慶陽黃土區(qū)芡子溝水庫蓄水前后的塌岸評價(jià)

郭 凱，王旭銀，徐喜剛

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 工程區(qū)地質(zhì)概況

該水庫壩體為均質(zhì)土壩，壩基為基巖，庫容295萬 m3。前期初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了大量的原始庫岸統(tǒng)計(jì)，于2018年建設(shè)完成，經(jīng)過2 a的試運(yùn)行蓄水，對庫岸進(jìn)行實(shí)測斷面分析并對塌岸后的穩(wěn)定邊坡進(jìn)行了大量的統(tǒng)計(jì)研究。為后期的正常運(yùn)行提供了可靠的重點(diǎn)監(jiān)測范圍。

2 蓄水前預(yù)測

2.1 岸坡的土質(zhì)分類

根據(jù)庫區(qū)岸坡土體性質(zhì)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(qū)1#滑坡

2.2 前期塌岸形式及塌岸預(yù)測參數(shù)的確定

通過現(xiàn)場模擬塌岸試驗(yàn)，在長度2 m，寬1 m，深2.5 m的離石黃土試坑內(nèi)進(jìn)行注水試驗(yàn)(見圖3和圖4)，得出如下結(jié)論：

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

表1 離石黃土現(xiàn)場塌岸模擬試驗(yàn)

(2)黃土區(qū)庫區(qū)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(gòu)成的岸坡在庫水的作用下，以坡體濕化、剝落及小規(guī)模坍塌為主。

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

2.3 塌岸預(yù)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(yù)測圖

3 蓄水后塌岸現(xiàn)狀分析

對原有預(yù)測段進(jìn)行了庫區(qū)實(shí)測，對兩岸進(jìn)行全面復(fù)核，得出庫岸地形地貌、地層巖性對庫岸塌岸起著關(guān)鍵作用，下面按不同的地質(zhì)條件類型進(jìn)行分類對比評價(jià)。

3.1 地形地貌的影響

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

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(cè)溝坡上緩下陡，上部發(fā)育階梯狀坡，下部溝壁陡立，多懸坡(見圖7～圖10)，底部現(xiàn)代溝床蜿蜒曲折，有小股水流，縱坡比降2%～5%，凸岸發(fā)育Ⅰ、Ⅱ級階地。

經(jīng)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(yán)重的地方塌岸嚴(yán)重。(1)第四系相同巖性松散堆積物時(shí)，自然邊坡陡峭者比緩坡塌岸嚴(yán)重；(2)相同地形地貌，相同坡度，滑坡擾動體，塌岸嚴(yán)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(qū)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(wěn)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(jīng)過2年的蓄水庫1類老黃土岸坡(Q2)具有明顯的穩(wěn)定岸坡。

1類庫蓄水前期發(fā)現(xiàn)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(wěn)定的休止角(25°)，經(jīng)過2 a的蓄水后發(fā)現(xiàn)，塌岸基本趨于穩(wěn)定，只有局部塌岸仍再繼續(xù)，但是已形成水下穩(wěn)定的休止角為(23°～33°)，這種塌岸屬于后期穩(wěn)定岸坡。

2類庫蓄水前期發(fā)現(xiàn)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(wěn)定的休止角(19°)，經(jīng)過2年的蓄水后發(fā)現(xiàn)，塌岸還在繼續(xù)，水下穩(wěn)定休止角(19°～20°)，這種巖性很難形成穩(wěn)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(wěn)定岸坡。

3.3 外部條件的影響

岸坡穩(wěn)定雖然和地形地貌、地層巖性至關(guān)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(yán)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(guān)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(wěn)定性變差 ，使得塌岸加速。人類活動的影響，由于庫區(qū)經(jīng)常人工開船巡庫，船快速通過岸坡附近時(shí)沖起的浪對岸坡的沖擊，加速岸坡塌岸。

表2 蓄水后塌岸統(tǒng)計(jì)

4 塌岸范圍參數(shù)的確定

(1)1類Q2離石黃土水上穩(wěn)定坡角72°～87°，水下穩(wěn)定坡角23°～33°；2類(Q4)滑坡重力堆積體及坡積岸坡水上穩(wěn)定坡角60°～85°，水下穩(wěn)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(gòu)成的岸坡在庫水的作用下，以坡體濕化、剝落及小規(guī)模坍塌為主。2類會在較長時(shí)間為較大塌岸。

5 結(jié)語

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

(2)后期蓄水塌岸范圍基本在預(yù)測范圍 之內(nèi)，經(jīng)過2年蓄水塌岸未超過預(yù)測范圍。

(3)經(jīng)過前后蓄水比較分析來看，庫岸兩側(cè)的地形地貌、地層巖性對塌岸的發(fā)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(yīng)該從自然環(huán)境、人文影響、地形地貌、地層巖性等各個(gè)方面考慮才能為庫岸塌岸預(yù)測提出可靠的塌岸量和相關(guān)計(jì)算參數(shù)。

(5)經(jīng)過實(shí)測蓄水?dāng)嗝娴弥?類Q2離石黃土水上穩(wěn)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(wěn)定坡角大于2類滑坡重力堆積體及坡積土。