基于BSTEM的长江中游河道岸坡稳定性分析

以长江中游荆江出口熊家洲至城陵矶段典型断面为例,利用河岸稳定性与坡脚侵蚀模型(BSTEM)计算了2个典型断面在不同自然条件下的岸坡形态、水位条件、坡脚横向冲刷距离、植被类型及有护岸工程条件下河岸稳定的安全系数,分析了这些因素对河道岸坡稳定性的影响。结论表明:水位变化对河岸稳定性有重要影响,高、低水位岸坡稳定性与河岸组成密切相关,退水速率较快时,安全系数大幅度减小,易引起崩岸的发生;不同岸坡形态下河岸安全系数也不同,均随着坡脚横向冲刷距离的增大而减小;坡面实施护岸工程与植被覆盖会增加岸坡的稳定性。     

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。     

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。     

关于大凌河河岸稳定性的研究

在天然河道中,由于水流和岸坡的相互作用会导致河岸失稳,甚至造成河岸崩塌。为了保证河道安全与生态平衡,同时,也为了保证居民正常的生产生活,对河岸稳定性进行研究是十分必要的。多方法、多断面、多指标相结合的方法能弥补一般稳定性分析方法的不足。运用Trimble Juno SC高精度手持GPS、实地勘测及取样实验等多种方法,对大凌河河岸17个断面岸坡倾角、河岸高度、河岸基质类别、坡脚冲刷强度和岸坡植被覆盖率稳定性指标进行分析评估。结果表明大凌河河岸整体稳定性较好。分析结果能为将来河岸加固和防护提供依据和参考。更多还原     

长江荆江段二元结构河岸土体力学性能及崩塌试验

通过连续3 a对荆江崩岸情况进行现场调查、室内土工试验和概化模型试验,分析荆江崩岸特点及规律、河岸上部黏性土的物理及力学性能以及二元结构河岸崩塌过程的特点和影响因素。结果表明：荆江段崩岸分布规律主要表现为下荆江多于上荆江,左岸多于右岸;二元结构河岸崩塌过程可概括为坡脚受冲刷变陡,岸顶裂缝形成发育,岸坡渐进侵蚀,河岸失稳导致崩塌,岸坡形态趋于稳定,进入下一次河岸崩塌循环;黏性土含水率对水位变化的响应速度快于对浸泡时长的响应速度;黏性土的起动切应力为0.531 N/m²,影响黏聚力值的临界含水率约为16%,受纵向水流及土体含水率的影响,岸坡在枯水期稳定性较高,在涨水期会产生局部崩岸,洪水期和退水期时坡脚冲刷和崩岸强烈。     

盖孜河塔什米力克引水工程边坡稳定分析

以盖孜河塔什米力克引水工程边坡为例,采用拉伸剪切法计算河道岸坡的稳定性情况,分析河水水位、涨退水速率与岸坡安全系数变化的关系。结果表明:随着水位的升高,该类型河道岸坡安全系数呈减小趋势,稳定性变差;退水速率越快,岸坡安全系数越低,涨水速率越快,岸坡安全系数越高;岸坡的稳定性是其自身岩土体强度与水位变化相互作用的综合结果。通过分析研究,可为类似工程案例提供参考借鉴。     

岛礁地形抛石护岸稳定性试验研究

岛礁地形是一种特殊的海岸形式,国内外学者对波浪在岛礁地形上的传播变形研究较多,但对于岛礁地形上的护岸工程研究较少,缺乏对关键设计参数的研究。以马尔代夫机场岛护岸工程为例,通过比例尺为1:10的波浪水槽物理模型试验,分析研究了3种不同岸坡宽度、4种不同水深和波浪组合工况下的护面块石稳定性。结果表明,前沿岸坡宽度,即护岸坡脚至礁缘之间的距离是影响抛石护岸稳定性的重要因素。在同样水深、波况及护岸块石质量条件下,护面块石的失稳率随岸坡宽度的增加而减小。进一步分析发现,为保障护岸安全,抛石护岸外坡坡脚宜布置于波浪破碎点之后,且与破碎点之间距离不应小于浅水波长的26%,即0.26T$ \sqrt{g h_{\mathrm{e}}}$。     

下荆江二元结构河岸崩退过程模拟及影响因素分析

三峡水库蓄水后下荆江河段河床持续冲刷,局部河段崩岸险情时有发生,研究下荆江二元结构河岸的崩退过程,有利于全面掌握该河段的演变规律。以下荆江荆98断面为研究对象,结合实测水文资料及断面地形资料,应用BSTEM模型计算了该断面右侧河岸2007及2010年的崩退过程,同时分析了弯道二次流及岸顶植被对崩岸过程的影响。结果表明:下荆江二元结构河岸的崩岸一般多发生在洪水期和退水期,其中洪水期为崩岸强烈阶段,退水期为崩岸较强阶段;弯道二次流的影响使得河岸坡脚冲刷更为严重,不利于凹岸的稳定性;岸顶植被增强了上部黏性土层的抗剪强度,有利于河岸的稳定性。     

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。     

新型方形薄壁生态护岸流速分布规律

新水沙条件下长江中下游河道岸线发生普遍崩塌,生态护岸以其独到的"亲水"防护获得了越来越多的关注,现有研究中对护岸块体水流特性的成果较少。通过水槽概化模型实验对新型方形薄壁生态护岸展开研究,对比分析在不同开孔率的影响下岸坡附近流速分布的规律。结果表明:相对于没有铺设护岸块体的天然岸坡,在一定的水流条件下新型生态护岸能够显著改变断面流速分布,对改善水流流态、防止河岸过度冲刷以及改善生态环境等都具有积极作用。     

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。     

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。     

Turbulence structure and bank erosion process in a dredged channel

Riverbank erosion has significant geomorphological as well as anthropogenic consequences. The geomorphological impacts include form changes such as lateral channel migration, meanders, channel expansion, etc. The anthropogenic effects include the threat to floodplain human habitation, agricultural land, and stability of instream hydraulic structures and buried pipelines. Channel dredging for the extraction of sand and gravel has seen a multi-fold rise in the last few decades. Therefore, riverbank erosion response to channel mining gains importance in river basin management. Sandpits dredged in the riverbeds can significantly impact the downstream riverbank stability. In order to assess these impacts, we conducted a series of experiments at a laboratory scale in a recirculating water flume. Three riverbank slopes, 25° (gentle), 31° (equal to the angle of repose of the bank sediments), and 40° (steeper than the angle of repose), were tested along with a sandpit. Remarkable changes in the turbulence structure of riverbank flow were found due to the channel pit. Pit excavation directly impacts the fluvial erosion characteristics of the riverbank. Pit action increases the Reynolds shear stress fields in the near-bank flow, which causes progressive fluvial erosion of the berm at the bank toe. The erosivity of the main channel flow in the riverbank also leads to channel degradation, which increases the exposed height of the bank slope. Pit dredging leads to the generation of stronger ejection bursts which provide a mechanism for berm sediment mobility and erosion. The hydro morphological response of the riverbank due to sand mining was analysed, and process understandings are presented in the paper.     

基于点稳定系数法的非饱和河岸边坡稳定性分析

河岸边坡的整体稳定性计算,无法定量反映水位变化对边坡各部位局部稳定性的影响。基于点稳定系数法与非饱和土力学理论,运用非饱和流固耦合模型进行河岸边坡的稳定性数值分析。以某大型模型试验为例,通过绘制边坡在水位升降作用下各时段所对应的点稳定系数分布云图,揭示边坡的破坏原因与内部稳定性变化过程,并与实际观测结果进行对比。研究表明:点稳定系数法能合理地描述河岸边坡各位置的稳定性及其动态变化,与实际吻合良好;边坡临空面稳定性较低,水位缓慢上升将导致有效应力降低及非饱和区基质吸力丧失,易诱发浅层失稳;水位下降形成的动水压力,是导致边坡稳定性下降的主因,坡脚处最易失稳,致使边坡发生牵引破坏;边坡内部点稳定系数随水力梯度的增大而降低,非稳定区分布面积随水力梯度的增大而增大,并主要分布于浸润线以下、坡脚以上。研究成果为此类边坡的稳定性评价及治理提供了一定的科学依据。     

水下崩岸段吨袋垫坡与膜袋自密实混凝土护坡施工技术应用与效果分析

河道的回水地带常年受河道水流迎流顶冲影响,岸坡冲刷严重易崩塌,影响岸坡安全。以涡河县义门镇涡河左堤崩岸段应急加固工程为例,采用吨袋垫坡+膜袋自密实混凝土护坡技术对崩岸段进行加固处理有效解决了水下护岸边坡因水流冲刷引起的变形与坍塌问题,效果良好,可为类似工程施工提供参考。     

上荆江河段南五洲崩岸整治工程护岸形式选择

南五洲险段常年抢护但崩岸仍时有发生,采用的水下抛石措施,需大量开山采石而对开采区生态环境产生不可逆转的破坏,同时在工程实施区域需大面积削坡以维持坡面稳定,个别堤段还需退垸堤防、侵占农田、重建相关水工建筑物和农田水利设施等,其经济效益和社会效益都有待综合评估。为此,根据南五洲险段崩岸的主要影响因素及近岸地形变化趋势,针对南五洲险段崩岸整治措施的选择问题进行了详细的分析论述。提出了在不改变河势和对岸滩岸稳定、保持防洪态势和既有航道条件下,利用水下承台堆石护脚、阻滑桩结合长充沙管袋护脚,同时水上护坡工程二级护坡采用三维植被网护坡的新思路。