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        慶陽黃土區(qū)芡子溝水庫庫岸塌岸分析

        2016-07-04 00:51:43
        地下水 2016年3期
        關(guān)鍵詞:岸坡坡角庫岸

        郭 凱

        (甘肅省水利水電勘測設(shè)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(shè)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(xué)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(yù)測參數(shù)的確定方法,為類似工程建設(shè)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(wù)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(shè)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(yù)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(yù)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)?;F(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)?;赡苄孕?。岸坡破壞形式應(yīng)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(yù)測及塌岸量計算

        塌岸預(yù)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(yù)測圖

        圖7 A類-右型岸坡斷面圖

        圖8 A類 右岸塌岸寬度預(yù)測圖

        圖9 B類岸坡斷面圖

        圖10 B類岸寬塌岸度預(yù)測圖

        經(jīng)對庫區(qū)典型斷面估算,預(yù)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(shè)提供了詳實的地質(zhì)依據(jù),也為類似工程建設(shè)提供了科學(xué)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(shè)計)甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院.2012.12.

        [2]陸兆溱.工程地質(zhì)學(xué).中國水利水電出版社.1989.

        [3]盧廷浩.土力學(xué).河海大學(xué)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

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