4.4 河谷地貌
4.4.1 河谷地貌的形态要素
河谷是在流域地质构造的基础上，经河流的长期侵蚀、搬运和堆积作用逐渐形成和发展起来的一种地貌。由于线路沿河谷布设，可使路线具有线型舒顺、纵坡平缓、工程量小等优点，所以河谷通常是山区公路、铁路争取利用的一种有利的地貌类型。
典型的河谷地貌，一般都具有如图4－10所示的几个形态部分。
图4－10 河谷要素
1—谷底；2—河床；3—谷坡；4—谷缘；5—坡麓
图4－11 河流阶地要素图
1—阶地后缘；2—阶地面；3—阶地前缘；4—阶地斜坡；5—阶地坡麓
1）谷底
谷底是河谷地貌的最低部分，地势一般比较平坦，其宽度为两侧谷坡坡麓之间的距离。谷底上分布有河床及河漫滩。河床是在平水期间为河水所占据的部分。河漫滩是在洪水期间才为河水淹没的河床以外的平坦地带。其中每年都能为洪水淹没的部分称为低河漫滩，仅为周期性多年一遇的最高洪水所淹没的部分称为高河漫滩。
2）谷坡
谷坡是高出于谷底的河谷两侧的坡地。谷坡上部的转折处称为谷缘，下部的转折处称为坡麓或坡脚。
3）阶地
阶地是沿着谷坡走向呈条带状分布或断断续续分布的阶梯状平台（见图4－11）。阶地可能有多级，此时，则从河漫滩向上依次称为一级阶地、二级阶地、三级阶地等。每一级阶地都有阶地面、阶地前缘、阶地后缘、阶地斜坡和阶地坡麓等要素（见图4－11）。阶地面就是阶地平台的表面，它实际上是原来老河谷的谷底，它大多向河谷轴部和河流下游微作倾斜。阶地面并不十分平整，因为在它的上面，特别是在它的后缘，常常由于崩塌物、坡积物、洪积物的堆积而呈波状起伏。此外，地表径流也对阶地面起着切割破坏作用。阶地斜坡是指阶地面以下的坡地，是河流向下深切后所造成。阶地斜坡倾向河谷轴部，并也常为地表径流所切割破坏。
在通常情况下，阶地面有利于布设线路，但有时为了少占农田或受地形等限制，也常在阶地坡麓或阶地斜坡上设线。
还应指出，并不是所有的河流或河段都有阶地，由于河流的发展阶段以及河谷所处的具体条件不同，有的河流或河段并不存在阶地。
4.4.2 河谷地貌的类型
1）按发展阶段分类
河谷的形态是多种多样的，按其发展阶段可分为未成形河谷、河漫滩河谷和成形河谷三种类型。
（1）未成形河谷
未成形河谷也叫V字形河谷。在山区河谷发育的初期，河流处于以垂直侵蚀为主的阶段，由于河流下切很深，故常形成断面为V字形的深切河谷。其特点是两岸谷坡陡峻甚至壁立，基岩直接出露，谷底较窄，常为河水充满，谷底基岩上缺乏河流冲积物。
（2）河漫滩河谷
河漫滩河谷断面呈U字形。它是河谷经河流侵蚀，谷底拓宽发展而形成的。其特点是谷底不仅有河床，而且有河漫滩，河床只占据谷底的最低部分。
（3）成形河谷
成形河谷是河流经历了比较漫长的地质时期后，具有复杂形态的河谷。阶地的存在就是成形河谷的显著特点。
2）按河谷走向与地质构造的关系分类
按河谷走向与地质构造的关系，可将河谷分为以下几类。
（1）背斜谷
它是沿背斜轴伸展的河谷，是一种逆地形。背斜谷多为沿张裂隙发育而成，虽然两岸谷坡岩层反倾，但因纵向构造裂隙发育，谷坡陡峻，故岩体稳定性差，容易产生崩塌。
（2）向斜谷
它是沿向斜轴伸展的河谷，是一种顺地形。向斜谷的两岸谷坡岩层均属顺倾，在不良的岩性和倾角较大的条件下，容易发生顺层滑坡等病害。向斜谷一般都比较开阔。
（3）单斜谷
它是沿单斜岩层走向伸展的河谷。单斜谷在形态上通常具有明显的不对称性，岩层反倾的一侧谷坡较陡，顺倾的一侧谷坡较缓。
（4）断层谷
它是沿断层走向延伸的河谷。河谷两岸常有构造破碎带存在，岸坡岩体的稳定取决于构造破碎带岩体的破碎程度。
（5）横谷与斜谷
上面四种构造谷，其共同点是河谷的走向与构造线的走向一致，也可以把它们称为纵谷。横谷与斜谷就是河谷的走向与构造线的走向大体垂直或斜交，它们一般是在横切或斜切岩层走向的横向或斜向断裂构造的基础上，经河流的冲刷侵蚀逐渐发展而成的，就岩层的产状条件来说，它们对谷坡的稳定性是有利的，但谷坡一般比较陡峻，在坚硬岩石分布地段，多呈峭壁悬崖地形。
4.4.3 河流阶地
1）阶地的成因
河流阶地是在地壳的构造运动与河流的侵蚀、堆积作用的综合作用下形成的。当河漫滩河谷形成之后，由于地壳上升或侵蚀基准面相对下降，原来的河床或河漫滩便受到下切，而没有受到下切的部分就高出于洪水位之上，变成阶地。于是河流又在新的水平面上开辟谷地。此后，当地壳构造运动处于相对稳定期或下降期时，河流纵剖面坡度变小，流水动能减弱，河流垂直侵蚀作用变弱或停止，侧向侵蚀和沉积作用增强，于是又重新拓宽河谷，塑造新的河漫滩。在长期的地质历史过程中，如地壳发生多次升降运动，则引起河流侵蚀与堆积交替发生，从而在河谷中形成多级阶地。因此，河流阶地的存在就成为地壳新构造运动的有力证据。不难理解，紧邻河漫滩的一级阶地形成的时代最晚，依次向上，阶地的形成时代愈早。
2）阶地的类型
由于构造运动和河流地质过程的复杂性，河流阶地的类型是多种多样的。一般可以将它分为下列三种主要类型。
（1）侵蚀阶地（见图4－12）
侵蚀阶地主要是由河流的侵蚀作用形成的，多由基岩组成，所以又叫基岩阶地。
图4－12 侵蚀阶地
（a）水平岩层上的侵蚀阶地；（b）倾斜岩层上的侵蚀阶地
（2）堆积阶地（见图4－13）
堆积阶地是由河流的冲积物组成的，所以又叫冲积阶地或沉积阶地。当河流侧向侵蚀拓宽河谷后，由于地壳下降，逐渐有大量的冲积物发生堆积，待地壳上升，河流在堆积物中下切，因而形成了堆积阶地。
第四纪以来形成的堆积阶地，除下更新统的冲积物具有较低的胶结成岩作用外，一般的冲积物都呈松散状态，容易遭受河水冲刷，影响阶地稳定。
堆积阶地根据形成方式可分为以下几种。
①上迭阶地〔见图4－13（a）〕：河流在切割河床堆积物时，切割的深度逐渐减小，侧向侵蚀也不能达到它原有的范围，这种形式的堆积阶地称为上迭阶地。
②内迭阶地〔见图4－13（b）〕：河流切割河床堆积物时，切割的深度超过了原有堆积物的厚度，甚至切割了基岩，这种形式的堆积阶地称为内迭阶地。
图4－13 堆积阶地
（a）上迭阶地；（b）内迭阶地
（3）侵蚀—堆积阶地
这种阶地是在地壳相对稳定，下降和再度上升的地质过程中逐渐形成的。在地壳运动相对稳定阶段，河流的侧蚀形成了宽广的河谷，由于地壳下降而在宽广河谷中形成冲积物的堆积，随着地壳再次上升，河床下切至基岩内部，这样就形成了在阶地下部的基岩顶面覆盖有冲积层的侵蚀—堆积阶地。可以看出侵蚀—堆积阶地是由基岩和冲积层两部分组成的，基岩上部冲积物覆盖厚度一般比较小，整个阶地主要由基岩组成，所以又称为基座阶地（见图4－14）。
图4－14 基座阶地
从上述情况可以看出，河谷地貌是山岭地区向分水岭两侧的平原作缓慢倾斜的带状谷地，由于河流的长期侵蚀和堆积，成形的河谷一般都有不同规模的阶地存在。它一方面缓和了山谷坡脚地形的平面曲折和纵向起伏，另一方面又不易遭受山坡变形和洪水淹没的威胁。这些特点有利于线路平纵面设计和减少工程量，容易保证路基稳定，所以对公路和铁路工程建设来说，阶地在通常情况下是河谷地貌中敷设线路的理想部位。当有几级阶地时，除考虑过岭标高外，一般以利用一、二级阶地敷设路线为好。
上述都是顺着河流方向延伸的阶地，也称为纵阶地。此外，还有与河流方向垂直的阶地，称为横阶地。严格地说，横阶地并不能算作阶地，它只不过是河谷一种具有一定高差的跌水或瀑布地形，不过人们习惯如此称呼。高差很大的横阶地，多由横贯河谷垂直断距很大的断裂构造形成，此外如河床岩性软硬不同，由于河流的差异侵蚀，也能形成一些高差不大的横向阶地。横向阶地在河谷中的分布不具普遍性，只有在一定的岩性和构造条件下才能形成，且多出现在山区河谷或河流的上游部分。横阶地对沿河线路的纵坡设计是一种障碍，因为地势突然升高，坡度过分集中，如不及早提坡，就要增大局部路线纵坡，这对线路的纵坡设计显然是不利的。
【思考题】
4－1 地貌分级与分类的基本原则及其划分结果。
4－2 垭口的基本类型和各自的工程地质特征。
4－3 山坡的基本类型和各自的工程地质特征。
4－4 河流阶地的成因、类型和与工程建设间的关系？
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