洪水位变化对岸滩稳定性的影响

为了较全面地了解洪水涨落对岸滩崩塌的影响,本文通过对洪水期岸滩受力分析,结合岸滩土体性质和洪水浸泡岸滩特点,给出洪水期岸滩稳定系数;进而分析了洪水降落期岸滩稳定性变化,指出洪水骤降时,长期洪水浸泡后黏土岸滩稳定系数将会大幅度减小;在洪水缓慢降落时,黏性岸滩稳定性减小,但减小幅度小于骤降的情况。通过分析对比洪水上涨、洪水浸泡和洪水降落等不同过程的稳定性,指出洪水迅速上涨期岸滩稳定性最好,依次为洪水缓慢上涨期、洪水浸泡期和洪水缓慢下降期,洪水骤降期岸滩稳定性最差。     

河岸淘刷及其对河岸崩塌的影响

通过研究河岸岸脚淘刷机理与岸滩稳定性，把岸脚淘刷与岸滩崩塌有机地连接在一起。在分析岸滩泥沙起动特点和顺直河段剪切力分布的基础上，指出在同样的水流条件下，河岸泥沙比河底泥沙更容易起动和冲刷，顺直河道的河岸冲刷主要发生在岸边的中下部或岸脚的地方。借用水流泥沙运动理论、水流动力理论和水流涡流理论就弯曲河道的淘刷机理进行了分析探讨，指出在主流和副流的共同作用下，弯道进口处的凸岸、弯道及其出口处的凹岸都属于高剪切力区。河岸淘刷严重，其中凹岸岸脚处的剪切力最大、淘刷最严重。河岸的侧向冲刷，特别是岸（堤）脚的冲刷，导致岸滩泥沙块体的滑力（矩）增加。阻滑力（矩）减小，相应的稳定系数减小，当冲刷到一定程度，岸滩崩塌。     

河岸崩塌机理的理论模式及其计算

河岸滩的崩塌直接危及堤围的安全，作用针对粘性河岸的崩塌问题进行分析和研究，根据河岸整体崩塌情况，提出了一个切实可行的数学计算模型，考虑了河岸可能发生旋转崩塌（窝崩）和平面崩塌两种情况，并将概率分析的方法支用到崩塌的纵向延伸问题上，该模型适用于粘性土河岸及河岸滩的稳定性分析，用于北江社滘段河岸滩的稳定分析计算表明，河槽水位、地下水位、岸滩形态以及河岸滩土质抗冲性的大小等对岸滩的稳定性有不同程度的影响。     

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。     

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。     

模糊层次分析在河道岸滩稳定性评价中的应用

河岸边界条件和河流动力条件是影响岸滩稳定的关键因素,为了探讨多种因素对岸滩稳定性的影响与评价,通过分析枯水期和洪水期岸滩稳定性的主要影响因素及差异,建立了河流岸滩崩塌影响因子的层次结构模型,利用层次分析法给出了枯水期和洪水期各主要影响因素的权重系数,指出无论在枯水期还是在洪水期,各主要影响因素对岸滩稳定性的作用具有很大的差异,进而提供了岸滩稳定性评价的新思路。     

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。     

考虑洪水浸泡的黄河下游堤防稳定性预测

对黄河下游堤防土样进行浸泡后的强度试验,探讨了堤防土质在浸水后强度指标的变化规律及堤防稳定情况,并对洪水长时间浸泡后堤防的各项指标进行了预测.结果表明:黄河下游堤防堤身土被洪水浸泡120 h后,黏土的黏聚力降低72.6%,粉土的黏聚力降低62.8%,而两种土的内摩擦角均变化不大,堤防稳定安全系数降低58.2%;堤防土体被洪水浸泡480 h后.黏土压缩系数、压缩模量与浸泡120 h时相当,稳定安全系数降低73.4%.     

河流岸滩挫落崩塌机理及其分析模式

为探讨岸滩挫落崩塌发生的机理和分析模式,通过分析河流岸滩土壤特性和地质结构,结合岸滩土体应力分布与变化特点,深入分析了岸滩挫落崩塌的力学机制和崩塌过程,指出在河床冲刷下切过程中,黏性岸滩顶部出现的纵向裂隙会促使岸滩挫落崩塌的发生,发生过程相对简单和短暂,破坏面为平面;根据岸滩崩塌体力学平衡分析,探讨了岸滩挫落崩塌的分析模式,导出了挫落崩塌的稳定分析方程,该方程反映了河岸土壤特性、岸坡形态、河床冲刷、岸滩渗流等因素的共同作用关系,将其应用于岸滩临界崩塌高度公式的推导,并利用实测资料对挫落崩塌分析模式的合理性进行了检验,结果表明该分析模式是合理的,可以在实践中应用。     

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。     

河道内水位变化对上荆江河段岸坡稳定性影响分析

三峡水库蓄水后,上荆江河段来沙急剧减少,河床冲刷下切,局部河段崩岸现象时有发生,影响两岸堤防安全。通常认为水流冲积作用是崩岸的主要控制因素,但已有研究表明,河道内水位变化能改变河岸土体的力学特性及受力条件,进而对崩岸过程产生较大影响。本文将一维非稳定渗流计算及黏性土河岸稳定性计算结合,构建了考虑潜水位变化的岸坡稳定性分析模型,用于计算河道内水位变化时岸坡稳定程度的调整过程。以上荆江河段荆34、公2断面为研究对象,采用该模型计算了2009年实测河道水位过程下相应断面的岸坡稳定安全系数Fs。结果表明:涨水期河岸稳定性较高,洪峰期有所降低,退水期更低;荆34、公2断面最小Fs值分别为0.83、1.39,均发生在退水期,表明前者在该时期会发生崩岸,后者较为稳定,这与实测资料相符。此外还计算了不同河道内水位变化速率下Fs值的变化过程,结果表明:岸坡稳定性在涨水速率增加时增大,在退水速率增加时则减小。因此近期上荆江河段崩岸加剧一定程度上与三峡工程运用后退水过程加快有关。     

基于坡面冲刷的荆江典型岸坡稳定性分析

针对荆江典型二元结构的岸坡,采用横向冲刷计算公式探讨了不同水位升降阶段中,水流流速和含沙量对岸坡横向冲刷速率的影响以及岸坡断面形态的变化规律。在此基础上基于饱和-非饱和渗流理论,利用SEEP/w程序建立了二维非稳态渗流模型,模拟了其渗流场在水位升降条件下的变化过程,并基于摩根斯坦法计算分析了在考虑与不考虑坡面冲刷2种条件下岸坡稳定性的变化规律。结果表明:在水位上升期,当不考虑坡面冲刷时,岸坡稳定性是随水位上升而增大的,但当考虑坡面冲刷后,岸坡坡度逐渐增大,岸坡稳定性随水位上升而减小;在水位下降期,岸坡稳定性随水位下降而减小,且考虑坡面冲刷的安全系数下降速率明显大于未考虑冲刷时的情况。因此洪水期与水位下降末期是岸坡失稳的危险期,需重点监控。     

荆江河段崩岸机理及多尺度模拟方法

三峡工程运用后,进入荆江河段的水沙条件大幅度改变,导致近期崩岸频繁发生,影响局部河段的河势稳定及河道防洪安全。荆江段河岸组成一般为上层黏性土、下层沙土的二元结构,在近岸水流冲刷及河道水位涨落过程中受多种因素作用而发生崩塌。以往崩岸模拟考虑因素少,且相关参数难以量化确定。将河流动力学与土力学结合,提出了荆江段河岸土体物理特性与抗剪、抗冲及抗拉强度三大力学特性的量化指标,建立了上、下荆江二元结构河岸稳定性的计算方法,揭示了坡脚冲刷、潜水位变化等因素对岸坡稳定性的影响;提出了河岸崩退过程的多尺度模拟方法,将崩岸力学模型与水沙数学模型耦合,不仅能模拟河道内水沙输移及床面冲淤过程,而且还能模拟不同二元结构河岸的崩退过程。将建立的模型应用于荆江河段典型断面、长河段及局部河段的崩岸过程模拟,计算结果与实测值总体符合较好。提出的多尺度模拟方法为荆江崩岸预测提供了理论与技术基础。     

水位骤降对下伏隧道堤防安全影响研究

建立了考虑水位骤降条件下的下伏隧道堤防模型,依托湘江某下伏隧道堤防工程,基于堤防边坡渗流原理,结合有限元应力计算,探讨了不同水位骤降速率下的浸润线情况,计算了堤防安全系数。研究结果表明:湘江水位骤降速率越快,浸润线变化范围越大,浸润线变化范围与水位降落速率成正比;湘江水位骤降速度在3 m/d^4 m/d,水位降到28.8 m时,堤岸失去稳定;水位骤降并非整个过程中堤岸均处于失稳状态,而是水位降至某高度后堤岸失稳,骤降速率增快对堤防安全系数有一定负面作用。研究结果对隧道下穿堤防建设具有一定指导意义。     

水位变化速率对河道崩岸的影响

针对天然河道崩岸现象,采用概化模型试验和数值计算相结合的方法,初步分析了不同水位变化速率对河道崩岸的影响。研究结果表明:水位变化对崩岸有明显影响,尤其在水位降落阶段,水位降落速率越大,崩岸越明显。岸坡稳定性计算结果显示涨水时稳定系数随水位上升而增大,至高水位后稳定系数先减小后保持稳定,水位降落阶段稳定系数减小,且与降落速率密切相关。研究成果可为分析不同水位变化速率下岸坡稳定性的演化特征并采取相应的河道整治措施提供理论依据。     

水域水位变化对邻近复合地基支承路堤稳定性的影响研究

针对在水域边发生的复合地基支承路堤滑塌事故的问题,为研究水域及其水位变化对邻近复合地基支承路堤稳定性的影响,采用有限差分方法建立了三维数值模型,研究了水域及其水位变化对于桩体受力以及路堤变形的影响。结果表明:水域的存在将大幅提高桩体的受力,水域与路堤形成的先后顺序不同其影响也不一致,水位的突然降低将大幅增加桩体发生弯曲破坏的风险,对路堤的稳定性产生不利影响。不考虑水域以及水域水位变化的影响采用传统复合地基稳定分析方法将显著高估路堤稳定性。     

河流冲刷作用下堤岸稳定性研究进展

分析河流冲刷作用下堤岸土体起动时的受力特点和冲刷破坏机理,概括国内外近岸水流冲刷力的分布与计算、堤岸土体抗冲力确定、河岸土体横向冲刷计算方法等研究成果,分析和评价河流冲刷作用下堤岸边坡稳定性研究进展。指出进一步研究的问题和研究方法:必须将堤岸边坡稳定分析与河流冲刷作用同时考虑,建立包含河流冲刷力的堤岸稳定分析力学模型;开展堤岸稳定分析的三维数值模拟;利用有限元法预测堤岸边坡破坏发展过程,分析变形与稳定的内在联系;将水上岸坡、水下岸坡以及坡脚和河床作为一个整体,进行堤防稳定的渗流场与应力场耦合分析。     

水位升降对荆江高滩岸坡渗流场影响分析

为了进一步分析长江荆江中州子河段高滩岸坡稳定性,考虑该河段水位变化特点,以饱和-非饱和渗流理论为基础,应用 Geo-studio软件seep/w渗流分析模块,对该河段二元土体结构高滩岸坡进行了渗流场模拟。结果表明：江内水位上升初期及下降期间,岸坡渗流以指向江内为主,且渗流方向随着水位升降而变化;当水位升降速度小于土体渗透系数时,土层内浸润线基本与江水位同步变化,反之则浸润线明显滞后于江水位变化,且水位降速越大,地下水位坡降越大,不利于岸坡稳定;水位上升时,岸坡内最大孔隙水压值增大,负孔隙水压区（非饱和区）减少,反之则最大孔隙水压值减少,负孔隙水压区增加。