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随着国民经济的持续快速发展和西部大开发战略的进一步实施,我国对水利水电资源的开发利用进入了前所未有的阶段。水利水电工程造福于千秋万代,对江河流域的防洪、灌溉、发电及旅游等相关产业起到极其良好的作用,但同时也会破坏库区的地质环境。水库建成蓄水后,水位得到了很大的抬升,在库水浸泡、风浪冲刷、水流侵蚀及干湿交替作用下,岩土体的基本物理力学性质发生变化,抗剪强度大幅度下降进而导致岸坡稳定性降低,滑坡、塌岸等地质灾害时常发生。几十年来,滑坡、塌岸等地质灾害问题一直受到许多科学家与工程师的重视,分析方法和理论也不断向前发展。随着三峡水库的逐渐建成蓄水,其库岸再造预测也是一项十分重要的工作。
秭归新县城凤凰山~果品批发市库岸段(简称秭归县茅坪段)位于湖北省秭归新县城规划区北侧、长江右岸,距三峡大坝1.85~2.61km,为秭归新县城文教区、风景旅游区及居民点区等,主要道路为滨湖路,区内已建有中学、职教中心、客运中心、二水厂、果品批发市场、郑家花园居民点等移民工程,拟建工程有归州一条街二期工程等,总投资约2亿元。随着三峡水库的蓄水,该段岸坡的变形发展将直威胁着客运中心、归州一条街二期工程、二水厂、果品批发市场的交易大厅,以及周围单位居民安全与房屋安全,社会影响极大。因此,本文以三峡水库蓄水前该段岸坡的勘察工程为依托,对该段岸坡的库岸再造进行预测均有重要的工程实践意义。
文章以秭归县茅坪段库岸再造预测为主线,研究了该段的工程地质模型、塌岸模式、岸坡稳定性分析与库岸再造综合预测,主要研究内容与结果如下:
(1)秭归县茅坪段属亚热带大陆性季风气候具有河谷区气温高于山地及山地降雨量多于河谷区的立体型气候特征:区域地质背景为鄂西褶皱山地,出露震旦系~三叠系碳酸盐岩类夹碎屑岩地层;大地构造单元隶属于杨子准地台中部,以黄陵地块为核心,周围被一系列的弧形褶皱所环绕:新构造运动归属三峡隆升亚区,间歇性整体隆升,分布有鄂西期和山原期四级夷平面和六级河流阶地。
(2)研究区内地貌属低山丘陵区,原始地形破碎,冲沟发育,高程100~350m,地势西高东低,向长江倾斜。后经人类工程活动改造,高程140~260m地貌改变较大;基岩为闪云斜长花岗岩,暗色矿物小于15%,呈中等风化~全风化,风化带厚度达15m以上,主要发育两组共轭的构造裂隙;第四系覆盖层以坡积、冲洪积砂质壤土、砂土与人工填砂夹块石土,结构较为松散,原岩主要为闪云斜长花岗岩;地下水类型主要以孔隙水、孔隙~裂隙水和裂隙水为主,水位升降受降雨影响较为明显。
(3)研究区岸坡基本工程地质特征归纳为:区内以闪云斜长花岗岩与砂质斜坡为主,前者现阶段处于间歇稳定阶段,无明显变形迹象:后者中人工回填砂质边坡变形破坏现象明显,在持续降雨或暴雨情况下,边坡即会发生变形破坏,破坏模式以浅层滑动、流砂为主,在坡脚有挡墙的地段,挡墙出现鼓胀现象,处于变形~破坏阶段。后期在库水作用下,砂质岸坡具有进一步变形破坏的可能,需进行库岸再造预测,并采取相应的防治措施。
(4)通过库岸的影响因素、形成过程与破坏模式三个因素,分析了影响库岸再造的成因机理。其影响因素可分为内部因素与外部因素,其中:内因是决定塌岸产生的根本因素,如岸坡物质结构、地形地貌等地质因素;外因是塌岸产生的诱发因素,是其形成的动力源和塑造者,如洪水、泥石流冲蚀等因素。形成过程根据库水与岸坡作用阶段分为:水库岸壁的初期破坏--波蚀及浅滩的形成--库水位下降时的塌岸作用--库水位上升时的塌岸作用--最后岸坡的形成这五个形成阶段。而变形破坏模式则说明了不同类型、不同结构的岸坡将以何种特定的变形破坏方式完成岸坡的再造演化过程,如侵蚀剥蚀型、滑移型、坍塌型、崩塌型和流土型等。
(5)在塌岸形成机制的研究基础上,分析出影响研究区库岸塌陷的主要内部因素为物质组成及岩性组合,外部为人类工程活动与库水位消涨,为此研究区塌陷的主要类型可分为:坍塌(滑)型、整体滑移型、渐进式侵蚀型、渗透破坏型四种类型。在岸坡岩土类型、坡型及地貌特征、库岸破坏模式以及其他主要因素的基础上建立了研究岸坡分段的基本原则;进一步在该基础上,按照岸坡物质组成及结构、水库蓄水后岸坡可能变形破坏形式、岸坡现状及地形地貌差异建立了研究区岸坡的分类与判断依据;最终将研究区岸坡分为三类(回填砂质岸坡、回填砂与基岩混合岸坡、基岩岸坡),对每一类岸坡,又进行细化分段,共分为21段。
(6)对国内外塌岸预测方法进行了总结归纳,主要分为工程地质类比法、卡丘金法、佐洛塔寥夫法、平衡剖面法、动力法、两段法、预测统计法等,并对其具体原理、操作方法、优缺点进行了分析。根据研究段岩土体工程地质特性,研究段具有很好的工程地质类比库岸段,即可用高程60~93m段已作为现阶段高程135~175m库岸段的类比段,选取工程地质类比法作为研究区塌岸范围的预测方法。并通过该方法对研究区库岸塌岸范围进行了预测,获得了每段岸坡的最终塌岸距离。
(7)受研究区砂质岸坡的特殊地质成因,其主要为人工回填的砂质松散堆积体,按照工程地质类比法对塌岸的预测,无法体现该类岸坡的稳定性变化情况与具体塌岸形式。因此,需要对人工回填砂质岸坡进行稳定性计算。其计算结果显示显示区砂质库岸在天然状态下处于稳定状态,而受蓄水与库水升降影响,稳定系数迅速降低,出现不稳定与欠稳定的剖面。
(8)基于岸坡的类型、岸坡稳定性系数、塌岸形式与塌岸预测宽度,对研究区的库岸再造进行了综合预测。预测结果显示:回填砂质岸坡塌岸模式为整体滑移型、坍塌型,且坡体表面存在渗透变形破坏,塌岸宽度在25~130m;基岩岸坡塌陷形式为渐进侵蚀型,最终塌岸塌岸宽度小于30m,在此基础上对研究区库岸再造的危害性进行了预测,并在此基础之上提出了防治措施建议。