2.2　典型的工程地质问题

2.2.1　土基的主要工程地质问题

2.2.1.1　地基稳定

地基稳定性，是地基在外部荷载（包括基础重量在内的建筑物所有的荷载）作用下抵抗剪切破坏的稳定安全程度；影响地基稳定性的因素，主要的是场地的岩土工程条件、地质环境条件、建（构）筑物特征等。

地基稳定性破坏类型有：浅层滑动、深层滑动、顺层滑动、倾覆、蠕变等。

2.2.1.2　地基沉降

地基沉降是指地基土层在附加应力作用下压密而引起的地基表面下沉。过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使建筑物发生倾斜、开裂以致不能正常使用。地基在长期荷载作用下产生的沉降，其最终沉降量可划分为三个部分：初始沉降（或称瞬时沉降）、主固结沉降（简称固结沉降）及次固结沉降。

2.2.1.3　地基渗流

地基渗流是地下水在地基空隙（或裂隙）介质中流动。从渗透破坏发生的机理角度，可以将渗透破坏分为四种类型。

1.流土

在渗透力作用下，土体中的颗粒群同时起动而流失的现象称为流土。

2.管涌

在渗透力的作用下，土体中的细颗粒（填料颗粒）沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体。

3.接触冲刷

渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象。

4.接触流土

渗流垂直于两种不同介质的接触面运动，并把一层土的颗粒带入另一土层的现象。

2.2.2　坝基岩体的主要工程地质问题

2.2.2.1　建坝的工程地质条件

1.土石坝对工程地质条件的要求

土石坝主要是用各种土料和石料堆筑而成的一种坝型，因而也称为当地材料坝。这类坝的坝体断面较宽，呈梯形，对地基的压应力较小，加上坝体是柔性的，能适应地基一定程度的变形，故对地质条件要求较低。除有活动性断层、顺河向大断层、淤泥质土、软黏土及巨厚强透水层等不良地质条件的地区不宜建坝外，在其他地区均可修建。堆石坝对地基要求比土坝要高些，在中等风化和微风化的基岩或受荷载作用无明显沉降的砂砾石层上均可建堆石坝。土石坝适合于U形宽谷，由于坝顶不能溢流，因此要选择合适的地形地质条件设置溢洪道或泄洪洞。

土石坝存在的主要工程地质问题是渗漏、地下潜蚀等问题。因此，地基最好由不透水岩层组成，否则应进行清基和防渗处理，如设置防渗墙、帷幕灌浆或黏土铺盖等，以保证坝基的稳定性。此外，这种坝型土石方需要量大，要求坝址附近有能满足工程需要的天然建筑材料。

2.重力坝对工程地质条件的要求

重力坝通常采用的有混凝土重力坝和浆砌石重力坝。它的基本剖析面呈三角形，该类型坝的特点是依靠坝本身的重量来保持坝体稳定。这就要求地基具有较高的强度以支持坝体的重量。同时，坝基岩体应具有较大的抗剪强度以加强抗滑稳定性，这是重力坝对工程地质的两个重要要求。此外，坝下若存在软弱结构面、节理密集带和断层破碎带，则重力坝的稳定将受到很大影响。另外，重力坝要求岩体透水性小，不产生坝基或绕坝渗漏；否则，要求进行防渗处理。由于这种坝的体积巨大，所需的天然建筑材料数量也很大且质量要求高，所以天然建筑材料这一条件的优劣，常是确定这种坝型的重要依据之一。

3.拱坝对工程地质条件的要求

拱坝是一种平面上呈拱形凸向上游的坝型。坝体承受的水压力主要通过拱的作用传递给两岸岩体，依靠岸边岩体的支撑力保持它的平衡。少部分荷载则依靠悬臂梁的作用传递到地基。拱的作用越显著，坝的厚度可越小，所以拱坝是一个超静定空间壳体结构，其超载能力大。

拱坝对坝基和两岸接头部分的岩体变形极为敏感，故拱坝对地形地质条件的要求更高，除了和重力坝的要求相同外，尚需注意以下几点：

（1）拱坝对两岸岩体的稳定性要求最高。首先要求两岸地形完整，不能有冲沟切割，要求有足够厚的山体以保证坝肩的稳定。

（2）由于拱坝应力集中，要求两岸及河床岩石新鲜完整，两岸岩体的弹性模量均一，并尽量使岩体与混凝土的弹性模量相近。

（3）要特别重视两岸坝肩发育的与河流大致平行的陡倾断层、裂隙等软弱结构面，以及与其他缓倾角软弱结构面的组合，它们往往构成坝肩最危险的滑动边界条件。

2.2.2.2　坝基沉降稳定问题

坝基的沉降稳定问题是指坝基岩体在建筑物自重及其他荷载的作用下，所产生的压缩变形（沉降量）及不均匀变形（沉降差）的问题。一般均匀的小量沉降变形不致对坝体的安全稳定构成威胁，但当地基沉降量特别是不均匀沉降量超过允许限度时，将影响建筑物的正常运用，甚至发生倾斜、开裂或破坏。

影响坝基岩体压缩变形的岩体结构构造因素有：岩性软硬不一；存在着软弱结构面；存在着溶蚀溶洞。

为了保证建筑物的安全和正常运行，应将坝基的沉降变形限制在一定范围，在工程中研究坝基沉降稳定性时，常采用地基“容许承载力”指标去评价岩基的稳定性。所谓容许承载力，是指在保证建筑物安全和正常使用的前提下，地基所能承载的最大荷载压力。

2.2.2.3　坝基抗滑稳定问题

坝基岩体滑动的形式可分为三种类型：表层滑动（接触滑动）、浅层滑动、深层滑动。由于坝基应力的不均匀分布、地质条件的复杂性以及施工质量的差异，有时会出现上述三种类型组合成的混合滑动。

在确定岩体滑动的边界条件、各种计算参数（主要是滑动面的摩擦系数f和黏聚力c值）及滑动面上各种作用力的基础上，才能计算出可能滑动岩体的稳定性系数η值。稳定性系数是指在可能滑动面上，可利用的抗滑力与滑动力之比，即

η＝抗滑力／滑动力

2.2.2.4　坝区渗漏问题

库水通过坝基岩体向下游渗漏，称坝基渗漏；当坝肩岩体中有渗透水通道时，库水通过两岸坝肩岩体向下游渗漏，称绕坝渗漏。二者统称坝区渗漏。

坝区渗漏形式可分为均匀渗漏和集中渗漏两种。均匀渗漏是通过透水层（松散的砂砾石层、基岩中存在的均匀分布的密集裂隙）产生的渗漏，岩土体渗透性分级见表2.3；而集中渗漏是通过透水带（如较大的断层破碎带和岩溶通道）产生的渗漏。

坝区渗漏不仅损失库水，而且渗透水流还可能对坝基（肩）岩体造成渗透破坏。渗透水流对岩体稳定的不利影响主要有：对坝基（肩）岩体产生渗透压力，恶化岩土体的工程地质性质，导致坝基（肩）岩土体产生渗透变形等。

为了保证坝区不产生渗透变形和控制渗流量，可采用截水墙、帷幕灌浆、铺盖法、防渗井、堵塞法、围井或隔离法等措施。

2.2.3　地下洞室的工程地质问题

水利水电建设中的地下建筑物，一般包括导流或引水隧洞、闸门井、地下厂房、变压器房及尾水隧洞等。大跨度、高边墙的地下厂房及长隧洞的兴建，必然会遇到复杂的地质条件和大量的工程地质问题。其中最受关注的是围岩的稳定性问题，它涉及到地下工程能否成洞，用何种办法进行支护和衬砌，并影响到造价及工期。围岩的稳定性与岩体的地质条件、岩石性质、地质构造、洞室形状及规模、应力状态、施工方法等因素有关。在实际工作过程中一般首先对地下洞室的围岩根据岩石强度、岩体结构类型、完整性进行分类（见表2.4），然后根据围岩类别进行稳定性评价（见表2.5），确定支护类型。