長江瑞昌段梁公堤段崩岸成因機制分析★

杜小盾，甘建軍

(1.瑞昌市水利局，江西 瑞昌 332200；2.南昌工程學院 鄱陽湖流域水工程安全與資源高效利用國家地方聯合工程實驗室，江西 南昌 330099)

1 概述

長江中下游瑞昌段平面形態復雜，既有河流分汊，也有山地和沖積平地，臨江面為長江右岸的凹岸，沖蝕崩岸現象嚴重，治理難度較大[1]。梁公堤段上起碼頭鎮金絲居委會，下至瑞昌市碼頭鎮老鼠尾碼頭，是《長江流域綜合防治規劃(2012—2030年)》及 《三峽后續工作總體規劃》確定的長江中下游崩岸重點治理河段。梁公堤為長江江西段重點治理的起點段，需要護岸的長度為4 290 m，其中新建坡腳4 290 m，新建護坡2 350 m(見圖1)。

梁公堤始建于1968年3月，堤防總長度5 605.0 m，設計防洪標準為50 a，堤防高度小值6.0 m，堤防最大高度為7.0 m，堤頂寬度5.0 m～7.0 m，堤頂高程26.5 m～26.0 m，設計水位24.0 m，水閘和泵站各1個。該河段經過多年的加固整治，大部分崩岸段已經得到治理，但由于雨情水情的變化，長江中下游極端降雨和清水下泄對梁公堤的沖刷加劇，導致其岸坡應力、應變、滲流場發生時空變異，導致坡體內部發生受力變形，部分老險工險段降雨和水位變化耦合作用下出了新的險情[2]。

水位漲跌、河道曲率、水流動力作用、降雨入滲和人類工程活動等內外因素對崩岸的影響研究關系到長江大保護國家戰略的順利實施，因此分析典型岸坡的崩岸機制，開展基于地質-水位-力學-形變的崩岸全過程的研究十分必要。以往的涉水岸坡崩塌形成機制研究多集中于河床演變、水位變化、泥沙沖擊等三個方面[3-5]，而基于地質、力學、水位的崩塌內外動力影響因素分析較少，隨著國家長江大保護戰略的推進，基于物理模擬試驗對內外動力因素的研究越來越受到重視[6-8]。本文結合瑞昌段梁公堤崩岸的工程地質特征，開展了單層和多層結構的崩岸形成機制研究，對降雨型涉水岸坡在不同降雨和庫水位耦合作用下的變形破壞特性進行物理模擬和理論分析，以期為長江崩岸建設提供科學參考。

2 梁公堤崩岸基本特征

2002年5月梁公堤全段均采取拋石、砌石、堆石等防護措施，但樁號1+100～2+175段岸坡于2005年7月28日發生窩崩，最大崩寬5 m；2016年8月3日發生條崩，最大崩寬6 m。2016年又對堤內小碼頭進行整治，但現場調查表明，樁號LG0+878～LG1+240段坡腳松散新近沉積物沖刷形成高約0.8 m～1.5 m的陡坎，其他段岸線除瑞昌市碼頭、洋豐碼頭尚有拋石、堆石防護外，其余堤段設施幾乎水毀殆盡，局部碎石零散堆積[9]。

梁公堤在長江河谷右岸沖湖積Ⅰ級，Ⅱ級階地上，以河流沖堆積和構造剝蝕垅崗丘陵地貌為主。地勢上南東高北西低，河道總體呈現向凹進的弧形，主泓偏向南岸，漫難不發育，以無漫灘為主(寬度小于50 m)。崩岸區主要位于Ⅰ級 以上沖洪積物豐富的堆積階地上。近岸河床高程一般-5 m～-12 m，長江流向96°～74°，深泓近岸，側蝕作用強烈(見圖1)。堤外分布有外灘，堤防樁號1+950以上外灘一般60 m～80 m，1+950以下堤段較寬，多在100 m以上，地勢較平坦，灘面高程一般17.5 m～19.5 m，沿岸線分布有眾多碼頭、躉船等設施(見圖1)。

岸坡總體較緩，水上坡度約8°～16°，水下岸坡坡度11°～28°，局部較陡，可達38°。該段河道主流靠南岸，河道微凹，深泓近岸，樁號3+980以上段近岸河床高程一般-5 m～-8 m，以下段近岸高程一般-1 m～-3 m，近岸河床深槽總體不發育，僅樁號0+878～1+085段分布，深槽高程-14 m～-17 m，長約140 m，寬約60 m，最大沖刷深度7 m～9 m，其他分布小型溝槽，槽底高程約-6.5 m～-10 m。

研究區岸坡崩岸按外觀形態和特征分主要有四種類型：一是條崩，主要發生在LG0+878～LG1+360段，崩岸的臨空面較陡，崩岸基本與岸線平行，崩岸高度約為0.8 m～1.5 m；二是窩崩，主要發生在LG1+360～LG2+118段、LG3+818～LG4+085段，坡面較緩，坡度一般6°～8°，平面上呈弧形，崩岸高度1 m～4 m，寬度20 m～80 m不等;三是洗崩，主要位于LG2+118～LG2+818，該段為瑞昌公用碼頭、洋豐碼頭，已采用拋石堆石護岸，局部破損，上覆新近沖積物，主要為河流反復洗刷導致塌岸；四是滑崩，主要位于梁公堤LG2+818～LG3+818段，該段土質松散，長江水流橫向沖刷河岸，加之土體排滲不暢，汛后江水位下降較快時，坡體崩滑呈圓弧狀(見圖1)。

3 梁公堤崩岸的地質環境條件

崩岸的發生往往與其地質及水文環境密切相關，松散的土層、彎曲的河道、強勁的水文動力作用極其有利于崩岸的發生。

3.1 地質環境

瑞昌市梁公堤位于長江入贛的南岸，保護著瑞昌市碼頭鎮5.7萬人，5 360 hm2的耕地，養殖水面440 hm2，產值超過5億元的數十家骨干企業，是長江江西段的重點堤防。

長江在梁公堤以西(上游)為瑞昌市富池鎮所屬的下巢湖堤段，該段長江近135°弧形彎道，由南北向東西向偏轉，河道寬1.1 km～3.5 km，江對岸為湖北武穴市；梁公堤下游與九江市柴桑區城子外埠所屬的赤心堤連接，江中有新洲形成鎖口，逼迫長江向東南方向偏。從總的河道侵蝕方向來看，梁公堤段是長江入贛段第一個凹岸，不斷受到長江侵蝕，河道逐年向南移。

梁公堤附近長江最低枯水位9.11 m，洪水位19 m～24 m。其中LG0+878～LG2+818段，外灘寬50 m～130 m，坡頂高程18.1 m～19.7 m，近岸河床高程-5 m～-12 m，坡高25 m～32 m，坡度6°～18°。近岸樁號0+878～1+085一帶河床沖刷深槽發育，深槽高程-14 m～-17 m，寬約60 m，最大沖刷深度7 m～9 m。

梁公堤樁號LG2+818～LG4+908段，外灘較寬，寬度一般210 m～330 m，坡頂高程17.8 m～19.6 m，坡底高程-6 m～-9 m，坡高25 m～30 m，水上岸坡坡度5°～18°，水下岸坡坡度10°～28°，近岸河床沖刷深槽不發育。

梁公堤位于第四系全新統沖積層土，巖性主要為粉質黏土、粉質壤土、礫砂等，厚24 m～38 m，下伏為二疊系下統茅口組的灰巖，主要地層巖性可分為5層(見表1)。

表1 梁公堤地層巖性分布特征表

下伏二疊系下統茅口組灰巖，埋藏深度受地殼運動和古長江沖刷作用起伏不平，根據現在鉆探資料，埋深在26 m以下，局部含有洞徑2 m～8 m的溶洞或孔洞。

研究區地下水根據水文地質條件主要分為三層。第一層為相對隔水層，主要巖性為第四系全新統上部黏性土層和粉質壤土層，厚度5 m～28 m，滲透系數K<1.0×10-5cm/s；第二層為上層滯水，巖性主要為砂壤土、粉細砂等夾層，厚度0.5 m～3 m，滲透系數10-3cm/s

3.2 水文環境

長江水由湖北武穴進入瑞昌后，江水急驟拐彎，導致河流沖刷劇烈，加之梁公堤屬于凹岸，造成深泓近岸，至梁公堤尾堤，河岸由南凹轉北凸，近岸河槽由深轉淺，河岸水動力沖刷作用由強轉弱，導致崩岸形式隨之變化。從河道崩岸的1990年—2020年的歷史影像分析，30年來，梁公堤段上段(LG0+878～LG2+818)，河道面南東方向偏移3 m～5 m；中段(LG2+818～LG3+908)向南凹進4 m～5 m；下段(LG3+818～LG4+908)向北東方向凸出2 m～3 m。

梁公堤上游瑞昌河道管理局(LG0+100)段至碼頭段(LG2+200)長江岸線曲率增大，水深近泓，水流加速壅水，長水對岸坡沖刷力增加大。因此，梁公堤上游段岸坡受到長江主流沖蝕和水流循環作用，長期受到強烈沖蝕和淘蝕，使LG0+100～LG2+200段崩岸較為嚴重(見圖2)。

4 梁公堤崩岸的形成機制分析

以往的研究多將崩岸的形成歸結于水流動力沖刷、泥砂沖蝕淘蝕、河道沖淤演變、巖坡土壤地質構造等因素造成，但對于降雨與庫水位耦合作用等考慮的尚不多見。

4.1 地質因素

據現場調查，梁公堤段位于長江右岸，岸坡地質結構主要有兩類：一是Ⅰ1型單層地質結構，坡體巖性主要為粉質黏土或淤泥質粉質黏土，位于樁號LG0+878～LG2+818之間；二是Ⅱ2型雙層地質結構，坡體巖性上層為粉質黏土，厚度大于5 m，下層為淤泥質粉質黏土或砂性土，厚薄不均；位于樁號LG2+818～LG4+908之間，主要由粉質黏土、粉質壤土等黏性土組成；滑坡，坡高15 m～54 m(見圖3)。

雙層結構的岸坡存在上硬下軟的特征，坡體在飽水作用下軟化，黏聚力和內摩擦角迅速降低，抗剪強度降低。同時，有的堤段下伏順向或緩傾向外的基巖滑床，形成控制性優勢岸坡結構面，其相鄰的上覆淤泥質黏土或砂性土相當于軟弱夾層，在重力作用下順向滑床向前滑移，引起崩岸。所以，二元結構的河床土質為崩岸形成與發展有較大的影響。

4.2 降雨因素

降雨與崩岸的發生之間的關系較為復雜，除了跟降雨強度、降雨持續時間有關之外，還與岸坡的地質結構密切相關。根據剛體極限平衡理論，岸坡穩定系數為其抗滑力與抗滑力之比值，當岸坡后緣有裂縫時，降雨入滲會導致裂縫中孔隙水壓力的變化，此時會有兩個主要工況：若裂縫貫通，長江水位上漲時，岸坡產生浮托力F′，岸坡趨于穩定，長江水位下跌時，岸坡在重力作用下的下滑力增加，岸坡穩定系數降低，坡體加速崩滑；若裂縫未貫通，降雨入滲在裂縫形成超孔隙水壓力PWi-1和Ui，推動坡體向臨空面崩滑(見圖4)。

4.3 河流動力因素

由于梁公堤段總體南微凹，深泓近岸，在水流的橫向力、離心力、上層合力、下層合力形成凹岸環流、回流、波浪、沖刷等作用，導致岸坡崩岸；從平面上向，梁公堤右彎，在長江水流流向及其慣性力V、克利奧里力F以及彎道離心力P的合力作用下，水流沖擊合力大，侵蝕力大，不斷對岸坡進行了沖刷和泡蝕，近10年來崩岸高度1 m～5 m。在崩岸之后由于沒有及時護岸，導致凹岸臨空面形成剪出口，隨后變形向后方延伸，在河流動力持續作用下，岸坡形成不同形式崩岸(見圖5)。

4.4 人類工程活動因素

梁公堤位于長江入贛第一鎮碼頭鎮，一直是通商古埠，人類活動頻繁，除自然作用外，崩岸還是一個與河道內采砂、碼頭建設、沿岸工程建設活動密切的相關變形破壞過程，這些人類工程活動也會造成河岸地形地貌改變、巖土體結構改變、河道流沙、河床失衡等現象，會導致河岸的加速崩滑。

5 結論與建議

1)通過野外調查及地質勘查表明，該堤防是在長江水動力、降雨入滲和人類工程活動共同作用下發生的崩岸。其中水位變化產生水動力沖刷作用是崩岸發生的外因，而由軟弱基底、雙層地質結構及水系聯通條件好的凹形岸坡是崩岸發生的內因，且在岸坡的人類工程活動對崩岸的形成有促進作用。

2)根據《長江流域綜合規劃(2012—2030)及《三峽后續工作總體規劃》，梁公堤為長江重點治理河段，是九江百里長江美麗岸線的起點部分，也是建設沿江綠色生態廊道的關鍵。但由于深泓近岸，梁公堤岸坡受到離心力、橫向力、克里奧里力等多種合力作用，不僅會影響堤內“園林景觀帶”和碼頭的安全，也會威脅堤身和堤外建筑物安全。

3)基于現場調查和岸坡線歷史演變分析，梁公堤首尾兩段受到河流侵蝕的影響較大，各標段變形幅度或變形方向呈現不同的規律?？傮w上，起點至碼頭位置崩岸程度最大，以條崩為主；梁公堤尾段的崩岸程度次之，以窩崩或滑崩為主；梁公堤中部的平緩位置崩岸程度最小，以洗崩為主。反映崩岸受到水流、水勢和地勢的綜合影響，在水位變化和坡體受力作用下形成機制不同。因此，崩岸的治理應以應綜合考慮以上因素的綜合影響，因地制宜選擇堆石、護岸、固化、生態護坡等措施。