水庫蓄水后不穩定體塌落產生的涌浪計算與分析

2018-09-01 05:08:30王倩

水利科技與經濟 2018年7期

王倩

(新疆水利水電勘測設計研究院地質勘察研究所，烏魯木齊 830091)

0 引言

水利水電工程常修建于高山峽谷中，受工程投資的限制，工程中往往僅對壩址區及建筑物基礎進行開挖加固處理。水庫蓄水后，淹沒范圍大、回水區長，岸坡不穩定體在回水的影響下會造成岸坡失穩、向庫內滑塌，對庫容、波浪爬高等產生一系列的工程問題[1-2]。本文以新疆努爾加水庫為例，計算分析不穩定體滑塌后對波浪的影響，進而確定壩頂高程。

1 項目簡介

努爾加水庫工程位于新疆維吾爾自治區昌吉回族自治州昌吉市境內三屯河出山口中低山區，位于已建三屯河水庫下游約17 km，已建三屯河渠首上游約7.3 km。

2 庫區工程地質條件

1)洪積、泥石流：在壩線上游200～500 m河右岸發育4條大小不等的洪溝，溝長約400～800 m，溝口底寬1～2 m，沖溝兩側岸坡50°～65°，基巖多裸露，分布有少許崩坡積物。據觀察，隨著洪溝規模增大，由溝里向溝口坡積物漸增多，附著于坡面上，局部岸邊陡立，形成柱狀、墻狀巖體群。上述各洪溝口均分布大小不等的洪積扇，扇體由碎石土、砂土、含土砂礫石組成。

在壩址上游約1 km處河右岸發育一條較大規模的洪溝，溝長約2～3 km，溝口形成洪積扇體，扇緣長達250 m。據觀察，每年都有新的洪積堆積物形成，特別是近兩年降雨頻繁，暴雨季節帶入主河道洪積物增加，并伴有泥石流(砂、碎石)，其物質來源于強烈降雨使洪溝內少許崩坡積物集中沖刷、攜帶、搬運堆積形成。從洪溝口量測泥流厚0.2～0.3 m，分布于洪積扇中部及沖刷切割溝內，面積約占洪積扇1/3，泥流物質規模不大，與上述洪積物共同構成水庫淤積物。

2)不穩定巖體：壩址區河谷左右岸基巖經過雨水沖刷和岸邊卸荷形成孤立的柱狀或墻狀巖體，相對高度30～50 m，局部構成不穩定巖體，分布于岸邊或山邊。不穩定巖體特征見表1。

3)不穩定岸坡：在壩軸線上下游左右岸基座階地和基巖形成陡立岸邊，平行岸邊發育卸荷裂隙帶，卸荷裂隙帶寬2～4 m，張開0.2～1.0 m，切割深度20～30 m。由PD2、PD4、PD5、PD6、PD7平硐可知，硐口0～3 m發育卸荷裂隙帶，裂隙間距10～50 cm，張開0.5～2 cm，面粗糙，延伸長5～8 m。壩軸線左右兩岸的Ⅲ級和Ⅴ級階地，Ⅲ級階地相對高度20～25 m，Ⅴ級階地相對高度75～80 m，均為基座階地。由于河道側蝕形成連續的陡立岸坡，坡度70°～80°，局部近直立，在距岸坡邊2～4 m可見平行岸坡連續分布的裂縫(圖1、圖2)，裂縫寬2～15 cm，延伸長5～10 m，切割深15～20 m。

綜上所述，壩軸線兩岸的岸坡強卸荷帶寬2～4 m，強卸荷帶當降雨量較大或春季融雪時常有塌岸發生,局部構成不穩定巖體，對壩體影響不大，對壩址附屬建筑物進、出口邊坡穩定有影響。

4)風化層厚度: 根據平硐及鉆孔資料并結合地震波速確定，強風化層厚3～6 m，弱風化層厚5～6 m。

表1 壩址不穩定巖體特征表

圖1 左岸階地面上的拉裂縫

圖2 右岸階地面上的拉裂縫

3 不穩定體涌浪計算與分析

不穩定體位于壩線上游右岸300 m，分布高程為870～950 m(高80 m)，南北寬46～53 m(平均50 m)，厚約15 m左右，方量6.0×104m3。重心按910 m計(正常高水位878 m時取32 m、設計洪水位879.77 m時取30.23 m、校核洪水位881.89 m時取28.11 m)。滑坡體的平均厚度按5 m計。正常高水位878 m時庫水面寬度為422 m，設計洪水位879.77 m時庫水面寬度為446 m，校核洪水位881.89 m庫水面寬度為452 m。

3.1 滑坡體滑速計算

滑坡體滑速計算公式[3]如下：

式中：g為重力加速度，取9.8 m/s2；H為滑坡水上部分重心至水面的高度；θ為滑坡傾角90°(不穩定體為柱狀、墻狀)，ctg90°=0；W為滑坡體總體積6.0×104m3；f為滑面摩擦系數，取殘余強度值f=0.55。

=25.04 m/s

3.2 滑坡歷時計算

設下滑過程為勻加速直線運動過程，計算公式[4]如下：

式中：T為滑坡持續時間；S為滑坡體下滑位移量，取滑坡體底部870～950 m長度80.0 m；a為滑動面上加速度，m/s2；a=gsinθ=9.8×sin90°=9.8 m/s2，sin90°=1。

該水庫在正常蓄水位878.0 m時，庫水面寬度B=422 m，滑坡體上下游的寬度按平均寬度L=50 m,半長l=25 m，X0=300+50=350 m(X0為壩軸線到滑坡體上游邊緣的水平距離)，水深d=(878-822)=56 m，滑坡體平均厚度λ=15 m，估算滑坡速度v=25.04 m/s。滑動歷時T估算為3.5 s。岸坡變形基本上屬于水平滑移變形類型(圖3)。