浅议水利工程混凝土坝基地质

（一）岩体风化分带概述

　　岩体风化分带问题，国内外不同部门和学者，都有不同的分带方法，一般划分4～6个带。从我国现行规范来看，《水利水电工程地质勘察规范》中划分5个带：全风化、强风化、中等风化（弱风化）、微风化、新鲜岩体；《工程岩体分级标准》划分5个带：全风化、强风化、弱风化、微风化、未风化；《岩土工程勘察规范》按岩石风化程度分类划分6类，即未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化、残积土。上述分带或分类标准基本是相同的。岩体风化分带（或分类）划分方法，长期是以现场观察、鉴定和经验判断的定性分析方法为主。20世纪70年代以来，由于测试技术的发展，国内外普遍采用了弹性波测试技术和点荷仪、回弹仪等现场简易测试技术，同时亦开展了室内与现场风化与新鲜岩体（石）的物理力学性质试验，因而提出了在定性基础上进行单指标定量分析方法。80年代以来，又采用了定性与多指标综合分析方法；多元统计分析方法和模糊数学方法进行岩体风化分带亦已得到广泛的关注和应用。应用较多的数学分析方法主要有聚类分析、判别分析、有序量的最优分割法等。

（二）岩体风化分带的定性分析方法——野外分带标准

　　1.风化类型的地质特征风化类型（或风化形式）,表征了不同风化带的风化程度的性状特征及产出条件，据此划出分出一般（常见）风化类型及特殊风化类型等两大类。

　　（1）一般风化类型：系指垂向上自地表至深部，按岩体风化类型及性状特征，分为碎屑状风化、碎块状风化、球状风化、裂隙状风化等4种。前3种类型常以不同的组合形式存在于全强风化带中。第4种类型存在于中等风化及微风化带中。现简述如下：①碎屑状风化：为均一的松散砂、砾状或砂状碎屑物，夹少量碎块状风化，呈散体结构，分布于全风化带中。②碎块状风化：产于浅表及深部，主要沿岩脉、劈理及隙裂密集带、断裂交汇带加深风化，风化产物为半坚硬状的碎块夹风化碎屑物，块径10～20cm，分布于强风化带中。③疏松状或峰窝状风化：在浅表部位因矿物蚀变及溶滤作用，分别形成结构疏松或孔洞状的风化岩，仍保持岩石外貌，矿物具弱联结性，手捏或锤击即散。主要分布于变质岩区强风化带中。④球状风化：产于浅表部位，是一种极不均一的风化形式，风化产物为疏松、半疏松状碎屑物夹不规划的球（块）体，球块体多为中硬岩及坚硬岩，块径0.5～2m。该风化类型的形成，是由于岩体被多组节理裂隙切割成块状后，风化营力沿裂隙侵入，对周边加剧风化而成球状硬块。主要分布于三峡结晶岩区强风化带中。⑤裂隙状风化：系沿岩体中的节理裂隙产生不同程度的风化现象。表皮状风化分布于弱风化带下部及微风化带岩体中，沿裂面分布有极薄的（厚度小于1mm）风化晕或风化皮为铁质氧化薄膜。在弱风化带上部，沿裂隙风化呈疏松至半疏松状碎屑状，厚度几毫米至3cm不等。

　　（2）特殊风化类型①风化夹层或夹层状风化：沿层状岩体的层间挤压破碎带或软硬相间的软弱岩层有加深风化现象，称为风化夹层；而沿块状岩体中的断层及节理密集带或变质岩中的片理、板理等结构面形成加剧风化现象，称为夹层状风化。②深风化槽或风化囊：当岩体中存在规模较大、延展较深的断层碎碎带或断裂交汇带、不稳定矿物富集带、岩脉与断裂交叉带及地下水循环交替较强的局部裂隙发育带时，常能见到这种现象。这时风化的底部界线突然加深。三峡工程三斗坪坝址结晶岩断裂带中形成的深槽状风化，断裂带弱风化带的下限要比围岩平均低20m，最深处可达80m，长度数十米。

　　2.岩体风化分带的野外特征岩体风化分带的野外特征，涵盖以下内容：

　　（1）风化变色及矿物蚀变；

　　（2）岩石组织结构的变化；

　　（3）风化类型（或形式）及地质特征（风前述）。

　　（4）沿结构面的风化程度及充填物；

　　（5）围岩中地下水渗流状态；

　　（6）锤击声及开挖情况。GB50287-99《水利水电工程地质勘察规范》提出野外分类标准，见表5.3.1-1。陆兆溱主编《工程地质学》中，根据现行规范及我国三峡、二滩、漫湾等大型水电程的实践经验，综合表5.3.1-2。

表5.3.1-1 岩体风化分带表

表5.3.1-2 岩体风化分带的野外特征（据陆兆溱，2001.10）

（三）岩体风化分带的定性——定量综合分析方法

　　1.根据弹性波波速及波速曲线划分风化带

　　近年来，国内外广泛利用弹性波测试来研究岩体质量和风化程度。常用的弹性波测试方法有声波法、地震法和超声波法。目前在我国水电工程勘察中，对岩体风化分带常用的方法易是采用定性判断与弹性波测试相结合的综合分析方法。工程施工中对建基面岩体质量监测亦广泛应用弹性波测试。

　　根据波速及波速曲线划分风化带的工程实例很多。如图5.3.1-1三峡工程3007#平硐Vp-L声波曲线综合分析图，强风化带（Ⅲ）由疏松至半疏松岩石夹坚硬、半坚硬状岩石组成，声波速度2000～3000m/s，声波曲线呈短锯齿状与小尖刺状复合曲线；弱风化带上部（Ⅱ₂）由坚硬、半坚硬岩石夹疏松、半疏松碎屑组成，声波曲线呈长尖刺状锯齿形，频率曲线呈双峰或多峰型，明显反映出岩体由软硬相间的两种介质组成，具有极不均一性。声波速度2600~5100m/s；弱风化带下部（Ⅱ₁），以坚硬岩石为主，夹少量疏松、半疏松状碎屑，整体风化程度较轻，纵波速度4300~5500m/s，声波曲线为短锯齿状，波幅变化小，频率曲线为正态对称曲线；微风化带，由坚硬、完整岩石组成，纵波速度4600~5600m/s，声波曲线呈稳定型，以高速区为主，频率曲线呈对称的正态曲线。因此，根据波速及波速曲线划分各风化带，并为弱风化带划分两个亚带提供量化依据。国内部分工程声波测试资料，列于表5.3.1-3。上述工程对弱风化岩体进行了两亚带或三亚带划分，主要是研究弱风化岩体利用可能性问题。

图5.3.1-1 3007^#平硐υ_p-L曲线综合分析图

　　1.风钻孔单孔测试υ_p-L波速曲线；2.风钻孔双孔测试υ_p-L波速曲线；3.机钻孔双孔测试υ_p-L波速曲线；4.机钻孔单孔测试υ_p-L波速曲线；5.风钻孔；6.机钻孔；7.裂隙密集带；8.破碎带

表5.3.1-3 部分大型工程声波测试成果

　　2．根据岩石物理力学性质指标划分风化带用室内和现场测试的岩石（体）物理力学性质指标进行岩体风化分带，是目前国内常用的方法。

　　岩体随风化程度的加深，比重略有减小，密度减小，孔隙率、含水量、吸水量都逐渐增大。风化岩体的透水性取决于裂隙的发育程度及其充填物质，而裂隙的发育程度又与岩性和风化程度有关。从钻孔压水试验资料分析，同类风化程度的岩体，其透水率q值比较分散。一般说来，微风化及新鲜岩体为极微透水（q<0.1Lu），个别地段为微透水（0.1≤q<1Lu）；弱风化带从微透水到弱透水（1≤q<10Lu）为主，局部可出现较严重的集中渗漏带，变化范围很大；强风化带多为弱透水或中等透水（10≤q<100Lu），甚至强透水（q≥100Lu）；全风化带与强风化带相比透水性反而相对减弱。岩体的抗压强度、弹性模量和变形模量都随风化程度的加深而降低，以全、强风化岩体的降低尤为显著。根据国内某些工程实测资料分析，一般微风化岩体强度比新鲜岩体降低5%~20%；弱风化岩体由于风化的不均一性，强度变化范围较大，约降低20%~50%；强风化岩体的降低50%~80%。岩石（体）物理力学性质指标随风化程度而变化，探索它们之间变化规律，便能给出划分岩体风化程度的定量指标。978年水利电力部成都勘测设计院提出采用岩石风化程度系数划分风化带。风化对岩石的影响，最终可归结为强度的削弱，因此将风化程度系数K_Y定义为：

R_aD

K_Y=

R_fD(5.3.1-1)

　　式中：R_aD为风化岩石单轴抗压强度（MPa）；R_fD为新鲜岩石单轴抗压强度（MPa）。

　　按岩石风化程度系数进行风化分类，见表5.3.1-4。

表5.3.1-4 根据风化程度系数K_Y划分岩石风化程度

　　3．根据点荷载强度指标划分风化带岩石点荷载试验适用于各类岩石，试验时将岩石试样置于两个球端园台之间，利用球端园台状加荷器施加点荷载，直至试件破坏。记录和量测试样破坏时的极限压力P（N）和加荷点间距离D（cm），计算点荷载强度I_S（MPa）：

P

I_S=

D²(5.3.1-2)

　　式中I_S为未经修正的岩石点荷载强度（MPa）。并求出相当于标准直径50mm时点荷载强度I_S（50）。换算方法参见GB/T50266-99《工程岩体试验方法标准》（国标）及GB50218-94《工程岩体分级标准》（国标）。本法测定风化岩石强度，并用来划分岩体风化分带，简捷、经济，可直接在现场或室内进行，值得推广应用。现将一些研究者根据点荷载强度划分岩体风化带标准，见表5.3.1-5。

表5.3.1-5 据点荷载强度指标划分岩体风化带的界限值（据陆兆溱2001.10）

　　4．根据波速比和标准贯入试验击数划分风化带波速比即波速衰减系数，表达式为

V_pw

K_V=

V_pf(5.3.1-3)

　　式中：V_pw、V_pf分别为风化岩体和新鲜岩体纵波速度（m/s），K_V为波速比。《岩土工程勘察规范》《水利水电工程地质勘察规范》中应用波速比K_V和风化系数K_f给定各风化分带的特征值，见表5.3.1-6。对花岗岩类岩体，可用标准贯入试验击数N_63.5划分残积土和全、强风化带。见表5.3.1-6。

表5.3.1-6 岩石按风化程度分类标准

注：标贯击数适用于花岗岩类；I_s(50)及E_d为参考建议值。

三、坝基各类地质缺陷的工程地质评价

　　（一）断层破碎带

　　1．控制大坝坝基抗滑稳定问题

　　坝基下存在缓倾角断层破碎带，与缓倾角软弱夹层（层间剪切带）一样，不管其倾向上游或下游，与其它结构面组合，均能构成对深层抗滑稳定有不利影响的楔形块体的组合边界条件，而缓倾角断层破碎带则构成控制性的滑移面。这样的工程实例很多。如红石水电站坝基f₂₀₁缓倾角断层倾向右岸偏下游，对14^#、15^#、16^#坝块坝基抗滑稳定产生不利影响；安康工程坝基变质岩中发育多缓平缓断层、平缓裂隙与陡倾角断层组合构成深层滑移的楔体，对坝基抗滑稳定产生不利影响。大化工程坝区、坝基缓倾角断层及缓倾角裂隙普遍发育，对坝基抗滑稳定产生不利影响。

　　2．存在渗透稳定问题

　　断层破碎带中软弱破碎岩屑夹泥，在水库长期渗压水作用下产生细颗粒移动或颗粒成分、结构发生改变的现象，称为渗透变形或渗透破坏。主要破坏形式有流土、管涌、接触冲刷（沿断层顶底板接触面）等。当断层破碎带物质产生渗透破坏后，将形成集中渗漏带，对大坝稳定带来不利影响。因此，在工程地质勘察中需要开展现场或室内的渗透稳定试验，求出临界比降、破坏比降，考虑一定的安全系数（1.5~2）得出允许比降，进行渗透稳定性评价。

　　3．产生压缩变形问题

　　据已建工程勘察实践表明，坝基（肩）岩体中发育规模不等的断层破碎带是普遍现象，而以陡倾角为主，次为中倾角及缓倾角。由于断层带构造岩力学强度和变形模量，随破碎程度加剧而降低，其中以软弱糜棱岩、角砾岩、构造粘土岩、断层泥及页岩中鳞片状挤压带降低最显著。因此断层破碎带可能产生压缩变形，导致坝基产生不均匀变形。根据大型水电工程坝基岩体稳定的有限元分析成果显示，坝基下分布陡倾角断层破碎带，使岩体的均一性、完整性遭到不同程度的破坏。最大主应力等值线分布产生明显的应力降，形成主应力等值线凹槽。而这一凹槽区易产生应力集中及压缩变形区域。如葛洲坝工程大江电厂17^#~20^#机组坝段石门组砾岩中Ⅴ号断层强透水带，主要由f₁₁₄、f₁₁₆为主干的断层及NNE~近SN向f₁₂₆等一系列缓倾角断层组成，构造岩结构疏松，发育较多溶蚀孔洞，力学强度及变形模量很低，易产生压缩变形。对大江断层强透水区进行有限元分析表明，基岩部位均出现5个拉应力区，是由于断层带力学强度低，致使基岩受坝体传来的荷载后产生应力集中，导致发生不均匀沉陷。最后采用了深孔固结灌浆加固处理。龙羊峡工程大坝为混凝土重力拱坝，坝基为花岗闪长岩。两岸坝肩发育有F₇₃、F₇₁、F₃₂、F₆₇等断层带，走向与拱端推力方向近于正交，在高程2530~2540m以外，这些断层交汇，形成宽约15m的全强风化破碎岩带，距拱端50~60m。至高程2570m处这些断层位于1^#、2^#坝段及重力墩基础内，在拱端推力作用下，可能产生岩体深部压缩—剪切变形。

　　4．断层强透水带——集中渗漏问题

　　坝基岩体中的断层破碎带，最易构成强透水带，成为控制坝基渗漏的主要通道。集中渗漏通道呈带状分布，顺河向或斜交河向。断层破碎带多为碎裂结构岩体，现场压水试验求得的透水率q>100Lu，渗透系数K=10^-2~10⁰cm/s。典型工程实例如青铜峡水电站，坝基为奥陶系灰岩、砂岩与页岩互层，发育NNE压性断层和近SN向张性断层，后者模型较大，形成一组平行的张性断裂带，基坑开挖后，地下水主要沿NNW向张性断裂带（F₅与F₆）发生集中涌水现象，渗透系数K=0.093~0.12cm/s，形成坝基的主要渗漏带。葛洲坝工程大江电厂17#~20#机组坝段后门组砾岩中的Ⅴ号断层强透带，透水性较大，压水试验单位吸水量ω最大可达10.9L/min·m·m，换算透水率q=1090Lu，构成坝基集中渗漏带。该带与长江库水连通，水量丰沛，流量大，在上游设置临时截渗帷幕，深达19~37m，截断f₁₁₄断层带的来水。

（二）风化深槽

　　风化深槽（或深风化槽），系沿断层破碎带、裂隙密集的交汇带加深、加剧风化形成的槽状风化现象。三峡工程结晶岩坝址区的深风化槽定义为微风化带岩体顶板比周围相邻地段凹下20m以上的槽状地带。槽内为强风化、弱风化岩体。其中以强风化及弱风化上部岩体完整性差，以碎裂结构为主，属于Ⅳ类岩体，岩体变形模量（E_o）一般为（0.2~0.5）×10⁴MPa。坝基下分布有深风化槽时，在大坝荷载作用下，易形成应力集中区，可能造成不均匀沉陷，对坝基岩体稳定产生不利影响。通常将强风化及弱上岩体挖除，利用弱下岩体，通过固结灌浆提高岩体的力学强度及完整性，改善坝基应力状态。典型工程实例。如万安工程坝基为浅变质岩系的石英砂岩、粉砂岩夹砂质页岩，坝基（左河床）下的f₁₆₀断层破碎带，由片状构造岩夹断层泥组成，结构松散，沿断层带风化加深形成深风化槽，槽内为弱风化岩体组成。弱风化带上部岩体为碎裂结构岩体，属于Ⅳ类岩体，弹性模量（0.5~1）×10³MPa，该类岩体力学强度及变形模量低，易产生压缩变形，需要挖除。坝基局部坝段利用弱下岩体（Ⅲ类岩体），并加强固结灌浆处理。

（三）裂隙密集带

　　裂隙密集带在各类岩体中均有分布，但多见于火成岩及变质岩、混合岩地区。一般表现为具有单组裂隙（节理）或多组裂隙（节理）组成一定宽度的裂隙（节理）密集带，带宽几十厘米至几米，裂隙密度一般大于10条/m，延展长达10~20m，最长可达30~40m，有时带与带间距具有等距性。多组不同产状的裂隙交汇，形成裂隙交汇带，岩体破碎，呈碎裂或镶嵌碎裂结构，属于Ⅳ类岩体，岩体完整性差，力学强度及变形模量低，透水性增强。坝基岩体存在有裂隙密集带或交汇带，可能造成坝基局部不均匀变形，或者形成强透水带，可能构成坝基集中渗漏带。

（四）较大软弱夹层

　　坝基下分布有规模较大的软弱夹层（剪切带）时，存在的主要工程地质问题是：坝基深层抗滑稳定、渗透稳定、不均匀变形等三大问题。分述如下：

　　1．控制坝基深层抗滑稳定问题

　　根据我国坝工勘察实践，坝基岩体多存在有缓倾角软弱夹层或泥化夹层，倾向上游或下游，与其它结构面及临空面组合，构成不利组合的楔形块体，对大坝深层抗滑稳定产生不利影响。我国已建的大型水电工程对软弱夹层的工程地质勘察、抗滑稳定评价及基础处理技术研究取得了丰富经验和长足的发展。规模较大软弱夹层，系指坝基岩体中具有连续分布的控制性软弱夹层，如葛洲坝工程二江泄水闸坝基下控制性202^#泥化夹层；双牌水电站坝基下f₃破碎夹层；铜街子工程坝基下的C₅破碎夹层；万安工程基下F_o′破碎夹层；朱庄水库坝基下Ⅱ-5及C_n72泥化夹层等，都是坝基抗滑稳定控制性的重点勘察研究的软弱夹层（或层间剪切带）。如研究软弱夹层的工程地质特性及分布规律；抗滑稳定的边界条件及可能的滑移模式；岩土力学及参数选择的试验研究；地质力学模型的试验研究及有限元分析（二维、三维）。工程实例见有关节。

　　2．控制坝基渗透稳定问题

　　软弱夹层或泥化夹层，在长期渗流水流作用下，可能产生渗透变形或渗透破坏，造成坝基下局部集中渗漏，导致坝基扬压力升高，威胁大坝稳定与安全。因此对软弱夹层的复杂岩基，必须做好防渗与排水设计，并保护夹层不发生渗透破坏。典型工程实例，如江西赣江支流上犹江水电站，在50年代勘测与施工过程中曾发现两岸的坝基岩体存在有缓倾角板岩破碎泥化夹层，从建筑物的安全出发进行了基础处理。如右岸丙丁坝块廊道中开挖明槽，左岸洞挖清除夹层回填混凝土。1958年发现坝基扬压力升高，超过设计允许值5%。进一步勘察分析表明，丙坝块坝基帷幕灌浆深度不够，混凝土与基岩接触间可能形成渗漏通道，板岩破碎泥化夹层局部产生渗透破坏。1963年加强补强帷幕灌浆处理，收到效果。1984年大坝运行期回访情况来看，渗漏量减少，扬压力降低。葛洲坝工程二江泄水闸采用全封闭护坦渗控处理，在做好防渗帷幕的前提下，在纵、横分布的基础廊道中，布设封闭和辅助排水孔，结合护坦板下的暗沟排水，形成空间排水体系。对地基中软弱夹层设置专门的保护设施。以上采用这种结构型式，国内外尚属罕见。工程运行实践及监测结果表明，全封闭护坦的运行是成功的，安全是有保证的，软弱夹层结构及性状稳定，未发生渗透破坏。

　　3．坝基沉陷变形问题引起坝基不均匀变形（或不均匀沉陷变形）的因素，与岩体的不均一性及力学强度和变形模量有关。岩体的不均一性，系指岩性组合（软硬相间）及厚度变化较大，特别是含有多层软弱夹层（或层间剪切带）的非均质岩体，夹层的力学强度和变形模量较低，在大坝荷载作用下，有可能产生不均匀沉陷变形，影响建筑物安全。工程实例：如葛洲坝工程坝基为白垩系五龙组薄层砾岩、砂岩、粉砂岩互层，夹有大量的粘土岩类薄层，为软硬相间、多层面、多软弱夹层的非均质各向异向的岩体，岩体的变形模量差别悬殊（见表5.3-1）。研究不均匀沉陷变形对建筑物影响，以二江泄水闸尤为重要，闸基为粘土质粉砂岩，岩性软弱，夹多层软弱夹层，对1^#~2^#闸段进行了沉陷变形影响分析，闸门也考虑了沉陷变形因素在结构上作了适当加强，以适应这一变形特点。为了解闸基各部位的位移情况，采用有限元分析，考虑几种基础处理方案，计算了浅齿墙（齿墙不切断剪切带）、深齿墙（切断两层剪切带）、防渗板（浅齿与深齿）等四个方案。计算结果表明，各方案水平位移为10mm，受水压以后闸室有反时针转动趋势。在坝体自重和水荷载作用下的垂直沉陷量为30mm左右，仅在水荷载作用下的垂直沉陷量最大为5~6mm左右。为探讨岩体变形模量的变化，对闸室位移量的可能影响，经改变岩体变形模量，计算闸室相应位移量的变化。计算结果表明：当变形模量减少一半时，水平位移（υ）将增加30%~60%，垂直沉陷（V）增加75%；当变形模量增加一倍时，则水平和垂直位移分别减少26%~42%及50%，由此可见，闸室位移值主要取决于岩体变形模量的大小。位移监测结果表明，各闸段的垂直沉陷量，基本与地质条件相适应，由于采用基础处理措施，未发现较大的不均匀沉陷变形，相邻测点间的不均匀沉陷甚微。因此，建筑物是安全的。

表5.3-1 各类岩体及剪切带的变形模量

第五节 坝基各类地质缺陷的处理措施

　　一、断层破碎带和软弱夹层等地质缺陷的处理措施

　　（一）混凝土塞沿断层破碎带开挖出一定深度的倒梯形槽，将其中软弱构造岩及两侧破碎岩体清除，然后回填混凝土，其作用是使坝体荷载经混凝土塞传到两岸新鲜完整基岩上（图5.5-1）。混凝土塞深度，根据我国坝工建设经验，对于宽度小于2m的断层破碎带按常规方法抽槽，开挖深度h=（1.0~1.5）b（b为破碎带宽度）；对于宽度大于2m者，开挖深度参考下式计算：

　　（1）美国计算开挖回填深度的经验公式：

　　h=0.002bH+5 （适用于H≥150英尺）（5.5-1）

　　h=0.3bH+5 （适用于H<150英尺）（5.5-2）

　　式中H为建基面以上坝高（英尺）；b为断层破碎带宽度（英尺）。

　　（2）美国肯务局经验公式：

　　h=0.0067bH+1.5 （5.5-3）

　　符号同上，h及H单位为m。该经验公式近年来在三峡及隔河岩工程应用过。

　　（3）日本坝工设计规范规定：当断层与坝轴线接近垂直相交时，对于断层水平宽度为B，开挖边坡为1∶m的断层，混凝土回填深度h可用下式计算：

（5.5-4）

　　式中：为按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；P、V为分别作用于塞子宽度b+2mh+2e范围内的总水平和垂直作用力，10kN，此时e取0.5~1.0m；f′、c′为基岩或混凝土的抗剪断强度指标，取二者较小的；L为混凝土回填的长度（通常取坝底宽度），m；m为坡度比值。对顺河向的软弱带，除坝基内作混凝土塞子外，并应向上下游伸出坝外1~2h，以改善坝基承载能力。

图5.5-1 混凝土塞和混凝土拱

（a）混凝土塞；（b）混凝土拱

　　（二）混凝土拱（或梁）、混凝土垫层对于很宽的断层破碎带，采用混凝土拱的处理型式，将坝体应力传送到两侧的完整岩体上，避免断层破碎带产生过大的压缩变形（图5.5-1（b））。也可以采用混凝土梁的处理型式。当大小断层密集交错，软弱破碎岩体的范围较大时，为改善坝基应力条件，可浇筑混凝土、钢筋混凝土垫层。

　　（三）明挖、洞挖处理

　　1．明挖：当缓倾角软弱夹层埋藏较浅时，将其全部挖除，最为安全可靠。

　　2．洞挖：沿缓倾角软弱夹层的倾向，布置一定数量的纵模交错的平洞，挖出部分夹层后，再回填混凝土，形成混凝土抗滑键，并进行固结灌浆和接触灌浆，提高平洞部位的摩擦系数，以满足沿软弱夹层的抗滑稳定要求。例如桓仁工程坝基软弱夹层，曾采用明挖和洞挖结合的方式进行处理（图5.5-2）。

　　图5.5-2 桓仁电站软弱夹层处理

（a）剖面图；（b）平面图

1—岩层编号；2—断层及编号；3—岩层界线；4—岩层产状；

5—洞挖回填混凝土；6—平洞；7—设计滑移破裂面

　　（四）大直径钢筋混凝土桩

　　在坝基范围内用若干口径钻孔穿过缓倾角软弱夹层（带），进入完整岩体中，孔内放置钢筋并浇筑混凝土，形成钢筋混凝土桩。坝工实践表明，钢筋混凝土桩可以把软弱夹层上下部岩体联成整体，并将应力传至深部岩体，具有抗滑和减少坝体水平变形作用。佛子岭连拱坝12垛基础下有一缓倾角断层破碎带，打了17个大口径钻孔（φ950mm），深入断层带下2m，浇筑成钢筋混凝土桩，每个桩抗剪断力2MN。

　　（五）混凝土深齿墙

　　在坝基中用深挖齿墙截断缓倾角软弱夹层，使齿墙嵌入软弱夹层下部的完整岩体一定深度，依靠嵌入部分混凝土齿墙的嵌固力，软弱夹层的摩擦力和下游抗力体三者联合作用，来满足坝基深层抗滑稳定要求。这是一种处理软弱夹层的有效型式。对于缓倾下游的软弱夹层，需要利用下游岩体作为抗力时，应详细查明下游抗力体的地质条件，必要时，可对下游抗力体采用固结灌浆，设置钢筋混凝土桩、压重等加固措施，以提高下游抗力体的岩体完整性和承载能力，减少坝基变形。葛洲坝工程二江泄水闸基对软弱夹层处理，即采用了这种型式，见图5.5-3。

图5.5-3 葛洲坝二江泄水闸处理

1—坝轴线；2—齿墙；3—防渗板；4—防渗帷幕；5—防冲板；6—排水孔；

7—泄水闸；8—护坦板；9—加固桩；10—防淘墙

　　（六）预应力锚固

　　锚固就是用钻孔穿过控制坝基岩体岩体滑移的缓倾角软弱层（带），深入至坚硬、完整岩体的一定深度，插入预应力钢筋或钢缆，钻孔中回填水泥砂浆封闭，以增强岩体稳定的一种加固措施。梅山连拱坝右坝肩失稳，1964年首次使用锚固处理。共设锚固孔250孔，孔距2~3m，孔深25~40m，用φ110mm和φ130mm的两种孔径，分别放入钢索81根和123根，每根钢索直径为5mm。双牌工程为增强坝基深层抗滑稳定性，对倾向下游的缓倾角破碎夹层采用了预应力锚固处理措施，锚固孔穿过控制性破碎夹层f₃至f₅夹层以下的完整基岩中，效果良好。

　　（七）固结灌浆

　　固结灌浆是加固坝基的一种常用工程措施，它是用适当的压力，将水泥浆液或其它化学固化材料灌注到地质缺陷部位，如断层破碎带、软弱夹层、深风化槽、裂隙密集带、卸荷带中去，待浆液固化后，起到增加岩体完整性，提高岩体弹性模量，减少坝基沉陷的作用。布置在防渗帷幕前的坝基固结灌浆，并能起到提高坝基浅层的抗渗性，达到加强防渗帷幕的目的。

　　固结灌浆的设置范围，应根据坝基工程地质条件，结合坝的等级和规模以及灌浆试验资料等确定。除前面提到固结灌浆的部位外，一般说来，坝基岩体比较破碎，裂隙发育，具有一定的可灌性时，应在坝基范围内全面进行固结灌浆。如地质条件良好，而灌浆效果又不明显时，可以适当减少固结灌浆范围。通常情况在坝底上下游各四分之一底宽的范围内需要固结灌浆。

为进行固结灌浆，须选择合理的设计参数，如孔排距与孔深，制定适合于坝基地质条件的施工工艺，才能达到预期的效果。因此，当条件许可时，应在坝址区内选择具有代表性的地区进行固结灌浆试验，为设计提供依据。同时，也可参考国内外工程实例和规范的有关规定，结合工程具体条件研究确定，并在工程实践过程中，予以验证并及时修改完善。

　　国内外有关固结灌浆的一些设计参数如下：

　　国内工程采用值：孔排距2~3m，多数采用3m。孔深5~8m。在断层加固及帷幕上游区为8~15m。固结灌浆材料以水泥浆液为主，在某些有特殊要求的部位，也可采用化学材料灌注，如环氧树脂等。固结灌浆孔，一般采用铅直孔。但是，如果坝基岩体中发育有胶结不良或没有胶结的薄层（包括软弱夹层）的层面，极发育的张性或扭性断裂面等，应选择最不利而出现频率又大的不连续面，布设和这些结构面反倾向的倾斜灌浆孔。这样，同一规定深度的灌浆孔，可以穿过较多的不连续面，提高坝基的固结效果。固结灌浆效果的检查，可以利用钻孔取样和压水试验，开挖探洞，物探等手段。其中以物探方法可以比较精确地测定灌浆前后岩体中弹性波的传递速度，从而判明灌浆效果，用物探方法检查，工效高，对基岩无破坏，是今后值得重视的一种检查手段。

　　（八）坝基防渗和排水

　　坝基防渗和排水设施的主要目的，是为了减少坝基渗流量，降低坝基扬压力至设计允许值以内。一般说来，在坝基处理设计中，都是同时设置防渗措施和排水孔，只有在特殊情况下，经过论证，才采用单一的设施。

　　1．坝基防渗

　　岩基上建坝的防渗设施，型式有水平和垂直两种。水平防渗型式是在坝基上游一定范围内，用隔水材料筑成铺盖；垂直防渗型式有防渗帷幕和混凝土防渗墙等。国内工程多采用防渗帷幕的型式（图5.5-4）。防渗墙往往使用于截断软弱夹层、断层破碎带等需要局部加强防渗的地区。例如刘家峡、新安江等工程，对断层的防渗处理，均采用在帷幕轴线上，跨过断层（包括断层影响带），设置一定深度的混凝土防渗墙（井），与防渗灌浆帷幕相衔接，在挡水前沿形成连续的防渗设施。此外，有的工程根据地质条件，采用相应的防渗设施。例如黄坛口工程右坝头，为了截断软弱的页岩层，自右岸开始坝段于坝基上游面开挖断面3×6米、长18米（向山坡内延伸4米）的隧洞，回填混凝土，成为阻水墙（图5.5-5）。桓仁工程为了截断沿软弱夹层的渗漏，在右岸重力坝部位帷幕轴线上设置长12.5米，高为嵌入软弱夹层上下的岩层中各0.5米的防渗平洞，回填混凝土，并作回填灌浆，起到防止绕渗的作用。

图5.5-5 黄坛口工程阻水墙

隧洞布置示意图

1—页岩；2—截断页岩回填混凝土的阻水隧洞；3—排水隧洞；4—坝轴线

图5.5-4 防渗帷幕布置示意图

1—起辅助帷幕作用的固结灌浆；2—防渗帷幕；3—坝基排水孔

图5.5-4 防渗帷幕布置示意图

　　防渗设施除在坝体挡水前沿全线布置外，应根据坝址水文地质工程地质条件，向两岸伸入一定的长度和足够的深度，并与河床部位的防渗设施连成整体，以防止产生绕坝渗漏，不致影响两岸岸坡的稳定。两岸防渗设施大都采用防渗灌浆帷幕，可在岸坡地表直接进行灌浆。如岸坡地段陡峻，也可以在两岸开挖灌浆隧洞，在洞内进行灌浆，以节省钻灌工程量。高坝（重力坝和拱坝）建设中，往往需开挖多层灌浆隧洞，以保证帷幕钻孔的垂直度，使整个帷幕连接良好，洞与洞间的垂直间距，以小于60米为宜。灌浆隧洞也象坝体内的灌浆廊道一样，布设排水孔，以消减帷幕后山体内的渗水压力。

　　防渗帷幕的防渗标准，根据坝型、坝高确定。对于重力坝和拱坝，防渗帷幕幕体及其下部岩体的透水性，按坝高应达到下列标准：高坝透水率q≤1Lu[或单位吸水量ω≤0.01L/(min·m·m)]；中坝q≤1~3Lu[或ω≤0.01~0.03L/(min·m·m)]；低坝q≤3~5Lu[或ω≤0.03~0.05L/(min·m·m)]。即帷幕应伸入到上述相对不透水岩体内3~5米。如坝基相对不透水岩层埋藏较深或分布无规律时，帷幕深度一般可在0.3~0.7倍坝高范围内选择。国外（苏联、日本）规范有类似规定。美国规范和设计准则中，规定在极致密基岩中，帷幕深度的变化可能为水头的30~40%；在不良基岩中，深度可能达到水头的70%。

　　帷幕灌浆材料，以水泥浆为主。水泥浆液的可灌性，取决于被灌岩体的行浆通道的宽度和水泥颗粒粒径。试验资料表明，当通道的宽度为水泥最大粒径的3~5倍时，水泥浆可顺利灌注。对于一般标号的新鲜水泥，大致可灌入宽度0.3毫米以上的通道；高细度水泥，如湿磨水泥，则可灌入宽度0.15毫米以上的通道，但需要有相应的施工工艺措施，如高速搅拌、浆液中添加活性掺合料等，才能充分发挥细水泥的作用。

　　60年代以来，国内逐渐发展了用于防渗帷幕的高分子化学材料。这类材料具有粘滞性低，抗渗性高，浆液的胶凝时间可按预期的要求在几秒钟至几十分钟内凝固等特性，因而对某些水泥浆液不能灌注的断层破碎带、细密微裂隙、软弱夹层等部位，都具有一定的效果。从某种意义上说，这种灌注材料还可以代替施工复杂而且艰巨的断层破碎带防渗墙（井）等设施。国内已有很多工程用水泥浆灌注达不到效果的地区，改用化学材料灌注，效果良好。目前用于防渗的化灌材料有：丙凝、丙强、氰凝、铬木素等，其中以丙凝使用较广，取得了较为丰富的经验。

　　2．坝基排水

　　坝基处理中，普遍在地防渗帷幕下游设置进入基岩一定深度的排水孔，是降低坝基扬压力的有效措施。如果坝基地质条件十分良好，经过充分论证，可以仅设置排水孔，而不设防渗帷幕。为了充分发挥排水的降压作用，对于高坝，除在帷幕下游设置一道主排水孔外，还可设置2~3道辅助排水孔；中、低坝则可视情况增设1~2道，必要时还可沿横向廊道或在宽缝空腔内设置。在岸坡坝段，一般在坝体内专门设置纵横向排水廊道，并使渗水尽量靠近低处坝基面排出坝体外，以降低岸坡部位的坝基渗透压力，有利于坝体的侧向稳定。

　　对于峡谷河流，经论证需要加强岸坡岩体排水，保证岸坡稳定时，可在山体内设置专门的排水隧洞，并设排水孔，排出山体渗水。这些排水隧洞，可与灌浆隧洞相结合，在这方面国内有不少工程已取得成功经验，如刘家峡工程，为了处理左岸挤压破碎带，在左岸山体不同高程开挖排水隧洞，设置排水孔。黄坛口工程右岸坝头，岩石破碎，裂隙发育，并夹有页岩层，为保护右坝头和边坡稳定，在坝后山体内设置1.8×2.3米，长48米的排水隧洞，蓄水后排水隧洞对岸坡排水效果良好。后来发现裂隙中夹泥有被渗水带出的现象，洞壁岩石也有不稳定趋势，故又进行了混凝土衬砌，再设排水孔。

　　坝基排水设计，应根据坝高，坝基水文地质工程地质条件，结合坝基防渗和固结灌浆等措施，综合研究确定有关参数。我国混凝土重力坝设计规范对坝基排水孔设计参数规定如下：

　　孔深 主排水孔为防渗帷幕深度的0.4~0.6倍，并不小于10米；辅助排水为6~12米。孔距 主排水孔2~3米；辅助排水孔3~5米。孔径110~130毫米，不宜过小。

　　排水孔设计中，对下述几个方面应引起注意：

　　①坝基有裂隙承压水层、分布较广的深层透水区、控制坝体抗滑稳定的滑移结构面、间隔分布的相对隔水层和缓倾岩层等地质条件，一般说来，均不利于排水；尤其是当这些相对隔水层倾向上游，使坝基渗水无排泄通路时，尤为不利。因此，除加强这些部位的防渗处理外，排水孔应根据隔水和富水部位的分布情况，合理布置。排水孔深应穿过这些部位，以利迅速排水，避免在坝基内形成封闭的承压渗水区，而不利于坝基的稳定。

　　②防渗帷幕后的主排水孔与帷幕之间的距离，不宜过近，以免使帷幕体承受的水力坡降过大，产生渗透破坏。按有关规定规定，主排水孔与帷幕间的距离不宜小于2~4米。对于软弱岩层，尤其是有泥化夹层或具松散充填物的裂隙等不良地质条件时，应从地质上充分论证合适的间距，必要时应进行现场管涌试验，取得可靠数据，作为设计依据。

　　③穿过上述不良地质条件地区的排水孔，必要时应采取相应的保护措施。常用的措施是在排水孔中回填砂粒反滤料或其它材料。如葛洲坝工程对排水孔中泥化夹层的保护，采用带孔眼的塑料滤水管、通孔性泡沫软塑和工业过滤布组成的“过滤体”，安装在排水孔中夹层部位，以防止产生机械管涌。

二、岩溶洞穴的处理措施

　　1．防渗帷幕一般在坝基和坝肩部位都要设置防渗帷幕，以防止坝基及绕坝渗漏。防渗帷幕设置应充分利用水库坝址区有利的地质条件，如充分利用隔水层、相对隔水层的分布，选择在技术上先进，经济上合理的帷幕布置形式，用防渗帷幕尽可能阻截全部渗漏管道，并达到最佳的防渗效果。根据国内外岩溶坝区防渗帷幕布置型式，可归纳5种：Ⅰ、全封闭式（幕底接隔水层）；Ⅱ、弱封闭式（幕底接相对隔水层）；Ⅲ、混合式（部分接隔水层，部分悬挂）；Ⅳ、悬挂式（悬挂在弱透水层中）；Ⅴ、水槽式（幕线平行河流，端点接上游隔水层）。以Ⅰ型最可靠，Ⅱ、Ⅲ型较差，Ⅴ型是一种新型式，可靠性好，如国外工程。孔距、排距的选择，主要取决于地质结构及岩溶水文地质条件。根据工程实践，孔距一般为1.5~3m，通常应根据灌浆试验确定。灌浆材料，有很多工程多使用水泥、粘土和膨润土混合浆，有时掺入无水碳酸或硅酸盐、水玻璃等化学材料，当遇溶洞时，加入砂石和速凝剂。我国早期一般用纯水泥灌浆，如乌江渡工程。80年代后期我国推广应用多种混合浆液，取得良好效果。如云南花山水库使用水泥粘土混合材料灌浆；东风水电站处于强烈岩溶发育地区，右岸防渗帷幕灌浆材料，采用水泥+粉煤灰的混合液灌浆，取得良好效果。

　　2．堵洞防渗堵洞系指为防止溶洞或岩溶管道渗漏而在其进口部位设置堵体，将溶洞或管道严密地封堵起来。按堵洞体使用的材料分为2类：级配料堵体；混凝土塞。级配料堵体系指在堵洞体下部堵塞大块石，再填塞碎块石或砂砾石，其上铺设反滤层，表层铺设粘土盖层。为防止渗漏破坏性，可在洞口适当位置修筑浆砌石拱桥，桥身设排水孔。混凝土塞作为堵体，其上设置一层铺盖，此种堵体，强度高，不易破坏，亦可用浆砌块石堵塞。对位于暗河附近，雨季时又排泄暗河洪水的天窗、溶洞、落水洞、反复泉等，则不能将其堵死。为消除水、气压力的破坏作用，又能得到地下水的补给，应根据不同情况在洞口设置自动启闭闸门、烟囱式调压井、通风管等。

　　3．截水墙防渗截水墙，系防止岩溶管道渗漏，在其内部岩体完整且较狭窄处设置截水建筑物。截水墙类型主要有两种：混凝土截水墙；浆砌块石截水墙。前者用于堵载近水平的漏水岩溶管道。如花溪水库左岸溢洪道地基中一水平溶洞低于设计水位40m，向库外分两支呈“Y”形。为防止渗漏，在二洞交汇处上游，修建混凝土截水墙，防渗效果良好。后者浆砌块石截水墙，主要优点就地取材，降低了造价。如贵州普定地区，有一溶洼水库，在下部有一条暗河，经在暗河中做截水墙，防止了水库岩溶渗漏。

　　4．铺盖防渗铺盖防渗，系利用防渗材料，铺于水库库底，防止分散性岩溶裂隙渗漏。在岩溶洞穴发育区，在堵洞的基础上，亦可联合使用铺盖，防渗效果更佳。按铺盖使用材料的类型，分成4类：粘土铺盖；混凝土铺盖；塑料薄膜或土工织物铺盖；水库天然淤积粘土铺盖。典型工程实例：如桃曲坡水库，大坝为均质坝，坝高61m，总库容4300万m³。库区分布石炭—二迭系砂页岩。坝址位于奥陶系灰岩峡谷区，为防止坝基渗漏，在坝前设置长度320m的粘土铺盖，厚3~5m，铺盖前缘直达C₃—P₁的砂页岩隔水层，起到一定的防渗作用。又如著名的水槽子水库漏水问题，库盆分布C—P灰岩，由于岩溶发育，向低邻谷金沙江渗漏。蓄水初期，虽采取了堵洞及铺盖处理，但效果不显著，1959年后水库淤积逐年增加，渗流量逐年减少。经过30年淤积，其厚度已超过10m，形成全面天然铺盖，渗漏已基本停止。淤积物以粘土为主，K=A×10^-6cm/s，其隔水作用是明显的。

　　5．围井与隔坝防渗围井，采用混凝土或浆砌块石围绕漏水溶洞或岩溶管道进口筑成的圆筒形建筑物。围井高度高出水库设计洪水位，以防止库水进入而渗漏。围坝，系指用土石坝将漏水岩溶洼地与水库隔开，以防止水库渗漏，此种土石坝，亦称隔坝。典型工程实例：如南斯拉夫的伏尔塔兹水库，是一个小型水库，坝高16m，坝长250m，库容7200万m³，水库中各种岩溶现象如落水洞、暗河、反复泉都很发育，为了进行防渗处理，开始时作表面铺盖，没有效果。在水库右岸修筑了控制落水洞的混凝土围井，后来还做了防渗帷幕收到一定效果。又如猫跑河百花水库右岸，有一岩溶洼地，当库水位超过1193m高程后，库水通过一处地形垭口流入洼地，由于渗漏，在覆盖层中出现5个塌陷漏斗，漏水量达1m³/s，后在洼地上游地形垭口修建一座浆砌石坝，坝高8~9m，坝长37.5m，坝基未进行帷幕灌浆。该处理措施已阻止了岩溶渗漏。

二、缓倾角结构面及软弱夹层的工程地质研究

　　（一）缓倾角结构面的工程地质研究

　　1. 缓倾角结构面的成因类型缓倾角结构面按成因分类可分为原生结构面（层理、冷凝节理）；构造结构面（断层、层间错动剪切带，节理或裂隙）；次生结构面（风化、卸荷裂隙）。

　　（1）原生结构面成岩过程中形成的结构面，如沉积结构面（层理面）；火成结构面，岩浆侵入、喷溢、冷凝过程中形成的结构面（原生节理、间歇喷溢面等）；变质结构面，如区域变质作用形成的片理、板理、黑云母绿泥石滑石富集带等。

　　（2）构造结构面系指在地壳构造应力作用下，岩体中形成的具有不同地质力学性质的缓倾角结构面，如缓倾角断层及挤压带、缓倾角节理、层间剪切带、岩脉与围岩接触破碎带。

　　（3）次生结构面系指在地壳浅表部位，由于外动力地质作用，在岩体中形成的缓倾角次生结构面，如常见的卸荷裂隙、风化裂隙。尤以卸荷裂隙普遍，规模较大。特别是河谷地段，由于河流深切，岩体中地应力释放与调整，卸荷回弹作用而产生的卸荷拉裂裂隙，裂隙多曲折，不连续，裂面平行谷底及两岸斜坡临空面。还有一种追踪缓倾角构造裂隙拉裂，形成构造——卸荷型裂隙。

　　2. 缓倾角结构面发育特征及分布规律

　　（1）缓倾角构造结构面结晶岩块状岩体：在地壳构造应力作用下，表现为脆性构造变形，如断层、节理、劈理等，不同力学性质及产状均有发育。而缓倾角构造结构面，按形成的构造条件可分为：

　　①剖面“X”挤压破裂型：形成于区域或局部构造应力场，以缓倾角逆断层、节理、劈理或挤压带。平面上呈平行或斜列，走向与区域构造线一致，剖面上呈迭互式构造或剖面“X”型断裂，力学性质属压性、压扭性。

　　②主干断裂扭动派生破裂型：规模较大的主干断裂一侧或两侧，由于断层上下盘的扭动作用而形成的缓倾角节理，扭性、张扭性。剖面上呈羽列状分布。

　　③岩脉与围岩接触蚀变破裂型：后期岩脉沿岩体缓倾角结构面侵入、蚀变，再遭构造挤压破碎，造成地下水集中渗流及加剧风化，形成软弱结构面。缓倾角构造结构面空间展布及发育程度具有不均一性和集中成带、成片分布特征。在构造应力强烈地段及主干断裂附近，缓倾角裂隙较发育，成片、成束展布。延伸长度小于10m或10～20m不等。陡倾层状岩体：以剖面“X”挤压型分布较普遍，如压性、压扭性断层、节理、劈理等，剖面上表现为共轭节理（缓倾角），一组发育，一组不发育，剖面上呈羽列，或裂隙密集带，疏密相间。缓倾层状岩体：软硬相间的缓倾角层状岩体，由于层间扭动而形成普遍分布的层间错动剪切带。

　　（2）缓倾角卸荷结构面水电工程勘察实践，主要见有拉裂型卸荷裂隙，追踪型卸荷裂隙，其分布特征及工程实例分述如下：

　　①拉裂型卸荷裂隙该种裂隙一般在河谷底部及两岸岸坡基岩中发育，裂隙面一般平行谷底及两岸斜坡坡面，具有不同程度的张开度，隙宽几毫米至几厘米，裂面起伏粗糙至极粗糙，常充填风化碎屑物或夹泥。在谷底以下强卸荷带中最发育，并随深度增加而减弱。典型工程实例：如富春江水电站，基岩为白垩系火山岩，坝基普遍发生有缓倾角卸荷裂隙，在谷底部位最发育，呈似层状分布，裂面与基岩面近于平行，倾角10°～25°，在两岸岸坡部位倾角变大，裂面平行岸坡坡面。基坑开挖实测资料表明：在断层带及其附近的强风化岩体，裂开度增大，一般2～10cm，最大达20cm；弱风化带中裂隙张开度一般0.5～1cm，普遍充填粘土夹碎石，延伸长度10～20m。坝基卸荷裂隙分布是影响坝基抗滑稳定的主要工程地质问题。

　　②追踪型卸荷裂隙沿原有缓倾角及陡、中倾角构造裂隙追踪拉裂，形成追踪型卸荷裂隙。典型工程实例：龚咀水电站，基岩为澄江期似斑状黑云母花岗岩，河床左侧坝基下，沿原缓倾角构造裂隙追踪，卸荷拉裂，形成厚达15～30m的水平卸荷裂隙带，裂隙张开度0.5～5cm，充填泥膜，形成强透水带。三峡工程坝区河谷卸荷带，卸荷作用与风化作用有密切的成因联系。结晶岩卸荷带主要在强风化带、弱风化带中表现明显。以地表观察，沿原有缓倾角裂隙追踪拉裂为主。裂面张开度1～3cm，个别5cm，长度一般5～10m，裂面粗糙，多为风化碎屑物充填，主要发育在小包子漫滩及中堡岛大花岗岩体中（弱风化带）。

　　3. 缓倾角结构面的自然特征及 定量描述方法

　　（1）产状及组数结构面空间分布状态一般采用走向、倾向、倾角表示。对缓倾角结构面进行分组，典型地段实测缓倾角节理的地质剖面及平面节理分布素描图，以研究缓倾角结构面的分布规律。对坝基岩体中发育有不连续的缓倾角裂隙时，为查明产状及其分布，需在钻孔中采用定向方法量测产状。根据野外大量量测资料，编理玫瑰图及极点等密图。通过地表露头、平洞及大口径钻孔揭露的缓倾角裂隙，按走向进行分组，统计每组条数及所占总条数的百分率。对各组发育程度进行初步评价。

　　（2）间距缓倾角裂隙间距系指结构面间的垂直距离，通常指一个节理（裂隙）组的平均间距或常见间距。陡、缓倾角结构面间距，是反映岩体完整程度和块度大小的重要指标。结构面的密集程度，或发育程度，通常在生产实践中以线裂隙率、面裂隙率来表示。

　　①线裂隙率（又称线密度或节理频度）K_S（条/m）：指该测线方向单位长度上结构面或裂隙的条数。如结构面的平均间距为S（m），则 K_S=②面裂隙率（又称结构面的面积密度）Ka：指单位测量面积中裂隙面积所占的百分率，表示为Ka=×100%以上陡、缓倾角结构面均可应用。

　　（3）延续性（或延展性）延续性表征结构面的展布范围和延伸长度，它是岩体重要特性之一。对露头好的基岩地区，可以采用野外实测。根据各组结构面所测得的延续长度，试验标准化委员会建议对延续性作表5.2-1描述。

表5.2-1 结构面延续性描述

　　三峡工程结晶岩坝区，将缓倾角裂隙延续长度划分5级：＜10m；10～20m；20～30m；30～40m；＞40m。并按不同裂隙组统计裂隙条数及所占百分率。

　　（4）粗糙度粗糙度系指结构面的粗糙及光滑程度，用起伏度和起伏差来表征。结构面的粗糙度对于研究岩体的抗剪强度和评价岩体的剪胀有重要意义。起伏度常用起伏角i来表示；波状起伏的结构面则以波峰与波谷之间的距离表示起伏差h（单位：cm）。在野外填图的初始阶段（可行性研究阶段），在小规模（几厘米）和中等规模（几米）观测基础上，可将结构面分为台阶形的、波浪形的、平直形的三种典型剖面。每种剖面可分为粗糙的、平坦的和光滑的三种类型，如图5.2-1。

图5.2-1

　　结构面粗糙度量化研究，在我国80～90年代已开始在矿山和大型水电工程开展科研工作。90年代初，水利部长江勘测技术研究所工程地质研究室与中南工业大学资源开发系合作，采用国际岩石力学学会推荐的针疏轮廓仪在三峡坝区进行现场实测缓倾角结构面粗糙度，来研究结构面的形貌特征及其剪切特性。按结构面粗糙度指标JR值划分10级，并与现场大剪试验及中剪试验所获得的结构面抗剪强度参数建立相关分析，提出各级粗糙度的抗剪强度参数值。二滩工程研究结构面粗糙度和起伏度，取岩样长1cm，利用光切原理进行研究。起伏度Rx高差的测量采用离面反射干涉法。根据云纹光学原理，设计了直接量测结构面起伏的离面反射干涉仪。将这些成果用于预测结构面抗剪强度，即应用巴顿（Barton,1973）经验公式，成都勘测设计院提出修正公式。

　　（5）裂隙连通率（或连通系数）自然界缓倾角结构面的发育特征，具有不连续性、随机性和方向性，可选择特定方向上来研究缓倾角节理（裂隙）的连通程度，未被连通者称“岩桥”。这对于研究缓倾角不连续面控制坝基抗滑稳定具有重要意义。研究裂隙连通率目前有两种方法：即剖面投影法；模拟网络法。

　　①剖面投影法：是目前国内常用的现场量测统计法。即选择一定长度的天然或人工剖面（平洞），进行特定方向上的投影统计，然后计算裂隙连通率。表达式：式中：μ—连通率（%）；L—测线总长度（m）；L₁、L₂、L₃—为每条裂隙在水平测线上投影长度（m）。

　　②模拟网络法结构面网络模拟系根据蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟原理，利用二维裂隙网络概率模型来研究缓倾角裂隙在某一特定方向上连通系数。中国地质大学在三峡工程采用这一新方法进行专题研究。

　　（6）充填物按充填物成分可划分五类：无充填；泥质及泥夹岩屑充填；钙质或方解石充填；长石质、缘泥石、绿帘石充填；硅质及铁质充填。充填物与结构面张开度、胶结程度一并研究。并统计各类充填物所占百分率。

　　（二）软弱夹层的工程地质研究

　　1. 软弱夹层的成因类型与分类软弱夹层是地质历史的产物，与成岩条件、构造作用和地下水活动等密切相关。按其成因一般可分为三种类型：

　　（1）原生型。指成岩过程中，在坚硬岩层间所夹的粘粒含量高、胶结程度差、力学强度低的软弱岩层。如碳酸盐建造、碎屑岩建造中夹的页岩、粘土岩薄层；火山岩喷发间歇期沉积的凝灰岩、凝灰质页岩；变质岩中的绢云母、绿泥石富集带等。

　　（2）次生型。指原生软弱夹层、蚀变破碎带、次生矿物充填的节理等在风化、地下水等外营力作用下，产生泥及碎屑物质而形成的软弱夹层，又称风化夹层。这类夹层多分布在浅表地层，往往受地形、水文地质条件、岩性及原生软弱夹层或软弱带发育情况所控制，常呈局部软化或泥化，粘粒含量及含水量均较高。

　　（3）构造型。指岩层在构造作用下形成的软弱夹层。一种是层间错动带亦称原生构造型软弱夹层，是岩体在构造应力作用下，沿软、硬岩层接触带或软岩内部发生层间剪切错动；剪切错动带受到多期构造变动而发生剪切破坏，形成大量细颗粒物质和裂隙，经地下水的渗透和物理化学作用而使原生夹层软化、泥化形成软弱夹层；另一种是指构造作用形成的断层破碎带经泥化、软化而形成的软弱带。研究软弱夹层的分布规律，就是要研究各种成因类型的软弱夹层的产状、规模、分布范围、数量及空间变化。原生型软弱夹层的特点是：成层条件好，层次多、有韵律、分布广、厚度较大、延伸远、产状稳定且与岩层产状一致。次生型软夹特点是：产状不稳定，厚度变化大，成层条件不好，主要分布在风化卸荷带或地下水循环带内；次生型软弱夹层从地表向下逐渐变薄，到卸荷带以下则消失。因此，要查明次生型软夹层的分布规律，必须首先研究岩体的风化特征、卸荷带的范围以及地下水的渗流途径。

　　原生型（包括原生构造型）与构造型软弱夹层的区别在于：①原生型厚度软薄而构造型厚度变化很大；②原生型一般只限定一种岩性而构造型可通过几种岩性；③原生型大都产状变化小，一般不相交，而构造型倾角变化大，有时各层彼此相交。在工程实践中遇到的软弱夹层，不少属于综合作用成因。软弱夹层中的泥化部分，称为泥化软弱夹层，简称泥化夹层。泥化夹层，尤其是连续性强，倾角小于30°的泥化夹层，对坝基的抗滑稳定影响严重。陡倾角的泥化夹层对坝基影响较小，但数量多，累计厚度大，对变形也是不利的。此外，对拱坝坝肩、边坡、地下洞室的稳定，影响也很大。泥化夹层的成因研究，葛洲坝工程积累了很多经验。一般认为是由粘粒含量高的原生软弱夹层，经构造错动，在地下水作用下形成的。关于软弱夹层的分类，各个工程有自己的划分方法，没有统一的标准。有的按岩性、成因或产状分，也有按夹层岩性组合、颗粒组成和破碎程度、构造作用强烈程度和夹层性状分。一般认为应先按成因，再按工程地质性状作为划分软弱夹层的根据。

　　葛洲坝工程基础岩体为白垩系下统五龙组粘土质岩石与砂岩互层。根据软弱夹层的建造与改造（剪切破坏程度）的综合特征划分五种类型：Ⅰ类普遍具泥化的粘土岩类夹层；Ⅱ类粘土岩夹层根据泥化程度分为两个亚类；Ⅱ₁为局部具泥化的粘土岩夹层，Ⅱ₂为具零星泥化的粘土岩夹层；Ⅲ类：砾状粘土岩或碎屑状粘土岩，粘土岩团块夹层；Ⅳ类：含炭质条带的页状云母粉细砂岩夹层；Ⅴ类：粉砂岩夹零星的粘土岩薄层或透镜体夹层。以上软弱夹层均遭受到不同程度的层间剪切破坏，形成层间剪切带，发育完善的剪切带大都已泥化而称泥化夹层。剪切带具有明显的构造分带性，如典型的剪切带可划分泥化带；劈理柔皱软化带；节理带。已查明的坝基岩体中有72层剪切带，都不同程度的控制大坝的某些坝段的稳定，因此必须对每一层剪切带作出准确的评价，并给出设计使用参数。为此对剪切带的分类是非常重要的。小浪底工程将软弱夹层分为软岩夹层（指夹于砂岩间的页岩、粘土岩、粉砂岩薄层）和泥化夹层两大类；而将泥化夹层按粒度成分和厚度变化分为五型：①全泥型——厚度大于3mm、不含角砾的粘土、粉质粘土、粉土层；②泥夹角砾型——角砾含量小于10%的粘性土层；③泥夹粉砂和粉砂夹泥型——角砾含量小于10%的粉土层；④泥膜型——大多为不含角砾的薄粘土层；⑤角砾夹泥型——角砾含量在10%～50的粘性土层。肖树芳《泥化夹层的组构及强度蠕变特性》一书中，根据小浪底、大藤峡、张坊、五强溪、铜衍子工程泥化夹层研究，将泥化夹层的成因类型划分两大类，见表5.2-2。

表5.2-2 泥化夹层成因类型划分

　　泥化型：含粘土矿物等高分散物质的原生软弱岩层，经构造破坏后，在与水作用的泥化过程中，粘土矿物的类型的组成没有明显变化；蚀变—泥化型：原岩并不含粘土矿物等高分散物质。经构造破坏后，地下水的物理化学作用导致矿物蚀变，由原生矿物转化为次生的粘土矿物。

2.泥化夹层的基本特性研究

　　（1）泥化夹层的矿物成分和化学成分泥化夹层是多种矿物组成的复杂的高分散体系，一般采用电子显微镜、X射线衍射和差热分析等手段，进行综合鉴定。主要的粘土矿物是蒙脱石、伊利石（水云母）和高岭石。蒙脱石是在排水条件不好，周围具有MgO、CaO和碱金属氧化物的碱性环境中形成的。它可以交换的离子被吸附在质点表面最多，矿物格架是活动的，浸水时比表面积增大，有明显和膨胀性。高岭石是在排水条件良好和发生溶滤作用的酸性条件下形成的，它在水中膨胀很微弱，是相对稳定的粘土矿物。伊利石则介于两者之间，膨胀性较弱。泥化夹层的矿物成分与母岩性质和后期改造程度有关。有的泥化夹层与母岩矿物成分相同，如葛工程202泥化夹层与母岩（粘土岩）都是以伊利石和蒙脱石为主，其次是绿泥石。有的由于后期改造变化，泥化夹层与母岩的矿物成分，在数量和种类上有较大的差别，如凤滩水电站坝基泥化夹层和母岩（薄层板岩）的主要矿物都有伊利石，但夹层中有许多次生的蒙脱石；桓仁水电站坝基泥化夹层的伊利石和蒙脱石是由母岩（安山凝灰岩）中长石与绿泥石富集带转变而成的；青山水电站坝基泥化夹层的矿物为蒙脱石类的皂石和高岭石是由母岩中长石、透辉石、黑云母的次生变化和蚀变为而成。矿物成分及其相对含量的差异，对泥化夹层的水理性质和物理力学性质有重要的影响。泥化夹层的主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃，其次为CaO、MgO、K₂O、Na₂O等。泥化后CaO含量比母岩低，Al₂O₃、Fe₂O₃的含量比母岩高，这是由于钙的溶失和游离氧化物凝聚的结果。

　　（2）泥化夹层的微观结构特征以葛洲坝工程对层间剪切带电镜扫描分析成果为例，各带微观结构及物理化学性质如下：①泥化带：表现为粒团间具有明显的定向排列，在地下水作用下，粒团和颗粒表面的溶剂化薄膜有所发展，静电斥力有所增大，因而减弱粒团的连接，粒团排列松散，有的呈边一面接触，孔隙增大，从而形成密度低、含水量高、强度低的泥化夹层。②劈理柔皱软化带：劈理极发育，间距1mm，形如鱼鳞，此带结构受到严重的构造应力破坏。电镜扫描揭示，此带岩体成岩作用所形成的超压密粘土颗粒集合体，粒状泥质结构变成定向排列的超密鳞片状结构。后期经地下水作用下大都软化。这一带厚度一般3～5cm，最厚可达21cm。劈理带的微观结构与泥化带无大差别，粒团间具有高度的定向排列，唯有CaCO₃及游离氧化物的胶结作用比泥化带好，含水量稍低，密度稍大。③节理带：粘土岩的微观结构特征，表现为粒团内部的薄片堆迭和粒团之间的排列都很紧密，粒团定向不强，CaCO₃、游离氧化铁胶结作用及对微孔隙的充填作用好，反映了原岩结构特征，密度大，渗透性低，强度高的特点。

　　（3）泥化夹层的水理性质泥化夹层的膨胀量与膨胀力，主要与粘土矿物成分和微结构面的发育程度有关。以伊利石和高岭石为主，微结构面不发育的夹层，膨胀量一般小于1%；而以蒙脱石为主的夹层，膨胀量可达8%，其中钠蒙脱石的膨胀量大于钙蒙脱石，如夹层被扰动后，膨胀量和膨胀力明显增加。据葛工程308泥化夹层试验，粉碎试样的膨胀量可达20%以上，膨胀力大于0.2MPa。因此，泥化夹层必须在围压作用和未扰动的情况下进行试验，否则试验指标的偏差很大。泥化夹层具有明显渗流层状分带现象和渗流集中的特点，各带的渗透性差别很大。泥化带渗透系数很小，约为10^-5～10^-9cm/s，是不透水的；劈理带的渗透系数约为10^-3～10^-5cm/s；节理带（或影响带）涌透系数大于10^-3cm/s，透水性良好。夹层的渗透破坏部位往往发生在泥化带与劈理带和岩石的界面上。据葛洲坝工程对典型夹层（202、308夹层等）进行涌透破坏试验的结果表明，渗透破坏有两种形式：一种是沿裂机械管涌破坏，平行流现场试验结果，其渗透破坏比降为3.5～5；室内试验则为4～10；另一种是爆发式挤出破坏，这是在夹层上下岩体较完整，裂隙闭合，透水性弱时产生的，渗透破坏比降高达30以上。因此，做好夹层上下接触部位及劈理带岩体的防渗和排水设施是改造泥化夹层的渗透性能、提高渗透破坏比降的必要措施。泥化夹层亦可用亲水性指标（液限含水量与粘粒含水量之比）来判断夹层性质的好坏。亲水性大于1.25，为较差的夹层；0.75～1.25为中等的夹层；亲水性指标小于0.75，则为较好的夹层。

　　（4）泥化夹层的物理力学性质不同地区泥化夹层的物理力学特性和规律不尽相同，但据国内一些地区的泥化夹层分析，主要是由夹层内物质成分、结构特征、上下界面形态决定的。泥化夹层内泥化带与相邻上下部位岩体在物理力学性质上有明显的差异性。泥化带粘粒含量较高，一般大于30%，但含量高低随母岩不同而变化。在粘土岩、页岩等粘粒含量较高的夹层中，泥化带的天然含水量常大于塑限。因此，也可以利用这一特性，作为判断粘土岩和页岩等夹层泥化的一个重要指标。不同矿物成分的泥化夹层，其物理力学性质亦有明显的差别。如表5.2-3所列为葛洲坝工程不同类型泥化错动带的某些特性指标，夹层的母岩分别为粉砂质粘土岩和粘土岩。以伊利石为主的泥化带天然含水量、塑限、流限都比以蒙脱石为主的泥化带为低；而干密度、峰值抗剪强度则相反。

表5.2-3 不同类型泥化错动带的性质（据王幼麟）

　　表5.2.-4列举了国内部分工程泥化夹层的室内土工试验和现场试验抗剪强度值及其相应层位的主要物理性质指标。从表中看出，在夹层上下层面较平直、其厚度较大的情况下，室内与现场试验的峰值摩擦系数比较接近。例如，葛洲坝工程202夹层、铜衔子C₅夹层。因此，岩性均一，夹泥层与围岩接触面较平直，夹层较厚，可用室内土工试验代替现场试验，比较节约；但当岩性不均一，夹层中有角砾、岩屑时，室内土工试验值偏高，需要进行现场试验。根据长江水利委员会的经验，可按充填夹泥的厚度、充填度（t/h）大小采用不同的试验方法，当t/h≥1，且泥厚＞5cm时，可采取原状土做室内试验；当t/h＜1时，应尽可能做一定组数的现场试验。

表5.2-4 国内部分泥化夹层的抗剪强度及物理性质

第二节 水工建筑物工程地质

一、混凝土坝坝基（肩）岩体的抗滑稳定性

　　（一）坝（闸）基的主要滑移模式

　　坝基抗滑稳定性是指坝基岩体在建坝后的各种工程荷载作用下，抵抗发生剪切滑动破坏的性能。不同坝型对坝体和地基接触面或地基岩体中是否可能产生滑动的要求是各不相同的。坝基抗滑稳定问题是重力坝设计和重力坝工程地质勘察研究的主要课题。重力坝的坝基主要是岩体，重力坝是依靠自身的重量在某一可能的滑移面上所产生的摩擦阻力或称为抗滑力保持稳定。一般情况下，坝身比较坚固，很少有坝身受到剪切滑动破坏的坝，但是坝基岩体则不然，多数坝基岩体中总是存在着风化岩体、软弱夹层、断层裂隙、地下水等不利地质条件，在不利条件组合下造成坝基滑动，使大坝遭受破坏。

　　重力坝坝基的滑动破坏有三种类型：

　　1. 表层（面）滑动。是沿坝体底面与坝基岩体接触面（建基面）发生的破坏［图5.1-1（a）］，主要发生在坝基岩体坚硬、均匀、完整、裂隙少，无控制滑动的软弱结构面，岩体强度远大于坝体混凝土强度的条件下。此时，混凝土坝底与岩体接触面常成为薄弱而有滑动可能的面。

　　2. 浅层滑动。是坝体连同一部分坝基浅部岩体发生的剪切破坏［图5.1-1（b）］。这种情况的发生主要是由于坝基岩体软弱，风化岩层清除不彻底，或岩体比较破碎，岩体本身抗剪强度低于坝体混凝土与基岩接触面的强度而引起的。在近于水平产出的薄层状岩体（特别是有软弱夹层者）坝基，由于抗弯折变形能力很低，在水平推力作用下，坝趾下游岩层弯曲隆起，于是促成坝基浅部岩体发生滑动［图5.1-1（c）］。

　　3. 深层滑动。当坝基岩体深部存在特别软弱的可能滑动面，坝体连同一部分岩体沿深部滑动面产生的剪切滑动［图5.1-1（d）］。深层滑移模式有单滑面和双滑面之分。单滑面者系指主滑面为倾向下游的缓倾角软弱层（带），与陡倾角断层带组合（图5.2.1-1f），或与下游冲刷坑等斜坡临空面组合；主滑面为倾向上游的缓倾角软弱层（带）与陡倾断层带组合。双滑面者系指主滑面为倾向下游的软弱夹层与下游反倾向缓倾角断层带或不连续裂隙组合（图5.2.1-1d）。此外，还出现上述几种类型组合而成的滑移模式（图5.2.1-1c）。

图5.2.1-1 坝基滑动类型示意图

（a）表层滑动；（b）浅层滑动；（c）水平层状坝基的滑移弯曲；（d）深层滑动；

（e）混合滑动；（f）沿软弱夹层的滑动

（二）坝基岩体滑动边界条件分析及确定方法坝基深层滑移条件比较复杂，它必须具备滑动面，纵向和横向切割面、临空面，这些要素构成了深层滑移的边界条件

　　1. 坝基岩体滑移边界条件分析及工程实例（1）滑动面：指坝基岩体滑动破坏时，发生明显位移，并在工程作用力下产生较大的剪应力及摩擦阻力的软弱结构面。该面的实际抗滑能力低于坝体混凝土与基岩接触面的抗剪能力。这类结构面就是坝基的滑动控制面。通常构成滑移的有软弱夹层（特别是泥化夹层），软弱断层破碎带、软弱岩脉、围岩蚀变带、缓倾角裂隙等。当它乌具有产状平缓（小于30°、分布范围大、连续性强、埋藏浅、夹泥多等特征时，坝基滑动的问题易十分突出。这些软弱结构面中最危险的是泥化夹层，其抗剪强度很低。当坝基中有多层泥化夹层时，应逐层试算，确定出抗滑能力最低的控制性滑移面。坝基岩体抗滑能力主要取决于滑动面的工程地质特性。因此，滑动面及其抗剪强度参数的确定是在抗滑稳定分析的关键。（2）切割面：与滑动面相配合把滑移体与周围岩体分割开的结构面。可分为纵向切割面和横向切割面。纵向切割面是指顺河方向是延伸的、长而平直的陡倾、陡立结构面。工程作用力在该面上只产生剪应力，不产生法向应力或法向应力很小。横向切割面是平行于坝轴线的结构面。它垂直于工程作用力方向，岩体滑动时在此面上产生拉应力，故又称拉裂面。（3）临空面：滑移体向下游滑动时能够自由滑出的面。存在于坝下游距坝趾不远的范围内。临空面有两类，一类是水平临空面，如下游河床地面；另一类是陡立临空面，如下游河床深潭、深槽、溢流冲刷坑、厂房及其他建筑物基坑等。当坝趾下游岩体中有横穿河床的断层破碎带、节理密集带、软弱岩体、深风化破碎带、潜伏溶洞带等时，由于它们强度低，压缩累积变形大，同样可以成陡立临空面。滑动面、纵向切割面和横向切割面的共同组合，形成了与周围岩体分离的滑移体。滑移体的形状随各种的组合而定。对坝基抗滑稳定不利的平卧于河床的楔形体、方块体、棱柱形体或锥形体。

（4）下游抗力体：当坝基下软弱夹层倾向下游时，若下游没有冲刷坑或可夺缩的断层破碎带作临空面，则下游岩体有一定的抗力作用。岩体沿软弱夹层向下游滑动，必然受到下游完整岩体的抵抗，通常将坝下游这部分能抵抗坝基滑移作用的岩体称为尾岩抗力体。如葛洲坝工程二江泄水闸闸基尾岩抗力体可以承担水平推力的35～50%，有利于坝基岩体稳定。

　　典型工程实例阐述如下：

　　双牌水电站坝基为砂岩、板岩互层，倾向下游偏左岸，倾角7°～20°。6～7坝墩两侧有顺河向F₁₀₁与F₁₀₂断层作为纵向切割面。坝趾下游86～90m处的溢流冲刷坑切断了顺层面分布的可能滑动的破碎夹泥层。滑移边界条件已具备。坝建成后，十余年来，在6～7坝墩空腔的渗压观测孔渗漏水中带有黄色絮状物质，局部夹层被掏空，孔内渗压水高出下游河水位7.5m。重新作软弱夹层试验，摩擦系数屈服值为0.33、峰值为0.38，而原设计值0.45，因而大坝稳定性可疑，于是采用了加强防渗帷幕，坝基固结灌浆和尾岩抗力体预应力锚固等措施。加固后安全系数提高到1.19，能满足抗滑稳定安全要求。朱庄水库坝基为震旦系石英砂岩夹泥质薄层粉砂岩和页岩。岩层倾向下游偏右岸，倾角6°～8°。以伊利石为主的层间错动泥化夹层，单层厚0.1～2.0m，其中以Ⅱ_-5和C_n72夹层的抗剪强度最低，f值分别采用0.29和0.22。坝址下游有斜切河床的F₄断层，破碎带宽8～10m，动弹模为0.5×10⁹Pa，由于F₄的压缩变形大，可按临空面对待。经计算岩体抗滑稳定安全系数达不到规范要求，故采用了降低坝高和加宽坝体的措施（图5.1.2）。

图5.1-2 朱庄水库溢流坝段地质纵剖面图

　　可见，有连续分布的、缓倾下游的软弱夹层，下游有冲刷坑或可压缩断层破碎带作临空面，则抗滑稳定性不好。葛洲坝坝基为白垩系的紫红色砂页岩，岩层走向北东与坝轴线斜交70°，倾向下游，倾角4°～8°，共发育有71层软弱夹层，其中对抗滑稳定影响最大的是沿粘土岩中层间错动带发育的泥化夹层，泥厚一般1mm至数厘米，最厚10～20cm，分布范围广，抗剪强度低（f=0.17～0.20）是滑移控制面。抗滑稳定计算中考虑抗力体作用后，可以提高抗滑稳定安全系数约0.2～0.7。抗力体第一破裂面与水平面的夹角β由试算确定，即先假定一系列β角，提供最小抗力的β角易是实际的破裂角（图5.1.3）。

图5.1.3 葛洲坝坝基滑移体示意图

　　2. 边界条件的确定方法为查明坝基抗滑稳定的边界条件，应根据不同工程级别及规模、不同勘察设计阶段、不同地形地质条件，采用具有不同侧重和逐步深入的勘察技术手段和方法。

　　（1）主滑面具有确定性滑移条件对具有确定性滑移条件的坝基岩体，如缓倾角软弱夹层和断层软弱带，通常采用综合勘察与试验手段，如专门工程地质调查，详测岩性柱状图，开展大、小口径的钻探及平硐，竖井勘探、钻孔综合测井及钻孔彩电观察，软弱层（带）物理力学性质试验。查明软弱层（带）的物质组成、层次、厚度、分布范围、埋藏深度、连续性、透水性、软弱结构面起伏及破碎程度、物理力学性质、水理性质，与其它结构面组合关系。查明抗力部位反倾向缓倾角裂隙发育程度及岩体完整程度。

　　（2）主滑面具有不确定性滑移条件对具有不确定性滑移条件的坝基岩体，如火成岩、某些火山岩、陡倾层状岩体地区，缓倾角裂隙较发育，控制坝基抗滑稳定的滑移路径具有不确定性，该滑移面由不连续的缓倾裂隙面与岩桥组成，需要确定不同部位缓倾面组合型式：如直线型、析线型、阶梯型，找出安全度最小的滑移路径。对缓倾角裂隙连通率的研究很重要。通常研究方法有：①剖面投影法：为目前常用的统计方法，即利用自然及人工边坡或勘探平硐，在特定方向上对缓倾角裂隙迹线进行投影统计；②模拟网络法：利用计算机建立二维裂隙网络模型，确定缓倾角裂隙在某一特定方向上连通系数。

　　（三）重力坝坝基岩体抗滑稳定计算与评价坝基岩体抗滑稳定计算方法有极限平衡法、有限单元法和地质力学模型试验法。由于极限平衡法计算简明方便，又具有一定的精确度，所以得到广泛的应用。下面介绍这一方法。

　　1. 坝体外荷载——工程作用力计算（1）坝体自重坝体自重是其体积和材料重度的乘积。混凝土重度一般有24kN/m³，砌石重度取21～23kN/m³。坝上永久设备重量亦应计入。（2）水压力 (5.1-1)式中：p为水压力，kPa；H₁为库水深，m；γ_ω为水的重度，10kN/m³。下游尾水的静水压力计算方法同上。（3）扬压力扬压力（u）是对重力坝抗滑稳定影响较大而又难于精确确定的一种荷载。包括浮托力（u₁）和渗透压力（u₂）。每座坝的扬压力大小又在很大程度上与坝基的断层、节理、裂隙分布，坝基内防渗排水设施，施工工艺等有关。①坝基内无主渗排水设施或这些设施已失效时，扬压力按下式计算： (5.1-2)式中：γ_ω为水的重度；L为坝基底宽；H₂为坝下游水深；H为坝上下游水位差。②坝基内设有防渗帷幕和排水孔，对于实体重力坝按式（5.1-3）计算扬压力，对于宽缝重力坝按式（5.1-4）计算扬压力［图5.1.5（a）、图5.1.5（b）］(5.1-3) (5.1-4)式中：d为上游坝踵至排水幕的距离，m；a为扬压力折减系数，河床坝段采用0.2~0.3，岸坡坝面采用0.3~0.4；b为每个坝段扣除宽缝后的宽度。其余符号同前。③ 当下游水位较高时，可采用抽排降压措施，此时坝基面上的扬压力设计图形如图5.1-4（c）所示。主排水幕处的扬压力折减系数a₁采用值同前；a₂为坝基面上残余扬压力系数，可采用0.3~0.5。

　　（4）淤沙压力在多泥沙的河流上筑坝时需计算淤砂压力，一般设计中可不予考虑。

　　（5）地震力在设计烈度为Ⅶ度以上的地区应计算水平地震惯性力（Q₀）、地震动水压力（）。

图5.1-4 扬压力设计图形

（a）实体重力坝；（b）宽缝重力坝；（c）有抽排降压措施

①—灌浆帷幕；②-排水幕；③-灌浆廊道；④-纵向排水廊道；⑤-基岩面；⑥-横向排水廊道

(5.1-5)式中：W为坝体重量；K_H为水平向的地震系数，设计烈度为Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度，K_H分别为0.1、0.2、0.4；C₂为包括地基影响在内的综合影响系数，取1/4；F为地震惯性力系数，按表5.1-1采用。

表5.1-1 地震惯性系数F

　　（6）波浪压力及冰压力坝上游面直立时，单位宽度的总地震动水压力（）为（5.1-6）式中：H₁为坝前水深；γ_ω为水重度。其余符号同前。

　　2.抗滑稳定计算及安全系数规定重力坝坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件，可按抗剪断强度公式（5.1-7）或抗剪强度公式（5.1-8）计算坝基面抗滑稳定安全系数。

　　（1）抗剪断强度的计算公式（剪摩）：(5.1-7)式中：K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f′——坝体混凝土与坝基岩接触面的抗剪断摩擦系数；C′——坝体混凝土与坝基岩面的抗剪断凝聚力，kN/m²。ΣW——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的法向分值，kN;ΣP——作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN;A——坝基接触面截面积，m²。K′值应满足下列要求：基本组合：K′≥3.0特殊组合（1）：K′≥2.5特殊组合（2）：K′≥2.3

　　(2)抗剪强度的计算公式（纯摩）：（5.1-8）式中：K——按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数；f——坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；K值不应小于表5.1-2规定的数值。

表5.1-2 抗滑稳定安全系数

　　对于拱坝，按抗剪断强度计算的K′随坝的级别而异，荷载基本组合时分别采用K′≥3.00~3.50；特殊组合时分别采用2~3。按抗剪强度计算的K,荷载基本组合K≥1.30，特殊组合时K≥1.00~1.10。

（四）拱坝坝肩岩体稳定分析

　　修建于狭窄河谷上的拱坝和薄拱坝，将坝体所受荷载的大部分经拱端传至两岸岩体，少部分传至河床坝基。因此，坝肩岩体的稳定是坝体稳定的关键。一般情况下，当拱坝坝肩下游支撑拱座的岩体不是风化破碎，或单薄岩体时，坝肩岩体失稳破坏形式，主要沿缓倾角软弱结构面向下游河床滑动的问题。坝肩岩体受力条件如图5.1-5所示，将拱坝作用在坝肩的荷载分解为与拱座垂直的轴向力（H_A）和与拱座平行的径向力（V_A）。坝肩岩体若产生滑动时，必限于ab和ac两线之间的范围内，见图5.1-6。坝肩岩体滑移的边界条件与前述的一重力坝相同。必须具备滑动面、切割面、临空面。

1.滑动面：一般为倾向下游或上游方向的缓倾角软弱结构面构成滑移面。如缓倾角软弱夹层、缓倾角断层破碎带或不连续缓倾角裂隙。

2.切割面：有侧向切割面及横向切割面。若坝肩附近存在有顺河方向的断层破碎带或长大裂隙时，则构成侧向切割面，则有可能在断层带与拱座间的岩体发生破裂，然后沿断层破碎带向下游滑移。与岸坡近于垂直的陡倾结构面，如节理裂隙发育，构成横向切割面，将产生拉裂。

3.临空面：滑动岩体的下游，需要具有岩体能产生滑动位移的空间，如下游河流急转弯、岸坡凸出段、冲沟，以及可以起到临空面作用的横切岸坡的大断层破碎带，较宽的软弱岩带等，都能构成临空面。而后者受力后产生压缩变形，足以形成岩体的滑动空间，可能导致岩体向下游方向滑移。

4．尾岩抗力体：若坝肩岩体中存在倾向下游的缓中倾角软弱结构面，但未在岸边出露而埋藏一定深度，具有一定厚度的岩体构成尾岩抗力体。对抗力体的强度、完整性有无反倾向缓倾角裂隙发育等需要加以勘察与论证。

对拱坝坝肩岩体稳定不利的地形地质条件，可概括如图5.1-7所地。常见的滑移体形态有楔形体、锥形体、棱形体、方形体（见图5.1-8）。

图5.1-7 对拱坝不利的地形地质条件 图5.1.8拱坝制度肩岩体滑移体形态

第四节 坝基岩体质量评价及建基面确定

　　一、坝基岩体质量评价

　　（一）岩体结构及岩体单指标分类（或分级）

　　1.岩体结构分类中国科学院地质研究所谷德振教授等早在70年代总结我国工程实践基础上，创建了岩体结论理论。岩体结构类型划分，是在对结构面、结构体自然特性及其组合状况研究基础上进一步的概括，其目的就是解决工程岩体稳定性评价问题。所以岩体结构类型划分应反映岩体结构的特性，要充分考虑岩石组合特征和构造变形程度，依据结构面和结构体的组合情况和连接特性，进行岩体结构划分是最基本的原则。根据上述原则，将岩体结构类型划分为4种类型8种亚类型：

_{Ⅰ整体块状结构}Ⅰ₁——整体结构

^{Ⅰ2——块状结构}

_{Ⅱ层状状结构} Ⅱ₁——层状结构

^{Ⅱ2——薄层（板）状结构}

Ⅲ₁——锒嵌结构

Ⅲ碎裂结构 ^{Ⅲ2——层状碎裂结构}

Ⅲ₃^{——碎裂结构}

Ⅳ散体结构80年代以后，经过大量工程实践和总结，将岩体结构划分4~5种基本类型。《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中将岩体结构划分5种基本类型：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体状结构。《水利水电工程地质勘察规范》、（GB50287-99）中将岩体结构划分4种基本类型12种亚类型，见表5.4-1。

　　2.岩石强度分级水利水电工程地质勘察部门常按强度分为四级，见表5.4-2。

　　3.岩石质量指标RQD分级

表5.4-1 岩体结构分类表

表5.4-2 岩石按强度分极

英国迪尔（Derre.D.U.）于60年代提出岩石质量指标RQD,已广泛用于评价岩体完整性，也常作为岩体质量分级的一个重要指标，如巴顿（Barton）Q系统法对地下洞室围岩质量评价时应用RQD指标。RQD的表达式如下：规定以金刚石钻头钻进，双层单动岩芯管取芯，钻孔孔径为φ53mm。岩石质量分级见表5.4-3。

表5.4-3 岩石质量分级及对应的完整性

　　挪威学者帕姆斯特拉姆（Palmstram,A.）的研究成果。提出RQD与体积节理数（Jv）的相关公式，按下式求出RQD:RQD=115—3.3Jv （5.4-2）当Jv＜4.5时，RQD按100计。

　　4.岩体完整性系数Kv分级

（5.4-3）

式中：Kv——岩体完整系数；

Vpm——现场实测的岩体弹性波纵波速度（km/s）;

Vpr——室内实测相应完整岩石的纵波速度（km/s）。

按岩体完整性系数划分岩体完整程度分级见表5.4-4。当无实测声波值时，可按岩体体积节理数Jn确定对应的Kv值。

表5.4-4 岩体完整程度分级

（二）坝基岩体工程地质分类及岩体质量评价

1.坝基岩体质量分类的目的与原则

岩体质量分类的目的：应客观地反映岩体本身的工程地质特性，对岩体质量的好坏统一标准和认识，根据分类指导岩体力学试验，提供力学参数和配合进行坝基岩体稳定性分析，确定坝基可利用岩面和坝基开挖深度，以及研究坝基处理措施，提高工程地质评价水平。

岩体质量分类应遵循下列原则：

（1）宏观综合性。应以宏观地质调查、定性分析为基础，辅以描述岩体特征的多因素定量指标，既要考虑岩体的强度和变形特性，又要考虑岩体水动力效应（包括地面水和地下水）；同时，还应考虑一些不良地质因素，如软弱夹层、岩体风化程度和喀斯特发育等。

（2）准确性和客观性。应采取定性和定量相结合的方法，尽可能用岩石或岩体的具有代表性的物理力学参数来表征，避免人为因素的随意性。

（3）简便适用性。分类应粗细适中，简繁得当，过细则烦琐，过粗则不精。分类的级数应适当，一般按五分法进行。

（4）针对性。此种分类不同于地下洞室围岩分类，也不于同边坡工程岩体分类，应适用于各种坝型，是评价坝基变形、强度和稳定性的基础。

2.坝基岩体质量分类（分级）方法及评价简介

坝基岩体质量分类（分级）及评价研究，在我国起步较晚，但发展很快。进入80年代，大型水电工程如三峡、二滩、龙羊峡、李家峡、拉西瓦、漫湾、万安等工程都相继开展了深入的勘察研究。提出了结合本工程具体地质条件的各种分类、分级方案，并在工程中得到应用。中国水力发电工程学会及勘探专业委员会于1988年6月在兰州召开了《坝基岩体质量分类及参数选择》学术讨论会，促进了我国坝基岩体质量分类及评价研究不断创新和发展。

（1）坝基岩体工程地质分类（国标）

《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）提出的坝基岩体工程地质分类在总结上述水利水电工程地质分类的基础上制订的。影响坝基岩体工程地质条件的主要因素有：岩石饱和单轴抗压强度、岩体结构类型、岩体完整程度、结构面发育程度及其组合情况作为分类基础。根据岩体作为修建高混凝土坝的适用性，产生变形滑移的危险程度，加固处理难度的原则，将坝基岩体工程地质条件划分为5类。见表5.4-5。

从表5.3.4-5可见，该分类重点突出，简便易行。Ⅰ类由坚硬岩组成（AⅠ类），岩体完整、强度高、抗滑、抗变形性能强，不需专门地基处理，属优良的高混凝土坝地基；Ⅱ类：由坚硬岩组成的AⅡ类和中硬岩组成的BⅡ类，AⅡ类岩体较完整，强度高，软

表5.4-5 坝基岩体工程地质分类

　　弱面不控制岩体稳定，BⅡ类岩体结构特征基本同AⅡ类，两者均为抗滑、抗变形性能较强的岩体，地基处理的工作量不大，属良好的高混凝土坝地基；Ⅲ类：AⅢ类抗滑、抗变形性能在一定程度上受结构面控制，需经专门处理后方能作为高混凝土坝地基；BⅢ类抗滑、抗变形性能受结构面和岩石强度控制，CⅢ类受岩体强度控制，两者能否作为高混凝土坝地基，需视承载力与强度论证而定；Ⅳ类：AⅣ、BⅣ类抗滑、抗变形性能明显受结构面控制，能否作为高混凝土坝地基，视处理效果而定；CⅣ类强度低，不宜作为高混凝土坝地基，即使局部利用，也需作专门处理；Ⅴ类：散体结构，均不能作为高混凝土坝基。本分类仅确定了划分坝基岩体工程地质类型应遵守的基本原则和分类时应考虑的主要因素，各工程可根据具体的工程地质条件，按本标准的原则制订适合于本工程的坝基岩体工程地质分类。

　　(2)工程岩体分级标准（国际）

　　《工程岩体分级标准》适用于各类岩石工程的岩体分级。工程岩体分级，应采用定性与定量相结合的方法，并分两步进行，先确定岩体基本质量，再结合具体工程的特点确定岩体级别。岩体基本质量应由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定，采用定性划分和定量指标两种方法确定。详见本《标准》有关表及上述单指标分级评价方法。岩体基本质量分级，应根据岩体基本质量的定性特性和岩体基本质量指标（BQ）,两者相结合，按表5.4-6确定。

表5.4-6 岩体基本质量分级

　　岩体基本质量的定性特征，详见《标准》有关表所确定的岩石坚硬程度和岩体完整程度组合确定。岩体基本质量指标（BQ）,应根据分级因素的定量指标Rc(MPa)和Kv，按下式计算：BQ=90+3Rc+250Kv (5.4-4)使用上式时，必需遵守两个限制条件：当Rc＞90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ值；当Kv＞0.04Rc+0.4时，应以Kv=0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值。对工程岩体进行初步定级时，宜按表5.4-6规定的岩体基本质量级别作为岩体级别。对工程岩体详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上，考虑地下水状态、初始应力状态、工程轴线或走向线的方位与主要结构面产状的组合关系等必要的修正因素。岩体基本质量修正值［BQ］，可按下式计算：［BQ］=BQ—100(k₁+k₂+k₃)（5.4-5）式中：［BQ］——岩体基本质量指标修正值；BQ ——岩体基本质量指标；k₁ ——地下水影响修正系数；k₂ ——主要结构面产状修正系数；k₃ ——初始应力状态影响修正系数。修正系数表见《工程岩体分级标准》（国标）。

　　二、大坝建基面确定对大坝建基面确定，目前《水利水电工程地质勘察规范》尚无条文规定，仅根据已建的高混凝土坝工程经验，并结合规范有关方面的规定作一概括总结，供参考。（一）确定大坝建基面的基本原则对于大型水电工程高混凝土重力坝、高混凝土拱坝，大坝建基面确定的基本原则：

　　1. 对建基面选择的勘察研究，随着勘察设计阶段的深入，应循序渐近，由浅和深。初步设计阶段，应根据具体工程地质条件，按《水利水电工程地质勘察规范》提出“标准”原则，制定适用于本工程的坝基岩体工程地质分类或岩体质量分级与评价。制定坝基利用岩体的质量标准，为建基面的优化选择提供依据。

　　2. 大坝建基岩体应符合优良（Ⅰ）及良好（Ⅱ）坝基。应具有足够的力学强度及均一性、完整性；足够的抗滑、抗变形、较好的抗渗条件；基础处理工程量不大。

　　3. 建基面选择除考虑地质条件外，还要考虑工程结构条件对建基面的调整变化。因此，最终建基面的确定，需地质、设计、试验部门三家共同协商决策。

　　（二）大坝建基面的优化选择

　　大坝建基面确定，应在岩体工程地质分类和岩体质量研究基础上，确定利用岩体质量的类别（或级别），建立定性与定量化标准，如岩体结构类型、岩体风化分带、岩体完整程度、岩体抗剪（断）强度和变形模量、岩体弹性波速度等。编制建基利用岩体质量分区工程地质图及利用岩面顶板等高线图。对于大型水电工程，建基利用岩体应以Ⅰ、Ⅱ类岩体为主。参考《水利水电工程地质勘察规范》所述，Ⅰ类为优良高混凝土坝地基，坚硬岩（Rc＞60MPa），岩体完整，强度高，抗滑、抗变形性能强，不需作专门性地基处理；Ⅱ类的良好高混凝土坝地基，坚硬岩（Rc＞60MPa），岩体较完整，强度高，软弱结构面不控制岩体稳定，抗滑、抗变形性能较强。中硬岩（Rc=60～30MPa），岩体完整、强度较高，抗滑、抗变形性能较强。本类岩体专门性地基处理工作量均不大。我国已建或在建的高混凝土坝建基利用岩体选择与确定，基本上以Ⅰ、Ⅱ类岩体为主。Ⅲ类岩体为中等岩体，对影响岩体变形和稳定需作专门处理。Ⅳ类岩体为较差（较破碎）岩体，不宜作高混凝土坝地基，局部地段分布该类岩体时，需作专门性处理。Ⅴ类岩体为差（破碎）岩体，需控除或作专门性处理。

　　（三）大坝建基面选择的工程实例简介

　　1. 三峡工程三峡水利枢纽工程是跨世纪的宏伟工程，工程规模特大，坝轴线总长2331m，最大坝高175m。主要建筑物由大坝（混凝土重力坝）水电站厂房、船闸和升船机组成。建基岩体为前震旦系斜云斜长花岗岩（岩基）及闪长岩包体、片岩捕虏体、酸性—基性各期岩脉。三峡工程岩体工程地质研究经历40多年（至开工前），始于50年代岩体风化分带的工程地质研究；70～80年代弱风化岩体利用可能性及岩体结构的工程地质研究；80年代后期至90年代，国家“七·五”科技攻关《长江三峡工程坝基岩体工程问题研究》，开展系统、深入的坝基岩体质量分级及评价研究，建立了较完整的综合评价体系：《三峡YZP法》及相应的模糊综合评判法、灰色聚类法、贴进度分析法。

　　坝基岩体质量分级及工程利用性评述如下：

　　（1）优质岩体（A级），为新鲜、微风化闪云斜长花岗岩及闪长岩，块状结构为主，少数整体结构。裂隙面新鲜或轻微风化，闭合、无充填，不连续，以平直稍粗面为主，f=0.7～0.8，C=0.2～0.3MPa。岩体完整，Kv＞0.80，坚硬岩，Rc=90～110MPa。抗剪断强度混凝土/岩石f′=1.20～1.30，C′=1.40～1.50MPa，岩石/岩石f′=1.40～1.50，C′=2.00MPa。岩体变形模量Ed=35～45Gpa。透水性分级为极微透水。属优良地基，可直接作为大坝基础，只作坝基浅层常规固结灌浆。

　　（2）良质岩体（B级），划分三个亚级：B₁—弱风化下亚带岩体，块状结构，Kv=0.70～0.80，较完整～完整，坚硬岩，Rc=70～90MPa，裂面大部分轻微风化，15%有蚀变，宽1～4cm，平直稍粗为主。混凝土/岩石抗剪断强度f′=1.00～1.20，C′=1.20～1.40MPa，岩石/岩石f′=1.50，C′=1.60MPa。岩体变形模量Ed=25～30Gpa，透水性属微—弱透水。B₂—断裂带两侧微风化岩体（岩体同上），次块状结构，岩体较完整～完整，Kv=0.60～0.80，坚硬岩Rc=75～90MPa，弱透水为主。其它参数同B₁。B₃—中堡岛大花岗岩脉（微风化），次块状结构，各项参数及特征同B₂、B₁。本类岩体为良好地基，可直接作大坝基础，作常规固结灌浆处理。

　　（3）中等岩体（C级），为断层影响带、裂隙密集带（微风化），胶结较坚硬的构造岩，呈镶嵌结构，岩体以中等完整性为主，Kv=0.40～0.70，中硬岩～坚硬岩，Rc=50～70MPa，裂面平直稍粗、起伏粗糙均有，岩体变形模量Ed=10～20Gpa，岩体透水性为弱～较强透水。本类岩体分布坝基局部地段，加强固结灌浆处理后仍可作为大坝基础。

　　（4）差岩体（D级），涵盖软弱构造岩的碎裂结构岩体、含疏松碎屑较多的弱风化上亚带岩体。完整性差，Kv=0.25～0.45。前者碎块夹碎屑，后者中硬岩夹疏松状碎屑风化夹层，性状均较差。Rc＜30或Rc=30～50MPa，Ed=0.5～1GPa或＞1Gpa。中等～较强透水。本类岩体不能作为大坝基础。除弱上岩体全部挖除外，对软弱构造岩需作特殊处理，如槽挖回填混凝土塞处理，深部加强固结灌浆。

　　（5）极差岩体（E级），涵盖NE～NEE向张性断裂带软弱构造岩，F23规模较大断层破碎带软弱糜棱积岩，碎裂～散体结构，完整性差，Kv＜0.25,Rc＜30MPa，岩体性状为碎块、碎屑夹泥，软化，性状极差，岩体变模Ed＜0.10Gpa。本类岩体分布极少，处理同D级岩体。初步设计阶段（1992）在坝基扩大范围内，统计分析748个钻孔（含8个大口径钻孔）及平洞资料，编制出利用岩面等高线图（1∶2000）及利用岩面岩体质量分级（区）工程地质图（1∶2000）。大坝建基岩体以A+B级岩体为主，占97.76%。单项技术设计阶段（1994），按大坝、厂房等主体建筑物轮廓范围，重新编图（1∶1000），提供设计部门应用。

　　综上所述，本工程建基岩体优化选择，仍以A级（Ⅰ类）为主，其次为B级（Ⅱ类）。

　　2. 二滩工程

　　二滩水电站工程建在雅砻江上的双曲重力拱坝，坝高245m，装机容量300万kW。坝址区基岩为二迭系峨眉山玄武岩、印支期正长岩侵入体及侵入活动形成的各类蚀变玄武岩。地处高原上的深谷高峡，高地应力区，工程地质条件十分复杂。国家“七·五”科技攻关期间对二滩工程岩体质量分级及评价作了系统的勘察研究。分级方法从单因素研究，到多因素综合分级，最终建立完整的岩体质量体系。二滩工程针对与大坝建基面迭取密切相关的弱风化岩体，进行了细微的质量分级研究，从工程地质条件和岩体力学特性出发，赋于各类岩体的质量标准，从而为大坝建基面的优化选择提供了定量分析评价的依据。根据二滩坝基可利用岩体基本要求和岩体质量分级结果，将二滩岩体归纳如下类型：（1）优良岩体（A、B、C级）以断续结构和块裂结构为主，即A级为新鲜～微风化正长岩、变质玄武岩；B级为三、四层玄武岩（新鲜～微风化）；C级为正长岩、各类玄武岩，弱风化下段。节理一般无软弱物质充填，岩块间嵌合紧密，常处于较高围压状态，岩体总体完整均一。岩体变形模量10～35Gpa，岩体抗剪（断）强度f′=1.73，C′=2～5MPa，属优良地基，可直接作为大坝基础。

　　（2）一般岩体（D级）为弱风化中段的正长岩，块裂结构，岩体完整性和岩块嵌合程度不均一，一般中等完整，岩块嵌合程度较差，部分裂隙中充填不连续泥膜或夹泥，张开裂隙率达10%～30%，岩体中有 风化透镜体出现。岩体变形模量一般为5～8Gpa，岩体抗剪强度f=0.84,C=1.20MPa。经过一般工程措施处理后仍可作为大坝基础。

　　（3）较差岩体（E-3级）为弱风化上段正长岩、二层玄武岩，块裂～碎裂结构，岩体松弛，完整性及均一性差，裂隙风化显著，张开裂隙率达30%～60%，裂隙普遍充填次生泥膜或夹泥，风化透镜体出现机率高。岩体变形模量3～5Gpa，岩体抗剪强度f=0.70,C=0.50MPa。自然状态下原则上不宜作为高坝地基，但经加固处理后仍有局部利用的可能。

　　（4）软弱岩体（E-1）为新鲜～微风化的绿泥石——阳起石化玄武岩，碎裂结构，岩体破碎、软弱，天然条件下因深埋山体，结合尚较紧密，但开挖暴露后即显松弛。岩体变形模量表部0.8～1.5GPa，深部2.5GPa左右，岩体抗剪强度f=0.58,C=0.6～0.8MPa，具减速流变特性。不宜直接作为基础，需经特殊处理。

　　（5）松散岩体（F级）全强风化带的各类岩体，岩体强烈松弛，散体结构，不能作为主体建筑物基础。上述岩体质量分级中A、B级为Ⅰ类岩体；C级为Ⅱ类岩体；D级为Ⅲ类岩体；E-3级为Ⅳ类岩体；E-1及F级为Ⅴ类岩体。建基岩体仍以Ⅰ、Ⅱ类岩体为体。Ⅲ类岩体当作一般加固处理，Ⅳ类岩体经加固处理后局部可利用。

　　3. 李家峡工程

　　李家峡工程位于青海尖札县，在黄河上兴建的高混凝土重力坝，坝高170m，装机容量160万kW。坝区为前震旦系中等深度变质的混合岩、片岩夹伟晶花岗岩脉。李家峡坝基岩体质量分极，也采取从单因素级差的研究到多因素综合评价方法，具体做法是：以宏观地质调查分析为基础，对坝基岩体风化、岩体结构类型、结构面规模及性状、岩体弹性波速等单因素分级，在此基础上进一步采用多因素综合分级。坝基岩体质量分级及工程可利用性特点划分5类：

　　（1）优良岩体完整层状结构岩体（混合岩、片岩、伟晶岩），新鲜—微风化，中厚层，片理结合紧密，结构面不发育，裂隙闭合，充填少量方解石脉，岩质属坚硬岩，Rc＞80MPa，岩体完整，Kv＞0.67～0.75，岩体变模Eo＞20GPa，混凝土与岩石抗剪断强度f′=1.1～1.2，C′=1.5MPa。岩石与岩石抗剪断强度f′=1.2～1.3，C′=2～3MPa。属于优良高混凝土坝地基，可直接作为大坝基础。

　　（2）良好岩体（Ⅱ类）为层状结构岩体（岩性同上），微风化（局部至弱风化下部），多呈中厚层状，岩体坚硬较完整，Rc=60～80MPa，Kv=0.40～0.75。结构面稍发育，裂隙部分闭合或充填少量方解石，因受风化卸荷影响，力学强度有所降低。混凝土与岩石抗剪断强度f′=1～1.10，C′=1.20MPa，岩石与岩石抗剪断强度f′=1.10～1.20，C′=1.50～2MPa，岩体变形模量Eo=10～20GPa。经一般加固工程处理后可作高混凝土坝地基。

　　（3）差岩体（Ⅲ类）弱风化中、上部（局部弱风化下部，岩性同上），薄层至中厚层状，属层状镶嵌结构，岩体较坚硬，完整性差，锤击易见片理裂开，结构面较发育，因受风化卸荷影响，裂隙张开度较大，局部充填泥质。岩石抗压强度Rc=30～60MPa，Kv=0.2～0.4。混凝土与岩石抗剪断强度f′=0.85，C′=1.0MPa，岩石与岩石抗剪断强度f′=0.90，C′=1.0MPa。岩体变形模量Eo=5～10GPa。需做专门性处理后可作为局部坝基。

　　（4）极差岩体（Ⅳ类）

强风化卸荷带，岩体破碎，岩质软弱，锤击哑声，岩体强度低，Rc=15～30MPa，属于软岩类，Kv＜0.20，混凝土与岩石抗剪断强度f′=0.70，C′=0.70MPa，岩体变模Eo=2～5GPa，岩体透水性大。本类岩体不宜作高混凝土坝地基。

　　（5）破碎岩体（Ⅴ类）

断层破碎带，散体结构及碎裂结构。坝基深部Ⅰ、Ⅱ类岩体围压状态下的断层构造岩（厚0.2～30cm泥质物），呈超固结状态，干容重高，含水量低，具一定力学强度，是工程研究和处理重点；坝基下Ⅲ～Ⅳ类岩体中卸荷状态下的断层构造，呈松散塑性状态，易变形滑动，是工程处理薄弱环节。本类岩体变形模量Eo=0.2～3GPa。