宁夏黄土丘陵山区水库坝前淤积土沉积规律研究

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在宁夏中南部黄土丘陵山区,由水库泥沙淤积问题导致的病险水库占比较高。“坝前淤积面加坝”工法具有筑坝土方量少、对土坝原有建筑物影响小、工程造价低等优点,在西北地区病险水库的除险加固工程中得到广泛应用。对于采用“坝前淤积面加坝”工法的水库除险加固工程而言,作为坝基淤积土的稳定性评价至关重要,而研究水库坝前淤积土的沉积规律和时空分布特征是进行坝基稳定评价的重要环节。传统的泥沙沉积规律研究主要借助于水文观测资料或人工剖面调查,但该研究方法受制于观测周期长、勘探深度浅、可视范围小以及扰动性强等不利因素的影响。因此,选择有效探测工具,揭示水库坝前淤积土沉积规律,具有重要的工程应用价值。论文采用pulseEKKO PRO型探地雷达(GPR)对宁夏黄土丘陵山区典型的除险加固水库的坝前淤积土进行探测试验,研究对象包括宁夏南部山区的大沙河水库及宁夏中部干旱带的小湾水库、石峡水库、索草窝子水库、千家井水库。在各个水库的坝前淤积面上开挖探槽,分层取土样进行室内物理试验。探地雷达波谱图像和人工探槽现象以及土层物理性状结果结合起来分析可达到研究淤积土剖面分层情况、空间分布特征和泥沙沉积规律的目的。最后根据收集和归纳的资料、试验结果的数据创建基于Access的坝前淤积土沉积规律信息数据库。研究结果可为坝前淤积层坝基处理及工程处理措施提供的参考资料。主要研究内容和结论如下:(1)宁夏南部山区和宁夏中部干旱带水库坝前淤积土不同深度土样的粒径组成都以粉粒(0.002~0.05mm)为主,砂粒(>0.05mm)次之,黏粒(<0.002mm)最少,其中粉粒的含量都在50%以上,各粒径在整个土壤剖面的变异系数大小为黏粒>砂粒>粉粒。且坝前淤积土有明显的砂质粉土-黏质粉土的沉积层理。宁夏中部干旱带水库坝前表层淤积土含水率普遍小于宁南山区水库坝前表层淤积土含水率。各水库淤积土深度较深的土层含水率大于浅层土层,也存在深层土含水率低于浅层土的情况。含水率较大的土层其压缩系数普遍大于0.5Mpa-1,属于高压缩性土。(2)探地雷达图像结果能较好地反映淤积土的明显分层特征。宁南山区大沙河水库坝前淤积土探槽的剖面深度50 cm处有明显分界线,宁夏中部干旱带小湾水库探槽B深度50cm处、石峡水库探槽A深度60cm处、索草窝子水库探槽A深度20cm处,千家井水库探槽A 土层深度1.3m处均出现了明显分层现象,在波谱图中相应位置都有强烈反射波面显示。其中宁夏中部干旱带小湾水库和石峡水库在土层深度0.5~0.6m处都有泥炭层现象,这说明同一流域支流的水库沉积状态相似。(3)根据水库的各测线剖面波谱图显示,宁南山区大沙河水库在深度0~2.5m范围内,共有6个分层;宁夏中部干旱带水库的小湾水库在深度0~3.5m范围内,共有7个分层;石峡水库在深度0~3m范围内,共有5个分层;索草窝子水库在深度0~4m范围内,共有6~7个分层;千家井水库在深度0~6m范围内,共有7~11个分层。(4)宁南山区大沙河水库淤积土厚度范围为3.7~8.2 m,宁夏中部干旱带水库小湾水库淤积土厚度范围为2.2~3.3m,石峡水库淤积土厚度范围为2~3m,索草窝子水库淤积土厚度范围为2.3~3.8 m,千家井水库淤积土厚度范围为2.3~5.9m。各水库坝前淤积土厚度有一定的起伏变化,这和修建水库前的原地层形态有关,也和淤积土的沉积不均匀有关。所有水库坝前淤积土厚度都是越靠近坝体的沉积厚度越大,宁南山区水库淤积土厚度大于宁夏中部干旱带水库,这与水库地域、气候有关。(5)建立了基于Access的宁夏黄土丘陵山区水库坝前淤积土沉积规律数据库,该数据库系统包含了表、窗体、宏、模块四个部分,实现了数据库的基本操作功能。数据库包括宁夏南部山区水库和宁夏中部干旱带水库共5个水库的内容,展现了水库基本信息、土性参数试验结果、淤积土雷达探测结果、坝基处理措施等有关水库淤积土沉积规律方面的信息,该数据库具有操作简单、数据详实、内容丰富、界面直观的特点。
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