin。滑动方向的确定。滑动力和抗滑力都是矢量。滑裂面f、c的确定。荷载组合的选择。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,（2）受力条件分析坝体及滑体自重：永久设备重量：水压力：扬压力：很不利、很重要（可抵消坝体重量的30%40%），且难于精确确定组成：浮托力+渗透压力影响因素：1）水头差及下游水深；2）库底淤积、入渗条件，下游覆盖、排水条件；3）坝基岩体渗透性：岩溶及结构面的发育程度、分布、充填、性质、连通性；4）防渗帷幕：深度、材料、工艺、排数；5）排水、减压措施。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,扬压力计算方法：1）无防渗排水（或有，但已失效）时：2）设防渗帷幕或排水孔时：实体重力坝 宽缝重力坝3）当下游水位较高，采用抽排降压系统时,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,淤泥压力：按土压力计算，设计中可不予考虑；地震力：设计烈度 7度时考虑1）水平地震惯性力：2）地震动水压力：坝上游面直立时，单位宽度坝段上的总动水压力W 坝体及滑体重量；KH 水平向地震系数，取0.1（7度）、0.2（8度）、0.4（9度）；CZ 包括地基影响在内的综合影响系数，取0.25；F 地震惯性系数，垂向取1.5（坝高150m）水平取1.1（坝高30m）、1.3（30m 坝高70m）、1.5（坝高 70m）H1 坝前水深波浪压力及冰压力：注意：上述荷载并非同时存在，分为：基本荷载组合：正常运行期间遭遇正常设计水位和设计洪水时的各种荷载组合；特殊荷载组合：校核洪水位、地震、水位骤降等,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,（3）抗滑力分析滑动面的阻滑作用：滑动面：含软弱、易膨胀、易溶矿物，空隙多，胶结差，结构面发育c、f 低影响软弱夹层抗剪强度的因素：成因类型、岩性、构造、风化综合作用颗粒组成：粘粒含量软夹分为泥型、泥夹碎屑型、碎屑夹泥型、岩块碎屑型矿物成分：含高岭土、伊利石、蒙脱石抗剪强度逐渐减小2）含水量、固结程度3）夹层上下界面的形态及错动面特征、夹层厚度及充填情况；4）夹层延展性、连续性。侧（纵）向切割面的阻滑作用往往被作为安全储备。被动抗力体（尾岩）的阻滑作用视具体情况，可考虑其阻滑作用。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,（4）抗滑稳定安全系数的计算安全系数的定义：滑裂面上抗滑力与滑动力之比。计算方法：1）块体极限平衡法。2）数值分析法。3）地质力学模型试验法。计算模式及安全性判别（重力坝）：1）按抗剪强度（纯摩强度）计算：基本组合：K1.051.10；特殊组合：K1.01.05。2）按抗剪断强度（剪摩强度）计算：基本组合：K3.0；特殊组合：K2.32.5。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,计算公式：1）表、浅层滑动：f、c的取值：表层滑动：混凝土与岩体之间；浅层滑动：建基面岩体。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,2）深层滑动：单滑面（纯摩）：倾向下游：倾向上游：,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,双滑面：剩余推力法：根据块体静力传递原理，先假定后滑面K=1.0，算出其剩余推力；在剩余推力作用下，计算前滑面的K。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,双滑面：被动抗力法：先假定前滑面K=1.0，算出其被动抗力R；在被动抗力作用下，计算后滑面的K。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,双滑面：等K法：假定前、后滑面的K相等，用试算法求解。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,3）说明：被动抗力R与水平面的夹角变化于0之间当滑面倾角30，=0 或。,4.拱坝坝肩岩体稳定性分析坝体所承受荷载的大部分经拱的作用传递至两岸坝肩坝肩稳定性至关重要要求坝肩下游支撑拱座的岩体：新鲜、完整、雄厚所以拱坝坝肩的稳定性问题主要是沿软弱结构面向下游河床方向的滑动问题。（1）常见的滑动边界底滑面：缓倾的软弱结构面；纵向（侧向）切割面：与岸坡近平行的陡倾角结构面；横向（后缘）切割面：与岸坡近正交的陡倾角结构面；临空面：拱端下游凹岸、河弯岸坡、冲沟、与岸坡近正交的断层破碎带和软弱岩层、风化槽等。（2）常见的不利组合（3）抗滑稳定计算计算方法：块体极限平衡法、有限元等数值分析法、实体比例投影法、模型试验。受力分析：正确确定滑动边界条件受力分析受力分解（平行和垂直滑面）建立平衡条件计算抗滑力和滑动力。计算稳定安全系数,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,计算步骤：设作用于F1、F2面上的法向反力为R1、R2，沿棱线下滑反力为S将R1、R2、S沿x、y、z轴分解，由平衡条件x=0，y=0，z=0求解R1、R2、S进一步求解Kc,5.岩体及软弱夹层抗剪强度指标的确定(1)抗剪强度指标确定的方法试验法（含室内和现场）：试验指标 建议指标 设计指标 由试验成果 根据工程地质条件、根据工程特点、受力条件、分析整理得 试验条件、工程要求 重要性等，对建议值作调整。综合考虑。抗剪强度取值：比例极限 屈服值 峰 值 流变值 长期强度、残余强度 坚硬、半坚硬 软岩、软弱夹 坚硬、半坚硬岩 大型工程将其 峰值强 岩的取值标准 层的取值标准 取0.5的折扣；取为长期强度 度的0.8 软岩、软弱夹层（软夹、断裂带）取0.60.8的折扣 C值的分散性大，多按试验值的20%选用。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,类比法经验法规划和可研阶段可结合地质条件采用经验法确定初设和技施设计阶段应根据试验测定的数据确定对于多种介质：1）有面积加权和应力加权2种方法，各有优缺点；2）当软弱夹层（岩层）面积占60%时，应完全按软弱夹层考虑抗剪指标。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,（2）岩体抗剪强度指标的确定确定岩体抗剪强度的技术路线：工程地质条件调查室内试验岩体结构、岩体质量分层、分区各区岩体质量的确定（可辅以声波、点荷载等轻型原位试验）根据各层、各区的质量类别查表确定力学参数；选择典型的、重要的区段进行原位现场试验分层、分区确定地质建议值,国家标准水利水电工程地质勘察规范（GB50487-2008）的有关建议值 岩体 砼/岩接触面抗剪断强度 岩体抗剪断强度 变形模量 分类 f c（MPa）f c（MPa）E（GPa）1.5 f 1.3 1.5 c 1.3 1.6 f 1.4 2.5 c 2.0 20.0 1.3 f 1.1 1.3 c 1.1 1.4 f 1.2 2.0 c 1.5 20.0 E 10.0 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 0.9 f 0.7 0.7 c 0.3 0.8 f 0.55 0.7 c 0.3 5.0 E 2.0 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）软弱夹层、泥化夹层抗剪强度指标的确定技术路线：工程地质调查室内试验（尤其颗分试验）确定夹层类型查表确定f、c值；选择最重要的、最差的部位进行原位抗剪试验。国家标准水利水电工程地质勘察规范（GB50487-2008）的有关建议值,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.3 坝基岩体的抗滑稳定分析,5.4 坝基岩体质量分类是继地下洞室围岩分类之后，20世纪80年代出现的新研究课题。1988年6月召开坝基岩体质量分类及参数选择学术讨论会。分类的目的：指导岩体力学试验；提供岩体力学参数，确定建基面和处理措施；配合进行岩体稳定性分析。分类的原则：宏观综合性：以宏观地质调查和定性分析为基础考虑强度特性、变形特性、水理特性和不良地质因素；准确性和客观性：定量与定性相结合，辅以必要的定量参数；简便适用性：一般按五分法或六分法；针对性：侧重考虑坝型。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基岩体质量分类,工程岩体分级标准（GB50218-94）BQ分类法：是各类工程岩体质量分类的基础根据岩石坚硬度和完整性程度划分并考虑地下水、软弱结构面、地应力状态修正水利水电工程地质勘察规范（GB50487-2008）坝基岩体工程地质分类：首先按岩石饱和单轴抗压强度分为三大类：A：坚硬岩(从60MPa)B：中硬岩(从6030MPa)C：软质岩(从30MPa)然后根据岩体结构、岩体完整性、结构面发育程度及其组合情况、岩体和结构面的抗滑、抗变形能力把岩体分为五类。本分类主要用于评价坝基岩体的变形和抗滑性能。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基岩体质量分类,水利水电工程地质勘察规范，共分5类：I类：由坚硬岩组成，岩体完整、强度高、抗滑、抗变形性能强，不需专门地基处理，属优良的高混凝土坝地基；II类：由坚硬岩组成的AII类和中硬岩组成的BII类，AII类岩体较完整，强度高，软弱面不控制岩体稳定，BII类岩体结构特征基本同AII类，两者均为抗滑、抗变形性能较强的岩体，地基处理的工作量不大，属良好的高混凝土坝地基；III类：AIII类抗滑、抗变形性能在一定程度上受结构面控制，需经专门处理后方能作为高混凝土坝地基;BIII类抗滑、抗变形性能受结构面和岩石强度控制，CIII类受岩体强度控制，两者能否作为高混凝土坝地基，需视承载力与强度论证面定；IV类：AIV、BIV类抗滑、抗变形性能明显受结构面控制，能否作为高混凝土坝地基，视处理效果而定；CIV类强度低，不宜作为高混凝土坝地基，即使局部利用，也需作专门处理，V类：散体结构，均不能作为高混凝土坝地基。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基岩体质量分类,5.5 渗透变形及其稳定性分析1.坝区渗漏条件分析（1）岩土体渗透性分级,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究,（2）渗漏通道分析1）透水层：第四纪的砂层、砂砾石层：密实度、颗粒级配、粘粒含量、分选性、地层结构和颗粒形状，这些因素与成因及年代有关。重点部位：古河道、阶地砂、卵、砾石层，坡麓地带的岩堆、坡积物 年代新、胶结不良的砂岩、砾岩层 裂隙发育的脆性岩层 具有气孔构造的裂隙化喷出岩：玄武岩等喷出岩,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,2）透水带：断层破碎带：透水性及渗漏量与年代、规模、性质、产状及母岩有关，它们决定了：透水带的宽度、断层岩的性质、充填及胶结情况、入渗及排泄条件、密实度。总体规律及特征：具有很强分带性，与规模、性质、产状和年代的关系密切；K碎块岩 K压碎岩 K角砾岩 K片状岩、K糜棱岩、K断层泥；K张性 K扭性 K压性；K上盘 K下盘；具有很强的方向性，垂直断层走向隔水、平行断层走向透水。裂隙密集带：透水性及渗漏量与裂隙性质、母岩性质、充填及胶结情况、密集带宽度及卸荷作用密切相关。槽状风化带。3）岩溶管道：第八章内容。总体特征：具有很强的不均匀性、严重、欠规律、边界条件复杂。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,（3）渗漏通道的连通性1）第四纪松散地层：主要取决于地层结构特征和地貌发育情况山区中上游：河床相粗颗粒形成主要的坝基渗漏通道，以管涌为主中下游：河床覆盖层呈多层结构双层结构形成天然铺盖，多层时隔水层的厚度、延伸情况、完整性影响联通性平原中下游：多薄层细粒结构，坝基渗漏和绕坝渗漏都很严重2）基岩透水层、透水带、岩溶通道：情况复杂受岩性、地质构造、地形地貌、覆盖层等因素控制地形地貌和覆盖层特征在宏观上控制地下水补、径、排岩性和结构面特征起主导作用,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,2.坝区渗漏量的计算 在“地下水动力学”课程中有详细介绍。难点：1）第四纪松散地层：相对简单，分单层和多层结构，有防渗措施时，复杂；2）基岩：复杂。渗透系数和边界条件都很难确定。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,3.渗透稳定性评价渗漏的不良后果：1）库水损失；2）产生扬压力，尤其是其中的渗透压力；3）产生渗透变形。（1）渗透变形的类型1）渗透变形的涵义是指土体或岩体在渗透水流作用下，其颗粒发生移动或被带出、颗粒的成分及结构发生变化的现象。必要的说明：既可产生于土体，也可产生于岩体（破碎带、软弱和泥化夹层、全强风化带）；既有化学溶蚀（溶解、阳离子交换），也有机械潜蚀（颗粒移动、结构破坏）；坝基、堤基、基坑、边坡、围岩中均可发生。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,2）渗透变形的类型管涌：是指砂土等无粘性土中的细颗粒或可溶成分在渗透水流作用下沿粗颗粒间的孔隙通道发生移动或被带出的现象。流土：是指在渗透水流逸出处，当渗透动水压力超过土体自重时，土体产生翻砂冒水、隆起或整体抬动的现象。接触冲刷：当渗流方向平行于两种渗透系数不同的土层接触面或建筑物（含基础）与地基的接触面时，沿接触面带走细颗粒的现象。接触流失：在层次分明、渗透系数相差悬殊的土层中，当渗流垂直于层面，将渗透系数小的土层中的细颗粒带到渗透系数大的土层中的现象。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,发生于砂土中，所有颗粒同时处于悬浮状态，而管涌只在小泉眼处出现细颗粒的跳动。,发生于粘性土、粉土及互层状土体,管涌与流土的区别：管涌只发生在砂性土中，流土在砂、粘性土中均可发生；流土只发生在渗透水流上升区（逸出处），管涌在渗水逸出处、入渗处和渗流区均可发生；管涌土体较松散，颗粒大小不一，且粘结力弱，流土体较密实，颗粒大小均一，且具一定粘结力,（2）渗透变形产生的条件渗透稳定性取决于渗透力（与水力坡降和渗透速度有关）和抗渗强度（土体对渗透水流的阻抗能力，与颗粒组成、排列方式、固结程度、胶结状况以及透水性有关）。1）水动力条件临界水力比降：流土型：管涌型：或 Gs：土的颗粒密度与水的密度之比；n：土的孔隙率（%）；k：土的渗透系数，由试验测定，或 d3、d5、d10、d20、d60：分别为占总土重3%、5%、10%、20%、60%的土粒粒径（mm）；Cu：土的不均匀系数：,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,亦可用于过渡型,无粘性土允许水力坡降：2 流土：是土体整体破坏，危害大 安全系数K=2.5 流土（特别重要的工程）1.5 管涌：比降是土粒在孔隙中开始移动并被带走时的比降，在此比降下，土体还有一定的承受水力比降的潜力无粘性土的Jc允可用经验值（水利水电工程地质勘察规范（GB50287-99）,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,2）土的颗粒成分和结构特征粗、细颗粒粒径比移动的条件：细颗粒粒径粗颗粒孔隙直径：均匀球形颗粒呈立方体排列时：粗粒土直径与孔隙直径之比：D/d0=2.46.4（疏松紧密排列）考虑颗粒形状和结合水膜的影响时：易于产生渗透变形的最优比值：d0/d8，亦即D/d20，d为细粒土直径土的组成不同：颗粒级配曲线的陡缓不同渗透变形的类型不同细粒含量：较多粗大颗粒构成骨架，易于产生潜蚀；细粒含量较多时（2030%），孔隙大小取决于细颗粒，它既决定是否发生渗透变形，也决定其类型。其它：粘粒含量、固结度、土层结构等3）渗流出口条件取决于排水条件、压重、反滤层,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,（3）渗透变形类型的判别土的渗透变形的判别应包含：渗透变形类型的判别；流土和管涌的临界水力比降的确定；土的允许水力比降的确定。1）流土和管涌的判别根据土的细粒含量判别：土体中细颗粒含量：流土：管涌：式中：Pc土体中粒径小于df的细颗粒含量实际值，以质量百分比计（%）；n土的孔隙率（%）。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,df为粗细粒区分粒径（mm，也称几何平均粒径）的确定：连续级配的土：d10、d70：小于该粒径的含量分别占总土重10%和70%的颗粒粒径（mm）不连续级配的土：级配曲线中至少有一个以上的粒径级的颗粒含量3%的平缓段，粗细粒的区分粒径df以平缓段粒径级的最大和最小粒径的平均粒径区分，或以最小粒径为区分粒径，相应于此粒径的含量为细粒含量。,另：对于不均匀系数Cu（）5的不连续级配的土流土：Pc 35%；过渡型（取决于土的密度、级配和形状）：25%Pc 35%管涌：Pc 25%.,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,2）接触冲刷的判别对于双层结构的地基，当满足下列条件时，不会发生接触冲刷：各土层的Cu10，且D10、d10：分别为较粗和较细一层土的颗粒粒径（mm），小于该粒径的土重占总土重的10%。3）接触流失的判别对于渗流向上的情况，当满足下列条件时，不会发生接触流失：Cu5的土层：5Cu10的土层：D15、D20：分别为较粗一层土的颗粒粒径（mm），小于该粒径的土重占总土重的15%和20%。d70、d85：分别为较细一层土的颗粒粒径（mm），小于该粒径的土重占总土重的70%和85%。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝区渗漏与渗透稳定性分析,5.4 坝基处理目的：提高坝基岩体的刚度、强度、抗渗性和抗滑稳定性以满足大坝对坝基承载力、沉降和不均匀沉降、抗滑稳定性、渗漏和渗透稳定性的要求方法：因地而异，综合应用,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究,（1）清基：普遍采用岩基：土体坝基：挖除：低强度、高压缩性软土、泥炭土、湿陷性黄土、淤泥清除：草皮、树根、含植物表土、蛮石、垃圾等查清并处理：陷穴、巢穴、窑洞、矿洞、墓穴等混凝土面板堆石坝坝基：弱风化或混凝土底座上方法：人工撬挖、风镐、钻爆应注意爆破对建基面的影响以及易风化岩的保护建基面的形状：锯齿状，略向上游倾斜或向下游抬高的斜坡或台阶状，但高差不宜过大,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,拱坝：高坝：微风化、新鲜岩体；中坝：弱风化下部岩体；低坝：弱风化上部岩体,混凝土坝：高坝：微风化、弱下顶部；中坝：弱风化中、下部岩体；低坝：弱风化上部岩体,（2）加固灌浆处理：普遍采用作用：提高坝基的整体性、弹性模量增强承载力降低透水性减少渗漏量、防止渗透变形类型：按材料分：水泥灌浆粘土灌浆化学灌浆按作用分：固结灌浆：按平面布置，利用钻孔进行低压浅层灌浆帷幕灌浆：按剖面布置，利用钻孔进行高压深层灌浆接触灌浆：按平面布置，利用预埋钻孔进行高压浅层灌浆,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,固结灌浆1）方案设计：根据岩体破碎情况、坝型和坝基应力等确定2）灌浆孔的布置：大面积灌浆，重点地段加强按梅花型、六角形或方格状布置按序次逐渐加密（孔距从10m 20m开始，最终孔距为2m 4m）孔深一般为5m 15m，高坝可大于20m灌浆压力为0.2MPa 20MPa一般为垂直孔，但断层破碎带、裂隙密集带、软弱夹层等应按产状布置斜孔接触灌浆1）目的：提高坝体与坝基的胶结强度2）方法：在坝体浇筑至一定高程（形成有效压重）后，在预埋的管、孔中进行灌浆大面积布置，采用高压灌浆，与固结灌浆合二为一,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,锚固：锚杆（系统锚杆）、预应力锚杆（锚索）、大直径砼管桩,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,断层破碎带和软弱夹层的处理陡倾、出露窄的：砼塞、砼拱、砼梁、砼垫层；缓倾、出露宽的：抗滑（渗、沉）砼塞（键）、砼齿墙、大直径砼桩,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,（3）防渗和排水帷幕灌浆1）方案设计：以岩体透水性分带为依据，根据水文地质条件、防渗要求由灌浆试验确定灌浆孔深度、厚度、孔距、排距及灌浆压力、材料、水灰比等。混凝土坝防渗要求：高坝：q1Lu；中坝：q=13Lu；低坝：q=35Lu2）灌浆孔的布置：按剖面布置，在靠上游面的地基中，平行坝轴线布置1排或几排灌浆孔；按梅花型、六角形或方格状布置；按序次逐渐加密，最终孔距一般为1.5m4.0m，排距略小于孔距；一排帷幕的厚度约为0.70.8倍的孔距，高坝一般设2排以上帷幕，中低坝设12排；灌浆孔深取（0.30.7）倍的坝高，但要求深入相对不透水层内3m5m；灌浆压力取（13）倍的水头；帷幕长度与两岸不透水层或蓄水前天然地下水位相交。,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,防渗墙和铺盖主要用于覆盖层地基，防渗墙设于心墙、斜墙或铺盖之下；防渗墙可采用接地式，也可采用悬挂式，可采用刚性墙，也可采用柔性墙；当砂砾石层不厚时，可采用开挖梯形槽回填粘土成为截渗墙；当透水层较厚或坝高较大时，宜采用防渗墙：地下连续墙（刚性砼墙或柔性粘土墙）、定喷板墙、板桩墙、排桩墙当透水层很厚，且为高坝时，宜采用：悬挂式截渗墙+粘土铺盖。排水减压反滤压重措施目的：减小扬压力、防止渗透变形,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,（4）改变建筑物结构形式以适应坝基的地质条件改变坝型加大断面扩大基础设支撑墙增加压重坝肩加设重力墩加深齿墙预留沉降缝降低坝高移动坝轴线坝轴线拐弯等,第五章 坝基（地基）稳定性问题的工程地质研究5.4 坝基处理,第六章 边坡稳定性的工程地质研究,边坡工程地质研究的目的：通过勘察、分析、计算，评价和预测边坡的稳定性；为设计合理的工程边坡和制定有效的边坡防治措施提供地质依据,6.1 边坡稳定问题的特点1）自然界普遍存在、工程中大量遇到包括：自然边坡：山坡、谷坡、岸坡人工边坡：基坑边坡、坝肩边坡、隧洞进出口边坡、堤坡、矿山边坡、土石坝坝面边坡、船闸边坡、渠坡等2）变形破坏形式多样、机理差别大形式不同、机理不同，则评价方法、处理措施不同；,第六章 边坡稳定性的工程地质研究,3）在时间、空间分布上具有集中性和随机性时间上，一次大暴雨、大地震往往造成大量的边坡稳定问题，据统计，滑坡在地质灾害中所占比例最大可达51。其主要诱发原因是暴雨，暴雨诱发的滑坡占滑坡总数的90（魏丽，2005）。5.12.汶川地震：崩塌滑坡产生13个堰塞湖，213国道大面积山体滑坡堵塞交通2004年9月3日至6日，宣汉县普降暴雨、大暴雨、特大暴雨。由于这场暴雨覆盖面宽，强度大，持续时间长，95%以上的降雨形成地表泾流，导致山洪暴发，全县发生大小滑坡2000多处，造成22人死亡、3人失踪，200余人受伤。如81年7月，四川暴雨，全省90个县州产生6万多处滑坡，规模大的有47000多处。同年8月，陕西暴雨，产生1万多处滑坡，规模大的有1005处。4）分布广、稳定问题突出高、矮边坡都可能存在稳定问题；土坡、岩坡都可能存在稳定问题；陡坡、缓坡都可能存在稳定问题;18，暴雨，18日滑动，1500万m3）坡度仅10 30 陡倾、缓倾边坡都可能存在稳定问题，如黄河小浪底1#滑坡滑面倾角20；顺倾边坡、反倾边坡也都可能存在稳定问题，如黄河小浪底隧洞进出口边坡为反倾。,第六章 边坡稳定性的工程地质研究6.1 边坡稳定问题的特点,5）危害大 规模大如瓦依昂（55年动工，60年9月建成）滑坡（63.10.9，10：37，滑速28m/s）的体积近3亿m3；滑距长、影响范围大如甘肃洒勒山（兰州西南60km，东乡县，果园公社宋罗大队）滑坡（6000万m3）滑距1500m，堆积物覆盖面积1km2，厚度150m；次生灾害大：二级库、涌浪瓦依昂滑坡涌浪超过260m，约1400万m3的库水漫过坝顶；滑体性质差：松散架空、二（多）次复活如新滩滑坡（西陵峡上段，兵书宝剑峡出口的北岸，三峡报告中叫姜家坡滑坡，85.6.12，凌晨发生，2000万m3）就属二次复活；难预报、往往具有突发性，尤其是崩塌如湖北远安县盐池河磷矿大山崩（80.6.3凌晨，150m高，约100万m3的山体突然崩落）。,第六章 边坡稳定性的工程地质研究6.1 边坡稳定问题的特点,6.2 边坡的应力分布特征破坏机理：侵蚀下切、人工开挖等：边坡逐渐形成、高陡；稳定边界条件逐渐变化；地应力的大小和方向不断调整、变化；边坡岩体产生相应变形由量变到