拋投防汛石沿坡面滑滾落距影響因素研究

摘 要：為論證拋投時防汛石沿坡面滑滾的落距影響因素，基于黃河下游順壩區沿岸坡拋投工況，建立理想情況下日常根石除險加固的拋投防汛石模型，推導考慮流速、水深、河堤坡度、邊坡粗糙度的理論公式，通過水槽試驗對理論分析結果進行驗證比較，找出不同形狀防汛石的拋投落距規律。結果表明：水流流速越大，拋投水深越深，河堤坡度越緩，邊坡粗糙度越大，則防汛石的落距越大；不同形狀的防汛石拋投落距不同，在其他因素相同的情況下，四棱臺的落距最小，為最佳形狀。利用鋼筋混凝土外殼和沙石芯制作大體積新型復合材料防汛石，在黃河下游進行現場拋投試驗，其落距與推算結果比較吻合。

關鍵詞：防汛石；落距；水槽試驗；黃河下游

中圖分類號：Ｕ６１２；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０８．０１１

引用格式：劉濱，楊德生，張淑紅，等．拋投防汛石沿坡面滑滾落距影響因素研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（８）：６０－６４，７０．

０ 引言

黃河下游平原主要地層為沉積厚度３０～２７０ ｍ 的第四紀黃河泛濫沖積物和洪積物，從上至下為黃河組、黑土湖組和平原組，以平原組為主，巖性主要為黃棕色粉質黏土和粉土，層間含有少量不等粒砂層。黃河沖積土的工程特性為液塑限低、毛細現象明顯、孔隙多且連通性好，作為壩體和河堤的組成與基礎，容易受到損壞［１］ 。

近年來極端天氣增加，汛期黃河下游河道受影響較大，大流量、高流速、水位驟升等不利因素常導致壩岸和河堤淘蝕、滑塌，造成險情［２］ 。針對此情況，黃河河道整治工程中險工壩岸、河堤常采用散拋石護根來維持壩垛與堤岸的安全。壩垛工程根石的穩固對壩岸和河堤的穩定具有決定性作用，但壩岸和河堤在遭受沖刷后基礎比較薄弱，防汛石尺寸偏小、工程斷面不盡合理、含沙水流沖刷等常導致根石走失［３］ 。在實際防汛搶險工作中，常采用頻繁、快速的方法盲目拋投石塊，造成效率低、石料浪費的后果。

拋投落距是指防汛石拋投入水點與其著床點之間沿水流方向的水平距離，距離越小意味著越穩定。落距的影響因素眾多，包括防汛石形狀與尺寸、自重、浮力、拖曳力、上舉力、摩擦力等［４］ 。黃衛東等［５］ 通過分析深水潛壩加固區水流流速分布規律，推導出塊石沉速、拋投落距和綜合拋投離散參數公式；李林林等［６］考慮細沙顆粒黏聚力及附加壓力對泥沙的影響，引入起動概率與附加質量力，采用滑動起動模型推導了斜坡泥沙起動流速公式；李小超等［７］ 對不同水深、流速、拋高、自重及形狀的拋石進行了拋投試驗，推導了拋石漂移距離公式，公式計算結果與模型試驗數據吻合較好；楊昌明等［８］ 基于試驗數據，應用ＦＬＯＷ－３Ｄ 數值模擬軟件模擬水下塊體在水流作用下的水平拖曳力，在數值模擬結果驗證可靠的前提下，分析塊體不同尺寸及其與水流不同夾角對水平拖曳力系數的影響，確定了合理的系數取值方法與范圍。