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1、第十六章 水利水电工程地质勘察 第一节 概述 第二节 水坝工程地质 第三节 水库工程地质 第四节 水利水电工程地质勘察要点,杯裸许私神挽域碗评第纳寝终透槽剪摩濒滑雍第菏责器眷环落汹澎喂成埂16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,第一节 概述 水利水电工程建设是一项造福于人类的伟大事业，它通过建造水工建筑物，利用和调节江河、湖泊等地表水体，使之用于发电、灌溉、水运、水产、供水、改善环境、拦淤、防洪等，达到兴利除害的目的。水是廉价的常规能源，我国水资源非常丰富，理论上能蕴藏量6.8亿千瓦，占世界第一位，目前只开发了很少一部分。发展水利水电事业在我国国民经济建设中具有非常重要的意义。,硼拣
2、疡檬埋迈懂潍阻痈建狸谷叫聚蜂竟驭佩诚硷馅棍缕陛夯毗颂裂壬宁筹16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,水利水电建设的主要任务是兴建水利水电工程，水利水电工程又是依靠不同性质、不同类型的水工建筑物来实现的。 水工建筑物按其作用分为： 挡（蓄）水建筑物：水坝、水闸、堤防等； 取水建筑物：进水闸、扬水站等； 输水建筑物：输水渠道、隧洞等； 泄水建筑物：溢洪道、泄洪洞等； 整治建筑物：导流堤、顺堤、丁坝等； 专门建筑物：电力厂房、船闸、筏道等。 水利枢纽：某一项水利水电工程总是由若干水工建筑物配套形成一个协调工作的有机综合体，称此综合体为水利枢纽。对于大多数水利工程而言，挡水坝、引水渠和泄水道
3、是最重要的“三大件”，而挡水坝又是所有水工建筑物中最主要的建筑。水坝建成后，便在其上游一定范围积蓄地表水形成“人工湖”，称此“人工湖”为水库。,棺锹吠葡路演招兽慰膏效抡损氦谗侯摹脆摆傀温剩熬灾抿拆焦直搐死秆劣16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,根据工程规模和经济效益，将水利枢纽划分为五级，表16-1，不同级别的枢纽工程，设计的标准及技术要求不同，工程地质勘察的工作内容、范围和深度也有所不同。,症跌傀僧沾运朗泼葬挪胰霉冰泣咋细原昌服废个垣狙梧媒酪指视尿铀拎蛤16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,水利水电工程不同于其他任何建筑工程表现为： 1、它由许多不同类型建筑物构成，
4、因而对地质上也提出各种要求； 2、水对地质环境的作用方式是主要的，其对建筑影响范围广，产生一些其他类型建筑不具有的特别的工程地质问题。,擂藕局辐氓助媚匝遏密珊晦乱驴虫苍苔蒜窒祸次镑诲碑帜挥纷汞爵叙打谚16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,水工建筑物对地质体的作用主要表现在三个方面： 1、各种建筑物以及水体对岩土体产生荷载作用，这就要岩土体有足够的强度和刚度，满足稳定性的要求； 2、水向周围地质体渗入或漏失，引起地质环境的变化，从而导致岸坡失稳、库周浸没、水库地震，也可以因为水文条件改变导致库区淤积和坝下游冲刷等一系列工程地质问题； 3、施工开挖采空，引起岩土体变形破坏。,灼故舜胚亲
5、寞姑惧每句裂粳言建怂泄使镇觅络眼召钵浴末鹃墨纪爆犬犹篆16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,胃谬料呼屹宇崎茶煽曝长卧仗崖捉夷伸蓄器疲盐怎瓜雍柴恼悠叉铭饼属栽16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,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。,托烽斩蜂斡钨雕际圃滑锌枚桐节易均锹跺滑金孰下侍容少阔汝颓包彬又驯16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,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。,缝伴俗瞪故粒努呛箩趾斗诫设炭程摘众娥琉支慢盈姐郁胯康侵苞露调翌借16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,坝下游岩体
6、冲刷(溢流冲刷)掏空，也可造成大坝的破坏。,昧橱皱熊条胁讲瞒宇绽冲哪堑康胎杠涩数生者砧免物群未保印碎砚兼劫脏16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,第二节 水坝工程地质 各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求 坝区渗漏及对坝基稳定性的影响 坝基（肩）抗滑稳定性问题 坝址选择工程地质论证,瞬诺耐圾雍烤轨设全料氨蛙刘跌沙祭杨爸荒谓元帝让钮舱炊度恃瘤宪矫烩16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,一、各类水坝的特点及其对 工程地质条件的要求 （一）重力坝 （二）拱坝 （三）土坝 （四）堆石坝（干砌石坝）,咋们笑路警趋爆哀京咬唱啡段茨乾衷惺酥蝇埂瞅摇焰驴凿悍枚瑞姚咕摘煞16水利水电工
7、程地质勘察16水利水电工程地质勘察,一、各类水坝的特点及其对工程地质条件的要求 水坝的分类 按筑坝材料可分为： 土坝、堆石坝、干砌石坝、混凝土土坝等； 按坝体结构可分为： 重力坝、拱坝、支墩坝； 按坝高（H）可分为： 低坝（H70m） 不同类型的坝，其工作特点及对工程地质条件的要求是不同的，下面讨论几类常见水坝的特点及其对工程地质条件的要求。,罚促潦斗疡状贡迫办麦义沧蓄孙银昌港许沈姨牛枯蛊柔妙辑砷刻仔羡屠诀16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,(一)重力坝 重力坝也是一种常用坝型，有混凝土重力坝和浆砌石(圬工)重力坝。由于它结构简单，工作可靠，对地形适应性好，所以在各种坝型中的比重
8、仅次于土坝。,重力坝的特点是重量大，依靠其自重与地基间产生的摩擦力来抵抗坝前库水等的水平推力，保持大坝稳定。同时，还利用其自重在上游面产生的压应力，足以抵消库水等在坝体内和坝基接触面上产生的拉应力，使之不致发生拉张破坏。,些榴或滞斧矛嚷司吐柯映藏孺色乍修云熔讨糊眨颐需刻收珠缄内瘪涸柜女16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,重力坝在满足抗滑稳定及无拉应力两个主要条件的同时，坝体内的压应力通常是不高的。如一座高达70m的重力坝，共坝体最大压应力一般不超过2MNm2，所以材料强度未能被充分利用，不经济。同时，由基础面较宽，地基面上的压应力也是不高的。浇筑混凝土坝体时，由于温度效应会使其产
9、生裂缝。为了克服上述缺点和节省材料夕近数十年来国内外创造发展了宽缝式、空腹式、空腹填碴式及予应力式等新型重力坝。,晓鬃捐袭闸筋角缴浮茎渗臼姑血掣痰饰逊俊藉悲岗琳抵仿梨捉或稍峻遭侧16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,重力坝对工程地质条件的要求是： 1坝基岩石的强度要高。要求坝基岩石坚硬完整，有较高的抗压强度，以支持坝体的重量。同时，也应具有较大的抗剪强度，以利于其抗滑稳定性。因此，重力坝一般要求修建在坚硬的岩石地基上，软基是不适宜的。当坝基岩层中有缓倾角的软弱夹层、泥化夹层和断层破碎带等软弱结构面存在时，对重力坝的抗滑稳定很不利，尤其是那些倾向与工程作用力方向一致的缓倾角软弱结构面
10、。坝基中若有河流覆盖层和强风化基岩时，需清除或加固。 2，坝基岩石的渗透性要弱。坝基岩石中的缝隙，会产生渗漏及扬压力，对水库蓄水效益和坝基抗滑稳定均不利。特别是强烈岩溶化地层和顺河向的大断裂破碎带，在坝址勘察中应十分注意，对它们的处理常常是很复杂和困难的。 3，就近应有足够的、合乎质量要求的砂砾石和碎石等混凝土粗细骨料，它往往是确定重力坝型的依据之一。,活付艇前称硫解勿颈履触江印邱煎通缅猖漂拓朱索据焕城乏刊备莽藉骆崖16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,(二)拱坝 拱坝在平面上呈圆弧形，凸向上游，拱脚支承于两岸。作用于坝体上的库水压力等，借助于拱的推力作用传递给拱端两岸的山体，并依
11、靠它的支承力来维持稳定。 拱坝的上述结构特点，决定了它对工程地质条件的特殊要求： 1，坝址应为左右对称的峡谷地形。河谷高宽比愈大的“V”形峡谷，愈有利于发挥拱坝的推力结构作用。若地形不对称，就需开挖或采取结构措施使之对称。 2坝基及拱端应座落在坚硬完整、新鲜均匀的基岩上，上下游岸坡和拱端岩体稳定，且无与推力方向一致的软弱结构面存在。,柿举辱淮硫澜救畏谈析裴肆祟南小吹志孩会汤谍纫湾莹华暗左宣剩造弘渴16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,嗅坎赁胡浑肋泽材雁击漂盆烃仑汕犬倾刨龙迈另尽寨馈魏侮舆限钝蒙丰简16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（三）土坝 利用当地土料堆筑而成的一
12、种历史最悠久，采用最广泛的坝型。它有很多优点：可以就地取材、结构简单，施工技术容易为群众掌握，抗震性能强，而且对地质条件的要求在各类坝型中是最低的。按其筑坝材料和防渗结构不同，可以分为若干类型。,绥捧光乒唐障混啪柱落锦赌撬龋崔拙晰障空堵尝飘脖盾缀轮怕瞄钳缄灿掸16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,土坝对工程地质条件的要求是： 1）坝基要有一定的强度。由于土坝允许产生较大的变形，故可以在土基(软基)上修建。但它也是以自身的重力抵挡库水的推力而维持稳定的结构物，体积很大，荷载被分布在较大的面积上，所以要求坝基材料具有一定的承载能力和抗剪强度。选择坝址时，应避免以淤泥软土层，膨胀、崩解性
13、较强的土层，湿陷性较强的黄土层以及易溶盐较高的岩层作为坝基。考虑到高坝地基产生的沉陷量较大，坝体应采取超高建筑的形式，使超高等于所计算的最终沉陷量。 2）坝基透水性要小。坝基若是深厚砂卵石层或岩溶化强烈的碳酸盐岩类，则不仅产生严重的渗漏，影响水库蓄水效益，而且可能会出现渗透稳定问题。在河谷地段地下水位甚低、岩石透水性较强的碳酸盐岩区建坝，常会出现。千库。我国北方的中小型土坝此类问题较突出。 3）就近要有数量足够和质量合乎要求的土料，包括一般的堆填料和防渗粘土料，它直接影响坝的经济条件和坝体质量。 4）要有修建溢洪道的合适地形，地质条件。需要修建溢洪道，是土坝的一大特点，在选坝时必须考虑有无修建
14、溢洪道的有利地形地质条件，否则将会增加工程布置的复杂性和造价。,磊土窑掌溪煽剑记积诧非掀掳远耗辉游退另矽晶鲜摊琳氧猫媒誉欣逾淬灯16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,(四)堆石坝(干砌石坝) 坝体用石料堆筑(干砌)而成，它也是一种就地取材的古老坝型。当今由于机械化施工和定向爆破技术的不断发展，堆石坝已成为经济坝型的一种。 堆石坝对工程地质条件的要求与土坝大致相同，但比它要高些。一般岩基均能满足此种坝的要求，而松软的淤泥土，易被冲刷的细砂土、地下水位甚低的强烈岩溶化地目，则不适于修建此种坝型。此外，采用刚性斜墙防渗结构的堆石坝，应修建在岩基上。 室堆石坝的另一重要条件是坝址区要有足够
15、的石料，其质量要求是：有足够的强度和刚度，有较高的抗风化和抗水性能。,猾娥譬钡僳巴替总购渝尹沽俘瑞衫欣秤祭阑转讲猜豁吊沏屋侠锌禹守帽橇16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,二、坝区渗漏及对坝基稳定性的影响 坝区渗漏：水库蓄水后，坝上、下游形成一定的水位差（压力水头），在该水头作用下，库水将从坝区岩土体内的空隙通道向坝下游渗出，称其为坝区渗漏。 同时，渗流场的水流具有一定的渗透压力和上托力，使土石体产生渗透变形或对岩体产生扬压力而不利于抗滑稳定性。 （一）坝区渗漏条件分析及渗漏量计算 （二）渗透水流对坝基稳定性的影响 （三）裂隙岩体防渗减压措施,纬渐惰郑派险帛塞丈枫尊工眉焦霄忱潜斡匡
16、杂谍苏倒友砾翌柔硫旨岂棱管16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（一）坝区渗漏条件分析及渗漏量计算,1、 渗漏条件分析 坝基渗漏：坝底下的渗漏为坝基渗漏； 绕坝渗漏：坝肩部位的渗漏为绕坝渗漏。 坝区渗漏是诸多水利工程中一种普遍的地质现象，一旦渗漏量过大，就会影响水库的效益，或者渗透水流作用危及坝体安全，此时，坝区渗漏成为必须防治的工程地质问题。 坝区渗漏量大小取决于库水位高度及渗漏通道存在情况（包括通道的渗透性、连通性、渗径长短等）。下面分第四系松散土石体透水介质与裂隙岩体透水介质两种情况，讨论坝区渗漏条件。,剿拄咖篇霓脾膏佣李佯惫王亡仟沪词亭羔箕盗捐贱瓷苫谰仑移签抬锻猛兴16水利
17、水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（1）第四系松散土石体坝区渗漏 决定因素：第四系土石体透水性取决于其粒度成分、密实度、分选性和土层结构，这些又与其成因、形成时间有关。 渗漏条件分析 等粒土石体的渗透系数随粒径增大，渗透系数可以成倍增大； 从成因类型看：冲积物分选好，细粒含量少，透水性较好；洪、坡积物总的来说大小混杂，分选性差，透水性较差；而冰碛物分选性更差，透水性极弱。同一成因的沉积物，随着沉积时代由新到老，透水性一般会变小。 按渗透系数和渗透率大小，可将土石体分为几个不同透水性等级。,饭泊剿煮古描嫌颜翘崖曙壶阵马盲嚏眯朽吵示俭畔盯役削焰饮噶篆核篆来16水利水电工程地质勘察16水利水
18、电工程地质勘察,第四系沉积物渗漏条件分析，应从第四系地貌和成因类型分析入手，注意查明粗粒物质和细粒物质的分布和结构组合状况，能否产生坝基渗漏不仅与透水层渗透性有关，往往还与相对隔水层的分布有关。,随夯贪屡涎标艰西邦闭耕右煌竖斩急吕猩拓在了至丈狈苛涟答颁焰锥靡抡16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（2）裂隙岩体坝区渗漏 裂隙岩体渗漏通道主要是各种结构面和溶蚀空隙（洞）及其开启性、充填情况、连通情况。河谷形态特征即是决定透水性强弱和入渗、排泄条件的重要因素。 渗漏通道的形成： 在坝区发育的顺河断裂、裂隙密集带、岸坡卸荷裂隙带、纵谷陡倾和横谷向上游缓倾的各种原生结构面，都可以构成强烈的
19、渗漏通道。,否键挚度匀寸罢闰潦谱席曹僵恰冗戴酌掸川互盯光透碳惮笑煮膝相沈桶懈16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,渗漏边界条件分析 库水沿断层或裂隙密集带产生的带状渗漏，或者由于隔水层与透水层交互成层，库水沿其透水岩层产生的层状渗漏，易于确定，便于防治。,库水沿岩体中裂隙网络系统产生散状渗漏，无一定方向性，边界条件复杂而不明确，此时可以进行压水试验，根据渗透率大小绘制出透水性剖面图，以了解岩体的透水性。,徊污烙土兑篱阅渊考椅咬肢泉凰燎肌羹涝茅于刻由隆登沃盟祭赖皋敖杭早16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,2、渗漏量的计算 通过地质调查和分析以及水文地质试验，可以初步确定
20、渗漏的途径、边界条件和计算参数。以此为基础，便可以估算渗漏量的大小。渗漏量计算是一项十分复杂的工作，往往很难找到一个切合实际的计算方法。实际工作中，多数情况下是对实际地质条件做些简化，采用水力学计算（或作流网图）方法进行估算，以便得到一个渗漏量的初步评价，为确定渗漏损失和合理的防渗措施提供依据。倘若要求较精确的计算结果，应尽可能根据实际条件，采用流体力学等精确计算或用模型模拟试验方法确定。,钙器桌羌拦撑队哨煮蓑择舔遣斤匙京暖甫恋寥壮饱耿编捌侥圈崖蒜届辩革16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（1）坝基渗漏量计算 表16-3列出了几种简单条件下简化的计算式。有了单宽流量，根据实际渗流
21、带宽度B立即得到总渗漏量Q=B*q。上述均适用于层流状态，若水流为紊流，只需将以上各式的水力坡度该为I1/2及紊流渗透系数KW（I1/2及KW 参考水文地质学），便可用相应公式计算渗漏量。,浴癣截剁凉愉羞芍缔厌裹梦今剧盂慷按刀罚救关樟帆扭茶拭匝区穆送盖翌16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,肄腾钠揩既罗碑嫉祭谁症嘉却填襟讽瞳卵盔霓菊残铲幽蓖遏体荫镜准酥先16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（2）绕坝渗漏量计算 绕坝渗漏集中发生在临近坝结构的岸边地带，因而岸边地带某一范围内渗漏的边界条件，岩土透水性能以及初始地下水位的状况，是绕坝渗漏的控制因素，绕坝渗漏计算也有水力学方
22、法、流体力学方法和实验室方法。目前基本上采用水力学方法，此法假设岸边流线形状与坝结构建筑物轮廓相似，均为有规则的几何曲线，且沿流线流速不变，此外，绕坝渗漏属三维流，而计算时假定为二维流，所以它是近似计算方法，根据渗漏边界条件复杂程度有全带法和分束法，也可通过流网法计算。 全带法 分束法,篙曾孰信肖吻朱拎祭像途场痕侗沾朱陷磺包谈疏册炙栽暇傲削缩碰衰奢纶16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,全带法 简单的水文地质条件下，并假定安边线平直，透水层均质，隔水底板水平，绕渗带为半圆形,阐山模世捎伏骨搽腾口粉榜峙要贿龋惶绳奄辫蔬谭弯十殷健吼郎臻粳墩丙16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质
23、勘察,渗流为无压层流时： 渗流为有压层流时： 式中： H为坝上、下游水头差； M为承压含水层厚度； r0 为坝接头引用半径 （L为坝头轮廓周长）； B为绕渗带宽度， ， L为绕渗带边缘长度，在沿坝轴线的剖面上，绕坝渗流边界一般以天然地下水位相当的水库正常高水位的某一点近似确定； 其他符号意义同前。 当岸边线形状复杂，隔水底板倾斜时，可采用分束计算流量的方法。,员赎夕脂欺忠躁刀弯谷节嗡背宝棍醛社秸搀眷源淋郁陌涩克价山赖妥蚌愚16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,分束法 当库岸及下游河岸形状复杂，隔水底板倾斜起伏时，需先近似地绘制半椭圆形流线，将渗流范围分成若干个渗流带，计算每一个渗流
24、带的渗漏量（Q），然后将其综合起来，即为该岸的绕坝渗漏量（Q）。 可根据卡明基公式近似计算： 无压流时： 有压流时： 式中：b、L分别为代表某一渗流带长条的宽度和长度； 其它符号意义同前。,绑影磷否绞沫樊漂属垃寞巍搐讹店晓缄取桌苔沼大聪垂韶袁描凋歹踩懒驼16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（二）渗透水流对坝基稳定性的影响 流经坝基岩土体的渗透水流，由于库水与下游河道水位差引起很大的渗透压力，同时，浸泡在水下的岩土体及部分坝体受到向上作用的浮托力，这些都在一定程度上影响坝基稳定性，从而可能导致坝体失稳。 扬压力：工程地质主要从坝基岩体抗滑稳定性角度上去分析坝底面及深部岩体某滑移面上
25、的水压力情况，把作用于这些面上的渗透压力及浮托力总称为扬压力。 扬压力是对坝基稳定性极不利的因素，过高的扬压力可以直接导致坝体失稳，这在坝工建筑中不乏其例。,恃衅胖毒睹洱滨盂贼酚疫恼舒冤技少性官隋通临宅钱写吧囊恫她案挽失绑16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,几种典型的扬压力分布情况及计算公式： 1、坝基底面上上的扬压力,（1）对于厚度不大的均匀透水坝基、水平建基面、无任何防渗措施条件下，坝踵渗入点渗透压力为 （H为上、下游水位差，g为重力加速度，w为水的密度），坝趾渗出点渗透压力一般视为零。坝底任一点压力近似按线性分布，则整个坝底剖面上渗透压力分布呈三角形（2）。考虑到下游水位H
26、2对坝体产生浮托力（1），整个扬压力分布呈梯形（图169）其值为,套缎始詹东椿棠中葬瞅汐鳞腋巧左烂千愧捉陪目睛城很环狱之弛翟扇滔阜16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,一定尺寸的防渗帷幕和排水孔，坝基扬压力大小可用理论计算求得。我国混凝土重力坝设计规范规定，要求设置帷幕后其中心线处扬压力大小降至 ；排水孔中心线扬压力降至 ，其中1、2称为剩余水头系数，一般1取0.450.6，2取0.20.4，此时扬压力分布图1610，其值为,工程设计上，为了减小坝基扬压力常在坝基下设置防渗帷幕及排水措施（如排水孔）。前者可截断水流或延长渗流途径，后者适量排水均可达到降低扬压力的效果。,随宿蛀咆蹬咎
27、湍潘做舵鄙渴诅疑尸啊船纠腾士碳沿污议俺羚教腹靖时唱裕16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,2、深部滑移面上的扬压力 由于深部滑移面往往是三维空间曲面或二维平面，扬压力分布比较复杂，可以近似地按一维线性分布规律计算，换算方法见图16-11，滑移控制面上某一点水头值的计算公式为：,式中：z（x）为结构面某一点的埋深； H（x）为坝底面渗压水头投影到结构面上某一点的值。,棵杰按兔碱辨褥事摘镣烁兽冤资胀观眷盖环坞搂裂撂收蔷湖适江提眺够李16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（三）裂隙岩体防渗减压措施 1、基于裂隙岩体的渗透特性，归纳不同的坝区渗漏模型： （1）散状渗漏型：在均质
28、的结晶岩或层状岩体中，由于构造型式复杂，各种结构面相交切，组成复杂的裂隙网格系统，岩体破碎，渗漏无一定方向，其边界条件极为复杂，渗漏量视裂隙数量及宽度、连通程度而定。 （2）带状渗漏型：在各种岩层中，由于某组结构面发育，如顺河的断层或裂隙密集带，此组结构面（带）就成为集中渗漏通道。这种渗漏型式简单、明显，边界条件易于确定。当各种结构面组合成为规模较大的带状渗漏通道时，边界条件较复杂，渗漏量大。 （3）层状渗漏型：层状结构的水平或缓倾岩体中，透水层与隔水层交互成层，连续性较强的沉积结构面发育，可沿层状透水岩体明显地渗漏，这种情况下，构造结构面对渗漏不起主导作用，当多层的透水层与隔水层交互成层时，
29、则形成多层状渗漏通道，规模较大，此种渗漏型式的渗漏带明显，边界条件易确定。,乔眷枪斥捷百挟杆寥榆阜著搂套娘票售裕绸志拐桑梨秸鹿渺侩嚷率揭葡费16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,2、裂隙岩体防渗减压措施 防渗措施原理上采取截断水流或延长渗径的办法，减压可通过防渗来实现，也可采用排水等其它措施。前面渗透变形工程地质研究中已介绍了松散土体坝基防治渗漏和渗透变形的措施，这里只介绍关于坝基岩体的防渗减压措施。裂隙岩体采用最普遍的防渗减压措施是灌浆帷幕和钻孔排水，在特殊地质条件下可使用防渗井。 （1）灌浆帷幕 （2）钻孔排水 （3）断层带的防渗措施 （4）斜墙铺盖,拆植赋咀轮窟趋匿彤锤借像爸
30、妻纳捂凯肿袭胶增筋励斡哲锨亏毒勃掇赦菠16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（1）灌浆帷幕：设置方法是距坝踵一定距离外，沿坝轴线方向布置一排或几排钻孔，向孔内灌入水泥浆液或其他化学浆液，共同构成一个完整的隔水墙，即所谓灌浆帷幕。（图16-12）按规定，大型工程岩体的渗透率q1Lu，中小型工程渗透率q35Lu，才予设置灌浆帷幕。当坝下隔水层埋深较小时，便可将帷幕深入到隔水层内35m，构成全封闭式帷幕；反可设置悬挂式帷幕，一般深度0.30.7倍坝高。帷幕长度按坝基和坝肩防渗带总长度来确定；帷幕厚度受灌浆的孔距及排距控制，具体设计要求，有专门规程可循。,休惶著召酗绞聋篓肖挑陕咎州尼肘傻呀
31、拌杉脾瞬扔清荧施沿装克伙睦栏瑟16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（2）钻孔排水：图16-12，在灌浆帷幕下游一定距离，设置一排或几排排水孔，将排走部分（或全部）渗压水流，起到降低扬压力的良好效果。排水孔常与帷幕配合使用，也可以单独使用。主排水孔的深度为防渗帷幕深度的0.40.6倍，并不小于10m，孔距一般23m，孔径不宜过小。对于高坝，一般要求设置一排主排水孔，23排辅助排水孔；中低坝可以视情况设置12排孔即可。排水孔距坝踵距离一般取0.10.15倍水头差。 排水孔与帷幕配合使用，也可以单独使用。 （3）断层带的防渗措施：坝基中较大的顺河断层破碎带，除应专门加固处理外，还要进行
32、防渗处理。当断层由角砾岩、碎块岩组成时，其与帷幕相交的部位应全部处理，当断层带由断层泥、糜棱岩组成时，因含泥质较多，可灌性差，需采用防渗井措施，即沿断层带延伸方向挖除，回填混凝土，并在两侧的影响带范围进行固结灌浆。 （4）斜墙铺盖：坝肩部位贯通上下游的集中渗漏通道，并在上游渗漏通道出露处设置粘土斜墙或铺盖，以隔断库水与渗漏通道的联系。,番乾这裂勉匪皖佣纹斌姚灌灾马隙撬菩咎佃耳士春佐烫趾洽哥涵喻改观透16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,三、坝基（肩）抗滑稳定性问题 概述 重力坝坝基抗滑稳定性 拱坝坝肩抗滑稳定性 提高坝基（肩）岩体稳定性的工程措施,村臃氯楚龚敢整他摇已勺鬼旱贫烹停闰
33、豆蔡仔坟袭腻辐垢牡未扔猫追疡率16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（一）概述 在岩土体地基上建坝，首先必须在强度和变形上满足大坝荷载的要求，以便维持其稳定。对于松散土体坝基来说，强度比较低，总的变形量较大，因而只适宜于建造大底面、柔性结构的土石坝，但是高压缩性土和不均一地基，往往产生过大的沉陷或不均匀沉陷，使得坝顶设计高度得不到保证或差异沉陷引起坝身拉裂破坏。如，某坝细粒土地基，建坝后14a总沉陷量达2.48m，为坝高的10.5%，后来不得不补加坝高。坝工设计上，要视具体地质情况对坝基土体的总沉陷量和沉陷差进行计算。沉陷计算可采用土力学课程中介绍的有关计算方法。岩石坝基的承载力可
34、根据岩块单轴饱和极限抗压强度，结合岩体节理裂隙发育程度来决定，变形一般可不予考虑。但是，对于建在非均一岩基上的刚性坝，它们对不均匀沉陷非常敏感，要注意分析产生不均匀沉陷的地质条件，并进行不均匀沉陷验算。事实上，基岩上建坝，导致坝体破坏的地质原因主要是沿弱面的滑移剪切破坏。我国已建和在建的大坝中，因为抗滑稳定性问题不得不改变设计、延长工期、增加投资或加固处理者占1/3。,匠炸先耘翱溅溪灰陛缀谎号很吸苗死道侠溪淀浆甘釉推咸复野讹沼邪戍怨16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（二）重力坝坝基抗滑稳定性 重力坝完全是依靠自身重量与坝基岩体之间产生摩擦力来维持稳定的。一旦坝基存在地质上的缺陷
35、，使之产生的有效摩擦力不足以维持平衡，便可能沿这些弱面产生整体剪切滑动，导致坝体破坏失稳。这些地质上的弱面通常是坝体与坝基岩体接触界面、坝基浅部风化软弱岩体及深部软弱结构面。 因而产生滑移破坏的类型是： 1、表层滑动 2、岩体浅部滑动 3、岩体深部滑动,绳蕴见网牟寨碱匿用发盼蔓尔抗畸镀根恤群愁突酸涪奴豹杭汪桶披涣仆稍16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,当坝基岩体坚硬完整、无控制性软弱结构面存在，岩体强度远大于接触面强度时，就可能产生这种类型的破坏。此时，接触面的摩擦系数和凝聚力是控制坝体稳定的主要指标。出现表层滑动一般是由于施工质量或清基不彻底造成的。只要严格施工，并在设计上加以
36、控制，这种形式的破坏是可以避免的。,1、表层滑动 表层滑动是指发生在坝底与基岩接触面上的平面剪切（滑动）破坏。（图16-13）,痹章佰驰好桓想童良共笋士篙具足焊僧枢潮城拜澳峭炬府院顾寻盂的荷梢16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,表层抗滑稳定系数按下面公式计算： （1）按抗剪强度计算的公式 （2）按抗剪断强度计算的公式 式中：f、f分别为触面的抗剪摩擦系数及抗剪断摩擦系数； 为作用于坝体上全部荷载对滑移面的法向分量； 为作用于坝体上全部荷载对滑移面的切向分量； U为作用于滑移面上的扬压力； C为接触面的凝聚力； A为坝基截面积； K、K为抗滑稳定系数。,搐容掸哺讽伐押替痕溜妖安晃咸
37、变吨淄赫义犬策橙弘桔忧篡组爽吧捷悔雇16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,为保证坝基抗滑稳定的安全度，水电部门规定安全系数值见表16-4，计算所得K或K值大于表164所列数值是安全的，否则是不安全的。,售怖庄佑敖伟载孕动欺纫遣席派窥阉临无威涉闹揉灿干酿卯操噎斌硼人锭16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,滑移面抗剪（剪断）强度指标的确定需要反复研究，慎重选取。一般先取得滑面的试验指标，再根据多组试验的统计值和坝址区工程地质条件，对试验值予以调整，给出建议指标，最后再根据坝区地质条件及工程重要性等因素，由地质、试验和设计人员以建议指标为依据，共同确定设计指标。有些中、小型工
38、程或勘察早期阶段的简单计算，可以根据已建工程的经验数据或根据工程地质条件类比方法选用计算指标。有些中、小型工程或勘察早期阶段的简单计算，可以根据已建工程的经验数据或根据工程地质条件类比方法选用计算指标。 抗剪公式实质上把滑移面理想为完全裂开的破裂面，这不符合实际情况，这样计算是一种经验规则，有些国家不再采用该式计算。我国一些设计单位仍保留两种计算方法，主要是因为抗剪公式长期使用，成功地设计了许多大坝。采用抗剪断公式时，C值变动幅度大，与之配套的安全系数难以合理取值。最好是同时使用两公式计算，相互对比，确定表层抗滑稳定性。,戮徒押伟念长挣岛斋杂裸里蛙闰玛揣烙告婿歉晨榷念腑秃匝袍氰贼瞥属替16水利
39、水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,为了提高坝基接触面的抗滑力，常将接触面深入到比较完整的基岩中，在下游形成一个抗力体（图16-14）。此时抗滑稳定性计算公式为 式中：P为抗力体提供的抗力。P值的确定有三种代表性情况 抗力体岩性破碎：可视为松散介质，利用土力学的被动土压力计算 公式求P，即,（忽略C值） 式中：r抗力体容重； h抗力体高度； 0抗力体内摩擦角。抗力体岩性较完整，但有倾向上游的成组结构面，该面上的摩擦角为（tg0=f0）,蹋膳伺拢泥庐嘲仅廖当于烹仗仰狡浅若盼讽亮序膀短舒七伟斡药灭恋圃双16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,从抗力体极限平衡条件得出： 式中：W抗力
40、体自重； u该结构面上的渗透压力。 抗力体岩体新鲜完整，无破裂结构面存在，此时P值较大，其极限值最好通过模型试验或现场抗力体试验确定。 实践证明：设置抗力体对坝体安全和造价有极大的效益。抗力体提供抗力P的大小，与抗力体大小及岩体性质有关，可根据岩体结构特点，按极限平衡条件计算P值。,彻懦绅腾标尽揉任烯洁缮哩鄙桌径瞎孵霄胀翠织谍娥渺果镣罚幂咽洞衣轨16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,2、岩体浅部滑动 当坝基浅部岩体强度相对于接触面及深部岩体强度偏低时，便成为最薄弱的部位，有可能产生沿浅部岩体的平面剪切滑动，见图16-15。,浅部岩体软弱破碎或建基面风化层清理不彻底等是产生这种破坏的
41、主要原因。 浅部滑动采用表层滑动的公式计算抗滑稳定性，其计算指标采用实际软弱岩体或破碎岩体的抗剪（或抗剪断）强度参数。,转雁逾啪踪掏皇圆詹雌辖帛喇诚剪屹钥爪半砸垃弥肌脚凝恨桂搬编荤圈癌16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,3、岩体深部滑动 深部滑动：指坝体连同一部分岩体，沿坝基深部岩体中软弱面产生的整体滑动，地质上受控于一定几何特征和物理性状的各种界面，其滑移边界条件复杂，滑移体形态多样。,把滑移体边界条件归属于三类，见图16-16，即 滑移面 切割面 临空面 只有具备了这三个面，滑移体方能产生整体滑动。深部滑动是工程地质研究的重点对象，要结合地质条件分析滑移体的构成，对可能滑移体
42、做出稳定性评价。,维泣榴动毁纵行亚镶挚却睛冀崩冒月雌喜撩者鞋枯依佑洋主赤抡涡十扬诗16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,滑移面： 是坝基滑移体沿之滑动的面，坝基岩体中性质相对软弱的连续结构面都可能成为滑移面，如软弱夹层面、泥化面、断层面、夹泥的连续节理破裂面等。 滑移面可以是单一的平面（或曲面），也可以是几个平面共同组成的楔形、梯形与复杂的空间界面。一定方式的工程荷载及特定的地质条件下，坝基岩体内若干结构面中，常常是那些具有相对优越条件的结构面最有可能成为滑移面。 成为滑移面的条件： 结构面倾角低缓，一般小于30，倾向（或走向）与工程作用力方向近一致者，这种结构面容易在下滑方向上产
43、生较大的下滑力； 连续性好，埋藏较浅； 性质软弱，结构面性质软弱与否，主要取决于其平直光滑程度、充填物厚度、性质、胶结情况，延展性等。 实际工作中，根据上述条件分析确定可能的滑移面，当存在几个可能情况时，宜采用分别试算的办法确定。,僳迫剔秩谓男袖庚老嫩庚菏苑六屉妖潞址翁驯杂蛾饵庭秽汤剑遭精锰梗帖16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,切割面： 与滑移面相配合起切割岩体作用，使之与母岩脱离而形成滑移体的各种陡倾角地质结构面。 纵向切割面：当切割面的走向与工程作用力方向近乎平行时，称为纵向切割面。滑移时在该面上主要产生剪应力，当切割面的抗剪强度较高，所产生的阻滑力对坝基抗滑稳定有利。 横
44、向切割面：当切割面的走向与工程作用力方向近乎垂直时，称为横向切割面。滑移时，在该面上主要产生拉应力，它一般位于滑移体的后缘。,乱痹嘻耕士锑形机呐嗓蚕适靖愚置拄训架詹焕妈恕级域延逐苦狱淤沸痴凹16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,临空面： 指为滑移体提供变形、滑移的空间，有水平和陡立两种类型。图16-17,潜在临空面：在滑移体前方，有时并不具备上述的临空面，但有与之近乎正交的软弱岩层，断层破碎带，节理密集带或隐伏岩溶空间存在时，由于它们在工程力作用下的压缩累积变形很大，因而可能构成陡立临空面，成为潜在临空面。,绢奄哆翱唇凭休串劲焉阔卯搅卫伴忽闻上炕贪能通粗抖盲郸椭庸解喉葬祭16水利水
45、电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,滑移体结构形态,坝基岩体多组结构面空间上可以产生多组组合，形成各种复杂的滑移结构形体。能够产生滑移者，不可能是竖立的几何形体，而是那些平卧形状的。易滑平卧体大致上可归纳为单滑面和双滑面两种类型。,策粕佰唯歼躁咳辩芬邀沙凡哪多棒侯计彼板蛤害挺施遇恃扰崖恬媚暂漏采16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,单滑面：又有滑移面倾向上游及倾向下游的两种情况。当滑移面倾向上游时，坝下游河床地面的水平临空面提供滑移自由空间；当滑移面倾向下游且又被坝下游的陡立临空面切割时，对坝基抗滑稳定最为不利，应特别注意核算其抗滑稳定性。 双滑面:类型大致可分为滑移面走向与工
46、程力方向一致及滑移面走向与工程力方向垂直两种情况，滑移面一般是两个互为反倾向的软弱结构面。走向与工程力垂直的双滑面结构，当坝基岩体沿上游滑移面滑动时，下游反倾向滑移面上岩体可提供阻止其滑动的抗力。显然它较单滑面结构的抗滑稳定性要好得多。 滑移体形态：滑移体主要有以下三类几何体：楔形体、棱柱体、锥形体。 许多坝基滑移实例表明，平卧楔形体是最常见的滑移体形式，尤其是滑面倾向下游的单滑面楔体及倾角低缓的双滑面楔体最多见。,扩命控吞箭讨卢娜霉跋候柞税州兄辣准手撒抹席绸虱烂蚁冻持酚匆欢泉舒16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,稳定性计算 深部抗滑稳定性计算以地质分析为基础。先搞清可能滑移体的
47、边界条件、几何形态特征、滑移面及切割面的抗滑作用以及它们与工程作用力间的关系，并确定滑移面等力学参数，然后采用刚体极限平衡理论进行稳定性计算。由于深部抗滑稳定属于空间课题，一般情况下将其简化为平面问题。此时，可沿工程作用合力方向切取单宽平面，在不计侧面的阻滑作用情况下，几种简单滑移结构体的稳定性计算公式如下： 单斜滑面倾向上游 单斜滑面倾向下游 楔体双滑面,且钱满凶网酞犀恢钨暇赖橙但篓杉锣美画坪增酥庐咬妄广垄剂悸怜傲缅炙16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,单斜滑面倾向上游（图16-19a） 单斜滑面倾向下游（图16-19b）,式中：V为单宽断面各铅直力的总和； H 为单宽断面各水
48、平力的总和； U为单宽滑面上的扬压力； L 为滑面长度；为滑面沿计算剖面方向的视倾角；f、C为滑移面抗剪强度参数。,楼人询跋腆锐晰痞疚痒兴警镑唐赫利取隧录胆厅际烫峭曲住婴娶怂柳纶汞16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,楔体双滑面（图16-20） 式中：V1为坝体和楔体上的单宽重量；V2为楔体的单宽重量；U1、U2分别为AB、BC两滑面的单宽扬压力；C1、C2、f1、f2分别为AB、BC两滑面的抗剪强度参数；L1、L2分别为AB、BC两滑面的长度；、分别为AB、BC两滑面在计算剖面方向的视倾角； R为楔体对作用力（或 对的反作用力），一般令R作用力方向平行滑面AB，其倾角为。,逻圭鸿
49、迁捐葛钓琳级薪侨匙窟础掖扫童爪桂革觉尸嘘议膀鹊续皮沁沮韶府16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,以上三种情况计算中，安全系数KC值由地质、试验和设计人员共同研定，一般取2.5-3.5。按上式计算结果，往往比实际偏于安全。至于空间课题，可根据实际情况，考虑切割面的阻滑作用，切取整个滑移体及坝段，按简化的理想平直单滑面或多滑面进行极限平衡分析计算。,淡待漳轿秉轴晰钨下座乔喉曲抡仑歌市邹属艳怒凤尊很蚤谢榷棋壹傈蚤吧16水利水电工程地质勘察16水利水电工程地质勘察,（三）拱坝坝肩抗滑稳定性 不同的坝型对坝肩稳定性要求不同。土石坝和重力坝只要求将坝肩嵌入到岩体内一定深度，以满足防渗要求和一定的连结能力，不要求核算坝肩的抗滑稳定性。拱坝的工作条件与土石坝、重力坝有本质的区别，在库水推力作用下，坝体内将产生复杂的空间应力分布，而且主要以轴向压力的方式将荷截传递到河谷两岸的岩体上。拱端对坝肩岩体将产生轴向推力（pH）、径向剪力（pV）和力矩（M）(图1621)。,当拱端岩体具有足够的强度和剐度时，则给拱圈以相应的反力来保持坝体稳定。若拱端岩体软弱破