工程地质课件第章地表水的地质作用二

第五章地表水的地质作用及风化作用暂时性流水的地质作用及沉积物经常性流水的地质作用及沉积物风化作用自然界的水及水环循水大气降水地表水地下水雨雪冰雹霜河流湖泊海洋水库渠道

一、基本概念：（一）地表水：也称为地面流水，是指陆地表面流动着的液态水。它们在重力作用下，沿地表从高处向低处流动。地面流水主要来自大气降水，其次来自冰雪融水和地下水。地面流水暂时性地面流水

长期性地面流水－

面（片）流：顺斜坡无固定流道的、面状流动的细小流水。

洪流：低洼的沟谷中呈线状流动的暂时性地面流水。河流：具有一定河道的长期性地面流水。第一节地表水的地质作用及沉积物（二）冲沟与河谷：1、冲沟：由暂时性的线性水流冲刷地表而形成的沟槽；其堆积物称为洪积物。2、河谷：由经常性的线性水流冲刷地表而形成的沟槽；其堆积物称为冲积物。（三）流域、分水岭及水系：1、流域：地面流水直接流入同一条河流的区域。2、分水岭：流域之间的高地。3、水系：流域内大大小小的河流汇集的水网。（四）层流与紊流：1、层流：流线不相交的水流。2、紊流：流线相交的水流。二、暂时性流水的地质作用（一）雨蚀作用山坡上部经雨滴的多次冲击，物质遭受侵蚀，山坡下部不断有激溅下落的泥沙堆积，使山坡变缓，这种地质作用称为雨蚀作用。可分为机械作用（降雨时雨滴以加速度冲击地面）和化学作用（雨水的化学溶蚀作用）。雨蚀作用的强度取决于：1、降雨量和降雨速度。2、斜坡坡度与性质。（二）片流的地质作用1、片流的地质作用：也称为洗刷作用，面流在斜坡上流动过程中，可冲走细粒物质，并将这些物质带到斜坡下部。面流的水动力微弱，仅能冲走颗粒较小的粉沙及泥土。可溶性岩石（石灰岩）组成的山坡还能产生溶蚀作用，形成溶沟、石芽地貌。在山坡下部，无数细小股流水还具有一定的线状侵蚀能力。坡面在小股流水冲刷作用下，出现无数小沟。山坡上裸露的土壤常受到面流的洗刷，产生大量的土壤流失。（1）降水量越大、越猛烈，洗刷作用强度越大；（2）坡度在40度左右的山坡洗刷作用强度最大；（3）山坡物质松散、无粘结性，洗刷作用强度大；（4）植被茂密的山坡几乎不产生洗刷作用。2、坡积物的形成、特征及工程地质性质1）坡积物的形成片流侵蚀将斜坡上的松散物质向下搬运到缓坡或坡脚处堆积而形成的沉积物，称为坡积物。2）坡积物的特征（1）分选性及磨圆度差；（2）无层理或层理不清晰；（3）组成成分与斜坡上部岩石性质有关；（4）颗粒大小由斜坡上部到坡脚由粗而细；（5）坡积物的厚度上部薄下部厚。3）坡积物的工程地质性质（1）孔隙率高、压缩性大、抗剪强度低，在水中容易崩解；（2）颗粒大，透水性强；颗粒小，透水性弱；（3）当坡积物下伏基岩表面倾角较大、坡积物与基岩接触处为粘性土而又有地下水沿基岩面渗流时，易发生滑坡，造成地基失稳；（4）易产生不均匀沉降。3、崩积物与岩堆（1）崩积物：由重力作用所形成的崩塌产物堆积在陡坡下而形成。（2）岩堆：在陡坡的坡麓形成上部细粒、下部粗粒的半圆锥体地形。三、洪洪流的的地质质作用用及沉沉积物物洪（流流）水水特点点：具具有有突然然性，，水量量猛增增，水水位暴暴涨，，上下下游落落差突突然增增大，，平时时温驯驯的河河流，，显出出排山山倒海海之势势，也也真有有雷霍霍万钩钩之力力。洪洪水所所过，，田园园庐舍舍成墟墟，这这时水水对地地面的的破坏坏作用用，表表现得得非常明明显。。1、洪流流的地地质作作用：：也称冲冲刷作作用，，洪流流以巨巨大的的机械械冲击击力猛猛烈冲冲刷沟沟底及及沟壁壁岩石石的过过程。。2、洪积积物的的形成成、特特征及及工程程地质质性质质1）洪积积物的的形成成（1）洪积积物：：洪流流把冲冲刷下下来的的碎屑屑物质质搬运运到山山麓平平原或或沟谷谷口堆堆积下下来而而形成成的沉沉积物物，称称为洪洪积物物。（2）洪积积扇：：洪流流携带带大量量泥沙沙、石石块到到沟口口，由由于坡坡度减减小，，洪流流无侧侧壁约约束，，水流流分散散，动动能迅迅速减减弱，，所搬搬运的的碎屑屑物在在沟口口大量量沉积积，形形成扇扇形堆堆积地地貌。。洪积扇扇(3)泥石流流：是是一种种由水水充分分浸润润饱和和的大大量泥泥、沙沙、石石块等等固体体物质质沿着着冲沟沟向下下流动动的特特殊洪洪流。。这种种洪流流突然然爆发发，历历时短短暂，，来势势凶猛猛，具具有强强大破破坏力力。泥石流流美国北京瑞士（4）冲冲沟：：洪流流的冲冲刷作作用形形成的的沟谷谷地貌貌。冲槽阶阶段下切阶阶段平衡阶阶段休止阶阶段2）洪积积物的的特征征（1）具有有一定定的分分选性性及磨磨圆度度；（2）有斜斜交层层理或或透镜镜体；；（3）颗粒粒大小小随离离山坡坡由近近而远远，呈呈现由由粗而而细的的现象象。（1）靠近近山口口处，，粗粒粒碎屑屑的孔孔隙率率和透透水性性大、、压缩缩性小小、承承载力力高，，是良良好的的天然然地基基；（2）远离离山口口处，，细粒粒碎屑屑的沉沉积地地段，，如果果在沉沉积过过程中中受到到周期期性的的干燥燥，粘粘土颗颗粒发发生凝凝聚并并析出出可溶溶盐分分时，，则洪洪积层层的结结构颇颇为结结实，，压缩缩性小小、承承载力力较高高；（3）在中中间的的过渡渡地带带，因因常有有地下下水溢溢出，，水文文地质质条件件不良良，对对工程程建设设不利利。3）洪积积物的的工程程地质质性质质河流在在纵向向的特特征第二节节经经常性性流水水的地地质作作用及及沉积积物河谷：河河流流侵蚀蚀出的的槽形形凹地地，由由谷底底和谷谷坡构构成。。谷底：河河谷底底部较较平坦坦的部部分，，包括括河床床和河河漫滩滩。河床（河槽槽）：：平平水水期河河水占占据的的沟槽槽。河漫滩滩：河床床两侧侧在有有洪水水时才才能淹淹没的的谷底底部分分，而而枯水水期则则露出出水面面。谷坡：谷谷底至至分水水岭的的斜坡坡。阶地：谷坡坡上的的阶梯梯状平平台。。河流在在横向向的特特征一、侵侵蚀作作用河流在在从高高处向向低处处流动动过程程中，，以自自身的的化学学动力力(溶溶解力力)和和机械械动力力(水水力)，并并以携携带的的泥沙沙和砾砾石作作工具具，不不断地地破坏坏河床床的过过程。。按侵蚀蚀作用用的的方向向分为为两种种类型型：1、河流流的下下蚀作作用：河水水对河河床底底部岩岩石破破坏，，使河河谷加加深的的过程程。2、河流流的侧侧蚀作作用：河水水对河河床岩岩石破破坏，，使河河谷拓拓宽的的过程程。河流的的侵蚀蚀作用用过程程河流的的下蚀蚀作用用的结结果－－峡谷谷地貌貌虎跳峡峡长江三三峡差异下下蚀作作用的的结果果瀑瀑布布河流的侧蚀蚀作用：由于河水惯惯性离心力力的作用使使河水冲向向弯曲河床床的凹岸，，造成凹岸岸被侵蚀。。而凸岸水水流减缓，，在凸岸河河水携带的的泥沙就会会沉积，河河床不断加加宽，河曲曲的曲度变变大，形成成蛇曲河。。蛇曲河最最后会裁弯弯取直。废废弃的弯曲曲河道称为为牛轭湖凹岸侵蚀凸岸沉积河水对河岸岸的侵蚀牛轭湖的形形成过程下蚀作用与与侧蚀作用用的关系空间上：河流的上游游以下蚀作用为为主，河流流的下游以以侧蚀作用用为主。时间上：河流发育的的早期以下蚀作用为为主，随着着坡度减小小，逐渐转转为以侧蚀蚀作用为主主。二、搬运作作用1、化学搬运运：溶运：即易易溶岩石及及矿物成分分溶解于河河水，以离离子状态态进行搬运运。2、机械搬运运１）悬运：：即粘土、、粉砂等较较小颗粒，，由于流水水的紊流作作用而呈呈悬浮状态态进行搬。。２）托运（（牵引搬运运）：（1）推运：上上举力小于于颗粒在水水中的重力力，颗粒粒在水流流冲力推动动下，沿河河床滚动滑滑动。（2）跃运：上上举力基本本等于颗粒粒在水中的的重力力，颗颗粒在水流流冲力推动动下，跳跃跃前进。悬运托运３、河流的的搬运能力力和搬运量量（1）搬运能力力：河流能够搬搬运多大粒粒径碎屑的的能力。它决定于流速。平坦河床床上流速小小于18cm/s时，细小的的颗粒也难难以移动。。当流速达达70cm/s时，能搬运运直径数厘厘米的颗粒粒。粒径与与水流速度度的平方成成正比。（2）搬运量：：河流能够够搬运碎屑屑物质的最最大量。它决定于流速和流量量。其中更重重要的是流流量。长江江在一般的的流速下携携带的仅是是粘土、粉粉沙和砂，，但数量巨巨大；相反反，一条快快速的山间间河流可以以携带巨砾砾，但搬运运量很小。。河流沉积作作用的主要要方式是机机械沉积作作用。引起起河流机械械沉积作用用主要原因因是河水流流速的降低，，导致机械械动能的减减小，使河河流的搬运运能力降低低而发生沉沉积。根根据沉积的的部位分为为：1、山口沉积作用：来自山区的的河流，携携带着大量量机械搬运运物到山口口开阔的平平地上，由由于河床坡坡降明显减减小，水流流又无地形形约束而散散开，河水水动力突然然大大减小小，机械搬搬运能力迅迅速降低，，搬运物就就会山口沉沉积下来。。山口沉积积物常形成成扇状地貌貌－冲积扇扇。三、沉积作用河流搬运物物从河水中中沉积下来来的过程称称河流沉积积作用。。2、谷底沉积积作用谷底包括两两部分：一一部分是被被河水所覆覆盖的河床床，在河床床上产生的的沉积作用用称河床沉积；另一部分分是平水位位时谷底未未被河水所所淹没的平平坦地形称称为河漫滩。边滩地貌心滩地貌3、河口沉积积作用另一方面由由于湖水、、海水中富含有电电解质，当当河流中以以胶体搬运运的溶运物物与湖水、、海水相混混合后，海海水中的电电解质破坏坏了胶体的的稳定性，，致使胶体体凝聚，而而沉积在河河口。在河流流入入湖泊或海海洋的地方方，河流沉积物常形形成锥形的的沉积地貌貌称为三角角洲。河口是河流流最主要的的沉积场所所。当河流流入湖泊、、海洋时受受湖水或海海水的顶托托，流速迅迅速减小，，使河水搬搬运能力减减弱甚至消消失，大量量机械搬运运物质在河河口沉积下下来。密西西比三三角洲4、冲积物河流的沉积积作用指河河流搬运的的一部分碎碎屑物质，，在河谷的的适当部分分由于流速速降低而发发生的沉积积。河流沉积的的物质称为为冲积物。。冲积物是是在流动动的水体中中以机械方方式沉积的的碎屑物，，具有下列列基本特征征：１、分选性性较好；２、磨圆度度较好；３、成层性性较清楚；；４、发育二元结结构；５、具有流流水成因的的沉积构造造：波痕、、砂丘交错错层理。上游下游从上游到下下游沉积物物逐渐变细细5、河谷阶地地1）河谷阶地地：谷坡上上的阶梯状状平台。由河漫滩算算起，向上上依次称为为一级阶地地、二级阶阶地等。一一级阶地形形成年代最最新，一般般保存最好好，时代越越老的阶地地，保存越越不完整。。2）河谷阶地地的形成过过程：地壳相对对稳定，下下蚀作用逐逐渐减弱，，侧蚀作用用增强，发发育较宽的的河漫滩，，形成宽阔阔的谷底。。地壳上升升，河流纵纵比降增加加，下蚀作作用增强，，河床下降降，原来宽宽阔的谷底底相对升高高，最终高高于一般洪洪水期水面面，从而在在河谷两侧侧形成平坦坦的台地。。3）阶地分类类河流阶地按按成因可以以分为：（1）侵蚀型阶阶地：完全由基基岩组成的的阶地（2）堆积（冲冲积）型阶阶地：完全由河河流沉积物物组成的河河流阶地。。堆积阶地地还可进一一步分为上迭阶地、、内迭阶地地和埋藏阶阶地。（3）基座型阶阶地：下部为基基岩上部为为河流沉积积物的阶地地。侵蚀型堆积型基座型在通常情况况下，阶地地是河谷地地貌中敷设设线路的理理想地貌部部位。当有有几级阶地地时，除考考虑过岭标标高外，一一般以利用一、二二级阶地敷设线线路为好。。风化作用是是指地表或或接近地表表的坚硬岩岩石、矿物物在原地与与大气、水水及生物接接触过程中中产生物理理、化学变变化而形成成松散堆积积物的全过过程。根据风化作作用的因素素和性质可可将其分为为三种类型型：1、物理风化化作用；2、化学风化化作用；3、生物风化化作用。第三节风风化作用用一、风化作作用的概念念和类型雅丹地貌台湾女王头头云冈石窟1、温度变化化（热胀冷冷缩）：在地表或接接近地表条条件下，岩岩石、矿物物在原地产产生的机械械破碎而不不改变其化化学成分的的过程。（一）物理风化作作用温差大的地区，在在白天当太阳光直直射时，岩石表层层增温而膨胀，而而内部膨胀小甚至至未发生变化。到到了夜晚气温骤降降，岩石表面收缩缩。这样使其岩石石表面与内部产生生应力差。这种生生应力差就会使岩岩石破裂。2、冰劈作用（冻胀胀）：贮藏在地表岩石空空隙中的液态水，，当温度下降到摄摄氏零度以下时，，就会结冰，结冰冰后的体积体积增增大1／11左右右空隙中产生巨大大的，这种压力就就会岩石裂开。3、盐类结晶作用：：岩石裂隙中的水溶溶液由于水分蒸发发，盐分逐渐饱和和，当气温降低、、溶解度减小时，，盐分就会结晶出出来，对岩石裂隙隙产生压力，逐渐渐促使岩石破裂。。在地下深处的岩石石承受巨大静压力力，其潜在膨胀力力是十分惊人。岩岩石从地下深处变变到地表条件时由由于上覆静压力减减小而产生张应力力形成一系列与地地表平行的宏观和和微观的内部破裂裂面。形成这种裂裂隙构造的作用称称为剥离作用。4、岩石的释荷作用用（二）化学风化作作用地表或接近地表条条件下，岩石、矿矿物在原地发生化化学变化而分解并并产生新物质的过过程。1、溶解作用：水或水溶液直接溶溶解岩石中矿物的的作用。CaCO3＋H2O+CO2Ca（HCO3）22、水化作用：岩石中某些矿物与与水化合形成新的的矿物，称为水化化作用。硬石膏（CaSO4）吸水后形成石膏膏（CaSO4.2H2O），体积膨胀1.5倍，产生压力，致致使岩石破裂。3、氧化作用大气圈中氧含量为为20．1％。当当岩石和矿物暴露露于地表或位于地地表层时，某些矿矿物与大气或水中中的氧化合形成新新矿物，称为氧化化作用。4、碳酸化作用当水中溶有CO2时，与水结合形成成碳酸，碳酸根易易与矿物中的阳离离子化合成易溶于于水的碳酸盐，从从而使水溶液对岩岩石中的矿物离解解能力加强，化化学反应速度加快快，这种化学作用用称碳酸化作用。。4K[AlSi3O8](钾长石)＋2CO2+4H2O2K2CO3+8SiO2+Al4[Si4O10][OH]8(高岭石)5、水解作用水解作用的实质是是水的电离产物(H+及OH-)进入矿物晶格，分分别取代阳离子和和阴离子，从而使使矿物解体形成新新的含水矿物的过过程。4K[AlSi3O8]+6H2O4KOH+8SiO2+Al4[Si4O10][OH]8(钾长石)(高岭石)（三）生物风化作用生物对岩石、矿物物产生的破坏作用用。1、生物的机械风化化作用：主要发生生在生物的生命活活动过程中。生长长在岩石裂隙中的的植物，随着根系系不断地长大，对对裂隙壁产生挤压压，使岩石裂隙扩扩大，从而引起岩岩石破坏，这种作作用称根劈作用。。2、生物的化学风化化作用：是通过生生物的新陈代谢及及生物死亡后的遗遗体腐烂分解来进进行的。植物和细细菌在陈代谢中常常常析出有机酸及及CO2。这些物质一方面酸酸化土壤，另一方方面腐蚀岩石。二、影响风化作用用的因素（一）岩性1、成因：岩浆岩中中的喷出岩、浅成成岩、深成岩抗风风化能力依次减弱弱。沉积岩比岩浆浆岩、变质岩抗风风化能力强。2、矿物成分：石英英、正长石、酸性性斜长石、角闪石石、辉石、基性斜斜长石、黑云母、、黄铁矿抗风化能能力依次减弱；硅硅质胶结、钙质胶胶结、泥质胶结抗抗风化能力依次减减弱；浅色矿物比比深色矿物抗风化化能力强。3、结构和构造：隐隐晶质、细粒显晶晶质、粗粒结构抗抗风化能力依次减减弱；等粒结构比比斑状结构抗风化化能力强；致密块状构造的岩岩石比层理、片理理发育的岩石抗风风化能力强。（二）地质构造地质构造发育的岩岩石，节理裂隙发发育，易于风化；；褶曲轴部、断层层破碎带的岩石风风化程度较高。（三）气候因素：：影响风化作用的气气候因素主要指降降水量与温度。降降水量丰富且水循循环快的地区有利利于化学风化的进进行；而温度则影影象化学反应的速速度，水中游离氧氧的含量和水的离离解度随温度增高高而加大，水中CO2含量虽随温度增增高而减少，但温温度增高十度，反反应速度却加快一一倍，因此，氧化化作用和水溶液的的作用都随温度增增高而加快，有利利于化学风化作用用的进行。而且，，气候控制着数量量和类型，它们对对风化作用产生各各不相同的影象。。地球气候的分带性性决定了风化作用用速度及其产物类类型的分带性。（四）地形因素：：在相对高程很大的的中低纬度山区，，可以看到不同高高程上有不同的气气候带因而有不同同类型的风化作用用。地形陡缓的不同，，风化作用也不同同。陡坡地下水位位低，植被稀少，，物理风化相对强强烈，产物不易保保留，未风化岩石石不断暴露接收风风化；缓坡平地化化学风化和生物风风化相对强烈，矿矿物分解彻底，风风化产物残留原地地，母岩被覆盖，，不利于物理风化化，最后形成大量量粘土和残余矿床床。坡向也也有影影响，，中低低纬度度阳坡坡昼夜夜温差差大，，冰冻冻风化化比阴阴坡强强烈，，以至至阳坡坡比阴阴坡更更凹凸凸不平平。三、风风化作作用的的产物物土壤：：岩岩石经经过物物理风风化作作用、、化学学风化化作用用之后后，再再经过过生物物风化化作用用，形形成具具有矿矿物质质、腐腐殖质质、水水和空空气的的松散散堆积积。残积物物：岩岩石石经过过长期期风化化作用用后，，形成成一些些在地地表条条件稳稳定的的产物物，（（多为为铁、、铝的的氧化化物））残留留原地地。风化壳壳：残残积积物、、土土壤在在陆地地的地地表形形成的的一层层不连连续薄薄壳（（层））。土壤残积层层基岩风化壳壳四、岩岩土的的工程程分类类1、根据野野外鉴鉴定特特征和和风化化系数数、波波速比比将岩岩石分分为分为未未风化化、微微风化化、中中等风风化、、强风风化、、全风风化和和残积积土。。详见见表5-1。2、根据据坚硬硬程度度划分分根据岩岩石的的性质质将岩岩石分分为坚