河道堤防结构汛期稳定性分析及安全评价

河道堤防结构汛期稳定性分析及安全评价

何叶， ,仇靓

湖南城市学院 土木工程学院， 湖南 益阳 413000

摘要：河流沿岸的堤防结构是抵抗水灾的第一道防线，是世界上最早广为采用的一种重要防洪工程。受季节性降水和冰雪融化的影响，都会遭遇定时性水位上涨的时期，汛期水位高涨，水流速度提高，河道过水面增大，都会直接影响河道堤防结构的稳定性。以防为主，关注堤防结构在运营前后的稳定性和安全状况，做好堤防工程的汛前检查鉴定与安全评价，是减少生命财产损失的有效措施。

关  键  词：汛期；堤防结构；稳定性；安全评价

一、引言

汛期为受季节性降水和冰雪融化的影响所引起的定时性水位上涨时期称，汛期不等于水灾，但水灾一般都在汛期，长期以来洪涝灾害一直困扰着我国大部分地区，如1991年淮河、太湖流域发大水，1998年长江、嫩江、松花江、珠江、西江等流域均发生了特大洪水。河流沿岸的堤防结构是抵抗水灾的第一道防线，是世界上最早广为采用的一种重要防洪工程，筑堤是防御洪水泛滥，保护居民和工农业生产的主要措施。洪水无情，一旦堤防出现险情，将造成很大的生命财产损失。防洪筑堤工作，是减少险情的有效措施，然而，人们无法完全掌握历史遗留隐患和地层薄弱环节影响，险情不可能完全排除，所以需要重点关注堤防结构在运营前后的稳定性和安全状况，做好堤防工程的汛前检查鉴定，以防为主，尽量减少出险的可能性。

二、河堤稳定性分析

1、河堤失稳研究

受堤防断面形式、堤身填土类型及质量、地基土层结构及渗透性、堤防内外水位条件等因素影响，堤防险情可分为静力失稳和渗透破坏两类。堤防结构建成后，在运营过程中可能会遇到各种各样的情况，如汛期河水的涨、落、冲刷等均会使堤防边坡出现失稳隐患。汛期堤防边坡失稳包括临水坡的滑坡和崩岸与背水坡的滑坡，这些险情严重威胁着堤防的安全，必须进行有效治理。河堤失稳的原因是多方面的，在除险加固前必须多做实地调查，对引起失稳的原因进行仔细的分析判断。

国内很多学者进行了这方面的研究：刘世凯[1]等人对长江中下游重点堤防的研究结果表明水位突降时堤防易出现滑坡；高峰[2]等人研究了孔隙气压和水压变化对饱和土堤防结构稳定性的影响；吴孔军[3]、赵宇坤[4]等人对黄河下游堤防岸坡稳定性进行了研究，得到了黄河某些堤段水位突降时的岸坡稳定图；张芳枝[5]等人研究了强度折减法在堤防结构稳定分析中的应用；刘美义[6]等人分析了河堤临水面堤脚失稳的工程实例，提出了防止堤脚失稳滑坡的有效方法；朱涛[7]等人研究了堤防结构在洪水位变化过程中的稳定性；许冶佳[8]等人采用Rocscience Slide软件建立了堤岸-河水-地基模型，基于刚体极限平衡法分析了堤防结构在不同水位条件下的稳定性；吴传余[9]分析计算了水位升降速率对河堤稳定安全系数的影响，研究表明：水位下降时，坡外水压力减小迅速，而坡体内水压减小相对滞后，形成由坡内指向坡外的压力差，增大的坡体下滑力导致河堤库岸边坡不稳定，而水位上升时，垂直坡面向里的渗透力以及坡面的水压力增强了河堤边坡稳定性。国外学者Christopher W. Behling P.E. [10]考虑红河地区洪水泛滥带来的巨大经济损失，研究了稳定的防洪堤路线确定方案。

2、河堤渗透破坏研究

在汛期，当河水位上涨到一定高度且持续时间又较长时，浸润线以下部分的河堤将呈浸水饱和状态，筑堤材料完全饱和后，抗剪强度降低，堤身自重增加，相应的下滑力增大，加之渗流产生的渗透力，会进一步增加滑动体的滑动力，这些是渗透破坏导致滑坡的重要原因。渗透所引起的管涌、喷砂等现象会削弱河堤的强度而造成破坏事故。洪水水位上升时通过地表附近的透水层向河堤背侧渗透, 由于过大水压力的作用在背面坡脚发生喷砂、管涌, 地表隆起、液化等现象, 会导致土砂流失, 最终诱发河堤破坏。

国外学者Yamamura K[11]等人较早研究了河堤渗流对滑坡稳定性的影响；Lo Presti, Diego C.F[12]等人研究提出了使用塑料隔膜可以提高河堤抵抗渗透破坏的能力；Nakashima, Koji[13]等人通过离心试验对堤防结构进行了模拟测试，研究了洪水渗透所引起的内部侵蚀对河堤宏观变形和稳定性的影响。国内学者朱伟[14-15]等人结合大比尺模型的渗透试验，研究了雨水、洪水渗透时河堤稳定性及破坏机理，并结合有限元研究了洪水渗透的过程和特征, 分析了各种条件对河堤内渗流的影；梅强[16]等人分析了Autobank7 在河道堤防渗流稳定分析中的应用；陈娟[17]等人结合工程实例，通过方案必选分析，提出了在堤防结构迎水坡铺设复合土工膜的防渗处理方法可以提高防洪稳定性。

三、河堤安全评价

安全评价是堤防加固设计前期工作的重要组成部分，也是加固后堤防工程安全运行管理的重要依据。实践证明堤防工程是一个复杂系统，其安全性受洪水、地震、堤身填土质量、堤基结构和类型、河道水流条件等诸多因素影响，堤防工程安全评价属于多层次、多目标的综合评价。在日本、荷兰、澳大利亚等发达国家，堤防工程安全评价体系比较完善，而在我国起步比较晚，比较零散，理论体系还不够完整。

李青云[18]等人分析了安全评价的重要性和必要性，并提出了开展长江堤防工程安全评价研究的设想和思路；王俊[19]等人提出了用土力学评价法、事故树法和危险水位评价法对黄河堤防工程进行安全评价；李舒瑶[20]等人用堤顶高程、堤防渗透坡降和抗滑稳定系数对黄河堤防工程的几段重要堤段进行了安全评价；刘亚莲[21]等人将突变理论引入堤防工程安全评价中，根据突变评价原理，建立了堤防工程安全综合评价指标体；雷鹏[22]等人针对堤防不同的破坏模式，建立了基于AHP 的堤防安全评价体系，研究了指标值和权重的确定方法，并应用模糊理论对堤防安全进行了综合评价；杨德玮等人结合险工险段识别与专家经验方法，将单元堤安全等级按抗洪能力、渗透情况、结构稳定、抗震能力等因素分为４级，给出全面的单元堤安全状态指标级别判别依据与判别方法；杨端阳[24]等人探讨了堤防失效模式、安全风险分析方法及风险分析中不确定性研究现状，并对不确定性分析主要方法，如可靠性分析、模糊综合评价、灰色系统评价和人工神经网络等方法逐一加以阐述其在国内外的应用情况及方法的优缺点及适用性。

四、结论

堤防工程是我国防洪工程体系中最重要的一部分，汛期河道堤防结构的稳定性与河道两岸人民生命财产息息相关。对河道堤防进行安全评价是河道堤防安全运营的重要保障，可以结合堤防结构运营现状调查、现场检测、建模进行复核计算等方法进行安全评价，确定河道堤防结构的安全等级，并结合地域特点，推陈出新，提出有效可行的堤防结构治理方案。

参考文献

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基金项目：湖南省教育厅科研项目（20C0379）

作者简介：何叶（1984-），女，湖南益阳人，讲师，主要从事水工结构与岩土基础方面的教学与研究工作。