南村水庫庫區(qū)土質岸坡塌岸預測及評價

賈曉華

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

南村水庫位于黎城縣南村東部濁漳河流域一沖溝內，是一座以農業(yè)灌溉為主，兼顧工業(yè)及生活用水的小型水利樞紐工程。水庫擬建壩型為均質土壩，壩頂高程804.2 m，壩頂長236 m，壩頂寬4 m，總庫容119.07萬m3，正常蓄水位803.2 m。距上游已建的三聯(lián)壩水庫約1.6 km，距下游已建的塔坡水庫約2.1 km。庫區(qū)兩岸為黃土塬、黃土梁，岸坡陡立，坡度40°～75°，最大相對高差35 m。水庫建成后，隨著庫水位的上漲，在多種因素的綜合作用下，不可避免地會產(chǎn)生水庫塌岸，對周邊環(huán)境及水庫的運行極為不利，因此對水庫塌岸預測非常重要。

2 庫區(qū)地形地質條件

南村水庫所處地貌為山間傾斜平原區(qū)，為低中山與盆地過渡段。庫區(qū)地貌按成因為侵蝕地貌，侵蝕地貌主要為黃土梁、峁及沖溝，庫區(qū)內沖溝發(fā)育，呈樹枝狀分布，庫區(qū)所處溝谷兩岸土質岸坡，溝底高程由壩址至庫尾為 785～807 m，溝谷寬 14～135 m，呈“U”型。

庫區(qū)兩岸上部地層為第四系上更新統(tǒng)洪沖積物，巖性為淺黃、土黃色低液限粉土、低液限黏土，其物理力學指標天然含水率為6.3%～13.1%，孔隙比1.010～1.182，砂粒含量1.5%～2.6%，粉粒含量76.1%～80.2%，黏粒含量18.1%～21.4%，飽和抗剪凝聚力10.5～19.7 kPa，平均值 14.6 kPa，內摩擦角 15.0°～18.5°，該層厚0～5 m。下部地層為第四系中更新統(tǒng)洪積物，巖性以淺紅—紅褐色低液限黏土為主，夾卵石混合土透鏡體及鈣質結核層，有3～4層褐紅色古土壤帶，垂直節(jié)理裂隙較為發(fā)育，裂隙面較寬、延伸長。低液限黏土物理力學指標天然含水率為8.2%～17.2%，孔隙比0.637～1.039，砂粒含量 0.8%～12.0%，粉粒含量62.3%～82.2%，黏粒含量16.5%～33.3%，飽和抗剪凝聚力 10.9～24.3 kPa，內摩擦角 15.5°～20.0°。該層厚 60～100 m。

3 塌岸型式及影響因素

3.1 塌岸型式

根據(jù)庫岸地形地質條件及附近現(xiàn)有水庫庫區(qū)塌岸調查，庫區(qū)塌岸型式可分為崩塌型和滑塌型兩種。

崩塌型：多發(fā)生在由低液限黏土、低液限粉土組成的低岸，或下部為砂層、卵石混合土層，上部為低液限黏土、低液限粉土所組成的高岸。庫區(qū)兩岸為低液限黏土、低液限粉土，局部夾卵石混合土透鏡體及鈣質結核層，低液限粉土、低液限黏土中粉粒粒組含量大，且分布有褐紅色古土壤帶，垂直節(jié)理裂隙較發(fā)育。庫區(qū)水位上升后，在水位消落范圍內，兩岸土體將變形而失去平衡，沿節(jié)理面迅速崩落，這些崩塌物被水逐漸搬運帶走，兩岸土體出現(xiàn)漸變破壞。最終水位變動帶內及變動帶上下以各自的穩(wěn)定坡角而存在。這類塌岸型式在庫區(qū)兩岸分布范圍廣，發(fā)展速度快。

滑塌型：現(xiàn)狀水庫兩岸岸坡天然坡度40°～75°，局部存在崩塌，但總體較為穩(wěn)定。水庫蓄水后，兩岸水文地質條件將發(fā)生改變，坡腳土體受水浸泡，物理力學性質發(fā)生變化，土體抗剪強度將降低。此外，在庫水位變動下，兩岸土體內地下水流動會產(chǎn)生滲透壓力。庫岸土體可能造成坐塌、局部或整體滑坡。這種塌岸型式發(fā)展較慢，但形成的塌岸寬度和塌岸量較大且主要發(fā)生在庫區(qū)受風浪影響較小的支溝內。

3.2 影響塌岸因素

第一，庫岸形態(tài)及物質組成。庫岸形態(tài)及物質組成與土層性質是影響水庫塌岸的內在因素。南村水庫庫區(qū)兩岸天然岸坡陡立，支溝發(fā)育，地形切割嚴重，沖溝形態(tài)及岸線彎曲多變。庫岸由黃土狀低液限粉土、低液限黏土組成，局部存在卵石混合土透鏡狀和鈣質結核層，垂直節(jié)理較發(fā)育，這類土粉粒粒組含量大，結構松散，遇水易發(fā)生崩解，抗沖刷能力差，在岸坡較陡的情況下塌岸速度較快。

第二，風浪作用。風浪作用是水庫塌岸及淺灘形成的主要外力。波浪對塌岸的影響主要表現(xiàn)為擊岸波浪對岸壁土體淘刷與磨蝕，以及對塌落物質進行搬運，從而加速塌岸。擊岸波浪的浪高與風速、風向、風在自由水面的吹程及水深等因素有關。南村庫區(qū)支溝河道較狹窄、風速不大，風浪影響較小。但庫區(qū)沖溝坡降較大，初期蓄水后，隨著水位的升降，塌落堆積物被搬運的速度較快。且?guī)烊葺^小，兩岸塌落堆積物形成淤積，對水庫庫容影響大。

第三，凍融變化。岸坡土體孔隙中的水反復結冰和解凍會破壞土體結構，使土體強度降低，最終導致岸坡破壞。南村水庫庫區(qū)屬東部季風區(qū)暖溫帶半濕潤地區(qū)，大陸季風氣候明顯，冬季天氣寒冷，晝夜溫差較大，最低氣溫-22℃，岸坡土體會發(fā)生凍融變化，對岸坡穩(wěn)定不利。

4 庫區(qū)長期塌岸寬度預測及評價

根據(jù)上述計算方法，在南村水庫庫岸兩側選取5個典型剖面進行了長期塌岸寬度預測計算。經(jīng)計算，庫區(qū)各段土質岸坡最終塌岸帶寬度介于39.7～84.2 m之間，正常蓄水位803.2 m時庫岸塌岸方量為154.2萬m3。此外，南村水庫與上游三聯(lián)壩水庫處于相似地貌單元。經(jīng)過現(xiàn)場調查，三聯(lián)壩水庫建成至今，庫岸土體在庫水不斷淘蝕及沖刷作用下不斷后退，目前庫岸大多為直立岸坡，后退距離一般15～20 m，最大后退距離約50 m。

南村水庫為小型水庫，總庫容為119.07萬m3，庫區(qū)土質岸坡預測塌岸方量達到154.2萬m3，對水庫運行及大壩安全造成威協(xié)，建議對庫區(qū)土質岸坡削坡或防護處理。

5 結論與建議

南村水庫建成蓄水后，在多種因素的綜合作用下將發(fā)生庫岸再造。計算結果表明，庫區(qū)各段土質岸坡最終塌岸帶寬度介于39.7～84.2 m之間，庫岸塌岸方量為154.2萬m3。其總量超過庫容，建議對兩岸主要塌岸段進行削坡處理。此外，大壩壩型為均質土壩，庫區(qū)兩岸第四系中、上更新統(tǒng)低液限黏土均可作為土料使用，庫區(qū)兩岸土質岸坡削坡土料可作為上壩土料。