程宪龙，康家亮，李保方，赵海阔

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

水库区坍岸调查及稳定角度选取

程宪龙，康家亮，李保方，赵海阔

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

在尼尔基水利枢纽工程库区坍岸现状调查基础上,通过坍岸区土体稳定角度统计及参考经验数值，类比同流域其他工程资料，选取坍岸水下的稳定坡角和水上稳定坡角。根据坍岸剖面的地形地质资料，采用图解法预测坍岸宽度，并用卡丘金公式校核。

库区坍岸；稳定角度；图解法；尼尔基水利枢纽

1 概 况

1.1 坍岸的破坏机理

水库蓄水后，随着库水位上升，抬高了岸边地下水位，浸润原先处于干燥状态的岩土，减少土体或软弱夹层的抗剪强度，使库岸岩土体的物理力学性质发生改变。库岸岩土遭受浸湿和波浪的冲蚀，逐渐形成岸壁的初期坍落，波浪不断对被湿化的库岸冲击、磨蚀，自然崩落和冲击下来的岩土碎屑成为悬移质和推移质被波浪回流带离坡脚淤积在岸边，于是岸边线后移，水下浅滩开始生成。波浪重复的作用，库岸不断坍落，后退，浅滩逐渐加宽，直至宽到足以消耗全部波能，库岸后退与浅滩的发展渐趋稳定，形成最终的平衡剖面。

1.2 坍岸的预测方法

目前，国内外大多数研究都是基于已建成水库，通过对坍岸的观测和分析，进行坍岸预测。预测方法根据预测时间长短可分为短期预测和长期预测。

1.2.1 短期预测

短期预测以水库初次蓄水后的2～3年内为限。以前缘较陡岸坡均质黄土坍岸为例。

起点从原河道最高洪水位起算。取蓄水初期最高水位，依式（1）计算蓄水初期坍岸宽度，见图1。

式中：St——蓄水初期坍岸宽度，m；A——蓄水初期在高水位与原河道最高洪水位的差值，m；P——正常蓄水位与原河道最高洪水位的差值，m；H0——蓄水初期最高水位以上的岸高，m；α——动水位作用下的水下岸坡角，°；β——预测岸坡水上部分的稳定坡角，°；γ——原始岸坡坡角，°。

图1 前缘较陡岸坡坍岸短期预测图

1.2.2 长期预测

1）类比图解法。调查不同岩土体水下稳定边坡、水位变动带坡角和水上稳定边坡，与水库蓄水后不同库水条件下的岸坡进行类比，从而进行坍岸预测。

2）计算图解法。卡秋金预测法：适用于松散堆积层并且波浪较小的水库，见图2。

式中：St——坍岸带最终宽度，m；N——与土颗粒大小有关的系数；A——库水位变化幅度，m；hp——波浪冲刷深度，m；hB——波击高度或浪爬高，m。

佐洛塔廖夫预测法：该方法认为波浪对坍岸起主要作用，坍岸后的岸坡分为浅滩外台阶、堆积浅滩、浅滩冲蚀坡、浪击带和水上稳定岸坡五部分。该方法适用于具有非均一地层结构的岸坡，主要由黏土质、较坚硬和半坚硬岩土组成的岩土组成的高岸水库边坡。

图2 卡秋金预测法示意图

3）两段法。具体原理为：预测坍岸线由水下稳定岸坡线和水上岸坡线由设计洪水位和毛细水上升高度H′及水上稳定坡角β确定。

4）库岸结构法。根据岸坡上各种不同物质的水下堆积坡角、冲磨蚀角、水上稳定坡角和水库的设计低水位、设计高水位来进行预测，是一种图解法和类比法，见图3。

图3 库岸结构法预测坍岸宽度示意图

5）动力法。依据坍岸量与波能和岩石抗冲刷强度之间的关系方程，该方法有一定的依据，但需要一定量的观测样本。

2 工程概况

尼尔基水利枢纽工程是松花江流域水资源开发利用的核心工程之一，具有防洪、工农业供水、发电、航运、环境保护和鱼类养殖等综合利用效益，是嫩江流域水资源开发利用，防治水旱灾害的控制性工程，也是实现北水南调的重要水源工程。

尼尔基水利枢纽已于2005年9月水库下闸蓄水，2006年7月第一台机组发电，水库中低水位运行了3年。2009年水库水位最高蓄到215.85 m，低于正常蓄水位仅15 cm。尼尔基水库在215.5 m以上高水位运行了1个月左右。此期间，在前期勘察确定的坍岸区域之外，库周出现了新的坍岸。

3 坍岸区基本地质条件

阿彦浅以下库岸，河谷开阔，右岸为低矮的丘陵区，地形坡度一般20°～30°，表部分布有厚度不均低液限粘土、碎石混合土和混合土碎石等，基岩多由花岗岩、花岗闪长岩及变质岩组成，右岸为二级侵蚀堆积阶地，上覆第四系松散堆积物厚7～20 m，主要由低液限粘土组成，地形坡度相对较平缓，一般小于10°,局部库岸坡度大于15°。

阿彦浅以上库岸，为丘陵区，两岸植良好，坡度一般为30°～40°,表部分布有厚度不均低液限粘土、碎石混合土和混合土碎石等，基岩多由玄武岩、花岗岩及火山碎屑岩构成。

坍岸区地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和弱承压水，地下水位埋深一般3～5 m，水位高程受库水影响。地下水pH值为6.7～7.8，矿化度为78～145 mg/L，属低矿化度淡水。

构造不发育，主要以构造节理为主，表部岩体受节理切割、风化及冻胀作影响，表部岩体较破碎。

4 坍岸参数的确定

经测绘表明，坍岸部位岩性主要由低液粘土、混合土碎石、全风化岩体和强风化岩体，弱风化岩体未见有坍岸现象，各类土体野外稳定角度统计见表1。

表1 坍岸区土体稳定角度统计

根据实测资料及参考经验数值，类比同流域其他工程资料，给出坍岸水下的稳定坡角和水上稳定坡角，见表2。

出于安全角度考虑，当预测断面处实测水下稳定角土体稳定角度小于建议值时，预测时直接采了实测值。根据坍岸剖面的地形地质资料，采用图解法预测坍岸宽度，并用卡丘金公式校核。

5 结 论

通过对罗盘角度测量及实测断面测量稳定角度，经过数理统计及经验数值参考，与同流域其他工程进行类比，给出岩土体的水下、水上稳定坡角。根据坍岸剖面的地形地质资料，采用图解法预测坍岸宽度，并用卡丘金公式校核，进而得出预测坍岸宽度。

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