Обрушение берега реки - River bank failure

Речная эрозия

Обрушение берега реки может быть вызвано тем, что гравитационные силы, действующие на банк превышают силы, удерживающие осадок вместе. Отказ зависит от типа осадка, расслоения и содержание влаги.[1]

Опыт всех берегов рек эрозия, но отказ зависит от места и скорости возникновения эрозии.[2]Обрушение берега реки может быть вызвано размещением дома, водонасыщенностью, весом на берегу реки, растительностью и / или тектонической активностью. Когда сооружения строятся слишком близко к берегу реки, их вес может превышать вес, который может выдержать берег, и вызывать опускающийся, или ускорить спад, который уже может быть активным.[1][3] Добавление к этим напряжениям может быть увеличено насыщенность вызвано орошением и септики, снижающие прочность почвы.[4] В то время как глубоко укоренившаяся растительность может повысить прочность берегов рек, замена травой и более мелкой укорененной растительностью может фактически ослабить почву. Наличие газонов и бетона подъездные пути концентраты сток на берег, еще больше ослабляя его. Фундаменты и конструкции еще больше увеличивают нагрузку.[3] Хотя каждый режим отказа четко определен, необходимо четко определить типы грунта, состав берегов и окружающую среду, чтобы установить режим отказа, несколько типов которого могут присутствовать на одной и той же территории в разное время. После классификации неисправности можно предпринять шаги для предотвращения дальнейшей эрозии. Если виноват тектонический провал, исследование его последствий может помочь в понимании аллювиальных систем и их реакции на различные нагрузки.

Описание

Берег реки можно разделить на три зоны: мыс, береговая зона и прибрежная зона. Зона пальцев стопы - это область, наиболее подверженная эрозии.[2] Поскольку он расположен между обычным уровнем воды и низким уровнем воды, он сильно зависит от течений и эрозионных явлений.[2] Зона берега находится выше обычного высокого уровня воды, но все же может периодически подвергаться воздействию течений и подвергаться наибольшему потоку людей и животных. Зона над берегом находится внутри как от мыса, так и от береговых зон и может быть классифицирована как пойма или обрыв, в зависимости от ее уклона.[2] Берег реки будет реагировать на эрозионную активность в зависимости от характеристик материала берега. Наиболее распространенный тип банка - это стратифицированный или переслаивающийся банк, который состоит из несвязных слоев, чередующихся со связными слоями.[5] Если связный грунт находится у основания берега, он будет контролировать скорость отступления вышележащего слоя. Если несвязный грунт находится у основания берега, эти слои не защищены слоями связного грунта. А Коренная порода банк обычно очень стабилен и будет постепенно разрушаться. Связный берег очень подвержен эрозии во время понижения уровня воды из-за его низкого проницаемость.[2] Разрушения связных грунтов будут вращательными или плоскими. поверхности разрушения, а в несвязных грунтах разрушения будут в лавина мода.[5]

Режимы отказа

Падение уровня реки вызывает оползень

Гидравлический отказ

Гидравлические процессы на поверхности воды или под ней могут захватывать отложения и непосредственно вызывать эрозию. Несвязные берега особенно уязвимы для этого типа разрушения из-за подрезания берегов, деградации пласта и основной очистки.[6]

Гидравлическая эрозия пальцев ног происходит, когда поток течет в направлении берега на излучине реки, а наибольшая скорость наблюдается у внешнего края и в центральной глубине воды.[5] Центробежные силы поднимают уровень воды так, чтобы он был максимальным на внешнем изгибе, и, когда сила тяжести тянет воду вниз, происходит катящаяся спиральная спираль с нисходящими скоростями относительно берега (эрозионная сила).[2] На крутых поворотах он будет максимальным. Наихудшая эрозия будет непосредственно ниже по течению от точки максимальной кривизны. В случаях с некогезионными слоями токи удаляют материал и создают консольный выступ из связного материала. Сдвиг превышает критический сдвиг у основания берега, и частицы размываются. Затем это вызывает нависание, что в конечном итоге приводит к отступлению берега и его разрушению.[2]

Подрезка берега реки, состоящая из верхнего связующего слоя и нижнего несвязного слоя

Геотехнический отказ

Геотехнический отказ обычно возникает из-за нагрузок на берег, превышающих силы, которые он может выдержать. Один из примеров - перенасыщение берега после понижения уровня воды от пойма до нормального банковского уровня. Давление поровой воды в насыщенной банке снижает фрикционные прочность на сдвиг почвы и увеличивает силы скольжения.[5] Этот тип разрушения чаще всего встречается в мелкозернистых почвах, потому что они не могут дренировать так быстро, как крупнозернистые почвы.[2] Это может быть усилено, если берега уже были дестабилизированы из-за эрозии несвязных песков, которая подрывает материал берега и приводит к обрушению берегов.[5] Если банка подверглась замораживанию и оттаиванию, трещины от растяжения могут привести к обрушению берега. Подповерхностная влага ослабляет внутренний сдвиг.[2] Капиллярное действие может также уменьшить угол естественного откоса берега до меньшего, чем угол наклона существующего берега. Это делает склон слишком крутым и может привести к обрушению при высыхании почвы.[2]

Выход из строя трубопровода может произойти при увеличении высокого давления просачивания грунтовых вод, а также при увеличении скорости потока. Это вызывает обрушение части банка. Разрушение обычно происходит из-за избирательного потока грунтовых вод вдоль переслаивающихся насыщенных слоев на стратифицированных берегах реки с линзами песка и более крупного материала между слоями более тонкого связного материала.[6]

Тектонический разрыв

Изменения уклона дна долины могут повлиять на аллювиальные реки, что может произойти из-за тектоника. Это может вызвать обрушение берега реки, что может создать опасность для людей, живущих рядом с рекой, а также для таких сооружений, как мосты, трубопроводы и переходы для линий электропередач. В то время как большие и быстрые реки должны сохранять свой первоначальный путь течения, низкие уклоны усиливают эффекты, вызванные изменением уклона.[7] Обрушение берега в результате тектоники также может привести к отрыву, когда река покидает свое собственное русло в пользу образования нового.[7] Авульсия из-за тектоники чаще всего встречается в реках с высоким уровнем застоя, обрушение берегов которых привело к потере естественных дамб из-за разжижения и трещин в результате землетрясения.[8]

Гравитационный отказ

Гравитационное разрушение включает мелкие и вращающиеся оползни, разрушения плиты и консолей, а также земные потоки и потоки сухих гранул. Это процесс отделения наносов, прежде всего, от связного вала и их речного переноса.
Мелкий провал возникает, когда слой материала движется по плоскостям, параллельным поверхностям берегов. Разрушение характерно для грунтов с низким сцеплением и возникает, когда угол берега превышает угол внутреннего трения.[5] Блоки малых и средних размеров вытесняются у основания берега реки или рядом с ней из-за чрезмерного давление поровой воды и перегружать. Плита материала в нижней половине банки выпадет, оставив углубление в форме ниши. Разрушение обычно связано с крутыми берегами и насыщенными более мелкозернистыми связными материалами берегов, которые позволяют создавать положительное давление поровой воды и сильную фильтрацию внутри конструкции.[6]
Ошибка всплывающего окна это когда блоки малого и среднего размера вытесняются у основания берега реки или около него из-за чрезмерного давление поровой воды и перегрузка. Плита материала в нижней половине банки выпадет, оставив углубление в форме ниши. Разрушение обычно связано с крутыми берегами и насыщенными более мелкозернистыми связными материалами берегов, которые позволяют создавать положительное давление поровой воды и сильную фильтрацию внутри конструкции. Блоки малых и средних размеров вытесняются у основания берега реки или рядом с ним из-за чрезмерного давление поровой воды и перегрузка.[6]

Разрушение плиты - это соскальзывание и опрокидывание глубоко залегающей массы в русло реки. Разрушения связаны с крутыми мелкозернистыми связными берегами малой высоты и происходят в условиях низкого расхода. Они являются результатом сочетания размыва на выступе берега, высокого давления поровой воды в материале берега и трещины от растяжения в верхней части берега.[6]

Провалы кантилевера возникают, когда нависающие блоки обрушиваются в канал.[5] Отказ часто происходит после того, как банк пережил подрезание. Разрушение обычно возникает в композите из мелкозернистого и крупнозернистого материала и проявляется в условиях низкого расхода.[6]

Отказ из-за сухого гранулированный поток Обычно возникает на несвязных берегах под углом естественного откоса или около него, которые подрезаны. Это увеличивает локальный угол крена выше угла трения, и отдельные зерна катятся, скользят и отскакивают от берега слоем. Накопление обычно происходит в пальце ноги.[6]

А мокрый земляной поток происходит, когда потеря прочности секции берега из-за насыщения увеличивает вес берега и снижает прочность материала берега, так что грунт течет как вязкая жидкость.[2] Этот тип разрушения обычно происходит на низкоугловых берегах, и затронутый материал стекает вниз по берегу, образуя выступы материала на носке.[6]

Повреждение луча возникает в результате трещин растяжения в свесе и возникает только тогда, когда нижняя часть блока свеса выходит из строя по почти горизонтальной поверхности разрушения.[6]

Примеры

Затонувшая земля, образовавшаяся в результате землетрясения в Новом Мадриде в штате Миссури

1811–1812 гг. Ново-Мадридское землетрясение.

В 1811–12 Ново-Мадридские землетрясения были вызваны землетрясениями на Река Миссисипи, и представляют собой обрушение берега, вызванное тектонической активностью в Сейсмическая зона Нового Мадрида (NMSZ).[9] NMSZ является результатом неудачной системы разломов, которая остается слабой сегодня и, следовательно, подвержена разломам и землетрясениям.[9] Землетрясения привели к немедленному обрушению берегов, в результате чего берега упали выше и ниже поверхности воды, вызвав волну, достаточно большую, чтобы затопить лодку.[7] Некоторые волны были вызваны падением наносов в реку, но в других случаях волны сами по себе, ударяясь о берега, вызывали одновременное падение больших участков берегов Миссисипи.[7] Было замечено, что воды Миссисипи текут назад из-за толчков, вызванных землетрясением.[8] В реку было внесено большое количество наносов. Обрушение берегов было замечено ниже по течению Мемфис, Теннесси. Вертикальные смещения, возможно, были основным источником турбулентности, хотя и недолго.[7]

Банкротство Северо-Западного Миннесоты

Высокие потоки размывают крутые берега реки Пембина на северо-востоке Северной Дакоты, что способствует высокому содержанию наносов.

Банкротство находилось на Красная река и его притоки. Это было вызвано эрозией и представляет собой обвал. Разрушение происходит в этом районе, потому что берега рек состоят из глины из-за отложений ледников и озер, в отличие от более устойчивых отложений, таких как песок или гравий.[1] Чаще всего просадки наблюдаются в формации Шерак, которая расположена на менее компетентной формации, называемой формациями Хуот и Бренна.[1] Свита Шерак сложена слоями алеврита и глины, а формация Бренна - залежью глины.[10] Эти менее компетентные образования становятся обнаженными, когда вышележащая формация Шерак размывается речной долиной. Трещины также могут образовываться в формации Шерак, вызывая ослабление подстилающей глины и оползание. Открытый контакт между формациями (обычно в районе Красной реки) и, следовательно, присущая этому контакту слабость вызывает массовое истощение берега реки.[11] Таким образом, деятельность человека на берегу реки увеличивает риск отказа.[1] Из-за такого вмешательства человека лучший способ защиты реки - избегать ненужной погрузки возле реки и повышать осведомленность о проблемах, ведущих к отказу.[1] Когда разрушение все-таки происходит, необходимо понимание геотехнических параметров откоса, и на них больше всего полагаются для понимания основных причин.[11] Это может быть выполнено путем получения значений для предел пластичности и предел жидкости почв.[1]

Также представляет интерес взаимодействие между стоками рек и отложениями. Ред-Ривер и Миннесота получают взносы из реки Пембина на северо-востоке Северной Дакоты.[10] Скорость эрозии для этой реки очень высока, что приводит к обширной и крутой эрозии берегов реки. Этот увеличенный сток затем приводит к увеличению стока и, следовательно, к более высоким явлениям эрозии ниже по течению, например, в Красной реке.[10]

Решения

Обрушение берега реки зависит от многих решений, наиболее распространенными из которых являются стабилизация извести и поддерживающие стены, каменная наброска и шпунт, поддерживая глубокую растительность, валки и траншеи, мешки и блоки, габионы и матрацы, грунт-цемент и избегая строительства сооружений на берегах реки.[12]

Каменная набивка

Каменная набивка

Каменная набивка из камней и других материалов, расположенных таким образом, чтобы препятствовать эрозионным процессам на берегу реки. Этот метод дорог и может потерпеть неудачу, но его можно использовать на больших площадях.[3] Разрушение наблюдается, когда берег подвергается эрозии частицами из-за того, что камни слишком малы, чтобы противостоять сдвиговому напряжению, удаление отдельных камней ослабляет общую каменную наброску, боковой уклон берега слишком крутой, чтобы каменная наброска сопротивлялась силам смещения, или слишком равномерная градация каменной наброски (ничто не заполняет небольшие пространства). Отказ также может произойти из-за спада, поступательного скольжения или модифицированного спада.[12]

Валки и траншеи

Валки представляют собой сваи из устойчивого к эрозии материала на берегу реки, где в случае захоронения они становятся известными как траншеи. Когда эрозия сохраняется в уже определенном месте, эти валки и траншеи заставляют скользить вниз вместе с берегом, чтобы защитить его от дальнейшего возникновения эрозии.[13] Это позволяет выполнить минимальные проектные работы, поскольку установка на высоких берегах проста, хотя другие методы могут привести к отказу.[12] К недостаткам можно отнести окна и траншеи, которые продолжают разрушаться до тех пор, пока не пересекутся с устойчивым к эрозии материалом. Результаты этого метода оказались несовместимыми, так как крутой склон берега приводит к увеличению скорости реки.[12]

Ремонт берега реки с использованием мешков

Мешки / блоки

Мешки и блоки могут использоваться во время наводнения, когда мешки заполнены материалом, что позволяет использовать блоки для стимулирования дренажа и роста растений. Этот метод требует повышенного труда и большего количества наполнителя, так как все мешки и блоки должны быть одинакового размера.[12]

Gabion au Rive

Габионы и матрасы

Габионы сложены прямоугольные проволочные ящики, заполненные камнями. Они полезны на крутых склонах, когда скорость воды слишком высока для использования каменной наброски. Они дороги и трудозатратны, а также требуют периодической проверки на предмет повреждений и последующего обслуживания, хотя, как было замечено, они демонстрируют положительные характеристики.[13]

Матрас габионы это широкие неглубокие корзины, полезные на гладких берегах рек для роста растений. Связанные бок о бок и уложенные рядом друг с другом на неглубоких поверхностях, они создают покров защиты от эрозии.[12]

Сочлененный бетонные матрасы используются в крупных реках, таких как Миссисипи, и состоят из бетонных блоков, удерживаемых стальными стержнями.[12] Быстрые в использовании, с хорошей репутацией, они позволяют полностью покрыть берег реки при правильном размещении. Это, в свою очередь, ведет к хорошему послужному списку.[12] Однако открытые пространства (8%) позволяют проходить мелкому материалу, а промежутки между блоками могут вызвать удаление насыпи.[13] К сожалению, сами матрасы плохо вписываются в резкие изгибы, и удаление растительности на берегу, которая требуется для размещения, может оказаться дорогостоящим.[12]

Грунт-цемент

Точное размещение грунтового цемента может быть разным в зависимости от уклона берега.[14] В реках с высокими волнами может потребоваться ступенчатый рисунок для рассеивания энергии, исходящей от волн.[12] В условиях с более низкой энергией волн цемент можно «выложить» листами параллельно склону. Однако этот метод нельзя использовать на крутых склонах.[14] Почвенный цемент может иметь отрицательные эффекты в условиях замораживания / оттаивания, но положительные эффекты на берегах с песком и растительностью, поскольку низкая прочность и непроницаемость могут вызвать разрушение.[12]

Растительность

Существует три основных типа растительности для предотвращения обрушения берегов: деревья, кустарники и травы. Деревья обеспечат глубокую и плотную корневую систему, увеличивая нагрузку на берег реки. Кусты вбиваются в берег реки для защиты от эрозии, хорошего покрытия растений и устойчивости почвы.[3] Черенки можно связать в фашины, и поместили в неглубокие траншеи, параллельные берегу реки.[12] Как правило, наиболее полезными материалами являются ивы и опоры из тополя, однако можно также использовать изделия из волокна.[13][15] затем частично закапываются и ставятся на место. Эти связки черенков создают похожие на бревна структуры, которые будут укореняться, расти и создавать хорошее покрытие для растений. Конструкции удерживают почву на месте и защищают берег ручья от эрозии.[13] Использование растительности для противодействия эрозионным процессам является наиболее трудоемким и наименее дорогостоящим методом. Это также улучшает среду обитания и эстетично. К сожалению, на крутых берегах деревья могут не стабилизировать основание берега, а вес самого дерева может привести к поломке. Также сложно выращивать растительность в таких условиях, как заморозить оттепель. Без должной защиты дикие животные и домашний скот могут повредить растительность.[12]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Геологическая служба Миннесоты. «Обрушение берега реки на северо-западе Миннесоты: обзор уязвимых материалов земли» (PDF). Получено 9 октября, 2013.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k «Способы и причины банкротства банка» (PDF). Получено 8 октября, 2013.
  3. ^ а б c d Правительство графства Касс. "обрушение берега реки". Получено 2013-11-20.
  4. ^ Гранит экологический. «Продукты для борьбы с эрозией берега реки».
  5. ^ а б c d е ж грамм Насермоаддели, М; Паше. «Моделирование подрезки и разрушения несвязных берегов рек» (PDF): 1–7. Получено 7 октября, 2013. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  6. ^ а б c d е ж грамм час я Талукдар, Бипул. «Эрозия берегов реки - перспектива» (PDF). Получено 7 октября, 2013.
  7. ^ а б c d е Шумм, Стэнли (2000). Активная тектоника и аллювиальные реки. Издательство Кембриджского университета. ISBN  0521661102.
  8. ^ а б Шум, Стэнли. «Реакция аллювиальной реки на активную тектонику». Государственный университет Колорадо. Получено 7 октября, 2013.
  9. ^ а б 1811–1812 гг. Ново-Мадридские землетрясения
  10. ^ а б c «Качество воды в Красной реке Северного бассейна» (PDF). USGS. Министерство внутренних дел США.
  11. ^ а б Шверт, Дональд. «ГЕОЛОГИЯ ПОД РЕГИОНОМ ФАРГО-МУРХЕД». НДСУ.
  12. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Холсте, Натан. «Береговая охрана» (PDF). Получено 8 октября, 2013.
  13. ^ а б c d е Совместная биологическая оценка. «Приложение к методам содержания реки» (PDF). Получено 2013-11-24.
  14. ^ а б Хансен, К. (2000). Строительство ступенчатого ограждения грунтово-цементного берега. Денвер, Колорадо: Американское общество инженеров-строителей. ISBN  978-0-7844-0500-0.
  15. ^ Гранитная среда. «Продукты для борьбы с эрозией Riverank».