第5章水利工程常見的地質(zhì)問題(壩的工程地質(zhì)研究)

5.2壩基巖體穩(wěn)定性的

工程地質(zhì)分析壩基巖體的緊縮變形與承載力壩基〔肩〕巖體穩(wěn)定性分析壩基巖體抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)的選取降低壩基巖體抗滑穩(wěn)定性的作用壩基處置各種壩失事百分率統(tǒng)計(jì)概述水利水電工程建立實(shí)際闡明，工程地質(zhì)條件不僅影響到壩址、壩型的選擇，而且關(guān)系到工程的投資、施工工期、工程效益和工程平安。在大壩發(fā)生毀壞的事故中，因地質(zhì)問題而引起的最多，因此在大壩的設(shè)計(jì)和施工中，對(duì)壩基或壩肩的巖體進(jìn)展工程地質(zhì)條件的分析研討是非常重要的。①壩基在接受荷載作用下不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)；②壩基各部位的應(yīng)力及變形值要在學(xué)科范圍之內(nèi)，防止產(chǎn)生過大的部分應(yīng)力集中和嚴(yán)重的不均勻變形；③壩基在滲流水的長(zhǎng)期作用下，堅(jiān)持力學(xué)上和化學(xué)上的穩(wěn)定，滲漏量和滲流壓力都應(yīng)控制在允許范圍之內(nèi)。主要處理問題：通常100m高的混凝土重力壩，傳到壩基上的自重壓力可達(dá)2MPa以上。導(dǎo)致壩基破壞的巖體失穩(wěn)方式：W第一節(jié)壩基巖體的緊縮變形與承載力第一節(jié)壩基巖體的緊縮變形與承載力一、壩基巖體的緊縮變形〔1〕巖性軟硬不一，變形模量值相差懸殊，引起較大的不均勻沉陷，導(dǎo)致壩體發(fā)生裂痕。如粘土頁巖、泥巖、劇烈風(fēng)化的巖石以及松散堆積物、尤其是淤泥、含水量較大的粘性土層，是容易產(chǎn)生較大沉陷變形的巖層。一、壩基巖體的緊縮變形〔2〕壩基或兩岸巖體中有較大的斷層碎帶、裂隙密集帶、卸荷裂隙帶等脆弱構(gòu)造面，尤其是張性裂隙發(fā)育帶且裂隙面大致垂直于壓力方向，易產(chǎn)生較大的沉陷變形?！?〕巖體內(nèi)存在溶蝕洞穴或掏空景象，產(chǎn)生塌陷而導(dǎo)致不均勻變形。上述脆弱巖層和脆弱構(gòu)造面的產(chǎn)狀和分布位置對(duì)巖體變形也有顯著影響二、壩基巖體承載力允許承載力：在保證建筑物平安穩(wěn)定的條件下，地基可以接受的最大荷載壓力。包括過大沉陷變形引起的破壞，也包括剪切滑移導(dǎo)致破壞。如何確定地基承載力？三種方法:〔1〕現(xiàn)場(chǎng)荷載實(shí)驗(yàn)法。按巖體實(shí)踐接受工程作用力的的大小和方向進(jìn)展原位實(shí)驗(yàn)。獲得巖體彈性模量、變形模量、泊松比目的。復(fù)雜、費(fèi)用高。在大中型工程中采用?！?〕閱歷類比法。根據(jù)已建成的工程閱歷數(shù)據(jù)、工程特征、地質(zhì)條件進(jìn)展比較選取。二、壩基巖體承載力巖體級(jí)別ⅠⅡⅢⅣⅤf0（MPa）>7.07.0～4.04.0～2.02.0～0.5<0.5基巖承載力根本值〔f0〕風(fēng)化程度巖石類別全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化中等風(fēng)化微風(fēng)化硬質(zhì)巖石200～500500～10001000～25002500～4000軟質(zhì)巖石200～500500～10001000～1500巖石允許承載力表〔KPa〕〔3〕以巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度〔Rb〕乘以折減系數(shù)〔φ〕求承載力的方法是最廣泛運(yùn)用的簡(jiǎn)便方法。承載力f=φRb折減系數(shù)選?。何L(fēng)化0.2～0.33；中等風(fēng)化0.17～0.25.只思索風(fēng)化要素,且只需二個(gè)檔次,不易掌握.巖石名稱節(jié)理不發(fā)育(間距1.0m)節(jié)理較發(fā)育(間距1～0.3m)節(jié)理發(fā)育(間距0.3～0.1m)節(jié)理極發(fā)育(間距<0.1m)堅(jiān)硬和半堅(jiān)硬巖石(Rb>30MPa)1/7Rb(1/7～1/10)Rb(1/10～1/16)Rb(1/16～1/20)Rb軟弱夾層(Rb<30MPa)1/5Rb(1/5～1/7)Rb(1/7～1/10)Rb(1/10～1/15)Rb<巖石壩基工程地質(zhì)>，適用于初期設(shè)計(jì)階段或中、小型水利工程中第二節(jié)壩基〔肩〕巖體的抗滑穩(wěn)定分析壩基巖體抗滑穩(wěn)定性指的是壩基巖體在筑壩后的各種工程荷載作用下，抵抗發(fā)生剪切破壞的性能。不同壩型對(duì)壩體和地基接觸面或地基巖體中能否能夠產(chǎn)生滑動(dòng)的要求是各不一樣的。壩基抗滑穩(wěn)定問題是重力壩設(shè)計(jì)和重力壩工程地質(zhì)勘查研討的主要課題。對(duì)于重力壩而言，很少有由于壩身遭到剪切破壞的壩，但是多數(shù)壩基巖體中總是存在著風(fēng)化巖體。脆弱夾層、斷層裂隙、地下水等不利地質(zhì)條件，在不利條件組合下呵斥壩基滑動(dòng)，使大壩蒙受破壞。一、壩基巖體抗滑動(dòng)破壞的類型圖3-5壩基滑動(dòng)破壞的方式(a)表層滑動(dòng)(b)淺層滑動(dòng)〔C〕深層滑動(dòng)1、表層滑動(dòng)指壩體沿壩底與基巖的接觸面發(fā)生剪切破壞所呵斥的滑動(dòng)?；瑒?dòng)面大致是平面。壩基巖體鞏固，地基巖面處置不好或混凝土澆注不好。主要發(fā)生在壩基巖體的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于壩體混凝土強(qiáng)度，且?guī)r體完好、無控制滑移的脆弱構(gòu)造面的條件下。此時(shí)，混凝土根底與基巖接觸面常稱為薄弱且能夠滑動(dòng)的面，接觸面的摩擦系數(shù)值，是控制重力壩設(shè)計(jì)的主要目的。壩體必需具有足夠的分量，以便使接觸面上的摩擦阻力大于作用在壩體上的總程度推力。一、壩基巖體抗滑動(dòng)破壞的類型2、淺層滑動(dòng)當(dāng)壩基表層巖體的抗剪強(qiáng)度低于壩體混凝土?xí)r，剪切破壞往往發(fā)生在淺部巖體之內(nèi)，呵斥淺層滑動(dòng)?；瑒?dòng)面常參差不齊。壩基巖體脆弱，或巖體雖鞏固但外表部風(fēng)化破碎層沒有挖除干凈。一、壩基巖體抗滑動(dòng)破壞的類型1〕壩基巖體的巖性脆弱，巖石本身的抗剪強(qiáng)度低于壩體混凝土與基巖的接觸面．故在庫(kù)水推力作用下，易于沿表層巖體的內(nèi)部發(fā)生剪切破壞。從產(chǎn)生條件來看，這種淺層滑動(dòng)能夠有三種主要類型：壩基淺層滑動(dòng)表示圖2〕由近程度產(chǎn)出的薄層狀巖層(特別是夾有脆弱層者)由近程度產(chǎn)出的薄層狀巖層(特別是夾有脆弱層者)組成的壩基在庫(kù)水推力作用下產(chǎn)生滑移彎曲。這類變形破壞的產(chǎn)生主要是由于薄層狀構(gòu)造巖體的抗彎折變形才干很低，在平行于層理方向的荷載作用下，易于產(chǎn)生突向臨空面方向的彎曲變形，故在程度荷裁作用下，壩趾下游巖層往往因發(fā)生隆起而喪失對(duì)壩基沿脆弱層滑動(dòng)的抗力，于是促進(jìn)了壩基整體滑動(dòng)的發(fā)生?！惨韵聢D所示〕3)是碎裂構(gòu)造巖休組成的壩基碎裂構(gòu)造巖休組成的壩基在壩體推力作用下發(fā)生的剪動(dòng)滑移破壞。3、深層滑動(dòng)在壩基巖體的較深部位，沿脆弱構(gòu)造面發(fā)生剪切破壞?；瑒?dòng)面由兩三組或更多的脆弱構(gòu)造面組合而成，只需當(dāng)?shù)鼗鶐r體內(nèi)存在有脆弱構(gòu)造面，且按一定組合能構(gòu)成危險(xiǎn)滑移體時(shí)，才有發(fā)生深層滑動(dòng)的能夠。是高壩主要破壞方式。一、壩基巖體抗滑動(dòng)破壞的類型壩基巖體表層滑動(dòng)邊境條件比較簡(jiǎn)單，主要取決于壩體混凝土與基巖接觸面的抗剪強(qiáng)度。淺層滑動(dòng)近似一平面，抗滑穩(wěn)定性取決于淺部巖體的抗剪強(qiáng)度。壩基的深層滑動(dòng)比較復(fù)雜，它必需有滑動(dòng)面、切割面和臨空面，下面著重討論。二、壩基巖體滑動(dòng)破壞的邊境條件分析二、壩基巖體滑動(dòng)破壞的邊境條件分析ABCD是滑動(dòng)面；ABFE是被拉開的張裂面；ADE、BCF和ABFE是切割面；HDCG是臨空面。這些界面構(gòu)成滑移體的邊境條件。CAEFGHBD滑動(dòng)面：如緩傾的頁巖夾層、泥化夾層、節(jié)理、卸荷裂隙、斷層破碎帶等?？梢允菃我坏?，也可以是由兩組或更多組的構(gòu)造面組成的楔形、梭柱形、錐形。切割面：將巖體切隔開來，構(gòu)成不延續(xù)塊體的構(gòu)造面。通常由較陡的脆弱構(gòu)造面構(gòu)成。如各種陡傾的斷層和裂隙等。如ABEF面，受拉應(yīng)力而破碎。臨空面:滑移體與變形相臨的面，是指滑移體可向之滑動(dòng)而不受妨礙或阻力很小的自在面。壩基深層滑移類型楔形體錐形體棱柱體方塊體壩基滑移體外形表示圖二、壩基巖體滑動(dòng)破壞的邊境條件分析常見的幾種滑移破壞方式：1、巖層產(chǎn)狀平緩當(dāng)壩基巖性脆弱或脆弱夾層埋藏較淺時(shí)，在程度推力作用下，下游巖層容易彎曲，構(gòu)成淺層滑移。砂巖泥化夾層薄層泥巖程度巖層的滑動(dòng)破壞二、壩基巖體滑動(dòng)破壞的邊境條件分析2、脆弱構(gòu)造面傾向上游〔傾角小于30°〕壩基下脆弱構(gòu)造面的產(chǎn)狀愈平緩，由壩體自重力W和程度推力H組成的合力R作用在其上的向下游的滑力愈大，抗滑力愈小，對(duì)穩(wěn)定愈不利。HWR當(dāng)壩基下有貫穿的傾向上游的緩傾角構(gòu)造面時(shí),最易與壩基附近的橫向切割面和平行于河流方向的側(cè)向切割面組成楔形體,直接由河床面滑出.二、壩基巖體滑動(dòng)破壞的邊境條件分析3、脆弱構(gòu)造面傾向下游〔傾角小于30°〕壩基最大剪應(yīng)力方向常與脆弱面近于平行，所以最危險(xiǎn)。當(dāng)壩趾附近有深層槽、洞穴或沖刷面直接滑出。當(dāng)壩趾下游有傾向上游的脆弱面，那么組成楔形體，自河面滑出。當(dāng)存在有較厚的脆弱巖層或破碎帶時(shí)，可因產(chǎn)生較大的緊縮變形而起到臨空面的作用，導(dǎo)致壩基滑動(dòng)。巖性不均勻的壩基剖面斷層泥化夾層構(gòu)成滑動(dòng)面沖刷坑二、壩基巖體滑動(dòng)破壞的邊境條件分析4、陡傾層狀巖體普通不利于構(gòu)成單一的滑動(dòng)面，但可與層間法向裂隙或延續(xù)性裂隙組成階梯狀，或近似弧形的滑動(dòng)面。陡傾層狀巖體的滑移破壞F三、邊境條件的阻滑要素1、滑動(dòng)面的阻滑作用滑動(dòng)面的f、c值是決議巖體抗滑才干的主要要素。但當(dāng)滑動(dòng)面的起伏差大，延續(xù)性差、夾泥層滅尖或被其他斷裂錯(cuò)動(dòng)時(shí)，那么可提高其抗滑才干。2、側(cè)向切割面的阻滑作用抗滑穩(wěn)定分析是不計(jì)巖體的側(cè)向抗滑作用的，只是把它作為平安貯藏。但實(shí)踐上是客觀存在。3、壩下游抗力體的阻滑作用壩基脆弱夾層傾向下游，假設(shè)下游無沖刷坑或可緊縮的斷層破碎帶作為臨空面，那么下游巖體有一定的抵抗滑動(dòng)作用三、邊境條件的阻滑要素3、壩下游抗力體的阻滑作用有滑動(dòng)面且無臨空面時(shí)，必需有傾向上游的滑動(dòng)面與之組合。bc面上的摩擦力，除抗力巖體的自重外，還有壩體傳來的水壓力和壩體的自重等合力，合力的作用方向與bc面垂直，所以摩擦力較大。f1,c1f2,c2pabcb′圖5-12抗力體的阻滑作用ab-滑動(dòng)面；bc-第一破碎面；bb′-第二破裂面四、壩肩巖體滑動(dòng)的邊境條件分析對(duì)重力壩，壩肩部分庫(kù)水水頭變低，程度推力減小。對(duì)拱壩，壩身所受的水壓力，經(jīng)過拱圈傳送到兩岸巖體上。另一方面，拱壩對(duì)壩肩巖體的變形非常敏感，稍有位移即可引起拱圈產(chǎn)生超出允許范圍的拉應(yīng)力，從而發(fā)生裂痕，甚至導(dǎo)致潰壩。四、壩肩巖體滑動(dòng)的邊境條件分析側(cè)向滑動(dòng)面，3，4切割面：1，2臨空面：當(dāng)下游河谷變窄、地形收縮時(shí)，滑動(dòng)面增長(zhǎng)，對(duì)巖體穩(wěn)定不利。在壩下游河流急轉(zhuǎn)且岸坡峻峭突出或有沖溝切割，兩面臨空景象，對(duì)穩(wěn)定不利。EVHO1234AN拱壩壩肩巖體穩(wěn)定分析表示圖拱壩切割面滑動(dòng)面四、壩肩巖體滑動(dòng)的邊境條件分析幾種能夠引起壩肩巖體發(fā)生滑動(dòng)的地形地質(zhì)條件a1a2a3a、由一組脆弱構(gòu)造面構(gòu)成的不利條件四、壩肩巖體滑動(dòng)的邊境條件分析幾種能夠引起壩肩巖體發(fā)生滑動(dòng)的地形地質(zhì)條件b1b2b、由兩組脆弱構(gòu)造面構(gòu)成的不利條件四、壩肩巖體滑動(dòng)的邊境條件分析幾種能夠引起壩肩巖體發(fā)生滑動(dòng)的地形地質(zhì)條件CDE1、表層滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算

式中：K——抗滑穩(wěn)定平安系數(shù)，取1.0～1.1；f——滑動(dòng)面的抗剪摩擦系數(shù)∑V——作用在滑動(dòng)面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和∑H——作用在滑動(dòng)面以上的力在程度方向投影的代數(shù)和K′——抗滑穩(wěn)定平安系數(shù)，取≧2.5；f′——滑動(dòng)面的抗剪摩擦系數(shù)c′——滑動(dòng)面的抗剪斷粘聚力；A——滑動(dòng)面的面積一、壩基巖體抗滑穩(wěn)定計(jì)算〔極限平衡〕∑H∑VU對(duì)中小型工程中的中、低壩，假設(shè)無條件進(jìn)展實(shí)驗(yàn)時(shí)，也允許按純抗剪公式計(jì)算。荷載組合

壩的級(jí)別123基本組合1.101.051.05特殊組合(1)1.051.001.00特殊組合(2)1.001.001.00不同情況下Kc的大小要求不同，如下表注：表中根本組合是指正常水位下的各種荷載組合；特殊組合(1)是在校核洪水位情況下的荷載組合；特殊組合(2)是包括地震荷載下的各種荷載組合。HH2〕深層滑動(dòng)抗滑穩(wěn)定計(jì)算(1)單滑動(dòng)面傾向下游，下游有陡立臨空面時(shí)：α(2)單滑動(dòng)面傾向上游時(shí)：αα一、壩基巖體抗滑穩(wěn)定計(jì)算(3)雙滑動(dòng)面或僅有傾向下游的滑動(dòng)面，下游無陡立臨空面時(shí)(剩余推力法〕：一、壩基巖體抗滑穩(wěn)定計(jì)算二、地質(zhì)因數(shù)對(duì)f、c值的影響1、滑動(dòng)面的影響?；瑒?dòng)面的起伏差越大，粗糙越不平，脆弱夾層越薄，抗剪強(qiáng)度越高。充填度〔充填厚度t/起伏差h〕與f的關(guān)系起伏值（cm）夾泥厚（cm）fC(KPa）0.5～20.05～20.82570.5～20.05～20.6352層面平直0.5～10.426層面平直2～100.2710起伏值與夾泥厚對(duì)f的影響0.60.4t/h0.20.40.81.21.62.0f充填度〔充填厚度t/起伏差h〕與f的關(guān)系2、地下水循環(huán)滲流的條件地下水的滲入可之間降低滑動(dòng)面上的f、c值，或促使脆弱層泥化3、壩基巖性不均時(shí)f、c確實(shí)定面積加權(quán)法：應(yīng)力加權(quán)法：f1f2f1f3多種巖層組成的壩基二、地質(zhì)因數(shù)對(duì)f、c值的影響三、抗剪強(qiáng)度目的的閱歷數(shù)據(jù)壩基巖膂力學(xué)參數(shù)參考值〔建議值〕巖體分類混凝土與巖體巖體變形模量f′C′(MPa)f′C′(MPa)E0×104（MPa）Ⅰ1.5～1.31.5～1.31.6～1.42.5～1.3>2.0Ⅱ1.3～1.11.3～1.11.4～1.22.0～1.52.0～1.0Ⅲ1.1～0.91.1～0.71.2～0.81.5～0.71.0～0.5Ⅳ0.9～0.70.7～0.30.8～0.550.7～0.30.5～0.2Ⅴ0.7～0.40.3～0.050.55～0.40.3～0.050.2～0.02<水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范>〔1993〕中提供的適用于規(guī)劃、可行研討設(shè)計(jì)階段的參考數(shù)據(jù)表三、抗剪強(qiáng)度目的的閱歷數(shù)據(jù)構(gòu)造面、脆弱層、斷層抗剪強(qiáng)度參考表〔建議值〕類型f′C′（MPa）節(jié)理面0.8～0.60.25～0.1層面0.7～0.50.15～0.05巖塊與巖屑型0.55～0.450.25～0.1巖屑夾泥型0.45～0.350.1～0.05泥夾巖屑型0.35～0.250.05～0.02泥0.25～0.180.02～0.01第四節(jié)壩基浸透穩(wěn)定性與沖刷1、壩區(qū)滲漏條件的分析①滲漏通道滲漏通道普通指具有較強(qiáng)透水性的巖土體，可分透水巖層、透水帶和透水喀斯特管道。透水層:主要透水層位第四紀(jì)的砂層、卵礫石層、膠結(jié)不良的砂巖、礫巖層等。透水帶：斷層破碎帶和裂隙密集帶。是基巖中主要滲漏通道?？λ固毓艿溃簤螀^(qū)有可溶性巖體存在時(shí)，由于劇烈喀斯特發(fā)育，在巖體中產(chǎn)生溶洞、暗河及溶隙等相互連通而構(gòu)成喀斯特管道，能夠呵斥嚴(yán)重的壩區(qū)滲漏。②滲漏通道的連通性第四紀(jì)松散堆積地層滲漏通道的連通性主要取決于地層構(gòu)造特征，與地貌發(fā)育情況親密相關(guān)?；鶐r透水層、透水帶基喀斯特管道的連通性那么受巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、覆蓋層特征等要素控制，情況比較復(fù)雜。2、壩基的浸透穩(wěn)定性分析浸透水流作用于巖土上的力，稱浸透壓力或動(dòng)水壓力。浸透壓力到達(dá)一定值時(shí)，土中的某些顆粒就會(huì)被浸透水流攜帶和搬運(yùn)，這種地下水的侵蝕作用稱為潛蝕。潛蝕使得巖土中一些顆粒甚至整體就會(huì)發(fā)生挪動(dòng)而被滲流攜走，從而引起巖土的構(gòu)造變松，強(qiáng)度降降低，甚至整體發(fā)生破壞。這種工程動(dòng)力地質(zhì)作用或景象稱之為浸透變形或浸透破壞。

①浸透變形的類型管涌：即土體中一部分小顆粒被浸透水流攜出，較普遍發(fā)生在不均質(zhì)砂層中〔如下頁圖〕。流土：即土體表層某一部分土粒在垂直土層的浸透水流作用下全部浮動(dòng)和流走。常發(fā)生在大壩下游坡腳有浸透水流逸出的土層中。接觸流土：即浸透水流近于垂直土層運(yùn)動(dòng)，當(dāng)由顆粒粗細(xì)相差懸殊的細(xì)粒土進(jìn)入粗粒土中時(shí)，細(xì)粒土被水流帶入粗粒土中。接觸沖刷：浸透水流方向與土層平行，細(xì)粒土與粗粒土接觸面上的土粒受粗粒土中流速較大的水流所沖刷并被它帶走。管涌破壞表示圖〔a〕斜坡條件時(shí)〔b〕地基條件時(shí)1-管涌堆積顆粒；2-地下水位；3-管涌通道；4-滲流方向流入：流出：

浸透壓力：?jiǎn)挝煌翆痈∪葜兀簞?dòng)水壓力〔D〕：?jiǎn)挝惑w積土層所受的浸透壓力水流由下往上浸透時(shí)一旦當(dāng)動(dòng)水壓力與土體的水下分量相等時(shí)，土體將處于懸浮形狀而發(fā)生流土。②浸透變形的水動(dòng)力條件地下水在松散土體中滲流時(shí)，土顆粒在水頭差作用下接受了來自水流的浸透力即動(dòng)水壓力。----太沙基公式即:土粒的密度愈大，孔隙率愈小，那么臨界水力梯度愈大，也即土體愈不易發(fā)生浸透變形〔流土〕。假設(shè)砂土粒密度ρs＝2.65，n＝50％～30％，那么：

假設(shè)dp＝dq：即：臨界水力梯度Icr太沙基公式未思索土體本身的抗剪強(qiáng)度，所以實(shí)測(cè)的各種土的臨界梯度往往較上述公式計(jì)算結(jié)果相差很大。所以有必要進(jìn)一步分析土的構(gòu)造特性。管涌的Icr的求取較為復(fù)雜，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)定。③土體性質(zhì)與浸透變形土體抗?jié)B強(qiáng)度取決于其本身的構(gòu)造,制約浸透變形發(fā)生的土體構(gòu)造特性,包括土中粗細(xì)顆粒直徑比例,細(xì)粒物質(zhì)的含量和土的級(jí)配特征,顆粒外形及陳列方式等要素。粗細(xì)粒徑比例1.粗細(xì)顆粒直徑比例細(xì)粒從空隙中流動(dòng)最優(yōu)比例：d0/d>=8d0：孔隙直徑d：細(xì)顆粒直徑D：粗顆粒直徑天然無粘性土n=0.395D/d0=2.5D/d>=20有利于管涌土體的陳列方式?jīng)Q議著D/d0的值：當(dāng)陳列疏松時(shí)，D/d0減小，有利于浸透變形當(dāng)陳列密實(shí)時(shí)，D/d0增大，不利于浸透變形細(xì)顆粒含量只需較多量的粗大顆粒構(gòu)成骨架，才干構(gòu)成直徑較大的孔隙，易于產(chǎn)生潛蝕。如細(xì)顆粒到達(dá)一定含量致使顆粒間不能相互接觸，不能由它構(gòu)成骨架，那么孔隙大小取決于細(xì)顆粒，那么比較難以潛蝕。實(shí)驗(yàn)資料證明：當(dāng)細(xì)粒含量達(dá)20%-30%時(shí)，產(chǎn)生浸透變形所需的水力梯度值急劇增大；用細(xì)顆粒含量來判別雙峰型礫土的浸透變形型式：>35%流土<25%管涌=25%~35%流土或管涌，取決于礫土的密實(shí)度及細(xì)顆粒的組成中等以上密實(shí)度、不均勻系數(shù)較小的細(xì)粒土，發(fā)生流土；細(xì)顆粒成分中粘粒含量添加，可增大土的凝聚力，土的抗?jié)B強(qiáng)度添加，不易發(fā)生浸透變形。土的級(jí)配特征土的級(jí)配特征可用土的不均粒系數(shù)Cu表示(Cu=d60/d10)Cu值愈大，闡明土愈不均勻，級(jí)配愈好。Cu<10------流土Cu>20-----潛蝕Cu在10-20之間-----兩種均能夠發(fā)生

研討臨界水力梯度與不均粒系數(shù)之間的關(guān)系闡明：砂土的Cu值愈小(土粒愈均勻)那么Icr值愈大，即產(chǎn)生流土的臨界水力梯度較潛蝕的要大。壓密固結(jié)程度經(jīng)過壓密固結(jié)的土不僅孔隙度有所降低，粒間嵌合力也有所加強(qiáng)，必然要經(jīng)過滲流力浮動(dòng)以后才干懸浮。其臨界梯度和允許梯度顯著高于顆粒成分相近但未經(jīng)固結(jié)的土。粘粒含量粘粒含量增多添加土的內(nèi)聚力，添加土的抗?jié)撐g才干。滲流出口條件對(duì)于由滲流出口朔源開展的潛蝕—管涌型浸透變形，滲流出口有無適當(dāng)維護(hù)，對(duì)浸透變形的產(chǎn)生和開展具有重要的意義。地層組合關(guān)系：?jiǎn)我恍停憾辔挥诤恿鞯纳嫌?，普通為砂卵〔礫〕石層，普通發(fā)生管涌，隨著細(xì)粒成分的增多，能夠流土。雙層型：主要思索表層粘性土的性質(zhì)、厚度、完好程度多層型：除思索表層粘性土層外，還思索砂層透鏡體或粘性土層透鏡體或相變等呵斥水力梯度的突變等緣由工程要素施工等破壞了表層具有防滲作用的弱透水層。地形地貌條件溝谷切割等改動(dòng)了滲流的補(bǔ)給、滲流的長(zhǎng)度、出口條件等3浸透變形的防治措施浸透變形的防治，通常采用三方面的措施：改動(dòng)滲流的動(dòng)力條件；維護(hù)滲流出口；改善土石性質(zhì)。(1)建筑物基坑:人工降低潛水位板樁防護(hù)墻⑵土石壩防治浸透變形的措施①垂直截滲：粘土截水槽、灌漿帷幕、混凝土防滲墻等。③排水減壓在壩后的壩腳附近設(shè)置排水溝和減壓井，它們的作用是吸收滲流和減小溢出段的實(shí)踐水力梯度。②程度鋪蓋④反濾蓋重反濾層是維護(hù)滲流出口的有效措施，它既可以保證排水通暢，降低溢出梯度，又起到蓋重的作用。1、沖刷坑從壩、閘或溢洪道溢流宣泄下來的水流具有很大的能量，對(duì)下游河床常發(fā)生嚴(yán)重的沖刷作用，尤其是采用挑流消能方式時(shí)，將在壩〔閘〕下游的河床中構(gòu)成沖刷坑。構(gòu)成臨空面。四壩下游河床沖刷作用LHhd挑流表示圖四、壩下游河床沖刷作用LHhd圖5-24挑流表示圖2、沖刷坑能否會(huì)危及大壩的平安？普通采用挑射間隔〔L〕與沖刷坑的位置〔d〕的比值來估計(jì)。巖層傾角較陡的基巖：L/d>2.5，平安；巖層傾角較緩的巖層：L/d>5.0，平安。四、壩下游河床沖刷作用3、河床巖石沖刷破壞機(jī)理由于挑射水流在巖石裂痕間產(chǎn)生脈動(dòng)壓力，使裂痕張開，巖塊松動(dòng)，直到巖塊被水沖走。〔1〕地質(zhì)方面：巖塊的大小、重度、幾何外形、相互位置以及巖塊間充填物的性質(zhì)有關(guān)。巖塊的磨損和破壞又取決于巖石的性質(zhì)和強(qiáng)度。〔2〕水力方面：挑流方式、單寬流量、入水流速和水墊厚度等。四、壩下游河床沖刷作用4、地質(zhì)條件對(duì)沖刷坑的影響，歸納為以下三方面〔1〕斷裂破碎帶往往控制著部分最大沖坑位置、外形和范圍?！?〕緩傾的脆弱構(gòu)造面及脆弱夾層較陡傾者，易于構(gòu)成較深的沖坑。當(dāng)巖層傾向下游時(shí)，更易使沖坑上游側(cè)坍破壞，并溯流向壩址開展，危及壩基穩(wěn)定。當(dāng)巖層傾向上游，或傾角較陡時(shí)，普通沖刷坑較輕?！?〕節(jié)理裂隙的密度愈大，巖塊體積愈小，愈易構(gòu)成較深的沖坑?！?〕巖石的性質(zhì)和分化程度對(duì)壩其巖體的穩(wěn)定性也有顯著的影響。四、壩下游河床沖刷作用5、沖刷坑深度確實(shí)定水工模型實(shí)驗(yàn)閱歷公式估算：d=αq0.5H0.25-hα為沖坑系數(shù)，鞏固完好巖石0.9~1.2，脆弱破碎、裂隙發(fā)育巖石1.5～2.0；q為單寬流量〔m3/s·m〕；H上下游水位差；H下游水深。LHhd圖5-24挑流表示圖

第五節(jié)壩基處置一、清基定義：將壩基外表的松散脆弱、風(fēng)化破碎及淺部的脆弱夾層等不良的巖層開挖去除掉，使壩體放在比較新穎完好的巖體上。1.大壩地基開挖深度，是設(shè)計(jì)和施工中的一個(gè)重要問題費(fèi)用問題，工期問題，基坑排水問題，基坑邊坡穩(wěn)定，地應(yīng)力問題。2.以風(fēng)化程度或巖體質(zhì)量級(jí)別為根據(jù)來確定壩基開挖深度。普通情況下，高壩建在鞏固巖石的微風(fēng)化或弱風(fēng)化帶下部，經(jīng)過論證和處置，也可部分建在弱風(fēng)化帶的中部。中壩建在弱風(fēng)化帶中部或部分建在上部。兩岸地形較高部位可適當(dāng)放寬。一、清基3.中、高壩最低要求為:巖塊飽和抗壓強(qiáng)度Rb≧30MPa；聲波縱波速Vp≧3000m/s；變形模量E0≧5000MPa。低壩和中壩最低要求為:抗壓強(qiáng)度Rb≧15MPa；聲波縱波速Vp≧2000m/s；變形模量E0≧2000MPa。4.土壩的清基，要求低。5.對(duì)于風(fēng)化速度較快的巖層，預(yù)留維護(hù)層或采取維護(hù)措施。二、壩基加固措施〔一〕固結(jié)灌漿經(jīng)過在基巖中鉆孔，將適宜的具有膠結(jié)性的漿液〔大多為水泥漿〕壓入到巖基的裂隙或孔隙中，使破碎巖體膠結(jié)成整體以添加基巖強(qiáng)度。灌漿孔普通布置成梅花型，孔距1.5～3.0m?？咨疃?～8m，最大深度15m。二、壩基加固措施〔二〕錨固當(dāng)?shù)鼗鶐r石中發(fā)育有控制巖體的滑移面的脆弱面時(shí)，為添加巖體的抗滑穩(wěn)定性，可采用預(yù)應(yīng)力錨桿(或鋼纜)進(jìn)展加固處置。預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼纜錨固大口徑鋼筋混凝土管柱錨固鞏固巖層夾層建筑物底板錨固段錨固構(gòu)造二、壩基加固措施〔三〕槽、井、洞挖回填混凝土當(dāng)壩基下有規(guī)模較大的脆弱破碎帶時(shí)，如斷層破碎帶、脆弱夾層、泥化夾層、泥化層等。1、高傾角脆弱破碎帶的處置混凝土土塞是將脆弱夾層帶挖除到一定深度后回填混凝土，以提高地基的強(qiáng)度。開挖深度可取寬度1.0～1.5倍脆弱夾層破碎帶巖性疏松脆弱，強(qiáng)度低且寬度較大時(shí)，可采用梁或拱的方式跨過。再配合灌漿、程度防滲等處置措施。破碎帶混凝土塞壩基處置混凝土拱破碎帶壩體二、壩基加固措施2、緩傾斜脆弱破碎帶的處置埋藏淺時(shí)，全部挖掉，回填混凝土。部分挖除。每隔一定間隔挖一個(gè)平洞，洞的頂部和底部均嵌入鞏固完好的巖層中，然后回填混凝土，構(gòu)成混凝土鍵。大壩夾層混凝土鍵緩傾斜脆弱破碎帶的處置三、防滲和排水處置普通原那么，在大壩迎水面或其上游部位設(shè)置防滲措施，如灌漿帷幕，盡量降低壩基的浸透水流。而在迎水面下游的壩基部分那么設(shè)置排水措施，如排水井、孔等，以便降低浸透壓力。三、防滲和排水處置1、帷幕灌漿在大壩上游地基中，布置1～2排鉆孔，以一定壓力將水泥壓入基巖的裂痕或斷層破碎帶。構(gòu)成不透水帷幕。帷幕的深度，到不透水層。不透水層很深，到隔水層3～5米。高壩可設(shè)兩排鉆孔，中低壩一排鉆孔?？拙?.5～4.0米.2、排水措施在帷幕下游壩基中設(shè)排水孔，2～3排，并設(shè)排水管道、廊道或集中井，將水排出壩體以外。漿液分散范圍灌漿廊道帷幕灌漿鉆孔排水孔及廊道防滲帷幕表示圖第六節(jié)各種壩型對(duì)地質(zhì)地形條件的要求1、土石壩對(duì)地質(zhì)地形條件的要求土石壩泛指由當(dāng)?shù)赝亮?、石料或混合料，?jīng)過拋填、輾壓等方法堆筑成的擋水壩。當(dāng)壩體資料以土和砂礫為主時(shí)，稱土壩、以石渣、卵石、爆破石料為主時(shí)，稱堆石壩；當(dāng)兩類當(dāng)?shù)?/p>