宜都市长江与清江岸坡稳定性评价

俎全磊, 刘 帅, 陈 刚

(湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

宜都市长江与清江岸坡稳定性评价

俎全磊, 刘 帅, 陈 刚

(湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

阐述宜都市长江和清江的岸坡类型划分及岸坡稳定性评价指标,根据岸坡类型特征、岸坡稳定性现状、外动力作用、水位涨落的作用、堤防工程五个评价指标对岸坡进行稳定性评价,为该市大江大河的地质灾害防治提供基础资料,为将来大江大河流域岸坡地质灾害后期工作的开展提供借鉴意义。

宜都;长江;清江;岸坡稳定性评价

1 概况

宜都市境内有长江和清江两条主要河流,长江从宜都市北西虎牙滩入境(位于葛洲坝水利枢纽下游24 km),向东经陆城、枝城,由洋溪出境入松滋市,市境流程46 km。清江自长阳县搬鱼嘴入境,向东北流至鄢家沱,折向南流至下溪口,向北至汉洋坪流向东南,于陆城汇注长江,境内流程41 km。根据流域和岸坡位置,按水系将区内岸坡划分为长江干流岸坡段,清江干流岸坡段和清江高坝洲水库库岸宜都段三个部分论述。

2 岸坡类型的划分

对区内岸坡进行划分的依据有:岸坡物质组成结构类型和岸坡结构类型。大量工程实践和研究证明,在岸坡稳定性分析评价中,这两者统称为岸坡类型特征,两者既有区别也有一定的联系,它们组合往往构成了岸坡的基本地质结构模式,并且组合类型通常决定了岸坡的稳定状况及主要变形破坏方式和规模。

2.1 岸坡物质组成结构类型

本文从工程地质的角度对区内岸坡的物质组成进行了划分,结果如表1所示。宜都市长江和清江两岸主要出露第四系、白垩系—第三系、志留系、寒武系、奥陶系等地层。第四系主要分布于红花套、陆城、枝城一带的长江沿岸和清江两岸,主要为河流冲积、洪积形成的松散堆积体,部分为残坡积和人工堆积的松散堆积体;白垩系—第三系、志留系地层主要分布于区内长江上游及清江中—上游区域,为碎屑岩,岩性较坚硬—软弱,力学强度中等,易风化;寒武系、奥陶系地层主要分布于区内长江下游及清江上游地区,为碳酸盐岩,岩性坚硬—较坚硬,性脆,抗风化能力强,岩石的可溶性高,力学强度高。

表1 岩组划分表

本区岸坡岩体主要由薄层—中厚层的灰岩、白云岩、砂岩、砾岩、泥岩等构成,结构面往往是构造裂隙面,出露地层见表2。本区岩质岸坡岩体结构都属于层状结构,但由于强烈的构造作用和风化卸荷作用,使得局部岸坡表层岩体呈块状、碎裂结构。

2.2 岸坡结构类型划分[1]

按照组成岸坡的岩土体的工程地质类型,将岸坡划分为3大类。

Ⅰ:岩质岸坡,主要由碎屑岩、碳酸盐岩组成;

Ⅱ:土质岸坡,岩性以第四系冲洪积物和残坡积物为主,岩体结构松散,强度较低;

图1 宜都市岸坡分段图

表2 宜都岸坡层状结构出露地层一览表

Ⅲ:岩土复合岸坡,下部为基岩,上覆松散堆积物,二元结构。

2.2.1 岩质岸坡结构类型划分

根据岸坡结构,选取岩层倾角(α)、岩层倾向与库岸边坡倾向间的夹角(θ),作为岩质岸坡结构的基本条件,划分为6类:

Ⅰ1平缓岸坡:α≤10°;

Ⅰ2顺向缓倾岸坡:0°<θ≤30°,10°≤α≤25°;

Ⅰ3顺向陡倾岸坡:0°<θ≤30°,α>25°;

Ⅰ4斜交缓倾岸坡:30°<θ<150°,10°≤α≤25°;

Ⅰ5斜交陡倾岸坡:30°<θ<150°,α>25°;

Ⅰ6反向岩质岸坡:θ>150°。

2.2.2 土质岸坡结构类型划分

土质岸坡结构类型(Ⅱ)主要根据组成土质岸坡的物质成分、成因及结构特征划分为四类:残坡积堆积土质岸坡(Ⅱ1)、人工堆积土质岸坡(Ⅱ2)、冲积土质岸坡(Ⅱ3)和冲洪积土质岸坡(Ⅱ4)。

2.3 宜都市岸坡分布特征[2]

依据以上三项划分标准,同时考虑岸坡的高度和坡度,河水对岸坡的冲刷、堆积作用,水位变化对各结构类型岸坡的不同影响,将宜都市岸坡共划分为56段(见图1),岸坡类型分述如下。

2.3.1 清江高坝洲水库库岸宜都段类型

清江高坝洲水库库岸宜都段宜都市境内总长35.96 km,其中左岸长29.26 km,右岸长6.7 km。土质库岸总长2.7 km,占库岸总长的7.5%,岩质库岸总长30.46 km,占库岸总长的84.7%,岩土混合型库岸总长2.8 km,占库岸总长的7.8%。

2.3.2 清江河岸高坝洲坝址至入长江口段类型

高坝洲坝址以下清江岸坡总长24.1 km,其中左岸长12.01 km,右岸长12.09 km。土质库岸总长17.5 km,占岸坡总长的72.7%,岩质库岸总长4.3 km,占岸坡总长的17.8%,岩土混合型岸坡总长2.3 km,占岸坡总长的9.5%。

2.3.3 长江河岸岸坡宜都段类型

宜都市境内长江岸坡总长49.6 km,全为右岸。其中土质岸坡总长43.4 km,占岸坡总长的87.5%,岩质岸坡总长6.2 km,占岸坡总长的12.5%。

3 岸坡稳定性评价方法

3.1 影响岸坡稳定性的指标

本次评价将影响岸坡稳定性的指标概括为5个方面:

3.1.1 岸坡类型特征

岸坡类型特征是影响岸坡稳定性的最重要的指标。根据组成岸坡物质成分的不同可以将岸坡分为岩质岸坡和土质岸坡。

土质岸坡因其结构松散,对地表水和地下水作用十分敏感,故其总体稳定性较差。

而组成岩质岸坡的碳酸岩盐、砂岩甚至泥岩、页岩一般都具有较高的强度,因此岩质岸坡稳定性优于土质岸坡。岩质岸坡结构类型不同,其稳定性也有所差异。统计分析表明,稳定性由好到差可以排列为反向岩质岸坡(Ⅰ6)>平缓岸坡(Ⅰ1)>斜交陡倾岸坡(Ⅰ5)>斜交缓倾岸坡(Ⅰ4)>顺向缓倾岸坡(Ⅰ2)>顺向陡倾岸坡(Ⅰ3)。

3.1.2 岸坡稳定性现状

岸坡目前的变形破坏特征及所发育的大中型崩、滑体的稳定状态,大中型崩、滑体的现状和发育程度间接地反映了岸坡单元结构的相对好坏。如果已有一些岸坡发生变形破坏,其变形破坏具有一定规模,已发育有崩塌、滑坡体,那么该段岸坡的稳定性差;反之,稳定性相对较好。

3.1.3 外动力作用

外动力作用包括暴雨、地下水的作用,水流的侵蚀溶蚀以及人类工程活动等外营力作用。

从暴雨触发滑坡的机制分析可知,暴雨过程中,降雨和具有一定汇水面积的斜坡或老滑坡汇集的地表水大量渗入岩土体,使地下水位急剧抬升,孔隙水压力和浮托力骤然增加,并软化滑带土或潜在滑移面的泥化夹层,使其力学强度大大降低。故在汛期和暴雨多发地段岸坡稳定性差。

另外,河流强烈下切侧蚀,基岩斜坡坡度变大,坡形变陡,经蠕滑—拉裂变形发展为滑坡,后缘断壁崩落物堆积,增加下滑力。因此,在河流冲蚀严重的岸坡地段,岸坡稳定性差。

人类活动对岸坡的影响亦不容忽视。修筑公路和其他工程开挖边坡,使坡度变陡,甚至切割岩体,使软弱结构面或软弱夹层暴露临空,促使岩土体滑动。人类工程如采矿、采石弃渣、筑路和其他工程建设的弃渣等会增加岩土体自重,增大下滑力,当达到一定程度破坏了原始的稳定平衡时,斜坡便产生破坏。所以在人类活动较多的地区,岸坡稳定性相对于人类活动少的地区差。

3.1.4 水位涨落的作用

水库蓄水及江水涨落,对土质岸坡的影响较大。尤其是原来排水条件良好的干燥的土质岸坡,在水库蓄水位剧烈变动时易发生变形破坏。目前宜都清江高坝洲水库库岸宜都段组成岸坡的碳酸岩盐、砂岩一般都具有较高的强度,在天然状态下也未见有岩石因遇水而明显软化的现象。

3.1.5 堤防工程

堤防工程起着防风、防浪、防冲,起保护原始岸坡的作用,使之减少或免受暴雨洪水、水位涨落等自然力对土质岸坡的侵蚀破坏,是增加土质岸坡稳定性的重要因素之一。

3.2 岸坡稳定性评价方法

现阶段对岸坡稳定性的评价方法可分为定性、定量两种。本次工作主要采用定性分析。根据前述5个指标的综合分析评价,将宜都市长江和清江岸坡稳定性划分为4个等级,即稳定岸坡、基本稳定岸坡、稳定性较差岸坡和稳定性差岸坡。

(1) 稳定岸坡:上述5个方面因素中绝大多数是有利于岸坡稳定的,已有的变形破坏现象少、规模小,近期没有发生变形破坏迹象。

(2) 基本稳定岸坡:上述5个方面因素中,多数有利于岸坡稳定,已有的变形破坏现象少,且多呈零星小规模分布,不会发生具有严重危害性的岸坡破坏事件。

(3) 稳定性较差的岸坡:在上述5个因素中有一些不利于岸坡稳定,有一些岸坡已发生变形破坏,其变形破坏具有一定规模,发育有一些中、小型崩塌、滑坡,在不利因素叠加情况下有可能失稳破坏。

(4) 稳定性差的岸坡:上述5个因素中多数是不利于岸坡稳定的,已有的岸坡变形破坏强烈、变形破坏规模较大,有属于“潜在不稳定”类型的大、中型崩滑体存在,或在其中已出现有岸坡变形破坏迹象,在各种不利因素叠加条件下,可能大规模失稳而造成严重危害。

4 岸坡稳定性评价

宜都市岸坡总长109.66 km,总体上稳定性较好,无稳定性差的岸坡,其中稳定的岸坡33.9 km,占岸坡总长的30.9%;基本稳定的岸坡50.36 km,占岸坡总长的45.9%;稳定性较差的岸坡25.4 km,占岸坡总长的23.2%,见图2。

图2 宜都市岸坡稳定性评价图Fig.2 Assessment map of bank slope stability in Yidu city1.稳定;2.基本稳定;3.稳定性较差;4.长江河岸岸坡宜都段编号;5.高坝洲水库库岸宜都段编号;6.清江河岸高坝洲坝址至入长江口段编号。

4.1 清江高坝洲水库库岸宜都段稳定性评价

按稳定性原则,将库岸分为26段进行综合评价,库岸总长35.96 km,无稳定性较差和差的库岸段。

4.1.1 稳定

岸坡长21.6 km,占库岸岸坡总长的60.1%。其中Ⅰ4斜交缓倾岩质库岸长8.9 km,占库岸总长24.7%;Ⅰ5斜交陡倾岩质库岸长3.8 km,占库岸总长10.6%;Ⅰ6反向岩质库岸长3.4 km,占库岸总长9.5%;Ⅱ1残坡积堆积土质库岸长2.7 km,占库岸总长7.5%;Ⅲ岩土混合型库岸长2.8 km,占库岸总长7.8%。

4.1.2 基本稳定

岸坡长14.36 km,占库岸岸坡总长的39.9%。其中Ⅰ2顺向缓倾岩质库岸长1.8 km,占库岸总长5%;Ⅰ4斜交缓倾岩质库岸长12.56 km,占库岸总长34.9%。

4.2 清江河岸高坝洲坝址至入长江口段稳定性评价

按稳定性原则,将清江河岸高坝洲坝址至入长江口段分为11段进行综合评价,清江河岸高坝洲坝址至入长江口段总长24.1 km,无稳定性差的河岸段。

4.2.1 稳定

岸坡长4.7 km,占岸坡总长的19.5%。其中Ⅰ4斜交缓倾岩质岸坡长0.9 km,占岸坡总长3.7%;Ⅱ3冲积土质岸坡长3.8 km,占岸坡总长15.8%。

4.2.2 基本稳定

岸坡长15.4 km,占岸坡总长的63.9%。其中Ⅰ4斜交缓倾岩质岸坡长2.8 km,占岸坡总长11.6%;Ⅱ3冲积土质岸坡长7.6 km,占岸坡总长31.5%;Ⅱ4冲洪积土质岸坡长2.7 km,占岸坡总长11.2%;Ⅲ岩土混合型岸坡长2.3 km,占岸坡总长9.6%。

4.2.3 稳定性较差

岸坡长4 km,占岸坡总长的16.6%。其中Ⅰ4斜交缓倾岩质岸坡长0.6 km,占岸坡总长2.5%;Ⅱ3冲积土质岸坡长3.4 km,占岸坡总长14.1%。

4.3 长江河岸稳定性评价

按稳定性原则,将长江河岸岸坡宜都段分为26段进行综合评价,长江河岸岸坡宜都段总长49.6 km,无稳定性差的河岸段。

4.3.1 稳定

岸坡长7.6 km,占长江河岸岸坡宜都段总长的15.3%。其中Ⅰ2顺向缓倾岩质岸坡总长0.1 km,占岸坡总长0.2%;Ⅱ3冲积土质库岸总长7.5 km,占库岸总长15.1%。

4.3.2 基本稳定

岸坡总长20.6 km,占长江河岸岸坡宜都段总长的41.5%。其中Ⅰ2顺向缓倾岩质岸坡总长6.1 km,占岸坡总长13.4%;Ⅱ3冲积土质库岸总长14.5 km,占库岸总长29.2%。

4.3.3 稳定性较差

岸坡总长21.4 km,占长江河岸岸坡宜都段总长的43.2%。其中Ⅱ2人工堆积土质库岸总长1.1 km,占库岸总长2.2%;Ⅱ3冲积土质库岸总长17.6 km,占库岸总长35.5%;Ⅱ4冲洪积土质库岸总长2.7 km,占库岸总长5.5%。

综上所述,土质岸坡稳定性的最重要影响因素为堤防工程,堤防工程的有无直接决定了土质岸坡的稳定性状态;岩质岸坡稳定性的最重要影响因素为岸坡类型特征,反向坡优于顺向坡,缓坡优于陡坡。

[1] 刘传正.长江三峡库区地质灾害成因与评价研究[M].北京:地质出版社,2007.

[2] 杨涛,俎全磊.清江流域宜都市地质灾害详细调查[R].武汉:湖北省地质环境总站,2011.

(责任编辑：陈姣霞)

Slope Stability Evaluation of Yangtze River and Qingjiang of Yidu City

ZU Quanlei, LIU Shuai, CHEN Gang

(HubeiGeologicalEnvironmentalStation,Wuhan,Hubei430034)

This paper expounds the classification of bank slope in Yangtze River and the Qingjiang of Yidu city and analyzes evaluation index of slope stability.According to five evaluation index of bank slope such as characteristics of the slope type,slope stability status,power,water level fluctuation,levee project are evaluated,providing basic data for prevention and control of geological disasters in the city’s major rivers.It also provides reference significance for the latter part of the work about slope geological disasters of rivers flow domain.

Yidu; Yangtze River; Qingjiang; evaluation of bank slope stability

2015-08-21;改回日期:2015-10-30

俎全磊(1977-),男,工程师,水文与水资源工程专业,从事水文地质、工程地质工作。E-mail:364438187@qq.com

TV871

A

1671-1211(2016)02-0198-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.014

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1056.018.html 数字出版日期:2016-03-03 10:56