蘆建軍，孫治新，玉 博

（1.寧夏水投清水河城鄉(xiāng)供水有限公司，寧夏 吳忠 751100；2.中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

某水源水庫位于甘肅省甘南州白龍江中游，水 庫壩址在白龍江與臘子溝支流交匯處下游100 m，庫區(qū)洄水至壩址上游約25 km。 白龍江在多年的運行中， 逐漸形成較為穩(wěn)定的河流岸坡， 但隨著水庫建造，庫區(qū)水文地質(zhì)條件較之前發(fā)生較大改變，受庫水位變動、風(fēng)浪等因素影響，土質(zhì)岸坡的平衡條件遭到破壞發(fā)生坍塌，對沿岸分布的村莊、農(nóng)田、道路、橋梁存在威脅，同時會造成水庫淤積，因此進行水庫塌岸預(yù)測具有重要意義。

行業(yè)內(nèi)將水庫塌岸預(yù)測分為長、短期預(yù)測，現(xiàn)行規(guī)范、手冊中主要介紹了類比圖解法、計算圖解法［1］。目前，常用的庫岸塌岸預(yù)測方法以類比圖解法為主，包括卡丘金法、佐洛塔廖夫法、“兩段法”、岸坡結(jié)構(gòu)法4 種［2］。王躍敏等［3］通過外福鐵路線水口水庫庫岸塌岸觀測研究， 提出適合我國南方山區(qū)峽谷型水庫塌岸的兩段預(yù)測法，利用“兩段法”對該工程水庫進行庫區(qū)塌岸長期預(yù)測。

1 庫岸地形地質(zhì)條件

白龍江干流及其臘子溝支流河谷形態(tài)呈不對稱型，且多為斜向谷，自然坡降平均值約0.663%，河道彎曲、水流湍急。河谷兩岸階地較為發(fā)育，以Ⅲ～Ⅳ級階地為主，呈扇型或狹長型在河谷兩岸展布，天然岸坡坡角約47°～65°，植被覆蓋較少。

庫區(qū)范圍內(nèi)基巖以砂質(zhì)板巖夾粉砂巖、 炭質(zhì)板巖為主，局部出露灰?guī)r，兩岸不連續(xù)分布不同成因的第四系松散堆積物， 按其成因可分為上更新統(tǒng)沖洪積物、綜合成因黃土及全新統(tǒng)沖洪積物、坡洪積物、坡積物、坡崩積物，厚度分布不均，0.5～30 m 不等，水庫蓄水后， 正常蓄水位附近及以上覆蓋層部位將會發(fā)生不同程度的塌岸。

2 影響塌岸的主要因素

2.1 庫岸地層物質(zhì)組成

岸坡物質(zhì)組成及土層性質(zhì)是影響水庫塌岸的內(nèi)在因素［4］，對水庫塌岸的影響較大。一般堅硬巖石地層抗沖刷能力強，水庫塌岸發(fā)展緩慢，且不嚴重；半堅硬巖中的黏土巖等具遇水軟化、易崩解等特點，較易形成塌岸、且塌岸發(fā)展較快、較堅硬巖嚴重；第四系松散堆積物， 一般塌岸發(fā)展迅速， 且塌岸較為嚴重。本工程庫岸地層以第四系沖洪積物、坡洪積物、坡崩積物等組成， 厚度分布不均， 成份以卵石混合土、碎石混合土等巨粒土為主，階地平緩地帶表層多分布低液限黏土，厚度一般小于1 m。其中卵石混合土一般具泥質(zhì)弱膠結(jié)，結(jié)構(gòu)稍密實，碎石混合土結(jié)構(gòu)松散， 上述土體遇水極易發(fā)生崩解， 抗沖刷能力較差，極易發(fā)生水庫塌岸。

2.2 風(fēng)浪作用

風(fēng)浪作用是水庫塌岸的主要外部動力。 水庫蓄水后，在風(fēng)力作用下，波浪對岸壁土體產(chǎn)生淘刷與磨蝕，并對塌落物質(zhì)進行搬運，從而加速塌岸。波浪的浪高與風(fēng)速、風(fēng)向、水深等因素有關(guān)。一般來說，風(fēng)速越大、水面越寬、水深越大，波浪的能量就越大，塌岸就越嚴重。本工程庫區(qū)風(fēng)速較大，庫水較深，但因地處高山峽谷地區(qū)，水面呈狹長帶狀，寬度較窄，因此綜合分析，風(fēng)浪對水庫塌岸的影響一般。

2.3 凍融變化

工程區(qū)屬非典型性大陸性氣候，冬季較寒冷，海拔較高，晝夜溫差大，由于土體的凍融作用，極易破壞土體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土體強度降低，致使岸坡破壞。

2.4 植被保持

植物根系可對岸坡起到固結(jié)作用， 可提高岸坡的抗沖刷能力。工程區(qū)地處高山峽谷地帶，兩岸岸坡較陡峭，植被覆蓋較少，對岸坡的保護作用較小。

3 “兩段法”塌岸預(yù)測

3.1 基本原理

“兩段法”主要將預(yù)測塌岸線分為兩部分，即水下穩(wěn)定岸坡線和水上穩(wěn)定岸坡線。 水上穩(wěn)定岸坡線起點同高程的原始岸坡點與水上穩(wěn)定岸坡線終點之間的水平距離即為預(yù)測的塌岸寬度Sk，如圖1。水下穩(wěn)定岸坡線由原河道多年最高洪水位h 及水下穩(wěn)定坡角α 確定， 水上穩(wěn)定岸坡線由正常蓄水位和毛細水上升高度H′及水上穩(wěn)定坡角β 確定。

圖1 “兩段法”塌岸預(yù)測示意圖

圖1 為“兩段法”的具體圖解：以原河道多年最高洪水位與岸坡交點A 為起算高程點， 以水下穩(wěn)定坡角α 為傾角繪出水下穩(wěn)定岸坡線， 該線延伸至設(shè)計洪水位加毛細水上升高度的高程點B， 再以B 點為起點， 以水上穩(wěn)定坡角β 為傾角繪出水上穩(wěn)定岸坡線， 該線與原岸坡的交點C 即為水上穩(wěn)定岸坡的終點。 水上穩(wěn)定岸坡線的起點B 的高程所對應(yīng)的原岸坡點D 與該線終點C 之間的水平距離，即為“兩段法”預(yù)測的塌岸寬度Sk。

在塌岸預(yù)測的實際工作中，各地層中水下、水上穩(wěn)定坡角（α，β）一般采用工程類比法和現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查的方法來確定； 毛細水上升高度H′一般通過試驗與現(xiàn)場調(diào)查相結(jié)合來確定，其值與岸坡巖土體的顆粒組成有關(guān)，粗顆粒毛細水上升高度小，細顆粒相對較高。

3.2 長期塌岸預(yù)測

3.2.1 各地層塌岸預(yù)測參數(shù)選擇

巖土體力學(xué)參數(shù)的選取是勘察、 設(shè)計研究的重要問題，常通過室內(nèi)外力學(xué)試驗、反演及工程地質(zhì)類比加以確定［5］。該工程勘察期間，對庫區(qū)及周邊進行小比例尺地質(zhì)測繪工作， 針對易塌岸段進行野外實測地質(zhì)剖面，對不同地層水下岸坡、水上岸坡的穩(wěn)定坡角和毛細水上升高度進行統(tǒng)計，在此基礎(chǔ)上，提出水庫蓄水后未采取防護狀態(tài)下， 土質(zhì)岸坡的穩(wěn)定坡角及毛細水上升高度建議值如表1。

表1 各地層穩(wěn)定坡角建議值

3.2.2 塌岸寬度預(yù)測

依據(jù)上述坡角建議值（表1）,對水庫區(qū)土質(zhì)岸坡采用“兩段法”進行最終塌岸預(yù)測，塌岸預(yù)測典型剖面如圖2。根據(jù)預(yù)測剖面（圖2）可知：該剖面位置塌岸寬度Sk為69.53 m， 水上穩(wěn)定岸坡塌岸高度Hu為24.49m。本文僅以此剖面為例，實際工作中，為提高塌岸預(yù)測準確率，預(yù)測剖面數(shù)量應(yīng)盡可能的密集，理論上剖面間距越近，塌岸預(yù)測精度越高。

圖2 塌岸預(yù)測典型剖面圖

3.2.3 塌岸面積預(yù)測

根據(jù)工程區(qū)庫岸穩(wěn)定調(diào)查成果， 初步確定存在塌岸段的庫岸長度， 剖面預(yù)測塌岸寬度與該剖面代表的塌岸段庫岸長度之積，即為該段塌岸面積（水平投影面積）。

3.2.4 塌岸體積預(yù)測

由圖2 可知， 該剖面水上塌岸橫截面積為1407.36 m2， 該剖面所代表塌岸長度與橫截面積之積，即為該段水上塌岸體積。

4 結(jié)語

“兩段法”塌岸預(yù)測較適用于庫面狹窄、風(fēng)浪作用較小的峽谷型水庫，在實際工作中，提高塌岸庫段的預(yù)測剖面精度及數(shù)量， 并同時運用卡丘金圖解法塌岸預(yù)測進行對比，以提高塌岸預(yù)測的可靠性。