岸坡生态治理稳定性影响因素分析

2018-12-10李佑亮

水利规划与设计 2018年11期

李佑亮

(江西省赣抚平原水利工程管理局，江西南昌 330096)

受各种因素的影响，河道岸坡出现了坍塌、滑坡、渗漏等各种问题。生态治理技术应用于河道岸坡的整治已成为新的发展趋势，因此，有必要对河道岸坡生态治理技术进行分析探讨[1- 4]。

黄岩等结合河道护岸工程，对连云港地区的河道生态护岸方案进行了对比选择研究，分析了生态护岸所带来的生态和工程效益[5]；徐大建对传统护岸和生态护岸进行了对比分析，并结合工程实例，分析了生态护岸的优缺点[6]；何波在过去护航的基础上进行分析和调整，对传统护岸方法存在问题做出了研究和探讨，并提出了适应社会生态可持续发展的生态护岸技术[7]；毕雪峰等对生态河道固滩工程生态软体排结构和施工方法进行了对比分析，认为其该方法可有效发挥河道护岸生态保护效果[8]。

本文在河道生态护岸技术的基础上，对影响其稳定性的各项因素进行综合分析，以确定各因素对河道岸坡生态治理效益影响的主次关系，对河道生态整治建设提供理论支撑。

1 生态岸坡治理

1.1 岸坡生态治理内涵

岸坡生态治理是指在保证河道航运条件的情况下，对岸坡进行合理的结构设计，因地制宜选择相应的护岸材料、充分利用植被景观措施，有效改善河道两岸的生态环境，并采取生态施工技术和科学管理与组织维护，兼具安全性、绿色性、生态性、景观性和人水和谐等五种特性。

1.2 生态岸坡结构形式

常用的新型生态岸坡设计形式主要包括：柔性绿色生态护岸结构和内河浮式护岸结构两种，见图1。但两种形式的主要目的相同，即充分满足岸坡在降雨、水位陡降一级航行波等多种自然人为因素下能够保持足够的稳定性，实现河道两岸的生态平衡和绿色健康发展。柔性绿色生态护岸结构具有多孔性和良好的韧性，且变形适应力强，避免了水流的冲蚀和波浪的掏刷；内河浮式护岸结构适应水位变化的能力强并具有很好的生态性能，避免将河床和河岸分开。

图1 生态岸坡设计结构形式示意

2 生态岸坡稳定性分析

2.1 研究区概况

广西省某水运枢纽兼具发电、灌溉、水产养殖、旅游开发的综合工程，渠化河道约有56km，整治河道约为372km，总库容约为1.83亿m3，属于径流式水电站。河道两岸平均坡高8m，坡度为1∶2。选取柔性绿色生态护岸结构形式对其开展分析，并建立相应的有限元模型进行模拟计算。

2.2 工况选取

将岸坡坡高定为8m，坡比为1∶2，现场初步判断影响该段河道岸坡稳定性因素主要有：水位、稳定渗流、水位陡降、降雨和船行波。河道水位分别选取2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m进行分析；稳定渗流选则地下水位为3m、4m、5m、6m(以河道水位2m为例)；水位陡降的地下水位也选取3m、4m、5m、6m进行计算，且陡降时间为12h(以河道水位2m为例)；降雨工况选择50mm/d、75mm/d、100mm/d以及150mm/d四种，且降雨时间分别为24h；船行波高分别为0.2m、0.5m、0.8m、1.0m、1.2m、1.5m。

2.3 单因素影响分析

模拟分析得到各单因素影响情况下的安全系数(稳定性评价指标)见图2。从图2中可以看出，随着河道水深的增大，安全系数呈指数型函数升高，这是因为水位越高，水位以下土地基本变为饱和土体，基质的吸附能力降低，且降低了抗剪强度，但同时降水压力提升，下滑力减小，有利影响大于前者，安全系数逐渐升高；水位差越高，稳定性越差，并呈线性降低，水位差越大岸坡内的非饱和土占比减小，抗剪强度降低，渗流力增大，滑动力增加，因而稳定性减小；水位陡降差越大，安全系数也越小，也呈线性减小，这是由于水位陡降差越大，岸坡内部的渗流力更大，并造成内部流态紊乱，对土体冲蚀更严重，因而稳定性更差；随着降雨强度的增大，护岸的安全稳定性逐渐减小，降雨强度越大，岸坡内的非饱和土体越少，基质吸附力降低，抗剪强度减小，从而影响岸坡稳定；安全系数随着船行波高的升高而呈线性减小，因为船行波的升高，岸坡的下滑位移会增大，因而稳定性较差。

对比采取生态护岸前后的安全系数可以发现，在单因素情况下，采取生态护岸后，岸坡的稳定性明显提高，植被根系的加固效应不仅提高了岸坡土体的抗拉强度，也提高土体的抗剪强度，从而使抵抗循环荷载作用的能力增强，进而防止岸坡失稳破坏。

2.4 组合因素影响分析

组合因素主要选取船行波1.5m+稳定渗流(水位差4m)、船行波1.5m+降雨强度150mm/d(24h)、以及船行波1.5m+稳定渗流(水位差4m)+降雨强度150mm/d(24h)三种情况。模拟计算得到的安全系数大小对比见表1。从表中可以看出，在任何组合因素下，采取生态护岸措施后，安全系数具有一定程度的提高，表明了生态固坡的效益随着外部组合因素越发复杂，安全系数的提高率越小，生态护岸措施的效果要稍差一些。

图2 各单因素影响情况下稳定性分析

表1 组合因素情况下稳定性分析

3 讨论

上文对单因素和组合因素情况下的生态岸坡措施前后的稳定性进行了对比分析，认为采取生态护坡措施后，对岸坡的稳定性有明显的加固提升效果，是一种值得采取的工程措施。还需要对各种因素对生态治理措施稳定性影响程度进行对比分析，见图3。从图3中可以看到，水位陡降对生态岸坡治理的影响程度最大，其次为降雨强度，再次为河道水位差以及水位差(渗流)，最后则是船行波的影响，可见，在施工设计过程中，要对护岸地区的水位陡降情况进行重点分析，才能保证生态岸坡工程的效益。