工程地质课件3

第三章水的地质作用,水的循环大气水、地表水和地下水之间不间断的运动和相互转化的过程。,水循环按其循环范围分为：大循环指整个地球范围内，在海洋和陆地之间的循环。小循环指地球局部范围内的循环。,01:32,3,第三章水的地质作用,第一节地表流水的地质作用第二节地下水的地质作用,01:32,114-4,第一节地表流水的地质作用,一、概述二、暂时流水的地质作用三、河流的地质作用,01:32,114-5,一、概述,地表流水的地质作用主要包括：,侵蚀作用不断地使原有地面遭到破坏的作用。搬运作用地表流水带走地面上被破坏的破碎物质的作用。沉积作用当地表流水流速降低时，部分物质不能被继续搬运而沉积下来的作用。,01:32,114-6,第四纪沉积层是指现代沉积的松散物质。本章要求掌握下列四种最常见的第四纪沉积层：残积层、坡积层、洪积层及冲积层的形成过程及其工程地质特征。,01:32,114-7,二、暂时流水的地质作用,（一）淋滤作用及残积层（Qel）（二）洗刷作用与坡积层（Qdl）（三）冲刷作用与洪积层（Qpl）,01:32,114-8,淋滤作用大气降水渗入地下时，将地表附近细小颗粒及易溶成分溶解带走，而将一些不易带走和不易溶解的松散物质残留在原地的过程。残积层残留在原地的松散破碎物质。,（一）淋滤作用及残积层（Qel）,结果：地表附近的岩石逐渐失去完整性和致密性。,01:32,114-9,残积层（Qel）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残积层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、水中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。,01:32,114-10,（二）洗刷作用与坡积层（Qdl）,洗刷作用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的过程。坡积层由洗刷作用在坡脚处形成的新的沉积层。,01:32,114-11,坡积层（Qdl）的特征：,3搬运距离较短，坡积层层理不明显，碎石棱角清楚；4坡积层松散、富水、力学性质差。,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坡积层多由碎石和粘性土组成，其成分与下伏基岩无关；,01:32,114-12,（三）冲刷作用与洪积层（Qpl）,冲刷作用地表流水汇集后，水量增大，携带的泥砂石块也渐多，侵蚀能力加强，使沟槽不断下切，同时沟槽也不断加宽的过程。洪积层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。,01:32,114-13,洪流的冲刷作用形成的沟谷地貌。,斜坡上的冲沟（加州）,冲沟,01:32,114-14,流水塑造的冲沟（台湾）,01:32,114-15,地表岩石或土比较疏松裂隙发育地面坡降大，角度陡地面植被稀少降水较集中,冲沟形成的条件,01:32,114-16,冲沟在西北黄土高原地区，对公路等工程的建筑条件产生重要影响。使地形变得支离破碎，路线布局往往受到冲沟的控制，增加路线长度和跨沟工程、增大工程费用，经常由于冲沟的不断发展，截断路基，中断交通，或者由于洪积物掩埋道路，淤塞涵洞，影响正常运输。冲沟的发展，是以溯源侵蚀的方式由沟头向上逐渐延伸扩展的。冲沟的发展大致可分为以下四个阶段：冲槽阶段；下切阶段；平衡阶段；休止阶段。,01:32,114-17,01:32,114-18,01:32,114-19,冲沟、洪流和洪积扇,01:32,114-20,洪积扇洪流携带大量泥沙、石块到沟口后，流速显著降低，所搬运的碎屑物大量沉积，在沟口形成的扇形堆积地貌。,01:32,114-21,洪积物大雨、雪水，山区或高地的大量碎屑物，沿冲沟搬运到山前或山坡的低平地带堆积而成，在沟口常呈扇状分布洪积扇一定程度的分选和磨圆，较明显的层理、夹层干旱、半干旱、（物理风化作用）碎屑多，雨水集中洪积物发育,01:32,114-22,洪积扇沉积物,01:32,114-23,洪积层（Qpl）的特征：,(3)在平面上，山口处洪积物颗粒粗大，多为砾石、块石；向扇缘方向越来越细，由砂直至粘土。在断面上，越往底部，颗粒越大；(4)洪积物初具分选性和层理，洪积物有一定的磨圆度；(5)具有一定的活动性。,(1)洪积层多位于沟谷进入山前平原、山间盆地、流入河流处。从外貌上看多呈扇形；(2)洪积物成分复杂，主要由上游汇水区岩石种类决定；,01:32,114-24,三、河流的地质作用,下游,高山峡谷，急流险滩多，河道较直，流量不大但流速很高。河谷横断面多呈“V”字形河谷较宽广，河漫滩和河流阶地发育，横断面多呈“U”字形多位于平原地区，流量大而流速较低，河谷宽广，河曲发育，在河口处易形成三角洲,上游,中游,河流不同区域的地貌,上游,中游,下游,01:32,114-26,01:32,114-27,三、河流的地质作用,（一）河流的侵蚀、搬运和沉积作用（二）河谷横断面及河流阶地（三）河流的地质作用与道路工程,01:32,114-28,（一）河流的侵蚀、搬运和沉积作用,侵蚀作用的过程,1侵蚀作用,01:32,114-29,下蚀作用侧蚀作用,垂直向下切割河床,下游以侧蚀为主,向旁冲刷河床、谷坡,上游以下蚀为主,1侵蚀作用,01:32,114-30,局部侵蚀基准面不直接入海的河流，所注入的水体表面，如湖水面、主流的水面称为其局部侵蚀基准面。,下蚀作用,侵蚀基准面海平面及由海平面向大陆内延伸的平面称为侵蚀基准面。,01:32,114-31,01:32,114-32,三峡,下蚀作用的结果峡谷地貌,虎跳峡,河谷呈V字型,01:32,114-34,瀑布的溯源侵蚀,雄伟壮观的瀑布,01:32,114-36,侧蚀作用,侧蚀作用的结果是：“凸岸更凸，凹岸更凹”，河流弯曲度更大。,侧蚀作用的结果河曲,亚马逊河,黄河,01:32,114-38,侧蚀作用的结果蛇曲,蛇曲发展的结果形成牛轭湖,01:32,114-40,蛇曲发展的结果牛轭湖,01:32,114-41,2搬运作用,有物理搬运和化学搬运两种方式,01:32,114-42,01:32,114-43,胶体溶液的浓缩、电解质的加入等,搬运力逐渐减小时,先后沉积大小球状片状重轻,胶体物质凝聚和沉淀,3沉积作用和冲积层（Qal）,01:32,114-44,沉积作用发生的主要场所有：,(1)河床坡降变缓处，如山口处；(2)河流流入其它水体处，如入海湖、入干流处；(3)河床变宽处；(4)河曲的凸岸。,01:32,114-45,冲积物按沉积环境的分类,(1)河床相冲积物。“二元结构”(2)河漫滩相冲积物。“二元结构”(3)牛轭湖相。含有机质的淤泥和泥炭组成，天然含水量很大，抗压、抗剪强度小，易压缩变形。(4)蚀余堆积相冲积物。常见于山区河流中，多为巨砾和大块石，可能来自河谷山坡的崩等落岩块，也可能是河底的残余岩块。,01:32,114-46,01:32,114-47,(5)河口三角洲相冲积物。它是在河流人海(湖)口范围内形成。分水上和水下两部分。水上部分主要由河床和河漫滩冲积物组成，以粘土和细砂为主，一般呈层状或透镜体，含水量高，结构疏松，强度和稳定性差。水下部分主要由河流冲积物和海(湖)淤积物混合组成，呈倾斜产状。,01:32,114-48,01:32,114-49,沉积作用发生的主要场所,01:32,114-50,沉积地貌三角洲,01:32,114-51,河床沉积形成边滩、江心洲,心滩,河床沉积形成心滩,河流弯道处凸岸形成边滩,边滩,边滩,01:32,114-52,河流边滩（卢森堡）,01:32,114-53,(1)冲积物分布在河床、冲积扇、冲积平原或三角洲，物质成分复杂。相对于残积、坡积、洪积物来说，其分选性好，层理明显，磨圆度好；(2)分布广，表面坡度缓。在工程设计时，应注意软弱夹层（如淤泥、粉砂层等）和流砂现象；(3)冲积物中的砂砾卵石层可以是理想的持力层、重要的建材；如果层厚稳定，延伸好还可以是良好的含水层，若补给充足还可以是很好的供水水源地。,冲积层（Qal）的特征：,01:32,114-54,源头入海口,分选好、磨圆好、颗粒细、石英多,01:32,114-55,（二）河谷横断面及河流阶地,河漫滩以上顺次为、级阶地，编号越大，阶地位置越高，生成年代也越早。由于河流阶地的发育在很大程度上受地壳运动的影响，可以讲，一级阶地代表着一次升降运动。,1河谷横断面,河床,河漫滩,河漫滩,上游地段幼年期河谷,下蚀作用强烈,河谷横断面多呈“V”字形,中游地段壮年期河谷,以侧蚀为主,河曲较发育多有河流阶地,下游地段老年期河谷,沉积作用,01:32,114-57,地上悬河,01:32,114-58,2河流阶地,河谷内河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形。,横向阶地：阶地延伸方向与河流方向垂直纵向阶地：阶地延伸方向与河流方向平行,01:32,114-59,形成原因：地壳上升，河床下切，原来的河谷抬高，不再被水淹没。,地壳多次间歇性上升，可形成多级阶地。,01:32,114-60,根据组成物质的不同，河流阶地可分为：,侵蚀阶地,基座阶地,冲积阶地,01:32,114-61,冲积阶地；基座阶地；侵蚀阶地,01:32,114-62,3河流阶地的形态特征,在野外辨认时，要特别注意人造梯田、台坎与河流阶地的区分。,01:32,114-63,河流阶地（阿根延）,01:32,114-64,（三）河流的地质作用与道路工程,1道路跨河必须架桥。桥梁墩台基础、桥渡位置选择都应充分考虑河流的地质作用；,01:32,114-65,2对于沿河线路来说：,01:32,114-66,（四）河流的侵蚀、搬运与沉积作用,河流侵蚀、淤积作用的防治,河流侵蚀、淤积作用的治理1）不同类型河床主流线与崩岸位置,01:32,114-67,河流侵蚀、淤积作用的防治,2）防护措施护岸工程：直接加固岸坡植树、种草、护岸,砌石护坡与抛石护坡,01:32,114-68,约束河流：顺坝和丁坝、约束水流，防止淤积,01:32,114-69,作业题：1.如何识别残积层、坡积层、洪积层和冲积层？（从形成部位、物质组成、物质分选、磨圆情况、力学性质等方面分析）,01:32,114-70,3.1.4海洋地质作用,海洋环境的基本特征海水的运动,海水总是永无休止地运动着。造成海水运动的动力主要有风、海水的密度差、温度差、月引力和地震等。海水的运动按其运动形式分为：海浪、潮汐、洋流和浊流。,01:32,114-71,3.1.4海岸带的地质作用,海洋沉积物,砾滩沙滩承载力高透水性强,细砂粘性土淤泥强度低,生物软泥、粘性土、粉细砂,01:32,114-72,01:32,114-73,01:32,114-74,01:32,114-75,海洋地质作用,海洋环境的基本特征海浪,海浪：海水的波状运动。,破浪区不对称浪区对称浪区,大于1/2波长区,01:32,114-76,海洋地质作用,海洋环境的基本特征海浪,破浪,01:32,114-77,海洋地质作用,海洋环境的基本特征海浪,海啸：由地震、火山等引发的巨大海浪。,01:32,114-78,海洋地质作用,海洋环境的基本特征海水的运动,海水总是永无休止地运动着。造成海水运动的动力主要有风、海水的密度差、温度差、月引力和地震等。海水的运动按其运动形式分为：海浪、潮汐、洋流和浊流。,01:32,114-79,海洋地质作用,海洋环境的基本特征潮汐,潮汐：全球性的海水作周期性的涨落的现象。潮汐是由日月引力和地-月系统旋转的离心力造成。,涨潮,涨潮,日,月,落潮,落潮,01:32,114-80,海洋地质作用,海洋环境的基本特征海水的运动,海水总是永无休止地运动着。造成海水运动的动力主要有风、海水的密度差、温度差、月引力和地震等。海水的运动按其运动形式分为：海浪、潮汐、洋流和浊流。,01:32,114-81,海洋地质作用,海洋环境的基本特征洋流,洋流：大洋中沿相对固定的方向运动水体。,01:32,114-82,海洋地质作用,海洋环境的基本特征浊流,浊流：在海水中流动的一种被泥沙搅和的高密度水团。主要发育在大陆坡。,01:32,114-83,海洋地质作用,海洋环境的基本特征浊流,浊流：在海水中流动的一种被泥沙搅和的高密度水团。主要发育在大陆坡。,浊流体,01:32,114-84,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的剥蚀作用海水的剥蚀作用：海水通过自身的动力和所携带的碎屑对海岸和海底的破坏。海蚀作用主要发生在滨岸带，按其性质可分为机械剥蚀、化学溶蚀和生物剥蚀作用。它们共同对海岸地带进行改造，但以机械剥蚀作用为主。海蚀作用的主要动力是海浪和潮汐。,01:32,114-85,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的剥蚀作用,在海蚀的作用下，使海岸线不断向陆地方向后退，形成海蚀凹槽、海蚀崖、波切台。海岸线变得平直，海湾和海岬消失。,海蚀凹槽,海蚀崖,波切台,01:32,114-86,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的剥蚀作用,在海蚀的作用下，使海岸线不断向陆地方向后退，形成海蚀凹槽、海蚀崖、波切台。海岸线变得平直，海湾和海岬消失。,01:32,114-87,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的剥蚀作用,在海蚀的作用下，使海岸线不断向陆地方向后退，形成海蚀凹槽、海蚀崖、波切台。海岸线变得平直，海湾和海岬消失。,01:32,114-88,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的剥蚀作用,在海蚀的作用下，使海岸线不断向陆地方向后退，形成海蚀凹槽、海蚀崖、波切台。海岸线变得平直，海湾和海岬消失。,01:32,114-89,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的剥蚀作用,在海蚀的作用下，使海岸线不断向陆地方向后退，形成海蚀凹槽、海蚀崖、波切台。海岸线变得平直，海湾和海岬消失。,01:32,114-90,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的搬运作用海浪的搬运海浪的搬运作用主要发生在滨海带和浅海带。在这两带中海浪的动力巨大，具有强大的搬运力。被海浪剥蚀下来的海岸物质和河流带到海洋中的物质在海浪的作用下大部分向海水深处搬运。在海浪垂直于海岸作用时，搬运物被海浪推向海滩或移向海里称为横向搬运。当海浪斜着冲向海滩后，产生沿岸流带着碎屑沿岸移动称为纵向搬运。,海水的纵向搬运,01:32,114-91,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的搬运作用潮汐的搬运潮流的搬运作用仅在近岸和海湾区较显著。大潮时，海峡中潮流流速可达6-7ms，动力几乎与山区河流相当，具有巨大的搬运力。对某一个地区来说，潮流是固定的、周期性的水平流动的海水，具有较大动能，因而有很大的搬运力。潮流引起的紊流可使大量的碎屑物处于思浮状态，在退潮时的急流把它们搬向海中。,01:32,114-92,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的搬运作用潮汐的搬运潮流的搬运作用仅在近岸和海湾区较显著。大潮时，海峡中潮流流速可达6-7ms，动力几乎与山区河流相当，具有巨大的搬运力。对某一个地区来说，潮流是固定的、周期性的水平流动的海水，具有较大动能，因而有很大的搬运力。潮流引起的紊流可使大量的碎屑物处于思浮状态，在退潮时的急流把它们搬向海中。,01:32,114-93,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的搬运作用潮汐的搬运潮流的搬运作用仅在近岸和海湾区较显著。大潮时，海峡中潮流流速可达6-7ms，动力几乎与山区河流相当，具有巨大的搬运力。对某一个地区来说，潮流是固定的、周期性的水平流动的海水，具有较大动能，因而有很大的搬运力。潮流引起的紊流可使大量的碎屑物处于思浮状态，在退潮时的急流把它们搬向海中。,01:32,114-94,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的搬运作用洋流的搬运,洋流流速较小，搬运能力弱，仅能搬运细小的悬浮状态的碎屑。但是，由于洋流的流程远，被搬运的碎屑能达到深海区，甚至进行越洋搬运。,01:32,114-95,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的搬运作用浊流的搬运,浊流的密度大，在流动过程中，紊流强烈，具有极强的搬运力，可以将其大量的砾石和沙级碎屑搬到半深海、深海区产生沉积。,01:32,114-96,海洋地质作用,海水的剥蚀和搬运作用海水的搬运作用浊流的搬运,浊流的密度大，在流动过程中，紊流强烈，具有极强的搬运力，可以将其大量的砾石和沙级碎屑搬到半深海、深海区产生沉积。,01:32,114-97,海洋地质作用,海水的沉积作用海洋是一个巨大的储水盆地。陆地上的河流、地下水所携带的剥蚀产物源源不断地汇集到大海。海洋本身除在滨海带巨有强烈的动力条件外，绝大部分海域动力条件均较弱，因此海洋是产生沉积作用的主要场所，而且机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用均较发育。海洋的环境差异很大，因而不同的海洋的环境其沉积类型也有差异。以下分滨海带的沉积作用、浅海带的沉积作用和半深海和深海带的沉积作用,01:32,114-98,海洋地质作用,海水的沉积作用滨海带的沉积作用,滨海带处于海浪和潮汐的作用地带，具有十分强烈的水动力条件。除在个别特殊的环境下，因动力较弱，由化学作用引起化学沉积而外，滨海带几乎均为机械沉积作用。,01:32,114-99,海洋地质作用,海水的沉积作用滨海带的沉积作用,滨海带处于海浪和潮汐的作用地带，具有十分强烈的水动力条件。除在个别特殊的环境下，因动力较弱，由化学作用引起化学沉积而外，滨海带几乎均为机械沉积作用。,01:32,114-100,海洋地质作用,海水的沉积作用浅海带的沉积作用,浅海是最重要的沉积区，绝大多数沉积岩都属于浅海沉积。浅海带水深小于200m，海底平坦，水动力适中，海水中氧气丰富，盐度较稳定，加之阳光充足，从大陆或上升洋流带来的营养物质丰富，因而浅海带成为生物繁殖的理想地带，来自大陆和海水剥蚀海岸的物质绝大部分带到浅海带，所以浅海带机械沉积作用、化学沉积作用及生物沉积作用。,01:32,114-101,海洋地质作用,海水的沉积作用浅海带的沉积作用,机械沉积作用被带到浅海的碎屑物质，由于海水深度增大，动能减小，碎屑颗粒按大小、重轻先后依次沉积下来，浅海的机械沉积物主要以沙、粉沙和泥组成。沉积物显示出良好的分选性，碎屑颗粒磨圆好，具有明显的层理。,01:32,114-102,海洋地质作用,海水的沉积作用浅海带的沉积作用,浅海是最重要的沉积区，绝大多数沉积岩都属于浅海沉积。浅海带水深小于200m，海底平坦，水动力适中，海水中氧气丰富，盐度较稳定，加之阳光充足，从大陆或上升洋流带来的营养物质丰富，因而浅海带成为生物繁殖的理想地带，来自大陆和海水剥蚀海岸的物质绝大部分带到浅海带，所以浅海带机械沉积作用、化学沉积作用及生物沉积作用。,01:32,114-103,海洋地质作用,海水的沉积作用浅海带的沉积作用,生物沉积作用浅海是生物最繁盛的区域，生物的沉积作用十分明显。当浅海中大量的生物死亡后，尸体的硬质部分可直接堆积在海底，形成生物堆积。最常见的有珊瑚礁、生物碎屑灰岩。,01:32,114-104,海洋地质作用,海水的沉积作用浅海带的沉积作用,生物沉积作用浅海是生物最繁盛的区域，生物的沉积作用十分明显。当浅海中大量的生物死亡后，尸体的硬质部分可直接堆积在海底，形成生物堆积。最常见的有珊瑚礁、生物碎屑灰岩。,01:32,114-105,海洋地质作用,海水的沉积作用浅海带的沉积作用,生物沉积作用浅海是生物最繁盛的区域，生物的沉积作用十分明显。当浅海中大量的生物死亡后，尸体的硬质部分可直接堆积在海底，形成生物堆积。最常见的有珊瑚礁、生物碎屑灰岩。,01:32,114-106,海洋地质作用,海水的沉积作用半深海和深海带的沉积作用,这两带为水深大于200米的广阔水域，距离大陆较远，受陆地因素的影响小，水深压力大，海底黑暗，底栖生物极少，海水动力微弱，陆源物质一般只有粒径小于0.005mm的悬浮物在此带沉积。仅在局部地带有浊流的机械作用。浊流可将浅海堆积的粗粒沉积物带往深海沟沉积。除此之外，海底火山喷出物、宇宙物质和冰山携带的粗粒物质可在半深海、深海中沉积。因此半深海、深海带的沉积物多为泥质和生物残骸为主的软泥沉积、浊流沉积和锰结核。,01:32,114-107,海洋地质作用,海水的沉积作用半深海和深海带的沉积作用,软泥沉积常见的软泥沉积物有含硫化铁的蓝泥和灰泥、含氧化铁的红泥和含海绿石的绿泥。深海带则主要为各种生物软泥，如抱球虫软泥、硅藻软泥、放射虫较泥。,01:32,114-108,海洋地质作用,海水的沉积作用半深海和深海带的沉积作用,这两带为水深大于200米的广阔水域，距离大陆较远，受陆地因素的影响小，水深压力大，海底黑暗，底栖生物极少，海水动力微弱，陆源物质一般只有粒径小于0.005mm的悬浮物在此带沉积。仅在局部地带有浊流的机械作用。浊流可将浅海堆积的粗粒沉积物带往深海沟沉积。除此之外，海底火山喷出物、宇宙物质和冰山携带的粗粒物质可在半深海、深海中沉积。因此半深海、深海带的沉积物多为泥质和生物残骸为主的软泥沉积、浊流沉积和锰结核。,01:32,114-109,海洋地质作用,海水的沉积作用半深海和深海带的沉积作用,浊流沉积浊流作用可将浅海和河口沉积物带到大陆坡下或深海盆地中沉积。典型的浊流沉积物主要由粘土、粉沙、沙组成。在空间上多为扇体。,大陆架,大陆坡,浊积扇,01:32,114-110,海洋地质作用,海水的沉积作用半深海和深海带的沉积作用,这两带为水深大于200米的广阔水域，距离大陆较远，受陆地因素的影响小，水深压力大，海底黑暗，底栖生物极少，海水动力微弱，陆源物质一般只有粒径小于0.005mm的悬浮物在此带沉积。仅在局部地带有浊流的机械作用。浊流可将浅海堆积的粗粒沉积物带往深海沟沉积。除此之外，海底火山喷出物、宇宙物质和冰山携带的粗粒物质可在半深海、深海中沉积。因此半深海、深海带的沉积物多为泥质和生物残骸为主的软泥沉积、浊流沉积和锰结核。,01:32,114-111,海洋地质作用,海水的沉积作用半深海和深海带的沉积作用,锰结核锰结核是深海沉积的一种多金属元素的聚合体，主要由锰、铁和与其伴生的铜、镍、等组成。锰结核生长在深海底沉积物的表面。,01:32,114-112,小结海岸地貌,海水的剥蚀作用形成的地貌,海蚀崖,海蚀平台,01:32,114-113,小结海岸地貌,海水的沉积作用形成的地貌,珊瑚礁堤,沙嘴,01:32,114-114,小结海岸地貌,海水的沉积作用形成的地貌,沙坝,泻湖,01:32,114-115,小结海岸地貌,海水的沉积作用形成的地貌,滨岸沙滩,01:32,114-116,3.2地下水的地质作用,一、地下水的基本知识二、地下水的基本类型三、地下水对土木工程的影响,01:32,114-117,3.2.1地下水的基本知识,（一）水在岩土中的存在状态（二）岩土的主要水理性质（三）地下水的物理性质与化学性质,地下水是指存在于地面以下，松散堆积物和岩石空隙（孔隙、裂隙、岩隙）中的水。,01:32,114-118,岩石的空隙,地表10km以上范围，有空隙浅部12km范围，空隙普遍岩石空隙是地下水储存场所，也是渗透通道,空隙的多少、大小及其分布规律,决定,地下水分布与渗透特点,按成因空隙分：孔隙、裂隙、溶隙,图示,01:32,114-119,岩石的空隙,1、孔隙松散岩石（粘土、砂石、砾石等）中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙。孔隙度,n的大小取决于岩石的密实度、分选性及颗粒形状、胶结程度,图示,01:32,114-120,岩石的空隙,2、裂隙坚硬岩石受地壳运动及其它内外力地质作用的影响产生的空隙。裂隙率,01:32,114-121,岩石的空隙,3、溶隙可溶岩（石灰石、白云岩等）中的裂隙经地下水长期溶蚀而形成的空隙溶隙率,01:32,114-122,含水层与隔水层,岩（石）层按水理性质不同分：含水层与隔水层含水层能够给出并透过相当数量重力水的岩层。条件：1、空隙存在并充满足够的水2、重力水能在空隙中自由运动隔水层不能给出并透过水的岩层。水量小；渗透性差，如粘土,表5.2,01:32,114-123,（一）水在岩土中的存在状态,气态水吸着水（强结合水）薄膜水（弱结合水）毛细水重力水（自由水）固态水,01:32,114-124,01:32,114-125,（二）岩土的主要水理性质,容水性持水性给水性透水性,01:32,114-126,指岩土能容纳一定水量的性能。,容水性,01:32,114-127,持水性,依靠分子引力或毛细力，在岩土孔隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。,01:32,114-128,在重力作用下，饱水岩土能够流出一定水量的性能。,给水性,01:32,114-129,岩土允许水透过的性能称为透水性。,透水性,透水的半透水的不透水的,01:32,114-130,（三）地下水的物理性质与化学性质,温度颜色透明度嗅味口味比重导电性放射性等,1地下水的物理性质,01:32,114-131,2地下水的化学成分,N2、O2、CO2、CH4、H2S及放射性气体等,离子,阳离子:H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等阴离子:OH-、Cl-、HCO3-、NO2-、SO42-、CO32-、SiO32-、PO43-等,Fe2O3、Al2O3、H2SiO3等,化合物,气体,01:32,114-132,地下水中常见的成分Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、S042-、HC03-七种是地下水的主要离子成分。地下水中呈分子状态的化合物(胶体)有Fe203、A12O3和H2Si03等。,01:32,114-133,总矿化度指地下水中所含的各种离子、分子及化合物的总量。,地下水按化学成分分类,按总矿化度分类,01:32,114-134,地下水的硬度指水中所含钙、镁离子的数量。总硬度水中所含钙、镁离子总量。暂时硬度可由煮沸去掉的钙、镁离子含量。永久硬度煮沸后能保留下来的钙、镁离子的含量。,按硬度分类,总硬度=暂时硬度永久硬度,01:32,114-135,德国方法：硬度1相当于每升溶液中含有CaO10mg；原苏联方法：用每升水溶液中所含钙、镁离子的毫克当量数表示硬度。,表示硬度的方法,01:32,114-136,按pH值分类,01:32,114-137,3地下水水质评价,对不同的目的用水，对水的要求也不完全一样，因此对水质评价的标准也不尽相同。,01:32,114-138,矿化度与水的化学成分关系密切：淡水和微咸水以HC03-为主要成分，称重碳酸盐水；咸水常以S042-为主要成分，称硫酸盐水；盐水和卤水则以Cl-为主要成分，称氯化物水。高矿化水能降低水泥混凝土的强度，腐蚀钢筋，促使混凝土分解，故拌和混凝土时不允许用高矿化水。,01:32,114-139,4地下水对钢筋混凝土的侵蚀性,溶出侵蚀(分解类腐蚀)碳酸侵蚀(分解类腐蚀)硫酸盐侵蚀(结晶类腐蚀)一般酸性侵蚀镁盐侵蚀(结晶分解类腐蚀),01:32,114-140,房屋及桥梁基础、地下洞室衬砌和边坡支挡建筑物等，都要长期与地下水相接触，地下水中各化学成分与建筑物中的混凝土产生化学反应，使混凝土中某些物质被溶蚀，强度降低，结构遭到破坏；或者在混凝土中生成某种新的化合物，这些新化合物生成时体积膨胀，使混凝土开裂破坏。,01:32,114-141,上海地铁运营照片,01:32,114-142,地铁隧道装修照片,01:32,114-143,(一)溶出腐蚀,硅酸盐水泥遇水硬化，生成氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙等。地下水在流动过程中对上述生成物中的Ca(OH)2及CaO成分不断溶解带走，使混凝土强度下降。这种溶解作用不仅与混凝土的密度、厚度有关，而且与地下水中HC03-的含量关系很大。,01:32,114-144,CaC03不溶于水，既可充填混凝土空隙，又可在混凝土表面形成一个保护层，防止Ca(OH)2溶出。因此，HC03-含量愈高，水的腐蚀性愈弱，当HC03-含量低于2.0mgL或暂时硬度小于3度时，地下水具有溶出腐蚀性。,01:32,114-145,（二）碳酸腐蚀,水中游离C02与混凝土中CaC03的化学反应是一种可逆反应：当地下水流量、流速都较大时，C02容易不断得到补充，平衡不易建立，腐蚀作用不断进行。,01:32,114-146,(三)硫酸盐腐蚀,水中S042-含量超过一定数值时就可能与混凝土中的Ca(OH)2作用生成石膏。石膏体积膨胀到原来的1.5倍。S042-、石膏还可以与混凝土中的水化铝酸钙，生成水化硫铝酸钙结晶，体积膨胀到原来的2.2倍。水化硫铝酸钙的形成使混凝土严重溃裂，现场称之为水泥细菌。当使用含水化铝酸钙极少的抗酸水泥时，可大大提高抗硫酸盐腐蚀的能力。,01:32,114-147,(四)一般酸性腐蚀含量,地下水的pH值小于5.2值时，酸性较强，这种水与混凝土中Ca(OH)2作用生成CaCl2、CaSO4、Ca(NO3)2等各种钙盐，若生成物易溶于水，则混凝土被腐蚀。,01:32,114-148,(五)镁盐腐蚀,地下水中的镁盐(MgCl2、MgS04等)与混凝土中的Ca(OH)2作用生成易溶于水的CaCl2、及易产生硫酸腐蚀的CaSO4，使Ca(OH)2含量降低，引起混凝土中其他水化物的分解破坏，一般认为Mg2+含量大于l000mgL时有腐蚀性，通常地下水中Mg2+含量都低于此值。,01:32,114-149,3.2.2地下水的基本类型,（一）地下水按埋藏条件分类（二）地下水按含水层性质分类,01:32,114-150,（一）地下水按埋藏条件分类及其特征,潜水,包气带水,承压水,01:32,114-151,是指存在于地面以下包气带中的水。,包气带水,01:32,114-152,(1)水量不大，但季节性变化强烈。(2)补给区和分布区是一致的。(3)一般矿化度低，但水质最易受污染。(4)所含的上层滞水水量不大，但其常常是引起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀等病害的重要因素。,包气带水的主要特征：,01:32,114-153,潜水,指埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水。,01:32,114-154,潜水面的特征,潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。,01:32,114-155,潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。,01:32,114-156,潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。,地表地形的影响,01:32,114-157,当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；,含水层厚度的影响,01:32,114-158,当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。,岩层透水性的影响,01:32,114-159,潜水等水位线图,潜水等水位线图是根据所在地区各水文地质点（井、钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜水面的水位标高编制而成的。,01:32,114-160,潜水等水位线图的用途,反映潜水与地表水的相互关系；确定潜水的埋藏深度；如有隔水层顶板标高，可以确定含水层的厚度,可以确定潜水的流向及潜水面的水力坡度；,01:32,114-161,01:32,114-162,潜水的补给,含水层中地下水从外部（如大气降水、地表水等）获得大量补充的过程称为地下水的补给。,01:32,114-163,潜水的补给,大气降水;地表水的补给；含水层之间的补给；I.越流补给；II.直接补给凝结水；人工补给,01:32,114-164,潜水的补给大气降水,01:32,114-165,河流补给潜水,潜水的补给地表水的补给,01:32,114-166,潜水的排泄,蒸发;泉的排泄；向地表水排泄；人为排泄。,01:32,114-167,潜水的排泄泉,01:32,114-168,潜水补给河流,潜水的排泄向地表水排泄,01:32,114-169,承压水,埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中的地下水，是一种有压重力水。,01:32,114-170,承压水的形成,最适宜形成承压水的地质构造有：,向斜构造单斜构造,承压盆地承压斜地,01:32,114-171,此类承压水的水位受到气候及地形的控制，往往具有较好的径流条件。,承压盆地,01:32,114-172,01:32,114-173,承压斜地,岩性变化形成承压斜地,断裂构造形成承压斜地,01:32,114-174,承压含水层在同一区域内均可在不同深度有着若干层同时存在的情况，它们之间的水头高度与地形和构造二者有关。,01:32,114-175,承压水的补给,大气降水；地表水；潜水。,01:32,114-176,承压水的补给大气降水,01:32,114-177,当补给区位于河床地带时，地表水才可以成为补给来源。,承压水的补给地表水,01:32,114-178,当承压含水层补给区位于潜水之下，潜水可以泄入承压含水层中构成其补给源。,承压水的补给潜水,01:32,114-179,承压水的排泄,向潜水排泄;泉的排泄；向地表水排泄。,01:32,114-180,当排泄区上有潜水存在时，则可以排泄入潜水中。,承压水的排泄潜水,01:32,114-181,当侵蚀面下切达到承压含水层时，就以泉水形式排泄。,承压水的排泄泉,01:32,114-182,导水断层切断含水层时，沿断层带，承压水也可以泉的形式排泄。,承压水的排泄泉,01:32,114-183,河谷下切至含水层，则承压水向地表水排泄。,承压水的排泄地表水,01:32,114-184,承压水的径流,径流条件的好坏与地形条件、含水层的透水性、补给区与排泄区的水位差、承压含水层的挠曲程度等有关。,01:32,114-185,承压含水层的涌水量，主要与含水层的分布范围、厚度、透水性、补给区的大小、水的补给来源等因素有关。,承压水的涌水量,01:32,114-186,（二）地下水按含水层性质分类,孔隙水裂隙水岩溶水,风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水,01:32,114-187,地下水的补给、径流与排泄,1、地下水的补给含水层自外界获得含水量的过程补给来源：大气降水补给：最主要来源，补给数量与降水性质、植物覆盖、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性有关。暴雨、连绵细雨不同。地表水补给河流、湖泊、水库与海洋等含水层之间的补给：透水“天窗”或断层、弱透水层人工补给,01:32,114-188,地下水的补给、径流与排泄,2、地下水的排泄含水层失去水量的过程排泄方式：蒸发：土壤蒸发、植物蒸发泉水：山区与平原，上升泉与下降泉向地表水排泄含水层之间的排泄人工排泄,01:32,114-189,地下水的补给、径流与排泄,3、地下水的径流地下水由补给区流向排泄区的过程地下水的循环：补给区径流区排泄区径流包括：径流方向、径流速度、径流量,01:32,114-190,地下水的补给、径流与排泄,4、地下水的运动地下水的运动有层流、紊流和混合流三种形式层流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中渗透，产生连续水流紊流：地下水在岩石的裂隙或溶隙中流动，涡流性质，各流线互相交错混合流：层流和紊流同时出现5、地下水的涌水量计算集水构筑物集水坑、集水井,01:32,114-191,3.2.3地下水与工程,1、地基沉降深基础施工时，人工降水降水不当，地基土产生固结沉降后果：不均匀沉降；土颗粒流失，掏空2、流砂（与动水压力