第4章--水的地质作用

工程地质主编张士彩1绪论2造岩矿物与岩石3地质构造与地质图4水的地质作用5目录下页上页4水的地质作用目录下页上页内容提要能力要求本章主要内容包括：地表水地质作用的基本特征，暂时流水地质作用和河流地质作用及其各自所形成的堆积物，第四纪沉积物的主要成因类型及其特征，特殊土的工程性质，地下水的分类以及地下水对工程建设的影响。本章的教学重点为地下水的类型及地下水对工程建设的影响；教学难点为理解地下水与工程的关系。通过本章的学习，学生应熟悉暂时流水地质作用及其堆积物，熟悉河流地质作用的三类形式，理解河流地质作用与交通线路工程的关系；了解第四纪沉积物的成因类型及其特征；熟悉特殊土的工程地质特征；掌握地下水的埋藏类型及其特征，熟悉地下水按含水层性质分类及其特征；掌握地下水对工程建设的影响。4.1地表水的地质作用4.2地下水的地质作用◎习题与思考题目录下页上页目录下页上页§4.1地表水的地质作用4.1.1暂时流水的地质作用及其堆积物4.1.2河流地质作用及其堆积物4.1.3第四纪沉积物4.1.4特殊土的工程性质目录下页上页§4.1地表水的地质作用地表水分为暂时流水和长期流水。暂时流水：是季节性、间歇性流水，以大气降水为水源。长期流水：终年流动不息的，它的水量虽然也随季节发生变化，但不会干枯，这就是通常所说的河流。地表水的地质作用包括：侵蚀作用、搬运作用和沉积作用。目录下页上页§4.1地表水的地质作用4.1.1暂时流水的地质作用及其堆积物暂时流水是大气降水后，短暂时间内形成的地表的流水，因此雨季是它发挥作用的主要时间。4.1.1.1淋滤作用及残积层（Qel）大气降水渗入地下时，将地表附近细小颗粒带走，同时也将周围易溶成分溶解带走，而残留在原地的则是一些未被带走，不易溶解的松散物质，这个过程称为淋滤作用。残留在原地的松散破碎物质叫残积物。淋滤作用的结果是使地表附近的岩石逐渐失去其完整性和致密性。目录下页上页残积物的特征：①位于地表以下，基岩风化带以上，从地表至地下，破碎程度逐渐减弱；②残积物的物质成分与下伏基岩成份基本一致；③残积层的厚度与地形、降水量、水的化学成分等多种因素有关；④残积层具有较大的孔隙率，较高的含水量，但其力学性质较差。4.1.1.1淋滤作用及残积层（Qel）目录下页上页4.1.1.1淋滤作用及残积层（Qel）目录下页上页大气降水在汇集之前，沿山坡坡面形成漫流，将覆盖在坡面上的风化破碎物质洗刷到山坡坡脚处，这个过程称为洗刷作用。在坡脚处形成的新的沉积层称为坡积层。4.1.1.2洗刷作用与坡积层（Qdl）4.1.1暂时流水的地质作用及其堆积物目录下页上页坡积层的特征：①坡积物的厚度变化较大，一般在坡脚处最厚，向山坡上部及远离山脚方向均逐渐变薄尖灭；②坡积物多由碎石和粘性土组成，其成分与下伏基岩无关；③搬运距离较短，坡积物层理不明显，碎石棱角清楚；④坡积物松散、富水、力学性质差。4.1.1.2洗刷作用与坡积层（Qdl）目录下页上页4.1.1.3冲刷作用与洪积层（Qpl）地表流水汇集后，水量增大，侵蚀能力加强，携带的泥砂石块也渐多，使沟槽不断下切，同时沟槽也不断加宽，这个过程称为冲刷作用。冲刷作用使地面进一步遭到破坏，形成冲沟。集中暴雨或积雪骤然大量融化，都会在短时间内形成巨大的地表暂时流水，一般称为洪流，也就是通常意义上的洪水。洪流所携带的大量泥砂、石块被搬运到一定距离后沉积下来，形成洪积层。4.1.1暂时流水的地质作用及其堆积物目录下页上页图4-2洪积扇洪积扇纵剖面4.1.1.3冲刷作用与洪积层（Qpl）目录下页上页洪积层的特征：①洪积层多位于沟谷进入山前平原、山间盆地、流入河流处。从外貌上看洪积层多呈扇形，称洪积扇；②洪积物成分复杂，主要是由上游汇水区岩石种类决定；③在平面上，山口处洪积物颗粒粗大，多为砾石、块石，甚至巨砾；向扇缘方向，洪积物颗粒渐细，由砂、粘土等组成。在断面上，底部较地表颗粒为大；④洪积物初具分选性和不明显的层理，洪积物颗粒有一定磨圆度；⑤具有一定的活动性。4.1.1.3冲刷作用与洪积层（Qpl）目录下页上页4.1.1.3冲刷作用与洪积层（Qpl）目录下页上页冲沟：先在低凹处将坡面土粒带走，冲蚀成小穴，逐渐扩大成浅沟，进一步冲刷，就成为冲沟。如果地表岩石或土比较疏松，地面坡度较陡，再加上地面缺少植物覆盖，则该地区极容易形成冲沟。黄土地区比较符合易于形成冲沟的条件。冲沟的治理以预防为主。主要措施：调整地表水流、填平洼地、禁止滥伐树木、人工种植草皮等。剧烈发展阶段的冲沟，从上部截断水源；在沟头、沟底和沟壁受冲刷处采取加固措施。衰老阶段的冲沟，应大量种植草皮和多年生植物加固沟壁。4.1.1.3冲刷作用与洪积层（Qpl）目录下页上页4.1.1.3冲刷作用与洪积层（Qpl）目录下页上页§4.1地表水的地质作用4.1.2河流地质作用及其堆积物河水沿河床流动时，具有一定的动能（E）。动能的大小取决于河水的质量（m）和河水的流速（v），则河水动能E可用下式表示：221QvE问题：同一河流上、中、下游那个河段动能大？上游坡度大，流速大；下游水量大，但坡度小，流速低。动能大，搬运力就大。搬运力搬运量，则河流侵蚀作用；搬运力搬运量，则河流沉积作用；因此河流的地质作用可分为侵蚀作用、搬运作用和沉积作用三种形式，这三种作用不仅在整条河流上同时进行，相互影响，而且在河流的不同段落上，三种作用进行的强度也不相同，常以某一种作用为主目录下页上页4.1.2河流地质作用及其堆积物4.1.2.1河流的侵蚀、搬运和沉积作用（1）侵蚀作用河水在流动的过程中不断加深和拓宽河床的作用称为河流的侵蚀作用。侵蚀作用按作用方式分类：溶蚀：河水对组成河床的可溶性岩石不断进行的化学溶解，使之逐渐随水流失机械侵蚀：流动的河水对河床组成物质的直接冲击和夹带砂砾、卵石等固体物质对河床的磨蚀。按河床不断加深和拓宽的发展过程可分为：下蚀作用：流水对河底岩石的侵蚀（磨、冲刷、溶）使河床逐渐下切和加深的作用。侧蚀作用：河水对河床两岸的岩石进行侵蚀，使河谷加宽或使河道左右迁移的作用。目录下页上页①下蚀作用：河水在流动的过程中使河床逐渐下切和加深的作用目录下页上页②侧蚀作用：河流在流动的过程中，冲刷两岸使河床不断加宽的。目录下页上页沼泽阶段牛轨湖阶段蛇曲阶段河曲阶段）侧蚀作用（2①河曲阶段单向环流曲流段环流目录下页上页目录下页上页黄河的九曲回肠目录下页上页（2）搬运作用河流的搬运作用定义：河流在流动的过程中将河床上剥蚀下来的固体物质移动使其离开原地的作用。河流搬运作用方式：拖运、悬运、溶运比较大的砂砾、砾石——拖运颗粒细和比重小的物质——悬运处于溶液状态的被溶解的物质——溶运河流在搬运过程中，具有分选作用和磨蚀作用。目录下页上页（3）沉积作用和冲积层流速降低使河流携带的物质沉积下来称沉积作用，河流的沉积物称为冲积层。沉积作用发生的主要场所有：(1)河流流入其它水体处，如海湖、入干流处、河口、山口；(2)河床坡降变缓处，由山区进入平原时；(3)河曲的凸岸。目录下页上页河床河谷沉积河漫滩冲积扇沉积山前沉积冲积平原水下三角洲河口沉积陆上三角洲（3）沉积作用和冲积层目录下页上页永定河冲积扇目录下页上页冲积层的特征：1、冲积层分布在河床、冲积扇、冲积平原或三角洲；成分非常复杂，河流汇水面积内的所有岩石和土都能成为该河流冲积层的物质来源。分选性好，层理明显，磨圆度高。2、分布广。砂、卵石的承载力较高，粘性土较低，作为建筑地基。两种不良沉积物：一、软弱土层（牛轭湖、沼泽地中的淤泥、泥炭）；二、易发生流沙现象的粉砂层。3、冲积层中的砂、卵石、砾石层常作为建筑材料的重要产地。（3）沉积作用和冲积层目录下页上页4.1.2河流地质作用及其堆积物4.1.2.2河谷横断面及河流阶地（1）河谷横断面目录下页上页①河流上游或幼年期河谷：下蚀作用剧烈，坡陡流急，沉积物少，河谷横断面多呈“V”形，只有河床和高陡的河谷斜坡，较少见到河流阶地。在河流的不同地段和不同发展阶段，河谷地貌形态均有不同。目录下页上页②河流中游或壮年河谷：河谷开阔，下蚀较弱，以侧蚀为主，河曲较发育，多有河流阶地。见图4-5。③河流下游或老年期河谷：侵蚀作用很微弱，主要进行沉积作用。大多处于平原地带，河床外就是冲积平原。个别地段沉积作用剧烈，河床愈淤愈高，使河水面高出两侧平原地面形成地上河（悬河）。目录下页上页（2）河流阶地堆积阶地基座阶地侵蚀阶地按物质组成分类横向阶地纵向阶地按形态分类分类：坎。组成：阶地面和阶地陡阶梯状地形。侵蚀或沉积作用形成的定义：河流两岸因河流目录下页上页目录下页上页4.1.2河流地质作用及其堆积物4.1.2.3河流地质作用与交通线路工程（1）沿河线路：一段线路位置的选择和路基在河谷横断面上位置的选择，从工程地质观点要求，主要包括边坡和基底稳定两方面。（2）线路沿狭谷行进，路基多置于高陡的河谷斜坡上，经常遇到崩塌、滑坡等边坡不良地质现象，是山区道路的主要病害。（3）线路沿宽谷或山间盆地行进，路基多置于河流阶地或较缓的河谷斜坡上，（4）线路在平原上行进也常把路基置于冲积层上，常见的病害是受河流冲刷或路基基底含有软弱土层等。目录下页上页§4.1地表水的地质作用4.1.3第四纪沉积物4.1.3.1第四纪沉积物的形成地表岩石经风化、剥蚀、搬运，沉积下来的年代不长，未经压紧，并呈松散状态的沉积物。建筑场地一般涉及的都是第四纪沉积物。目录下页上页4.1.3.2第四纪沉积物的成因类型及其特征根据地质成因类型，可将第四纪沉积物的土体一般划分为：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、风积土及冰积土等。湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和黏性土。湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是黏土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。沼泽土主要由半腐烂的植物残体——泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。（1）湖泊沉积物目录下页上页湖边沉积物和湖心沉积物目录下页上页（2）海洋沉积物滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。深海沉积物主要是有机质软泥。目录下页上页（3）风积土在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，最常见的是风成砂和风成黄土。风蚀作用形成的戈壁荒漠目录下页上页（4）冰水沉积和冰积土由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物。分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。目录下页上页§4.1地表水的地质作用4.1.4特殊土的工程性质特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构、工程性质也较特殊的土。是在一定的条件下形成的，其分布有明显的区域性特征。特殊性土的种类有：西北、华北干旱气候区的黄土南方和中南地区的膨胀土沿海及内陆静水沉积的淤泥类软土西南亚热带湿热气候条件下的红黏土西北、华北干旱气候区的盐渍土高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土各地人类工程活动的人工填土目录下页上页4.1.4.1黄土1.定义:黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。2.颜色:多呈淡黄色、灰黄色或褐黄色；3.分布：黄土在我国分布很广，面积约64万km2。其中湿陷性黄土约占3／4，遍及甘、陕、晋的大部分地区以及豫、宁、冀等部分地区。此外，新疆和鲁、辽等地也有局部分布。黄河中游的陕、甘、宁及山西、河南等黄土面积广、厚度大，属黄土高原。4.特征：以粉粒为主，富含碳酸钙，肉眼可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡。目录下页上页黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏、强度明显降低，并发生显著附加下沉现象，这种性质称为黄土的湿陷性。5.黄土分类：按成因分：原生黄土和次生黄土按形成年代分：老黄土和新黄土按湿陷性分：湿陷性黄土