黄河下游开封段粉砂土岸坡抗冲刷稳定性研究

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黄河下游河南、山东段滩区居民近190万人,生产生活基本都依托于黄河滩区。然而水流冲刷导致滩岸破坏,压缩了滩区人民的生存空间,也加大了汛期黄河悬岸大堤的破坏风险。因此,开展黄河下游滩岸岸坡抗冲刷稳定性研究,不仅对滩区安全具有重要意义,也是黄河生态文明和高质量发展的重要保障。黄河下游滩区是由“粉粒”含量较高的粉砂土和黏土组成的结构,其岸坡冲刷破坏规律也是滩区风险预测重要课题。为此,本文以黄河下游开封段河漫滩为研究区,进行实地踏勘,并通过弯道水槽冲刷模型试验与数值模拟计算相结合的方式,研究滩岸边坡物质组成及其形成原因,分析沟道比降、流量、坡度等因素对凹岸、直岸、凸岸岸坡坡脚平均冲刷深度、平均冲刷高度以及平均冲刷量的影响,探讨冲刷过程中岸坡稳定性的变化规律以及破坏模式,主要研究结论如下:(1)根据实地踏勘与土样物理力学特性试验研究可知黄河下游开封段滩岸土体主要为粉砂土组成的一元结构与粉砂土和黏土组成的二元结构;汛期洪水所携带的大颗粒沉积与中常洪水所携带的小颗粒沉积,因此出现特有的垂直分层结构;在坡脚冲刷破坏后,上部临空结构主要有整体坍塌破坏,分层剥落破坏和整面绕轴破坏这三种破坏模式。(2)根据弯道水槽冲刷试验研究可知沟道比降变化对平均冲刷高度的影响比对平均冲刷量的影响与平均冲刷深度的影响要大;冲刷流量变化对平均冲刷高度与平均冲刷量的影响大于其对于平均冲刷深度的影响;岸坡坡度变化对平均冲刷深度与平均冲刷量的影响大于其对平均冲刷高度的影响且大于沟道比降与冲刷流量的影响。(3)根据数值模拟研究可知冲刷深度比冲刷高度变化对岸坡稳定性影响大;土体抗剪强度指标的变化比水位变化对稳定性影响大;分层厚度即分层层数对稳定性影响并不大,但分层相同情况下岸坡分层情况比不分层时岸坡稳定性高;岸坡坡度越大对岸坡稳定性越不利,其对岸坡稳定性的影响幅度远大于岸坡高度对岸坡稳定性的影响。
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