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。     

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。     

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。     

河岸窝崩机理的探讨

通过分析窝崩发生的特点,本文给出了窝崩发生的边界条件、水流条件和触发因素的具体内涵。边界条件包括岸滩结构的不连续性、岸滩抗冲能力差等,是发生窝崩的必要条件和内因;水流条件是指局部强烈的紊动结构(环流、斜流、横流)、深泓靠岸、洪水涨落等,是窝崩发生的重要条件;水压力的突变、突加荷载、地震等是窝崩发生的激发条件。窝崩发生的原因主要是岸滩剧烈淘刷或岸滩土体的承载能力减小或消失;按窝崩成因,可分为淘刷窝崩和液化窝崩。     

基于红柳根系影响的塔里木河岸坡冲刷试验

为探明荒漠植物根系对塔里木河河岸崩岸的影响,取塔里木河河岸原状土体,以当地优势灌木红柳为代表植物,通过无植被、有植被条件下岸坡冲刷概化水槽试验,观察根系影响下河岸的崩塌过程、崩塌类型及近岸流场分布情况,分析植物根系对河岸的保护作用。结果表明:无植被条件下河岸崩岸类型以倒崩为主,下部淘刷使上部土层的悬空宽度达到临界值后,上部土层的重力矩大于自身的抵抗力矩,发生旋转崩塌;有植被条件下崩岸类型多为平面滑动破坏,表现为河岸顶部出现纵向裂隙,随裂隙竖向延伸,崩塌土块沿滑裂面滑落水中;植被的护挡对其周围流场的影响显著,使近岸主流方向的平均流速由大于横向和垂向平均流速一个数量级逐渐变为同一数量级;根系的固土效应为18%～65%,河岸悬空度与根表面积密度、根长密度成指数递增关系,根表面积密度能较好地反映根系的固土能力。     

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。     

黄河源草甸型弯曲河流的悬臂式崩岸机制

弯曲河流的滨河草甸对抑制河岸崩塌和维持河湾蜿蜒具有重要作用。2011—2014年,在黄河源区兰木错曲的弯曲河段对河岸植被根系、崩塌块几何尺寸、根土复合体物理和力学特性等开展野外调查,并通过原位拉拔试验测定河岸崩塌面植被根系抗拉强度,进而分析草甸型弯曲河道的崩岸机制。草甸型弯曲河流的滨河植被根系网络具有较强缠绕和固结土体作用,河岸根系的力学特性是抑制凹岸崩岸的关键因子。近岸水流淘刷作用集中于根系作用范围以下的砂卵石层,当砂卵石层被淘刷至上部悬空,在自重作用下达到临界状况,河岸沿纵深方向出现贯穿性裂缝,最后崩塌块垮塌贴住河岸。崩块的破坏形式以悬臂式张拉破坏为主。崩塌块的植被根系长度与崩塌块厚度呈明显对数函数关系,其体积也随根系长度增大而增加。分析草甸型弯曲河流的新崩岸模式,建立了近岸根土复合体崩岸的临界力矩平衡方程,并简化得到崩塌块的临界宽度表达式。崩塌块体的临界宽度是崩塌块根系长度和根系产生的抗拉强度增量的函数,临界宽度的计算值与实测值较为符合。     

折线河岸边坡稳定性的研究

河流水流因素、河岸几何条件、河岸岩土体性质及边坡坡顶裂缝的产生是河岸边坡失稳的重要影响因素。通过建立河岸边坡在临坡水位升降、坡趾淘刷、车辆荷载、偶然作用等多因素影响下失稳的概化理论模型,采用极限平衡法,计算了折线边坡在多因素条件下的边坡抗滑稳定系数。重点分析了临坡河流水位、坡趾淘刷及裂隙水位对于边坡抗滑稳定系数的影响。结果表明：边坡抗滑稳定系数随着临河水位的升高先减小后增大,在这过程中存在一个最不利的水位;同时,随着裂隙水位的增高,边坡抗滑稳定系数逐渐变小;边坡坡趾淘刷对于河岸边坡抗滑稳定性非常不利,随着淘刷高度及切入深度的增大,边坡抗滑稳定系数逐渐变小。