水库周边岸坡在水库初次蓄水时,其水文地质条件将发生强烈改变。例如:岩土体浸水饱和,强度降低;库水位波动变化时,波浪冲刷岸坡,以及岸坡内动、静水压力的变化。对于疏松的土石岸坡水位升降及波浪的冲击下,岸坡将降逐渐后退达到一定程度时就稳定下来,形成新的稳定的岸坡,该过程称为水库塌岸。
(1)水库岸坡坍塌的形成过程
水库蓄水初期,水库塌岸表现最为强烈,随后逐渐减弱,一般可以延续几年甚至十几年,是一个长期而缓慢的过程。
①水库岸坡的初期破坏 水库蓄水初期,岩土受浸饱和及波浪冲蚀,开始形成岸壁塌落。
②浅滩的形成 在库岸较高的地带,水位以上岩土处于干燥状态,强度较高。在库水位附近的岩土,受波浪淘蚀,淘蚀物形成浅滩。
③岸壁后退,浅滩增大 随着库水位的升降变化,岸壁后移,浅滩扩展。
④稳定岸坡的形成 浅滩的形成和扩大,减小了近岸水深,加长了波浪冲击岸边的路程,削弱了波浪能量,沉积物减少。冲蚀和堆积作用基本停止,岸坡趋于稳定。
(2)水库岸坡坍塌的影响因素
影响水库塌岸的因素很多,有库岸岩性和构造条件、库岸形态特征、波浪作用强度、冻融作用、溶蚀作用等。以下主要介绍前3个因素:
1)岸坡岩性和构造条件
岩土性质决定了岸坡的抗剪强度和抗冲刷能力,库水作用在第四纪松散土层时,容易产生严重坍塌;对抗冲刷能力弱、遇水易软化的岩石,水上部分易风化,水下部分易软化,容易形成坍塌;坚硬岩石抗冲蚀能力强,一般不会坍塌。若岩体内部存在大的断层破碎带、节理发育、有软弱夹层,在一定条件下也会形成坍塌。
2)库岸形态
一般水下岸形陡直,岸前水深,波浪对库岸的作用强烈,坍塌物被搬运得快,加速塌岸过程。当地形坡度小于10°时,不发生塌岸。山区和平原河流,水库塌岸的影响有很大区别。低缓的平原岸坡有植物覆盖,坡度近似于水库天然冲刷坡度,很少发生坍塌作用。山区地形一般较陡,发生坍塌时很普遍的,尤其是水位以下岸坡陡峻,且岩土体有较多松散物或结构面组合的不稳定体,在水库蓄水初期坍塌现象严重。
3)波浪作用
波浪的冲刷作用对库岸的破坏作用最为显著。波浪的高度、长度、作用时间决定了波浪的大小和强度。波浪对塌岸的影响主要表现为浪对岸坡土体的冲刷和对塌落物的搬运,加速塌岸过程。(www.daowen.com)
4)其他因素作用
水文地质条件、自然地质现象、植被覆盖程度都与塌岸的形成密切相关。良好的植被可以保护岸壁;风化作用、冲刷作用、泥石流等在一定程度加速了塌岸过程;库水位的上升和下降两个阶段,岩土体饱和抗剪强度降低,易产生塌岸。
(3)岸坡坍塌的类型及稳定性评价
水库岸坡一般分为土质岸坡和岩质岸坡,不同岸坡其破坏形式和稳定性评价方法是不同的。
1)土质岸坡
一般在平原和山间盆地水库,主要由土层、沙砾石层等松散物堆积组成。其破坏形式以坍岸为主,一般分为风浪坍岸和冲刷坍岸。
①风浪坍岸主要发生在水库库面宽阔,库水较深地段。在库水位浸泡和破浪冲蚀作用下,库岸下部形成内凹的浪蚀穴,引起上部岸坡的崩塌。
②冲刷坍岸一般发生在水库的库尾地段,特别是上游有梯级电站。夏季汛期腾空防洪库容,水库库尾恢复河流形态,岸坡土体饱和在河流转弯处易发生冲刷塌方。当上游电站泄洪时,塌方现象更严重。
2)岩质岸坡
一般在峡谷和丘陵水库,其破坏形式以滑坡和崩塌为主。滑坡的发生与岸坡的地形地质条件有关,如坡面形态、排水条件、岩体结构等。
水库滑坡常用刚体极限平衡法进行分析。边坡的抗滑稳定程度以安全系数表示。稳定系数是边坡自身的抗滑力矩与滑动力矩的比值。为保证安全达到的最低稳定系数,称为安全系数。
除滑坡外,岩崩是岩质水库岸坡的另一种失稳形式。一般发生在岸坡陡峻、岩性坚硬、裂隙发育的岩体中,尤其是岸坡岩体上硬下软或下部有采空区的岸坡,极易发生大型岩崩。
(4)水库塌岸的治理措施
水库塌岸的治理一般是在塌岸处修建防护体,减缓或阻止库水对岸坡的冲蚀作用。通常采用抛石、草皮护坡、砌石护坡、护岸墙等措施。
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