迪那河五一水庫(kù)庫(kù)區(qū)卸荷巖體滑坡涌浪計(jì)算及其影響分析

劉　平

(新疆昌源水務(wù)集團(tuán)有限公司，烏魯木齊　830000)

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迪那河五一水庫(kù)庫(kù)區(qū)卸荷巖體滑坡涌浪計(jì)算及其影響分析

劉平

(新疆昌源水務(wù)集團(tuán)有限公司，烏魯木齊830000)

摘要：通過(guò)對(duì)迪那河五一水庫(kù)庫(kù)區(qū)的卸荷巖體，在水庫(kù)建成蓄水條件下進(jìn)行滑坡涌浪計(jì)算，分析了滑坡涌浪對(duì)水庫(kù)大壩及其它建筑物的影響。計(jì)算結(jié)果表明，卸荷巖體坍塌至大壩處最高涌浪為1.0 m，對(duì)水庫(kù)大壩無(wú)不利影響，更不會(huì)對(duì)壩后建筑物構(gòu)成威脅，對(duì)工程安全運(yùn)行影響較小。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)；滑坡；涌浪；影響分析；潘家錚法

1水庫(kù)概況

迪那河五一水庫(kù)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州輪臺(tái)縣西北，為輪臺(tái)縣迪那河流域規(guī)劃的控制性工程。水庫(kù)由攔河大壩、發(fā)電洞、導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞、溢洪洞和石油供水管線等主要建筑物組成。工程為Ⅲ等中型工程，水庫(kù)正常蓄水位為1 370.00 m，總庫(kù)容為0.98億m3，最大壩高為102 m，壩頂高程為1 374.50 m，防浪墻頂高程為1 375.70 m。該水庫(kù)具有灌溉、防洪、生態(tài)、城鎮(zhèn)及工業(yè)供水、發(fā)電等綜合效益。

水庫(kù)正常蓄水位為1 370.00 m時(shí)，水庫(kù)迴水長(zhǎng)約7 km，庫(kù)區(qū)一帶為峽谷地貌，河谷形態(tài)呈“V”形(部分段為U形寬谷)，谷底寬度一般30～50 m，最寬為155 m。兩岸山體寬厚，分水嶺高(高程1 500.00～2 000.00 m)，庫(kù)岸岸坡較陡，河谷坡度多為75°～85°。庫(kù)岸發(fā)育有Ⅰ～Ⅶ級(jí)階地，除Ⅰ級(jí)階地為堆積階地外，其余均為基座階地。庫(kù)岸沖溝不發(fā)育，但切割較深，切割深度約120～150 m，沖溝間距一般在700～1 000 m。

庫(kù)區(qū)出露的地層為第三系秋里塔克組(N2q)地層，地層巖性為泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖互層，以泥巖為主，巖層產(chǎn)狀38°～75°SE∠20°～30°，巖層傾角由南向北逐漸變陡。

庫(kù)區(qū)共發(fā)育有15處卸荷巖體，其中B01～B09九處卸荷巖體分布在壩線上游2.3～6.2 km，分布高程1 330.00～1 400.00 m，卸荷巖體方量一般為(3.5～8)萬(wàn)m3，總方量約為71.06萬(wàn)m3，離壩址區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)。B10～B15六處卸荷巖體位于壩址上游0.8～2.1 km，距壩址區(qū)相對(duì)較近，卸荷巖體方量一般為(1.1～19)萬(wàn)m3，總方量約為47.1萬(wàn)m3，這些庫(kù)岸卸荷巖體在水庫(kù)蓄水后，巖層飽水，力學(xué)性能降低，上部卸荷巖體會(huì)產(chǎn)生坍塌及岸坡再造，直至形成穩(wěn)定岸坡為止。假設(shè)岸坡在正常高庫(kù)水位運(yùn)行中，卸荷巖體出現(xiàn)最不利的整體高速下滑，需對(duì)壩前形成的涌浪高度進(jìn)行分析計(jì)算[1-3]。

此分別對(duì)離壩線最近、對(duì)壩最不利的B12、B13卸荷巖體進(jìn)行涌浪計(jì)算。其中B12位于壩線上游左岸1.3 km，分布高程為1 360.00～1 430.00 m，卸荷裂隙產(chǎn)狀為30°NW∠75°～80°，卸荷帶厚30 m左右，水平延伸長(zhǎng)約70 m，垂直切割深度60～90 m，方量約19萬(wàn)m3；B13位于壩線上游左岸1.2 km，分布高程為1 330.00～1 410.00 m，裂隙產(chǎn)狀為75°～80°⊥，卸荷帶厚4～8 m左右，水平延伸長(zhǎng)約100～200 m，垂直切割深度為80 m，方量約為9.4萬(wàn)m3。

2滑坡涌浪計(jì)算方法

目前滑坡涌浪計(jì)算方法主要有潘家錚法、經(jīng)驗(yàn)公式法。潘家錚法和經(jīng)驗(yàn)公式法，均在做了一些簡(jiǎn)化后推導(dǎo)出計(jì)算公式，潘家錚法考慮了庫(kù)水深度的影響，在一定的水深范圍內(nèi)，涌浪高度與水深、滑入總量、滑坡體延伸長(zhǎng)度、滑坡速度有關(guān)，水越深，滑入的總量越多，滑坡體延伸越長(zhǎng)、滑入的速度越快，涌浪就越高[4-5]。經(jīng)驗(yàn)公式法未考慮庫(kù)水深度的影響，相對(duì)而言，潘家錚法考慮較全面，因而本文采用潘家錚法進(jìn)行涌浪計(jì)算與分析評(píng)價(jià)。

3潘家錚法的滑坡涌浪計(jì)算

分別對(duì)離壩線最近、對(duì)壩最不利的B12、B13卸荷巖體進(jìn)行涌浪計(jì)算，計(jì)算公式及過(guò)程如下。

(1) 滑坡體滑落速度按下式計(jì)算

(1)

式中：g為重力加速度(9.8 m/s2)；H為滑坡水上部分重心至水面的高度(正常高水位時(shí))，本次計(jì)算取29 m；θ為滑坡傾角，取90°；f為滑面摩擦系數(shù)，取殘余強(qiáng)度值，f=0.466。

(2) 滑坡歷時(shí)T計(jì)算

設(shè)下滑過(guò)程為勻加速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程，按下式計(jì)算：

(2)

式中：T為滑坡持續(xù)時(shí)間,s；S為滑坡體下滑位移量(取斜坡長(zhǎng)度60.0 m)；a為滑動(dòng)面上加速度,m/s2;a=g×sinθ=9.8×sin 90°=9.8 m/s2；

該水庫(kù)庫(kù)水面寬度B=400m，滑坡體上下游的長(zhǎng)度L=70m，半長(zhǎng)l=35m，X0=1300+70=1370m(X0為壩軸線到滑坡體上游邊緣的水平距離)，水深d=71m，滑坡體平均厚度λ=30m,估算滑坡速度v=23.84m/s。滑動(dòng)歷時(shí)T估算為3.50s。岸坡變形基本上屬于垂直變形類(lèi)型(見(jiàn)圖1、2)，試分析如下。

圖1　涌浪高度計(jì)算示意圖　　　單位：m

圖2　垂直滑坡初始高曲線圖

(3)

(4)

Δt=B/C=400/33.15=12.07s

T/Δt=3.5/12.07=0.29

(4) 計(jì)算壩址(A′)浪高

壩址浪高根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

(5)

由此可見(jiàn)，此計(jì)算壩址區(qū)浪高只需一項(xiàng)。

(6)

由此可見(jiàn)，即使B12出現(xiàn)最不利的整體高速下滑狀況，對(duì)壩前庫(kù)水產(chǎn)生的涌浪高度為0.5 m，對(duì)工程運(yùn)行影響不大。

同理，按照上述計(jì)算過(guò)程對(duì)B13進(jìn)行滑坡涌浪計(jì)算，在此就不做詳細(xì)介紹，當(dāng)B13出現(xiàn)最不利的整體高速下滑狀況，計(jì)算結(jié)果顯示對(duì)壩前庫(kù)水產(chǎn)生的涌浪高度為0.3 m，對(duì)工程運(yùn)行影響不大[6]。

即使B12、B13卸荷巖體同時(shí)坍塌，出現(xiàn)最不利的整體高速下滑狀況，通過(guò)計(jì)算顯示其對(duì)壩前庫(kù)水產(chǎn)生的涌浪高度為1.0 m。

4滑坡涌浪影響分析

根據(jù)《建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析》說(shuō)明，計(jì)算壩址處的最高涌浪，計(jì)算都是指涌浪除岸坡外不受阻擋的情況。如行進(jìn)到大壩受壩面阻擋，浪高就要增加可能比實(shí)際的高一些，根據(jù)涌浪計(jì)算，即使B12、B13卸荷巖體同時(shí)坍塌，出現(xiàn)最不利的同時(shí)整體高速下滑狀況，壩前不受阻擋的情況涌浪高度為1.0 m，因滑坡不會(huì)產(chǎn)生一次性整體滑動(dòng)，加之河道彎曲，波浪在傳播過(guò)程中會(huì)有一定的能量損失。而水庫(kù)校核洪水位1 373.17 m，大壩壩頂高程1 374.50 m，防浪墻頂高程1 375.70 m，其涌浪高度小于壩頂高程，加之不穩(wěn)定體的崩塌是從最不利坍塌角度來(lái)計(jì)算的，因此不穩(wěn)定體造成的涌浪浪高至壩址應(yīng)該低于1.0 m。可見(jiàn)水庫(kù)庫(kù)區(qū)卸荷巖體坍塌涌浪對(duì)水庫(kù)大壩無(wú)不利影響，更不會(huì)對(duì)壩后建筑物構(gòu)成威脅，對(duì)工程安全運(yùn)行影響較小[7-9]。

圖3　滑坡涌浪傳播曲線圖

5結(jié)語(yǔ)

大型高速水庫(kù)庫(kù)岸滑坡產(chǎn)生巨大的涌浪，不僅能沖毀水工建筑物、堵塞河道，更重要的是隨著涌浪的傳播和疊加，有可能造成潰壩等嚴(yán)重水庫(kù)失事事故及沿岸居民的生命財(cái)產(chǎn)安全[10]。本文通過(guò)對(duì)水庫(kù)庫(kù)區(qū)的卸荷巖體，在水庫(kù)建成蓄水條件下進(jìn)行滑坡涌浪計(jì)算與分析，結(jié)果表明卸荷巖體坍塌至大壩處最高涌浪為1.0 m，對(duì)水庫(kù)大壩無(wú)不利影響，對(duì)工程安全運(yùn)行影響較小，可為水庫(kù)工程建設(shè)提出指導(dǎo)性意見(jiàn)。

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Calculation and Influence Analysis on Swelling Wave by Unloaded Rock Mass Landslide in Wuyi Reservoir Area

LIU Ping

(Xinjing Changyuan Water Affair Group Co., Ltd., Urumqi830000,China)

Abstract:The influences of the swelling wave by the unloaded rockmass on dam and other structures are analyzed through calculation of the swelling wave by landslide of the unloaded rock mass in Wuyi reservoir area in condition of the reservoir impoundment. The calculation presents that the maximum height of the swelling wave by the unloaded rock mass collapse is 1.0 m at the dam. This is without any risk to the dam or any further endanger to structures at the dam toe. It slightly affects the safety operation of the dam.

Key words:reservoir; landslide; swelling wave; analysis on influence; Pan Jiazheng Method

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.008

作者簡(jiǎn)介：劉平(1981- )，女，新疆伊犁人，工程師，主要從事水利水電工程管理工作.

收稿日期：2015-12-04

文章編號(hào)：1006—2610(2016)02—0027—03