冲刷演化的敏感性分析

图6、图7分别为某水利枢纽2004—2008年历次泄洪后模型试验冲刷地形及原型实测水下地形图。试验研究表明[2]：工况1（2004年模型试验工况，Q＝45 000 m3/s，H上＝135.00 m）泄洪坝段下游动床冲刷地形从下纵围堰左侧防冲墙至左导墙呈长条形完整冲坑形态，冲坑底部位于坝轴线下230～250 m，冲刷最低点高程17.7～23.2 m；工况2（2008年模型试验工况，Q＝45 700 m3/s，H上＝145.00 m）冲刷形态与工况1基本一致，冲刷最低点高程16.9～19.9 m。

枢纽从2003年至2008年汛前，运行经历5个汛期后，泄洪坝段下游整体冲刷形态与2004年实测地形相近（见图7）。泄洪坝段下游水下地形整体为形状不规则的冲坑形态，冲坑底部平面位置弯折、底面凹凸不平。左侧6#～13#坝段下游有与水流方向约60°交角的狭长冲坑，坑中形成2个局部深坑，最低点高程分别为22.5 m、26.7 m，泄洪坝段中部冲刷最低点高程分别为21.6 m、28.5 m，较模型试验冲刷位置及高程均有一定差异，工况2不同坝段下游冲刷最深点高程比实测最低点高程均低，模型试验成果较实测地形冲刷具有1～9 m高程的安全富余（见图8），且河床冲刷地形逐步稳定。随着枢纽泄洪建筑物的运行，库水位上升，泄洪流量增加，水流对下游冲刷能力加大，同时泄洪坝段下游河床地质条件也不断弱化，基岩岩块逐渐破碎分解，基岩抗冲刷能力减弱，泄洪坝段下游河床地形不断受冲刷发展，冲刷最低点也向下游缓慢移动。

图6　枢纽历次最大洪水泄洪模型试验冲刷成果

图7　枢纽实测冲刷地形图

图7　枢纽实测冲刷地形图

图8　枢纽深孔孔号对应下游河床冲刷最低点高程图

众多原型观测资料表明，冲刷破坏总是先从软弱断层破碎带打开缺口，然后向两侧扩展。软弱断层破碎带往往控制局部最大冲坑的位置、形成和范围，最深点落在断层带上。由于泄洪坝段下游冲刷区域较大，不同部位的岩体构造特性不尽相同，有基岩较完整的岩体，也有断层破碎带抗冲能力较差的易冲岩体，因此冲刷破坏情况也相差较大。模型试验中动床铺砂视基岩为完整的岩体，各部位模型砂中值粒径及级配曲线相同，而原型基岩存在一定的断层和破碎带，因此在破碎带附近模型试验冲刷与原型实际会存在较大差异，冲坑形态与基岩地质特性有关。两次实测冲刷最严重的部位（形成局部深坑）均位于6#～13#坝段下游F20断层（见图9）、15#～17#坝段下游F18断层以及19#～23#坝段F410断层部位，特别是6#～13#坝段下游冲坑随F20断层发展较快。冲坑的发展是泄洪脉动水流冲击和基岩地质特性共同影响的结果，岩体构造特性很大程度上决定着冲刷破坏的发展过程和冲刷坑的几何形状（见图10）(www.xing528.com)

图8　枢纽深孔孔号对应下游河床冲刷最低点高程图

众多原型观测资料表明，冲刷破坏总是先从软弱断层破碎带打开缺口，然后向两侧扩展。软弱断层破碎带往往控制局部最大冲坑的位置、形成和范围，最深点落在断层带上。由于泄洪坝段下游冲刷区域较大，不同部位的岩体构造特性不尽相同，有基岩较完整的岩体，也有断层破碎带抗冲能力较差的易冲岩体，因此冲刷破坏情况也相差较大。模型试验中动床铺砂视基岩为完整的岩体，各部位模型砂中值粒径及级配曲线相同，而原型基岩存在一定的断层和破碎带，因此在破碎带附近模型试验冲刷与原型实际会存在较大差异，冲坑形态与基岩地质特性有关。两次实测冲刷最严重的部位（形成局部深坑）均位于6#～13#坝段下游F20断层（见图9）、15#～17#坝段下游F18断层以及19#～23#坝段F410断层部位，特别是6#～13#坝段下游冲坑随F20断层发展较快。冲坑的发展是泄洪脉动水流冲击和基岩地质特性共同影响的结果，岩体构造特性很大程度上决定着冲刷破坏的发展过程和冲刷坑的几何形状（见图10）

图9　枢纽泄洪坝段下游岩体抗冲性能平面分区图

图9　枢纽泄洪坝段下游岩体抗冲性能平面分区图

图10　泄洪坝段下游冲坑最低点与岩体断层分布平面示意图

图10　泄洪坝段下游冲坑最低点与岩体断层分布平面示意图