兰州新区高窑水库黄土库岸稳定坡脚分析

兰州新区高窑水库黄土库岸稳定坡脚分析

兰州新区高窑水库选定的康家井沙沟水库位于永登县马家坪市附近的康家井沙沟。库址位于永登县东南约35公里处，永登县西北约33公里处。水库主要任务为兰州新区供水,由引大东二干渠注入式供水,水源为大通河。工程区有县乡公路通过,交通较为便利。由于高窑水库库岸大部分为黄土库岸,黄土区水库库岸多不稳定,水库蓄水后会引起工程地质条件恶化,库水会对边坡的侧向冲刷、坡角掏蚀、浸泡且在坡度较陡处形成崩塌。为了解决这一问题,避免繁琐的计算,本文采用图解法,能够比较准确的得出库岸的稳定坡脚,总结经验,以便在以后的工程中得到应用。1项目环境描述1.1层岩性地质条件工程区地处北祁连褶皱带的南部新生代拗陷区内,地质构造相对简单,地形地貌、地层岩性受地质构造控制。区内总体地势北高南低,海拔高程2000~2500m之间,相对高差约500m。地貌主要呈现为南北向展布的构造剥蚀基岩低中山区、薄层黄土覆盖的剥蚀黄土低中山区、垄状低缓残丘与条带状延伸的川阶地相间的地貌景观。1.2上更新统3a5e水库蓄水后库岸的地层岩性主要以第四系黄土及黄土状土为主,库水会对库岸进行侧向冲刷、坡角掏蚀、浸泡且在坡度较陡处形成崩塌。现将地层岩性分述如下:中更新统(Q2):主要由离石黄土(Q2)、冲洪积(alplQ2)粉质壤土构成,分布于构造剥蚀黄土低中山的中心,剥蚀丘陵区及沟谷川阶地区。离石黄土(Q2):由低液限粉土、粘土组成,呈土黄、微红及浅褐红色,土质均匀,断面可见淡灰色米粒状斑点,偶夹浅红色粉砂质粘土及黑褐色壤土条带。结构密实,无空隙,含钙质结核,具水平层理。粉质壤土(al-plQ2)分布于康家井沙沟、西沟槽东西两侧广大的黄土剥蚀低中山区,构成低中山的山体骨架。地层主要为冲洪积的离石黄土,局部段有砂碎石透镜体、夹层存在。上更新统(Q3):由洪积物(plQ31)、风积物(eolQ32)构成,分布于构造剥蚀黄土低中山的两肩、剥蚀丘陵区及沟谷川阶地区。洪积物(plQ31)主要分布于库内沟床、西沟槽及构造剥蚀黄土(al-plQ2)低中山的两肩,其岩性因分布地域不同而不同。库内沟床地层具二元结构,上部为粘土,呈土黄色,厚5~15m,其结构中密~密实,含水量大,呈可塑状态,具中低压缩性,无湿陷性。风积马兰黄土(eolQ32)分布于康家井沙沟、西沟槽的剥蚀中低山、黄土丘陵区,覆盖于中更新统(al-plQ2)离石黄土、上更新统洪积物(plQ31)之上,呈“戴帽子”状,一般厚3~15m,局部厚达25m。土黄、浅黄色,以粉粒为主,土质均匀,疏松,具大孔隙,垂直节理发育,具中高压缩性和中强湿陷性。全新统(Q4):成因多样,主要为沟道洪积物、坡积物、崩积物及庄浪河冲洪积物。洪积物(plQ4):主要分布于工程区的康家井沙沟、西沟槽等现代冲沟中,岩性分为两层。上部为粉土,土质较均匀,具层理,偶夹砂碎石透镜体,具大孔隙。坡积物(d1Q4):主要分布于山前坡脚,岩性多为粉土(次生黄土),土质不均匀,以砂粒为主,结构疏松,厚0.5~3m。崩积物(co1Q4):主要分布于上坝址库区左岸高陡边坡坡底,岩性多为粉土(次生黄土),土质不均匀,以粉粒为主,结构疏松,顺坡堆积,厚0.5~10m。冲洪积物(a1-plQ4):主要分布于庄浪河河谷,形成河漫滩、Ⅰ、Ⅱ级阶地。岩性为冲洪积粉土、砂角砾,结构疏松,厚度不一。2图法确定了典型黄土水库护岸的稳定梯度2.1基本结构及不同结构的塌岸预测该类库岸主要分布在库内沟床两岸及支沟前缘两侧,岸坡坡度一般20°~50°,长约8.1km,约占67%。挡水岸坡地层岩性为薄层马兰黄土覆盖的离石黄土。其中表层马兰黄土厚约3~10m,结构疏松,抗冲刷能力弱,下伏离石黄土(al-plQ2),结构中密~密实,抗冲刷能力相对较强。塌岸预测采用图解法,选取中间数值进行估算(如图1),水库蓄水后,将从阶地前缘陡坎中的A点开始,按马兰黄土的水下坡角16°再造至其顶面B点,按al-plQ2离石黄土的水下坡角22°再造至C后至设计蓄水位。在水面以上,离石黄土、马兰黄土将按其水上坡角60°、55°再造至D、E点,岸坡始达新的稳定平衡状态。据此求得该类岸坡最终塌岸宽度一般在35~65m之间,塌岸方式主要是剥落、塌滑。局部段库岸岸坡较陡、库水较深,在蓄水初期有较大面积库岸再造的可能,因此需在蓄水前对高陡的近坝库岸削坡减载,放缓岸坡,离石黄土一般水上55°~65°,水下20°~24°,马兰黄土水上50°~60°,水下14°~18°,同时对坡面进行砌石护坡,防止表面冲刷。2.2水坡岸预测及优化该类库岸主要分布在库左岸因洪流淘蚀坡脚形成崩塌后的高陡库岸,坡度50°~70°,坡高50~80m,局部在右岸高窑村庄后缘坡脚零星分布,为村民开挖临时建筑物所致。该类库岸总长约1km。约占7%,挡水岸坡地层岩性为离石黄土,结构中密~密实,抗冲刷能力相对较强。塌岸预测采用图解法,选取中间数值进行估算(如图2所示),水库蓄水后,将从阶地前缘陡坎中的A点开始,按al-plQ2离石黄土的水下坡角22°再造至B后至设计蓄水位。在水面以上,离石黄土、马兰黄土将按其水上坡角60°、55°再造至D、E点,岸坡始达新的稳定平衡状态。据此求得该类岸坡最终塌岸宽度一般在25~60m之间,局部零星地段宽约87m,塌岸方式主要是塌滑。在近坝库岸有较大面积滑塌的可能,在蓄水初期有较大面积库岸再造的可能,需在蓄水前对其进行削坡减载,放缓岸坡,水上55°~65°,水下20°~24°,同时对坡面进行砌石护坡,防止表面冲刷。2.3表面活性剂型驳岸图2主要分布于库内两岸支沟后缘及沟脑,岸坡一般平缓,坡度10°~20°,自然边坡不稳定,会形成塌岸。塌岸预测采用图解法,选取中间数值进行估算(如图3所示),水库蓄水后,将从阶地前缘陡坎中的A点开始,按plQ4黄土状土的水下坡角15°再造至B、C点后至设计蓄水位。在水面以上,黄土状土、马兰黄土将按其水上坡角50°、55°再造至D点,岸坡始达新的稳定平衡状态。该类库岸长约3km,约占26%。挡水岸坡地层岩性为黄土状土,结构疏松,抗冲刷能力弱。图解法估算最终塌岸宽度5~18m,此类岸坡在库水、地表水的作用下,表层物质逐渐被搬运带走,从而使岸坡缓慢滑移后退,具缓慢性和持久性,属侵蚀~剥蚀型库岸再造模式。根据不同的岩性,该类型为黄土状土,利用图解法对库岸进行塌岸宽度、塌岸量进行估算,需在蓄水前对其进行削坡减载,放缓岸坡,水上50°,水下10°~15°,同时对坡面进行砌石护坡,防止表面冲刷。3不同岩性成岩评价根据图解法计算,结合本工程的特点,采用工程地质类比法将岸坡各类黄土体稳定坡角确定见下表。现根据库岸所处的不同岩性,评价见表1。根据《陕西水利水电技术》2007年濮声荣所发表的《黄土地区水利工程勘察的基本经验》中表2的参数得