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1、第九章 地表水作用的工程地质研究,第3节、海（湖）岸带的动力工程地质研究,第2节、泥石流,第1节、河流地质作用的工程地质研究,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,（1）冲蚀,与流速垂直断面上突起体承受的动水压力,0为水的重度; K为形状系数； F为受压面积。,突起体在动水压力的反复作用下，沿可能滑动面产生的剪切应力：,突起体抗冲稳定性判断；突起体的
2、抗剪强度大于剪切应力稳定突起体的抗剪强度小于剪切应力不稳定突起体的抗剪强度等于剪切应力极限状态,确定极限状态时的临界流速,（2）搬运,推移质的起动条件,推移质颗粒直径为d， 迎水面所受动水压力为P1,颗粒滚动时，受河底摩擦阻力T为,当 P1 = T，颗粒处于极限状态，推移质临界流速,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,当P2 = W时，临界悬浮垂直分速度Ukp,悬浮临界流速,（3）沉积,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,
3、颗粒形状与沉速：球体 椭圆体 立方体 片状体,流速,流速10m/s：都侵蚀 流速10m/s：都侵蚀,流速 0.18m/s：都沉积,10m/s - 0.18m/s：按粒径分,2-1000mm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
4、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,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占据的部分谷底。按形态和弯曲度分类。河道弯曲度(S)：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,河床的横向变化有三种基本形式 横向摆动：边滩的迁移、心滩冲刷和沙洲的下移 小改道：主槽在河床范围内突变性的摆动。1）主流移夺另一股叉流；2）截弯取直cut-off： 大改道：河流袭夺其他河道或另辟新河道。,（2）河床冲淤变化的过程及条件,黄河下游的地
5、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。,六合垸,六合垸是这一段最近的一次裁弯取直，1972.7.19，原20公里长的河道缩短为1公里。,素有九曲回肠之称，河谷的长度87公里左右，但河道的长度达240公里。,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间产生脉
6、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 在岸坡或浅滩地段种草、植被，增加洪水季节河床
7、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2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。,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。,1.泥石流的类型划分,标准型 河谷型 山坡型,按流域形态,泥水流 水石流 泥石流,按物质组成,按流体性质,粘性(结构型) 稀性(紊流型),按水源补给,暴雨型 冰雪融水型 溃决型,标准型泥石流流域,标准型泥石
8、流,-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,河谷型泥石流,山坡型泥石流,山坡型泥石流流域,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。,泥石流,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。,水石型,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,粘性泥石流 固体物含量高（40%60%）、细粒多；密度大（1.62.4）、浮托力强，具直进性；堆积不散流、无分选。 此类泥石流破坏力极强。,按流体性质分类,稀性泥石流 固体物含量低（40%）、细粒少、密度值中等（1.21
9、.6）；水泥浆速度大于石块速度，具极强冲刷力；堆积散流、有分选。,暴雨型泥石流 由暴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 地形地貌条件固体物来源、径流条件 地质构造条件固体物来源、运动势能 气象水文条件液体量、径流强度,2.泥石流的形成条件与形成机制,泥石流的形成机制 土力类形成机制 水力类形成机制,4.泥石流特征指标的确定,（1）泥石流的重度,实测法 体积比法,G 固体物质的比重，fc 固体物质体积与水的体积之比,（2）泥石
10、流的流量,形态调查法,汇水面积法,配方法,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,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。 三区防治重点： 形成区蓄水、固沙、护坡。 流通区减速、削能。 堆积区合理疏导。,5.泥石流的防治,防治思路： 从泥石流产生基本条件（固体物、水体）和触发条件（地表径流强度）两方面考虑。 护坡：减少松散固体物来源； 开发性治理水土流失：控制地形切割程度
11、，减小地表径流强度； 排洪：使水沙分离，减小地表径流强度，降低聚流水动条件，从根本上扼制产生泥石流的动因。,形成区,防治思路： 控制固体物来源、减小地表径流强度。 保护沟床：截断固体物补充源； 拦挡：拦截固体、排液体，调整沟道形状，减小纵比降，降低流体速度，削弱运动能量。,流通区,防治思路： 合理疏导保畅通，固留液走。 排导：导向堆积场所，不与人类工程产生矛盾，不阻滞后续流体；固物堆积于适当的位置，不排向江河主流。,堆积区,泥石流治理措施 生物措施： 水源涵养林-削减固物、调节气候、降低雨强(形成区) 水土保持林调节径流、稳坡减固蓄水(形成区、流通区) 防冲林护沟床、防（减）对下游冲击(流通区
12、) 固滩林防风固沙护堤，改良环境(堆积区) 长远、根本、见效慢。,工程措施 治水调洪水库、截水沟、蓄水池、泄洪洞、引水渠，拦洪削峰减动能。 治土拦挡(拦沙坝、谷坊)：拦固(粗)、放水、减坡降、减流速、削能(阿拉木图：坝高145m)；支挡：护坡防冲。 排导明硐、导流堤、排导沟：调流向、防漫流。 储淤拦泥库、储淤场：拦固(细)削能、使流体顺畅。 全面、应急、治标不治本。,1-坝和堤防 2-导流堤,泥石流排导措施,护路明洞,护路廊道,泥石流防治措施,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,泥石流防治,兰新线高桥跨越泥石流，桥墩前建造护墩工
13、程,泥石流防治,泥石流防治,第3节、海(湖)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 岸带上物质的纵向运移 沉积物质,3.影响海(湖)岸带演化的地质因素（1）地形因素（1）地质结构因素 岩土的性质 岩体结构 1）主要结构面倾向岸内； 2）主要结构面倾向岸外； 3）主要结构面产状近水平。 河流因素,海(湖)岸带岸坡及沿岸建物常用的工程防护措施：1防波堤；2丁坝；3护岸墙,4.海(湖)岸带岸坡及沿岸建物的防护,
