崩岸机理研究进展

王 龙 罗玉龙

（1.水利部水利水电规划设计总院 北京 100120；2.河海大学 南京 210098）

1 引言

崩岸是河流和岸滩相互作用的结果，是一种普遍存在的自然灾害。长江中下游3600km 江岸，崩岸长度达到450km。在1998年洪水中沿江崩岸险情更是发生了300 起。自三峡水库蓄水后，由于清水下泄时间长，河水淘刷岸坡能力增强，河水位陡涨陡落、变幅大等综合不利影响，更是致使长江流域主要河段的崩岸险情频频发生，严重地威胁了长江流域居民的生命财产安全。研究崩岸机理，探讨崩岸形成原因和规律，提高崩岸预测预报的准确性，是防洪减灾和河道治理领域迫切需要解决的课题，具有重大的理论和现实意义。

2 崩岸机理研究进展

国内外诸多专家学者从土坡稳定、河流动力学、液化等不同角度对此进行了研究，取得了很多有价值的成果，为崩岸的预防、治理奠定了坚实的理论基础，下面详细评述。

2.1 基于土坡稳定角度的研究

从事土工研究的学者认为崩岸是土坡失稳的一种表现形式。早期研究主要集中在干燥或完全饱和的无黏性岸坡稳定性上。随后，黏性岸坡的稳定性成为研究重点。Simon等建立了可以考虑基质吸力、静水压力以及孔隙水压力等荷载的稳定分析模型。Darby等建立了平面岸坡稳定分析计算程序，该程序可以考虑多种土层，任意形状的岸坡截面及地下水位的变化等。Ebrahim等建立了一种新的层状河岸稳定分析方法，该方法考虑了饱和区的孔隙水压力、非饱和区的基质吸力以及由河道水位产生的静水压力等，且不要求破坏面经过岸脚。Dapporto等的研究表明，由细粒组成的岸坡主要发生平面式破坏，而由多种土层组成的岸坡常发生悬臂式破坏。崩岸与河岸土体性质、河岸高度、坡度及外河水位变化曲线等因素关系密切。Rinaldi等研究了外河水位的变化对岸坡孔隙水压力及岸坡稳定性的影响。Shields指出岸坡的稳定与岸坡的高度、坡度、土体的抗剪强度等因素密切相关。

国内的尹国康提出采用弧形滑动分析法预报崩岸的设想。黄本胜等认为岸坡失稳的主要因素有岸坡土体性质、岸坡高度、河水位变化等，并考虑河岸可能发生旋转崩塌和平面崩塌两种情况，将概率分析的方法运用到崩塌的纵向延伸问题上。罗玉龙等采用饱和、非饱和渗流应力耦合方法，综合分析河堤岸坡内在因素和外界动力因素对窝崩形成的作用，探讨窝崩机理。研究指出，窝崩的本质是岸坡土体在各种不利因素的组合作用下发生的剪切破坏。

2.2 基于河流动力学角度的研究

从事河流动力学及河道整治研究的学者，更加倾向于从河流动力学的角度研究崩岸。Nagata等提出了一种研究交错浅滩对河岸侵蚀影响的数值模型。Fox等探讨了侧向侵蚀机理，建立了接近垂直的无黏性岸坡渗流侵蚀的沉积物运移模型，定量地分析了降雨、外河水位变化及孔隙水压力等水力因素与河岸侵蚀的关系。Wilson等研究了岸坡土体性质对渗流侵蚀及河岸稳定性的影响。Darby等建立了渗流侵蚀与河岸稳定性耦合模型。Luppi等分析了不同外河水位线下渗流侵蚀与岸坡破坏的关系。

冷魁分析了窝崩常发生在汛后或枯季的主要原因。金蜡华等对马湖堤崩岸原因进行了分析。徐永年等研究指出崩岸是河床演变过程中水流对堤岸冲刷、侵蚀发生、发展积累的突发事件，是河道渐变积累到一定程度达到质变的过程。崩岸的决定因素是水流作用力与河岸抗冲力。余文畴等指出要将河岸的抗冲性、水流泥沙运动条件和河床形态条件联系起来进行综合性研究。流量、流速和水流对河岸的转折角度是影响河道崩岸的动力因素，崩岸的实质是近岸河床泥沙运动的结果。张幸农等研究了坡体崩塌破坏的形成、发展过程及相关力学机制。王媛等对窝崩的平面旋涡形成机制进行了阐述，提出了用临界负压评价窝崩形成的原理与方法。

2.3 基于液化角度的研究

由于大多数崩岸土体为细沙，而在某种特定条件下沙土易发生液化现象。因此，部分学者也认为液化是导致崩岸的主要原因。荷兰等国则称之为流滑，据称一次流滑就可使上百立方米的沙土流失于潮汐通道中。

Yang 等研究了细颗粒含量对岸坡稳定性的影响，发现细颗粒含量越高，岸坡越容易失稳，流滑速度越快。Deangeli 等采用有限元法分析了土坡形状对初始应力状态的影响，并考虑了孔隙比和坡角对于流滑的影响。Wang 等探讨土体的渗透性对由降雨引起的流滑破坏的影响。研究表明，流滑的发生取决于破坏过程中孔隙水压力的产生率及滑动区域孔隙水压力的消散率。

国内的李广信等认为在美国密西西比河下游一些地方的砂土会因为偶然的扰动而迅速大面积流滑。我国某些地方高含水量的粉土河岸在短期内大范围崩岸也属于相似的情况。汪闻韶]阐述了流滑与极限平衡和破坏的关系，流滑的主要特点及防止流滑的主要措施。

3 结论及展望

基于土坡稳定角度的研究，经历了从无黏性岸坡到黏性岸坡，从干燥到饱和再到非饱和状态等由简单到复杂的过程。随着边坡稳定分析方法的不断完善，各种可能导致崩岸的因素逐渐被考虑，如孔隙水压力、基质吸力、静水压力、植被、外河水位的变化等。但现有分析方法一般是基于解析法的，要将上述方法应用到实际崩岸的预测尚需要进一步的简化。基于河流动力学的角度研究崩岸比较符合实际情况，相对容易被接受。同样也可利用河床演变理论和泥沙运动理论进行分析。但是与基于土坡稳定角度的研究相比，该角度的研究目前大多只是停留在理论上的分析，经验的阐述等方面，比较科学合理的崩岸数学预测模型尚十分匮乏。基于土体液化角度的研究，可以解释部分基于土坡稳定角度及河流动力学角度无法解释的现象，但是沙土液化理论还十分不成熟，同时仍然无法解释部分现象，如长江沿岸许多崩岸发生时并无外界震动等动力因素，相反在有关易崩河段附近发生地震时却并未出现崩岸现象。

综上所述，基于土坡稳定、河流动力学及液化等角度的崩岸研究都存在较大的局限性和片面性。这是由崩岸问题的复杂性、多学科交叉性及随机性等特点决定的。作者认为崩岸的发生发展过程是一个涉及地下水渗流－河流水侵蚀淘刷－土体剪切变形等众多复杂力学行为的多相多场耦合现象。单纯从某一学科、角度出发开展研究都是片面的，都不能完全反映实际情况。未来的研究需要综合考虑渗流力学、土力学、河流动力学等相关学科，需要结合理论研究、室内模型试验、数值分析、现场测量等多种技术手段开展。

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