南村水库库区土质岸坡塌岸预测及评价

贾晓华

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

南村水库位于黎城县南村东部浊漳河流域一冲沟内，是一座以农业灌溉为主，兼顾工业及生活用水的小型水利枢纽工程。水库拟建坝型为均质土坝，坝顶高程804.2 m，坝顶长236 m，坝顶宽4 m，总库容119.07万m3，正常蓄水位803.2 m。距上游已建的三联坝水库约1.6 km，距下游已建的塔坡水库约2.1 km。库区两岸为黄土塬、黄土梁，岸坡陡立，坡度40°～75°，最大相对高差35 m。水库建成后，随着库水位的上涨，在多种因素的综合作用下，不可避免地会产生水库塌岸，对周边环境及水库的运行极为不利，因此对水库塌岸预测非常重要。

2 库区地形地质条件

南村水库所处地貌为山间倾斜平原区，为低中山与盆地过渡段。库区地貌按成因为侵蚀地貌，侵蚀地貌主要为黄土梁、峁及冲沟，库区内冲沟发育，呈树枝状分布，库区所处沟谷两岸土质岸坡，沟底高程由坝址至库尾为 785～807 m，沟谷宽 14～135 m，呈“U”型。

库区两岸上部地层为第四系上更新统洪冲积物，岩性为浅黄、土黄色低液限粉土、低液限黏土，其物理力学指标天然含水率为6.3%～13.1%，孔隙比1.010～1.182，砂粒含量1.5%～2.6%，粉粒含量76.1%～80.2%，黏粒含量18.1%～21.4%，饱和抗剪凝聚力10.5～19.7 kPa，平均值 14.6 kPa，内摩擦角 15.0°～18.5°，该层厚0～5 m。下部地层为第四系中更新统洪积物，岩性以浅红—红褐色低液限黏土为主，夹卵石混合土透镜体及钙质结核层，有3～4层褐红色古土壤带，垂直节理裂隙较为发育，裂隙面较宽、延伸长。低液限黏土物理力学指标天然含水率为8.2%～17.2%，孔隙比0.637～1.039，砂粒含量 0.8%～12.0%，粉粒含量62.3%～82.2%，黏粒含量16.5%～33.3%，饱和抗剪凝聚力 10.9～24.3 kPa，内摩擦角 15.5°～20.0°。该层厚 60～100 m。

3 塌岸型式及影响因素

3.1 塌岸型式

根据库岸地形地质条件及附近现有水库库区塌岸调查，库区塌岸型式可分为崩塌型和滑塌型两种。

崩塌型：多发生在由低液限黏土、低液限粉土组成的低岸，或下部为砂层、卵石混合土层，上部为低液限黏土、低液限粉土所组成的高岸。库区两岸为低液限黏土、低液限粉土，局部夹卵石混合土透镜体及钙质结核层，低液限粉土、低液限黏土中粉粒粒组含量大，且分布有褐红色古土壤带，垂直节理裂隙较发育。库区水位上升后，在水位消落范围内，两岸土体将变形而失去平衡，沿节理面迅速崩落，这些崩塌物被水逐渐搬运带走，两岸土体出现渐变破坏。最终水位变动带内及变动带上下以各自的稳定坡角而存在。这类塌岸型式在库区两岸分布范围广，发展速度快。

滑塌型：现状水库两岸岸坡天然坡度40°～75°，局部存在崩塌，但总体较为稳定。水库蓄水后，两岸水文地质条件将发生改变，坡脚土体受水浸泡，物理力学性质发生变化，土体抗剪强度将降低。此外，在库水位变动下，两岸土体内地下水流动会产生渗透压力。库岸土体可能造成坐塌、局部或整体滑坡。这种塌岸型式发展较慢，但形成的塌岸宽度和塌岸量较大且主要发生在库区受风浪影响较小的支沟内。

3.2 影响塌岸因素

第一，库岸形态及物质组成。库岸形态及物质组成与土层性质是影响水库塌岸的内在因素。南村水库库区两岸天然岸坡陡立，支沟发育，地形切割严重，冲沟形态及岸线弯曲多变。库岸由黄土状低液限粉土、低液限黏土组成，局部存在卵石混合土透镜状和钙质结核层，垂直节理较发育，这类土粉粒粒组含量大，结构松散，遇水易发生崩解，抗冲刷能力差，在岸坡较陡的情况下塌岸速度较快。

第二，风浪作用。风浪作用是水库塌岸及浅滩形成的主要外力。波浪对塌岸的影响主要表现为击岸波浪对岸壁土体淘刷与磨蚀，以及对塌落物质进行搬运，从而加速塌岸。击岸波浪的浪高与风速、风向、风在自由水面的吹程及水深等因素有关。南村库区支沟河道较狭窄、风速不大，风浪影响较小。但库区冲沟坡降较大，初期蓄水后，随着水位的升降，塌落堆积物被搬运的速度较快。且库容较小，两岸塌落堆积物形成淤积，对水库库容影响大。

第三，冻融变化。岸坡土体孔隙中的水反复结冰和解冻会破坏土体结构，使土体强度降低，最终导致岸坡破坏。南村水库库区属东部季风区暖温带半湿润地区，大陆季风气候明显，冬季天气寒冷，昼夜温差较大，最低气温-22℃，岸坡土体会发生冻融变化，对岸坡稳定不利。

4 库区长期塌岸宽度预测及评价

根据上述计算方法，在南村水库库岸两侧选取5个典型剖面进行了长期塌岸宽度预测计算。经计算，库区各段土质岸坡最终塌岸带宽度介于39.7～84.2 m之间，正常蓄水位803.2 m时库岸塌岸方量为154.2万m3。此外，南村水库与上游三联坝水库处于相似地貌单元。经过现场调查，三联坝水库建成至今，库岸土体在库水不断淘蚀及冲刷作用下不断后退，目前库岸大多为直立岸坡，后退距离一般15～20 m，最大后退距离约50 m。

南村水库为小型水库，总库容为119.07万m3，库区土质岸坡预测塌岸方量达到154.2万m3，对水库运行及大坝安全造成威协，建议对库区土质岸坡削坡或防护处理。

5 结论与建议

南村水库建成蓄水后，在多种因素的综合作用下将发生库岸再造。计算结果表明，库区各段土质岸坡最终塌岸带宽度介于39.7～84.2 m之间，库岸塌岸方量为154.2万m3。其总量超过库容，建议对两岸主要塌岸段进行削坡处理。此外，大坝坝型为均质土坝，库区两岸第四系中、上更新统低液限黏土均可作为土料使用，库区两岸土质岸坡削坡土料可作为上坝土料。