土木工程地质 第三章 水的地质作用第一、二节课件

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1、土木工程地质,第三章 水的地质作用,第一节 地表水的地质作用,地表水分为暂时流水和经常流水。 暂时流水是季节性、间歇性 流水，以大气降水为水源。 经常流水一年流水不断，水量随季节发生变化，但不干枯 无水。 地表水的地质作用包括侵蚀作用、搬运作用和沉积作用。 沉积作用形成最常见的第四纪沉积层。 本章掌握最常见的第四纪沉积层：残积层、坡积层、洪积层和冲积层的形成过程及其工程地质特征。,第一节 地表水的地质作用,一. 暂时性地表流水的地质作用 1. 淋滤作用及残积层（ ）： 淋滤作用：大气降水向地下渗透时，将地表细小物 质和溶解物质带走，将粗粒物质或难溶物质 残留原地的过程。 残积层：残留在原地的松

2、散破碎物质。 特点：残留原地。破碎程度地表较大，向地下较小。成分与下伏基岩有关。松散、富水，易产生不均匀沉降。,第一节 地表水的地质作用,2. 洗刷作用及坡积层（ ） 洗刷作用：坡面流水将山坡上风化物质带到坡脚平 缓处堆积的过程。 坡积层：在坡脚处形成新的沉积层。 特点：位于坡脚。有碎石和粘性土组成，成分为山坡上部物质，与下伏基岩无关。层理不明显。松散、富水。易沿原地面滑坡。,第一节 地表水的地质作用,3. 冲刷作用及洪积层（ ）： 冲刷作用：地表水向低洼沟槽汇集，水量渐大，侵蚀能力加强，向深处下切，使沟槽不断变宽的过程。,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，

3、都会再短时间内形成巨大的地表暂时流水，称为洪流。 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。,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。,1、冲沟：先在低凹处将坡面土粒带走，冲蚀成，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。,特点：沟口沉积，沉积物为沟谷上游汇水区的岩石种类

4、。松散、富水。扇顶颗粒大多为砾石、卵石；扇缘方向愈来愈细，初具分选性和层理，具有磨圆度。,洪积层（扇）：平面： 纵剖面：,2、洪积层：洪流携带大量泥砂石块被搬运到一定距离后沉积下来形成的。,第一节 地表水的地质作用,二. 河流地质作用 河流的侵蚀作用、搬运作用和沉积作用在整条河流上同时进行，相互影响。 在河流的不同段落上，三种作用进行的强度并不相同，常以某一方面作用为主。,第一节 地表水的地质作用,一、河流的侵蚀、搬运和沉积作用 1、侵蚀作用： 河流侵蚀作用的能力由水量和流速决定。以Q表示河水流量(米3秒)，V为流速(米秒)，则河水动能E由下式表示： 问题：同一河流上、中、下游那个河段动能大？

5、 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；,第一节 地表水的地质作用,侵蚀作用：按方向分为下蚀和侧蚀 下蚀切割河底，使河床变深。,河曲阶段,蛇曲及牛轭湖阶段,河曲阶段,蛇曲阶段,河曲阶段,第一节 地表水的地质作用,2. 搬运作用 流水搬运方式分为物理搬运和化学搬运两大类。 物理搬运的物质主要是泥砂石块。 化学搬运的物质是可溶解的盐类和胶体物质。,第一节 地表水的地质作用,化学搬运的距离最远，水中各种离子和胶体颗粒多被搬运到湖、海盆地中，条件合适时，在湖、海盆地中产生沉积。 良好的分选性和磨圆度是河

6、流沉积物区别于其他成因沉积物的重要特征。,3、沉积作用：流速降低使河流携带的物质沉积下来。河流的沉积物称为冲积层。,永定河冲积扇,第一节 地表水的地质作用,洪水位,永定河冲积扇,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。,第一节 地表水的地质作用,二. 河谷地貌

7、（河谷横断面）及河流阶地： 1. 河谷（river valley）地貌（河谷横断面）：,river bed,flood land,terrace,第一节 地表水的地质作用,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。,第一节 地表水的地质作用,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。,第一节 地表水的地质作用,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

8、河 ）。,第一节 地表水的地质作用,2. 河流阶地：,第一节 地表水的地质作用,2. 河流阶地：,河漫滩,侵蚀阶地,冲积阶地,三河流地质作用与工程建筑的关系,土木工程与河流关系非常密切。城市、工厂、道路一般沿河而建，建筑物在河谷横断面上所处位置的选择，河谷斜坡和河流阶地上建筑基础的稳定，也都与河流地质作用密切相关。 房屋建筑通常临河而建，河流对岸坡和大堤的冲刷淘蚀会对河岸或大堤造成破坏。 平原地区河流的堆积作用使河床上升，甚至成为“悬河”，严重威胁居住生活工作环境安全。,三河流地质作用与工程建筑的关系,桥梁墩台基础、桥渡位置选择都应充分考虑河流地质作用。 对于桥渡， 首先选择在河流顺直地段过河

9、，以避免侧蚀危及桥台安全；使桥梁中线与河流垂直，以免桥梁长度增大。 其次墩台基础位置应选择在强度足够、安全稳定的岩层上。,三河流地质作用与工程建筑的关系,A台不稳定，可能由于岩层滑动而破坏；C墩位于断层上，断层两侧岩石不同，或断层带内岩石破碎，均不利于稳定；而B台基础位置较好。,三河流地质作用与工程建筑的关系,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。,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。,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，,线路

10、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。,第二节 地下水的地质作用,一. 地下水的基本知识：,储藏和运动于岩土的空隙和裂隙的水叫地下水。 在土木工程建设中，一方面地下水是生产生活供水的重要来源，特别是在干旱地区，地表水缺乏，供水主要靠地下水。 另一方面，地下水的活动又是威胁施工安全、造成工程病害的重要因素，例如基坑、隧道涌水，滑坡活动，基础沉陷和冻胀变形等都与地下水活动有直接关系。,第二节 地下水的地质作用,一. 地下水的基本知识：,1. 水在岩土中的存在形式：,第二节 地下水的地质作用,2. 岩土的主要水理性质： 岩土与水作用时表现出来的性质称为水

11、理性质。,对岩土工程性质的影响主要指岩土的溶解性、吸水性、透水性、软化性、抗冻性、膨胀性及崩解性等，本章主要研究前者。,第二节 地下水的地质作用,1、容水性：在岩土的孔隙、裂隙中能够容纳一定数量水体的性能称容水性。容水性常用容水度表示，即岩土中容纳的水的体积与岩土总体积之比。 当岩土孔隙、裂隙被水充满时，水的体积就等于孔隙、裂隙的 体积，此时容水度在数量上等于孔隙度或裂隙率。 根据容水度大小可以把岩土分为三类：(1) 容水的：粘土、泥 炭、砂粘土、砂、砾石等；(2) 微容水的：泥灰岩、黄土、粘土质 砂岩、粘砂土等；(3) 不容水的：岩浆岩及类似的岩石。,第二节 地下水的地质作用,2持水性：依靠

12、分子引力或毛细力，在岩土孔隙、裂隙中保持一定数量水体，而且此水体不能在重力作用下自由流动的性能称持水性。持水性用持水度表示，即靠分子引力和毛细力保持的水的体积与岩土总体积之比。 只考虑分子引力保持的水(即薄膜水)的体积与岩土总体积之比称分子持水度。 根据持水度大小也可将岩土分为三类：(1) 强持水的：泥炭、粘土、砂粘上等；(2) 弱持水的：泥灰岩、粘砂土、细砂等；(3) 不持水的：卵石、砾石、粗砂等。,第二节 地下水的地质作用,3给水性：被水饱和的岩土在重力作用下，能够自由流出一定水量的性能称给水性。给水性用给水度表示，即能自由流出的水的体积与岩土总体积(包括不能自由流出的分子水和毛细水在内)

13、之比。,表3-2砂、砾石的给水度,第二节 地下水的地质作用,4透水性：岩土容许水透过它的性能称透水性。透水性用渗透系数(K)作为表示其大小的指标，渗透系数是与岩土性质和渗透液体的物理性质有关的常数. 决定透水性大小的首先是孔隙、裂隙的大小，其次才是数量的多少。 根据透水性大小可以把岩土分为三类：(1) 透水的：砾石、卵石、砂、裂隙或岩溶发育的岩石；(2) 半透水的：黄土、粘砂土、砂粘土等；(3) 不透水的：粘土、泥岩、页岩及裂隙不发育的坚硬岩石。,第二节 地下水的地质作用,二. 地下水的物理性质与化学成分：（自学） （1）物理性质：,第二节 地下水的地质作用,（2）化学成分：,地下水的化学成分

14、与流经的岩土性质和成分、地下水的补给条件和气候有密切关系。因此，地下水的物理性质与化学成分随空间和时间的变化而改变。,第二节 地下水的地质作用, 按总矿化度分类 地下水中所含各种离子、分子及化合物的总量称总矿化度。,表3-6地下水按总矿化度分类,第二节 地下水的地质作用, 按硬度分类 地下水的硬度是指水中所含钙、镁离子的数量。水中所含钙、镁离子总量称总硬度。,表3-7地下水按硬度分类,第二节 地下水的地质作用, 按pH值分类 pH值的大小表示水的酸碱性强弱。,表3-8地下水按pH值分类,第二节 地下水的地质作用,三. 地下水的基本类型 1. 按埋藏条件分类：,含水层 隔水层,上层滞水常常是引起

15、土质边坡滑坍、黄土路基沉陷、路基冻胀等病害的重要因素。,1、上层滞水,2、潜水,3、承压水-自流盆地,补给区,承压区,排泄区,3、承压水-自流斜地,第二节 地下水的地质作用,2. 按含水层性质分类：,第二节 地下水的地质作用,三. 地下水对土木工程的影响： 一. 地下水对混凝土的侵蚀性： 水泥遇水生成,（1）溶出侵蚀：,第二节 地下水的地质作用,（2）碳酸侵蚀： 反应平衡时，叫平衡CO2； 反应超过平衡时，叫侵蚀性CO2。,（3）硫酸侵蚀：,第二节 地下水的地质作用,（4）一般酸性侵蚀：,（5）镁盐侵蚀：,第二节 地下水的地质作用,二.地下水位上升引起的工程问题,1、增强地下水的腐蚀性 2、引

16、起不良地质现象 在河谷阶地、斜坡及岸边地带，地下潜水位或河水位上升时，岩土被水饱和，软化，降低了抗剪强度，地表水位下降时，向坡外渗流，可能产生潜蚀作用及流砂、管涌等现象，破坏了岩土体的结构和强度；地下水的升降变化还可能增大动水压力。以上种种因素，促使岩土体产生变形，崩塌、滑移等。 当地下水位上升后，水与岩土相互作用，岩土产生水解、软化、崩解、膨胀等。岩土体中的可溶盐类被溶解，岩土结构遭到破坏，导致岩土体产生不均匀沉降，承载能力降低，引起其上建筑物的倾斜，开裂，地面或地下管道拉断等破坏现象。,第二节 地下水的地质作用,3、产生砂土液化、流砂、管涌 在粉细砂及粉土为主的场地，地下潜水位上升，地震时有可能产生砂土液化现象。在基础开挖施工过程中可能产生流砂、管涌、底鼓，侧壁变形、坍塌等不良现象，这些不仅降低了地基土的力学强度，而且往往给施工带来很大的困难