基于原位觀測試驗的甘肅省中小河流治理工程地質分析

曹克元，邵華澤

(1.山西省運城市水利勘察院，山西 運城 04400；2.江蘇省連云港臨洪水利工程管理處，江蘇 連云港 222023)

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基于原位觀測試驗的甘肅省中小河流治理工程地質分析

曹克元1，邵華澤2

(1.山西省運城市水利勘察院，山西 運城 04400；2.江蘇省連云港臨洪水利工程管理處，江蘇 連云港 222023)

摘要：為分析計算甘肅省中小河流茹河段工程地質情況，采用原位觀測試驗方法定量分析計算研究河段地基承載指標，并定量對工程段壩基滲透變形進行了判別和計算。研究結果表明：研究段平均承載能力為536.8 kPa，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。

關鍵詞：原位觀測實驗；地基承載指標；壩基滲透類型；茹河

0引言

茹河由西北流向東南，研究區內有縣上經濟開發區和農田，區域內土地平整、肥沃。茹河治理段的特點是兩側溝谷交錯，樹枝狀水系發育，河道水量變化直接受降雨的影響，干旱季節河水較小，6～9月份降暴雨時河水橫流。加之河道兩岸農村和耕地無防洪設施，一遇洪水即造成較大的洪澇災害，而且歷時短，強度大，形成的洪水陡漲陡落，河床兩岸土體松散，洪水上岸沖淘嚴重，使凹岸河床塌岸嚴重，凸岸糧田變成荒灘，致使川道糧田耕地面積逐年減少，嚴重的影響了農業發展和群眾生活水平的提高。岸坡的不穩定和嚴重的洪水災害直接威脅著茹河河道兩岸人民的生存條件和安全。因此，在研究修建牢固的護岸堤防項目建設是必要的。而在河段治理前需要對該河段的工程地質進行分析，為河段治理工程設計提供數據，近些年來，基于原位觀測試驗的方法在中小河流治理地基分析中逐步得到采納和運用，并取得一定的研究成果[1]，但在甘肅省中小河流治理地質分析研究較少，因此，文章采用原位觀測實驗的方法，對茹河治理段工程地質情況進行定量分析和計算，研究成果為該工程河段的治理設計提供參考數據。

2研究區域地質概況及研究方法

2.1　區域地質概況

研究區屬祁呂賀山字型構造體系伊陜盾地，北部為賀蘭褶帶，屬隴東黃土高原地貌，未發現較大的斷裂和褶皺構造。植被不發育。山區海拔一般為1 130～1 350 m，相對高差約100～220 m。工程區地震動峰值加速度為0.10 g,工程區地震基本烈度為VII度,地震動反應譜特征周期為0.45 s，工程區出露的地層主要為第四系松散堆積層及下白堊系淺紅色砂巖。工程區屬于河谷地貌，不良物理地質現象主要表現為沖溝和陡岸坍塌[2]。

2.2　研究方法

原位觀測實驗的原理為在河段工程段內巖土所在原位置處，在保持天然結果、天然含水量以及天然應力狀態下，運用試驗設備測定治理區內巖土的工程力學相關指標，文中主要采集的指標為靜載試驗和巖體應力試驗兩種指標。

在研究段壩基滲透變形判別主要采用《堤防工程地質勘察規程》SL188-2005的判別方法進行判別，其中在管涌型臨界水力比降采用下列公式計算：

Jcr=2.2(Gs-1)(1-n)2(d5/d20)

(1)

式中：Jcr為土的臨界水力比降；d20為<該粒徑的含量占總土重20%的顆粒粒徑，mm；d5為<該粒徑的含量占總土重5%的顆粒粒徑，mm。土的臨界水力比降除以2的安全系數為土的允許水力比降[3]。

3工程段原位觀測試驗分析

將研究河段分為9個堤段進行原位觀測試驗分析，各土層的原位測試項目為重型動力觸探試驗(N63.5)，觸探錘擊數均經桿長校正后，按地層進行統計分析，并給出建議值。各堤段各地層原位測試錘擊數統計詳見表1。

根據室內物理力學性質試驗成果及現場原位測試錘擊數確定了各土層的承載力特征值，建議值系根據各土層特征值結合工程經驗綜合給定，詳見表2。

表1　各土層原位測試錘擊數統計表

表2　各土層承載力特征值、建議值表

由表2看出，第1堤段其土層主要為圓礫素填土，經過原位試驗，其承載力特征值為240 kPa，第2堤段其土層為卵石素填土，通過實驗分析，其承載力特征值為625 kPa，承載力低于第1堤段承載力。第3堤段也為圓礫素填土，實驗表明其承載力特征值為675 kPa，均高于前面2個堤段的承載力。第4堤段土層為圓礫素填土，其承載力特征值為675 kPa，和第3堤段的承載力特征值相同。第5堤段土層為單一的卵石，承載力特征值為650 kPa。第6堤段土層名稱為圓礫素填土，其堤段承載力特征值650 kpa。第8堤段土層為卵石素填土，其承載力特征值也為650 kPa。第9堤段土層為圓礫素填土，其承載力特征值為650 kPa，和第8堤段承載力特征值相同。

從表2中可以看出，各堤段的承載力特征值平均值為536.8 kPa。

4研究段壩基滲透變形判別及計算

基于前述承載力分析結果，采用滲透變形判別規范方法和允許水力比降計算方法確定了不同堤段的允許水力比降和滲透變形類型。計算結果見表3。

表3　堤基土滲透變形判別及計算結果

從表3中可以看出，第1堤段的不均勻系數為23.55，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第2堤段的不均勻系數為70.17，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第3堤段的不均勻系數為47.82，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第4堤段不均勻系數為48.48，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第5堤段不均勻系數為159.53，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第6堤段不均勻系數為17.20，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第7堤不均勻系數為20.55，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第8堤段不均勻系數為146.42，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。第9堤段不均勻系數為22.53，允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型為管涌。

5結論

文章采用原位觀測實驗方法定量分析計算甘肅省內茹河段治理工程各堤段承載力特征，并判定各堤段堤基滲透類型及允許水力比降，研究取得以下結論：①研究河段內各堤段承載力平均特征值為536.8 kPa，承載能力建議平均特征值為455.6 kPa；②研究河段內允許水力比降為0.1~0.2，滲透變形類型均為管涌。

參考文獻：

[1]廖平安.北京市中小河流治理技術探討[J].中國水土保持,2014(01):11-13.

[2]姜成艷.中小河流治理技術研究及生態修復研究分析[J].內蒙古水利,2014(03):131-132.

[3]王越,丁艷榮,徐建華.中小河流治理技術研究及生態修復探討[J].中國水利,2012(06):42-44.

Engineering Geological Analysis of Gansu Provincial Middle

and Small River Regulation based on In-situ Observation Test

CAO Ke-yuan1and SHAO Hua-ze2

(1.Yuncheng Urban Water Conservancy Investigation Institute Shanxi Province,Yuncheng 04400,China;

2.Lianyungang Linhong Water Conservancy Project Management Department，Lianyungang 222023,China)

Abstract：In order to analyze and calculate the engineering geology of middle and small rivers in Gansu Province，a method of in-situ observation test is adopted to conduct quantitative analysis for studying the bearing index of river reaches，and to judge and calculate quantitatively the dam foundation seepage deformation of project section.The results show that average carrying capacity of the researches section is 536.8kPa，allowable hydraulic gradient is 0.1~0.2，and the type of seepage deformation belongs to piping.

Key words：in-situ observation test;bearing capacity index of ground;permeable type of dam foundation;allowable hydraulic gradient;Ruhe river

[作者簡介]曹克元(1974-)，男，山西運城人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：P642

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)08-0046-03