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。     

流滑型窝崩特征及概化模拟试验

流滑型窝崩是长江中下游一种典型的岸滩崩塌形式,土体崩塌破坏发展速度快、体量大,危害很大.根据典型实例,分析了此类崩岸的特征和发生规律,并通过初步的概化模拟试验,探讨了其形成过程和成因机理.研究结果表明,流滑型窝崩是水流冲刷过程中引起的土体滑动破坏,岸坡土质抗冲差、近岸水流急是窝崩形成的基础条件,而伴随窝塘扩大出现高强度的回流是土体连续崩塌破坏的重要动力因素.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

崩塌型堰塞坝形成条件与过程研究

基于前人研究成果,探讨了崩塌型堰塞坝的形成条件与形成过程。崩塌型堰塞坝的形成必须具备3个条件:地形、坡面运动和水流冲刷。地形条件为崩塌体的形成创造了可能,坡面运动条件保证了崩塌体能够到达河床及对岸,河流冲刷条件确保了冲击入河的岩土体不因水流冲刷而被瞬间带走。崩塌型堰塞坝的形成过程可概括为不稳定因素积累、重力崩坠以及撞击-弹落-重夯成坝3个阶段。     

南方极端冰雪灾害条件下边坡崩塌机理初步研究

针对2008年初我国南方罕见的极端冰雪条件下的岩土坡体崩塌问题,运用岩土体的水分场、温度场及应力场三场耦合基本理论,采用FLAC3D模拟软件,对饱和状态下的岩质边坡进行数值模拟计算,从冻结深度及冻胀变形两个方面揭示了南方极端冰雪灾害条件下崩塌形成机理。计算结果表明,短时间内冻结仅仅发生在岩土体表层;在冻结过程中,边坡表层质点发生了向自由边界的位移,随着冻结时间的延长,冻胀位移有增大的趋势。边坡岩土体的冻融损伤只发生在边坡表层,因此南方极端冰雪环境下边坡多发生浅层崩滑破坏,并给出了相应崩塌形成的过程示意图。     

流滑型窝崩水流运动和地形变化概化模拟试验

针对长江中下游的流滑型窝崩进行了典型窝崩水槽概化模拟试验,分析研究了窝崩形成与发展及窝塘水流运动和地形变化。结果表明,流滑型窝崩主要是由水流冲刷和岸坡上部土体持续崩塌所形成,且发展迅速,发展过程主要有始发期、发展初期、发展中期、发展成熟期和发展稳定期等阶段。随着窝崩的发展,岸坡崩塌、窝塘扩展,窝塘内回流和口门外涡流逐渐下移,窝塘内回流由椭圆形趋向圆形,强度由强变弱,岸坡先整体冲刷后退,之后窝塘由上下扩展逐渐演变为以下半部分拓展为主。     

二元结构河岸崩塌机理试验研究

以室内概化模型试验为技术手段,首次尝试采用不同粒径的新型复合塑料沙(细颗粒层通过加入适当比例的黏合剂)模拟了天然二元结构河岸崩塌过程。试验研究表明:二元结构河岸崩塌过程大体可分为5个崩塌阶段:坡脚冲刷变陡阶段→滩面裂缝形成发育阶段→坡面渐进侵蚀阶段→河岸崩塌阶段→河岸冲刷趋于稳定阶段;在崩塌发生的过程中首先是下层泥沙受冲变陡,其次是上层河岸泥沙在多种因素影响下发生着不同的崩塌形式;在同级流量条件下,水位下降过程中河岸稳定性较水位上涨过程中明显减小。该成果可为研究江河崩岸治理措施和防洪减灾提供理论依据。     

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。     

河岸边坡对抛投沙袋落点规律影响的试验研究

通过概化水槽试验,分析了有河岸边坡情况下开底驳船和翻板船抛投沙袋的漂移、偏移落距和落点范围规律,并研究了不同抛投方式的影响。试验结果表明:河岸边坡的存在会导致沙袋发生滑动或滚动,增加沙袋的漂移和偏移落距,且坡度越大,沙袋在顺水流方向的落点越分散;沙袋平均漂移落距随流速的增大而增大,流速较大时,边坡坡度变化对沙袋漂移落距影响较小,流速较小时,开底驳船抛投时沙袋平均漂移落距随边坡坡度的增大而增大,翻板船抛投沙袋在顺水流方向的落点越集中;开底驳船抛投方式比翻板船抛投方式的沙袋落点更分散,但落点范围相差不大。