维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期 ２００７年８月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＮＯ．４ Ａｕｇ ２００７ 工程地质类比法在水库塌岸预测中的应用 周代荣 ，张丙先 （１．韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东韶关 ５１２０２５； ２．长江水利委员会长江岩土工程总公司，湖北武汉摘４３００１０） 要：将水库各设计水位下不同岩性的岸坡稳定坡角与自然条件类似情况下的岸坡稳定坡角进行类比，预测最终塌岸 宽度，克服了其它预测方法对水库塌岸形成过程及影响因素考虑不全面的缺点，在工程的实际应用中取得了良好的效果。 关键词：水库塌岸；预测；工程地质类比法 中图分类号：Ｐ６４２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－０１ｌ２（２００７）０４－００１３－０３ 在河流上修建水库以后，区域环境工程地质条件将 发生变化，引起水库岸坡形状及稳定性亦随之变化，常 发生塌岸现象，不仅危害沿岸分布的工矿、企业、村镇、 明显的变化，因而预测其岸坡再造规模的必要性不大。 岸坡原有的崩滑体、潜在的蠕滑体，在库水和地下水的 作用下，往往会发生突然性的大规模崩滑，其影响范围 与其分布范围有关。因此，本文所指的水库塌岸预测是 针对疏松土石体或软质岩石构成的岸坡而言。 ２水库塌岸的过程 码头、道路、桥涵、输电线路等，而且坍塌的土石体会造 成水库淤积，因此，进行水库塌岸预测具有重要的意义。 但水库塌岸是多种因素综合作用的结果，形成过程十分 复杂，虽然预测方法有多种，但大多有局限性，很难全面 水库塌岸的过程，就是在水库水的作用下原岸坡的 考虑其影响因素。考虑到河流在其形成过程中，岸坡已 经经历了一个由不稳定到稳定的改造过程。而水库塌 岸的过程实际上就是岸坡再造的过程，水库蓄水后新的 稳定岸坡与自然条件下的稳定岸坡具有可比性。基于 以上观点，采用工程地质类比的方法预测水库塌岸的影 破坏和新岸坡的形成过程。水库蓄水到一定高程时，库 岸岩土体遭受浸水和波浪的冲蚀以及岸边张裂隙的发 育而开始坍塌。破坏的快慢决定于岩土体的强度和结 构以及波浪能量的大小。如果原始岸坡较高，经过一段 时间便在冲蚀的地方形成浪蚀龛及由坍落物在水下斜 坡初步形成浅滩的雏形。随着浪蚀龛的加深，上部岩土 响范围，对塌岸治理、移民搬迁具有重要的意义。 １ 概述 体受重力作用而塌方，岸壁随之后退。塌落物质部分被 沿岸流运走，部分被浪运向深处堆积下来，使浅滩逐渐 发展壮大。由于水库放水，使库水消落至较低位置，在 此库水位附近出现浪蚀龛和岸坡后退以及浅滩加宽，上 水库建成后，水库回水使沿岸地区的自然条件发生 显著的变化，特别是在水库上游水面比较开阔的沿岸地 区，由于水位的升高造成河流局部侵蚀基准面和地下水 位的抬高，原来处于干燥状态的土石体遭受库水的浸湿 或浸泡，并引起水文动态的变化，使波浪成为地表水流 改造岸坡的主要营力。对于抗冲刷能力较弱的疏松土 部受冲蚀而变得更平缓。水库蓄水再次到高水位时继 续掏蚀库岸，使岸壁后退，并到第二次消落水位时使浅 滩继续扩大。由于水库高低水位不断轮回变化使边岸 不断改造。水下浅滩的发展减小了近岸带的水深，加长 石体或软质岩石构成的岸坡，在一个不太长的时期里会 以剥落、崩塌、座落、滑坡、滑塌等形式遭受破坏，岸线节 节后退，坍塌的土石体部分堆积于水下形成浅滩。随着 岸壁逐渐后退和浅滩逐渐扩大，到一定程度就稳定下 来，形成新的稳定岸坡的过程称为水库塌岸。 对于抗冲刷能力较强的硬质岩石构成的库岸，岸坡 再造的后退速度很缓慢，在水库运行期间不大可能发生 了波浪击岸的路程，削弱了波浪冲蚀库岸的能力，从而 减慢了库岸再造的过程。同时，破坏产物来源的减少． 了浅滩本身的继续发展。当浅滩增长到足以消耗 奔向库岸的波浪的全部能量时，冲蚀和堆积就基本停止 下来，库岸不再后退，水下浅滩停止发展，水上和水下岸 坡都达到相对稳定状态。 收稿日期：２００７－０４．１９ 作者简介ｉ周代荣（１９７５．），男，大学本科，工程师，从事水文地质及工程地质勘测工作。 ・１３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 第４期 周代荣．等：工程地质类比法在水库塌岸预测中的应用 Ｎｏ．４ Ａｕｇ ２００７ ３影响水库塌岸的因素 ４．１水库塌岸的预测方法 影响水库塌岸的因素有水文地质、库岸形态、库岸 岩性和地质结构及其他因素。 ３．１水文地质 水库塌岸是多种因素综合作用的结果，库岸的原始 坡度和形态、地层岩性、地质结构和岩体构造是内在因 素，而库水位变化幅度和持续时间、波浪等作用是外因。 因此，必须在综合考虑各因素的基础上，抓住主导因素， 才能正确分析水库塌岸的发展趋势，从而作出可靠的预 测。河流在其形成过程中，岸坡经历了一个由不稳定到 水库回水的抬升促使地下水位上升，引起库岸岩土 体的湿化和物理、力学、水理性质改变，破坏了岩土体结 构，从而大大降低其抗剪强度和承载力，易于塌岸的发 生；随着库水位的上升，地下水位亦上升，地下水的坡降 减缓，动水压力降低，暂时有利于库岸的稳定；当库水再 度消落时，却又增加了地下水的动水压力，库岸的稳定性 又显著降低。 ３．２ 库岸形态 稳定的改造过程，而水库塌岸正是库岸由不稳定到稳定 的再造过程，两者类似。且是发生在同一岸坡上，其所 处地理地质环境相同，影响因素具有可比性。根据一些 工程中水库塌岸预测的经验，工程地质类比分析法是一 个较好的方法，叙述如下。 库岸形态指的是岸高、岸的坡度、库岸的沟谷切割 及岸线弯曲情况等。库岸愈高、愈陡，塌岸就愈严重；反 之，则轻微。水下岸形陡直，岸前水深的库岸，波浪对库 岸的作用强烈，塌落物质被搬运也较快；一般当地形坡 度小于ｌ０。时，便不发生塌岸。在平面形态上，支沟发 以河流年平均枯水位、年平均洪水位为界，将天然 岸坡划分为３带：年平均枯水位以下为水下岸坡带、年 平均枯水位～年平均洪水位之间为水位变动带、年平均 洪水位以上为水上岸坡带，与水库运行期死水位以下库 岸长期处于水下、死水位～正常蓄水位库岸受库水变动 的影响、正常蓄水位以上基本不受库水影响逐一对应。 通过对天然岸坡各带稳定坡角的统计，确定类似条件 （包括岸坡形态、地层岩性、地质结构等）下水库塌岸的 稳定坡角。采用图解的方法，以各带类似条件下岸坡的 育，地形切割严重、岸线弯曲的库岸塌岸严重，特别是突 咀，凸岸三面临水，坍塌严重，平直岸和凹岸则较轻微。 ３．３库岸岩性和地质结构 各种岩、土边坡具有不同的抗剪强度和抗冲刷能 力，它们决定塌岸的范围和塌岸的类型。一般由前第四 系层状、块状、坚硬、半坚硬岩类组成的库岸，可以维持 较大的稳定边坡，基本不存在塌岸问题；由层状松散、半 胶结、半固结岩类组成的库岸，一般塌岸现象较轻；由松 散粉细砂层、黄土类土组成的库岸，抗冲刷能力小，浸水 后产生湿陷、崩解，塌岸现象最为严重。 当岸坡基岩中的结构面发育，存在不稳定组合体， 水库蓄水后，会降低库岸的稳定性，诱发产生塌岸或滑 坡，对工程造成危害。 ３．４其他因素 稳定坡角连线代表最终库岸再造线，据此进行水库塌岸 范围的预测。 ４．２水库塌岸预测实例 ４．２．１ 某水库土质岸坡塌岸预测 采用野外实测剖面的方法对工程区及周缘水下岸 坡带、水位变动带、水上岸坡带的稳定坡角进行了统计。 在对库岸稳定坡角统计的基础上，提出成库后在未护坡 状态下，土质岸坡的坡度建议值（见表１）。依据以上坡 度建议值，对工程区土质岸坡采用图解法进行最终坡形 预测（见图１）。 影响水库塌岸的其他因素有地震、结冰、淤积、植 被、风化作用、地表水流的冲刷、滑坡、崩塌等。 ４水库塌岸的预测方法及应用 ４．２．２某水库后期续建工程塌岸预测 画早期冲硼回蝴冲硼巨亘囊垃积层回吾秉 ・圈砂囫糟±一Ｖ／－／＇Ａ粘土四痒块石灶圈葛 图１塌岸预测示意 ｌ４・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 第４期 广东水利水电 Ｎｏ．４ Ａｕｇ ２００７ 表ｌ 土质岸坡未护坡状态坡度建议值（单位：。） 表２ 库岸稳定坡角取值（单位：。） 初期工程建成后经３０ ａ的运营，初期正常蓄水位 以下土质岸坡已基本达至平衡状态，红层软质岩岸坡再 造已部分完成，岩浆岩、灰岩岸坡受库水影响轻微，基本 上不发生库岸再造。对天然宽河道及浅湾区的典型岸 坡实测地形断面，并分别对不同岩性的岸坡在初期正常 蓄水位以上、水位变动带的稳定坡角进行统计。 稳定库岸形态，避免了其它方法对塌岸影响因素和形成 根据统计成果进行类比，后期工程水库塌岸的稳定 过程考虑不全面的缺点，且简单易行。工程实践表明， 坡角取值见表２。再根据岸坡影响因素所起的作用选 采用这种工程地质类比的方法对水库塌岸进行预测是 取最终稳定坡角，采用图解法进行水库塌岸预测。 可行的。 ５ 结语 参考文献： 水库塌岸是多种因素综合作用的结果，其形成过程 ［１］ 陆兆溱．工程地质学［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８９． 复杂。将水库塌岸的过程与河道稳定岸坡的形成过程 ［２］林宗元．简明岩土工程勘察设计手册［Ｍ］．北京：中国建 进行类比，以河道各带的稳定岸坡来预测类似条件下的 筑工业出版社． （上接第１２页） ３．２下游消能防冲设施 设帽梁，单元槽段长为６ ｍ。混凝土地下连续墙施工不 由于原有的消能防冲设施已经毁坏，因此必须对其 受地下水的影响，墙体可封住砂层，与传统防冲槽相 重建。根据水工模型试验成果及其优化方案建议，并结 比不易变形，防冲及封砂效果较防冲槽好，造价亦相 合本工程的实际情况，将原消力池改造成下游连接段， 当。 长为１１ ｍ。具体如下：在原消力池位置进行固结灌浆 ４ 结语 后，浇筑Ｃ２５砼；新建Ｃ２５钢筋砼消力池底高程为 上述工程除险加固措施已在实施，工程进展顺利， ｌ７．００ ｍ，深为１．０ ｍ，厚为０．７ ｍ（其中斜坡段厚为０．８ 水下工程于２００７年２月上旬完工，下游消能防冲设施 ｍ），总长为５６ ｍ，其中水平段长为１５ ｍ，斜坡段长为４１ 经过多次泄水检验，其消能效果符合设计要求，也与水 ｍ，以１：７．４的坡度与闸后连接段连接。在消力池内 工模型试验成果吻合。待工程竣工后将可消除河道下 增设消力墩，以增加消力池内水流的消能率；消力池下 切对拦河坝安全的威胁，保证工程安全运行。 接Ｃ２５钢筋砼护坦，长为１０ ｍ，宽为２１４．４ ｍ；在护坦末 流溪河梯级拦河坝均有不同程度的河床下切、下游 端设Ｃ２５钢筋砼海漫，海漫末端高程为１７．０ ｍ，长为ｌ５ 水流衔接不顺、消能设施效果不理想等现象，直接威胁 ｍ０ 拦河坝的安全。今后，随着建筑业的发展，河道采砂行 为避免日后河床继续下切以致影响水闸的消能防 为仍有可能继续，而河床来砂量却得不到及时补充，为 冲设施，海漫的末端采用混凝土地下连续墙代替传统的 此，建议沿河拦河坝应采取加固措施进行加固，以保证 防冲糟。在护坦末端设Ｃ２５钢筋砼齿墙（地下连续 拦河坝的安全和两岸人民生活及生产用水的需要。 墙），深为６．５ ｍ，底高程为９．５ ｍ，厚度为０．８ ｍ，顶部 ・ｌ５・
