对于修建在岩基上的土坝，由于其坝身断面较大，且为柔性基础，所以地基稳定问题容易得到满足。但对于建在松散沉积层上的土坝，应查明在坝基中是否存在软土（如淤泥和淤泥质土）。重力坝、拱坝对地基要求较高，本节主要针对重力坝分析其稳定问题。坝基的稳定问题包括沉降稳定、抗滑稳定和渗透稳定三个方面。
1.坝基的沉降稳定
坝基的沉降稳定是指坝基岩体在建筑物自重及其他荷载作用下产生的压缩变形大小及不均匀沉降量。显然坝基沉降量过大，特别是不均匀沉降量超过容限限度时，将会导致坝体的破坏而影响正常使用。
图5.5 坝体因不均匀沉降而产生断裂
（1）影响坝基沉降稳定的因素。坝基岩体的压缩变形量除与建筑物类型和规模有关外，还受坝基岩体的性质、构造因素影响。
由坚硬岩石构成的坝基，强度高、压缩性低，不会产生过大的沉降。但当坝基岩体中存在软弱夹层、断层破碎带和较厚的强风化岩层时，则有可能产生较大的沉降或不均匀沉降 （图5.5），甚至导致坝基破坏。
影响沉降的因素，除岩性和地质构造外，还要考虑软弱夹层的存在位置和产状，如图5.6所示：当软弱夹层在坝基中呈水平时，有可能产生沉降变形[图5.6 （a）]；若位于坝的上游坝踵处，沉降影响较小[图5.6（b）]；当位于下游坝趾处时，则易使坝体向下游倾覆[图5.6 （c）]。
图5.6 软弱夹层与坝基稳定示意图
选择坝址时应尽量避开软弱夹层、强风化层、断层破碎带等，当不能避开时，应采取工程措施予以加固。
（2）岩基容许承载力的确定。岩基的稳定性用“容许承载力”的指标来评价。岩基的容许承载力是指岩基在荷载作用下，不产生过大的变形、破裂所能承受的最大压强，一般用单块岩石的极限抗压强度除以折减系数得出，即
式中 [P]——岩基容许承载力，kPa；
Rg——岩石的饱和极限抗压强度，kPa；
K——折减系数。
折减系数K的含义，就一般而言，单块岩石容许承载力要远高于岩体的抗压强度，而用Rg去评价被各种结构面切割的岩体时，必须除以折减系数，才能评价岩体的容许承载力。
很显然，在选取K值时，对越是坚硬的岩体取值应越大。表5.1是根据国内一些工程的实践经验确定的K值，可供参考。
表5.1 确定承载力的折减系数表
2.坝基的抗滑稳定
坝基岩体在大坝重量及水压力的共同作用下产生的滑动破坏，是重力坝破坏的主要形式。坝基的抗滑稳定分析是大坝设计中的一个重要因素。
坝基岩体受力状态是复杂的，既承受垂直方向的作用力，还承受各种侧向的渗透压力和地震力等。坝基岩体的抗滑稳定除取决于上述各种力的综合作用外，还取决于岩体本身的性质，即岩体主要受软弱结构面及其性质控制。分析抗滑稳定，首先要着重进行地质条件分析，因为滑动总是沿着软弱结构面发生的，通过对各种软弱结构面的分析来确定坝基岩体的边界条件，然后再通过试验，结合地质条件等因素来确定抗滑稳定的计算参数。
（1）坝基滑动的破坏形式。按滑动面的位置可分为表层滑动、浅层滑动和深层滑动三种形式（图5.7）。
图5.7 坝基滑动破坏的形式
（a）表层滑动；（b）浅层滑动；（c）深层滑动
1）表层滑动。指坝体沿基岩表面（混凝土和岩石的接触面）滑动的形式。主要发生在坝基岩体坚硬完整、不具有可能发生滑动的软弱结构面。这是由于岩体强度远大于混凝土强度，或者是因施工质量差造成的。一般情况下，这种破坏形式较为少见。
2）浅层滑动。指坝基岩体软弱，或坚硬岩石表部的风化破碎层没有清除干净，以至于造成岩体强度低于坝体混凝土强度时，滑动面可能产生在浅部岩体之内，从而造成浅层滑动。浅层滑动面往往参差不齐，多发生在因工程清基不彻底的中小型坝体中。
3）深层滑动。发生在坝基岩体的较深部位，主要是沿着各种软弱结构面发生滑动的。滑动面常由两组或更多的软弱面组合而成。
（2）坝基滑动的边界条件分析。坝基岩体的深层滑动，除必须存在可能成为滑动面的软弱结构面外，还需具备将岩体切割分离成为不稳定滑移体的其他结构面，同时下游应有可供滑出的自由空间，这样才能形成滑动破坏。即岩体滑动的边界条件应具有三种边界面（图5.8）。
1）滑动面。指坝基岩体发生滑动破坏时，滑移体沿之滑动的结构面 （图5.8中的ABCD 面）。通常构成滑动面的有断层、泥化夹层、裂隙和层面等软弱结构面。
2）切割面。指将岩体切割开来，形成不连续块体的结构面。可分沿滑移方向的纵向切割面（图5.8中的ADE 面和BCF 面）和垂直滑移方向的横向切割面 （图5.8中的ABFE面），通常是由倾角较陡、甚至直立的结构面构成。
3）临空面。指滑移体与变形空间相临的面，而变形空间一般指滑移体向之滑动不受阻力或阻力很小的自由空间。临空面可分为两类：一类是水平临空面，如下游河床地面（图5.8中的CDHG面）；另一类是陡立临空面，如下游河床的深潭、深槽等构成的临空面。
图5.8 坝基滑动边界条件分析图
滑动面、切割面、临空面构成了坝基岩体滑动的边界条件，它们可以组成各种形状，常见的有楔形体、棱形体、锥形体、板状体四类（图5.9）。
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图5.9 坝基滑动体类型
（a）楔形体；（b）棱形体；（c）锥形体；（d）板状体
分析坝基岩体滑动的边界条件，也就是对坝基岩体稳定的定性评价。如果不存在滑动的边界条件，则坝基岩体是稳定的；如果边界条件不完全，都可认为岩体基本稳定。只有滑动边界的三个条件具备，岩体才有可能产生滑动，这时要进一步通过力学分析作出评价。
（3）坝基抗滑稳定计算公式。在坝基抗滑稳定验算中，目前常采用下列两种类型的公式进行计算 （假设滑动面为水平），如图5.10所示。
图5.10 抗滑稳定计算示意图
式中 Ks、K′s——抗滑稳定安全系数，一般Ks取值为1.0～1.1，K′s取值应大于2.5；
∑V——作用在滑动面上的各种垂直压力之和，kN；
∑H——作用在滑动面以上的水平力之和，kN；
U——作有在滑动面上的扬压力，kN；
c——滑动面的黏聚力，kPa；
A——滑动面的面积，m2；
f——摩擦系数。
式 （5.2）和式（5.3）的区别在于是否考虑黏聚力c的作用。式 （5.3）考虑了c值，认为滑动面处于胶结状态，适用于混凝土与基岩的胶结面及较完整的基岩。
（4）抗滑稳定计算中主要参数的确定。从式 （5.2）和式 （5.3）中可以看出，f、c值的大小对岩体稳定性影响很大。如果选值偏大，则坝基稳定性没有保证；反之则会造成工程上的浪费。
一般对f、c值的确定，常采用以下两种方法：
1）试验法。通过室内和现场试验确定f、c值。
2）经验数据法。参照已有工程试验数据和选值经验，结合拟建工程的工程地质条件分析对比来选取值f、c。表5.2是根据我国实践经验得出的摩擦系数f值，可供参考。
表5.2 坝基岩体摩擦系数 （f）经验数据表
注：E0为变形模量。
3.坝基处理
在任何地区，都很难找到十分新鲜完整、没有任何地质缺陷的基岩来作为大坝的地基。为保证大坝建成后能长期安全的运行，均需作一定的坝基处理。坝基经处理后，一般应达到：有足够的承载力，以承受坝体的压力；具有整体性、均匀性，不致产生过大的不均匀沉陷；增强坝体与基岩接触面及各类软弱结构面的抗剪强度，防止坝体滑动；增强抗渗能力，维持渗透稳定；增强两岸山体稳定，防止塌方或滑坡危及大坝安全。
常用的处理措施如下：
（1）清基。坝基岩体表层松散软弱、风化破碎的岩层以及浅部的软弱夹层等应开挖清除，使基础位于较新鲜的岩体之上。对于土石坝的清基要求，要较混凝土坝低。因为它可以以松散沉积层为坝基，所以清基时只需将表层的腐殖土、淤积土、高塑性软土、流砂层等压缩性大、抗剪强度很低的岩、土层清除掉即可。
对于风化速度较快的岩层，当基坑暴露时间较长时，应预留保护层或采取其他保护措施。此外，坝基面应略有起伏并尽可能向上游倾斜。
（2）岩体加固。为提高坝基岩体的强度和减少压缩变形及基坑开挖量，常采用以下措施予以加固。
1）固结灌浆。通过在基岩中的钻孔，将适宜的具有胶结性的浆液 （大多为水泥浆）压入到基岩的裂隙或孔隙中，使破碎岩体胶结成整体以增加基岩的强度。
2）锚固。当地基岩体中发育有控制岩体滑移的软弱面时，为增强岩体的抗滑稳定性，也采用预应力锚杆（或钢缆）进行加固处理。
3）槽、井、洞挖回填混凝土。当坝基下存在有规模较大的软弱破碎带时，如断层破碎带、软弱夹层、泥化层、囊状风化带、裂隙密集带等，则需要进行特殊的处理。
高倾角软弱破碎带主要处理方法有混凝土塞、混凝土梁、混凝土拱等。混凝土塞是将软弱破碎带挖除至一定深度后回填混凝土，以提高地基的强度 [图5.11 （a）]。当软弱破碎带岩性疏松软弱，强度很低且宽度较大时，则可采用混凝土梁或拱的结构形式，将荷载传至两侧坚硬完整岩体上[图5.11 （b）]。
图5.11 坝基处理混凝土塞、拱示意图
图5.12 缓倾角软弱破碎带的处理 （剖面图）
缓倾角软弱破碎带埋深较浅时可全部挖除，回填混凝土 [图5.12 （a）]，这样做最安全可靠。若埋藏较深时则需采用洞挖 （平洞或斜洞），深部开挖可配以竖井 [图5.12（b）]。当软弱破碎带倾向下游或上游时，可沿其走向每隔一定距离挖平洞，洞的顶部和底部均嵌入坚硬完整的岩层中，然后回填混凝土，形成混凝土键 [图5.12 （c）]以提高其抗滑能力。
（3）防渗和排水措施。大坝地基的防渗与排水措施十分重要，它是地基渗透变形和降低扬压力的重要手段。一般原则是：在大坝迎水面或其上游部位设置防渗措施，如灌浆帷幕等，尽量降低坝基的渗透水流。而在迎水面下游（即防渗帷幕后面）的坝基部分则设置排水措施，如排水井、孔等，以便降低渗透压力。
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