【正文】 的壓 縮變形或不均勻變形，會(huì)使壩頂高度得不到保證，導(dǎo)致壩體裂縫，引起大壩失事。：此外，地質(zhì)條件不同時(shí)，即使是 同等壩高和同一壩型，其變形量也不盡相同。此外，變形范圍有時(shí)不僅局限于壩基，還可能擴(kuò)展到壩趾下游很遠(yuǎn)地方。 (b) 圖 10 14壩基沉降變形方式 (a)壩基為均質(zhì)、等厚度巖層產(chǎn)生的均勻垂直變形； (b)壩基為菲均質(zhì)、不等厚度巖層產(chǎn)生的不垂直角變形 一、壩基的壓縮變形 國(guó)內(nèi)外大量原型觀測(cè)資料證明，壩基的沉降變形，從壩體施工開(kāi)始，一直持續(xù)到大壩 建成、水庫(kù)蓄水后的一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)壩基由非均質(zhì)巖層組成時(shí)，且?guī)r性差異顯著時(shí)，則將產(chǎn) 不均勻變形生，如圖 1◇ 14 (b)所示。壩基（肩）的穩(wěn)定除了上面已講述的滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定問(wèn)題 外，還有壩基的壓縮變形和強(qiáng)度問(wèn)題。如 果 部 分 拱 圈 的 計(jì) 算 結(jié) 果 不 穩(wěn) 定 ，則 應(yīng)做整體穩(wěn)定計(jì)算?？布鐜r體內(nèi)的滲透破壞 作用的發(fā)展，亦會(huì)危及坎肩的穩(wěn)定。如果變形量超過(guò)了壩體的允許范圍，就可 能引起拱冠的拉裂，甚至導(dǎo)致整個(gè)拱壩的破壞。 (1)壩肩巖體內(nèi)存在（或潛在）滑裂面，例如各種裂隙面、斷層面、軟弱夾層、片理 面、不整合面等。美國(guó)的帕科依馬雙曲拱 壩，經(jīng)受了 1 971年 2月 9日的 。因此，壩肩巖體的穩(wěn)定是壩 體穩(wěn)定的關(guān)鍵。 sinp 式中 Gi、 G2 壩基下滑移體和抗力體重量； 口、 P一 結(jié) 構(gòu) 面 與 水 平 面 夾 角 ； f，、 f2結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)； Ul、 U2 作用于結(jié)構(gòu)面上揚(yáng)壓力； R滑移體作用于抗力體上的剩余推力； 其他符號(hào)意義同前。具體計(jì)算時(shí)，按塊體靜力傳 遞原理，壩基滑移體傾向下游滑動(dòng)面上的剩余推力 R為該段滑動(dòng)力與抗滑力之差，這樣 就可以近似地認(rèn)為是單斜傾向下游情況，即 R[∑ HCOSa+(∑ W+G1)sina] f1[(∑ W+G1COSa) Ul ∑ H sina](10 14) 根據(jù)剩余推力 R作用于抗力體情況，計(jì)算抗力體穩(wěn)定系數(shù)。 L一廠 [(∑ W+G) cosa“ +∑ H sina] (3)雙斜滑動(dòng)面，如圖 10 12 (c)所示。 一抗滑力 由 忌。 3．深層滑移的抗滑穩(wěn)定計(jì)算 深層滑移的抗滑穩(wěn)定計(jì)算，隨滑移邊界條件而異，且主要受滑動(dòng)面的產(chǎn)狀及結(jié)構(gòu)面 l 組合形式 所控制 。 (1)將壩基基巖面開(kāi)挖成向下游抬高的斜面或臺(tái)階狀，如圖 10 11（口）所示。≥ 1. 00、走 7。只有滿足以下條件，壩基抗滑穩(wěn)定性才毹 足工程要求，即對(duì)重力壩，荷載基本組合時(shí)，采用足。而抗剪斷強(qiáng)度是抗剪斷試驗(yàn)求得的抗剪指標(biāo)，即在 f≠ O 條件下， r=otan~39。 式（ 10 11）適用于計(jì)算大中型工程壩體沿基巖接 觸面的抗滑穩(wěn)性；式（ 10 10）適用于中小型工程中的中、低壩條件下，壩體沿基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定性。 由于極限平衡法計(jì)算簡(jiǎn)明方便 ，又具有一定的精度，所以在工程上得到了廣泛應(yīng)用，下面 介紹這一方法。 (3)壩下游抗力體的阻滑作用。一般情況下，側(cè)向切割面的阻滑作用是客觀存在的，特別是在斷 層、裂隙走向與河流交角較大，連通性不強(qiáng)時(shí)，阻滑作用還是較大的。形成港 動(dòng)面的通常是一些軟弱結(jié)構(gòu)面，其抗剪強(qiáng)度的大小取決于結(jié)構(gòu)面的成因、性 質(zhì)、充填物懂質(zhì)和厚度、結(jié)構(gòu)面延展性、結(jié)構(gòu)面乎整光滑程度等?；竞奢d組合通常是指壩在正常運(yùn)行期間可能遇到的正常設(shè)計(jì)水位時(shí) 設(shè)計(jì)洪水的各種荷載組合；特殊荷載組合包括校核洪水位和地震情況下的各種荷載組合。 (4)地震力：在設(shè)計(jì)烈度為Ⅶ度以上的地區(qū)應(yīng)計(jì)算地震力，包括地震慣性力、地震 水壓力。 (3)揚(yáng)壓力：包括浮托力和滲透壓力兩部分。 1．工程作用力 (1)壩體自重：是其體積和材料重度乘積。常見(jiàn)的壩基滑移體有契形、棱柱形、錐形，如圖 10 9所示。存在于壩下游距壩趾不遠(yuǎn)的范圍 內(nèi)。因此，滑動(dòng)面及其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定是壩基抗滑穩(wěn) 定分析的關(guān)鍵。把允許水力坡降與實(shí)際 壩基可能滑動(dòng)類型的確定， 是進(jìn)行壩基抗滑穩(wěn)定計(jì)算、壩基巖體力學(xué)模型試驗(yàn)，以及 定性和定量評(píng)價(jià)壩基穩(wěn)定性的先決條件。 水力坡降相比較，若實(shí)際水力坡降小于允許水力坡降則滲透變形是安全的，否則是危險(xiǎn) 一般情況下，當(dāng)滲透 水流的實(shí)際水力坡 AH水位差(AH=HlH2) 降大于土體臨界水力坡降時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生滲透變形破壞。 分析滲透水流水力坡降與土層臨界水力 坡降的關(guān)系，是確定能否產(chǎn)生滲透變形的主要方法。 庫(kù)水滲入壩下透水層，至下游排泄出來(lái)，其滲流方向在不同部位是不同的，如圖 10 7所示。多層結(jié)構(gòu)的松散土層發(fā)生滲透變形的可能性決定于滲透水層與不透水 層上下組合關(guān)系、相對(duì)厚度、透水層性質(zhì)及其連通性。土顆粒的級(jí)配反映了土體粗細(xì)顆粒含量分布狀況。 (1)粗細(xì)顆粒粒徑比。土體對(duì)滲透水流的阻抗能力稱為抗?jié)B強(qiáng)度。這種滲透變形常會(huì)導(dǎo)致下 游 壩 腳 處 滲 透 水 流 出 逸 地 帶 出 現(xiàn) 成 片 的 土 體 破 壞 、冒 水或翻砂現(xiàn)象。此外，穴 居動(dòng)物（如各種田鼠、蚯蚓、螞蟻等）有時(shí)也會(huì)破壞土體 結(jié)構(gòu)，若在堤內(nèi)外構(gòu)成通道，亦可形成管涌，稱之“生物潛蝕”，如黃河大堤曾出現(xiàn)過(guò)這 種現(xiàn)象。 1．管涌 管涌是指土體內(nèi)的細(xì)顆粒或可溶成分由于滲流作用而在粗顆?？紫锻ǖ纼?nèi)移動(dòng)或被帶 走的現(xiàn)象。 第三節(jié)壩基的滲透變形 壩基巖土體在滲透水流作用下，使其某些顆粒移動(dòng)或顆粒成分、結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的現(xiàn)象 稱為滲透變形。 H2 AH Q=K△ 6（墨生 {! (106) 一 T 式中 K一一一巖土體的滲透系數(shù)， m/d； Ab某一滲流帶的寬度， m； L一一一某一滲流帶的長(zhǎng)度， m； H，一一水庫(kù)正常高水位至隔水層頂板的高差， m； Hz水庫(kù)下游水位至隔水層頂板的高差， m。 當(dāng)壩肩地帶是由均質(zhì)巖體組成，且地下水位低于河床水位時(shí)，其滲漏量計(jì)算是先根據(jù) 壩上下游的地形特征，繪制滲透水流的流網(wǎng)線圖，如圖10 5所示。一一相鄰兩斷面的距離。 在實(shí)際工作中，往往會(huì)遇 到較復(fù)雜的壩基地質(zhì)剖面，如圖 10 4所示。 圖 10 3 壩基滲透量計(jì)算簡(jiǎn)圖 (a)單層透水壩基； (b)雙層透水壩基 1一 不透水巖層； 2一透水巖層； 3一弱透水巖層 式（ 10 4）計(jì)算滲透系數(shù)的加權(quán)平均值。但當(dāng)上部的隔水層分 布不連續(xù)，延展面積小時(shí)，則下部透水層連通性好，會(huì)導(dǎo)致大量的集中滲漏，如圖 10 2(b)所示。這類滲漏管道的透 水性極不均勻，滲透邊界條件比較復(fù)雜。透水 帶中的巖性不同，其透水性是有差別的。當(dāng)交角接近橫谷時(shí)，壩軸線沿斜谷巖層走向布置，有利于壩區(qū)的防滲和 壩基處理。如有溝谷分布（圖 10 1中的 AB剖面①），傾向下游的透水巖層仍可形成 繞壩滲漏。 (1)縱谷：巖層走向與河流流向平行或近于平行的河谷稱為縱谷。此外，山坡坡麓地帶常有巖堆和坡積 層，其孔隙大，當(dāng)粗顆粒較多時(shí)，也是滲漏通道。 透水層可分為第四系松散沉積層透水層和基巖透水層。所謂滲漏通道是指具有較強(qiáng)透水性的巖土體，可分為透水層、透水帶和透水喀斯 特管道。包括水庫(kù)上、下游一定范圍內(nèi)斷裂構(gòu)造活動(dòng)性、場(chǎng)地的地震 效應(yīng)及地震動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、地應(yīng)力狀況等。包括渠系建筑物的線路選擇、滲漏滲透穩(wěn) 定、地基穩(wěn)定等。當(dāng)工程地質(zhì) 條件不能滿足工程建筑穩(wěn)定、安全的要求時(shí)，亦即工程地質(zhì)條件與工程建筑之間存在矛盾 時(shí)，就稱為存在工程地質(zhì)問(wèn)題。支墩壩適于寬闊的河谷地形，但支墩之間不允許不均勻沉降。上游水壓力由面板傳到支墩上，再經(jīng)支墩傳給地基巖體。 它 利 用 拱 的 作 用 ， 把 水 壓 力 的 大 部 或 全 部 傳 遞 給 兩 岸 山體 ， 以 保 持 穩(wěn) 定 。 重力壩對(duì)壩基的要求比土石壩高，大壩都建造在基巖上。砂卵土、砂土及黏性土地基上均可修 建，但需要 對(duì)壩基作 防滲處 理。另外，需要在壩址附近分布天然建筑材 料料場(chǎng)。 土壩是疏松土體筑成的，壩坡平均坡度，上游迎水面為 1： 2. 25～1： 3． O，下游面為 1:～ 1 ： ， 故 土 壩 斷 面 寬 （ 壩 高 4 ～ 6 倍），壩體都較大。 一、不同壩型對(duì)地形、地質(zhì)的要求 壩的型式較多，它們的工作特點(diǎn)和對(duì)地質(zhì)的要求不同。砂礫石料，主要用于混凝土骨料， 或用作土石壩體的填筑料；黏土主要用作土壩體材料，或用作防滲墻、圍堰、堤防等；碎 石、塊石料，用作堆石壩、砌石壩、土石混合壩材料，以及混凝土壩的填石料。地應(yīng)力主要是在重力和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)綜合作用下 形成的，有時(shí)也包括巖體的物理、化學(xué)變化及巖漿侵入等作用下形成的應(yīng)力。 ’ （五）自然（物理）地質(zhì)現(xiàn)象 自然（物理）地質(zhì)現(xiàn)象或稱自然地質(zhì)現(xiàn)象，是指由內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用在地表表層引起． 的一系列地質(zhì)現(xiàn)象，例如滑坡、泥石流、崩塌、巖溶、地震、巖石風(fēng)化、沖溝等現(xiàn)象。 (4)地下水的運(yùn)動(dòng)特征：流向、流速、流量等。 （四）水文地質(zhì)條件 水文地質(zhì)條件一般包括以下內(nèi)容。 水工建筑 中對(duì)巖土體的研究，除包括成因類型、形成年代、埋藏條件與環(huán)境、空間分 布等外，還要進(jìn)行巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，定量地確定巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)， 以供設(shè)計(jì)使用。 （二）巖土類型及工程地質(zhì)性質(zhì) 水工建筑物是建筑在地表或地殼淺部，以巖土體作為地基或修建環(huán)境，有時(shí)也利用巖 土體作為天然建筑材料。地貌主要指地表形態(tài)的成因、類型以及發(fā)育程度等，常以 地貌圖予以反映。壩的工程地質(zhì)研究主要內(nèi)容：壩區(qū)滲漏與滲透穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)；壩基（肩）巖 體的抗滑穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)；壩基的應(yīng)力分布，壩基的變形與壩基的強(qiáng)度分析評(píng)價(jià)等。壩與地質(zhì)環(huán)境間的相互作用，使得大壩 的修建十分復(fù)雜，不僅要求大壩本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)固，尤其要求壩基與壩肩具有足夠的堅(jiān)固性 和穩(wěn)定性。 ‘章 壩的工程地質(zhì)研究 水工建筑物主要由三大部分組成：擋水建筑物（壩、閘）、泄水建筑物（溢洪道、泄 洪洞、排沙洞等）及取水輸水建筑物（隧洞、管道及渠系建筑物等），其中擋水建筑物的 攔河大壩或閘是主要建筑物。壩基可能由于變形或滑 動(dòng)破壞壩體的穩(wěn)定；與此同時(shí)，由于水庫(kù)蓄水壩的上下游形成了水頭差，會(huì)引起壩基巖土 體滲透變形破壞等，以降低壩基的強(qiáng)度 和穩(wěn)定性。水利水電工程壩的工 程地質(zhì)工作目的在于查明水工建筑地區(qū)的工程地質(zhì)條件，充分論證有關(guān)的工程地質(zhì)問(wèn)題， 以便 充分利用有利的地質(zhì)因素，避開(kāi)或改造不利的地質(zhì)因素，以保證水利工程的經(jīng)濟(jì)、合 理與安全。 （一）地形地貌條件 地形是指地表形態(tài)、高程、地勢(shì)高低、山脈水系、自然景物、森林植被，以及人工建 筑物等，常以地形圖予以反映。例 如，拱壩就要求壩址兩岸谷坡規(guī)整對(duì)稱，最好為堅(jiān)硬完整的基巖山體；土石壩要求壩址地 區(qū)應(yīng)有布置溢 洪道的地形條件。一般情況下，巖基的工程性質(zhì)比土基好，在巖基上可以 修建高壩、混凝土壩，水利樞紐多采用集中式布置方案；而在土基上，則可以修建低壩、 土石壩，水利樞紐多采用分散式布置方案。地質(zhì)結(jié)構(gòu)可以說(shuō)是水電工 程建設(shè)的決定因素，它對(duì)工程建筑物的穩(wěn)定有很大影響，例如壩址的選擇、工程建筑物的 布置都應(yīng)考慮地質(zhì)構(gòu)造和巖 體結(jié)構(gòu)的不利作用。 (3)巖 層 的 水 理 性 質(zhì) ： 溶 水 性 、 給 水 性 、 透 水性、凍融性等。 水文地質(zhì)條件好壞直接關(guān)系到 水庫(kù)是否漏水、壩基是否穩(wěn)定以及地下水資源評(píng)價(jià)是否 可靠等一系列工程建設(shè)問(wèn)題。 （六）地質(zhì)物理環(huán)境 地質(zhì)物理環(huán)境包括地應(yīng)力及地?zé)釛l件等。 （七）天 然建筑材料 水工建筑材料主要有砂礫石、土、碎石及石料等。因此，天然建筑材料是工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià) 的主要內(nèi)容，有時(shí)甚 至可以成為工程決策的決定因素。根據(jù)材料不同可分為：土壩、砌石壩及土石混 合壩。由 于土壩 的壩頂 不能直 接溢流 ，因此在壩址選擇 時(shí)，需要考慮有利于溢洪道布置的地形地貌條件。 堆石壩對(duì)地基變形的適應(yīng)性能較好。它體積 大，重 量大 ，主要 依靠壩 體自重 與地基 間摩擦 力維持 穩(wěn)定 ，壩體 堅(jiān)固可靠，使用耐久。平面上呈拱形，凸向上游，兩端支撐在岸坡巖體 上 。 4．支墩壩 支墩壩由傾斜的擋水面板部分和一系列支墩（大致呈三角形）組成的壩型，一般也由 混凝土澆筑而成。支墩所在的地基巖體要堅(jiān) 固。 三、水工建筑物的工程地質(zhì)問(wèn)題 人類工程活動(dòng)和自然地質(zhì)作用會(huì)改變地質(zhì)環(huán)境，影響工程地質(zhì)條件變化。 (2