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本文作者:王建強、沈嚴鋒 單位:嘉興市水利水電勘察設計研究院
目前,世界上很多震區,原本都是無震區,在水庫蓄水以后就會產生破壞性的地震。水庫在蓄水以后很可能會引發地震。水庫地震活動與蓄水過程有著很大的相關性,但是震級一般都不高。為了防止水庫引發的地震,我們要注意在地質環境比較差、斷裂發育或者巖性不均勻的地區以及在地震活躍去建設水壩時,要選擇抗震性能較好的材料和壩體;在水庫建成蓄水以后,要加強對地震的觀測,如果發現有微震現象就應該嚴格控制水位,減緩水位升高速度,減小水壩負荷,降低水壓,消除地震的誘因。
水庫在建成蓄水以后,因為其水位的變化和波浪的作用,原來岸坡極有可能會失去平衡,發生山體滑坡或者塌滑破壞現象。三門峽大壩在蓄水兩年期間發生了多次塌岸事件,所以,在水庫蓄水前,要對岸坡進行削坡,發現可能會出現滑坡的山體時,要事先進行排水,并且對其進行加固等措施,也可以事先對這些山體進行清除。
水庫在修成蓄水后,壩基承受較大水壓,可能會出現滲透。在水庫邊緣的薄弱山脊、縫隙、溶洞、溶槽或者斷裂帶等等,漏水量可能會很大,這就影響著水庫的使用,還能影響周邊地區的水文和地質條件。
從實踐來看,不只是水利工程對地質環境會造成一定的影響,相反地質環境也會對水利工程產生一定的影響。地質環境對水利工程的影響主要有滑坡和泥石流等動力工程的地質現象,土地沉陷、沙土液化、黃沙濕陷以及邊岸再造等各種各樣的地表的變形破壞,還有地表的巖土體性質的改變等等,這些問題的存在,可能會對水利工程造成非常嚴重的后果。我們要調查和研究這些現象的發展速度和規模以及趨勢,針對不同的現象做出不同的技術措施,用以防止和削弱這些變形造成的破壞。具體主要表現在以下幾個方面:
1.水體環境導致的坡體滑動
在我國古代就有治坡先治水的說法,這其中的主要原因是水和水的作用,會減少巖土體的抗剪的強度,加大裂縫的水壓和上浮力,從而減小了坡體原本的穩定性。如果沒有誰的作用力,那幾乎不會產生滑坡動力工程帶來的地址破壞的現象,除了一些特殊的地質構造會對形成滑坡造成一定的影響。軟弱的夾層,風化作用下形成的裂縫、夾層地下水作用下的泥化夾層等等,都很容易構成滑動面的構造。這些構造面,再結合水的作用,就會使動力工程地質的破壞更加劇烈。滑坡一般都與地表和地下的水系分布和運動的方向以及趨勢,還有存在的方式等各個方面存在密切的聯系。
2.水位問題
一般水利工程都是把水位提高,造成原有的土體飽和并且軟化,使含水量增大,內摩擦角和內聚力降低,抗剪能力減小,使土體出現了剪切破壞,出現地面的不均勻沉降或者沉陷等等,這些現象與水位下降時出現的土體有效的應力加大造成的地面沉降現象不同,所以,在建筑工程的設計上存在很大的區別,對臨近水系的工程測量與設計方面也要考慮這些因素的影響。
3.地質環境的沙土液化問題
水庫在建成蓄水以后,飽和后的粉土在經過地震的作用后,孔隙的水壓力增強,有效應力會逐漸降低,甚至會歸零,這時,沙粒會在水中懸浮,承載力和抗剪性都會大幅下降,造成冒砂或者噴水現象的出現。這其實是液化的地震現象,所以,水利建筑必須要進行抗震和預防的設計。
4.地質環境對水庫周邊岸坡的邊坡再造問題
邊岸的坡體因為坡腳被沖蝕造成局部的失穩狀態,會造成大的崩塌紅著是滑坡現象,這不僅會危及水庫,還會對周圍的建筑物造成危險,產生大量的固體徑流物,造成水庫淤積的加速,從而減小水庫的庫容量,嚴重的情況下,會造成崩塌涌浪,釀成災難性的結局。
5.地質環境對蒸發強烈地區的影響
隨著水利建筑工程的興建,地下水位會逐漸升高,埋藏深度變淺,使得地下水在毛細作用下上升到土地表層,然后蒸發。造成地下水和土壤中的鹽分上升到土地表層,從而凝聚,造成土壤的鹽漬化。
6.地質環境的沼澤化
水庫在引起地下水位上升以后,對水庫臨近的土壤產生鹽漬化或者是沼澤化,造成土壤變質。水庫內的水流速度小,水與空氣界面的交換速率和污染源的擴散遷移能力降低,所以,水體清潔能力就會下降,復氧能力就會減弱;透明度變大,為藻類的光合作用提供了有力條件,轉入庫的水流中,營養物豐富,水的深度比較小,很容易造成富營養狀態;懸移物長期的沉積在水路底,其中不易降解的重金屬物質和有毒物質,就會成為污染源,從而影響水庫的水質。
在水利工程的地質環境分析過程中,首先要對地區現狀的水文地質條件和工程地質和水文地質對水利工程的適應性等進行分析,從而預測區域地質環境會在水利工程建成和運作后產生的變化,以及其影響,預測其可能會產生的災難性破壞,以及這種影響或者災難性破壞的控制手段和程度,以及預防的措施等等,在一項水利工程修建完成之后,對于地質環境的影響是綜合性的、來自于多方面的,大自然是一個彼此之間相互關聯整體,其中某一部分發生了變化,就會出現連鎖反應,除了我們文中所說過的這幾個方面以外,還有很多,如對水庫周邊土地的浸沒、土地的鹽漬化、沼澤化等等造成原有的森林、樹木以及植被等等的破壞。而且在水庫建成以后,水質和土壤乃至氣候都會發生重大的變化,這必將會造成動物和植物群落以及水生生物的變化。所以,水利工程地質環境的影響是非常大的,我們對其產生的影響和分析要從長遠角度出發,緊密聯系大自然與人類的未來發展趨勢。