水庫庫岸穩定性的分析

洪 鑫

1 概述

人工活動一方面依賴于地質環境，另一方面又影響和改變地質環境。水庫周邊岸坡在水庫初次蓄水時，其自然環境和水文地質條件常發生強烈的改變，如巖土體浸水泡及強度的降低，庫水的漲落，引起地下水位波動變化，從而導致岸坡內動、靜水壓力的變化，以及波浪沖刷作用加劇等，尤其是水庫邊岸再造或塌岸。

2 水庫邊岸的再造過程

塌岸是指在水庫建成蓄水后，因水位壅高，庫岸在新的外力因素(特別是波浪作用和水位變化)作用下，發生不斷崩塌，水庫岸線逐漸后退的現象。水庫蓄水最初幾年內塌岸表現最為強烈，隨后漸漸減弱，可以延續幾年甚至十幾年以上，因而它是一個長期緩慢演變的過程。塌岸一般發生在平原或盆地水庫，由松散地層組成的庫岸地段。其發展過程一般是:首先由于水的浸濕、波浪的沖刷等外力作用，庫岸形狀、土體結構發生變化，影響岸壁穩定，岸壁出現小規模崩塌、塌滑或滑動等破壞。然后，這些堆積于坡腳的破壞產物，在波浪等作用下不斷被搬運分選，在水下堆積成淺灘，而在坡腳再次發生堆積破壞。如此循環，岸線逐漸后退，淺灘逐漸增長，隨著淺灘的增長，擊向岸壁的波浪能量的損失也逐漸增加，直至達到適應水庫水文條件的最終塌岸寬度為止。

3 水庫塌岸因素的分析

1)地質因素。主要是指組成岸坡的巖性、巖層結構、水文地質、物理地質作用、裂隙發育程度以及物理力學性質等因素。巖性和巖層結構是指巖層的產狀、上下層序、各層出露位置等直接影響塌岸的規模。水文地質條件是指由于水庫蓄水而引起庫岸水文地質條件的變化，如隨著水庫的蓄水，庫岸地下水的埋藏條件及水位動態相應發生變化，不僅使巖土體的物理力學、水理性質改變，土體的濕化也破壞了土體的結構，從而大大降低了土體的抗剪強度和承載能力。其次由于地下水位的壅高，地下水的坡降減緩，流速減慢，導致土體內地下水的動水壓力降低，而當庫水位迅速消落時，動水壓力增大，對庫岸的穩定不利。物理地質作用主要是指風化、滑坡、崩坍等各種物理地質作用。

2)水文因素。主要包括水流速度、水庫動態、各種水位的持續時間、波浪作用等。流水沖刷是水庫上游庫岸塌岸的重要因素，水庫下游因流速緩慢，一般只在洪水期才可能沖刷岸坡，當岸坡巖石被沖刷速度超過巖石的抗沖刷臨界流速時，組成岸坡的巖石即被破壞、粉碎、堆積于水下，波浪作用對塌岸的影響表現在擊岸浪對岸壁土體的淘蝕和磨蝕，不僅在一定的浪高帶內沖淘破壞庫岸，而且還波及到水下一定深度，影響水下邊坡的穩定。當水深逐漸等于浪高時，波浪就局部或全部消失，波浪作用的強烈程度與波高、波速以及波浪作用于岸坡的方向有關。

3)地形因素。地形因素主要是指庫岸的高度、坡度、水上水下岸坡形態、岸線的曲率以及庫岸的切割程度等。它們對塌岸的形式、速度、塌岸量和淺灘的形態都有較大影響。如高而陡的庫岸一般塌岸量大，水下岸形陡直、岸前水深的庫岸波浪對岸壁的作用強烈，突嘴的凸岸三面臨水塌岸嚴重。

4)其他因素。包括坡面植被情況、庫岸形狀、河水中的含砂量、當地氣候特點、凍融作用、浮冰以及大氣降水等。

4 庫岸邊坡的破壞類型及穩定性分析評價

水庫邊坡常見的變形破壞形式有:滑坡、塌岸和巖質庫岸的崩塌。滑坡的發生與岸坡的地形地質條件，例如坡面形態，排水條件，物質組成，巖體結構以及水文、氣象等條件有密切關系。水庫滑坡多屬老滑坡復活，新生滑坡較少，水庫的滑坡按一般邊坡分析方法作穩定分析，常用的是剛體極限平衡法。邊坡抗滑穩定程度以穩定系數表示，穩定系數是它自身的抗滑力與滑動力的比值。為保證安全要求達到的最低穩定系數稱為安全系數，參照各國經驗，在水庫正常工作狀態下，近壩庫岸，重要城鎮及建筑物所在庫岸，安全系數在1.2～1.3之間;較次要庫岸，安全系數在1.1～1.2之間;一般庫岸安全系數在1.05～1.1之間，在短暫和偶然工作狀態，如暴雨，久雨，庫水驟降和地震條件下，安全系數應適當降低，但需要滿足不小于1的要求，當確知庫岸破壞難以防護，又不會造成較大損失，允許其發生可以預料或可以控制的破壞。例如中國李家峽壩前1號，2號滑坡，經研究論證蓄水后不會發生整體性劇滑，決定嚴密監測，僅作局部處理。

除滑坡外，巖質水庫岸坡另一種常見的失穩是巖崩，多發生在岸坡陡峻，巖性堅硬，呈厚層狀，岸坡卸荷裂隙發育的巖體中，尤其是當岸坡巖體結構呈上硬下軟或下部有采空區的岸坡，極易產生大型巖崩。

5 塌岸的一般預測方法

預測的方法有很多，包括計算法，圖解法，類比法，實驗法等。預測塌岸時，一般以工程地質分析法劃分穩定和不穩定區，可以根據水面長度和風向，風速及其分布頻率，采用經驗公式計算浪高和浪爬高度，根據對蓄水前河岸邊坡或相同巖性的其他水庫邊坡的調查，采用類比原則以及圖解或計算方法，預測出最終塌岸范圍，也有用波浪沖刷能量法預測塌岸范圍的。可以根據岸坡破壞進展速度，預測一定期限內的塌岸范圍，劃分10年，50年和永久塌岸區。

6 水庫塌岸防治的措施

水庫塌岸的防治是通過在塌岸段修造防護體，以減緩或阻止庫水對岸坡的浪蝕作用。通常可以采用拋石，草皮護坡，砌石護坡，護岸墻，防波堤等措施。

7 結語

水庫蓄水后引發了一系列的工程地質問題，加強對水庫蓄水后庫岸的動態觀測及對其引發的周圍環境的變化的論證是關系到水庫能否安全運營及人民生命財產安全的大事。

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