庆阳黄土区芡子沟水库库岸塌岸分析

郭　凯

(甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃 兰州 730000)

庆阳黄土区芡子沟水库库岸塌岸分析

郭凯

(甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃 兰州 730000)

[摘要]结合工程实例，从黄土的物理力学性质、工程地质特性着手，对庆阳市庆城县芡子沟水库库区塌岸进行了分析探讨，总结出黄土地区水库塌岸预测参数的确定方法，为类似工程建设提供理论依据。

[关键词]黄土区；水库塌岸

芡子沟水库属注入式调蓄水库。水库水源来自于陕甘宁盐环定扬黄续建甘肃专用工程庆城输水管线，主要任务是对盐环定续建工程向庆城提供的457万 m3的外调水进行按需调节，以补充庆城县城区人民日常生活用水。

工程由水库、挡水坝、溢洪道、输水建筑物等组成。挡水坝为均质土坝，设计最大坝长183.32 m，最大坝高38.50 m，水库正常蓄水位高程1 092.70 m，库容289.87万 m3。

水库地处黄土高原沟壑地貌，岸坡属第四系土质岸坡。根据岸坡土体性质不同，分为离石黄土岸坡(A)和滑坡重力堆积体岸坡(B)两类。

1工程区地质概况

工程区地处陇东黄土高原中东部，地貌属黄土高原沟壑地貌。区内地形破碎，沟谷纵横，沟谷间黄土塬、梁、峁、涧地等各类黄土地貌形态发育。区内除环江及较大的沟谷底部有零星基岩出露外，大部分地段为第四系地层覆盖。

工程区地处陕甘宁大型内陆盆地西南部，该盆地呈南北向矩形展布，其内沉积厚达千米的白垩系地层。区内地层受构造影响轻微，岩层产状近于水平，断裂构造不发育。第四系以来，地壳以间歇式下降运动为主，沉积午城、离石组及Q3萨拉乌苏、马兰黄土地层，进入全新世，地壳缓慢抬升，侵蚀、剥蚀作用加剧，从而塑造了区内黄土高原沟壑纵横地貌格局。

本工程库坝区第四系黄土广泛分布，岩性依次为①下更新统午城组(Q1w)：②中更新统离石组(Q2L)：③上更新统萨拉乌苏组(Q3s)与马兰组(Q3m)：④全新统(Q4)。

工程区内不良物理地质现象受区内地形地貌、地层岩性等条件控制，主要发育有：黄土溶陷、沟道侵蚀、黄土崩塌、滑坡及沟道泥流等。

2黄土类水库塌岸形式及预测塌岸量的分析

2.1岸坡的土质分类

芡子沟水库蓄水后，正常高蓄水位1 092.7 m，库岸总长度6 479 m，水库岸坡均属第四系土质岸坡。各岸坡特征分述如下：

(1)A类岸坡(见图1)：长度4 726 m，占库岸长度的72.9%，岸坡多悬坡、立坎，岸线曲折，多突嘴、凸岸地形。岸坡主体岩性为Q2离石黄土，表层和下部坡脚堆积有崩坡积黄土状土，现状岸坡基本稳定，局部坡体因黄土卸荷有小规模坍塌现象。

(2)B类岸坡(见图2)：长度1 753 m，占库岸总长的27.1%，岸坡由滑坡前缘斜坡构成，斜坡自然坡度20°～50°，局部发育悬坡，岸坡岩性为滑坡堆积含块碎石黄土状土，现状岸坡稳定，受沟道洪水影响较小。

图1　A类黄土岸坡

图2　B库区1#滑坡

2.2塌岸形式及塌岸预测参数的确定

2.2.1同类已建水库的塌岸调查

经对本地区上世纪六十到八十年代建成运行的巴家嘴水库、冯家山水库、蒋家沟水库进行现场调查：Q2离石黄土岸坡水上稳定坡角70°～80°，水下稳定坡角20°～24°；松散土质岸坡水上稳定坡角60°～70°，水下稳定坡角16°～19°。各水库经多年运行，未发生过大规模滑塌现象，仅在沟口、突嘴等三面临水段有小范围坍塌。

2.2.2离石黄土现场塌岸模拟试验

塌岸模拟试验在水库下坝线左岸平洞Q2离石黄土地层中进行，在长度2 m，宽 1 m,深 2.5 m的试坑内进行注水试验(见图3、图4)。试验前坑壁直立，初次注水深度200 cm，日变幅10～20 cm。经过20 d不间断注水浸泡及现场观察测量，其试验数据见表1。

表1

备注：模拟水池深200 cm，水下深度一直保持100 cm

图3　平洞Q2离石黄土岸坡坍塌试验3天后

图4　平洞Q2离石黄土岸坡坍塌试验20天后

经现场模拟试验发现：

离石黄土其土体结构密实，具非湿陷性，且有一定的抗水解性。试验结束时，总注入水量18.31 m3，坑内塌落淤积量为7.2 m3(计算)坑内残留水深100 cm，水上边坡86°，水下边坡36 °。

岸坡在水库蓄水后，总体稳定性较好，发生较大规模滑塌可能性小。岸坡破坏形式应以剥落及小规模坍塌为主，水库蓄水初期，以库岸表层崩坡积物滑塌为主，之后，岸坡以坡体湿化产生的剥落及小规模坍塌为主，最终岸坡稳定将较为慢长。

2.2.3塌岸参数确定

经对已建巴家嘴、冯家山及蒋家沟水库岸坡水上、水下稳定坡角的调查分析，主要依据本次模拟试验成果，确定芡子沟水库Q2离石黄土库岸水上、水下稳定坡角为：水上70°～80°，水下23°～25°；滑坡堆积体水上60°～70°，水下18°～20°。

2.3塌岸预测及塌岸量计算

塌岸预测与塌岸量的计算，采用图解法进行(见图5～图10)。

图5　A类-左岸坡断面图

图6　A类 左岸塌岸宽度预测图

图7　A类-右型岸坡断面图

图8　A类 右岸塌岸宽度预测图

图9　B类岸坡断面图

图10　B类岸宽塌岸度预测图

经对库区典型断面估算，预测水库总塌岸量79万 m3，计算成果见表2。

表2　芡子沟水库区岸坡塌岸量计算表

3结语

(1)本文针对黄土区水库库岸的工程地质特性，通过现场模拟试验观察，经过综合分析评价，详细计算出水库蓄水后的塌岸量，为工程建设提供了详实的地质依据，也为类似工程建设提供了科学的参考依据。

(2)现场试验表明： Q2离石黄土水上稳定坡角70°～80°，水下稳定坡角23°～36°。

(3)分析表明，在黄土区修建水库，前期库区岸坡坍塌主要为黄土岸坡表层的崩坡积物及沟口、突嘴等地段的坍塌。后期主要为离石黄土构成的岸坡在库水的作用下，以坡体湿化、剥落及小规模坍塌为主。塌岸稳定将是一个慢长的过程。

参考文献

[1]甘肃省庆阳市庆城县城区供水工程芡子沟注入式水库工程地质勘察报告 (初步设计)甘肃省水利水电勘测设计研究院.2012.12.

[2]陆兆溱.工程地质学.中国水利水电出版社.1989.

[3]卢廷浩.土力学.河海大学出版社.2005.5.

[收稿日期]2016-04-07

[作者简介]郭凯(1983-)，男，甘肃天水人，助理工程师，主要从事水利工程地质工作。

[中图分类号]P641.21

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0223-02