河岸临界崩塌高度的研究.pdfVIP

水 利 学 报 年 月 第 卷 第 期 文章编号 河岸临界崩塌高度的研究 王延贵 匡尚富 国际泥沙研究培训中心 北京 中国水利水电科学研究院 北京 摘要 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 关键词 河床冲刷 河岸稳定性 河岸崩塌 崩塌高度 中图分类号 文献标识码 研究背景 河岸崩塌是来水来沙条件 河道冲淤演变 岸边土壤地质构造等诸因素共同作用的结果 其中河岸 土质条件是崩岸发生的内因 河势水流条件是崩岸发生的外因 目前关于岸滩崩塌机理的研究主要从 水流因素 河床演变 岸滩稳定等方面进行 其中考虑岸滩土壤特性与结构的稳定分析的研究较 多 近期并引入概率分析的方法 而考虑多因素的综合研究成果较少 在天然河流或模型试验 中 当河床冲刷下切或岸滩侧向侵蚀和淘刷 形成陡立的岸滩 甚至形成倒坡岸滩 河岸会发生崩塌 最典型例子就是水库下游河道的冲刷 水库兴建改变河道的水沙条件 初期拦截大量泥沙 导致下游河 道严重冲刷与下切 岸滩的稳定性发生变化 促使河岸崩塌发生 汉江丹江口水库蓄水运用前后下游河 道崩岸对比成果表明 蓄水后崩岸总长度大于蓄水前 长江三峡蓄水初期造成下游河道大幅度冲 刷 河岸崩塌特征同样会发生变化 给两岸防洪及建筑物的安全产生重要影响 因此 冲刷下切对崩岸 的影响及河岸崩塌的临界条件仍需要进行深入研究 河岸挫落崩塌的力学机制 当岸坡土壤黏性较大 河岸淘刷或河床下切 河岸较陡或呈直立状态 河岸内部的应力场将发生一 定的变化 河岸稳定性也将发生变化 河岸内部应力场的变化类似于挡土墙主动应力场的变化特点 河 床冲刷下切后的河岸崩塌机理可以利用挡土墙的破坏原理进行解释 根据土力学理论 岸滩表 面以下土体的应力分布见图 图 当河床冲刷下切到一定深度 或河岸侧向冲刷使主槽向岸边逐 渐逼近 由于岸滩的土体一侧泥沙被冲走 表面以下土体水平压力减小 且处于弹性变形状态 图 若河槽进一步冲刷加深 或深槽贴岸使岸坡变陡 使得岸滩土体由弹性变形发展为塑性破坏的极 限平衡状态 图 此时岸滩顶部会出现拉应力 进而出现与岸线平行的张性裂隙 在极限平衡状 收稿日期 作者简介 王延贵 山东郓城人 博士 教授级高级工程师 主要从事水力学及河流动力学研究 态下 土体垂直方向的自重应力 与由 而派生的水平侧向压力 有如下关系 图 式中和图中 为自重应力 为侧压力 为切应力 为土的抗剪强度 为土的黏结力 为土的内 摩擦角 图 河岸崩塌挫落机制 当土体发生张隙裂缝时 其水平侧应力 对应的深度应为裂隙的深度 由此求得 上式说明岸滩顶部厚度为 的土层内的土压力为负值区 正是张力带所在 也正是产生张裂隙的 深度范围 由上可见 在河床下切过程中 河岸上会出现纵向张性裂缝 继续冲刷河道会发生崩岸 河岸以挫落 的形式崩塌 对应的破坏面是平面 岸坡的稳定性取决于河道深度与张裂隙发育深度的对比关系 在抗 张能力较小的粉沙亚黏土中 河流冲刷加深到一定程度 就会产生张裂隙 促使岸坡挫落或滑动 河岸崩塌高度的分析 河岸崩塌高度公式的推导 河床冲刷下切过程中 能够维持岸滩稳定的最大高度称为岸滩临界崩 塌高度 或称岸滩临界坍落高度 河岸高度大于临界崩塌高度时 岸