拋投防汛石沿坡面滑滾落距影響因素研究

摘 要：為論證拋投時(shí)防汛石沿坡面滑滾的落距影響因素，基于黃河下游順壩區(qū)沿岸坡拋投工況，建立理想情況下日常根石除險(xiǎn)加固的拋投防汛石模型，推導(dǎo)考慮流速、水深、河堤坡度、邊坡粗糙度的理論公式，通過(guò)水槽試驗(yàn)對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證比較，找出不同形狀防汛石的拋投落距規(guī)律。結(jié)果表明：水流流速越大，拋投水深越深，河堤坡度越緩，邊坡粗糙度越大，則防汛石的落距越大；不同形狀的防汛石拋投落距不同，在其他因素相同的情況下，四棱臺(tái)的落距最小，為最佳形狀。利用鋼筋混凝土外殼和沙石芯制作大體積新型復(fù)合材料防汛石，在黃河下游進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拋投試驗(yàn)，其落距與推算結(jié)果比較吻合。

關(guān)鍵詞：防汛石；落距；水槽試驗(yàn)；黃河下游

中圖分類號(hào)：Ｕ６１２；ＴＶ８８２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０８．０１１

引用格式：劉濱，楊德生，張淑紅，等．拋投防汛石沿坡面滑滾落距影響因素研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（８）：６０－６４，７０．

０ 引言

黃河下游平原主要地層為沉積厚度３０～２７０ ｍ 的第四紀(jì)黃河泛濫沖積物和洪積物，從上至下為黃河組、黑土湖組和平原組，以平原組為主，巖性主要為黃棕色粉質(zhì)黏土和粉土，層間含有少量不等粒砂層。黃河沖積土的工程特性為液塑限低、毛細(xì)現(xiàn)象明顯、孔隙多且連通性好，作為壩體和河堤的組成與基礎(chǔ)，容易受到損壞［１］ 。

近年來(lái)極端天氣增加，汛期黃河下游河道受影響較大，大流量、高流速、水位驟升等不利因素常導(dǎo)致壩岸和河堤淘蝕、滑塌，造成險(xiǎn)情［２］ 。針對(duì)此情況，黃河河道整治工程中險(xiǎn)工壩岸、河堤常采用散拋石護(hù)根來(lái)維持壩垛與堤岸的安全。壩垛工程根石的穩(wěn)固對(duì)壩岸和河堤的穩(wěn)定具有決定性作用，但壩岸和河堤在遭受沖刷后基礎(chǔ)比較薄弱，防汛石尺寸偏小、工程斷面不盡合理、含沙水流沖刷等常導(dǎo)致根石走失［３］ 。在實(shí)際防汛搶險(xiǎn)工作中，常采用頻繁、快速的方法盲目拋投石塊，造成效率低、石料浪費(fèi)的后果。

拋投落距是指防汛石拋投入水點(diǎn)與其著床點(diǎn)之間沿水流方向的水平距離，距離越小意味著越穩(wěn)定。落距的影響因素眾多，包括防汛石形狀與尺寸、自重、浮力、拖曳力、上舉力、摩擦力等［４］ 。黃衛(wèi)東等［５］ 通過(guò)分析深水潛壩加固區(qū)水流流速分布規(guī)律，推導(dǎo)出塊石沉速、拋投落距和綜合拋投離散參數(shù)公式；李林林等［６］考慮細(xì)沙顆粒黏聚力及附加壓力對(duì)泥沙的影響，引入起動(dòng)概率與附加質(zhì)量力，采用滑動(dòng)起動(dòng)模型推導(dǎo)了斜坡泥沙起動(dòng)流速公式；李小超等［７］ 對(duì)不同水深、流速、拋高、自重及形狀的拋石進(jìn)行了拋投試驗(yàn)，推導(dǎo)了拋石漂移距離公式，公式計(jì)算結(jié)果與模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好；楊昌明等［８］ 基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用ＦＬＯＷ－３Ｄ 數(shù)值模擬軟件模擬水下塊體在水流作用下的水平拖曳力，在數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證可靠的前提下，分析塊體不同尺寸及其與水流不同夾角對(duì)水平拖曳力系數(shù)的影響，確定了合理的系數(shù)取值方法與范圍。