佛寺水庫庫岸穩(wěn)定及庫區(qū)塌岸分析與預測

摘 要：通過對佛寺水庫庫區(qū)塌岸勘察及水庫運行后的塌岸分析和最終塌岸寬度進行預測，評價塌岸對工程、水庫運行以及對塌岸區(qū)和周邊環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：水庫；塌岸；分析；預測

1 概述

佛寺水庫總庫容1.45億立方米，是一座具有防洪、供水、養(yǎng)魚等綜合效益的大（二）型水利工程。水庫庫區(qū)三面由丘陵環(huán)抱，北高南低，中間為一帶狀河谷，山脊走向大致是北東-南西向，其上第四系坡殘積覆蓋層較厚，沖溝發(fā)育，為剝蝕地形和侵蝕堆積地形。壩址上下游河谷開闊，唯壩址兩岸岸坡較陡，壩址處河谷呈“U”字型，河床寬 530m。水庫庫區(qū)范圍內(nèi)巖性主要由震旦系硅質(zhì)灰?guī)r及中生界侏羅系上統(tǒng)吐呼嚕組（J3t）噴出安山巖，角閃安山巖、集塊巖、角礫巖、凝灰?guī)r及灰色砂巖、礫巖、頁巖等組成，第四系沖積的壤土、砂壤土分布在兩岸臺地和山坡上，沖積砂卵石層和砂土主要分布在河床中。水庫四周為低山丘陵，雖然經(jīng)過幾十年的水庫運行，但是正常蓄水位達到140m的機會不多，水庫四周還沒形成最終穩(wěn)定的岸坡，左岸近壩庫區(qū)邊坡的塌岸仍在繼續(xù)，隨著水庫的進一步淤積，140m蓄水位到達的機會會逐漸加大，岸坡的再造進一步發(fā)展，形成新的庫岸再造。庫岸穩(wěn)定成為影響水庫運行和周邊環(huán)境的主要因素。

2 庫區(qū)塌岸勘察

根據(jù)勘察，水庫主壩左岸上游庫岸邊坡主要由粉質(zhì)黏土組成，高度2.5～6.5m，近直立，局部塌滑嚴重，邊坡未采取任何防護措施，邊坡后緣長度約50m，上部植被茂盛，未見明顯拉裂縫，局部風化程度較強烈，上不可見雜草叢生。當遇連續(xù)強降雨或者暴雨、強地震、巨大風浪淘刷等情況下，壩體左岸邊坡可能出現(xiàn)整體滑動或局部崩塌。

3 庫岸穩(wěn)定及塌岸分析預測

（1）庫岸類型：根據(jù)水庫四周的地層巖性特征和出露位置可將庫岸邊坡劃分為土質(zhì)岸坡、基巖+土質(zhì)岸坡、基巖岸坡。

（2）庫區(qū)塌岸分析預測：水庫四周為低山丘陵，幾十年的水庫運行中，達到正常蓄水位140m的機會不多，水庫四周還沒形成最終穩(wěn)定的岸坡，左岸近壩庫區(qū)邊坡的塌岸仍在繼續(xù)，隨著水庫的進一步淤積，140m蓄水位到達的機會會逐漸加大，岸坡的再造進一步發(fā)展，有必要對水庫的塌岸進一步分析預測。

水庫塌岸預測的目的是對水庫運行后的最終塌岸寬度進行分析預測，評價塌岸對工程及水庫運行以及對塌岸區(qū)和周邊環(huán)境的影響。本次選取長期預測的E.F.卡丘金公式法進行岸坡塌岸的預測評價，并結(jié)合工程類比，最終確定塌岸的寬度?？ń鹎锕椒ㄊ撬畮熳罱K塌岸預測的常用方法。

E.F.卡丘金計算公式如下：

St=N[（A+hp+hB）ctgα+（H-hB）ctgβ-（A+hp）ctgγ]

式中：St-塌岸寬度（m）；A-庫水位變化幅度（m）；H-正常蓄水位以上岸坡高度（m）；γ-原始岸坡坡角（度）；α-水下淺灘坡角（度）；β-水上穩(wěn)定坡角（度）；hB-波浪爬高（m），取0.1～0.8倍浪高；hp-波浪影響深度（m），相當于1～2倍浪高；N-與組成岸坡的土粒有關(guān)的系數(shù)，N值的大小是根據(jù)組成岸坡的物質(zhì)結(jié)構(gòu)來確定的，根據(jù)佛寺水庫岸坡黃土，N取0.8。

a.水下淺灘穩(wěn)定坡角（α）：α的大小不僅與巖性有關(guān)，還與浪高有關(guān)。據(jù)E.F卡金丘提出的不同種類濱海淺灘水下穩(wěn)定坡角關(guān)系曲線圖查得：粉土為2.0°～4.5°，粉質(zhì)粘土3.5°～6.7°，半膠結(jié)粘土6°～8°。佛寺水庫塌岸影響地層主要為壤土（Q4al），巖性以中粉質(zhì)壤土為主，考慮水庫供水情況，按照常規(guī)情況計算塌岸量偏大，據(jù)蔣改山等人研究（見人民黃河2009年03期《無定河流域水庫塌岸預測研究》），新橋、王圪堵水庫低液限粘土調(diào)查值為16～17.5°，對比佛寺水庫地質(zhì)資料，佛寺水庫岸坡巖性為更新統(tǒng)中粉質(zhì)壤土，水下坡角取12°比較適合。

b.水上穩(wěn)定坡角（β）：水庫區(qū)岸坡下部基巖穩(wěn)定性較好，上部黃土強度較高，自然坡度可達60°以上。綜合庫區(qū)黃土特征，參考其他水庫塌岸資料，佛寺水庫壤土β取50°～60°。根據(jù)調(diào)查，137m高程以下已經(jīng)形成比較穩(wěn)定的水下坡角，按正常蓄水位140m考慮，水位變幅3m。采用作圖法預測水庫塌岸寬度，根據(jù)不同斷面計算結(jié)果，水庫塌岸寬度5-20m。根據(jù)公式法計算結(jié)果為10-18m。

水庫庫區(qū)及周邊無大的區(qū)域性斷裂，基巖地震動峰值加速度為0.1g，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。水庫正常蓄水位以上，多為土質(zhì)邊坡，現(xiàn)狀條件下部分較陡邊坡仍存在塌岸現(xiàn)象，隨著正常蓄水位的抬升，塌岸將進一步發(fā)展，范圍擴大，近壩庫區(qū)左岸邊坡會受到明顯的影響，塌岸寬度按5～20m考慮。塌岸影響范圍約600m。

（3）庫岸邊坡的塌岸破壞。經(jīng)調(diào)查，水庫四周大部分為土質(zhì)邊坡，經(jīng)長期運行，在137m高程以下已經(jīng)形成相對穩(wěn)定的邊坡和水下坡角，在水庫左岸上游距大壩200～1000m約800m范圍內(nèi)仍存在塌岸現(xiàn)象，庫岸再造仍在進行中，近壩區(qū)已防護地段未見進一步的破壞，由此看來，塊石護坡起到了較好的防護作用。隨著水庫淤積的增加，正常蓄水位到達140m高程的機會逐步增加，環(huán)境地質(zhì)條件發(fā)生改變，水庫塌岸的范圍必然進一步擴大。根據(jù)岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地形條件，塌岸嚴重的區(qū)域仍然集中在左岸上游邊坡，根據(jù)E.F.卡丘金公式法和作圖法對塌岸的范圍初步預測，經(jīng)計算，水位抬高后，塌岸的寬度在5～20m。由于塌岸的發(fā)生是漸進的，靠近大壩的岸坡已采取防護措施，因此，塌岸不會對大壩安全造成影響。

4 結(jié)束語

佛寺水庫四周為低山丘陵，雖經(jīng)幾十年的水庫運行，但蓄水位達到140m的機會不多，水庫四周還沒形成最終穩(wěn)定的岸坡，左岸近壩庫區(qū)邊坡的塌岸仍在繼續(xù)，隨著水庫的進一步淤積，140m蓄水位到達的機會會逐漸加大，岸坡的再造進一步發(fā)展，形成新的庫岸再造。水庫塌岸主要發(fā)生在土質(zhì)邊坡和基巖+黃土岸坡。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，137m高程以下已經(jīng)形成比較穩(wěn)定的水下坡角，按正常蓄水位140m考慮，水位變幅3m。采用作圖法預測的水庫塌岸寬度，根據(jù)不同斷面計算結(jié)果，水庫塌岸寬度5-20m。根據(jù)公式法計算結(jié)果為10-18m。由于塌岸的發(fā)生是漸進的，靠近大壩200m的岸坡已采取防護措施，因此，塌岸不會對大壩安全造成影響。但水庫管理部門應加強庫岸巡視檢查，加強塊石護坡維修加固，有條件情況下對上游200～1000m約800m岸坡進行全面防護治理，以消除庫區(qū)塌岸對水庫運行及塌岸區(qū)和周邊環(huán)境影響。

參考文獻

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