坝基抗滑稳定性

坝基抗滑稳定性 （antiskiding stability of dam foundation）是指坝体抵抗库水推力、渗透压力等作用力而能保持不发生滑移的稳定程度。论证坝基抗滑稳定性问题应注意：①坝基的软弱夹层的工程地质特征；②坝基岩体软弱结构面特征、发育程度及组合关系。对坝基抗滑稳定的定量分析，多采用极限平衡分析法。 2100433B

坝基滑动破坏有沿坝体与岩石之间的接触面滑动和岩体内部滑动两种基本类型。特别是对于层状岩体或岩体中有软弱夹层和缓倾角软弱结构面时，有出现沿层面或软弱夹层滑动的可能性。对于混凝土重力坝，通常工程造价和安全取决于坝基抗滑稳定。对于混凝土拱坝，作用于坝面的大部分水推力都通过拱作用而传递给两岸坝头岩体，因此坝头岩体的稳定性至关重要。岩基抗滑稳定性可用刚体极限平衡理论估算，其安全度也可用有限元等数值分析方法估算。水库水在水头作用下向下游渗透，将增加岩基中可能滑动面上的渗透压力，从而降低坝基抗滑稳定性，计算中应予考虑。当前损伤力学、模糊数学和可靠度分析等新理论、新概念正在引入岩体稳定分析中。

①有足够的强度和刚度，能承受坝体传来的 力，不产生不允许的变形和裂陈。

②有足够的整体性和 均匀性，满足坝基抗滑稳定要求。

③有足够的抗渗性， 满足渗流稳定性要求。

④有足够的抗震稳定性，在地震 等动力作用下坝基岩土不产生滑动、沉陷、液化等现 象。

⑤有足够的耐久性，坝基岩土性能在水的长期作用 下不恶化。 当坝基不能满足某些要求时，可对坝基岩土进行 处理，使其达到上述要求(见岩基处理和软基处理)。 坝基可分为岩质、非岩质和非均质3种。另外在地 质条件复杂的坝址常遇复杂坝基。 岩质坝墓可分为坚岩坝基和软岩坝基。一般 坝基岩石抗压强度大于30MPa为坚岩坝基;小于30 MPa为软岩坝基。坚岩和软岩坝基又均可按岩性分为 不同类型。同类岩性的坝基还有风化程度、岩体结构 (块状、碎裂、层状)、受地质构造破坏的程度的不 同。 非岩质坝基分为砂砾石坝基、砂质坝基和土质 坝基.级配良好的砂砾石坝基具有较高的承载能力，可 做高土石坝及坝高40余m以下的混凝土坝的坝基。 砂质坝基抗管涌能力弱，承载能力和沉陷性能因颗粒 组成、级配、密实度等的不同有很大的变化.均匀的中 细砂层遇地震容易液化。土质坝基防渗性能好，内摩擦 系数小，沉陷过程长。

土质坝基

土质坝基种类繁多，性能相差很 大，因颗粒组成、生成条件等而异。主要有猫土坝基、 壤土坝基等。 非均质坝墓不挖除河床覆盖层的岩质坝基、岩 性不均一的坝基、具有多种沉积物的非岩质坝基均属 此类，其变形、强度、抗渗流等性能往往不均匀，需要 在坝和坝基的设计中妥善处理。 复杂坝墓指有重大地质问题，需要进行复杂处 理的坝基。

岩质复杂坝基

岩质复杂坝基有缓倾角软弱夹层的坝 基、深覆盖层坝基、有深槽的坝基、喀斯特发育的坝基、 有大的断裂构造的坝基等。非岩质复杂坝基有:黄土坝 基、有细砂层或淤泥透镜体的坝基等。 (l)有缓倾角软弱夹层的坝基。坝基岩体中夹有曾 受地质构造破坏，相对软弱的薄岩层，其力学强度低， 遇水易软化或泥化，连续性强，倾角小于30。。这种软 弱夹层对坝基德定最为不利。软弱夹层埋藏于地下，其 分布和性状很不易查清，需根据勘探资料和地质背景、 生成条件等加以综合分析判定。

当坝基内有不利的缓倾角软弱结构面时，坝体可能连同部分基岩沿软弱结构面产生滑移。坝基深层抗滑稳定情况比较复杂，失稳机理尚在探索。常用的分析方法有计算和试验两类。计算方法有刚体极限平衡法和有限元法；试验方法有抗滑稳定结构模型试验和地质力学结构模型试验。试验方法常只作为设计的参考。抗滑稳定结构模型试验一般用来研究坝基地质条件不很复杂，可能滑移途径比较明确的坝段滑移失稳情况。地质力学结构模型试验能反映坝基的具体工程地质构造情况，可以模拟岩体中的断层、破碎带和软弱带以及主要节理裂隙，可用来研究破坏机理和超载能力，但试验周期长、工作量大，费工费时。

刚体极限平衡法有被动抗力法、等安全系数法、剩余推力法三种计算方法。

有限元法计算重力坝深层抗滑稳定时常按平面形变问题进行分析，采用合适的单元形态进行离散。对于厚度大的软弱带可采取普通单元，对于厚度薄的结构面一般采用特殊单元(如节理单元)进行离散。通过非线性分析，可求得某一设计情况时，可能的滑移通道上各单元的剪应力和法向应力以及相应的点抗剪安全系数，即局部安全系数。对于平面的滑移通道，可以滑移面上各单元的抗剪力总和与剪切力总和的比值作为坝段抗滑稳定的安全系数。

由于抗滑稳定分析涉及结构的极限状态，考虑材料的弹塑性和破损机理，进行非线性分析才能求得比较符合实际的计算结果。但采用的本构关系还不够完善，而且勘测试验精度也有限。为了简化计算，有时不去精确模拟材料在屈服或破坏后的各种性质，而用一些近似方法进行处理。常用的方法是：根据所采用的判别准则，检查每次迭代所得的单元应力；若拉应力超过抗拉强度，就认为产生开裂，单元的拉应力和剪应力全部松弛；根据莫尔库仑准则，若剪应力超过剪切强度，就认为产生滑移，滑移面只能承受残余剪切强度；通过应力转移法将超余应力转移到其他单元。这种简化方法虽不能求得精确解答，但可作为工程设计的重要参考。

用有限元法进行深层抗滑稳定分析时，不使用上述抗滑稳定安全系数和局部安全系数，而使用超载系数或强度储备系数来表征安全度更为方便。这两种方法都属于极限状态法。①超载系数。一般是使上游水压力逐步增加(即达到不同程度的超载)，求得极限状态时的水压力，它与某一设计情况时水压力的比值即为超载系数。②强度储备系数，或称材料强度系数。施加在坝体和坝基上某一设计情况的荷载不变，逐步降低可能滑移面的抗剪指标，直到极限状态，设计采用的抗剪指标与极限状态时的抗剪指标的比值即为强度储备系数。一般说来，由于水位升高引起的超载总是有限的，而坝基中弱面的抗剪指标较难准确确定，在运行期又可能发生不可逆转的恶变，因此不少人认为，采用强度储备系数来表征安全度比采用超载系数更为合理。

由于缺乏统一的控制标准，有限元法常只作为重要工程的校核验证手段。中国的DL5108—1999规定，采用有限元法计算时，计入扬压力，坝基上游面拉应力区宽度宜小于坝底宽度的0．07倍或小于坝踵至帷幕中心线的距离。