第12章河流侵和蚀淤积的工程地质研究

1、河流的侵蚀和淤积是改变地表形态最重要的因素之一。影响河流侵蚀和淤积的因素很多，但水流与河床相互作用是引起河流发展和变化的根本因素。水流：水位、流量、流速、水流结构和含沙量等河流河床：河床的平面及断面形态、纵横坡降、组成床底及床岸物质据内部质点移动状态 层流:水质点作井然有条、互不混杂的运动时称为层流。紊流:水质点作不规则的相互混杂运动的时称为紊流。主流：河流中水体在在作用下沿河槽总方向运动者，其流线和速度向量基本平行，且大致平行于河槽轴线。副流：在各种因素作用下，水流内部产生的有规律、大规模的水体旋转运动者。它呈螺旋式前进运动，它引起泥沙横向移动，形成河槽形状的多样化。据水流所围绕的旋转轴方向

2、不同，分为纵轴、横轴、斜轴及竖轴副流四类。横向环流：指旋转轴与河流总方向一致的副流，它是由地球自转引起的科氏力、河道水位涨落、离心力的作用等。其中弯道河流水流离心力作用是最主要的原因。横向环流的形成使得水流的流速在同一横断面上表现出具有一定规律的变化：1.在凹岸表流下沉转为底流的部位，由于重力作用，水流流速递增，易将泥沙带走，形成侵蚀深潭，同时使凹岸不断向外侧后退；2.在底流上升为表流部位，则要克服重力，水流流速递减，易于造成凸岸淤积，形成浅滩，同时使凸岸不断向河床推进。从动力学观点看，水流作用于河床岩土上的推移力及上托力大于岩土的强度时，将发生侵蚀和搬运，否则，河床不会遭受侵蚀而形成淤积。河

3、床组成物质抵抗水流作用的能力，取决于组成河床的岩土类型、岩土物理力学性质、土的颗粒组成、土颗粒大小和形状等。假设凸出于河床中的岩体高为h，宽为b，长为l，水流速度为U，其流向与hl面垂直，则岩体所受水动压力P为：其中：0 -水流不均匀系数； 水的密度在P作用下引起可能滑动面(bl)上的剪应力，则：若岩体的抗剪断强度为S，即：S=C+tg其中：C-内聚力；-作用于剪断面上的正应力当=s 时的水流速度，称为侵蚀临界流速Ucr，则：对于坚硬完整的岩石，其内聚力C很大，故当bh时侵蚀临界流速很大，约为50-150m/s。天然河流流速很少大于10m/s，因而坚硬完整岩石不可能遭受水流侵蚀。但强度低或裂隙

4、发育的岩体，将会遭受侵蚀作用。无粘性的卵、砾、砂粒，在水流作用下其起动条件是不同的，设直径为d的球状颗粒，所受的水动压力为P，则而颗粒的内磨擦阻力为T，则：式中：f-滚动磨擦系数；m-颗粒质量；-颗粒密度当=T时，颗粒处于极限平衡状态，此时水流速度称为推移临界流速Ucr，即：当d Ucr 时，颗粒将沿河床滚动或滑动，这时被搬运的颗粒叫推移质。当U Ucr时，可使沿河床移动的颗粒离开河床，悬浮于水流中，这时搬运的颗粒叫悬移质。土颗粒的悬移与水流纵向流速的铅直分量有关。河流中紊流的平均流速U与其铅直分速大体上成正比，根据实验所得为：即直径为d的颗粒悬移临界流速为其推移临界流速Ucr的12-20倍，

5、即：常用河床泥沙的粒径与河床坡降之比表示河床的纵向稳定性。式中：K1-河床稳定性指数；J-河床坡降（mm/m） d50-无粘性土的平均粒径（mm）K1值越大，则河床越不易被侵蚀冲刷，实际资料表明：.当K1=15-20时，河床基本稳定.当K15时，河床泥沙在平水期也移动.当K1=1时，不稳定多数研究者根据河床横向变形结果来分析其稳定性，例如：阿尔杜宁提出：其中：K2-横向稳定指标；Q-造床流量 B-与造床流量相应的河宽； J-造床流量时水面坡降K2值越大河床越不稳定。1. 以侵蚀作用为主，仅在宽缓河段及弯曲河段发生局部淤积。2. 河床演变的速度较缓慢，河床的形态、主流和副流位置比较固定，不会引起

6、航道的大变化。3. 河流流速大，输沙能力强，河床以深切为主，小于2mm的颗粒一般多呈悬移质，大于2mm的则多推移质呈堆积物颗粒粗大，有卵、砾及漂石淤积。.1.坡度平缓，径流系数小，汇流时间长，洪水的上涨和回落比较缓慢，一般流量较大，但流量和水位的变幅较易小，具稳定的中水期。2.侵淤作用时间长，平原河流以淤积作用为主，其颗粒较小，分选性较好,厚度较大。3.河流横向侵淤变化显著，侵淤位置不固定。以水库淤积较为典型在河流上筑坝抗高水位，库区形成壅水，使得原来河流的侵蚀基准面抬升，水流入库过程中，水深和过水断面沿流程增大，流速降低，来自上游的泥沙在库区大量落淤，直接影响水库的效益和使用寿命。水库淤积形

7、式 1. 壅水淤积：携带泥沙的河流进入水库壅水段后，泥沙扩散到全断面，随着水流挟沙能力沿流程降低，泥沙沉积于库底，并形成上游粗、下游细有规律分布的三角洲，这种淤积称为壅水淤积。当库容较大，泥沙颗粒较粗，库区地形开阔，并常处高水位运行时，易形成这种淤积。2.异重流淤积：多发生于多细粒泥沙河流中，当入库水流含沙量高，并有足够流速时，浑水进入壅水段后不与清水混淆扩散而潜入清水下面，沿库底向下游继续运动，并呆一直运行到坝前。在回流作用下水库变浑，细土粒缓入落于库底。如及时开启大坝排沙底孔闸门，异重流淤积物可随水排出库外。二、与河流侵蚀有关的工程地质问题1.对天然河道上的桥渡工程墩台基础砌置地段的冲刷作用。2.河流上修水库后，水库下游河段的来水、来沙条件与建库前相比发生了变化，即引起河流平衡条件的破坏，而导致下游河床的再造过程。不同部门对河流的开发和整治的目的和要求不同，按照沿河的规模和效果，可分为全面开发治理和局部整治两大类。对某一河流全面开发治理，需在政府有关部门支持下，由工程地质人员会同各产业部门的有关人员，对全流域进行综