長(zhǎng)江中下游護(hù)岸工程段崩岸原因分析
——以彭興洲—江心洲段為例

高清洋，楊 陽(yáng)，程小兵，李曉星，王曉旭

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410114；2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

長(zhǎng)江中下游護(hù)岸工程段崩岸原因分析
——以彭興洲—江心洲段為例

高清洋1，楊 陽(yáng)2，程小兵2，李曉星2，王曉旭1

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)水利工程學(xué)院，長(zhǎng)沙410114；2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

長(zhǎng)江中下游河道中護(hù)岸工程段崩岸頻發(fā)，帶來了嚴(yán)重的工程失效問題，在很大程度上影響著長(zhǎng)江沿岸防洪抗汛、穩(wěn)定航道等功能，這一問題亟待解決。為探究長(zhǎng)江中下游護(hù)岸工程段崩岸的主要原因，以彭興洲—江心洲護(hù)岸段崩岸為例，基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資料，對(duì)可能導(dǎo)致其崩岸的各個(gè)因素展開理論分析，分析認(rèn)為深泓貼岸淘刷加劇、岸坡土質(zhì)抗沖性較差是造成該工程段崩岸的主要原因，故而提出以“擴(kuò)大守護(hù)范圍，穩(wěn)固護(hù)岸岸腳，平順岸線”為后續(xù)護(hù)岸工程加固的原則。

崩岸；護(hù)岸工程；彭興洲—江心洲；長(zhǎng)江中下游；原因分析

崩岸是指河岸岸坡受水流沖刷橫向崩退的物理過程。長(zhǎng)期以來，崩岸問題一直頻現(xiàn)于長(zhǎng)江中下游河道，且多發(fā)生在一些河勢(shì)穩(wěn)定性較差的分汊匯流段（如沙市段、鹽觀段、七弓嶺段和江烏段），彎道段（如石首河灣和監(jiān)利河灣）以及部分順直過渡段（如城陵磯段和九江段）［1］。此類崩岸河段往往存在一個(gè)共性特征，即河勢(shì)處于不斷調(diào)整的過程中，而河岸劇烈的橫向蝕退即是對(duì)這一過程的集中響應(yīng)。自三峽工程運(yùn)行以來，庫(kù)區(qū)清水下泄，河勢(shì)不斷調(diào)整，崩岸趨向頻繁化。

治理崩岸問題主要采用護(hù)岸工程，抑制河岸橫向變形，達(dá)到穩(wěn)定河勢(shì)的目的。自1998年以來國(guó)家加大了長(zhǎng)江中下游河道護(hù)岸工程的建設(shè)力度。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003～2006年（三峽蓄水運(yùn)行初期）長(zhǎng)江中下游干流河道年均崩岸80次，年均崩岸總長(zhǎng)達(dá)77.7 km，至2007～2013年時(shí)，年均崩岸次數(shù)和年均崩岸總長(zhǎng)僅分別為48次和30.1 km［2］，在頻次和規(guī)模上均有大幅減小，這說明護(hù)岸工程的實(shí)施確能較好地保護(hù)岸坡，提高河岸穩(wěn)定性，很大程度上起到防治崩岸的作用。

新近發(fā)現(xiàn)，在岸坡穩(wěn)定狀況理應(yīng)較好的已護(hù)岸河段依然產(chǎn)生了崩岸，例如2006年長(zhǎng)江中游石首河灣的向家洲護(hù)岸段、2010年監(jiān)利河段的團(tuán)結(jié)閘護(hù)岸段以及2011年長(zhǎng)江下游江烏河段的江心洲護(hù)岸段等，如圖1所示，這一情形嚴(yán)重影響了工程預(yù)期的守護(hù)效果。長(zhǎng)江沿岸的護(hù)岸工程帶兼具防洪抗汛、穩(wěn)定航道等重要作用，因此認(rèn)識(shí)和解決護(hù)岸工程段的崩岸問題迫在眉睫。本文以長(zhǎng)江下游彭興洲-江心洲護(hù)岸段近年來發(fā)生的崩岸問題為例展開分析，探討引發(fā)護(hù)岸段崩岸的主要原因，可為長(zhǎng)江中下游其他類似河段的護(hù)岸工程設(shè)計(jì)和維護(hù)提供參考和借鑒。

圖1 長(zhǎng)江中下游河道部分護(hù)岸段崩岸圖Fig.1 Bank collapse of channel revetments in the middle and lower reaches of the Yangtze River

1 長(zhǎng)江中下游河道崩岸特性及影響因素

自上世紀(jì)90年代以來，僅長(zhǎng)江中下游河道的崩岸就多達(dá)數(shù)百起，崩岸段長(zhǎng)達(dá)1 520 km，占兩岸岸線總長(zhǎng)的35.7%［2］。按照平面形態(tài)劃分，一般崩岸的類型主要分為窩崩、條崩和洗崩。其中窩崩呈圓弧狀，破壞規(guī)模較大，條崩呈條帶狀，規(guī)模次于窩崩，這兩者占長(zhǎng)江中下游河道崩岸總數(shù)的90%以上，而洗崩一般呈臺(tái)階狀，且規(guī)模較小，頻率較低［3］。

崩岸是一個(gè)復(fù)雜的物理問題，涉及到水流、土體、泥沙等多重要素。我國(guó)長(zhǎng)江中下游河道的崩岸研究起步較早，成果較多［4-5］，現(xiàn)階段認(rèn)為水流動(dòng)力條件、河岸邊界的不平順［5］、土體結(jié)構(gòu)和抗沖性能［6-7］、動(dòng)水壓力［7-8］、滲流［4-5，9］等均會(huì)對(duì)崩岸產(chǎn)生影響，然而由于崩岸構(gòu)成要素的復(fù)雜性，現(xiàn)有成果尚不能完全解釋其內(nèi)在機(jī)理。

研究表明，天然河段崩岸產(chǎn)生的原因主要分為自然因素和人為因素［5］，自然因素中包括水流動(dòng)力條件、岸坡土體條件、河床邊界條件、滲流及波浪等［10］，人為因素主要有不合理的采砂和坡頂加載等。在長(zhǎng)江中下游的絕大部分河道中，采砂行為控制較為合理，坡頂維護(hù)較好，這兩者對(duì)河段崩岸的影響較小，因此一般情況下，主要考慮自然因素對(duì)長(zhǎng)江中下游河道崩岸的影響。

護(hù)岸工程段崩岸與天然河段崩岸在影響因素上存在異同：首先，護(hù)岸工程帶鋪設(shè)于岸坡表面，在一定程度上減弱了水流直接的淘刷作用以及波浪對(duì)水面附近土體侵蝕剝落的影響，但也不能完全排除水流動(dòng)力條件與波浪這兩個(gè)因素對(duì)護(hù)岸段崩岸的影響；其次岸坡土體條件（包括土體結(jié)構(gòu)和抗沖性）是既定的客觀情況，不會(huì)因?yàn)楸砻孀o(hù)岸工程的實(shí)施而有所變化，故仍需考慮岸坡土體條件的影響；部分工程段鋪設(shè)護(hù)岸結(jié)構(gòu)前會(huì)采取削坡和平順岸線的措施，但一般情況下河岸邊界無(wú)法做到絕對(duì)的平順，由于邊界的不平順引發(fā)二次流很可能會(huì)觸發(fā)崩岸，因此這一因素不應(yīng)被忽略；此外，土體內(nèi)部滲流對(duì)岸坡的影響持續(xù)存在，同樣需加以考慮?？偨Y(jié)來看，可能導(dǎo)致護(hù)岸工程段崩岸的影響因素囊括了所有天然河段崩岸的影響因素，除此之外，還應(yīng)當(dāng)額外考慮護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及沉降的影響。綜上所述，影響護(hù)岸工程段崩岸的因素主要有以下8點(diǎn)：

（1）水流動(dòng)力條件沖刷；（2）土質(zhì)抗沖性較差；（3）重力穩(wěn)定性較差；（4）河岸邊界不平順；（5）滲流影響；（6）江河波浪、船行波影響；（7）護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)偏弱；（8）沉降影響。

現(xiàn)階段，有關(guān)護(hù)岸工程段崩岸的研究較少，對(duì)于此類崩岸的具體成因也并未明了。上述8點(diǎn)基本囊括了一般情況下護(hù)岸段崩岸的所有可能因素，可逐一分析，甄選出影響較大的因素，排除影響較小的因素，便可初步得到導(dǎo)致護(hù)岸段崩岸的主要原因。

2 彭興洲—江心洲河段自然條件概況

2.1 河道概況

彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段位于長(zhǎng)江下游安徽省馬鞍山市境內(nèi)的江心洲河段（圖2），河段上起東西梁山，下至人頭磯，全長(zhǎng)約24 km。河段平面兩頭窄、中間寬，呈順直分汊狀。兩洲以岔河相隔將河道分為左、右兩汊，左汊為主汊（江心洲水道），外形順直，長(zhǎng)約25 km，寬約2 km，有牛屯河、太陽(yáng)河等支流匯入。左汊內(nèi)主流擺動(dòng)，兩側(cè)灘槽交替變化。右汊為支汊（太平府水道），中部彎曲，長(zhǎng)約26.8 km，寬約0.6 km，有姑溪河、鎖溪河支流匯入。

2.2 來水來沙及潮汐概況

大通水文站位于彭興洲—江心洲河段上游186 km，大通站以下至彭興洲—江心洲河段較大的入江支流有安徽的青弋江、水陽(yáng)江、裕溪河，但入?yún)R量較小，故大通站的實(shí)測(cè)資料可基本代表彭興洲—江心洲河段的水沙特征。據(jù)大通站1952年～2013年的流量及泥沙統(tǒng)計(jì)資料顯示，彭興洲—江心洲河段的洪枯流量和輸沙量年際間分布極不平衡，年內(nèi)汛期的來水來沙量則較為集中。

彭興洲—江心洲河段下距吳淞口400～424 km，處于長(zhǎng)江下游感潮河段的上段，全年受潮汐影響，枯水期影響較大，汛期影響較小，但不處于潮流界內(nèi)，因此影響彭興洲—江心洲河段的主要?jiǎng)恿θ詾閺搅鳎?1］。

2.3 河岸地質(zhì)及土質(zhì)概況

彭興洲—江心洲河段地質(zhì)構(gòu)造單元屬寧蕪斷陷盆地中段，亦屬寧蕪火山盆地的腹部，盆地基地由中、下三疊統(tǒng)的青龍灰?guī)r，上三疊統(tǒng)的黃馬青組砂頁(yè)巖，中、下侏羅統(tǒng)的象山群砂巖組成，上部由燕山期火山巖系組成，地表多發(fā)育第四系粘性土、粉細(xì)砂及礫卵石土層，厚度較大，一般具有中等透水性，賦存第四系孔隙潛水。

彭興洲—江心洲護(hù)岸工程崩岸段的土體由粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土及細(xì)砂等組成，但主要為粉細(xì)砂，經(jīng)地質(zhì)勘查表明，該段粉細(xì)砂的有效粒徑d10=0.068 mm，重度γ=19 kN/m3，孔隙比e=0.75，容許承載力fak=100 kpa，粘聚力c=2 kpa，滲透系數(shù)k=6×10-3cm/s。

2.4 彭興洲—江心洲段護(hù)岸工程及崩岸概況

彭興洲—江心洲段護(hù)岸工程自2009年10月開工，至2010年1月完成全部水下沉排。護(hù)岸結(jié)構(gòu)以枯水平臺(tái)面層為界，分為水上護(hù)坡和水下護(hù)腳（含護(hù)底）兩部分，水上護(hù)坡主要以雷諾護(hù)坡、干砌石護(hù)坡與砼六方塊護(hù)坡相間守護(hù)為主；水下護(hù)腳和護(hù)底依據(jù)各斷面水下邊坡的情況，從枯水平臺(tái)開始向深泓方向依次鋪設(shè)D10型系砼塊排至黃海高程-10 m左右（近岸深泓底部高程約為黃海高程-20～-25 m之間），排體橫向搭接寬度為5 m，在排體下部邊緣10 m范圍內(nèi)加拋1 m厚的備填石鎮(zhèn)腳。工程竣工后，岸坡總體守護(hù)情況較好，分布連續(xù)。

彭興洲—江心洲護(hù)岸工程自2009年11月開工至2012年5月竣工前后累計(jì)發(fā)生崩岸11次，如表1所示。其中有9次發(fā)生于11月至4月，且有4次處于11月，這表明該護(hù)岸工程段崩岸主要集中在枯水期，且多處于枯水期初期；從崩岸的類型和規(guī)模來看，這11次崩岸中有1次為條崩，規(guī)模較小，5次為窩崩，規(guī)模自數(shù)十米至數(shù)百米不等，其余5次崩岸的類型眼下尚無(wú)法明確。此外，從圖3所示的崩岸位置分布示意圖中可見，這11次崩岸均分布于彭興洲和江心洲間的岔河上、下游的子堤外，即處于A1+500-A2+900段和A3+850-A4+450段，這些區(qū)段沉積時(shí)間相對(duì)較短，結(jié)構(gòu)抗沖性相對(duì)較弱。如圖4即為#5崩岸的實(shí)況圖，圖中表明崩岸發(fā)生期間河段水位低于坡頂平臺(tái)，且近岸側(cè)的塊石護(hù)面依然保存較好，但近水側(cè)的護(hù)面塊體由于崩岸的原因已基本散落，內(nèi)部的岸坡土體壁面均已裸露，且較為陡聳，存在繼續(xù)崩退的趨勢(shì)。

圖2 江心洲河段示意圖Fig.2 Sketch of Jangxinzhou river reach

表1 彭興洲和江心洲護(hù)岸工程段崩岸匯總表Tab.1 Summary table of the head and left edge of Pengxingzhou-Jiangxinzhou revetment bank collapse

圖3 護(hù)岸工程段崩岸位置示意圖Fig.3 Location of bank collapse in the revetment area

3 護(hù)岸工程段崩岸原因分析

3.1 水流動(dòng)力條件

就目前的認(rèn)識(shí)而言，水流動(dòng)力條件是長(zhǎng)江中下游河道崩岸中首要的觸發(fā)因素［6］。因此，若要解釋彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段崩岸的原因，應(yīng)首先從水流動(dòng)力條件的角度入手進(jìn)行分析。選取江心洲水道2006年～2012年中部分年份的枯水期流速數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，如圖5所示。江心洲水道兩岸岸距寬約4 000 m，枯水期時(shí)水面寬約1 400 m，選取年內(nèi)三個(gè)連續(xù)的流速較大點(diǎn)作為主流，三點(diǎn)的水平位置即為主流范圍，三個(gè)連續(xù)點(diǎn)中的流速最大點(diǎn)代表主流流速，圖中反映江心洲水道中的主流位置顯著偏向右岸，因此主流的變化在很大程度上可直接影響和反映近岸區(qū)水流動(dòng)力條件的變化。從主流位置的年際變化來看，2006年、2007年與2012年這三年的主流位置變化不大，但仍存在小幅右移，右移幅度在0～10 m，2008年時(shí)主流顯著右移，幅度超過50 m，這說明近年來江心洲水道中主流呈現(xiàn)整體右移的趨勢(shì)，對(duì)彭興洲—江心洲岸坡的沖刷加?。粡哪觌H間的主流流速來看，2006年主流流速約為0.67 m/s，2007年時(shí)增至0.77 m/s，2008年時(shí)降至0.69 m/s，2012年時(shí)又回升至0.80 m/s，可見近年來江心洲水道的主流流速雖有漲有落，但總體趨向增大，因此近岸區(qū)的水流動(dòng)力作用也相應(yīng)增大。此外圖6顯示2006年～2008年期間，江心洲水道中距左岸岸距約3 200 m位置時(shí)水流流速急劇降至0.1～0.2 m/s，而2012年時(shí)，此處水流的流速并未急劇下降，而是高達(dá)0.43 m/s，這可能是由于2008年與2012年之間曾發(fā)生過一次或多次崩岸，以致崩塌后岸坡整體變緩，岸坡地形高程降低，近岸區(qū)同一水平位置處的水深相應(yīng)增大，水流流速也有了顯著提升，這一情形勢(shì)必加劇對(duì)右岸彭興洲—江心洲岸坡的沖刷，為下一次崩岸的產(chǎn)生營(yíng)造條件。上述情形均表明彭興洲—江心洲河段的主流位置存在貼岸趨勢(shì)，且主流流速趨于增大，近岸區(qū)的水流動(dòng)力作用整體趨于增強(qiáng)，對(duì)岸坡的沖刷作用加劇。

近岸區(qū)水流動(dòng)力作用的增強(qiáng)，并不意味著岸坡一定會(huì)產(chǎn)生崩岸這類劇烈的調(diào)整模式，也可能是以一種緩和漸進(jìn)的方式調(diào)整至較緩的穩(wěn)定坡度。這一過程中水流與岸坡土體相互影響和制約，極為復(fù)雜，然而透過地形的變化趨勢(shì)便可直觀反映兩者相互響應(yīng)的結(jié)果和規(guī)律。對(duì)比2006年3月和2012年3月這兩年的地形資料，若假設(shè)2006年3月時(shí)水下各段地形的水平位置均為0 m，則以A2+060斷面為界，可繪制出2012年3月時(shí)該斷面以上及以下河段的水下等高線、深槽線和深泓的右移變化圖（圖6），如下所示。

圖4 #5崩岸現(xiàn)場(chǎng)Fig.4 Scene of#5 bank collapse

分析上圖，可得出以下四點(diǎn)：

（1）以A2+060斷面為界線，不論以上還是以下河段，江心洲水道的水下等高線、深槽線和深泓的均向右移動(dòng)，右移幅度大小不一，平均右移達(dá)61 m，可見江心洲水道灘槽沖刷后退的現(xiàn)象較為明顯。

（2）由圖3可知，彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段發(fā)生的11次典型崩岸中有8次發(fā)生在A2+060斷面以下河段，僅有3次發(fā)生在A2+060斷面以上河段，而圖6反映A2+060斷面以上河段的水下等高線、深槽線和深泓右移幅度均小于A2+060斷面以下河段，后者的平均右移幅度達(dá)到了前者的1.85倍，這表明A2+ 060斷面以下河段灘槽沖刷后退的現(xiàn)象更為顯著，也就是說其水流動(dòng)力作用更為劇烈，這與A2+060斷面以下河段崩岸更為頻繁的現(xiàn)象相符。

（3）圖6反映水下-10 m至深泓的地形右移幅度變化存在一定規(guī)律，即深泓右移幅度＞-25 m深槽右移幅度＞-20 m深槽右移幅度＞-10 m等高線右移幅度，這說明伴隨著水深的增加，水下邊坡坡度逐漸變陡，岸坡整體的穩(wěn)定性有所降低，同時(shí)河道在向窄、深的方向發(fā)展，近岸區(qū)的水流動(dòng)力作用進(jìn)一步加劇。

圖5 2006～2012年部分年份斷面流速圖Fig.5 Section velocity of part of the years from 2006 to 2012

圖6 2006年與2012年江心洲部分河段水下等高線、深槽線及深泓右移變化對(duì)比圖Fig.6 Comparative situation of underwater contour，deep groove and thalweg turning right of Jiangxinzhou channel between 2006 and 2012

（4）圖6反映深泓的右移幅度最大，平均達(dá)到了125 m，這說明相比于2012年，2006年時(shí)深泓距岸相對(duì)較遠(yuǎn)，據(jù)此情形，彭興洲—江心洲護(hù)岸工程僅守護(hù)至-10 m高程的設(shè)計(jì)也是合乎情理的。但近年來深泓逐步貼岸，水流動(dòng)力作用相應(yīng)增強(qiáng)，對(duì)于-10 m以下未守護(hù)的坡腳段，其受沖加劇的情況客觀存在，而-10 m以上的岸坡段在護(hù)岸工程的守護(hù)下，穩(wěn)定性較好，卻也一定程度上喪失了緩和漸進(jìn)調(diào)整岸坡角度的能力，因此伴隨著深泓的貼岸，岸坡下部坡度逐漸變陡，這無(wú)疑為岸坡劇烈的橫向調(diào)整創(chuàng)造了條件。

自三峽蓄水以來，清水下泄，長(zhǎng)江中下游河段的河勢(shì)相應(yīng)發(fā)生調(diào)整，深泓貼岸的狀況普遍存在，總結(jié)上文來看，彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段也同樣處于深泓貼岸的水流環(huán)境中。當(dāng)護(hù)岸工程開始實(shí)施時(shí)，岸坡較緩，深泓距岸也相對(duì)較遠(yuǎn)，但伴隨著沖刷的發(fā)展，深泓向岸貼靠，-10 m以下未守護(hù)的坡腳段淘刷劇烈，岸坡變陡，而這恰是彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段崩岸頻繁化、劇烈化的重要因素。因此，深泓貼岸淘刷加劇應(yīng)當(dāng)是彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段崩岸的主要原因。

3.2 土質(zhì)抗沖性

長(zhǎng)江中下游河道中的岸坡土體大多可簡(jiǎn)化為由上部黏土層和下部砂土層構(gòu)成的二元土層結(jié)構(gòu)，一般上部黏土層抗沖性較強(qiáng)，下部砂土層抗沖性較弱，在一定條件下，下部土體的受沖流失便會(huì)引發(fā)岸坡的整體失穩(wěn)而崩塌，因此一般認(rèn)為土體結(jié)構(gòu)和土質(zhì)抗沖性［6］是崩岸的主要內(nèi)因。在彭興洲—江心洲河段中，岸坡土體主要由粉細(xì)砂構(gòu)成，其二元分層結(jié)構(gòu)并不明顯，故本節(jié)重點(diǎn)分析該河段粉細(xì)砂的土質(zhì)抗沖性。據(jù)《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50145-2007），粉細(xì)砂的粒徑范圍為0.005～0.075 mm，美國(guó)ASCE工作委員會(huì)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)曲線顯示該粒徑范圍內(nèi)的土體起動(dòng)流速為0.15～0.40 m/s，沙莫夫的經(jīng)驗(yàn)公式表明其起動(dòng)流速約為0.53 m/s［12］，夏軍強(qiáng)等曾對(duì)不同水文時(shí)期的荊98斷面進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果表明當(dāng)近岸水深為6.4～16.8 m，該處非黏性土（粒徑＞0.005 mm）的起動(dòng)流速為0.42～0.49 m/s［13］，而根據(jù)彭興洲—江心洲河段護(hù)岸工程區(qū)洪水期的流速實(shí)測(cè)資料顯示，以A3+300斷面附近為例，水深10 m左右的近岸流速均超過了1.0 m/s，最大甚至達(dá)到了1.7 m/s，該流速值是前人總結(jié)的粉細(xì)砂起動(dòng)流速的1.9～6.7倍，這表明彭興洲—江心洲河段中的粉細(xì)砂極易起動(dòng)，其自身的土質(zhì)抗沖性較差。此外，圖3顯示已發(fā)生的數(shù)次崩岸均處于彭興洲和江心洲間的岔河上、下游的子堤外，這一區(qū)段沉積時(shí)間相對(duì)較短，土體粘聚性不強(qiáng)，表現(xiàn)為松散顆粒狀，加之近年來深泓貼岸的水流環(huán)境，近深泓處強(qiáng)勁的水流動(dòng)力作用更是導(dǎo)致了崩岸段岸坡坡腳的局部沖刷加劇，降低了整體的岸坡穩(wěn)定性，為崩岸提供了契機(jī)。由此可見，土質(zhì)抗沖性較差也是該段崩岸的主要原因之一。

3.3 重力穩(wěn)定性

彭興洲—江心洲河段的岸坡土體以粉細(xì)砂為主，粘聚性不強(qiáng)，在不考慮土體黏性的情況下，水下岸坡應(yīng)存在一個(gè)休止角，當(dāng)岸坡角度小于該角度時(shí)，僅就重力作用而言該岸坡自身是穩(wěn)定的，反之當(dāng)岸坡角度大于該角度時(shí)該岸坡不穩(wěn)定，存在調(diào)整至相對(duì)更穩(wěn)定的岸坡角度的趨勢(shì)。因此，為了解彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段岸坡的水下穩(wěn)定性，分別采用瑞典條分法和直線法對(duì)河段中的4個(gè)曾發(fā)生過崩岸或可能發(fā)生崩岸的剖面進(jìn)行極限平衡穩(wěn)定計(jì)算。結(jié)果顯示該護(hù)岸工程段岸坡重力穩(wěn)定的安全系數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1，其中用圓弧法計(jì)算的為5.95～9.97，用直線法計(jì)算的為1.81～3.65，這一結(jié)果表明，僅就重力作用而言，彭興洲—江心洲河段絕大部分岸坡的重力穩(wěn)定性較好，因重力失穩(wěn)引發(fā)崩岸的可能性不大。

3.4 邊界條件

河岸邊界的不平順極易引發(fā)局部二次流，而二次流對(duì)岸坡土體的淘刷不容小覷［6］，因此在本護(hù)岸工程段崩岸影響因素的研究中有必要對(duì)河岸邊界條件進(jìn)行分析。圖3表明，彭心洲—江心洲左岸岸線邊界整體較為平順，但局部也存在可能影響水流結(jié)構(gòu)的不平順區(qū)域，如主流頂沖段中明顯突出于江岸的尖咀或能干擾水流方向的人工建筑區(qū)域，在這些不平順河岸區(qū)域的下游，往往產(chǎn)生類似#2、#5和#7的窩崩。由于當(dāng)前尚無(wú)細(xì)致的水流數(shù)據(jù)能夠直觀反映沿程的水流流態(tài)，故而本節(jié)從橫斷面地形剖面的角度來分析邊界條件可能對(duì)崩岸造成的影響。如圖7即為#3、#5崩岸在崩岸前后的地形剖面變化圖，圖中所繪“護(hù)岸工程”僅表示彭興洲—江心洲段護(hù)岸工程的水平位置示意。以該圖為例，失穩(wěn)前岸坡下陡上緩，平均坡度約為1：5.9，排尾附近最陡達(dá)1：3.2，該岸坡崩退最為劇烈的位置大體位于原岸坡的0 m等高線處，該處明顯上凸，形成尖咀。枯水季時(shí)，尖咀地形起著顯著的阻流作用，在下游形成豎軸漩渦，據(jù)此分析，#5窩崩極有可能是岸邊尖咀挑流引起的豎軸漩渦造成的。因此，河岸邊界條件的不平順可能對(duì)彭興洲—江心洲護(hù)岸段的部分崩岸存在影響，但影響范圍有限。

3.5 滲流

彭興洲—江心洲河段兩岸岸坡的土體以粉細(xì)砂為主，表層較為松散，受水位頻繁漲落及降水過程的影響較大，岸坡易產(chǎn)生流砂、流土、管涌等問題，在一定程度上降低了岸坡穩(wěn)定性。但從崩岸后岸線外15 m左右的坡頂均沒入水下可見，可見水面以上岸坡的破壞是因?yàn)樗嬉韵碌陌镀抡w失穩(wěn)崩塌連帶產(chǎn)生的，因此滲流對(duì)彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段崩岸的影響有限。

3.6 江河波浪及船行波

江河波浪及船行波對(duì)岸坡的影響時(shí)刻存在，但其影響程度及影響范圍較小。就目前的認(rèn)識(shí)而言，江河波浪及船行波一般僅會(huì)導(dǎo)致規(guī)模較小，呈臺(tái)階狀的洗崩，而不可能引發(fā)例如彭興洲—江心洲河段中崩長(zhǎng)達(dá)上百米的大型崩岸，因此江河波浪及船行波不可能是引發(fā)本段崩岸的原因。

3.7 護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)

從該護(hù)岸工程的驗(yàn)收結(jié)果來看，工程總體守護(hù)效果較好，分布連續(xù)，且排體的設(shè)計(jì)經(jīng)過相關(guān)部門的反復(fù)計(jì)算和驗(yàn)證，強(qiáng)度較大，安全性較高，因此護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)偏弱對(duì)本段崩岸的影響不大。

3.8 沉降

根據(jù)施工期沉降觀測(cè)顯示，截至2010年11月底所檢測(cè)到的斷面最大沉降僅為0.068 m。從觀測(cè)結(jié)果來看，沉降不會(huì)導(dǎo)致護(hù)岸排體因局部變形產(chǎn)生的排布和筋條撕裂損壞，同時(shí)沉降也不會(huì)致使排頭拋枕及壓載塊石的滑落，因此沉降影響并不會(huì)導(dǎo)致本護(hù)岸段的崩岸。

4 認(rèn)識(shí)和思考

綜合表明深泓貼岸淘刷加劇、岸坡土質(zhì)抗沖較差是造成彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段崩岸的主要原因。考慮到該崩岸段的岸坡坡度相對(duì)較緩，且護(hù)岸工程實(shí)施時(shí)深泓岸距多在200～300 m，甚至大于300 m，對(duì)于此類緩坡的護(hù)岸通常也并不守護(hù)至深泓。然而伴隨著沖刷的發(fā)展，深泓向岸貼靠，該護(hù)岸工程已無(wú)法在當(dāng)前的水流環(huán)境下起到良好的守護(hù)效果，其守護(hù)范圍偏小，大多只守至-10 m高程處，對(duì)岸坡穩(wěn)定性至關(guān)重要的-10 m以下坡腳段并未守護(hù)，以致排尾以下的坡腳劇烈沖刷，岸坡變陡，穩(wěn)定性降低，繼而整體崩塌。此外，若深泓貼岸的狀況持續(xù)存在，目前彭興洲—江心洲護(hù)岸工程段的布置可能無(wú)法有效地發(fā)揮出其守護(hù)效果，在該情況下，-10 m以上護(hù)岸的設(shè)置反而加大了坡面荷載，在某種程度上加劇崩岸的產(chǎn)生。彭興洲—江心洲段岸坡土質(zhì)抗沖性較差是其客觀本質(zhì)的體現(xiàn)，很難改變，因此現(xiàn)階段若要改善該護(hù)岸工程段崩岸頻發(fā)的現(xiàn)狀，可以通過增強(qiáng)岸坡的守護(hù)條件和限制外部不利條件來減少對(duì)岸坡失穩(wěn)的影響：即盡可能地?cái)U(kuò)大護(hù)岸工程守護(hù)的范圍，并根據(jù)護(hù)岸岸腳的沖刷情況，及時(shí)地進(jìn)行鎮(zhèn)腳維護(hù)，同時(shí)平順河岸岸線，盡量避免近岸區(qū)二次流的產(chǎn)生對(duì)岸坡邊壁的淘刷。因此后續(xù)護(hù)岸加固的原則可概化為“擴(kuò)大守護(hù)范圍，穩(wěn)固護(hù)岸岸腳，平順岸線”。

自三峽工程運(yùn)行以來，清水下泄的影響持續(xù)，長(zhǎng)江中下游河道中與彭興洲—江心洲段水流環(huán)境、土體條件相似的河段普遍存在，這也就意味著未來在已實(shí)施或?qū)?shí)施的類似護(hù)岸工程段中也同樣可能會(huì)發(fā)生崩岸。因此，本文對(duì)于彭興洲-江心洲護(hù)岸工程段崩岸的分析成果，可為其類似河段的護(hù)岸工程設(shè)計(jì)和維護(hù)提供參考和借鑒。另外，現(xiàn)有規(guī)范是基于已守護(hù)狀態(tài)下的岸坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算的，并沒有考慮可能的坡腳沖刷幅度對(duì)岸坡整體穩(wěn)定性的影響，這是今后護(hù)岸工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮的?？傮w來講，目前有關(guān)護(hù)岸工程段崩岸的機(jī)理認(rèn)識(shí)仍較為淺顯，今后可就坡腳處、護(hù)岸工程與土體接壤處的水流沖刷破壞過程進(jìn)行更深入的研究，以便提供更具針對(duì)性的護(hù)岸技術(shù)措施。

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Cause analysis of revetments collapse in Pengxingzhou-Jiangxinzhou reach of the Yangtze River

GAO Qing-yang1,YANG Yang2,CHENG Xiao-bing2,LI Xiao-xing2,WANG Xiao-xu1
（1.School of Hydraulic Engineering,Changsha University of Science&Technology,Changsha410114,China;2.
Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin300456,China）

Revetments collapse occurs frequently in the middle and lower reaches of the Yangtze River,which has brought serious engineering failures and adverse influence on the anti flood and channel stability along the Yangtze River.It is urgent to resolve this problem right now.Taking Pengxingzhou-Jiangxinzhou as an example and basing on the data of field investigation,this paper tries to find out the main causes of revetments collapse.After theoretically analyzing the various factors which may lead to revetments collapse,it indicates that the increasing erosion because of the thalweg approaching the shoreline and the poor resistance of soil erosion are main causes of revetments collapse in this section.“Expanding the scope of the guardian,stabilizing the slope toe,and smoothing the shoreline”will be the principle in the subsequent revetment reinforcement.

collapse;revetment;Pengxingzhou-Jiangxinzhou;the middle and lower reaches of the Yangtze River;cause analysis

TV 148；O 242.1

A

1005-8443（2017）01-0038-07

2016-08-24；

2016-10-08

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（TKS140102）

高清洋（1991-），男，浙江紹興人，碩士研究生，主要研究水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)。

Biography：GAO Qing-yang（1991-），male，master student.