馬利偉，李涌泉

（四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081）

1 引言

庫區(qū)蓄水后，水位上升、水深加大、水面加寬。水位上升，庫區(qū)水直接作用于岸壁 ，影響庫岸邊坡的穩(wěn)定性。水深加大、水面加寬，在同樣風(fēng)速條件下，波浪對庫岸的沖擊淘蝕等破壞作用加強(qiáng)。在庫區(qū)水位下降時，尤其是庫水位的突然大幅消落時，庫岸坡土體內(nèi)產(chǎn)生很大的滲透壓力，使土體產(chǎn)生滲透破壞，加速庫岸坡體破壞。并且?guī)靺^(qū)塌岸往往突發(fā)性強(qiáng)，時間短，對庫區(qū)沿岸建筑物危害大。因此，在復(fù)建庫區(qū)公路工程前，對庫區(qū)蓄水后庫岸邊坡的穩(wěn)定性及影響范圍的評價預(yù)測十分必要［1］。

本文以溪古水電站庫區(qū)復(fù)建公路工程K245+380～K246+100段為實(shí)例，分析計算蓄水后庫岸邊坡的穩(wěn)定性，預(yù)測塌岸范圍。

2 工程概況

溪古水電站正常蓄水位高程為2857m，死水位高程為2805m，水位變幅52m，總庫容9776.6萬m3，調(diào)節(jié)庫容6996萬m3。該庫區(qū)公路復(fù)建工程起于九龍縣城外S215線K242+907.16處，在K254+412.62接上S215線,路線全長10.22km。全線按照三級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)建，設(shè)計速度30km/h，路基寬度7.5m，瀝青混凝土路面，橋梁寬度9.0m，涵洞與路基同寬，橋涵設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級，設(shè)計洪水頻率1/100，隧道建筑界限為8.5m×4.5m，地震烈度為Ⅶ度。

K245+380～K246+100段邊坡陡，距離蓄水位線較近，且主要為第四系下中更新統(tǒng)碎石土（Q1-2fgl）覆蓋層，覆蓋層厚度較大，有粘性土，碎石主要成分為板巖、砂巖，其余為砂質(zhì)、泥質(zhì)、粉土充填。該類巖土體在水作用下，物理力學(xué)特性變化顯著，嚴(yán)重影響庫岸邊坡的穩(wěn)定性。因此，預(yù)測分析蓄水后庫岸邊坡的預(yù)測塌岸范圍，直接關(guān)系到復(fù)建公路工程的設(shè)計修建，對工程的設(shè)計建設(shè)都具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

3 場地的地質(zhì)概況

3.1 地形地貌

工程區(qū)地處橫斷山北段，屬青藏高原與四川盆地的過渡帶，地勢西北高、東南低，沿河兩岸山巒重疊，山勢巍峨，一般山脈海拔4000～5000m，東北面貢嘎山主峰高達(dá)7556m，拔河高1000～3000m。庫區(qū)兩岸山體雄厚，分水嶺高程多在4600～4800m之間，拔河高1800～2000m，屬高山峽谷地貌。

3.2 地層巖性

場地地層巖性概況如下。

（1）礫質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰白色，稍密-中密，稍濕。該層主要分布于坡體表層，一般厚度為0.6～1.5m。

（2）碎石土：青灰色，碎石主要成分為板巖、砂巖，碎石呈棱角狀～次棱角狀，塊碎石含量25%～60%，粒徑2～9cm，其余為砂質(zhì)、泥質(zhì)、粉土充填，稍濕，稍密～中密，厚度1.5～60.0m。

（3）基巖：基巖出露，三疊系的變質(zhì)砂巖、板巖，黃灰色，強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度0.5～1.5m。

3.3 地震

根據(jù)四川省地震局工程地震研究院提供的《四川省九龍縣沙坪電站、一道橋電站、偏橋電站、五一橋電站、溪古電站、踏卡電站和斜卡電站工程場地地震安全性評價報告》，工程區(qū)場地地面50年超越概率10%的水平峰值加速度123cm/s2，基巖50年超越概率10%水平峰值加速度97cm/s2，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

4 庫岸再造預(yù)測

4.1 庫岸再造預(yù)測方法

庫岸再造預(yù)測中準(zhǔn)確的塌岸不是一次可以完成的，是一個長期的過程，必須對水庫運(yùn)行期間的塌岸剖面進(jìn)行跟蹤式水準(zhǔn)測量，用以檢驗(yàn)、修正和再預(yù)測先期的長期預(yù)測結(jié)果［2］。

目前，預(yù)測方法主要分為計算法和圖解法兩類：計算法以Е·Г·卡丘金法及北京理正軟件邊坡穩(wěn)定性評價方法最為普遍；圖解法以Г·С·佐洛塔寥夫法及王躍敏等提出的兩段法最為普遍［3，7］。本文以溪古水電站庫區(qū)復(fù)建公路工程K245+380～K246+100段為實(shí)例，分別采用計算法Е·Г·卡丘金法及圖解法Г·С·佐洛塔寥夫法對其庫岸再造影響進(jìn)行分析比較。

4.2 Е·Г·卡丘金法預(yù)測

Е·Г·卡丘金法預(yù)測塌岸最終寬度公式計算時，碎石土顆粒粗，坡腳處易形成堆積，修正系數(shù)N取值要進(jìn)行調(diào)整；水位變幅采用對塌岸實(shí)際產(chǎn)生影響的變幅；坡腳處為平緩臺地時，考慮到為堆積區(qū)，不會產(chǎn)生波浪沖刷，故波浪沖刷深度hp取值為0［4］。

復(fù)建公路沿線位于斜卡水電站庫區(qū)地段，受庫區(qū)水位影響較大，特別是地表為松散土體地段，塌岸變形直接影響路基邊坡的穩(wěn)定［5，8］。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況針對不同土質(zhì)情況選有代表性地段作斷面，按公式 ：St=N［A+hp+hB］Ctgα+（H-hB）Ctgβ-（A+hp）Ctgγ

進(jìn)行計算，其中水庫蓄水和消落水位為2857～2805m，變幅為52m計。

式中：St為塌岸最終寬度（m）； A為庫水位變化幅度（m），取52m；N為與岸坡物質(zhì)組成有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；hp為波浪沖刷深度（m）；hB為浪擊高度或浪爬高度（m）；H為正常蓄水位以上岸坡高度（m）； α為淺灘沖刷后水下穩(wěn)定坡角（度）；β為岸坡水上穩(wěn)定坡角（度）； γ為原始岸坡坡角（度）。

詳見圖1 覆蓋層塌岸預(yù)測寬度計算示意圖。

利用Е·Г·卡丘金法預(yù)測塌岸最終寬度公式計算。該路段距離蓄水位線水平距離2～70m，垂直距離5～25m，以K245+680典型斷面計算，參數(shù)選取與其地質(zhì)條件最為接近的的K245+380～起點(diǎn)填方段的希望小學(xué)工程工程點(diǎn)的勘察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)綜合取值計算。綜合取值表如表1所示。

圖1 覆蓋層塌岸預(yù)測寬度計算示意圖

表1 穩(wěn)定坡腳取值表

現(xiàn)利用Е·Г·卡丘金法預(yù)測塌岸最終寬度公式計算，計算結(jié)果如表2所示。

表2 K245+380～ K246+100左庫岸段邊坡塌岸計算成果表

經(jīng)上述計算可得，剖面1-1最終塌岸寬度52.7m，剖面2-2最終塌岸寬度60.49m，剖面3-3最終塌岸寬度68.28m。塌岸最大最終寬度為68.28m，而該區(qū)蓄水位線距離設(shè)計線路的水平距離為2～70m。塌岸問題對設(shè)計線路有很大影響。

4.3 Г·С·佐洛塔寥夫法預(yù)測

Г·С·佐洛塔寥夫法具體的預(yù)測步驟如下。

（1）繪制出預(yù)測地點(diǎn)的地形地質(zhì)剖面。

（2） 標(biāo)出水庫正常高水位線與水庫最低水位線。

（3）由正常高水位向上標(biāo)出波浪爬高線，爬升高度 可取一個波高。

（4）由最低水位向下，標(biāo)出波浪影響深度線。影響深度 ?。?/3～1/4）波長，粘性土應(yīng)大一些，砂土小些。

（5）在波浪影響深度線上選取a點(diǎn)，該點(diǎn)位于堆積淺灘帶與淺灘外緣陡坡帶之轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，該點(diǎn)的選取應(yīng)使堆積系數(shù) 之值與圖中所列數(shù)值相符。

（6）由a點(diǎn)向下，根據(jù)淺灘堆積物的巖性繪出外緣陡坡，使之與原斜坡線相交；其穩(wěn)定坡度 ；粉細(xì)砂土和粘性土為＜8°～12°，卵石層和粗砂土為＜18°～20°。由 點(diǎn)向上繪出堆積淺灘的坡面線，與原斜坡線相交于b點(diǎn)：其穩(wěn)定坡度 ：細(xì)粒砂土為l°～1.5°，粗砂小礫石為3°～5°。

（7）由b點(diǎn)作沖蝕淺灘的坡面線，與正常高水位線相交c點(diǎn)：其穩(wěn)定坡度 視b、c間岸坡巖性而定。

（8）由c點(diǎn)作波浪爬升帶的坡面線，與波浪爬升高度水位線相交于d點(diǎn)，其穩(wěn)定坡度 按圖2.8-3法采取。

（9） 繪制水上岸坡坡面線de； 據(jù)自然坡角確定。

（10）檢驗(yàn)堆積系數(shù)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否相符，如不符則向左或向右移動a點(diǎn)并按上述重新作圖，直至適合為止［6］。

Г·С·佐洛塔寥夫法預(yù)測塌岸范圍圖解示意圖如圖2所示。

圖2 Г·С·佐洛塔寥夫法預(yù)測塌岸范圍示意圖解

利用Г·С·佐洛塔寥夫法，通過工程地質(zhì)類比及結(jié)合野外調(diào)查資料分析。該段因死水位線低于河道溝底高程，因此暫不考慮淺灘臺坎及堆積部分的影響。依此按照Г·С·佐洛塔寥夫法預(yù)測塌岸線可得如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 Г·С·佐洛塔寥夫法剖面1-1預(yù)測塌岸線

圖4 Г·С·佐洛塔寥夫法剖面2-2預(yù)測塌岸線

圖5 Г·С·佐洛塔寥夫法剖面3-3預(yù)測塌岸線

如上圖所示，通過Г·С·佐洛塔寥夫法預(yù)測的蓄水后，剖面1-1最終塌岸寬度（正常蓄水位線以上）63.28m，剖面2-2最終塌岸寬度78.80m，剖面3-3最終塌岸寬度82.02m。塌岸最大最終寬度為82.02m，而該區(qū)蓄水位線距離設(shè)計線路的水平距離為2～70m。塌岸問題對設(shè)計線路有很大影響。

4.4 兩種方法的比較分析

計算法Е·Г·卡丘金法及圖解法Г·С·佐洛塔寥夫法預(yù)測結(jié)果如表3所示。

表3 兩種方法預(yù)測結(jié)果分析表

依據(jù)上述兩種方法預(yù)測結(jié)果表分析：兩種預(yù)測方法對設(shè)計線路是否受影響的評價結(jié)果是一致的，塌岸問題對設(shè)計線路有很大影響；計算法Е·Г·卡丘金法比圖解法Г·С·佐洛塔寥夫法的預(yù)測結(jié)果偏于保守樂觀。

5 結(jié)語

本文以溪古水電站庫區(qū)復(fù)建公路工程K245+380～K246+100段為實(shí)例，通過現(xiàn)有普遍的預(yù)測方法分析，分別采用計算法Е·Г·卡丘金法及圖解法Г·С·佐洛塔寥夫法對其1-1、2-2、3-3等三個斷面的庫岸再造影響進(jìn)行分析比較。主要獲得以下幾方面認(rèn)識：

（1）Е·Г·卡丘金法及Г·С·佐洛塔寥夫法兩種預(yù)測方法對設(shè)計線路是否受影響的評價結(jié)果是一致的，塌岸問題對設(shè)計線路有很大影響。

（2）該地區(qū)計算法Е·Г·卡丘金法比圖解法Г·С·佐洛塔寥夫法的預(yù)測結(jié)果偏于保守樂觀。