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小浪底库岸类型及其与岸坡变形破坏的关系

小浪底库岸类型及其与岸坡变形破坏的关系

刘克文1 胡江春2 王红芳2

1、十四冶建设云南勘察设计有限公司 昆明  50031  2、中原工学院 郑州  451191

    摘要:小浪底水库蓄水后,库岸边坡的变形破坏是一个迫切需要研究的课题。本文首先通过地质调查研究了库岸边坡的类型,从地层岩性及岩组特征角度进行分类,然后根据地层产状与岸坡坡向的关系进一步划分,并研究岩石分类和岸坡变形破坏的关系。据此考察了各类岸坡在小浪底库岸的分布区域和变形特征,以及库水位对岸坡变形的影响。研究内容对库区两岸的地质灾害评估,对坝体工程的安全有重要意义。

    关键词:库岸类型;地层岩组特征;地层产状;岸坡坡向;岸坡变形破坏

 


1  引言

边坡稳定性研究一直是水利工程的重要课题之一。《水利水电工程边坡设计规范》(SL386-2007)中不但规定了边坡的研究工作,也详细比较了多种方法及其特点。学者也对其方法进行了研究和评述[1]。大量边坡灾害问题的出现,促使边坡稳定性分析研究也如火如荼地进行,这些研究多侧重于岩层和边坡倾角关系对其稳定性的研究[2,3],或者软弱相间岩体边坡的变形破坏及支护研究[4],也有根据边坡形态进行边坡稳定性研究[5]等等。

小浪底作为中国最大的土石坝水利工程,其库岸边坡问题已经进行了大量工作,取得了相应研究成果[6-10]。但是对于蓄水后两岸边坡研究还较少。本文从库岸边坡类型的划分出发,研究了不同类型边坡的变形破坏规律,以及库水位对库岸边坡变形破坏的影响,目的旨在对小浪底水库蓄水后库岸边破变形破坏做进一步研究,以保证小浪底水利枢纽工程的正常运转。

2 库岸类型划分的依据

水库蓄水后岸坡变形破坏最主要有两个制约因素:(1)是地层岩性及岩组特征;(2)是岸坡岩体中软弱结构面(带)的产出特征。这两个因素是岸坡变形破坏的物质基。刂屏税镀卤湫纹苹档姆植夹问、形成机制和发展演化的特点。通过考察小浪底两岸岩石分布特征,地层构造情况,对小浪底库岸边坡进行分类。

2.1 库岸边坡分类

根据小浪底水库研究区内地质情况,将库岸类型按两级划分。首先按地层岩性及岩组特征划分为;然后,再根据沉积岩层面与岸坡坡向的关系,进一步划分为若干亚类。具体如下:

1)按地层岩性及岩组特征分类

类:坚硬碎屑岩为主,主要包括震旦系的厚层状砂岩;

类:坚硬碳酸盐岩为主,包括寒武系、奥陶系厚层灰岩、白云质灰岩和白云岩;

类:软、硬相间的碎屑岩,包括石炭系、二叠系、三叠系砂、泥(页)岩互层岩组;

类:软弱碎屑岩,包括新老第三系固结成岩程度较低的砂、粘土岩岩组;

类:松散堆积物,包括第四系各种成因类型的土体。

2)按地层产状与岸坡坡向的关系分亚类

亚类1:平迭坡,地层倾角< 10 °;

亚类2:顺向坡,地层倾向坡外,与岸坡倾向一致;

亚类3:逆向坡,地层倾向坡内,与岸坡倾向相反;

亚类4:横交坡,地层走向与岸坡走向直交;

亚类5:倾内斜交坡,地层倾向坡内,与岸坡走向斜交。

亚类6:倾外斜交坡,地层倾向坡外,与岸坡走向斜交。

2.2 库岸类型和岸坡变形破坏的关系

根据上述库岸类型,在对小浪底库岸边坡进行大量调查,总结了以下几个特点:

1)库岸边坡划分实质上是岸坡结构类型的划分。地层层面是沉积岩体最主要的软弱结构面,它基本上控制了岸坡变形破坏的特点和规律。

2)除平迭坡地层倾角小于10°外,其余各亚类地层倾角皆大于10°。由于库区内一般地层倾角很少大于30°,故无需再对倾角大小作进一步划分。此外,黄河两岸岩质岸坡较陡,倾坡外的层面一般皆在坡面上临空,没有必要再将顺向坡细分为岩层倾角大于或小于坡角的情况。

3)各种坡体结构的具体规定:顺向坡和逆向坡的层面与岸坡面走向间交角小于 20°,横交坡层面与岸坡面走向间交角大于70°,其它则为斜交坡。

4)岸坡外形特征对岸坡变形破坏也有一定影响,尤其是软、硬岩层相间的坡体。 岸坡陡缓相间,形态较复杂。在很大程度上受控于岩组特征,因此不再根据坡形作进一步划分。

依据上述两级分类的原则,即可将库区内的岸坡划分为不同类型,例如II1类指的是由坚硬碳酸盐类组成的平迭坡;IV2类指的是由软弱碎屑岩组成的顺向坡;等等。

3 各类库岸的分布特征

黄河干流库段分布在西河头至小浪底坝址区109km长范围内,天然河道左、右两岸岸坡总长为218km。依据上述库岸类型对小浪底两岸进行调查研究,得到一些有意义的结论。

天然河道两侧以土质岸坡为主,累计长度超过50%,其次为软、硬相间的碎屑岩和坚硬碳酸盐岩为主形成的岸坡。

小浪底库岸边坡分布特点为:(1)土质岸坡散布于各个地段,左右两岸分布长度大体相同,分布地段主要为黄河两岸的阶地沉积物区,其次为坡积物区;(2)软硬相间的碎屑岩岸坡,以平迭坡、顺向破和逆向坡为主,主要分布于东库段;(3)坚硬碳酸盐岩为主的岸坡,以平迭坡居多,其次为顺向坡和横交坡,主要分布于东库段,西库段少量分布;(4)坚硬碎屑岩为主的岸坡,以平迭坡居多,集中分布于西库段,东库段仅零星分布,累计长度占总长度的近10%;(5)软弱碎屑岩岸坡长度和段数皆最。植加谒庵胁。水库各类岸坡分布特征如图1所示。

 


 

1  黄河小浪底水库岸坡类型分布图

Fig.1  Distribution position of various XIAOLANGDI reservoir bank slope


蓄水至正常高水位(275m)时,河流两岸阶地被淹没,土质岸坡大大减少,岩质岸坡相应成为库岸的主要部分。岩质库岸中,软硬相间的碎屑岩分布段数和累计长度皆占最多,其中左岸超过32.5%。其它岩质岸坡长度也有不同程度的增加,坚硬碎屑岩为主的岸坡长度,在右岸几乎增加了1倍,软弱碎屑岩岸坡长度增加也较大,在左岸增加了1.5倍。而坚硬碳酸盐岩为主的岸坡增加值则较小。预示着库岸的变形破坏特征与天然河道岸坡相比将有较大不同。

4 库水位对岸坡变形破坏的影响

调查统计知道,库区干流段西河头至小浪底坝址两侧岸坡,在正常高水位及以下范围内,发现有规模不同的滑坡43处,较大的崩塌和危岩体8处,绝大多数属岩质岸坡变形破坏,是小浪底库区岸坡变形破坏的最主要特征。

滑坡主要分布于顺坡向的软、硬相间及软弱的碎屑岩岸坡段。较大的崩塌和危岩体一般呈线性分布于岸坡前缘,延续数百至千余米,大多分布于较坚硬的碎屑岩和碳酸盐岩地段(包括软硬相间碎屑岩的厚层砂岩地段)。库区干流段的滑坡、崩塌和危岩体1/3分布于西库段,2/3分布于东库段。当蓄水至正常高水位时,东库段的大部分滑体将被淹没。

库区两岸分布的几十处大中型基岩滑坡,以及沿库岸分布的多处较大的崩塌和危岩体,除近坝地段1#、2#滑坡体在275m水位时大部分被库水淹没外,其余滑坡体分布在库水位以上的体积占大多数。受库水的作用,滑坡体和崩塌危岩体可能会复活,对水库构成影响。尤其库区西部老鸦石北至阳门坡南峡谷型库段,分布有庙上北和阳门坡大型滑坡,库区东部的八里胡同峡谷段其危岩和崩塌体发育,近坝地段分布有大柿树滑坡体。因此,对库区大中型滑坡体和危岩体宜进行深入的地质调查和稳定性分析评价,并在此基础上,选择关键部位实施变形监测措施。

黄土塌岸对水库的影响也不容忽视。在275m库水位时,松散土体岸坡段占库岸总长近20%。根据库区塌岸调查,水库塌岸主要发生在水库区中段的阳上、河堤、陵上、八里胡同下口以及支流逢石河下游的薛庄、孤山崖等段,是塌岸的重点地段。另外,在沇河左岸胡村附近、亳清河左岸小赵村及右岸晁家庄金古垛等地段也将产生塌岸现象。

小浪底水库19991020日下闸蓄水,20017月调查前,最高水位接近235 m高程时,黄河及其支流的级阶地全部被淹没,级阶地部分被淹没,级阶地距水面较远。在黄河两岸235m 高程附近发生了多处大大小小的黄土塌岸,规模较大的有亳清河左岸小赵村新址和寨里洪庆观段。

小赵村新址位于亳清河左岸级阶地上,其下级阶地阶面高程230~250m,塌岸就发生在级阶地前沿,现塌岸宽度3~5m,最宽达10m以上,长度500~700m。并在前沿3~5m范围内,出现大量宽1~5cm的裂缝。

寨里洪庆观段位于黄河级阶地前沿,高程250~255m,塌岸宽15~25m,长1.5km。并在塌岸处前沿形成了很多平行于岸边的裂缝,宽度2~15cm,上宽下窄,深不见底。

20118~10月,小浪底水库库水位263m高程时,对河南省境内库周83个行政村(点)进行了地质灾害调查。初步分析认为,小浪底水库蓄水后21个地质灾害易发行政村(点)已经或即将引发崩塌(黄土塌岸)。部分区域已发生的黄土塌岸高程在275m以上,宽度达上百米。

由此可见,小浪底库水位继续维持原状或不断上升,塌岸现象将会进一步发展,并逐步趋向严重。

5 结论

通过对小浪底库岸边坡类型的划分,研究了不同类型边坡在两岸的分布规律以及库水位对岸坡变形破坏的影响得出:

1)小浪底库岸边坡分类和库岸边坡的变形破坏关系密切,可以利用库岸边坡的类型快速判断库岸边坡的变形破坏特征和发展趋势;

2)库岸边坡随着库水位的变化,其变形破坏特征会发生相应的变化,这些变化特征与其库岸类别有一定关系。

当然,本次研究是针对小浪底库区进行的大规模调查得出来的,对指导该库区的地质灾害调查和评价有指导意义,对于其他水利工程还要根据其调查统计做相应的分析研究。

致谢

感谢小浪底监管局张金水高工为本文撰写提供资料,也感谢黄河勘测规划设计有限公司各位同仁在本人资料收集时给予的方便和支持。


参考文献:

[1] 王新奇, 孙胜利, 赵红岭. 边坡稳定分析方法评述与应用[J]. 标准化, 2010(1); 7-10

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[3] 张谦. 反倾岩质边坡破坏与加固分析[J]. 三峡大学学报(自然科学版),2012(8),34(4); 39-41

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[5] 宋文博. 结合边坡形态分析高边坡边坡稳定性问题[J]. 地下水. 2003(9), 25(3); 191-192

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The Relationship of Classification of XIAOLANGDI Reservoir Bank and

Its Deformation Failure

HU Jiang-chun, WANG Hong-fang, HAI Ran

(CollegeofCivil Engineeringand Architecture,ZhongyuanUniversityof Technology,Zhengzhou451191,China) 

Abstract: After XIAOLANGDI reservoir impounding and operation, its deformation failure is an urgent problem need to research. In the paper, rock types of the reservoir bank are researched. The rock classification is divided firstly according to formation lithology and petrofabric features, then subdivision according to the relationship of attitude of stratum and the shore slope aspect. The relationship between rock classification and bank slope deformation failure is researched. The various rocks distribution area and the deformation characteristics in the XIAOLANGDI reservoir bank are surveyed. Influence of bank slope deformation by reservoir water level is researched. The results have important significance to safe operation of the dam project and geological hazards assessment on both sides of the reservoir.

Key words: Rock classification; Petrofabric features; Attitude of stratum; The shore slope aspect; Bank slope deformation failure

 

 


 

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