黄土区水库库岸稳定分析

陈思明　杨秀娟

（西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100）

【摘　要】黄土区的水库岸坡失稳以塌岸形式居多，并且带来较大的危害。从岸坡临空面土体的土压力及水压力的角度对库岸失稳的机理进行分析，认为岸坡失稳的主要因素是水的作用，当水位骤降时，坡土体两侧的土压力和水压力平衡现象被打破，进而导致了塌岸现象的出现。

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关键词 黄土；水库库岸；稳定性；塌岸

基金项目：陕西省社会发展攻关项目（2013k13-04-11）；西北农林科技大学博士科研启动基金项目（2011BSJJ085）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201410712081）。

通讯作者：杨秀娟（1981—），山东莱芜人，讲师，主要从事工程地质、黄土边坡稳定研究。

1　黄土区水库塌岸的危害

我国西北地区主要处于干旱半干旱地区，降水量偏低，为了满足工农业生产以及人民生活的需要，水库的修建就成为了必然。然而，该地区同时是我国黄土面积分布最广的区域。黄土是第四纪堆积的以粉土颗粒为主，富含碳酸盐、具有大孔隙、黄色或黄褐色的土状沉积物[1]。湿陷性是黄土最重要的性质之一[2]，水库蓄水后，黄土岸坡发生变形，主要存在崩塌、滑坡、错落、剥落、冲刷磨蚀等现象，其中以崩塌最为普遍，且影响最大，因此人们往往将岸坡的变形统称为“坍岸”[3]。

建于黄土地区的水库，库区的坍岸问题比较普遍，据调查，水库在蓄水的初期、高水位运行情况下和汛期洪水到来时，坍岸现象出现的频次和危害更大。三门峡水库自1960年拦洪蓄水以来，累计塌方量达6.5亿m3，最大塌宽达650m，造成105个村庄3.8万人迁移[4]。汾河水库，由于库区黄土岸坡坍塌严重，导致泥沙直接入库，加上上游侵蚀来沙，致使库容已淤积3.3亿m3，占拦沙库容的95.68%，现存的库容仅为初建时的一半[5]。库区塌岸不仅损毁了大片的耕地，造成水体污染，并直接影响到周边居民的生活、生产安全，并带来巨大损失。

2　库区塌岸的影响因素

影响水库库岸变形的因素主要有地层岩性、岸坡形态及结构、波浪作用和淤积作用四方面[3]。黄土区的地层中常有成层分布的钙质结核层、钙化层和超压密土层，有的岸坡底部还有砂卵石层和基岩出露，这些区域的库岸稳定性一般较好，有时仅出现局部小型崩塌和剥落[6]。对岸坡稳定起决定性作用的是岸坡的结构形态，岸坡越高，坡度越陡，塌岸越严重。而水库淤积，加快了浅滩的形成，抑制了塌岸的发展。黄土区中小型水库多位于山间峡谷，风速小，水库弯道多，吹程较小，故风浪作用一般较小，其工作水位变化幅度不大，一般工作水位较稳定，而且水库蓄水后水深较小，多数水库浸泡的岸边范围仅相当于山坡的坡脚部分，因此引起大型滑坡的可能性较小[7]，但是因为水库蓄水引发的塌岸现象对水库的安全运行和水土保持构成了较大威胁。

3　水位变化对库岸土体应力状态的影响

库岸的稳定性取决于岸坡土体的强度及结构面。水库蓄水及运行过程中，黄土岸坡中的地下水位发生变化，导致土体中的自，重应力、总应力发生变化。

（1）当土体处于地下水位以上时，土体处于非饱和状态或者干燥状态（见图1），此时土体的自重应力可表示为：

式中：σz为土体的自重应力，γ为土体天然状态下的重度，z为土体距地表的深度。

此时岸坡处临空面上土体的水平应力为：

式中：σx为土体的侧向应力，k0为土体的静止侧压力系数，一般在0.5~1.0之间。

此时岸坡土体在自身粘聚力和摩擦角的作用下保持稳定。

（2）当水库蓄水，岸坡土体处于地下水位以下，静水状态（见图2，土中地下水位简化成直线）。水压力呈三角形分布，底部处水压力为：

对比E和Ew可以发现，当水位h较低时，Ew远小于E，与土体处于干燥状态时类似；当水位h逐渐增加到H时，即岸坡土体全部处于水淹没之下，土体处于饱和状态，土压力和水压力大小相当，土体处于稳定状态。当库水位骤降时，水压力迅速降低，此时由于土体的渗透系数较小，排水较慢，岸坡中土体的总应力还没有来得及减小，导致临空面上的下滑力较大，从而导致滑坡或者塌岸现象的发生。

4　结束语

黄土区水库岸坡失稳以塌岸形式居多，并且带来较大的危害。从岸坡临空面土体的土压力及水压力的分析得知，库岸失稳的机理主要是水的作用，当水位骤降时，坡土体两侧的土压（下转第119页）（上接第18页）力和水压力平衡现象被打破，进而导致了塌岸现象的出现。

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参考文献

［1］张宗祜.中国黄土[M].石家庄:河北教育出版社,2003.

［2］刘东生.黄土与环境[M].北京:科学出版社,1985.

［3］濮声荣.黄土地区水库岸坡变形[J].人民黄河,1983,5:2-5.

［4］聂瑞林,韩宗泱,郎旭东.浅谈黄土区水库塌岸的防治问题[J].中国水土保持,1995,12:35-37.

［5］聂兴山,贾志军,许国平,等.汾河水库库区塌岸防护探讨[J].山西水土保持科技,2003,4:28-29.

［6］樊晓明.黄土地区水库库岸失稳机理探讨[J].陕西水利,2008,3:71-72.

［7］崔中兴,柴军瑞,仵彦卿.西北地区水库黄土库岸稳定分析[J].水土保持通报, 2004,24（1）:26-28.

［责任编辑：刘展］