【摘 要】
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长江河道长、流域广、浅表层土体破碎且风化严重,在降雨、水位变化及水流和岸坡的长期相互作用下,往往易触发较大的河流崩岸灾害,如荆州市石首河段向家洲崩岸(1995年)、华容县下荆江段崩岸(2006年)、无为县天然洲崩岸(2010年)、洪湖市虾子沟段崩岸(2017年)等。河流崩岸一旦发生,轻者引起沿岸交通线路沉降变形,威胁邻近房屋以及抬升河床从而加剧河床演化,严重者甚至会直接摧毁邻近建筑物和道路交通,导
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长江河道长、流域广、浅表层土体破碎且风化严重,在降雨、水位变化及水流和岸坡的长期相互作用下,往往易触发较大的河流崩岸灾害,如荆州市石首河段向家洲崩岸(1995年)、华容县下荆江段崩岸(2006年)、无为县天然洲崩岸(2010年)、洪湖市虾子沟段崩岸(2017年)等。河流崩岸一旦发生,轻者引起沿岸交通线路沉降变形,威胁邻近房屋以及抬升河床从而加剧河床演化,严重者甚至会直接摧毁邻近建筑物和道路交通,导致大量人员伤亡。河流崩岸机理复杂,涉及因素较多,在不同河流或同一河流的不同河段上,造成河流崩岸现象及机理或有不同。本文以九江长江大堤棉船洲段为例,重点研究挟沙水流对河流崩岸的影响,通过理论分析、模型试验和数值仿真,研究不同因素对河流崩岸的影响,并把数值仿真结果与模型试验相对比,进而探究河流崩岸触发机理,以期实现河流崩岸的有效防治。论文研究内容和成果如下:1)构建岸坡失稳理论模型。基于长江中下游九江长江大堤棉船洲段河流崩岸现象,构建河岸稳定计算模型,应用极限平衡法推导出河岸坡体安全系数FS,并对各个因素展开敏感性分析,得出河道水深H的敏感度SH=0.322,挟沙水流密度ρ的敏感度Sρ=0.173,坡脚倾角θ2的敏感度为Sθ2=0.388,岸顶到拐点高度H1的敏感度SH1=1.064。2)确定河流崩岸触发因素。通过模型试验探究岸坡坡角和挟沙水流的密度对岸坡变化的影响,确定影响河流崩岸的主要外因(挟沙水流冲刷和岸坡角度)和内因(土体弱化和孔隙水压的先后释放)。挟沙水流冲刷导致岸坡坡脚被水流淘刷,岸坡坡角越大,水流的下切作用越明显,越可能导致河岸的崩塌。3)揭示河流崩岸发展规律。结合模型试验和数值仿真技术,分析岸坡失稳过程,发现迎流顶冲部分比顺直河道部分的冲刷状况更严重;岸坡越缓,抗冲刷能力越强;挟沙水流的冲刷能力比清水更强,对岸坡的破坏作用更大。本文通过理论分析、模型试验和数值仿真,研究了挟沙水流作用下河道岸坡失稳机理,揭示了河流崩岸的触发因素和发展规律,发展了河流崩岸理论。由于在理论模型和数值仿真的过程中概化了泥沙、水流的相互作用,后续可以对挟沙水流内部相互作用开展进一步的研究。
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