第九章地表水作用的工程地质研究

1、 第1节、河流地质作用的工程地质研究 1.水流运动的几种形式 （1）紊流、层流和涡流 （2）横向环流 单向横向环流弯曲河段 双向横向环流（循底分流式）宽阔或平直河段 双向横向环流（循底汇流式）宽阔或平直的河段 混合（多向）式环流宽浅的河道中，且河底的起伏变 化大的情况 2.河流地质作用的水力学原理 2 0 2 v pK F g v b h l p S 2 0 2 pvh K blg b 2 0 2 pvh K blg b Stgc 0 2 kp gb vtgc Kh 2 2 10 24 v pKd g /3 0 6 s TfWfd W P1 T / 10 4 1 3 s kp g vfd K

2、悬浮质的起动条件 悬浮于流体中的颗粒，其顶部流速大侧压力小，底 部流速小侧压力大，由此产生对颗粒的上游力P2， 如水流垂直分速度为U则P2为 2 2 20 24 U pKd g W P2 当P2 = W时，临界悬浮垂直分速度Ukp 0 4 1 3 S kp g Ud K 悬浮临界流速 (1220) kpkp vU 当河流的流速低于推移临界流速时，土石体颗粒在重力作用下便发生沉积。 颗粒的沉积与颗粒形状、粒径和流速的关系 颗粒形状与沉速：球体 椭圆体 立方体 片状体 流速1) 流速10m/s：都侵蚀 2) 流速0.18m/s：都沉积 3) 10m/s - 0.18m/s：按粒径分 2-1000m

3、m的砾石：启动流速与临界沉速都大，且两者 接近，故难动易沉 0.05-2mm的砂粒：启动流速与临界沉速都小，且两者 接近，故易动易沉。 0.05mm的粉粒与粘粒：启动流速较小，临界沉速较 大，两者相差较大，故易动难沉。 山区河流 a.按其 发育程度和形态特征可分为：未成形河谷，河 漫滩河谷，成形河谷； b.河谷的发育主要受构造控制：背斜谷、向斜谷、断 层谷、地堑谷等； c.河床地貌：岩槛、岩滩、深槽和瀑布； d.河谷覆盖层的厚度。 平原区河流 a.河谷类型：游荡型、叉道型、辨状、地上河 b.河床地貌：心滩、岸滩、沙洲 河床类型 是河道中流水占据的部分谷底。按形态和弯曲 度分类。 河道弯曲度(S

4、)：S（两点间河道弯曲度）= 河 道长度（l）/河谷长度（L） （1）顺直河床 （2）弯曲河床 （3）游荡型河床 （4）叉道型河床 黄河下游的地上河段，水流冲破自然堤时，不能形 成决口扇，自然合拢，从而大改道。 历时上黄河大改道多次，淮河的入海口就是被黄河 袭夺，造成淮河不能入海，从而成为害河。 50 / h fDJ 3.河床的稳定性和坝闸下游河床再造 （1）河床稳定性 河床稳定性一般由河床的稳定性系数（洛赫琴系数）fh表示 fh 15-20时，河床基本稳定； fh 2.5 安全 2）岩层倾角较缓的基岩 L/d 5 安全 河床岩石冲刷破坏的机制： 地质因素 ：冲刷破坏是由于挑射水流在岩石裂隙

5、间产生脉动压力，使裂隙张开，岩块松动、晃动， 相互磨损破坏，裂隙逐渐扩大，脉动压力也逐渐扩 大，直至岩块被冲走带出。因此，岩块的水下重量 和岩块间的摩阻力影响着岩石的抗冲能力。它与岩 块的大小、重度、几何形状、相互位置及岩块间充 填物的性质有关。 水力因素：挑流形式、单宽流量、入水流速和水垫 厚度。 形成冲刷坑的地质条件 1）断裂破碎带：往往控制着局部最大冲刷 坑的位置、形状、范围（例如;双牌、丹江口） 2）缓倾的软弱结构面及软弱夹层较陡倾者， 容易形成较深的冲刷坑；（如：新安江） 3）节理裂隙的密度越大，岩块体积越小， 容易形成较深的冲刷坑。 4）岩层产状 横谷（坝区） 护岸工程 在岸坡或浅

6、滩地段种草、植被，增加洪水季节河床 的粗糙度，达到消能防冲的目的； 在岸坡上建筑石快或其他材料的护岸。 4.河道整治的工程措施 调整水流 导流 疏通与约束水流 第第2 2节、泥石流节、泥石流 泥石流又称山洪泥流或泥石洪流，它是一种含有大 量泥砂、石块等固体物质、突然爆发、历时短暂、 来势凶猛，具有强大破坏力的洪流过程和自然现象。 n泥石流特性： 固体物含量高； 能量大、爆发突然、来势凶猛、历时短、复发频繁、危害大 对环境破坏严重，往往是不可逆的。 标准型标准型 河谷型河谷型 山坡型山坡型 按流域形态按流域形态 泥水流泥水流 水石流水石流 泥石流泥石流 按物质组成按物质组成 按流体性质按流体性质

7、 粘性粘性(结构型结构型) 稀性稀性(紊流型紊流型) 按水源补给按水源补给 暴雨型暴雨型 冰雪融水型冰雪融水型 溃决型溃决型 标准型泥石流流域 -泥石流形成区； -泥石流流通区； -泥石流堆积区； -泥石流堵塞河流形 成的湖泊。 河 谷 型 泥 石 流 流 域 山坡型泥 石流流域 泥流泥流 固体物质主要由细粒的泥砂组成，含有少量岩屑 和碎石。粘度比较大，呈稠糊状。 泥泥 石石 流流 流体中含有大量的粉砂、粘土等细粒物质和巨大 的石块、漂砾等。 水水 石石 型型 固体物质数量不多，主要由细粒砂和粘土形成稀泥 浆，同时还挟有少量的大石块 按按 流流 体体 性性 质质 分分 类类 暴雨型泥石流 由暴

8、雨形成的洪水对坡面的冲刷所引起的 冰雪融水型泥石流 由冰川、积雪急剧消融的洪水冲蚀冰碛物造 成 溃决型泥石流 由高山冰湖、冰碛湖及滑坡崩塌造成的堵塞 湖突然溃决而产生 按水的补给来源和方式分类 泥石流形成的基本条件 u地形地貌条件固体物来源、径流条件 u地质构造条件固体物来源、运动势能 u气象水文条件液体量、径流强度 1 1 c c c G f f （1）泥石流的重度 固体物质的比重， 固体物质体积与水的体积之比 （2）泥石流的流量 ccc QF V 1 cBc QQD / HB QQ 1 cBc QQP Fc为泥石流流体的横断面积 vc 为 泥石流的流速 QB为泥石流沟的清水流量 DC为泥石

9、流阵流堵塞系数 QH 为 泥石流的固体流量 为泥石流的修正系数 Pc为泥石流的修正系数 与土壤的重度和天然含水量有关 v总原则：全流域规划、统筹兼顾；大流域着眼、小 流域入手；突出重点、抓住要害。 危险区建立警戒避难体制。 v三区防治重点： u形成区蓄水、固沙、护坡。 u流通区减速、削能。 u堆积区合理疏导。 5.泥石流的防治 形成区形成区 流通区流通区 堆积区堆积区 1-坝和堤防 2-导流堤 护路明洞护路明洞 护路廊道护路廊道 泥石流选线方案 (成昆铁路安宁河) 扇后绕避方案 选定的扇身通过方案 扇前绕避一方案 扇前绕避二方案 兰新线高桥跨越泥石流，桥墩前建造护墩工程 a.防治盐井沟5号泥

10、石流的垂面隔栏坝 b.兰新线防治宣家沟 泥石流的立体格栏坝 b a a.兰青线防治泥石 流的斜面格栏坝 b.防治八步里沟泥 石流的拦沙坝 a. b 第第3 3节、海节、海( (湖湖) )岸带的动力工程地质研究岸带的动力工程地质研究 海（湖）岸带的形式、结构、物质组成以及岸线的位 置是可变的，在促成其变化的因素中，以波浪的作用最为 重要。此外，潮汐、海流和入海（湖）河流的作用在某些 岸带上也产生巨大的影响。 波浪是存在于 海（湖）岸带上的主 要动力，它是海（湖） 水体能量传递的一种 形式 1.海(湖)岸带上水的动力因素 （1）波浪 波浪运动与水深的关系 1）当水深H/2时，水质点作圆周运动； 2）当水深H/2时，水质点作椭圆周运动，水体运动的 性质是具有波动特征的强尽水流，产生破浪。 波浪的能量 波浪的折射 （2）潮汐 是海水在月球和太阳引潮力作用下发生的周期性涨落现 象。 潮汐类型 杭州湾内的钱塘潮 （3）海流 2.海(湖)岸带物质运移及冲蚀、堆积的一般规律 （1）物质的横向运动与水下岸坡的形成 物质的横向运移 水下岸坡的形成与演化 （2）物质的纵向运移与沉积物流