煙臺(tái)營(yíng)子土層滲透變形判別及設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

王曉光

(盤錦市雙臺(tái)子區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124000)

本項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)位于遼寧阜蒙縣煙臺(tái)營(yíng)子村，該村人口為1 326人。該村安置水庫(kù)移民15戶、35人。煙臺(tái)營(yíng)子河穿越煙臺(tái)營(yíng)子村，由于該河道尚未治理，河道窄深，河底沖刷，岸坎不規(guī)則，洪水造成了兩岸耕地坍陷。煙臺(tái)營(yíng)子河目前存在的諸多問題嚴(yán)重影響了煙臺(tái)營(yíng)子村的村容村貌，影響了水庫(kù)移民的幸福感和獲得感。河道治理位置位于沙煙線公路橋上游330～573 m，治理長(zhǎng)度243 m。固賓籠擋墻長(zhǎng)484 m。

1 工程地質(zhì)

1.1 場(chǎng)地位置

場(chǎng)區(qū)位于王府鎮(zhèn)煙臺(tái)營(yíng)子村，地形起伏較大，地貌單元比較單一。

1.2 地形地貌

流域地貌類型為低山丘陵區(qū)，海拔高程一般在200～500 m之間，具體可分為四帶：一為山地丘陵帶，高程180～500 m，基巖裸露：二為侵蝕階地帶，高程在120～180 m，為基座階地，第四紀(jì)沉積物較薄，主要為粘土、粉質(zhì)粘土、呈零星塊狀分布于河床兩岸山丘邊緣地帶：三為堆積階地帶，高程100～120 m，它主要由粉質(zhì)粘土、粉砂質(zhì)土壤和碎石[1-3]。沿河呈帶狀分布：四為高低漫灘帶，高程94～105 m，以不規(guī)則條塊狀分布于河床兩側(cè)，由砂礫石組成。擬建工程位置在河道兩側(cè)，地形較平坦，局部工程位于陡坎或山坡，地勢(shì)陡峭，坎高多在2～10 m左右。

1.3 地層結(jié)構(gòu)和巖性特征

地層巖性分述如下：

1)震旦系(Z)：僅公面在北票市東，呈NE10°～20°，條帶狀出露大虹峪組，高于莊組地層。

(1)大虹峪組(Z1d)：下部分為灰黑色長(zhǎng)石砂巖；上部為灰白色石英砂巖，地表出露寬5～10 m，與侏羅系地層呈斷層接觸。

(2)高于莊組(Z1g)：底部巖性較雜，中上段為灰色白云灰?guī)r，地表寬在1 ～ 2 km之間。整合于大虹峪組之上。

2)侏羅系(J)

(1)興隆溝組(J1x)：巖性變化較大，為安山質(zhì)角礫熔巖夾凝灰質(zhì)頁(yè)巖，以條帶狀分面于北票市東，出露寬度約0.5 km。

(2)蘭旗組(J2l)：主要出露于牤牛河下游末端，可分為上下兩段。下段(J2l1)為黃褐色凝類質(zhì)、泥沙質(zhì)膠結(jié)礫巖夾砂層、頁(yè)巖，富含植物化石；上段(J2l2)為玄安巖、安山巖角礫熔巖及灰紫色安山巖。

(3)土城子組(J2t)：為牤牛河下游出露的主要巖層，可分為三段。第一段(J2t1)為紫紅色凝灰質(zhì)頁(yè)巖加砂巖、礫巖，層厚300～1 300 m；第二段(J2t2)為灰紫色泥砂質(zhì)夾砂巖，層厚500～900 m；第三段(J2t3)為綠色凝灰質(zhì)砂巖，底部夾暗紫色礫巖，層厚90～700 m。

(4)義縣組(J3y)：分面于牤牛河下游，巖性為安山巖和安山凝灰?guī)r。角度不整合于土城子組上。

3)第四第(Q)：除全新統(tǒng)外，均以小面積零星分布于牤牛河兩側(cè)山間洼地。

(1)中更新統(tǒng)(Q2)：巖性為粘土、粉質(zhì)粘土、錳鐵結(jié)核和鈣質(zhì)結(jié)核[4-5]。局部夾沙礫透鏡體。層厚10～20 m。

(2)全新統(tǒng)(Q4)：沿流域及其支流谷地呈長(zhǎng)條帶狀分布，可分為近、現(xiàn)代沉巖，巖性為粉質(zhì)粘土、砂和礫石。

1.4 構(gòu)造及區(qū)域穩(wěn)定性分析

1.4.1 工程地質(zhì)條件

地質(zhì)結(jié)構(gòu)基本上為單一結(jié)構(gòu)。主要由粗類土組成。

1.4.2 各層土物理力學(xué)性質(zhì)

場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層巖性以砂礫為主，物理力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

本次土層附近為礫砂，其中值粒徑d50=1.742 mm，本次沖刷計(jì)算采用該值。

1.4.3 堤身及堤基各土層承載力值

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，土層承載力特征值、壓縮模量及變形模量值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

表2 土層承載力值及變形指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2 各土層滲透性及滲透變形評(píng)價(jià)

2.1 滲透性評(píng)價(jià)

土層滲透性是根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定的，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 土層滲透系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 滲透變形判別

場(chǎng)區(qū)各土層滲流變形按堤防工程地質(zhì)相關(guān)技術(shù)規(guī)定來判定，

1)細(xì)粒土與不均勻系數(shù)不大于5的粗粒土的滲透變形為流土。

2)粗粒土系數(shù)大于5不均勻滲流變形通過以下方法判斷：

A 連續(xù)級(jí)配流土和管涌應(yīng)根據(jù)細(xì)粒含量，采用下式計(jì)算判別：

(1)

(2)

B不連續(xù)級(jí)配采用下式計(jì)算：

流土型：pc≥35%

過度型取決于土的密度、粒級(jí)、形狀：25%≤Pc<35%

管涌：pc<25%

式中：n為土的孔隙率；pc為土壤細(xì)顆粒含量，按質(zhì)量百分比計(jì)算(%)；Cu為土壤的不均勻系數(shù)，土壤可以通過下面的公式來計(jì)算的不均勻系數(shù)；Cu=d60/d10；d60為占土壤總重60%的粒徑，d10為占土壤總重10%的粒徑。

采用了流體土型臨界水力比降公式

Jcr=(Gs-1)(1-n)

(3)

管涌型臨界水力比降采用公式

Jcr=2.2(Gs-1)(1-n)2d5/d20

(4)

式中：Jcr為土壤臨界水力比降；Gs為土壤顆粒密度與水的密度的比率;n為土壤孔隙率(%)；d5、d20分別為占總土重的5%和20%的顆粒粒徑(mm)；土的臨界水力比降除以2的安全系數(shù)為土的允許水力比降[6-7]。

2.3 天然建筑材料

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次工程需要的天然建筑材料主要有固賓籠石料。塊石石料、碎石石料源擬選在太平鎮(zhèn)料場(chǎng)，儲(chǔ)量豐富，為一商品料場(chǎng)，巖石抗壓強(qiáng)度在滿足設(shè)計(jì)的30 MPa以上，質(zhì)量較好，能夠滿足工程質(zhì)量要求，距工程段河道約35 km。

3 設(shè)計(jì)洪水

3.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法

煙臺(tái)營(yíng)子河屬于大凌河流域，細(xì)河支流，屬于無資料地區(qū)。經(jīng)調(diào)查本次治理段的洪水主要來自上游山丘區(qū)，據(jù)此，利用遼寧省設(shè)計(jì)暴雨洪水方法計(jì)算暴雨洪水。

3.2 控制斷面布置及其相關(guān)參數(shù)

根據(jù)工程范圍及工程任務(wù)，本次水文計(jì)算布置了一個(gè)控制斷面，為能夠有效去除水面線計(jì)算誤差，將控制斷面布置在沙煙線下游300 m處。其中：

Ⅰ號(hào)斷面流域面積2.92 km2，河流長(zhǎng)度2.66 km，平均河流落差16.96‰。Ⅰ號(hào)位于沙煙線下游300 m處，流域重心位置東經(jīng)121°33′26″，北緯41°59′55″，流域位于水文分區(qū)Ⅴ1區(qū)。Ⅰ號(hào)斷面特征值及暴雨頻率計(jì)算成果見表4和表5。

表4 斷面Ⅰ設(shè)計(jì)洪水特征值

表5 暴雨頻率計(jì)算成果

3.3 計(jì)算成果

在本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中，采用無資料法計(jì)算該地段斷面的峰值流量[8-10]。斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 各斷面設(shè)計(jì)洪水成果表

4 結(jié)語