兴凯湖大湖岗岸坡特征及塌岸预测评价

李 立

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

兴凯湖大湖岗岸坡特征及塌岸预测评价

李 立

(黑龙江工程学院 土木与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

大湖岗是大、小兴凯湖之间天然的绿色屏障，同时是珍稀的地质遗迹资源，受自然和人为因素影响，地质遗迹遭受破坏，湖岗的景观、生态及保护功能与作用减退，带来巨大的损失。文中通过对兴凯湖大湖岗堤岸现状、岸坡的地质特征、塌岸的形成条件及诱发因素进行分析，进而确定塌岸的类型并进行塌岸的预测评价。

塌岸；预测评价；地质特征；兴凯湖大湖岗

兴凯湖大湖岗位于黑龙江省兴凯湖国家地质公园内，处于黑龙江省密山市境内。大湖岗区域存在堤岸破坏，主要分布在白泡子至二闸段，此段湖岗塌岸严重，因此,对兴凯湖大湖岗岸坡地质特征及塌岸预测评价尤为重要，也为大湖岗的保护方案提供科学依据。

1 兴凯湖大湖岗堤岸现状

本世纪初，湖岗人烟稀少，植被繁茂。随着人类活动增加，湖岗成了重要的运输通道。由于人类保护意识的淡薄，在湖岗上放牧、伐木、取沙等现象时有发生，对湖岗及其上的植被都造成了不同程度的破坏。更重要的是，兴凯湖湖面广阔，风大浪高，每年湖水位高峰期持续时间长，在西南大风影响下，湖面形成的风浪带着湖水对岸坡的稳定性影响较大，形成塌岸。每年4月底的“武开湖”，顺着湖风冲到岸边的冰凌对湖岗撞击，造成湖岗严重破坏。

大湖岗为白泡子至二闸段，东西向沿湖岸线长约46 km，南北宽20～560 m，面积约9.445 km2。大湖岗堤岸整体地形起伏较大，最大高差为15.23 m，最高点位于大湖岗上，高程85.64 m；最低点为湖面，高程70.41 m；地貌单元由风积湖岗和湖积滨湖沙滩组成。湖岗的地层结构为上部约0.3～0.5 m的腐殖土，下部为第四系黄褐色、稍密细砂夹薄层粘土，湖岗表面高低起伏，上部主要生长着兴凯湖松、水曲柳等树木，植被覆盖率约30%，在莲花村、新开流、第一泄洪闸、第二泄洪闸等地湖岗被截断，形成了若干个较大的风沙口；湖岗岸坡高0.7～10.2 m，岸坡上部较陡，坡度40°～60°，下部较缓，坡度10°～25°，坡面上砂土直接裸露，几乎整个岸坡都存在塌岸现象，整个岸坡分布有23条冲沟；岸坡下滨湖沙滩宽1～25 m，平均宽约8.0 m，沙滩较为平缓，坡度8°～10°，由黄褐色细砂组成，表面含有少量湖水冲上的生活垃圾。

2 塌岸的形成条件与诱发因素

2.1 塌岸的形成条件

塌岸的形成条件[1-5]有堤岸地形地貌特征、岸坡岩土体性质、岸坡结构、地下水作用、地质灾害作用、地震等。研究区塌岸形成条件主要包括地形地貌、岸坡岩土体性质、岸坡结构、地下水作用。

1)大湖岗堤岸岸坡较高，坡度上陡下缓，坡面完整程度差；地层岩性为较为松散的细砂，强度低，遇水较易崩解。当湖水高水位降到低水位时岸坡下部细砂中较细小的颗粒容易被带走，随着时间和外力的作用岸坡下部被掏空，上部岩土体塌落下来形成塌岸。

2)大湖岗位于兴凯湖北部，春夏季湖面上西南风猛烈，湖水在风的作用下形成的风浪直接对岸坡进行冲蚀与淘刷。近些年人类在湖岗开挖采砂和植被破坏等工程活动对湖岗的地质环境有所破坏。每年4月底的“武开湖”，顺着湖风冲到岸边的冰凌对湖岗撞击，使湖岗造成严重的破坏。因此，大湖岗堤岸极易发生塌岸。

2.2 塌岸诱发因素

1)湖水的作用。由于湖水在西南风或其他外力作用下产生波浪，波浪的波高、波速和波向不同，对岸坡冲蚀与淘蚀作用也存在差异。湖水升降表现为岸坡岩土体饱和，排水变化过程，或岸坡岩土体的浮托力，渗透压力变化过程。湖水升降速率表现为这个过程变化的剧烈程度。

2)人类工程活动。人类在堤岸周边的工程活动如开挖、破坏植被等，影响岸坡的地质环境条件，从而产生堤岸的塌岸。

3)大气降水一般在湖水上涨前后不会发生较大变化，影响不大，但可对湖水水位上涨程度有一定影响。堤岸结冰的冻胀，浮冰撞击岸坡，对岸坡浅表部岩土体有一定影响。

3 大湖岗岸坡地质特征

整个坡段长46 km，湖岗多处被截断，截断处形成了多条大湖与小湖的水系连接带，宽约10～25 m。坡高0.7～10.2 m，岸坡坡度较陡，平均约50°，坡脚距湖水边线远近不一，约1～25 m。坡面岩土直接裸露，岩性为第四系风积黄褐色中细砂夹薄层粘土，稍密状态，稍湿，0.5～0.25 mm颗粒约占30%～40%，0.25～0.075 mm颗粒约占50%～60%，小于0.075 mm颗粒约占10%。下伏地层为第四系湖积粉质粘土及砂土。坡面发育多处小冲沟，冲沟长约5～15 m，宽约0.5～10.0 m，沟深0.5～3.0 m，随着降雨和植被被破坏，冲沟不断加宽加深，对大湖岗堤岸造成严重的破坏，之后可能演变成风沙口。坡脚处沿线均可见倾倒的树木，由于该岸坡处于兴凯湖北岸，属于波浪冲刷一侧，岸坡较陡，抗冲刷能力较弱，冲刷和掏蚀作用明显，加之在湖水浸泡和水位升降作用下，易发生岸坡坍塌现象，随着时间推移和冻融交替，此类现象不断扩展，致使岸坡不断变化，发生岸坡再造现象。

塌岸堆积体分布在岸坡坡脚处，呈条带状分布，总长度约46.0 km，顶部高程70.77～72.48 m，宽度5.0～10.0 m，厚度0.5～1.5 m，坡度15°～25°。该堆积体主要由黄褐色中细砂及少量耕土组成，颗粒级配为2～0.5 mm颗粒约占5%～10%，0.5～0.25 mm颗粒约占25%～35%，0.25～0.075 mm颗粒约占50%～65%，小于0.075 mm颗粒约占5%～10%。塌岸堆积体部分已经被湖水带走，因此，堆积体形态特征并不明显。

4 塌岸的类型及影响因素

兴凯湖大湖岗塌岸类型主要为坍塌型和侵蚀剥蚀型。坍塌型主要分布在大湖岗岸坡较陡地段，岸坡在水的作用下，基座软化或挖空，土体向湖面坍塌，具突发性；侵蚀剥蚀型主要分布在大湖岗岸坡较缓地段，在水的侵蚀、浪蚀作用下，岸坡逐渐后退，变化较缓慢。

影响塌岸的因素错综复杂，兴凯湖大湖岗主要包括岩性、结构、堤岸形态、波浪作用、水文地质条件等因素。

5 塌岸的预测评价

5.1 塌岸的预测方法

兴凯湖大湖岗塌岸预测采用卡丘金法进行塌岸宽度的预测[6-15]。预测图解如图1所示，公式如下：

图1 塌岸预测图

式中：A为水位变幅(m)；Hb为设计高水位以上波浪爬高(m)；HP为设计低水位以下的波浪影响深度(m)；HS为设计高水位以上坡高(m)；α为水位变动带稳定坡角( °)；β为水上稳定坡角( °)；γ为原始岸坡坡角( °);S为塌岸宽度(m)；h1为粘性土斜坡上部垂直陡坎坎高(m)，根据土力学计算确定。

设计高水位以上波浪爬高可按下式计算:

Hb=3.2Kd·h·tanα.

式中：Hb为波浪爬高(m)；Kd为与被冲蚀岸坡表面粗糙度有关的系数，沙质岸坡取0.55～0.75，抛石岸坡取0.78～0.80，砾石质岸坡取0.85～0.90，混凝土岸坡取1；项目区为砂质岸坡，取0.6；h为浪高，一般可取0.5 m。

设计低水位以下波浪影响深度HP可取1～2倍浪高，浪高取0.5 m时，波浪影响深度可取1 m。

5.2 参数选取

湖水的高水位与低水位：根据水文资料，湖面水位变幅A为1.0 m，湖面的最低水位为设计低水位，取70.4 m；高水位取71.4 m。

水位变动带坡角α、水上稳定坡角β及原始岸坡坡角γ：通过工程地质类比，结合野外调查资料，水位变动带坡角α可根据现场现有湖滨沙滩稳定堆积物的坡度确定，取8°～10°；水上稳定坡角β可采用三级永久边坡一般工况下稳定性系数为1.25的坡角，取26°；由于现有岸坡已经被改造过，因此，原始岸坡坡角可取与水上稳定坡角一致。

5.3 预测结果

由以上的预测方法可知，兴凯湖大湖岗堤岸塌岸宽度在13.2～23.1 m，塌岸高度(厚度)为3.2～8.6 m。

5.4 塌岸评价

兴凯湖大湖岗岸坡岩性为中细砂夹薄层粘土，因此大湖岗岸坡为土质岸坡；岸坡塌岸的强烈程度为较强烈-强烈；岸坡在天然状态下处于基本稳定状态，由于湖水、波浪等侵蚀、掏蚀作用使得岸坡坡脚处不断发生小坍塌，坡脚处的岩土体不断被湖水带走，使得岸坡坡脚不断后退，岸坡的整体稳定性下降，当坡脚后退0.5 m时岸坡发生整体失稳，因此塌岸对岸坡的整体稳定性影响较大。

6 结束语

兴凯湖大湖岗记录了兴凯湖的变迁历史，是国家级重要地质遗迹，目前塌岸程度为较强烈-强烈，为保护兴凯湖珍贵而奇特的地质遗迹景观，保护优美而和谐的生态系统，维护当地经济可持续发展，对遭受塌岸破坏的大湖岗进行保护势在必行，且刻不容缓。

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[责任编辑：刘文霞]

Bank slope characteristics and bank failure forecast evaluation of mound around Khanka Lake

LI Li

(College of Civil and Architectural Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050，China)

Mound is natural green barrier between Great Khanka Lake and Small Khanka Lake, which is rare geological relic resource. For natural and man-made factors, the geological relic has been damaged and the ecology and protection function have been weakened.The mound around Khanka lake embankment current situation, geologic feature of bank slope, formation conditions and precipitating factor of bank failure are analyzed. The bank failure type forecast evaluation is identified. The forecast evaluation of bank failure is so conducted.

bank failure; forecast evaluation; geologic feature; mound around Khanka Lake

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.03.005

2016-10-30

李 立(1964-)，女，副教授，研究方向：工程地质.

TV882

A

1671-4679(2017)03-0016-03