宜都市長江與清江岸坡穩(wěn)定性評價

俎全磊, 劉 帥, 陳 剛

(湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢 430034)

宜都市長江與清江岸坡穩(wěn)定性評價

俎全磊, 劉 帥, 陳 剛

(湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,湖北 武漢 430034)

闡述宜都市長江和清江的岸坡類型劃分及岸坡穩(wěn)定性評價指標(biāo),根據(jù)岸坡類型特征、岸坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀、外動力作用、水位漲落的作用、堤防工程五個評價指標(biāo)對岸坡進(jìn)行穩(wěn)定性評價,為該市大江大河的地質(zhì)災(zāi)害防治提供基礎(chǔ)資料,為將來大江大河流域岸坡地質(zhì)災(zāi)害后期工作的開展提供借鑒意義。

宜都;長江;清江;岸坡穩(wěn)定性評價

1 概況

宜都市境內(nèi)有長江和清江兩條主要河流,長江從宜都市北西虎牙灘入境(位于葛洲壩水利樞紐下游24 km),向東經(jīng)陸城、枝城,由洋溪出境入松滋市,市境流程46 km。清江自長陽縣搬魚嘴入境,向東北流至鄢家沱,折向南流至下溪口,向北至漢洋坪流向東南,于陸城匯注長江,境內(nèi)流程41 km。根據(jù)流域和岸坡位置,按水系將區(qū)內(nèi)岸坡劃分為長江干流岸坡段,清江干流岸坡段和清江高壩洲水庫庫岸宜都段三個部分論述。

2 岸坡類型的劃分

對區(qū)內(nèi)岸坡進(jìn)行劃分的依據(jù)有:岸坡物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)類型和岸坡結(jié)構(gòu)類型。大量工程實踐和研究證明,在岸坡穩(wěn)定性分析評價中,這兩者統(tǒng)稱為岸坡類型特征,兩者既有區(qū)別也有一定的聯(lián)系,它們組合往往構(gòu)成了岸坡的基本地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式,并且組合類型通常決定了岸坡的穩(wěn)定狀況及主要變形破壞方式和規(guī)模。

2.1 岸坡物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)類型

本文從工程地質(zhì)的角度對區(qū)內(nèi)岸坡的物質(zhì)組成進(jìn)行了劃分,結(jié)果如表1所示。宜都市長江和清江兩岸主要出露第四系、白堊系—第三系、志留系、寒武系、奧陶系等地層。第四系主要分布于紅花套、陸城、枝城一帶的長江沿岸和清江兩岸,主要為河流沖積、洪積形成的松散堆積體,部分為殘坡積和人工堆積的松散堆積體;白堊系—第三系、志留系地層主要分布于區(qū)內(nèi)長江上游及清江中—上游區(qū)域,為碎屑巖,巖性較堅硬—軟弱,力學(xué)強度中等,易風(fēng)化;寒武系、奧陶系地層主要分布于區(qū)內(nèi)長江下游及清江上游地區(qū),為碳酸鹽巖,巖性堅硬—較堅硬,性脆,抗風(fēng)化能力強,巖石的可溶性高,力學(xué)強度高。

表1 巖組劃分表

本區(qū)岸坡巖體主要由薄層—中厚層的灰?guī)r、白云巖、砂巖、礫巖、泥巖等構(gòu)成,結(jié)構(gòu)面往往是構(gòu)造裂隙面,出露地層見表2。本區(qū)巖質(zhì)岸坡巖體結(jié)構(gòu)都屬于層狀結(jié)構(gòu),但由于強烈的構(gòu)造作用和風(fēng)化卸荷作用,使得局部岸坡表層巖體呈塊狀、碎裂結(jié)構(gòu)。

2.2 岸坡結(jié)構(gòu)類型劃分[1]

按照組成岸坡的巖土體的工程地質(zhì)類型,將岸坡劃分為3大類。

Ⅰ:巖質(zhì)岸坡,主要由碎屑巖、碳酸鹽巖組成;

Ⅱ:土質(zhì)岸坡,巖性以第四系沖洪積物和殘坡積物為主,巖體結(jié)構(gòu)松散,強度較低;

圖1 宜都市岸坡分段圖

表2 宜都岸坡層狀結(jié)構(gòu)出露地層一覽表

Ⅲ:巖土復(fù)合岸坡,下部為基巖,上覆松散堆積物,二元結(jié)構(gòu)。

2.2.1 巖質(zhì)岸坡結(jié)構(gòu)類型劃分

根據(jù)岸坡結(jié)構(gòu),選取巖層傾角(α)、巖層傾向與庫岸邊坡傾向間的夾角(θ),作為巖質(zhì)岸坡結(jié)構(gòu)的基本條件,劃分為6類:

Ⅰ1平緩岸坡:α≤10°;

Ⅰ2順向緩傾岸坡:0°<θ≤30°,10°≤α≤25°;

Ⅰ3順向陡傾岸坡:0°<θ≤30°,α>25°;

Ⅰ4斜交緩傾岸坡:30°<θ<150°,10°≤α≤25°;

Ⅰ5斜交陡傾岸坡:30°<θ<150°,α>25°;

Ⅰ6反向巖質(zhì)岸坡:θ>150°。

2.2.2 土質(zhì)岸坡結(jié)構(gòu)類型劃分

土質(zhì)岸坡結(jié)構(gòu)類型(Ⅱ)主要根據(jù)組成土質(zhì)岸坡的物質(zhì)成分、成因及結(jié)構(gòu)特征劃分為四類:殘坡積堆積土質(zhì)岸坡(Ⅱ1)、人工堆積土質(zhì)岸坡(Ⅱ2)、沖積土質(zhì)岸坡(Ⅱ3)和沖洪積土質(zhì)岸坡(Ⅱ4)。

2.3 宜都市岸坡分布特征[2]

依據(jù)以上三項劃分標(biāo)準(zhǔn),同時考慮岸坡的高度和坡度,河水對岸坡的沖刷、堆積作用,水位變化對各結(jié)構(gòu)類型岸坡的不同影響,將宜都市岸坡共劃分為56段(見圖1),岸坡類型分述如下。

2.3.1 清江高壩洲水庫庫岸宜都段類型

清江高壩洲水庫庫岸宜都段宜都市境內(nèi)總長35.96 km,其中左岸長29.26 km,右岸長6.7 km。土質(zhì)庫岸總長2.7 km,占庫岸總長的7.5%,巖質(zhì)庫岸總長30.46 km,占庫岸總長的84.7%,巖土混合型庫岸總長2.8 km,占庫岸總長的7.8%。

2.3.2 清江河岸高壩洲壩址至入長江口段類型

高壩洲壩址以下清江岸坡總長24.1 km,其中左岸長12.01 km,右岸長12.09 km。土質(zhì)庫岸總長17.5 km,占岸坡總長的72.7%,巖質(zhì)庫岸總長4.3 km,占岸坡總長的17.8%,巖土混合型岸坡總長2.3 km,占岸坡總長的9.5%。

2.3.3 長江河岸岸坡宜都段類型

宜都市境內(nèi)長江岸坡總長49.6 km,全為右岸。其中土質(zhì)岸坡總長43.4 km,占岸坡總長的87.5%,巖質(zhì)岸坡總長6.2 km,占岸坡總長的12.5%。

3 岸坡穩(wěn)定性評價方法

3.1 影響岸坡穩(wěn)定性的指標(biāo)

本次評價將影響岸坡穩(wěn)定性的指標(biāo)概括為5個方面:

3.1.1 岸坡類型特征

岸坡類型特征是影響岸坡穩(wěn)定性的最重要的指標(biāo)。根據(jù)組成岸坡物質(zhì)成分的不同可以將岸坡分為巖質(zhì)岸坡和土質(zhì)岸坡。

土質(zhì)岸坡因其結(jié)構(gòu)松散,對地表水和地下水作用十分敏感,故其總體穩(wěn)定性較差。

而組成巖質(zhì)岸坡的碳酸巖鹽、砂巖甚至泥巖、頁巖一般都具有較高的強度,因此巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定性優(yōu)于土質(zhì)岸坡。巖質(zhì)岸坡結(jié)構(gòu)類型不同,其穩(wěn)定性也有所差異。統(tǒng)計分析表明,穩(wěn)定性由好到差可以排列為反向巖質(zhì)岸坡(Ⅰ6)>平緩岸坡(Ⅰ1)>斜交陡傾岸坡(Ⅰ5)>斜交緩傾岸坡(Ⅰ4)>順向緩傾岸坡(Ⅰ2)>順向陡傾岸坡(Ⅰ3)。

3.1.2 岸坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀

岸坡目前的變形破壞特征及所發(fā)育的大中型崩、滑體的穩(wěn)定狀態(tài),大中型崩、滑體的現(xiàn)狀和發(fā)育程度間接地反映了岸坡單元結(jié)構(gòu)的相對好壞。如果已有一些岸坡發(fā)生變形破壞,其變形破壞具有一定規(guī)模,已發(fā)育有崩塌、滑坡體,那么該段岸坡的穩(wěn)定性差;反之,穩(wěn)定性相對較好。

3.1.3 外動力作用

外動力作用包括暴雨、地下水的作用,水流的侵蝕溶蝕以及人類工程活動等外營力作用。

從暴雨觸發(fā)滑坡的機制分析可知,暴雨過程中,降雨和具有一定匯水面積的斜坡或老滑坡匯集的地表水大量滲入巖土體,使地下水位急劇抬升,孔隙水壓力和浮托力驟然增加,并軟化滑帶土或潛在滑移面的泥化夾層,使其力學(xué)強度大大降低。故在汛期和暴雨多發(fā)地段岸坡穩(wěn)定性差。

另外,河流強烈下切側(cè)蝕,基巖斜坡坡度變大,坡形變陡,經(jīng)蠕滑—拉裂變形發(fā)展為滑坡,后緣斷壁崩落物堆積,增加下滑力。因此,在河流沖蝕嚴(yán)重的岸坡地段,岸坡穩(wěn)定性差。

人類活動對岸坡的影響亦不容忽視。修筑公路和其他工程開挖邊坡,使坡度變陡,甚至切割巖體,使軟弱結(jié)構(gòu)面或軟弱夾層暴露臨空,促使巖土體滑動。人類工程如采礦、采石棄渣、筑路和其他工程建設(shè)的棄渣等會增加巖土體自重,增大下滑力,當(dāng)達(dá)到一定程度破壞了原始的穩(wěn)定平衡時,斜坡便產(chǎn)生破壞。所以在人類活動較多的地區(qū),岸坡穩(wěn)定性相對于人類活動少的地區(qū)差。

3.1.4 水位漲落的作用

水庫蓄水及江水漲落,對土質(zhì)岸坡的影響較大。尤其是原來排水條件良好的干燥的土質(zhì)岸坡,在水庫蓄水位劇烈變動時易發(fā)生變形破壞。目前宜都清江高壩洲水庫庫岸宜都段組成岸坡的碳酸巖鹽、砂巖一般都具有較高的強度,在天然狀態(tài)下也未見有巖石因遇水而明顯軟化的現(xiàn)象。

3.1.5 堤防工程

堤防工程起著防風(fēng)、防浪、防沖,起保護(hù)原始岸坡的作用,使之減少或免受暴雨洪水、水位漲落等自然力對土質(zhì)岸坡的侵蝕破壞,是增加土質(zhì)岸坡穩(wěn)定性的重要因素之一。

3.2 岸坡穩(wěn)定性評價方法

現(xiàn)階段對岸坡穩(wěn)定性的評價方法可分為定性、定量兩種。本次工作主要采用定性分析。根據(jù)前述5個指標(biāo)的綜合分析評價,將宜都市長江和清江岸坡穩(wěn)定性劃分為4個等級,即穩(wěn)定岸坡、基本穩(wěn)定岸坡、穩(wěn)定性較差岸坡和穩(wěn)定性差岸坡。

(1) 穩(wěn)定岸坡:上述5個方面因素中絕大多數(shù)是有利于岸坡穩(wěn)定的,已有的變形破壞現(xiàn)象少、規(guī)模小,近期沒有發(fā)生變形破壞跡象。

(2) 基本穩(wěn)定岸坡:上述5個方面因素中,多數(shù)有利于岸坡穩(wěn)定,已有的變形破壞現(xiàn)象少,且多呈零星小規(guī)模分布,不會發(fā)生具有嚴(yán)重危害性的岸坡破壞事件。

(3) 穩(wěn)定性較差的岸坡:在上述5個因素中有一些不利于岸坡穩(wěn)定,有一些岸坡已發(fā)生變形破壞,其變形破壞具有一定規(guī)模,發(fā)育有一些中、小型崩塌、滑坡,在不利因素疊加情況下有可能失穩(wěn)破壞。

(4) 穩(wěn)定性差的岸坡:上述5個因素中多數(shù)是不利于岸坡穩(wěn)定的,已有的岸坡變形破壞強烈、變形破壞規(guī)模較大,有屬于“潛在不穩(wěn)定”類型的大、中型崩滑體存在,或在其中已出現(xiàn)有岸坡變形破壞跡象,在各種不利因素疊加條件下,可能大規(guī)模失穩(wěn)而造成嚴(yán)重危害。

4 岸坡穩(wěn)定性評價

宜都市岸坡總長109.66 km,總體上穩(wěn)定性較好,無穩(wěn)定性差的岸坡,其中穩(wěn)定的岸坡33.9 km,占岸坡總長的30.9%;基本穩(wěn)定的岸坡50.36 km,占岸坡總長的45.9%;穩(wěn)定性較差的岸坡25.4 km,占岸坡總長的23.2%,見圖2。

圖2 宜都市岸坡穩(wěn)定性評價圖Fig.2 Assessment map of bank slope stability in Yidu city1.穩(wěn)定;2.基本穩(wěn)定;3.穩(wěn)定性較差;4.長江河岸岸坡宜都段編號;5.高壩洲水庫庫岸宜都段編號;6.清江河岸高壩洲壩址至入長江口段編號。

4.1 清江高壩洲水庫庫岸宜都段穩(wěn)定性評價

按穩(wěn)定性原則,將庫岸分為26段進(jìn)行綜合評價,庫岸總長35.96 km,無穩(wěn)定性較差和差的庫岸段。

4.1.1 穩(wěn)定

岸坡長21.6 km,占庫岸岸坡總長的60.1%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質(zhì)庫岸長8.9 km,占庫岸總長24.7%;Ⅰ5斜交陡傾巖質(zhì)庫岸長3.8 km,占庫岸總長10.6%;Ⅰ6反向巖質(zhì)庫岸長3.4 km,占庫岸總長9.5%;Ⅱ1殘坡積堆積土質(zhì)庫岸長2.7 km,占庫岸總長7.5%;Ⅲ巖土混合型庫岸長2.8 km,占庫岸總長7.8%。

4.1.2 基本穩(wěn)定

岸坡長14.36 km,占庫岸岸坡總長的39.9%。其中Ⅰ2順向緩傾巖質(zhì)庫岸長1.8 km,占庫岸總長5%;Ⅰ4斜交緩傾巖質(zhì)庫岸長12.56 km,占庫岸總長34.9%。

4.2 清江河岸高壩洲壩址至入長江口段穩(wěn)定性評價

按穩(wěn)定性原則,將清江河岸高壩洲壩址至入長江口段分為11段進(jìn)行綜合評價,清江河岸高壩洲壩址至入長江口段總長24.1 km,無穩(wěn)定性差的河岸段。

4.2.1 穩(wěn)定

岸坡長4.7 km,占岸坡總長的19.5%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質(zhì)岸坡長0.9 km,占岸坡總長3.7%;Ⅱ3沖積土質(zhì)岸坡長3.8 km,占岸坡總長15.8%。

4.2.2 基本穩(wěn)定

岸坡長15.4 km,占岸坡總長的63.9%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質(zhì)岸坡長2.8 km,占岸坡總長11.6%;Ⅱ3沖積土質(zhì)岸坡長7.6 km,占岸坡總長31.5%;Ⅱ4沖洪積土質(zhì)岸坡長2.7 km,占岸坡總長11.2%;Ⅲ巖土混合型岸坡長2.3 km,占岸坡總長9.6%。

4.2.3 穩(wěn)定性較差

岸坡長4 km,占岸坡總長的16.6%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質(zhì)岸坡長0.6 km,占岸坡總長2.5%;Ⅱ3沖積土質(zhì)岸坡長3.4 km,占岸坡總長14.1%。

4.3 長江河岸穩(wěn)定性評價

按穩(wěn)定性原則,將長江河岸岸坡宜都段分為26段進(jìn)行綜合評價,長江河岸岸坡宜都段總長49.6 km,無穩(wěn)定性差的河岸段。

4.3.1 穩(wěn)定

岸坡長7.6 km,占長江河岸岸坡宜都段總長的15.3%。其中Ⅰ2順向緩傾巖質(zhì)岸坡總長0.1 km,占岸坡總長0.2%;Ⅱ3沖積土質(zhì)庫岸總長7.5 km,占庫岸總長15.1%。

4.3.2 基本穩(wěn)定

岸坡總長20.6 km,占長江河岸岸坡宜都段總長的41.5%。其中Ⅰ2順向緩傾巖質(zhì)岸坡總長6.1 km,占岸坡總長13.4%;Ⅱ3沖積土質(zhì)庫岸總長14.5 km,占庫岸總長29.2%。

4.3.3 穩(wěn)定性較差

岸坡總長21.4 km,占長江河岸岸坡宜都段總長的43.2%。其中Ⅱ2人工堆積土質(zhì)庫岸總長1.1 km,占庫岸總長2.2%;Ⅱ3沖積土質(zhì)庫岸總長17.6 km,占庫岸總長35.5%;Ⅱ4沖洪積土質(zhì)庫岸總長2.7 km,占庫岸總長5.5%。

綜上所述,土質(zhì)岸坡穩(wěn)定性的最重要影響因素為堤防工程,堤防工程的有無直接決定了土質(zhì)岸坡的穩(wěn)定性狀態(tài);巖質(zhì)岸坡穩(wěn)定性的最重要影響因素為岸坡類型特征,反向坡優(yōu)于順向坡,緩坡優(yōu)于陡坡。

[1] 劉傳正.長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害成因與評價研究[M].北京:地質(zhì)出版社,2007.

[2] 楊濤,俎全磊.清江流域宜都市地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查[R].武漢:湖北省地質(zhì)環(huán)境總站,2011.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Slope Stability Evaluation of Yangtze River and Qingjiang of Yidu City

ZU Quanlei, LIU Shuai, CHEN Gang

(HubeiGeologicalEnvironmentalStation,Wuhan,Hubei430034)

This paper expounds the classification of bank slope in Yangtze River and the Qingjiang of Yidu city and analyzes evaluation index of slope stability.According to five evaluation index of bank slope such as characteristics of the slope type,slope stability status,power,water level fluctuation,levee project are evaluated,providing basic data for prevention and control of geological disasters in the city’s major rivers.It also provides reference significance for the latter part of the work about slope geological disasters of rivers flow domain.

Yidu; Yangtze River; Qingjiang; evaluation of bank slope stability

2015-08-21;改回日期:2015-10-30

俎全磊(1977-),男,工程師,水文與水資源工程專業(yè),從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作。E-mail:364438187@qq.com

TV871

A

1671-1211(2016)02-0198-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.014

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1056.018.html 數(shù)字出版日期:2016-03-03 10:56