重力坝的坝基稳定性分析

重力坝的坝基稳定性分析

余兴建

河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

摘要：作为可再生清洁能源，水力资源是中国能源的重要组成部分，在能源平衡和能源工业的可持续发展中占有重要地位。水电建设中最重要的一环就是大坝的建设，作为发电的载体，要充分保证大坝的安全与稳定。而作为应用最广泛的重力坝，从地形地质条件、坝基岩体的抗滑抗渗稳定性以及地震带来的砂土液化等方面对坝基的安全稳定性进行多角度分析显得至关重要。

关键词：坝基稳定性；抗滑稳定性；抗渗稳定性；地震液化

进入21世纪，我国的能源结构将要发生重大的变化，像水能等清洁能源将逐步取代煤炭等化石能源。随着越来越多的重力坝开工建设，遇到的问题也是越来越多，特别是坝基的稳定性问题，本文主要是对重力坝坝基的稳定性问题进行分析。

1.重力坝对地质、地形条件的要求

重力坝主要依靠坝身的自重与地基间产生足够大的摩阻力来保持稳定，因此重力坝对地基的要求较高，一般都建在基岩之上，也可以建在较好的土质地基上面。

1.1大坝与基岩接触面抗剪强度足够大，坝基岩体内没有软弱结构面和可能滑动的岩体或者其本身的抗剪强度就满足抗滑稳定的要求。

1.2坝基具有良好的抗渗性，在水库上下游的水头差作用下不至于发生大量渗漏和产生过大的扬压力，也不会发生泥化和软弱夹层、断层破碎带的渗透变形。

1.3坝基两岸的山体比较稳定，不存在潜在的滑坡体；坝区附近有充足的、符合要求的混凝土骨料或石料，以节省材料的成本，加快施工进度。

2.坝基岩体的抗滑稳定性分析

很多坝基中含有结构面、风化裂隙以及软弱夹层等不利的地质条件，而这些地质条件的构造特征及组合形式会对坝基的稳定性造成影响。

2.1重力坝坝基的滑动破坏类型有三种：表层滑动、浅层滑动、深层滑动，构成岩体滑动的边界条件有滑动面、切割面和临空面。各种软弱结构面及其空间组合控制着坝基的可能破坏形式。这些因素对于坝基岩体抗滑稳定的定性分析至关重要。

2.2影响坝基抗滑稳定性的因素有坝体自重、水压力、扬压力、淤砂压力、地震力和波浪压力等。上述荷载并非都是同时作用于坝体之上，而是以几个为一组的组合形式作用于坝体之上，分为基本荷载组合和特殊荷载组合。基本荷载组合主要是应对正常水位时的情况，特殊荷载组合主要应对洪水位和发生地震时的情况。

2.3坝基岩体的抗滑稳定性计算

2.3.1刚体极限平衡法

4.坝体的抗震稳定性分析

地震对坝基稳定性的最大影响是使坝基中的砂土发生液化，从而对整个坝体的稳定性产生影响。对坝体的抗震稳定性分析主要体现在如何对具体工程基础地震液化问题进行合理的分析，以及准确判断影响坝基地震液化的不稳定因素。

4.1可液化砂土范围的确定

坝基液化是地震时坝基中砂土的孔隙水压力显著增加，有效应力和抗剪强度急剧下降，导致坝基失稳和坝体建筑物发生破坏的现象。产生液化的原因与砂土本身天然结构、埋藏深度、颗粒成分和紧密程度有关。对于以粉细砂为主的砂土，黏粒含量越少、级配越均匀、饱和度越高时越容易发生液化，根据以上条件，可以初步确定砂土液化的范围。

4.2孔压累积特性

如果分析液化可能性的砂土中混有黏土，那么必须了解砂土层的孔压累积特性。建立了其在动荷载作用下积累的孔压总量、动应变和动荷载的循环作用次数之间的关系。将室内试验判别法的结果与现场试验的结果进行比较，从而确定相应的土样液化标准。

4.3试验的对比验证

将现场标贯试验和室内液化试验的对比分析，可以验证室内试验确定的土样液化判别标准的可靠性。如果两者的判别结果基本吻合，可以证明室内实验确定的土样液化标准是可靠的。

5.总结

通过多方面对坝基的稳定性进行分析，可以提前对坝基可能存在的潜在问题和风险进行评估，并提出相应的治理措施，从而保证整个工程安全有效的进行。

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作者简介：余兴建（1995-），男，汉族，籍贯：四川省洪雅县，本科在读，单位：河海大学地球科学与工程学院，专业：地质工程