(長江巖土工程總公司(武漢)，湖北 武漢 430014)

三峽工程建成后，庫區(qū)水位大幅上漲，致使萬州江南新區(qū)密溪溝形成獨(dú)特的內(nèi)湖水灣。受水庫周期性調(diào)節(jié)影響，在密溪溝兩岸形成兩條帶狀淹沒線，環(huán)境景觀效果差；密溪溝自然岸坡較陡，頻繁的水位變動(dòng)將會加大庫岸坍塌、侵蝕再造及水土流失的風(fēng)險(xiǎn)；岸邊沖溝也將成為潛在的納污區(qū)，對密溪溝水環(huán)境造成不利影響。

因此修建密溪溝塌岸防治工程已迫在眉睫，勢在必行，通過修建密溪溝庫岸防治工程，可以把消落帶變成休閑、娛樂和觀光的濱水公共休閑區(qū)，有利于提升江南新區(qū)的城市品質(zhì)，促進(jìn)生態(tài)旅游和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 庫岸地質(zhì)環(huán)境

1.1 地理環(huán)境

萬州地處三峽庫區(qū)腹心地帶，是三峽庫區(qū)的中心城市和長江十大港口之一，水路可直通重慶、宜昌，陸路交通較發(fā)達(dá)，交通便利。密溪溝位于重慶市萬州江南新區(qū)北片，為三峽水庫庫區(qū)長江一級支流，庫岸始于密溪溝大橋左岸橋頭，環(huán)繞密溪溝溝內(nèi)庫岸一周，終于密溪溝大橋右岸橋頭，庫岸線全長6462m，密溪溝岸位置見圖1。

1.2 地層巖性

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于四川臺坳川東褶皺束萬縣復(fù)式向斜北東段近軸部，北臨鐵鋒山背斜，南近方斗山背斜，褶皺走向?yàn)楸睎|向，褶皺形態(tài)為梳狀高背斜和寬闊平緩向斜相間排列，構(gòu)成隔擋式構(gòu)造。工程區(qū)未發(fā)現(xiàn)較大斷層和活動(dòng)斷裂；地震烈度為Ⅵ度。

1.4 水文地質(zhì)

工程區(qū)內(nèi)河流主要為長江、密溪溝及地表沖溝等，長江為工程區(qū)內(nèi)最低排泄基準(zhǔn)面。根據(jù)地下水含水介質(zhì)、水動(dòng)力及補(bǔ)徑排特征，密溪溝庫岸地下水分為第四系松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水。

2 庫岸基本特征

本文研究的岸坡是密溪溝兩岸臨江第一岸坡內(nèi)，死水位145m(死水位尖滅點(diǎn)以上為天然水位)至水庫20年一遇洪水位之間，高差30～40m范圍內(nèi)的岸坡段，見圖2。

圖2 密溪溝岸坡

a.為準(zhǔn)確反映庫岸的基本特征，按巖土類型將本庫岸的岸坡分為巖質(zhì)庫岸、土質(zhì)庫岸、巖土質(zhì)混合庫岸三大類，見圖3，再根據(jù)覆蓋層的不同成因、巖質(zhì)岸坡與地層產(chǎn)狀的關(guān)系等進(jìn)行細(xì)分：

土質(zhì)庫岸(Q)是指主要由第四系松散堆積層組成的岸坡，基巖埋深較大。按成因類型進(jìn)一步劃分為殘坡積土岸坡(E)、崩坡積土岸坡(C)、滑坡堆積岸坡(D)、人工堆積岸坡(M)四類。

巖質(zhì)庫岸(R)是指基巖出露或覆蓋層較薄的岸坡(覆蓋層厚度小于1.5m)。按巖層產(chǎn)狀與岸坡走向的關(guān)系進(jìn)一步劃分為順向坡(S)、逆向坡(N)、斜向坡(X)三類。

巖土質(zhì)混合庫岸(RQ)是由基巖和土體組成的岸坡。按消落區(qū)巖、土在坡面的組合關(guān)系進(jìn)一步劃分為上土下巖型(Ⅰ類)岸坡和上巖下土型(Ⅱ類)岸坡。

b.按庫岸岸坡地形坡角可將庫岸分為以下三類:

1類庫岸：庫岸地形坡角小于20°。

2類庫岸：庫岸地形坡角在20°～35°之間。

3類庫岸：庫岸地形坡角大于35°。

庫岸結(jié)構(gòu)類型分類，見表1。

密溪溝庫岸根據(jù)庫岸特征及分段原則可分為22段，其中巖土混合庫岸長4073.6m，占工程區(qū)庫岸的63%；土質(zhì)庫岸長1512.1m，占工程區(qū)庫岸的23.4%；巖質(zhì)庫岸總長876.3m，占工程區(qū)庫岸的13.6%。

表1 庫岸結(jié)構(gòu)類型分類表

圖3 岸坡結(jié)構(gòu)類型

3 塌岸的影響因素分析

水庫蓄水或運(yùn)行過程中，庫岸到所處的地質(zhì)環(huán)境將發(fā)生顯著改變，自然平衡條件將遭到受破壞，從而引起岸坡穩(wěn)定性的變化并產(chǎn)生庫岸再造，改變岸坡的形態(tài)，直至達(dá)到新的平衡。

根據(jù)庫岸形態(tài)、岸坡的結(jié)構(gòu)類型、庫水的影響等因素，蓄水后，可能的再造類型有沖蝕剝蝕型(Er)、坍(崩)塌型(C0)和滑移型(Sl)三種，各再造類型的可能破壞模式，見表2。

表2 庫岸再造類型破壞模式特征表

影響庫岸再造的因素可分為內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)在因素即庫岸結(jié)構(gòu)類型，主要包括庫岸原始坡度和形態(tài)、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)和巖體構(gòu)造。外在因素主要包括庫水位的變化幅度和持續(xù)時(shí)間、風(fēng)力和波浪作用。庫岸再造是上述各種因素綜合作用的結(jié)果，由于影響各段庫岸再造的主導(dǎo)因素不同，庫岸再造的發(fā)展速度和程度存在差異。庫岸越高、越陡，庫岸再造就越嚴(yán)重；反之，越輕微。水下岸坡陡直，岸前水深，波浪作用強(qiáng)烈，塌落物質(zhì)搬運(yùn)速度快，加快了庫岸再造過程。支溝發(fā)育，地形切割嚴(yán)重、岸線彎曲的庫岸再造嚴(yán)重，特別是突嘴、凸岸，其三面臨水，庫岸再造尤為嚴(yán)重，平直和凹岸則較輕微。

組成庫岸的巖土類型和性質(zhì)直接影響庫岸抗沖蝕能力的強(qiáng)弱，庫岸再造的速度和寬度還與觸水部分巖層的組合有關(guān)。

庫水位的變化幅度與各種水位持續(xù)時(shí)間對水庫庫岸再造影響甚大。高水位時(shí)形成的淺灘，水位下降時(shí)就會受到破壞，庫水位的變化幅度越大，在動(dòng)水壓力的作用下，岸坡就越容易受到破壞；庫水位的持續(xù)時(shí)間越長，波浪作用的概率就越高，使塌岸速度加快，庫岸再造范圍擴(kuò)大。水庫蓄水后，波浪作用成為主要應(yīng)力，波浪對庫岸的再造主要表現(xiàn)為擊岸浪對岸壁土體的掏刷和磨蝕，對塌落物質(zhì)進(jìn)行搬運(yùn)。

4 塌岸預(yù)測方法與參數(shù)確定

4.1 預(yù)測方法

目前國內(nèi)外對塌岸預(yù)測方法尚處于探索階段，常用的塌岸預(yù)測方法有工程地質(zhì)類比法(圖解法)、綜合判定法、卡丘金法、佐洛塔廖夫法、統(tǒng)計(jì)法等，卡丘金法適用于自然岸坡較陡，且由松軟均質(zhì)土體如黃土、砂土、砂質(zhì)黏土以及黏土等組成庫岸的塌岸預(yù)測。國內(nèi)的一些大中型水庫對塌岸預(yù)測的實(shí)踐表明，在塌岸預(yù)測中，工程地質(zhì)類比法(圖解法)是較為理想的方法。密溪溝庫岸塌岸預(yù)測所采用的即為工程地質(zhì)類比法(圖解法)與綜合判定法。

4.1.1 工程類比法(圖解法)

此法的基本原理就是將蓄水后各設(shè)計(jì)水位下不同巖性的岸坡坡角與自然條件、類似情況下的岸坡坡角進(jìn)行類比，以確定塌岸的影響范圍，即以天然水下的穩(wěn)定坡角(α)作為蓄水后死水位以下的穩(wěn)定坡角，以天然水位至洪水位之間水位變動(dòng)帶的穩(wěn)定坡角(β)作為蓄水后水位變動(dòng)帶的穩(wěn)定坡角，以天然洪水位以上的穩(wěn)定坡角(γ)作為蓄水后洪水位以上穩(wěn)定坡角，以確定塌岸影響范圍，見圖4。因此，運(yùn)用此法進(jìn)行水庫塌岸預(yù)測時(shí)，蓄水前后的特征水位以及相應(yīng)的特征水位下的岸坡穩(wěn)定坡角是預(yù)測塌岸的控制因素。

4.1.2 綜合判定法

巖質(zhì)庫岸再造預(yù)測應(yīng)根據(jù)庫岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)、岸坡天然坡高、坡角、裂隙組合與坡向的關(guān)系等，分以下三種情況進(jìn)行綜合判定：

a.庫岸為逆向-斜向坡，外傾裂隙不發(fā)育，且岸坡天然坡角小于35°時(shí)，一般不會產(chǎn)生庫岸再造。

b.庫岸為逆向-斜向坡，岸坡高、陡，各種結(jié)構(gòu)面的組合在坡面上可形成危巖體時(shí)，會產(chǎn)生局部崩塌，但不會產(chǎn)生大范圍庫岸再造。

c.庫岸為順向坡，外傾裂隙發(fā)育，且岸坡天然坡角大于結(jié)構(gòu)面傾角時(shí)，可能產(chǎn)生較大范圍的庫岸再造。

因此，對巖質(zhì)庫岸在地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上結(jié)合圖解法進(jìn)行預(yù)測，特別是崩塌型庫岸再造段，調(diào)查岸坡卸荷裂隙發(fā)育特征與卸荷帶寬度，并據(jù)此預(yù)測庫岸再造寬度，與工程類比法進(jìn)行對比，預(yù)測該段庫岸再造最大寬度。

圖4 岸坡塌岸預(yù)測

4.2 參數(shù)確定

4.2.1 特征水位的選取

依據(jù)工程地質(zhì)類比法原理，預(yù)測塌岸時(shí)的特征水位，見表3。

表3 密溪溝塌岸預(yù)測特征水位

4.2.2 穩(wěn)定坡角取值

根據(jù)上述預(yù)測庫岸再造原則，要確定庫岸最終再造寬度與高程，首先應(yīng)取得各巖土層在不同庫水位條件下的自然穩(wěn)定坡角，自然穩(wěn)定坡角的取值應(yīng)切合實(shí)際且具有代表性。

萬州城區(qū)建成的庫岸防護(hù)工程已安全運(yùn)行多年，其岸坡巖土層的水下穩(wěn)定坡角取值可作為參考。根據(jù)工程區(qū)巖土體成因、類型和已建成縣城庫岸的巖土體成因、類型的一致性，參考《長江三峽工程庫區(qū)萬州新縣城庫岸防護(hù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告(詳細(xì)勘察階段)》(2001年8月)中各巖土層水下穩(wěn)定坡角的取值，并結(jié)合工程區(qū)各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)確定密溪溝各巖土層在不同特征庫水位狀態(tài)下的穩(wěn)定坡角建議值，見表4。

表4 各類巖、土岸坡自然穩(wěn)定坡角 單位：(°)

4.2.3 庫岸再造程度分級

根據(jù)《三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工程地質(zhì)勘察技術(shù)要求》(2004年12月)庫岸再造強(qiáng)烈程度的分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合萬州區(qū)移民遷建建設(shè)最低高程將庫岸再造強(qiáng)烈劃分為三級，見表5。

表5 庫岸再造強(qiáng)烈程度分級

5 塌岸預(yù)測結(jié)果與分析

5.1 塌岸預(yù)測結(jié)果

根據(jù)上述原理，對萬州江南新區(qū)密溪溝庫段各勘察剖面進(jìn)行了塌岸預(yù)測，結(jié)果見表6。庫岸段典型剖面再造預(yù)測見圖5。

表6 密溪溝庫岸段塌岸規(guī)模預(yù)測結(jié)果

續(xù)表

圖5 庫岸再造典型剖面預(yù)測

5.2 塌岸結(jié)果分析

a.密溪溝為長江右岸一級支流，溝谷深切，谷底比降大，兩岸岸坡陡峻，局部形成陡崖與峭壁，兩岸覆蓋層零星分布，且厚度不大，岸坡總體以巖土質(zhì)混合岸坡、巖質(zhì)岸坡為主，根據(jù)工程類比法和現(xiàn)場庫岸現(xiàn)狀、形態(tài)與結(jié)構(gòu)綜合判定法進(jìn)行庫岸再造預(yù)測，兩種方法得出的再造寬度中，工程類比法的再造寬度稍大于綜合判定法的再造寬度。

b.根據(jù)塌岸預(yù)測結(jié)果，密溪溝庫岸再造強(qiáng)烈(Ⅰ級)庫岸段累計(jì)長1829.5m，占工程庫岸總長的28.3%，主要分布于密溪溝中部兩岸岸坡上；庫岸再造較強(qiáng)烈(Ⅱ級)庫岸段累計(jì)長385.6m，占工程庫岸總長的6.0%，主要分布于密溪溝尾；庫岸再造輕微(Ⅲ級)庫岸段累計(jì)長4246.9m，占工程庫岸總長的65.7%，主要分布于密溪溝溝口和2號沖溝內(nèi)。

c.庫岸再造類型中主要以沖蝕剝蝕型(Er)破壞為主，部分為坍(崩)塌型(Co)破壞，且主要位于溝口水位變幅帶內(nèi)砂巖陡崖上，少量陡坡上厚度較大的土層可能存在滑移型破壞。

d.三峽水庫蓄水后，庫岸再造強(qiáng)烈段(Ⅰ級)將存在強(qiáng)烈的沖蝕剝蝕型和崩塌型庫岸再造，對庫岸附近工程產(chǎn)生不良影響。

6 結(jié) 語

隨著三峽水庫投入運(yùn)行，沿江區(qū)域交通不暢、庫岸再造和消落區(qū)環(huán)境惡化等問題逐步顯露，亟待解決。水庫塌岸的危害性主要表現(xiàn)在城鎮(zhèn)所在岸坡的失穩(wěn)，加之三峽庫區(qū)移民的就地后靠式搬遷模式，使得城鎮(zhèn)庫岸的塌岸防護(hù)工作更加重要。因此，根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)勘測資料采用圖解法與綜合判定法對塌岸的規(guī)模、可能造成的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，對于指導(dǎo)萬州區(qū)乃至整個(gè)三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理具有重要意義，其生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。