水庫(kù)庫(kù)岸穩(wěn)定性的分析

洪 鑫

1 概述

人工活動(dòng)一方面依賴于地質(zhì)環(huán)境，另一方面又影響和改變地質(zhì)環(huán)境。水庫(kù)周邊岸坡在水庫(kù)初次蓄水時(shí)，其自然環(huán)境和水文地質(zhì)條件常發(fā)生強(qiáng)烈的改變，如巖土體浸水泡及強(qiáng)度的降低，庫(kù)水的漲落，引起地下水位波動(dòng)變化，從而導(dǎo)致岸坡內(nèi)動(dòng)、靜水壓力的變化，以及波浪沖刷作用加劇等，尤其是水庫(kù)邊岸再造或塌岸。

2 水庫(kù)邊岸的再造過程

塌岸是指在水庫(kù)建成蓄水后，因水位壅高，庫(kù)岸在新的外力因素(特別是波浪作用和水位變化)作用下，發(fā)生不斷崩塌，水庫(kù)岸線逐漸后退的現(xiàn)象。水庫(kù)蓄水最初幾年內(nèi)塌岸表現(xiàn)最為強(qiáng)烈，隨后漸漸減弱，可以延續(xù)幾年甚至十幾年以上，因而它是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢演變的過程。塌岸一般發(fā)生在平原或盆地水庫(kù)，由松散地層組成的庫(kù)岸地段。其發(fā)展過程一般是:首先由于水的浸濕、波浪的沖刷等外力作用，庫(kù)岸形狀、土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響岸壁穩(wěn)定，岸壁出現(xiàn)小規(guī)模崩塌、塌滑或滑動(dòng)等破壞。然后，這些堆積于坡腳的破壞產(chǎn)物，在波浪等作用下不斷被搬運(yùn)分選，在水下堆積成淺灘，而在坡腳再次發(fā)生堆積破壞。如此循環(huán)，岸線逐漸后退，淺灘逐漸增長(zhǎng)，隨著淺灘的增長(zhǎng)，擊向岸壁的波浪能量的損失也逐漸增加，直至達(dá)到適應(yīng)水庫(kù)水文條件的最終塌岸寬度為止。

3 水庫(kù)塌岸因素的分析

1)地質(zhì)因素。主要是指組成岸坡的巖性、巖層結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)、物理地質(zhì)作用、裂隙發(fā)育程度以及物理力學(xué)性質(zhì)等因素。巖性和巖層結(jié)構(gòu)是指巖層的產(chǎn)狀、上下層序、各層出露位置等直接影響塌岸的規(guī)模。水文地質(zhì)條件是指由于水庫(kù)蓄水而引起庫(kù)岸水文地質(zhì)條件的變化，如隨著水庫(kù)的蓄水，庫(kù)岸地下水的埋藏條件及水位動(dòng)態(tài)相應(yīng)發(fā)生變化，不僅使巖土體的物理力學(xué)、水理性質(zhì)改變，土體的濕化也破壞了土體的結(jié)構(gòu)，從而大大降低了土體的抗剪強(qiáng)度和承載能力。其次由于地下水位的壅高，地下水的坡降減緩，流速減慢，導(dǎo)致土體內(nèi)地下水的動(dòng)水壓力降低，而當(dāng)庫(kù)水位迅速消落時(shí)，動(dòng)水壓力增大，對(duì)庫(kù)岸的穩(wěn)定不利。物理地質(zhì)作用主要是指風(fēng)化、滑坡、崩坍等各種物理地質(zhì)作用。

2)水文因素。主要包括水流速度、水庫(kù)動(dòng)態(tài)、各種水位的持續(xù)時(shí)間、波浪作用等。流水沖刷是水庫(kù)上游庫(kù)岸塌岸的重要因素，水庫(kù)下游因流速緩慢，一般只在洪水期才可能沖刷岸坡，當(dāng)岸坡巖石被沖刷速度超過巖石的抗沖刷臨界流速時(shí)，組成岸坡的巖石即被破壞、粉碎、堆積于水下，波浪作用對(duì)塌岸的影響表現(xiàn)在擊岸浪對(duì)岸壁土體的淘蝕和磨蝕，不僅在一定的浪高帶內(nèi)沖淘破壞庫(kù)岸，而且還波及到水下一定深度，影響水下邊坡的穩(wěn)定。當(dāng)水深逐漸等于浪高時(shí)，波浪就局部或全部消失，波浪作用的強(qiáng)烈程度與波高、波速以及波浪作用于岸坡的方向有關(guān)。

3)地形因素。地形因素主要是指庫(kù)岸的高度、坡度、水上水下岸坡形態(tài)、岸線的曲率以及庫(kù)岸的切割程度等。它們對(duì)塌岸的形式、速度、塌岸量和淺灘的形態(tài)都有較大影響。如高而陡的庫(kù)岸一般塌岸量大，水下岸形陡直、岸前水深的庫(kù)岸波浪對(duì)岸壁的作用強(qiáng)烈，突嘴的凸岸三面臨水塌岸嚴(yán)重。

4)其他因素。包括坡面植被情況、庫(kù)岸形狀、河水中的含砂量、當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)、凍融作用、浮冰以及大氣降水等。

4 庫(kù)岸邊坡的破壞類型及穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

水庫(kù)邊坡常見的變形破壞形式有:滑坡、塌岸和巖質(zhì)庫(kù)岸的崩塌?；碌陌l(fā)生與岸坡的地形地質(zhì)條件，例如坡面形態(tài)，排水條件，物質(zhì)組成，巖體結(jié)構(gòu)以及水文、氣象等條件有密切關(guān)系。水庫(kù)滑坡多屬老滑坡復(fù)活，新生滑坡較少，水庫(kù)的滑坡按一般邊坡分析方法作穩(wěn)定分析，常用的是剛體極限平衡法。邊坡抗滑穩(wěn)定程度以穩(wěn)定系數(shù)表示，穩(wěn)定系數(shù)是它自身的抗滑力與滑動(dòng)力的比值。為保證安全要求達(dá)到的最低穩(wěn)定系數(shù)稱為安全系數(shù)，參照各國(guó)經(jīng)驗(yàn)，在水庫(kù)正常工作狀態(tài)下，近壩庫(kù)岸，重要城鎮(zhèn)及建筑物所在庫(kù)岸，安全系數(shù)在1.2～1.3之間;較次要庫(kù)岸，安全系數(shù)在1.1～1.2之間;一般庫(kù)岸安全系數(shù)在1.05～1.1之間，在短暫和偶然工作狀態(tài)，如暴雨，久雨，庫(kù)水驟降和地震條件下，安全系數(shù)應(yīng)適當(dāng)降低，但需要滿足不小于1的要求，當(dāng)確知庫(kù)岸破壞難以防護(hù)，又不會(huì)造成較大損失，允許其發(fā)生可以預(yù)料或可以控制的破壞。例如中國(guó)李家峽壩前1號(hào)，2號(hào)滑坡，經(jīng)研究論證蓄水后不會(huì)發(fā)生整體性劇滑，決定嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，僅作局部處理。

除滑坡外，巖質(zhì)水庫(kù)岸坡另一種常見的失穩(wěn)是巖崩，多發(fā)生在岸坡陡峻，巖性堅(jiān)硬，呈厚層狀，岸坡卸荷裂隙發(fā)育的巖體中，尤其是當(dāng)岸坡巖體結(jié)構(gòu)呈上硬下軟或下部有采空區(qū)的岸坡，極易產(chǎn)生大型巖崩。

5 塌岸的一般預(yù)測(cè)方法

預(yù)測(cè)的方法有很多，包括計(jì)算法，圖解法，類比法，實(shí)驗(yàn)法等。預(yù)測(cè)塌岸時(shí)，一般以工程地質(zhì)分析法劃分穩(wěn)定和不穩(wěn)定區(qū)，可以根據(jù)水面長(zhǎng)度和風(fēng)向，風(fēng)速及其分布頻率，采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算浪高和浪爬高度，根據(jù)對(duì)蓄水前河岸邊坡或相同巖性的其他水庫(kù)邊坡的調(diào)查，采用類比原則以及圖解或計(jì)算方法，預(yù)測(cè)出最終塌岸范圍，也有用波浪沖刷能量法預(yù)測(cè)塌岸范圍的?？梢愿鶕?jù)岸坡破壞進(jìn)展速度，預(yù)測(cè)一定期限內(nèi)的塌岸范圍，劃分10年，50年和永久塌岸區(qū)。

6 水庫(kù)塌岸防治的措施

水庫(kù)塌岸的防治是通過在塌岸段修造防護(hù)體，以減緩或阻止庫(kù)水對(duì)岸坡的浪蝕作用。通?？梢圆捎脪伿?，草皮護(hù)坡，砌石護(hù)坡，護(hù)岸墻，防波堤等措施。

7 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)蓄水后引發(fā)了一系列的工程地質(zhì)問題，加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)蓄水后庫(kù)岸的動(dòng)態(tài)觀測(cè)及對(duì)其引發(fā)的周圍環(huán)境的變化的論證是關(guān)系到水庫(kù)能否安全運(yùn)營(yíng)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全的大事。

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