岸坡稳定性研究：主要影响因素

4.2.2　岸坡稳定性的主要影响因素

岸坡稳定性的主要影响因素有内部因素和外部因素，其中内部因素主要是岸坡形态、物质组成及其空间关系（地质结构），外部因素主要为地表水与地下水及人类活动的作用。

1.岸坡形态

崩岸是在重力作用下的一种岸坡破坏现象，岸坡形态直接影响着重力作用的效果。岸坡形态主要由坡高、坡向和坡角3个参数描述。坡高是影响岸坡稳定性的重要因素，岸坡的高度决定了岸坡发生的势能E＝mgh，其中，E为单位岸坡岩土体储存的重力势能；m为单位岸坡岩土体岸坡的质量；g为重力加速度；h为坡高（单位岸坡岩土体形的高度）。

显然，在其他条件相同的情况下，坡高h越大，其势能E越高，岸坡的岩土体的稳定性越差，发生破坏的可能性越大。

坡向决定了岸坡受水流作用的方向，控制了岸坡的变形方式。当坡向与水流相反且交角较大时，岸坡则迎流顶冲，岸坡变形主要表现为冲蚀与崩塌，且岸坡后退速率较大；当坡向与水流流向垂直时，岸坡主要表现为顺流冲刷，岸坡后退速率较慢。当坡向与水流方向近于相同时，则该岸坡接受沉积作用。

坡角直接影响着重力作用的效果：坡角越小，重力的作用效果越差，越有利于岸坡的稳定；反之则岸坡易失稳。长江中下游城陵矶—江阴460km的崩岸河段中，80%以上发生于陡坡地段（表4－3）。实测资料显示，当岸坡陡于1∶3时，会发生崩塌，而缓于1∶4.3时则岸坡稳定。

表4－3　城陵矶至江阴段崩岸与坡角的关系

2.物质组成及其空间组合关系（地质结构）

岸坡的稳定性主要受构成岸坡的岩土类型与空间组合关系（地质结构）的控制，是岸坡稳定的内部因素。显然，基岩岸坡的稳定性比松散堆积层岸坡好得多，而在松散堆积层岸坡中，粘性土岸坡的稳定性比砂质岸坡要好。据统计，长江下游（江西湖口以下）岩性与崩岸长度见表4－4。

表4－4　长江下游河段崩岸长度与地层岩性的关系

由表4－4可见，粉细砂质岸坡坍岸率高达46.4%，而岩质岸坡几乎没有坍岸现象发生。

岸坡地质结构是指岩土层的空间组合关系，不同的物质组成以及不同物质的空间组合，具有不同的稳定性。

研究表明，长江中下游岸坡中，不同的地质结构具有不一样的抗冲刷能力。易发生坍塌的常见地质结构种类见表4－5。

表4－5　易发生岸坡坍塌的常见地质结构种类

3.地表水作用

地表水和地下水对岸坡稳定性有着重要的作用，主要表现在以下几个方面。

1）江水动力条件的影响(www.xing528.com)

河势是指河道水流动力轴线的位置、走向、岸线和洲滩分布的态势。江水动力条件直接影响岸坡的稳定性。同一种地质结构的岸坡，在不同河势的江段会出现不同的稳定状态。岸坡迎流顶冲，主流贴岸等水流流态对岸坡稳定极为不利，它们是造成岸坡破坏的重要原因。不同水动力条件对岸坡的影响主要表现在以下方面。

（1）横向环流。横向环流的成因主要有两类：一类是由河流弯道引起的横向环流，发生凹岸侵蚀、凸岸堆积，造成侵蚀岸坡稳定条件越来越差，堆积岸坡稳定条件逐渐变好；另一类是在较顺直河道中，由于洪、枯水期水流特征造成的横向环流，如洪水期两岸近岸侵蚀，枯水期近岸堆积。如果近岸坡脚侵蚀大于堆积，则岸坡稳定条件逐年变差。

（2）纵向流。在两岸有较好约束作用的河谷地质结构条件下，河道以纵向流为主。但当河床堆积层的抗冲能力有差异时，会出现河床纵断面的起伏，进而造成水流流速与流态的变化，形成立轴旋流和泡旋流等，反过来又促进河床纵断面的变化，循环往复，造成局部河段出现深槽，影响岸坡稳定。

（3）折冲流。河道水流在遇到由基岩或粘土等抗冲能力强的岸坡地质结构（矶头）时，会形成折冲水流。折冲水流定向长期向一岸冲刷，形成独特的侵蚀堆积类型——“鹅头型”河弯，其弧顶是岸坡稳定性最差的地段。长江中下游这种类型的河弯甚为发育。

（4）顶冲流。顶冲流与折冲流类似，只是水流流线与岸坡的夹角更大，其形成条件是上游河道水流相对稳定，河岸顶冲部位岸坡抗冲性好（如基岩），长期得以稳定。河床在顶冲部位可形成深潭或深槽，使河岸缓慢后退，如石首河弯。顶冲流也可以出现在河床或岸边存在孤山的条件下，如西塞山、小孤山等。

（5）收缩扩散流。当两岸有较为对称的抗冲地层组成的河谷结构条件下，河谷宽度相对较窄，流速较大，上下游河谷较宽，流速较缓的特点，一般可在上下游形成心滩堆积。由于下游心滩滩头堆积的是较为抗冲的粗粒物质，其形态将对两岸的岸坡稳定产生影响。

（6）回流。主要出现在岸坡局部有抗冲点（天然或丁坝）的下游一定范围。回流淘刷岸坡，可影响局部岸坡稳定。

2）地表水水位变化

江水水位上涨时，坡体被水浸泡，土体抗剪强度降低，侧向水压力增加。水位降落时，坡体内地下水力坡降增大，渗透水压力增大，侧向水压力减少。这些都使岸坡稳定性发生变化。

另外，强降雨时，雨水来不及及时排泄而渗入岸坡中，使坡体饱水，增加土体荷载，减小抗剪强度，增加地下水渗透压力，不利于岸坡稳定。

3）风浪、潮汐、船行波的影响

湖泊及海洋等水面开阔，多风季节常波涛翻滚，在波浪的作用下高陡岸坡段下部逐渐被淘蚀，致使岸坡上部土体失稳而崩塌，岸线急剧后退；低缓岸坡段在波浪爬坡过程中，水流对坡面发生冲刷，致使坡面渐降，岸线渐退。如洞庭湖堤等在汛期常遭受风浪威胁。

潮汐的影响也非常强烈，如南通以下河段，尤其是近海堤段较为显著。

4.地下水活动

洪峰过后或汛后，当外江水位或湖水位低于当时的地下水位时，地下水向外江或湖泊中排泄，产生内水压力，加剧了岸坡失稳。1998年长江退水期和中、枯水期崩岸险情发生的频率较高。

5.人类活动

人类活动对岸坡稳定性的影响主要表现在以下几个方面。

（1）人工护岸工程。为了保护岸坡稳定和控制河势，很多河段修建了各种类型的护岸工程，在一定程度上改变了该河段水流的流速、流向和流态，对相邻河段或对岸岸坡的稳定性产生一定的影响。

（2）桥梁、码头等建筑工程。河床中设有桥墩的跨江桥梁和沿江码头起到类似抗冲“节点”或“矶头”的作用，可改变水流的流向、流速和流态，影响下游岸坡的稳定。

（3）采砂活动。采砂活动的直接表现为快速改变河床地形，使河床深槽的位置、形态发生改变，影响水流的流向、流速和流态。当挖砂深槽临近岸坡时，可使岸坡水下坡度变陡，也可使河床堆积侵蚀状态发生改变，影响岸坡稳定。