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1、DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2004.02.012第35卷第2期人民长江Vol.35,No.22004年2月YangtzeRiverFeb.,2004文章编号:1001-4179(2004)02-0027-02河道采砂对堤防安全影响分析王刚茜平一邹勇(武汉大学土木与建筑工程学院,湖北武汉430072)摘要:近年来,因河砂的无序开采,导致河床发生变形,水流发生变化,危及堤防安全,崩岸塌堤事故时有发生,为能定量分析河道采砂对堤防安全的影响,以便管理部门决策参考,通过广东北江河道采砂对堤防安全影响调查,建立了河道采砂坑与堤
2、防位置关系模型,采用正交设计和数理统计方法定量分析砂坑的位置形状对堤防安全的影响。结果表明,采砂坑离堤脚的距离和砂坑的深度对堤防安全的影响最为显著。关键词:河道采砂;堤防安全;正交设计;影响分析中图分类号:TV871.2文献标识码:A近年来,我国各大江河上出现了大功率的采砂船进行大规生时,a、b、h、θ为堤防安全系数FS的因素,如不考虑其它因素模采砂。由于河砂是天然建筑材料,市场需求量巨大,且采砂行变化,安全系数可表达为:FS=f(a,b,h,θ),即问题转化为研业利润可观,因此出现了无序开采的局面。过量开采河砂,会导究a、b、h、θ的变化对FS的
3、影响,将FS作为考察对象进行单指致河床发生变形,水流发生变化,危及堤防安全,甚至引起崩岸标多因素的显著性分析。塌堤事故。既要创造良好效益,又要保证河床稳定和堤防安全,科学有序开采河砂是河道采砂决策部门遇到的一大难题,所以,2计算方法定量分析河道采砂对堤防安全的影响具有现实意义。2.1参数取值本文根据对广东北江堤防和河道采砂广泛的调查研究,概堤防材料参考北江大堤某截面的勘查资料,取用值见表1;化出典型的河道采砂对堤防安全影响的模型,采用正交试验设砂坑参数变化范围较大,为了分析各参数对FS的影响,结合实计以及数理统计的方法研究采砂坑的位置形状参数对堤防
4、安全际情况,4个因素各取3个水平(见表2)。系数的影响。表1堤防材料参数1建立河道采砂堤段模型CCUCUCUUUUγ湿γsat土层kPa(°)kPa(°)(kg·m-3)(kg·m-3)通过对北江大堤的考察并结合该江采砂的实际情况,建立素填土层27.017.021.513.518.520.5采砂模型图(图1)。粉质粘土层25.020.020.016.019.021.0砂层5.0024.05.0024.019.522.0粘土层38.018.019.521.5表2各因素水平水平ambmhmθ(°)110.025.03.0045.021.0040.010
5、.060.035.0010.07.0030.0图1河道采砂坑与堤防关系模型截面(单位:m)本文着重分析砂坑对堤防边坡的影响,考虑堤防窄外滩的2.2计算工况情况且堤防结构简化为素填土层、粉粘土层、深厚砂层及粘土根据规范及大量的工程实践,堤防安全系数按正常水位、枯层,土层特性及形状参考北江大堤勘察资料。河道采砂通常进水位和洪水位骤降期3种工况分别计算,记为:Fsn、Fsl、Fsb。行水下作业,采砂船有大中小之分,采砂方式分为挖斗式和吸泥式两种,按采集面积和采挖深度分为点状、线状和面状。本文考2.3计算方法虑面状砂坑且离岸较近的情况,采砂过后,砂坑通常会
6、有一定程a、b、h、θ4因素的各水平组合,采用正交试验设计,以减少度的扩展淤积,但这一过程是缓慢的,可将模型中的砂坑概化为计算工作量。a、b、h、θ4因素无明显的交互作用,故可用4因素标准的梯形断面,砂坑参数a、b、h、θ如图1所示。当采砂情况发正交表安排试验,选用正交表L9,试验指标为独立的Fsn、Fsl、收稿日期:2003-07-15作者简介:王刚,男,武汉大学土木与建筑工程学院,硕士研究生。28人民长江2004年Fsb,分别进行计算。a、b、h、θ4因素的3个水平分别按抽签的方式决定水平号,结果见表2。边坡稳定安全系数用stabr程序计算,用
7、总应力法处理,选BishopModifiedMethod。3计算过程用stabr程序计算FS,这里略去详细计算过程。在挖砂发生以前,得Fsn=1.216,Fsl=1.281,Fsb=1.070。分别考虑a、b、图2西江赤顶段堤防滑坡断面(单位:m)h、θ影响因素的9种组合在各工况下计算得到Fsn、Fsl、Fsb,结该堤顶宽度6m,其中铺设5m宽的混凝土路面,堤身为土果见表3。4个因素的极差计算见表4。堤,草皮护坡。近几年来,河道挖砂和水流冲刷造成堤脚处严重表3正交试验计算结果下切,与模型中的砂坑相似,根据广利围工程管理处历年对河势试验各因素试验水平
8、值试验指标监测的断面图分析,该段河床自1998年以来下切了近2m且紧组合ambmhmθ(°)FsnFslFsb靠堤脚,堤顶
