，，

(長(zhǎng)江科學(xué)院 河流研究所，武漢 430010)

1 研究背景

河道岸坡的穩(wěn)定性不僅與近岸水流動(dòng)力條件和沖淤變化有關(guān)，還與水位變化、河道岸坡的形態(tài)及土體組成、植被類(lèi)型及有無(wú)護(hù)岸工程等密切相關(guān)。河道岸坡穩(wěn)定與否關(guān)系到防洪與航道安全、河勢(shì)穩(wěn)定及沿岸的開(kāi)發(fā)利用，故開(kāi)展河道岸坡穩(wěn)定性研究具有十分重要的意義。

現(xiàn)有河岸穩(wěn)定性研究成果較多，余文疇[1-2]就水流泥沙運(yùn)動(dòng)條件和河床邊界條件對(duì)河道崩岸機(jī)理進(jìn)行了研究，指出崩岸發(fā)生的實(shí)質(zhì)是近岸河床泥沙運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。陳引川等[3]認(rèn)為上游河勢(shì)改變，主流貼岸頂沖引起崩岸段近岸河床沖深、岸坡變陡是崩岸發(fā)生的先決條件。馬崇武等[4]研究了水位變化對(duì)堤岸邊坡穩(wěn)定性的影響，考慮堤岸體的透水性和地下水浸潤(rùn)造成堤岸體軟化等因素的影響，指出無(wú)論是退水還是漲水，都存在一個(gè)使堤岸邊坡的穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到最小的水位值。唐金武等[5]用穩(wěn)定岸坡作為河岸穩(wěn)定性判別指標(biāo)，分析了長(zhǎng)江中下游不同河型、不同河岸地質(zhì)的穩(wěn)定坡比等。Thorne和Tovey[6]通過(guò)分析復(fù)合型河岸的穩(wěn)定性，指出河岸穩(wěn)定性取決于最大崩岸機(jī)制中驅(qū)動(dòng)力與抵抗力的平衡，并確定了3種河岸崩塌機(jī)制，即剪切崩塌、拉伸崩塌和繞軸崩塌。Osman和Thorne[7-8]將陡峭河岸的邊坡穩(wěn)定性分析與函數(shù)方法結(jié)合起來(lái)計(jì)算河岸后退距離，并預(yù)測(cè)河床退化的響應(yīng)，提出研究河岸侵蝕和穩(wěn)定性的方法，即將臨界抗剪強(qiáng)度作為側(cè)蝕和塊體崩塌河岸穩(wěn)定性的分析標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為Osman-Thorne模型。Simon[9-10]在Osman和Thorne模型基礎(chǔ)上，考慮了岸坡形態(tài)與河岸物質(zhì)組成的特性、水力參數(shù)、植被影響等因素，根據(jù)岸坡安全系數(shù)的大小來(lái)判斷河岸是否穩(wěn)定。

長(zhǎng)江中游河道岸坡主要是由上層為黏性土與下層為中細(xì)沙組成的二元結(jié)構(gòu)，以往側(cè)重水流條件與岸坡沖刷對(duì)河岸穩(wěn)定的影響研究較多，但綜合考慮水位變化、河道岸坡的形態(tài)及土體組成、植被類(lèi)型及有無(wú)護(hù)岸工程等因素對(duì)河岸穩(wěn)定性影響較少。本文以長(zhǎng)江中游荊江出口熊家洲至城陵磯河段內(nèi)八姓洲和七姓洲上的2個(gè)典型斷面為例，利用BSTEM分別計(jì)算與分析了河岸分別在洪水期、枯水期不同水位條件下、漲水期和退水期，不同岸坡形態(tài)與坡腳沖刷幅度，不同植被類(lèi)型及有無(wú)護(hù)岸工程以及不同岸坡形態(tài)的河岸安全系數(shù)與穩(wěn)定性。

2 BSTEM介紹

BSTEM(Bank Stability and Toe Erosion Model)是由Andrew Simon (USDA-ARS-NSL)等人在Osman-Thorne模型基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用于預(yù)測(cè)河岸穩(wěn)定性及坡腳侵蝕速率。BSTEM描述了土體受剪切引起的崩塌和由河道水流沖刷及河岸坡腳物質(zhì)遷移引起的侵蝕2種不同的過(guò)程，即模型包括2個(gè)模塊：河岸穩(wěn)定性分析模塊(BS)和河岸坡腳侵蝕模塊(BTE)。該模型主要通過(guò)對(duì)河岸幾何形態(tài)的模擬，結(jié)合極限平衡方法，分析土壤抗剪強(qiáng)度，計(jì)算河岸安全系數(shù)Fs，并根據(jù)土壤可蝕性和臨界剪切力計(jì)算坡腳侵蝕速率及總量。

河岸安全系數(shù)Fs的計(jì)算方法有3種：①水平層法，由Simon等人研發(fā)的楔式崩塌模型發(fā)展而來(lái);②垂直切片法，由COMCEPTS模型改編而來(lái)，將分為5層的河岸崩塌體又分為相同數(shù)目的垂直切片，并通過(guò)4次迭代得到Fs的精確值；③拉伸剪切崩塌法，是在水平層法中將崩塌面角度設(shè)為90°計(jì)算Fs值。BSTEM主要由拉伸剪切崩塌法計(jì)算Fs，其安全系數(shù)計(jì)算公式為

Fs=

(1)

圖1 荊江出口熊家洲至城陵磯河段河勢(shì)圖Fig.1 River regime of the reach from Xiongjiazhou to Chenglingji in Jingiang river

本文主要利用岸坡穩(wěn)定模塊(BS)，根據(jù)河岸邊坡形態(tài)，結(jié)合岸坡土體力學(xué)特性、植被類(lèi)型、地下水位及孔隙水壓力等參數(shù)計(jì)算與分析岸坡的安全系數(shù)與穩(wěn)定性，其中安全系數(shù)Fs就是土壤的剪切應(yīng)力及近岸水體對(duì)滑動(dòng)體產(chǎn)生的側(cè)向水壓力與滑動(dòng)土體的滑動(dòng)力之間的比值，即阻止崩體滑動(dòng)的抵抗力與促使崩體滑動(dòng)的滑動(dòng)力之間的比值，并認(rèn)為Fs>1.3時(shí)河岸處于穩(wěn)定狀態(tài)，1≤Fs≤1.3時(shí)河岸處于條件穩(wěn)定狀態(tài)，F(xiàn)s<1時(shí)河岸處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 研究斷面及河岸組成

熊家洲至城陵磯河段位于下荊江尾閭，沿程有八姓洲和七姓洲，由于河段彎道均屬急彎，凹岸長(zhǎng)期受到主流的強(qiáng)烈頂沖，深泓逼岸，岸坡較陡，近年來(lái)隨著三峽及上游一系列控制性水庫(kù)的陸續(xù)建設(shè)運(yùn)用，對(duì)該河段河勢(shì)變化影響也明顯加劇[11]。河段河勢(shì)劇烈變化引起崩岸的頻繁發(fā)生，例如八姓洲上游狹頸段，自2008年11月以來(lái)，狹頸段岸坡崩退10～20 m，最大30余m，七姓洲自2008年以來(lái)，岸坡崩退10～20 m，最大達(dá)40余m，水下岸坡沖深約5 m[12]。本次選取八姓洲1#斷面和七姓洲2#斷面為研究對(duì)象進(jìn)行岸坡穩(wěn)定性計(jì)算與分析，具體位置及岸坡形態(tài)分別見(jiàn)圖1，圖2，典型斷面的土體力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。由表1，圖2可知，熊家洲段河岸土體垂向結(jié)構(gòu)分布明顯，按土體性質(zhì)劃分可分為3層，上下都為非黏性土體，中間為黏性土體，其中1#斷面的土體組成表現(xiàn)為中間的黏性土的厚度相對(duì)較??； 2#斷面的土體組成表現(xiàn)為上部黏性土的厚度大于下部非黏性土的厚度。

表1 典型斷面的土體力學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of physical and mechanical properties of the soil of typical sections

圖2 典型斷面岸坡形態(tài)及土體組成Fig.2 Bank slope morphologyand composition of the soil of typical sections

根據(jù)土體力學(xué)性質(zhì)分析，荊江出口熊家洲河彎段河岸黏性土主要由粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)壤土組成，原狀土體自然狀態(tài)時(shí)內(nèi)摩擦角介于6.2°～32.3°，黏聚力為9.67～31.65 kPa，含水率為19.1%～44.4%。非黏性土主要由粉細(xì)砂和砂壤土組成，中值粒徑為0.06～0.14 mm，抗沖性較差。

4 河岸穩(wěn)定性計(jì)算條件

河道岸坡安全系數(shù)計(jì)算考慮了水力參數(shù)、岸坡的邊界條件及土體組成、護(hù)岸工程、植被類(lèi)型等因素，具體計(jì)算條件如下：

(1) 枯水期?？菟谒惠^低，計(jì)算時(shí)取最低水位為13 m(85基準(zhǔn)高程，下同)?；瑒?dòng)土體一部分在水面以上，一部分在水面以下，水面以上土體特性計(jì)算不考慮水對(duì)土體性質(zhì)指標(biāo)的影響，水面以下則要考慮土體容重變化，按照飽和容重計(jì)算。

(2) 洪水期。洪水期水位較高，一般最高洪水位會(huì)漫過(guò)坡頂或接近坡頂，所以在洪水期認(rèn)為整個(gè)河岸土體都處在水流的浸泡下，最高洪水位取32 m計(jì)算，考慮水對(duì)土體性質(zhì)指標(biāo)的影響，按照飽和容重計(jì)算。

(3) 退水期。退水期時(shí)，水位從洪水期到枯水期水位會(huì)發(fā)生明顯下降，由洪水位退至枯水位，河岸上部土體黏性土體保水性較好，滲透系數(shù)較低，水位下降過(guò)程中，土體側(cè)向水壓力會(huì)消失，但黏土層內(nèi)水體卻不能及時(shí)排出，從而對(duì)土體產(chǎn)生孔隙水壓力，降低河岸穩(wěn)定性，故參考洪水期時(shí)土體性質(zhì)指標(biāo)計(jì)算。

(4) 漲水期和退水期速率快慢對(duì)安全性系數(shù)的影響。無(wú)論是漲水過(guò)程還是退水過(guò)程，土體的力學(xué)特性隨著含水率變化而變化。當(dāng)漲退水過(guò)程較快時(shí)，土體的性質(zhì)指標(biāo)改變幅度較小，土體在短時(shí)期內(nèi)保持與原來(lái)接近的強(qiáng)度；當(dāng)漲退水過(guò)程較慢時(shí)，則相反，土體的強(qiáng)度指標(biāo)改變幅度較大。計(jì)算時(shí)按照具體情況計(jì)算，在模型計(jì)算中，通過(guò)調(diào)整參數(shù)的大小來(lái)反映漲落水速率的快慢。

(5) 河岸的形態(tài)對(duì)河岸穩(wěn)定性的影響。計(jì)算時(shí)改變坡比來(lái)分析岸坡形態(tài)對(duì)河岸穩(wěn)定性的影響，并考慮了有護(hù)岸工程及其坡腳發(fā)生沖刷條件下的岸坡安全系數(shù)。

(6) 植被類(lèi)型對(duì)河岸穩(wěn)定性的影響。計(jì)算分析坡頂不同植被類(lèi)型條件下的岸坡安全系數(shù)的變化。

5 不同條件下河岸穩(wěn)定性計(jì)算與分析

5.1 洪、枯水期河岸穩(wěn)定性計(jì)算與分析

圖3 不同斷面水位與河岸穩(wěn)定安全系數(shù)的關(guān)系Fig.3 Relationship between water level and safety factor at different sections

由圖3可知，1#，2#斷面在不同水位下的安全系數(shù)明顯不同，并且2個(gè)斷面的安全系數(shù)值在水位變化時(shí)表現(xiàn)的規(guī)律也不同,總體而言，1#斷面隨著水位的升高安全系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，而2#斷面隨著水位的升高安全系數(shù)呈現(xiàn)先逐漸減小而后較為平穩(wěn)的趨勢(shì)，這主要是由于2個(gè)斷面的土質(zhì)不同，加上水流側(cè)向作用，岸坡土體呈現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)不同所致。

枯水期時(shí)，水位以上的土體暴露在空氣中，含水率較小，所以土體強(qiáng)度指標(biāo)較大，從而滑動(dòng)面上抵抗力較大，同時(shí)由于無(wú)側(cè)向水壓力作用，滑動(dòng)面上抵抗力主要受土體強(qiáng)度指標(biāo)的影響；洪水期由于整個(gè)河岸都浸泡在水體中，土體處于飽和狀態(tài)，含水率達(dá)到最大值，土體強(qiáng)度指標(biāo)為最小值，從而滑動(dòng)面上抵抗力為最小值，但洪水期水位較高，水流側(cè)向水壓力作用較大，這使得滑動(dòng)面上抵抗力較大。綜上，河岸安全系數(shù)取決于二者的綜合作用，若土體強(qiáng)度指標(biāo)減小的效果小于側(cè)向水壓力，則安全系數(shù)值增大，相反則安全系數(shù)值減小。

1#斷面岸坡土體15 m高程以上砂壤土或粉質(zhì)壤土較厚，其滲透系數(shù)較大，岸坡較緩，坡比為1∶4.7；2#斷面岸坡土體15 m高程以上粉質(zhì)黏土較厚，其滲透系數(shù)較小，岸坡較陡，坡比為1∶4.3。1#斷面的土體組成為非黏性土層的厚度明顯大于黏性土層的厚度，隨著水位逐漸上升，土體含水率增大，土體力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)減小，但側(cè)向水壓力增大較多而最后增大岸坡整體穩(wěn)定性，即1#斷面水位與河岸穩(wěn)定安全系數(shù)之間的規(guī)律表現(xiàn)為河岸穩(wěn)定安全系數(shù)隨水位升高而增大，土體飽和后基本趨于穩(wěn)定；2#斷面的土體組成為黏性土層的厚度大于非黏性土層的厚度，由于黏性土的含水率對(duì)其力學(xué)強(qiáng)度影響較大，含水率增大，力學(xué)強(qiáng)度降低；反之，力學(xué)強(qiáng)度升高。隨著水位逐漸上升，側(cè)向水壓力增大而有利于岸坡穩(wěn)定，但同時(shí)黏性土層含水率的增大而使土體強(qiáng)度指標(biāo)相應(yīng)減小導(dǎo)致河岸穩(wěn)定安全系數(shù)降低，即2#斷面水位與河岸穩(wěn)定安全系數(shù)之間的規(guī)律表現(xiàn)為河岸穩(wěn)定安全系數(shù)隨水位升高而減小，土體飽和后最后趨于穩(wěn)定。

上述計(jì)算結(jié)果與分析表明：枯水期和洪水期是否發(fā)生崩岸取決于當(dāng)?shù)睾影锻馏w組成的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)和側(cè)向水壓力的相對(duì)關(guān)系，對(duì)于不同土體組成的岸坡，影響土體力學(xué)性質(zhì)的因素較復(fù)雜。本文選取的典型斷面的岸坡穩(wěn)定性規(guī)律表現(xiàn)為：黏性土層較厚的岸坡在洪水期的穩(wěn)定性不及枯水期，相反，對(duì)于黏性土層較薄的岸坡在洪水期的岸坡穩(wěn)定性要好于枯水期。

5.2 漲水期河岸穩(wěn)定性計(jì)算與分析

當(dāng)水位從低水位14 m升高到洪水位32 m時(shí)，分別取漲水速率為0.5,1.0,2.0 ,5.0 m/d對(duì)1#，2#斷面岸坡安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分析在漲水速率快慢情況下對(duì)河岸穩(wěn)定性的影響，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖知，1#斷面隨著水位的上升安全系數(shù)增大，且漲水速率越快，安全系數(shù)值增幅較大，在漲水速率為5.0 m/d的情況下，比同水位時(shí)漲水速率較慢的安全系數(shù)大；2#斷面隨著水位的上升安全系數(shù)減小，且漲水速率在1.0 m/d時(shí)安全系數(shù)隨著水位的上升先減小后趨于穩(wěn)定，漲水速率為0.5 m/d時(shí)安全系數(shù)較1.0 m/d變幅不大，漲水速率為2 m/d時(shí)，安全系數(shù)增大，當(dāng)漲水速率突增至5.0 m/d時(shí)，安全系數(shù)減小，但比同水位漲水速率慢時(shí)的安全系數(shù)大。可見(jiàn)漲水對(duì)河岸穩(wěn)定性有重要的影響，漲水速率越大，河岸安全系數(shù)越大。這主要是因?yàn)樵跐q水過(guò)程中，若漲水速率大，尤其是水位驟漲，坡面?zhèn)认蛩畨毫ψ饔猛蝗辉龃?，其抵抗力增大，而土體強(qiáng)度指標(biāo)變化幅度較小，滑動(dòng)力變化不大，故安全系數(shù)表現(xiàn)為增大。

圖4 漲水速率與安全系數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between the rate of water level rising and the safety factor

由上述計(jì)算分析可知，不同河道的岸坡土體組成對(duì)漲水速率快慢的反映情況不同，黏性土層較厚的斷面安全系數(shù)降幅較小，黏性土層較薄的斷面安全系數(shù)漲幅較大。三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后，由于水庫(kù)的調(diào)蓄使下游河道的漲水速率較蓄水前慢，則安全系數(shù)無(wú)論是增大還是減小幅度均有所減緩，對(duì)黏性土層較薄的河岸斷面而言，水位上漲會(huì)增加河岸穩(wěn)定性。

5.3 退水期河岸穩(wěn)定性計(jì)算與分析

當(dāng)水位從洪水位32 m退至低水位14 m時(shí)，分別取退水速率為0.5，1.0，2.0,5.0 m/d對(duì)1#，2#斷面岸坡的安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分析在退水速率快慢情況下對(duì)河岸穩(wěn)定性的影響，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 退水速率與安全系數(shù)的關(guān)系Fig.5 Relationship between the rate of water level recession and the safety factor

由圖5可知，對(duì)于黏性土層較薄的1#斷面，其安全系數(shù)隨著水位的降低大幅度減小，當(dāng)退水速率為5 m/d時(shí)，安全系數(shù)減小幅度很大，比同水位退水慢時(shí)的安全系數(shù)小，水位退至18 m時(shí)，退水速率為0.5 m/d時(shí)，F(xiàn)s=1.08，河岸處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，而退水速率為2 m/d時(shí)，F(xiàn)s=0.92，河岸處于不穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于黏性土層較厚的2#斷面，退水期的退水速率對(duì)岸坡安全系數(shù)有很大影響，退水較慢時(shí)，安全系數(shù)隨著水位下降而增加，而退水速率快時(shí)，安全系數(shù)隨著水位下降先減小后增大，但同水位時(shí)，二者相差很大，水位退至20 m，退水速率為1 m/d時(shí)，F(xiàn)s=1.38，河岸處于穩(wěn)定狀態(tài)，退水速率為2 m/d時(shí)，F(xiàn)s=1.15，河岸處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)?？梢?jiàn)，2種典型斷面在退水期較快時(shí)，安全系數(shù)都大幅度減小，易引起崩岸的發(fā)生。由于退水期退水較快，土體中的水來(lái)不及排出，土體力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)由于含水率達(dá)到最大值，土體強(qiáng)度指標(biāo)為最小值，土體中的水體會(huì)對(duì)滑動(dòng)面產(chǎn)生較大的滲透水壓力，也增大滑動(dòng)面滑動(dòng)力，從而降低河岸穩(wěn)定性，這就是退水較快時(shí)長(zhǎng)江中游河道發(fā)生較多崩岸的主要原因，實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)分析也表明熊家洲至城陵磯河段在汛后退水期發(fā)生崩岸比較頻繁。

三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后，由于水庫(kù)汛后蓄水使下游河道的退水速率與蓄水前相比有所加大，對(duì)岸坡的穩(wěn)定性會(huì)帶來(lái)不利影響。

5.4 岸坡形態(tài)變化條件下河岸穩(wěn)定性計(jì)算與分析

由于荊江河段距三峽工程較近，加之主要為沖積平原河流，河床抗沖性相對(duì)較低，自三峽工程蓄水運(yùn)用以來(lái)，河段自上而下受到不同程度的沖刷，河勢(shì)調(diào)整相對(duì)也較為劇烈。據(jù)實(shí)測(cè)資料分析[13]，險(xiǎn)工段斷面樁號(hào)枯水位以下岸坡變化情況總體呈變陡趨勢(shì)，特別是三峽工程蓄水運(yùn)用以來(lái)，荊江河段主要險(xiǎn)工段近岸河床沖刷分布范圍較廣，近岸河床沖刷幅度較大，水下坡比陡于1∶2.0的斷面增加十分明顯。因此，通過(guò)改變水下岸坡形態(tài)計(jì)算河岸安全穩(wěn)定性系數(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。選取2#斷面進(jìn)行計(jì)算，其初始坡比為1∶4.9，分別改變坡比為1∶3.2,1∶2.7計(jì)算岸坡的安全系數(shù)，見(jiàn)圖6。圖7為枯水期和洪水期不同水位下河岸的安全系數(shù)，由圖7可知，無(wú)論是洪水期還是枯水期，隨著坡比的增大，河岸的安全系數(shù)值均逐漸減小，水下坡度越陡，安全系數(shù)值越小，河岸越不穩(wěn)定。這說(shuō)明在近岸河床遭受沖刷、水下岸坡變陡時(shí)，河岸穩(wěn)定性會(huì)明顯降低，從而容易發(fā)生崩岸。

圖6 不同岸坡典型橫斷面圖Fig.6 Typical sectionfigure of differentbank slopes圖7 不同時(shí)期安全系數(shù)與坡比關(guān)系Fig.7 Relationship betweenslope ratio and safetyfactor in different periods

護(hù)岸工程改變了岸坡的抗沖性，并加劇護(hù)岸工程前緣交界區(qū)的沖刷，引起坡腳的沖刷調(diào)整。圖8為計(jì)算過(guò)程中初始斷面形態(tài)及其護(hù)岸工程段和坡腳受水流沖刷改變后的斷面形態(tài)示意圖。

圖8 計(jì)算斷面在不同沖刷情況下的斷面形態(tài)示意圖Fig.8 Morphology of the typical section in the presence of different flow erosion

圖9 坡腳橫向沖刷距離與安全系數(shù)的關(guān)系Fig.9 Relationship between lateral erosion distance of the toe and safety factor

分別對(duì)1#，2#斷面的岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算與分析，得到枯水期和洪水期不同水位下河岸安全系數(shù)Fs(圖9)。由圖可知，1#斷面在枯水期橫向沖刷距離達(dá)到2 m時(shí)河岸就接近臨界狀態(tài)，橫向沖刷距離在5 m時(shí)，F(xiàn)s<1，河岸將發(fā)生崩塌；在洪水期，已有護(hù)岸工程時(shí)，F(xiàn)s為1.21，為岸坡穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，當(dāng)橫向沖刷距離為3 m時(shí)，F(xiàn)s<1，岸坡將發(fā)生崩塌?？梢?jiàn)，1#斷面在洪水期不易發(fā)生崩岸的情況下，安全系數(shù)僅為臨界條件，與其自身的土體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。2#斷面在枯水期，橫向沖刷距離在6m以前都為穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到6 m以上為臨界狀態(tài)。在洪水期，橫向沖刷距離達(dá)到2.5 m時(shí)，河岸接近臨界狀態(tài)，沖刷距離繼續(xù)增大到6 m時(shí)，F(xiàn)s為0.91，河岸將發(fā)生崩塌。可見(jiàn)，該斷面在沖刷達(dá)到一定程度時(shí)，不論水位條件怎樣，河岸穩(wěn)定性明顯降低，均將會(huì)發(fā)生崩塌，沖刷距離越大，河岸越不穩(wěn)定?？梢?jiàn)保護(hù)坡腳對(duì)保持河岸穩(wěn)定的重要性。

5.5 坡頂植被類(lèi)型與岸坡穩(wěn)定性關(guān)系分析

一般情況下，土壤受壓能力很強(qiáng)，而抗張能力較弱，而草本植物和喬灌木的根系抗張能力很強(qiáng)，因此，植物根系和土壤形成了高強(qiáng)度復(fù)合物質(zhì)，關(guān)于這種固體效應(yīng)現(xiàn)有很多方面的研究。在BSTEM的河岸穩(wěn)定分析中采用RootReinforcement模型模擬岸頂植被的作用效果，本文利用這一模型，在不改變水流條件和岸坡土體力學(xué)性質(zhì)的情況下，僅改變坡頂?shù)闹脖活?lèi)型，對(duì)八姓洲斷面進(jìn)行了模擬，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 坡頂植被類(lèi)型與岸坡穩(wěn)定性關(guān)系Table 2 Relationship between vegetation types on bank top and safety factor

由表2可知，草本植物的根系與土壤結(jié)合的凝聚力較大，對(duì)河岸的穩(wěn)定性也較大，相比較，喬灌木的根系影響則較弱，植被年齡為20 a的楊木，根系的凝聚力僅為2.2 kPa。所以，在坡頂種植根系直徑為10～20 mm的草本系植物對(duì)岸坡的穩(wěn)定性效果最大。

6 結(jié)論與建議

(1) 岸坡穩(wěn)定性隨水位變化規(guī)律與河岸組成密切相關(guān)，黏性土層較薄的岸坡在洪水期的穩(wěn)定性更好；河道水位漲落對(duì)岸坡穩(wěn)定性也帶來(lái)重要影響，漲水速率較大時(shí)有利于增強(qiáng)河岸的穩(wěn)定性；退水期不利于河岸穩(wěn)定，退水速率越大，河岸穩(wěn)定性越差，越容易發(fā)生崩岸。考慮到三峽水庫(kù)蓄水后的汛期調(diào)蓄與汛后蓄水的影響，較自然條件比，其下游河道汛期漲水速率有所減緩，汛后退水速率有所加快，均對(duì)河岸穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，建議三峽水庫(kù)調(diào)度時(shí)盡可能減少下游河道水位的快速降落。

(2) 不論有無(wú)護(hù)岸工程，坡度沖刷變陡均不利于岸坡穩(wěn)定。三峽工程蓄水運(yùn)用后，近岸河床沖刷幅度較大，水下坡比增加十分明顯，故易出現(xiàn)險(xiǎn)情，需對(duì)沖刷導(dǎo)致岸坡變陡地段采取防護(hù)措施。

(3) 坡頂植被對(duì)岸坡穩(wěn)定性有重要作用，不同類(lèi)型的植被影響不同，坡頂種植根系直徑為10～20 mm的草本系植物對(duì)岸坡的穩(wěn)定性效果最佳，可考慮選擇相近的易成活的植被種植，增加岸坡穩(wěn)定性。

(4) 由于本文所得結(jié)論都基于BSTEM計(jì)算結(jié)果得出，因此，為保證其結(jié)論的適用性，還需要進(jìn)一步采用長(zhǎng)江上的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行細(xì)致的驗(yàn)證或率定。

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