水库塌岸预测方法的比选

水库塌岸预测方法的比选

在河流水库建成后，区域环境工程的地质位发生变化，水库的形状和稳定性也发生变化。海岸上的频繁坍塌不仅破坏了矿工、公司、村庄、码头、道路、桥梁和电源连接，而且坍塌的土壤和石头的体验导致水库的积聚。因此，水库坍塌的预测具有重要意义。但水库塌岸是多种因素综合作用的结果,形成过程十分复杂,虽然预测方法有多种,但大多有局限性,很难全面考虑其影响因素。考虑到河流在其形成过程中,岸坡已经经历了一个由不稳定到稳定的改造过程。而水库塌岸的过程实际上就是岸坡再造的过程,水库蓄水后新的稳定岸坡与自然条件下的稳定岸坡具有可比性。基于以上观点,采用工程地质类比的方法预测水库塌岸的影响范围,对塌岸治理、移民搬迁具有重要的意义。1岸坡水岸边坡再生的必要性因子分析水库建成后,水库回水使沿岸地区的自然条件发生显著的变化,特别是在水库上游水面比较开阔的沿岸地区,由于水位的升高造成河流局部侵蚀基准面和地下水位的抬高,原来处于干燥状态的土石体遭受库水的浸湿或浸泡,并引起水文动态的变化,使波浪成为地表水流改造岸坡的主要营力。对于抗冲刷能力较弱的疏松土石体或软质岩石构成的岸坡,在一个不太长的时期里会以剥落、崩塌、座落、滑坡、滑塌等形式遭受破坏,岸线节节后退,坍塌的土石体部分堆积于水下形成浅滩。随着岸壁逐渐后退和浅滩逐渐扩大,到一定程度就稳定下来,形成新的稳定岸坡的过程称为水库塌岸。对于抗冲刷能力较强的硬质岩石构成的库岸,岸坡再造的后退速度很缓慢,在水库运行期间不大可能发生明显的变化,因而预测其岸坡再造规模的必要性不大。岸坡原有的崩滑体、潜在的蠕滑体,在库水和地下水的作用下,往往会发生突然性的大规模崩滑,其影响范围与其分布范围有关。因此,本文所指的水库塌岸预测是针对疏松土石体或软质岩石构成的岸坡而言。2水下浅基基因及破坏产物来源的减少水库塌岸的过程,就是在水库水的作用下原岸坡的破坏和新岸坡的形成过程。水库蓄水到一定高程时,库岸岩土体遭受浸水和波浪的冲蚀以及岸边张裂隙的发育而开始坍塌。破坏的快慢决定于岩土体的强度和结构以及波浪能量的大小。如果原始岸坡较高,经过一段时间便在冲蚀的地方形成浪蚀龛及由坍落物在水下斜坡初步形成浅滩的雏形。随着浪蚀龛的加深,上部岩土体受重力作用而塌方,岸壁随之后退。塌落物质部分被沿岸流运走,部分被浪运向深处堆积下来,使浅滩逐渐发展壮大。由于水库放水,使库水消落至较低位置,在此库水位附近出现浪蚀龛和岸坡后退以及浅滩加宽,上部受冲蚀而变得更平缓。水库蓄水再次到高水位时继续掏蚀库岸,使岸壁后退,并到第二次消落水位时使浅滩继续扩大。由于水库高低水位不断轮回变化使边岸不断改造。水下浅滩的发展减小了近岸带的水深,加长了波浪击岸的路程,削弱了波浪冲蚀库岸的能力,从而减慢了库岸再造的过程。同时,破坏产物来源的减少,限制了浅滩本身的继续发展。当浅滩增长到足以消耗奔向库岸的波浪的全部能量时,冲蚀和堆积就基本停止下来,库岸不再后退,水下浅滩停止发展,水上和水下岸坡都达到相对稳定状态。3影响水库坍塌的因素影响水库塌岸的因素有水文地质、库岸形态、库岸岩性和地质结构及其他因素。3.1抗剪强度降低水库回水的抬升促使地下水位上升,引起库岸岩土体的湿化和物理、力学、水理性质改变,破坏了岩土体结构,从而大大降低其抗剪强度和承载力,易于塌岸的发生;随着库水位的上升,地下水位亦上升,地下水的坡降减缓,动水压力降低,暂时有利于库岸的稳定;当库水再度消落时,却又增加了地下水的动水压力,库岸的稳定性又显著降低。3.2水下岸形陡直,深切切为一种形式的“罗马法”库岸形态指的是岸高、岸的坡度、库岸的沟谷切割及岸线弯曲情况等。库岸愈高、愈陡,塌岸就愈严重;反之,则轻微。水下岸形陡直,岸前水深的库岸,波浪对库岸的作用强烈,塌落物质被搬运也较快;一般当地形坡度小于10°时,便不发生塌岸。在平面形态上,支沟发育,地形切割严重、岸线弯曲的库岸塌岸严重,特别是突咀,凸岸三面临水,坍塌严重,平直岸和凹岸则较轻微。3.3岩石化边坡的塌岸各种岩、土边坡具有不同的抗剪强度和抗冲刷能力,它们决定塌岸的范围和塌岸的类型。一般由前第四系层状、块状、坚硬、半坚硬岩类组成的库岸,可以维持较大的稳定边坡,基本不存在塌岸问题;由层状松散、半胶结、半固结岩类组成的库岸,一般塌岸现象较轻;由松散粉细砂层、黄土类土组成的库岸,抗冲刷能力小,浸水后产生湿陷、崩解,塌岸现象最为严重。当岸坡基岩中的结构面发育,存在不稳定组合体,水库蓄水后,会降低库岸的稳定性,诱发产生塌岸或滑坡,对工程造成危害。3.4其他因素影响水库塌岸的其他因素有地震、结冰、淤积、植被、风化作用、地表水流的冲刷、滑坡、崩塌等。4水库坍塌的预测方法和应用4.1稳定坡角初步预测水库塌岸是多种因素综合作用的结果,库岸的原始坡度和形态、地层岩性、地质结构和岩体构造是内在因素,而库水位变化幅度和持续时间、波浪等作用是外因。因此,必须在综合考虑各因素的基础上,抓住主导因素,才能正确分析水库塌岸的发展趋势,从而作出可靠的预测。河流在其形成过程中,岸坡经历了一个由不稳定到稳定的改造过程,而水库塌岸正是库岸由不稳定到稳定的再造过程,两者类似。且是发生在同一岸坡上,其所处地理地质环境相同,影响因素具有可比性。根据一些工程中水库塌岸预测的经验,工程地质类比分析法是一个较好的方法,叙述如下。以河流年平均枯水位、年平均洪水位为界,将天然岸坡划分为3带:年平均枯水位以下为水下岸坡带、年平均枯水位～年平均洪水位之间为水位变动带、年平均洪水位以上为水上岸坡带,与水库运行期死水位以下库岸长期处于水下、死水位～正常蓄水位库岸受库水变动的影响、正常蓄水位以上基本不受库水影响逐一对应。通过对天然岸坡各带稳定坡角的统计,确定类似条件(包括岸坡形态、地层岩性、地质结构等)下水库塌岸的稳定坡角。采用图解的方法,以各带类似条件下岸坡的稳定坡角连线代表最终库岸再造线,据此进行水库塌岸范围的预测。4.2水库坍塌预测的示例4.2.1不同坡角的坡岸坡度建议值采用野外实测剖面的方法对工程区及周缘水下岸坡带、水位变动带、水上岸坡带的稳定坡角进行了统计。在对库岸稳定坡角统计的基础上,提出成库后在未护坡状态下,土质岸坡的坡度建议值(见表1)。依据以上坡度建议值,对工程区土质岸坡采用图解法进行最终坡形预测(见图1)。4.2.2岸坡初期稳定性分析初期工程建成后经30a的运营,初期正常蓄水位以下土质岸坡已基本达至平衡状态,红层软质岩岸坡再造已部分完成,岩浆岩、灰岩岸坡受库水影响轻微,基本上不发生库岸再造。对天然宽河道及浅湾区的典型岸坡实测地形断面,并分别对不同岩性的岸坡在初期正常蓄水位以上、水位变动带的稳定坡角进行统计。根据统计成果进行类比,后期工程水库塌岸的稳定坡角取值见表2。再根据岸坡影响因素所起的作用选取最终稳定坡角,采用图解法进行水库塌岸预测。5稳定库岸