基于新型生態袋式河堤的龍崗河生態治理應用研究

宋艷芬

(深圳市龍崗區水務局,廣東 深圳 518000)

0 引 言

生態袋式河堤是一種新型河道治理方式,其在保證河堤承載力的同時,還可對河道的生態效益進行改善。近年來,許多專家學者針對生態袋式河堤、護坡的力學性能及生態改善效果開展了相關研究。邱利文等[1]以三峽庫區為研究對象,采用生態袋護坡對當地的生態環境進行修復,并分析了其修復效果,結果表明生態袋護坡在加強邊坡穩定性的同時,還可修復庫岸的生態環境。劉鴻鵠等[2]以某道路工程為研究對象,對其施工現場情況進行監測,分析了生態袋邊坡的穩定性,結果表明采用生態袋可通過植物的根系作用提高邊坡的穩定性,生態袋的布設方式對其穩定性存在一定的影響。蔣希雁等[3]以某邊坡工程為研究對象,開展模型試驗,分析了坡比及降雨條件對生態袋式邊坡穩定性的影響,結果表明坡比與邊坡的飽和速度呈負相關關系。李慶斌等[4]以某河道為研究對象,采用生態袋對該河道岸坡進行治理,開展直剪試驗,分析了生態袋岸坡的力學性能,結果表明生態袋可提高河道岸坡的穩定性。李若鵬等[5]以某邊坡工程為研究對象,分析了生態袋護坡技術的加固機理,結果表明生態袋護坡主要通過植物的根系作用,提高邊坡的穩定性。

本文以龍崗河為研究對象,開展大型直剪試驗,分析采用生態袋式河堤的剪切性能及穩定性,并建立河道治理評價指標體系,分析生態袋式河堤對河道治理的綜合效果。

1 工程概況

龍崗區全區流域面積大于1km2的河流共62條,河道總長度約211.56 km。其中,流域面積大于10km2的河流有24條,分屬三大水系:龍崗河流域、深圳河流域、觀瀾河流域。主要河流有龍崗河、布吉河、丁山河、黃沙河、大康河、南約河、龍西河、同樂河等。水系發達,來水復雜,存在跨界河流傳遞上游污染的風險。龍崗河發源于梧桐山,是東江二級支流淡水河的干流,其上游有橫崗街道的梧桐山河、大康河、簡龍河以及何茂盛河,流經龍崗街道、坪地街道、坑梓街道后,入惠陽境內。其支流主要分布在龍崗河右岸,走向多呈北北東或北東向,呈梳狀排列。龍崗河全流域面積181km2,總落差723m,河長35km,河床平均坡降1.14%。

2 生態袋式河堤力學特性及河道治理評價

為了改善龍崗河的污染情況,采用新型生態袋式河堤對河道進行治理。首先,開展大型直剪試驗,對生態袋式河堤的剪切特性進行分析,研究不同含水率及法相應力下,其剪切特性變化規律。其次,對新型生態袋式河堤對河道治理的效果進行評價,基于層次分析法,得出其河道治理評價指標體系,見表1。

表1 河道治理評價指標體系

3 結果分析

為了分析含水率與法相應力對生態袋式河堤剪切特性的影響,開展大型直剪試驗,當含水率為10%時,其剪切位移-剪應力曲線見圖1。由圖1可知,不同法相應力下的剪切位移-剪應力曲線變化趨勢具有一致性,其剪切位移與剪應力呈正相關關系。其中,當法相應力為200kPa時,試樣有最大剪應力,其值為224kPa;當法相應力為50kPa時,試樣有最小剪應力,其值為63kPa。試樣的剪應力與其所受的法相應力間呈正相關關系,在同一剪切位移下,隨著試樣所受法相應力的增大,其剪應力逐漸增大。當試樣所受的法相應力較小時,不同法相應力間的最大剪應力間的差值較小,隨著試樣所受法相應力的增大,不同剪應力間的差值逐漸增大。表明當試樣所受法相較大時,法相應力的變化對于其剪應力的影響較為顯著。

圖1 含水率為10%的剪切位移-剪應力曲線

當含水率為14%時,剪切位移-剪應力曲線見圖2。由圖2可知,含水率為14%的剪切位移-剪應力曲線與含水率為10%的曲線變化趨勢一致,隨著試樣所受剪應力的增大,其發生的剪切位移逐漸增大。對比不同含水量間的差異可得,當法相應力一定時,含水率為14%的最大剪應力小于含水量為10%的最大剪應力。其中,當法相應力為200kPa時,含水率為14%的最大剪應力為209kPa,二者間的最大剪應力差值為15kPa。當法相應力較大時,含水率為14%與10%的剪應力差值較大,當法相應力為50kPa時,二者間的最大剪應力差值小于1kPa。表明當試樣所受的法相應力較大時,含水率的變化對于試樣剪切特性的影響較大;當試樣所受的法相應力較小時,含水率的變化對試樣的剪切性能影響較不明顯。

圖2 含水率為14%的剪切位移-剪應力曲線

當含水率為18%時,剪切位移-剪應力曲線見圖3。由圖3可知,試樣的剪切位移與剪應力總體呈正相關關系。其中,當法相應力為200kPa時,其剪切位移-剪應力曲線存在一定的波動性。當試樣的剪切位移大于10mm時,其剪應力變化趨勢逐漸趨于平緩。此時,試樣有最大剪應力,試樣的最大剪應力與其所受的法相應力間呈正相關關系。當試樣所受的法相應力為200kPa時,其剪應力有最大值,其值為182kPa。對比不同含水率下的試樣最大剪應力可得,試樣的含水率與其最大剪應力間呈負相關關系。當含水率為10%時,試樣的剪應力最大,其最大剪應力為224kPa。隨著試樣含水率的增大,其最大剪應力逐漸減小,表明含水率對生態袋式河堤的剪切性能影響顯著。當其含水率為10%時,生態袋式河堤有最大抗剪強度。

圖3 含水率為18%的剪切位移-剪應力曲線

當含水率為22%時,剪切位移-剪應力曲線見圖4。由圖4可知,該含水率下的剪切位移-剪應力曲線與其他含水率下的曲線變化趨勢具有一致性,其剪切位移與其剪應力間呈正相關關系。試樣所受的法相應力與其最大剪應力間呈正相關關系。當試樣所受的法相應力為200kPa時,其剪應力有最大值,其值為179kPa。隨著試樣含水率的增大,其最大剪應力逐漸減小,當試樣的含水率較大時,含水率的變化對試樣剪應力的影響并不顯著。含水率為22%與含水率為18%的剪應力差值僅為3kPa,表明當生態袋式河堤的含水率較大時,含水率的變化對其剪切性能的影響較不明顯。

圖4 含水率為22%的剪切位移-剪應力曲線

為了分析生態袋式河堤對河道的治理效果,根據表1中的指標,對治理前的河道進行綜合評價,結果見表2;治理后的河道評價結果見表3。由表2、表3可知,在采用生態袋式河堤前,該河道的功能評價、社會服務評價指標均為不合格,景觀評價基本合格,綜合評價指數為77.125。在采用生態袋式河堤后,該河道的各項評價指標大部分為優秀,且綜合評價指數顯著提升,其值為93.67,表明采用生態袋式河堤對于河道的綜合治理效果較好。

表2 治理前的河道評價結果

表3 治理后的河道評價結果

4 結 論

本文以龍崗河為研究對象,開展大型直剪試驗,對采用生態袋式河堤的剪切性能及穩定性進行了分析。同時,建立了河道治理評價指標體系,分析了生態袋式河堤對河道治理的綜合效果。結論如下:

1)當試樣含水率為10%時,不同法相應力下的剪切位移-剪應力曲線變化趨勢具有一致性,其剪切位移與剪應力呈正相關關系。其中,當法相應力為200kPa時,試樣有最大剪應力,其值為224kPa;當法相應力為50kPa時,試樣有最小剪應力,其值為63kPa。試樣的剪應力與其所受的法相應力間呈正相關關系,在同一剪切位移下,隨著試樣所受法相應力的增大,其剪應力逐漸增大。

2)當試樣的剪切位移大于10mm時,其剪應力變化趨勢逐漸趨于平緩。此時,試樣有最大剪應力,試樣的最大剪應力與其所受的法相應力間呈正相關關系。當試樣所受的法相應力為200kPa時,其剪應力有最大值。

3)在采用生態袋式河堤后,該河道的各項評價指標大部分為優秀,且其綜合評價指數顯著提升,其值為93.67,表明采用生態袋式河堤對于河道的綜合治理效果較好。