．緒論筑壩擋水并利用壩體自重產(chǎn)生的摩擦力抵抗水壓力是人類從同洪水斗爭過程中獲取的經(jīng)驗知識。以此知識為指導(dǎo)修建的壩稱為重力壩。筑壩的歷史由來已久，最早的重力壩始于公元前2900年的埃及第一代王朝。在中國，大約在公元前250年，李冰主持興建了舉世聞名的都江堰。都江堰一直運行至今，成為世界上運行歷史最久的水利工程之一。在中華歷史長河中，人們修建了為數(shù)眾多的重力壩。這些大壩巍然屹立在我國奔騰不息的江河上，千秋萬代興利除害，為祖國的經(jīng)濟建設(shè)和人民生活水平的提高做出了重要貢獻。人們早就意識到安全是壩體頭等重要的大事。雖然早期的重力壩都是憑經(jīng)驗建造的，但是基于壩體斷面越大，壩體就越安全這樣一個簡單的道理，在實際工程中極少有傾覆破壞的，重力壩失事往往是由于滑動導(dǎo)致的。事實證明只靠加大斷面并不能確保大壩安全。據(jù)詹森統(tǒng)計全世界失事水壩的總數(shù)可能超過15萬座，其中小型壩占絕大多數(shù)，直到1940年以后失事水壩才急劇減少，最后穩(wěn)定在總數(shù)的1%以內(nèi)。失事的原因多種多樣，但地基缺陷是最主要的原因之一。據(jù)西班牙《公共工程評論》統(tǒng)計的水壩失事原因，地基破壞所占的比例高達40%[1]。充分的事實說明了，壩基安全性的問題不容小覷，這是關(guān)系到大壩安全性和經(jīng)濟性的重要問題。近些年來，為了研究抗滑穩(wěn)定問題，人們做了大量的研究工作，但是由于影響抗滑穩(wěn)定的因素有很多，使研究抗滑穩(wěn)定的問題變得極為復(fù)雜，迄今為止還沒有形成公認的理論。但是基本上各國的規(guī)范都規(guī)定在巖基上進行重力壩設(shè)計時必須審查大壩沿壩基面的抗滑穩(wěn)定問題，保證壩體不沿建基面滑動，并有一定的安全裕度。如果地基基巖堅固完整，一座按照近代理論設(shè)計、用近代技術(shù)建設(shè)起來的大壩，絕少可能發(fā)生整體失穩(wěn)問題，設(shè)計中我們只須核算沿建基面的穩(wěn)定性。但是若壩基內(nèi)存在不利的軟弱面或夾層，則往往成為影響壩體安全的關(guān)鍵問題，在設(shè)計時不僅要核算沿建基面的穩(wěn)定性，更須驗算壩體帶動一部分基巖沿軟弱面失穩(wěn)的可能性，這種問題為重力壩的深層抗滑穩(wěn)定問題。研究重力壩的深層抗滑穩(wěn)定是非常有應(yīng)用前景的，也是現(xiàn)在壩工設(shè)計當中迫切需要解決的一項重大問題。

2．重力壩穩(wěn)定破壞機理及安全控制標準2.1重力壩穩(wěn)定破壞機理及失穩(wěn)準則近年來，隨著有限單元法等數(shù)值方法的發(fā)展以及計算機在工程上的廣泛應(yīng)用，為壩的穩(wěn)定分析和研究提供了方便。人們開始從各種角度，采用各種理論和方法來研究壩基的變形特性和破壞機理，并取得了一些成果，其中包括對壩體與壩基之間膠結(jié)面的破壞機理進行分析研究。膠結(jié)面是抗滑穩(wěn)定的薄弱部位，盡管施工技術(shù)能使膠結(jié)面的強度有一定的保證，但它不會超過混凝土與基巖兩者中弱者的強度，因此壩體與基巖膠結(jié)面是較弱的面。膠結(jié)面的破壞首先始于壩踵處膠結(jié)面產(chǎn)生微裂區(qū)，而后壩趾處膠結(jié)面出現(xiàn)局部剪切屈服且逐漸向上游擴展，最后沿壩基面形成滑動通道，從而導(dǎo)致壩的整體失穩(wěn)[2]。在膠結(jié)面強度不大于基巖強度條件下，均質(zhì)壩基最危險的失穩(wěn)通道是沿壩基面的破壞，在這種情況下，只要保證大壩不會沿著建基面破壞，大壩是安全的。由此可知，重力壩均質(zhì)壩基沿壩基面的破壞機理是：首先在壩踵處基巖和膠結(jié)面出現(xiàn)微裂松馳區(qū)，然后壩趾處膠結(jié)面出現(xiàn)局部區(qū)域的剪切屈服，且其擴展最初是緩慢的，隨后屈服逐漸加快且向上游延伸，此時，壩趾處淺層基巖也出現(xiàn)剪切屈服且范圍逐漸增大。但壩體的最終失穩(wěn)是膠結(jié)面下游剪切屈服區(qū)向上游擴展形成滑動通道，從而導(dǎo)致大壩整體失穩(wěn)。重力壩的抗滑穩(wěn)定破壞準則分為三種：點破壞準則、整體破壞準則和極限破壞準則。點破壞準則是由點的安全系數(shù)來確定.假設(shè)巖體的抗剪強度為，根據(jù)庫侖——奈維爾準則： 2-1假設(shè)某單元的任一截面的剪應(yīng)力τ，當則不會發(fā)生剪切破壞；當時，則達到臨界狀態(tài)；當時，則發(fā)生剪切破壞。點安全系數(shù)定義為： 2-2的最小值稱為點的最小安全系數(shù)，用表示。點破壞準則，像抗拉、抗壓強度審查采用點破壞準則一樣，抗滑穩(wěn)定屬于抗剪強度審查，同樣屬于強度理論的范疇。從理論上分析，要求壩體壩基上任何點都不出現(xiàn)屈服破壞幾乎是不可能的，而個別點甚至局部區(qū)域出現(xiàn)屈服破壞并不一定影響大壩的安全和正常工作。整體破壞準則是以壩體沿壩基面或連同部分壩基不出現(xiàn)整體滑移為穩(wěn)定準則。由于用整體破壞準則來研究重力壩的抗滑穩(wěn)定問題太過于籠統(tǒng)，并不能滿足點的破壞準則，因此用整體破壞準則研究抗滑穩(wěn)定問題需要較大的安全裕度。完全以整體破壞作為設(shè)計的標準，顯然是不允許的。為了保證安全，必須使用較大的安全系數(shù)，或采用經(jīng)過打了折扣的抗剪強度參數(shù)。由此可見，其所遵循的己經(jīng)不完全是整體破壞準則了。極限破壞準則是以壩體或壩基都能正常工作的極限變形值為穩(wěn)定準則，是設(shè)計必須遵循的，但壩體或壩基究竟變形到多大才不能正常工作很難定量。不能以它作為唯一的破壞準則。因此，這一準則在工程實踐中很少應(yīng)用。2.2重力壩抗滑穩(wěn)定安全控制標準我國重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定：建于巖基上的混凝土重力式水工建筑物，當基巖內(nèi)有不利于壩基穩(wěn)定的緩傾角軟弱夾層或斷層時，應(yīng)該核算可能組合滑裂面的抗滑穩(wěn)定性，其安全系數(shù)根據(jù)夾層的性質(zhì)可較有關(guān)專業(yè)規(guī)范規(guī)定值適當增加。一般情況可考慮為壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的1.1～1.3倍。對于抗剪斷公式計算時，其安全系數(shù)，我國有關(guān)專業(yè)未做具體規(guī)定，但美國墾務(wù)局規(guī)定：基礎(chǔ)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)一般為壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的1.3倍[3]。這里據(jù)此統(tǒng)計Ι級大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的控制標準見表2-1。表2-1安全系數(shù)控制標準安全系數(shù)荷載組合壩體抗滑安全系數(shù)基礎(chǔ)抗滑安全系數(shù)抗剪抗剪斷抗剪抗剪斷基本組合1.103.001.433.90特殊組合(Ⅰ)1.052.501.3653.25(Ⅱ)1.002.301.302.992.3重力壩深層抗滑穩(wěn)定的特點當壩基內(nèi)存在不利的軟弱結(jié)構(gòu)面時，就需要研究其對穩(wěn)定程度的影響。重力壩沿軟弱夾層的抗滑穩(wěn)定具有以下特點：1.大壩滑動通道具有特定性和多元性壩基內(nèi)有軟弱結(jié)構(gòu)面時，因其抗剪斷強度比基巖低，就構(gòu)成了大壩沿該軟弱結(jié)構(gòu)面滑動的特定通道。由于軟弱結(jié)構(gòu)面通常是多層或多條組合，因此滑裂通道具有多元性。必須查明軟弱結(jié)構(gòu)面的空間展布情況、性狀、成因、充填物的礦物成分、物理力學(xué)性質(zhì)等。2.壩體連同壩基部分巖體同時滑動重力壩通常是沿建基面滑動，即滑動是發(fā)生在兩種介質(zhì)的分界面上，滑動體是人工均質(zhì)彈性體。而巖體是地質(zhì)體，通常被許多結(jié)構(gòu)面所切割，屬不連續(xù)各向異性體。由于巖體的一些缺陷難以完全查清，其物理力學(xué)性質(zhì)的量化也很困難，因此，由這兩種材料組成的滑動體，其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)十分復(fù)雜。3.對下游尾巖抗力體的依賴性當壩基內(nèi)有軟弱結(jié)構(gòu)面時，在水平荷載作用下重力壩連同它下部的基巖不能維持自身的穩(wěn)定，即自身穩(wěn)定安全系數(shù)小于1.0。壩體只有依靠下游尾巖抗力體的支撐才能滿足穩(wěn)定要求。4.深層抗滑穩(wěn)定安全度判據(jù)的多元性壩體滑動時將帶動滑裂面以上的巖體同時滑動，很多情況下這一滑動體只有依靠下游尾巖抗力體的支撐才能維持穩(wěn)定，顯然這里的穩(wěn)定平衡系統(tǒng)是由5部分構(gòu)成的：混凝土壩體、隨壩體而動的基巖、軟弱結(jié)構(gòu)面、軟弱結(jié)構(gòu)面下部的基巖、下游尾巖抗力體。這就決定了重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全度不能用單一的安全系數(shù)來衡量，而應(yīng)該用安全系數(shù)及壩體、壩基、尾巖等的應(yīng)力、位移等綜合指標進行判定，所以深層抗滑穩(wěn)定安全度的判據(jù)具有多元性。2.4本章小結(jié)本章重點介紹了重力壩穩(wěn)定破壞機理及抗滑穩(wěn)定安全控制標準，壩踵處基巖和膠結(jié)面的松弛區(qū)會讓壩趾處膠結(jié)面出現(xiàn)剪切屈服，一旦形成滑動通道就會導(dǎo)致壩體失穩(wěn)，而重力壩的抗滑穩(wěn)定破壞準有三種：點破壞準則、整體破壞準則和極限破壞準則。在對重力壩進行設(shè)計時應(yīng)當考慮其安全系數(shù)的控制標準并了解重力壩深層抗滑穩(wěn)定的特點。

3．壩抗滑穩(wěn)定分析重力壩滑動的基本形式為三種：壩基平面滑動、壩基沿巖體淺層滑動、壩基沿巖體深層滑動。3.1沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析(1)抗剪強度公式 3-1式中：ΣW——接觸面以上總鉛直力；ΣP——接觸面以上的總水平力；U——作用在接觸面上的揚壓力；圖1壩體抗滑穩(wěn)定計算簡圖f——接觸面間的摩擦系數(shù)；Ks——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。公式(3-1)是假設(shè)接觸面為水平狀態(tài)，當接觸面傾向上游時，則 3-2式中：β——接觸面與水平面間的夾角。從式可以看出，當壩體與基巖接觸面傾向上游時，對壩體抗滑有利；而當接觸面傾向下游時，β為負值，使抗滑力減小，滑動力增大，對壩體穩(wěn)定不利?？辜魪姸裙轿纯紤]壩體混凝土與基巖間的凝聚力，而將其作為安全儲備，因此相應(yīng)的安全系數(shù)Ks不應(yīng)定得過高。這里的Ks值只是一個抗滑穩(wěn)定的安全指標，并不反應(yīng)壩體的真實安全程度。(2)抗剪斷公式 3-3式中：Ks'——按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f'——抗剪斷摩擦系數(shù)；C'——抗剪斷凝聚力；A——壩基截面積；P——接觸面以上的總水平力；U——作用在接觸面上的揚壓力。從式可以清楚看出，抗剪斷公式實質(zhì)是用試塊的平均抗剪強度與壩底的平均剪應(yīng)力相比較，判斷大壩是否穩(wěn)定。3.2深層抗滑穩(wěn)定分析當壩基內(nèi)存在不利的緩傾角軟弱結(jié)構(gòu)面時，在水荷載作用下，壩體有可能連同部分基巖沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移，所謂的深層滑動。地基深層滑動情況十分復(fù)雜，失穩(wěn)機理和計算方法還在探索中。設(shè)計時，首先要查明地基中的主要缺陷，確定失穩(wěn)邊界，測定失穩(wěn)邊界面上的抗剪強度參數(shù)，選擇合理的計算方法并規(guī)定相應(yīng)的安全系數(shù)，最后是選擇提高深層抗滑穩(wěn)定性的措施。3.3岸坡壩段的抗滑穩(wěn)定分析當靠近兩岸岸坡壩段的壩基面是傾向河床的斜面或折面時，該壩段在上游水壓力及壩體自重作用下，有向下游及河床滑動的趨勢，在三向荷載作用下，使其抗滑穩(wěn)定性不如河床壩段。3.4重力壩抗滑穩(wěn)定性不足的主要原因通過上述對重力壩抗滑穩(wěn)定的分析可知，影響重力壩穩(wěn)定的主要因素，為壩與地基或壩基內(nèi)軟弱夾層的抗剪強度指標、壩基揚壓力、壩體所受垂直和水平荷載。其中，特別是地基的抗剪強度指標，由于變化范圍極大，對重力壩的抗滑穩(wěn)定性起著非常關(guān)鍵的作用。歸納起來，最常見的原因有以下幾個方面[4]：1.壩基地質(zhì)條件不良，壩體建造于較差的地基上；2.設(shè)計時壩體斷面過于單薄，自重不夠，在水平推力作用下，使壩體上游面底部形成拉力裂縫，增大了揚壓力，使壩體穩(wěn)定性不夠；3.施工時由于地基處理不徹底，開挖深度不夠，將壩體置于強風(fēng)化巖層上，使抗剪強度指標減小，而壩底揚壓力卻超過設(shè)計計算數(shù)值；4.由于各種原因造成防滲帷幕斷裂漏水，或者由于管理不善而造成排水設(shè)備堵塞失效，這樣將增大壩基滲透壓力，減小壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[5]。3.5本章小結(jié)綜上，重力壩抗滑穩(wěn)定性不足，往往是由于多方面原因綜合造成的結(jié)果，采取措施增加壩體抗滑穩(wěn)定性以前，應(yīng)對造成抗滑穩(wěn)定性不足的原因進行全面分析，針對具體情況，采取合理的處理措施，才能有效地增加壩體的抗滑穩(wěn)定性。

重力壩抗滑穩(wěn)定案例分析4.1工程概況重慶市玄天湖水庫大壩壩址位于重慶市銅梁縣巴川鎮(zhèn)黃門村，涪江二級支流淮遠河中游的小支流司家槽上，距縣城約6km，壩址以上集雨面積13.4km2，修建漿砌石重力壩，正常蓄水位為282.0m，正常庫容為881×104m3，校核洪水位283.5m，總庫容1056×104m3。大壩壩型為漿砌石重力壩，壩頂高程284.35m，壩頂軸線長118m。壩體分為三段，兩端為非溢流壩段（軸0+000至軸0+047和軸0+067至軸0+118），中間為溢流壩段（軸0+047至軸0+067）。非溢流段壩頂寬7.0m，最低建基面254.66m（不包括齒槽），最大壩高29.69m。上游面折坡點高程275.00m，坡比1：0.18；下游折坡點高程278.604m，坡比1：0.85；根據(jù)抗滑穩(wěn)定的要求，壩基開挖成一傾角為6°的反坡，最大壩底面寬28.60m。按SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，樞紐工程為Ⅲ等中型工程，主要建筑物：攔河壩、泄水建筑物為3級建筑物，次要建筑物為4級建筑物。洪水標準：大壩按50年一遇設(shè)計，500年一遇校核，消能防沖洪水標準30年一遇。4.2抗滑穩(wěn)定計算壩址區(qū)主要地層為泥巖、頁巖及泥質(zhì)粉砂巖，本次設(shè)計壩體與基巖（泥巖）抗剪斷設(shè)計參數(shù)為f′=0.45，c′=0.20MPa，[σ]＝0.75MPa（泥巖），主要考慮以下因素：河床部位泥巖占67%、砂巖僅占33%，左岸泥巖占90.8%、砂巖僅占9.2%，右岸砂巖占66.5%，泥巖和頁巖占33.5%。為使大壩斷面連續(xù)、保證其美觀性，因此設(shè)計考慮以泥巖基礎(chǔ)作為控制計算；壩體巖基—泥巖存在快速風(fēng)化等基礎(chǔ)缺陷，在施工沒有及時封閉的情況下，存在物理力學(xué)性能降低的問題，因此設(shè)計計算采用較低的參數(shù)（f′=0.45，c′=0.20MPa，[σ]＝0.75MPa（泥巖）），而要求開挖基礎(chǔ)達到地質(zhì)的建議值。上游按1：0.18坡設(shè)計，變坡點高程為275.00米；壩體下游面按1：0.85放坡，變坡點高程為278.604米，基面開挖成向上游傾6°的坡面，并加強基礎(chǔ)灌漿處理和排水措施，取α=0.30（揚壓力折減系數(shù)）。4.2.1擋水壩段以設(shè)計洪水位工況為例，在設(shè)計洪水位283.05m的情況下分別利用抗剪公式和抗剪斷公式進行計算擋水壩段抗滑安全系數(shù)。壩頂高程：284.350m設(shè)計洪水位：283.050m下游設(shè)計洪水位：265.370m淤砂高程：268.400m壩頂寬度：7.0m揚壓力折減系數(shù)：α=0.30抗剪摩擦系數(shù)：f=0.42（巖石/巖石）抗剪斷摩擦系數(shù)：f′=0.45（巖石/巖石）抗剪斷凝聚力：c′=200KPa（巖石/巖石）取單寬(1m)擋水壩段進行荷載和穩(wěn)定計算。上游水作用在壩上游面水平推力：作用在上游斜面上的水重：下游水作用在下游面的水平推力：下游水作用在壩體的垂直壓力：圖4.1大壩典型剖面荷載分布圖風(fēng)浪壓力PL：浪高根據(jù)官廳水庫的公式（該公式適用于山區(qū)峽谷水庫，吹程1～13Km,風(fēng)速4～16m/s）。則泥砂壓力：根據(jù)SL25-91《漿砌石壩設(shè)計規(guī)范》附錄二公式計算：設(shè)計取合適。泥砂作用在壩上游面垂直力：(水庫運行初期不存在)泥砂作用在壩上游面水平推力(被動土壓力)：(水庫運行初期不存在)作用在基底的揚壓力：壩體自重：∑V壩體=V1+V2+V3+V4-V5抗滑穩(wěn)定驗算：經(jīng)計算：抗剪斷公式：KS’==抗剪公式：KS==考慮50年泥砂淤積情況，經(jīng)計算：=同理，計算其他工況的穩(wěn)定情況，計算成果分別見表4-1。表4-1擋水壩段各荷載計算指標表工況上游水推力P1上游水重W1下游水推力P2下游水重W2風(fēng)浪壓力PL泥砂推力PS泥砂壓力W3基底揚壓力U大壩自重W0KNKNKNKNKNKNKNKNKN正常蓄水位3666617001149817019039788設(shè)計洪水位39536543042581149817036209788校核洪水位40796713452931149817037479788根據(jù)上表參數(shù)，求得：正常蓄水位工況：，，校核洪水位工況：，，4.2.2溢流壩段上游水作用在壩上游面水平推力：作用在上游斜面上的水重：下游水作用在下游面的水平推力：風(fēng)浪壓力PL：同擋水壩段，泥砂作用力：同擋水壩段，，作用在基底的揚壓力：溢流面反弧段上動水壓力Px，Py圖4.2溢洪道剖面圖壩體自重：查體形面域，得同理，計算其他工況的荷載情況，計算成果分別見表4-2。表4-2溢流壩段各荷載計算指標表工況上游水推力P1上游水重W1下游水推力P2下游水重W2風(fēng)浪壓力PL泥砂推力PS泥砂壓力W3基底揚壓力U大壩自重W0KNKNKNKNKNKNKNKNKN正常蓄水位36666170011498170199311648設(shè)計洪水位3948654304011498170388011648校核洪水位4068671345011498170401911648注：表中未考慮堰面水深自重壓力，是偏于安全的。根據(jù)上表參數(shù)，求得：正常蓄水位工況：設(shè)計洪水位工況：校核洪水位工況：大壩側(cè)向穩(wěn)定情況：由于坡度相對較緩，基本都在30°左右，各壩段之間設(shè)平臺過渡，大壩側(cè)向穩(wěn)定可不再作穩(wěn)定復(fù)核。綜合考慮，大壩穩(wěn)定是安全可靠的。4.3本章小結(jié)本章以重慶市玄天湖水庫大壩為案例，介紹了該案例的工程概況，并結(jié)合重力壩的工程實況，對該重力壩的抗滑穩(wěn)定進行了分析和計算，最后得出結(jié)果重力壩設(shè)計合理，穩(wěn)定安全。

5.提高壩體抗滑穩(wěn)定性的措施5.1增加壩體所受鉛直力ΣW5.1.1加大壩體剖面，增加壩體當采用其它方法增加壩體抗滑穩(wěn)定存在困難時，可采用加大壩體剖面，增加壩體自重的方法[6]。加大剖面可從壩的上游面或從壩的下游面進行，從上游面加大剖面可增加壩體自重，又可增加壩面上的水重，同時還可以改善壩體防滲條件，而從下游面加大壩體剖面施工較為方便。5.1.2預(yù)應(yīng)力錨索錨固措施一般從壩頂鉆孔到壩基，孔內(nèi)放置鋼索，將其下端錨入壩基內(nèi)的完整巖層中，而在壩頂?shù)牧硪欢耸┘永?，使鋼索受拉，壩體受壓，從而增加壩體的抗滑穩(wěn)定[7]。但實施此法應(yīng)在壩體上游部位進行。下面例舉一個成功的實例。該壩錨固的垂直鉆孔的直徑為25.4cm，間距為4m，從壩頂穿過壩體深入到壩22m～24.5m的基巖內(nèi)，在孔的底部擴大成2個直徑為33cm的錨定段，高差約3m。錨索的鋼束由630根鍍鋅鋼絲組成，每根鋼絲直徑4.75mm，制作時，首先將鋼絲切成適當長度，再冷拉到彈性極限，然后綁扎成鋼束。鋼束內(nèi)包含有一根直徑25.4mm的灌漿管，圍繞管外預(yù)置630根涂有瀝青的鍍鋅鋼絲，并用韌性強鋼繩捆扎，捆扎間距為50cm。鋼束先用浸有瀝青的帆布纏繞，將兩層帆布分開，包括防銹層在內(nèi)，鋼束平均直徑約20.3cm。鋼束下端7m不加涂層保護，只在中間捆扎5圈韌性鋼繩，而使捆扎圈的上下部分鼓出，與鉆孔擴大部分相對應(yīng)，以便錨固。在這一段上端設(shè)一水泥圈環(huán)，下端設(shè)一鐵錐頭，鋼束自壩頂放入孔內(nèi)后，通過灌漿管先用壓力水沖洗，然后用1∶1水泥漿灌入，將下端沒有防護層的7m一段錨入基巖內(nèi)[8]。在鋼束的頂端，將鋼絲分散編結(jié)在壩頂?shù)幕炷铃^頭內(nèi)，然后每根鋼絲用三臺440t的千斤頂張拉，逐步拉到1100t，相當于沿每m壩長增加重力275t。根據(jù)多年觀測，處理后效果良好，壩體穩(wěn)定性大為提高，庫水位比原水位提高3.05m，壩內(nèi)鋼絲的應(yīng)力僅略為減少，個別鋼絲的拉力雖然降低了3%，但采用千斤頂能很方便的恢復(fù)。由于預(yù)應(yīng)力錨固效果顯著，目前各國使用預(yù)錨的大壩已約60座。我國1964年首次在梅山水泥壩肩采用，獲得成功，以后又相繼在陳村、雙牌等工程采用，達到了加固壩肩和壩基的目的[9]。預(yù)錨加固時，除了可由壩肩鉆孔預(yù)錨外，也可用預(yù)錨直接加固壩基。此時錨索可垂直于軟弱夾層或傾向上游，這樣錨索產(chǎn)生的垂直于軟弱夾層的分力，可增加夾層上的正應(yīng)力，增大軟弱面的抗剪強度；平行于機構(gòu)面的分力，則可直接阻止壩體沿軟弱夾層滑動。軟弱夾層埋藏較深，層數(shù)較多，下覆巖層堅硬完整時，采用預(yù)錨能獲得最佳效果[10]。5.2減少揚壓力揚壓力對壩體的抗滑穩(wěn)定有著極大的影響，減小揚壓力作用較之增加壩體重力更為有效。因此，減小揚壓力是增加壩基抗滑穩(wěn)定性首先應(yīng)考慮采用的措施，主要有以下兩種方法。5.2.1補強帷幕灌漿該方法既能減小揚壓力，又能減小壩基滲漏，并保證壩基軟弱夾層的滲透穩(wěn)定。常用的灌漿材料為水泥漿，但對于軟弱夾層和細微裂隙，應(yīng)采用化學(xué)灌漿。例如我國陳村水電站，大壩為混凝土重力拱壩，壩高75m，壩基為志留系濱海沉積的砂頁巖。大壩的第7#～17#壩段巖層，經(jīng)多次構(gòu)造運動產(chǎn)生了斷裂，層間錯動而且裂隙發(fā)育，深部多為細微裂隙，加以又有兩大斷層通過，使壩基單位吸水率ω達到(0.05～1.2)l/min·m。后經(jīng)采用丙凝灌漿處理，才使所有孔段的ω均降至0.01l/min·m以下。其中，有92.5%的孔段，ω值小于0.005l/min·m。龔嘴水電站6#壩段、葫蘆水庫壩踵以下帷幕以及湖北丹江口水電站大壩巖基，均采用丙凝灌漿處理，收到顯著效果[11]。5.2.2加強壩基排水系統(tǒng)在帷幕下游加強壩基排水系統(tǒng)，增加排水能力，是降低壩底揚壓力最經(jīng)濟、最有效的措施。帷幕與排水配合使用，將更好保證壩基的抗滑穩(wěn)定性。排水系統(tǒng)布置在壩體上游部分較為有效。我國部分工程采用了“閉路式抽水減壓排水系統(tǒng)”來減小揚壓力，效果尤為顯著。該方法是在帷幕后壩基內(nèi)布置縱橫排水幕，將壩基的滲水匯集于高程低于下游水位的集水井中，井內(nèi)設(shè)水泵抽水排入下游[12]。在設(shè)計排水孔時應(yīng)作成豎直的較好，便于觀測和檢查，而且孔又不易堵塞。也可把排水孔傾向下游10°左右，以保持帷幕與排水孔在壩基面上有一定的距離。常用的孔距為2m～3m，排水孔徑為10cm～20cm，排水孔深為0.40～0.75倍的帷幕深度。經(jīng)驗證明，排水孔過淺，將不能很好地排除地基內(nèi)的滲透水流，減小壩基揚壓力。排水系統(tǒng)不僅能極大地減小壩基滲透壓力，而且還可減小部分壩基浮托力，因此特別適用于下游水位變幅極大的河床大壩的壩基排水。5.3提高軟弱夾層的抗剪強度指標軟弱夾層在力學(xué)性質(zhì)上最大的特點之一就是抗剪強度極低，我國部分工程的試驗結(jié)果，在不利情況下，其粘結(jié)力c常接近為零，而摩擦系數(shù)f多在0.2～0.25左右，極大地降低了增加壩體自重等加固措施的實際效果。因此，提高軟弱夾層的抗剪強度指標，是增加壩基抗滑定的根本途徑[13]。5.3.1換基法該方法是把壩基內(nèi)對抗滑穩(wěn)定不利的軟弱夾層清除，而以混凝土替換回填，從而改變軟弱夾層的力學(xué)性質(zhì)，增大壩基的抗滑穩(wěn)定性。一般對壩基表面淺埋的軟弱夾層多采用明挖換基方法，對于深埋的軟弱夾層則采用洞挖換基方法。5.3.2壩踵深齒該方法是將齒墻底部高程開挖至控制滑動面以下的完整基巖中，用齒墻切斷軟弱夾層，保證壩基的抗滑穩(wěn)定性。5.3.3對于壩體與地基的連接，則可通過固結(jié)灌漿的措施加以改善固結(jié)灌漿除了能加強壩體與地基結(jié)合，從而提高壩體的抗滑穩(wěn)定性之外，還能增強基巖的整體性和彈性模數(shù)，增加地基的承載能力，減少不均勻沉陷的發(fā)生。并可輔助帷幕灌漿，加強地基與防滲帷幕的銜接，提高帷幕的效果[14-15]。5.3.4增加尾巖抗力(1)壩趾深齒。該方法是在壩趾下游修建深齒，增大尾巖抗力體高度，增加尾巖抗力，提高壩基的抗滑穩(wěn)定性；(2)壩趾預(yù)錨。在壩趾下游抗力體部分采取預(yù)錨措施，相當于在抗力體上增加荷載，有利于壩基的抗滑穩(wěn)定；(3)鋼筋混凝土抗滑樁。在壩趾下游抗力體部分，于鉛直方向布置鋼筋混凝土樁，深入到控制滑動面以下完整巖層，利用樁所能承受的推力，加大尾巖抗力，可以增加壩基的抗滑穩(wěn)定性。5.3.5其他措施開挖壩基設(shè)計時，要考慮利用巖面的自然坡度，使壩基面傾向上游，有時有意將壩踵高程降低，使壩基面高程降低。但此方案將加大上游水壓力，增加開挖量和混凝土澆筑量，故較少采用。當基巖比較堅固時，可開挖成鋸齒狀，形成局部的傾向上游的斜面，但能否挖成齒狀主要取決于節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀。如國內(nèi)的葛洲壩二江泄洪閘，即將上游齒墻深入基巖13.5m，增加了泄洪閘的抗滑穩(wěn)定性。5.4本章小結(jié)本章主要介紹了提高壩體抗滑穩(wěn)定性的幾種措施，如增加壩體所受鉛直力ΣW，減少揚壓力以及提高軟弱夾層的抗剪強度指標，通過這幾種措施可以大大增強壩體的抗滑穩(wěn)定，保證重力壩的安全使用。

6、結(jié)論本文通過對重力壩的穩(wěn)定分析，對現(xiàn)有重力壩深層抗滑穩(wěn)定特點進行分析，并在此基礎(chǔ)上論述了目前在工程項目中主要采用的深層抗滑穩(wěn)定的計算方