中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

第24卷2005年

增刊

7月

G∞

V01.24

SC

地胁质e缸科坩技k情m报昭yhbm

Sup.2005

∞Jul.

南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

黄振伟1,李云安2,黄胜华1

(1.长江岩土工程总公司丹江口公司,湖北丹江口441900;2.中国地质大学工程学院,武汉430074)

摘要:南水北调中线水源工程大坝加高后,丹江口库区内的部分库段在库水作用下易发生坍岸问题。为了预测水库坍岸范围

和发生坍岸的难易程度,对丹江口水库的地形、地质条件和坍岸的影响因素和型式进行了分析。在此基础上,通过大量的调查,采取工程地质类比法预测了坍岸范围和难易程度,为对坍岸范围内的对象采取针对性的处理措施提供了地质依据。关键词:丹江口水库;坍岸;机制分析;预测方法;难易程度分级中图分类号:P642.2

文献标识码:A

文章编号:1000一7849(2005)so—0156一04

蓄水位为170m,极限消落(死)水位为145m。丹江口库区的地理位置见图1。大坝加高后,库水变深,库面加宽,在库水作用下部分库段易发生坍岸,将对库岸高程170m以上的农村居民点及县城、集镇或重要交通干线的正常使用产生影响。因此,如何预测坍岸的范围及库岸发生坍塌的难易程度是调查其影响区内实物指标的关键。

汉江丹江口水利枢纽位于湖北省丹江口市,汉江(汉库)与丹江(丹库)汇合口下游o.8km处,是具有防洪、灌溉、发电、航运、养殖等综合效益的大型水利工程。该枢纽分初期和后期大坝加高两阶段进行开发,初期大坝加高工程于1973年建成,正常蓄水位为157m(吴淞高程,下同),死水位为140m;后期大坝加高工程即南水北调中线水源工程,正常

固・圈z

F毽l

回,

Geographic

囹一圈s困s

area

圈,

图1丹江口库区地理位置图

10cationofDanjiangkoureservoir

1.地级市;2.县(县级市);3.乡镇;4.省界;5.公路;6.铁路;7.水系及坝址

收稿日期:2005—03—28编辑:禹华珍

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40372121)

作者简介:黄振伟(1974一),男,工程师,主要从事水利水电工程与岩土工程的地质勘察工作。

万方数据 

增刊黄振伟等:南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

地质概况

丹江口枢纽地处鄂西北山区与东部平原过渡地

带,地势总体西高东低,属中低山、丘陵、垄岗地貌,河谷、沟汉发育,地形较破碎,多呈“鸡爪”形,地形地貌明显受岩性控制。汉库内有均县、郧县两大盆地,丹库内有李官桥、淅川两大盆地,库区内盆地的两岸

一般为白垩系一古近系(K—E)紫红色碎屑岩及第

四系(Q)阶地土。均县、郧县两大盆地的岸坡坡角一般20~30。,水面宽0.4~O.6km,最宽O.8~4.Okm;李官桥盆地的两岸为低山和岗地,水面宽8~

17

km;淅川盆地内河谷发育较宽的漫滩,地形平

缓,水面宽o.7~4.5km。其余库段岸坡主要为时代较老的变质岩、沉积岩、岩浆岩,河谷呈“V”字型,峡谷地貌,水面较窄。

根据实测资料,变质岩、沉积岩、岩浆岩岸坡受库水影响轻微,坍岸主要发生于白垩系一古近系

(K—E)紫红色碎屑岩及第四系(Q)阶地土岸坡。

(1)白垩系一古近系(K—E)

岩性为紫红色黏

土岩、粉砂质黏土岩、泥质粉砂岩、粉一细砂岩(红层软质岩)及砾岩、砂砾岩夹层。据试验结果,红层软质岩的湿抗压强度为O.25~3.75

MPa,小于

MPa,属极软岩石[1’23;孔隙率一般为22.7%~

37.7%,胶结性较差;软化系数为O.26~O.63,小于O.75,属易软化岩石;耐崩解性差,遇水易崩解。

(2)第四系(Q)阶地土

主要指组成Ⅱ级和Ⅱ

级以上阶地(Q是。)的上部粉质黏土、黏土,呈黄褐

色、褐黄色,厚5~20m,常夹灰白色、灰绿色黏土团块,天然状态下呈坚硬一硬塑状,干时坚硬,遇水软化。在野外初步判断其为膨胀土,室内试验表明,汉

库内Qal-。阶地黏土的自由膨胀率平均值为60.5%

~72.3%,呈中等膨胀性,粉质黏土的自由膨胀率平

均值为42.3%~57.o%,呈弱膨胀性;丹库内Q是。

黏土的自由膨胀率平均值为50.o%~54.5%,呈弱膨胀性‘引。

2坍岸机制分析

2.1坍岸的影响因素

坍岸是内因和外因综合作用的结果。内因包括库岸坡度、库岸形态、岩性、地层结构、构造等;外因包括库水位的变化幅度和持续时间、库水深度、风力、波浪作用等。

对于Q是。土质岸坡,影响坍岸的主导因素为库

岸形态、岸坡结构及库水作用。库岸愈高,坡度愈

万 

方数据陡,则库岸再造愈严重,反之则愈轻微。水下岸坡陡

直,岸前水深大的库岸,波浪及水流对库岸的作用强烈,坍塌物质被快速搬运,则库岩再造过程加快。沟汉发育的“鸡爪”形库岸,地形被强烈切割,突咀、凸岸因三面环水而再造较为严重,相反凹岸的再造则相对轻微。宽河道凹岸迎流顶冲,波浪对岸坡的冲刷作用较强,再造较严重,而凸岸和顺直岸坡则相对轻微。

对于K—E岩质岸坡,影响坍岸的主导因素为

岩性、岩性组合、岩体结构及库水作用。红层软质岩或红层夹砾岩的岸坡因红层软质岩的抗冲刷能力较差,易崩解,库水冲刷掏蚀坡脚,在陡坡库岸段甚至形成反坡或空穴,上部岩体卸荷松动而形成崩落或坍塌。

库水位及其变化幅度、各水位持续时间对坍岸影响较大。库水位上升,使岸坡水文地质条件改变,岩土体的物理力学性质恶化,抗剪强度降低,浮托力增大,导致坍岸。高水位时形成浅滩,当水位下降时,浅滩受到破坏,如果库水变幅越大,浅滩愈易受到破坏。库水位持续时间越长,波浪作用的机率越高,则再造速度加快,再造范围扩大。2.2坍岸型式

根据工程区的库岸形态、岩土特征及其组合关系、库水的影响,将坍岸型式划分为以下3种:①崩塌型,岸坡坡度陡,坡脚为松散的第四系堆积土或红层软质岩土体,河水冲刷掏蚀坡脚,甚至形成反坡或空穴,岩土体迅续崩落或坍塌,最终堆积于坡脚,变形以竖向位移为主,崩塌型坍岸多发生于土质岸坡和岩质岸坡;②滑动型,岸坡岩土体沿一个或几个面向下滑移,变形以水平位移为主,滑动型坍岸多发生于土质岸坡;③侵蚀剥蚀型,在河水冲刷侵蚀、物理风化等外营力的作用下,岸坡岩土体出现碎裂、解体而不断剥离脱落,侵蚀剥蚀型坍岸多发生于岩质岸坡。

3坍岸预测

3.1坍岸的预测方法

丹江口水利枢纽初期大坝加高工程自1973年建成,运行至今已有30a余,变幅带及正常蓄水位在157m以上的岸坡目前基本上趋于稳定。

后期大坝加高后,正常蓄水位为170m,极限消落(死)水位为145m。坍岸预测可采用工程地质类比法[4|,即将后期蓄水后各设计水位下不同岩性的岸坡稳定坡角与自然条件、类似情况下的岸坡稳定坡角进行类比,因为死水位145m以下地形宽缓,

158

地质科技情报

库岸难再造或再造规模较小,可以不考虑水下稳定坡角的影响。因此首先将170m以上、145~170m变幅带分别对应前期157m以上、140~157m变幅带,以确定岸坡水上自然稳定坡角和水位变幅带稳定坡角;然后,根据稳定坡角绘出水位变幅带(145~

170

m)及水上(170m以上)的稳定坡形,以确定坍

岸的最终宽度。

3,2库岸稳定坡角的确定

选择丹江口水库天然宽河道及浅湾区(“鸡爪”形库岸)的典型岸坡完成实测地形断面132条,并分别对不同岩性、岩性组合岸坡在水位157m以上、

140~157m变幅带的稳定坡角进行统计。将统计

结果进行类比,得出了后期大坝加高后坍岸的稳定坡角建议值(表1)。

表1丹江口库区库岸稳定坡角建议值

Table1

Proposedvaluesofthestabilityslopesof

bankof

Danjiangkou

reservoir

area

坡角a/(。)

变幅带

主嵌

岸坡岩性

竺娄兰菇。备注孬磊丽x7‰…

膨胀土6815~20对于红层软质岩,根

汉红层13~1823~35

35~45据岩性不同按黏土库

砾岩58

6065~75岩一粉砂质黏土岩砾岩夹红层

30

47

50~60一泥质粉砂岩、砂岩,稳定坡角变大;。

膨胀土1217~2l对于砾岩,胶结越‘.=_

红层

14~18

35~40好,稳定坡角越大

”砾岩夹红层37~47

60~70

4坍岸难易程度分级

在影响库岸再造的诸多因素中,岸坡岩性、现状坡角、库水深度是影响库岸再造难易程度和发展速度的主要因素q)。据此,将坍岸难易程度分为易再造、较易再造、较难再造、难再造4个等级(表2)。

表2丹江口库区坍岸难易程度分级原则表

Table2

Principleofdifficultydegreesclassifica—tionofbankcavingin

Danjiangkou

res—

erVOlr

area

较易再造

;兹蓑耋蓑奕器芒纛岸坡

较难再造

;篇萋翥萎尖黧芒募岸坡

难觥

;堞萋舅主j糍羹质岸坡

注:I.基本组合条件为坡前水深≥3m、再造体淹没深度≥5m,

Ⅱ.当坡前水深<3m或再造体淹没深度<5m时再造难易程度等级降低一级

万 

方数据表2中的相对坡角(a),即为坡角与变幅带稳定坡角之差值,可分为很大、较大、较小3个等级(表3)。一般,相同结构类型的岸坡相对坡角愈大,其越容易发生库岸再造[5]。

表3丹江口库区相对坡角分级表

Table3

ClassificationofYelativesloDesin

Danjiangkoureservoir

area

相对坡角口/(。)

结语

(1)在对南水北调中线水源工程丹江口库区进

行水库淹没实物指标调查时,对于易再造、较易再造的库岸段建议进行防护或搬迁,具体采用何种方案需进行技术经济比较后才能确定;对于较难再造的库岸段建议进行观测,以掌握其变形规律,及时预报;对于部分地质条件简单的岸坡,也可采用较小的工程量予以保护;对于难再造的库岸段一般不予处理。

(2)坍岸是岸坡为适应外界条件而产生的变化,并最终实现新的稳定平衡状态。这一过程十分复杂,并受各种因素影响,偶发因素亦不可预知,且坍岸持续时间难以估计。因此文中的坍岸范围仅代表其总体趋势,在时间、空间、规模上难以做到全面准确的预测。

(3)根据坍岸难易程度等级,可以按轻重缓急的

原则,分阶段、有计划地对坍岸范围内的对象采取针对性的处理措施,因此坍岸难易程度等级的划分在实际工作中具有相当的实用性,但如何准确划分尚无章可寻,笔者提出的划分原则比较简单直观,可作为一种思路以供参考。参考文献:

[1]

中华人民共和国建设部.工程岩体分级标准[s].北京:中国建筑出版社,1994.

[2]刘佑荣.岩体力学[M].武汉:中国地质大学出版社,1999;64—

113.

[3]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京:中国建筑出版

社,1997.

[4]戚筱俊.工程地质及水文地质[M].北京:水利电力出版社,

1985.

[5]吴世明,周健,徐建平.环境岩土工程[M].上海:同济大学出版

社,2000:1—3.

①晏鄂川.工程岩体稳定性评价与利用研究(博士后出站报告)

[R].武汉:中国地质大学,2001.

增刊

黄振伟等:南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

159

BriefAnalysisoftheDanjiangkou

ReserVoirBankCaVingofthe

Middle—RouteWater

Sources

Project

ofSouth—t俨North

Water

Transfers

HUANGZhen—weil,LIYun-an2,HUANGSheng—hual

(1.Dn以歹i以玎g志o“Br(f竹c矗Co优户口扎y,I!、^n,29Jin札gGeo£Pc^nic口ZE,zgi咒PP,.fngCo,竹p口行y,Dn撕i口以g愚o“H“69i441900,(冼i咒(£;2.E咒gi咒PPri挖gFnc“Z£y,(冼i咒口L硫i可ersi£yo厂GPosfie咒cPs,V阮^n咒430074,C^i咒口)

Abstract:AfterheightenningdamofthemiddIe—routewater

sources

projectofsouth—to—north

watertrans—

fers,itisimportant

to

survey

allmaterial

objects

intheinfluential

areainordertopredictthe

area

anddiffi—

cultydegreesofbankcaVing.Thispaperbrieflydescribestopographyand

geologyconditionsoftheDan—

jiangkoureserVoir,andanalysestheinfluentialfactorsandformsofbankcaving,andadoptsengineering

ge~

ologicanalogymethodtopredicttheinfluential

area

anddifficultydegreesofbankcaving

on

thebasisof

wideinVestigation.IⅥoreoVer,itprovidesgeologicbasesfordealingwithaUmaterialobjectsinthebank

ca—

vings

area

pertinently.

Keywords:Danjiangkoureservoir;bankcaving;mechanismanalysis;predictionmethod;classificationofdifficultydegree

鲤!!垂!蔓!望!!£!蔓!丝!丝!!l!!曼!!l!!l!!l!塑!!£!!l!!l!!皇!鲤!!£!笪!!生!兰纽!曼!塑!!垦!!垂!生!!l!!生!丝!!生!!垂!生!!l趔!丝!丝!丝!生!丝!!生!!生!鲤!丝!丝!丝!熊!!生!(上接第155页)

NumericalSimulationofLandSubsidenceInducedbyGroundwater

Withdrawal

byThree_DimensionalFiniteElement

of

Water

andSoilCoupling

LIYun—anl,HUANGSheng—hua2,HUANGZhen—wej2

(1.E咒gf行PPri咒gF。c“Z£y,C^i咒nUhi铆Prsi}yo,l:论osciP咒fPs,’矿“矗口咒430074,C^i扎口;

2.D口力i“咒g忌。甜Brn尥c^C07雄p口咒y,C^口咒gJin,zgGeo£Pf^咒ic口ZE咒gi挖PPri,29Co,"户口以y,

Dn力i口咒g忌o“H甜6Pi441900,C危i咒口)

Abstract:This

paperpresents

theestabIishementofthree—dimensionalmathematicmodelwhichisabout

unsteadyflowofgroundwaterwithdrawal.

Theexistingnumericalequationofthree—dimensionalunsteady

flowofconfinedaquiferisused

to

solveit,andthenumericalformulaeofsource—sink

are

emphaticaUydis—

cussed.

NonlinearcompressiVeequationoflandsubsidenceinducedbygroundwaterwithdrawalisderived

fromeffectiVe

stress

andcompressiveprincipleofsoil.According

to

theconditionsofhydrogeologyand

en—gineeringgeologyofXinyemansionin

Wuhan,theenvironmentalgeotechnicalproblemisanalyzedand

e—

valuatedbythecalculationprogramoffiniteelementLCYXY3D.F90,andthecalculatedresultsagreeweUwiththosemeasured.

Keywords:groundwaterwithdrawal;landsubsidence;three—dimensionalfiniteelementmethod;environ—

mentalgeotechnique;nonlinearcompressiveequation

万 

方数据

南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

黄振伟, 李云安, 黄胜华, HUANG Zhen-wei, LI Yun-an, HUANG Sheng-hua

黄振伟,黄胜华,HUANG Zhen-wei,HUANG Sheng-hua(长江岩土工程总公司丹江口公司,湖北,丹江口,441900), 李云安,LI Yun-an(中国地质大学工程学院,武汉,430074)地质科技情报

GEOLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION2005,24(z1)2次

参考文献(6条)

1.晏鄂川 工程岩体稳定性评价与利用研究(博士后出站报告) 20012.吴世明;周健;徐建平 环境岩土工程 20003.戚筱俊 工程地质及水文地质 19854.刘特洪 工程建设中的膨胀土问题 19975.刘佑荣 岩体力学 1999

6.中华人民共和国建设部 工程岩体分级标准 1994

本文读者也读过(10条)

1. 徐礼华.宋志斌 强度折减法在丹江口水库二期工程库岸稳定性分析中的应用[会议论文]-20072. 黄振伟.林仕祥.杜胜华.吴树良 丹江口水库库岸再造预测[期刊论文]-人民长江2007,38(9)3. 李玎 渝怀铁路三峡水库回水影响地段的坍岸整治[期刊论文]-四川建筑2007,27(4)4. 左小平.刘辉 湖南径流式电站水库土质岸坡坍岸预测浅析[期刊论文]-湖南水利水电2001(5)

5. 边义成.BIAN Yi-cheng 讨赖河东水峡水电站库区右岸铁路路基塌岸宽度预测[期刊论文]-西北水电2007(3)6. 龙清亮.Long Qingliang 渝怀线铜信溪电站水库坍岸预测[期刊论文]-铁道勘察2007,33(6)

7. 雷晓峰.黄尚锦.吕冰.李同录 西安市黑河水库塌岸对其左岸公路的影响评价[期刊论文]-西部探矿工程2005,17(1)

8. 孙越英.刘富有.郑继荣.付小婷 小浪底水库区垣曲段近岸区地质灾害类型及防治措施[期刊论文]-中国地质灾害与防治学报2004,15(4)

9. 王艳平 白鹤至伊洛河口河段河岸坍塌速率估算[会议论文]-2006

10. 杨刚 刺竹坪大桥水库坍岸预测及治理[期刊论文]-甘肃科技纵横2008,37(2)

引证文献(2条)

1.鲍玉海.贺秀斌 三峡水库消落带土壤侵蚀问题初步探讨[期刊论文]-水土保持研究 2011(6)2.何良德.方国庆 库岸再造机理及其影响因素分析研究[期刊论文]-华北水利水电学院学报 2007(1)

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南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

黄振伟1,李云安2,黄胜华1

(1.长江岩土工程总公司丹江口公司,湖北丹江口441900;2.中国地质大学工程学院,武汉430074)

摘要:南水北调中线水源工程大坝加高后,丹江口库区内的部分库段在库水作用下易发生坍岸问题。为了预测水库坍岸范围

和发生坍岸的难易程度,对丹江口水库的地形、地质条件和坍岸的影响因素和型式进行了分析。在此基础上,通过大量的调查,采取工程地质类比法预测了坍岸范围和难易程度,为对坍岸范围内的对象采取针对性的处理措施提供了地质依据。关键词:丹江口水库;坍岸;机制分析;预测方法;难易程度分级中图分类号:P642.2

文献标识码:A

文章编号:1000一7849(2005)so—0156一04

蓄水位为170m,极限消落(死)水位为145m。丹江口库区的地理位置见图1。大坝加高后,库水变深,库面加宽,在库水作用下部分库段易发生坍岸,将对库岸高程170m以上的农村居民点及县城、集镇或重要交通干线的正常使用产生影响。因此,如何预测坍岸的范围及库岸发生坍塌的难易程度是调查其影响区内实物指标的关键。

汉江丹江口水利枢纽位于湖北省丹江口市,汉江(汉库)与丹江(丹库)汇合口下游o.8km处,是具有防洪、灌溉、发电、航运、养殖等综合效益的大型水利工程。该枢纽分初期和后期大坝加高两阶段进行开发,初期大坝加高工程于1973年建成,正常蓄水位为157m(吴淞高程,下同),死水位为140m;后期大坝加高工程即南水北调中线水源工程,正常

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Geographic

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图1丹江口库区地理位置图

10cationofDanjiangkoureservoir

1.地级市;2.县(县级市);3.乡镇;4.省界;5.公路;6.铁路;7.水系及坝址

收稿日期:2005—03—28编辑:禹华珍

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40372121)

作者简介:黄振伟(1974一),男,工程师,主要从事水利水电工程与岩土工程的地质勘察工作。

万方数据 

增刊黄振伟等:南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

地质概况

丹江口枢纽地处鄂西北山区与东部平原过渡地

带,地势总体西高东低,属中低山、丘陵、垄岗地貌,河谷、沟汉发育,地形较破碎,多呈“鸡爪”形,地形地貌明显受岩性控制。汉库内有均县、郧县两大盆地,丹库内有李官桥、淅川两大盆地,库区内盆地的两岸

一般为白垩系一古近系(K—E)紫红色碎屑岩及第

四系(Q)阶地土。均县、郧县两大盆地的岸坡坡角一般20~30。,水面宽0.4~O.6km,最宽O.8~4.Okm;李官桥盆地的两岸为低山和岗地,水面宽8~

17

km;淅川盆地内河谷发育较宽的漫滩,地形平

缓,水面宽o.7~4.5km。其余库段岸坡主要为时代较老的变质岩、沉积岩、岩浆岩,河谷呈“V”字型,峡谷地貌,水面较窄。

根据实测资料,变质岩、沉积岩、岩浆岩岸坡受库水影响轻微,坍岸主要发生于白垩系一古近系

(K—E)紫红色碎屑岩及第四系(Q)阶地土岸坡。

(1)白垩系一古近系(K—E)

岩性为紫红色黏

土岩、粉砂质黏土岩、泥质粉砂岩、粉一细砂岩(红层软质岩)及砾岩、砂砾岩夹层。据试验结果,红层软质岩的湿抗压强度为O.25~3.75

MPa,小于

MPa,属极软岩石[1’23;孔隙率一般为22.7%~

37.7%,胶结性较差;软化系数为O.26~O.63,小于O.75,属易软化岩石;耐崩解性差,遇水易崩解。

(2)第四系(Q)阶地土

主要指组成Ⅱ级和Ⅱ

级以上阶地(Q是。)的上部粉质黏土、黏土,呈黄褐

色、褐黄色,厚5~20m,常夹灰白色、灰绿色黏土团块,天然状态下呈坚硬一硬塑状,干时坚硬,遇水软化。在野外初步判断其为膨胀土,室内试验表明,汉

库内Qal-。阶地黏土的自由膨胀率平均值为60.5%

~72.3%,呈中等膨胀性,粉质黏土的自由膨胀率平

均值为42.3%~57.o%,呈弱膨胀性;丹库内Q是。

黏土的自由膨胀率平均值为50.o%~54.5%,呈弱膨胀性‘引。

2坍岸机制分析

2.1坍岸的影响因素

坍岸是内因和外因综合作用的结果。内因包括库岸坡度、库岸形态、岩性、地层结构、构造等;外因包括库水位的变化幅度和持续时间、库水深度、风力、波浪作用等。

对于Q是。土质岸坡,影响坍岸的主导因素为库

岸形态、岸坡结构及库水作用。库岸愈高,坡度愈

万 

方数据陡,则库岸再造愈严重,反之则愈轻微。水下岸坡陡

直,岸前水深大的库岸,波浪及水流对库岸的作用强烈,坍塌物质被快速搬运,则库岩再造过程加快。沟汉发育的“鸡爪”形库岸,地形被强烈切割,突咀、凸岸因三面环水而再造较为严重,相反凹岸的再造则相对轻微。宽河道凹岸迎流顶冲,波浪对岸坡的冲刷作用较强,再造较严重,而凸岸和顺直岸坡则相对轻微。

对于K—E岩质岸坡,影响坍岸的主导因素为

岩性、岩性组合、岩体结构及库水作用。红层软质岩或红层夹砾岩的岸坡因红层软质岩的抗冲刷能力较差,易崩解,库水冲刷掏蚀坡脚,在陡坡库岸段甚至形成反坡或空穴,上部岩体卸荷松动而形成崩落或坍塌。

库水位及其变化幅度、各水位持续时间对坍岸影响较大。库水位上升,使岸坡水文地质条件改变,岩土体的物理力学性质恶化,抗剪强度降低,浮托力增大,导致坍岸。高水位时形成浅滩,当水位下降时,浅滩受到破坏,如果库水变幅越大,浅滩愈易受到破坏。库水位持续时间越长,波浪作用的机率越高,则再造速度加快,再造范围扩大。2.2坍岸型式

根据工程区的库岸形态、岩土特征及其组合关系、库水的影响,将坍岸型式划分为以下3种:①崩塌型,岸坡坡度陡,坡脚为松散的第四系堆积土或红层软质岩土体,河水冲刷掏蚀坡脚,甚至形成反坡或空穴,岩土体迅续崩落或坍塌,最终堆积于坡脚,变形以竖向位移为主,崩塌型坍岸多发生于土质岸坡和岩质岸坡;②滑动型,岸坡岩土体沿一个或几个面向下滑移,变形以水平位移为主,滑动型坍岸多发生于土质岸坡;③侵蚀剥蚀型,在河水冲刷侵蚀、物理风化等外营力的作用下,岸坡岩土体出现碎裂、解体而不断剥离脱落,侵蚀剥蚀型坍岸多发生于岩质岸坡。

3坍岸预测

3.1坍岸的预测方法

丹江口水利枢纽初期大坝加高工程自1973年建成,运行至今已有30a余,变幅带及正常蓄水位在157m以上的岸坡目前基本上趋于稳定。

后期大坝加高后,正常蓄水位为170m,极限消落(死)水位为145m。坍岸预测可采用工程地质类比法[4|,即将后期蓄水后各设计水位下不同岩性的岸坡稳定坡角与自然条件、类似情况下的岸坡稳定坡角进行类比,因为死水位145m以下地形宽缓,

158

地质科技情报

库岸难再造或再造规模较小,可以不考虑水下稳定坡角的影响。因此首先将170m以上、145~170m变幅带分别对应前期157m以上、140~157m变幅带,以确定岸坡水上自然稳定坡角和水位变幅带稳定坡角;然后,根据稳定坡角绘出水位变幅带(145~

170

m)及水上(170m以上)的稳定坡形,以确定坍

岸的最终宽度。

3,2库岸稳定坡角的确定

选择丹江口水库天然宽河道及浅湾区(“鸡爪”形库岸)的典型岸坡完成实测地形断面132条,并分别对不同岩性、岩性组合岸坡在水位157m以上、

140~157m变幅带的稳定坡角进行统计。将统计

结果进行类比,得出了后期大坝加高后坍岸的稳定坡角建议值(表1)。

表1丹江口库区库岸稳定坡角建议值

Table1

Proposedvaluesofthestabilityslopesof

bankof

Danjiangkou

reservoir

area

坡角a/(。)

变幅带

主嵌

岸坡岩性

竺娄兰菇。备注孬磊丽x7‰…

膨胀土6815~20对于红层软质岩,根

汉红层13~1823~35

35~45据岩性不同按黏土库

砾岩58

6065~75岩一粉砂质黏土岩砾岩夹红层

30

47

50~60一泥质粉砂岩、砂岩,稳定坡角变大;。

膨胀土1217~2l对于砾岩,胶结越‘.=_

红层

14~18

35~40好,稳定坡角越大

”砾岩夹红层37~47

60~70

4坍岸难易程度分级

在影响库岸再造的诸多因素中,岸坡岩性、现状坡角、库水深度是影响库岸再造难易程度和发展速度的主要因素q)。据此,将坍岸难易程度分为易再造、较易再造、较难再造、难再造4个等级(表2)。

表2丹江口库区坍岸难易程度分级原则表

Table2

Principleofdifficultydegreesclassifica—tionofbankcavingin

Danjiangkou

res—

erVOlr

area

较易再造

;兹蓑耋蓑奕器芒纛岸坡

较难再造

;篇萋翥萎尖黧芒募岸坡

难觥

;堞萋舅主j糍羹质岸坡

注:I.基本组合条件为坡前水深≥3m、再造体淹没深度≥5m,

Ⅱ.当坡前水深<3m或再造体淹没深度<5m时再造难易程度等级降低一级

万 

方数据表2中的相对坡角(a),即为坡角与变幅带稳定坡角之差值,可分为很大、较大、较小3个等级(表3)。一般,相同结构类型的岸坡相对坡角愈大,其越容易发生库岸再造[5]。

表3丹江口库区相对坡角分级表

Table3

ClassificationofYelativesloDesin

Danjiangkoureservoir

area

相对坡角口/(。)

结语

(1)在对南水北调中线水源工程丹江口库区进

行水库淹没实物指标调查时,对于易再造、较易再造的库岸段建议进行防护或搬迁,具体采用何种方案需进行技术经济比较后才能确定;对于较难再造的库岸段建议进行观测,以掌握其变形规律,及时预报;对于部分地质条件简单的岸坡,也可采用较小的工程量予以保护;对于难再造的库岸段一般不予处理。

(2)坍岸是岸坡为适应外界条件而产生的变化,并最终实现新的稳定平衡状态。这一过程十分复杂,并受各种因素影响,偶发因素亦不可预知,且坍岸持续时间难以估计。因此文中的坍岸范围仅代表其总体趋势,在时间、空间、规模上难以做到全面准确的预测。

(3)根据坍岸难易程度等级,可以按轻重缓急的

原则,分阶段、有计划地对坍岸范围内的对象采取针对性的处理措施,因此坍岸难易程度等级的划分在实际工作中具有相当的实用性,但如何准确划分尚无章可寻,笔者提出的划分原则比较简单直观,可作为一种思路以供参考。参考文献:

[1]

中华人民共和国建设部.工程岩体分级标准[s].北京:中国建筑出版社,1994.

[2]刘佑荣.岩体力学[M].武汉:中国地质大学出版社,1999;64—

113.

[3]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京:中国建筑出版

社,1997.

[4]戚筱俊.工程地质及水文地质[M].北京:水利电力出版社,

1985.

[5]吴世明,周健,徐建平.环境岩土工程[M].上海:同济大学出版

社,2000:1—3.

①晏鄂川.工程岩体稳定性评价与利用研究(博士后出站报告)

[R].武汉:中国地质大学,2001.

增刊

黄振伟等:南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

159

BriefAnalysisoftheDanjiangkou

ReserVoirBankCaVingofthe

Middle—RouteWater

Sources

Project

ofSouth—t俨North

Water

Transfers

HUANGZhen—weil,LIYun-an2,HUANGSheng—hual

(1.Dn以歹i以玎g志o“Br(f竹c矗Co优户口扎y,I!、^n,29Jin札gGeo£Pc^nic口ZE,zgi咒PP,.fngCo,竹p口行y,Dn撕i口以g愚o“H“69i441900,(冼i咒(£;2.E咒gi咒PPri挖gFnc“Z£y,(冼i咒口L硫i可ersi£yo厂GPosfie咒cPs,V阮^n咒430074,C^i咒口)

Abstract:AfterheightenningdamofthemiddIe—routewater

sources

projectofsouth—to—north

watertrans—

fers,itisimportant

to

survey

allmaterial

objects

intheinfluential

areainordertopredictthe

area

anddiffi—

cultydegreesofbankcaVing.Thispaperbrieflydescribestopographyand

geologyconditionsoftheDan—

jiangkoureserVoir,andanalysestheinfluentialfactorsandformsofbankcaving,andadoptsengineering

ge~

ologicanalogymethodtopredicttheinfluential

area

anddifficultydegreesofbankcaving

on

thebasisof

wideinVestigation.IⅥoreoVer,itprovidesgeologicbasesfordealingwithaUmaterialobjectsinthebank

ca—

vings

area

pertinently.

Keywords:Danjiangkoureservoir;bankcaving;mechanismanalysis;predictionmethod;classificationofdifficultydegree

鲤!!垂!蔓!望!!£!蔓!丝!丝!!l!!曼!!l!!l!!l!塑!!£!!l!!l!!皇!鲤!!£!笪!!生!兰纽!曼!塑!!垦!!垂!生!!l!!生!丝!!生!!垂!生!!l趔!丝!丝!丝!生!丝!!生!!生!鲤!丝!丝!丝!熊!!生!(上接第155页)

NumericalSimulationofLandSubsidenceInducedbyGroundwater

Withdrawal

byThree_DimensionalFiniteElement

of

Water

andSoilCoupling

LIYun—anl,HUANGSheng—hua2,HUANGZhen—wej2

(1.E咒gf行PPri咒gF。c“Z£y,C^i咒nUhi铆Prsi}yo,l:论osciP咒fPs,’矿“矗口咒430074,C^i扎口;

2.D口力i“咒g忌。甜Brn尥c^C07雄p口咒y,C^口咒gJin,zgGeo£Pf^咒ic口ZE咒gi挖PPri,29Co,"户口以y,

Dn力i口咒g忌o“H甜6Pi441900,C危i咒口)

Abstract:This

paperpresents

theestabIishementofthree—dimensionalmathematicmodelwhichisabout

unsteadyflowofgroundwaterwithdrawal.

Theexistingnumericalequationofthree—dimensionalunsteady

flowofconfinedaquiferisused

to

solveit,andthenumericalformulaeofsource—sink

are

emphaticaUydis—

cussed.

NonlinearcompressiVeequationoflandsubsidenceinducedbygroundwaterwithdrawalisderived

fromeffectiVe

stress

andcompressiveprincipleofsoil.According

to

theconditionsofhydrogeologyand

en—gineeringgeologyofXinyemansionin

Wuhan,theenvironmentalgeotechnicalproblemisanalyzedand

e—

valuatedbythecalculationprogramoffiniteelementLCYXY3D.F90,andthecalculatedresultsagreeweUwiththosemeasured.

Keywords:groundwaterwithdrawal;landsubsidence;three—dimensionalfiniteelementmethod;environ—

mentalgeotechnique;nonlinearcompressiveequation

万 

方数据

南水北调中线水源工程丹江口水库坍岸问题浅析

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

黄振伟, 李云安, 黄胜华, HUANG Zhen-wei, LI Yun-an, HUANG Sheng-hua

黄振伟,黄胜华,HUANG Zhen-wei,HUANG Sheng-hua(长江岩土工程总公司丹江口公司,湖北,丹江口,441900), 李云安,LI Yun-an(中国地质大学工程学院,武汉,430074)地质科技情报

GEOLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION2005,24(z1)2次

参考文献(6条)

1.晏鄂川 工程岩体稳定性评价与利用研究(博士后出站报告) 20012.吴世明;周健;徐建平 环境岩土工程 20003.戚筱俊 工程地质及水文地质 19854.刘特洪 工程建设中的膨胀土问题 19975.刘佑荣 岩体力学 1999

6.中华人民共和国建设部 工程岩体分级标准 1994

本文读者也读过(10条)

1. 徐礼华.宋志斌 强度折减法在丹江口水库二期工程库岸稳定性分析中的应用[会议论文]-20072. 黄振伟.林仕祥.杜胜华.吴树良 丹江口水库库岸再造预测[期刊论文]-人民长江2007,38(9)3. 李玎 渝怀铁路三峡水库回水影响地段的坍岸整治[期刊论文]-四川建筑2007,27(4)4. 左小平.刘辉 湖南径流式电站水库土质岸坡坍岸预测浅析[期刊论文]-湖南水利水电2001(5)

5. 边义成.BIAN Yi-cheng 讨赖河东水峡水电站库区右岸铁路路基塌岸宽度预测[期刊论文]-西北水电2007(3)6. 龙清亮.Long Qingliang 渝怀线铜信溪电站水库坍岸预测[期刊论文]-铁道勘察2007,33(6)

7. 雷晓峰.黄尚锦.吕冰.李同录 西安市黑河水库塌岸对其左岸公路的影响评价[期刊论文]-西部探矿工程2005,17(1)

8. 孙越英.刘富有.郑继荣.付小婷 小浪底水库区垣曲段近岸区地质灾害类型及防治措施[期刊论文]-中国地质灾害与防治学报2004,15(4)

9. 王艳平 白鹤至伊洛河口河段河岸坍塌速率估算[会议论文]-2006

10. 杨刚 刺竹坪大桥水库坍岸预测及治理[期刊论文]-甘肃科技纵横2008,37(2)

引证文献(2条)

1.鲍玉海.贺秀斌 三峡水库消落带土壤侵蚀问题初步探讨[期刊论文]-水土保持研究 2011(6)2.何良德.方国庆 库岸再造机理及其影响因素分析研究[期刊论文]-华北水利水电学院学报 2007(1)

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