長(zhǎng)江中游航道整治建筑物作用區(qū)水沙特性研究綜述*

辛瑋琰，劉曉菲，劉鵬飛，程小兵

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456)

航道整治建筑物在修整河型、穩(wěn)定灘槽格局、提高通航條件等方面發(fā)揮了重要作用。航道整治建筑物服役過(guò)程中，由于水沙動(dòng)力的不斷變化導(dǎo)致動(dòng)力條件、床面景況與建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相互適應(yīng)性降低，建筑物經(jīng)常出現(xiàn)水毀現(xiàn)象。當(dāng)建筑物出現(xiàn)水毀時(shí)，河流水沙動(dòng)力、灘勢(shì)形態(tài)和航道條件將會(huì)迅速惡化，危及船舶航行安全和水路運(yùn)輸效率。明晰各類(lèi)航道整治建筑物作用區(qū)內(nèi)水沙運(yùn)動(dòng)特性是研究建筑物損毀機(jī)理以及建筑物修復(fù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等工作的前提。為此，本文總結(jié)了長(zhǎng)江中游現(xiàn)有主要航道整治建筑物類(lèi)型的水沙運(yùn)動(dòng)研究成果。在前人大量研究的基礎(chǔ)上，筆者選取了具有開(kāi)創(chuàng)性或代表性較強(qiáng)的中外研究成果進(jìn)行論述和分析，按照不同建筑物形式進(jìn)行了闡述。

1 壩體

1.1 壩體結(jié)構(gòu)形式

壩體類(lèi)航道整治建筑物常用的有丁壩、順壩、鎖壩(潛壩)和魚(yú)骨壩等，長(zhǎng)江中游的壩體類(lèi)建筑物以丁壩為主，其在航道整治過(guò)程中主要用于固灘導(dǎo)流、束水歸槽，控制航槽擺動(dòng)。

1.2 丁壩水沙運(yùn)動(dòng)研究

應(yīng)強(qiáng)等[1]指出丁壩作用下水力特性的研究應(yīng)包括水流表面形態(tài)、上游壓縮和下游擴(kuò)散水流的特性與邊界形狀、環(huán)流和回流的形成條件及位置范圍等。以下將從回流、局部沖刷、受力、紊動(dòng)特性、數(shù)值模擬幾方面總結(jié)丁壩水沙運(yùn)動(dòng)方面的研究成果。

1.2.1回流

回流現(xiàn)象是丁壩作用于水流的直接后果，壩后回流尺度是反映丁壩作用強(qiáng)度的重要指標(biāo)。學(xué)者們是通過(guò)2種方式得出回流長(zhǎng)度的：一是以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)導(dǎo)出經(jīng)驗(yàn)公式；二是在一定假設(shè)條件下給出簡(jiǎn)化的二維結(jié)果。各計(jì)算方法中有的將回流長(zhǎng)度與水流邊界條件直接聯(lián)系，或者將其與水流本身各參數(shù)聯(lián)系。

竇國(guó)仁等[2]根據(jù)丁壩壓縮水流的動(dòng)量方程獲得矩形水槽回流長(zhǎng)度L公式：

(1)

樂(lè)培九等[3]根據(jù)水流分離區(qū)局部水頭損失，將反映水流本身特征的參數(shù)納入計(jì)算公式中，得到矩形斷面單丁壩回流長(zhǎng)度L計(jì)算式為：

(2)

式中：η為丁壩對(duì)河流的壓縮比；h為水深；Re為水流雷諾數(shù)；n為曼寧系數(shù)。

李國(guó)斌等[4]通過(guò)對(duì)主回流紊動(dòng)切應(yīng)力、主流流速橫向分布規(guī)律、紊動(dòng)黏滯系數(shù)等進(jìn)行了一些與前人不同的假定，從而得出非淹沒(méi)丁壩后回流長(zhǎng)度(矩形斷面)L的表達(dá)式：

(3)

實(shí)際上，回流長(zhǎng)度同時(shí)受邊界條件和水流自身?xiàng)l件影響，還與壩體形式、結(jié)構(gòu)甚至材料等相關(guān)，可謂影響因素復(fù)雜。如何得出兼具準(zhǔn)確性與適應(yīng)性的回流長(zhǎng)度計(jì)算方法仍是下一步研究工作中需要解決的重要問(wèn)題。

1.2.2局部沖刷

丁壩存在于河流環(huán)境中將導(dǎo)致流動(dòng)分離和三維流場(chǎng)的出現(xiàn)，這可能導(dǎo)致局部沖刷和沉積，而局部沖刷深度是衡量丁壩附近床面變形程度及其對(duì)建筑物影響的重要指標(biāo)。

部分研究分析了丁壩局部沖刷的位置特點(diǎn)和影響因素。長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院[5]針對(duì)壩基局部沖刷問(wèn)題分別總結(jié)了長(zhǎng)江干線有、無(wú)護(hù)底壩基局部沖刷的位置特點(diǎn)。喻濤[6]通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究了非恒定流下丁壩附近沖刷坑的發(fā)展過(guò)程、最大沖刷深度及影響因素，認(rèn)為壩頭附近的下潛水流和繞過(guò)壩頭的水流相互作用所生產(chǎn)的漩渦系是形成丁壩沖刷坑的主要因素。Duan等[7]分析了兩種流場(chǎng)的平均速度、湍流強(qiáng)度和雷諾應(yīng)力的差異，試圖從剪切應(yīng)力的角度解釋局部沖刷發(fā)展的內(nèi)在機(jī)制。Pandey等[8]認(rèn)為無(wú)量綱時(shí)間沖刷深度變化隨著臨界流速比、床面沉積物混合物密度弗勞德數(shù)等變量的增加而增加，并分析了混合物不均勻性對(duì)沖刷深度的影響。

大多數(shù)早期關(guān)于丁壩周?chē)鷽_深的研究都是關(guān)于最大沖刷深度的預(yù)測(cè)[9-10]，計(jì)算多以試驗(yàn)和觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于弗勞德數(shù)Fr、泥沙中值粒徑、水流深度、丁壩橫向長(zhǎng)度、水流平均流速、臨界流速、丁壩與水流夾角、河道寬度等系數(shù)而得。Froehlich[11]以164組已發(fā)表的清水沖刷試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)回歸分析提出了計(jì)算丁壩附近沖深的方法：

ds/y=0.78K1K2(L′/y)(y/d50)0.43Fr1.16σ-1.87

(4)

式中：K1和K2為修正系數(shù)；L′=Ae/y，Ae為被丁壩阻擋的水流區(qū)域面積；y為水流深度；σ為(d84/d16)0.5標(biāo)準(zhǔn)差。

黃志才等[12]以量綱理論為基礎(chǔ)，考慮了水深、流速、壩長(zhǎng)、丁壩與水流夾角、壩頭邊坡、泥沙不均勻性等因素，通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)資料建立了不漫水丁壩清水沖刷的局部最大沖刷深度計(jì)算式：

(5)

式中：hs為沖刷穩(wěn)定深度；h為壩頭行近水深；LD為丁壩在水流垂直方向上的投影長(zhǎng)度；Fr為行近水流的弗勞德數(shù)。

壩體周?chē)植繘_深同時(shí)受多重因素影響，來(lái)水來(lái)沙條件、下潛水流、漩渦系、單寬流量、泥沙特性、壩體特征等都是影響壩體周?chē)植繘_深程度和范圍的因素，探究不同水沙條件下各影響因素對(duì)于沖刷的作用程度，以此為基礎(chǔ)探討局部沖深程度和范圍的計(jì)算方法仍是下一步工作的方向之一。

1.2.3紊動(dòng)特性

丁壩附近的局部流態(tài)非常復(fù)雜，呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的三維紊流特性。

高桂景等[13]通過(guò)水槽試驗(yàn)研究了丁壩附近的水流紊動(dòng)，把脈動(dòng)動(dòng)能分布分為上游區(qū)、對(duì)岸區(qū)、壩后區(qū)和強(qiáng)紊動(dòng)區(qū)，研究了壩長(zhǎng)、流量和水深對(duì)丁壩附近水流脈動(dòng)動(dòng)能分布的影響。曹艷敏等[14]對(duì)丁壩壩頭附近水流和回流區(qū)水流的紊動(dòng)形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，給出了兩個(gè)區(qū)域紊動(dòng)動(dòng)能的分布。Duan[15]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)丁壩周?chē)奈闪鹘Y(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)回流區(qū)內(nèi)湍動(dòng)能、雷諾應(yīng)力在下游方向上的分量在每個(gè)斷面上的尾流中心附近達(dá)到最大。有學(xué)者對(duì)更復(fù)雜的彎道內(nèi)丁壩周?chē)魑蓜?dòng)特性進(jìn)行了研究，如：郭維東等[16]測(cè)量了彎道內(nèi)丁壩附近水流的紊動(dòng)強(qiáng)度，并研究其分布特點(diǎn)。還有學(xué)者研究了壩體結(jié)構(gòu)形式對(duì)丁壩周?chē)魑蓜?dòng)特性的影響，如：張可等[17]通過(guò)水槽試驗(yàn)研究不同結(jié)構(gòu)形式壩體周?chē)髅}動(dòng)動(dòng)能和紊動(dòng)強(qiáng)度的分布，探討不同壩體挑角對(duì)丁壩附近水流紊動(dòng)強(qiáng)度和脈動(dòng)動(dòng)能分布的影響。

目前丁壩作用區(qū)的水流紊動(dòng)研究多為定性描述，理論成果應(yīng)用于工程實(shí)踐尚有困難，故對(duì)于變化水沙條件下的紊動(dòng)動(dòng)能分布和移動(dòng)規(guī)律的理論和模擬研究有必要繼續(xù)深入。

1.2.4受力

丁壩各部位受力是引起丁壩損毀最直接的因素，關(guān)于丁壩不同部位受力的研究主要包括動(dòng)水壓力和脈動(dòng)壓力兩個(gè)方面。其中動(dòng)水壓力是導(dǎo)致丁壩壩面損毀、影響壩體穩(wěn)定性的關(guān)鍵原因之一；受漩渦和水面波動(dòng)所影響的脈動(dòng)壓力可大大加強(qiáng)瞬時(shí)水壓力而導(dǎo)致壩頭沖刷和壩體破壞。

喻濤通過(guò)水槽試驗(yàn)測(cè)量了非恒定流條件下壩體所受動(dòng)水壓力分布，認(rèn)為壩頂頭部與迎水坡交界區(qū)域、壩頂上游側(cè)及壩頭迎水坡一側(cè)中間區(qū)域所受動(dòng)水壓力較大，落水期壩體所受動(dòng)水壓力明顯大于漲水期動(dòng)水壓力。路鼎等[18]通過(guò)水槽試驗(yàn)研究了流量、水深、壩長(zhǎng)對(duì)動(dòng)水壓力和脈動(dòng)壓力變化的影響。王平義等[19]觀測(cè)了壩頭測(cè)壓區(qū)幾個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓力大小、分布、頻率分布、平均周期等，研究了床面受力和流量、水深的關(guān)系。

目前丁壩不同部位受力的研究還多停留在試驗(yàn)測(cè)量階段，受力計(jì)算方法須依賴(lài)建筑物周?chē)魉俜植冀Y(jié)果，鑒于建筑物周?chē)髁魉俚挠?jì)算和模擬結(jié)果尚須完善，丁壩受力的理論計(jì)算和數(shù)值模擬工作還須繼續(xù)深入開(kāi)展。

1.2.5數(shù)學(xué)模型

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)值計(jì)算技術(shù)已成為研究丁壩周?chē)魈匦院痛裁孀冃蔚挠行侄?。由于一維計(jì)算分析需要大量近似處理，對(duì)復(fù)雜流動(dòng)條件的計(jì)算和模擬存在困難，因此近年來(lái)丁壩水流的數(shù)值模擬研究主要集中在二維和三維兩方面，涉及非淹沒(méi)丁壩和淹沒(méi)丁壩附近流場(chǎng)的模擬。

丁壩二維水流模型一般分為平面和垂向二維水流模型，平面二維水流模型主要用于模擬平面內(nèi)水沙運(yùn)動(dòng)和泥沙沖淤規(guī)律；垂向二維水流模型能夠反映水流垂向變量情況。程年生等[20]采用二維水深平均k-ε模型、忽略水深變化求解了非淹沒(méi)丁壩繞流問(wèn)題。蔣昌波等[21]采用大渦模擬法，通過(guò)考慮小尺度紊動(dòng)和忽略Leaonard應(yīng)力項(xiàng)的方法將模型簡(jiǎn)化成二維形式，模擬丁壩群上下游流場(chǎng)和渦特征量。潘軍峰等[22]針對(duì)控制體積法和有限分析法計(jì)算的漩渦區(qū)范圍偏小的問(wèn)題，建立了邊界擬合曲線坐標(biāo)變換下的平面二維變水深流函數(shù)-渦量數(shù)值模型。

為了更準(zhǔn)確地反映丁壩附近水流在垂向上的分布，學(xué)者們利用水流三維數(shù)值模擬方面做了大量的紊流模擬研究。彭靜等[23]在垂向上引入Sigma坐標(biāo)變換，利用三維泥沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模型模擬丁壩周?chē)植康匦伟l(fā)展變化。關(guān)于紊流模型，目前大部分都采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε紊流模型、修正后的k-ε紊流模型和非線性紊流模型。Zhang等[24]使用三維非線性k-ε模型模擬沖刷區(qū)域附近的復(fù)雜流場(chǎng)，研究單一非淹沒(méi)丁壩周?chē)鷽_刷坑內(nèi)的紊流。Acharya[25]采用三維數(shù)值模型FLOW-3D模擬了丁壩群在平坦和沖刷河床中的紊流流場(chǎng)，研究普朗特混合長(zhǎng)度模型、單方程模型、標(biāo)準(zhǔn)雙方程k-ε模型、RNGk-ε模型、大渦模擬湍流模型的模擬效果。彭靜等[26]將非線性三維紊流模型應(yīng)用于丁壩繞流的數(shù)值模擬中，結(jié)果表明非線性紊流模型在模擬壩頭分離流區(qū)的流速結(jié)構(gòu)上更精確。

2 護(hù)灘(底)

護(hù)灘工程是通過(guò)在受保護(hù)灘面上鋪設(shè)整治建筑物以隔離較大流速水流的直接沖刷作用來(lái)維持河床穩(wěn)定的，但在實(shí)際工程中，受一定的水沙作用，護(hù)灘工程往往會(huì)出現(xiàn)不同程度的破壞。

2.1 護(hù)灘(底)結(jié)構(gòu)形式

護(hù)灘帶結(jié)構(gòu)形式主要有軟體排護(hù)灘結(jié)構(gòu)、散拋塊體護(hù)灘結(jié)構(gòu)、壩體護(hù)灘結(jié)構(gòu)3種形式。其中軟體排護(hù)灘結(jié)構(gòu)種類(lèi)繁多，包括軟體排(土工布護(hù)底、塊石壓載)、系結(jié)壓載軟體排(X型混凝土塊軟體排、系沙袋軟體排)、連鎖塊壓載軟體排(混凝土連鎖塊軟體排、混凝土塊穿繩排等)、混凝土塊鉸鏈排；散拋塊體護(hù)灘結(jié)構(gòu)主要采用拋石或拋混凝土構(gòu)件護(hù)灘；壩體護(hù)灘結(jié)構(gòu)主要指通過(guò)修建丁壩群破壞沿堤水流結(jié)構(gòu)，損耗水流能量，以達(dá)到護(hù)灘保堤作用。

2.2 護(hù)灘(底)水沙運(yùn)動(dòng)研究

現(xiàn)有關(guān)于護(hù)灘(底)損毀機(jī)理的研究主要涉及受力分析、灘體附近水流結(jié)構(gòu)、紊動(dòng)特性變化幾個(gè)方面。

2.2.1受力分析

陳飛[27]對(duì)位于邊灘斜坡上的護(hù)灘帶邊緣混凝土塊體進(jìn)行了損毀受力分析，護(hù)灘帶邊緣塊體受力分析見(jiàn)圖1。

注：u0為水流底速；h0為塊體淹沒(méi)水深；W′為混凝土塊在灘體上主要有效重力；FD為拖曳力；FL為上舉力；p為動(dòng)水壓力；F1和F2為排墊阻礙塊體運(yùn)動(dòng)的拉力；f1和f2為灘面對(duì)塊體的摩擦力；FN為灘體對(duì)混凝土塊的支持力；α為邊灘沿灘寬方向坡度；b為塊體寬度；c為塊體長(zhǎng)度；h為塊體高度。

圖1護(hù)灘帶邊緣塊體受力分析

馬愛(ài)興等[28]分析了混凝土塊體受力平衡，給出了力的計(jì)算方法。

基于以往的研究，目前對(duì)于護(hù)灘帶受力情況的了解已比較清晰，如何將已有方法中的微觀參數(shù)取值與特定條件下的宏觀水沙狀況對(duì)應(yīng)起來(lái)，將理論計(jì)算方法用于護(hù)灘(底)建筑物損毀的預(yù)測(cè)和防范的實(shí)踐中去，是接下來(lái)工作的一個(gè)重要方向。

2.2.2水流結(jié)構(gòu)

喻濤[29]通過(guò)模型試驗(yàn)的方法對(duì)比有無(wú)護(hù)灘結(jié)構(gòu)時(shí)心灘附近水流結(jié)構(gòu)(水面線分布、流速分布、水流流態(tài)等)特點(diǎn)，分析了3種護(hù)心灘建筑物(魚(yú)骨壩、透水框架、軟體排)的護(hù)灘效果。梁碧[30]對(duì)軟體排、四面體透水框架、魚(yú)骨壩護(hù)灘帶的穩(wěn)定性(風(fēng)浪作用下排體穩(wěn)定性、排體的抗掀起穩(wěn)定性、排體順坡下滑核算等)進(jìn)行了研究，通過(guò)計(jì)算得出，排體邊緣不致被掀起的條件為該處流速v小于某臨界流速vcr：

(6)

式中：ρ′為排體的相對(duì)浮密度；g為重力加速度；δm為排體厚度；θ為系數(shù)(取值1.4)。排體邊緣流速可用下式計(jì)算：

v=v水面(Y/h0)x

(16)

式中：Y為水下計(jì)算點(diǎn)距排塊距離；h0為排前水深；x為指數(shù)(取值1/3)；v水面為水面流速。

文獻(xiàn)[5]分析了護(hù)灘(底)工程周?chē)乃鹘Y(jié)構(gòu)，認(rèn)為壓載體厚度較小，在垂向上對(duì)水流結(jié)構(gòu)的改變主要集中在壓載體附近且影響范圍較小。劉玉成等[31]通過(guò)模型試驗(yàn)證實(shí)護(hù)灘帶上游迎流面存在一個(gè)橫軸環(huán)流區(qū)，上游側(cè)橫向流速指向外側(cè)而靠下游側(cè)開(kāi)始指向內(nèi)側(cè)，水流在護(hù)灘帶頭部發(fā)生了繞流。

目前探究護(hù)灘建筑物周?chē)鹘Y(jié)構(gòu)的研究多通過(guò)試驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)條件下能夠測(cè)量某一水沙條件下護(hù)灘(底)建筑物周?chē)乃鹘Y(jié)構(gòu)，但相關(guān)理論研究較缺乏，導(dǎo)致模擬護(hù)灘(底)建筑物周?chē)尺\(yùn)動(dòng)尚有困難、護(hù)灘(底)建筑物損毀的預(yù)測(cè)缺乏必要的理論基礎(chǔ)。

2.2.3紊動(dòng)特性

劉曉菲[32]通過(guò)模型試驗(yàn)研究了護(hù)灘建筑物不同工況下周?chē)鷾y(cè)點(diǎn)的拉力大小和分布，以及護(hù)塊之間的脈動(dòng)拉力隨時(shí)間的變化情況，總結(jié)了脈動(dòng)動(dòng)能隨流量和水深的變化規(guī)律。王偉峰[33]分析了水流脈動(dòng)對(duì)心灘周?chē)?上下游區(qū)、右汊尾部、下游心灘尾部)泥沙運(yùn)動(dòng)和沖刷變形的影響。

護(hù)灘(底)建筑物周?chē)蓜?dòng)特性的研究仍多停留在試驗(yàn)階段，且紊動(dòng)強(qiáng)度等指標(biāo)的計(jì)算依賴(lài)流速結(jié)果，要完成對(duì)護(hù)灘(底)建筑物周?chē)魑蓜?dòng)精確的理論計(jì)算和準(zhǔn)確的數(shù)值模擬還有許多工作要做。

3 護(hù)岸

3.1 護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式

護(hù)岸工程通常建在原有岸坡不夠穩(wěn)定、易發(fā)生崩岸和垮塌的部位。我國(guó)相關(guān)部門(mén)根據(jù)不同地域河道特性及設(shè)計(jì)實(shí)施護(hù)岸工程的經(jīng)驗(yàn)，將護(hù)岸形式分為坡式護(hù)岸、墻式護(hù)岸、壩式護(hù)岸、樁式護(hù)岸和生態(tài)護(hù)岸5類(lèi)。其中，坡式護(hù)岸被廣泛運(yùn)用于長(zhǎng)江中下游的航道整治工程中，是沿河流岸坡抵御水流沖刷的防護(hù)工程，通過(guò)將構(gòu)筑物和材料直接鋪?zhàn)o(hù)在灘岸臨水坡面，以防止水流對(duì)岸坡的沖刷。

3.2 護(hù)岸水沙運(yùn)動(dòng)研究

現(xiàn)有關(guān)于護(hù)岸水沙運(yùn)動(dòng)的機(jī)理研究主要涉及崩岸研究、守護(hù)方式對(duì)于護(hù)岸結(jié)構(gòu)破壞的影響、不同護(hù)岸結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理等。

3.2.1崩岸類(lèi)型

在水流和岸灘相互作用下，岸灘失穩(wěn)的過(guò)程稱(chēng)為崩岸。王延貴[34]通過(guò)模型試驗(yàn)?zāi)M了河岸崩塌的現(xiàn)象和崩塌過(guò)程，提出新的崩岸分類(lèi)(窩崩、滑崩、挫崩、落崩和洗崩)及相應(yīng)的分析模式，從河岸崩塌穩(wěn)定性角度出發(fā)，同時(shí)考慮河岸土質(zhì)、邊坡形態(tài)、滲透力、側(cè)向淘刷等多種因素，推導(dǎo)得出一般的河岸穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算公式。王路軍[35]、徐永年等[36]、余文疇等[37]將長(zhǎng)江中下游河道崩岸類(lèi)型按照平面形態(tài)大致劃分為3類(lèi)：窩崩、條崩和洗崩。高清洋等[38]總結(jié)對(duì)比了窩崩、條崩和洗崩的形態(tài)特征、分布特點(diǎn)和發(fā)生頻率。

3.2.2守護(hù)方式

護(hù)岸工程可按布局、結(jié)構(gòu)、形式、材料及水流關(guān)系等分為不同類(lèi)型[39]。水上護(hù)坡工程采用的材料和措施有：砌石護(hù)岸、預(yù)制混凝土六方塊、生態(tài)混凝土、模袋混凝土、草皮護(hù)坡、石墊護(hù)坡等；水下護(hù)坡工程主要采用水下拋石、鋼絲網(wǎng)石籠、混凝土鉸鏈排、土工織物砂枕(排)、四面六邊透水框架等。

3.2.3破壞機(jī)理

高清洋[40]對(duì)自然岸坡和護(hù)岸岸坡2種條件下的崩岸進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)比分析了不同護(hù)岸結(jié)構(gòu)(散體和排體護(hù)岸)下河岸的沖刷演變特征、不同守護(hù)寬度及不同重點(diǎn)守護(hù)區(qū)域(坡趾和坡腳區(qū)域)的守護(hù)效果，分析了“坡折點(diǎn)”持續(xù)上移對(duì)護(hù)岸結(jié)構(gòu)及岸坡穩(wěn)定的危害。文獻(xiàn)[5]研究了護(hù)底排邊緣沖刷坑深度影響因素、護(hù)底排長(zhǎng)度對(duì)岸坡穩(wěn)定性的影響、護(hù)岸工程水下邊坡的損毀機(jī)理，認(rèn)為流速條件對(duì)護(hù)底排邊緣沖刷坑最大深度影響較大，排長(zhǎng)對(duì)流速變化不敏感，水下穩(wěn)定邊坡系數(shù)僅與河床組成有關(guān)。劉剛[41]從影響因素、糙率計(jì)算、邊壁校正幾個(gè)方面進(jìn)行了四面體透水框架的水流特性試驗(yàn)研究。Yu等[42]通過(guò)水槽概化模型試驗(yàn)研究四面體透水框架群附近的縱橫向水面線變化趨勢(shì)和流速變化，并與無(wú)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的岸灘附近的水流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。路鼎[43]分析了2種護(hù)岸結(jié)構(gòu)(螺母、菱形)的破壞機(jī)理，認(rèn)為普通塊體下滑導(dǎo)致護(hù)岸穩(wěn)定性喪失和上游護(hù)岸裹頭部位出現(xiàn)較大切口是2種護(hù)岸結(jié)構(gòu)破壞的主要原因，從塊體位移、切口兩個(gè)角度對(duì)比了2種塊體護(hù)岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。Gao等[44]基于商業(yè)計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent，建立了一個(gè)三維流體力學(xué)模型預(yù)測(cè)混凝土四面體框架護(hù)岸的流場(chǎng)和阻力，繪制了阻力系數(shù)-雷諾數(shù)、升力系數(shù)-雷諾數(shù)關(guān)系曲線。

河道崩岸表面上是由于河道內(nèi)水流淘刷、頂沖河岸造成，而內(nèi)在原因涉及河岸沉積物土力學(xué)性質(zhì)、岸坡形態(tài)、河岸滲流、一定水沙條件和岸坡形態(tài)條件下水流淘刷岸坡沉積物等多種因素的耦合作用，其機(jī)理涉及因素多、過(guò)程復(fù)雜。厘清崩岸類(lèi)型和機(jī)理是進(jìn)行護(hù)岸工程的基礎(chǔ)，護(hù)岸工程實(shí)施后，其與河岸局部環(huán)境形成了新的相互作用系統(tǒng)，新系統(tǒng)內(nèi)諸多因素之間作用和反饋的機(jī)制目前還不明晰，數(shù)值模擬工作的開(kāi)展還有難度。

4 結(jié)語(yǔ)及建議

1)對(duì)于床面沖刷的位置和規(guī)模綜合作用下的破壞閾值問(wèn)題尚沒(méi)有清晰的結(jié)論，關(guān)于航道整治建筑物周?chē)鷽_刷坑的發(fā)展模式及相應(yīng)干預(yù)修復(fù)方式的研究也亟待開(kāi)展。

2)極端水文條件對(duì)整治建筑物結(jié)構(gòu)完整性及其功能發(fā)揮有著重要影響，建筑物在極端水文條件下的損毀預(yù)測(cè)研究對(duì)長(zhǎng)江中游整治建筑物的維護(hù)具有重要意義，但整治建筑物在極端水文條件下的變形損毀機(jī)理尚不明晰，故極端水文條件下航道整治建筑物周?chē)鹘Y(jié)構(gòu)特性和床面變形規(guī)律的研究需要加強(qiáng)。

3)有必要從實(shí)際工程出發(fā)，在拓展研究視角和維度的基礎(chǔ)上深化航道整治建筑物損毀機(jī)理研究，為航道整治建筑物修復(fù)方式選擇和建筑物設(shè)計(jì)改進(jìn)等工作奠定基礎(chǔ)。