河岸崩塌的影响因素分析

许 旺 贺胜利

（山东省淮河流域水利管理局规划设计院有限公司 济南 250000 水利部淮河水利委员会 蚌埠 233001）

河岸的稳定性问题也就是通常所说的崩岸问题，是指河岸在受到近岸水流冲刷侵蚀过程中，如发生特大洪水时，河岸土体会在短时间内发生剧烈变形，这样土体就会产生局部坍塌。河岸土体崩塌是一种较为常见的自然环境灾害，经常发生河岸崩塌后退会使水资源无效损耗并且威胁到了江河大堤的防洪安全，而且还会影响河道航运，危害两岸农业工业的发展，因此，对河岸崩塌的影响因素的深入研究至关重要。

1 淮河河岸土体组成情况

本文以淮河流域为研究对象，对典型河段的河岸侵蚀崩塌做了专门的研究。淮河入江水道沿程河、湖、滩串并联，地形、地貌和植被非常复杂。上段自河闸至施尖，长57.8km，由新三河和金沟改道段组成，束水漫滩，行洪水深为4～5m；中段自施尖经高邮湖、新民滩、邵伯湖至六闸，长约57.73km，行洪水深4～6m；下段由六条河道并联汇入夹江后与长江沟通，自六闸至三江营，河长41.8km，洪水至此由各归江河道先分后合，而后入江，全河段长157.2km，大部分河段为沙质河床，河线弯曲，受长江洪水和潮位的双重影响，河岸不稳定易崩塌后退。

对淮河四个典型河段进行了现场勘查。三河段：上部主要是棕黄色、灰黄色灰色粉质粘土，个别地段夹有淤泥薄层，下部有棕黄色粘土，重粉质壤土、局部含有高岭土及砂疆；金沟改道段：土质也是以粘性土为主，与三河段相比，壤土增多，六丘坟至金沟段有厚2m左右的淤泥；新民滩：表层为粉质粘土，局部为粉质壤土，厚度1m左右，下部有2m左右的淤土层；下段归江河道：土质有粉质壤土、砂壤土及粉砂土，自北向南，粉砂比例增大，地基承载能力较好，但土体抗冲能力较弱，行洪期经常造成河岸的崩塌。

2 河岸崩塌的类型

河岸的崩塌形式包括洗崩、滑崩、条崩和窝崩。淮河由于大部分为宽浅流域，且河岸较低，所以淮河的崩岸形式主要为以洗崩、滑崩、条崩为主，发生窝崩的情况较少。

（1）洗崩：对于河宽较宽的水域河岸相对河面高差较低，这时上层的河岸很容易受到水面的风浪冲蚀，近岸水流越过坡顶，冲刷坡面，多次冲刷形成坡面浅沟状的侵蚀形态，发生崩塌，或者岸坡顶部形成张裂隙或张裂缝当有雨水填充时引发岸坡顶部出现局部崩塌，最终岸坡形态表现为倾斜阶梯状。洗崩发生的强度较小，一般以碎块的形式塌落。

（2）滑崩：滑崩易发生在河岸土体较为松散的河段，当河岸坡脚被近岸水流横向冲刷到一定程度时，或者洪水退去时水位迅速下降，河岸土体内的水分没及时排除，使得岸边崩体失稳形成滑崩，滑崩的破坏面一般为曲面。

（3）条崩：由于河道主流贴近河岸容易对坡脚土体造成冲刷，使河岸临空面增大从而形成陡坎。自然形成的河岸上部一般是固结程度较高的粘性土，下部分一般是较为松散的沙土二元结构河岸，当下部淘空时引起上部土体失去支撑，上部土体在重力作用下发生坍落或倒入水中使岸坡土体纵向产生整体塌落。像这样上下层土体强度相差较大的二元结构土体在近岸水流纵向冲刷力的侵蚀下容易形成条崩。

（4）窝崩：根据河道近岸水流条件的不同可将窝崩分为液化窝崩和淘刷窝崩。窝崩易发生在二元结构的河岸，河岸下层一般为易冲刷的沙土，上层为粘性较大的粘土，且沙土层的厚度较大，范围较宽。当河岸土体受到河道近岸水流强烈的冲刷时，由于下层沙土抗冲刷的能力比较差，容易被冲刷侵蚀，从而使河岸土体失去承载的能力，最终导致河岸土体发生大规模连续性崩塌，在河岸上形成一个窝的形状，故称为窝崩。

3 崩岸影响因素分析

河岸崩塌是由河岸土体以及近岸水流两者相互作用而引发的，是淮河上游河势不断变化的主要原因，其影响因素主要为河道水动力条件、河岸土体组成、河岸边坡形态和河岸生态条件等。

3.1 河道水动力因素

较为顺直的河段往往河道比较宽阔，河道主流线常从河岸一边向另一边过渡，河岸边坡由于受到水流纵向冲刷的作用而变陡失稳最终产生崩塌。依据水流挟沙能力的表达式，当流速越大时水流的挟沙能力越强，当水流中挟沙没有达到饱和时就会冲刷河床和边坡。当河道主流离河岸越近时流速越大，水流对岸坡的冲刷侵蚀能力就越强。在冲积型流域中经常采用水流冲刷强度来表示河道水动力条件。在这里定义汛期平均的水流冲刷强度为：

式中：Nf为汛期总天数，d；Qj为日平均流量，m3/s；为日平均含沙量，kg/m3。

此外，从上述崩岸类型及崩岸过程可知河道纵向水流对河岸的顶冲作用与洗崩和滑崩的发生有着密切的关系。岳红艳等为了深入研究这种相互作用的机理，建立了纵向水流对河岸顶冲作用的概化力学模式，如图1所示。

近岸水流对边坡作用力为：

式中：R′为河道水流对河流的作用力；Q为流量；R为河岸对水流的反作用力，可将其分解为x轴方向的Rx和y轴方向的Ry，如图1中所示；V为脱离体两端断面的平均流速；P为作用于脱离体两端断面上的动水压力；α为R′与x方向的夹角；β为V1与x轴的夹角；α'为动量修正系数。由上式可知，在满足上述假定的情况下，纵向水流对河岸作用力R′的大小与动水压力P、流量Q、纵向水流流速V及其顶冲角β有关。如将以上脱离体看作近岸主流流束，那么近岸水深h、近岸水流流速V及水流顶冲角β越大，水流对河岸作用力R′就越大，近岸水流对河岸土体做的功就越大，即河岸崩塌后退的速度就越大。可见，近岸纵向水流的顶冲作用与崩岸的发生有着密切的关系。

3.2 河岸土体组成因素

河岸土体的力学性能主要由其抗剪强度和抗冲强度来表示。土体中粘粒含量可以间接反映土体抗冲能力的强弱。这是河流地貌学中的定性表示方法，粘土的固结程度较高所以粘粒的含量越大，土体的抗剪抗冲强度越大。Julian等在一系列试验中得出了粘性土体启动切应力与粘粒含量的经验关系，发现在一定范围内土体的起动切应力随粘粒含量的增大而增加。

河岸土体的特性主要是指土体的强度指标、物理性质和状态指标，包括孔隙比e、土的干容重γd、内摩擦角、含水率ω、渗透系数k及粘聚力c。影响河岸崩塌的主要因素包括土体的密实程度、土体的渗透性以及干容重等，而组织坡体下滑的阻力主要是由土体内部的粘聚力、内摩擦角和容重等产生的。

3.3 河岸边坡形态因素

河岸的边坡形态主要指的是河岸的边界条件，包括河岸的高度、长度，边坡的坡角，边坡的整个剖面形态及平面形态。河岸土体的边界条件对整个河岸的稳定性有直接影响。不利于河岸稳定的边坡往往在坡顶会有较大的张应力，土体的拉伸会引起坡顶出现张裂缝，边坡的坡脚也会产生强烈的剪应力，出现剪切破坏带，这些作用很大程度上降低了河岸边坡的稳定性。通常来说，坡角越大坡度越陡，此时边坡发生崩塌的可能性越大；坡角越小坡度越缓，此时边坡发生崩塌的可能性就越小，当河岸边线较为顺直时，对近岸水流影响较小，此时水流对坡脚冲刷轻度减弱，有利于河岸的稳定性；当河岸有较大的凸起或者凹陷会影响水流形成局部的环流，此时对河岸冲刷侵蚀强度较大，不利于河岸的稳定性，

3.4 河岸生态因素

河岸的生态因素主要是指岸坡植被对河岸稳定性的增强作用。许多研究结果表明植物根系能显著提高土体剪切强度，从而提高浅层边坡的稳定性，同时植被根系也可以降低近岸水流对坡脚土体的冲刷强度，增强河岸的抗侵蚀性，从而增加河岸的稳定性。根系对河岸稳定的保护作用可以从两方面来讲：一是根系与土体相互作用形成根—土复合体，从而增强了土体的力学性能，进而增加了河岸的稳定性；二是在河岸外侧裸露的根系能够有效减小近岸水流对坡角的侵蚀强度，从而提高河岸稳定性。主要表现为三种方式：①护裆作用，②网络作用，③牵拉作用。如图2所示。从图2中可以看出，植被根系相互交错将较小结构的土块组成大土块（网络作用），使得河岸土体的力学性质、剪切特性以及土体起动和冲刷特性等均会发生较大变化；与此同时植被根系也会受到近岸水流冲刷而导致部分根系外露，进而保护了根系内部土体被进一步冲刷侵蚀（护挡作用）；而且有些土颗粒会紧密附着在根系四周，即使根系在水中飘动，土粒也不易被冲走（牵拉作用）。河岸植被根系的网络作用、护裆作用和牵拉作用有效提高了河岸土体的抗剪强度，降低了近岸水流对坡脚的冲刷强度，有效提高了河岸的稳定性。

图1 近岸水流对河岸作用力图

图2 植被根系对河岸稳定性的影响图

4 结论

（1）对淮河典型断面进行了实地调研，对三河段、金沟改道段、新民滩、下段归江河道等四个典型河段河岸土体进行现场勘查取样，并分析了其基本组成情况，得出河岸表层土体的上半部分多为粉质粘土，下半部分多为壤土及砂土，河岸土体纵向为典型的二元结构组成，易发生侵蚀崩塌。

（2）结合河岸土体组成、河岸边界条件以及河岸水动力条件对河岸崩塌类型、河岸形成过程及特点进行分析，得出崩塌类型主要包括洗崩、条崩、滑崩以及少量的窝崩。以上四种河岸崩塌的类型中，窝崩的破坏强度最大，滑崩、条崩的破坏强度次之，洗崩的破坏强度最小。

（3）从河道水动力条件、河岸土体组成、河岸边坡形态和河岸生态条件等不同角度分别分析了对河岸崩塌类型、河岸形成过程及特点的影响。其中河岸组成、河岸边坡形态和河岸生态条件为河岸崩塌的内因，直接决定河岸的崩塌类型。当河岸土体为均质土体组成时易发生滑崩，当河岸为二元结构且在顺直岸段时易发生滑崩，当存在凹陷或者凸出时易发生窝崩，当河岸较低时易发生洗崩；水动力条件则为河岸崩塌的外因，当近岸水流为纵向水流且发生顶冲时易发生洗崩和滑崩，当近岸水流为环流时易发生窝崩，当近岸水流为顺流方向时易发生条崩■