河岸临界崩塌高度的研究

从河床冲刷下切与河岸应力的变化关系出发,分析了陡坡和垂直岸滩的崩塌挫落机制。在河床冲刷下切或者岸滩淘刷的过程中,黏性岸滩会出现纵向裂隙,促使河流岸滩崩塌。通过河岸崩塌体的稳定分析,导出折线河岸初次崩塌及二次崩塌的临界崩塌高度公式。河岸崩塌高度主要取决于河岸边界、水流因子、渗流强度、河道冲淤和岸坡土质等方面的因素。当河岸高度大于临界崩塌高度时,河岸发生崩塌。利用天然河岸崩塌高度的研究成果与模型沙崩塌高度的试验资料检验岸滩崩塌高度公式的合理性,证实了计算结果与实际基本相符。     

冲积河流典型结构岸滩落崩临界淘刷宽度的研究

岸滩落崩是最重要的崩塌形式之一,为了探讨落崩发生的过程和临界条件,通过分析单一、二元、沙质壤土夹层三种典型结构岸滩发生落崩的本质,利用水沙运动理论、岸滩稳定理论和水槽淘刷试验,深入研究了落崩发生机理与崩塌过程,建立了简单岸坡剪切崩塌和旋转崩塌临界淘刷宽度公式,并为水槽模型沙岸滩淘刷试验资料所验证。岸脚淘刷致使岸滩上部块体处于临空状态,当淘刷宽度大于临界淘刷宽度后,落崩将会发生;落崩临界淘刷宽度主要取决于岸滩土壤特性、淘刷位置、边坡形态及河岸裂隙深度等,与河岸高度和强度系数成正比,与岸坡裂隙深度和岸坡坡度成反比。     

冲积河流塌岸淤床交互作用过程与机理的试验研究

河岸崩塌是河道横向变形的重要表现形式,崩塌体作为陡增的泥沙源反作用于河床演变,进一步影响岸坡的二次崩塌。在弯道水槽中展开系列试验,研究水力作用下非黏性及黏性均质岸坡冲刷崩塌力学机理、塌岸淤床交互作用过程及其影响因素。试验表明,水流冲刷过程中岸坡破坏是水流淘刷岸坡坡脚、岸坡崩塌及崩塌体淤积坡脚,并在河床上分解、输移掺混中交互作用的反复循环过程。岸坡崩塌、崩塌体与河床发生掺混最剧烈处位于弯道出口水流顶冲点附近,非黏性岸坡崩塌更容易发生在水面附近较浅的地方,而黏性岸坡崩塌更倾向于在坡脚附近较深的地方发生。近岸流速及河床可动程度越大,岸坡总冲刷坍塌量也越大,对于非黏性土其岸坡崩塌体在河床上的总淤积量也越大。研究成果初步揭示了塌岸与河床冲淤的交互作用模式,为进一步深入的研究奠定了基础。     

河岸崩塌类型与崩塌模式的研究

崩岸是河流侧向演变的重要形式,包括滑崩、挫崩、落崩、窝崩等。滑崩一般发生于土质均匀和松散的岸滩,其崩塌过程较长,崩塌破坏面一般为曲面,可采用土力学中的条分法进行分析;挫崩主要发生在具有纵向裂隙的黏性岸滩,其崩塌过程较简单和短暂,崩塌破坏面为平面,可采用崩体力学平衡分析;在黏性岸滩的岸脚遭受水流淘刷,上部块体处于临空状态下发生落崩,崩塌破坏面为平面,其崩塌过程简单和短暂,分为剪切、旋转(倒崩)和拉伸三种落崩模式,落崩仍可按崩体力学平衡法进行分析;对于特定的河岸边界条件,当受到水流的剧烈淘刷或土体失去承载能力时,河岸可能发生窝崩,其崩塌过程连续复杂,可分为淘刷窝崩和液化窝崩。通过引入岸滩边坡形态坡度,分析了边坡形态坡度与稳定性的关系,指出岸滩崩塌坡度大于稳定坡度,岸滩边坡坡度介于崩塌坡度和稳定坡度之间,岸滩处于不稳定状态。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同 ,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下 ,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式 ,并进行了合理性分析 ,认为在相同的纵向流速条件下 ,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

弯道推移质泥沙运动特性及其对河道演变的影响

弯曲河道水流、泥沙的运动特性与顺直段不同,存在横向流速与横向输沙。在考虑了弯道河段横向水流影响的条件下,导出了弯道河段泥沙的起动流速公式,并进行了合理性分析,认为在相同的纵向流速条件下,弯道段凹岸侧泥沙的起动粒径和泥沙输移速率均较顺直段大。同时结合弯道段水流和泥沙的运动特性阐明了弯道河段的演变规律。     

岸坡崩塌条件下弯道环流与水流剪切力的变化特征

河岸崩塌(又称为崩岸或塌岸)是水动力作用下岸坡失稳的一种主要形式,属于一种典型的水力与重力的复合侵蚀。本文采用黄河上游宁蒙河段的磴口黏性河岸沙为实验用沙,通过实施8组弯道水槽实验模拟塌岸过程与河道冲淤演变过程,重点观测并分析崩塌近岸水位、流速、颗粒粒径及河床冲淤形态等水力-泥沙-河床三方面因子变化特点,揭示黏性岸坡崩塌过程水流剪切力分布特征及其对河道冲淤形态影响机制,结果显示崩塌体头尾部的剪切力突增,形成较大剪切力区,尾部剪切力大于头部剪切力,尾部形成涡流,流速分布混乱,加快崩塌体的分解和崩塌进程。实验进一步揭示了崩塌过程河床形态对水流剪切力的响应关系,为建立崩塌河段泥沙输移模型提供了基础依据,并可供河道整治工程规划设计参考。     

冲积河流岸滩崩退模式与崩退速率

为研究冲积河流的侧向演变过程并开展模拟预测,采用河道冲刷及河岸稳定性等理论探讨岸滩的崩退模式和崩退速率。根据河岸崩塌机理及崩体塌落到水中后冲刷形式的不同,提出3种岸滩崩退模式,分别为挫崩滑塌冲刷崩退模式、挫崩倒塌冲刷崩退模式和落崩冲刷崩退模式。结合河岸的侧向淘刷、河床的纵向冲刷以及河岸崩塌的临界状态,推导了3种岸滩崩退模式的崩退速率计算公式,并利用长江和黄河的水文、河岸资料进行检验。结果表明:长江和黄河的河岸岸滩崩退速率估算值与实际崩退速率基本相符,所建立的岸滩崩退模式和崩退速率计算公式是合理的。     

河湾水流与凹岸路基侵蚀机理探讨

笔者利用弯道概化模型试验成果对河湾螺旋水流特性及凹岸路基的侵蚀机理进行研究。对河湾水流的形态和环流的形成、发展规律及凹岸水下路基边坡泥沙运动特性进行了分析。提出了凹岸路基的侵蚀主要是由河湾水流对路基边坡的淘刷以及路基的崩塌而引起,得出了河湾凹岸路基防冲范围。     

模袋混凝土在淮河护岸中的应用

淮北大堤是淮北平原的主要防洪屏障，等别为Ⅰ等，其堤防的级别为1级。涡河左堤为淮北大堤涡东堤圈的西堤，全长109．95km，其中蒙城闸至蒙城县青羊沟段长25．615km，建设于1954～1957年。涡河原来水深河宽，一般洪水不漫滩，素有“水不逾涡”之说。自1958年上游引黄淤灌后，大量泥沙进入涡河，致使河床淤高，过水断面减小，流速增加，造成岸坡冲刷及崩岸的原因有河势变化和地质条件两方面。由于河流弯道的存在，淤积岸向河心推进，主流贴向冲刷岸，淘刷岸脚，形成陡坎，又由于岸滩多为砂性土质，水流升降过程中，陡坎逐渐崩塌，岸滩后退变窄，危及堤防安全，并对河势发展产生了不利影响。该次堤防加固设计重点针对护岸工程结构进行设计。     

洪水期岸滩崩塌有关问题的研究

结合洪水期堤岸渗透与崩塌的特点,以岸滩稳定分析为基础,本文重点研究了崩滩与渗透险情的关系、洪水浸泡河岸及水位升降等对崩岸的影响。研究结果表明,岸滩崩塌对河岸堤基的渗透和渗透破坏(管涌、流土)有重要的促进作用,作者推导了堤后(或堤脚)发生流土破坏的临界内滩宽度公式;洪水长期浸泡后,河岸土壤的内摩擦角和内聚力有较大幅度的减小,河岸稳定系数减小;对于黏土岸滩,洪水迅速上涨期间,水压力对河岸的稳定是有利的,而洪水骤降时,河岸崩塌的几率增大;对于非黏土岸滩,洪水缓慢上涨期间,河岸稳定性变化不大,而洪水缓慢下降后,岸滩稳定系数减小。     

三峡工程蓄水运用以来荆江河段河岸稳定性初步研究

根据实测资料分析了三峡工程蓄水运用以来荆江河段水沙输移变化,河道冲淤变化以及典型险工段近岸坡度变化等,并在此基础上对其河岸稳定性进行了初步研究,结果表明,三峡水库蓄水运用以来,坝下游河段来沙量大幅度减少,荆江河段普遍发生冲刷,部分地段近岸河床的水下岸坡冲刷变陡,河岸稳定出现了不同程度的隐患,局部河段甚至发生了崩岸险情,已影响防洪安全与河势稳定等;建议加强荆江险工段的监测,对已发生的崩岸险情进行及时治理,对以往护岸工程的薄弱地段或可能发生崩岸险情的地段需及时加固守护;建议加强三峡工程运用后荆江河道演变与治理方面的研究.     

Determination of bank erodibility for natural and anthropogenic bank materials using a model of lateral migration and observed erosion along the Willamette River,Oregon, USA

Many large rivers flow through a variety of geologic materials. Within the span of several kilometres, bends may alternately flow against recently reworked sediments, older, more indurated sediments or highly resistant materials. As sediment size, cementation, and other properties strongly influence the erodibility of river banks, erosion rates and channel planform are likely to vary significantly along the length of large rivers. In order to assess the role of bank materials on bank erosion rates, we develop a method for detecting relative differences in erodibility between bank materials along large floodplains. By coupling historic patterns of channel change with a simple model of bank erodibility we are able to track relative changes in bank erodibility among time intervals and bank materials. We apply our analysis to the upper Willamette River, in northwestern Oregon for three time periods: 1850–1895, 1895–1932 and 1972–1995 and compute relative differences in bank erodibility for Holocene alluvium, partially cemented Pleistocene gravels, and revetments constructed in the 20th century. Although the Willamette is fundamentally an anastomosing river, we apply the model to single‐thread portions of the channel that evolved through lateral migration. Our simple model of bank erodibility reveals that for all three‐time periods, banks composed of Holocene alluvium are at least 2–5 times more erodible than banks composed of Pleistocene gravels. Revetment installed in the 20th century is highly resistant to erosion and is at least 10 times less erodible than Pleistocene gravels. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Observations of Riparian Tree Geometry and Bank Characteristics along a Bank Stability Gradient at the South River,VA

In this study, we evaluate the use of riparian tree‐geometry and bank‐characteristic data in developing riverbank stability forecasts at four study sites along a mercury‐contaminated reach of the South River, Virginia. Our forecast data set includes measurements of tree diameter, lean angle and percent root‐plate undercut, coupled with bank characteristics included in the Pfankuch Index. Stepwise comparisons and statistical analyses of our tree‐geometry data reveal that lean angle and percent root‐plate undercut are effective measures for discriminating between riparian tree populations at eroding and stable banks, with the strongest discriminant power from the percent root‐plate undercut. Our stability forecasts, using both tree and bank characteristics, agree with long‐term observations, underscoring the value of rarely used tree‐geometry data in such evaluations. The application of these results is important in long study reaches where forecasts of erosion potential from contaminated banks are required to develop mitigation strategies, but direct measurements of bank stability are not feasible. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

游艇波浪侵蚀长港河河岸的计算分析

船行波导致的河岸侵蚀对土地资源和堤防构成威胁。游艇体量小,其危害往往被忽视,然而快速航行的游艇会对河岸产生严重损坏。目前量化评估船行波侵蚀河岸的文献很少。建立船行波引起河岸侵蚀后退的估算模型,并结合鄂州市长港河侵蚀进行实例计算。研究过程由三部分组成:一是现场勘测和调研,包括采集河岸土样,测量河道特征参数,调查长港河船舶类型、船舶技术参数及各类船舶每天航行频次;二是开展室内土工试验,测定土样颗粒级配曲线和临界剪应力,以评估河岸的抗侵蚀性;三是开展河岸侵蚀的数值计算,包括计算游艇船行波要素,采用侧向侵蚀模型计算河岸侵蚀率。计算结果表明,在游艇船行波侵蚀作用下,长港河河岸年平均侵蚀后退54.4 cm,与现场调研结果基本相符。     

河道岸滩稳定性综合评价方法

为了评价河岸边界条件和河流动力条件对岸滩稳定性的影响,以河道岸滩崩塌影响因子层次结构模型和权重系数为基础,将定性指标定量化和定量指标标准化,构造了枯水期和洪水期岸滩稳定综合评价函数,提出了考虑多种因素影响的岸滩稳定性综合评价方法。对拟定的3种不同土壤性质、边界条件和水动力条件的河段岸滩稳定性评价结果表明,岸滩稳定性综合评价过程和评价方法是合理的。     

典型荒漠植被根系对塔里木河岸坡冲刷过程影响试验研究

为探讨植被根系对河岸冲刷过程的影响作用,取新疆塔里木河岸坡原状土,选取当地优势灌木红柳、乔木胡杨根系,通过室内水槽试验,分析不同植被根系对河岸冲刷起防护作用的贡献率。结果表明:①无根系河岸水下淘刷形式主要为圆弧状,下部抗冲能力差;有根系河岸的淘刷形式主要为三角形,下部抗冲能力强,上部悬空层的稳定性好。②根系的网络固土作用使河岸的抗冲能力提高12%~42%;相同植被根系河岸,根系的布置方式对河岸的固土能力有显著差异,V型根系的固土作用优于竖直型;不同植被根系河岸,红柳根系的固土能力大于胡杨根系,平均提高27%。③根土胶结崩塌体堆积形式主要为三角形,且堆积体的占比大于无根系崩塌体;红柳根系胶结崩塌体的分解速率最慢;根系牵拉系数可作为反应根系对河床防护作用贡献的参数,实际计算中可按1.15~2.52进行估算。研究结果可为塔里木河河道岸坡防护提供理论参考。