万州江南新区密溪沟库岸特征及塌岸风险预测

(长江岩土工程总公司(武汉)，湖北 武汉 430014)

三峡工程建成后，库区水位大幅上涨，致使万州江南新区密溪沟形成独特的内湖水湾。受水库周期性调节影响，在密溪沟两岸形成两条带状淹没线，环境景观效果差；密溪沟自然岸坡较陡，频繁的水位变动将会加大库岸坍塌、侵蚀再造及水土流失的风险；岸边冲沟也将成为潜在的纳污区，对密溪沟水环境造成不利影响。

因此修建密溪沟塌岸防治工程已迫在眉睫，势在必行，通过修建密溪沟库岸防治工程，可以把消落带变成休闲、娱乐和观光的滨水公共休闲区，有利于提升江南新区的城市品质，促进生态旅游和地方经济发展。

1 库岸地质环境

1.1 地理环境

万州地处三峡库区腹心地带，是三峡库区的中心城市和长江十大港口之一，水路可直通重庆、宜昌，陆路交通较发达，交通便利。密溪沟位于重庆市万州江南新区北片，为三峡水库库区长江一级支流，库岸始于密溪沟大桥左岸桥头，环绕密溪沟沟内库岸一周，终于密溪沟大桥右岸桥头，库岸线全长6462m，密溪沟岸位置见图1。

1.2 地层岩性

1.3 地质构造

工程区位于四川台坳川东褶皱束万县复式向斜北东段近轴部，北临铁锋山背斜，南近方斗山背斜，褶皱走向为北东向，褶皱形态为梳状高背斜和宽阔平缓向斜相间排列，构成隔挡式构造。工程区未发现较大断层和活动断裂；地震烈度为Ⅵ度。

1.4 水文地质

工程区内河流主要为长江、密溪沟及地表冲沟等，长江为工程区内最低排泄基准面。根据地下水含水介质、水动力及补径排特征，密溪沟库岸地下水分为第四系松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水。

2 库岸基本特征

本文研究的岸坡是密溪沟两岸临江第一岸坡内，死水位145m(死水位尖灭点以上为天然水位)至水库20年一遇洪水位之间，高差30～40m范围内的岸坡段，见图2。

图2 密溪沟岸坡

a.为准确反映库岸的基本特征，按岩土类型将本库岸的岸坡分为岩质库岸、土质库岸、岩土质混合库岸三大类，见图3，再根据覆盖层的不同成因、岩质岸坡与地层产状的关系等进行细分：

土质库岸(Q)是指主要由第四系松散堆积层组成的岸坡，基岩埋深较大。按成因类型进一步划分为残坡积土岸坡(E)、崩坡积土岸坡(C)、滑坡堆积岸坡(D)、人工堆积岸坡(M)四类。

岩质库岸(R)是指基岩出露或覆盖层较薄的岸坡(覆盖层厚度小于1.5m)。按岩层产状与岸坡走向的关系进一步划分为顺向坡(S)、逆向坡(N)、斜向坡(X)三类。

岩土质混合库岸(RQ)是由基岩和土体组成的岸坡。按消落区岩、土在坡面的组合关系进一步划分为上土下岩型(Ⅰ类)岸坡和上岩下土型(Ⅱ类)岸坡。

b.按库岸岸坡地形坡角可将库岸分为以下三类:

1类库岸：库岸地形坡角小于20°。

2类库岸：库岸地形坡角在20°～35°之间。

3类库岸：库岸地形坡角大于35°。

库岸结构类型分类，见表1。

密溪沟库岸根据库岸特征及分段原则可分为22段，其中岩土混合库岸长4073.6m，占工程区库岸的63%；土质库岸长1512.1m，占工程区库岸的23.4%；岩质库岸总长876.3m，占工程区库岸的13.6%。

表1 库岸结构类型分类表

图3 岸坡结构类型

3 塌岸的影响因素分析

水库蓄水或运行过程中，库岸到所处的地质环境将发生显著改变，自然平衡条件将遭到受破坏，从而引起岸坡稳定性的变化并产生库岸再造，改变岸坡的形态，直至达到新的平衡。

根据库岸形态、岸坡的结构类型、库水的影响等因素，蓄水后，可能的再造类型有冲蚀剥蚀型(Er)、坍(崩)塌型(C0)和滑移型(Sl)三种，各再造类型的可能破坏模式，见表2。

表2 库岸再造类型破坏模式特征表

影响库岸再造的因素可分为内在因素和外在因素。内在因素即库岸结构类型，主要包括库岸原始坡度和形态、地层岩性、地质构造、地层结构和岩体构造。外在因素主要包括库水位的变化幅度和持续时间、风力和波浪作用。库岸再造是上述各种因素综合作用的结果，由于影响各段库岸再造的主导因素不同，库岸再造的发展速度和程度存在差异。库岸越高、越陡，库岸再造就越严重；反之，越轻微。水下岸坡陡直，岸前水深，波浪作用强烈，塌落物质搬运速度快，加快了库岸再造过程。支沟发育，地形切割严重、岸线弯曲的库岸再造严重，特别是突嘴、凸岸，其三面临水，库岸再造尤为严重，平直和凹岸则较轻微。

组成库岸的岩土类型和性质直接影响库岸抗冲蚀能力的强弱，库岸再造的速度和宽度还与触水部分岩层的组合有关。

库水位的变化幅度与各种水位持续时间对水库库岸再造影响甚大。高水位时形成的浅滩，水位下降时就会受到破坏，库水位的变化幅度越大，在动水压力的作用下，岸坡就越容易受到破坏；库水位的持续时间越长，波浪作用的概率就越高，使塌岸速度加快，库岸再造范围扩大。水库蓄水后，波浪作用成为主要应力，波浪对库岸的再造主要表现为击岸浪对岸壁土体的掏刷和磨蚀，对塌落物质进行搬运。

4 塌岸预测方法与参数确定

4.1 预测方法

目前国内外对塌岸预测方法尚处于探索阶段，常用的塌岸预测方法有工程地质类比法(图解法)、综合判定法、卡丘金法、佐洛塔廖夫法、统计法等，卡丘金法适用于自然岸坡较陡，且由松软均质土体如黄土、砂土、砂质黏土以及黏土等组成库岸的塌岸预测。国内的一些大中型水库对塌岸预测的实践表明，在塌岸预测中，工程地质类比法(图解法)是较为理想的方法。密溪沟库岸塌岸预测所采用的即为工程地质类比法(图解法)与综合判定法。

4.1.1 工程类比法(图解法)

此法的基本原理就是将蓄水后各设计水位下不同岩性的岸坡坡角与自然条件、类似情况下的岸坡坡角进行类比，以确定塌岸的影响范围，即以天然水下的稳定坡角(α)作为蓄水后死水位以下的稳定坡角，以天然水位至洪水位之间水位变动带的稳定坡角(β)作为蓄水后水位变动带的稳定坡角，以天然洪水位以上的稳定坡角(γ)作为蓄水后洪水位以上稳定坡角，以确定塌岸影响范围，见图4。因此，运用此法进行水库塌岸预测时，蓄水前后的特征水位以及相应的特征水位下的岸坡稳定坡角是预测塌岸的控制因素。

4.1.2 综合判定法

岩质库岸再造预测应根据库岸地质结构、岸坡天然坡高、坡角、裂隙组合与坡向的关系等，分以下三种情况进行综合判定：

a.库岸为逆向-斜向坡，外倾裂隙不发育，且岸坡天然坡角小于35°时，一般不会产生库岸再造。

b.库岸为逆向-斜向坡，岸坡高、陡，各种结构面的组合在坡面上可形成危岩体时，会产生局部崩塌，但不会产生大范围库岸再造。

c.库岸为顺向坡，外倾裂隙发育，且岸坡天然坡角大于结构面倾角时，可能产生较大范围的库岸再造。

因此，对岩质库岸在地质调查的基础上结合图解法进行预测，特别是崩塌型库岸再造段，调查岸坡卸荷裂隙发育特征与卸荷带宽度，并据此预测库岸再造宽度，与工程类比法进行对比，预测该段库岸再造最大宽度。

图4 岸坡塌岸预测

4.2 参数确定

4.2.1 特征水位的选取

依据工程地质类比法原理，预测塌岸时的特征水位，见表3。

表3 密溪沟塌岸预测特征水位

4.2.2 稳定坡角取值

根据上述预测库岸再造原则，要确定库岸最终再造宽度与高程，首先应取得各岩土层在不同库水位条件下的自然稳定坡角，自然稳定坡角的取值应切合实际且具有代表性。

万州城区建成的库岸防护工程已安全运行多年，其岸坡岩土层的水下稳定坡角取值可作为参考。根据工程区岩土体成因、类型和已建成县城库岸的岩土体成因、类型的一致性，参考《长江三峡工程库区万州新县城库岸防护工程地质勘察报告(详细勘察阶段)》(2001年8月)中各岩土层水下稳定坡角的取值，并结合工程区各岩土层物理力学性质确定密溪沟各岩土层在不同特征库水位状态下的稳定坡角建议值，见表4。

表4 各类岩、土岸坡自然稳定坡角 单位：(°)

4.2.3 库岸再造程度分级

根据《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》(2004年12月)库岸再造强烈程度的分级标准，结合万州区移民迁建建设最低高程将库岸再造强烈划分为三级，见表5。

表5 库岸再造强烈程度分级

5 塌岸预测结果与分析

5.1 塌岸预测结果

根据上述原理，对万州江南新区密溪沟库段各勘察剖面进行了塌岸预测，结果见表6。库岸段典型剖面再造预测见图5。

表6 密溪沟库岸段塌岸规模预测结果

续表

图5 库岸再造典型剖面预测

5.2 塌岸结果分析

a.密溪沟为长江右岸一级支流，沟谷深切，谷底比降大，两岸岸坡陡峻，局部形成陡崖与峭壁，两岸覆盖层零星分布，且厚度不大，岸坡总体以岩土质混合岸坡、岩质岸坡为主，根据工程类比法和现场库岸现状、形态与结构综合判定法进行库岸再造预测，两种方法得出的再造宽度中，工程类比法的再造宽度稍大于综合判定法的再造宽度。

b.根据塌岸预测结果，密溪沟库岸再造强烈(Ⅰ级)库岸段累计长1829.5m，占工程库岸总长的28.3%，主要分布于密溪沟中部两岸岸坡上；库岸再造较强烈(Ⅱ级)库岸段累计长385.6m，占工程库岸总长的6.0%，主要分布于密溪沟尾；库岸再造轻微(Ⅲ级)库岸段累计长4246.9m，占工程库岸总长的65.7%，主要分布于密溪沟沟口和2号冲沟内。

c.库岸再造类型中主要以冲蚀剥蚀型(Er)破坏为主，部分为坍(崩)塌型(Co)破坏，且主要位于沟口水位变幅带内砂岩陡崖上，少量陡坡上厚度较大的土层可能存在滑移型破坏。

d.三峡水库蓄水后，库岸再造强烈段(Ⅰ级)将存在强烈的冲蚀剥蚀型和崩塌型库岸再造，对库岸附近工程产生不良影响。

6 结 语

随着三峡水库投入运行，沿江区域交通不畅、库岸再造和消落区环境恶化等问题逐步显露，亟待解决。水库塌岸的危害性主要表现在城镇所在岸坡的失稳，加之三峡库区移民的就地后靠式搬迁模式，使得城镇库岸的塌岸防护工作更加重要。因此，根据详细的地质勘测资料采用图解法与综合判定法对塌岸的规模、可能造成的地质灾害进行预测，对于指导万州区乃至整个三峡库区地质灾害治理具有重要意义，其生态效益、经济效益和社会效益十分显著。