密集緩傾軟弱夾層影響下的壩基失穩(wěn)破壞模式研究

羅常煒，劉 然，陳 媛，劉子安，2，陳建葉，楊寶全，董建華，譚 春

（1. 四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065；2. 長江生態(tài)環(huán)保集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430014； 3. 中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司科學(xué)研究院，吉林 長春 130000）

0 引 言

近年來我國在巖基和砂礫石地基上修建了一大批閘壩，這些工程大多具有上下游水位差大、閘室結(jié)構(gòu)尺寸大以及壩基地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，閘壩與壩基的穩(wěn)定問題非常突出［1］。其中壩基巖體中的斷層和軟弱夾層是影響閘壩安全穩(wěn)定的重要因素。當(dāng)壩基中軟弱夾層發(fā)育密集且夾層產(chǎn)狀緩傾向下游時(shí)，在上游水推力的作用下，壩與地基巖體易沿著緩傾結(jié)構(gòu)面發(fā)生整體滑移失穩(wěn)；斷層破碎帶力學(xué)強(qiáng)度低會(huì)帶來較大的壩基變形，從而顯著降低地基巖體的承載力及穩(wěn)定性［3］。軟弱夾層與斷層共同作用使得壩基失穩(wěn)破壞模式和穩(wěn)定安全問題變得更加復(fù)雜，因此急需開展關(guān)于含軟弱夾層和斷層地基條件下的閘壩安全穩(wěn)定問題研究。

目前國內(nèi)外已有眾多學(xué)者開展了關(guān)于斷層或軟弱夾層對(duì)壩體穩(wěn)定性影響的研究。劉世煌等［6］對(duì)大壩排水孔口析出物情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)壩基軟弱夾層已出現(xiàn)軟化、泥化現(xiàn)象，軟弱夾層錯(cuò)動(dòng)將對(duì)壩體穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。任杰等［8］分別采用極限平衡法與數(shù)值模擬法分析了軟弱夾層作用下的某壩基穩(wěn)定性，研究表明在軟弱夾層影響下該水利工程存在深層抗滑穩(wěn)定問題。劉蒙娜等［9］利用ANSYS 數(shù)值軟件模擬了貫穿壩段發(fā)育的斷層對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明這些斷層會(huì)對(duì)壩體應(yīng)力變形及穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。本文研究的廣西大藤峽水利樞紐工程，壩基中發(fā)育有密集緩傾軟弱夾層和斷層等多種不利地質(zhì)構(gòu)造，壩基抗滑穩(wěn)定問題十分嚴(yán)峻。高成玉等［10］針對(duì)大藤峽水電樞紐壩基區(qū)鉆探出的軟弱夾層，對(duì)其性狀和特征進(jìn)行分析得到其自身結(jié)構(gòu)松散、抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，對(duì)壩基穩(wěn)定十分不利。劉錄君等［11］對(duì)大藤峽壩基軟弱夾層的分布及其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)壩基軟弱夾層的產(chǎn)狀與巖層層面一致，且強(qiáng)度較低，對(duì)壩基抗滑穩(wěn)定影響較大。大藤峽水利工程建成蓄水后，壩基中這些沿巖層發(fā)育的密集緩傾軟弱夾層在水推力作用下是否會(huì)形成剪切滑移面，使壩基產(chǎn)生深層滑動(dòng)失穩(wěn)？壩基的失穩(wěn)機(jī)理和破壞模式是什么？當(dāng)斷層與軟弱夾層共同作用時(shí)，對(duì)閘壩的變形和工作性態(tài)及壩基的變形穩(wěn)定性又將產(chǎn)生什么不利影響？這些關(guān)鍵問題還需結(jié)合工程實(shí)際地質(zhì)條件開展進(jìn)一步研究。

本文針對(duì)大藤峽密集緩傾軟弱夾層的復(fù)雜地質(zhì)條件，以其泄水閘28 號(hào)和30 號(hào)典型壩段為例，采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種方法，重點(diǎn)研究密集緩傾軟弱夾層和貫穿性大斷層對(duì)壩基失穩(wěn)破壞模式的影響。研究中采用降強(qiáng)與超載相結(jié)合的綜合法進(jìn)行整體穩(wěn)定安全性評(píng)價(jià)，通過研究揭示復(fù)雜地質(zhì)條件下壩基破壞模式和工程薄弱部位，為壩基加固處理提供科學(xué)依據(jù)。

1 大藤峽工程地質(zhì)特征

大藤峽水利樞紐工程壩址位于珠江流域黔江河段大藤峽出口處，是黔江梯級(jí)規(guī)劃電站中最后一級(jí)。工程正常蓄水位61.0 m，總庫容34.79 億m3，電站裝機(jī)容量1 600 MW，防洪起調(diào)水位和死水位47.6 m，防洪庫容15 億m3。大藤峽泄水閘位于23～33 號(hào)壩段，其中28 號(hào)和30 號(hào)典型壩段的地質(zhì)剖面圖如圖1所示。由圖1可知壩基中發(fā)育有大量軟弱夾層，厚度較薄，產(chǎn)狀與巖層產(chǎn)狀基本一致，緩傾向下游，呈現(xiàn)出明顯的密集緩傾特征。

圖1 大藤峽典型壩段地質(zhì)剖面圖Fig.1 Geological profile of typical dam section in Datengxia

壩基巖層為泥盆系下統(tǒng)郁江階下段（D1y1-1層～D1y1-3層）、那高嶺組（D1n13-1層～D1n13-3層、D1n12層、D1n11-7層），巖性以泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、泥巖和灰?guī)r為主。巖層產(chǎn)狀：走向N10°～20°E，傾向SE，傾角20°～22°，巖層主要力學(xué)參數(shù)見表1。斷層F216 是一條規(guī)模較大的斷層，穿過30 號(hào)壩段，其上盤巖層為D1n13-3層，厚度約0.5～1 m，下盤為D1n13-2層。斷層走向N60°～80°W，傾向SW，傾角78°～84°，斷層帶寬小于1 m，斷層影響帶寬度大于4.4 m，結(jié)構(gòu)面主要力學(xué)參數(shù)如表2所示。

表1 壩基巖層主要物理力學(xué)參數(shù)表Tab.1 Main physical and mechanical parameters of dam foundation rock

表2 壩基軟弱結(jié)構(gòu)面主要力學(xué)參數(shù)Tab.2 Main mechanical parameters of soft structural surface of dam foundation

由圖1與表1、表2可知，壩基軟弱夾層沿巖層緩傾向下游，呈現(xiàn)出數(shù)量多、密度大且抗剪強(qiáng)度參數(shù)低的特點(diǎn)。下游壩趾處斷夾層發(fā)育、巖體單薄，壩基承載力和抗變形能力較差，在上游水推力作用下，壩基巖體極有可能沿巖層面或緩傾軟弱夾層向下游發(fā)生剪切滑移，導(dǎo)致閘與地基發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。貫穿壩段發(fā)育的斷層F216 進(jìn)一步加劇了對(duì)壩基巖體變形和整體穩(wěn)定的不利影響。在密集緩傾軟弱夾層和斷層的影響下，壩基的失穩(wěn)模式和巖體破壞形式將出現(xiàn)許多不確定問題，失穩(wěn)模式是淺層滑動(dòng)還是深層滑動(dòng)；巖體如沿軟弱夾層產(chǎn)生滑動(dòng)失穩(wěn)，形成的滑移路徑還需明確；壩基巖體可能出現(xiàn)拉裂、剪切與擠壓屈服等多種破壞形式。為了明確大藤峽泄水閘壩基的破壞模式，揭示其工程薄弱環(huán)節(jié)，以進(jìn)一步采取有效的處理措施確保工程安全性，需結(jié)合密集緩傾結(jié)構(gòu)面對(duì)壩基穩(wěn)定性影響的問題，對(duì)28號(hào)、30號(hào)兩個(gè)典型閘壩段的壩基破壞模式和整體穩(wěn)定性開展深入研究。

2 研究方案

對(duì)28 號(hào)、30 號(hào)兩個(gè)典型壩段分別采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)和有限元數(shù)值計(jì)算兩種方法開展壩基破壞模式研究，并采用降強(qiáng)與超載相結(jié)合的綜合法進(jìn)行整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，28號(hào)壩段的模型全貌和30號(hào)壩段的網(wǎng)格模型分別見圖2、圖3。

圖2 28號(hào)壩段地質(zhì)力學(xué)模型全貌Fig.2 General picture of geomechanical model of 28# dam section

圖3 30號(hào)壩段數(shù)值模型網(wǎng)格圖Fig.3 Grid diagram of numerical model of 30# dam section

在28號(hào)壩段的模型試驗(yàn)中主要模擬了閘室、壩基中的各類巖層和對(duì)壩基穩(wěn)定不利的6 條軟弱夾層R9、R14、R17、R18、R19、R20，同時(shí)還模擬了巖層傾向、節(jié)理裂隙及其連通率。在30號(hào)壩段的有限元模型中除了模擬閘室和壩基巖層之外，同時(shí)模擬了R14、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23等8條軟弱夾層和斷層F216。兩個(gè)壩段的模型均模擬了上游水荷載及自重荷載作用，在試驗(yàn)與計(jì)算中首先以0.2P0（P0為正常工況下的水荷載）為步長逐步加載至一倍正常荷載；考慮軟弱結(jié)構(gòu)面在滲水作用下的力學(xué)弱化效應(yīng)及其對(duì)壩基穩(wěn)定性的影響，在正常荷載作用下對(duì)夾層及斷層的抗剪斷強(qiáng)度降低了10%；然后保持壩基降強(qiáng)后的狀態(tài)，以0.2～0.3P0的加載步長對(duì)上游水壓力進(jìn)行超載，直至閘壩與地基出現(xiàn)整體失穩(wěn)破壞趨勢(shì)。通過對(duì)軟弱結(jié)構(gòu)面的降強(qiáng)以及上游水壓力的超載，獲得壩與地基在各階段的變位特征、破壞過程與破壞形態(tài)，揭示密集緩傾夾層和斷層影響下的壩基破壞失穩(wěn)模式，并采用失穩(wěn)破壞時(shí)的降強(qiáng)倍數(shù)與超載倍數(shù)的乘積作為綜合法安全系數(shù)KSC=K'SK'P，評(píng)價(jià)閘壩與地基的整體穩(wěn)定性［12］。

2.1 28號(hào)壩段研究方案

根據(jù)大藤峽工程特征與研究任務(wù)要求，確定28號(hào)壩段地質(zhì)力學(xué)模型的幾何相似常數(shù)CL= 100。模型尺寸為2.15 m×0.303 m×1.26 m（縱向×橫向×高度），具體模擬結(jié)構(gòu)及模型范圍見圖4。模型材料根據(jù)相似條件要求，由原型材料的物理力學(xué)參數(shù)得到模型參數(shù)值，采用以重晶石粉為主，石膏或液體石蠟油等為添加劑配制的模型相似材料。模型測(cè)試主要包括閘室與壩基的應(yīng)變和變位，壩基的變位測(cè)點(diǎn)重點(diǎn)布置在軟弱夾層兩側(cè)，測(cè)點(diǎn)布置情況如圖4所示。

圖4 28號(hào)壩段模型模擬范圍及測(cè)點(diǎn)布置圖（單位：m）Fig.4 Simulation range of 28# dam Section model and layout of measuring points

2.2 30號(hào)壩段研究方案

30號(hào)壩段巖體材料選用彈塑性本構(gòu)模型，即在達(dá)到屈服強(qiáng)度前材料表現(xiàn)為彈性，超過屈服強(qiáng)度后逐漸表現(xiàn)為塑性，其屈服準(zhǔn)則采用Drucker-Prager 準(zhǔn)則。根據(jù)壩基模擬地質(zhì)構(gòu)造的需求，該壩段有限元計(jì)算模型的模擬范圍為256 m×30.3 m×126 m（縱向×橫向×高度）（圖5）。計(jì)算模型中閘室、底板及護(hù)坦混凝土采用solid65 單元模擬；壩基巖體、斷層和軟弱夾層采用solid45 單元模擬；接觸單元采用contact174，用以模擬軟弱夾層表面；目標(biāo)單元采用target170 單元，模擬與軟弱夾層接觸的巖體表面；有限元模型的單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格見圖3，共計(jì)建立了126 372單元。

圖5 30號(hào)壩段模型模擬范圍及測(cè)點(diǎn)布置（單位：m）Fig.5 Simulation range and measuring point arrangement of dam Section 30#

計(jì)算約束條件為：壩基上游、下游邊界施加順河向約束，左、右閘墩側(cè)面施加橫河向約束，底面施加固定約束。閘墩、底板、下游護(hù)坦采用混凝土材料參數(shù)，壩基巖體、斷層及軟弱夾層各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)詳見表1、2。為了便于分析壩與地基的變形受力特征，30 號(hào)壩段的測(cè)點(diǎn)主要布置在壩基面巖體、緩傾夾層與斷層結(jié)構(gòu)面附近，測(cè)點(diǎn)布置情況見圖5。

3 大藤峽28 號(hào)壩段壩基穩(wěn)定分析及破壞模式研究

通過對(duì)28號(hào)壩段的綜合法模型試驗(yàn)，主要獲得了閘室與壩基巖體和緩傾夾層的變位應(yīng)變特征、壩基破壞形態(tài)和破壞過程，通過試驗(yàn)結(jié)果分析可得到壩與地基的整體穩(wěn)定安全系數(shù)，揭示出緩傾夾層影響下的壩基破壞失穩(wěn)模式。

3.1 閘室變位與應(yīng)變特征

閘室變位曲線見圖6，閘室總體發(fā)生向下游的順河向變位和豎直向的沉降變位，僅在上游壩踵區(qū)出現(xiàn)上抬變位，其中順河向變位大于豎直向變位，頂部變位大于下部變位，上游變位大于下游變位。在超載倍數(shù)KP=3.0 之前，各測(cè)點(diǎn)變位穩(wěn)步增長，增幅較??；在KP≥3.0～3.6之后，位移值的變化幅度明顯增大，逐漸出現(xiàn)失穩(wěn)趨勢(shì)。

圖6 閘室測(cè)點(diǎn)變位δ～KP曲線Fig.6 δ～KPcurve of measuring point change in lock chamber

閘室應(yīng)變曲線見圖7，閘室應(yīng)變總體受壓，上游壩踵附近局部受拉。在正常工況下應(yīng)變值較小，在降強(qiáng)階段應(yīng)變曲線發(fā)生較大波動(dòng)，說明壩基附近軟弱夾層的強(qiáng)度弱化對(duì)閘室受力狀態(tài)有明顯影響；在超載階段應(yīng)變隨超載系數(shù)的增加而逐漸增大，在KP=3.0～3.2時(shí)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值較大，應(yīng)變曲線有一些波動(dòng)，壩踵區(qū)域受拉的特征更加明顯；在KP＞5.0 后應(yīng)變曲線發(fā)生較大波動(dòng)，測(cè)試數(shù)值出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，閘壩逐漸出現(xiàn)失穩(wěn)趨勢(shì)。

圖7 閘室測(cè)點(diǎn)水平應(yīng)變?chǔ)苔拧獽P曲線Fig.7 Curve of horizontal strain με～KP at measuring points in lock chamber

3.2 壩基軟弱夾層變位特征

軟弱夾層附近測(cè)點(diǎn)變位見圖8，其中圖8（a）、（b）為上游壩踵附近夾層變位曲線，圖8（c）、（d）為下游壩趾附近夾層變位曲線。由圖可知，壩基總體發(fā)生向下游的順河向變位和豎直向下的沉降變位，豎直向變位大于順河向變位，壩趾區(qū)變位大于壩踵區(qū)變位，壩基淺層變位大于深部變位，淺層基巖沿夾層面有一定錯(cuò)動(dòng)變位，其中夾層R14、R17、R18、R19 在壩基面出露處附近變位值相對(duì)較大。壩基變位值隨超載倍數(shù)的增長逐步增長，在KP=2.0～2.8 時(shí)，靠近壩踵的測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)數(shù)值不大的反向變位，如34、35 和37 號(hào)測(cè)點(diǎn)，表明壩踵區(qū)巖體受拉發(fā)生了輕微的上抬變位。在KP=3.0～3.6時(shí)，壩趾區(qū)測(cè)點(diǎn)變位值總體較大，特別是豎直向沉降變位，如R17、R18 出露處附近測(cè)點(diǎn)63、65 號(hào)的沉降變位已經(jīng)達(dá)到-28～-34 mm［見圖8（c）］。

圖8 軟弱夾層附近測(cè)點(diǎn)變位δ～KP曲線Fig.8 δ～KP curve of measuring point variation near soft interlayer

3.3 壩基破壞模式分析

壩基破壞形態(tài)如圖9 所示，壩基巖體破壞主要發(fā)生在淺層區(qū)域。上游壩踵區(qū)沿著夾層面、巖層以及節(jié)理發(fā)生開裂，形成一個(gè)大三角形的破壞區(qū)。下游壩趾區(qū)軟弱夾層R17與R19之間的巖體發(fā)生擠壓破壞，裂縫沿夾層面及節(jié)理開裂延伸，形成階梯狀破壞區(qū)。根據(jù)模型破壞失穩(wěn)過程，在KP=1.8 時(shí)，壩踵區(qū)在軟弱夾層R9 與R14 之間首先出現(xiàn)細(xì)微拉裂縫，當(dāng)KP=2.0～2.4時(shí)，壩趾區(qū)在D1n13-3巖層中出現(xiàn)了沿軟弱夾層R17的壓剪破壞，當(dāng)KP=3.0～3.6時(shí)，閘室與壩基變位值較大，上游壩踵裂縫增加并擴(kuò)展，出現(xiàn)拉裂破壞，下游壩趾裂縫相互交匯、擠壓破壞較嚴(yán)重，壩基呈現(xiàn)出整體失穩(wěn)趨勢(shì)。綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，整體穩(wěn)定綜合法安全系數(shù)KSC=K'SK'P=1.1×（3.0～3.6）＝3.3～4.0。

圖9 28號(hào)壩段壩基最終破壞形態(tài)Fig.9 Final failure pattern of foundation of 28# dam section

28號(hào)壩段的地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)結(jié)果表明，在密集緩傾軟弱夾層影響下，壩基破壞模式為淺層基巖的擠壓屈服破壞。破壞區(qū)主要發(fā)生在上游壩踵區(qū)與下游壩趾區(qū)，其中上游壩踵區(qū)破壞巖體有局部拉裂破壞，在下游緩傾夾層發(fā)育較密集的壩趾區(qū)，巖體擠壓屈服破壞較嚴(yán)重，但上下游破壞區(qū)未完全貫通。巖體沿軟弱夾層有錯(cuò)動(dòng)變位，但相對(duì)變位值不大、錯(cuò)動(dòng)變位不明顯，緩傾夾層沒有形成滑移通道，壩與地基整體沒有沿緩傾夾層發(fā)生深層滑動(dòng)失穩(wěn)，但建基面附近基巖的完整性與承載力需進(jìn)行加固提高，以進(jìn)一步改善閘室與壩基的受力特性和工作性態(tài)。

4 大藤峽30 號(hào)壩段壩基穩(wěn)定分析及破壞模式研究

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，30號(hào)壩段閘室變位特征與發(fā)展變化規(guī)律與28 號(hào)壩段相似，僅在數(shù)值上有所差異。但在斷層影響下，壩基變位情況和受力特性會(huì)產(chǎn)生差異，故本節(jié)重點(diǎn)對(duì)30 號(hào)壩段壩基的軟弱結(jié)構(gòu)面變位、應(yīng)力分布規(guī)律等進(jìn)行分析。

4.1 壩基應(yīng)力分布特征

由圖10 主應(yīng)力等值線圖可知，大藤峽30 號(hào)壩段壩與壩基應(yīng)力分布規(guī)律整體上以受壓為主，壓應(yīng)力大小范圍為0～41.23 MPa，軟弱夾層和斷層對(duì)壩基應(yīng)力分布有明顯影響。在壩踵處及其附近夾層R22 出露處出現(xiàn)局部拉應(yīng)力，拉應(yīng)力大小范圍為0.404～42.04 MPa，隨超載系數(shù)增加，壩踵處拉應(yīng)力區(qū)沿夾層R22 出露處往下游延伸。由于巖體與軟弱夾層、斷層力學(xué)參數(shù)差異較大，在夾層附近、斷層F216 兩側(cè)影響帶及壩基出露處附近壓應(yīng)力較大，出現(xiàn)明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象。

圖10 第一、三主應(yīng)力等值線圖（KP=1.0）Fig.10 Contour maps of the first and third principal stresses（Kp=1.0）

4.2 壩基結(jié)構(gòu)面變位特征

軟弱夾層附近變位關(guān)系曲線見圖11，其中圖11（a）、（b）、（c）為下游側(cè)與斷層相交的夾層變位曲線，圖11（d）為壩踵附近的夾層變位曲線。由圖可知，壩基總體發(fā)生向下游的順河向變位和沉降變位，位于上部的軟弱夾層變位大于下部的軟弱夾層變位，緩傾夾層R19、R22、R23在壩基出露處以及與斷層交接處的變位較大。在KP=3.6 時(shí)，壩基變形整體較大，軟弱夾層R19、R23 與斷層交接處41 號(hào)與43 號(hào)測(cè)點(diǎn)豎直向變位達(dá)到-15.4～-17.2 mm，壩踵附近夾層R22 上盤巖體變位增長較下盤明顯，上盤76 號(hào)測(cè)點(diǎn)順河向變位值為18.7 mm，下盤78 號(hào)測(cè)點(diǎn)順河向變位為5.9 mm，表明壩踵處巖體在R22 夾層兩側(cè)出現(xiàn)明顯張拉變位。此外，閘室底板下巖體沿R23 夾層面有一定剪切錯(cuò)動(dòng)變位，基巖在水推力作用下有向下游斷層F216 發(fā)生滑移、擠壓變形的趨勢(shì)。

圖11 壩基軟弱夾層附近各測(cè)點(diǎn)δx～KP曲線關(guān)系圖Fig.11 δx～KP curves of each measuring point near the weak interlayer of dam foundation

下游壩趾處斷層F216 附近的測(cè)點(diǎn)變位見圖12，斷層附近巖體變位隨KP的增長變化較明顯，上游測(cè)點(diǎn)變位大于下游測(cè)點(diǎn)變位，說明斷層受擠壓發(fā)生向下游方向的變位，且豎直向變位比順河向變位大，尤其是在壩基面出露處附近的變位較大，在KP=3.6 時(shí)，斷層出露處附近測(cè)點(diǎn)95、97 號(hào)變位值達(dá)到15.7～16.8 mm，明顯大于位于其他部位的測(cè)點(diǎn)變位值。

圖12 斷層F216變位δx～KP曲線Fig.12 δx～KP curve of F216 displacement of fault

4.3 壩基破壞模式分析

30 號(hào)壩段壩基塑性區(qū)分布圖見圖13，由圖可知30 號(hào)壩段閘壩與壩基主要在上游壩踵區(qū)夾層R22 出露處附近出現(xiàn)開裂塑性區(qū)，閘室底板下夾層R23 在建基面起裂后沿層面延伸擴(kuò)展至與斷層F216 相交，壩趾處斷層F216 在淺層區(qū)域出現(xiàn)大面積塑性區(qū)，但上下游塑性區(qū)并未貫通，其破壞模式為淺層拉剪變形與擠壓屈服的組合型式。當(dāng)超載至KP=3.8 時(shí)，有限元計(jì)算不收斂，閘壩與地基整體穩(wěn)定綜合法安全系數(shù)為KSC=K'SK'P=1.1×3.8=4.18。

圖13 30號(hào)壩段壩基塑性區(qū)分布圖（KP=3.8）Fig.13 Plastic differential Layout of dam foundation for 30# Dam section（Kp=3.8）

綜合兩個(gè)典型壩段、不同地質(zhì)構(gòu)造影響下的壩基穩(wěn)定性研究結(jié)果可知，大藤峽泄水閘的壩基破壞模式主要是淺層擠壓破壞，僅在壩踵局部區(qū)域有拉裂破壞，破壞區(qū)主要分布在上游壩踵與下游壩趾處，沒有沿緩傾夾層上下貫通形成深層滑動(dòng)失穩(wěn)破壞。

5 結(jié) 論

結(jié)合大藤峽水利工程28、30 號(hào)兩個(gè)典型壩段，分別采用地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)和有限元數(shù)值計(jì)算方法，研究了緩傾密集軟弱夾層影響下的壩基失穩(wěn)破壞模式，主要獲得了以下結(jié)論。

（1）通過模型試驗(yàn)研究和有限元計(jì)算分析，大藤峽泄水閘28 號(hào)、30 號(hào)壩段的壩基穩(wěn)定綜合法安全系數(shù)分別為KSC=1.1×（3.0～3.6）=3.3～4.0、KSC=1.1×3.8=4.18。

（2）在密集緩傾軟弱夾層的影響下，大藤峽泄水閘的壩基破壞模式為淺層基巖的擠壓屈服破壞，緩傾夾層沒有形成滑移通道，壩與地基整體沒有出現(xiàn)深層滑動(dòng)失穩(wěn)破壞。

（3）壩基巖體破壞主要發(fā)生在上游壩踵與下游壩趾處，兩個(gè)破壞區(qū)沒有完全貫通，其中壩踵區(qū)出現(xiàn)了局部拉裂破壞，巖體沿緩傾夾層有一定錯(cuò)動(dòng)變位，但未發(fā)生整體滑移；壩趾區(qū)受密集發(fā)育的軟弱夾層影響，巖體擠壓屈服破壞較嚴(yán)重，斷層F216進(jìn)一步增大了壩趾區(qū)巖體的變形和破壞程度。

（4）壩基破壞形態(tài)和破壞機(jī)理揭示了在建基面附近出露的軟弱結(jié)構(gòu)面是影響壩基受力特性和變形穩(wěn)定性的薄弱環(huán)節(jié)，壩基加固應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)壩踵與壩趾附近發(fā)育的R14、R17、R18、R19、R22、R23等緩傾夾層以及斷層F216進(jìn)行處理，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)壩踵區(qū)的巖體加固，避免壩踵巖體發(fā)生拉裂破壞影響帷幕防滲系統(tǒng)的可靠性。

（5）對(duì)泄水閘壩段建基面附近的軟弱夾層可采取開挖回填、固結(jié)灌漿等措施進(jìn)行加固，斷層F216 在出露處進(jìn)行開挖清除和混凝土置換，并適當(dāng)加深上游壩踵齒槽深度。