某土质库岸的地质结构及再造模式

周代荣

（韶关市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东 韶关 512025）

库岸稳定性是水库区的主要工程地质问题之一，尤其土质岸坡，水库蓄水后往往会发生一定程度的库岸再造，岸坡失稳直接影响到岸边居民、设施的安全。某库岸主要由碎块石、粘性土等组成，地质结构复杂，岸边分布居民及公路，因此开展了相关的勘察、研究工作。在现场调查、钻探、试验的基础上，对库岸的形态和地质结构特征进行定性分析与计算，提出库岸地质模型及再造模式，可作为岸坡防护设计的依据。

1 库岸基本地质条件

某库岸位于中低山丘陵区，河流流向北东，岸线大致平直，呈沟脊相间分布。岸坡地形总体上部较陡下部较缓：高程182 m～210 m 向下至高程145 m～155 m，地形较陡，坡度15°～35°；向下为阶地，阶面高程140 m～150 m，宽100 m～200 m，后期改造多呈15°左右的斜坡；前缘与漫滩呈30°～40°的斜坡相接，漫滩地形宽缓，坡度5°～10°。岸坡共发育冲沟12条，冲沟多呈“U”字型，切割深度一般8 m～25 m。

基岩埋深较大，岸坡主要由第四系覆盖层组成（表1），按成因主要有崩坡积（Qcol-d）l、冲洪积（Qal-p）l、洪积（Qp）l、全新统早期冲积（Q4a）l、全新统近期冲积（Q42a）l。

表1 库岸第四系覆盖层一览表

河流为区内地下水的排泄基准面，岸坡地下水主要受大气降水补给。岸坡后缘崩坡积成因的碎块石土，结构松散，孔隙率大，透水性强，钻孔观测多为干孔，部分钻孔地下水埋深10 m～21 m，为上层滞水，呈带状或团包状。岸坡上部碎块石土与粘性土交界处见有下降泉出露，流量一般7.5 L/min～10 L/min，降雨后期，泉水流量明显变大，夏季降水较多时，出露面积亦增大。部分岸段阶地与漫滩交界部位因地下水出露呈湿地。根据水文地质试验，碎块石土呈中等—强透水透水性，粉土呈中等透水性，粉质粘土呈弱透水性，粘土呈微透水性。

2 库岸形态和地质结构

某库岸以高程145 m～155 m 为界，总体呈上陡下缓，上部地形坡度15°～35°，下部阶面坡度15°左右。从地形及库水位影响分析，库岸再造主要发生在高程145 m～155 m 以上。因此，根据高程145 m～155 m 以上岸坡地形坡度的陡缓，将岸坡分为较缓岸坡A（15°～22°）和较陡岸坡B（22°～35°）两类。

岸坡地质结构呈现以下几种类型：双层结构（Ⅰ）、多层结构（Ⅱ），其中双层结构又可分为前后型（Ⅰ1）和上下型（Ⅰ2）两种类型。

（1）前后型双层结构土质岸坡（Ⅰ1）

岸坡前缘阶地部位为冲积（Q4al）成因的较厚粘性土层，后缘为崩坡积（Qcol-dl）成因的碎块石土层，粘性土层呈50°～60°的陡坡贴于碎块石土层上。

（2）上下型双层结构土质岸坡（Ⅰ2）

岸坡冲积（Q4al）、冲洪积（Qal-pl）成因的粘性土层覆盖于崩坡积（Qcol-dl）成因的碎块石土层上，接触面坡度15°左右，粘性土层厚度一般9 m～13 m，薄处厚度为2 m～3 m。

（3）多层结构土质岸坡（Ⅱ）

岸坡冲积（Q4al）、冲洪积（Qal-pl）成因的粘性土层与崩坡积（Qcol-dl）成因的碎块石土层呈多期交互堆积。

3 库岸地质模型

库岸形态和组成库岸的土层类型、性质、结构是影响土质库岸稳定性的内在因素。

根据某库岸形态（A、B 两类）与岸坡结构（Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ三型）二者组合建立 A－Ⅰ1、A－Ⅰ2、A－Ⅱ和 B－Ⅰ1、B－Ⅰ2、B－Ⅱ六种地质模型（表2、图1）。

表2 库岸地质模型分类表

图1 库岸地质模型示意图

4 库岸稳定性分析

4.1 定性分析

水库蓄水后，岸坡将发生一定程度的库岸再造。库岸再造是多种因素综合作用的结果，破坏形式主要受岸坡地质结构及土体性质、岸坡形态、水位变动、波浪的作用、人类工程活动等诸多因素的控制。

根据库岸形态、土体特征及其组合结构和库水的影响，某库岸再造可能存在以下几种模式：1）侵蚀～剥离，指在库水作用下岸坡表面物质逐渐被搬运带走，从而使岸坡坡面产生缓慢后退，主要发生在岸坡平缓部位，以A 类岸坡为主；2）下错坍塌，坡脚在库水位长期作用下被软化或掏蚀，岸坡上部物质失去支撑而下错坍塌，主要发生在岸坡较陡部位，以B 类岸坡为主；3）整体滑移，在库水作用下沿某一不利面产生一定规模的整体性滑移，岸坡可能向河流或冲沟发生破坏，Ⅰ1型岸坡由于其前缘沉积了较厚的阶地物质，整体稳定性较好；初步分析，Ⅰ2及Ⅱ型岸坡发生滑移的可能性较大。

4.2 定量计算

根据库岸的地质结构分析，岸坡可能失稳的边界条件取决于斜坡中粘性土的分布情况，最可能失稳的边界条件是：①Ⅰ2及Ⅱ型岸坡沿粘性土与下伏崩坡积碎块石土界面在地形较陡的斜坡处剪出；②Ⅱ型岸坡局部沿粘性土与崩坡积分界面，局部切穿粘性土或碎块石土在斜坡较陡处剪出。

（1）工况及荷载组合

稳定性计算采用天然状态、水位由175 m 骤降至145 m 两种工况进行计算，前一种工况荷载组合为：自重+静水压力，后一种工况荷载组合为：自重+静水压力+动水压力。

当库水位由175 m 骤降至145 m 时，由于粉质粘土透水性较小，变幅带地下水排泄不畅，实际该变幅带地下水位线近似平行地表。因此，该工况下稳定计算时变幅带地下水位线取近似平行地形线。

（2）参数选取

根据试验成果：粉质粘土天然重度为20.1 kN/m3，饱和重度20.1 kN/m3；碎块石土天然重度为21 kN/m3，饱和重度23 kN/m3。

由于土体室内试验条件与野外存在一定差异及自然条件的复杂性，土体抗剪强度通过反演分析，结合室内试验成果及类比其它工程经验综合提出：粉质粘土天然状态抗剪强度C=20 kPa，ψ=20°，饱水状态抗剪强度 C=20 kPa，ψ=19°；碎块石土天然状态抗剪强度C=0 kPa，ψ=30°，饱水状态抗剪强度C=0 kPa，ψ=28°。

（3）计算成果

采用条分法对Ⅰ2及Ⅱ型岸坡典型地质剖面进行计算，计算结果见表3。A－Ⅰ2、B－Ⅰ2型岸坡天然状态整体处于稳定状态，当库水位由175 m 骤降至145 m 将产生失稳；A－Ⅱ和B－Ⅱ两种工况下整体均处于稳定状态。

表3 稳定性计算成果表

4.3 库岸再造模式

根据定性分析及典型地质剖面稳定性计算，各种地质模型的再造模式列于表4。

表4 六种地质模型的库岸再造模式

5 结论

（1）某库岸总体上陡下缓，可分为较缓岸坡A（15°～22°）和较陡岸坡B（22°～35°）两类，岸坡地质结构有前后型双层结构（Ⅰ1）、上下型双层结构（Ⅰ2）和多层结构（Ⅱ）三类。根据库岸形态与岸坡地质结构组合建立A－Ⅰ1、A－Ⅰ2、A－Ⅱ和B－Ⅰ1、B－Ⅰ2、B－Ⅱ六种地质模型。

（2）库岸再造是多种因素综合作用的结果，库岸形态、土体性质及组合结构和库水作用是主要因素，决定了库岸的再造模式：A－Ⅰ1型再造模式为侵蚀～剥离，A－Ⅰ2型再造模式为侵蚀～剥离、库水位骤降时发生滑移，A－Ⅱ型再造模式为侵蚀～剥离、局部滑移；B－Ⅰ1型再造模式为下错坍塌、侵蚀～剥离，B－Ⅰ2型再造模式为下错坍塌、侵蚀～剥离、库水位骤降时发生滑移；B－Ⅱ型再造模式为下错坍塌、侵蚀～剥离，局部滑移。

（3）需要说明的是，碎块石类土层经库岸再造边坡地形变缓至一定程度时会趋于稳定，而粘性土受库水浸泡性状会发生恶化，即使地形较缓也可能发生变形，考虑防护设计方案时应予以注意，重视边坡排水设计。