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        長江鏈子崖滑坡涌浪特征及對航道影響預(yù)測研究

        2015-04-13 15:04:49陳里
        中國水運(yùn) 2015年3期

        陳里

        摘 要:為了提高滑坡涌浪對內(nèi)河庫港影響程度的認(rèn)識,選取長江鏈子崖滑坡地質(zhì)災(zāi)害為研究對象,收集區(qū)域水文、河床形態(tài)、泥沙、通航情況及地質(zhì)等資料,分析其地質(zhì)構(gòu)成、滑動(dòng)機(jī)理、運(yùn)動(dòng)過程及涌浪的形態(tài)特征等。結(jié)合已有滑坡涌浪及爬高預(yù)測計(jì)算公式,進(jìn)行工程實(shí)例的驗(yàn)證,確定了滑坡涌浪對航道的影響程度。研究結(jié)果具有較高的實(shí)用價(jià)值,可應(yīng)用于水庫滑坡涌浪的對庫港影響的預(yù)防預(yù)報(bào)工作。

        關(guān)鍵詞:鏈子崖 滑坡涌浪 衰減 爬高

        近年來,受庫區(qū)長期高水位及水庫運(yùn)行調(diào)度的影響,庫區(qū)內(nèi)部大量的潛伏、隱藏及發(fā)生過滑坡災(zāi)害的地質(zhì)區(qū)域的邊坡都可能被誘發(fā),最終造成較大體積和能量的邊坡滑塌及涌浪。隨著涌浪的不斷傳播,庫區(qū)港口碼頭、航道建筑物及附屬設(shè)施也會(huì)因?yàn)橛坷撕团栏叩木薮竽芰慷獾絿?yán)重的毀壞。

        通過資料分析,滑坡涌浪對航道的影響主要有滑坡體附近區(qū)域?yàn)?zāi)害及傳播區(qū)域?yàn)?zāi)害。滑坡體附近區(qū)域?yàn)?zāi)害包括了滑體附近區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害和附近水域的涌浪災(zāi)害。當(dāng)存在隱患或處于不穩(wěn)定狀態(tài)的滑坡體在暴雨、地震或其他外力作用下失穩(wěn)下滑,最先受到波及的就是滑坡體上和附近區(qū)域的人和建筑物。在外力的作用下,建筑物和人將會(huì)受到威脅,甚至一起滑入水中。當(dāng)滑坡入水后,激起涌浪就會(huì)造成附近水域的涌浪災(zāi)害。當(dāng)滑坡速度較大時(shí),在滑坡兩側(cè)附近水域甚至可能形成紊流區(qū)域,這對附近水域的船舶和碼頭將帶來較大威脅,嚴(yán)重時(shí),可以摧毀船舶或者碼頭等結(jié)構(gòu)建筑物。除此之外,當(dāng)滑坡體積足夠大時(shí),甚至可以切斷河流,阻礙航道,引起斷航。

        長江鏈子崖滑坡涌浪特征

        1、地質(zhì)概況

        鏈子崖危巖區(qū)位于長江宜昌上游73公里兵書寶劍峽出口處的右岸,危巖體主要由巨厚及中厚層的棲霞灰?guī)r構(gòu)成,南北長700余米,東西寬50—180余米,形成高百余米的陡崖,下部有1.6—4.0米厚的含煤巖層,構(gòu)成陡崖的軟弱基座。受鄰近活動(dòng)斷裂的影響,巖體中構(gòu)造裂隙發(fā)育。本地區(qū)降雨量1000毫米以上,最大日降雨量391毫米。在上述自然地理和地質(zhì)環(huán)境下,高陡岸坡產(chǎn)生塑流—拉裂變形。由于長期采煤的影響、降雨滲入,使拉裂變形不斷延伸并向深部發(fā)展,形成30余條寬大的裂縫。危巖體可分南北、中三大區(qū)、北區(qū)T8-12縫段整體地持續(xù)地向長江方向位移,構(gòu)成對長江航道的嚴(yán)重威脅,總體積約250萬m3。其中T11-12縫段號稱5萬m3,實(shí)際方量18萬m3左右,其中約2萬m3可能率先崩塌墜入長江。T12縫南20米處,走向N60°—70°W的高8—12米的小陡壁,即所謂“七千m3危巖體”,它將以順層滑移活動(dòng)方式為主,但不可避免有較大的塊體滾入長江,數(shù)量約幾百個(gè)。

        從地質(zhì)資料分析,鏈子崖危巖崩滑有如下特點(diǎn):危巖下滑以崩為主或以滑促崩,運(yùn)動(dòng)方式擬以滾動(dòng),墜落或以彈跳方式為主; 危巖區(qū)存在三個(gè)不同量級的危巖體,它們的崩滑方向、位置都不完全相同;危巖體緣到江面的高差約五十余米。岸坡約40°左右的陡度與窄而深的河床底部相連。這一段裸露的岸坡是危巖入江的崩滑面。

        2、航道及水文概況

        本河段位于宜昌上游68—78公里,處于葛洲壩的回水區(qū)內(nèi),枯水期本河段流速,一般在1.0米/秒以下,流態(tài)平穩(wěn)如湖,船舶航行條件較好。洪水期本河段基本不受回水的影響,加之長江流量變幅較大,滑坡區(qū)地處峽谷河段,洪水期流量增量大,而過水?dāng)嗝鎱s增量小。隨著流量的增大,河道流速急劇加大,流態(tài)不良,這一河段仍屬自然情況的特性,因此洪水期峽谷河段的航行水流條件較壞,上水船經(jīng)過鏈子崖河段時(shí),航線必須靠近右岸,正處在危巖崩落的危險(xiǎn)區(qū)中。如鏈子崖危巖一旦崩滑入江,勢必對航道造成威脅。

        3、滑坡涌浪特征

        鏈子崖滑坡屬于典型的陡巖體滑坡,發(fā)生在1992年6月16號,滑坡體較大,入江方量較小,由于其距江面距離大,能量較高,所引起的涌浪傳播范圍廣,破壞性大。鏈子崖滑坡長約700m,寬約50m-180m,其物質(zhì)構(gòu)成主要有巨厚和中厚層的灰?guī)r,區(qū)域地質(zhì)較為發(fā)育,滑坡體后緣離江面高達(dá)50m,河寬約100m?;麦w體積約為250萬m3,其中入江量僅為75萬m3。此時(shí)由于下滑體積大,被擠壓的水體迅猛涌向?qū)Π?,最大涌浪可達(dá)37米,對岸山坡陡峭,涌浪直沖而上,最大爬高達(dá)63米。從滑坡區(qū)定點(diǎn)觀測的涌浪變化過程線,涌浪陡起陡落,最大涌浪在三分鐘左右就可衰減至0.5—0.6米以下。由于長期降雨和當(dāng)?shù)夭擅旱挠绊?,使巖體構(gòu)造裂隙發(fā)育區(qū)形成較大裂縫,巖體結(jié)構(gòu)被破壞?;掳l(fā)生較為突然,且散列塊體較大,岸坡較高,能量較大形成了巨大的涌浪。滑坡發(fā)生后,由于其傳播范圍較廣,破壞了水流條件,致使嚴(yán)重礙航或斷航。

        長江鏈子崖滑坡涌浪對航道影響的預(yù)測研究

        1、初始涌浪的計(jì)算

        選取水科院經(jīng)驗(yàn)公式法作為長江鏈子崖滑坡初始涌浪高的計(jì)算公式;水利水電科學(xué)研究院參考了加拿大麥卡壩、美國利貝壩(Libby)和奧地利吉帕施壩的涌浪試驗(yàn)資料并根據(jù)碧口、拓溪和費(fèi)爾澤壩(阿)涌浪試驗(yàn)資料,結(jié)合拓溪塘巖光滑坡的原型觀測成果發(fā)現(xiàn),水庫滑坡的滑速和滑體的體積是影響涌浪高度的主要因素,并建立了三者間如下的關(guān)系。

        入水點(diǎn)最大涌浪高度估算

        由入江體積75萬m3,長約700m,寬約50m-180m取100m,計(jì)算出危巖體厚度為10.7m?;掳l(fā)生在洪水季節(jié),h=175m?;w以滾動(dòng)或以蹦跳的形式入水,可近似處理為垂直下落。代入公式(1),計(jì)算得到:H=39.48m。

        2、波高衰減的計(jì)算

        選取天科院沿程涌浪計(jì)算公式作為長江鏈子崖滑坡涌浪沿程衰減計(jì)算公式。

        涌浪沿程衰減的估式為:

        向上游方向:

        對于長江鏈子崖滑坡涌浪爬高的計(jì)算,選取混泥土護(hù)面KΔ的取值為0.9,波陡H/L取極限值0.142,斜坡坡度α取其垂直情況90°,代入公式(7),計(jì)算得到長江鏈子崖滑坡涌浪對岸爬高為:R=55.56m。

        結(jié)論和建議

        對長江鏈子崖滑坡涌浪特征及其對航道影響進(jìn)行了預(yù)測研究,但由于問題的復(fù)雜性,今后滑坡涌浪的特征及其對航道的影響可從以下方面進(jìn)一步研究:①應(yīng)進(jìn)一步研究滑坡涌浪的能量和能量衰減系數(shù),確定滑坡涌浪對航道影響的程度。②進(jìn)一步研究如滑坡的運(yùn)動(dòng)、其力場分布的變化、不同類型介質(zhì)的耦合、能量的富集、傳遞和交換等諸方面因素對涌浪產(chǎn)生的影響。③山區(qū)天然河流中水流是動(dòng)態(tài)的,水流條件與涌浪特性之間是相互影響的,因此,今后可研究水流運(yùn)動(dòng)與涌浪特性之間的相互影響。④爬高對岸坡的侵蝕是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,建議實(shí)時(shí)觀測爬坡高度值,可作為涌浪對岸坡侵蝕作用的重要參考值。

        參考文獻(xiàn):

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        [5]交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院,海港工程設(shè)計(jì)手冊[S].北京:人民交通出版社,1994.

        (作者單位:重慶交通大學(xué))endprint

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