郭　凱

(甘肅省水利水電勘測設計研究院，甘肅 蘭州 730000)

慶陽黃土區(qū)芡子溝水庫庫岸塌岸分析

郭凱

(甘肅省水利水電勘測設計研究院，甘肅 蘭州 730000)

[摘要]結(jié)合工程實例，從黃土的物理力學性質(zhì)、工程地質(zhì)特性著手，對慶陽市慶城縣芡子溝水庫庫區(qū)塌岸進行了分析探討，總結(jié)出黃土地區(qū)水庫塌岸預測參數(shù)的確定方法，為類似工程建設提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]黃土區(qū)；水庫塌岸

芡子溝水庫屬注入式調(diào)蓄水庫。水庫水源來自于陜甘寧鹽環(huán)定揚黃續(xù)建甘肅專用工程慶城輸水管線，主要任務是對鹽環(huán)定續(xù)建工程向慶城提供的457萬 m3的外調(diào)水進行按需調(diào)節(jié)，以補充慶城縣城區(qū)人民日常生活用水。

工程由水庫、擋水壩、溢洪道、輸水建筑物等組成。擋水壩為均質(zhì)土壩，設計最大壩長183.32 m，最大壩高38.50 m，水庫正常蓄水位高程1 092.70 m，庫容289.87萬 m3。

水庫地處黃土高原溝壑地貌，岸坡屬第四系土質(zhì)岸坡。根據(jù)岸坡土體性質(zhì)不同，分為離石黃土岸坡(A)和滑坡重力堆積體岸坡(B)兩類。

1工程區(qū)地質(zhì)概況

工程區(qū)地處隴東黃土高原中東部，地貌屬黃土高原溝壑地貌。區(qū)內(nèi)地形破碎，溝谷縱橫，溝谷間黃土塬、梁、峁、澗地等各類黃土地貌形態(tài)發(fā)育。區(qū)內(nèi)除環(huán)江及較大的溝谷底部有零星基巖出露外，大部分地段為第四系地層覆蓋。

工程區(qū)地處陜甘寧大型內(nèi)陸盆地西南部，該盆地呈南北向矩形展布，其內(nèi)沉積厚達千米的白堊系地層。區(qū)內(nèi)地層受構(gòu)造影響輕微，巖層產(chǎn)狀近于水平，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。第四系以來，地殼以間歇式下降運動為主，沉積午城、離石組及Q3薩拉烏蘇、馬蘭黃土地層，進入全新世，地殼緩慢抬升，侵蝕、剝蝕作用加劇，從而塑造了區(qū)內(nèi)黃土高原溝壑縱橫地貌格局。

本工程庫壩區(qū)第四系黃土廣泛分布，巖性依次為①下更新統(tǒng)午城組(Q1w)：②中更新統(tǒng)離石組(Q2L)：③上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組(Q3s)與馬蘭組(Q3m)：④全新統(tǒng)(Q4)。

工程區(qū)內(nèi)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象受區(qū)內(nèi)地形地貌、地層巖性等條件控制，主要發(fā)育有：黃土溶陷、溝道侵蝕、黃土崩塌、滑坡及溝道泥流等。

2黃土類水庫塌岸形式及預測塌岸量的分析

2.1岸坡的土質(zhì)分類

芡子溝水庫蓄水后，正常高蓄水位1 092.7 m，庫岸總長度6 479 m，水庫岸坡均屬第四系土質(zhì)岸坡。各岸坡特征分述如下：

(1)A類岸坡(見圖1)：長度4 726 m，占庫岸長度的72.9%，岸坡多懸坡、立坎，岸線曲折，多突嘴、凸岸地形。岸坡主體巖性為Q2離石黃土，表層和下部坡腳堆積有崩坡積黃土狀土，現(xiàn)狀岸坡基本穩(wěn)定，局部坡體因黃土卸荷有小規(guī)模坍塌現(xiàn)象。

(2)B類岸坡(見圖2)：長度1 753 m，占庫岸總長的27.1%，岸坡由滑坡前緣斜坡構(gòu)成，斜坡自然坡度20°～50°，局部發(fā)育懸坡，岸坡巖性為滑坡堆積含塊碎石黃土狀土，現(xiàn)狀岸坡穩(wěn)定，受溝道洪水影響較小。

圖1　A類黃土岸坡

圖2　B庫區(qū)1#滑坡

2.2塌岸形式及塌岸預測參數(shù)的確定

2.2.1同類已建水庫的塌岸調(diào)查

經(jīng)對本地區(qū)上世紀六十到八十年代建成運行的巴家嘴水庫、馮家山水庫、蔣家溝水庫進行現(xiàn)場調(diào)查：Q2離石黃土岸坡水上穩(wěn)定坡角70°～80°，水下穩(wěn)定坡角20°～24°；松散土質(zhì)岸坡水上穩(wěn)定坡角60°～70°，水下穩(wěn)定坡角16°～19°。各水庫經(jīng)多年運行，未發(fā)生過大規(guī)模滑塌現(xiàn)象，僅在溝口、突嘴等三面臨水段有小范圍坍塌。

2.2.2離石黃土現(xiàn)場塌岸模擬試驗

塌岸模擬試驗在水庫下壩線左岸平洞Q2離石黃土地層中進行，在長度2 m，寬 1 m,深 2.5 m的試坑內(nèi)進行注水試驗(見圖3、圖4)。試驗前坑壁直立，初次注水深度200 cm，日變幅10～20 cm。經(jīng)過20 d不間斷注水浸泡及現(xiàn)場觀察測量，其試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1

備注：模擬水池深200 cm，水下深度一直保持100 cm

圖3　平洞Q2離石黃土岸坡坍塌試驗3天后

圖4　平洞Q2離石黃土岸坡坍塌試驗20天后

經(jīng)現(xiàn)場模擬試驗發(fā)現(xiàn)：

離石黃土其土體結(jié)構(gòu)密實，具非濕陷性，且有一定的抗水解性。試驗結(jié)束時，總注入水量18.31 m3，坑內(nèi)塌落淤積量為7.2 m3(計算)坑內(nèi)殘留水深100 cm，水上邊坡86°，水下邊坡36 °。

岸坡在水庫蓄水后，總體穩(wěn)定性較好，發(fā)生較大規(guī)模滑塌可能性小。岸坡破壞形式應以剝落及小規(guī)模坍塌為主，水庫蓄水初期，以庫岸表層崩坡積物滑塌為主，之后，岸坡以坡體濕化產(chǎn)生的剝落及小規(guī)模坍塌為主，最終岸坡穩(wěn)定將較為慢長。

2.2.3塌岸參數(shù)確定

經(jīng)對已建巴家嘴、馮家山及蔣家溝水庫岸坡水上、水下穩(wěn)定坡角的調(diào)查分析，主要依據(jù)本次模擬試驗成果，確定芡子溝水庫Q2離石黃土庫岸水上、水下穩(wěn)定坡角為：水上70°～80°，水下23°～25°；滑坡堆積體水上60°～70°，水下18°～20°。

2.3塌岸預測及塌岸量計算

塌岸預測與塌岸量的計算，采用圖解法進行(見圖5～圖10)。

圖5　A類-左岸坡斷面圖

圖6　A類 左岸塌岸寬度預測圖

圖7　A類-右型岸坡斷面圖

圖8　A類 右岸塌岸寬度預測圖

圖9　B類岸坡斷面圖

圖10　B類岸寬塌岸度預測圖

經(jīng)對庫區(qū)典型斷面估算，預測水庫總塌岸量79萬 m3，計算成果見表2。

表2　芡子溝水庫區(qū)岸坡塌岸量計算表

3結(jié)語

(1)本文針對黃土區(qū)水庫庫岸的工程地質(zhì)特性，通過現(xiàn)場模擬試驗觀察，經(jīng)過綜合分析評價，詳細計算出水庫蓄水后的塌岸量，為工程建設提供了詳實的地質(zhì)依據(jù)，也為類似工程建設提供了科學的參考依據(jù)。

(2)現(xiàn)場試驗表明： Q2離石黃土水上穩(wěn)定坡角70°～80°，水下穩(wěn)定坡角23°～36°。

(3)分析表明，在黃土區(qū)修建水庫，前期庫區(qū)岸坡坍塌主要為黃土岸坡表層的崩坡積物及溝口、突嘴等地段的坍塌。后期主要為離石黃土構(gòu)成的岸坡在庫水的作用下，以坡體濕化、剝落及小規(guī)模坍塌為主。塌岸穩(wěn)定將是一個慢長的過程。

參考文獻

[1]甘肅省慶陽市慶城縣城區(qū)供水工程芡子溝注入式水庫工程地質(zhì)勘察報告 (初步設計)甘肅省水利水電勘測設計研究院.2012.12.

[2]陸兆溱.工程地質(zhì)學.中國水利水電出版社.1989.

[3]盧廷浩.土力學.河海大學出版社.2005.5.

[收稿日期]2016-04-07

[作者簡介]郭凱(1983-)，男，甘肅天水人，助理工程師，主要從事水利工程地質(zhì)工作。

[中圖分類號]P641.21

[文獻標識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)03-0223-02