理论教育 国内崩岸研究现状及发展趋势

国内崩岸研究现状及发展趋势

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:关于长江中下游河道崩岸的分析研究,前辈作出了开创性的工作。长江中下游崩岸多数发生在河床冲深后,岸坡失去稳定,崩岸以滑坡的形式出现。20世纪80年代,陈引川等人对长江崩岸作了进一步研究,并对“口袋型”大崩窝的形成条件作了初步探讨,认为造成长江下游崩岸的主要因素是:水流条件。这是长江中下游崩岸研究中首次提出土体液化的问题[12]。

国内崩岸研究现状及发展趋势

关于长江中下游河道崩岸的分析研究,前辈作出了开创性的工作。20 世纪60年代初,唐日长等人根据河道实测资料,分析了影响下荆江蜿蜒型河道崩坍强度的主要因素:① 作用于河床的水流强度,包括水流动量及其持续时间、水流流态等;② 河岸土质组成;③ 河床形态,包括弯曲半径,滩槽高差等。通过研究,他认为:①汛期水流对崩岸起着主要作用,崩岸强度主要决定于水流的输沙能力;②同一河弯不同时段的崩岸强度随着该时段平均流量的平方及其持续时间的增大而增大;③对于二元相结构的河岸,崩岸强度随着河槽最深点以上的河岸沙层厚度与岸滩高度比值的增大而增大;④当凹岸弯曲半径减小到一定程度使得汛期水流动力轴线偏离凹岸时,将减弱崩岸的强度[8]。20 世纪70年代,荆江河床实验站、汉口水文总站和南京河床实验站根据长江河道观测资料,分别对荆江河段、城陵矶至九江的中游河段和下游河段的崩岸进行分析,得出影响凹岸崩塌强度的主要因素是水流强度、河弯形态及河岸土质条件。崩岸一般总是先冲深近岸河床,使岸坡变陡而发生崩塌,崩后土块掩护河床,冲刷转缓,待水流将其搬运以后,又开始新的冲刷和崩塌。长江中下游崩岸多数发生在河床冲深后,岸坡失去稳定,崩岸以滑坡的形式出现。在自然状态下,一定的土质条件具有一定的滑坡形态。在长江下游无论是在弯道或顺直段,无论是否存在环流或无论环流强与弱,江岸的崩坍并向下游的发展主要是由于近岸纵向具有较大流速并沿程增加,由此导致近岸河床逐渐刷深而产生崩岸[11,12,13]

20世纪80年代,陈引川等人对长江崩岸作了进一步研究,并对“口袋型”大崩窝的形成条件作了初步探讨,认为造成长江下游崩岸的主要因素是:

(1)水流条件。在水深流急、单宽流量大的条件下,当河岸抗冲薄弱的部位掏刷后,形成强大的回流,对河岸造成剧烈的冲刷。

(2)土质条件。窝崩的发生与河岸黏性土覆盖层的厚度以及河床质粒径的粗细有关。

(3)河岸抗冲不连续性条件。在水流冲刷强度相同的情况下,当河岸抗冲性沿程比较连续时,岸线基本上平行后退,岸线平面形态呈“锯齿形”;当河岸局部建有丁坝、矶头等建筑物或河岸抗冲性不连续时,河岸有可能形成“鸭梨型”或称“口袋型”的大窝崩。崩岸过程中强烈的回流起着掏刷岸脚、分解并搬运崩坍土体的主导作用[9]。

余文畴等人于20世纪80年代中期对“口袋型”大崩窝进行了研究,根据实测资料描述了该类型崩窝形成的过程。大崩窝的发生都是从较深部位的某一部分开始锲入,然后随着崩窝的扩大,坍塌江岸的部位逐渐移向等高线较高的部位,最终形成与回流强度相适应的平面形态[10]。在后来的研究中他们又进一步认为,在弯道受水流强烈顶冲的情况下,即使河岸没有突出的建筑物,也有可能形成“口袋型”大崩窝。因为很强的近岸水流遇到抗冲性较弱的河岸,就会突进河岸形成旋转性很强的回流,这是进入崩窝的一股水流产生的回流,而不是因界面分离水流剪切作用产生的回流,然后随着崩窝尺度的扩大,回流减弱而与河岸“口袋型”的形态相对平衡[11]。

对于“口袋型”崩窝,丁普育和张敬玉根据马鞍山恒兴洲、无为大堤古家祠堂、惠生堤五显殿的崩岸形态和过程以及河岸地质条件与日本发生地震处的土体泥沙级配曲线相比较,认为土体液化可能是其主要原因。这是长江中下游崩岸研究中首次提出土体液化的问题[12]。

到了20世纪80年代末至90年代初,李宝璋在分析长江南京河段窝崩成因时提出,形成窝崩的动力因素是大尺度纵轴(水流方向)螺旋流。螺旋流从面层分离出近似窝崩口门宽的一股流量,以大于两旁的流速进入口门内,接着转变为竖轴螺旋流,形成高速回流并由面层向底层运动,对窝底有强烈的下切冲刷力,从底部带走大量泥沙向窝外运动,又归入河床内纵轴螺旋流底层。此外,窝崩时产生的次生流能量,如异重流作用、土体崩坍的冲击力、河床内底层螺旋流的吸引力,也对窝崩起着辅助作用。同时,他还指出窝崩是泥沙运动的结果,都发生在江岸上层为亚黏土或淤泥质亚黏土、下层为粉细砂层的二元结构河岸,时间大多在汛期高水位持续较长的期间,并认为河床内深槽不断刷深并逼近岸边是发生窝崩的条件和信号[14]。(www.daowen.com)

进入20世纪90年代后,特别是1998年长江发生大洪水后,长江河道崩岸引起社会各界的关注,对长江河道的崩岸机理也进行了更加广泛的探讨。王家云、董光琳和王永都认为长江安徽河段崩岸的主要影响因素是水流的冲刷作用,其次是河岸地质条件及高低水位的突变产生的外渗压力。此外,在河道中滥采床砂也会促使崩岸的发生[15,16]

黄本胜等人认为,引起岸滩失稳的主要因素有:①岸滩土体本身的物理性质、状态指标、强度指标及其变化;②河床的冲刷深度;③河道水位的变化及其引起的渗透水压力等。他们还引入边坡稳定分析和渗流计算方法,对各主要影响因素进行了敏感性分析,认为导致崩岸的主要原因是水流对河床和河岸的冲刷、土体本身的物理力学指标和外界因素的扰动。最后还提出了建立冲积河流岸滩稳定性计算模型的思路[17]

吴玉华、苏爱军等人针对江西省彭泽县马湖堤1996年发生的特大崩岸事件,提出崩岸的主要原因是由不利的地质结构、水流对岸坡的长期冲蚀掏刷、深泓迫近江岸、堤内鱼塘积水、长江水位降落较快以及上部加载和砂土震动液化等因素的综合作用所造成的[18]

张岱峰根据镇江市人民滩发生的大尺度“口袋型”崩窝分析,认为在崩岸形成过程中有可能伴随着砂体的液化并起主导作用[19]

冷魁认为,地下水运动对崩岸仅起着抑制或促进的作用,而长江下游发生的窝崩不可能是由于渗透压力造成较大土体崩坍的大规模窝崩,也不可能是由于震动液化造成的窝崩。他认为,窝崩大多数发生在汛后或枯季,其主要原因是因为汛后水流逐渐归槽坐弯,由于水流动能减小,其运动所需的曲率半径也变小,从而使得河道主流流路随流量的减小而变得越来越弯曲,主流顶冲江岸,且由于枯季流量变幅小,顶冲点较为固定,从而使得弯顶处的河床刷深、深槽楔入。并且他还提出了边坡临界起动流速公式,指出当河道边坡某处垂线平均流速大于起动流速、且某一高程的深槽向岸边楔入时,此处土体则开始出现坍塌,窝崩随之发生[20]

毛昶熙等人研究提出,崩岸险情多在洪水持续时间较久、水位回落时发生,就是由于迎流顶冲掏刷边岸河床和堤岸中的饱和孔隙水压力来不及消散所致,并具体分析了渗流对崩岸的作用[13][21]

陈祖煜等人研究指出,长江崩岸的原因可归结为渗透力、水流掏刷坡脚、暴雨入渗岸坡土体和波浪动水压力的作用[22]

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