科学论坛 ●ｌ 复杂地质条件下重力坝坝基稳定及失稳机理研究 刘丽红 （中国水利水电第六工程局有限公司） ［摘 要］在复杂的地质条件下，重力坝的坝基的稳定是比较重要的一个方面，本文针对于这个方面做了一些探讨。 ［关键词］复杂地质 重力坝坝基稳定及失稳 中图分类号：ＴＵ７１２．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１０）３５—０５１９－Ｏ１ 概述 岩基上的重力坝主要依靠其自身重量在地基上产生的摩擦力和坝与地基 之间的凝聚力来抵抗坝前的水推力和坝下的扬压力从而保持抗滑稳定。在任 何可能出现的荷载组合情况下，重力坝都应保持稳定。稳定分析是重力坝设 计的一项重要内容。根据不完全统计，目前在我国己建和正在设计施工的、 坝基有软弱夹层或较大断层的９Ｏ余座混凝土大坝中，由于坝基中的软弱夹层 未能及时发现，因此而改变设计、降低坝高、增加工程量或后期加固的就有 ３Ｏ余座，有的因此而停工，改变坝址或库水位。 １工程概况 某水库是引水工程的一个水源工程，位于干流之上，是以防洪、灌溉为 主，结合发电，兼顾城乡工业生活及环境用水等综合利用的大型骨干水利工 程。水库总库容５．７２亿ｍ３，电站装机３×５０ Ｍｗ，枢纽区主要建筑物：水库拦 河坝及坝身泄水建筑物等级为１级，坝后式厂房为３级。坝区主要为灰岩，１ —２＃坝段坝基内存在两条缓倾断层ｆ１ｌ４、ｆ １１５：三条陡倾断层ｌＯｆ２、Ｆ３１、 Ｆ１１：以及五条层问错动带ＪＣ ６一Ｂ、ＪＣ ７．Ｂ、ＪＣ ６０一Ｂ、ＪＣ ２．Ｃ、 ＪＣ ２１——Ｃ。 ２地质力学模型试验 根据工程特点及试验任务要求，再根据试验场地规模及试验精度要求等综 合进行分析，并与设计单位协商后，确定碾压混凝土重力坝三维地质力学模型 试验几何比ｃ＝１５０。地质力学模型试验属于非线性破坏试验，它必须满足破 坏试验的相似要求 根据重力坝坝基主要地质构造特性及研究的坝段范围等 因素综合分析，最后定出模型地基尺寸为３．５５ ｍＸ ０．３１ ｍ×０．８ ｍ（纵向× 横向×高度），相当于原型工程５３３ｍ×４７ｍ×１２０ｍ范围。 ２．１模型加栽及量测系统 模型中坝体的水沙压力采用油压千斤顶加载，千斤顶数量由荷载及其分块 计算确定。根据两坝段荷载分布特征、荷载分布形状，将荷载分为６块，由 ６支千斤顶控制，荷载作用点位于每一分块的重心处 本试验有两大量测系 统，第一是量测位移，包括坝顶、坝底及坝踵的表面位移以及控制性断层内部 的相对位移：第二是进行坝体典型高程的应变量测，以此作为判定安全度的依 据之一。 ２．２试验成果及分析 （１）坝体变位分布规律。坝体顺河向变位向下游，坝体上部顺河向位移大 于下部顺河向位移。当Ｋ＜１．６时，坝体横河向变位向右岸变形：当Ｋ＞１．６时， 坝体横河向变位反向逐渐向左岸变形，并最终呈现出坝体整体向左岸变形的现 象。１＃坝段坝体变位测点总体上在Ｋ＝Ｉ．６时出现拐点：２＃坝段坝体变位测点 总体上在Ｋ＝２．０时出现拐点。 （２）下游岩体表面位移分布特征。通过试验，获得了坝基岩体表面测点顺 河向的变位分布情况，顺河向位移和超载倍数ｕ—Ｋ关系曲线。从顺河向岩体 测点的位移变化曲线可以看出，岩体总体是向下游变位的，且变位值由坝趾附 近向下游递减。在Ｋ＜１．６时，变位相对较小：当Ｋ≥１．６时后，变位明显增大。 变位最大值发生在坝趾附近的测点。 １＃坝段下游岩体顺河向位移关系曲线 ２＃坝段下游岩体顺河向位移关系曲线 （３）软弱结构面的相对位移。断层Ｆ３１测点位移一直向下滑动，但相对位 置都很小。断层１Ｏｆ２位于坝趾处且紧靠坝轴其上部测点的位移大于下部测 点位移，ｌＯｆ２对段。断层ｆｌｌ４和ｆｌ１５的坝趾下游测点的相对位移大于坝基 下面测点的位移，ｆ１１ ５断层测点的相对位移大于ｆ１ｌ４测点的位移。 ２．３极限平衡与有限元法联合分析法 重力坝的失稳破坏机理虽然比较复杂，却可以看作是混凝土和岩体的强度 问题。利用有限元方法分析坝体和坝基的应力与稳定，是近年来水工计算的 重要发展。计算时，仍是将破坏面以上的全部荷载，包括坝体混凝土和岩基重 量、上游水压力、破坏面以上的扬压力以及水库水重压力分解为与破坏面 平行和正交的分力。 结论和建议 （１）通过本次试验。得出了１＃坝段的超载稳定安全系数为Ｋ＝２．２（模型试 验）、Ｋ＝２．５（计算：２＃坝段的超载稳定安全系数Ｋ＝３．０（模型试验）、Ｋ＝３．２ （计算）。两坝段的有限元计算的超载安全系数比模型试验的超载安全系数略 微偏大，可以作为模型试验的验证和补充。 （２）在超载法过程中，模型试验和有限元计算得出的关于大坝坝体、坝基 岩体、主要断层的破坏过程、破坏形态规律以及破坏部位基本一致。 （３）加固处理建议：根据试验显示的破坏形态和破坏区域以及有限元计算 得到的结果，断层ｌＯｆ２、ｆｌｌ５、ｆｌ１４对大坝整体稳定性影响较大，建议对上 游坝趾处的Ｆ３１、１Ｏｆ２，下游侧的ｆ１１４、ｆ１１５、左ＪＣ２一Ｃ进行混凝土置换 以及固结灌浆、预应力锚索等加固处理措施，防止坝趾发生拉裂破坏。坝趾发 生挤压破坏，并防止坝体发生深层滑动失稳。 参考文献 ［１］董建华，谢和平，大岗山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型 试验研究［Ｊ］岩石力学与工程学报２００７，２６（１０）：２０２７－－２０３３． ［２］陈刚，，陈建康高ＲＣＣ拱坝结构可靠度分析与破坏试验研究一 水力发电２００６（１１）． ［３］杨宝全，，陈建叶，谢立诚天然地基与加固地基条件下重力坝坝 基稳定分析一四川水力发电２００９，２８（１）． 科技博览Ｉ ５１９
