塌岸预测方法-图解法.ppt

浅谈水库岸坡塌岸预测方法,报告人胡志宇,目录（一）水库塌岸类型（二）塌岸预测方法（1）类比法（2）动力法（3）统计法（4）经验法（三）工程实例（四）结论与展望,水库蓄水常常引起一些工程地质问题，水库塌岸是其中之一。水库蓄水后，由于周期性的水位抬升、消落及波浪作用，破坏了原有的平衡状态，库岸周边的坡地，受到水的浸湿及风浪、水流的冲蚀作用，发生坍塌，这就是水库塌岸。而随着时间的延长，库岸不断的坍塌破坏，库岸线也逐渐后退，直到达到新的平衡状态为止。这一过程，称为水库的库岸再造。,（一）水库塌岸类型,（二）塌岸预测方法,影响塌岸的因素错综复杂，包括岩性、结构、库岸形态、波浪作用、水文地质条件、淤积速度等等，因此，很难建立一种包括上述诸因素在内的、预测坍岸发生与发展的理论或计算公式。目前，只能通过某些假设条件，在理论研究的基础上，建立近似的并尽可能接近实际的坍岸预测方法或理论计算公式，以达到预测塌岸范围的目的。常用塌岸预测方法塌岸预测类比法、塌岸预测动力法、卡丘金法、佐洛塔廖夫图解法、平衡剖面法等,1塌岸预测类比法类比已知条件相似的水库岸坡的剖面，绘制待预测岸坡的塌岸剖面。2塌岸预测动力法塌岸量与波能和岩土抗冲刷强度之间的“关系方程”式中，Q为库岸单位宽度内被冲刷的岩土体体积（m3/m）E为波浪单位时间作用在单位宽度库岸的动能（tm）kp为岩土体的抗冲刷系数（m3/t）t为水库运营年限b为经验常数，取决于滨岸浅滩中堆积部分的宽度，一般（0.45-0.95）该方法有一定的物理依据，但“关系方程”的建立需要一定量的观测样本，难以获得，一般仅用于海岸工程领域。3塌岸预测统计法主要是依据已建成水库的观测资料，用数据统计的方法建立库岸再造的规模、速度、与各种自然因素的统计关系，借以预测水库库岸的库岸再造过程。一般用于宏观控制塌岸规模。,,4塌岸预测经验法目前，主要的预测方法包括卡丘金法、佐洛塔廖夫法、平衡剖面法三种。,卡丘金法,于1949年提出的库岸最终塌岸预测宽度计算公式为式中S为最终塌岸宽度（m）；N为与土的类型相关系数粘土为1，冰积亚粘土为0.8，黄土为0.6，砂土为0.5;A为水位变化幅度（m）；hp为波浪影响深度（m）设计水位以下波浪影响深度一般取1－2倍浪高；而浪高0.5m时，波浪影响深度取1m。hb为浪爬高度设计高水位的浪爬高度按下式计算K为岸坡粗糙系数，一般取0.6h为浪高（m），取0.5mhs为正常高水位以上岸坡的高度（m）α为水库水位变动和波浪影响范围内，形成均一的磨蚀浅滩的坡角（）β为水上岸坡的稳定坡角（）γ为原岸坡坡角（）,,,卡丘金法适用于自然岸坡较陡，且由松软匀质土体如黄土、砂土、砂质粘土等组成的库岸的塌岸预测。目前，在我国中小型水库的塌岸预测中多采用这种方法。,佐洛塔廖夫图解法库岸再造后的岸坡可分为浅滩外缘陡坡、堆积浅滩、冲蚀浅滩、爬升带斜坡以及水上岸坡带等五段，通过作图得到上述五段岸坡，即为库岸再造的最终岸坡。该方法时由前苏联学者其佐洛塔廖夫1955年提出的，原理如图所示,,具体预测步骤如下（1）绘制预测地点的地形、地质剖面（2）标出水库正常高水位线与水库最低水位线；（3）从正常高水位向上标出波浪爬升高度线，爬升高度（hb）之值取为一个波高。（4）由最低水位向下，标出波浪影响深度线，影响深度（hp）之值取为（1/31/4）波浪波长，粘性土应大些，砂土小些；（5）波浪影响深度线上选取a点，该点位于堆积浅滩带与浅滩外缘陡坡带之转折点处，该点的选取应使堆积系数Kα达到预定值。（6）由a点向下，根据浅滩堆积物的岩性绘出外线陡坡线使之与原斜坡线相交；其稳定坡度β1，粉细砂土和粘性土小于812，卵石层和粗砂土小于1820。由点向上绘出堆积浅滩坡的破面线，与原斜坡线相交于b点；其稳定坡度β2，细粒砂土为11.5，粗砂小砾石为35；,（7）以b点作为冲蚀浅滩的坡面线，与正常高水位线相交于c点；其稳定坡度β3，根据岸坡岩性而定；（8）由c点作冲蚀爬升带的坡面线，与波浪爬升高度水位线相交于d点；其稳定坡角β4，按岩性及波浪爬升高度而定；（9）绘制水上岸坡坡面线de，β5据自然坡角确定；（10）检验堆积系数与预定值是否相符，如相符，则向左或向右移动a点并按上述步骤重新作图，直至适合为止。对于易冲刷、易软化的岩质边坡，或松散堆积物质全部被波浪或向岸流所冲走的地段，其岸边浅滩只有磨蚀部分，堆积率应取为零。此种情况下，a点位置应与初始岸坡线相交。,平衡剖面法在水库波浪和船行波浪的长期作用下，库岸断面将逐渐调整至平衡位置，形成平衡剖面。根据水库运行性质，波浪作用规律，以及库岸岩土体工程地质特征，运用水力学、泥沙运动学等理论以及实际观察数据，可建立基于经验的数学模型，用于预测平衡断面，从而获得水库塌岸的空间规模。前苏联学者提出对于非粘性土库岸，当土体主要由0.1－0.15mm土颗粒组成时，根据试验资料，提出正常高水位以上至波浪爬升高度上界范围内，平衡剖面的坡角余切值m1为,,水库低水位以下至波浪影响深度下届范围内，平衡剖面的坡角余切值m2式中，m0＝cotα，α是岸坡自然坡角；h是浪高（m）；L是波长（m）；d是河岸岩土体的平均粒径（m）。波浪影响深度hp活动沙层厚度t一般取波浪影响深度的0.1倍。,,,对于粘性土库岸，根据试验和现场观察提出，当波长h≤3m时，波长与波高的比值L/h＝10-25，塑性指数Ip＝7-17，孔隙比e＝0.5-1.20时，有平衡剖面法需要通过总结诸多水位带间、波浪作用带间稳定库岸坡角与波浪要素间的关系曲线，建立经验数据模型并用于绘制平衡剖面。因此经验数学模型的建立是该方法中的难点。,,,,,准确的塌岸预测不是一次完成的，必须对水库运行期间的塌岸剖面进行跟踪式水准测量，用以检验、修正、和再预测。使预测结果逼近真实。,（三）工程实例,三峡库区湖北省兴山县平邑口库岸塌岸预测考虑地形、工程岩组、结构类型、强风化岩体厚度、稳定性及塌岸破坏形式等因素对库岸进行分段。库岸段总长按145m～153m（坡底）库岸线计732m，将平邑口库岸规划800m分为五段，各段工程地质特征见下表,参数的确定根据有关资料，本区常年主导风向为东南风，平均风速1.0m/s，最大瞬时风速34m/s。吹程按0.5Km计算。平均浪高h1.7m平均波长L12m根据佐洛塔廖夫预测法，波浪爬升高度（hb）取一个波高即1.7m，影响深度（hp）取波长的1/3-1/4倍，本岸坡段取3.5m。堆积系数Kα用下式确定Kα＝F1/F2100式中，F1为堆积部分不能为波浪搬运走的物质所占体积，F2为冲蚀部分条件。针对研究区，松散堆积物较薄的岸坡或岩质岸坡及松散物质全部被波浪冲走的地段，取堆积百分率为零，此种情况下，a点位置应于初始岸坡线相交。对于松散堆积岸坡，根据其岸坡结构成分其堆积系数，按块碎石土，取2025。,通过工程地质类比，结合野外调查资料，堆积浅滩及冲蚀浅滩表面坡度取8；波浪爬升带坡度松散堆积物取12，剧强风化基岩取23-25,平邑口2－2剖面塌岸预测图,,平邑口5－5剖面塌岸预测图,平邑口库岸塌岸破坏形式主要为侵蚀、崩塌型，塌岸宽度56～100m，175m以上塌岸面积34735m2，塌岸范围规模较大。,（四）结论与展望,实际应用中依据水库库岸地质结构、岩性组合划分类似库岸段。各库岸段分别由代表性剖面控制。选用上述方法可以求得各剖面塌岸宽度，并据此画出最终库岸塌岸线。在塌岸预测中，坍岸宽度的确定是其最重要的一环。但由于导致坍岸的原因是错综复杂的，而上述大多数方法都是依据现有水库实际坍岸情况，加以综合研究所导出的结果，都只能是对其坍岸宽度的一种近似预测。相对来说图解法预测塌岸宽度时，可以考虑不同岩性库岸段库岸形态、岩性组合、波浪作用、淤积现象、风化及裂隙发育程度等因素对坍岸宽度的影响，并且依据不同岩土体在不同水位线上的坡角差异来近似推断不同库岸段的最终坍岸宽度。因而，该方法预测结果比较接近实际情况，是库岸再造预测中使用最多的一种方法，但其不足是完全未能涉及塌岸速度。总的说来，上述方法都不是很完善，都存在着一定的缺陷，只能是对库岸再造的一种近似预测。在今后的库岸再造预测中，我们仍需以图解法为基础，同时汲取公式法在预测库岸再造速度等方面的优点，或引入数值模拟等方法，从而使其预测结果更加准确，更加符合实际情况。,