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應(yīng)用圖解法確定黃土區(qū)高窯水庫庫岸的穩(wěn)定坡角

2014-09-18 10:07:32
地下水 2014年4期
關(guān)鍵詞:圖解法庫岸馬蘭

楊 虎

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院,甘肅 蘭州743000)

蘭州新區(qū)高窯水庫選定的康家井沙溝庫址位于永登縣馬家坪鎮(zhèn)附近的康家井沙溝內(nèi),庫址東南距新區(qū)約35 km,西北距永登縣城約33 km。水庫主要任務(wù)為蘭州新區(qū)供水,由引大東二干渠注入式供水,水源為大通河。工程區(qū)有縣鄉(xiāng)公路通過,交通較為便利。

由于高窯水庫庫岸大部分為黃土庫岸,黃土區(qū)水庫庫岸多不穩(wěn)定,水庫蓄水后會引起工程地質(zhì)條件惡化,庫水會對邊坡的側(cè)向沖刷、坡角掏蝕、浸泡且在坡度較陡處形成崩塌。為了解決這一問題,避免繁瑣的計算,本文采用圖解法,能夠比較準(zhǔn)確的得出庫岸的穩(wěn)定坡腳,總結(jié)經(jīng)驗,以便在以后的工程中得到應(yīng)用。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 庫區(qū)地形地貌

工程區(qū)地處北祁連褶皺帶的南部新生代拗陷區(qū)內(nèi),地質(zhì)構(gòu)造相對簡單,地形地貌、地層巖性受地質(zhì)構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)總體地勢北高南低,海拔高程2 000~2 500 m之間,相對高差約500 m。地貌主要呈現(xiàn)為南北向展布的構(gòu)造剝蝕基巖低中山區(qū)、薄層黃土覆蓋的剝蝕黃土低中山區(qū)、壟狀低緩殘丘與條帶狀延伸的川階地相間的地貌景觀。

1.2 水庫庫岸的地層巖性

水庫蓄水后庫岸的地層巖性主要以第四系黃土及黃土狀土為主,庫水會對庫岸進(jìn)行側(cè)向沖刷、坡角掏蝕、浸泡且在坡度較陡處形成崩塌。現(xiàn)將地層巖性分述如下:

中更新統(tǒng)(Q2):主要由離石黃土(Q2)、沖洪積(alplQ2)粉質(zhì)壤土構(gòu)成,分布于構(gòu)造剝蝕黃土低中山的中心,剝蝕丘陵區(qū)及溝谷川階地區(qū)。

離石黃土(Q2):由低液限粉土、粘土組成,呈土黃、微紅及淺褐紅色,土質(zhì)均勻,斷面可見淡灰色米粒狀斑點,偶夾淺紅色粉砂質(zhì)粘土及黑褐色壤土條帶。結(jié)構(gòu)密實,無空隙,含鈣質(zhì)結(jié)核,具水平層理。

粉質(zhì)壤土(al-plQ2)分布于康家井沙溝、西溝槽東西兩側(cè)廣大的黃土剝蝕低中山區(qū),構(gòu)成低中山的山體骨架。地層主要為沖洪積的離石黃土,局部段有砂碎石透鏡體、夾層存在。

上更新統(tǒng)(Q3):由洪積物(plQ31)、風(fēng)積物(eolQ3

2)構(gòu)成,分布于構(gòu)造剝蝕黃土低中山的兩肩、剝蝕丘陵區(qū)及溝谷川階地區(qū)。

洪積物(plQ31)主要分布于庫內(nèi)溝床、西溝槽及構(gòu)造剝蝕黃土(al-plQ2)低中山的兩肩,其巖性因分布地域不同而不同。庫內(nèi)溝床地層具二元結(jié)構(gòu),上部為粘土,呈土黃色,厚5~15 m,其結(jié)構(gòu)中密~密實,含水量大,呈可塑狀態(tài),具中低壓縮性,無濕陷性。

風(fēng)積馬蘭黃土(eolQ32)分布于康家井沙溝、西溝槽的剝蝕中低山、黃土丘陵區(qū),覆蓋于中更新統(tǒng)(al-plQ2)離石黃土、上更新統(tǒng)洪積物(plQ31)之上,呈“戴帽子”狀,一般厚3~15 m,局部厚達(dá)25 m。土黃、淺黃色,以粉粒為主,土質(zhì)均勻,疏松,具大孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育,具中高壓縮性和中強(qiáng)濕陷性。

全新統(tǒng)(Q4):成因多樣,主要為溝道洪積物、坡積物、崩積物及莊浪河沖洪積物。

洪積物(plQ4):主要分布于工程區(qū)的康家井沙溝、西溝槽等現(xiàn)代沖溝中,巖性分為兩層。上部為粉土,土質(zhì)較均勻,具層理,偶夾砂碎石透鏡體,具大孔隙。

坡積物(d1Q4):主要分布于山前坡腳,巖性多為粉土(次生黃土),土質(zhì)不均勻,以砂粒為主,結(jié)構(gòu)疏松,厚0.5~3 m。

崩積物(co1Q4):主要分布于上壩址庫區(qū)左岸高陡邊坡坡底,巖性多為粉土(次生黃土),土質(zhì)不均勻,以粉粒為主,結(jié)構(gòu)疏松,順坡堆積,厚0.5~10 m。

沖洪積物(a1-plQ4):主要分布于莊浪河河谷,形成河漫灘、Ⅰ、Ⅱ級階地。巖性為沖洪積粉土、砂角礫,結(jié)構(gòu)疏松,厚度不一。

2 圖解法確定典型黃土庫岸穩(wěn)定坡角

2.1 薄層馬蘭黃土覆蓋的離石黃土(al-plQ2)庫岸

該類庫岸主要分布在庫內(nèi)溝床兩岸及支溝前緣兩側(cè),岸坡坡度一般20°~50°,長約8.1 km,約占67%。擋水岸坡地層巖性為薄層馬蘭黃土覆蓋的離石黃土。其中表層馬蘭黃土厚約3~10 m,結(jié)構(gòu)疏松,抗沖刷能力弱,下伏離石黃土(al-plQ2),結(jié)構(gòu)中密~密實,抗沖刷能力相對較強(qiáng)。塌岸預(yù)測采用圖解法,選取中間數(shù)值進(jìn)行估算(如圖1),水庫蓄水后,將從階地前緣陡坎中的A點開始,按馬蘭黃土的水下坡角16°再造至其頂面B點,按al-plQ2離石黃土的水下坡角22°再造至C后至設(shè)計蓄水位。在水面以上,離石黃土、馬蘭黃土將按其水上坡角60°、55°再造至D、E點,岸坡始達(dá)新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

據(jù)此求得該類岸坡最終塌岸寬度一般在35~65 m之間,塌岸方式主要是剝落、塌滑。局部段庫岸岸坡較陡、庫水較深,在蓄水初期有較大面積庫岸再造的可能,因此需在蓄水前對高陡的近壩庫岸削坡減載,放緩岸坡,離石黃土一般水上 55°~65°,水下 20°~24°,馬蘭黃土水上 50°~60°,水下14°~18°,同時對坡面進(jìn)行砌石護(hù)坡,防止表面沖刷。

圖1 庫岸塌岸示意圖一(據(jù)康復(fù)生等)

2.2 離石黃土(al-plQ2)庫岸

該類庫岸主要分布在庫左岸因洪流淘蝕坡腳形成崩塌后的高陡庫岸,坡度50°~70°,坡高50~80 m,局部在右岸高窯村莊后緣坡腳零星分布,為村民開挖臨時建筑物所致。該類庫岸總長約1 km。

圖2 庫岸塌岸示意圖二(據(jù)康復(fù)生等)

約占7%,擋水岸坡地層巖性為離石黃土,結(jié)構(gòu)中密~密實,抗沖刷能力相對較強(qiáng)。塌岸預(yù)測采用圖解法,選取中間數(shù)值進(jìn)行估算(如圖2所示),水庫蓄水后,將從階地前緣陡坎中的A點開始,按al-plQ2離石黃土的水下坡角22°再造至B后至設(shè)計蓄水位。在水面以上,離石黃土、馬蘭黃土將按其水上坡角60°、55°再造至D、E點,岸坡始達(dá)新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

據(jù)此求得該類岸坡最終塌岸寬度一般在25~60 m之間,局部零星地段寬約87 m,塌岸方式主要是塌滑。在近壩庫岸有較大面積滑塌的可能,在蓄水初期有較大面積庫岸再造的可能,需在蓄水前對其進(jìn)行削坡減載,放緩岸坡,水上55°~65°,水下20°~24°,同時對坡面進(jìn)行砌石護(hù)坡,防止表面沖刷。

2.3 支溝內(nèi)洪積黃土狀土(plQ4)庫岸

主要分布于庫內(nèi)兩岸支溝后緣及溝腦,岸坡一般平緩,坡度10°~20°,自然邊坡不穩(wěn)定,會形成塌岸。塌岸預(yù)測采用圖解法,選取中間數(shù)值進(jìn)行估算(如圖3所示),水庫蓄水后,將從階地前緣陡坎中的A點開始,按plQ4黃土狀土的水下坡角15°再造至B、C點后至設(shè)計蓄水位。在水面以上,黃土狀土、馬蘭黃土將按其水上坡角50°、55°再造至D點,岸坡始達(dá)新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

該類庫岸長約3 km,約占26%。擋水岸坡地層巖性為黃土狀土,結(jié)構(gòu)疏松,抗沖刷能力弱。圖解法估算最終塌岸寬度5~18 m,此類岸坡在庫水、地表水的作用下,表層物質(zhì)逐漸被搬運帶走,從而使岸坡緩慢滑移后退,具緩慢性和持久性,屬侵蝕~剝蝕型庫岸再造模式。

圖3 庫岸塌岸示意圖三(據(jù)康復(fù)生等)

根據(jù)不同的巖性,該類型為黃土狀土,利用圖解法對庫岸進(jìn)行塌岸寬度、塌岸量進(jìn)行估算,需在蓄水前對其進(jìn)行削坡減載,放緩岸坡,水上50°,水下10°~15°,同時對坡面進(jìn)行砌石護(hù)坡,防止表面沖刷。

3 成果分析

根據(jù)圖解法計算,結(jié)合本工程的特點,采用工程地質(zhì)類比法將岸坡各類黃土體穩(wěn)定坡角確定見下表?,F(xiàn)根據(jù)庫岸所處的不同巖性,評價見表1。

表1 岸坡各類黃土體穩(wěn)定坡角取值表(據(jù)康復(fù)生等)

根據(jù)《陜西水利水電技術(shù)》2007年濮聲榮所發(fā)表的《黃土地區(qū)水利工程勘察的基本經(jīng)驗》中表2的參數(shù)得知,本文圖解法所得到的的結(jié)論偏保守,分析原因主要是因為本工程的黃土結(jié)構(gòu)疏松~中密,比較干燥,屬于含水率較低的黃土。

表2 黃土地區(qū)水利工程勘察的基本經(jīng)驗

4 結(jié)語

根據(jù)圖解法計算,結(jié)合本工程的特點,采用工程地質(zhì)類比法以及濮聲榮所發(fā)表的《黃土地區(qū)水利工程勘察的基本經(jīng)驗》中的參數(shù)得知,現(xiàn)根據(jù)庫岸所處的不同巖性,得出如下結(jié)論,見表3。

表3 岸坡各類黃土體穩(wěn)定坡角取值表

[1]張成儉,張玉,康復(fù)生,等.蘭州新區(qū)供水項目高窯水庫工程地質(zhì)勘察報告[R].2013.

[2]陜西水利水電技術(shù).黃土地區(qū)水利工程勘察的基本經(jīng)驗.2007(2).

[3]濮聲榮.工程地質(zhì)時間與探索[M].陜西:陜西科學(xué)技術(shù)出版社.2012.

[4]工程地質(zhì)手冊(第四版)[S].中國建筑工業(yè)出版社.2007-2.

[5]水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].2008.

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