蘭州新區(qū)高窯水庫黃土庫岸穩(wěn)定坡腳分析

蘭州新區(qū)高窯水庫黃土庫岸穩(wěn)定坡腳分析

蘭州新區(qū)高窯水庫選定的康家井沙溝水庫位于永登縣馬家坪市附近的康家井沙溝。庫址位于永登縣東南約35公里處，永登縣西北約33公里處。水庫主要任務(wù)為蘭州新區(qū)供水,由引大東二干渠注入式供水,水源為大通河。工程區(qū)有縣鄉(xiāng)公路通過,交通較為便利。由于高窯水庫庫岸大部分為黃土庫岸,黃土區(qū)水庫庫岸多不穩(wěn)定,水庫蓄水后會引起工程地質(zhì)條件惡化,庫水會對邊坡的側(cè)向沖刷、坡角掏蝕、浸泡且在坡度較陡處形成崩塌。為了解決這一問題,避免繁瑣的計算,本文采用圖解法,能夠比較準確的得出庫岸的穩(wěn)定坡腳,總結(jié)經(jīng)驗,以便在以后的工程中得到應(yīng)用。1項目環(huán)境描述1.1層巖性地質(zhì)條件工程區(qū)地處北祁連褶皺帶的南部新生代拗陷區(qū)內(nèi),地質(zhì)構(gòu)造相對簡單,地形地貌、地層巖性受地質(zhì)構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)總體地勢北高南低,海拔高程2000~2500m之間,相對高差約500m。地貌主要呈現(xiàn)為南北向展布的構(gòu)造剝蝕基巖低中山區(qū)、薄層黃土覆蓋的剝蝕黃土低中山區(qū)、壟狀低緩殘丘與條帶狀延伸的川階地相間的地貌景觀。1.2上更新統(tǒng)3a5e水庫蓄水后庫岸的地層巖性主要以第四系黃土及黃土狀土為主,庫水會對庫岸進行側(cè)向沖刷、坡角掏蝕、浸泡且在坡度較陡處形成崩塌?，F(xiàn)將地層巖性分述如下:中更新統(tǒng)(Q2):主要由離石黃土(Q2)、沖洪積(alplQ2)粉質(zhì)壤土構(gòu)成,分布于構(gòu)造剝蝕黃土低中山的中心,剝蝕丘陵區(qū)及溝谷川階地區(qū)。離石黃土(Q2):由低液限粉土、粘土組成,呈土黃、微紅及淺褐紅色,土質(zhì)均勻,斷面可見淡灰色米粒狀斑點,偶夾淺紅色粉砂質(zhì)粘土及黑褐色壤土條帶。結(jié)構(gòu)密實,無空隙,含鈣質(zhì)結(jié)核,具水平層理。粉質(zhì)壤土(al-plQ2)分布于康家井沙溝、西溝槽東西兩側(cè)廣大的黃土剝蝕低中山區(qū),構(gòu)成低中山的山體骨架。地層主要為沖洪積的離石黃土,局部段有砂碎石透鏡體、夾層存在。上更新統(tǒng)(Q3):由洪積物(plQ31)、風(fēng)積物(eolQ32)構(gòu)成,分布于構(gòu)造剝蝕黃土低中山的兩肩、剝蝕丘陵區(qū)及溝谷川階地區(qū)。洪積物(plQ31)主要分布于庫內(nèi)溝床、西溝槽及構(gòu)造剝蝕黃土(al-plQ2)低中山的兩肩,其巖性因分布地域不同而不同。庫內(nèi)溝床地層具二元結(jié)構(gòu),上部為粘土,呈土黃色,厚5~15m,其結(jié)構(gòu)中密~密實,含水量大,呈可塑狀態(tài),具中低壓縮性,無濕陷性。風(fēng)積馬蘭黃土(eolQ32)分布于康家井沙溝、西溝槽的剝蝕中低山、黃土丘陵區(qū),覆蓋于中更新統(tǒng)(al-plQ2)離石黃土、上更新統(tǒng)洪積物(plQ31)之上,呈“戴帽子”狀,一般厚3~15m,局部厚達25m。土黃、淺黃色,以粉粒為主,土質(zhì)均勻,疏松,具大孔隙,垂直節(jié)理發(fā)育,具中高壓縮性和中強濕陷性。全新統(tǒng)(Q4):成因多樣,主要為溝道洪積物、坡積物、崩積物及莊浪河沖洪積物。洪積物(plQ4):主要分布于工程區(qū)的康家井沙溝、西溝槽等現(xiàn)代沖溝中,巖性分為兩層。上部為粉土,土質(zhì)較均勻,具層理,偶夾砂碎石透鏡體,具大孔隙。坡積物(d1Q4):主要分布于山前坡腳,巖性多為粉土(次生黃土),土質(zhì)不均勻,以砂粒為主,結(jié)構(gòu)疏松,厚0.5~3m。崩積物(co1Q4):主要分布于上壩址庫區(qū)左岸高陡邊坡坡底,巖性多為粉土(次生黃土),土質(zhì)不均勻,以粉粒為主,結(jié)構(gòu)疏松,順坡堆積,厚0.5~10m。沖洪積物(a1-plQ4):主要分布于莊浪河河谷,形成河漫灘、Ⅰ、Ⅱ級階地。巖性為沖洪積粉土、砂角礫,結(jié)構(gòu)疏松,厚度不一。2圖法確定了典型黃土水庫護岸的穩(wěn)定梯度2.1基本結(jié)構(gòu)及不同結(jié)構(gòu)的塌岸預(yù)測該類庫岸主要分布在庫內(nèi)溝床兩岸及支溝前緣兩側(cè),岸坡坡度一般20°~50°,長約8.1km,約占67%。擋水岸坡地層巖性為薄層馬蘭黃土覆蓋的離石黃土。其中表層馬蘭黃土厚約3~10m,結(jié)構(gòu)疏松,抗沖刷能力弱,下伏離石黃土(al-plQ2),結(jié)構(gòu)中密~密實,抗沖刷能力相對較強。塌岸預(yù)測采用圖解法,選取中間數(shù)值進行估算(如圖1),水庫蓄水后,將從階地前緣陡坎中的A點開始,按馬蘭黃土的水下坡角16°再造至其頂面B點,按al-plQ2離石黃土的水下坡角22°再造至C后至設(shè)計蓄水位。在水面以上,離石黃土、馬蘭黃土將按其水上坡角60°、55°再造至D、E點,岸坡始達新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。據(jù)此求得該類岸坡最終塌岸寬度一般在35~65m之間,塌岸方式主要是剝落、塌滑。局部段庫岸岸坡較陡、庫水較深,在蓄水初期有較大面積庫岸再造的可能,因此需在蓄水前對高陡的近壩庫岸削坡減載,放緩岸坡,離石黃土一般水上55°~65°,水下20°~24°,馬蘭黃土水上50°~60°,水下14°~18°,同時對坡面進行砌石護坡,防止表面沖刷。2.2水坡岸預(yù)測及優(yōu)化該類庫岸主要分布在庫左岸因洪流淘蝕坡腳形成崩塌后的高陡庫岸,坡度50°~70°,坡高50~80m,局部在右岸高窯村莊后緣坡腳零星分布,為村民開挖臨時建筑物所致。該類庫岸總長約1km。約占7%,擋水岸坡地層巖性為離石黃土,結(jié)構(gòu)中密~密實,抗沖刷能力相對較強。塌岸預(yù)測采用圖解法,選取中間數(shù)值進行估算(如圖2所示),水庫蓄水后,將從階地前緣陡坎中的A點開始,按al-plQ2離石黃土的水下坡角22°再造至B后至設(shè)計蓄水位。在水面以上,離石黃土、馬蘭黃土將按其水上坡角60°、55°再造至D、E點,岸坡始達新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。據(jù)此求得該類岸坡最終塌岸寬度一般在25~60m之間,局部零星地段寬約87m,塌岸方式主要是塌滑。在近壩庫岸有較大面積滑塌的可能,在蓄水初期有較大面積庫岸再造的可能,需在蓄水前對其進行削坡減載,放緩岸坡,水上55°~65°,水下20°~24°,同時對坡面進行砌石護坡,防止表面沖刷。2.3表面活性劑型駁岸圖2主要分布于庫內(nèi)兩岸支溝后緣及溝腦,岸坡一般平緩,坡度10°~20°,自然邊坡不穩(wěn)定,會形成塌岸。塌岸預(yù)測采用圖解法,選取中間數(shù)值進行估算(如圖3所示),水庫蓄水后,將從階地前緣陡坎中的A點開始,按plQ4黃土狀土的水下坡角15°再造至B、C點后至設(shè)計蓄水位。在水面以上,黃土狀土、馬蘭黃土將按其水上坡角50°、55°再造至D點,岸坡始達新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。該類庫岸長約3km,約占26%。擋水岸坡地層巖性為黃土狀土,結(jié)構(gòu)疏松,抗沖刷能力弱。圖解法估算最終塌岸寬度5~18m,此類岸坡在庫水、地表水的作用下,表層物質(zhì)逐漸被搬運帶走,從而使岸坡緩慢滑移后退,具緩慢性和持久性,屬侵蝕~剝蝕型庫岸再造模式。根據(jù)不同的巖性,該類型為黃土狀土,利用圖解法對庫岸進行塌岸寬度、塌岸量進行估算,需在蓄水前對其進行削坡減載,放緩岸坡,水上50°,水下10°~15°,同時對坡面進行砌石護坡,防止表面沖刷。3不同巖性成巖評價根據(jù)圖解法計算,結(jié)合本工程的特點,采用工程地質(zhì)類比法將岸坡各類黃土體穩(wěn)定坡角確定見下表。現(xiàn)根據(jù)庫岸所處的不同巖性,評價見表1。根據(jù)《陜西水利水電技術(shù)》2007年濮聲榮所發(fā)表的《黃土地區(qū)水利工程勘察的基本經(jīng)驗》中表2的參數(shù)得