(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211062284.8 (22)申请日 2022.09.01 (71)申请人 水利部交通 运输部国家能源局南京 水利科学研究院 地址 210029 江苏省南京市 鼓楼区广州路 223号 申请人 黑龙江省航道事务中心 　 黑龙江省松花江航 运枢纽建 设运行 中心　 黑龙江和松辽水系航 运规划办公室 　 黑龙江省水 上交通救援中心 (72)发明人 郝由之　王军　张凤丽　鞠文昌　 张清明　张卓　张传凯　陈志敏　 杨春雷　吴光宇　假冬冬　陈长英　 张幸农　应强　杨俊　张红梅　 高文廉　吴磊　仓濯缨　(74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 戴朝荣 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/12(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于木本根系拉拔摩阻效应的河岸崩塌预 测方法及系统 (57)摘要 本发明提供一种基于木本根系拉拔摩阻效 应的河岸崩塌预测方法及系统， 其中方法包括获 取木本植被发育条件下河岸崩塌 的河道基础资 料； 根据河道基础资料计算目标时间内二元结构 河岸下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽度； 获取 上部粘性土层木本根系的参数； 根据参数计算根 土间摩阻力和根系抗拉力； 根据根土间摩阻力和 根系抗拉力分别计算剪切模式和 绕轴模式下木 本发育河岸的临界崩塌宽度； 以剪切模式下和绕 轴模式下的木本发育河岸的临界崩塌宽度中的 最小值为临界崩塌宽度。 本发明可有效地判断木 本植被根系发育条件下， 河岸是否发生崩塌， 并 能够预测河岸崩塌发生的时间和发生崩塌 的宽 度尺寸， 为植被根系影 响的河岸崩塌预测及河道 治理与保护提供技 术支撑。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115481471 A 2022.12.16 CN 115481471 A 1.一种基于 木本根系拉拔摩阻效应的河岸崩塌预测方法， 其特 征在于， 包括： 获取木本植被发育条件下河岸崩塌的河道基础资料； 根据河道基础资料计算目标时间内二元结构河岸下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽 度； 获取上部粘性土层木本根系的参数； 所述参数包括数量、 直径、 长度、 埋深、 根土间摩阻 系数和根系抗拉强度； 根据上部粘性土层木 本根系的参数计算 根土间摩阻力和根系抗拉力； 根据根土间摩阻力和根系抗拉力分别计算不同水位作用时剪切模式和绕轴模式下的 木本发育河岸的临界崩塌宽度； 以剪切模式下的木本发育河岸的临界崩塌宽度和绕轴模式 下的木本发育河岸的临界崩塌宽度中的最小值 为临界崩塌宽度。 2.根据权利要求1所述的河岸崩塌预测方法， 其特征在于， 所述根据河道基础资料计算 目标时间内二元 结构河岸下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽度， 包括： 根据以下公式计算下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽度： 其中， B为Δt时间内二元结构河岸下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽度； k为横向淘刷 系数； τ为作用在河岸上的水流切应力； τc为河岸土体的起动切应力； γs为土体容重； e为自 然常数。 3.根据权利要求1所述的河岸崩塌预测方法， 其特征在于， 所述根据上部粘性土层木本 根系的参数计算 根土间摩阻力和根系抗拉力， 包括： 根据以下公式计算 根土间摩阻力： 其中， Ff为根土间摩阻力； n为木本根系数量； μi为第i个根系与土体 间摩阻系数； di为第 i个根系的直径； li为第i个根系的长度； γs为土体容重； zi为第i个根系的埋深； 根据以下公式计算 根系抗拉力： 其中， Ft为根系抗拉力； σtri为第i个根系的抗拉强度。 4.根据权利要求3所述的河岸崩塌预测方法， 其特征在于， 所述根据根土间摩阻力和根 系抗拉力 分别计算不同水位作用时剪切模式和绕轴模式下的木本发育河岸的临界崩塌宽 度， 包括： 当河道水位高于粘性土层地下水位 时， 根据以下公式计算剪切模式下的木本发育河岸 的临界崩塌宽度： 当河道水位小于等于粘性土层地下水位 时， 根据以下公式计算剪切模式下的木本发育 河岸的临界崩塌宽度：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115481471 A 2其中， Bc为剪切模式下的木本发育河岸的临界崩塌宽度； c'为粘性土饱和情况下的有效 粘聚力； c为粘性土自然条件下的有效粘聚力； 为粘性土饱和情况下的内摩擦角； 为粘性 土自然条件下的内摩擦角； γw为水体容重； γs为土体容重； H为粘性土层厚度； Ht为悬臂体 顶部裂缝深度； hw为河道水位以下粘性土层厚度； hgw为粘性土层中地下水位高度； θi为根系 与土体破坏面的夹角； Ff为根土间摩阻力； Ft为根系抗拉力； 根据以下公式计算 不同水位作用时绕轴模式下的木 本发育河岸的临界崩塌宽度： 其中， Bt为绕轴模式下的木本发育河岸的临界崩塌宽度； σt为土体的抗拉强度； zi为第i 个根系的埋深。 5.根据权利要求1所述的河岸崩塌预测方法， 其特征在于， 还包括根据目标时间内二元 结构河岸下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽度、 剪切模式和绕轴模式下的木本发育河岸的 临界崩塌宽度， 计算在持续淘刷条件下河岸发生崩塌所需时间； 其中， 根据以下公式计算在持续淘刷条件下河岸发生崩塌所需时间： 其中， T为在持续淘刷条件下河岸发生崩塌所需时间。 6.一种基于 木本根系拉拔摩阻效应的河岸崩塌预测系统， 其特 征在于， 包括： 基础资料获取模块， 用于获取木 本植被发育条件下河岸崩塌的河道基础资料； 第一计算模块， 用于根据河道基础资料计算目标时间内二元结构河岸下部非粘性土层 淘刷后侧向后退宽度； 参数获取模块， 用于获取上部粘性土层木本根系的参数； 所述参数包括数量、 直径、 长 度、 埋深、 根土间摩阻系数和根系抗拉强度； 第二计算模块， 用于根据上部粘性土层木本根系的参数计算根土间摩阻力和根系抗拉 力； 第三计算模块， 用于根据根土间摩阻力和根系抗拉力分别计算不同水位作用时剪切模 式和绕轴模式下的木本发育河岸的临界崩塌宽度； 以剪切模式下的木本发育河岸的临界崩 塌宽度和绕轴模式下的木 本发育河岸的临界崩塌宽度中的最小值 为临界崩塌宽度。 7.根据权利要求6所述的河岸崩塌预测系统， 其特 征在于， 所述第一计算模块包括： 第一计算单 元， 用于根据以下公式计算下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽度： 其中， B为Δt时间内二元结构河岸下部非粘性土层淘刷后侧向后退宽度； k为横向淘刷 系数； τ为作用在河岸上的水流切应力； τc为河岸土体的起动切应力； γs为土体容重； e为自 然常数。 8.根据权利要求6所述的河岸崩塌预测系统， 其特 征在于， 所述第二计算模块包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115481471 A 3