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坝(闸)基工程地质问题

/engineering geological problems of dam (sluice) foundation/
条目作者邓辉

邓辉

最后更新 2024-12-05
浏览 98
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坝体在正常运行中所存在的严重影响坝(闸)基安全和水利建设实施的工程地质问题。

英文名称
engineering geological problems of dam (sluice) foundation
所属学科
地质学/地质资源与地质工程

坝(闸)基工程是水库、大坝等工程的基础建设,起着重要的作用。而研究坝(闸)基工程与周围自然环境之间的相互影响作用也是很必要的。

坝(闸)基工程地质问题概括为坝(闸)基渗漏及渗漏稳定性问题、坝(闸)基变形稳定性问题、坝(闸)基岩体抗滑稳定性问题。

一般来说,经过开挖处理,除大型断层破碎带外,坝基,坝肩均存在裂隙参与渗漏,一旦渗漏量过大,能直接影响工程效益,使坝基岩体性质劣化,失稳。所以对坝基岩体均要进行渗漏及渗漏稳定性分析。

主要从两个方面进行:一是坝(闸)基是否有渗漏,渗漏量是否超过允许值。坝基中是否存在渗漏通道是产生渗漏的重要条件,所以研究渗漏问题分析可能产生渗漏的裂隙及裂隙组,并进行渗漏量计算,多沿用均值松散的渗漏计算公式;二是判断渗漏稳定性。渗漏稳定性从3个方面进行判定。首先判定是否有机械管涌,包括流土、管涌、接触冲刷和接触流土。判定方法常采用绘制坡降(J)与流量(Q)、渗透系数(K)的关系曲线,在J-Q曲线上找出初次拐点。然后参考接触边界是否出现掉块、浑水等现象确定临界坡降进行判定。第三判定是否存在化学管涌。化学管涌的发生条件为:①水中的HCO3-1在压力流情况下,由于压力降低释放出CO2,形成CaCO3和MgCO3沉淀;②在碱性条件下,部分溶于水中的硅在pH降低或脱水时,硅的溶液可聚合成乳白色,半透明絮状胶体物在裂隙出口处淤堵;③水中有侵蚀性的CO2,使低价铁离子变成高价铁而沉淀。虽然化学管涌不常见,但必须引起注意;最后判定扬压力是否会使地基失稳。

坝基岩体在荷载作用下,必然会发生形变,一旦形变量超过容许值,则会影响坝(闸)的稳定性以及安全运营,而坝(闸)基变形稳定性问题则是研究基础的变形量是否会超过允许值。影响坝(闸)变形的因素主要有以下几方面:①岩质类型以及岩体结构。坝基岩体属于弹塑性体,其变形规律符合弹塑性变形规律,是不连续、各向异性的。一般岩体强度越高,其弹性变形量越大,强度越低,其塑性变形量越大;对于同种岩性的岩体来说,完整岩体的弹性变形量大,反之岩体越破碎其塑性变形量就会越大。②岩体的受力状态。同一种岩石在不同的受力状态下,岩体的变形并不相同,如在单轴受压和单轴受拉的情况下,其弹性模量和泊松比为相反关系。③时间因素。时间因素可以分成3个方面来论证,一是加载速率会影响岩体的变形特性,加载速度快时,岩体破坏前的应力与速度呈近乎直线关系;加载速度越慢,应变也会越大;二是岩石的蠕变现象;三是在长期荷载作用下,岩石的力学性质和变形特性都会下降。

大坝(闸)在库水的水平推力、波浪压力、扬压力、泥沙压力及地震力的综合作用下,沿建基面或坝基(肩)岩体某些软弱结构面滑移的可能性,就是坝(闸)基抗滑稳定性问题。

坝(闸)基滑动必须具备的边界条件有:滑动面、切割面、临空面及其力学性质和相互组合的关系,且各种结构面、体的抗滑力小于滑动力。而研究坝(闸)基的稳定性问题就是验证上述边界条件,最后用理论计算或者有限元计算坝(闸)基的稳定性,确定其是否符合设计要求。

在任何地区,都无法找到十分新鲜完整,没有任何缺陷的基岩作为大坝的地基。加上各种坝型还有不同的要求,因此,岩基处理十分必要且难度较大。同时,岩基处理的大部分工作是在围堰基坑内跟洪水抢时间的紧张斗争中完成,既要快速施工,又要认真细致,确保质量,这就使岩基处理的重要性和紧迫感更加突出。

岩体经过处理后,一般要达到下列要求:①有足够的抗压强度,以承受坝体的压力。②具有整体性、均匀性,以维持坝基抗滑稳定,和不致产生过大的不均匀沉陷。③增强坝体与基岩面及各基岩面之间的抗剪强度,防止坝体滑移。④增强抗渗能力,维持渗透稳定。⑤增强两岸山体稳定,防止塌方或滑坡危及坝体安全。⑥有足够的耐久性,不致在水的长期作用下恶化。

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