黄土地区水库塌岸分析与探究[2]
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3 库岸边坡稳定性分析
库岸边坡下部在水流作用下不断下切, 由于蓄水、 降雨等因素, 导致库岸边坡在重力作用产生崩塌。水 流的强烈下切会加大库岸边坡下部的直立面高度, 对 库岸边坡的稳定性产生不利作用。一般库岸边坡失稳 是水流的切割、降雨影响和坡面土体自重力共同作用 的结果, 如图 2所示。
库岸边坡受力状况: 土体重力 W t, 土体重力主要 考虑土体自重以及降雨过程中由于雨水入渗产生的重 力增量; 裂缝水压力 T; 潜在滑动面上的抗滑力 FR, 其 与土体的黏聚力和内摩擦角有关且随含水量变化; 坡 脚处的水流切割力 Sc, 其导致坡脚的横向后退, 加大坡 脚直立面高度增加。
(下转第 46页 )
46
铁道勘察
2009年第 4期
A = 01016 678 315 B = 01999 860 459 C = 01000 945 961 D = 81841 322 339 ( 2)由 ( 3) 式可以计算得出各个实测坐标的投影 点的坐标及残差, 列于表 1中。
表 1 实测坐标及投影点坐标
-H t sin B
)
c
+
Wt
cos
Btan
U
( 5)
图 2 库岸边坡侵蚀示意
311 库岸边坡下滑力的确定
裂缝水压力 T 可表示为
T=
1 2
CH
2 t
( 1)
式中 C为雨水容重; H t 为裂隙深度。
由几何关系可知, 潜在失稳坡体重力 W t 为
Wt =
Cwm 2
H2
-
H
2 t
tan B
-
H
2 1
tan i
收稿日期: 2009- 03- 24 作者简介: 隆 星 ( 1976) ) , 男, 1999 年毕 业于 西安工 学院 勘察 专业, 工程师。
的变化; ( 2)岸壁的破坏和坍塌。 水库的蓄水, 改变了库岸土体的含水量状态, 库岸
土体容重、孔隙度、塑性状态、内摩擦角和凝聚力等都 发生改变。孔隙度、摩擦力和凝聚力随着含水量的增 加而减小。同时含水量的增加引起土体结构的变化, 使土体发生软化和崩解等现象。因此, 正是水库的蓄 水改变了库岸土体的物理、力学和水理性质, 改变了库 岸稳定的条件。
水库蓄水后, 库区的水文动态发生了改变, 水面加 宽, 风浪作用加强, 拍岸浪以击岸的滑动波或俯冲波对 岸壁进行磨蚀或冲击, 库岸在波浪的淘刷作用下, 下部 土体被掏空和破坏, 上部土体失去平衡后, 随即塌落, 如图 1所示。
图 1 失稳示意
112 塌岸的形式
从塌岸发生和发展过程中所表现的形态, 可分为 剥落、崩塌、座塌和滑塌四种基本类型。
黄土水库塌岸关系到工程效益、资源开发、库区及 其影响范 围内地 质环境的 地质灾害 的防治、搬迁 城 (村 ) 镇的合理布局、交通运输及滨库地带居民点和农 田安全保 护等问 题, 研 究塌岸现 象有着重 要的现 实 意义。
1 塌岸过程和形式的分析
111 塌岸过程分析
塌岸的发生可分为 2个阶段: ( 1) 库岸土体 性质
FD = W t sin B + T cos B
( 3)
312 库岸边坡抗滑力的确定
库岸边坡降雨 入渗湿化后坡体 稳定状况发生 变
化, 表现为三个方面: ¹ 内部黏聚力引起的黏性压应力 与抗拉强度 c变小, 主要体现在土体基质吸力的降低;
º 由于坡体的浸水湿化, 内摩擦角 U变小; » 坡 体材
料的重度 C变大。这三个方面都导致坡体的自稳高度
另外塌岸形式还常出现二种或三种的复合形式, 大都发生在由黏土、粉砂、砂砾石及黄土状土组成的多 层结构的高岸陡坡上。
2 塌岸的影响因素
211 库岸的岩层结构和岩性
库岸岩层的产状、层厚、上下层序、各层的出露位 置及其物质组成和性质, 它们直接控制岸壁坍塌的宽 度、速度和形式, 如密实的黏土凝聚力大, 抗冲刷性较 强, 塌岸宽度不大或仅表现为岸坡表明风化土体的剥 落; 黄土的粉土粒组含量大, 孔隙率高, 崩解速度快, 浸 水后土的胶体连结被破坏, 大大降低土体的承载力, 形 成快速、强烈的坍塌; 粉、细砂颗粒间具有不联结特性, 抗冲刷性弱, 遇水不稳定, 常造成大量的坍塌; 胶结好 的砂砾石层抗剪强度较 大, 抗冲刷性较 强, 遇水较 稳 定, 常成为库岸的天然保护层, 坡度较大。
( 2)
式中 Cwm为相应于某一土体含水量 w 时的土体容重; H 为坡高。
因此, 库岸边坡沿潜在滑面的下滑力为
图 3 U与 t关系曲线
313 稳定性评价
按照传统的极限平衡法, 安全系数为
Fs
=
FR FD
( 6)
来自百度文库
当 F s[ 1, 库岸边坡发生失稳, 即出现塌岸。
4 结论
通过以上分析可知: ( 1) 库岸边坡的失稳塌 岸演 化过程受控于库岸边 坡的内部结构和外界因素的 影 响, 对库岸边坡失稳内外控制因素的分析有助于进行 塌岸现象的研究; ( 2) 根据库岸边坡塌岸情况提出了 边坡分析的控制演化方程。
( 3) 座塌: 即先座后塌, 多发生在由砂层、砂 砾层 及黄土状亚黏土、亚砂土所组成的高岸陡坡上。下部 的砂卵石层在波浪的作用下被掏空, 使上部土体失去 支撑, 或者由于水库的蓄水, 地下水水位相应抬高, 黄 土遇水 湿陷, 首 先 岸顶 产 生裂 缝, 然 后 岸坡 下 座 而 坍塌。
( 4) 滑塌: 土体 沿某一层滑移。常发生在由 黄土 状土及黏土所构成的双层结构的高岸陡坡上。黏性土 层结构密实, 凝聚力, 耐水性强, 遇水较稳定。上部的 黄土柱状节理较发育, 沿水平方向的渗透性较弱, 垂直 方向的渗透性较强。在库水的浸泡作用下, 上部的黄 土湿化, 且在黄土与黏土的接触面上, 黏土层受库水作 用后, 力学指标降低, 黄土即沿黏土面向下滑移。滑移 的速度慢, 频 率小, 但造成的塌岸宽 度和塌岸量一 般 较大。
212 库岸形态
岸高、岸坡、水下岸形、岸线的曲率及库岸的切割 程度等, 对塌岸的形式、速度、塌岸量和浅滩的形态有 很大的影响。
一般高岸陡坡塌岸量大, 高岸缓坡塌岸量小, 岸顶 后退距离小, 坍塌以岸腰部分为主。低岸陡坡的塌岸 速度快, 塌岸量小, 塌岸形式常为崩塌, 低岸缓坡常以 水下坍塌为主。
213 水的作用
黄土地区水库塌岸分析与探究: 隆 星
35
文章编号: 1672- 7479( 2009) 04- 0035- 03
黄土地区水库塌岸分析与探究
隆星
(中铁 十一局集团有限公司, 湖北武汉 430000)
Consideration and Analysis on Bank Fall of R eservoir in Loess A rea
点
实测坐标 /m
x
y
H
U1 - 41082 - 81777 21109
投影点坐标 /m
xc
yc
Hc
- 41082 0 - 81776 5 21109 0
残差 /m 01000 5
U2 - 01338 - 81846 21111 - 01337 9 - 81839 0 21111 0 01000 7 U3 31787 - 81906 21109 31787 0 - 81907 7 21109 0 - 01001 7
变小, 使得原来处于稳定状态的坡体发生失稳。基质 吸力的变化和内摩擦角的变化需要持续一定的时间,
图 3所示的为内摩擦角的浸水湿化情况, Ud 为内摩擦 角上 限值, Uw 为 到 达内 摩擦 角 下限 值 的 tc 为 湿 化 时间。
当土体的内摩擦角可以视为不变时, 考虑黏聚力
的变化, 则非饱和土抗剪强度可近似写为
36
铁道勘察
2009年第 4期
( 1) 剥落: 库岸岩性为致密的压黏土、黏土或胶结 及半胶结的砂层及砂砾层, 耐水性和抗冲刷性强, 遇水 较稳定, 但在库水侵蚀和波浪的冲蚀作用下, 胶结物质 遭到破坏 或风化 岩层遇水 软化, 造成岸坡 岩体表 面 剥落。
( 2) 崩塌: 多发生在由黄土状亚黏土、亚砂土的低 岸, 或下部为砂层, 砂卵石层, 上部为黄土状土所组成 的高岸。黄土的粉土粒组含量大, 孔隙率高, 崩解速度 快, 浸水后土体的结构改变, 且柱状节理一般较发育。 当与库水接触后, 土体骤然变形而失去平衡, 沿黄土的 节理面迅速崩落; 当下部为含、透水性强的砂层或砂卵 石层时, 则大大加快崩塌的速度。崩塌的特点是速度 快, 频率大。
215 其他因素
其他作用, 如沿岸流对凸岸、岸咀的冲刷, 加速了 塌岸的过程; 冻融作用则破坏了土层结构, 使土体发生 裂缝或坍塌。同时库岸的物理地质作用, 如风化作用, 滑坡现象和地表水冲刷等, 在一定程度上加速了塌岸 的过程。
黄土地区水库塌岸分析与探究: 隆 星
37
库岸边坡塌岸的发生和发展是极其错综复杂的, 影响因素也是很多的, 概括起来, 可分为内、外两个因 素。 ( 1) 内在因素: 主要岩土性质、岩体结构等, 决定 边坡变形的形式和规模, 对边坡的稳定性起着控制作 用, 是边坡变 形失稳的先决条件, 其 变化是十分缓 慢 的。 ( 2) 外在因素: 包括水文地质 条件, 风化作用、水 的作用、地震及人为因素等, 但只有通过内在因素, 才 能对边坡稳定性起着破坏作用, 或者促进边坡变形的 发生和发展, 外在因素的变化是很快的。
S = c + R tan U = cc+ Sc+ R tan U ( 4) 式中 S为非饱和土的抗剪强度; cc为相应于饱和土体
的黏聚力; Sc为附加黏聚力。黏聚力随含水量变化可
根据相关试验得到。
确定坡体材料得抗剪强度参数随含水量变化的关
系后, 由图 2可知潜在滑面上的抗滑力 FR 为
FR =
(H
214 波浪作用
波浪对塌岸的影响作用主要表现为击岸浪对岸壁 土体的淘刷与磨蚀, 对塌落物质进行搬运, 从而加速塌 岸的过程。波浪作用的强烈程度取决于对库岸作用的 有效波能的大小, 后者与波高、波速及波作用于岸的方 向有关。对同一类岩性的库岸来说, 波越高, 作用时间 越长, 波能越大, 波浪的淘刷与磨蚀作用越强, 塌落堆 积物被搬运的速度越快, 被搬运物质的粒径就越大, 搬 运距离就越远, 形成的浅滩宽而缓。反之, 对岸壁淘刷 与磨蚀作用的能力弱, 塌落物质被搬运的速度则慢, 被 搬运物质粒径亦小, 形成的浅滩陡而窄。
随着水库的蓄水, 库岸地下水的埋藏条件及水位 动态也相应地产生变化, 库水及地下水的作用就成为 塌岸的重要动力因素。水库蓄水不仅为波浪作用的发 展提供基本条件, 而且是促使土体物理、力学、水理性 质改变的重要条件。
地下水对塌岸的形成有着直观重要的影响。塌岸 形成的力学机制有三种: ¹ 张拉破坏, º 剪切破坏, » 剪切 - 张拉共同作用下的破坏。这三种形成机制与地 下水密切相关, 主要体现在: ¹ 作用于土体颗粒上静孔 隙水压力, º 与水流方向平行的动水压力引起的剪切 力。此外, 基质吸力对 土洞的形成也 有一定的影响。 静孔隙水压力使土体结构发生变形破坏, 同时地下水 的存在也造成土体的基质吸力丧失, 产生土体块体的 剥落。当土体中孔隙水作用于土体的拉应力超过土体 的抗拉强度 Rt 时, 土体开始产生张裂缝, 同时剥落的 土体被水 流冲走。动水压力对土体 颗粒产生剪切 作 用, 当超过临界剪应力 Scr时, 土体开始崩解。
库边坡塌岸稳定性计算方式。
关键词 水库塌岸 影响因素 地下水 稳定性
中图分类号: TU 443
文献标识码: A
黄河流域黄土地区水库的库岸边坡塌岸现 象严 重, 并对环境产生了巨大的影响。例如三门峡水库从 1960年 9月建成蓄水后, 经过两次改建, 经历了 蓄水 运用、泄洪排沙和蓄清排浑三个运用阶段, 对潼关至三 门峡大坝的冲淤、河势及库岸变形产生很大影响。河 南三门峡库区段主流长 108 km, 沿 326 m 等高线库岸 线长 181 km, 两岸多由黄土类沙土构成, 土层抗 冲力 差, 受水流、波浪冲击的双重影响, 造成库岸较大的变 形和塌岸。后来修建的小浪底水库地区也有着严重的 塌岸现象。
L ong X ing
摘 要 塌岸现象是影响黄土地区水库环境地质的重要问题之一。库岸土体湿度状态的变化导致
土体的容重、孔隙度、塑性状态、内摩擦角和凝聚力发生改变; 同时, 湿度的变化常引起土体结构的变化,
使土体发生软化和崩解等现象。而库岸土体的物理、力学和水理性质, 影响着库岸稳定性。系统的总结
了黄土地区塌岸的形成过程和塌岸的具体表现形式, 分析了影响库岸边坡稳定性的主要因素, 给出了水
库岸边坡下部在水流作用下不断下切, 由于蓄水、 降雨等因素, 导致库岸边坡在重力作用产生崩塌。水 流的强烈下切会加大库岸边坡下部的直立面高度, 对 库岸边坡的稳定性产生不利作用。一般库岸边坡失稳 是水流的切割、降雨影响和坡面土体自重力共同作用 的结果, 如图 2所示。
库岸边坡受力状况: 土体重力 W t, 土体重力主要 考虑土体自重以及降雨过程中由于雨水入渗产生的重 力增量; 裂缝水压力 T; 潜在滑动面上的抗滑力 FR, 其 与土体的黏聚力和内摩擦角有关且随含水量变化; 坡 脚处的水流切割力 Sc, 其导致坡脚的横向后退, 加大坡 脚直立面高度增加。
(下转第 46页 )
46
铁道勘察
2009年第 4期
A = 01016 678 315 B = 01999 860 459 C = 01000 945 961 D = 81841 322 339 ( 2)由 ( 3) 式可以计算得出各个实测坐标的投影 点的坐标及残差, 列于表 1中。
表 1 实测坐标及投影点坐标
-H t sin B
)
c
+
Wt
cos
Btan
U
( 5)
图 2 库岸边坡侵蚀示意
311 库岸边坡下滑力的确定
裂缝水压力 T 可表示为
T=
1 2
CH
2 t
( 1)
式中 C为雨水容重; H t 为裂隙深度。
由几何关系可知, 潜在失稳坡体重力 W t 为
Wt =
Cwm 2
H2
-
H
2 t
tan B
-
H
2 1
tan i
收稿日期: 2009- 03- 24 作者简介: 隆 星 ( 1976) ) , 男, 1999 年毕 业于 西安工 学院 勘察 专业, 工程师。
的变化; ( 2)岸壁的破坏和坍塌。 水库的蓄水, 改变了库岸土体的含水量状态, 库岸
土体容重、孔隙度、塑性状态、内摩擦角和凝聚力等都 发生改变。孔隙度、摩擦力和凝聚力随着含水量的增 加而减小。同时含水量的增加引起土体结构的变化, 使土体发生软化和崩解等现象。因此, 正是水库的蓄 水改变了库岸土体的物理、力学和水理性质, 改变了库 岸稳定的条件。
水库蓄水后, 库区的水文动态发生了改变, 水面加 宽, 风浪作用加强, 拍岸浪以击岸的滑动波或俯冲波对 岸壁进行磨蚀或冲击, 库岸在波浪的淘刷作用下, 下部 土体被掏空和破坏, 上部土体失去平衡后, 随即塌落, 如图 1所示。
图 1 失稳示意
112 塌岸的形式
从塌岸发生和发展过程中所表现的形态, 可分为 剥落、崩塌、座塌和滑塌四种基本类型。
黄土水库塌岸关系到工程效益、资源开发、库区及 其影响范 围内地 质环境的 地质灾害 的防治、搬迁 城 (村 ) 镇的合理布局、交通运输及滨库地带居民点和农 田安全保 护等问 题, 研 究塌岸现 象有着重 要的现 实 意义。
1 塌岸过程和形式的分析
111 塌岸过程分析
塌岸的发生可分为 2个阶段: ( 1) 库岸土体 性质
FD = W t sin B + T cos B
( 3)
312 库岸边坡抗滑力的确定
库岸边坡降雨 入渗湿化后坡体 稳定状况发生 变
化, 表现为三个方面: ¹ 内部黏聚力引起的黏性压应力 与抗拉强度 c变小, 主要体现在土体基质吸力的降低;
º 由于坡体的浸水湿化, 内摩擦角 U变小; » 坡 体材
料的重度 C变大。这三个方面都导致坡体的自稳高度
另外塌岸形式还常出现二种或三种的复合形式, 大都发生在由黏土、粉砂、砂砾石及黄土状土组成的多 层结构的高岸陡坡上。
2 塌岸的影响因素
211 库岸的岩层结构和岩性
库岸岩层的产状、层厚、上下层序、各层的出露位 置及其物质组成和性质, 它们直接控制岸壁坍塌的宽 度、速度和形式, 如密实的黏土凝聚力大, 抗冲刷性较 强, 塌岸宽度不大或仅表现为岸坡表明风化土体的剥 落; 黄土的粉土粒组含量大, 孔隙率高, 崩解速度快, 浸 水后土的胶体连结被破坏, 大大降低土体的承载力, 形 成快速、强烈的坍塌; 粉、细砂颗粒间具有不联结特性, 抗冲刷性弱, 遇水不稳定, 常造成大量的坍塌; 胶结好 的砂砾石层抗剪强度较 大, 抗冲刷性较 强, 遇水较 稳 定, 常成为库岸的天然保护层, 坡度较大。
( 2)
式中 Cwm为相应于某一土体含水量 w 时的土体容重; H 为坡高。
因此, 库岸边坡沿潜在滑面的下滑力为
图 3 U与 t关系曲线
313 稳定性评价
按照传统的极限平衡法, 安全系数为
Fs
=
FR FD
( 6)
来自百度文库
当 F s[ 1, 库岸边坡发生失稳, 即出现塌岸。
4 结论
通过以上分析可知: ( 1) 库岸边坡的失稳塌 岸演 化过程受控于库岸边 坡的内部结构和外界因素的 影 响, 对库岸边坡失稳内外控制因素的分析有助于进行 塌岸现象的研究; ( 2) 根据库岸边坡塌岸情况提出了 边坡分析的控制演化方程。
( 3) 座塌: 即先座后塌, 多发生在由砂层、砂 砾层 及黄土状亚黏土、亚砂土所组成的高岸陡坡上。下部 的砂卵石层在波浪的作用下被掏空, 使上部土体失去 支撑, 或者由于水库的蓄水, 地下水水位相应抬高, 黄 土遇水 湿陷, 首 先 岸顶 产 生裂 缝, 然 后 岸坡 下 座 而 坍塌。
( 4) 滑塌: 土体 沿某一层滑移。常发生在由 黄土 状土及黏土所构成的双层结构的高岸陡坡上。黏性土 层结构密实, 凝聚力, 耐水性强, 遇水较稳定。上部的 黄土柱状节理较发育, 沿水平方向的渗透性较弱, 垂直 方向的渗透性较强。在库水的浸泡作用下, 上部的黄 土湿化, 且在黄土与黏土的接触面上, 黏土层受库水作 用后, 力学指标降低, 黄土即沿黏土面向下滑移。滑移 的速度慢, 频 率小, 但造成的塌岸宽 度和塌岸量一 般 较大。
212 库岸形态
岸高、岸坡、水下岸形、岸线的曲率及库岸的切割 程度等, 对塌岸的形式、速度、塌岸量和浅滩的形态有 很大的影响。
一般高岸陡坡塌岸量大, 高岸缓坡塌岸量小, 岸顶 后退距离小, 坍塌以岸腰部分为主。低岸陡坡的塌岸 速度快, 塌岸量小, 塌岸形式常为崩塌, 低岸缓坡常以 水下坍塌为主。
213 水的作用
黄土地区水库塌岸分析与探究: 隆 星
35
文章编号: 1672- 7479( 2009) 04- 0035- 03
黄土地区水库塌岸分析与探究
隆星
(中铁 十一局集团有限公司, 湖北武汉 430000)
Consideration and Analysis on Bank Fall of R eservoir in Loess A rea
点
实测坐标 /m
x
y
H
U1 - 41082 - 81777 21109
投影点坐标 /m
xc
yc
Hc
- 41082 0 - 81776 5 21109 0
残差 /m 01000 5
U2 - 01338 - 81846 21111 - 01337 9 - 81839 0 21111 0 01000 7 U3 31787 - 81906 21109 31787 0 - 81907 7 21109 0 - 01001 7
变小, 使得原来处于稳定状态的坡体发生失稳。基质 吸力的变化和内摩擦角的变化需要持续一定的时间,
图 3所示的为内摩擦角的浸水湿化情况, Ud 为内摩擦 角上 限值, Uw 为 到 达内 摩擦 角 下限 值 的 tc 为 湿 化 时间。
当土体的内摩擦角可以视为不变时, 考虑黏聚力
的变化, 则非饱和土抗剪强度可近似写为
36
铁道勘察
2009年第 4期
( 1) 剥落: 库岸岩性为致密的压黏土、黏土或胶结 及半胶结的砂层及砂砾层, 耐水性和抗冲刷性强, 遇水 较稳定, 但在库水侵蚀和波浪的冲蚀作用下, 胶结物质 遭到破坏 或风化 岩层遇水 软化, 造成岸坡 岩体表 面 剥落。
( 2) 崩塌: 多发生在由黄土状亚黏土、亚砂土的低 岸, 或下部为砂层, 砂卵石层, 上部为黄土状土所组成 的高岸。黄土的粉土粒组含量大, 孔隙率高, 崩解速度 快, 浸水后土体的结构改变, 且柱状节理一般较发育。 当与库水接触后, 土体骤然变形而失去平衡, 沿黄土的 节理面迅速崩落; 当下部为含、透水性强的砂层或砂卵 石层时, 则大大加快崩塌的速度。崩塌的特点是速度 快, 频率大。
215 其他因素
其他作用, 如沿岸流对凸岸、岸咀的冲刷, 加速了 塌岸的过程; 冻融作用则破坏了土层结构, 使土体发生 裂缝或坍塌。同时库岸的物理地质作用, 如风化作用, 滑坡现象和地表水冲刷等, 在一定程度上加速了塌岸 的过程。
黄土地区水库塌岸分析与探究: 隆 星
37
库岸边坡塌岸的发生和发展是极其错综复杂的, 影响因素也是很多的, 概括起来, 可分为内、外两个因 素。 ( 1) 内在因素: 主要岩土性质、岩体结构等, 决定 边坡变形的形式和规模, 对边坡的稳定性起着控制作 用, 是边坡变 形失稳的先决条件, 其 变化是十分缓 慢 的。 ( 2) 外在因素: 包括水文地质 条件, 风化作用、水 的作用、地震及人为因素等, 但只有通过内在因素, 才 能对边坡稳定性起着破坏作用, 或者促进边坡变形的 发生和发展, 外在因素的变化是很快的。
S = c + R tan U = cc+ Sc+ R tan U ( 4) 式中 S为非饱和土的抗剪强度; cc为相应于饱和土体
的黏聚力; Sc为附加黏聚力。黏聚力随含水量变化可
根据相关试验得到。
确定坡体材料得抗剪强度参数随含水量变化的关
系后, 由图 2可知潜在滑面上的抗滑力 FR 为
FR =
(H
214 波浪作用
波浪对塌岸的影响作用主要表现为击岸浪对岸壁 土体的淘刷与磨蚀, 对塌落物质进行搬运, 从而加速塌 岸的过程。波浪作用的强烈程度取决于对库岸作用的 有效波能的大小, 后者与波高、波速及波作用于岸的方 向有关。对同一类岩性的库岸来说, 波越高, 作用时间 越长, 波能越大, 波浪的淘刷与磨蚀作用越强, 塌落堆 积物被搬运的速度越快, 被搬运物质的粒径就越大, 搬 运距离就越远, 形成的浅滩宽而缓。反之, 对岸壁淘刷 与磨蚀作用的能力弱, 塌落物质被搬运的速度则慢, 被 搬运物质粒径亦小, 形成的浅滩陡而窄。
随着水库的蓄水, 库岸地下水的埋藏条件及水位 动态也相应地产生变化, 库水及地下水的作用就成为 塌岸的重要动力因素。水库蓄水不仅为波浪作用的发 展提供基本条件, 而且是促使土体物理、力学、水理性 质改变的重要条件。
地下水对塌岸的形成有着直观重要的影响。塌岸 形成的力学机制有三种: ¹ 张拉破坏, º 剪切破坏, » 剪切 - 张拉共同作用下的破坏。这三种形成机制与地 下水密切相关, 主要体现在: ¹ 作用于土体颗粒上静孔 隙水压力, º 与水流方向平行的动水压力引起的剪切 力。此外, 基质吸力对 土洞的形成也 有一定的影响。 静孔隙水压力使土体结构发生变形破坏, 同时地下水 的存在也造成土体的基质吸力丧失, 产生土体块体的 剥落。当土体中孔隙水作用于土体的拉应力超过土体 的抗拉强度 Rt 时, 土体开始产生张裂缝, 同时剥落的 土体被水 流冲走。动水压力对土体 颗粒产生剪切 作 用, 当超过临界剪应力 Scr时, 土体开始崩解。
库边坡塌岸稳定性计算方式。
关键词 水库塌岸 影响因素 地下水 稳定性
中图分类号: TU 443
文献标识码: A
黄河流域黄土地区水库的库岸边坡塌岸现 象严 重, 并对环境产生了巨大的影响。例如三门峡水库从 1960年 9月建成蓄水后, 经过两次改建, 经历了 蓄水 运用、泄洪排沙和蓄清排浑三个运用阶段, 对潼关至三 门峡大坝的冲淤、河势及库岸变形产生很大影响。河 南三门峡库区段主流长 108 km, 沿 326 m 等高线库岸 线长 181 km, 两岸多由黄土类沙土构成, 土层抗 冲力 差, 受水流、波浪冲击的双重影响, 造成库岸较大的变 形和塌岸。后来修建的小浪底水库地区也有着严重的 塌岸现象。
L ong X ing
摘 要 塌岸现象是影响黄土地区水库环境地质的重要问题之一。库岸土体湿度状态的变化导致
土体的容重、孔隙度、塑性状态、内摩擦角和凝聚力发生改变; 同时, 湿度的变化常引起土体结构的变化,
使土体发生软化和崩解等现象。而库岸土体的物理、力学和水理性质, 影响着库岸稳定性。系统的总结
了黄土地区塌岸的形成过程和塌岸的具体表现形式, 分析了影响库岸边坡稳定性的主要因素, 给出了水