某土質庫岸的地質結構及再造模式

周代榮

（韶關市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東 韶關 512025）

庫岸穩定性是水庫區的主要工程地質問題之一，尤其土質岸坡，水庫蓄水后往往會發生一定程度的庫岸再造，岸坡失穩直接影響到岸邊居民、設施的安全。某庫岸主要由碎塊石、粘性土等組成，地質結構復雜，岸邊分布居民及公路，因此開展了相關的勘察、研究工作。在現場調查、鉆探、試驗的基礎上，對庫岸的形態和地質結構特征進行定性分析與計算，提出庫岸地質模型及再造模式，可作為岸坡防護設計的依據。

1 庫岸基本地質條件

某庫岸位于中低山丘陵區，河流流向北東，岸線大致平直，呈溝脊相間分布。岸坡地形總體上部較陡下部較緩：高程182 m～210 m 向下至高程145 m～155 m，地形較陡，坡度15°～35°；向下為階地，階面高程140 m～150 m，寬100 m～200 m，后期改造多呈15°左右的斜坡；前緣與漫灘呈30°～40°的斜坡相接，漫灘地形寬緩，坡度5°～10°。岸坡共發育沖溝12條，沖溝多呈“U”字型，切割深度一般8 m～25 m。

基巖埋深較大，岸坡主要由第四系覆蓋層組成（表1），按成因主要有崩坡積（Qcol-d）l、沖洪積（Qal-p）l、洪積（Qp）l、全新統早期沖積（Q4a）l、全新統近期沖積（Q42a）l。

表1 庫岸第四系覆蓋層一覽表

河流為區內地下水的排泄基準面，岸坡地下水主要受大氣降水補給。岸坡后緣崩坡積成因的碎塊石土，結構松散，孔隙率大，透水性強，鉆孔觀測多為干孔，部分鉆孔地下水埋深10 m～21 m，為上層滯水，呈帶狀或團包狀。岸坡上部碎塊石土與粘性土交界處見有下降泉出露，流量一般7.5 L/min～10 L/min，降雨后期，泉水流量明顯變大，夏季降水較多時，出露面積亦增大。部分岸段階地與漫灘交界部位因地下水出露呈濕地。根據水文地質試驗，碎塊石土呈中等—強透水透水性，粉土呈中等透水性，粉質粘土呈弱透水性，粘土呈微透水性。

2 庫岸形態和地質結構

某庫岸以高程145 m～155 m 為界，總體呈上陡下緩，上部地形坡度15°～35°，下部階面坡度15°左右。從地形及庫水位影響分析，庫岸再造主要發生在高程145 m～155 m 以上。因此，根據高程145 m～155 m 以上岸坡地形坡度的陡緩，將岸坡分為較緩岸坡A（15°～22°）和較陡岸坡B（22°～35°）兩類。

岸坡地質結構呈現以下幾種類型：雙層結構（Ⅰ）、多層結構（Ⅱ），其中雙層結構又可分為前后型（Ⅰ1）和上下型（Ⅰ2）兩種類型。

（1）前后型雙層結構土質岸坡（Ⅰ1）

岸坡前緣階地部位為沖積（Q4al）成因的較厚粘性土層，后緣為崩坡積（Qcol-dl）成因的碎塊石土層，粘性土層呈50°～60°的陡坡貼于碎塊石土層上。

（2）上下型雙層結構土質岸坡（Ⅰ2）

岸坡沖積（Q4al）、沖洪積（Qal-pl）成因的粘性土層覆蓋于崩坡積（Qcol-dl）成因的碎塊石土層上，接觸面坡度15°左右，粘性土層厚度一般9 m～13 m，薄處厚度為2 m～3 m。

（3）多層結構土質岸坡（Ⅱ）

岸坡沖積（Q4al）、沖洪積（Qal-pl）成因的粘性土層與崩坡積（Qcol-dl）成因的碎塊石土層呈多期交互堆積。

3 庫岸地質模型

庫岸形態和組成庫岸的土層類型、性質、結構是影響土質庫岸穩定性的內在因素。

根據某庫岸形態（A、B 兩類）與岸坡結構（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ三型）二者組合建立 A－Ⅰ1、A－Ⅰ2、A－Ⅱ和 B－Ⅰ1、B－Ⅰ2、B－Ⅱ六種地質模型（表2、圖1）。

表2 庫岸地質模型分類表

圖1 庫岸地質模型示意圖

4 庫岸穩定性分析

4.1 定性分析

水庫蓄水后，岸坡將發生一定程度的庫岸再造。庫岸再造是多種因素綜合作用的結果，破壞形式主要受岸坡地質結構及土體性質、岸坡形態、水位變動、波浪的作用、人類工程活動等諸多因素的控制。

根據庫岸形態、土體特征及其組合結構和庫水的影響，某庫岸再造可能存在以下幾種模式：1）侵蝕～剝離，指在庫水作用下岸坡表面物質逐漸被搬運帶走，從而使岸坡坡面產生緩慢后退，主要發生在岸坡平緩部位，以A 類岸坡為主；2）下錯坍塌，坡腳在庫水位長期作用下被軟化或掏蝕，岸坡上部物質失去支撐而下錯坍塌，主要發生在岸坡較陡部位，以B 類岸坡為主；3）整體滑移，在庫水作用下沿某一不利面產生一定規模的整體性滑移，岸坡可能向河流或沖溝發生破壞，Ⅰ1型岸坡由于其前緣沉積了較厚的階地物質，整體穩定性較好；初步分析，Ⅰ2及Ⅱ型岸坡發生滑移的可能性較大。

4.2 定量計算

根據庫岸的地質結構分析，岸坡可能失穩的邊界條件取決于斜坡中粘性土的分布情況，最可能失穩的邊界條件是：①Ⅰ2及Ⅱ型岸坡沿粘性土與下伏崩坡積碎塊石土界面在地形較陡的斜坡處剪出；②Ⅱ型岸坡局部沿粘性土與崩坡積分界面，局部切穿粘性土或碎塊石土在斜坡較陡處剪出。

（1）工況及荷載組合

穩定性計算采用天然狀態、水位由175 m 驟降至145 m 兩種工況進行計算，前一種工況荷載組合為：自重+靜水壓力，后一種工況荷載組合為：自重+靜水壓力+動水壓力。

當庫水位由175 m 驟降至145 m 時，由于粉質粘土透水性較小，變幅帶地下水排泄不暢，實際該變幅帶地下水位線近似平行地表。因此，該工況下穩定計算時變幅帶地下水位線取近似平行地形線。

（2）參數選取

根據試驗成果：粉質粘土天然重度為20.1 kN/m3，飽和重度20.1 kN/m3；碎塊石土天然重度為21 kN/m3，飽和重度23 kN/m3。

由于土體室內試驗條件與野外存在一定差異及自然條件的復雜性，土體抗剪強度通過反演分析，結合室內試驗成果及類比其它工程經驗綜合提出：粉質粘土天然狀態抗剪強度C=20 kPa，ψ=20°，飽水狀態抗剪強度 C=20 kPa，ψ=19°；碎塊石土天然狀態抗剪強度C=0 kPa，ψ=30°，飽水狀態抗剪強度C=0 kPa，ψ=28°。

（3）計算成果

采用條分法對Ⅰ2及Ⅱ型岸坡典型地質剖面進行計算，計算結果見表3。A－Ⅰ2、B－Ⅰ2型岸坡天然狀態整體處于穩定狀態，當庫水位由175 m 驟降至145 m 將產生失穩；A－Ⅱ和B－Ⅱ兩種工況下整體均處于穩定狀態。

表3 穩定性計算成果表

4.3 庫岸再造模式

根據定性分析及典型地質剖面穩定性計算，各種地質模型的再造模式列于表4。

表4 六種地質模型的庫岸再造模式

5 結論

（1）某庫岸總體上陡下緩，可分為較緩岸坡A（15°～22°）和較陡岸坡B（22°～35°）兩類，岸坡地質結構有前后型雙層結構（Ⅰ1）、上下型雙層結構（Ⅰ2）和多層結構（Ⅱ）三類。根據庫岸形態與岸坡地質結構組合建立A－Ⅰ1、A－Ⅰ2、A－Ⅱ和B－Ⅰ1、B－Ⅰ2、B－Ⅱ六種地質模型。

（2）庫岸再造是多種因素綜合作用的結果，庫岸形態、土體性質及組合結構和庫水作用是主要因素，決定了庫岸的再造模式：A－Ⅰ1型再造模式為侵蝕～剝離，A－Ⅰ2型再造模式為侵蝕～剝離、庫水位驟降時發生滑移，A－Ⅱ型再造模式為侵蝕～剝離、局部滑移；B－Ⅰ1型再造模式為下錯坍塌、侵蝕～剝離，B－Ⅰ2型再造模式為下錯坍塌、侵蝕～剝離、庫水位驟降時發生滑移；B－Ⅱ型再造模式為下錯坍塌、侵蝕～剝離，局部滑移。

（3）需要說明的是，碎塊石類土層經庫岸再造邊坡地形變緩至一定程度時會趨于穩定，而粘性土受庫水浸泡性狀會發生惡化，即使地形較緩也可能發生變形，考慮防護設計方案時應予以注意，重視邊坡排水設計。