迪那河五一水库库区卸荷岩体滑坡涌浪计算及其影响分析

刘　平

(新疆昌源水务集团有限公司，乌鲁木齐　830000)



迪那河五一水库库区卸荷岩体滑坡涌浪计算及其影响分析

刘平

(新疆昌源水务集团有限公司，乌鲁木齐830000)

摘要：通过对迪那河五一水库库区的卸荷岩体，在水库建成蓄水条件下进行滑坡涌浪计算，分析了滑坡涌浪对水库大坝及其它建筑物的影响。计算结果表明，卸荷岩体坍塌至大坝处最高涌浪为1.0 m，对水库大坝无不利影响，更不会对坝后建筑物构成威胁，对工程安全运行影响较小。

关键词：水库；滑坡；涌浪；影响分析；潘家铮法

1水库概况

迪那河五一水库位于新疆巴音郭楞蒙古自治州轮台县西北，为轮台县迪那河流域规划的控制性工程。水库由拦河大坝、发电洞、导流兼泄洪冲砂洞、溢洪洞和石油供水管线等主要建筑物组成。工程为Ⅲ等中型工程，水库正常蓄水位为1 370.00 m，总库容为0.98亿m3，最大坝高为102 m，坝顶高程为1 374.50 m，防浪墙顶高程为1 375.70 m。该水库具有灌溉、防洪、生态、城镇及工业供水、发电等综合效益。

水库正常蓄水位为1 370.00 m时，水库迴水长约7 km，库区一带为峡谷地貌，河谷形态呈“V”形(部分段为U形宽谷)，谷底宽度一般30～50 m，最宽为155 m。两岸山体宽厚，分水岭高(高程1 500.00～2 000.00 m)，库岸岸坡较陡，河谷坡度多为75°～85°。库岸发育有Ⅰ～Ⅶ级阶地，除Ⅰ级阶地为堆积阶地外，其余均为基座阶地。库岸冲沟不发育，但切割较深，切割深度约120～150 m，冲沟间距一般在700～1 000 m。

库区出露的地层为第三系秋里塔克组(N2q)地层，地层岩性为泥岩、粉砂岩、砂质泥岩互层，以泥岩为主，岩层产状38°～75°SE∠20°～30°，岩层倾角由南向北逐渐变陡。

库区共发育有15处卸荷岩体，其中B01～B09九处卸荷岩体分布在坝线上游2.3～6.2 km，分布高程1 330.00～1 400.00 m，卸荷岩体方量一般为(3.5～8)万m3，总方量约为71.06万m3，离坝址区相对较远。B10～B15六处卸荷岩体位于坝址上游0.8～2.1 km，距坝址区相对较近，卸荷岩体方量一般为(1.1～19)万m3，总方量约为47.1万m3，这些库岸卸荷岩体在水库蓄水后，岩层饱水，力学性能降低，上部卸荷岩体会产生坍塌及岸坡再造，直至形成稳定岸坡为止。假设岸坡在正常高库水位运行中，卸荷岩体出现最不利的整体高速下滑，需对坝前形成的涌浪高度进行分析计算[1-3]。

此分别对离坝线最近、对坝最不利的B12、B13卸荷岩体进行涌浪计算。其中B12位于坝线上游左岸1.3 km，分布高程为1 360.00～1 430.00 m，卸荷裂隙产状为30°NW∠75°～80°，卸荷带厚30 m左右，水平延伸长约70 m，垂直切割深度60～90 m，方量约19万m3；B13位于坝线上游左岸1.2 km，分布高程为1 330.00～1 410.00 m，裂隙产状为75°～80°⊥，卸荷带厚4～8 m左右，水平延伸长约100～200 m，垂直切割深度为80 m，方量约为9.4万m3。

2滑坡涌浪计算方法

目前滑坡涌浪计算方法主要有潘家铮法、经验公式法。潘家铮法和经验公式法，均在做了一些简化后推导出计算公式，潘家铮法考虑了库水深度的影响，在一定的水深范围内，涌浪高度与水深、滑入总量、滑坡体延伸长度、滑坡速度有关，水越深，滑入的总量越多，滑坡体延伸越长、滑入的速度越快，涌浪就越高[4-5]。经验公式法未考虑库水深度的影响，相对而言，潘家铮法考虑较全面，因而本文采用潘家铮法进行涌浪计算与分析评价。

3潘家铮法的滑坡涌浪计算

分别对离坝线最近、对坝最不利的B12、B13卸荷岩体进行涌浪计算，计算公式及过程如下。

(1) 滑坡体滑落速度按下式计算

(1)

式中：g为重力加速度(9.8 m/s2)；H为滑坡水上部分重心至水面的高度(正常高水位时)，本次计算取29 m；θ为滑坡倾角，取90°；f为滑面摩擦系数，取残余强度值，f=0.466。

(2) 滑坡历时T计算

设下滑过程为匀加速直线运动过程，按下式计算：

(2)

式中：T为滑坡持续时间,s；S为滑坡体下滑位移量(取斜坡长度60.0 m)；a为滑动面上加速度,m/s2;a=g×sinθ=9.8×sin 90°=9.8 m/s2；

该水库库水面宽度B=400m，滑坡体上下游的长度L=70m，半长l=35m，X0=1300+70=1370m(X0为坝轴线到滑坡体上游边缘的水平距离)，水深d=71m，滑坡体平均厚度λ=30m,估算滑坡速度v=23.84m/s。滑动历时T估算为3.50s。岸坡变形基本上属于垂直变形类型(见图1、2)，试分析如下。

图1　涌浪高度计算示意图　　　单位：m

图2　垂直滑坡初始高曲线图

(3)

(4)

Δt=B/C=400/33.15=12.07s

T/Δt=3.5/12.07=0.29

(4) 计算坝址(A′)浪高

坝址浪高根据以下公式进行计算：

(5)

由此可见，此计算坝址区浪高只需一项。

(6)

由此可见，即使B12出现最不利的整体高速下滑状况，对坝前库水产生的涌浪高度为0.5 m，对工程运行影响不大。

同理，按照上述计算过程对B13进行滑坡涌浪计算，在此就不做详细介绍，当B13出现最不利的整体高速下滑状况，计算结果显示对坝前库水产生的涌浪高度为0.3 m，对工程运行影响不大[6]。

即使B12、B13卸荷岩体同时坍塌，出现最不利的整体高速下滑状况，通过计算显示其对坝前库水产生的涌浪高度为1.0 m。

4滑坡涌浪影响分析

根据《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》说明，计算坝址处的最高涌浪，计算都是指涌浪除岸坡外不受阻挡的情况。如行进到大坝受坝面阻挡，浪高就要增加可能比实际的高一些，根据涌浪计算，即使B12、B13卸荷岩体同时坍塌，出现最不利的同时整体高速下滑状况，坝前不受阻挡的情况涌浪高度为1.0 m，因滑坡不会产生一次性整体滑动，加之河道弯曲，波浪在传播过程中会有一定的能量损失。而水库校核洪水位1 373.17 m，大坝坝顶高程1 374.50 m，防浪墙顶高程1 375.70 m，其涌浪高度小于坝顶高程，加之不稳定体的崩塌是从最不利坍塌角度来计算的，因此不稳定体造成的涌浪浪高至坝址应该低于1.0 m。可见水库库区卸荷岩体坍塌涌浪对水库大坝无不利影响，更不会对坝后建筑物构成威胁，对工程安全运行影响较小[7-9]。

图3　滑坡涌浪传播曲线图

5结语

大型高速水库库岸滑坡产生巨大的涌浪，不仅能冲毁水工建筑物、堵塞河道，更重要的是随着涌浪的传播和叠加，有可能造成溃坝等严重水库失事事故及沿岸居民的生命财产安全[10]。本文通过对水库库区的卸荷岩体，在水库建成蓄水条件下进行滑坡涌浪计算与分析，结果表明卸荷岩体坍塌至大坝处最高涌浪为1.0 m，对水库大坝无不利影响，对工程安全运行影响较小，可为水库工程建设提出指导性意见。

参考文献:

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Calculation and Influence Analysis on Swelling Wave by Unloaded Rock Mass Landslide in Wuyi Reservoir Area

LIU Ping

(Xinjing Changyuan Water Affair Group Co., Ltd., Urumqi830000,China)

Abstract:The influences of the swelling wave by the unloaded rockmass on dam and other structures are analyzed through calculation of the swelling wave by landslide of the unloaded rock mass in Wuyi reservoir area in condition of the reservoir impoundment. The calculation presents that the maximum height of the swelling wave by the unloaded rock mass collapse is 1.0 m at the dam. This is without any risk to the dam or any further endanger to structures at the dam toe. It slightly affects the safety operation of the dam.

Key words:reservoir; landslide; swelling wave; analysis on influence; Pan Jiazheng Method

中图分类号：P642.2

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.02.008

作者简介：刘平(1981- )，女，新疆伊犁人，工程师，主要从事水利水电工程管理工作.

收稿日期：2015-12-04

文章编号：1006—2610(2016)02—0027—03