地基岩体稳定性的工程地质分析

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1、第十一章地基岩体稳定性的工程地质分析工程地质分析原理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那部分土体或岩体称为地基。根据承载的特点，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都是属于这种类型；(2)承受斜向荷载(同时承受垂直荷载与水平荷载)的地基，各类挡水建筑物，如闹、坝等的地基属此类。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%~

2、40%，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)的抗滑稳定性较低．运行期间又遭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，使坝基被掏空而造成的破坏。(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。安徽梅山水库大坝的事故就是这样造成的(见第九章)。(6)坝下游岩体冲刷(溢流冲刷)掏空，也可造成大坝的破坏。(7)由地震和水库地震所造成

3、的破坏或损害。11.2地基岩体内的应力分布特征11.2.1垂直荷载作用下地基内的应力分布主要取决于荷载特点和地基岩体的结构特征。（1）均质地基附加应力σ1=(P-γh)/π(2β+sin2β)σ3=(P-γh)/π(2β-sin2β)式中P为荷载强度，h为基础埋深，2β为某点与基础两角连线的夹角。（2）层状结构地基具有明显的各向异性。（3）碎裂结构地基（块体堆砌式的）随着基础刚性的增强，应力集中从轴线转移至两侧；随着胶结物强度提高，应力集中程度降低。11.2地基岩体内的应力分布特征11.2.2斜向荷载作用下地基内的应力分布以挡水建筑物为例。一般认为，坝基所承受的垂直荷载呈三角形分布

4、，即在上游坝踵处垂直荷载为零，然后线性增大，至下游坝趾处达到最大值。这是坝重及库水推力所造成的力偶共同作用的结果。坝基所承受的水平荷载是由库水推力作用在坝体上，然后通过坝底面的摩擦力而传至地基的。由于垂直荷载为三角形分布，故由底面摩擦力而传给地基的水平荷载也必然呈类似的三角形分布。计算结果表明：在坝上游面附近的坝基上部存在一个水平拉应力分布区。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团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

5、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，坍滑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长的堤顶下陷了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土或淤泥夹层的情况下[图11-14(a)]，而且地基中的滑动面都是通过这一软粘土层的中部；第二类坍滑通常发生在地基土层中发育有软粘土，且其中部夹有砂或粉砂之类的薄层或透镜体[如图l1-14(b)]，滑动面就通过这种部位。显然，坝坡坍滑问题取决于促使坝坡滑动的力与阻止

6、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）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

7、+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、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，另一方面则取决于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