岩基上水工建筑物抗滑稳定

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。

提高抗滑稳定性主要工程措施可归纳为3个方面：1.增加滑移体重量。2.提高滑移面的抗剪能力。3.减小扬压力。

具体措施有：①挖除坝基浅层的软弱面。②增加坝体重量，放缓上游坝坡以利用坝面上的水重。③在坝踵上游设置阻滑板或防渗板，并把防渗帷幕和排水孔幕移至板的始端。④在坝基采用抽排减压措施以减小扬压力。⑤设置混凝土齿墙，切断坝基浅层的软弱结构面或软弱带。⑥设置切断软弱结构面的混凝土或钢筋混凝土洞塞(又名抗剪键)。⑦采用预应力锚索或钢筋混凝土锚固桩来加固坝基。⑧用深井锚固桩(抗滑或抗剪桩)来处理断层交汇处的严重破碎带。

在实际工程中，一般总是根据具体情况，选用一种或几种工程措施来提高闸坝的抗滑稳定安全度。中国的双牌大头坝，主要采用预应力锚索锚固成层的岩体；大黑汀混凝土宽缝重力坝的第18坝段，采用了断面为17m×17m、深25m的混凝土抗剪桩；葛洲坝水利枢纽的二江泄水闸，采用抽排减压措施和混凝土齿墙，在坝踵上游设置防渗板，并对稳定性仍不够的闸段，在闸室下游设置直径为乒850mm和乒219mm的钢筋混凝土锚固桩，以加固抗力体部位的岩体。

建基面常为分析验算抗滑稳定的主要部位，常以单宽或一个坝段作为计算单元。分析计算用的公式有摩擦公式、抗剪强度公式、剪摩公式、抗剪断强度公式等。

摩擦公式设想坝体与基岩处于接触状态，因坝体和基岩的性质以及施工方法、施工质量等不同，摩擦系数的取值也有所不同。抗剪强度公式设想坝体和基岩处于胶结状态，但只考虑法向力所产生的抗滑力，不计黏聚力，这时的f称为抗剪摩擦系数，可参考野外试验成果的屈服极限值(塑性破坏型)或比例极限值(脆性破坏型)以及室内试验成果选定。这两种公式在考虑坝体与坝基间实际存在的抗滑力方面偏于保守，因此安全系数(K)只要求稍大于1.0。由于这两种公式的K值不能表征实际的安全度，故使用的国家已日益减少。剪摩公式与抗剪断强度公式的形式也相同。

岩基上坝下埋管的截渗环，可设在管节接缝处。截渗环的材料一般用混凝土 。

河床上修建拦河闸坝后，形成上下游水位差，在岩基中引起渗流。由渗透水在岩基中形成的渗透压力和作用在建筑物底面上的扬压力及其对岩基的损害，直接影响岩基和闸坝的稳定。此时可采用混凝土截水墙、灌浆帷幕、防渗铺盖及排水孔等措施进行处理。

根据基坑或坝头范围内岩基节理裂隙发育程度，断层破碎带、软弱岩(夹)层和河床深槽等的分布状况、产状、规模及其对岩基和大坝的影响程度，对岩基进行3个方面处理，即：①断层破碎带、软弱岩(夹)层和河床深槽处理；②防止岩基不均匀沉降处理；③防止滑动处理。

岩基处理断层破碎带、软弱岩(夹)层和河床深槽处理

断层破碎带、软弱岩(夹)层和河床深槽处理常用混凝土置换法处理。对宽度小、陡倾角的断层破碎带或软弱岩(夹)层，当其对岩基的强度和压缩变形影响不大时，可将其挖除到一定深度并清除两侧破碎岩石，然后用混凝土填塞。宽度较大而陡倾角的断层破碎带或软弱岩(夹)层，将引起坝体和岩基中应力分布恶化。可将其挖到一定深度并清除两侧破碎岩石，然后浇筑混凝土梁。处理深度可按简支梁或固端梁，以梁的挠度或梁底混凝土抗拉强度作为控制标准，用弹性力学或材料力学方法计算确定。对走向平行于河谷、直立或陡倾角、宽度较大的断层破碎带或深槽，其两侧为完整坚硬岩石时，为减少基坑开挖量，可在其上建混凝土拱，将坝体载荷传到两侧岩基，同时在拱下做好防渗处理。

岩基处理防止岩基不均匀沉降处理

(1)挖除。对基坑范围(包括两岸坝头部位)内的风化破碎岩石，可将其挖除，达到新鲜完整岩石或符合设计要求时为止。

(2)固结灌浆。当因开挖工程量或施工条件限制，基坑范围内的破碎岩石不能彻底挖除时，可进行固结灌浆，使其强度和变形性质满足设计要求。

(3)坝体结构措施。为防止岩基不均匀沉降对坝体的影响，可采用的结构措施有：扩大基础面积，限制坝底压应力不大于岩基的允许压应力；根据岩基不同变形性质，对坝体作合理分缝，以适应岩基不均匀沉降。

(4)施工措施。根据各部位岩基变形性质不同，采用合理的坝体分块浇筑程序，达到调整岩基中的应力状态和不均匀沉降的目的。

岩基处理防止岩基滑动处理

防止岩基滑动处理有以下几方面措施。

(1)选择合理的基坑开挖深度和断面形式。

(2)设置抗滑齿墙。

(3)设置抗剪键。

(4)锚固。

(5)浇筑重力墩。