第十章 地基岩体稳定性分析

第十章 地基岩体稳定性分析

第一节 坝基岩体抗滑稳定性分析

重力坝、支墩坝等挡水建筑物。

一、坝基岩体承受的荷载分析

（沿坝轴线方向取1m宽坝基（单宽坝基）为单位进行计算，如图10.1所示） 1．坝体重力W（kN）

W???iAi

i?1n式中：?i—坝体材料的容重（KN/m）；

3

。 Ai—坝体横截面面积（m2）

2．静水压力 ①水平静水压力：

Hh?H1?H2??w22(h12?h2)

图 10.1 坝体静水压力分布示意图

②竖直（向）静水压力：（阴影部分面积）

Hv?Hv1?Hv2??w22(h12ctg??h2ctg?)

如：ctg??Hv11?Hv1?H1ctg???wh12?ctg? H123．泥沙压力（F） 由朗肯土压力理论：

?1F??Shs2tg2(45??)

22式中：?s—泥沙的容重；

hs—坝前淤积泥沙厚度；

φ—泥沙的内摩擦角。 4.浪压力（P） 确定比较困难。

125

当坝的透水面为铅直面或坡度大于1∶1时。

'

①hf?Hw?Lw/2时，水深Hw处浪压力的剩余强度p'为：

hP??w式中：hw—波浪高度；

() chLw??HwLw—波浪长度； hf—波浪破碎的临界水深； '—水深。 hw②Hw?Lw/2，在Lw/2深度以下可不考虑浪压力的影响，

P?2式中：h0??hw/Lw。

12?w(Hw?hw?h0)(Hw?p?)?Hw 2??5．扬压力（U）（作用于坝底上的渗流压力） 如图10.2所示。

①在没有灌浆和排水设施的情况下

U??wB?0h1?h22（即图中梯形面积）

式中：U—单宽坝底所受扬压力；

B—坝底宽度； ?0—不大于1.0的系数。

当?0?1时，（即“莱维（Levy）法则”）

图 10.2 坝底扬压力分布图

②当坝基有灌浆帷幕和排水设施时，如仅有排水设施时，λ=0.8～0.9。

③如果能确定坝基岩体内地下水渗流的水力梯度（I），则可按下式计算渗透压力：

U??wI

6．岩体重力（G）

G??meVme

7．地震力（FEK）

FEK??G0

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?—地震影响系数；G0—坝体与滑面上部岩体重力。

二、坝基岩体的破坏模式

根据坝基失稳时滑动面的位置，分为三种模型：

（）接触面滑动，如图10.3所示?1?（?2）岩体内滑动，??沿水平软弱面滑动??滑动??滑倾向上游软弱结构面??10.4所示，滑动?沿倾向下游软弱结构面?如图?沿倾向上下游两个软弱?面滑动???个软弱结构面滑动??沿交线垂直坝轴线的两?（?3）混合型滑动

图 10.3 接触面滑动示意图

图 10.4 岩体内滑动类型示意图

三、坝基岩体抗滑稳定性计算

1． 接触面抗滑稳定性计算 如图10.5所示。

（1）抗滑稳定性系数：??f(?V?u)?H 或

??f(?V?u)?CA?H

f—坝体与基岩接触面的摩擦系数；

127

图 10.5 接触面滑动受力示意图

C—接触面的内聚力。

（2）为增大η，将坝体和岩体接触面设计成向上游倾斜的平面，如图10.6所示，作用于接触面的正压力N：

N??H?sin???Vcos??U

拉滑力：Fs?f(滑动力：Fr?H?sin???V?cos??U)?CA ??H?cos???V?sin?

???f(?Hsin???Vcos??U)?CAFs ?Fr?Hcos???Vsin?（3）如果坝底面水平且嵌入岩基较深，如图10.7所示，那么在计算η时，应考虑下游岩体的抗力（被动压力）。

对楔体abd，在bd面上：

PP?cos??Grsin??Ntg??CA?0

在bd法线方向：

图 10.6 坝底面倾斜的情况及受力分析

PP?sin??Grcos??N?0

∴岩体的抗力pp：

PP?PP??CA?Grtg(???)

cos?(1?tg?tg?)???f(?V?U)?CA?PP?H

修正为： ??f(?V?U)?CA??PP?H

图 10.7 岩体抗力计算示意图

（因为工程设计中，只是部分利用或不利用岩体抗力。） 式中：ξ为抗力折减系数，0～1.0）

2．坝基岩体内滑动的稳定性计算 （1）沿水平软弱结构面滑动的情况

若滑动面埋深不大，一般不计入岩体抗力；如滑动面埋深较大则应考虑抗力的影响。如图10.8所示。

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??式中：

fj(?V?U1)?CjA??Pp?H?U

2?V，?H分别为坝基可能滑动面上

总的法向压力和切向推力；

U1为可能滑动面上作用的扬压力；

U2为可能滑动面上游铅直边界上作用的水压

力；

fj，Cj分别为可能滑动面的摩擦系数和粘聚力；A为可能滑动面的面积；

图 10.8 倾向上游结构面滑动计算图

?为抗力折减系数； pp为坝基所承受的岩体抗力。 （2）沿倾向上游软弱结构面滑动的稳定性计算 如图10.9所示， ??

fj[(?V?Gr)cos??(?H?U2)sin??U1]?C图 10.9 倾向上游结构面滑动计算图 jA(?H?U2)cos??(?V?Gr)sin?式中：Gr为可能滑动岩体的重量；?为可能沿之滑动的结构面倾角。

计算公式中仍没有考虑滑体两侧的抗滑力。

（3）沿倾向下游软弱结构面滑动的稳定性计算 如图10.10所示。对大坝的抗滑稳定最为不利。 （4）沿两个相交软弱结构面滑动的稳定性计算 见教材P209。

图 10.10 倾向下游结构面滑动计算图

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第二节 坝肩岩体抗滑稳定性分析

1．地形条件和岩体结构（主要为软弱结构面的展布特征） 一般地：

①产状水平或近水平的软弱结构面，走向与河谷方向夹角小于45°而倾向河谷的软弱结构面往往对坝肩稳定不利；

②坝肩上下游谷坡坡角较大且向河谷突出，对坝肩稳定不利；

③谷坡平直、结构面不发育或陡立且走向与河谷方向夹角较大时，对坝肩岩体的稳定有利。 2．分析计算坝肩岩体抗滑稳定性 平面稳定性计算 整体稳定性计算。

以一简单例子来说明平面稳定性计算方法： 假定铅直软弱结构面AB和水平软弱结构面ABC是两个可能的滑动面。

在坝端推力T作用下，可能发生沿AB方向的滑动。沿AB方向的抗滑力由ABC和AB两滑面上的摩擦力和粘聚力提供。如图10.11所示。

图 10.11 拱坝坝肩岩体受力分析图 AB面的正压力：Tsin??U1 ABC面的正压力：Gr?U2

抗滑力：

Fs?(Gr?U2)fj2?Cj2A2?(Tsin??U1)fj1?Cj1A1

下滑力：Fr?Tcos?

? ??(Tsina?U1)fj1?Cj1A1?(Gr?U2)fj2?Cj2A2Tcosa

式中：Gr—为可能滑动体的重量；

U1、U2—作用于AB、ABC面上的扬压力。

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