摘 要:通過(guò)對(duì)汾河水庫(kù)的實(shí)地調(diào)查，查清了該庫(kù)目前存在的地質(zhì)災(zāi)害，其中不穩(wěn)定斜坡6處，滑坡6處，文章以汾河水庫(kù)為例探討庫(kù)岸邊坡特征及進(jìn)行庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性分析的方法，并對(duì)庫(kù)岸邊坡坍塌的預(yù)測(cè)和治理提出建議。 關(guān)鍵詞:邊坡特征;庫(kù)岸邊坡;穩(wěn)定性分析 Abstract: The author passes the field investigation of Fen river storehouse correctly， having investigated the geological calamity existing at present in this storehouse， unstable slope among them is 6 the place，6 landslides， the article takes Fen river storehouse as an example， have probed into the bank slope characteristic of the storehouse and carried on the bank slope stability analysis of the storehouse method，it is and at storehouse bank the slopes put forward suggestion of prediction and the administration that collapse. Key words: slope characteristic ; bank slope of the storehouse; stability analysis 汾河水庫(kù)地處山西省中西部，太原市西北的呂梁山區(qū)腹地，屬于太原市郊區(qū)范圍。自從建庫(kù)以來(lái)，水庫(kù)周邊地區(qū)不斷地有地質(zhì)災(zāi)害，而且?guī)彀短幱跐裣菪渣S土區(qū)，庫(kù)區(qū)塌岸問(wèn)題普遍存在。據(jù)調(diào)查，水庫(kù)在蓄水初期、高水位情況下、汛期洪水到來(lái)之時(shí)， 塌岸現(xiàn)象反映得最為強(qiáng)烈。庫(kù)區(qū)塌岸不僅侵蝕了大片耕地還影啊到庫(kù)區(qū)附近居民住宅的安全對(duì)群眾生命財(cái)產(chǎn)和正常的生產(chǎn)、生活，同時(shí)也是水庫(kù)泥沙淤積的重要來(lái)源之一。 1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀 1.1 水庫(kù)庫(kù)岸坍塌地質(zhì)災(zāi)害 汾河水庫(kù)地處婁煩縣境內(nèi)的黃土丘陵溝壑區(qū)，為第四紀(jì)沉積層，有很厚的黃土覆蓋層，庫(kù)岸為地形變化復(fù)雜的黃土丘陵和土石山區(qū)。由于黃土的垂直節(jié)理發(fā)育和崩解性、濕陷性，并且在外在的因素影響下、在蓄水浸泡和水浪淘蝕作用下，庫(kù)區(qū)塌岸現(xiàn)象極其嚴(yán)重。據(jù)實(shí)測(cè)，庫(kù)區(qū)塌岸線(xiàn)總長(zhǎng)70 km，已坍塌土方3 529萬(wàn)m3，毀壞耕地約 33 518 hm2，目前尚有47 km的庫(kù)區(qū)塌岸線(xiàn)仍然坍塌嚴(yán)重[6]，在庫(kù)岸兩側(cè)形成較為嚴(yán)重的庫(kù)岸坍塌。汾河水庫(kù)左岸新修的公路路面出現(xiàn)許多裂縫，尤其是靠近庫(kù)岸的公路更是嚴(yán)重。 1.2 影響水庫(kù)庫(kù)岸邊坡坍塌的因素 水庫(kù)庫(kù)岸大部分為第四紀(jì)黃土屬于濕陷性黃土構(gòu)成庫(kù)岸的第四紀(jì)黃土，黃土狀亞砂土、亞黏土和黏土，垂直節(jié)理發(fā)育，在自然狀態(tài)下極限穩(wěn)定坡角在以上，特別是黃土所具有的濕陷性，受庫(kù)水的長(zhǎng)期浸泡，很容易形成塌岸。首先是庫(kù)岸土體的物理力學(xué)指標(biāo)和水理性質(zhì)發(fā)生了變化，自身結(jié)構(gòu)遭到破壞，引起土粒分散和位移，見(jiàn)圖1。 隨著孔隙水壓力的增加，土體內(nèi)摩角、凝聚力減少，抗剪強(qiáng)度驟然降低。同時(shí)，隨著庫(kù)水位驟漲陡落以及水位降低后補(bǔ)給河流的地下水出流，能洗掉土體顆粒間易溶的膠結(jié)物，使土體黏結(jié)力降低，極細(xì)顆粒隨地下水逸出。這樣岸壁土體在動(dòng)水壓力作用下，基底失去平衡，在上部重力作用下，即造成陡崖立岸的崩塌或座塌。暴雨徑流侵蝕、風(fēng)蝕凍融以及地震等影響，加速了塌岸的進(jìn)程。如此惡性循環(huán)是庫(kù)岸坍塌持續(xù)發(fā)生、發(fā)展的根本原因所在[2]。 1.3 水庫(kù)庫(kù)岸邊坡坍塌的形成機(jī)理及穩(wěn)定性分析 調(diào)查采用畢肖普等將邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs定義為沿整個(gè)滑裂面的抗剪強(qiáng)度τf，與實(shí)際產(chǎn)生的剪力T之比，即 在滑動(dòng)土體n個(gè)土條中任取一條記為i，作用于土條上的各種力見(jiàn)圖3，土條上作用的已知力有:土條自身重量Wi，水平作用力(例如地震慣性力)Qi，作用于土條兩側(cè)的孔隙壓力(水壓力)Ui、及Ui+l，以及作用于土條底部的孔隙壓力Ur。另外，當(dāng)滑裂面形狀確定以后，土條的有關(guān)幾何尺寸如底部坡角αi，底長(zhǎng)Li以及滑裂面上的強(qiáng)度指標(biāo)Ci，tgφi也都是定值。 從圖2可知，共計(jì)有5n～2個(gè)未知量，而我們所能得到的只有各土條水平方向及垂直方向力的平衡以及力矩平衡共3n個(gè)方程。因此，邊坡的穩(wěn)定分析問(wèn)題實(shí)際上是一個(gè)高次超靜定問(wèn)題，平衡方程不足，在數(shù)學(xué)上是不能求解的，可是在工程上又必須解出來(lái)。如果把土條取得極薄，土條底部Ti及Ni合力作用點(diǎn)可近似認(rèn)為作用于土條底部的中點(diǎn)，ai為已知。這樣未知量又減少了n個(gè)，與方程數(shù)相比，還有n-2個(gè)未知量無(wú)法求出，要使問(wèn)題得解就必須建立新的條件方程。這有兩個(gè)可能的途徑:一種是引進(jìn)土體本身的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，但這會(huì)使問(wèn)題變得非常復(fù)雜;另一種就是作出各種簡(jiǎn)化假定以減少未知量或增加方程數(shù)，這樣的假定大致有下列3種。 (1)假定n-1個(gè)Xi值。最簡(jiǎn)單的就是畢肖普在他的簡(jiǎn)化方法中假定所有的Xi均為零。 (2)假定Xi與Ei的交角或條間力合力的方向(這個(gè)方向通常均需要通過(guò)試算加以確定)。 (3)假定條件力合力的作用點(diǎn)位置。例如簡(jiǎn)布提出的普遍條分法。 作了這些假定之后，超靜定問(wèn)題就可以轉(zhuǎn)化為靜定問(wèn)題，問(wèn)題可以得解。而且，一般來(lái)說(shuō)，這些方法都并不一定要求滑裂面是個(gè)圓柱面，但各類(lèi)方法的計(jì)算步驟大都仍然非常復(fù)雜，一般均需試算或迭代。如果考慮土條間力的作用，可以使穩(wěn)定安全系數(shù)得到提高，但任何合理的假定其求出的條間力必須滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件: (1)在土條分界面上不違反土體破壞準(zhǔn)則。亦即由切向條間力得出的平均剪應(yīng)力應(yīng)小于分界面土體的平均抗剪強(qiáng)度，或每一土條分界面上的抗剪安全系數(shù)F0必須大于1(作為平衡設(shè)計(jì)，F(xiàn)r應(yīng)不小于Fs)。 (2)一般地說(shuō)，不允許土條之間出現(xiàn)拉力。 研究表明，為減少未知量所作的各種假定，在滿(mǎn)足合理性要求的條件下，其求出的安全系數(shù)差別都不大，能夠滿(mǎn)足工程要求。但需指出，采用極限平衡法來(lái)分析邊坡穩(wěn)定，由于沒(méi)有考慮土體本身的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系和實(shí)際工作狀態(tài)，所求出的土條之間的內(nèi)力或土條底部的反力均不能代表邊坡在實(shí)際工作條件下真正的內(nèi)力或反力，更不能求出變形。我們只是利用這種通過(guò)人為假定的虛擬狀態(tài)來(lái)求出安全系數(shù)而已。 1.4 分析結(jié)果 根據(jù)平衡分析方法得出結(jié)果:所有庫(kù)岸都會(huì)受到水庫(kù)水位升降的影響:一是在直陡段，岸坡高度7 m～26 m，坡度大于70°，如:西岸的峰火溝兩側(cè)、婁煩鎮(zhèn)以北和庫(kù)區(qū)東岸的羊圈莊村一帶，此段受水面沉降的影響和波浪的沖擊比較大，較容易產(chǎn)生滑坡和崩塌;二是緩坡+直陡段，岸邊有一段緩坡，坡長(zhǎng)7 m～15 m，坡度在30°左右，緩坡以上是直陡岸坡，高度5 m～17 m，坡度大于70°，如:西岸大壩至峰火溝一線(xiàn)此段庫(kù)岸比較穩(wěn)定易發(fā)生小的坍塌，也可有產(chǎn)生滑坡的可能性;三是緩坡段，岸邊均為緩坡，坡度在28°左右，如庫(kù)區(qū)東岸大壩至羊圈莊村、鹽市崖至廟灣鄉(xiāng)和西岸西街村兩側(cè)此段水面沉降的影響最大，容易出現(xiàn)地面塌陷，是比較容易發(fā)生滑坡的地段;四是一般段，岸坡高1 m～3 m，坡度在45°左右，如:庫(kù)區(qū)東岸的常家坡一帶，此段比較穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生一些面塌陷，受波浪影響水土流失比較嚴(yán)重。 2 汾河水庫(kù)庫(kù)岸邊坡的防治建議 通過(guò)對(duì)庫(kù)岸的穩(wěn)定性分析結(jié)果和水庫(kù)庫(kù)岸地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀，結(jié)合水庫(kù)庫(kù)區(qū)的地質(zhì)因素、水文因素、地形因素和其他因素，可以使我們對(duì)庫(kù)岸的災(zāi)害進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這一工作也是多數(shù)大中型水庫(kù)在開(kāi)展的工作項(xiàng)目，目的是進(jìn)行壩區(qū)附近的地質(zhì)處理，對(duì)于庫(kù)區(qū)塌岸的防治和治理較少涉及采取水圖保持綜合防治措施解決塌岸，不僅要通過(guò)預(yù)測(cè)分析確定塌點(diǎn)、塌寬及分布情況，更主要的是通過(guò)預(yù)測(cè)分析來(lái)摸清庫(kù)岸坍塌演變情況，掌握塌岸發(fā)育、發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，為確定防治方案提供依據(jù)。 (1)盡量排除滑坡區(qū)域內(nèi)的地表水或防止滑坡區(qū)域外的地表水流入滑坡區(qū)。主要采取設(shè)置滑坡體外的截流溝，以阻止滑坡體外的水流入;開(kāi)挖滑坡體表排水溝以排除雨水或滑坡體內(nèi)涌出的泉水，防止其滲入滑坡體內(nèi);做好滑坡區(qū)的生態(tài)建設(shè)，如植被保護(hù)和綠化等。 (2)盡量引出滑坡體內(nèi)的地下水。對(duì)于滑坡體內(nèi)的地下水可疏而不可堵，將其排出至關(guān)重要。主要采取建截水墻、鉆水平孔洞、盲洞、滲管、滲井、垂直鉆孔等多種方式將滑坡體內(nèi)的水排除。 (3)盡量防止河水、庫(kù)水對(duì)滑坡體坡腳的沖刷。主要在滑坡體上游嚴(yán)重沖刷的地段修筑促使主流偏向?qū)Π兜摹岸∽謮巍?在滑坡前緣拋石或鋪設(shè)石籠等。