陈勇 董进龙 崔宪东 叶润青

摘要：河岸砂土冲蚀对岸坡的稳定性有极大影响，对于冲蚀过程中涉及的土体起动与冲蚀速率两个方面，传统冲蚀仪器难以进行定量研究。自制了一种测试土体抵抗冲蚀能力的新型冲蚀装置，基于土体质量损失模拟河岸受水流冲蚀状态，采用河岸砂土进行试验，通过单一变量的起动试验和冲蚀试验，建立了河岸土体冲蚀数学模型。研究结果表明：① 河岸砂土冲蚀速率达到2×10-5～4×10-5 s-1时达到起动流速;② 起动流速与孔隙比成反比，与内摩擦角成正比;起动切应力可用孔隙比和内摩擦角来表示;③ 土体的冲蚀速率与孔隙比、水流流速成正相关关系;④ 同种砂土的可蚀性系数与流速的5.5次方成正比，通过冲蚀速率可直观反映河岸抗冲蚀能力。

关 键 词：起动流速; 起动切应力; 孔隙比; 水流流速; 冲蚀率

中图法分类号： TV149

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.030

0 引 言

研究河岸冲蚀问题有助于探究河道展宽变形规律，对岸坡防护稳定性起到建设性作用[1]。河岸砂土冲蚀问题涉及土体起动和土体冲蚀速率两个方面。国内外学者在这一领域做了大量相关研究。Briaud等[2]根据大量砂土的冲蚀试验结果，通过对土颗粒在冲蚀过程的分析得到了广义的冲蚀速率模型：

εu=Mτ-τ0ρwu2n（1）

式中：ε为冲蚀速率，m/s;u为水流平均流速，m/s;M为冲蚀系数;τ为水流切应力，Pa;τ0为土体起动切应力，Pa;ρw为水的密度，ρw=1 g/cm3。

Hanson[3]经过大量试验，提出了砂土的冲蚀速率与起动切应力的关系：

ε=Kdτ-τ01.5（2）

式中：Kd为可蚀性系数。

显然在砂土冲蚀的研究中各学者的研究重点基本一致，土体起动与可蚀性系数是影响冲蚀的关键。……