抛投防汛石沿坡面滑滚落距影响因素研究

摘 要：为论证抛投时防汛石沿坡面滑滚的落距影响因素，基于黄河下游顺坝区沿岸坡抛投工况，建立理想情况下日常根石除险加固的抛投防汛石模型，推导考虑流速、水深、河堤坡度、边坡粗糙度的理论公式，通过水槽试验对理论分析结果进行验证比较，找出不同形状防汛石的抛投落距规律。结果表明：水流流速越大，抛投水深越深，河堤坡度越缓，边坡粗糙度越大，则防汛石的落距越大；不同形状的防汛石抛投落距不同，在其他因素相同的情况下，四棱台的落距最小，为最佳形状。利用钢筋混凝土外壳和沙石芯制作大体积新型复合材料防汛石，在黄河下游进行现场抛投试验，其落距与推算结果比较吻合。

关键词：防汛石；落距；水槽试验；黄河下游

中图分类号：Ｕ６１２；ＴＶ８８２．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０８．０１１

引用格式：刘滨，杨德生，张淑红，等．抛投防汛石沿坡面滑滚落距影响因素研究［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（８）：６０－６４，７０．

０ 引言

黄河下游平原主要地层为沉积厚度３０～２７０ ｍ 的第四纪黄河泛滥冲积物和洪积物，从上至下为黄河组、黑土湖组和平原组，以平原组为主，岩性主要为黄棕色粉质黏土和粉土，层间含有少量不等粒砂层。黄河冲积土的工程特性为液塑限低、毛细现象明显、孔隙多且连通性好，作为坝体和河堤的组成与基础，容易受到损坏［１］ 。

近年来极端天气增加，汛期黄河下游河道受影响较大，大流量、高流速、水位骤升等不利因素常导致坝岸和河堤淘蚀、滑塌，造成险情［２］ 。针对此情况，黄河河道整治工程中险工坝岸、河堤常采用散抛石护根来维持坝垛与堤岸的安全。坝垛工程根石的稳固对坝岸和河堤的稳定具有决定性作用，但坝岸和河堤在遭受冲刷后基础比较薄弱，防汛石尺寸偏小、工程断面不尽合理、含沙水流冲刷等常导致根石走失［３］ 。在实际防汛抢险工作中，常采用频繁、快速的方法盲目抛投石块，造成效率低、石料浪费的后果。

抛投落距是指防汛石抛投入水点与其着床点之间沿水流方向的水平距离，距离越小意味着越稳定。落距的影响因素众多，包括防汛石形状与尺寸、自重、浮力、拖曳力、上举力、摩擦力等［４］ 。黄卫东等［５］ 通过分析深水潜坝加固区水流流速分布规律，推导出块石沉速、抛投落距和综合抛投离散参数公式；李林林等［６］考虑细沙颗粒黏聚力及附加压力对泥沙的影响，引入起动概率与附加质量力，采用滑动起动模型推导了斜坡泥沙起动流速公式；李小超等［７］ 对不同水深、流速、抛高、自重及形状的抛石进行了抛投试验，推导了抛石漂移距离公式，公式计算结果与模型试验数据吻合较好；杨昌明等［８］ 基于试验数据，应用ＦＬＯＷ－３Ｄ 数值模拟软件模拟水下块体在水流作用下的水平拖曳力，在数值模拟结果验证可靠的前提下，分析块体不同尺寸及其与水流不同夹角对水平拖曳力系数的影响，确定了合理的系数取值方法与范围。