工程地质学-地表水作用的工程.ppt

1、第九章：地表水作用的工程地质研究；第三节：海(湖)岸线动态工程地质研究；第二节：泥石流；第一节：河流地质作用的工程地质研究；第一节：河流地质作用的工程地质研究。1.水流运动的几种形式(1)湍流、层流和涡旋(2)横向循环单向横向循环弯曲河道断面双向横向循环(沿底分流)宽或直河道断面双向横向循环(沿底汇流)宽或直河道断面混合(多向)宽浅河流循环，河底波动变大；2)河流地质过程的水力学原理，(1)侵蚀钾是形状因子；f是压缩区域。在水动力压力的反复作用下，突起沿可能的滑动面产生的剪应力：判断突起的冲击稳定性；突起的剪切强度大于剪切应力。稳定突起的剪切强度小于剪切应力。不稳定突起的剪切强度等于剪切应力的

2、极限状态。确定极限状态下的临界流速。(2)输沙和推移质起动条件：推移质粒径为D，水面动水压力为P1，颗粒滚动时河底摩擦阻力为T。当P1=T时，颗粒处于极限状态，推移质临界流速，悬浮物的起动条件是悬浮在流体中的颗粒具有较大的顶部速度和较小的侧压力，而底部速度较小且侧压力较大，导致上游力P2作用在颗粒上。如果水流的垂直分速度是，P2是。当P2=W时，临界垂直分速度Ukp和悬浮临界速度，(3)沉降。当河流流速低于临界移动速度时，岩土颗粒将在重力作用下沉积。颗粒沉积与颗粒形状、颗粒大小与速度、颗粒形状与沉降速度的关系：椭球体、椭球体、立方体、速度、10m/s:均为侵蚀速度0.18m/s:均为沉积速度1

3、0m/s-0.18m/s:根据颗粒大小，2-1000mm砾石：起始速度和临界沉降速度均较大且相近，因此0.05mm粉土和粘土：起始速度较小，临界沉降速度较大，二者相差较大，易移动，不易下沉，流速10m/s:侵蚀，流速0.18m/s:沉积，10m/s-0.18m/s:大小为、2-1000mm的砾石：起始流速和临界沉降速度都很大且彼此接近，因此它们很难移动且容易下沉。0.05-2mm的砂粒：起始速度和临界沉降速度小且相互接近，易于移动和下沉；0.05毫米的淤泥颗粒和粘土颗粒的起始速度较小，临界沉降速度较大，因此它们易于移动且难以下沉。山区河流根据其发育程度和形态特征可分为未成型河谷、河漫滩河谷和成

4、型河谷；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 .河床地形：岩床、岩石滩、深沟和瀑布；河谷覆盖的厚度。平原区河流：a .河谷型：游荡型、分叉型、判别型、地上型河流；b .河床地貌：海滩、沙滩和沙洲；2.河床演变的基本规律；(1)河谷的形成和形态特征；河床类型是河道中流水所占据的部分谷底。按形状和曲率分类。河道曲率(s): s(两点之间的河道曲率)=河道长度(l)/河谷长度(L) (1)直河床(2)弯曲河床(3)游荡河床(4)分叉河床。河床横向变化有三种基本的横向振荡形式：海滩迁移、海滩冲刷和沙洲小分流；主槽在河床内1)主流采取另一种横流；2)直接截流：大分流：河流夺取其

5、他河流或创造新的河流。(2)河床冲淤变化的过程和条件。在黄河下游的上游，当水流冲破天然堤时，不会形成决口扇，自然关闭，从而产生很大的导流作用。黄河改道了被称为九曲冬青，河谷的长度约为87公里，但河流的长度达到240公里。3。坝、闸下游河床稳定性及河床改造，(1)河床稳定性，一般用河床稳定系数(洛兴系数)fh表示，当FH为15-20时，河床基本稳定；在fh 5，河床沉积物也在正常时期移动；fh 1处河床极不稳定；如果考虑水深对水流承载能力的影响，D50/HJ可作为河床稳定性的判据。h代表与河漫滩相同水位的河床水位；石质河床改造大坝、闸门、溢洪道泄流能量大，泄流方式为：1)表面流消能：适用于两岸高

6、强度岩石；2)底流消能：存在软弱夹层和岩石(破碎带)；3)戽流消能：要求河床强度高；4)屈曲和能量耗散；(2)坝(闸)下游河床改造，二滩地表孔洞消能建筑物。采用底流消能时，下游易形成冲刷坑，形成自由面，威胁坝基岩体的稳定性。一般来说，冲刷坑的射距(L)与深度(D)之比用于粗略估计冲刷坑是否威胁坡脚或大坝安全：1)岩石倾角较大的基岩在L/d 2.5范围内是安全的；2)岩石倾角较缓的基岩在L/d 5范围内是安全的，河床岩石冲刷破坏机理：地质因素：冲刷破坏是由射水流动引起的岩石裂隙间的脉动压力造成的，使裂隙张开，岩石块松动、晃动。因此，岩块的水下重量和岩块之间的摩擦力影响岩石的抗冲击能力。它与岩块的

7、大小、重力、几何形状、相互位置以及岩块间充填物的性质有关。水力因素：铲起形式、单位宽度流量、流入速度和水垫厚度。冲刷坑形成的地质条件1)断层破碎带：它往往控制着局部最大冲刷坑的位置、形状和范围(例如；双牌、丹江口)2)缓倾斜软弱结构面和软弱夹层陡，易形成深冲刷坑；(如新安江)3)节理裂隙密度越大，岩块体积越小，容易形成深冲刷坑。4)地层产状、跨谷(坝区)，护岸工程将在岸坡或浅滩段种植草和植被，增加汛期河床的糙率，达到消能防冲的目的；在岸坡上修建石头或其他材料护坡。4.河道整治、调水调沙和限制水流的工程措施；第二节。泥石流又称山洪和泥石流，是一种含有大量泥、沙、石等固体物质的急流过程和自然现象。

8、突然爆发，持续时间短，凶猛，破坏力强。泥石流特征：高固体含量；巨大的能量、突然的爆发、猛烈的攻击、持续时间短、频繁的复发、巨大的危害和对环境的严重破坏往往是不可逆转的。1.泥石流类型分类：标准山谷型山坡型，根据盆地形状、泥石流、岩流、物质组成、流体性质、粘性(结构型)和稀薄性(湍流型)、供水、风暴型冰雪融化型爆发型、标准泥石流盆地、标准泥石流、泥石流形成区；-泥石流地区；-泥石流堆积区；-泥石流阻塞了河流形成的湖泊。山谷型泥石流盆地、山谷型泥石流、山坡型泥石流盆地、泥石流和固体物质主要由细粒泥砂组成，含少量岩屑和砾石。粘度相对较大，呈稠糊状。泥石流，流体中含有大量的细颗粒，如淤泥和粘土，以及巨

9、大的石块和巨砾。水石型，含少量固体物质，主要由细砂和粘土组成，形成薄泥，同时含少量大块石头，粘性泥石流中固体物质含量高(40%),有许多细颗粒；密度高(1.62.4)，浮力大，平直度好；堆垛不是分散或分类的。这种黛比暴雨型泥石流是由暴雨形成的洪水冲刷斜坡造成的，冰雪消融型泥石流是由冰川融雪洪水侵蚀冰碛造成的，破碎型泥石流是由山体崩塌造成的高山冰川湖、冰碛湖和堰塞湖突然破碎造成的，根据供水来源和方式进行分类。泥石流形成的基本条件：地形、地貌、固体物源、径流、地质结构、运动势能、气象和水文条件、液体量和径流强度；2.泥石流的形成条件和机理，土壤力和水力的形成机理；4.泥石流特征指数的确定；(1)泥

10、石流的重力，体积比的测量方法，固体物质的比重，固体物质体积与水体积之比，以fc表示，(2)泥石流流量，形态学调查方法，汇水面积法，匹配法，Fc是泥石流流体的截面积，vc是泥石流的流速，QB是泥石流沟的清水流量，DC是泥石流的阻塞系数，QH是泥石流的固体流量，Pc是泥石流的修正系数，与土壤重力和自然含水量有关。总体原则：对整个流域进行规划和统筹考虑；关注大流域，从小流域开始；突出重点，抓住重点。在危险区域建立警戒和避难系统。地层区蓄水、固沙、护坡三大防治重点。循环区减速和节能。堆积区的合理疏浚。5.泥石流防治：考虑泥石流的基本条件(固体物质、水体)和触发条件(地表径流强度)。护坡：减少松散固体的

11、来源；土壤侵蚀的探索性控制：控制地形切割程度，降低地表径流强度；泄洪：分离水沙，降低地表径流强度，减少积水的流动条件，从根本上遏制泥石流的产生。防治思路：控制固体物质来源，降低地表径流强度。保护沟床：切断固体物质的补充来源；堵塞：拦截固体、排出液体、调整通道形状、减小纵向梯度、降低流体速度和削弱运动能量。循环区，防控思路：合理分流，确保顺畅流动，固持液体。排水：导向堆放处，不与人体工程学冲突，不堵塞后续流体；固体材料堆放在适当的位置，不排入河流的主流。堆积区、泥石流防治措施生物措施：水源涵养林-减少固体物质、调节气候、降低雨强(形成区)、水土保持林-调节径流、稳定边坡、减少固体蓄水(形成区、循

12、环区)、防止(减少)对下游(循环区)的影响、固滩林、防风固沙堤、长期改善环境(堆积区)和根本工程措施：防洪调洪水库、截水沟、水库、泄洪洞、导流渠、截洪、削峰和动能削减。挡土(沙坝、古坊):挡土(粗)、排水、降低坡度、降低速度和切割能量(阿拉木图：坝高145米)；挡土：护坡和防冲刷。明洞、导流堤、排水沟：调整流向，防止溢流。淤泥储存和淤泥储存，淤泥储存场：阻挡固体(细)切割能量并使流体平滑。全面的、紧急的、暂时的解决办法，但不是永久的解决办法。1-坝堤2-导流堤、泥石流排水措施、道路保护隧道、道路保护廊道、泥石流防治措施、泥石流路线选择方案(安宁河、成昆铁路)、扇背避障方案、扇体选择通过方案、扇前避障方案1、扇前避障方案2、泥石流防治、兰新铁路高桥穿越泥石流、墩前建墩防护工程、泥石流防治、泥石流防治、泥石流防治、泥石流防治等。海(湖)岸线的形式、结构、物质组成和岸线位置是可变的，波浪能和波浪折射(2)潮汐是海水在月亮和太阳的潮汐力作用下的周期性波动。潮汐类型：杭州湾钱塘江(3)海流，2。