基于原位观测试验的甘肃省中小河流治理工程地质分析

曹克元，邵华泽

(1.山西省运城市水利勘察院，山西 运城 04400；2.江苏省连云港临洪水利工程管理处，江苏 连云港 222023)



基于原位观测试验的甘肃省中小河流治理工程地质分析

曹克元1，邵华泽2

(1.山西省运城市水利勘察院，山西 运城 04400；2.江苏省连云港临洪水利工程管理处，江苏 连云港 222023)

摘要：为分析计算甘肃省中小河流茹河段工程地质情况，采用原位观测试验方法定量分析计算研究河段地基承载指标，并定量对工程段坝基渗透变形进行了判别和计算。研究结果表明：研究段平均承载能力为536.8 kPa，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。

关键词：原位观测实验；地基承载指标；坝基渗透类型；茹河

0引言

茹河由西北流向东南，研究区内有县上经济开发区和农田，区域内土地平整、肥沃。茹河治理段的特点是两侧沟谷交错，树枝状水系发育，河道水量变化直接受降雨的影响，干旱季节河水较小，6～9月份降暴雨时河水横流。加之河道两岸农村和耕地无防洪设施，一遇洪水即造成较大的洪涝灾害，而且历时短，强度大，形成的洪水陡涨陡落，河床两岸土体松散，洪水上岸冲淘严重，使凹岸河床塌岸严重，凸岸粮田变成荒滩，致使川道粮田耕地面积逐年减少，严重的影响了农业发展和群众生活水平的提高。岸坡的不稳定和严重的洪水灾害直接威胁着茹河河道两岸人民的生存条件和安全。因此，在研究修建牢固的护岸堤防项目建设是必要的。而在河段治理前需要对该河段的工程地质进行分析，为河段治理工程设计提供数据，近些年来，基于原位观测试验的方法在中小河流治理地基分析中逐步得到采纳和运用，并取得一定的研究成果[1]，但在甘肃省中小河流治理地质分析研究较少，因此，文章采用原位观测实验的方法，对茹河治理段工程地质情况进行定量分析和计算，研究成果为该工程河段的治理设计提供参考数据。

2研究区域地质概况及研究方法

2.1　区域地质概况

研究区属祁吕贺山字型构造体系伊陕盾地，北部为贺兰褶带，属陇东黄土高原地貌，未发现较大的断裂和褶皱构造。植被不发育。山区海拔一般为1 130～1 350 m，相对高差约100～220 m。工程区地震动峰值加速度为0.10 g,工程区地震基本烈度为VII度,地震动反应谱特征周期为0.45 s，工程区出露的地层主要为第四系松散堆积层及下白垩系浅红色砂岩。工程区属于河谷地貌，不良物理地质现象主要表现为冲沟和陡岸坍塌[2]。

2.2　研究方法

原位观测实验的原理为在河段工程段内岩土所在原位置处，在保持天然结果、天然含水量以及天然应力状态下，运用试验设备测定治理区内岩土的工程力学相关指标，文中主要采集的指标为静载试验和岩体应力试验两种指标。

在研究段坝基渗透变形判别主要采用《堤防工程地质勘察规程》SL188-2005的判别方法进行判别，其中在管涌型临界水力比降采用下列公式计算：

Jcr=2.2(Gs-1)(1-n)2(d5/d20)

(1)

式中：Jcr为土的临界水力比降；d20为<该粒径的含量占总土重20%的颗粒粒径，mm；d5为<该粒径的含量占总土重5%的颗粒粒径，mm。土的临界水力比降除以2的安全系数为土的允许水力比降[3]。

3工程段原位观测试验分析

将研究河段分为9个堤段进行原位观测试验分析，各土层的原位测试项目为重型动力触探试验(N63.5)，触探锤击数均经杆长校正后，按地层进行统计分析，并给出建议值。各堤段各地层原位测试锤击数统计详见表1。

根据室内物理力学性质试验成果及现场原位测试锤击数确定了各土层的承载力特征值，建议值系根据各土层特征值结合工程经验综合给定，详见表2。

表1　各土层原位测试锤击数统计表

表2　各土层承载力特征值、建议值表

由表2看出，第1堤段其土层主要为圆砾素填土，经过原位试验，其承载力特征值为240 kPa，第2堤段其土层为卵石素填土，通过实验分析，其承载力特征值为625 kPa，承载力低于第1堤段承载力。第3堤段也为圆砾素填土，实验表明其承载力特征值为675 kPa，均高于前面2个堤段的承载力。第4堤段土层为圆砾素填土，其承载力特征值为675 kPa，和第3堤段的承载力特征值相同。第5堤段土层为单一的卵石，承载力特征值为650 kPa。第6堤段土层名称为圆砾素填土，其堤段承载力特征值650 kpa。第8堤段土层为卵石素填土，其承载力特征值也为650 kPa。第9堤段土层为圆砾素填土，其承载力特征值为650 kPa，和第8堤段承载力特征值相同。

从表2中可以看出，各堤段的承载力特征值平均值为536.8 kPa。

4研究段坝基渗透变形判别及计算

基于前述承载力分析结果，采用渗透变形判别规范方法和允许水力比降计算方法确定了不同堤段的允许水力比降和渗透变形类型。计算结果见表3。

表3　堤基土渗透变形判别及计算结果

从表3中可以看出，第1堤段的不均匀系数为23.55，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第2堤段的不均匀系数为70.17，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第3堤段的不均匀系数为47.82，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第4堤段不均匀系数为48.48，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第5堤段不均匀系数为159.53，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第6堤段不均匀系数为17.20，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第7堤不均匀系数为20.55，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第8堤段不均匀系数为146.42，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。第9堤段不均匀系数为22.53，允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型为管涌。

5结论

文章采用原位观测实验方法定量分析计算甘肃省内茹河段治理工程各堤段承载力特征，并判定各堤段堤基渗透类型及允许水力比降，研究取得以下结论：①研究河段内各堤段承载力平均特征值为536.8 kPa，承载能力建议平均特征值为455.6 kPa；②研究河段内允许水力比降为0.1~0.2，渗透变形类型均为管涌。

参考文献：

[1]廖平安.北京市中小河流治理技术探讨[J].中国水土保持,2014(01):11-13.

[2]姜成艳.中小河流治理技术研究及生态修复研究分析[J].内蒙古水利,2014(03):131-132.

[3]王越,丁艳荣,徐建华.中小河流治理技术研究及生态修复探讨[J].中国水利,2012(06):42-44.

Engineering Geological Analysis of Gansu Provincial Middle

and Small River Regulation based on In-situ Observation Test

CAO Ke-yuan1and SHAO Hua-ze2

(1.Yuncheng Urban Water Conservancy Investigation Institute Shanxi Province,Yuncheng 04400,China;

2.Lianyungang Linhong Water Conservancy Project Management Department，Lianyungang 222023,China)

Abstract：In order to analyze and calculate the engineering geology of middle and small rivers in Gansu Province，a method of in-situ observation test is adopted to conduct quantitative analysis for studying the bearing index of river reaches，and to judge and calculate quantitatively the dam foundation seepage deformation of project section.The results show that average carrying capacity of the researches section is 536.8kPa，allowable hydraulic gradient is 0.1~0.2，and the type of seepage deformation belongs to piping.

Key words：in-situ observation test;bearing capacity index of ground;permeable type of dam foundation;allowable hydraulic gradient;Ruhe river

[作者简介]曹克元(1974-)，男，山西运城人，工程师。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：P642

文献标识码：B

文章编号：1007-7596(2015)08-0046-03