岸坡生態治理穩定性影響因素分析

李佑亮

(江西省贛撫平原水利工程管理局，江西 南昌 330096)

受各種因素的影響，河道岸坡出現了坍塌、滑坡、滲漏等各種問題。生態治理技術應用于河道岸坡的整治已成為新的發展趨勢，因此，有必要對河道岸坡生態治理技術進行分析探討[1- 4]。

黃巖等結合河道護岸工程，對連云港地區的河道生態護岸方案進行了對比選擇研究，分析了生態護岸所帶來的生態和工程效益[5]；徐大建對傳統護岸和生態護岸進行了對比分析，并結合工程實例，分析了生態護岸的優缺點[6]；何波在過去護航的基礎上進行分析和調整，對傳統護岸方法存在問題做出了研究和探討，并提出了適應社會生態可持續發展的生態護岸技術[7]；畢雪峰等對生態河道固灘工程生態軟體排結構和施工方法進行了對比分析，認為其該方法可有效發揮河道護岸生態保護效果[8]。

本文在河道生態護岸技術的基礎上，對影響其穩定性的各項因素進行綜合分析，以確定各因素對河道岸坡生態治理效益影響的主次關系，對河道生態整治建設提供理論支撐。

1 生態岸坡治理

1.1 岸坡生態治理內涵

岸坡生態治理是指在保證河道航運條件的情況下，對岸坡進行合理的結構設計，因地制宜選擇相應的護岸材料、充分利用植被景觀措施，有效改善河道兩岸的生態環境，并采取生態施工技術和科學管理與組織維護，兼具安全性、綠色性、生態性、景觀性和人水和諧等五種特性。

1.2 生態岸坡結構形式

常用的新型生態岸坡設計形式主要包括：柔性綠色生態護岸結構和內河浮式護岸結構兩種，見圖1。但兩種形式的主要目的相同，即充分滿足岸坡在降雨、水位陡降一級航行波等多種自然人為因素下能夠保持足夠的穩定性，實現河道兩岸的生態平衡和綠色健康發展。柔性綠色生態護岸結構具有多孔性和良好的韌性，且變形適應力強，避免了水流的沖蝕和波浪的掏刷；內河浮式護岸結構適應水位變化的能力強并具有很好的生態性能，避免將河床和河岸分開。

圖1 生態岸坡設計結構形式示意

2 生態岸坡穩定性分析

2.1 研究區概況

廣西省某水運樞紐兼具發電、灌溉、水產養殖、旅游開發的綜合工程，渠化河道約有56km，整治河道約為372km，總庫容約為1.83億m3，屬于徑流式水電站。河道兩岸平均坡高8m，坡度為1∶2。選取柔性綠色生態護岸結構形式對其開展分析，并建立相應的有限元模型進行模擬計算。

2.2 工況選取

將岸坡坡高定為8m，坡比為1∶2，現場初步判斷影響該段河道岸坡穩定性因素主要有：水位、穩定滲流、水位陡降、降雨和船行波。河道水位分別選取2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m進行分析；穩定滲流選則地下水位為3m、4m、5m、6m(以河道水位2m為例)；水位陡降的地下水位也選取3m、4m、5m、6m進行計算，且陡降時間為12h(以河道水位2m為例)；降雨工況選擇50mm/d、75mm/d、100mm/d以及150mm/d四種，且降雨時間分別為24h；船行波高分別為0.2m、0.5m、0.8m、1.0m、1.2m、1.5m。

2.3 單因素影響分析

模擬分析得到各單因素影響情況下的安全系數(穩定性評價指標)見圖2。從圖2中可以看出，隨著河道水深的增大，安全系數呈指數型函數升高，這是因為水位越高，水位以下土地基本變為飽和土體，基質的吸附能力降低，且降低了抗剪強度，但同時降水壓力提升，下滑力減小，有利影響大于前者，安全系數逐漸升高；水位差越高，穩定性越差，并呈線性降低，水位差越大岸坡內的非飽和土占比減小，抗剪強度降低，滲流力增大，滑動力增加，因而穩定性減小；水位陡降差越大，安全系數也越小，也呈線性減小，這是由于水位陡降差越大，岸坡內部的滲流力更大，并造成內部流態紊亂，對土體沖蝕更嚴重，因而穩定性更差；隨著降雨強度的增大，護岸的安全穩定性逐漸減小，降雨強度越大，岸坡內的非飽和土體越少，基質吸附力降低，抗剪強度減小，從而影響岸坡穩定；安全系數隨著船行波高的升高而呈線性減小，因為船行波的升高，岸坡的下滑位移會增大，因而穩定性較差。

對比采取生態護岸前后的安全系數可以發現，在單因素情況下，采取生態護岸后，岸坡的穩定性明顯提高，植被根系的加固效應不僅提高了岸坡土體的抗拉強度，也提高土體的抗剪強度，從而使抵抗循環荷載作用的能力增強，進而防止岸坡失穩破壞。

2.4 組合因素影響分析

組合因素主要選取船行波1.5m+穩定滲流(水位差4m)、船行波1.5m+降雨強度150mm/d(24h)、以及船行波1.5m+穩定滲流(水位差4m)+降雨強度150mm/d(24h)三種情況。模擬計算得到的安全系數大小對比見表1。從表中可以看出，在任何組合因素下，采取生態護岸措施后，安全系數具有一定程度的提高，表明了生態固坡的效益隨著外部組合因素越發復雜，安全系數的提高率越小，生態護岸措施的效果要稍差一些。

圖2 各單因素影響情況下穩定性分析

表1 組合因素情況下穩定性分析

3 討論

上文對單因素和組合因素情況下的生態岸坡措施前后的穩定性進行了對比分析，認為采取生態護坡措施后，對岸坡的穩定性有明顯的加固提升效果，是一種值得采取的工程措施。還需要對各種因素對生態治理措施穩定性影響程度進行對比分析，見圖3。從圖3中可以看到，水位陡降對生態岸坡治理的影響程度最大，其次為降雨強度，再次為河道水位差以及水位差(滲流)，最后則是船行波的影響，可見，在施工設計過程中，要對護岸地區的水位陡降情況進行重點分析，才能保證生態岸坡工程的效益。

圖3 不同因素對生態護岸影響程度分析

4 結論

本文對采取生態岸坡治理前后的岸坡穩定性進行了對比分析，認為生態岸坡整治技術科良好發揮其工程效益，保證和提高岸坡穩定性；且通過分析認為水位陡降對生態岸坡穩定性影響最大，船行波最小。