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1、第三章 水的地质作用一、地表水的地质作一、地表水的地质作用用二、地下水的地质作地下水的地质作用用自然界的水循环第一节 地表水的地质作用1.概述概述2.暂时性流水地暂时性流水地貌貌3.河流的地质作河流的地质作用用4.河流地质作用河流地质作用与道路工程与道路工程1.1 1.1 概述概述 地面流水：地面流水：是指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 。地表流水可分为暂时流水和经常流水两类。 地地面面流流水水暂时性地面流水 长期性地面流水 面流：面流：顺斜坡无固定流道的、面状流动的细小流水 洪流：洪流：低洼的沟
2、谷中呈线状流动的暂时性地面流水 河流：河流： 具有一定河道的长期性地面流水称1.2 1.2 暂时性流水暂时性流水 暂时流水是大气降水后短暂时间内在地表形成的流水，因此雨季是它发挥作用的主要时间，特别是在强烈的集中暴雨后，它的作用特别显著，往往造成较大灾害。暂时性流水地貌暂时性流水地貌 1.1.坡面流水的洗刷作用及地貌：坡面流水的洗刷作用及地貌： 片流和细流的洗刷作用片流和细流的洗刷作用坡积物及其工程性质坡积物及其工程性质2.2.山洪急流的地质作用及洪积扇：山洪急流的地质作用及洪积扇： 冲沟冲沟洪积扇洪积扇片流细流冲沟冲槽阶段（或细沟阶段）平衡（冲沟）阶段下切阶段（或切沟阶段）休止（拗谷）阶段1
3、.2.11.2.1面流的洗刷作用及坡积群面流的洗刷作用及坡积群洗刷作用：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。坡积群：分选不好，中下部较厚，厚度过大，不易扰动，例：兴文坪银杏乡。1.2.2 山洪急流的地质作用及洪积扇 1.1.洪洪（流流）水水特特点点 ：洪（流）水发生具有突然性，水量猛增，水位暴涨，上下游
4、落差突然增大，平时温驯的河流，显出排山倒海之势，也真有雷霍万钧之力。洪水所过，田园庐舍成墟，这时水对地面的破坏作用，表现得非常明显 。 1.2.2 山洪急流的地质作用及洪积扇 1.1.洪洪（流流）水水特特点点 ：洪（流）水发生具有突然性，水量猛增，水位暴涨，上下游落差突然增大，平时温驯的河流，显出排山倒海之势，也真有雷霍万钧之力。洪水所过，田园庐舍成墟，这时水对地面的破坏作用，表现得非常明显 。 洪积扇洪积扇 洪流携带大量泥沙、石块到洪流携带大量泥沙、石块到沟口，由于坡度减小，沟口，由于坡度减小，洪流无侧壁约束，水流分散，动能迅速减弱，所搬运洪流无侧壁约束，水流分散，动能迅速减弱，所搬运的碎屑
5、物在沟口大量沉积，形成的碎屑物在沟口大量沉积，形成扇形扇形堆积地貌。洪积扇洪积扇洪积扇洪积扇洪积裙洪积裙洪积裙洪积裙山洪急流的地质作用及洪积扇2.冲沟形成发展的四个阶段：1、冲槽阶段（细沟阶段） 冲沟的开始，会淤塞边沟，毁损路面，破坏路基，填平沟槽，种植草皮保护坡面。2、下切阶段（切沟阶段） 公路避免从沟顶附近的沟壁通过，中下部通过应修截水沟，沟头设多级跌水石坎，沟底铺石加固。3、平衡阶段（冲沟阶段） 设跨沟桥，路基、桥涵高度应在洪水位以上，桥涵孔径应大于排洪量，加固沟壁，设置跌水、防止侧蚀水毁路基及切坡后内边坡失稳，防止崩塌滑坡的发生。4、休止阶段（拗谷阶段）治理同上冲沟发展的第一阶段是形成
6、细沟。冲沟发展的第二阶段，以强烈的下蚀作用为主 冲沟发展的第三阶段是使谷底逐渐变缓，同时冲沟发展的第三阶段是使谷底逐渐变缓，同时冲沟的岸坡逐渐塌落，形成天然稳定的坡度冲沟的岸坡逐渐塌落，形成天然稳定的坡度 1.31.3河流地质作用及地貌河流地质作用及地貌 3.3.河谷地貌：河谷地貌： 侵蚀作用沉积作用搬运作用典型河谷地貌的形态要素1.1.河流的侵蚀、搬运和沉积作用河流的侵蚀、搬运和沉积作用 2.2.冲积层冲积层 河谷地貌分类河流阶地河河流流在在纵纵向向的的特特征征河流的空间形态河流的空间形态1.3.1 1.3.1 河流的侵蚀、搬运和沉积作用 1.侵蚀作用：河水在流动过程中不断加深和拓宽河床的作
7、用底蚀作用（下蚀作用）：底蚀作用（下蚀作用）：河水对河床底部岩石破坏，使河谷加深的过程。 侧蚀作用：侧蚀作用：河水对河床岩石破坏，使河谷拓宽的过程。 下蚀作用的结果峡谷地貌河流的下蚀作用河流的下蚀作用差异下蚀作用的结果瀑布下下蚀蚀作作用用的的过过程程河流的地质作用河流的地质作用 由于河水惯性离由于河水惯性离心力的作用使河水冲心力的作用使河水冲向弯曲河床的凹岸，向弯曲河床的凹岸，造成凹岸被侵蚀。而造成凹岸被侵蚀。而凸岸水流的泥沙就会凸岸水流的泥沙就会沉积，减缓，在凸岸沉积，减缓，在凸岸河水携带河床不断加河水携带河床不断加宽，河曲的曲度变大，宽，河曲的曲度变大，形成蛇曲河。蛇曲河形成蛇曲河。蛇曲河
8、最后会截弯取直。废最后会截弯取直。废弃的弯曲河道称为牛弃的弯曲河道称为牛轭湖轭湖河流的侧蚀作用河流的侧蚀作用 由于河水惯性离由于河水惯性离心力的作用使河水冲心力的作用使河水冲向弯曲河床的凹岸，向弯曲河床的凹岸，造成凹岸被侵蚀。而造成凹岸被侵蚀。而凸岸水流减缓，在凸凸岸水流减缓，在凸岸河水携带的泥沙就岸河水携带的泥沙就会沉积，河床不断加会沉积，河床不断加宽，河曲的曲度变大，宽，河曲的曲度变大，形成蛇曲河。蛇曲河形成蛇曲河。蛇曲河最后会截弯取直。废最后会截弯取直。废弃的弯曲河道称为牛弃的弯曲河道称为牛轭湖。轭湖。河流的侧蚀作用河流的侧蚀作用牛轭湖的形成过程牛轭湖的形成过程时间上河流发时间上河流发育
9、的早期以下育的早期以下蚀作用为主，蚀作用为主，随着坡度减小，随着坡度减小，逐渐转为以侧逐渐转为以侧蚀作用为主。蚀作用为主。空间上河流的空间上河流的上游以下蚀作上游以下蚀作用为主，河流用为主，河流的下游以侧蚀的下游以侧蚀作用为主。作用为主。下蚀作用与侧蚀作用的关系下蚀作用与侧蚀作用的关系河流的侵蚀、搬运和沉积作用 2.搬运作用：河水在流动过程中 夹带沿途冲刷侵蚀下来的物质（泥沙、石块等）离开原地的移动作用。 影响因素：河水的流量、流速。 物质来源：谷坡洗刷、崩落、滑塌下来的产物和冲沟内洪流冲 刷出来的产物，河流侵蚀河床的产物。 搬运形式：浮运、推移和溶运。河流的侵蚀、搬运和沉积作用 3.沉积作用
10、： 河流在运动过程中，能量不断受到损失，当河水夹带的泥沙、砾石等搬运物质超过了河水的搬运能力时，被搬运的物质便在重力作用下逐渐沉积下来，形成河流冲积层。河流的沉积特性：具有明显的分选性。 河流沉积作用的主要方河流沉积作用的主要方式是机械沉积作用。引起河式是机械沉积作用。引起河流机械沉积作用主要原因是流机械沉积作用主要原因是河水流河水流速的降低，导致机械速的降低，导致机械动能的减小，使河流的搬运动能的减小，使河流的搬运能力降低而发生沉积能力降低而发生沉积 。根据。根据沉积的部位分为：沉积的部位分为：山口山口沉积作用沉积作用谷底沉积作用谷底沉积作用河口沉积作用河口沉积作用河流的沉积作用及沉积物河流
11、的沉积物山口山口沉积作用沉积作用来自山区的河流，携带着大量机械搬运物到山口开阔的平地上，由于河床坡降明显减小，水流又无地形约束而散开，河水动力突然大大减小，机械搬运能力迅速降低，搬运物就会山口沉积下来。山口沉积物常形成扇状地貌：冲冲积扇积扇。谷底沉积作用谷底沉积作用谷底包括两部分。一部分是被河水所覆盖的河床，在河床上产生的沉积作用称河床沉积河床沉积；另一部分是平水位时谷底未被河水所淹没的平坦地形河漫滩河漫滩。河口沉积作用河口沉积作用河口是河流最主要的沉积场所。当河流入湖泊、海洋时受湖水或海水的顶托，流速迅速减小，使河水搬运能力减弱甚至消失，大量机械搬运物质在河口沉积下来。另一方面由于湖水、海水
12、中富含有电解质，当河流中以胶体搬运的溶运物与湖水、海水相混合后，海水中的电解质破坏了胶体的稳定性，致使胶体凝聚，而沉积在河口。 在河流流入湖泊或海洋的地方，河流沉积物常形成锥形的沉积地貌（其外形象三角形）称为三角洲。河流的沉积物河漫滩河漫滩沉积沉积 1.以机械碎屑为主2.砾石的磨圆好3.发育二元结构4.常发育层理5.沉积物分选性好6.从上游到下游沉积物逐渐变细上游上游下游下游河流沉积物（冲积物）的特征1.3.2 冲积层 冲积物：河谷内由河流的沉积作用所形成的堆积物。特性：良好的磨圆度和分选性 。分相：河床相、河漫滩相、牛扼湖相、河口三角洲相。 1.3.3 河谷地貌 1.1.典型河谷地貌的形态要
13、素：典型河谷地貌的形态要素：形态要素形态要素：谷底、谷坡、阶地2.河谷分类：河谷分类：影响因素：影响因素：受多种因素控制，包括地质作用的强弱，地壳升降的幅度，组成河谷的岩石性质及地质构造。形态：形态：“V” 形谷, “U” 形谷。3.阶地：阶地：按河谷发展阶段分类：按河谷发展阶段分类：未形成河谷、河漫滩河谷、成形河谷。按河谷走向与地质构造关系分类：按河谷走向与地质构造关系分类：背斜谷、向斜谷、单斜谷、断层谷、横谷、斜谷等成因：成因：地壳构造运动和河流的侵蚀、堆积作用的综合作用下。类型：类型：侵蚀阶地、堆积阶地、基座阶地。 河谷阶地的形成过程：河谷阶地的形成过程：地壳相对稳定，下蚀作用逐渐减弱，
14、侧蚀作用增强，发育较宽的河漫滩，形成宽阔的谷底。地壳上升，河流纵比降增加，下蚀作用增强，河床下降，原来宽阔的谷底相对升高，最终高于一般洪水期水面，从而在河谷两侧形成平坦的台地。 阶地阶地 谷坡上的阶梯状平台。1.3.3 河谷地貌河流侵蚀作用与地壳运动的关系 河谷阶地的形成过程一级阶地一级阶地二级阶地二级阶地四级阶地四级阶地五级阶地五级阶地三级阶地三级阶地 成因成因：地壳震荡式间歇性上升运动；年代年代：位置越高，级次越大，年龄越老；类型类型：侵蚀阶地，基座阶地，堆积阶地；与公路的关系与公路的关系： 一方面一方面，可以缓和山谷坡脚地形的平面曲折和纵向起伏，有利于路线平纵面设计和减少工程量； 另一方
15、面另一方面，又不易遭受山坡变形和洪水淹没的威胁，容易保证路基稳定。 在公路的高程能够满足的条件下，一般选在公路的高程能够满足的条件下，一般选择一级和二级阶地通过。择一级和二级阶地通过。阶地特征1.4 河流地质作用与道路工程 （一）沿河路基水毁成因及防治：（一）沿河路基水毁成因及防治： （二）桥梁水毁二）桥梁水毁成因及防治：成因及防治： 王横线绛县路基、路面、挡墙冲毁路段 王横线垣曲境内路基、路面、挡墙冲毁路段 301省道郧(西)漫(川)公路路基被洪水冲刷一空，路面塌陷，交通中断 咆哮的洪水切断了公路，阻断了交通 洪水过后，路基荡然无存 公路水毁原因分析 影响因素-水水水的来源：水的来源： 一、
16、雨雪直接落至路面的大气降水 二、贯穿路基的沟、溪、河流水。地下水主要来源于上层滞水、潜水、承压水 破坏公路的方式：破坏公路的方式： 暴雨径流直接冲毁路肩、边坡和路基；积水的渗透和毛细水的上升可导致路基湿软，强度降低，重者会引起路基冻胀、翻浆或边坡塌方，甚至整个路基沿倾斜基底滑动；进人结构层内的水分可以浸湿无机结合料处治的粒料层，导致基层强度下 降使沥青面层出现剥落和松散；水泥混凝土路面由于接缝多，从接缝中渗入的水分聚集在路面结构中，在重载的反复作用下，产生很大的动水压力，导致接缝附近的细颗粒集料软化，形成唧泥，产生错台、断裂等病害。 总之，水的作用加剧了路基路面结构的损坏履路面使用性能变坏，缩
17、短了路面的使用寿命。 (一)沿河路基水毁 (1)路线与河道并行，一面傍山，一面临河，许多路基是半挖半填或全部为填方筑成。路基边坡多数未做防冲刷加固措施，路基因洪水顶冲与淘剐发生坍塌破坏，出现许多缺口和坍塌半个以上路基。(2)路基防护构造物因基础处理不当或埋置深度不足而破坏，引起路基水毁。(3)半填半挖路基地面排水不良，路面、边沟严重渗水，路基下边坡坡面渗流、普遍出露、局部管涌引起路基坍垮。(4)洪水位骤降，在路基半坡内形成自路基向河道的反向渗流，产生渗透压力和孔隙压力，造成边坡失稳。(5)不良地质、地形路段，山体滑坡或路基滑移。 (6)道路防洪标准低，路面设计洪水位标高不够或涵洞孔径偏小，道路
18、排水系统不完善，造成洪水漫溢路面、水洗路面甚至冲毁路基。(7)原有道路施工质量不佳，挡墙砌筑砂浆强度达不到设计要求，砂浆砌筑不饱满，石料偏小，砌体整体强度不够。 (8)原有路基边坡坡度太陡，没有达到设计要求。(9)较陡的山坡填筑路基，原地面未清除杂草或挖人工台阶，坡脚未进行必要支撑，填方在自重或荷载作用下，路基整体或局部下滑。(10)填方填料不佳，压实不够，在水渗入后，堆密度增大，抗剪强度降低，造成路基失稳。(11)植被破坏，水土流失，在强降雨形成的地面径流冲击下，造成边坡坍方。(12)道路养护工作跟不上，涵洞淤塞导致排水不畅，造成水洗路面甚至冲毁路基。防治沿河路基水毁的措施 (1)种草防护适
19、用于土质路堤、路堑有利于草类生长的边坡，它可以防止雨水冲刷坡面。但经常浸水或长期浸水的路堤边坡，种草不易生长，故不宜采用此法防护。(2)草皮的作用与种草相同，当河床比较宽阔，铺设处只容许季节性浸水，流速小于18m/s，水流方向与路线近于平行的条件下可以使用（3）植树一般是在路基斜坡上和沿河路堤之外漫水河滩上种植，直接加固路基和河岸，并使水流速度降低，防止和减少水流对路基或河岸的冲刷。 (4)砌石防护分为干砌和浆砌两种。干砌片石用以防护边坡免受大气降水和地面径流的侵害，以及保护浸水路堤边坡免受水流冲刷作用，一般有单层铺砌、双层铺砌。在片石下面应设置垫层，它主要起整平的作用，并可防止水流将干砌片石
20、下面边坡上的细颗粒土壤携带出来冲走，还能使防护的坡面具有一定弹性，从而增加对波浪、流冰及漂浮物冲击的抵抗力，使之不易破坏。干砌片石所用的石料，应是坚硬的、耐冻的和未风化的石块，为防水浸水及提高整体强度，可用水泥砂浆勾缝。 当水流流速较大(如45m/s)，波浪作用较强，以及可能有流冰、流木等冲击作用时，宜采用浆砌片石护坡，必要时，可与浸水挡土墙或护面墙同时设置。 (5)抛石防护主要用于防护水下部分的边坡和坡脚，免受水流冲刷及淘刷，也可用于防止河床冲刷，最适用于砾石河床。它不受水位高低变动的影响，亦不受施工季节的限制，新筑堤岸尚未沉实之前亦可施工。在附近盛产石料、沿线废石方较多的地区，应优先考虑此
21、种防护措施。(6)石笼防护的使用范围比较广泛，可用于防护河岸或路基边坡、加固河床、防止淘刷。(7)浸水挡土墙是用来支撑天然边坡或人工边坡，以保证土体稳定的建筑物。(8)丁坝是指坝根与岸滩相接，坝头伸向河槽，坝身与水流方向成某一角度，能将水流挑离河岸的结构物。丁坝是用来束水归槽、改善水流状态、保护河岸的。 桥梁水毁桥梁水毁 (二)桥梁水毁成因 桥梁受洪水冲击，墩台基础冲空危及安全或产生桥头引道缺、断，乃至桥梁倒坍，称为桥梁水毁。其主要原因有下列两种：桥梁压缩河床，水流不顺，桥孔偏置时，缺少必要的水流调治构造物；基础埋置深度浅又无防护措施。1增建水流调治构造物防治桥梁水毁 (1)稳定、次稳定河段上
22、桥梁水毁防治 稳定、次稳定河段上桥梁水毁防治措施，可根据调整桥下滩流、河床冲淤分布的实际需要以及水流流向等分情况加以选择， 正交桥位，两侧有滩地对称分布时，两侧桥头布置对称的曲线形导流堤。 两侧有滩地但不对称分布时，两侧导流堤一般布置成口朝上游的喇叭形。大滩侧为曲线形导流堤，小滩为两端带曲线的直线形导流堤。 桥位在河流弯道上，凹岸布置直线形导流堤，凸岸布置曲线形导流堤。 桥位与河槽正交，一侧引道向上游与滩地斜交，另一侧引道与滩地正交时，斜交侧桥头布置梨形堤，引道上游侧设置短丁坝群。 桥位与河槽正交，一侧引道伸向下游与滩地斜交形成“水袋”，另一侧引道与滩地正交时，斜交侧桥头设置曲线形导流堤，引道
23、上游进行边坡加固，并在适当位置设置小型排水构造物，以排除“水袋”积水，正交侧桥头设置直线形导流堤。若斜交侧滩地不宽，可没封闭导流堤消除“水袋”。斜交桥位，两侧有滩地对称分布时，根据河槽流向，锐角侧设梨形堤，另一侧设两端带曲线的直线形导流堤。(2)(2)不稳定河段上桥梁水毁防治 不稳定河段上桥梁的水毁防治，可根据河岸条件、河床地貌以及桥孔位置等分情况采取下列措施。 桥梁位于出山口附近的喇叭形河段上，封闭地形良好，宜对称布置封闭式导流堤。 引道阻断支岔，上游可能形成“水袋”。为控制洪水摆动，防止支岔水流冲毁桥头引道，视单侧或双侧有岔及地形情况，可对称或不对称设置封闭式导流堤。 一河多桥时，为防止水流直冲两桥间引道路基，可结合水流和地形条件，在各桥间设置分水堤。 桥梁位于冲积漫流河段的扩散淤积区，一河多桥而流水沟槽又不明显时，宜设置漫水隔坝，并加强桥间路堤防护。2增设冲刷防护构造物防治桥梁墩台水毁 桥梁墩台明挖(浅埋)基础，应根据跨径大小、桥位河段稳定类型，分别增建基础防护构造物。当河床较稳定，冲刷范围小时，宜采用立面防护措施；当河床稳定，冲刷范围较大时，用平面防护措施。
