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摘要：在我国西南一些大江大河的河谷地带广泛分布一套形成于第四纪更新世冰水堆积体，这些冰水堆积体大多规模巨大，体积动辄数百万m3，甚至数千万m3。在漫长的形成演化历史过程中，受沉积环境变化影响，这些冰水堆积体大多具有复杂的沉积和结构特征。本世纪以来，随着上述地区各类大型基础建设的陆续上马，上述大型冰水堆积常常构成了人类工程建设的地质背景条件，成为制约人类工程建设活动一个重要因素，因此针对该类古冰水堆积体的工程特性以及工程中面临的突出问题展开专门深入研究显得尤为迫切。
关键词：河堤与塌岸；工程特性；稳定性
引言
在过去的几十年里，黄河故道的土堤每年都面临侵蚀、决口等问题。河堤主要的损坏原因可以分解为人类活动、溢流、侵蚀、渗漏和地基滑动。此外，施工期间的监督不足导致土方工程质量差，使用了不合适的施工材料、土壤结块、土块粉碎不彻底、土壤压实不足、或表土层铺设不足、使用劣质材料、维护不足、河流迁移和公众砍伐。在诸多原因中，设计方法和施工程序不当是主要原因路堤破坏最重要的原因之一。
1、河堤与塌岸岩土工程特性
（1）颗粒粒径分布范围广、物质成分复杂。组成冰水堆积体的颗粒大小相差悬殊，既有直径2m以上的巨大漂砾，也含有黏粒和粉粒，粒径从巨颗粒到细颗粒均有分布，其中主要以巨颗粒和60～2mm的粗颗粒为主，土体不均匀系数高，组成堆积体的物质成分复杂，且大多属远源物质。（2）结构密实，少见架空现象。由于冰水堆积体形成时期较早，经过了较长期的固结作用，因而颗粒之间嵌合较为紧密，一般呈中密～密实状，大多还具有一定程度的泥质或弱钙质胶结，试验测定其天然容重可达21.2～23.8KN/m3。（3）独特的沉积特征。由于冰水堆积体主要是冰川融水搬运堆积而成的产物，因而其结构上仍保留有一定程度的水流作用痕迹（如成层性），但由于水流作用时间相对较短，搬运距离较短，因而其颗粒大多磨圆较差，呈次棱角～亚磨圆状，堆积体中往往含有呈透镜体状展布的粘土条带。（4）特殊的工程特性。研究成果表明，这类冰水堆积体的结构特征、工程特性（物理性质、力学性质以及渗透性质）等诸多方面与一般第四系全新统松散堆积体存在较大差别，其力学强度一般较普通松散堆积体高，而渗透能力一般较低。因此自然界中该类冰水堆积体天然状态下大多具有较好的稳定性，自然坡度一般30～50°之间，局部甚至直立状。
2、材料和方法
基本物理性质参数见表1。试验结果表明，土壤的塑限和液限之间存在显著差异。路堤土的塑性极限是指非塑性（NP），其中河岸土的塑性极限为27%。从粒径分布分析可知，路堤土的最大粒径为425μm，有效粒径为7.6μm。据此，采用工程分类法将土壤划分为细砂（SF）类。同样，河岸土被划分为低液限（ML）的粉土[1]。
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表1土壤物理成分
根据击实试验结果，在最佳含水量（Wopt）为21.2%时，河堤土（ES）和河岸土（ＲS）的最大干密度分别为1.59g/cm3和1.72g/cm3，如图2所示。河堤土的渗透性和强度值随含水量的增加而变化，如图3所示。在含水量为24%时，渗透系数最小值为1.29×10－5cm/s，超过最佳含水量，接近液限（w=25.8%）。干侧单位含水率变化时，渗透系数的变化几乎比最小渗透系数大一个数量级。
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图1河堤土壤和河岸土壤的压实曲线
3、结果与讨论
现实情况是，沙袋仅在洪水紧急情况下放置。但是，沙袋也在其他时间保护河岸坡面，防止雨水和径流冲刷细颗粒物，同样十分重要。在其他一些地方，预制混凝土块被代替沙袋。但是，预制混凝土块相对于沙袋非常昂贵，所以在某种程度上是使用范围有限的。沙子是最便宜且容易获得的材料。因此，沙袋的河岸、河堤应用可能是堤坝防护的一种切实可行的方法。除沙袋外，薄层水泥复合材料可作为护坡措施。但是，要找到一个有效的、可持续的边坡防护体系，还需要综合研究其对边坡稳定性的影响[2]。
当含水量为12.8%时，最大抗压强度为280kPa，低于最佳含水量（16.45%）。但随着含水量的增加，强度迅速下降，在含水量为22%时达到150kPa左右。在峰值后，随着含水量增加10%，强度降低了46%。图2河岸裂缝根据现场观测以及样本材料的试验结果，确定了研究区域黄河故道下段的塌岸机理。破坏与岸线后几厘米至几十厘米处的张力裂缝形成有关，如图2所示。也有报道称，在洪水退去期间，当河流流速似乎很高时，会发生严重的塌岸。这种类型的破坏可以描述为板状旋转破坏，它包括2种机制，例如具有拉伸裂纹的平面破坏和涉及具有相同几何形状的破坏块的倾倒[3]。
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图2河岸裂缝
土的强度随着含水率的增加而迅速降低。同时，渗透性也变得非常低（＜1×10－6cm/s），最终增加了材料的重量并引发了堤坝的大规模破坏，如图6所示。此外，在洪水结束时河水水位下降时，由于河岸材料的低渗透性，河岸地下水位下降的速度低于地表水位。这一现象造成了河岸水压力与坡面地表水围压的不平衡，也导致了岸坡的突然大规模破坏。在这种情况下，为了采取必要的措施保护研究区的河岸，很有必要找出临界岸坡和岸坡高度的极限值。河岸稳定性分析的极限平衡法可以遵循Dar-by和Thorne（1996）提出的方法。这是一种成熟的河岸稳定性分析方法，适用于沿平面破坏面发生破坏的陡峭、粘性、非层状河岸。在这种方法中，还包括孔隙水和静水围压，其中破坏面不受约束地穿过堤脚[4]。
4、结语
结果表明，在假定饱和线的情况下，安全系数被高估了22%～24%。此外，假设的饱和线不满足二维均匀各向同性介质流动的Laplace方程。因此，渗流分析是解决堤防渗流问题的必要条件，也是确定堤防安全值和安全设计的可靠因素。路堤材料的岩土工程性质需要通过使用添加剂或加固材料（如水泥土、天然纤维或土工合成纤维等）来改善。还需要通过使用土工袋、水泥复合材料和钢筋等来保护边坡。还建议在边坡稳定性分析之前进行渗流分析，以获得设计稳定路堤时更可靠的安全系数[5]。
参考文献：
[1]王成言.粗颗粒土工布加筋强度特性及护岸工程应用研究[J].陕西水利，2019（07）：25-27.
[2]黄亚梅，王立华，原闻洋.无砂混凝土新型河流生态护岸工程水力学特性研究[J].甘肃水利水电技术，2018，54（01）：21-25+28.
[3]吴曼颖.武陵山片区天然石材的园林特性研究及其在景观驳岸工程上的应用[D].湖南农业大学，2013.
[4]刘智.高陡冰水堆积体岸坡稳定性分析及防治措施研究[D].成都理工大学，2012.
[5]涂国祥.西南河谷典型古冰水堆积体工程特性及稳定性研究[D].成都理工大学，2010.