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1、第六章第六章 不良地质现象的工程地质问题不良地质现象的工程地质问题 6.2 河流地质作用河流地质作用 本节主要内容本节主要内容 基本概念基本概念 流水的侵蚀作用流水的侵蚀作用 河谷的类型及河流阶地河谷的类型及河流阶地 河流掏蚀破坏的预测和防护河流掏蚀破坏的预测和防护基本概念基本概念 何谓河流何谓河流? 是在河谷中流动的是在河谷中流动的常年性常年性水流。河水流。河谷由谷底、河床、谷坡、坡缘及坡麓等谷由谷底、河床、谷坡、坡缘及坡麓等要素构成。要素构成。河流的构成河流的构成? 主流主流: 由重力作用引起的流动由重力作用引起的流动; 付流付流: 由其它力引起的流动。由其它力引起的流动。 层流：层流：水
2、质点运动轨迹互相平行；水质点运动轨迹互相平行； 紊流：紊流：水质点运动轨迹互相相交，且杂水质点运动轨迹互相相交，且杂乱无章乱无章。水流流速？水流流速？ 河流中的流水具有一定的流速（河流中的流水具有一定的流速（v），即），即流水有一定的动能（流水有一定的动能（E），这里的流速为），这里的流速为平均流速。平均流速。 水流能量的消耗？水流能量的消耗？ 流水的动能大小可以用物理学的公式表示：流水的动能大小可以用物理学的公式表示： E=mv2/2 具体能量消耗为：具体能量消耗为：（1）能量消耗于水的粘滞性、水的紊流、环）能量消耗于水的粘滞性、水的紊流、环流、波浪及涡流等，可用流、波浪及涡流等，可用Tn表
3、示；表示；（2）能量消耗于侵蚀作用，可用）能量消耗于侵蚀作用，可用Tp表示；表示；（3）能量消耗于搬运作用，可用）能量消耗于搬运作用，可用Tk表示。表示。 E= Tn +Tp + Tk 河流地质作用？河流地质作用？ 侵蚀作用：切割地面和冲刷河岸侵蚀作用：切割地面和冲刷河岸 搬运作用：搬运作用： 堆积作用：形成各种沉积物和流水沉堆积作用：形成各种沉积物和流水沉 积地貌，如河流阶地、冲积地貌，如河流阶地、冲 积平原等。积平原等。6.2.1 流水的侵蚀作用流水的侵蚀作用 流水的侵蚀作用包括溶蚀和机械流水的侵蚀作用包括溶蚀和机械侵蚀两种方式。侵蚀两种方式。 溶蚀作用：溶蚀作用：在可溶性岩石分布的在可溶
4、性岩石分布的地区内比较显著，它能溶解岩石中的地区内比较显著，它能溶解岩石中的一些可溶性矿物，其结果使岩石结构一些可溶性矿物，其结果使岩石结构逐渐松散，加速了机械侵蚀作用。逐渐松散，加速了机械侵蚀作用。 河流的机械侵蚀：河流的机械侵蚀：是河谷地质发是河谷地质发展过程中的一个重要现象。对工程地展过程中的一个重要现象。对工程地质来说，由于流水的机械侵蚀作用，质来说，由于流水的机械侵蚀作用，可使河床移动和河谷变形，也可使河可使河床移动和河谷变形，也可使河岸冲刷破坏，这就严重地威胁河谷两岸冲刷破坏，这就严重地威胁河谷两岸的建筑物和构筑物的安全。岸的建筑物和构筑物的安全。 当水流作用于土石颗粒当水流作用于
5、土石颗粒的力（的力（P）超过阻止其运动）超过阻止其运动的摩擦力（的摩擦力（T）时，土石粒）时，土石粒就开始随水流一起移动，这就开始随水流一起移动，这就形成冲刷。就形成冲刷。 1.流水对河床的冲刷作用流水对河床的冲刷作用1.流水对河床的冲刷作用流水对河床的冲刷作用 临界流速（临界流速（vcr）：让土石粒开始移动：让土石粒开始移动的流速（的流速（vcr）, vcr=A*d1/2 如如vcr以米秒为单位，而泥砂粒直径以米秒为单位，而泥砂粒直径d以毫米为单位，则根据实际观测，当以毫米为单位，则根据实际观测，当d400mm时，时，A值取值取0.2。 水流速度水流速度v超过超过vcr时，河床上的泥时，河床
6、上的泥砂就开始滚动或间歇性跃动，砂就开始滚动或间歇性跃动，推移推移前进前进。 当流速大到某一程度时，泥砂粒当流速大到某一程度时，泥砂粒跃起混入水中，呈跃起混入水中，呈不着底的悬移运不着底的悬移运动，动，这种泥砂称为这种泥砂称为悬移质泥砂。悬移质泥砂。流水对河床冲刷的重要条件流水对河床冲刷的重要条件是只有当是只有当水流未被泥砂饱和水流未被泥砂饱和时才会发生冲刷。时才会发生冲刷。 如果上游河段流来的水流中含有泥砂如果上游河段流来的水流中含有泥砂量小于这一河段的输砂能力，则由于量小于这一河段的输砂能力，则由于输砂能力未被充分利用就会冲刷；输砂能力未被充分利用就会冲刷； 如果输砂量超过了这一河段的输砂
7、能如果输砂量超过了这一河段的输砂能力则产生沉积。力则产生沉积。2. 流水对河岸的掏蚀（横向环流的作用）流水对河岸的掏蚀（横向环流的作用） 河流流动的过程中，由于河床的岩性、河流流动的过程中，由于河床的岩性、微地形及地质构造的影响，河流不可能是微地形及地质构造的影响，河流不可能是平直的，会发生弯曲。在河曲范围内的水平直的，会发生弯曲。在河曲范围内的水流方向和流速有别于河床平直地段范围内流方向和流速有别于河床平直地段范围内的水流方向和流速。的水流方向和流速。在在河曲河曲地段范围内河地段范围内河流的水流成流的水流成横向环流横向环流。 河流中河流中最大流速最大流速是在水面下是在水面下水水深的深的310
8、处，处，最大流速各点的流线最大流速各点的流线叫主流线。在平面上它的位置与叫主流线。在平面上它的位置与河床河床最深处最深处的延伸方向是一致的。主流线的延伸方向是一致的。主流线上的动能最大。上的动能最大。平直河道平直河道 平直河道中主流线位于中央，流速大，平直河道中主流线位于中央，流速大，故水位较两侧略低，于是水流从故水位较两侧略低，于是水流从两岸斜向两岸斜向流回主流线流回主流线，然后变为下降水流沿河底分，然后变为下降水流沿河底分别流回两岸。形成向下游推进的螺旋形对别流回两岸。形成向下游推进的螺旋形对称横向环流，形成河流不断的称横向环流，形成河流不断的向下侵蚀切向下侵蚀切割。割。弯曲河道弯曲河道
9、在弯曲的河道中主流线在弯曲的河道中主流线交错地偏向河流的交错地偏向河流的左岸或右岸左岸或右岸，于是对称的横向环流遭到破坏，于是对称的横向环流遭到破坏，而形成不对称的主流线偏向凹岸的而形成不对称的主流线偏向凹岸的单向横向环单向横向环流。流。横向环流引起凹岸的侧向侵蚀冲刷，岸坡横向环流引起凹岸的侧向侵蚀冲刷，岸坡的下部被掏空，上部失稳而垮落，致使的下部被掏空，上部失稳而垮落，致使河流不河流不断向凹岸及下游推移。断向凹岸及下游推移。侧蚀作用的产物，随同侧蚀作用的产物，随同横向环流的底流，不断地在横向环流的底流，不断地在凸岸或下游适当地凸岸或下游适当地点堆积下来。点堆积下来。 产生横向环流的原因产生横
10、向环流的原因：主要是与河流弯曲：主要是与河流弯曲处水流的离心力和地球自转所产生的惯性力处水流的离心力和地球自转所产生的惯性力（科式力）有关。（科式力）有关。 在河曲处，运动的水质点受离心力在河曲处，运动的水质点受离心力P的作的作用。用。 P=mv2/R 式中式中 m水的质量；水的质量； v水质点的纵向流速；水质点的纵向流速； R水质点运动迹线的曲率半径。水质点运动迹线的曲率半径。 离心力使水质点向凹岸运动，水面形成倾离心力使水质点向凹岸运动，水面形成倾向凸岸的横向水力坡度向凸岸的横向水力坡度In In=tg=mV2/R/mg=V2/Rg 形成横向水力坡度后就产生了附加形成横向水力坡度后就产生了
11、附加压力，其方向与离心力相反，且在所有压力，其方向与离心力相反，且在所有的深度上一致，等于的深度上一致，等于In。 离心力与附加压力相迭加，就会产离心力与附加压力相迭加，就会产生上层水流流向凹岸，而下层水流就流生上层水流流向凹岸，而下层水流就流向凸岸，形成螺旋状横向环流。向凸岸，形成螺旋状横向环流。横向环流作用结果横向环流作用结果 凹岸受到冲刷，凸岸接受堆积；凹岸受到冲刷，凸岸接受堆积； 河弯不断向下游发展，形成蛇曲；河弯不断向下游发展，形成蛇曲； 洪水期间会发生洪水期间会发生截弯取直截弯取直，从而形成牛轭湖。，从而形成牛轭湖。二、河谷的类型及河流阶地二、河谷的类型及河流阶地 河谷的类型：河谷
12、的类型： 构造谷：构造谷：受地质构造控制受地质构造控制 侵蚀谷：侵蚀谷：由河流侵蚀而成由河流侵蚀而成 侵蚀谷的形成；（三个阶段）侵蚀谷的形成；（三个阶段） 峡谷型：峡谷型：下切作用下切作用 河漫滩型：河漫滩型：侵蚀、堆积侵蚀、堆积 成型河谷：成型河谷：漫滩变化，形成了阶地漫滩变化，形成了阶地 阶地阶地 地壳上升，被抬高了的河漫滩。地壳上升，被抬高了的河漫滩。 河漫滩河漫滩 凹岸被冲刷，凸岸被堆积，造成滨河床浅滩。以凹岸被冲刷，凸岸被堆积，造成滨河床浅滩。以后浅滩不断扩大和固定，形成洪水期才能淹没的滩地，后浅滩不断扩大和固定，形成洪水期才能淹没的滩地，称为河漫滩称为河漫滩 。 河流阶地的类型河流
13、阶地的类型（1）侵蚀阶地）侵蚀阶地 （2）堆积阶地）堆积阶地 l）上迭阶地）上迭阶地 2）内迭阶地）内迭阶地 3）嵌入阶地）嵌入阶地（3）基座阶地）基座阶地 侵蚀阶地侵蚀阶地 ：这种阶地的特点是阶面：这种阶地的特点是阶面上的上的基岩毕露基岩毕露，或覆盖的冲积物很薄。，或覆盖的冲积物很薄。一般多分布于一般多分布于山间河谷山间河谷原始流速较大的原始流速较大的河段，或者分布在河流的上游。侵蚀阶河段，或者分布在河流的上游。侵蚀阶地的生成是因地壳有一段宁静时期，而地的生成是因地壳有一段宁静时期，而后由于地壳上升、河流下蚀很快，而形后由于地壳上升、河流下蚀很快，而形成侵蚀阶地。成侵蚀阶地。 堆积阶地：堆积
14、阶地：这种阶地完全由冲积所组成，这种阶地完全由冲积所组成，上层深厚，阶地面不见基岩。堆积阶地可分为上层深厚，阶地面不见基岩。堆积阶地可分为上迭阶地、内迭阶地及嵌入阶地。上迭阶地、内迭阶地及嵌入阶地。 上迭阶地上迭阶地是新阶地完全落在老阶地之上，是新阶地完全落在老阶地之上，其生成是由于河流的几次其生成是由于河流的几次下切都不能达到基岩下切都不能达到基岩，下切侵蚀作用逐次减小，堆积作用规模也一次下切侵蚀作用逐次减小，堆积作用规模也一次次地减小。这说明每一次次地减小。这说明每一次升降升降运动的运动的幅度幅度都是都是逐渐减小逐渐减小的。的。 内迭阶地内迭阶地是新的阶地套在老的阶地内，每一是新的阶地套在
15、老的阶地内，每一次新的侵蚀作用都只切到第一次基岩所形成的谷次新的侵蚀作用都只切到第一次基岩所形成的谷底。而所堆积的阶地范围一次比一次小，厚度也底。而所堆积的阶地范围一次比一次小，厚度也一次比一次小。这说明地壳每次上升的一次比一次小。这说明地壳每次上升的幅度幅度基本基本一致一致，而堆积作用却逐渐衰退。，而堆积作用却逐渐衰退。 嵌入阶地嵌入阶地的阶地面和陡坎都不露出基岩，但的阶地面和陡坎都不露出基岩，但它不同于上迭和内迭阶地。因为嵌入阶地的生成，它不同于上迭和内迭阶地。因为嵌入阶地的生成，后期河床比前一期下切要深，而使后期的冲积物后期河床比前一期下切要深，而使后期的冲积物嵌入到前期的冲积物中。这说
16、明每一次地壳上升嵌入到前期的冲积物中。这说明每一次地壳上升幅度一次比一次剧烈。幅度一次比一次剧烈。 基座阶地：基座阶地：基座阶地是属于侵蚀阶地基座阶地是属于侵蚀阶地到堆积阶地的到堆积阶地的过渡类型过渡类型。阶地面上有冲。阶地面上有冲积物覆盖着，但在阶地陡坎的下部仍可积物覆盖着，但在阶地陡坎的下部仍可见到基岩出露。形成这种阶地是由于河见到基岩出露。形成这种阶地是由于河水每一次的深切作用比堆积作用大得多。水每一次的深切作用比堆积作用大得多。三、河岸掏蚀破坏的预测和防护、河岸掏蚀破坏的预测和防护 首先要首先要确定确定河岸掏蚀河岸掏蚀破坏地段破坏地段。 对河岸掏蚀破坏地段进行防护。对河岸掏蚀破坏地段进行防护。 防护措施可分两类：防护措施可分两类：一类一类是是直接防护边岸直接防护边岸不受冲蚀作用的措施。不受冲蚀作用的措施。如抛石、铺砌、混凝土块堆砌、混凝土板、如抛石、铺砌、混凝土块堆砌、混凝土板、护岸挡墙、岸坡绿化等。护岸挡墙、岸坡绿化等。另一类另一类是是调节径流调节径流以改变水流方向、流速以改变水流方向、流速和流量的措施。如丁坝、顺坝、横墙等。和流量的措施。如丁坝、顺坝、横墙等。 采用采用整治整治与与预防措施预防措施并举，并按经济并举，并按经济技术指标对比的办法来选择防护措施时，技术指标对比的办法来选择防护措施时，才能取得最大的效益。才能取得最大的效益。