【正文】 巖體結(jié)構(gòu)模型和定量化模式，為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和模擬研究打下基礎(chǔ)。邊坡的變形破壞機(jī)制和地質(zhì)力學(xué)模式是其內(nèi)部作用過(guò)程和本質(zhì)的體現(xiàn)，也是反映影響邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的各種地質(zhì)因素的綜合體現(xiàn)，因此，在工程實(shí)踐中可以根據(jù)邊坡的變形破壞機(jī)制和模式評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)邊坡的變形發(fā)展趨勢(shì)和可能的破壞形式。并深入討論了不同巖體類型巖質(zhì)邊坡的破壞機(jī)制。計(jì)算模型和巖土力學(xué)參數(shù)確定等方面都有了很大的進(jìn)展?？梢栽谟?jì)算機(jī)上模擬巖體的裂隙網(wǎng)絡(luò)，確定裂隙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，定量評(píng)價(jià)巖體的質(zhì)量、力學(xué)參數(shù)，仿真模擬邊坡的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、形成演化過(guò)程、人工開(kāi)挖過(guò)程以及加固結(jié)構(gòu)的作用等。而快速拉格朗日差分法(FLAC)、離散單元法(Deln)和非連續(xù)變形分析法(DDA)能夠考慮邊坡的大變形問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)上模擬邊坡運(yùn)動(dòng)的特征與失穩(wěn)過(guò)程等。邊坡穩(wěn)定性研究步入了定性與定量相結(jié)合、概念模型與仿真模擬相結(jié)合、監(jiān)測(cè)與反饋分析相結(jié)合的新階段。根據(jù)中國(guó)大壩委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)，至2003年底30ｍ以上的大壩僅有4694座(其中在建30ｍ以上大壩有132座)，在建30ｍ以上大壩的裝機(jī)容量為56300MW。2004年全國(guó)水電發(fā)電量約為3300億度。因此，我國(guó)的社會(huì)、生態(tài)環(huán)境遭到自然災(zāi)害的沖擊極大，一方面洪澇災(zāi)害頻發(fā)，另一方面又是干旱嚴(yán)重，水資源嚴(yán)重短缺、水污染嚴(yán)重。1949年我國(guó)水利水電事業(yè)逢勃發(fā)展，從19491985年，在已建成的壩高30米以上的113座混凝土壩中，混合壩達(dá)58座，占總數(shù)的51%。60年代建成了高97m的丹江口寬縫混合壩和高147m的劉家峽、高106m的三門(mén)峽兩座實(shí)體混合壩。其中長(zhǎng)江三峽水利樞紐混合壩，壩高185米。在我們這個(gè)藍(lán)色的星球上只有不到百分之三的水是淡水，其中不足百分之三十三的水是流動(dòng)水，有一半以上都建了水壩，水壩對(duì)人類發(fā)展作出了重大的貢獻(xiàn)，水壩的效益是可觀的同時(shí)也給環(huán)境和社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶造成了效益之外的影響，隨著人們經(jīng)驗(yàn)的積累水壩的績(jī)效和影響開(kāi)始成為人們關(guān)注的對(duì)象，水壩則是人們管理利用和分配水資源的一種手段。通過(guò)建壩蓄水，達(dá)到控制洪水并將其轉(zhuǎn)化為可利用的水資源是現(xiàn)代水壩的重要作用之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)用水需求的增長(zhǎng)，要解決我國(guó)的水資源短缺，措施之一就是必須建設(shè)一批大型蓄水水庫(kù)，增加各流域汛期的蓄洪能力，從而增加水資源的可利用程度。目前已找到遇難民工尸體15具，50多名受傷者已送往醫(yī)院搶救。1864年，英國(guó)戴爾戴克水庫(kù)在蓄水中發(fā)生垮壩，死亡250人，800所房屋被毀。1959年，西班牙佛臺(tái)特拉水庫(kù)發(fā)生沉陷垮壩，死亡144人。1960年，巴西奧羅斯水庫(kù)在施工期間被洪水沖垮，死亡1000人。1963年，意大利瓦伊昂拱壩水庫(kù)失事，死亡2600人。1967年，印度柯依那水庫(kù)誘發(fā)地震，壩體震裂，死亡180人。因此水壩建設(shè)中對(duì)滑坡的穩(wěn)定分析是非常必要的。相當(dāng)一部分混合壩的壩基存在軟弱結(jié)構(gòu)面，其深層抗滑穩(wěn)定問(wèn)題受到普遍關(guān)注。其它的工程，如大化、安康、葛洲壩、天生橋二級(jí)、銅街子、雙牌、百色等，也都進(jìn)行了深層抗滑穩(wěn)定分析研究，分別采取了相應(yīng)的壩基加固處理措施。它是在重力作用下, 斜坡天然平衡受到破壞產(chǎn)生自然卸荷, 達(dá)到新的平衡的過(guò)程?；?是在一定的地形、地質(zhì)條件下的邊坡,由于外界因素的變化(如坡面植被破壞、長(zhǎng)期受水浸潤(rùn)、切坡或堆載等) ,破壞了原有的力學(xué)平衡條件,使邊坡上的不穩(wěn)定體在自重或其他荷載的共同作用下,沿著一定的相對(duì)軟弱面(帶) 作整體的、緩慢的、間歇性的有時(shí)甚至是突發(fā)性的向下滑動(dòng)的不良地質(zhì)現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展表明，對(duì)于水壩的滑坡進(jìn)行穩(wěn)定分析，對(duì)于已成土壩,在管理運(yùn)用中,注意做好經(jīng)營(yíng)性的養(yǎng)護(hù)工作,防止或減輕外界因素對(duì)壩坡穩(wěn)定的影響。如發(fā)現(xiàn)土壩在高水位或其他不利情況(如地震等)下有可能滑坡時(shí),則應(yīng)及時(shí)采取預(yù)防措施。在特殊情況下,可采取有針對(duì)性的專門(mén)措施,或?qū)⑼翂尉植糠薷慕āＲ虼藶榱吮苊夥ǜ慕ň捅仨殞?duì)混合壩工程進(jìn)行穩(wěn)定分析 ，以完善向家壩工程混合壩深層抗滑穩(wěn)定設(shè)計(jì)工作，進(jìn)一步論證和優(yōu)化壩基的穩(wěn)定加固處理措施，而達(dá)到提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)省工程量、縮短工期、提高安全度的要求，研究成果直接為工程設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)支持，同時(shí)為后續(xù)類似工程的混合壩壩基穩(wěn)定和處理措施的設(shè)計(jì)和研究提供參考，進(jìn)一步豐富混合壩深層抗滑穩(wěn)定和處理措施的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。江蘇宜興抽水蓄能電站位于宜興市西南郊約10km的銅官山區(qū)，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，裝機(jī)容量1000MW，電站由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房、地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成。可研階段推薦的上庫(kù)主壩為瀝青混凝土面板堆石壩方案，下游壩坡腳至壩頂最大高差達(dá)285m，國(guó)內(nèi)外還缺少在如此長(zhǎng)斜坡上建壩的經(jīng)驗(yàn)，為此需對(duì)上庫(kù)主壩采用鋼筋混凝土面板混合壩方案進(jìn)行分析比較。庫(kù)岸開(kāi)挖邊坡1:（花崗斑巖巖脈處為1:）。下游壩坡馬道之間1:，下游綜合壩坡1:，下游傾斜建基面開(kāi)挖成臺(tái)階狀。采用外購(gòu)灰?guī)r料；，采用砂巖夾泥巖料；主、次堆石區(qū)均采用砂巖夾泥巖料；過(guò)渡區(qū)厚4m，采用外購(gòu)灰?guī)r料。墻頂寬4m，墻頂長(zhǎng)369m，上游面坡度1:~1:，下游面坡度1:，擋墻平均高度24m。為了減少地下水及坡面雨水侵入對(duì)擋墻穩(wěn)定的影響，在擋墻基礎(chǔ)及墻身不同高程布置了排水孔，同時(shí)沿?fù)鯄S線在兩溝谷處分別布置了大斷面排水涵洞。 混合壩布置圖混合壩下游重力式擋墻承受著由上游堆石體形成的土壓力，比普通的擋墻高，且建在傾斜的堆石和基巖結(jié)合面上，擋墻在此土壓力作用下其本身的穩(wěn)定性和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性都需要進(jìn)行深入的分析研究。研究區(qū)位于銅官山主峰北側(cè)溝源坳地中，溝底高程420~440m，主沖溝呈東西向展布于北側(cè)，主壩擬建于東側(cè)，沿壩軸線地形起伏呈“W”形。擋墻部位地形起伏、陡峻，軸線方向溝梁相間，呈不對(duì)稱的“W”形，從左至右依次有①、③、④、②、⑤等沖溝，沖溝走向與壩軸線近正交。左岸坡30~35176。；①與③沖溝之間為凸起的山梁，軸線處山脊高程約390m，寬60多米，岸坡陡峻，坡向與軸線平行，坡角40~45176。左、右岸坡45~50176。；擋墻右岸（370m高程以上）坡度為30~35176。研究區(qū)內(nèi)茅山組上段（D12ms3）主要為中厚層巖屑石英砂巖夾薄層粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖。研究區(qū)內(nèi)的第四系殘坡積層（Q4edl）由壤土夾碎石、塊石等組成，松散堆積，~，局部較厚?；炷翐鯄Σ课桓采w層大多淺薄，一般小于1m，沖溝部位有3~8m厚。軟弱巖層較為發(fā)育，主要有st1st1stst2st24，延伸較長(zhǎng)，并以泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層出露，~，~，上下層面見(jiàn)巖屑夾泥型軟弱夾層。~%，~，~%，單孔累計(jì)厚度一般為5~32cm。研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育（），斷層以NWW~EW向陡傾角為主，其次為NW和NNE~SN向，規(guī)模較大的有30余條，一般寬1~2m，其中F4寬達(dá)3~5m，斷層帶內(nèi)普遍發(fā)育碎裂巖、斷層角礫巖、糜棱巖及斷層泥。擋墻部位斷裂構(gòu)造從左至右有F2FFF1F1F2等，呈NW~NWW向橫切擋墻基礎(chǔ)。除斷層外，研究區(qū)節(jié)理極為發(fā)育，陡傾角節(jié)理以NW~NWW向?yàn)橹?，其次為NE和近SN向，節(jié)理面較平整。混凝土擋墻部位節(jié)理裂隙主要有5組，分別為：1. 走向N45~70176。傾角10~15176。W，傾向NE25~35176。；3. 走向N55~70176。傾角60~75176。E，傾向SE140~160176。；5. 走向N50~60176。傾角30~40176?；炷翐鯄Σ课恍逗闪严恫话l(fā)育，僅在ZK83孔附近見(jiàn)一條張開(kāi)寬1~2cm、深4~5m、延伸長(zhǎng)5~6m的淺層卸荷裂隙。擋墻部位由于地形陡峻，斷層、巖脈發(fā)育，基巖總體較破碎，致使其地下水位及相對(duì)隔水層普遍深埋?；鶐r巖體以弱~微透水性為主，透水性中等以上巖體分布在近地表風(fēng)化破碎孔段，%，一般在孔深18m以內(nèi)，（ZK79）。很多學(xué)者認(rèn)為這三個(gè)領(lǐng)域的分析方法屬于同一理論體系，即極限平衡分析和極限方法。鄧肯回顧了太沙基在1928年修建的高48m的重力式擋墻時(shí)所作的大量試驗(yàn)和理論分析工作，指出太沙基當(dāng)年獲得擋土墻土壓力的以下認(rèn)識(shí)在以后的年代被遺忘了，有必要給予重視，并在實(shí)際中廣泛地應(yīng)用。否則就不能解釋為什么這些重力擋土墻能夠在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)一直正常工作（如按靜止土壓力設(shè)計(jì)，這些擋土墻的抗滑安全系數(shù)小于1）。(3) 為了考慮應(yīng)力重分配和蠕變的影響，176。降為38176。作為一種校核工況。通過(guò)分析由墻土結(jié)合面、滑裂面和土體表面構(gòu)成的三角形的土體的力的平衡，計(jì)算土體作用在墻上的主動(dòng)土壓力P。這一極大值就是按庫(kù)倫土壓力理論獲得的主動(dòng)土壓力?？紤]到建基面簡(jiǎn)化和各種材料C值均設(shè)為0等安全儲(chǔ)備條件，選擇最大墻后土壓力時(shí)，選擇堆石與基巖接觸面摩擦角為29176。在壩體堆石的作用下重力擋墻沿建基面的抗滑穩(wěn)定分析，采用以下兩種方法進(jìn)行，(1) 設(shè)定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強(qiáng)度值采用純摩指標(biāo)，計(jì)算在墻后土壓力的作用下?lián)鯄Φ目够€(wěn)定性，其安全標(biāo)準(zhǔn)控制在Kc≥；(2) 設(shè)定擋墻與基巖接觸面之間的抗剪強(qiáng)度值采用抗剪斷指標(biāo)，計(jì)算在墻后土壓力的作用下?lián)鯄Φ目够€(wěn)定性，其安全標(biāo)準(zhǔn)控制在Kc≥。在其理論推導(dǎo)中,首先作出以下基本定。把土體當(dāng)作半無(wú)限空間的彈性體，而墻背可假想為半無(wú)限土體內(nèi)部的鉛直平面，根據(jù)土體處于極限平衡狀態(tài)的條件，求出擋土墻上的土壓力。這樣就可以利用極限平衡狀態(tài)時(shí)的最大和最小主動(dòng)土壓力的相互關(guān)系來(lái)計(jì)算作用在擋土墻上的主動(dòng)土壓力或被動(dòng)土壓力。根據(jù)主動(dòng)土壓力的概念與朗肯土壓力理論的基本原理，相當(dāng)于已知墻背上任意深度Z處的豎向應(yīng)力sz是大主應(yīng)力s1，來(lái)求解達(dá)到極限平衡時(shí)的水平應(yīng)力sx = s3，就是主動(dòng)土壓力強(qiáng)度。j/2)； C—填土的粘聚力，kPa； —填土的內(nèi)摩擦角，度。主動(dòng)土壓力合力大小為土壓力（強(qiáng)度）分布圖形的面積，即 ()Ea方向水平指向墻背，作用點(diǎn)距墻底為H/3。根據(jù)極限平衡方程s1 = s3tan2(45176。 + j/2)可得： ()式中—朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù)， 均質(zhì)無(wú)粘性土的被動(dòng)土壓力當(dāng)填土為均質(zhì)無(wú)粘性土（C=0）時(shí)，墻背處任一點(diǎn)的豎向應(yīng)力sz=gz，被動(dòng)土壓力強(qiáng)度與深度成Z正比，沿墻高呈三角形分布，（b）所示。被動(dòng)土壓力合力大小為土壓力（強(qiáng)度）分布圖形的面積，即 ()Ep方向水平指向墻背，作用點(diǎn)通過(guò)梯形分布圖的形心。他假定擋土墻是剛性的，墻后填土是無(wú)粘性土。根據(jù)三角形土楔的力系平衡條件，求出擋土墻對(duì)滑動(dòng)土楔的支承反力，從而解出擋土墻墻背所受的總土壓力。當(dāng)墻向前移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)而使墻后土體沿某一破壞面BC破壞時(shí)，土楔ABC向下滑動(dòng)而處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)?；瑒?dòng)面BC上的反力R方向已知，大小未知；（3）墻背AB對(duì)土楔體的反力E，與該力大小相等、方向相反，作用在墻上的土壓力即為主動(dòng)土壓力。（a）土楔上的作用力（b）力矢三角形（c）主動(dòng)土壓力分布當(dāng)土楔體ABC處于極限平衡狀態(tài)（即將滑動(dòng)）時(shí)，根據(jù)靜力平衡條件，G、E、R三力構(gòu)成一閉合的力矢三角形，（b），按正弦定律可知： ()式中 由式（）可知，當(dāng)a、b及填土的性質(zhì)均為已知時(shí)，E的大小僅取決于滑動(dòng)面的傾角q。為此， 令dE/dq = 0，求出q值，代入式（），整理得： ()其中：式中—庫(kù)倫主動(dòng)土壓力系數(shù)，是j、α、β、δ角的函數(shù)，可由上式計(jì)算，也可以參見(jiàn)其他參考書(shū)查表；H—擋土墻高度，m；g、j—分別為墻后填土的重度，kN/m3，及內(nèi)摩擦角，度；a—墻背的傾斜角，度，俯斜時(shí)取正號(hào)，仰斜時(shí)為負(fù)號(hào)；b—墻后填土面的傾角，度；d—土對(duì)擋土墻背的摩擦角，稱外摩擦角，度，可按以下規(guī)定取值：俯斜的混凝土或砌體墻?。?/2~2/3）j；臺(tái)階形墻背取（2/3）j；垂直混凝土或砌體墻取j/3~j/2。 Ea作用點(diǎn)在離墻底H/3處，方向與墻背法線成d角，位于法線的上方，與水平面的夾角為d+a。當(dāng)擋土墻受外力作用推向填土，直到土體沿某一破壞面BC破壞時(shí)，土楔ABC向上滑動(dòng)，并處于被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，（a）所示。按上述求主動(dòng)土壓力同樣的原理可求得被動(dòng)土壓力合力Ep為： （）其中式中Kp—庫(kù)倫被動(dòng)土壓力系數(shù)，是j、α、β、δ角的函數(shù)，可由上式計(jì)算而得。（a） 土楔上的作用力（b）力矢三角形（c）被動(dòng)土壓力分布朗肯土壓力理論和庫(kù)倫土壓力理論均屬于極限狀態(tài)土壓力理論，即它們所算出的土壓力均是墻后土體出于極限平衡狀態(tài)下的主動(dòng)土壓力或被動(dòng)土壓力。朗肯土壓力理論應(yīng)用半空間中的應(yīng)力狀態(tài)和極限平衡狀態(tài)理論，從土中一點(diǎn)的極限平衡條件出發(fā)，首先求出作用在擋土墻豎直面上的土壓力強(qiáng)度及其分布形式，然后再計(jì)算作用在墻背上的總土壓力。但由于該理論假設(shè)墻背直立、光滑、墻后填土水平并延伸至無(wú)窮遠(yuǎn)；因而其應(yīng)用范圍受到很大限制。庫(kù)倫土壓力理論根據(jù)墻后滑動(dòng)土楔的整體靜力平衡條件推導(dǎo)土壓力計(jì)算公式，先求出作用在墻背上的總土壓力，需要時(shí)再計(jì)算土壓力強(qiáng)度及其分布形式。但由于它假設(shè)填土面是無(wú)粘性；因此不能用庫(kù)倫理論的原公式直接計(jì)算粘性土的土壓力。 3典型斷面重力擋墻后土壓力計(jì)算、工況及計(jì)算參數(shù)在本項(xiàng)研究工作中，使用傳統(tǒng)的庫(kù)倫方法和程序STAB來(lái)計(jì)算堆石和沿基巖接觸面滑動(dòng)兩種工況進(jìn)行，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。其中。 97 (a) 11剖面圖 (b) 22剖面圖 (c) 33剖面圖 (d) 縱2剖面圖 (e) 78剖面圖 (f) 44剖面圖(g) 88剖面圖 土壓力計(jì)算剖面圖 筑壩堆石材料的物理力學(xué)指標(biāo)（設(shè)計(jì)采用值）材 料容 重(kN/m3)飽和容重(kN/m3)C(kPa)φ(176。*本參數(shù)表取自上海設(shè)計(jì)院《鋼筋混凝土面板混合壩重力擋墻土