沂河下游滩地稳定性分析及防护措施

贾运岗

沂河下游滩地稳定性分析及防护措施

贾运岗

河道边坡稳定性直接关系到河道安全与否，不稳定的边坡可能造成滑坡、塌方甚至决堤，后果严重，因此边坡稳定性分析至关重要。影响边坡稳定性因素很多，也非常复杂，主要是河床地质构造、水流因素以及人类活动等因素相互作用的结果。近年来，许多学者对边坡稳定安全系数影响因素进行了大量研究。本文在已有工作的基础上，主要研究了不同水位对沂河下游西蔡段土体岸坡安全系数的影响，并提出边坡防护处理措施。

一、沂河下游西蔡段概况

沂河西蔡段（中泓桩号为33+840～37+180，长3.34km）位于沂河土山拦河闸下游，江风口至苏鲁省界段内，50年一遇设计防洪标准，相应流量8000m3/s，上游距李庄拦河闸约11km，距刘家道口节制闸约17km，下游距马头拦河闸约20.5km，两岸均为二级堤防，堤距980～1620m，平均约1120m，河口宽度510～1160m，平均约650m。

该段河床总体为平原曲流型河床，河床构成大部分为砂质，土山闸下约1.5km长度区段内，岩层隆起，土沙层较浅，原靠右岸有较宽的沙洲，河道主流紧靠左岸；近年来右岸沙洲受冲刷等多种因素影响，下切较大，下切至河床底部岩石层，且底部岩石层存在向右岸的横向比降，左右岸高差约3m，河道主流逐渐演变至紧靠右岸；此段河底高程37.50～37.90m，滩地高程 46.00～48.88m，河岸垂直高差较大，右岸滩地土质为沙土，上部为厚1m左右的壤土层，下部为厚层中粗沙，抗冲性差，主流演变至右岸后，右岸滩地岸线总体后退20～100m，平均约40m，并多次在局部发生较大幅度的坍塌险情。

表1 土层参数表

二、河道边坡稳定性相关理论

土体稳定性分析方法主要有极限平衡法、极限分析法和有限元法等。在边坡稳定性分析中，极限分析法和有限元法都还不够成熟。因此，目前工程实践中基本都是采用极限平衡法。极限平衡方法分析的一般步骤是：假定斜坡破坏是沿着土体内某一确定的滑裂面滑动，根据滑裂土体的静力平衡条件和莫尔—库伦强度理论，可以计算出沿该滑裂面滑动的可能性，即土坡稳定安全系数的大小或破坏概率的高低，然后再系统地选取许多个可能的滑动面，用同样的方法计算其稳定安全系数或破坏概率。稳定安全系数最低或者破坏概率最高的滑动面就是可能性最大的滑动面。

三、沂河下游西蔡段土体岸坡稳定性分析

沂河土山闸下西蔡段位于沂河丘陵山区河道的下边缘，河床由河卵石渐变为砂质河床，河道的冲淤主要受水、沙条件及边界条件控制。近几年来由于受社会经济发展影响，人为活动也对河床演变产生了极大的影响。现状沂河下游西蔡段主流位于右岸，险情也发生在右岸，因此对右岸土体岸坡进行了稳定性计算分析，计算选取中泓桩号36+000断面。

本文稳定分析采用极限平衡方法的边坡稳定分析程序STAB，地质参数采用土山拦河闸初设地质勘察报告中参数，断面资料采用本次实测断面中泓桩号36+000，计算各个水位时的安全系数。

岸坡安全系数受许多因素共同影响，水位升降时其变化规律是复杂的。坡外水位上升时，浸润线以上非饱和区范围减少，基质吸力减少，对岸坡稳定不利，而坡内外的水位差使岸坡受到向着坡内的渗透压力，同时岸坡水下部分受到水的浮力作用，这些作用对岸坡稳定有利。

图1 安全系数随水位变化柱状图

从图1可以看出，岸坡稳定性系数趋势随着水位上升先减小后增大，存在一个最危险水位。断面主要土质为细砂，岸坡坡内水位与坡外水位大致持平，基质吸力降低较多，水的浮力作用也较明显，而极限平衡方法考虑的是土条底面处的基质吸力，水位开始上升时，浸润线处滑动面较平缓，基质吸力对岸坡稳定的贡献减小较多，故岸坡安全系数减小；随着水位不断上升，浸润线处滑动面变陡，浮力对岸坡稳定的贡献开始起主导作用，当相对水位为5m时，岸坡安全系数开始增大。故最危险水位的位置大约在岸坡高度的4/11～7/11处，因此汛期应注重防御中小洪水。

四、防护措施

1.工程措施

护滩工程的作用是控导河势，保护滩岸，多年的治河经验表明：“滩存则槽稳，槽稳则堤固，守堤不如守滩。”河槽的横向变形是主流线位置变动的反映，与水沙条件、河床滩岸土质以及整治工程的控导作用密切相关。蜿蜒性河道的变形规律是“一弯变则多弯变”。在确定河道主槽宽度后，要根据整治后的宽度，及时做好护滩工程，巩固治理成果，控制河床的横向变形，把中常洪水束缚在主河槽内，其顶部高程应与滩地顶部齐平。建议对沂河下游西蔡段右岸现状滩地进行护险。

2.非工程措施

沂河西蔡段上游为土山拦河闸，鉴于目前已形成下游河床较大变形实际状态，应结合拦河枢纽实际控制运用方案等非工程措施来减少下游冲刷，特别要减少右岸冲刷。中小洪水时应首先运用上游土山拦河闸削峰滞洪作用，减少下游冲刷，防止横向流对右岸冲刷。科学控制运用土山拦河闸，拦河闸泄流时应先优先开启右岸闸门，下游河槽水深稳定后，再开启左侧闸门，以减小横向流对右岸的冲刷。

科学控制河段采砂，要本着“安全第一、河道整治和资源利用相结合、依法许可”的原则有限度地进行下游河道采砂。采砂地点进行科学设计和规划，现阶段应以靠左岸采砂为主；要限制开采强度和开采方式，科学控制开采深度。

五、结论

（1）河床整体稳定性：现状沂河西蔡段河床底部为岩石，经过多年冲涮，河床已基本稳定，但河底岩石层左岸比右岸高3m，小流量时存在横向流，且右岸滩地为砂土，抗冲能力差，对右岸滩地冲刷较为严重。从河势上看，此段下游弯道段，右岸为凹岸，受弯道离心力和地转偏向力影响，引起横向环流，对右岸滩地淘刷冲蚀较严重。因此，河段右岸滩地整体受冲刷威胁较为严重。

（2）根据中泓桩号36+000断面岸坡安全系数的计算结果，在相对水位为4～7m时，岸坡稳定安全系数不足1.5，在中小水流下，会发生进一步的塌岸。

（3）根据沂河西蔡段现状及存在问题，结合上游水闸的运用，进一步分析河道整治的技术措施，统筹安排河道整治工程的实施计划

（作者单位：山东省临沂市水利勘测设计院 276000）