[發明專利]一種考慮植被根系影響的河岸坍塌快速預測方法及系統

有效

• 申請號: 202111254603.0
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113836630B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 假冬冬;郝由之;楊俊;吳磊;高文廉;孫忠濱;張紅梅;倉濯纓;陳長英;張幸農;應強
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 深圳紫晴專利代理事務所(普通合伙) 44646
• 代理人: 張世靜

1.一種考慮植被根系影響的河岸坍塌快速預測方法，其特征在于，包括：

根據收集到的植被根系影響條件下河岸坍塌的河道基礎資料確定河岸崩塌的河岸近岸處的流速數據；

測定河岸的植被根系的特征指標；所述特征指標包括根系直徑、單根抗拉強度和剪切坍塌面的根系數量；

基于所述特征指標對植被根系影響下含根土體進行測定，得到所述植被根系影響下的含根土力學強度特征；所述含根土力學強度特征包括含根土的容重和含根土的抗拉強度；

基于根系與土體間拉拔纏繞關系，根據所述特征指標確定含根土有效粘聚力；

根據所述流速數據、所述植被根系的特征指標、所述含根土力學強度特征和所述含根土有效粘聚力判斷河岸是否為坍塌狀態；

所述基于根系與土體間拉拔纏繞關系，根據所述特征指標確定含根土有效粘聚力，包括：

獲取河岸土體粘聚力、根系發生變形后的傾斜角、土的內摩擦角、根土復合體的剪切坍塌面面積；

根據公式計算所述含根土有效粘聚力；其中，c為所述含根土有效粘聚力，c_s為所述河岸土體粘聚力；β_r為所述傾斜角；為所述內摩擦角；A_s為所述剪切坍塌面面積；d_i為坍塌面的第i個所述根系直徑；n_i為坍塌面的第i個所述根系直徑對應的所述根系數量；T_i為坍塌面的第i個所述根系直徑對應的所述單根抗拉強度。

2.根據權利要求1所述的考慮植被根系影響的河岸坍塌快速預測方法，其特征在于，所述根據收集到的植被根系影響條件下河岸坍塌的河道基礎資料確定河岸崩塌的河岸近岸處的流速數據，包括：

收集所述河道基礎資料；所述河道基礎資料包括河道地形地質資料、水文資料、植被發育河岸土體性質和尺寸；

基于河流模擬理論，根據所述河道基礎資料建立三維水流泥沙運動數學模型；

根據測量得到的邊界資料對所述三維水流泥沙運動數學模型進行解析，得到所述流速數據。

3.根據權利要求1所述的考慮植被根系影響的河岸坍塌快速預測方法，其特征在于，所述測定河岸的植被根系的特征指標，包括：

基于水-根-土耦合作用機理，分別采用游標卡尺和拉拔試驗測定所述根系直徑和所述單根抗拉強度。

4.根據權利要求1所述的考慮植被根系影響的河岸坍塌快速預測方法，其特征在于，所述基于所述特征指標對植被根系影響下含根土體進行測定，得到所述植被根系影響下的含根土力學強度特征，包括：

根據環刀法測量未擾動的根土復合體，得到所述含根土的容重；

基于所述單根抗拉強度，根據所述根土復合體進行拉伸試驗，得到所述含根土的抗拉強度。

5.根據權利要求2所述的考慮植被根系影響的河岸坍塌快速預測方法，其特征在于，所述根據所述流速數據、所述植被根系的特征指標、所述含根土力學強度特征和所述含根土有效粘聚力判斷河岸是否為坍塌狀態，包括：

依據河岸沖刷側蝕理論，測定河岸側蝕系數；

根據公式計算在預設時間的河岸下層沖刷距離；其中，ΔB_f為所述河岸下層沖刷距離；Δt為所述預設時間；λ為所述河岸側蝕系數；γ為水體容重；u為所述流速數據中的河道水流流速；u_c為所述流速數據中的泥沙起動流速；γ_b為所述含根土的容重；

基于植被根系影響下河岸坍塌機理與力學模式，根據公式計算在繞軸模式下坍塌的臨界掛空寬度；其中，ΔW_t為所述繞軸模式下坍塌的臨界掛空寬度；T_b、γ_b分別為所述含根土的抗拉強度和所述含根土的容重；H_u為上部土層的高度；

基于植被根系影響下河岸坍塌機理與力學模式，根據公式計算在剪切模式下坍塌的臨界掛空寬度；其中，ΔW_c為所述剪切模式下坍塌的臨界掛空寬度；c為所述含根土有效粘聚力；

判斷所述繞軸模式下坍塌的臨界掛空寬度和所述剪切模式下坍塌的臨界掛空寬度中的最小值是否小于所述河岸下層沖刷距離，若是，則確定河岸為坍塌狀態，若否，則確定河岸為穩定狀態。