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
第十一章地基岩体稳定性的工程地质分析
111基本概念及研究意义 ■直接承受上部建筑物荷载作用的别阴分土体 或岩体称为地基。根据承栽的特点,通常可将地 一般工业民用建筑物的地基那是用于这种类型: (2)承受斜向荷载(同时承受垂直荷裁与水平荷载) 的地基,各类挡水建筑物,如闹、坝等的地基恩 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
◼ 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别阴分土体 或岩体称为地基。根据承栽的特点，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那是用于这种类型： (2)承受斜向荷载(同时承受垂直荷裁与水平荷载) 的地基，各类挡水建筑物，如闹、坝等的地基恩 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
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% 4096,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。 ②2)由于坝基(肩)的抗沿稳定性较低.运行期间 又遗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,使坝基被构空而造成的破坏
◼ 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％ 一4096，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)的抗沿稳定性较低．运行期间 又遗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，使坝基被构空而造成的破坏
(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。安徽拇山水库大坝的事故就是这 样造成的(见第九窜)。 (6)坝下游岩体沖刷溢益流冲刷)构空,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
◼ (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。安徽拇山水库大坝的事故就是这 样造成的(见第九窜)。 ◼ (6)坝下游岩体冲刷(溢流冲刷)构空，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地基岩体内的应力分布特征(略) 11.3坝基岩体的变形与破坏 1131松软土地基的变形与破坏 11.31.1垂直荷载作用下松软土坝基的变形与破坏 如前所述,在土坝或堆石坝的建筑实践中常可遇 到像因结水库土坝那样的坝坡坍滑问题。根据实地 观察,坝坡坍滑通常有两种类型。 种是滑动的速度相对比较缓慢,所涉及的地基滑 动部分的范围相对较小
◼ 11．2 地基岩体内的应力分布特征（略） ◼ 11．3 坝基岩体的变形与破坏 ◼ 11.3.1 松软土地基的变形与破坏 ◼ 11.3.1.1 垂直荷载作用下松软土坝基的变形与破坏 ◼ 如前所述，在土坝或堆石坝的建筑实践中常可遇 到像因结水库土坝那样的坝坡坍滑问题。根据实地 观察，坝坡坍滑通常有两种类型。 ◼ 一种是滑动的速度相对比较缓慢，所涉及的地基滑 动部分的范围相对较小
另一种类型是坍滑的速度很快,坍洽所涉及的地 基的范围可以很大,例如美国另一个高仅9m的土 堤,在不到一分钟的时间内300m反的堤顶下陷 了4.5m,坍滑所涉及的地基土水平方向的范围 扩展到距堤脚约45m的地方。 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上或淤泥夹层的情 况下图11—14(a),而且地基个的滑动面部是通 过这一软钻土层的中部;第二类坍滑通常发生在 地基土层中发育有软钻土,且其中部夹有砂或粉 砂之类的薄层或透镜体如图I-14(b)],滑动面 就通过这种部位
◼ 另一种类型是坍滑的速度很快，坍洽所涉及的地 基的范围可以很大，例如美国另一个高仅9m的土 堤，在不到一分钟的时间内300m反的堤顶下陷 了4．5m，坍滑所涉及的地基土水平方向的范围 扩展到距堤脚约45m的地方。 ◼ 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上或淤泥夹层的情 况下[图11—14(a)]，而且地基个的滑动面部是通 过这一软钻土层的中部；第二类坍滑通常发生在 地基土层中发育有软钻土，且其中部夹有砂或粉 砂之类的薄层或透镜体l[如图lI一14(b)]，滑动面 就通过这种部位
2 (a) 10 图11-14坝坡坍滑的两种类型 a)坝基内软粘土层控制的织滑;b)坝基内粘土层中的薄砂层控制 的坍滑 l一b面上的承压水位;2一原始坝坡;3-潜水位;4一均质粘土 层;5一排水方向6一抗剪能力最弱的邮位;7一中部夹有薄砂层 的粘土层;8一排水方向;9-受拉压10一完全丧失抗剪能力的 部位;11一受压区 据K泰沙基,1958)
显然,坝坊坍滑问题取决于促使坝壞滑动的力与 阻止其滑动的力之间的对比。当阻滑力大于滑动 力时坝坡将是稳定的,否则就会发生滑动 从图11-15中可以看出,作用在滑动面ab上的滑 动力,等于作用在坝坡上下两端截面a1和bb1上的土 压力的差值,即 滑=Pa-Pb (11-12) 由土力学中得知,P相当于主动士压力,可根 据下式求得 (H1+H2)1g2(450-0)-2c(H1+H)1g(45°-)+ 11-13)
◼ 显然，坝坊坍滑问题取决于促使坝坡滑动的力与 阻止其滑动的力之间的对比。当阻滑力大于滑动 力时坝坡将是稳定的，否则就会发生滑动。 从图11－15中可以看出，作用在滑动面ab上的滑 动力，等于作用在坝坡上下两端截面aa1和bb1上的土 压力的差值，即： P滑＝Pa－Pb （11－12） 由土力学中得知， Pa相当于主动土压力，可根 据下式求得： （11－13）
P相当于被动土压力,可按下式求之 g2(5+2+212(45+4(114) 式中:y-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的大小除与士的c q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-P)tanq+c·L 式中:Q作用在ab面上的坝体重量,为一变量, 随坝体加高而增大; Pab面处的超空隙水压力
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
c、q一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 有关,另一方面则取代于QP(即有效压力)的大 对于前述第一类情况图1-14(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(QP相应的不 断増大。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
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，另一方面则取代于 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