重庆市巫溪县王家河库岸139段塌岸预测研究

重庆市巫溪县王家河库岸139段塌岸预测研究 重庆市巫溪县王家河库岸139段塌岸预测研 究 第13卷第4期 2006年8月 水土保持研究 ResearchofSollandWaterConservation V0l_l3No.4 Aug.,2006 重庆市巫溪县王家河库岸139段塌岸预测研究 彭辉,刘德富,童广勤 (1.三峡大学土木水电学院,湖北宜昌443002;2.武汉长意岩in-程有限公司,武汉430070) 摘要:随着三峡工程库水位的不断上升,库区长江支流水位相应增长,不仅造成库区土地淹没和移民问题,而且 时刻有发生库岸塌岸的危险.通过采用卡丘金塌岸预测方法,对重庆市巫溪县花台乡王家河库岸进行塌岸预测, 其结果是可靠的,为选定工程处理措施提供了科学的依据. 关键词:三峡工程f库岸塌岸预测f卡丘金法 中图分类号:TV621;P642.21文献标识码:A文章编号:1005—3409(2006)04—0107-04 StudyonForecastingtheNo.139SectionofWangjiaheReservoir BankDestructioninWuxiCountyofChongqingCity PENGHui,LIUDe—fu,TONGGuang—qin. (1.CollegeofCivil&HydroelectricEngineeringofChinaThreeGorgesUniversity,Yic hang,Hubei443002?Chinaf 2.WuhanChangyiGeo-technicalEngineeringLimitedCompany,Wuhan430070,China) Abstract:ThewaterlevelofbranchriversinupstreamsectionofThreeGorgesDamwillriseco rrespondinglytowaterlevelris- inginreservoir.Asaresult,theproblemsofinundationandresettlementaswellasthepotential disastersofreservoirbankde— structionwilltakeplace.ThroughapplicationofErKaHYTHHforecastingmethod,theNo.1 39sectionofWangiaheReser— voirbankcollapseinWuxicountyofchongqingCitywaswellforecastedwhichprovidedscie ntificevidenceforpracticaltreat— mentmethods. Keywords:ThreeGorgesProject;reservoirbankdestructionforecast;ErKaqYTHHmethod 1前言 重庆市巫溪县位于三峡库区长江支流大宁河中上游,该 县塌岸,滑坡,泥石流等地质灾害频繁.截至目前,已出现多 处地灾险情,严重威胁人民的生命财产安全.按照三峡水库 175m蓄水,库水将沿大宁河遇水至该县东南部的花台 乡,使得该乡成为巫溪县惟一受三峡水库影响的乡镇.库水 位的上升将人为抬高大宁河水位,使得该区原本处于稳定状 态的岸坡,滑坡等,将变得不稳定或稳定程度降低,原来就已 稳定程度很低的岸坡与滑坡,会出现失稳变形并加速下滑的 趋势.因此,库岸再造,滑坡等地质灾害对该区人民生命财 产安全的影响日益增加,及时有效地对岸坡,滑坡等地质灾 害进行防护已成为一项重要任务. 位于巫溪县花台乡大宁河左岸的王家河库岸,为巫溪县 花台乡乡政府所在地.随着三峡水库175m正常蓄水,该段 库岸存在滑移型与侵蚀剥蚀型塌岸的可能.为保证水库 175m水位线以上居民的生命财产安全,对库岸的工程防治 十分必要. 2工程概况 2.1地形地貌 本库岸位于巫溪县花台乡王家河,总长580m.总的形 态表现为中缓凸型斜坡,依地貌特征可分为两段: (1)花台中学以北长约120m地段.依地表形态可分为 三部分:高程187m以下,为花台中学所在地.以台阶状宽缓 平台为主,总体坡度1O左右.局部可达25,35.,平台宽度 10,3Om,前缘建有堡坎.高度2,6mf高程187,21Om,为 崩坡积碎石土构成的中缓斜坡,坡度2O,30.,坡体稳定,未 见变形迹象f高程210m以上为三叠系下统嘉陵江组(Ttj). 灰岩组成的横向斜坡,坡度3O,40,表层零星分布厚0.5, 2m的碎石士. (2)花台中学以南至桥头长约460m地段,依地表形态亦 可分为三部分:高程172m以下,为冲积河漫滩,地形平坦,坡 度5.以内;高程172,192m之间,为崩坡积,坡积碎石土构成 的缓坡.坡度5,15.,局部可达2O.,居民房屋多集中于此f高 程192m以上.为三叠系下统嘉陵江组(T1i)灰岩组成的逆向 斜坡.坡度40"--60.,表层零星分布厚0.5m左右的碎石土 2.2地层岩性 本库段地层较杂,按成因有两类,即第四系(Q)和三叠 系下统嘉陵江组(TIj)基岩. 2.3地质构造 库岸段整体呈单斜构造.岩层产状355.25~40.. 2.4岸坡地质结构 该库岸上部为土质,下部为基岩,局部基岩出露地表,属 *收疆目期:2005—07—30 作者简介:彭~W(1976--).男,讲师,博士研宄生,主要从事边坡工程与水工蛄构工程 基学与科研. ?i08?水土保持研究第13卷 岩土混合岸坡. 2.5水文地质条件 本库段因覆盖层较薄,地下水以基岩裂隙水为主,径流 形式为地下水向长江排泄.由于基岩中裂隙发育,强风化层 2.6岩土体物理力学性质 2.6.1土体物理力学性质 勘查单位现场共取土样l6组进行土常规物理力学性质 试验,细粒土样与粗粒土样各8组,对其物理性质与颗粒组 厚度大,岩体破碎,透水性较强,呈弱,中等透水性.成及力学性质分别进行了统计, 结果见表1,表2. 衰1139段库岸细粒土体颗粒组成及力学性质试验成果与统计裹 纵观上述试验成果,在细粒土物理性指标中,液塑限指 标普遍离散性大.其它各指标试验值离散性小;细粒土的颗 粒组成与力学性指标的离散性普遍较大. 2.6.2岩体物理力学性质 取岩样8件进行岩石试验,结果见表3. 3塌岸预测方法 3.1计算原理 三峡水库蓄水至175m后,随着库水位上升及周期性涨 落,岸坡岩土体在水的作用下软化,波浪对岸坡冲刷搬运,库 水位及地下水的孔隙水压力和渗透作用,导致岸坡工程地质 条件发生变化,使得塌岸的可能性增大.在水库蓄水之前. 对可能塌岸地段采用定量分析方法,以便对塌岸宽度,高度 等进行预测,再采取行之有效的防护措施,是十分必要的 139段库岸为岩土质岸坡,岩性以碎石土为主,塌岸预 测采用E?r?卡丘金提出的库岸最终塌岸预测宽度计算公 式而演变的卡丘金图解法(图1)进行预测.该法的实质是 依据实测的洪水,枯水位变幅带各岩土岸坡长期稳定坡角, 根据几何关系用基于地质类比的图解法求解库岸最终塌岸 宽度.因而较经验公式更为直观,准确. 根据三峡水库正常蓄水位175m,低水位145m,可将岸 坡划分为三个带,即145m以下为水下岸坡带,145,175m 水位变幅带,及175m以上水上岸坡带.水库蓄水运行后, 经过长期的侵蚀冲刷作用,岸坡三带最终以各自的稳定坡角 存在,从而完成岸坡的塌岸再造过程. 另外,在库水位周期性涨落条件下,滑移失稳的可能性 很大,应根据有关地质条件对其稳定性进行计算,以判别其 在各种工况下的稳定性. 第4期彭辉等:重庆市巫溪县王家河库岸139段塌岸预测研究?lO9? 计算采用不平衡推力法,见图2. 表3岩石物理力学性质试验成果及统计表 说孵数值统计中来包括绾号为zK】】一3的红色泥岩. A:水位变幅(m),Hb:设计高水位以上波浪爬高(m)IH{设计低水 位以下的波浪影响深度(m);H,设计高水位以上坡高(m)Ia.水位 变动带稳定坡角(.)}口一水上稳定坡角(.),?原始岸坡坡角(.)ISt塌岸 宽度(m)I 图1卡丘金图解法塌岸预测图 Nf=QCOsO,一Psin0一13,sin0~+P.icos0~ 图2滑移型塌岸稳定性计算简图 计算公式如下: 一 1n,】 ?(RII,)+R Fl=蓦—{}—一(1) ?(II,)+ 一cos(0~--Oi+1)一sin(0~--Oi+1)tan~oi+x ?一?+1?+2…以1 Rf=Ntan?+CiZ Tf—Wfsin0~+P"COS(0q,) N'一W.sin0~+Pcos(a,一) Wl=Vy+Vy+Fi P一‰V —siva 一7-t一(10) 式中;FJ——滑坡稳定性系数;——传递系数,R——第i 计算条块滑体抗滑力(kN/m),T——第i计算条块滑体下 滑力(kN/m)f?i——第i计算条块滑体在滑动面法线上的 反力(kN/m);——第i计算条块滑动面上岩土体的黏结 强度值(kPa),——第i计算条块滑带土的内摩擦角 标准值(.),厶——第i计算条块滑动面长度(m)m——第i 计算条块地下水流线平均倾角,取浸润线倾角与滑面倾角平 均值(.)}'',——第i计算条块自重与建筑等地面荷载之和 (kN/m);——第i计算条块底面倾角(.),P——第i计算 条块单位宽度的渗透压力,用方向倾角为m(kN/m),—— 地下水渗透坡降;——水的容重(kN/m3);V——第i计 算条块单位宽度岩土体的浸润线以上体积(m/m);V"—— 第i计算条块单位宽度岩土体的浸润线以下体积(m/m), r岩土体的天然容重(kN/m.);7,——岩土体的浮容重 (kN/m.),7-——岩土体的饱和容重(kN/m3),Ff——第计 算条块所受地面荷载(kN). 3.2塌岸预测地质参数 卡丘金图解法塌岸预测地质参数稳定坡角取值主要类比 巫山一带长江各类岩土岸坡现状水上,水下坡角(根据前人已 告》与三峡库 有工作成果),并充分参考《塌岸规划调(勘)查报 区其它同类库岸段的稳定岸坡坡角综合确定.对于139段库 岸,由于基岩为三叠系下统嘉陵江组(T1j)灰岩,强风化层非 常破碎,钻孔岩芯显示为碎石,块石土,因此强风化层的稳定 坡角可参照碎块石土的稳定坡角取值并适当提高(表4). 衰4139段库岸岸坡稳定坡角取值表 滑移型塌岸计算所需的地质参数主要为土体容重及抗 剪强度.土体容重分天然容重与饱和容重,天然容重可根据 本次库岸土体大容重试验确定,饱和容重可根据天然容重并 参考室内试验确定的土体孔隙比综合确定.天然容重取 19.5kN/m3,饱和容重取22.5kN/m..抗剪强度可根据工 程经验并参考巫山县同类岩土体的参数综合取值:碎石土的 黏聚力C取10kPa,内摩擦角取25.. 需指出的是,室内试验结果表明土体均处于饱和状态, 因此上述抗剪强度参数均为土体饱和时的参数,库水位以上 及以下的参数值均为同一个数值. 地下水位的选择:天然状态时,以钻孔所测水位为准,暴 雨状态时,地下水位以滑体饱水8O%来拟合计算工况:根 据《勘查技术要求》按表5考虑4种工况. 抗滑稳定安全系数也按表5考虑. 表5滑移型塌岸计算工况与荷载组合 堂妻-r~It荷载组合行水位合编号"一抗滑稳定安全系数 ))))))))@ 水士保持研究第13卷 3.3塌岸预测 根据上述确定的岸坡稳定坡角,采用卡丘金图解法对 139段库岸地质纵剖面进行塌岸预测.塌岸强烈程度分级标 准依照《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘查技术要求》 的有关规定,同时结合巫溪县有关部门提供的集镇建设最低 基准线182m(标高)的具体情况,提出139段库岸塌岸强烈程 度分级按表6考虑,预测结果见图3,图4(代表性剖面). 4结论及建议 (1)按规划调(勘)查,库岸长580m,175rfl水位线 附近库岸长度进行实测后为670rfl.175m高程以下坡度5 , 15.,175rn高程以上坡度lO,3O.,岩层产状355.25, 4O.,整体呈单斜构造.岸坡类型为岩土质,覆盖层厚度6, 20m,岩性为冲积砂砾(卵)石,崩坡积碎石土及粉质粘土夹 碎石,以下为三叠系下统嘉陵江组(Tl)灰岩,强风化层厚度 5m左右,非常破碎 表6塌岸强烈程度分级衰 塌岸强烈程度塌岸规模 强烈 较强烈 轻微 塌岸上边界高程大于182m,预测塌岸 宽度大于20m或为不稳定变形体 塌岸上边界高程大于182m 预测塌岸宽度小于zOm 塌岸上边界高程小于182m (2)根据岸坡的工程地质特征,卡丘金图解法表明会发生侵蚀剥蚀型 塌岸,建议防护措施为抗滑桩及防护堤,另外局部范围可能发生滑移 型塌岸,需采取防护措施.如加强地表排水措施. 图3139段库岸地质剖面1—11卡丘金图解法塌岸预测圈 图4139段厍岸地质剖面2—2卡丘金图解法塌岸预测图 (3)139段库岸上部为巫溪县花台乡乡政府所在地,目和施工顺序,以免影响岸坡局 部稳定I加强监测工作,及时反 前有住户50户,居民200人,中学一所,房屋面积3000m.,馈岸坡变形信息,为岸坡失 稳预报提供数据. 财产估计400万元.因此库岸一旦失稳,居民生命财产安全(5)建立岸坡变形监测系 统,为岸坡变形失稳预报积累 将遭受严重威胁.综合分析认为对该库岸进行防治是十分资料. 必要的.(6)加强库岸防治工程的日常维护,保证发挥防治工程 (4)防护工程施工中注意避免大挖大填,注意施工排水的最大效益. (下转第113页) 第4期范明元等:山东省破坏山体生态植被快速恢复技术初探 复技术研究现状,结合山东省自然及社会条件,确定了以下 几项关键技术,供大家参考. (1)破坏山体绿化植物品种选择研究.山东省属于暖温 带半干旱气候区,多年平均降雨量不足700mm,而且年际, 年内降雨分布极为不均,其中丰水年降雨量可达枯水年降雨 量的3.0倍左右,年内汛期的6,9月降雨量可达全年降雨 量的7O%以上.分配不均的降雨条件是破坏山体生态植被 恢复的最不利因素.由此也造成了国内丰水地区普通采用的 植物品种在山东难以适生的客观事实.所以,破坏山体的生 态修复首先要做好选种工作. (2)乔灌草结合的优化配置种植模式研究.正如前文所 述,单一的草种培育并不利于破坏山体坡面的长久防护天 然植被一般都是草木混生的,种群结构较为合理.所以具备 很强的自我修复能力.破坏山体绿化应走当地化的路子,即 以当地区域性植被,乡土植物为主,适当引进适于本地生长 条件的野生植物和外地植物,同时兼顾浅根植物和深根植物 的结合,豆科植物与非豆科植物的结合,并尽可能配置抗逆 性强的植物和水,肥,光,热利用率高的植物,这样才能使植 物更能适应当地气候与自然植被融为一体,建设一个具有生 物多样性的,稳定的,生命力强的立体生态群落. (3)破坏山体植被快速恢复技术研究.破坏山体植被快速 恢复主要是指由人工强制的绿化植物构成向原始植物群落的顺 利演替.在较短的时间内把开挖的边坡恢复到自然状态.主要 面临这样几个问题:?对于不同的立地条件,如何在经济允许的 范围内选择适宜的施工方式;?如何充分考虑当地自生优势群 落的结构特点,从而进行植物种子的选择和配比;?如何利用已 有条件.促使植物种子,树苗的迅速成活并与当地优势群落相融 合.只有对这些问题作详尽的研究分析,才能正确指导施工,实 现破坏山体的快速恢复.因此,应对可能的各类破坏山体的施 工工艺进行比选,确定其适宜的立地条件,寻求在较短时间内确 定破坏山体当地白生优势群落结构特点的方法.探索人工植被 与自然植被快速融合的关键技术. (4)破坏山体绿化配套技术研究由于山东省特有的自 然条件,为提高破坏山体绿化植物的成活率,促进破坏山体 植被的快速恢复,需进行相关的配套技术研究.包括工程防 护技术,集雨拦蓄技术,节水灌溉技术及施肥保墒技术等. 其中,工程防护技术结合水土保持要求,利用各类工程设施 加强破坏山体的自身稳定性,满足选定植物配置的种植要 求.便于后期的安全管护;集雨拦蓄技术是尽可能地利用大 参考文献: 气降雨,满足破坏山体绿化植被对水分的要求,保证植物措 施的成活率;节水灌溉技术通过利用各类设备或在减少 植被水分损失的同时高效地提供补充水源;施肥保墒技术, 则用于补充绿化植被养分,减少水分流失. (5)破坏山体绿化管护技术研究.管护是破坏山体完成 绿化和实现快速恢复不可或缺的一环,包括灌溉,补植,防病 害,更新等措施.应该针对山东省的自然特点,摸索出一套 完整的破坏山体绿化的管护方法的技术,保障绿化成效的持 续发挥. 4研究的创新性要求 山东省是我国经济大省,近几年来社会经济建设迅猛发 ,高速公路,铁路,石材开发等建设活动也得到 展,城市开发 了充分发展,山体破坏已开始影响山东生态省建设的进程. 破坏山体生态植被快速恢复应运用造林学,生态学,生态恢 复学,水土保持学,系统工程学等相关学科的基本原理,以科 学发展观为指导,以适用性广,可操作性强为原则,力求在以 下方面取得突破; (1)在绿化植被品种的选择上完全立足于山东省自然及 社会条件,以乡土种为导向,在生理特性上要求具有抗旱,速 生,易成活等特征. (2)在植物配置上以植被群落快速恢复为突破点,放弃 "当地乡土化"的路子,一方面是注 "好看不多用"的做法而走 重乔灌草或灌草的有机搭配.一方面是注重与当地自生优势 群落的融合,最终实现在种植模式上的突破和创新. (3)在技术整合方面,由于山体破坏的复杂性和破坏山 体恢复植被的困难性,单一的植树种草措施并不能保证治理 效果的长久保存.如能整合造林绿化,水土保持,水利工程, 节水灌溉等多个学科的技术,并使之有机交叉和结合,从而 形成独特的技术措施体系,则必定能产生良好的效果. (4)在管护方面,应摒弃过去"重建设,轻管理"的思想观 念,用科学发展观作为指导思想. 5结语 破坏山体的修复和绿化是我国生态环境建设的重要组 成部分,由于各地的自然,社会条件差异很大,必然要求广大 水土保持及相关行业工作者对适宜的树草种及其栽培方式, 管理模式等做充分的研究.山东省破坏山体生态植被快速 恢复已提上日程,对其开展广泛的研究工作势在必然. [1]朱海鹰,徐国钢,等.高速公路边坡生态防护施工技术[J].中外公 路,2003,23(3):83--85. [2]张俊云,周德培.李绍才.岩石边坡生态种植基试验研究EJ].岩石力学与工 242 程,2001,20(2):239— .?.?1......?.?.?'?.?.?.+1..?.?.?.'?.?.?.?_...-.' (上接第1i0页) 参考文献: [1]张倬元,王士天.工程动力地质学[M].北京:中国工业出版社,1964.28--68. [2]AB卡拉乌舍夫.河流与水库水力学I-M].北京:水利水电出版社?1958. [3]DipperMartinJJr.Shipbornewaveheightmeasurements[J].MarineTechnology?Socof NavalArchitects&Marine Engineers.1997,34(4):267—275. [4]余广明.堤坝防浪护坡设计[M].北京:水利电力出版社?1987. [5]HB波波夫,等.水力发电建设工程地质勘察[M].电力部译.北京:电力工业出版 社,1956.230—247? [6]RagozinAL,BurovaVN.Amethodforapproximateforecastreservoirbankdestruction[J ].Russia:Gidrotekhnicheskoe Stroiterstvon.1993,(4):20—26.