郭　凱

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

慶陽(yáng)黃土區(qū)芡子溝水庫(kù)庫(kù)岸塌岸分析

郭凱

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，甘肅 蘭州 730000)

[摘要]結(jié)合工程實(shí)例，從黃土的物理力學(xué)性質(zhì)、工程地質(zhì)特性著手，對(duì)慶陽(yáng)市慶城縣芡子溝水庫(kù)庫(kù)區(qū)塌岸進(jìn)行了分析探討，總結(jié)出黃土地區(qū)水庫(kù)塌岸預(yù)測(cè)參數(shù)的確定方法，為類(lèi)似工程建設(shè)提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]黃土區(qū)；水庫(kù)塌岸

芡子溝水庫(kù)屬注入式調(diào)蓄水庫(kù)。水庫(kù)水源來(lái)自于陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃續(xù)建甘肅專(zhuān)用工程慶城輸水管線(xiàn)，主要任務(wù)是對(duì)鹽環(huán)定續(xù)建工程向慶城提供的457萬(wàn) m3的外調(diào)水進(jìn)行按需調(diào)節(jié)，以補(bǔ)充慶城縣城區(qū)人民日常生活用水。

工程由水庫(kù)、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(jì)最大壩長(zhǎng)183.32 m，最大壩高38.50 m，水庫(kù)正常蓄水位高程1 092.70 m，庫(kù)容289.87萬(wàn) m3。

水庫(kù)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(lèi)。

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(lèi)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(dá)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(lái)，地殼以間歇式下降運(yùn)動(dòng)為主，沉積午城、離石組及Q3薩拉烏蘇、馬蘭黃土地層，進(jìn)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(kù)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(lèi)水庫(kù)塌岸形式及預(yù)測(cè)塌岸量的分析

2.1岸坡的土質(zhì)分類(lèi)

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

(1)A類(lèi)岸坡(見(jiàn)圖1)：長(zhǎng)度4 726 m，占庫(kù)岸長(zhǎng)度的72.9%，岸坡多懸坡、立坎，岸線(xiàn)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(lèi)岸坡(見(jiàn)圖2)：長(zhǎng)度1 753 m，占庫(kù)岸總長(zhǎng)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(lèi)黃土岸坡

圖2　B庫(kù)區(qū)1#滑坡

2.2塌岸形式及塌岸預(yù)測(cè)參數(shù)的確定

2.2.1同類(lèi)已建水庫(kù)的塌岸調(diào)查

經(jīng)對(duì)本地區(qū)上世紀(jì)六十到八十年代建成運(yùn)行的巴家嘴水庫(kù)、馮家山水庫(kù)、蔣家溝水庫(kù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(kù)經(jīng)多年運(yùn)行，未發(fā)生過(guò)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(chǎng)塌岸模擬試驗(yàn)

塌岸模擬試驗(yàn)在水庫(kù)下壩線(xiàn)左岸平洞Q2離石黃土地層中進(jìn)行，在長(zhǎng)度2 m，寬 1 m,深 2.5 m的試坑內(nèi)進(jìn)行注水試驗(yàn)(見(jiàn)圖3、圖4)。試驗(yàn)前坑壁直立，初次注水深度200 cm，日變幅10～20 cm。經(jīng)過(guò)20 d不間斷注水浸泡及現(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)量，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(yàn)3天后

圖4　平洞Q2離石黃土岸坡坍塌試驗(yàn)20天后

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

離石黃土其土體結(jié)構(gòu)密實(shí)，具非濕陷性，且有一定的抗水解性。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，總注入水量18.31 m3，坑內(nèi)塌落淤積量為7.2 m3(計(jì)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(kù)蓄水后，總體穩(wěn)定性較好，發(fā)生較大規(guī)?；赡苄孕　０镀缕茐男问綉?yīng)以剝落及小規(guī)模坍塌為主，水庫(kù)蓄水初期，以庫(kù)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(zhǎng)。

2.2.3塌岸參數(shù)確定

經(jīng)對(duì)已建巴家嘴、馮家山及蔣家溝水庫(kù)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(yàn)成果，確定芡子溝水庫(kù)Q2離石黃土庫(kù)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(cè)及塌岸量計(jì)算

塌岸預(yù)測(cè)與塌岸量的計(jì)算，采用圖解法進(jìn)行(見(jiàn)圖5～圖10)。

圖5　A類(lèi)-左岸坡斷面圖

圖6　A類(lèi) 左岸塌岸寬度預(yù)測(cè)圖

圖7　A類(lèi)-右型岸坡斷面圖

圖8　A類(lèi) 右岸塌岸寬度預(yù)測(cè)圖

圖9　B類(lèi)岸坡斷面圖

圖10　B類(lèi)岸寬塌岸度預(yù)測(cè)圖

經(jīng)對(duì)庫(kù)區(qū)典型斷面估算，預(yù)測(cè)水庫(kù)總塌岸量79萬(wàn) m3，計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2　芡子溝水庫(kù)區(qū)岸坡塌岸量計(jì)算表

3結(jié)語(yǔ)

(1)本文針對(duì)黃土區(qū)水庫(kù)庫(kù)岸的工程地質(zhì)特性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)觀察，經(jīng)過(guò)綜合分析評(píng)價(jià)，詳細(xì)計(jì)算出水庫(kù)蓄水后的塌岸量，為工程建設(shè)提供了詳實(shí)的地質(zhì)依據(jù)，也為類(lèi)似工程建設(shè)提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

(2)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(kù)，前期庫(kù)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(kù)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(gè)慢長(zhǎng)的過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

[1]甘肅省慶陽(yáng)市慶城縣城區(qū)供水工程芡子溝注入式水庫(kù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告 (初步設(shè)計(jì))甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.2012.12.

[2]陸兆溱.工程地質(zhì)學(xué).中國(guó)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(jiǎn)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(lèi)號(hào)]P641.21

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0223-02