三峽水庫水庫作用下土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

三峽水庫水庫作用下土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

1局部段變形破壞咸陽市位于興山縣南部，南距貴縣香溪市34公里，東距宜昌市153公里，西距神農(nóng)架林區(qū)松柏市146公里，北距新縣古福市16公里。高陽鎮(zhèn)庫岸岸坡類型多,地質(zhì)結(jié)構(gòu)多變,岸坡穩(wěn)定性影響因素復(fù)雜。整個庫段岸坡在長期地質(zhì)作用下,基本趨于平衡狀態(tài),在局部地段,由于環(huán)境因素變化及人類工程活動作用,發(fā)生了明顯的變形破壞,產(chǎn)生了諸如崩塌、滑坡和斜坡變形等現(xiàn)象。有的地段甚至還相當(dāng)嚴(yán)重,如檔案局變形體、郵電大樓變形體、畜牧局滑坡等,近期都發(fā)生了明顯的變形破壞跡象。在未來三峽水庫水位波動及城鎮(zhèn)建設(shè)等因素作用下,庫岸穩(wěn)定性將進一步惡化。1.1峽水庫蓄積水平差異對穩(wěn)定性的影響影響岸坡穩(wěn)定性的因素一般可分為內(nèi)在因素和外在因素,內(nèi)在因素包括:地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水及地形地貌等;外在因素主要包括:人類工程活動、地震、降雨、水庫水位波動等。以上諸因素中,地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地形地貌是斜坡穩(wěn)定性的物質(zhì)基礎(chǔ),相對而言變化不大,因此,這幾個因素在短時間內(nèi)不會改變斜坡整體穩(wěn)定的狀況。水文地質(zhì)條件是一個隨時間變化的因素,特別是三峽水庫蓄水及水位波動,將極大地改變區(qū)內(nèi)岸坡內(nèi)的水文地質(zhì)條件,是影響斜坡整體穩(wěn)定性的重要因素。暴雨和地震是兩個難以確定的因素,雖然對斜坡穩(wěn)定性有觸發(fā)作用,但單一的暴雨或地震一般難以使區(qū)內(nèi)斜坡或滑坡大規(guī)模失穩(wěn)破壞,只能造成局部斜坡變形失穩(wěn),特別是在一些陡坡處,容易產(chǎn)生一些小型崩滑。人類工程活動雖然也是斜坡變形破壞的常見觸發(fā)因素,但它一般只影響局部斜坡,不會造成大規(guī)模斜坡失穩(wěn),可控制人類工程活動規(guī)模及方式,以達到控制斜坡失穩(wěn)的目的。綜上所述,影響區(qū)內(nèi)岸坡穩(wěn)定性最主要的因素是三峽水庫蓄水及其水位波動,特別是水位波動與暴雨、地震等因素疊加時,必將使岸坡的穩(wěn)定性惡化,甚至造成較大規(guī)模的變形失穩(wěn)破壞。其它因素只有與三峽水庫水位波動疊加,才能對岸坡整體失穩(wěn)破壞產(chǎn)生重要影響。1.2剖面穩(wěn)定性分析采用不同方法對庫岸斜坡的穩(wěn)定性分別進行定量計算,結(jié)合庫岸斜坡變形破壞因素及可能變形破壞分析,分別對香溪河目前水位、三峽水庫蓄水位(175m)及水位波動及地震作用等各種組合狀態(tài)下的斜坡穩(wěn)定性進行全面評價。對21個崩滑體或潛在崩滑體(21條剖面)進行穩(wěn)定性計算,結(jié)果表明:(1)在天然狀態(tài)下,各剖面穩(wěn)定系數(shù)大于1.0,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),其中1-1′(核桃樹溝滑坡)、2-2′(二里半滑坡)、4-4′(制氧廠滑坡)、7-7′(檔案館變形體)、9-9′(環(huán)保局滑坡)、11-11′(畜牧局滑坡)等剖面穩(wěn)定性系數(shù)略大于1,均接近極限平衡狀態(tài),安全儲備較小。(2)當(dāng)三峽水庫蓄水至175m水位時,岸坡穩(wěn)定性普遍有所降低,1-1′、2-2′、4-4′、7-7′、9-9′、11-11′處于極限平衡狀態(tài),岸坡穩(wěn)定難以保證。(3)當(dāng)庫水位蓄水到175m且發(fā)生暴雨時,諸剖面穩(wěn)定性又比未有暴雨時降低,1-1′、2-2′、4-4′、5-5′、6-6′、7-7′、11-11′、12-12′、18-18′等剖面穩(wěn)定性均小于1.0,處于失穩(wěn)狀態(tài);3-3′、9-9′、10-10′剖面接近失穩(wěn)。(4)當(dāng)庫水位由175m降至155m時,1-1′、4-4′、11-11′等剖面的穩(wěn)定性系數(shù)小于1.0,處于失穩(wěn)狀態(tài),其他在155m至175m水位變動帶內(nèi)計算剖面的穩(wěn)定性也明顯降低。(5)當(dāng)庫水位為175m同時發(fā)生暴雨和地震時,諸剖面的穩(wěn)定性系數(shù)都降到最低,除部分剖面的穩(wěn)定性系數(shù)略高于1.0外,絕大部分剖面穩(wěn)定性系數(shù)都小于1.0,處于失穩(wěn)狀態(tài)。(6)由上述穩(wěn)定性計算可知,在未來三峽水庫的運行中,當(dāng)不利組合條件發(fā)生時,大部分庫段均處于失穩(wěn)狀態(tài),亟須整治加固。1.3不同地段庫岸再造高陽鎮(zhèn)庫段在三峽水庫蓄水后,水面寬度最窄處約140m,最寬約500m,一般200～400m左右。兩岸地表普遍為第四系殘坡積及沖洪積等松散堆積層所覆蓋,厚度一般1～10m,巖性以含泥碎塊石土及礫卵石為主。區(qū)內(nèi)基巖風(fēng)化較強烈,強風(fēng)化厚度一般3～5m。水庫蓄水后,隨著水位的變化,庫岸斜坡巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)惡化,在庫水浸泡和風(fēng)浪作用下岸坡不斷后退調(diào)整,直到水下休止角、水上穩(wěn)定坡角等與巖土體性質(zhì)相適應(yīng),這一過程即庫岸再造。庫岸再造是區(qū)內(nèi)庫岸破壞的主要型式之一。庫岸再造以核桃樹溝兩側(cè)、賀家溝至郵電大樓、檔案局至環(huán)保局西,甘家坡至夏橙研究所、陳家灣南、高陽中學(xué)至向家河等地段為主,這些地段庫坡結(jié)構(gòu)以第四系松散堆積層及強風(fēng)化基巖為主,巖性為含泥碎塊石,碎塊石段含泥質(zhì)礫石,巖土體結(jié)構(gòu)松散,強度低,透水性較強,一般為中等～強透水層,局部為極強透水層,在庫水及水位波動作用下容易軟化和坍塌。特別是檔案局至環(huán)保局西,甘家坡至夏橙研究所及陳家灣南等地段,水庫水面寬度大,最寬可達500m,水深20～50m,且175m附近地形坡度陡,庫岸再造破壞將較嚴(yán)重。本研究主要采用穩(wěn)定坡角地質(zhì)類比法,考慮岸坡類型及影響因素,根據(jù)實際地質(zhì)條件,綜合預(yù)測庫岸再造范圍。穩(wěn)定坡角地質(zhì)類比法是根據(jù)現(xiàn)代長江河谷岸坡形態(tài)參數(shù)(包括水上、水下、水位變幅帶的侵蝕、堆積穩(wěn)定坡角統(tǒng)計值等)類推水庫蓄水后相應(yīng)水位作用帶的最終穩(wěn)定坡角,利用圖解法依次繪制出巖土體不同特征水位的各段穩(wěn)定坡角,并以各段穩(wěn)定坡角連線代表最終庫岸再造線,據(jù)此即可確定庫岸再造帶寬度和最終再造帶后緣高程。通過工程地質(zhì)類比,結(jié)合野外調(diào)查資料,得到研究區(qū)庫岸各類岸坡的最終坡角建議值。在高陽鎮(zhèn)的29段庫段中選出91條剖面,根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件,利用上述庫岸再造預(yù)測原理與方法,預(yù)測其最終庫岸再造范圍。庫岸再造預(yù)測結(jié)果顯示如下特征:(1)各段庫岸均存在不同程度的庫岸再造,最終再造帶寬度一般在20～50m,最寬可達160余m,最小僅10余m。(2)不同類型的庫段庫岸再造的范圍差別較大,在第四系覆蓋層較厚、分布范圍較大的地段,庫岸再造的范圍也較其他庫段大,尤其是滑坡庫段,庫岸再造帶范圍一般較大。而基巖岸坡庫岸再造帶范圍較小,尤其是基巖逆向岸坡,庫岸再造帶寬度多在20m以內(nèi)。(3)二里半、興山一中至檔案館、實驗中學(xué)、甘家坡、畜牧局等庫段再造帶寬度較大,應(yīng)作為重點防治的區(qū)域。(4)香溪河右岸陳家灣至鷹嘴巖一帶、后溝至羊叉溝一帶以及氣象站北坡,庫岸再造輕微,可以視情況不進行庫岸防治或酌情進行簡單的護坡。2海岸保護對策2.1水庫岸防護設(shè)計庫岸防護設(shè)計應(yīng)結(jié)合各處導(dǎo)致庫岸變形破壞的原因及特點,加以綜合研究確定,其一般防護原則如下:(1)庫岸防護建筑物應(yīng)具有足夠的強度和穩(wěn)定性來抵抗波浪沖擊和水流沖刷等,以維持其穩(wěn)定性。(2)庫岸防護范圍設(shè)計應(yīng)以波浪沖擊和淘蝕作用發(fā)生的正常高水位和最低水位為限。最低水位波浪影響深度以下可以不設(shè)防護。(3)在通向水庫的溝口處,因庫水倒灌、溝口淤積、波浪作用較小,其防護措施應(yīng)根據(jù)支溝的平面形狀、當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向、庫水漲落速度和幅度等綜合確定。(4)若為柔性防護結(jié)構(gòu)時,可根據(jù)塌岸發(fā)展情況,總體規(guī)劃、分期修建,突出重點地段。(5)若為大面積防護構(gòu)筑物時,應(yīng)根據(jù)具體的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件,按照不同部位的受力狀況,采用不同的防護結(jié)構(gòu)類型配合使用,以達到較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。(6)防護結(jié)構(gòu)設(shè)計,應(yīng)考慮就地取材、易于施工、方便養(yǎng)護,造價低廉的建材和工藝。2.2庫岸防護分析(1)由于河谷呈“U”型,建筑物多在香溪河的高漫灘及Ⅰ級階地上,階面高程160～165m,對于Ⅰ級階地(高程約160m)以下的岸坡,地形坡度較平緩,不必設(shè)防護措施。(2)對于處于水位變幅帶(160～175m)的岸坡,由于常年受水位漲落影響,土體的抗崩解性及抗沖刷能力對庫岸穩(wěn)定性影響較大,需酌情進行防護。(3)對于處于175m水位附近的再造岸坡應(yīng)進行重點防護。(4)對于穩(wěn)定的庫岸段,香溪河右岸陳家灣至鷹嘴巖一帶、后溝至羊叉溝一帶以及氣象站北坡,庫岸再造輕微,可以視情況不進行庫岸防治或酌情進行簡單的護坡。(5)二里半、興山一中至檔案館、實驗中學(xué)、甘家坡、畜牧局等庫段再造帶寬度較大,應(yīng)作為重點防護的區(qū)域,可采取干砌片石、漿砌片石和預(yù)制板護坡防護。(6)對于不穩(wěn)定的崩塌、滑坡,如核桃樹溝滑坡、二里半滑坡、制氧廠滑坡、檔案館變形體、環(huán)保局滑坡、畜牧局滑坡等,應(yīng)采取錨固、抗滑樁防護。3抗滑樁防護三峽水庫蓄水到175m