慶陽黃土區芡子溝水庫蓄水前后的塌岸評價

郭 凱，王旭銀，徐喜剛

(甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程區地質概況

該水庫壩體為均質土壩，壩基為基巖，庫容295萬 m3。前期初步設計階段進行了大量的原始庫岸統計，于2018年建設完成，經過2 a的試運行蓄水，對庫岸進行實測斷面分析并對塌岸后的穩定邊坡進行了大量的統計研究。為后期的正常運行提供了可靠的重點監測范圍。

2 蓄水前預測

2.1 岸坡的土質分類

根據庫區岸坡土體性質不同分兩類， 1類老黃土岸坡(Q2)和2類(Q4)滑坡堆積體及坡積物(見圖1和圖2)。

圖1 1類黃土岸坡 圖2 2庫區1#滑坡

2.2 前期塌岸形式及塌岸預測參數的確定

通過現場模擬塌岸試驗，在長度2 m，寬1 m，深2.5 m的離石黃土試坑內進行注水試驗(見圖3和圖4)，得出如下結論：

(1)Q2離石黃土水上穩定坡角70°～86°，水下穩定坡角23°～33°。見表1。

表1 離石黃土現場塌岸模擬試驗

(2)黃土區庫區岸坡坍塌前期主要為黃土岸坡表層的崩坡積物及溝口、突嘴等地段的坍塌。后期主要為離石黃土構成的岸坡在庫水的作用下，以坡體濕化、剝落及小規模坍塌為主。

圖3 平洞Q2離石黃土岸坡坍塌試驗3天后 圖4 平洞Q2離石黃土岸坡坍塌試驗20天后

2.3 塌岸預測分析圖(見圖5和圖6)

圖5 1類-左岸坡斷面圖 圖6 1類 左岸塌岸寬度預測圖

3 蓄水后塌岸現狀分析

對原有預測段進行了庫區實測，對兩岸進行全面復核，得出庫岸地形地貌、地層巖性對庫岸塌岸起著關鍵作用，下面按不同的地質條件類型進行分類對比評價。

3.1 地形地貌的影響

岸坡的地形地貌與塌岸有密切相關，由于芡子溝屬環江一級支流，芡子溝發育于中更新世晚期，經上更新世的堆積與現代流水的侵蝕，漸而演變成現代溝道的形態。

溝道斷面呈“U”形，上口寬500～600 m，底寬60～100 m，溝深230～250 m，兩側溝坡上緩下陡，上部發育階梯狀坡，下部溝壁陡立，多懸坡(見圖7～圖10)，底部現代溝床蜿蜒曲折，有小股水流，縱坡比降2%～5%，凸岸發育Ⅰ、Ⅱ級階地。

經過長期2 a的蓄水和消落放水得出：一般而言地形地貌越直立，河流沖刷嚴重的地方塌岸嚴重。(1)第四系相同巖性松散堆積物時，自然邊坡陡峭者比緩坡塌岸嚴重；(2)相同地形地貌，相同坡度，滑坡擾動體，塌岸嚴重；(3)相同地形地貌，相同坡度，植被綠化較好者，塌岸較輕。

圖7 壩前右岸 圖8 壩前左岸

圖9 庫區左岸 圖10 庫尾

3.2 地層巖性的影響

庫岸的地層巖性直接影響庫岸穩定，按庫岸地層巖性分2大類：1類老黃土岸坡(Q2)和2類(Q4)滑坡重力堆積體及坡積岸坡。經過2年的蓄水庫1類老黃土岸坡(Q2)具有明顯的穩定岸坡。

1類庫蓄水前期發現塌岸再造速度較快，塌岸范圍稍大，蓄水半年后水下形成較穩定的休止角(25°)，經過2 a的蓄水后發現，塌岸基本趨于穩定，只有局部塌岸仍再繼續，但是已形成水下穩定的休止角為(23°～33°)，這種塌岸屬于后期穩定岸坡。

2類庫蓄水前期發現塌岸再造速度非常快，塌岸范圍大，蓄水半年后水下未形成較穩定的休止角(19°)，經過2年的蓄水后發現，塌岸還在繼續，水下穩定休止角(19°～20°)，這種巖性很難形成穩定的自然休止角。蓄水和放水很容易造成再次塌岸。這種塌岸屬于后期不穩定岸坡。

3.3 外部條件的影響

岸坡穩定雖然和地形地貌、地層巖性至關重要，但也受外部因素的影響，受蓄水位的變化，第一次蓄水周期，塌岸較嚴重，由于該水庫為注入式水庫，每次的塌岸量和注入量有很大關系，注入量越大塌岸越大，放水越大塌岸越大；暴雨影響，由于庫岸屬于黃土岸坡，大量的雨水對岸坡上部浸泡軟化，使岸坡穩定性變差 ，使得塌岸加速。人類活動的影響，由于庫區經常人工開船巡庫，船快速通過岸坡附近時沖起的浪對岸坡的沖擊，加速岸坡塌岸。

表2 蓄水后塌岸統計

4 塌岸范圍參數的確定

(1)1類Q2離石黃土水上穩定坡角72°～87°，水下穩定坡角23°～33°；2類(Q4)滑坡重力堆積體及坡積岸坡水上穩定坡角60°～85°，水下穩定坡角19°～25°。

(2)1類Q2離石黃土比2類(Q4)滑坡重力堆積體及坡積土塌岸慢。1類離石黃土構成的岸坡在庫水的作用下，以坡體濕化、剝落及小規模坍塌為主。2類會在較長時間為較大塌岸。

5 結語

(1)經過對芡子溝水庫庫岸前期預測與蓄水后分析對比，總結得出了影響庫岸塌岸的主要因素及科學參數。

(2)后期蓄水塌岸范圍基本在預測范圍 之內，經過2年蓄水塌岸未超過預測范圍。

(3)經過前后蓄水比較分析來看，庫岸兩側的地形地貌、地層巖性對塌岸的發展起著決定性作用，人類活動等外界影響也很重要。

(4)塌岸應該從自然環境、人文影響、地形地貌、地層巖性等各個方面考慮才能為庫岸塌岸預測提出可靠的塌岸量和相關計算參數。

(5)經過實測蓄水斷面得知：1類Q2離石黃土水上穩定坡角小于2類滑坡重力堆積體及坡積土；1類Q2離石黃土水下穩定坡角大于2類滑坡重力堆積體及坡積土。