流滑型窝崩水土交互作用机制的研究

The nest shape riverbank flow slide failure, in the middle & lower reach of the Yangtze River is a geological disaster with large harmful to many aspects, and also a main type of the lateral deformation of riverbed. It is of important practical significance and great value to study mechanism of the failure not only in technique improvement of disaster reduction river regulation but also in theory development of river dynamics. On the basis of the former work, a study on its mechanism of co-operation between water and soil in evolution process will be performed in this project by combination theoretical research and lab test and numerical calculation. Emphasis of the research is demonstration of the main dynamic factors of the failure formation, mechanism model of the bank failure and soil transport, and coincidence of flow-sediment in the model. Meanwhile, a 3-D numerical model describing the typical failure case will be established, and verification calculation of the model will also be done according to survey data. It can be predicted to perform this project to obtain some very valuable results, including clear knowing about the main factor and its contribution to the failure, critical condition of soil mass collapse occurrence and ceasing, and relation between current structure and soil mass transport in the failure pond, and variation of slope shape, etc. Compared with the former researches, more studying contents will be performed by deeper theory and more advanced method and technique. It is foreseeable that many innovation achievements will be gotten in this project.

流滑型窝崩是长江中下游一种危害很大的地质灾害现象，也是河床横向变形的一种主要方式，深入进行该问题研究，不仅对防洪减灾和河道治理技术的提高具有现实意义，而且在泥沙基础理论研究上体现良好的学术价值。本项申请拟在以往工作基础上，采取理论分析与模拟试验研究和数值计算相结合的手段，深入研究其发展过程中水土交互作用机制，重点是论证窝崩形成的主要动力因素，土体崩塌破坏、搬运机理，建立力学模式及其与水流泥沙运动数值模型之间的耦合关系。在此基础上，构建窝崩三维数值模型，模拟其形成和发展，并与实测资料验证。通过本项研究工作，将认识清楚窝崩形成的动力因子及其贡献率、土体崩塌发生与停止的临界条件、窝塘内复杂水流结构与土体搬运的关系及河岸形态变化规律等一系列问题。与以往相关研究工作相比，本项研究内容更丰富，理论性更强，研究手段更先进，成果也将更具有创新性。

流滑型窝崩是长江中下游崩岸的一种重要表现形式，涉及到河道水流与岸滩土体的交互作用，机理复杂、规律难偱，以往研究及成果甚少。本项目采取、现场调研、理论分析与水槽概化试验研究和三维数值计算相结合的技术手段与方法，针对流滑型窝崩发展过程中的力学机制进行了深入研究，主要内容包括窝崩形成原因及其主要动力因素，窝崩水流结构，土体崩塌破坏、搬运机理及河岸形态变化规律，等等。通过一系列研究工作，取得了明显进展与丰富成果，主要有：（1）获得了流滑型窝崩的形成原因的新认识，此类窝崩有两种，一种是岸滩土体受水流持续冲刷和搬运而造成，另一种是由土体水平侧向滑移而形成；（2）对窝崩复杂水流结构有了较为深入的认识，通过划分窝塘附近不同流态区域，揭示了各区域水流结构随窝崩发展程度的变化特征与规律，如窝塘内回流分布及其随时间的变化规律、口门水面瞬时波动特征等；（3）基本认识清楚窝崩形成的动力因子及其贡献率、土体崩塌发生与停止的临界条件、窝塘内复杂水流结构与土体搬运的关系及河岸形态变化规律等一系列疑难问题；（4）在以往工作基础上改进和完善进行的水槽窝崩概化模拟试验、原型窝崩水流结构模拟试验和数值计算等技术手段方法，形成了相应的技术成果和成熟的经验。（5）公开发表学术论文11篇，获取专利和软件著作权7项，培养了博士和硕士研究生各一名。这些研究进展与成果，包括理论研究、模拟试验和数值计算等过程中产生的相关结论和数据，均具有重要价值与意义，不仅为今后继续深入研究窝崩成因机理与规律奠定了基础，促进河流动力学和土力学的学科交叉与发展，体现出明显的科学意义，而且也可直接为今后窝崩的治理措施和技术提供理论指导，从而具有很大的工程应用价值和现实意义。