佛寺水庫庫岸穩定及庫區塌岸分析與預測

摘 要：通過對佛寺水庫庫區塌岸勘察及水庫運行后的塌岸分析和最終塌岸寬度進行預測，評價塌岸對工程、水庫運行以及對塌岸區和周邊環境的影響。

關鍵詞：水庫；塌岸；分析；預測

1 概述

佛寺水庫總庫容1.45億立方米，是一座具有防洪、供水、養魚等綜合效益的大（二）型水利工程。水庫庫區三面由丘陵環抱，北高南低，中間為一帶狀河谷，山脊走向大致是北東-南西向，其上第四系坡殘積覆蓋層較厚，沖溝發育，為剝蝕地形和侵蝕堆積地形。壩址上下游河谷開闊，唯壩址兩岸岸坡較陡，壩址處河谷呈“U”字型，河床寬 530m。水庫庫區范圍內巖性主要由震旦系硅質灰巖及中生界侏羅系上統吐呼嚕組（J3t）噴出安山巖，角閃安山巖、集塊巖、角礫巖、凝灰巖及灰色砂巖、礫巖、頁巖等組成，第四系沖積的壤土、砂壤土分布在兩岸臺地和山坡上，沖積砂卵石層和砂土主要分布在河床中。水庫四周為低山丘陵，雖然經過幾十年的水庫運行，但是正常蓄水位達到140m的機會不多，水庫四周還沒形成最終穩定的岸坡，左岸近壩庫區邊坡的塌岸仍在繼續，隨著水庫的進一步淤積，140m蓄水位到達的機會會逐漸加大，岸坡的再造進一步發展，形成新的庫岸再造。庫岸穩定成為影響水庫運行和周邊環境的主要因素。

2 庫區塌岸勘察

根據勘察，水庫主壩左岸上游庫岸邊坡主要由粉質黏土組成，高度2.5～6.5m，近直立，局部塌滑嚴重，邊坡未采取任何防護措施，邊坡后緣長度約50m，上部植被茂盛，未見明顯拉裂縫，局部風化程度較強烈，上不可見雜草叢生。當遇連續強降雨或者暴雨、強地震、巨大風浪淘刷等情況下，壩體左岸邊坡可能出現整體滑動或局部崩塌。

3 庫岸穩定及塌岸分析預測

（1）庫岸類型：根據水庫四周的地層巖性特征和出露位置可將庫岸邊坡劃分為土質岸坡、基巖+土質岸坡、基巖岸坡。

（2）庫區塌岸分析預測：水庫四周為低山丘陵，幾十年的水庫運行中，達到正常蓄水位140m的機會不多，水庫四周還沒形成最終穩定的岸坡，左岸近壩庫區邊坡的塌岸仍在繼續，隨著水庫的進一步淤積，140m蓄水位到達的機會會逐漸加大，岸坡的再造進一步發展，有必要對水庫的塌岸進一步分析預測。

水庫塌岸預測的目的是對水庫運行后的最終塌岸寬度進行分析預測，評價塌岸對工程及水庫運行以及對塌岸區和周邊環境的影響。本次選取長期預測的E.F.卡丘金公式法進行岸坡塌岸的預測評價，并結合工程類比，最終確定塌岸的寬度?？ń鹎锕椒ㄊ撬畮熳罱K塌岸預測的常用方法。

E.F.卡丘金計算公式如下：

St=N[（A+hp+hB）ctgα+（H-hB）ctgβ-（A+hp）ctgγ]

式中：St-塌岸寬度（m）；A-庫水位變化幅度（m）；H-正常蓄水位以上岸坡高度（m）；γ-原始岸坡坡角（度）；α-水下淺灘坡角（度）；β-水上穩定坡角（度）；hB-波浪爬高（m），取0.1～0.8倍浪高；hp-波浪影響深度（m），相當于1～2倍浪高；N-與組成岸坡的土粒有關的系數，N值的大小是根據組成岸坡的物質結構來確定的，根據佛寺水庫岸坡黃土，N取0.8。

a.水下淺灘穩定坡角（α）：α的大小不僅與巖性有關，還與浪高有關。據E.F卡金丘提出的不同種類濱海淺灘水下穩定坡角關系曲線圖查得：粉土為2.0°～4.5°，粉質粘土3.5°～6.7°，半膠結粘土6°～8°。佛寺水庫塌岸影響地層主要為壤土（Q4al），巖性以中粉質壤土為主，考慮水庫供水情況，按照常規情況計算塌岸量偏大，據蔣改山等人研究（見人民黃河2009年03期《無定河流域水庫塌岸預測研究》），新橋、王圪堵水庫低液限粘土調查值為16～17.5°，對比佛寺水庫地質資料，佛寺水庫岸坡巖性為更新統中粉質壤土，水下坡角取12°比較適合。

b.水上穩定坡角（β）：水庫區岸坡下部基巖穩定性較好，上部黃土強度較高，自然坡度可達60°以上。綜合庫區黃土特征，參考其他水庫塌岸資料，佛寺水庫壤土β取50°～60°。根據調查，137m高程以下已經形成比較穩定的水下坡角，按正常蓄水位140m考慮，水位變幅3m。采用作圖法預測水庫塌岸寬度，根據不同斷面計算結果，水庫塌岸寬度5-20m。根據公式法計算結果為10-18m。

水庫庫區及周邊無大的區域性斷裂，基巖地震動峰值加速度為0.1g，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。水庫正常蓄水位以上，多為土質邊坡，現狀條件下部分較陡邊坡仍存在塌岸現象，隨著正常蓄水位的抬升，塌岸將進一步發展，范圍擴大，近壩庫區左岸邊坡會受到明顯的影響，塌岸寬度按5～20m考慮。塌岸影響范圍約600m。

（3）庫岸邊坡的塌岸破壞。經調查，水庫四周大部分為土質邊坡，經長期運行，在137m高程以下已經形成相對穩定的邊坡和水下坡角，在水庫左岸上游距大壩200～1000m約800m范圍內仍存在塌岸現象，庫岸再造仍在進行中，近壩區已防護地段未見進一步的破壞，由此看來，塊石護坡起到了較好的防護作用。隨著水庫淤積的增加，正常蓄水位到達140m高程的機會逐步增加，環境地質條件發生改變，水庫塌岸的范圍必然進一步擴大。根據岸坡地質結構和地形條件，塌岸嚴重的區域仍然集中在左岸上游邊坡，根據E.F.卡丘金公式法和作圖法對塌岸的范圍初步預測，經計算，水位抬高后，塌岸的寬度在5～20m。由于塌岸的發生是漸進的，靠近大壩的岸坡已采取防護措施，因此，塌岸不會對大壩安全造成影響。

4 結束語

佛寺水庫四周為低山丘陵，雖經幾十年的水庫運行，但蓄水位達到140m的機會不多，水庫四周還沒形成最終穩定的岸坡，左岸近壩庫區邊坡的塌岸仍在繼續，隨著水庫的進一步淤積，140m蓄水位到達的機會會逐漸加大，岸坡的再造進一步發展，形成新的庫岸再造。水庫塌岸主要發生在土質邊坡和基巖+黃土岸坡。根據現場調查，137m高程以下已經形成比較穩定的水下坡角，按正常蓄水位140m考慮，水位變幅3m。采用作圖法預測的水庫塌岸寬度，根據不同斷面計算結果，水庫塌岸寬度5-20m。根據公式法計算結果為10-18m。由于塌岸的發生是漸進的，靠近大壩200m的岸坡已采取防護措施，因此，塌岸不會對大壩安全造成影響。但水庫管理部門應加強庫岸巡視檢查，加強塊石護坡維修加固，有條件情況下對上游200～1000m約800m岸坡進行全面防護治理，以消除庫區塌岸對水庫運行及塌岸區和周邊環境影響。

參考文獻

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