库岸斜坡的水文地质结构主要有以下两种:
(1)以松散土层或松散堆积层的孔隙为主要结构的土质斜坡。该类斜坡结构较松散,具有大孔隙性,粒间结合能力差,透水性较强。当水库运行时,库水位反复升降,使得坡体内出现循环的渗流作用,细小颗粒通过粗颗粒的孔径被水流带走,坡体出现侵蚀现象,使得坡体抗剪强度逐渐降低,最终导致斜坡失稳破坏。
(2)以基岩裂隙网为主要结构的岩质斜坡,由于岩质边坡中岩体结构面分布不均,结构面上的水压力分布则不一样,结构面渗透性能差异很大。如岩质斜坡上部岩层风化破裂或裂隙发育,透水性强,下部岩层较完整或相对隔水的软弱岩石,这种水文结构使斜坡具有季节性充水特点,降水地表水渗入裂隙发育的坡体内,产生空隙水压力,并在下伏隔水软弱层顶面聚积,造成软弱层软化,最终导致斜坡失稳破坏。
根据库岸斜坡变形及破坏型式,大致分为塌岸、崩塌、滑坡等三种类型。
4.6.2.1 塌岸
水库塌岸是指水库周边岸坡岩土体在水位升降、洪水冲刷及风浪冲蚀下不断发生塌落的现象。塌岸一般发生在地形坡度较陡的土质岸坡及软岩岸坡的残坡积层和强风化带,具有渐进发展的特点。
水库塌岸的过程如图4.38(a)所示。水库蓄水后,随着水位上升,抬高了岸边地下水位,浸润原先处于干燥状态的岩土,减小土体或软弱夹层的抗剪强度,使库岸岩土体的物理力学性质发生改变。由风力引起的水面波浪是改变库岸形态的动力因素之一,库岸岩土遭受浸湿和波浪的冲蚀,逐渐形成岸壁的初期塌落,破坏的快慢取决于岩土的强度及波浪的能量大小,如果原岸坡较高,则岸壁上形成与库水位在同一高度的浪蚀龛[图4.38(b)],波浪不断对被湿化的库岸冲击、磨蚀,自然崩落和冲击下来的岩土碎屑成为悬移质被波浪回流带离坡脚淤积在岸边,于是库岸边线后移,水下浅滩开始生成[图4.38(c)],波浪重复的作用,库岸不断塌落,后退,浅滩逐渐加宽,直至宽到足以消耗全部波能,库岸后退与浅滩的发展渐趋稳定,形成最终的平衡剖面[图4.38(d)]。
图4.38 水库塌岸示意图
1、2、3—不同时期的水位
4.6.2.2 崩塌
崩塌是指在地形较陡的岩质岸坡中,在库水、风浪冲刷、地表水和其他外部营力作用下发生失稳的现象。这种类型的破坏一般发生在岩质岸坡的强风化或强卸荷带内,规模不等,并且具有突发性。具体分为块状崩塌和软弱基座崩塌。
(1)块状崩塌。当岩质岸坡中发育有不利于岩体稳定的节理裂隙时,在外部营力的作用下,裂面被软化后,岩体沿节理裂隙面发生块状崩塌或崩落现象。该破坏类型示意图如图4.39所示。
(2)软弱基座崩塌。是指岩层倾向坡内或略缓倾坡外的上硬下软结构岸坡,在库水长期作用下,由于下部软岩软化崩解、冲蚀带走,在重力作用下,岸坡产生压缩或压致拉裂变形,导致上部岩体失稳的现象。该破坏类型示意图如图4.40所示。
图4.39 块状崩塌示意图
图4.40 软弱基座崩塌示意图(www.daowen.com)
4.6.2.3 滑坡
水库滑坡是指在库水、降雨及其他因素的影响下,岸坡岩土体沿软弱结构面(带)或已有的滑动面发生变形失稳的现象。常见的水库滑坡有以下几种类型。
(1)老滑坡复活。蓄水前,处于稳定或者基本稳定的滑坡,在水库蓄水后,由于库水作用,整体或者局部复活而产生滑移变形。
典型的有二滩水库区老鹰岩老滑坡。位于二滩水库中段金台子西侧雅碧江左岸,距大坝58km。该部位地处雅碧江河谷转弯向西凸出的前部,坡体三面临空,岸坡原始地形坡度44°,高程在1300.00m以上地形平缓。实测地质剖面如图4.41所示。岸坡为古滑坡体,坡体为黏性土与块石混合堆积,结构松软。在库水的浸润和水位急剧消落作用下,坡体受最大剪应力作用面控制,向临空方向发生剪切蠕变-松动扩容,当其达到潜在剪切面,必将造成剪切面上剪应力集中,促使剪切变形进一步加剧发展,岸坡最终沿潜在剪切面从前缘开始逐级向后缘滑移解体。
(2)深厚堆积层浅层滑坡。发育于各种堆积体中,水库蓄水后由于外界条件的改变,导致岸坡沿浅层滑动面发生圆弧形失稳,造成滑坡,滑坡示意图如图4.42所示。
(3)沿基岩—覆盖层界面滑坡。基岩上的覆盖层堆积体,在外部营力作用下,沿着基岩与覆盖层界面发生整体滑动的变形破坏型式。
发生这种类型的破坏一般需要具备几个方面的条件:①有明显的基岩与覆盖层界面,可形成滑动面;②在库水或地下水的作用下,基岩与覆盖层界面较易软化;③前缘临空或被淘蚀,坡体下滑力大于抗滑力。
图4.41 老鹰岩老滑坡复活型实测地质剖面(二滩水库)
图4.42 深厚堆积层浅层滑坡示意图
典型的有白龙江宝珠寺水库的冯家坪蠕滑变形体。冯家坪岸坡在地形上表现为宽270m、长约800m近东西向展布的槽状地形,平均坡度21°,两侧冲沟发育。坡体物质为残坡积黏性土与绢云母片岩块石及角砾混杂堆积,堆积体厚约60~70m,结构松软。地下水富积,且地表多处泉水出露。现场调查实测表明(图4.43),变形体发育于岸坡地形低缓的第四系槽地,地下水较富集,堆积物为结构松软的黏土及块石混合体。在库水的浸润作用下,每年1月水位下降时,岸坡基覆界面控制发生剪切蠕变,岸坡上发育向深部发展的拉裂变形。
(4)基岩顺层滑坡。基岩顺层滑移常发育于岩层走向与坡面近平行,倾向坡外,中等或中缓倾角的基岩岸坡中,且岩层中存在软弱夹层或软弱结构面。在水库蓄水后,软弱夹层或软弱结构面在水的作用下发生软化,抗剪强度降低,同时,滑坡体的下滑力增加,孔隙水压力上升导致摩擦力的降低,使岸沿软弱夹层产生整体滑动。滑坡示意如图4.44所示。
图4.43 冯家坪基—覆界面型滑坡实测地质剖面(宝珠寺水库)
图4.44 基岩顺层滑坡示意图
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