三峡库区湖北省秭归县曲溪库岸塌岸预测与评价

三峡库区湖北省秭归县曲溪库岸塌岸预测与评价中图分类号：u617.8文献标识码： a 文章编号：
一、库岸分段及各段工程地质特征
曲溪库岸岸坡按岩土性质共分2段：ⅰ段岩土混合岸坡、ⅱ段岩质岸坡，长度分别为309m、483m，总长度792m，见平面图（图1）。

图1平面图
各岸坡段特征如下：
1、ⅰ段岩土混合岸坡
岸坡长309m，占岸坡总长度的39%。

该类型岸坡具有以下特点：（1）回填砂及坡洪积砾砂分布广泛，地表所占面积超过70%，厚度超过7.0m，结构松散，分布范围多在后缘334省道处；（2）岸坡多经人工修路开挖成陡缓相间的台坎状，局部坡度较陡，接近40°，部分地段虽采用简易支挡，但挡土墙基础持力层为回填砂或全风化花岗岩，部分挡墙已推倒变形，该类致灾地质体以回填砂为主，该类型岸坡塌岸威胁对象主要为334省道与沿公路布置的公共设施。

2、ⅱ段岩质岸坡
岸坡长483m，占岸坡总长度的61%，该类型岸坡具有以下特点：（1）该类岸坡在库水位变动带范围内主要为全、强风化花岗岩组成，部分凹槽地段分布有薄层坡洪积砾砂层，风化层厚度较厚。

（2）岸坡多为一字形坡，坡度陡缓不一，175m高程附近及上方堆填大量人工填土，厚度7.0-15.0m，岸坡接近40°。

岸坡主要有334省道通过，部分山脊上修建有移民房屋，岸坡塌岸直接危及当地居民、
物流园码头及334省道与国防光缆安全。

二、塌岸类型及主要影响因素
（一）塌岸类型
目前，曲溪库岸岸坡整体是稳定的，在水库水位反复变化下，岸坡所处自然稳态条件将发生改变，将产生程度不同的塌岸（即岸坡再造），现根据变形失稳机制，区内塌岸可划分如下两种类型。

⑴冲蚀、侵蚀型
岸坡物质在地表水及三峡库水的作用下，逐渐被水流带走，从而使得岸坡产生缓慢后退。

该种类型主要发生在地形较缓的岸坡或岩质岸坡，其塌岸过程将是一个比较长期的过程。

该种类型是区内岸坡再造的主要类型。

⑵坍塌型
三峡水库运行后，原有岸坡的自然稳态平衡关系被打破，岸坡在库水波浪及库水消涨产生的动水压力影响下要不断地调整岸坡形态，其过程表现为局部的坍塌，最终使坡体在水下、水上达到一个稳态坡角值，其最终变形破坏宽度据岸坡形态不同、物质组成不同而有区别。

（二）影响塌岸的主要因素
岸坡的形态、物质组成及岩性组合、基岩风化情况、人类工程活动以及库水位的消涨等是影响塌岸的主要因素。

当其坡角大于自然稳态坡角时，岸坡必将通过改造（如塌岸等）求得平衡，即所谓的岸坡再造。

其中岸坡的物质组成及岩性组合，由于自身力学强度
和抗冲刷能力的不同，决定着塌岸（岸坡再造）的范围、作用强度和类型，因此，它是影响塌岸的主要因素。

对于岩质岸坡，塌岸的程度及范围主要由风化带厚度决定。

不难看出，上述影响因素是影响塌岸的内因。

人类工程活动以及库水位消涨是影响塌岸的外部因素。

地下水的变化也是推动塌岸的一个重要因素。

渗透变形的营力是地下水流，它的发生需要有一定的条件，即需要具有一定的水动力条件的地下水流，需要具有一定的颗粒成分、结构及抗侵蚀强度的土石即产生渗透变形需有一定物质条件。

经调查，本库岸段回填砂填筑时只经过简易碾压，没有任何质量指标控制，结构大多松散至稍密，且性状在平面和空间上多不均匀，在公路外侧、勘查居民点回填砂区大多未采用支挡措施，目前此类岸坡回填砂特别是前缘坡度较陡的回填砂渗透变形破坏较为严重；大型居民点回填区大多没有进行排水设计，即没有布设排水管涵，地表水体入渗为回填砂产生渗透破坏提供了条件，特别是在三峡水库运行后，库水从175m 骤降至145m时，回填砂内将产生较大的动水压力，回填砂组成的坡体内地下水将形成较大的水力坡降，更有利于渗透变形的产生。

该种类型主要是前缘坡度较陡的岩土混合岸坡。

根据各段库岸回填砂的取样颗粒分析，工程区内回填砂结构松散，粒径＜2mm的颗粒含量绝大多数在50%以上，具备产生渗透变形的物质条件。

砂土的不均匀系数cu >5，曲率系数cc处于1～3范围内，属级配良好的不均匀砂土。

根据《水利水电工程地质勘察规程》（gb50287-99），土的渗透变形类型按以下方法予以判别：
pc≥1/4（1-n）×1o0为流土型； p c＜1/4（1-n）×100为管涌型。

渗透变形类型判别结果表表1
由表1可知，区内回填砂渗透变形类型为管涌型，该种渗透变形主要表现为在具一定水力比降的地下水流作用下回填砂坡体内
细颗粒物质被带走，回填砂岸坡孔隙率增大，久而久之，岸坡产生沉陷，临近岸坡边缘处产生局部小规模坍塌（滑），进而在坡面上形成小冲沟，引发坡面变形破坏。

回填砂管涌允许比降按表2确定为：jcr=0.3，j允=0.2。

各类土抗渗比降变化范围及允许比降表2
三、塌岸破坏方式预测
采用类比图解法对库岸分段进行塌岸预测，库岸平面形态曲线形，表层第四系回填砂及全风化砂，结构松散，透水性好，强度低，自稳程度较差，抗御地表水、库水冲刷、浪蚀破坏能力较差，易产生塌岸变形。

库水效应是库岸变形再造的主要动力因素，三峡水库蓄水后，岸坡下部物质长期浸泡于水中，强度降低，库水的浸泡浪蚀致使库岸下部物质中细小颗粒被带走，粗颗粒失去联结发生坍塌，三峡库区防洪腾库期间，水位变幅较大，水位急剧下降致使岸
坡下部失去平衡顶托，同时使地下水由于来不及迅速外排而形成一定的动水压力，水流外排导致细小颗粒带走，粗颗粒失去联结发生坍塌，进而牵引上部破坏发生变形，人类工程活动（开挖堆载及动荷载）也是岸坡变形的主导因素之一，此外大气降水入渗、地表水冲刷、均对岸坡稳定性产生不利影响，进一步促进了变形的发展。

本库岸主体为第四系回填砂及全风化砂组成，厚度较大。

曲溪库岸塌岸类型以冲蚀、侵蚀型为主，在部分回填砂地段塌岸类型为坍塌型，致灾地质体主要为回填砂、砾砂及全风化花岗岩层。

四、各库岸段塌岸预测、评价
（一）塌岸预测方法
定量估计水库建成后库岸再造的范围、库岸再造的宽度以及某一期限内和最终的库岸再造宽度，是库岸防治设计的重要依据。

对库岸再造的预测，目前常用的库岸再造预测方法主要有三种：①卡丘金法；②佐洛塔廖夫法；③平衡剖面法。

通过以上预测方法的综合比较，其中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、砂质粘土以及粘土等组成的库岸的塌岸预测，本段库岸岩性主要为砂土，采用卡丘金法预测本段库岸再造的范围及宽度比较合适。

卡丘金法库岸最终塌岸预测宽度计算公式：
s=n[（a+hp+hb）/ctgα+（hs-hb）/ctgγ-（a+hp）/ctgγ
式中：s为最终塌岸宽度（m）
n为与土的类型有关的系数：粘土为1，冰积亚粘土为0.8，黄土为0.6，砂土为0.5；
a为水位变化幅度（m）
hp为波浪影响深度（m）：设计低水位以下波浪影响深度一般取1～2倍浪高；浪高取0.5m时，波浪影响深度取1m。

hb为浪爬高度（m）：设计高水位以上浪爬高度可按下式计算hb=3.2k·h·tanα；式中:k为岸坡粗糙系数，取0.6； h为浪高(m)，取2m。