我國河岸崩塌研究現(xiàn)狀與展望

鄧紹云

(1.廣西船舶數(shù)字化設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造工程技術(shù)研究中心， 廣西 欽州 535011； 2.北部灣大學(xué) 建筑工程學(xué)院， 廣西 欽州 535011)

0 引言

河岸是指長期出露于水域并與水域膠著的臨界陸域。根據(jù)其是否自然形成可分為天然河岸和人工河岸兩大類型；根據(jù)其材料質(zhì)地可分為巖性河岸、沙質(zhì)和泥質(zhì)河岸、沙質(zhì)河岸、巖質(zhì)及鋼筋混凝土質(zhì)河岸四種類型。河岸崩塌是指河岸在水流或波浪或潮汐等水動力作用下而出現(xiàn)的崩解坍塌現(xiàn)象，主要發(fā)生于自然河岸的脆弱部位或水動力作用強(qiáng)大的地方，且更多發(fā)生于泥質(zhì)和沙質(zhì)河岸。河岸崩塌是一種自然災(zāi)害，會給人們的生產(chǎn)、生活甚至生命安全帶來威脅，故必須研究其發(fā)生的原因、機(jī)理、影響因素、發(fā)生概率與程度及預(yù)防的方法措施等。河流的演變(其外在表現(xiàn)在于河岸的變化)與其所在地球上的位置有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，早在1926年，愛因斯坦就對巴爾定律進(jìn)行了驗(yàn)證性研究、給出了其力學(xué)原理，并指出：流淌的水與河流底部產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，使水流速度減慢，底部泥沙受到梯度壓力作用，在河道一邊被侵蝕后又在河道底部重新分布泥沙?；趯Φ厍蜃赞D(zhuǎn)偏向力進(jìn)一步的認(rèn)識、對北半球和南半球不同走向的河流分析表明，南半球河流的左岸將受到科里奧利力的作用，因而左岸比右岸會受到更大的侵蝕；與此相反，北半球的河流則在右岸出現(xiàn)較大的侵蝕效應(yīng)。由此可見，所處的地球表面位置不同，河流演變的情況就不一樣，河岸崩塌也因科里奧利力的不同而產(chǎn)生差別，因此，從研究的科學(xué)性要求出發(fā)，本文對河岸的相關(guān)研究限制在我國河岸的范圍內(nèi)。

1 我國河岸崩塌的研究歷程

人類的發(fā)展需要水資源，需要河流和海洋。人們在河岸附近生產(chǎn)、生活，得利于河岸，但也遭受河岸崩塌而帶來的傷害，甚至?xí)榇耸ド?/p>

我國是個(gè)具有悠久歷史的國家，文明史長達(dá)五千年。中華民族的生息就一直滋養(yǎng)于黃河流域，五千年來，黃河給中華民族提供水資源、水運(yùn)動力，但同時(shí)也帶來洪澇災(zāi)害，曾經(jīng)造成河岸崩塌、致使河流改道等。長江流域也是如此。因此，中國治理河流的歷史中就包含有很大部分的河岸崩塌治理工作。

我國有文字記載的最早的治河工程為大禹治水。大禹改鯀治理洪水的方法由“堵截”為“疏導(dǎo)”。從“堵截”一詞可看出，鯀面臨的問題就是河岸(壩)的崩塌問題，而鯀采用“堵截”的方式治理洪水必然要對河岸崩塌進(jìn)行研究(但這種研究沒有形成文獻(xiàn)傳承下來)?？梢娢覈鴮影侗浪鷨栴}的研究由來已久，在中華民族進(jìn)入文明初期就開始了。

原始社會末期，中華民族實(shí)行農(nóng)耕為主的逐水而居方式，以方便取水灌溉和生活。從河流發(fā)展和岸灘演變中他們領(lǐng)悟到了“水來土擋”的思想，并修筑相應(yīng)的堤壩以抗擊洪水的沖擊，從而出現(xiàn)了河岸治理防護(hù)土工結(jié)構(gòu)物“護(hù)村堤”[2]。鯀修筑這種“護(hù)村堤”，其實(shí)就是通過建設(shè)人工河岸來抵擋洪水，只不過因洪水動力作用太大，而人工護(hù)堤建設(shè)不堅(jiān)固導(dǎo)致河岸再度崩塌而治水失敗。進(jìn)入春秋戰(zhàn)國時(shí)期，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展了，人們不能再任由黃河在廣袤的平原上肆意妄為了，故筑堤防洪工作應(yīng)運(yùn)而生。堤防是防洪的有效手段，西漢司馬遷所著《史記·河渠書》對此法就有記載[3]，從中再次可見，中國很早就開始了對河岸崩塌的研究，這跟中華民族的生活生產(chǎn)與河流海洋環(huán)境密切相關(guān)。中國水利史中明確記載有大禹治水、兩漢治黃、三國渠堰堤塘、隋唐治黃、五代北宋治黃、金元治黃、明清治黃治淮等工程情況。明清以來的水利著作，如《河防一覽》《治河方略》等專書以及屬史料編輯的《行水金鑒》《續(xù)行水金鑒》等都是較著名的治河防洪文獻(xiàn)。

借用現(xiàn)代科學(xué)理論與科學(xué)研究技術(shù)系統(tǒng)研究河(海)岸崩塌大概始于20世紀(jì)的后30年，可查文獻(xiàn)有《長江九江至河口段河床邊界條件與崩岸的關(guān)系》[4]以及一些針對長江中下游河段的岸崩分析發(fā)表的研究成果[5-6]。

1998年的大洪水引起我國黨和政府及人們對河岸防護(hù)的高度重視，從而促進(jìn)了我國岸崩的相關(guān)研究。人們開始通過實(shí)地調(diào)查、采樣分析及資料收集與分析來研究河岸崩塌問題，但研究成果僅局限在岸崩類型的劃分及原因探究與機(jī)理分析等方面，且研究和分析不夠深入，詳見文獻(xiàn)[7]。而由于部分河岸的崩塌與所處地區(qū)的巖土體的溶坍崩陷也密切相關(guān)[8]，所以，實(shí)際上，河岸崩塌有廣義和狹義之分。廣義的河岸崩塌，因素眾多、研究范圍廣泛，而狹義的河流崩塌僅指由河流水動力因素的參與而導(dǎo)致的岸崩問題。

在21世紀(jì)第一個(gè)十年中，我國科研工作者深入分析岸崩的原因與影響因素，并結(jié)合現(xiàn)狀構(gòu)建相應(yīng)的崩塌模型，見文獻(xiàn)[9，10]；在第二個(gè)十年里，開始采取物理模擬和數(shù)值模擬研究岸崩問題并取得了一定的進(jìn)展，成果體現(xiàn)在對河岸崩塌的預(yù)測、分析、治理與防護(hù)等方面，研究范圍已放寬到黃河、淮河和黑龍江及荊江等河流的岸崩問題[11-16]，甚至拓展至某些水庫岸灘的崩塌問題，比如小浪底水庫[17]、三峽水庫[18]及青海湖[19]等。

2 河岸崩塌的影響因素

河岸崩塌是一個(gè)非常復(fù)雜的力學(xué)過程，它與眾多因素有關(guān)。其機(jī)理研究極為重要，是河岸崩塌災(zāi)害防護(hù)的關(guān)鍵所在，只有將其機(jī)理研究明了，才能對癥下藥，采取相應(yīng)的措施防范或減少河岸崩塌的發(fā)生。

對河岸崩塌的影響因素及其影響程度的研究是河岸崩塌機(jī)理研究的前期階段，是每個(gè)研究河岸崩塌的科研工作者首先要厘清的內(nèi)容，但對該問題的研究至今沒能做到完善。通過對查詢的文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，目前研究者都是針對自己所面對的具體河流實(shí)情來進(jìn)行分析，結(jié)論比較片面。目前能查到的明確分析河岸崩塌影響因素的只有文獻(xiàn)[20]。在該文獻(xiàn)中，許旺等認(rèn)為河岸崩塌是由河岸土體以及近岸水流兩者相互作用而引發(fā)的，這是淮河上游河勢不斷變化的主要因素，其影響因素主要有河道水動力條件、河岸土體組成、河岸邊坡形態(tài)和河岸生態(tài)條件等。

而河道水動力條件、河岸土體組成及河岸邊坡形態(tài)及河岸生態(tài)條件又是較為復(fù)雜的因素，分別又可以劃分出幾個(gè)具體的影響因素。河道水動力條件與河道的類型及河道形態(tài)有關(guān)，如與是平原河流還是山區(qū)河流、是彎曲河流還是平直河流有關(guān)，此外與水流的挾沙率等也有關(guān)。許旺等[20]提出了一個(gè)多年平均水流沖刷強(qiáng)度的概念，但并沒有闡述清楚多年平均水流沖刷強(qiáng)度對河岸崩塌的影響程度。王延貴[21]認(rèn)為河岸崩塌的水動力影響因素主要包括水流頂沖角、水流流速、水頭差等，甚至提出了岸灘滲流因素，但卻忽視了與河岸平直水流(與岸平行)的作用，而實(shí)踐告訴我們，水流也是一個(gè)影響因素。

水流條件與河岸土體條件是河岸崩塌的主要影響因素，其他影響因素仍需要科研人員進(jìn)行探索與挖掘。此外，影響因素有主次、輕重、關(guān)鍵與次要之分，其具體情況還有待廣大科研工作者做更深入的研究。

3 河岸崩塌的研究方法

研究河岸崩塌的方法一般有理論分析法、現(xiàn)場觀測法、物理實(shí)驗(yàn)法、數(shù)值模擬法、資料分析法、比較研究法，每種方法均有其優(yōu)越性和局限性。

(1)理論分析法：河岸崩塌的理論分析方法主要用于岸灘崩塌機(jī)理的分析，而岸灘崩塌機(jī)理的理論分析又主要集中在崩塌土體的力學(xué)平衡分析與水動力作用分析的相互結(jié)合上。該方法難點(diǎn)在于崩塌土體的形態(tài)、界面及范圍的確定，最為關(guān)鍵和難以把握的是不同的土質(zhì)如何界定、如何將其特性融入分析理論中以及如何與水沙運(yùn)動特性相結(jié)合；如何與河勢或海勢變化相結(jié)合并共同融入河岸崩塌機(jī)理綜合研究中；如何將崩塌土體所處的環(huán)境等有關(guān)影響因素考慮到河岸崩塌機(jī)理分析及崩塌模型構(gòu)建中。

岸灘崩塌機(jī)理分析及模型構(gòu)建作為河岸崩塌研究的核心內(nèi)容，涉及諸多方面影響因素，也牽涉諸多專業(yè)和學(xué)科領(lǐng)域知識。眾多研究者認(rèn)為其涉及土力學(xué)、河流地貌學(xué)、海洋學(xué)、河流動力學(xué)、海洋動力學(xué)、泥沙動力學(xué)、河床演變學(xué)、地質(zhì)學(xué)、流體力學(xué)、模型試驗(yàn)技術(shù)等方面。影響岸灘崩塌的因素眾多，除主要考慮水文條件、水動力條件、土體力學(xué)作用和局部地質(zhì)因素外，也有學(xué)者提到還要考慮人為因素、突加荷載、輕微地震等[22]。然而，人為因素、突加荷載、輕微地震等因素很難真實(shí)融入岸灘崩塌機(jī)理分析及模型構(gòu)建研究中，只有在一些特殊或?qū)ｉT的研究中才能有針對性地加以考慮。

河岸崩塌的理論分析法一般是先分析影響因素及各因素的影響程度，再根據(jù)所處的環(huán)境與影響因素來確定崩塌的類型及具體形式，并進(jìn)一步確定崩塌土體的區(qū)域與范圍，然后進(jìn)行力學(xué)平衡分析。在這一系列過程中，構(gòu)建崩塌模型的目的是對實(shí)驗(yàn)觀測到的現(xiàn)象加以解釋，以便自圓其說。

(2)現(xiàn)場觀測法：這種方法是比較原始，也是比較有效的科研方法，主要用于收集原始的研究資料以供后期分析研究，對于河岸崩塌的研究尤為重要。人類對河岸崩塌理論并不十分清楚，河岸復(fù)雜的環(huán)境導(dǎo)致對其全面考慮的難度極大，只能通過觀測得到的結(jié)果加以分析和歸納。河岸崩塌現(xiàn)場觀測是指觀測其所處的自然地質(zhì)水文條件與環(huán)境、水動力狀態(tài)、崩塌過程、崩塌體的形態(tài)、崩塌范圍、崩塌程度等。包承綱[23]詳細(xì)指出：觀測的內(nèi)容有岸線演變情況、崩塌區(qū)域地形、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、崩岸滑體的形態(tài)特征、崩岸時(shí)的水文情況、地下水位狀態(tài)、局部河勢等，觀測應(yīng)從外部和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行。外部觀測內(nèi)容有河岸坡的形態(tài)演變與水下斷面變化(全程監(jiān)控，該工作非常重要且繁瑣)，內(nèi)部觀測內(nèi)容主要有岸坡內(nèi)部的變形、三向移動、土中水壓力的變化情況、土層內(nèi)部應(yīng)力的變化。觀測需要使用先進(jìn)的科研儀器與設(shè)備，可能歷時(shí)很長，但現(xiàn)場觀測研究方法非常重要，可以為理論分析研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對其加以分析，可以完善理論、構(gòu)建預(yù)測模型，并不斷地檢驗(yàn)與完善。包承綱認(rèn)為，對于河岸崩塌過程中土體液化和變形過程等很難用物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬的方法解決，因而，現(xiàn)場觀測研究成為比較有效和可靠的研究方法[24]。

(3)物理實(shí)驗(yàn)研究法：該方法包括原型實(shí)驗(yàn)研究和物理模型實(shí)驗(yàn)研究，且以物理模型實(shí)驗(yàn)研究為主。物理模型實(shí)驗(yàn)研究是一種重要的專門研究方法，應(yīng)用在河工研究中極為常見。它應(yīng)用相關(guān)水動力學(xué)知識，根據(jù)水流、泥沙及土體的運(yùn)動力學(xué)相似原理塑造與原型相似的邊界條件和動力條件，在不可長期野外觀測或不便野外觀測的情況下，按照一定的比例進(jìn)行縮小或放大(對于崩岸研究一般都是縮小尺寸)來塑造模型，按照河工模擬相關(guān)理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于動力學(xué)相似模擬，模型的制作與實(shí)施必須遵循河工模擬理論的要求。河岸崩塌物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，一方面要求遵循河工模擬相似理論，采用正態(tài)模型以方便實(shí)現(xiàn)重力與阻力同時(shí)相似，這就要求阻力比尺λn與幾何比尺λl存在關(guān)系式：λn=(λl)1/6，且要同時(shí)滿足紊流限制條件(模型雷諾數(shù)Re>1 000，表面張力限制條件要求模型水深大于1.5 cm)，但模擬過程中河道的糙率n較難確定，需要現(xiàn)場測定。另一方面，岸崩物理模擬實(shí)驗(yàn)研究在滿足水動力相似的同時(shí)要滿足土動力相似。如文獻(xiàn)[25]中指出因模型幾何比尺λl的存在，為達(dá)到土工重力場相似必須采用g/λl模型試驗(yàn)，只有這樣才能達(dá)到土體變形模量與黏聚力、內(nèi)摩擦角等物理力學(xué)參數(shù)的相似比為1∶1；才能采用原型土料提高試驗(yàn)結(jié)果的可信度。但土體作為極為復(fù)雜的材料，一旦擾動，其內(nèi)在的物理力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生改變，故同時(shí)滿足水動力條件與土動力條件相似極為困難。這就是河岸崩塌物理模擬實(shí)驗(yàn)研究需要突破的瓶頸問題。

(4)數(shù)值模擬法：該方法是在數(shù)學(xué)理論知識與數(shù)值計(jì)算方法非常完善以及計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)水平較發(fā)達(dá)的情況下，對紅黏土的本構(gòu)方程求數(shù)值解，并通過數(shù)學(xué)與物理方法將計(jì)算結(jié)果加以表達(dá)。對于河岸崩塌的數(shù)值模擬研究，人們普遍的做法是借助土力學(xué)中的邊坡穩(wěn)定性理論對河岸崩塌變形進(jìn)行數(shù)值模擬。具體做法是：認(rèn)為崩岸是岸坡失穩(wěn)的具體表現(xiàn)，是岸坡穩(wěn)定性動態(tài)變化的產(chǎn)物，應(yīng)用災(zāi)變理論建立河岸土體邊坡穩(wěn)定性的災(zāi)變模型，并結(jié)合實(shí)例對河岸邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行災(zāi)變分析。因河岸崩塌情況極為復(fù)雜，人們應(yīng)用數(shù)值模擬分析只能對河岸崩塌的某方面問題進(jìn)行數(shù)值研究。有些數(shù)值模擬只針對于河岸崩塌土壓力的臨界值的計(jì)算[26]。最早進(jìn)行岸崩數(shù)值模擬的是Osman[27]，但很多因素沒有被考慮，模擬結(jié)果不盡如人意；20世紀(jì)前后，Simon等進(jìn)一步通過考慮坡體內(nèi)孔隙水壓力和土層結(jié)構(gòu)對岸坡崩塌穩(wěn)定性的影響，完善了Osman的理論。對河岸崩塌的數(shù)值模擬，要么是對邊坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬，要么是對考慮彎道環(huán)流的橫向輸沙效應(yīng)的水沙運(yùn)動模擬[28]。另外的一種模擬是在不考慮岸坡土體的水上力學(xué)動力環(huán)境下，只考慮河道中三維全沙(包括推移質(zhì)及懸沙)的輸運(yùn)問題，通過對河道中底床推移質(zhì)的變化來模擬河岸岸線的變化來反映岸灘崩塌問題。如假冬冬等[29]建立了全三維水沙數(shù)學(xué)模型，基于非正交網(wǎng)格提出利用局部網(wǎng)格可動追蹤岸邊位置，及時(shí)處理由崩岸引起的河道擺動問題，將河岸崩塌力學(xué)模式與三維水沙模型結(jié)合，構(gòu)建了河道擺動的三維數(shù)值模型用以模擬河道的擺動過程。但這還不能真實(shí)模擬河岸崩塌現(xiàn)象。另外，如秦亞斌[27]考慮水位的變化會引起岸坡土體的孔隙水壓力變化，繼而引起岸坡土體的滲透壓力變化，并將其應(yīng)用到邊坡穩(wěn)定計(jì)算模型中。由此可見，目前數(shù)值模擬河岸崩塌都沒有做到將水動力因素與土動力學(xué)因素兩者兼顧。

(5)資料分析法：通過對河岸崩塌的調(diào)查和資料的整理、分類、歸納和分析從而得出相關(guān)結(jié)論，這些結(jié)論一般是在前人的基礎(chǔ)上有所推進(jìn)，而非否定前人的成果。該方法的研究成果中有成文的發(fā)表資料(如文獻(xiàn))，也有非成文資料(如一般的調(diào)查報(bào)告和工程案例等)。對于河岸崩塌的資料研究多見于碩博論文中，但碩博論文一般只就某個(gè)方面的資料進(jìn)行分析、綜合及評述，如賴敬飛在其碩士論文[30]中梳理了20世紀(jì)60年代到目前為止對長江一些河段岸灘崩塌的研究成果，認(rèn)為水動力因素是導(dǎo)致崩岸的主要因素，河岸地質(zhì)條件和水位突變是次要因素，該結(jié)果為正確判斷長江九江段河流崩岸類型、構(gòu)建試驗(yàn)?zāi)Ｐ图霸囼?yàn)結(jié)果的預(yù)判提供了依據(jù)。楊涵苑[31]對不同河岸物質(zhì)組成的彎曲河流崩岸過程與機(jī)理進(jìn)行研究，綜述了國內(nèi)外一些不同河段的主要物質(zhì)組成。對于河岸崩塌的研究論文大多也采用資料分析法。黎良輝等[32]為探究不同降雨條件下臨水岸坡失穩(wěn)問題，對近十年國內(nèi)外學(xué)者的研究成果進(jìn)行了簡要評述。

(6)比較研究法：該方法是一種有效的研究方法，能有效地表達(dá)所研究問題的現(xiàn)象或機(jī)理，也是河岸崩塌研究的一種常用方法。王延貴等[33]比較分析了不同的河岸崩塌類型及其各自主要特征，就崩塌成因與破壞面形式的不同而將河岸崩塌分為滑崩、挫崩、落崩、窩崩和洗崩5種，并對各自發(fā)生的條件、破壞面及力學(xué)原理進(jìn)行了比較分析。劉紅星等[34]通過對調(diào)查資料的對比分析，認(rèn)為長江中下游各段岸坡結(jié)構(gòu)存在明顯的差異，變形破壞的主導(dǎo)因素各不相同，崩岸的型式及條件也不相同，并分析了侵蝕型、崩塌型(崩塌型又分為沖刷浪坎型、坍塌后退型與塌陷型)、滑移型(滑移型又分為整體滑移型和牽引式滑移型)的破壞現(xiàn)狀與程度及出現(xiàn)的幾率，提出了相應(yīng)的處理對策。

對于河岸崩塌的研究，一般以某種方法為主要研究方法，輔以其他研究方法，或若干種方法同時(shí)等同使用，各種方法各有其優(yōu)點(diǎn)和缺陷，不宜只用一種方法。學(xué)者Patsinghasanee曾采用物理模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場觀測方法，研究了黏性河岸破壞和河床變形及河道侵蝕等的耦合作用[35-37]。因此，對于復(fù)雜的河岸崩塌問題采用單一研究方法是不全面的，綜合應(yīng)用多種方法是今后河岸崩塌研究的發(fā)展方向。

4 河岸崩塌的研究成果

回顧我國的河岸崩塌研究史可知，河岸崩塌研究隨著河岸崩塌的現(xiàn)實(shí)及河岸防護(hù)的需要而發(fā)展，其研究與工程建設(shè)相互依托，成果豐碩、成績斐然。

4.1 河岸崩塌的成因分析

關(guān)于河岸崩塌的成因研究，經(jīng)過對文獻(xiàn)的搜集整理和分析歸納[38-45]發(fā)現(xiàn)，河岸崩塌的成因復(fù)雜多樣，主要有水流動力作用、地質(zhì)環(huán)境惡化、河床邊界條件的變化等。

水流動力作用是河岸崩塌最主要的原因，主要表現(xiàn)在：(1)主流的頂沖作用。在主流的頂沖作用下，直接對土體顆粒進(jìn)行強(qiáng)有力的反復(fù)沖擊作用，使原本非均質(zhì)各向異性的不同散狀顆粒聚集體的河岸土體達(dá)到疲勞，從而導(dǎo)致岸坡土體顆粒被沖擊滾落，土體中的黏性物質(zhì)脫離土體顆粒繼而產(chǎn)生裂隙，隨著裂隙擴(kuò)張導(dǎo)致聚集體散架而分崩離析，最終導(dǎo)致崩岸現(xiàn)象的發(fā)生。(2)彎道環(huán)流動力作用。當(dāng)河道彎曲、河岸曲折、河中水流不平順，水流就會在平面上形成曲轉(zhuǎn)，在橫斷面上形成環(huán)流，在三維空間上形成復(fù)雜的曲面環(huán)流，甚至形成紊流，這種曲面環(huán)流不斷地對河岸土體顆粒進(jìn)行卷吸刷洗，隨著岸坡土體下部固體顆粒被帶走而導(dǎo)致土體失穩(wěn)崩塌。(3)水位的突變使岸坡土體不適應(yīng)?？菟谒坏耐蝗欢附凳乖酒胶怙柡偷陌镀峦馏w穩(wěn)定的水壓力減小，造成原本水下的飽和軟性土體或淤泥構(gòu)成的軟土基礎(chǔ)難以抵抗上部土體荷載或上部土體產(chǎn)生的側(cè)向土壓力所產(chǎn)生的剪切力，從而導(dǎo)致整個(gè)岸坡土體崩塌。

地質(zhì)條件引起的崩塌是所有邊坡與岸坡失穩(wěn)崩塌的原因。導(dǎo)致河岸崩塌的地質(zhì)條件因素是河岸土質(zhì)巖性差(如嚴(yán)重風(fēng)化、崩裂、力學(xué)穩(wěn)定性差)或河岸邊坡土體結(jié)構(gòu)組織構(gòu)成較差(如上方砂石顆粒較大，而下方由細(xì)沙組成，黏性物質(zhì)較少)，不便于抗擊上部土體荷重所產(chǎn)生的滑坡等不穩(wěn)定因素而導(dǎo)致失穩(wěn)崩塌。也有岸坡土體的沙石土的不良組成成分及不良結(jié)構(gòu)等因素的存在而導(dǎo)致岸坡土體崩塌失穩(wěn)。關(guān)于地質(zhì)條件引發(fā)的河岸崩塌，沒有學(xué)者作特別的闡述，大都將該方面的研究歸結(jié)為普通土坡崩塌。

河岸邊界條件是河床、河岸邊坡所在的地質(zhì)條件、環(huán)境條件及地形地貌的綜合體現(xiàn)，是影響水流運(yùn)動流場至關(guān)重要的因素，是水動力的作用空間，也是河岸邊坡土沙石組成結(jié)構(gòu)、土體本體結(jié)構(gòu)、土石沙泥質(zhì)的性能和特征等的綜合體現(xiàn)。廣義河岸邊界條件包括河床地形及地質(zhì)、岸邊坡形態(tài)及河岸生態(tài)條件等，所以河岸的邊界條件也是河岸崩塌的重要影響因素。河岸的邊界條件在一定程度上可以塑造水動力作用狀態(tài)和土體動力學(xué)作用狀態(tài)，是水動力作用和土動力作用的影響因素之一。河岸邊界條件是水動力和土動力作用的空間，如果這種河岸邊界條件處于不利于河岸邊坡土體穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，則河岸易發(fā)生崩塌。綜合文獻(xiàn)[46-49]的研究成果，我們可以知道河岸邊界條件是河岸崩塌的主要影響因素。河道地形條件將影響水動力因素，較為順直河道的主流線平面位置不同，水流動力對河岸邊坡的作用效果也不一樣。當(dāng)某種河岸邊界條件產(chǎn)生的水流動力對河岸進(jìn)行橫向或縱向或橫縱雙向沖刷時(shí)，就會導(dǎo)致河岸邊坡受到?jīng)_刷而變陡，繼而最終崩塌。河岸的邊界條件決定水流的挾沙能力，從而也決定了水流的沖刷能力，對河岸邊坡的穩(wěn)定性有著不同的影響。岸坡土體組成對河岸崩塌的影響主要表現(xiàn)在土體的物理和力學(xué)性能。物理性能主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)和狀態(tài)指標(biāo)，包括孔隙比e、土的干容重γd、內(nèi)摩擦角 、含水率ω、滲透系數(shù)k及黏聚力c。土體的力學(xué)性能主要體現(xiàn)在土體的強(qiáng)度指標(biāo)，即抗剪強(qiáng)度與抗沖強(qiáng)度。如果河岸土體的抗剪強(qiáng)度和抗沖強(qiáng)度不足以抵御水流的沖擊和剪切力或土體自身產(chǎn)生的剪力作用，土體將被破壞并導(dǎo)致崩塌。土體的物理性能與其力學(xué)性能密切相關(guān)，土體的黏性又影響土體的抗剪強(qiáng)度及抗沖強(qiáng)度。河岸邊坡形態(tài)主要包括河岸的高度、長度，邊坡的坡角、邊坡的整個(gè)剖面形態(tài)及平面形態(tài)等。不利于河岸土體保持穩(wěn)定的河岸邊坡形態(tài)會在坡頂產(chǎn)生很大的張應(yīng)力，拉伸土體產(chǎn)生張裂縫；或在坡腳產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力而出現(xiàn)剪切破壞帶，以致降低河岸邊坡的穩(wěn)定性，導(dǎo)致河岸崩塌。河岸生態(tài)也對河岸崩塌有重要影響，植被豐茂、生態(tài)良好的河岸穩(wěn)定性高于生態(tài)惡化、植被稀疏河岸的穩(wěn)定性。原因主要在于植被對土體顆粒的松脫離散有阻礙作用，同時(shí)植物根系因其擋護(hù)、網(wǎng)罩及牽拉作用可與土體形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度及抗侵蝕性能力，提高河岸邊坡的穩(wěn)定性。

4.2 河岸崩塌的類型及特征

歸納分析文獻(xiàn)[50-54]可知，河岸崩塌的分類方法有多種，分類方法不同，得到的分類結(jié)果也不同。分類方法上，按崩岸的形態(tài)可分為洗崩、條崩和窩崩3種。洗崩是一種形象稱呼，指局部河岸表層或小范圍土體受水流、風(fēng)浪等的侵蝕淘刷而剝落流失，是一種動力輕微、規(guī)模較小(長度十余米至數(shù)十米，數(shù)百立方土體)、歷時(shí)短促的岸崩。條崩的規(guī)模較大(長達(dá)數(shù)百米，深達(dá)十余米甚至數(shù)十米，崩塌土體數(shù)萬至數(shù)十萬立方米)，呈條帶狀。條崩發(fā)生在水流強(qiáng)勁、岸坡土質(zhì)均勻但抗沖性能差的地方。窩崩是平面上成窩狀且楔入岸體后方，長寬基本相等，規(guī)模較大(數(shù)十萬方至百萬立方米土)。窩崩過程復(fù)雜多樣，由強(qiáng)水動力作用于非均質(zhì)且抗沖性能差的土質(zhì)岸坡而造成。按崩塌模式分，河岸崩塌類型有4種：(1)淺層崩塌。它是岸坡土體淺層被破壞導(dǎo)致崩塌，主要發(fā)生在坡度較平緩的岸坡，其崩塌破壞面與坡面基本平行，實(shí)為非黏性土質(zhì)的坡體失穩(wěn)滑坡。(2)平面崩塌。其規(guī)模遠(yuǎn)大于淺層崩塌，崩塌面平緩，一般發(fā)生于坡度陡峭的非黏性土質(zhì)或存在深拉裂縫的黏性土質(zhì)，河岸邊坡在土體重力作用下因河道水位驟降而導(dǎo)致土坡失穩(wěn)，或由于坡內(nèi)滲流作用所致。(3)圓弧滑動崩塌。其崩塌強(qiáng)度很大，通常破壞達(dá)坡角處，甚至坡角之外，滑動面成圓弧狀的大規(guī)模岸坡土體崩塌，其動力因素是土體自重和坡內(nèi)滲流。(4)復(fù)合式崩塌。其發(fā)生的岸坡土質(zhì)復(fù)雜，土體構(gòu)成呈非一元結(jié)構(gòu)，比如上部為黏性土，下部為非黏性砂石，下部砂石被河水沖刷掏空而導(dǎo)致上部土體懸空展伸河道，土體受拉或剪的破壞而崩塌。按崩塌的動力屬性分，河岸崩塌類型也有4種：(1)侵蝕型崩塌。其動力作用輕緩微弱，作用時(shí)間持久，一般發(fā)生在平順河道，河岸土體抗沖性能較強(qiáng)，長期被侵蝕積累的效果微顯，表現(xiàn)為岸坡形態(tài)長期保存，略有改變，岸線緩慢后退。(2)坍塌型崩塌。岸坡因長期被侵蝕而變陡峭，由土體自重作用產(chǎn)生裂縫，并在滲流作用下，大塊河岸土體突然傾倒、坍落及崩解，規(guī)模較大、崩塌迅猛。(3)滑移型崩塌。河岸存在薄弱面(或?qū)?，在多種因素作用下，數(shù)十萬甚至上百萬立方米的大體積土體出現(xiàn)整體性滑移，形成崩塌，土體破壞形態(tài)既有線狀也有窩狀，崩塌具有隨機(jī)性、突然性、間歇性。(4)流滑型崩塌。其特征是河岸受到長期嚴(yán)重侵蝕后，大片岸坡土體不斷崩落，破壞程度增大，最終形成大面積崩塌。

4.3 河岸崩塌的機(jī)理

河岸崩塌機(jī)理是指在河岸崩塌過程中，河岸崩塌系統(tǒng)各要素的內(nèi)在工作方式以及諸要素在一定環(huán)境條件下相互聯(lián)系、相互作用的運(yùn)行規(guī)則和原理，包括形成要素和形成要素之間的關(guān)系兩個(gè)方面。由此可見，前文述及的河岸崩塌的成因、河岸崩塌類型及特征是河岸崩塌機(jī)理的主要研究內(nèi)容，下文僅對除前兩方面內(nèi)容之外的研究成果進(jìn)行綜述。

河岸邊界條件和河流動力條件是影響岸灘穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。為了探討多種因素對岸灘穩(wěn)定性的影響與評價(jià)，可以通過分析枯水期和洪水期岸灘穩(wěn)定性的主要影響因素建立河流岸灘崩塌影響因子的層次結(jié)構(gòu)模型。王延貴[55]利用層次分析法給出了枯水期和洪水期各主要影響因素的權(quán)重系數(shù)，指出無論在枯水期還是在洪水期各主要影響因素對岸灘穩(wěn)定性的作用具有很大的差異。研究河岸邊坡土體的穩(wěn)定性，繼而構(gòu)建模型對其進(jìn)行分析是對河岸崩塌機(jī)理的一項(xiàng)較為關(guān)鍵的內(nèi)容，其難度極大。要清楚地分析河流岸灘土壤特性和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，就要清楚河岸土體的應(yīng)力分布和變化特點(diǎn)。只有構(gòu)建能在一定程度上反映岸坡土體的特性和結(jié)構(gòu)及岸坡形態(tài)，甚至土中滲流等影響因素的岸灘土體穩(wěn)定分析方程，才能通過對該方程的計(jì)算與分析來闡明岸灘崩塌的力學(xué)機(jī)制和崩塌過程。一些學(xué)者[56-57]因?yàn)榉治龅膫?cè)重點(diǎn)或視野不同，構(gòu)建了不同的分析模型，通過物理力學(xué)或數(shù)值模擬分析了所關(guān)注的岸灘崩塌問題。這些模型都存在某些問題和局限性，其問題與局限在于對影響因素考慮得不周全、權(quán)重分配不合理或不妥當(dāng)、考慮條件過于簡單、破壞面位置與形態(tài)不確定等，從而在分析和計(jì)算的結(jié)果上存在一定的偏差。因此，構(gòu)建河岸崩塌分析或計(jì)算模型必須將河岸崩塌影響因素探究清楚，并分清關(guān)鍵因素和非關(guān)鍵因素，量化各因素影響權(quán)重。對崩塌土體的破壞界面和形態(tài)的正確判斷和剖畫等是擺在廣大科研工作人員面前的一個(gè)極大的難題，從這一角度而言，對河岸崩塌的研究永無止境。

4.4 河岸崩塌的防護(hù)

必須對河岸崩塌進(jìn)行防護(hù)，以免給人們帶來生命和財(cái)產(chǎn)的損失。

綜合文獻(xiàn)[58-60]的研究成果，河岸崩塌防護(hù)的方法與措施可以歸納為以下七種。

(1)做構(gòu)造分析。對河岸穩(wěn)定性和崩塌可能性分析和預(yù)測的方法有許多，岸坡土體結(jié)構(gòu)的分析非常重要，構(gòu)造分析方法(RBSM)是其中有效的方法之一[18]，實(shí)踐表明該方法是有效和可靠的。

(2)進(jìn)行護(hù)岸。對于平順的河道，要修建岸坡防護(hù)工程，根據(jù)不同的情況采用不同的工程材料(塊石、混凝土、植物、土工布等)和工程措施(對土體加固或修建擋土墻或其他罩兜體)，對不穩(wěn)定的岸坡進(jìn)行防護(hù)，以防止河岸崩塌。

(3)裁彎取直。對于彎曲嚴(yán)重，不斷凹凸變化的河段，要順應(yīng)河流的走勢進(jìn)行裁彎取直。只有這樣才能在一定的時(shí)段內(nèi)確保新建河岸的穩(wěn)定性。

(4)主動退堤。根據(jù)河段凹岸的實(shí)際情況，結(jié)合河段綜合治理規(guī)劃，對標(biāo)準(zhǔn)低下堤段、位置險(xiǎn)要堤段、沙基沙壩堤段、低洼積水堤段等可主動采用退堤的方式進(jìn)行防護(hù)。

(5)拋石或混凝土護(hù)腳。向崩岸處拋投石塊或采用混凝土材料進(jìn)行護(hù)腳，使被沖刷的坑底與岸邊連線保持較緩的坡度，增強(qiáng)岸坡土體的穩(wěn)定性，減緩水流對岸坡土體的沖刷。

(6)整治壩導(dǎo)流。修建丁壩、挑壩、順壩或其他整治壩，調(diào)整水流流向與流態(tài)，穩(wěn)定河勢，減緩近岸水流流速，降低沖刷力，從而達(dá)到防止河岸崩塌目的。

(7)進(jìn)行護(hù)底。采用拋石、軟排或土工布護(hù)住河岸附近的河底，一般用于粉砂底質(zhì)或淺緩平順的位置，以減緩急流對近岸河底泥沙的淘刷，從而間接維護(hù)岸坡土體的穩(wěn)定性，以達(dá)到減緩河岸崩塌的目的。

5 河岸崩塌研究的思考與展望

河流岸坡崩塌問題關(guān)乎沿岸鄉(xiāng)村與城市的安危，關(guān)乎人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全，因此要高度重視。幾千年來，治河防洪是人類與自然災(zāi)害奮斗的重要內(nèi)容，明確河岸崩塌機(jī)理，探究其防護(hù)方法與措施是最終的目的。在河岸崩塌研究的道路上，廣大科研工作者努力探索取得了豐碩的實(shí)踐成果，但還存在不足之處和有待填補(bǔ)的研究空缺。

5.1 河岸崩塌的成因分析有待進(jìn)一步深化

目前，對河岸崩塌的成因研究沒有考慮以下幾個(gè)因素。(1)沿岸流動力的切淘作用。無論河道平直與彎曲，河岸在平面上是否平直，這種沿岸流動力的切淘作用始終存在。這也是河岸崩塌與一般的岸坡崩塌的區(qū)別所在，這種作用的長期存在，在兩個(gè)方面對河岸土坡失穩(wěn)產(chǎn)生影響：一是直接的側(cè)向沖擊力的作用，在沿岸流的方向土體被沖擊崩塌，或在沿岸流沖擊切應(yīng)力的作用下，土體顆粒間的黏結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞而解體崩塌；二是在沿岸流沖擊的長期作用下不斷被侵蝕，造成岸坡土體被水淹部分沙石或黏土顆粒被蝕流，而導(dǎo)致上部土體因下方土體缺失而逐漸失穩(wěn)崩塌等。(2)孔隙的水運(yùn)動與土應(yīng)力的變化復(fù)雜性。水位迅漲時(shí)，將河岸土體侵蝕，淘刷帶走土體顆粒，同時(shí)水充滿整個(gè)岸坡土體孔隙，使土中的水達(dá)到飽和狀態(tài)，岸坡土體在水體浮力的作用下維持土體穩(wěn)定。但當(dāng)水位降落之后，土中的水逐步排出，水的浮力減小，土中的水的運(yùn)動對土應(yīng)力的影響發(fā)生變化，這種孔隙水的運(yùn)動與土應(yīng)力的變化非常復(fù)雜，科研工作者極少在河岸崩塌分析與計(jì)算模型中考慮到該因素。(3)影響河岸崩塌的外界環(huán)境因素。影響河岸崩塌的外界環(huán)境因素極多，有物理因素、化學(xué)因素及生物因素等，有持續(xù)和短暫作用的因素，有人為和非人為因素等。有些科研工作者無法考慮全面的因素，只能考慮到自認(rèn)為重要和關(guān)鍵的因素。

5.2 河岸崩塌分析與計(jì)算模型要避免概化

由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展的局限，人們在研究河岸崩塌時(shí)構(gòu)建的分析與計(jì)算模型過于理想化，其具體表現(xiàn)在對破壞面位置的確定過于武斷。此外，因破壞面的形態(tài)過于規(guī)整，不少科研工作者往往將其簡化為平面，有少許科研工作者進(jìn)一步簡化為圓曲面，但這兩種情況在現(xiàn)實(shí)中極為少見。

5.3 研究過程中土動力學(xué)與水動力學(xué)的相互結(jié)合要深入

由于科研手段和科研能力的局限，一些科研工作者只能從土動力學(xué)方面來分析與計(jì)算河岸崩塌問題，從而導(dǎo)致河岸崩塌成為土坡崩塌問題；也有一些科研工作者只從水動力學(xué)方面來分析與計(jì)算河岸崩塌問題，從而導(dǎo)致河岸崩塌成為泥沙沖刷問題。而河岸崩塌是水動力學(xué)與土動力學(xué)相互作用的結(jié)果，研究過程中兩個(gè)學(xué)科研究方法的結(jié)合要深入，否則將導(dǎo)致研究成果出現(xiàn)偏差和不足。

5.4 長期觀測及動態(tài)研究需加強(qiáng)

河岸崩塌是長期或短暫但卻極為強(qiáng)烈的動力變化作用的結(jié)果，所以，對于河岸崩塌的研究應(yīng)該以發(fā)展的、動態(tài)的觀點(diǎn)去探索和分析。但長期觀測會耗時(shí)、耗力、耗財(cái)，降低成本并能做到長期監(jiān)測和動態(tài)研究是廣大科研工作者今后努力的方向。

5.5 綜合治理和復(fù)合防護(hù)的方法與措施要優(yōu)化和創(chuàng)新

通過分析歸納和總結(jié)有關(guān)河岸崩塌防護(hù)文獻(xiàn)資料可知，目前的研究缺乏綜合治理和長期規(guī)劃的眼光，沿用的往往是二三十年前的防護(hù)方法與措施，缺乏創(chuàng)新性和綜合性。雖然工程防護(hù)措施取得了長足的進(jìn)展與成效，卻又帶來了其他一些問題，比如容易耗材、耗能、耗財(cái)?shù)取Ｒ蚨?，要?yōu)化或創(chuàng)新方法與措施，以長久規(guī)劃的眼光對河岸崩塌進(jìn)行綜合性復(fù)合型的防護(hù)。這方面的諸多問題有待進(jìn)一步深入探索和研究。