漫談崩岸的預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)

漫談崩岸的預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)

1崩岸問(wèn)題仍是研究重點(diǎn)河岸坍塌是一個(gè)重要而緊迫的問(wèn)題。在中國(guó)的許多河流中，河岸坍塌通常是頻繁的，尤其是在洪水和洪水之后。崩塌往往帶來(lái)巨大的危險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅著兩國(guó)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。以長(zhǎng)江為例，由于土層條件和河流形狀的原因，九江以下河流的崩塌比九江以上河流的崩塌更為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在九江至江陰段，20世紀(jì)50年代末至80年代初，共發(fā)生150.3km/2的崩塌侵蝕面積，其中大部分良好，60多個(gè)村莊受損，數(shù)十名工廠、倉(cāng)庫(kù)和碼頭受損或受損。預(yù)計(jì)倒塌造成的直接經(jīng)濟(jì)損失每年超過(guò)1億元。近年來(lái)，長(zhǎng)江中下河的崩塌仍在繼續(xù)。1995年洪水淹沒(méi)，澄通河如皋左岸發(fā)生重大崩塌，崩塌寬度從6月11日起至7月26日止100米。1998年，石牙河從河流南岸13公里下降，長(zhǎng)江北入口的河岸發(fā)生了嚴(yán)重崩塌。1998年，北航道洪泛區(qū)漢江彭澤河段發(fā)生了兩次重大崩塌，造成重大災(zāi)害。1996年，在漢江-華榮河上的新沙洲，護(hù)岸邊坡坍塌500米，崩塌邊緣43米，僅20米。1996年1月，九江彭澤段馬湖圩堤發(fā)生兩起重大崩塌，造成20多人死亡。1996年3月，湖北省洪湖乾岡王家水庫(kù)洪泛區(qū)20多條坍塌，全長(zhǎng)1850米。大多數(shù)已建湖壩。1998年的大洪水期間，左岸邊坡上的2公里長(zhǎng)崩塌發(fā)生了洪水，共有180米。大多數(shù)已建湖壩。雖然，多年來(lái)一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)，但1998年的洪水時(shí)，河道末端出現(xiàn)了400-150米的大窩崩潰。桂池盆地的主要河流，如大石門和黑沙河的內(nèi)布拉。雖然強(qiáng)度和規(guī)模都相對(duì)穩(wěn)定，但1998年的洪水時(shí)，有嚴(yán)重的崩塌。其中，大石門段持續(xù)了2公里，使海灘寬度只有30.40米。結(jié)果表明，崩潰問(wèn)題仍然是長(zhǎng)江中下游防洪中最嚴(yán)重的問(wèn)題之一。雖然已經(jīng)完成了防洪工程，但這些問(wèn)題仍在研究中，但這些問(wèn)題仍在繼續(xù)，因此解決崩岸問(wèn)題更加緊迫。多年來(lái),許多科技工作者對(duì)崩岸問(wèn)題和防護(hù)措施作過(guò)不少研究,取得了很大的成績(jī),但由于崩岸的影響因素眾多,問(wèn)題比較復(fù)雜,故至今對(duì)其機(jī)理還不十分清楚,在防治措施方面大多仍憑經(jīng)驗(yàn)采用傳統(tǒng)的方法或改進(jìn)的傳統(tǒng)方法,變化不大.在研究方面,據(jù)了解,迄今為止,專門安排的室內(nèi)大比尺的崩岸整體系統(tǒng)(指包含水上岸坡、水下岸坡、坡腳和部分河床)的試驗(yàn)研究以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),仍然稀少.對(duì)崩岸進(jìn)行原位觀測(cè),并進(jìn)而研究預(yù)報(bào)方法的成果也未見(jiàn)報(bào)導(dǎo),表明崩岸的研究和治理工作仍主要停留在感性和憑經(jīng)驗(yàn)的階段,理論指導(dǎo)比較薄弱.近來(lái),有關(guān)部門提出了對(duì)崩岸進(jìn)行原位觀測(cè)與開(kāi)展崩岸預(yù)測(cè)研究的要求,這是一項(xiàng)很有必要和很有意義的決策.這樣的研究雖然有難度,但只要堅(jiān)持做下去,總會(huì)得到有價(jià)值的成果,使有關(guān)研究進(jìn)入更加理性的階段,使崩岸機(jī)理的認(rèn)識(shí)更為深入,使預(yù)防和治理措施更加有效而實(shí)用.2在坍塌管理中，土木工程問(wèn)題為了更好地?cái)⑹霰腊额A(yù)測(cè)和觀測(cè)方面的意見(jiàn),在此有必要略為展開(kāi),先對(duì)崩岸治理的一些原則和對(duì)策談些看法.2.1對(duì)于是否有科學(xué)確定的問(wèn)題,有相關(guān)專家提出了“不設(shè)限”的情況下等導(dǎo)致崩岸發(fā)生的原因除了人為因素、突加荷載和地震等偶然因素外,主要有兩方面因素:①岸坡方面的,如岸坡土層的構(gòu)成和組合關(guān)系、土的性質(zhì)、岸坡剖面的形狀(坡高、坡度等)、岸坡的平面形狀和走向、岸坡的滲流狀態(tài)和岸坡附近的地下水狀態(tài),以及河底的情況等;②河流方面的,如河流的流路,表面流速大小和沿深度分布、流量、流態(tài)(漩渦等)等因素對(duì)河流沖淤變化規(guī)律的影響.前者是內(nèi)因,后者是導(dǎo)致崩岸的外在動(dòng)力和宏觀的大環(huán)境.兩者性質(zhì)不同,但某些方面又有聯(lián)系,如河岸的平面形狀既決定于土工方面,也決定河勢(shì)的影響(而且河勢(shì)的影響有時(shí)會(huì)有決定性的作用).但兩者必須同時(shí)加以研究和解決,而且很有必要將水上岸坡、水下岸坡以及坡腳和河床作為一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行研究.目前有人正在考慮這方面的研究計(jì)劃,這很必要.但是以往有些地方關(guān)心河勢(shì)方面的問(wèn)題多,在治理方面也是考慮河勢(shì)的因素較多(這當(dāng)然必要,但還不夠全面),注意土力學(xué)方面的問(wèn)題較少,而將兩者有機(jī)地結(jié)合在一起則更不多見(jiàn),這必然會(huì)影響崩岸的預(yù)防和治理.現(xiàn)在對(duì)這一問(wèn)題已比較注意了,但似乎還應(yīng)更加引起重視.2.2坡腳部位要保證河岸的穩(wěn)定(或者對(duì)崩岸進(jìn)行治理),從土工方面來(lái)說(shuō)(河勢(shì)方面的問(wèn)題在此暫不討論),有三個(gè)要點(diǎn)值得注意:①在靜力條件下(指沒(méi)有河流直接影響的條件下)岸坡本身是穩(wěn)定的,即首先自身要站得住.有些河岸太陡,本身就是不穩(wěn)定的(如崩岸發(fā)生后,岸坡已處于極限平衡狀態(tài),這時(shí)若不管崩岸情況盲目在上拋石,可能會(huì)促使進(jìn)一步崩塌),或臨界狀態(tài)的,當(dāng)然容易發(fā)生崩塌;②要防止崩岸,應(yīng)當(dāng)保證岸坡的土(及河底的土)不被掏走(尤其在坡腳部位),否則,再?gòu)?qiáng)的護(hù)坡也可能無(wú)濟(jì)于事,不可能達(dá)到岸坡穩(wěn)定的目的;③要有能抵抗水流直接沖擊的材料和防護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)岸坡,這種護(hù)岸材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)以能抗擊風(fēng)浪和水流的沖擊,有一定的重量和體積,能起鎮(zhèn)壓作用,而且最好面積較大,整體性強(qiáng),有一定柔性,能適應(yīng)變形的為好,如大型土工合成材料構(gòu)件等.上述三者都同樣重要,而且是互有聯(lián)系的,這些要點(diǎn)很容易理解,也不是什么新東西,但在崩岸治理和護(hù)岸實(shí)踐中如何實(shí)施得好,還值得進(jìn)一步探索和解決.如以拋石為例,拋石護(hù)岸肯定有作用,這已是使用了幾百年的老辦法,但有無(wú)更好的辦法,或者它是否可以再改進(jìn)一下?因?yàn)樗⒉荒苋拷鉀Q上面提到的三個(gè)要點(diǎn)的問(wèn)題.將石塊直接拋在河床(河底)上與細(xì)砂層相接觸,由于塊石之間空隙較大,通過(guò)空隙的水流容易把起動(dòng)流速較小的細(xì)砂或粉砂帶走,從而使塊石沉入到砂土中,起不到保護(hù)岸坡或河底的作用,這或許就是河流的護(hù)岸塊石要年年拋或隔幾年就要補(bǔ)拋的原因之一.而在海岸,由于海浪的強(qiáng)力沖擊作用,單個(gè)的石塊容易被沖走,更難達(dá)到護(hù)岸的效果.為此,設(shè)想在塊石下先填一層長(zhǎng)寬達(dá)十幾米或幾十米的大面積特制的土工合成材料軟體排或大型土工包(geocontainer)等,再在上面拋石效果可能會(huì)更好些,這樣不僅增加了塊石護(hù)坡的整體性,防止被沖失,而且對(duì)下臥的河底砂層或粘土也起了保護(hù)作用.有的地方曾做過(guò)這方面的試驗(yàn)性施工,可以進(jìn)行總結(jié),國(guó)外也有不少經(jīng)驗(yàn).此外,為了鑒別它的效果或許可在室內(nèi)大型模型中進(jìn)行試驗(yàn),以驗(yàn)證這種措施的效果.2.3實(shí)際駁岸模擬試驗(yàn)由于崩岸問(wèn)題的復(fù)雜性,因此除了進(jìn)行理論研究和計(jì)算分析外,大型試驗(yàn)和原位現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)就顯得尤為重要.據(jù)了解,以往有些地方也曾做過(guò)一些小型的局部的護(hù)岸試驗(yàn),比如在實(shí)驗(yàn)室中研究拋石的防護(hù)效果,拋石按模型律進(jìn)行縮小,但河岸卻是用混凝土砌的,并未模擬岸坡土層的真實(shí)情況.這樣的拋石效果試驗(yàn)就價(jià)值不大.筆者設(shè)想,可否在有條件的地方能模擬土層的實(shí)際組成,采用真實(shí)的土料進(jìn)行規(guī)模較大的模型試驗(yàn),如果條件許可,這樣的模型最好能包含部分河岸和河底的整體試驗(yàn),或者在條件比較典型的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行野外的專門試驗(yàn),以弄清崩岸的機(jī)理和主要的影響因素,并對(duì)各種防護(hù)措施的效果進(jìn)行檢驗(yàn),這種試驗(yàn)雖然投入巨大,但它將對(duì)改變當(dāng)前崩岸治理中存在的憑經(jīng)驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)的現(xiàn)象有很大的作用,使崩岸治理推進(jìn)到一個(gè)更加理性的階段.當(dāng)然,對(duì)河道、海口的崩岸進(jìn)行觀測(cè)是更直接、更實(shí)際的措施,下面將會(huì)討論.3錯(cuò)誤預(yù)測(cè)和觀測(cè)3.1崩岸的特點(diǎn)。作為岸坡的基層或重崩岸的預(yù)測(cè)雖然比較困難,但還是可以預(yù)測(cè)的,因?yàn)楸腊栋l(fā)生之前一定會(huì)有跡象.對(duì)這些跡象進(jìn)行觀測(cè)和分析,并找出其中的一些規(guī)律,就可以對(duì)崩岸進(jìn)行預(yù)測(cè).在研究這個(gè)問(wèn)題時(shí),首先應(yīng)注意崩岸的一些特點(diǎn):如崩岸的過(guò)程往往是從下部(坡腳附近)逐步向上發(fā)展的,最后發(fā)生整體滑動(dòng)或崩塌;又如整體崩塌往往由量變到質(zhì)變,岸坡可以在極短的時(shí)間內(nèi)沒(méi)入江中;再如在岸坡各種土層中,砂層尤其是粉細(xì)砂層的淘刷往往比粘性土層開(kāi)始得更早,且更嚴(yán)重;此外,從岸坡的幾何特征(包括水上和水下)的變化和岸坡上滲出水的情況也可見(jiàn)端倪,如此等等.下面談的預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)的內(nèi)容也是僅就土工方面而言的.當(dāng)然河勢(shì)方面的觀測(cè)(如流速、流態(tài)等)也是最基本的和十分重要的,但在此不贅述.3.2坡面滑動(dòng)觀測(cè)首先在觀測(cè)前,選定合適的河段位置十分重要,應(yīng)當(dāng)收集崩岸河段的岸線演變資料、典型的崩塌區(qū)現(xiàn)場(chǎng)河道地形勘測(cè)和水文地質(zhì)勘探資料,掌握崩岸區(qū)河道地形變化,查明現(xiàn)場(chǎng)的地層結(jié)構(gòu)、土層物理力學(xué)性質(zhì)和地下水的分布情況等.選擇觀測(cè)的部位,根據(jù)勘測(cè)資料,分析崩岸滑體的形態(tài)特征和崩岸時(shí)的水文條件和地下水位狀態(tài),探討岸坡自然坡度、水文條件和局部河勢(shì)對(duì)崩岸的影響作用.觀測(cè)應(yīng)從外部和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行,外部的觀測(cè)內(nèi)容有河(海)岸坡的形狀演變與水下斷面變化,其中水下斷面變化的監(jiān)測(cè)十分重要,最好在高水位期和落水期進(jìn)行不間斷的觀測(cè),可以采用3S(RS,GIS和GPS)技術(shù),對(duì)崩岸嚴(yán)重的河段的河勢(shì)和岸線演變進(jìn)行觀測(cè),揭示崩岸發(fā)生的宏觀規(guī)律、外部條件和發(fā)展速度,及時(shí)分析資料并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題.水上和水位變動(dòng)區(qū)的岸坡主要應(yīng)進(jìn)行坡面蠕動(dòng)觀測(cè),應(yīng)采用高精度儀器定期在外部進(jìn)行觀測(cè),也可以在坡面內(nèi)埋設(shè)精密的位移量測(cè)儀器,如測(cè)斜儀等探測(cè)邊坡滑移的三維幾何參數(shù),又如高精度和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的測(cè)斜計(jì)也可使用,它可以保證獲得不間斷的讀數(shù),比人工操作方便和精確.再如TDR(時(shí)域反射法)是監(jiān)測(cè)邊坡變形的新方法,它適應(yīng)遠(yuǎn)程和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需要,具有方便、快捷經(jīng)濟(jì)、數(shù)字化多參數(shù)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn),正在受到人們廣泛的注意.它可以精確地量測(cè)邊坡相對(duì)位移的大小、變形的速度及變形位置.這種設(shè)備比較便宜,且快速而有效,它可每200μs激發(fā)一次超速脈沖電壓,因此可連續(xù)讀數(shù),很值得試用.如果TDR儀與固定式測(cè)斜儀或滲壓儀(計(jì))在同一鉆孔中聯(lián)合作用,更可獲得多種信息.水下斷面施測(cè)的方法很多.三峽大江截流期間龍口觀測(cè)采用了動(dòng)態(tài)GPS定位、回聲測(cè)深儀測(cè)深及計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)等組合系統(tǒng),效果很好.目前的問(wèn)題是應(yīng)做到測(cè)讀經(jīng)?；?尤其在崩岸危險(xiǎn)地點(diǎn)與危險(xiǎn)時(shí)期.內(nèi)部觀測(cè)也很重要,上面已提到一些,如TDR結(jié)合測(cè)斜儀等.內(nèi)部觀測(cè)主要是測(cè)岸坡內(nèi)部的變形、三向移動(dòng)、蠕變等.在坡內(nèi)不同的土層中埋設(shè)一些滲壓計(jì)量測(cè)孔隙水壓力的變化或許是有用的,當(dāng)土坡蠕動(dòng)時(shí),(即使很少的變形)也必然會(huì)引起土層內(nèi)部應(yīng)力的變化和應(yīng)力的增加,從而導(dǎo)致孔隙壓力的升高,這種現(xiàn)象在粘性土層中會(huì)表現(xiàn)得更明顯,而且比較敏感.除此以外,我們認(rèn)為還有一項(xiàng)觀測(cè)十分值得進(jìn)行,即為了弄清護(hù)岸拋石的去向,可考慮在預(yù)制的高強(qiáng)度混凝土塊中埋入一些聲發(fā)射傳感器,將它與塊石一起拋入江中,然后進(jìn)行跟蹤,這將對(duì)有爭(zhēng)論的拋石效果問(wèn)題提供有用的資料.在傳感器的類型上,還可試用光纖式的傳感器,它對(duì)濕度和溫度不敏感,適合于有水的地方應(yīng)用.上面提到的一些儀器和設(shè)備,有的有成品可買