三峽水利樞紐工程基巖庫岸再造預(yù)測

三峽水利樞紐工程基巖庫岸再造預(yù)測

水庫大壩重建是水利水電工程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題之一。由于水庫建成和蓄水，水動(dòng)條件發(fā)生了顯著變化，對(duì)水庫的重建加劇，河岸的重建變得穩(wěn)定，河岸的現(xiàn)有邊坡不斷被侵蝕和重建。最終，將原來的臺(tái)階墻改造成適應(yīng)新水庫環(huán)境的河岸墻。在水電工程地質(zhì)問題的評(píng)價(jià)中,庫岸再造的預(yù)測是非常重要的,對(duì)水電建設(shè)舉足輕重.但是,現(xiàn)在庫岸再造預(yù)測方法基本上都是針對(duì)土質(zhì)庫岸再造的預(yù)測,而適用于巖質(zhì)庫岸再造的預(yù)測方法還很少.本文結(jié)合作者在三峽庫區(qū)移民遷建城鎮(zhèn)庫岸再造的預(yù)測工作介紹一種用于巖質(zhì)岸坡庫岸再造的方法——穩(wěn)態(tài)坡形類比法.1種新的波切臺(tái)巖質(zhì)岸坡庫岸再造過程的規(guī)律性比土質(zhì)岸坡要差,其原因是巖質(zhì)岸坡結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,巖石性質(zhì)差別更大,庫岸再造的速率差別也更大.但庫岸再造的動(dòng)力條件基本上是一樣的,都是波浪和岸流的作用.一般情況下,其演變過程為:(1)由于水庫蓄水,原來坡度較大的自然岸坡被淹沒,造成水下岸坡變陡,同時(shí)波浪對(duì)庫岸的沖蝕作用加強(qiáng),在靠近水面附近被沖蝕形成波蝕龕.波蝕龕發(fā)展到一定深度,上部巖體則會(huì)由于失去底部支撐而崩塌形成陡崖,庫岸后退,同時(shí),塌落的物質(zhì)被波浪和岸流帶到水庫一定深度沉積(圖1,A).(2)隨著波浪沖蝕的延續(xù),不斷形成新的波蝕龕,出現(xiàn)新的塌落,庫岸不斷后退,就會(huì)在水面稍下的位置形成較平緩的波切臺(tái)(圖1,B).(3)波切臺(tái)的形成對(duì)波浪產(chǎn)生破碎作用,阻止了波浪對(duì)岸坡的進(jìn)一步?jīng)_蝕.當(dāng)波切臺(tái)達(dá)到一定寬度時(shí),波浪強(qiáng)度與構(gòu)成岸坡的巖石的抗沖蝕能力保持平衡,波浪不再能夠破壞岸坡,岸坡也不再后退,庫岸再造過程基本結(jié)束(圖1,C).但是,由于水庫水位變化較大,因此會(huì)在最低庫水位與最高庫水位的高程內(nèi)形成一個(gè)寬度相對(duì)較大的波切臺(tái).顯然,水庫最低庫水位與最高庫水位高差越大,波切臺(tái)的寬度越寬,所需要的再造時(shí)間也較長.2穩(wěn)態(tài)坡形.河谷,尤其是大的江河,岸坡都經(jīng)過長期的沖蝕、淤積過程,已經(jīng)接近于平衡狀態(tài),在河流水力條件不發(fā)生明顯改變的條件下,基本上會(huì)保持現(xiàn)有的岸坡形態(tài).把它們稱為穩(wěn)態(tài)坡形.如果河流水力條件發(fā)生大的改變(如修建水庫等),在新的水力條件下,岸坡會(huì)進(jìn)一步改變,在無人為干涉(如不采取防護(hù))的情況下,經(jīng)過較長時(shí)間的再造,岸坡又會(huì)趨于新的平衡狀態(tài),即達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)坡形,因此對(duì)庫岸再造的預(yù)測也就是確定出這種新條件下的穩(wěn)態(tài)坡形.根據(jù)對(duì)江河湖泊岸坡特征的研究,一般岸坡的穩(wěn)態(tài)坡形見圖2.它大致可以劃分為以下5段:AB.淺灘外緣陡坡;BC.堆積淺灘;CD.沖蝕淺灘;DE.波浪爬升帶斜坡;EF.水上岸坡(自然岸坡).3確定穩(wěn)態(tài)坡形坡角穩(wěn)態(tài)坡形類比法的基本原理就是庫岸再造的結(jié)果是形成新水力條件下的穩(wěn)態(tài)坡形,因此可以利用建庫前的岸坡穩(wěn)態(tài)坡形來類比庫岸再造后的穩(wěn)態(tài)坡形.類比的基本前提是岸坡巖體工程地質(zhì)條件相似,類比的主要參數(shù)是坡角.具體的方法是用建庫前岸坡穩(wěn)態(tài)坡形各段的坡角作為建庫后庫岸再造的穩(wěn)態(tài)坡形相應(yīng)的坡角,用作圖的方法把再造后的穩(wěn)態(tài)坡形確定出來.由于岸坡再造受岸坡結(jié)構(gòu)、巖性特征影響很大,因此,在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)坡形類比之前應(yīng)對(duì)庫岸工程地質(zhì)條件進(jìn)行充分的調(diào)查研究,按照制約庫岸再造的一些因素(如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性組合、岸坡類型、人類活動(dòng)等)對(duì)庫岸進(jìn)行合理的工程地質(zhì)分段,對(duì)每一工程地質(zhì)段進(jìn)行穩(wěn)態(tài)坡形坡角統(tǒng)計(jì),確定出每一段穩(wěn)態(tài)坡形的典型剖面和穩(wěn)定坡角.庫岸再造預(yù)測時(shí)依據(jù)庫岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖性組合,同樣劃分出工程地質(zhì)條件相近的庫岸段,與工程地質(zhì)條件相類似的穩(wěn)態(tài)坡形進(jìn)行類比,確定出再造后的穩(wěn)態(tài)坡形的坡角大小,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行庫岸再造預(yù)測.4淺灰色中厚層灰的組成巫山縣城是長江三峽庫區(qū)淹沒遷建城鎮(zhèn)之一,遷建新址采用“后靠東移”的方案,遷建到西坪及大寧河兩岸.新城址地處淮陽山字型構(gòu)造西翼反射弧—大巴山弧形構(gòu)造、川東褶皺帶及川鄂湘黔隆起褶皺帶三大構(gòu)造結(jié)合部位,地質(zhì)構(gòu)造體系復(fù)雜,褶皺、斷裂發(fā)育.基巖以三疊系嘉陵江組(T1j)濱海相碳酸鹽巖和巴東組(T2b)陸相砂泥質(zhì)巖類為主.第四系分布廣泛,以殘坡積、滑坡堆積碎石土、沖積粘性土、粉細(xì)砂為主.地貌形態(tài)總體屬中淺切割褶皺剝蝕中低山斜坡溝谷區(qū)1.新址區(qū)內(nèi),未來三峽水庫庫岸沿長江兩岸及大寧河兩側(cè)展布,長江南岸為嘉陵江組第四段(T1j4)淺灰色中厚層灰?guī)r組成的順向坡庫岸;北岸為T2b和T1j4組成的反向坡庫岸,局部庫岸段有古崩滑體碎石土及黃土分布.大寧河庫岸是由T1j4和T2b1,T2b2組成的斜交坡庫岸.據(jù)工程地質(zhì)分析,除有崩滑體和松散土體分布的庫岸在水庫蓄水后將產(chǎn)生較大規(guī)模的庫岸再造外,一般巖質(zhì)庫岸段在水庫長期營運(yùn)過程中,也會(huì)引起一定程度的庫岸再造,并且其達(dá)到最終穩(wěn)態(tài)庫岸的時(shí)間可能較長.為進(jìn)行巖質(zhì)庫岸再造的預(yù)測,對(duì)長江兩岸及大寧河兩岸現(xiàn)狀穩(wěn)態(tài)岸坡進(jìn)行了系統(tǒng)的工程地質(zhì)測繪、工程地質(zhì)分段及穩(wěn)態(tài)岸坡坡角統(tǒng)計(jì).在穩(wěn)態(tài)坡角的統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)波浪爬升帶坡角與水上岸坡坡角較接近,不易分辨,因此放在一起統(tǒng)計(jì).這樣主要統(tǒng)計(jì)了低河漫灘、洪-庫水位變幅帶與自然岸坡三個(gè)帶,分別對(duì)應(yīng)與圖2中的BC段、CD段、DE段和EF段.表1列出了研究區(qū)內(nèi)廣泛分布的T2b2基巖岸坡穩(wěn)定坡角的統(tǒng)計(jì)值.表中a代表穩(wěn)態(tài)坡角,l代表穩(wěn)態(tài)坡角為a的岸坡長度,均值aˉaˉ是按(1)式計(jì)算得到的加權(quán)平均值.aˉ=∑ai∑li(1)aˉ=∑ai∑li(1)根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),確定出穩(wěn)態(tài)坡形各段的坡角(表2).同時(shí)把新址內(nèi)巖質(zhì)岸坡劃分為13個(gè)不同的工程性質(zhì)段.在此基礎(chǔ)上,利用穩(wěn)態(tài)坡形類比法就可以確定出每一工程性質(zhì)段庫岸再造帶的寬度(表3).類比時(shí),波浪爬升帶斜坡取表2中175m上的小值,水上岸坡取大值.由表3所列的預(yù)測結(jié)果可以看出:三峽水利樞紐工程建成蓄水后,巫山縣城新址基巖庫岸最終再造帶寬度在40~166m之間,庫岸再造問題比較嚴(yán)重,在新城規(guī)劃和建設(shè)中應(yīng)當(dāng)予以足夠重視.原則上講,在此范圍內(nèi)應(yīng)避免規(guī)劃建造永久性市政建筑設(shè)施.但由于巖質(zhì)岸坡再造速度相對(duì)較緩慢,可以根據(jù)岸坡的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境條件適當(dāng)規(guī)劃建設(shè)一些臨時(shí)性的建筑.另外,由于新址內(nèi)建設(shè)用地比較緊張,可以考慮對(duì)一些關(guān)鍵地段的岸坡采取合理的護(hù)坡,以增加城市建筑用地.5穩(wěn)態(tài)坡形比值法(1)巖質(zhì)岸坡的庫岸再造過程是水庫波浪、岸流沖蝕作用與庫岸巖體抗沖蝕能力矛盾作用的結(jié)果,可以采用穩(wěn)態(tài)坡形類比法定量預(yù)測庫岸再造帶的范圍.(2)采用穩(wěn)態(tài)坡形類比法預(yù)測巖質(zhì)岸坡的庫岸再造,是根據(jù)工程地質(zhì)類比法的原則,對(duì)不同工程性質(zhì)的岸坡選擇不同的穩(wěn)態(tài)坡形,可以充分考慮岸坡巖體