对于一些高坝，坝基所承受的竖向压力很大。通常100m高的混凝土重力坝，传到坝基上的自重压力即可达2MPa以上。这些荷载一方面会引起地基的变形，导致大坝沉降。当沉降变形量超过允许范围时，就会影响大坝的安全；另一方面，如果坝基岩土体承受的荷载超过其承载能力，就会遭受破坏，同样会危及大坝的安全。如美国的圣弗朗西斯重力坝就因坝基黏土石膏胶结的砂砾岩泡水软化造成沉降和滑移，发生溃坝，冲毁下游两岸村镇，造成400余人伤亡。

不同的坝型由于其结构的差异性，这方面问题的严重程度不一样。因为土石坝是由散体材料堆积而成，坝体上下游斜坡都比较平缓（多为1∶1～1∶3），故体积庞大。与混凝土坝相比，它传到坝基上的荷载较低，坝体适应变形的能力较强，一般不存在上述问题。

而一些高混凝土坝（包括混凝土重力坝、拱坝、支墩坝等），由于作用在坝基上的荷载较大，要求坝基具有较高的承载力。这类坝往往是以岩体为坝基，即便坝基强度满足要求，在如此大的荷载作用下，坝基也会出现一定的压缩变形。对于坚硬完整的岩体，变形模量值很高，压缩变形很小，当变形均匀一致时，对坝体的安全稳定没有明显影响。但当发生不均匀沉陷或一岸岩体变形较大时，则可使坝体中产生拉应力，从而发生裂缝，甚至使整个坝体遭到破坏。拱坝对两岸岩体的不均一变形尤其敏感，所以要求极为严格。

6.2.5.1　坝基承载力的确定

坝基承载力是指坝基能够承受荷载的能力。一般把坝基丧失整体稳定时的临界荷载称为极限荷载。坝基的承载力应能满足上部建筑荷载的要求并且应有一定的安全储备，一般以允许承载力表示。允许承载力是指在保证建筑物安全稳定的条件下，允许承受的最大荷载压力。它既要保证坝基不产生过大的沉陷变形，也不能产生破裂、剪切滑移等。

坝基允许承载力不仅取决于岩体强度、风化程度，还受到结构面强度及其空间组合形态的控制。因此，它不是单个岩块的抗压强度，而是岩体的综合强度。一般可利用抗压强度折减法、经验类比法及现场试验法等方法确定。

6.2.5.1.1　抗压强度折减法

岩体的基本特征是强度高、抗变形能力强，其承载力一般远高于土体。因而，在通常情况下采用天然岩体坝基即能满足地基的承载力要求。所以，除岩体特别破碎、软弱或工程重要，需做专门试验论证外，一般可根据经验值确定其允许承载力。其中一种方法是根据岩石饱和单轴抗压强度，结合岩体结构、裂隙发育程度进行相应折减，得到经验值。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011），对于完整、较完整和较破碎的岩石地基，承载力特征值f可根据岩石单轴饱和抗压强度Rb按下式计算：

式中：ψ——折减系数，根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合，由地方经验确定。无经验时，对完整岩体可取0.5，对较完整岩体可取0.2～0.5，对较破碎岩体可取0.1～0.2。

表6-9是《水利水电工程地质勘察规范》等规范给出的坝基岩体允许承载力经验取值，也是通过对岩石单轴饱和抗压强度进行折减获得的。

表6-9　坝基岩体允许承载力经验取值

抗压强度乘以折减系数是比较粗略的方法，仅适用于初期设计阶段或中、小型水利工程。以ψ值换算的承载力常较保守，如不能满足设计要求时，可按现场三轴压缩试验或荷载试验计算确定。

6.2.5.1.2　经验类比法

另一种确定坝基承载力的经验方法是经验类比法。它是据已建成的工程经验数据、工程特征和地质条件进行比较选取。国内一些规范都列出了岩石地基的承载力取值。例如，《工程岩体分级标准》（GB/T50218—2014）列出的基岩承载力基本值f0如表6-10所示；《铁路工程地质勘察规范》（TB10012—2007）列出的岩石地基基本承载力σ0如表6-11所示。

表6-10　基岩承载力基本值f0

表6-11　岩石地基基本承载力σ0

6.2.5.1.3　现场试验法

对于软岩或岩体内部存在软弱夹层、某些软弱构造带时，可以采用现场载荷试验或三轴压缩试验确定其允许承载力。这是按岩体实际承受工程作用力的大小和方向进行的原位测试，它较符合实际情况，试验可测出岩体的弹性模量、变形模量和强度等指标，可以直接用于计算坝或闸基沉陷量。这种方法准确可靠，但试验较复杂、费用较高，多在大中型工程中采用。

值得注意的是，岩体承载力与其风化程度有密切关系，风化越剧烈，承载力越低，特别是坚硬岩石组成的岩体，承载力随风化程度的变化更加明显。有些岩体风化速度很快，应引起足够重视。如第三系、白垩系的紫红色页岩、黏土岩等，当暴露在空气中后很快就会崩解破碎，有时在水的作用下，坝基岩体的表面还会形成泥质薄膜。又如凝灰页岩浸水几小时后，即可崩解为碎片。因此，对风化速度快的岩体，应采取保护措施，以保证其承载力。

6.2.5.2　坝基压缩变形与沉陷(www.daowen.com)

坝基岩体的压缩变形通常有均匀沉降和不均匀沉降两种形式，如图6-42所示。当地基由均质岩层组成时，坝基的变形与沉降往往也是均匀的，如图6-42（a）所示。当地基由非均质岩层组成，且岩性差异显著时，则将产生不均匀变形，如图6-42（b）所示。如果变形量，特别是不均匀变形量超过了允许限度，则坝基岩体将会遭受破坏，进而可导致坝体裂缝，甚至发生漏水或失稳。因此，在进行坝址选择时，应尽量选择均质岩层地基，地基的变形量要小于坝的设计要求。特别是支墩坝、拱坝这类对不均匀沉降极为敏感的坝型，对其坝基的沉陷、水平变形、向河床中心的侧向变形都要注意研究。

图6-42　坝基沉降变形方式

导致发生不均匀变形的地质因素主要有下列3个方面：

图6-43　坝体因不均匀沉陷而断裂

1.含砾黏土岩；2.砂砾石；3.花岗片麻岩；4.沉陷及裂缝

（1）岩性软硬不一，变形模量值相差悬殊。如图6-43所示，某坝基岩体由不同岩层组成，变形模量相差很大，结果引起较大的不均匀沉陷，导致坝体发生裂缝。一般情况下黏土页岩、泥岩、强烈风化的岩石以及松散沉积物，尤其是淤泥、含水量较大的黏性土层等，都是容易产生较大沉陷变形的岩层。如佛子岭水库的连拱坝，在12～14号垛基下，有强、全风化花岗岩未被清除，其变形模量仅为相邻新鲜完整岩体的3.3%，致使发生不均匀沉陷，导致拱圈、拱垛发生大量裂缝并渗水，危及大坝安全，虽经两次处理，仍未彻底根除。

（2）坝基或两岸岩体中有较大的断层破碎带、裂隙密集带、卸荷裂隙带等软弱结构面，尤其当张开性裂隙发育且裂隙面大致垂直于压力方向时，易产生较大的沉陷或压缩变形。

（3）岩体内存在有溶蚀洞穴或潜蚀淘空现象，产生塌陷而导致不均匀变形。

上述软弱岩层和软弱结构面的产状和分布位置对岩体变形也有显著影响，如软弱岩层分布在表层时，就容易发生较大的沉陷变形；分布在坝趾附近时（图6-44），则容易导致坝身向下游歪斜倾覆；而分布在坝踵附近时，则容易导致岩体的拉裂。

坝基的沉降变形还是一个非常漫长的过程，一般从坝体施工开始，一直持续到大坝建成，甚至在水库蓄水后的相当长时间内仍在继续。因此，大坝的沉降变形观测也是水库监测的一项重要内容。

图6-44　岩性不均一的坝基纵剖面

1.砂岩；2.页岩；3.断层带