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11地基岩体稳定性的工程地质分析2012

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工程地质分析原理总结

工程地质分析原理总结

⼯程地质分析原理总结第⼀篇区域稳定及岩体稳定分析的⼏个基本问题⼀、地壳岩体结构特征的⼯程地质分析(5分)1、岩体、结构⾯、结构体岩体：通常指地质体中与⼯程建设有关的那⼀部分岩⽯，它处于⼀定的应⼒状态，被各种结构⾯所分割。

结构⾯：指岩体中具有⼀定⽅向、⼒学强度相对较低、两向延伸的地质界⾯或带。

结构体：结构⾯在空间的分布与组合可将岩体分割成形状、⼤⼩不同的块体，称为结构体2、结构⾯的主要类型（按照成因、规模分类）及特征（如何描述结构⾯）按成因：原⽣结构⾯、构造结构⾯、浅表⽣结构⾯按规模：A类（贯通）、B类（显现）、C（隐微）3、岩体的分类：岩体结构分类（哪5类？）；岩体的⼯程分类（考虑三⽅⾯因素？）按结构特征分类：块体状结构、块状结构、层状结构、碎块状结构、散体状结构三⽅⾯因素：⼒学性质、岩体结构、赋存条件4、岩体的变形随深度有何变化特点？剪切或拉裂拉裂与弯曲弯曲弯曲与压扁压扁压扁与流动流动。

⼆、地壳岩体的天然应⼒状态（10分）1、岩体应⼒：天然应⼒和初始应⼒⾃重应⼒:指在重⼒场作⽤下⽣成的应⼒。

σv=γh（µ为岩体的泊松⽐，N。

称为岩体的侧压⼒系数。

）构造应⼒：指岩⽯圈运动在岩体内形成的应⼒。

⼜可分为活动构造应⼒和剩余构造应⼒。

变异及残余应⼒变异应⼒：指岩体的物理、化学变化及岩浆的侵⼊等引起的应⼒。

残余应⼒：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷后，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内形成残余的拉、压应⼒相平衡的应⼒系统感⽣应⼒2、岩体天然应⼒状态类型（1）σx=σy=σv=rh 注：越往地壳的深部，存在静⽔应⼒式的可能性越⼤。

（2）垂直应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒以⾃重应⼒为主，主要存在于地表（3）⽔平应⼒为主的观点地壳岩体内的应⼒主要受构造运动影响，最⼤主应⼒近于⽔平。

3、影响岩体天然应⼒状态的主要因素及其作⽤（1）地区地质条件及岩体所经历的地质历史对岩体天然状态的影响：岩体的岩性及结构特征：决定着岩体的容重和泊松⽐，从⽽影响⾃重应⼒场的特征；统⼀区域构造应⼒作⽤下，岩体内应⼒分布的特征主要取决于岩性、结构特征及其⾮均⼀性；决定着岩体的强度及蠕变特性，因⽽决定了岩体承受及传递应⼒的能⼒。

第五章坝基岩体稳定性的工程地质分析

第五章坝基岩体稳定性的工程地质分析
坝基的压缩变形，一方面取决于坝高和坝型；另一 方面也取决于坝基岩土体的变形性质。
1、土体压缩变形 2、岩石坝基的压缩变形分析
导致发生不均匀变形的地质因素主要有：
1．岩性软硬不一，变形模量值相差悬殊。 2．坝基或两岸岩体中有较大的断层破碎带、 裂隙密集带、卸荷裂隙带等软弱结构面，尤其当 张开性裂隙发育且裂隙面大致垂直于压力方向时， 易产生较大的沉陷变形。 3．岩体内存在有溶蚀洞穴或潜蚀掏空现象， 产生塌陷而导致不均匀变形。
坝基稳定性的工程地质研究，主要解决三大问题：
①坝基在承受荷载作用下不会发生滑动失稳；
②坝基各部位的应力及变形值要在许可范围内，避 免产生过大的局部应力集中和严重的不均匀变形，以 免影响大坝的安全和正常运行，
③坝基在渗流水的长期作用下，保持力学上和化学 上的稳定，渗漏量和渗透压力都应控制在允许范围内。
三、拱坝对地质地形条件的要求
拱坝在平面上呈拱形，并在结构上起拱的作用的坝，拱脚支承 于两岸基岩上。拱坝是一个整体的空间壳体结构。从水平切面上看， 它是由许多上下等厚或变厚的拱圈叠成，大部分荷载由拱的作用传 递到两岸山体上。在铅直断面上，则是由许多弯曲的悬壁梁组成， 少部分荷载依靠梁的作用传递给坝基。
3、深层滑动
深层滑动主要是在工程应力条件下岩体沿已有的软弱结 构面发生滑动。只有当地基岩体内存在有软弱结构面，且 按一定组合能构成危险滑移体时，才有发生深层滑动的可 能。
能够构成危险滑移体的软弱结构面，通常可分为滑移控 制面和切割面两类。它们与一定的临空面组合就构成了深 部滑移的边界条件。
（1）滑移控制面：坝基岩体沿之滑移的面，它通常由 平缓的（<30°）软弱结构面组成。岩层层面、片理面、原 生节理、压性断裂及河底的卸荷裂隙等，易于构成滑移控 制面。当上述结构面性质特别软弱、延续性强、且埋藏又 较浅的情况下，坝基滑移的问题十分突出。

岩体的工程性质及稳定性评价

岩体的工程性质及稳定性评价

岩体与岩石(庐山二叠泉的岩体)
节理就是裂隙，断裂是一 个大的概念，基本类型包 括了节理（裂隙）、断层， 还有劈理。
节理：是岩石中的裂隙，是没有明显位移的裂隙。也是地壳上 部岩石发育最广的一种构造
节理是很常见的一种构造地质现象，就是我们在岩石露头上所见 的裂缝，或称岩石的裂缝。这是由于岩石受力而出现的裂隙.还 有一种说法:几乎在所以岩石中都可以看到有规律的，纵横交错 的裂隙，他的专门术语就叫节理.节理即断裂岩块沿着破裂面没 有发生或没有明显发生位移的断裂构造. 裂隙应该包括的东西更多，在地学上有构造裂隙，而节理裂隙
Ⅴ级 又称微结构面。常包含在岩块内，主要影响岩 块的物理力学性质，控制岩块的力学性质。
三、 产状
走向、倾向、倾角 结构面与最大主应力
间的关系控制着岩体 的破坏机理与强度。
据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强 度与结构面倾角间的关系为：
1
3
2(C j 3tg j ) (1 tg j ctg ) sin 2
断裂:地质学马丁尼兹说:“当地壳移动，板块相互撞击时会断裂， 导致其他地区的压力逐渐增加，最终引发地震。”断裂是大的， 深的断层.
（一）结构面
1、结构面的类型
(1)原生结构面 (2)构造结构面 (3)次生结构面
岩体与岩石
近100年来坝体因对岩体软弱面稳定性认
识不足而失事者达45%以上。
法国60m高的坝体， 1959年因左坝肩片麻岩 中的绢云母页岩软弱层滑动而失稳。
只是构造裂隙的一种. 断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面
有明显相对移动的构造称断层。 断层是构造运动中广泛发育的构
造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上 千千米。但都破坏了岩层的连续性和完整性。还有一种解释:断 层是地质学概念，是指因地壳的变动，引起地层发生断裂并沿断 裂面发生水平、垂直或倾斜方向的相对位移现象。

工程地质知识点

工程地质知识点

1、名词：工程地质学：是研究与工程建设有关的地质问题的一门学科。

地质环境：为人类生存与活动进程中地壳表层的地形、地貌、岩土、水、地层构造、矿产资源、地壳稳定性等自然因素的总称。

工程地质条件：是与工程建筑有关的地质条件的总称。

工程地质问题：是指工程地质条件不能满足工程建筑上稳定和安全的要求时，工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾。

2、工程地质条件的六大要素是：地层岩性、地质结构与构造、水文地质条件、地表地质作用、地形地貌、天然建筑材料。

3、就土木工程而言，主要的工程地质问题包括：地基稳定性问题、斜坡稳定性问题、洞室稳定性问题和区域稳定性问题。

4、工程地质学的主要任务是：（1）评价工程地质条件，阐明地上和地下建筑工程兴建和运行的有利和不利因素，选定建筑场地和适宜的建筑形式，保证规划、设计、施工、使用、维修顺利进行。

（2）从地质条件与工程建筑相互作用的角度出发，论证和预测发生工程地质问题的可能性、发生的规模和发展趋势。

（3）提出及建议改善、防治或利用有关工程地质条件的措施，加固岩土体和防治地下水的方案。

（4）研究岩体、土体分类和分区及区域性特点。

（5）研究人类工程活动与地质环境之间的相互作用与影响。

一、地球概况1、概念：地壳运动：主要是由于地球内力作用所引起的地壳的机械运动。

2、地壳六大板块：亚欧板块、美洲板块、非洲板块、太平洋板块、印度洋板块、南极洲板块。

3、地壳运动的特征：方向性、普遍性和长期性、运动速度不均一性。

二、矿物与岩石1、概念：矿物:是自然界中的化学元素在一定的物理化学条件下生成的天然物质，具有一定的化学成分和物理性质。

造岩矿物: 组成岩石的主要矿物。

矿物硬度:矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力。

岩石:是天然生成的，具有一定的结构和构造的矿物集合体。

岩浆岩：由岩浆冷凝、固结所成的岩石，又称火成岩。

沉积岩:是在地表和地表下不太深的地方，由松散堆积物在常温常压的条件下，经过压固、脱水和重结晶作用而形成的岩石。

工程地质分析原理

工程地质分析原理

工程地质分析原理第一章地壳岩体结构特征的工程地质分析岩体（rockmass）：通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。

结构面：是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。

如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。

工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象，意义如下：⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位，它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。

只有掌握岩体的结构特征，才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。

⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。

岩体中的软弱结构面，常常成为决定岩体稳定性的控制面，各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。

⑶靠近地表的岩体，其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。

这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位，也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道，往往发展为重要的控制面。

总之，对岩体的结构特征的研究，是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。

结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及浅表生结构面结构面的工程地质分级：断层型或充填型结构面、裂隙型或非充填型结构面、断续延伸的非贯通型岩体结构面，它们分别对应于I级、U级、川级结构面岩体结构分类: 按建造特征可将岩体划分为块体状（或整体状）结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。

按岩体的改变程度可划分为完整的、块裂化或板裂化，碎裂化、散体化的等四个等级。

第二章地壳岩体的天然应力状态地壳岩体内的天然应力状态，是指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态，常称为天然应力或初始应力。

研究岩体天然应力状态的意义：（1）岩体天然应力状态或地应力场是工程岩体存在的基本环境条件之一。

岩土工程稳定性--边坡稳定性分析方法综述

岩土工程稳定性--边坡稳定性分析方法综述
• 首先，确定滑动面的位置和形状。实际的滑动面将取决于结构面 的分布、组合关系及其所具有的剪切强度。实践证明，均质土坡 的破坏面都接近于圆弧形，岩体中存在软弱结构面时，边坡岩体 常沿某个软弱结构面或某几个软弱结构面的组合面滑动，因此， 根据具体情况假定的滑动面与实际情况是很接近的。 • 其次，确定极限抗滑力和滑动力，并计算其稳定性系数。所谓稳 定性系数即指可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。 由于滑动面是预先假定的，因此就可能不止一个，这样就要分别 试算出每个可能滑动面所对应的稳定性系数，取其中最小者作为 最危险滑动面。
③优势面理论分析法及其发展应用
采用优势面理论分析法可确定岩坡的控稳优势面，并进行优势面 组合分析 ，找出其试算安全系数最小的优势分离体，确定边坡破坏模 型，并采用极限平衡分析法分析计算优势分离体的安全度及边坡稳定 安全系数，以此判断边坡整体稳定状况 ，从而克服和弥补经典极限分 析法中要假定滑动面、反复计算 比选最小的安全系数及相应的滑动面 的不足，提高了最小安全系数的可靠性。 在采用优势面理论分析法时，在确定控稳优势面时，一般首先要 通过野外地质调查来对研究体内的结构面加以分类，确定各候选优势 面的综合权重值，还需进一步确定优势面的力学参数，所有这些过程 都或多或少的带有经验性，都要不同程度的受到主观性的影响，但恰 恰这两方面是确定其分析结果可靠程度的关键问题，因而优势面理论 分析法存在一定的缺陷性 。因此，优势面理论分析法中引入了层次分 析法，在一定程度上提高了控稳优势面的选定客观性。
弹塑性极限平衡法从分析边坡体的应力和变形入手，由边 坡体的应力和变形特征来确定边坡体的极限平衡状态，从而避 免对边坡体最小安全系数的反复计算及比选，达到减少工作量 和提高准确率的目的。 弹塑性极限平衡法中采用强度折减法，即逐渐降低材料强 度(即降低材料抗剪强度参数c和 的方法来逼近系统的极限平 衡状态，并以屈服区的贯通来表征极限平衡状态的到达，把材 料强度折减系数(Zi)定义为系统的整体稳定安全系数(Fs)。在 地质条件、材料参数、屈服准则和本构关系正确的前提下，能 够保证由此得到的稳定安全系数为真实稳定安全系数的下限。 弹塑性极限平衡法不必假设土条间的作用力和破坏面的位 置和形状，因此，该方法能处理复杂几何轮廓和边界条件，有 广泛的适用性和良好的应用前景。

建筑地基的稳定性分析和评价

建筑地基的稳定性分析和评价一、地基稳定性地基稳定性是指主要受力层的岩土体在外部荷载作用下沉降变形、深层滑动等对工程建设安全稳定的影响程度，避免由此地基产生过大的变形、侧向破坏、滑移造成地基破坏从而影响正常使用。

按照(GB 50021-2001) (2009年版) 14.1.3、14.1.4规定，岩土体的变形、强度和稳定应在定性分析的基础上进行定量分析。

评价地基稳定性问题时按承载力极限状态计算，评价岩土体的变形时按正常使用极限状态的要求进行验算。

二、地基稳定性分析评价内容影响地基稳定性的因素，主要的是场地的岩土工程条件、地质环境条件、建（构）筑物特征等。

一般情况下，需要对经常受水平力或倾覆力矩的高层建筑、高耸结构、高压线塔、锚拉基础、挡墙、水坝、堤坝和桥台等建（构）筑物进行地基稳定性评价。

通常情况下，涉及到主要的内容有：（1）岩土工程条件包括组成地基的岩、土物理力学性质，地层结构。

特别是有特殊性岩土，隐伏的破碎或断裂带，地下水渗流等特殊情况；（2）地质环境条件包括是否建造在斜坡上、边坡附近、山区地基上，建（构）筑物与不良地质作用、特殊地貌的关联度和可能引起地基破坏失稳的各种自然因素或组合。

如岩溶、滑坡、崩塌、采空区、地面沉降、地震液化、震陷、活动断裂、岸边河流冲刷等。

按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001) (2009年版)、《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规定，对山东地区该问题常见的几种情况罗列如下：1、地基承载力计算与验算验算地基稳定性实质上就是验算地基极限承载能力是否满足要求。

应严格按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011) 5.2和《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ 72-2004)8.2.6~8等条款执行。

2、变形验算建筑物的地基变形计算值，不应大于建筑物地基允许变形值。

在勘察阶段往往建筑物特征参数不明确，一味要求勘察报告中能有准确的结论也勉为其难，但在岩土工程勘察报告中应提供符合规范要求的岩土变形参数，供上部结构计算条件具备时按照(GB 50007-2011) 5.3、(JGJ 72-2004) 8.2.9~12和《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)有关条款计算。

工程建设中的主要工程地质问题


任何边坡都具有一定坡度和高度，在重力作用下，边坡岩土体均处于一定的应力状态，如 果应力发生变化就会导致边坡变形失稳。一般情况下，影响边坡稳定的主要因素有岩层产状、 岩石性质、岩体结构、水的作用、地形地貌及人为因素等。
1) 岩层产状。
当岩层倾角较大时，在背斜山的两坡，单斜山、单斜谷的顺坡开挖路基时，都存在发生顺层 崩塌、滑坡等潜在地质灾害的危险，不宜选线修路。
3) 地质构造条件。 地质构造是控制岩体完整性、稳定性的重要因素，裂隙和断层亦是地下水渗透的直接通
道，隧道选址时应尽量避开地质构造复杂的地区。 ① 岩层产状对隧道选址的影响。当隧道轴线与岩层走向平行时，在水平或近水平的岩层中
修建隧道，地质条件较好，但应将隧道位置选在厚层状均质岩层中。
在倾斜岩层中修建隧道，一般是不利的，因为开挖隧道切断倾斜岩层后，容易造成隧道两 侧边墙所受的侧压力不一致，导致局部变形；在直立或近直立岩层中修建隧道，也是不利的， 特别是将隧道位置选在其厚度与隧道跨度相等或小于隧道跨度的直立软弱岩层中时，更是十分 不利的；一定不能把隧道位置选在软硬岩层的分界线上，因为隧道顶部的地层岩性不同，容易 产生不均匀变形，或在地下水作用下向下滑动，破坏隧道。
3、道路冻害
破坏形式: 路面冻胀 路基翻浆
防治措施: 铺设毛细割断层; 换土; 设排水沟; 提高路基标高; 修筑隔热层.
影响因素: 气温 路基土的性质 水文地质条件 地形特征和植被情况
4、建筑材料
路基工程需要的天然建筑材料种类多,数量大，而且要求各种材料产地沿线两侧零散分布。 建筑材料直接影响工程的设计方案和布局以及质量和造价.
1) 地形条件。 隧道进、出口地段最好是基岩出露比较完整或坡积层较薄，地形边坡应下陡上缓，洞口岩层

工程地质试卷及答案

《工程地质》（ A卷）一、解释下列名词、术语（每小题 2.5分，共15分,请在另附的答题纸上作答）1. 透水率（q ）及其特点和工程意义2. 围岩的弹性抗力系数及其工程意义3. 软弱夹层及其类型和工程意义4. 河流堆积阶地（成因、类型）5. 岩溶及其工程意义6. 活断层及其工程意义二、填空题（ 2×1分＋5×2分＋3分，共15分）1. 岩体天然应力（初始应力）主要由_______________________________________________________________________________等形成。

2. 坝基机械潜蚀是由渗透水流______________________冲动_______________________而造成的。

3. 边坡崩塌的主要原因是___________________________________________________________________________________________________________________________ __。

4. 根据结构面对岩体的切割程度及结构体的组合形式可将岩体划分为___________________________________________________________________________等结构类型。

5. 松散沉积物按成因可分为_______________________________________________________等。

6. 根据埋藏条件，地下水可分为__________________________________等类型。

按含水层的空隙性质又可将地下水分为____________________________________________________________等类型。

7. 水库蓄水后，库区可能产生_______________________________________________________________________________________________________________________等工程地质问题。

任务四-岩体稳定性评价

▪1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学 ▪(2)岩体稳定性评价：
评价方法：
传统的工程地质学定性分析 岩石力学定量分析
相互结合
目前已形成以研究岩体稳定性为主要任务的新学科
——岩体工程地质力学
（－）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素
▪1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学
(3)岩体工程地质力学主要观点如下： ①认为岩体稳定性问题是一个岩体结构问题。 岩体结构是在长期地质历史中，经过岩石建造、
（－）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素
▪2. 影响岩体稳定性的因素
①岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境 内的岩体稳定性有宏观控制作用。
地质环境的稳定性包括： 区域稳定性 山体稳定性 地面稳定性
（－）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素
▪2. 影响岩体稳定性的因素
①岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境内的岩 体稳定性有宏观控制作用。
岩体失稳:
在工程施工和运营期间，岩体发生了不能容许的 变形和破坏。
▪ 稳定的：岩体未发生不能容许的变形和破坏。
（－）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素
▪1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学
▪ (1)岩体稳定性:
各类工程有不同的结构特点和用途，
对岩体的稳定性有不同的要求。
▪ 拱桥基础对地基岩体变形要求十分严格； ▪ 简支梁桥基础容许一定数量的地基岩体均匀压缩变形。 ▪ 水库边坡上容许发生一些规模不大的滑坡与崩塌； ▪ 铁路路堑边坡不容许发生这样的边坡岩体滑动与崩塌。 ▪ 不同的地下工程对地下洞室围岩稳定性有不同要求。
方法和物理力学测试技术。
④在分析岩体结构时要考虑应力状态和荷载的作 用，力学分析时注意应力分布受岩体结构的影响， 使分析方法与之相适应。
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c、φ —滑动面上土石的内聚力和内摩擦力； Lx —ab段的长度，为一变量，随坝体加高、加宽 而增大。 可见，抗滑力S的大小，一方面与滑动面的c、φ有 关，另一方面则取决于 Qx-Pw（即有效压力）的大小。 对于前述第一类情况[图11 －14（a）],在施工过程 中，随着坝体的增高软粘土层的上下边缘部分的超空 隙水压力不断减小，有效压力(Qx-Pw)相应的不断增大。 但是，由于高塑性软粘土的透水性很低，排水缓慢， 以致粘土层中间部分在施工后期，甚至竣工以后一段 时间之内，还能保持很高的，甚至接近于附加压力的 超空隙水压力，
当地基土主要是由透水性良好的砂质土组成时， 由于空隙水能很快的排出，超空隙水压力的消散很迅 速，故有效压力能在很短的时间增大至附加压力值， 使S3= Qx tanφ.因此，在施工期间，地基内的抗滑力S3 将随着坝体的增高而直线性地迅速增大（如图11－ 16）。图11－16中S3和P滑曲线地关系表明，砂质土地 基抗坍滑的能力很大，足以支持很高的坝体而不发生 坍滑。 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，特别是当其中夹有砂或 粉砂的薄层或透镜体时，地基的抗坍滑能力通常是很 低的，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 下措施。
（11－13）
Pb相当于被动土压力，可按下式求之： （11－14） 式中：γ－土的容重；c、φ－坝体土石的内聚力与 内摩擦角；其它符号见图11－15。 由式11－13、11－14可见，P滑的大小除与土的 c、φ值有关外，主要取决于坝体的高度，通常随着 坝高的增加而增大。作用在ab面上的抗滑力S为： S=(Qx-Pw)tanφ+c • Lx 式中： Qx—作用在ab面上的坝体重量，为一变量， 随坝体加高而增大； Pw —ab面处的超空隙水压力
工程地质分析原理
第十一章 地基岩体稳定性的工程地质分析
11.1

基本概念及研究意义
直接承受上部建筑物荷载作用的那部分土体或 岩体称为地基。根据承载的特点，通常可将地基分 为两种类型，即：(1)承受垂直荷载的地基，一般工 业民用建筑物的地基都是属于这种类型；(2)承受斜 向荷载(同时承受垂直荷载与水平荷载)的地基，各 类挡水建筑物，如闹、坝等的地基属此类。 承受垂直荷载的地基，大多都是“软基”，这类 地基的变形、破坏机制和稳定性评价原理是土力学 课程讨论的内容，这里不做详述，只准备根据本课 程的需要指出有关问题的一般特点。
σ3=(P-γh)/π(2β- sin2β)
11.2
11.2.2
地基岩体内的应力分布特征
斜向荷载作用下地基内的应力分布 以挡水建筑物为例。 一般认为，坝基所承受的垂直荷载呈三角形分布， 即在上游坝踵处垂直荷载为零，然后线性增大，至下 游坝趾处达到最大值。这是坝重及库水推力所造成的 力偶共同作用的结果。 坝基所承受的水平荷载是由库水推力作用在坝体 上，然后通过坝底面的摩擦力而传至地基的。由于垂 直荷载为三角形分布，故由底面摩擦力而传给地基的 水平荷载也必然呈类似的三角形分布。 计算结果表明：在坝上游面附近的坝基上部存在 一个水平拉应力分布区。
因此(Qx-Pw)很小，甚至接近于零。这样，施工期内 软粘土层中间部分（ab面上）的抗滑力S1≈ c • Lx， 即随坝体加高而直线性的缓慢增大（如图11 －16）。
与此同时，滑动力P滑却随 坝体的增高而加速的增大。 当P滑与S1相交时，坝基即 将发生局部滑动并引起坝 坡的坍滑（图11 －16）。 这就是第一类坍滑产生的 机制。

应该指出，对于砌臵在坚硬岩体上的大坝，尤 应特别注意后一情况。因为这类岩体本身的变形性 通常较低，而开口裂隙在压力作用下产生闭合所造 成的压缩变形往往可以达到很大的数值。所以开口 裂隙发育不均常是造成这类岩体不均匀变形的重要 原因。 鉴于不均匀沉陷能对坝体稳定性造成较大的危害， 在初勘阶段应尽可能地将坝基选择在不致产生过大 不均匀沉陷的部位。如果不能完全避开，也应采取 相应的措施(例如预留沉陷逢等)以减少或消除不均 匀沉陷对坝体稳定的影响。

特点，并参照国内外已建的类似工程的经验数据

(5)由于坝肩岩体的稳定性较低，运行期间空隙 水压力增大又使其稳定性进一步恶化所造成的坝肩 滑动破坏。安徽梅山水库大坝的事故就是这样造成 的(见第九章)。 (6)坝下游岩体冲刷(溢流冲刷)掏空，也可造成大 坝的破坏。 (7)由地震和水库地震所造成的破坏或损害。

11.2
11.2.1
从世界上坝的破坏情况来看，原因是多种多样 的。地质方面的原因造成的破坏事故约占30%~40%， 其中，从具体的破坏原因和形式来看，又可详分如 下类型： (1)由于坝基的强度较低，运行期间又遭到进一 步恶化所造成的破坏。 (2)由于坝基(肩)的抗滑稳定性较低．运行期间又 遭到进一步恶化所造成的滑动破坏。 (3)因坝基中存在有抗剪强度低的土层而造成的 土坝或堆石坝坝基和坝坡的坍滑。 (4)因坝下渗透水流将坝基岩石中的细颗粒物质 带走，使坝基被掏空而造成的破坏。
(1)岩石地基内应力分布的不均匀性。如前所述， 当坝基内有成组出现的陡倾软弱结构面发育时，地 基内的附加应力将在软弱结构面所限岩体内产生高 度的集中。由于这种原因，在具有三角形或梯形断 面的重力坝自重作用下，地基内不同条形岩体中附 加应力的大小及延展深度各不相同，因而其变形量 也就彼此不等。通常坝体高、因而荷载强度大的部 分变形最大；坝体低、因而荷载强小的部分变形量 就相对较小，于是在不同条形体的交界处就会产生 明显的差异沉陷，其结果往往使刚性坝体在这些部 位发生断裂。
对于前述第二类情况，在坝体堆砌过程中ab面上 的滑动力P滑与抗滑力S2的变化如图11－16所示。抗滑 力S2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的薄砂层，致使薄砂 层中的空隙水压力不断增大，有效压力(Qx-Pw)不断减 小，当Pw增大至接近Qx时，有效压力变得很小，甚至 趋近于零。由于砂土的c=0，所以此时ab面上砂土的 抗滑力S2→0。由于这类坍滑通常时在抗滑力很低的 情况下发生的（图11－16），故坍滑的速度一般较大。
kc
f Pv A c
P
(11－16)
H
Pv －作用地基表面的垂直总荷载（t）; PH－ 作用在挡水建筑物上的水平总荷载（t）; f . c－ 分别为土与基础底面间的摩擦系数和内聚力； A－ 基础底面的面积； kc－安全系数。
一般认为， kc≥4—5是稳定的。
11.3.2 岩石坝基的变形及其对大坝稳定性的影响 坚硬岩石地基的变形性常远较松软土地基为小， 故对于一般的水工建筑物，研究其基础沉陷的绝对 值往往没有多大实际意义。但是，由于建筑在岩基 上的坝大多数是具有较大刚性的，它们对不均匀沉 陷非常敏感，因此研究因岩石地基的不均匀变形所 造成的不均匀沉陷，对于保证这类大坝的稳定有很 大的实际意义。 岩石地基的不均匀变形通常是由下列因素造成的。

除上述之外，还应强调指出的是，在坝基或坝 肩范围内岩体变形性能于局部地带的突变(增大)， 对于拱坝的稳定性往往有很大的影响。模型试验表 明，在外荷载的作用下，拱坝的破坏总是先从局部 软弱岩体发育部位开始，产生如图11—20所示的各 种破裂，然后导致整体破坏的。因此．在拱坝的勘 察和设计过程中，对于这个问题必须予以充分的注 意。
实地观察表明，第一类坍滑一般是发生在地基 土层中存在有饱水的塑性软粘土或淤泥夹层的情况 下[图11-14(a)]，而且地基中的滑动面都是通过这一 软粘土层的中部；第二类坍滑通常发生在地基土层 中发育有软粘土，且其中部夹有砂或粉砂之类的薄 层或透镜体[如图l1-14(b)]，滑动面就通过这种部位。


11.3.3
岩石坝基的滑动破坏及抗滑稳定性问题 11.3.3.1 岩石坝基滑动破坏的形式、特点和发生条件 试验研究的资料表明，由于坝基岩体特征不同， 重力坝在库水推力作用下的滑动破坏可能有三种不 同类型，即：表面滑动、浅部（层）滑动和深部 （层）滑动。
1．表面滑动
破坏形式：接触面的剪切破坏。 产生的岩体条件：坝基岩体的强度远大于坝体混 凝土强度，且岩体完整、无控制滑移的软弱结构面。 表面滑动是沿混凝土基础与基岩接触面发生的剪 切滑动，如图11-31。主要发生在坝基岩体的强度远 大于坝体混凝土强度，且岩体完整、无控制滑移的 软弱结构面的条件下。此时，混凝士基础与基岩接 触面的摩擦系数值，是控制重力坝设计的主要指标。 坝体必须具有足够的重量，以便使接触面上的摩擦 阻力大于作用在坝体上的总水平推力。 这个接触面的摩擦系数通常是根据现场剪切试验 资料，考虑到坝区的工程地质、水文地质条件的
当这类土层埋藏较浅时，最好将这类土层挖除， 然后将基础砌臵在不易引起坍滑的土层上。 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隙水压 力； 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，以提高地 基的抗滑能力。
11.3.1· 2

(2)地基不同部分岩体变形性质的差异也往往是 造成坝体不均匀沉陷的重要原因。这可能有两种情 况：一是坝体砌臵在软硬差别较大的岩层上，这种 情况下，易于产生不均匀沉陷；二是坝基岩体内开 口裂隙(如河床下的水平卸荷裂隙等)发育的不均匀， 例如坝基一侧张口裂隙较发育，而另一侧则不发育， 在坝体压力作用下开口裂隙发育的一侧由裂隙闭合 所造成的压缩变形大于不发育的一侧，其结果势必 造成不均匀沉陷。
倾斜荷载作用下松软土地基的滑动破坏及抗滑 稳定性问题
理论计算和实验研 究的结果表明，当作用 在松软坝基上的斜向荷 载增大到一定的临界值 之后，地基土即将沿着 一定的深部弧形面发生 滑动破坏（如图11－17）。有关这类弧形滑动破 坏的极限荷载条件，已在土力学课程中进行过 详细讨论，
通常可用П.Д.叶甫道基莫夫的图解法或B.B.索科洛 夫斯基的理论公式加以计算。 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（即按荷载性区最大 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：