宜都市長江與清江岸坡穩定性評價

俎全磊, 劉 帥, 陳 剛

(湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

宜都市長江與清江岸坡穩定性評價

俎全磊, 劉 帥, 陳 剛

(湖北省地質環境總站,湖北 武漢 430034)

闡述宜都市長江和清江的岸坡類型劃分及岸坡穩定性評價指標,根據岸坡類型特征、岸坡穩定性現狀、外動力作用、水位漲落的作用、堤防工程五個評價指標對岸坡進行穩定性評價,為該市大江大河的地質災害防治提供基礎資料,為將來大江大河流域岸坡地質災害后期工作的開展提供借鑒意義。

宜都;長江;清江;岸坡穩定性評價

1 概況

宜都市境內有長江和清江兩條主要河流,長江從宜都市北西虎牙灘入境(位于葛洲壩水利樞紐下游24 km),向東經陸城、枝城,由洋溪出境入松滋市,市境流程46 km。清江自長陽縣搬魚嘴入境,向東北流至鄢家沱,折向南流至下溪口,向北至漢洋坪流向東南,于陸城匯注長江,境內流程41 km。根據流域和岸坡位置,按水系將區內岸坡劃分為長江干流岸坡段,清江干流岸坡段和清江高壩洲水庫庫岸宜都段三個部分論述。

2 岸坡類型的劃分

對區內岸坡進行劃分的依據有:岸坡物質組成結構類型和岸坡結構類型。大量工程實踐和研究證明,在岸坡穩定性分析評價中,這兩者統稱為岸坡類型特征,兩者既有區別也有一定的聯系,它們組合往往構成了岸坡的基本地質結構模式,并且組合類型通常決定了岸坡的穩定狀況及主要變形破壞方式和規模。

2.1 岸坡物質組成結構類型

本文從工程地質的角度對區內岸坡的物質組成進行了劃分,結果如表1所示。宜都市長江和清江兩岸主要出露第四系、白堊系—第三系、志留系、寒武系、奧陶系等地層。第四系主要分布于紅花套、陸城、枝城一帶的長江沿岸和清江兩岸,主要為河流沖積、洪積形成的松散堆積體,部分為殘坡積和人工堆積的松散堆積體;白堊系—第三系、志留系地層主要分布于區內長江上游及清江中—上游區域,為碎屑巖,巖性較堅硬—軟弱,力學強度中等,易風化;寒武系、奧陶系地層主要分布于區內長江下游及清江上游地區,為碳酸鹽巖,巖性堅硬—較堅硬,性脆,抗風化能力強,巖石的可溶性高,力學強度高。

表1 巖組劃分表

本區岸坡巖體主要由薄層—中厚層的灰巖、白云巖、砂巖、礫巖、泥巖等構成,結構面往往是構造裂隙面,出露地層見表2。本區巖質岸坡巖體結構都屬于層狀結構,但由于強烈的構造作用和風化卸荷作用,使得局部岸坡表層巖體呈塊狀、碎裂結構。

2.2 岸坡結構類型劃分[1]

按照組成岸坡的巖土體的工程地質類型,將岸坡劃分為3大類。

Ⅰ:巖質岸坡,主要由碎屑巖、碳酸鹽巖組成;

Ⅱ:土質岸坡,巖性以第四系沖洪積物和殘坡積物為主,巖體結構松散,強度較低;

圖1 宜都市岸坡分段圖

表2 宜都岸坡層狀結構出露地層一覽表

Ⅲ:巖土復合岸坡,下部為基巖,上覆松散堆積物,二元結構。

2.2.1 巖質岸坡結構類型劃分

根據岸坡結構,選取巖層傾角(α)、巖層傾向與庫岸邊坡傾向間的夾角(θ),作為巖質岸坡結構的基本條件,劃分為6類:

Ⅰ1平緩岸坡:α≤10°;

Ⅰ2順向緩傾岸坡:0°<θ≤30°,10°≤α≤25°;

Ⅰ3順向陡傾岸坡:0°<θ≤30°,α>25°;

Ⅰ4斜交緩傾岸坡:30°<θ<150°,10°≤α≤25°;

Ⅰ5斜交陡傾岸坡:30°<θ<150°,α>25°;

Ⅰ6反向巖質岸坡:θ>150°。

2.2.2 土質岸坡結構類型劃分

土質岸坡結構類型(Ⅱ)主要根據組成土質岸坡的物質成分、成因及結構特征劃分為四類:殘坡積堆積土質岸坡(Ⅱ1)、人工堆積土質岸坡(Ⅱ2)、沖積土質岸坡(Ⅱ3)和沖洪積土質岸坡(Ⅱ4)。

2.3 宜都市岸坡分布特征[2]

依據以上三項劃分標準,同時考慮岸坡的高度和坡度,河水對岸坡的沖刷、堆積作用,水位變化對各結構類型岸坡的不同影響,將宜都市岸坡共劃分為56段(見圖1),岸坡類型分述如下。

2.3.1 清江高壩洲水庫庫岸宜都段類型

清江高壩洲水庫庫岸宜都段宜都市境內總長35.96 km,其中左岸長29.26 km,右岸長6.7 km。土質庫岸總長2.7 km,占庫岸總長的7.5%,巖質庫岸總長30.46 km,占庫岸總長的84.7%,巖土混合型庫岸總長2.8 km,占庫岸總長的7.8%。

2.3.2 清江河岸高壩洲壩址至入長江口段類型

高壩洲壩址以下清江岸坡總長24.1 km,其中左岸長12.01 km,右岸長12.09 km。土質庫岸總長17.5 km,占岸坡總長的72.7%,巖質庫岸總長4.3 km,占岸坡總長的17.8%,巖土混合型岸坡總長2.3 km,占岸坡總長的9.5%。

2.3.3 長江河岸岸坡宜都段類型

宜都市境內長江岸坡總長49.6 km,全為右岸。其中土質岸坡總長43.4 km,占岸坡總長的87.5%,巖質岸坡總長6.2 km,占岸坡總長的12.5%。

3 岸坡穩定性評價方法

3.1 影響岸坡穩定性的指標

本次評價將影響岸坡穩定性的指標概括為5個方面:

3.1.1 岸坡類型特征

岸坡類型特征是影響岸坡穩定性的最重要的指標。根據組成岸坡物質成分的不同可以將岸坡分為巖質岸坡和土質岸坡。

土質岸坡因其結構松散,對地表水和地下水作用十分敏感,故其總體穩定性較差。

而組成巖質岸坡的碳酸巖鹽、砂巖甚至泥巖、頁巖一般都具有較高的強度,因此巖質岸坡穩定性優于土質岸坡。巖質岸坡結構類型不同,其穩定性也有所差異。統計分析表明,穩定性由好到差可以排列為反向巖質岸坡(Ⅰ6)>平緩岸坡(Ⅰ1)>斜交陡傾岸坡(Ⅰ5)>斜交緩傾岸坡(Ⅰ4)>順向緩傾岸坡(Ⅰ2)>順向陡傾岸坡(Ⅰ3)。

3.1.2 岸坡穩定性現狀

岸坡目前的變形破壞特征及所發育的大中型崩、滑體的穩定狀態,大中型崩、滑體的現狀和發育程度間接地反映了岸坡單元結構的相對好壞。如果已有一些岸坡發生變形破壞,其變形破壞具有一定規模,已發育有崩塌、滑坡體,那么該段岸坡的穩定性差;反之,穩定性相對較好。

3.1.3 外動力作用

外動力作用包括暴雨、地下水的作用,水流的侵蝕溶蝕以及人類工程活動等外營力作用。

從暴雨觸發滑坡的機制分析可知,暴雨過程中,降雨和具有一定匯水面積的斜坡或老滑坡匯集的地表水大量滲入巖土體,使地下水位急劇抬升,孔隙水壓力和浮托力驟然增加,并軟化滑帶土或潛在滑移面的泥化夾層,使其力學強度大大降低。故在汛期和暴雨多發地段岸坡穩定性差。

另外,河流強烈下切側蝕,基巖斜坡坡度變大,坡形變陡,經蠕滑—拉裂變形發展為滑坡,后緣斷壁崩落物堆積,增加下滑力。因此,在河流沖蝕嚴重的岸坡地段,岸坡穩定性差。

人類活動對岸坡的影響亦不容忽視。修筑公路和其他工程開挖邊坡,使坡度變陡,甚至切割巖體,使軟弱結構面或軟弱夾層暴露臨空,促使巖土體滑動。人類工程如采礦、采石棄渣、筑路和其他工程建設的棄渣等會增加巖土體自重,增大下滑力,當達到一定程度破壞了原始的穩定平衡時,斜坡便產生破壞。所以在人類活動較多的地區,岸坡穩定性相對于人類活動少的地區差。

3.1.4 水位漲落的作用

水庫蓄水及江水漲落,對土質岸坡的影響較大。尤其是原來排水條件良好的干燥的土質岸坡,在水庫蓄水位劇烈變動時易發生變形破壞。目前宜都清江高壩洲水庫庫岸宜都段組成岸坡的碳酸巖鹽、砂巖一般都具有較高的強度,在天然狀態下也未見有巖石因遇水而明顯軟化的現象。

3.1.5 堤防工程

堤防工程起著防風、防浪、防沖,起保護原始岸坡的作用,使之減少或免受暴雨洪水、水位漲落等自然力對土質岸坡的侵蝕破壞,是增加土質岸坡穩定性的重要因素之一。

3.2 岸坡穩定性評價方法

現階段對岸坡穩定性的評價方法可分為定性、定量兩種。本次工作主要采用定性分析。根據前述5個指標的綜合分析評價,將宜都市長江和清江岸坡穩定性劃分為4個等級,即穩定岸坡、基本穩定岸坡、穩定性較差岸坡和穩定性差岸坡。

(1) 穩定岸坡:上述5個方面因素中絕大多數是有利于岸坡穩定的,已有的變形破壞現象少、規模小,近期沒有發生變形破壞跡象。

(2) 基本穩定岸坡:上述5個方面因素中,多數有利于岸坡穩定,已有的變形破壞現象少,且多呈零星小規模分布,不會發生具有嚴重危害性的岸坡破壞事件。

(3) 穩定性較差的岸坡:在上述5個因素中有一些不利于岸坡穩定,有一些岸坡已發生變形破壞,其變形破壞具有一定規模,發育有一些中、小型崩塌、滑坡,在不利因素疊加情況下有可能失穩破壞。

(4) 穩定性差的岸坡:上述5個因素中多數是不利于岸坡穩定的,已有的岸坡變形破壞強烈、變形破壞規模較大,有屬于“潛在不穩定”類型的大、中型崩滑體存在,或在其中已出現有岸坡變形破壞跡象,在各種不利因素疊加條件下,可能大規模失穩而造成嚴重危害。

4 岸坡穩定性評價

宜都市岸坡總長109.66 km,總體上穩定性較好,無穩定性差的岸坡,其中穩定的岸坡33.9 km,占岸坡總長的30.9%;基本穩定的岸坡50.36 km,占岸坡總長的45.9%;穩定性較差的岸坡25.4 km,占岸坡總長的23.2%,見圖2。

圖2 宜都市岸坡穩定性評價圖Fig.2 Assessment map of bank slope stability in Yidu city1.穩定;2.基本穩定;3.穩定性較差;4.長江河岸岸坡宜都段編號;5.高壩洲水庫庫岸宜都段編號;6.清江河岸高壩洲壩址至入長江口段編號。

4.1 清江高壩洲水庫庫岸宜都段穩定性評價

按穩定性原則,將庫岸分為26段進行綜合評價,庫岸總長35.96 km,無穩定性較差和差的庫岸段。

4.1.1 穩定

岸坡長21.6 km,占庫岸岸坡總長的60.1%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質庫岸長8.9 km,占庫岸總長24.7%;Ⅰ5斜交陡傾巖質庫岸長3.8 km,占庫岸總長10.6%;Ⅰ6反向巖質庫岸長3.4 km,占庫岸總長9.5%;Ⅱ1殘坡積堆積土質庫岸長2.7 km,占庫岸總長7.5%;Ⅲ巖土混合型庫岸長2.8 km,占庫岸總長7.8%。

4.1.2 基本穩定

岸坡長14.36 km,占庫岸岸坡總長的39.9%。其中Ⅰ2順向緩傾巖質庫岸長1.8 km,占庫岸總長5%;Ⅰ4斜交緩傾巖質庫岸長12.56 km,占庫岸總長34.9%。

4.2 清江河岸高壩洲壩址至入長江口段穩定性評價

按穩定性原則,將清江河岸高壩洲壩址至入長江口段分為11段進行綜合評價,清江河岸高壩洲壩址至入長江口段總長24.1 km,無穩定性差的河岸段。

4.2.1 穩定

岸坡長4.7 km,占岸坡總長的19.5%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質岸坡長0.9 km,占岸坡總長3.7%;Ⅱ3沖積土質岸坡長3.8 km,占岸坡總長15.8%。

4.2.2 基本穩定

岸坡長15.4 km,占岸坡總長的63.9%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質岸坡長2.8 km,占岸坡總長11.6%;Ⅱ3沖積土質岸坡長7.6 km,占岸坡總長31.5%;Ⅱ4沖洪積土質岸坡長2.7 km,占岸坡總長11.2%;Ⅲ巖土混合型岸坡長2.3 km,占岸坡總長9.6%。

4.2.3 穩定性較差

岸坡長4 km,占岸坡總長的16.6%。其中Ⅰ4斜交緩傾巖質岸坡長0.6 km,占岸坡總長2.5%;Ⅱ3沖積土質岸坡長3.4 km,占岸坡總長14.1%。

4.3 長江河岸穩定性評價

按穩定性原則,將長江河岸岸坡宜都段分為26段進行綜合評價,長江河岸岸坡宜都段總長49.6 km,無穩定性差的河岸段。

4.3.1 穩定

岸坡長7.6 km,占長江河岸岸坡宜都段總長的15.3%。其中Ⅰ2順向緩傾巖質岸坡總長0.1 km,占岸坡總長0.2%;Ⅱ3沖積土質庫岸總長7.5 km,占庫岸總長15.1%。

4.3.2 基本穩定

岸坡總長20.6 km,占長江河岸岸坡宜都段總長的41.5%。其中Ⅰ2順向緩傾巖質岸坡總長6.1 km,占岸坡總長13.4%;Ⅱ3沖積土質庫岸總長14.5 km,占庫岸總長29.2%。

4.3.3 穩定性較差

岸坡總長21.4 km,占長江河岸岸坡宜都段總長的43.2%。其中Ⅱ2人工堆積土質庫岸總長1.1 km,占庫岸總長2.2%;Ⅱ3沖積土質庫岸總長17.6 km,占庫岸總長35.5%;Ⅱ4沖洪積土質庫岸總長2.7 km,占庫岸總長5.5%。

綜上所述,土質岸坡穩定性的最重要影響因素為堤防工程,堤防工程的有無直接決定了土質岸坡的穩定性狀態;巖質岸坡穩定性的最重要影響因素為岸坡類型特征,反向坡優于順向坡,緩坡優于陡坡。

[1] 劉傳正.長江三峽庫區地質災害成因與評價研究[M].北京:地質出版社,2007.

[2] 楊濤,俎全磊.清江流域宜都市地質災害詳細調查[R].武漢:湖北省地質環境總站,2011.

(責任編輯：陳姣霞)

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,工程師,水文與水資源工程專業,從事水文地質、工程地質工作。E-mail:364438187@qq.com

TV871

A

1671-1211(2016)02-0198-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.014

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1056.018.html 數字出版日期:2016-03-03 10:56