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护心滩建筑物稳定性的多维度剖析与提升策略研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

长江作为我国内河航运最重要的水运主通道，其干线航运是连接东、中、西部地区的关键纽带，也是长江沿江经济持续、快速发展的重要支撑。然而，长江航道条件复杂，特别是中下游河道，泥沙易淤积形成浅滩，严重阻碍了航运的发展。例如，长江中游界牌河段航道整治二期工程就致力于改善该河段的航道条件，提高通航能力。

护滩建筑物作为航道整治的重要手段之一，对于稳定滩体、束水归槽、保障航道畅通起着关键作用。采用护滩建筑物保护滩体，能有效防止滩体被冲刷，从而稳定枯水航槽，是目前长江重要航道整治工程采用的主要手段之一。但从已实施的航道整治工程来看，护滩建筑物的水毁现象较为严重。尤其是三峡工程蓄水运用后，长江中下游来水来沙条件发生重大改变，产生长时段、长距离的冲刷变形，这使得各种滩体的变化对航道的影响更加复杂，对护滩建筑物的稳定性提出了更高的技术要求。若护心滩建筑物稳定性不足而损毁，会导致滩体被冲刷，航道变浅、变窄，增加船舶航行的风险，甚至可能造成船舶搁浅、碰撞等事故，严重影响航运安全和效率。

因此，开展护心滩建筑物稳定性研究，对于揭示护心滩建筑物的破坏机理，确定影响其稳定的主要因素，提高护心滩建筑物的稳定性和耐久性，保障长江航道的安全畅通，促进长江航运的可持续发展，具有重要的理论意义和实际应用价值。同时，也能为航道整治工程的设计、施工和维护提供科学依据，减少工程成本和资源浪费，推动我国水运事业的发展。

1.2国内外研究现状

在国外，对水利设施稳定性的研究开展得较为广泛，例如美国胡佛大坝、意大利的蒙泰费拉特水坝等大型水利工程的稳定性研究，积累了丰富的经验和成熟的理论。在河流整治方面，欧美等国家运用先进的数值模拟技术和物理模型试验，对河道水流特性、河床演变规律以及护岸结构的稳定性进行深入研究。他们注重多学科交叉，将水力学、岩土力学、材料科学等知识综合应用于水利工程研究中，开发出了一系列高性能的护岸材料和结构形式。不过，针对护心滩建筑物这一特定类型的研究相对较少，且由于不同国家河流的地质、水文条件差异较大，国外的研究成果不能完全适用于长江航道。

国内对于护心滩建筑物的研究主要集中在其在航道整治工程中的应用以及破坏原因分析。长江中游航道整治工程中广泛应用了护心滩建筑物，学者们通过野外调研、理论分析和模型试验等手段，对其破坏机理和影响因素进行了研究。有研究表明，护心滩建筑物的破坏与河道地形、水流泥沙条件、护滩带选择及平面布置等密切相关。对于软体排护滩结构，在枯水期，浅滩坡脚会因流速增大而受到强烈淘刷，导致排体不均匀变形甚至排底基脚被掏空；洪水期，未受保护的浅滩边缘区域易形成凹槽，且排布及系结条因强度低、搭接不稳定、老化等原因容易撕裂。四面体透水框架在来流速度较大时，外侧框架会受水流作用移动产生变形，但总体破坏面较小，对心滩保护作用影响不大。坝体护滩结构则因坝头附近水流紊动剧烈、流速大，易出现坝头块石剥落、冲刷坑形成以及坝体坍塌等问题，护滩效果不理想。然而，目前国内对护心滩建筑物稳定性的系统研究还不够完善，缺乏全面、深入的理论体系和定量分析方法。

1.3研究内容与方法

本研究将围绕护心滩建筑物的稳定性展开，具体内容包括：

破坏机理研究：通过野外调研，实地观察护心滩建筑物在不同水流、地形条件下的破坏形态，结合理论分析，深入探讨护心滩建筑物的破坏过程和内在机理。

影响因素分析：全面分析河道地形、水流泥沙条件、建筑物结构形式、材料特性等因素对护心滩建筑物稳定性的影响，确定主要影响因素。

稳定性评估方法研究：建立科学合理的护心滩建筑物稳定性评估指标体系和计算方法，对不同类型的护心滩建筑物进行稳定性验算。

稳定性提升措施研究：根据研究结果，提出针对性的护心滩建筑物稳定性提升措施，包括结构优化、材料改进、施工工艺改进等。

研究方法上，采用多种手段相结合：

野外调研：对长江中游航道整治工程中的护心滩建筑物进行实地考察，收集第一手资料，了解其实际运行状况和破坏情况。

理论分析：运用水力学、岩土力学、结构力学等相关理论，对护心滩建筑物的受力情况、水流作用下的稳定性进行分析计算。

模型试验：设计并开展水槽概化模型试验，模拟不同工况下护心滩建筑物的工作状态，研究其周围的水位、流速、水流紊动强度等水力特性，以及滩槽的冲淤特性，验证理论分析结果。

数值模拟：利用专业的数值模拟软件，建立护心滩建筑物的数值模型，对其在复杂水流条件下的稳定性进行模拟分析，与模型试验结果相互印证，为研究提供更全面的数据支持。

二、护心滩建筑物概述

2.1护心滩建筑物的作用与类型

护心滩建筑物在航道整治工程中扮演着至关重要的角色，其主要作用是稳定航道和保护滩体。在天然河道中，水流的冲刷和泥沙的淤积会导致滩体形态不断变化，进而影响