水库库岸稳定性的分析

2011-08-15洪鑫

山西建筑 2011年19期

洪鑫

1 概述

人工活动一方面依赖于地质环境，另一方面又影响和改变地质环境。水库周边岸坡在水库初次蓄水时，其自然环境和水文地质条件常发生强烈的改变，如岩土体浸水泡及强度的降低，库水的涨落，引起地下水位波动变化，从而导致岸坡内动、静水压力的变化，以及波浪冲刷作用加剧等，尤其是水库边岸再造或塌岸。

2 水库边岸的再造过程

塌岸是指在水库建成蓄水后，因水位壅高，库岸在新的外力因素(特别是波浪作用和水位变化)作用下，发生不断崩塌，水库岸线逐渐后退的现象。水库蓄水最初几年内塌岸表现最为强烈，随后渐渐减弱，可以延续几年甚至十几年以上，因而它是一个长期缓慢演变的过程。塌岸一般发生在平原或盆地水库，由松散地层组成的库岸地段。其发展过程一般是:首先由于水的浸湿、波浪的冲刷等外力作用，库岸形状、土体结构发生变化，影响岸壁稳定，岸壁出现小规模崩塌、塌滑或滑动等破坏。然后，这些堆积于坡脚的破坏产物，在波浪等作用下不断被搬运分选，在水下堆积成浅滩，而在坡脚再次发生堆积破坏。如此循环，岸线逐渐后退，浅滩逐渐增长，随着浅滩的增长，击向岸壁的波浪能量的损失也逐渐增加，直至达到适应水库水文条件的最终塌岸宽度为止。

3 水库塌岸因素的分析

1)地质因素。主要是指组成岸坡的岩性、岩层结构、水文地质、物理地质作用、裂隙发育程度以及物理力学性质等因素。岩性和岩层结构是指岩层的产状、上下层序、各层出露位置等直接影响塌岸的规模。水文地质条件是指由于水库蓄水而引起库岸水文地质条件的变化，如随着水库的蓄水，库岸地下水的埋藏条件及水位动态相应发生变化，不仅使岩土体的物理力学、水理性质改变，土体的湿化也破坏了土体的结构，从而大大降低了土体的抗剪强度和承载能力。其次由于地下水位的壅高，地下水的坡降减缓，流速减慢，导致土体内地下水的动水压力降低，而当库水位迅速消落时，动水压力增大，对库岸的稳定不利。物理地质作用主要是指风化、滑坡、崩坍等各种物理地质作用。

2)水文因素。主要包括水流速度、水库动态、各种水位的持续时间、波浪作用等。流水冲刷是水库上游库岸塌岸的重要因素，水库下游因流速缓慢，一般只在洪水期才可能冲刷岸坡，当岸坡岩石被冲刷速度超过岩石的抗冲刷临界流速时，组成岸坡的岩石即被破坏、粉碎、堆积于水下，波浪作用对塌岸的影响表现在击岸浪对岸壁土体的淘蚀和磨蚀，不仅在一定的浪高带内冲淘破坏库岸，而且还波及到水下一定深度，影响水下边坡的稳定。当水深逐渐等于浪高时，波浪就局部或全部消失，波浪作用的强烈程度与波高、波速以及波浪作用于岸坡的方向有关。

3)地形因素。地形因素主要是指库岸的高度、坡度、水上水下岸坡形态、岸线的曲率以及库岸的切割程度等。它们对塌岸的形式、速度、塌岸量和浅滩的形态都有较大影响。如高而陡的库岸一般塌岸量大，水下岸形陡直、岸前水深的库岸波浪对岸壁的作用强烈，突嘴的凸岸三面临水塌岸严重。

4)其他因素。包括坡面植被情况、库岸形状、河水中的含砂量、当地气候特点、冻融作用、浮冰以及大气降水等。

4 库岸边坡的破坏类型及稳定性分析评价

水库边坡常见的变形破坏形式有:滑坡、塌岸和岩质库岸的崩塌。滑坡的发生与岸坡的地形地质条件，例如坡面形态，排水条件，物质组成，岩体结构以及水文、气象等条件有密切关系。水库滑坡多属老滑坡复活，新生滑坡较少，水库的滑坡按一般边坡分析方法作稳定分析，常用的是刚体极限平衡法。边坡抗滑稳定程度以稳定系数表示，稳定系数是它自身的抗滑力与滑动力的比值。为保证安全要求达到的最低稳定系数称为安全系数，参照各国经验，在水库正常工作状态下，近坝库岸，重要城镇及建筑物所在库岸，安全系数在1.2～1.3之间;较次要库岸，安全系数在1.1～1.2之间;一般库岸安全系数在1.05～1.1之间，在短暂和偶然工作状态，如暴雨，久雨，库水骤降和地震条件下，安全系数应适当降低，但需要满足不小于1的要求，当确知库岸破坏难以防护，又不会造成较大损失，允许其发生可以预料或可以控制的破坏。例如中国李家峡坝前1号，2号滑坡，经研究论证蓄水后不会发生整体性剧滑，决定严密监测，仅作局部处理。

除滑坡外，岩质水库岸坡另一种常见的失稳是岩崩，多发生在岸坡陡峻，岩性坚硬，呈厚层状，岸坡卸荷裂隙发育的岩体中，尤其是当岸坡岩体结构呈上硬下软或下部有采空区的岸坡，极易产生大型岩崩。

5 塌岸的一般预测方法

预测的方法有很多，包括计算法，图解法，类比法，实验法等。预测塌岸时，一般以工程地质分析法划分稳定和不稳定区，可以根据水面长度和风向，风速及其分布频率，采用经验公式计算浪高和浪爬高度，根据对蓄水前河岸边坡或相同岩性的其他水库边坡的调查，采用类比原则以及图解或计算方法，预测出最终塌岸范围，也有用波浪冲刷能量法预测塌岸范围的。可以根据岸坡破坏进展速度，预测一定期限内的塌岸范围，划分10年，50年和永久塌岸区。