河流粘性岸滩干湿交替特征及侵蚀冲刷机理研究

Seasons alternation influents the natural river, makes the water level vary incessant, and the bank is always in alternate wetting and drying condition. According to cohesive bank, alternate wetting and drying condition can changes mechanics properties of soil, and influents the resistance to erosion, which is different from general erosion on river bed. This project is in case of cohesive bank in Jingjiang Reach, Yangtze River, and studies erosion mechanism of alternate wetting and drying bank by the methods of theoretical analysis, field data analysis and Lab experiment. Firstly, the properties of alternate wetting and drying will be analyzed by field data of water level changes and bank erosion; Secondly, ways that flow seepage and dip cohesive destroys bank soil will be researched by field sampling and geotechnical experiment, and the mechanism that alternate wetting and drying condition destroys bank soil will be derived from soil mechanics; At last, based on the flume test of cohesive bank erosion, the influence of bank soil properties variety to its critical initial condition and erosion rate, and calculation model of transverse erosion rate can be obtained. The data of test and field observation can verified the calculation model. This study can enrich hydraulic and river dynamics, and supply reference to simulate and predict bank erosion, and river control work.

自然河流受季节变换，水位总在不断变化，导致岸滩始终处于干湿交替状态。对粘性岸滩而言，干湿交替会较大程度改变岸滩土体本身的力学性能，进而影响岸滩土体抗冲性能，与一般的河床冲刷有着较大的不同。本项目以长江荆江河段粘性岸滩为研究对象，引入干湿交替条件，采用理论分析、实测资料分析与室内试验相结合的方法，研究干湿交替粘性岸滩侵蚀与冲刷机理。首先通过天然河道水位变化与演变资料分析岸滩的干湿交替与冲刷特征；再结合现场取样及室内土工试验，分析干湿交替粘性岸滩垂向组成与物理特性，揭示干湿交替对岸滩土体力学性能的影响规律；最后开展水槽冲刷试验，定量分析岸滩土体性能变化对其临界起动条件、冲刷率的影响，建立干湿交替条件下岸滩横向冲刷数值计算模式，利用试验结果与实测资料对计算模式进行验证。这些研究可以丰富河流动力学学科内容、为岸滩冲刷模拟与预测、河道治理提供重要参考。

自然河流受季节变换，水位总在不断变化，导致岸滩始终处于干湿交替状态。对粘性岸滩而言，干湿交替会较大程度改变岸滩土体本身的力学性能，进而影响岸滩土体抗冲性能，与一般的河床冲刷有着较大的不同。本项目以长江荆江河段粘性岸滩为研究对象，采用理论分析、实测资料分析与室内试验相结合的方法，研究岸滩干湿交替特征及侵蚀冲刷机理，主要包括：河流粘性岸滩的干湿交替特征分析，干湿交替对岸滩土体力学性能的影响分析，粘性岸滩土体起动与冲刷规律及模拟计算研究。.项目取得主要成果为：揭示了“口袋型”崩窝区内水流结构特点和土体崩塌特性，研究成果可对崩窝治理提供技术支撑。通过连续3年的现场查勘、野外取样及室内土工试验，获得了大量基础数据与原状土体物理指标参数，丰富了长江中下游河道演变资料，可为河道崩岸研究提供实测资料。以此为基础，较为全面分析了荆江河段岸滩土体的垂向组成特点，定量研究了干湿交替条件下粘性岸滩土体力学性能的变化，综合反映了干湿交替下岸滩土体力学性能变化规律，从力学机理上揭示干湿交替对粘性岸滩冲刷影响主要因素与途径，丰富了河流泥沙动力学学科内容。运用BSTEM模型分析了两个典型断面四个不同水位时期的河岸稳定性，并对崩塌过程进行了模拟，模拟结果与实测结果符合较好；得到了两个典型断面粘聚力和内摩擦角与安全系数定量关系式，当已知河岸土体含水率时，可以判断河岸稳定性，研究成果可以为荆江河道崩岸预测及评估提供参考。建立了岸滩土体临界起动条件、冲刷计算模式及其与土体物理特性指标的定量关系，综合反映了粘性土体起动切应力与土体物理性质指标之间的关系，可为荆江河段崩岸过程的模拟提供重要的计算参数。