Обрушение берега реки

Обрушение берегов реки может произойти, когда силы гравитации, действующие на берег, превышают силы, удерживающие отложения вместе. Неисправность зависит от типа отложений, их слоистости и содержания влаги . ^{[ 1 ]}

Все берега рек подвергаются эрозии , но разрушение зависит от местоположения и скорости, с которой происходит эрозия. ^{[ 2 ]} Обрушение берегов реки может быть вызвано расположением домов, водонасыщенностью, весом на берегу реки, растительностью и/или тектонической активностью. Когда конструкции построены слишком близко к берегу реки, их вес может превысить вес, который может выдержать берег, и вызвать обвал или ускорить обвал, который уже может быть активным. ^{[ 1 ]}^{[ 3 ]} К этим нагрузкам может добавиться повышенная насыщенность почвы , вызванная ирригацией и септиками , которые снижают прочность почвы. ^{[ 4 ]} Хотя растительность с глубокими корнями может повысить прочность берегов рек, замена травой и растительностью с более мелкими корнями может фактически ослабить почву. Наличие газонов и бетонных подъездных дорожек концентрирует стоки на берегу реки, еще больше ослабляя его. Фундаменты и конструкции еще больше увеличивают стресс. ^{[ 3 ]} Несмотря на то, что каждый тип разрушения четко определен, необходимо четко определить тип почвы, состав берегов и окружающую среду, чтобы установить тип разрушения, несколько типов которого могут присутствовать на одной и той же территории в разное время. После того как неисправность классифицирована, можно предпринять шаги для предотвращения дальнейшей эрозии. Если виноват тектонический разлом, исследование его последствий может помочь в понимании аллювиальных систем и их реакции на различные стрессы.

Описание

Берег реки можно разделить на три зоны: носовую, береговую и надбереговую. Зона пальцев ног – это область, которая наиболее подвержена эрозии. ^{[ 2 ]} Поскольку он расположен между обычным уровнем воды и низким уровнем воды, на него сильно влияют течения и эрозионные явления. ^{[ 2 ]} Береговая зона находится выше обычного уровня паводка, но все же может периодически подвергаться воздействию течений и подвергаться наибольшему движению людей и животных. Береговая территория находится внутри суши как от подошвенной, так и от береговой зон и в зависимости от ее уклона может быть отнесена либо к пойме, либо к обрыву. ^{[ 2 ]} Берег реки будет реагировать на эрозионную деятельность в зависимости от характеристик берегового материала. Наиболее распространенным типом банки является стратифицированная или межслоистая банка, состоящая из несвязных слоев, переслаивающих связные слои. ^{[ 5 ]} Если связная почва находится у подошвы берега, она будет контролировать скорость отступления вышележащего слоя. Если несвязный грунт находится у подошвы берега, то эти слои не защищены слоями связного грунта. Берег коренных пород обычно очень стабилен и подвергается постепенной эрозии. Сплоченная банка очень подвержена эрозии во время понижения уровня воды из-за своей низкой проницаемости . ^{[ 2 ]} Разрушения в связных грунтах будут происходить по вращательным или плоским поверхностям разрушения , тогда как в несвязных грунтах разрушения будут лавинообразными . ^{[ 5 ]}

Режимы отказа

Гидравлический отказ

Гидравлические процессы на поверхности воды или под ней могут захватывать осадки и непосредственно вызывать эрозию. Несплоченные банки особенно уязвимы к этому типу разрушения из-за подрезания берегов, деградации дна и очистки основания. ^{[ 6 ]}

Гидравлическая эрозия пальцев происходит, когда течение течет в направлении берега на излучине реки, а наибольшая скорость наблюдается у внешнего края и в центре глубины воды. ^{[ 5 ]} Центробежные силы поднимают уровень воды так, что он становится самым высоким на внешнем изгибе, и когда сила тяжести тянет воду вниз, происходит раскручивание спиральной спирали со скоростью, направленной вниз к берегу (эрозионная сила). ^{[ 2 ]} Он будет самым высоким в крутых поворотах. Самая сильная эрозия будет происходить сразу ниже по течению от точки максимальной кривизны. В случае несвязных слоев токи удаляют материал и создают консольный выступ связного материала. Сдвиг превышает критический сдвиг у подошвы берега, и частицы размываются. Затем это вызывает навес, что в конечном итоге приводит к отступлению банка и банкротству. ^{[ 2 ]}

Геотехническая авария

Геотехнические сбои обычно происходят из-за напряжений на берегу, превышающих силы, которые банк может выдержать. Одним из примеров является перенасыщение берега после понижения уровня воды из поймы до нормального берегового уровня. Давление поровой воды в насыщенном берегу снижает прочность грунта на сдвиг при трении и увеличивает силы скольжения. ^{[ 5 ]} Этот тип разрушения наиболее распространен в мелкозернистых почвах, поскольку они не могут дренироваться так быстро, как крупнозернистые почвы. ^{[ 2 ]} Это может быть усугублено, если банки уже были дестабилизированы из-за размыва несвязных песков, что подрывает береговой материал и приводит к обрушению берегов. ^{[ 5 ]} Если банк подвергся воздействию замораживания-оттаивания, трещины напряжения могут привести к разрушению банка. Подповерхностная влага ослабляет внутренний сдвиг. ^{[ 2 ]} Капиллярное действие также может уменьшить угол естественного откоса берега до меньшего, чем существующий уклон 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 увеличения скорости потока. Это приводит к краху части банка. Неудача обычно происходит из-за избирательного потока грунтовых вод вдоль переслаивающихся насыщенных слоев внутри стратифицированных берегов рек с линзами песка и более крупного материала между слоями более тонкого связного материала. ^{[ 6 ]}

Тектонический провал

Изменения наклона дна долины могут влиять на аллювиальные реки, что может произойти из-за тектоники . Это может привести к обрушению берегов реки, что создаст опасность для людей, живущих вблизи реки, а также для таких сооружений, как мосты, трубопроводы и пересечения линий электропередачи. В то время как большие и быстрые реки должны сохранять свои первоначальные пути стока, низкие уклоны усиливают последствия, вызванные изменением уклона. ^{[ 7 ]} Обрушение берегов в результате тектоники также может привести к авульсии, при которых река отказывается от своего русла в пользу формирования нового. ^{[ 7 ]} Отрыв из-за тектоники наиболее распространен в реках с высоким стояком, где обрушение берегов привело к потере естественных дамб из-за разжижения и трещин в результате землетрясения. ^{[ 8 ]}

Гравитационный провал

Гравитационное разрушение включает неглубокие и вращательные оползни, разрушения плит и консолей, а также земные потоки и потоки сухих гранул. Это процесс отделения отложений преимущественно от связной банки и их переноса речным путем.
Мелкое разрушение происходит, когда слой материала перемещается по плоскостям, параллельным поверхностям берега. Разрушение характерно для грунтов с низкой связностью и происходит, когда угол берега превышает угол внутреннего трения. ^{[ 5 ]} Блоки малого и среднего размера вытесняются у основания берега реки или вблизи него из-за чрезмерного давления поровой воды и вскрышных пород . Плита материала в нижней половине банки выпадет, оставив полость в форме ниши. Разрушение обычно связано с крутыми берегами и насыщенными более мелкозернистыми связными материалами берегов, которые способствуют созданию положительного порового давления воды и сильной просачивании внутри конструкции. ^{[ 6 ]}
Выход из строя - это когда блоки малого и среднего размера вытесняются у основания берега реки или вблизи него из-за чрезмерного давления поровой воды и покрывающих пород. Плита материала в нижней половине банки выпадет, оставив полость в форме ниши. Разрушение обычно связано с крутыми берегами и насыщенными более мелкозернистыми связными материалами берегов, которые способствуют созданию положительного порового давления воды и сильной просачивании внутри конструкции. Блоки малого и среднего размера вытесняются у основания берега реки или вблизи него из-за чрезмерного давления поровой воды и покрывающих пород. ^{[ 6 ]}

Разрушение плиты – это скольжение и падение вперед глубоко залегающей массы в русло реки. Разрушения связаны с крутыми, небольшой высотой, мелкозернистыми связными берегами и происходят в условиях низкого расхода. Они являются результатом сочетания размыва подошвы берега, высокого порового давления воды в материале отмели и трещины растяжения в верхней части отмели. ^{[ 6 ]}

Отказы кантилеверов возникают при обрушении нависающих блоков в канал. ^{[ 5 ]} Крах часто происходит после того, как банк испытал подрыв. Разрушение обычно происходит в композите из мелко- и крупнозернистого материала и проявляется в условиях низкого расхода. ^{[ 6 ]}

Разрушение, вызванное потоком сухих гранул, обычно происходит на несвязных берегах, находящихся под углом естественного откоса или около него, которые подрезаны. Это увеличивает локальный угол крена по сравнению с углом трения, и отдельные зерна катятся, скользят и отскакивают от берега в слое. Скопление обычно происходит на пальце ноги. ^{[ 6 ]}

Влажный земной поток возникает тогда, когда потеря прочности части насыпи из-за насыщения увеличивает вес насыпи и снижает прочность материала насыпи, так что почва течет как вязкая жидкость. ^{[ 2 ]} Этот тип разрушения обычно возникает на берегах с небольшим углом, и пораженный материал стекает по берегу, образуя лепестки материала у подошвы. ^{[ 6 ]}

Разрушение балки происходит в результате появления трещин растяжения в свесе и происходит только при разрушении нижней части блока свеса по почти горизонтальной поверхности разрушения. ^{[ 6 ]}

Примеры

Землетрясение в Новом Мадриде 1811–1812 гг.

Землетрясения в Новом Мадриде 1811–1812 годов были вызваны землетрясениями на реке Миссисипи и представляют собой обрушение берегов, вызванное тектонической активностью в сейсмической зоне Нового Мадрида (NMSZ). ^{[ 9 ]} NMSZ является результатом разрушенной рифтовой системы, которая остается слабой и сегодня и, следовательно, подвержена разломам и сейсмической активности. ^{[ 9 ]} Землетрясения вызвали немедленное обрушение берегов, в результате чего поверхностные банки упали выше и ниже поверхности воды, вызвав достаточно большие волны, способные затопить лодку. ^{[ 7 ]} Некоторые волны были вызваны падением наносов в реку, но в других случаях волны сами по себе, достигающие берегов, вызывали одновременное обрушение больших участков берегов Миссисипи. ^{[ 7 ]} Было замечено, что воды Миссисипи потекли в обратном направлении из-за толчков, вызванных землетрясением. ^{[ 8 ]} В реку попало большое количество наносов. Обрушение берегов было замечено ниже по реке вплоть до Мемфиса, штат Теннесси . Вертикальные смещения, возможно, были основным источником турбулентности, хотя и недолговечным. ^{[ 7 ]}

Крах банка Северо-западной Миннесоты

Обрушение берега произошло на реке Красная и ее притоках. Это было вызвано эрозией и представляет собой обвал. Неудача в этом районе происходит потому, что берега рек состоят из глины из-за ледниковых и озерных отложений, а не из более устойчивых отложений, таких как песок или гравий. ^{[ 1 ]} Чаще всего обвал наблюдается в формации Шерак, которая расположена на менее компетентной формации, называемой формациями Хуот и Бренна. ^{[ 1 ]} Формация Шерак состоит из пластинок ила и глины, а формация Бренна представляет собой отложение глины. ^{[ 10 ]} Эти менее компетентные образования обнажаются, когда вышележащая формация Шерак подвергается эрозии речной долиной. Трещины также могут образовываться в формации Шерак, вызывая слабость подстилающей глины и оседание. Открытый контакт между пластами (обычно в районе Красной реки) и, следовательно, присущая этому контакту слабость приводит к массовому опустошению берега реки. ^{[ 11 ]} Человеческая деятельность вблизи берегов реки увеличивает риски неудач. ^{[ 1 ]} Из-за вмешательства человека лучший способ защиты реки — избегать ненужной погрузки вблизи реки и повышать осведомленность о проблемах, приводящих к сбоям. ^{[ 1 ]} Когда сбой действительно происходит, необходимо понимание геотехнических параметров склона, и на него больше всего полагаются для понимания основных причин. ^{[ 11 ]} Этого можно достичь, получив значения предела пластичности и предела жидкости в почвах. ^{[ 1 ]}

Также представляет интерес взаимодействие между речными потоками и вкладом наносов. Ред-Ривер и Миннесота получают воду из реки Пембина на северо-востоке Северной Дакоты. ^{[ 10 ]} Скорость эрозии этой реки очень высока и приводит к обширной и крутой эрозии берегов реки. Этот увеличенный сток затем приводит к увеличению речного стока и, следовательно, к увеличению эрозии ниже по течению, например, в Красной реке. ^{[ 10 ]}

Решения

Обрушение берегов реки зависит от многих решений, наиболее распространенными из которых являются стабилизация известью и подпорные стены , каменная наброска и шпунтовые сваи , поддержание глубокой растительности, валков и траншей, мешков и блоков, габионов и матрасов, грунт-цемента и отказ от строительства. построек на берегу реки. ^{[ 12 ]}

каменная наброска

Каменная наброска из камней и других материалов, уложенная таким образом, чтобы замедлить эрозионные процессы на берегу реки. Этот метод дорог и может дать сбой, но его можно использовать на больших площадях. ^{[ 3 ]} Разрушение наблюдается, когда берег подвергается эрозии частиц из-за того, что камни слишком малы, чтобы противостоять напряжению сдвига, удаление отдельных камней ослабляет общую каменную наброску, боковой уклон берега слишком крут, чтобы каменная наброска могла противостоять смещающим силам, или градация каменной наброски слишком равномерна (нечем заполнить небольшие пространства). Отказ также может произойти из-за спада, поступательного скольжения или модифицированного спада. ^{[ 12 ]}

Валки и траншеи

Валки — это штабели 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 соскальзывают вниз вместе с берегом, чтобы защитить его от дальнейшего возникновения эрозии. ^{[ 13 ]} Это позволяет обойтись минимальными проектными работами, поскольку установка на высоких берегах проста, хотя другие методы могут привести к выходу из строя. ^{[ 12 ]} К недостаткам относятся окна и траншеи, которые продолжают разрушаться до тех пор, пока не пересекут устойчивый к эрозии материал. Результаты этого метода оказались противоречивыми, поскольку крутой уклон берега приводит к увеличению скорости реки. ^{[ 12 ]}

Мешки/Блоки

Мешки и блоки можно использовать во время наводнений, когда мешки наполняются материалом, что позволяет блокам стимулировать дренаж и рост растительности. Этот метод требует повышенного человеческого труда и большего количества наполнителя, так как все мешки и блоки должны быть одинакового размера. ^{[ 12 ]}

Габионы и матрасы

Габионы представляют собой прямоугольные проволочные ящики, наполненные камнями. Они полезны на крутых склонах, когда скорость воды слишком высока для использования каменной наброски. Они дороги и трудоемки, а также требуют периодической проверки на наличие повреждений и последующего обслуживания, хотя были замечены положительные результаты. ^{[ 13 ]}

Матрасные габионы представляют собой широкие неглубокие корзины, которые можно использовать на гладких берегах рек для роста растительности. Связанные рядом и уложенные рядом друг с другом на неглубоких поверхностях, они создают защитное покрытие от эрозии. ^{[ 12 ]}

Шарнирные бетонные матрасы используются на больших реках, таких как Миссисипи, и состоят из бетонных блоков, удерживаемых стальными стержнями. ^{[ 12 ]} Быстрые в использовании и имеющие хорошую репутацию, они при правильном размещении позволяют полностью охватить берег реки. Это, в свою очередь, приводит к хорошему послужному списку. ^{[ 12 ]} Однако открытые пространства (8%) пропускают мелкий материал, а пространства между блоками могут привести к удалению налета. ^{[ 13 ]} К сожалению, сами матрасы плохо помещаются на крутых поворотах, а удаление растительности на берегу, необходимой для размещения, может оказаться дорогостоящим. ^{[ 12 ]}

Грунт-цемент

Точное размещение грунтового цемента может быть разным в зависимости от уклона берега. ^{[ 14 ]} На реках с сильным волнением может потребоваться ступенчатая схема для рассеивания энергии, исходящей от волн. ^{[ 12 ]} В условиях с более низкой энергией волн цемент можно укладывать листами параллельно склону. Однако этот метод нельзя использовать на крутом склоне. ^{[ 14 ]} Цемент для грунта может иметь отрицательные последствия в условиях замерзания/оттаивания, но положительный эффект на берегах с песком и растительностью, поскольку малая прочность и непроницаемость могут привести к разрушению. ^{[ 12 ]}

Растительность

Для предотвращения обвала берегов существуют три основных типа растительности: деревья, кустарники и травы. Деревья обеспечат глубокую и густую корневую систему, увеличивая нагрузку, которую выдерживает берег реки. Кусты высаживаются на берегу реки, чтобы обеспечить защитное покрытие от эрозии, создать хороший растительный покров и устойчивость почвы. ^{[ 3 ]} Черенки можно связать в фашины и поместить в неглубокие траншеи параллельно берегу реки. ^{[ 12 ]} Обычно наиболее полезными материалами являются ивы и тополя, однако можно использовать и волокнистые изделия. ^{[ 13 ]}^{[ 15 ]} затем частично закапывают и ставят на место. Эти пучки черенков образуют бревноподобные структуры, которые будут укореняться, расти и создавать хорошее покрытие растений. Конструкции удерживают почву на месте и защищают берег ручья от эрозии. ^{[ 13 ]} Использование растительности для противодействия эрозионным процессам является наиболее трудоемким и в то же время наименее затратным методом. Это также улучшает среду обитания и доставляет эстетическое удовольствие. Однако на крутых берегах деревья могут оказаться не в состоянии стабилизировать опору берега, а вес самого дерева может привести к разрушению. Также трудно выращивать растительность в таких условиях, как замерзание и оттаивание . Если их не защитить должным образом, дикая природа и домашний скот могут повредить растительность. ^{[ 12 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Геологическая служба Миннесоты. «Обрушение берега реки на северо-западе Миннесоты: обзор уязвимых земных материалов» (PDF) . Проверено 9 октября 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к «Способы и причины банкротства банков» (PDF) . Проверено 8 октября 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Правительство округа Касс. «обвал реки» . Проверено 20 ноября 2013 г.
^ Гранит экологический. «Продукты для борьбы с эрозией берегов рек» .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Насермоаддели, М; Паше. «Моделирование подрезки и разрушения несвязных берегов реки» (PDF) : 1–7 . Проверено 7 октября 2013 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Талукдар, Бипул. «Эрозия берегов реки – перспектива» (PDF) . Проверено 7 октября 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Шумм, Стэнли (2000). Активная тектоника и аллювиальные реки . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521661102 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шумм, Стэнли (1986). «Реакция аллювиальной реки на активную тектонику». Активная тектоника: влияние на общество . Достижения геофизики. Государственный университет Колорадо. дои : 10.17226/624 . ISBN 978-0-309-03638-2 . Проверено 7 октября 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Землетрясения в Новом Мадриде 1811–1812 гг.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Качество воды в Красной реке Северного бассейна» (PDF) . Геологическая служба США. Министерство внутренних дел США.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шверт, Дональд. «ГЕОЛОГИЯ РЕГИОНА ФАРГО-МУРХЕД» . НДСУ.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м Хольсте, Натан. «Защита берега реки» (PDF) . Проверено 8 октября 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Совместная биологическая оценка. «Приложение по методам обслуживания рек» (PDF) . Проверено 24 ноября 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Хансен, К. (2000). Строительство ступенчатого грунто-цементного ограждения . Денвер, Колорадо: Американское общество инженеров-строителей. ISBN 978-0-7844-0500-0 .
^ Гранитная среда. «Продукты для борьбы с эрозией Риверанк» .

[Minnesota_slump-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Геологическая служба Миннесоты. «Обрушение берега реки на северо-западе Миннесоты: обзор уязвимых земных материалов» (PDF) . Проверено 9 октября 2013 г.

[library1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к «Способы и причины банкротства банков» (PDF) . Проверено 8 октября 2013 г.

[casscounty-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Правительство округа Касс. «обвал реки» . Проверено 20 ноября 2013 г.

[4] Гранит экологический. «Продукты для борьбы с эрозией берегов рек» .

[2failure-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Насермоаддели, М; Паше. «Моделирование подрезки и разрушения несвязных берегов реки» (PDF) : 1–7 . Проверено 7 октября 2013 г. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[8erosion-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Талукдар, Бипул. «Эрозия берегов реки – перспектива» (PDF) . Проверено 7 октября 2013 г.

[book-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Шумм, Стэнли (2000). Активная тектоника и аллювиальные реки . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521661102 .

[7Tecontics-8] Перейти обратно: ^а ^б Шумм, Стэнли (1986). «Реакция аллювиальной реки на активную тектонику». Активная тектоника: влияние на общество . Достижения геофизики. Государственный университет Колорадо. дои : 10.17226/624 . ISBN 978-0-309-03638-2 . Проверено 7 октября 2013 г.

[wikinewmadrid-9] Перейти обратно: ^а ^б Землетрясения в Новом Мадриде 1811–1812 гг.

[usgsredriver-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Качество воды в Красной реке Северного бассейна» (PDF) . Геологическая служба США. Министерство внутренних дел США.

[sherackform-11] Перейти обратно: ^а ^б Шверт, Дональд. «ГЕОЛОГИЯ РЕГИОНА ФАРГО-МУРХЕД» . НДСУ.

[5solutions-12] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м Хольсте, Натан. «Защита берега реки» (PDF) . Проверено 8 октября 2013 г.

[BioSol-13] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Совместная биологическая оценка. «Приложение по методам обслуживания рек» (PDF) . Проверено 24 ноября 2013 г.

[soilcement-14] Перейти обратно: ^а ^б Хансен, К. (2000). Строительство ступенчатого грунто-цементного ограждения . Денвер, Колорадо: Американское общество инженеров-строителей. ISBN 978-0-7844-0500-0 .

[15] Гранитная среда. «Продукты для борьбы с эрозией Риверанк» .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]