張召松

(長江水利委員會長江巖土工程總公司，武漢 430010)

黃石市大冶湖通江口門段新近堆積軟土岸坡穩(wěn)定性分析

張召松

(長江水利委員會長江巖土工程總公司，武漢 430010)

黃石市大冶湖通江口門段新河道岸坡土體主要為第四系新近堆積軟土，沉積物多泥沙混雜，且含淤泥質(zhì)及腐植質(zhì)，具高壓縮性，軟-流塑狀，抗剪強度低，各土體間性狀差異明顯。針對各類土體的組合關(guān)系，分為A類岸坡、B類岸坡及C類岸坡等三種岸坡類型，應(yīng)用地質(zhì)分析法及程序STAB對岸坡的穩(wěn)定性進行了評價及計算，為新河道岸坡治理措施的選取提供依據(jù)。

新河道岸坡；新近堆積； 抗沖性能；STAB程序

0 引 言

大冶湖位于長江中游南岸，南靠陽新，北依大冶，承雨面積1 106 km2，水面135 258畝，每年5～9月為汛期。1954年最高水位25.4m，1963年最低水位11.3m，平均水位16m，蓄水量0.5～2億m3。

大冶湖通江口門段河道長約3 900m，現(xiàn)狀坡比一般為1∶2～1∶2.5，河道左岸分別為黃石長江干堤鼎豐堤段，右岸為陽新長江干堤四顧堤、?？诘潭?，與長江韋源口河段牯牛洲右汊相通，河道兩端窄，中間寬，呈葫蘆形，河道呈彎曲的“幾”字形。由于河道彎曲，流程長，導(dǎo)致大冶湖排水時閘(泵站)前壅水較高，影響防洪排澇；同時河道彎曲程度大，彎頂段受沖，對?？诘谭篮榘踩珮?gòu)成威脅，也導(dǎo)致航道拐彎半徑小，低水位時船舶通行不暢，故決定對其進行裁彎取直。新開挖河道起點位于陽新長江干堤四顧堤樁號29+470處，終點位于陽新長江干堤?？诘潭螛短?6+363處。開挖新河道全長965m，河道開挖坡比1∶3(見圖1)。裁彎后的新河道是大冶湖洪水排泄入江的通道，同時也是大冶湖航道的一部分，因此新河道一方面要滿足大冶湖排洪的需要，另一方面需要滿足航道的相關(guān)標準。

1 地質(zhì)概況

工程區(qū)南西為壟崗丘陵或剝蝕殘丘區(qū)，北東為長江一級階地，整體屬于嶺谷相間的地貌特征。大冶湖自四顧閘出口后，在工程區(qū)范圍內(nèi)流向總體近E，流程約1.6km后,急彎轉(zhuǎn)流向NW，再經(jīng)過長約1km的流程后，在棋盤洲村附近呈弧形轉(zhuǎn)向NE流出，形成一個大的平面形態(tài)呈“U”河灣。區(qū)內(nèi)淵塘密布，四周為長江干堤，工程所處大地構(gòu)造單元為揚子準地臺下?lián)P子臺坪滁巢臺褶帶之鄂東褶皺束。區(qū)域構(gòu)造基本穩(wěn)定。工程區(qū)地震峰值加速度小于0.05g,相應(yīng)地震基本烈度為6度。

圖1 新河道工程布置示意圖

工程區(qū)內(nèi)土層按其透水性可劃分為相對透水層和相對隔水層兩種。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水賦存特征和埋藏條件，地下水主要為孔隙承壓水。地下水主要靠大氣降水和河湖水等地表水體的補給。地下水運移隨季節(jié)變化明顯。

區(qū)內(nèi)主要出露的地層上更新統(tǒng)沖湖積層(alQ3)硬塑狀粉質(zhì)黏土及全新統(tǒng)沖積層(alQ42)新近堆積軟～流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾泥沙薄層，下部為泥質(zhì)粉細砂、礫砂組成。

新挖河道邊坡存在的軟～流塑狀土與硬塑狀土的不利結(jié)構(gòu)組合面、具易沖刷的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層及泥質(zhì)粉細砂地層，均可能引起岸坡穩(wěn)定問題。

2 河道岸坡穩(wěn)定性分析

2.1 河道岸坡現(xiàn)狀

據(jù)野外調(diào)查，原河道岸坡分布有多處崩岸及滑坡，主要分布于河流凹岸，岸坡受河水沖蝕作用，使河岸坡表體失穩(wěn)所致。岸坡土體均為全新統(tǒng)新近沖湖積層(Q42)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，上部土體在自重作用下失穩(wěn)，向河谷方向塌滑，規(guī)模較大的岸分布有3處，其分布特征(見表1)。

表1 大冶湖通江口門段滑坡分布規(guī)模及特征一覽表

2.2 新開河道岸坡穩(wěn)定性分析

影響河道岸坡穩(wěn)定的因素可分為內(nèi)因和外因，內(nèi)因包括岸坡坡度、形態(tài)、地層結(jié)構(gòu)、巖性等，外因包括汛期水位的變幅和持續(xù)時間、水深度、水流作用、風力、波浪作用。岸坡破壞是上述各種因素綜合作用的結(jié)果。

大冶湖通江口門段新開河道岸坡可分為3類：A類：上部新近堆積黏性土,下部老黏土；B類：均為新近堆積黏性土；C類：上部新近堆積黏性土,下部為砂性土。

2.2.1 A類岸坡

上部為新近沉積的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，下部為老黏土。兩層土的物理力學性質(zhì)和滲透性存在明顯差異，岸坡的穩(wěn)定性主要受控制于新、老黏土接觸帶。當新老黏土接觸帶傾向河道并在岸坡出露時，在工作上部淤泥質(zhì)黏土重力作用下發(fā)生滑動，如圖2所示。

圖2 A類岸坡滑動模式示意圖

2.2.2 B類岸坡

B類河道岸坡主要為新近沉積的淤泥質(zhì)土，該類土體抗沖性能差，新河道在汛期高水位運行情況下，由于裁彎段河道長度縮短，河道斷面變得更為規(guī)整，水流流速比原河道明顯增大，加劇了對新河道岸坡的沖刷。岸坡在水位線附近不斷遭受淘刷和側(cè)蝕，易掏空坡體，致使岸坡失穩(wěn)。如圖3所示。此外，該類土體承載力較低，施工期上部工作面荷載，亦容易引起岸坡變形破壞。

圖3 B類岸坡滑動模式示意圖

2.2.3 C類岸坡

C類河道岸坡坡體大部或坡腳為泥質(zhì)粉細砂層，水位沖刷掏蝕坡腳，形成土腔或凹槽及反坡，上部土體迅速向下崩落或坍塌，最終堆積于坡腳部位，變形以豎向位移為主。穩(wěn)定性較差，影響河道運行安全，甚至危及河堤堤身穩(wěn)定。如圖4所示。此外，由于岸坡土體為雙層結(jié)構(gòu)，上部相對隔水層較薄，一般2～4m，下部為泥質(zhì)粉細砂，滲透性強，汛期江水通過泥質(zhì)粉細砂層向堤內(nèi)滲透頂穿表層粉質(zhì)黏土而產(chǎn)生滲透變形。

圖4 C類岸坡滑動模式示意圖

2.3 新開河道岸坡穩(wěn)定計算

采用水利水電規(guī)劃總院批準使用的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序STAB進行電算。土體物理力學指標(見表2)施工無水期采用快剪，汛期采用固快。

計算成果表明，按擬定的工程邊坡開挖方案，在施工無水期和汛期兩種工況下，三種類型岸坡在汛期穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范規(guī)定值，均存在岸坡穩(wěn)定問題； A類岸坡在施工無水期存在岸坡穩(wěn)定問題。

表2 土層物理力學指標采用值表

表3 抗滑穩(wěn)定計算成果表

3 河道岸坡評價及處理措施

A類岸坡：岸坡主要沿上部Q4/Q3分界結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移，主要受結(jié)構(gòu)面的傾角、地下水位、軟弱帶厚度及上部工作荷載等因素的影響，計算成果表明：其無水施工期及運行洪水期均存在岸坡穩(wěn)定問題。因而對該類岸坡處理措施建議采用抗滑樁，并注意減少上部工作荷載對岸坡穩(wěn)定的影響。

B類岸坡：岸坡土體具軟～流塑狀，承載力低，計算表明：無水施工期其安全系數(shù)比規(guī)范值略大，洪水期安全系數(shù)略小于規(guī)范值。岸坡穩(wěn)定主要受河道水流浪沖的影響，因而對該類岸坡處理措施建議采用漿砌塊石防護，并需注意減少上部工作荷載對岸坡穩(wěn)定的影響。

C類岸坡：岸坡土體存在滲透性強，抗沖性能差的泥質(zhì)粉細砂，計算表明：無水施工期岸坡不存在穩(wěn)定問題，洪水期安全系數(shù)小于規(guī)范值。岸坡穩(wěn)定受地下水及河道水流沖刷影響明顯，因而對該類型岸坡處理難度相對較大，必需將砂層地下水流徹底切斷，再采用漿砌塊石防護處理措施。

4 結(jié) 論

隨著國家對中小河流綜合治理力度加大，新近堆積軟土岸坡給工程造成的影響案例大大增加，本文通過對黃石市大冶湖通江口門段新開挖河道新近堆積軟土岸坡破壞形式的分析，通過程序STAB計算，得出結(jié)論如下：新近堆積土與下伏老粘土易沿軟、硬接觸帶產(chǎn)生岸坡破壞；新近堆積軟土岸坡受汛期水位影響，主要在受河道水流沖刷影響，易致岸坡失穩(wěn)；砂性土坡腳岸坡受地下水及河道水流沖刷影響，易形成岸坡變形破壞。采取行之有效的岸坡防護或處理措施，可確保工程建設(shè)期間及運行期安全。

[1] 堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程(SL/T 188-2005).

[2] 張召松，等.黃石市大冶湖通江口門段河道綜合治理工程地質(zhì)勘察報告(初步設(shè)計階段)[R].武漢：長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司，2012.

Analysis of Newly-deposited Soft Soil Slope of Tongjiangkou Section of Daye Lake in Huangshi Stability

ZHANG Zhao-song

(Changjiang Water Resources Commission, Wuhan 430010, China)

The soil of the new river's slope of Tongjiangkou section of Daye Lake in Huangshi city is quaternary newly-deposited soft soil. Its sediment was mixed with silt and humus, with high compressibility, fluidity and plasticity, low alkali resistance and obvious character differences. According to the combinational style of various kinds of soil, the slope is classifiecl into type A, type B and type C. The stability of different slopes is evaluated and calculated by using geological analysis method and STAB program, which provides basis for the selection of treatment measures for the new river’s slope.

new river; slope; newly-deposited soil; anti-scouring ability; STAB program

2017-02-24

張召松 (1972-)，湖北陽新人，工程師，大學，研究方向：工程地質(zhì)與水文地質(zhì)。

TV223

A

1673-0496(2017)02-0011-03

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2017.02.004