[发明专利]一种河流险工冲刷安全分析与岸坡稳定性判定方法

说明书

本发明公开了一种河流险工冲刷安全分析与岸坡稳定性判定方法，步骤一：生成作为构建二维河道水/沙模型的数据集；步骤二、根据研究区域中河段参数，设置模型计算参数与定解条件，构建研究区域二维水/沙数值模拟模型；步骤三、根据不同洪水条件下的来沙情况设定多种工况，利用二维水/沙数值模型对研究区域河道水/沙输移及河床冲淤进行模拟，基于模拟结果对洪水前后险工河床进行分析，分别计算河流险工岸坡河床冲深距离和河侧向侵蚀距离；步骤四：构建险工岸坡渗流～稳定分析有限元模型，定量化研究各因素与岸坡稳定安全系数间关系。本发明研究了水流冲刷作用下的河道险工岸坡稳定性，为险工岸坡稳定性评估提供了定量化手段。

技术领域

本发明涉及与河道防洪安全技术领域，特别涉及一种河流险工冲刷安全分析与岸坡稳定性判定方法。

背景技术

河道险工作为河道整治工程的重要组成部分，其岸坡淘刷导致的稳定性问题一直是防洪安全中的重要内容。由于多沙河道形态一般较为复杂，主流摆动较大，其险工岸坡抗冲能力较低，洪水期间易受到水流冲刷影响，导致坡脚被侵蚀，造成岸坡沿线形成陡坎从而威胁险工安全，因此，在现状条件下，研究河流险工汛冲刷安全分析与稳定性判定对保障河道防洪安全具有重要意义。

从目前国内外相关研究来看，河流冲刷作用对岸坡稳定的影响研究分为两类，一类侧重于河流冲刷作用下的岸坡形态变化研究，另一类侧重于冲刷引起的附加应力研究。在岸坡形态变化研究中，冲刷侵蚀多是采用经验公式计算的，得出结果只是近似值。对于多沙水流冲刷作用下的岸坡稳定问题，国内外主要以水动力学结合土力学模型研究为主，而在汛期多沙水流对险工冲刷安全影响分析方面，目前缺乏一种考虑各影响因子综合作用的河流险工稳定性判定的方法，对岸坡稳定性研究中缺乏险工冲刷安全的水动力学-土力学模型的研究，更缺乏考虑汛期多沙水流冲刷作用的河流险工稳定性判断等问题。

发明内容

本发明旨在提出一种河流险工冲刷安全分析与岸坡稳定性的判定方法，综合考虑各类影响险工稳定因素，构建险工稳定安全判别公式，为河流险工稳定性判断提供一种定量化解决方案。

本发明的一种河流险工冲刷安全分析与岸坡稳定性判定方法，该方法包括以下流程：

步骤一：依据河道河势变化和堤防历史出险情况，明确研究区域地形数据与险工工段几何尺寸，将水位、流量与含沙量数据作为边界条件进行该研究区域的水文数据与含沙量数据分析，生成作为构建二维河道水/沙数值模拟模型的数据集；

步骤二：根据研究区域中河段的河流走向、河道断面、数字地形高程，险工几何尺寸，设置模型计算参数与定解条件，采用MIKE21中的水动力模块与泥沙模块构建研究区域二维水/沙数值模拟模型：

水动力模块模型：

连续性方程表达式如下：

动量方程表达式如下：

式中，t为时间；u为流速在x方向上的分量，η为河床底高程，d为静水深，h为水深，h＝d+η，g为重力加速度，f为科氏力；ρ为水的密度；s_xx,s_xy为辐射应力分量；p_a为大气压强，ρ₀为水的相对密度，S为源项，u_s,v_s为源项水流流速，为沿水深方向的流速平均值，T_ii为侧向应力；

泥沙模块模型：

悬移质非恒定不平衡输沙基本方程表达式如下：