《工程地质第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程地质第四章（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 坝基的稳定性 4.1塑性区理论简介 塑性变形-地基某点发生剪切破坏而引起整个地基的变形效应。 塑性区-地基中所有发生剪切破坏的点所构成的空间区域。 边界方程-描述弹塑性边界空间坐标函数关系的解析式。 一、地基破坏形式 1、轴心荷载 （1）整体剪切破坏坚硬岩体、砂土、砾石特征 变形三阶段明显-弹性、塑性与破坏塑性区波及地面，具有两个对称的潜在滑动面（2）冲剪破坏塑性区往深部发展，未波及地面 特征 变形三阶段不明显无连续滑动面地基沿基础周边发生剪切破坏-过量沉降 （3）复合型破坏-楔形滑体2、偏心荷载 极限荷载（Pu）-使地基发生破坏的临界荷载。 极限承载力（fu）-极限荷载的反作用力。
2、（1）拖板试验 设：Puv -竖向极限荷载； Puh -水平极限荷载 曲线特征： a-破坏曲线与坐标轴构成的平面区域为设计安全区。Pv P vk：则Puh=Phj+Pvtg，浅层平面滑动 b-破坏方式 P vk Pv P vl：则兼具平、曲滑动 Pv P vl ：深层曲线滑动J点： Pv =0；Phj=C（起始水平荷载）c-特征点 K点：Pv=Pvk （最佳竖向荷载）；Phmax=PhkL点：Ph=0； Pv = Puv （竖向极限荷载） Ph（KPa）二、抗滑稳定性验算 1.平面滑动 1）浅层式中：Fs-抗滑稳定系数；Pv-竖向荷载；U-静水压力；A- 基础底面积；C-接触面粘聚力；-外摩擦
3、角。 2）深层（如齿墙基础）式中：Pa-主动土压力；Pb-被动土压力。2.曲线滑动（太沙基公式） f=Puv=NcC+Nqq+B/2Nrr 式中：f-地基承载力；Puv-极限荷载；Nc 、Nq 、Nr 承载力系数；q- 旁侧荷载（drp）；r-土的重度；B-基础宽度三、抗剪强度指标值的确定 1.指标的分类 试验值（基本值）-Cu、u建议值（标准值）-Ck、k 采用值（设计值）-C、2.指标（建议值）的确定 k= a（比例极限） (1)室内试验方法 k= b （塑性极限）k= fs（剩余强度） =0.6-0.8 u （极限荷载） (2) BIENIAWSKI，Z.T分类法 这一分类法考虑了以下六
4、种因素： a、完整岩石(岩块) 的强度(015分)； b、岩芯质量RQD (020分)； c、节理间距(030分)； d、节理情况(025分); e、地下水(010分); f、节理产状方位(0-60分) 。 根据其总分，将岩体分为五级，其相应抗剪强度 见表1：类别质量分值C（KPa ）（）很好9010030045好70902003004045良好50701502003540差25501001503035很差02510030序 号岩体分类 参数砂 岩泥灰岩泥岩天然饱和原岩扰动原岩扰动天然饱和天然饱和天然饱和天然饱和1c (Mpa)31.619.428.320.528.320.529.121.92
5、9.121.9评分值42323232322RQD %505050502525202000评分值12121212771010333节理间距 (m)0.40. 50.40. 50.40. 50.40. 50.20.20.20.20.150.15评分值2020202010101010774节理情况粗糙、硬、宽一般小于2cm或闭合稍软、平直或弯曲， 多小于1mm，多闭合评分值202020202020161615155地下水少量孔、裂隙水少量岩溶裂隙水少量裂隙孔隙潜水、压力极小评分值88777788886节理方向一 般一 般一 般评分值-12-12-10-10-10-10-5-5-3-37总分 RMR5
6、2505251373642413332分类评价良好良好良好一般差差一般一般差差8m (度)354 0354 0354 0354 0283 3283 3303 5303 5253 0253 09Cm (MPa)0.15 0.20.15 0.20.2 0.30.15 0.20.1 0.150.1 0.150.1 0.150.1 0.150.10.1(3) E.Hoek法估计岩体强度参数 Hoek和Browro认为节理岩体的破坏是非线性 的，提出了一个很简单的经验破坏判据方程， 其形式如下 1=3+m23+S4 式中：1、3最大主应力与最小主应力；c岩块单轴抗压强度； m、S岩体质量系数。 (注：4
7、=2c 为应用这一方程估算岩体强度，Hoek根据 CSIRO评分提出了计算m、S的经验公式。岩 体岩状体态c (MP a)miR M RmSABCm (Mpa)m ()砂 岩原岩天然31.615522.70100.004830.66547260.719940.2246饱和19.415502.5150.003870.639630.716380.1241.9泥 灰 岩原岩天然28.37521.26060.0048280.502180.700870.2938.2饱和20.57511.21640.004320.489880.69792o.2035.6层状 块裂天然28.37370.73780.0001
8、1880.422980.701290.1134.7饱和20.57360.71190.00008160.410610.698060.07531.9层状 碎裂天然28.37520.22700.00033550.262280.673040.09225.1饱和20.57510.21140.0002840.249580.668410.06122.4泥 岩原岩天然29.110421.2600 60.0015890.514410.710660.1339.4饱和21.910411.2158 50.00142220.501790.708170.09236.9层状 块裂天然29.110330.9136 80.00
9、0584670.464250.710400.07337.0饱和21.910320.8816 30.000523190.451750.707810.05134.4层状 碎裂天然29.110420.1587 70.000063360.235110.680350.03323.2饱和21.910410.1478 30.000053630.223190.676220.02320.7注 :天然天然含水量；饱和饱和含水量；原岩原位未受扰动岩体。4 MGrogi法求岩体的粘聚力Cm格罗捷于1971年提出了一种折减岩石内聚力Ck为岩体 内聚力Cm的方法，在研究了多种岩体（大理岩，片麻岩 ，辉长岩，角闪岩，角页岩
10、，安山岩，二长斑岩）后，认 为岩体的内摩擦角与岩块的差别不大（这一法则只能认为 符合于未受变动的岩体），但粘聚力差别较大，因而应成 为弱化或折减的重点，而影响粘聚力的主要因素是节理裂 隙的密度，故提出如下折减公式：Cm=Ck0.114EXP-0.48(i-2)+0.02 （2） 式中：Cm，Ck岩体与岩块的粘聚力（MPa）；i 岩体中节理裂隙的密度（条/m）。 5、 孙广忠经验法 中科院地质所孙广忠等，根据众多的现场岩体与室内块体 堆砌体力学实验结果，提出一个从岩块内聚力Ck弱化成岩 体Cm的极简单的经验公式：Cm=Ck/(10+i) 式中：i节理密度(条/m)。由于层状块裂与碎裂岩体均为受扰
11、动程度不同的滑动岩体， 故其强度更低。在上式的基础上，经修正后的层状块裂岩体弱化 式为 :Cm=Ck/(20+i) 层状碎裂岩体弱化式：Cm=Ck/(30+i) 6 岩体其它物理力学参数岩体的弹模E、泊松比，抗拉强度等也与抗剪强度一 样，取决于岩体的结构或结构面发育的程度、性质和产状等因素 ，它们往往通过大型力学试验来获取。但若没有试验数据，也可 根据已有的资料进行分析取值。 岩体的弹模E、泊松比，抗拉强度等可用岩石实验方 法，也可用云纹方法获得。4.2坝基地质条件分析一、渗流对坝基的地质作用 1.静水压力 1）降低了滑动面的抗剪强度 2）增大了倾覆力矩 3）增大了侧向滑动力 2.动水压力 渗
12、透压力 渗透变形（流沙、管涌） 滑动或沉降 产生条件: 由 GD = wI ; GD V= V所以：Icr= /w Icr-临界水头梯度； 地基土有效重度例：水库大坝建筑在河谷巨厚 的砂砾冲积层之上，基础埋 深d=5m，基础宽度b=30m， 上下游水位差H=70m， 设砂土地基饱和重度 sat=22KN/m3。试问 （1）下游河床是否会产生流砂？ （2）注浆孔深为多少时才能避免流砂出现？解：(1) I=H/L=70/40=1.75 Icr=/w=(sat- w)/ w =(22-10)/10=1.2 IIcr 产生流砂 （2）设注浆孔深为X时才能避免产生流砂I= H/L=70/(30+2X)=
13、 Icr=1.2 X=14.2 m 河床冲刷二、河床冲刷-挑流消能 1.机理 1）坝基失去承载力 2）形成边坡临空面 3）揭露深部软弱夹层，构成渗流通道。2.解析式d=aq0.5H0.25-k d-冲坑深度（m）；a-冲坑系数（与岩性、裂隙发育程度 有关）；q-单宽流量（m3/sm）H-上下游水位差（m）； k-水垫厚度（m）；l-冲坑至坝趾水平距离（m）。3.稳定验算 陡倾角岩层（450）：l/d2.5 缓倾角岩层（450）：l/d55.3坝基处理方法 一、简单坝基处理 1.清基、验槽、编录 2.坝基处理：地基拉毛、阶梯状地基、齿墙式地基 二、复杂坝基处理 1.裂隙处理 （1）注浆加固 （2）锚索、锚杆支护 2.软弱夹层 1）高倾角-混凝土塞、混凝土梁、混凝土拱 2）缓倾角-槽、井、洞、键挖回填混凝土。
