基于BSTEM模型的二元结构河岸崩塌过程模拟

针对上荆江典型二元结构河岸的崩塌问题,综合考虑近岸水流冲刷作用与河岸土体组成及力学特性,采用BSTEM模型分析了上荆江不同时期的岸坡稳定性,并对二元结构河岸的崩塌过程进行了模拟。结果表明:枯水期和汛前涨水期河岸稳定性较高,为崩岸较弱阶段;洪水期和落水期河岸稳定性较低,并伴随持续崩塌,属崩岸强烈阶段。此外分析还表明坡脚冲刷和潜水位变化对河岸稳定性有重要影响,两者分别是引起洪水期和落水期崩岸强度较大的重要原因。最后在综合考虑坡脚冲刷、潜水位变化和崩塌后土体在坡脚堆积等因素基础上,模拟了2009—2010年荆34断面右侧河岸的崩塌过程,河岸崩塌总宽度与崩塌后岸坡形态等模拟结果与实测结果符合较好。因此在模拟上荆江二元结构河岸崩塌过程时,必须同时考虑坡脚冲刷、潜水位变化和坡脚堆积等因素的影响。

BSTEM模型的原理、功能模块及其应用研究

BSTEM(Bank Stability and Toe Erosion Model)模型是用于河流管理、河岸带生态恢复以及河岸稳定性评价的物理模型,是基于Excel的宏命令运行的,包括河岸稳定性和坡脚侵蚀两个模块,可用来预测河岸坡脚侵蚀量、临界崩塌面,评价河岸带植被防护功能等。主要介绍了BSTEM模型的发展历程、原理及其功能模块组成,并对其应用现状与前景进行初步分析。该模型的应用对我国河川工程和库(湖)岸稳定性评价与整治防护具有重要借鉴意义。

利用BSTEM模型分析库岸边坡形态对其稳定性的影响

库岸稳定性取决于最大崩塌临界机制的驱动力和抵抗力的平衡,二者的平衡又取决于库岸边坡形态、岩土组成、水流浪涌特征、植被覆盖等。边坡形态是库岸稳定性的基本条件,主要指标有坡度、岸高及坡面形态。以三峡库区忠县石宝镇段为例,利用BSTEM模拟分析库岸边坡形态对其稳定性的影响,从而得到如下结论,研究库岸坡形形态对其稳定性的影响,对评价库岸的稳定性及影响因素至关重要,是研究库区崩岸侵蚀的危险性和对库岸防治措施的有力依据。

基于BSTEM模型的黄河源草甸型弯曲河流崩岸过程模拟

崩岸是弯曲河流蜿蜒和河道横向迁移的驱动力,根土复合体的二元结构崩岸仍缺少野外观测与机理研究.2011~2016年的黄河源弯曲河流野外调查表明,弯道凹岸的崩岸是以根土复合体作用下悬臂式崩岸模式为主.针对兰木错曲草甸型河岸的悬臂式崩岸,采用BSTEM模型分析了其岸坡稳定性,并模拟了河岸侵蚀和崩塌过程.结果表明,前期的河岸稳定性主要受水流侵蚀力的控制,安全系数下降较快,但河岸仍处于稳定状态;当河岸处于亚稳定状态时,孔隙水压力对河岸的影响增大,安全系数随着水位的升高有所增大.凹岸的崩岸受水流近岸剪切力与河岸下层的临界剪切力的共同决定,在河岸砂层粒径越细和流量越大的情形下,河岸的横向侵蚀量和侵蚀速率均越大.

基于BSTEM模型的植被根系对塔里木河岸坡稳定性影响过程模拟

干旱地区的荒漠植被根系发达,其保持岸坡稳定和固土护堤的作用优为重要。在塔里木河流域选取红柳、芦苇和胡杨等典型荒漠植被根系,研究植被根系对塔里木河岸坡坡稳定性的影响,对于促进防治塔里木河水土流失和建设良好生态环境具有重要的现实和理论意义。文中以实测数据和水槽试验结果为基础,运用BSTEM模型,对植被根系对塔里木河岸坡坡稳定性的影响过程进行了模拟。结果表明:(1)在竖直、倾斜、相交三种布置方式下,红柳根系体积密度RVD为8%时,安全系数Fs分别为1.29、1.27及大于1.3,当根系体积密度在8%~28%时,岸坡安全系数全都大于1.3;芦苇和胡杨根系结果也类似,说明随着RVD增大,岸坡安全系数会增大,从而岸坡越稳定;(2)不同根系放置方式对岸坡稳定性影响不同,如RVD为8%时,红柳根系竖直、倾斜和相交放置的安全系数分别提高了33%、30.9%和40.2%,所以提高岸坡稳定性大小次序为:相交﹥竖直﹥倾斜;(3)从根系类型看,提高岸坡安全系数次序为:红柳﹥胡杨﹥芦苇;(4)与无根系相比,有植被根系岸坡稳定性均比无植被根系有一定程度增加,相同植被根系下相交放置提高岸坡安全系数最显著,相同布置方式下红柳根系提升岸坡稳定性最明显。

干湿交替对长江荆江段典型断面岸滩土体力学性能的影响

河道水位水文年内的动态变化使得河岸土体处于干湿交替的状态。为研究干湿交替对粘性岸滩土体力学性能及河岸稳定性的影响,以长江荆江段8个典型崩岸断面岸滩的粘性土体为研究对象。采用历史资料分析、实地勘察取样、室内土工试验、BSTEM模型模拟相结合的方法,分析了上、下荆江河岸土体组成及力学特性,并且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;运用BSTEM模型对荆61和北门口断面在2013水文年内的崩岸过程进行了模拟,并分析了干、湿条件下土体抗剪强度指标对河岸稳定性的影响。结果表明:随着土体含水率的增加,粘聚力先增大后减小,而内摩擦角呈指数关系减小,并得出含水率与粘聚力和内摩擦角的定量关系式;2个断面计算崩塌宽度与实际一致,误差分别为1.69%和3.74%;干湿交替情况下安全系数值主要受土体粘聚力值的影响,并分别得到了2个典型断面粘聚力和内摩擦角与安全系数的一元线性关系。这样已知河岸土体含水率时,就可以通过关系式计算得出土体的粘聚力和内摩擦角,从而得出安全系数,判断河岸稳定性。

下荆江二元结构河岸崩退过程模拟及影响因素分析

三峡水库蓄水后下荆江河段河床持续冲刷,局部河段崩岸险情时有发生,研究下荆江二元结构河岸的崩退过程,有利于全面掌握该河段的演变规律。以下荆江荆98断面为研究对象,结合实测水文资料及断面地形资料,应用BSTEM模型计算了该断面右侧河岸2007及2010年的崩退过程,同时分析了弯道二次流及岸顶植被对崩岸过程的影响。结果表明:下荆江二元结构河岸的崩岸一般多发生在洪水期和退水期,其中洪水期为崩岸强烈阶段,退水期为崩岸较强阶段;弯道二次流的影响使得河岸坡脚冲刷更为严重,不利于凹岸的稳定性;岸顶植被增强了上部黏性土层的抗剪强度,有利于河岸的稳定性。

近期长江下游典型河漫滩边坡稳定性分析

河槽边坡的侵蚀和稳定性关乎航运和防汛安全。利用多模态传感器系统对长江马鞍山段河漫滩边坡的沉积、地貌和水动力特征进行水陆联合测量和高精度一体化三维地形数据的融合研究,并基于BSTEM模型进行横断面安全系数计算,对边坡稳定性进行评估。结果表明:该边坡上层为黏性土,下层为非黏性砂;横断面陆上坡度约0.09,水下坡度0.22～0.88,安全系数为1.18～1.72,并随退水期水位的下降而减小;该河段主流左摆,边坡在高速水流的淘刷作用下不断侧切并形成冲刷坑,导致了近岸地形的不连续性,局部边坡存在失稳风险,建议加强退水期边坡的监控和失稳预防。

若尔盖高原泥炭型弯曲河道崩岸过程模拟

崩岸在河床演变和河型转化中发挥重要作用,促使河岸横向移动和河道蜿蜒。2011—2016年黄河源若尔盖高原的弯曲河流野外调查表明,泥炭型弯曲河流的崩岸是河岸上部泥炭层在自重作用下发生的悬臂式崩岸。针对泥炭型河岸的悬臂式崩岸,采用BSTEM模型分析其岸坡稳定性,并模拟河岸侵蚀和崩塌过程。泥炭层的含水率是河岸稳定的关键因子,泥炭层含水率的增加,既增强河岸崩塌的驱动力,也减弱抵抗河岸崩塌的抗剪力,对河岸稳定不利。河岸二元物质组成的厚度对河岸稳定性有较大影响,其泥炭层厚度的增加,可提高河岸稳定性,但是河岸下部粉沙层厚度的增加,则会降低河岸的稳定性。