第三章_水的地質(zhì)作用

1、第三章第三章 水的地質(zhì)作用水的地質(zhì)作用 3.1 地表水的地質(zhì)作用地表水的地質(zhì)作用 3.1.1 概述概述 地表水地表水 暫時(shí)流水暫時(shí)流水 經(jīng)常流水經(jīng)常流水 地表水的地質(zhì)作用地表水的地質(zhì)作用 侵蝕作用侵蝕作用 搬運(yùn)作用搬運(yùn)作用 沉積作用沉積作用 3.1.2 暫時(shí)流水的地質(zhì)作用暫時(shí)流水的地質(zhì)作用 一、淋濾作用及殘積層一、淋濾作用及殘積層 大氣降水后短暫時(shí)間內(nèi)在地表形成的流水。大氣降水后短暫時(shí)間內(nèi)在地表形成的流水。 淋濾作用：淋濾作用： 殘積層：殘積層： 地表以下、基巖風(fēng)化帶以上的松散破碎物質(zhì)地表以下、基巖風(fēng)化帶以上的松散破碎物質(zhì) 成分與下伏基巖成分密切相關(guān)成分與下伏基巖成分密切相關(guān) 厚度與地形、降水

2、量、水中化學(xué)成分等相關(guān)厚度與地形、降水量、水中化學(xué)成分等相關(guān) 孔隙率大，含水量高，不宜做建筑地基孔隙率大，含水量高，不宜做建筑地基 大氣降水向地下滲透時(shí)，將地表細(xì)小物質(zhì)大氣降水向地下滲透時(shí)，將地表細(xì)小物質(zhì) 和溶解物質(zhì)帶走，將粗粒物質(zhì)或難溶物質(zhì)和溶解物質(zhì)帶走，將粗粒物質(zhì)或難溶物質(zhì) 殘留原地的過(guò)程。殘留原地的過(guò)程。 二、洗刷作用及坡積層二、洗刷作用及坡積層 洗刷作用：洗刷作用： 坡積層：坡積層： 坡面流水將山坡上風(fēng)化物質(zhì)帶到坡面流水將山坡上風(fēng)化物質(zhì)帶到 坡腳平緩處堆積的過(guò)程。坡腳平緩處堆積的過(guò)程。 位于山坡坡腳處，厚度變化大位于山坡坡腳處，厚度變化大 成分為山坡上基巖，與下伏基巖無(wú)關(guān)成分為山坡上基

3、巖，與下伏基巖無(wú)關(guān) 層理不明顯，碎石棱角清楚層理不明顯，碎石棱角清楚 松散、富水，易滑坡，不宜做建筑地基松散、富水，易滑坡，不宜做建筑地基 三、沖刷作用及洪積層三、沖刷作用及洪積層 沖刷作用：沖刷作用： 洪積層：洪積層： 地表水向低洼溝槽匯集過(guò)程中，水量增大，地表水向低洼溝槽匯集過(guò)程中，水量增大， 攜帶泥沙石塊漸多，侵蝕能力增強(qiáng)，使溝槽攜帶泥沙石塊漸多，侵蝕能力增強(qiáng)，使溝槽 變深變寬的過(guò)程。變深變寬的過(guò)程。 1.溝谷入山前平原、山間盆地、流入河流處溝谷入山前平原、山間盆地、流入河流處 2.成分復(fù)雜，取決于上游匯水區(qū)巖石種類成分復(fù)雜，取決于上游匯水區(qū)巖石種類 3.平面上，扇頂粗大，扇緣漸細(xì)；斷面

4、上，地表細(xì)，平面上，扇頂粗大，扇緣漸細(xì)；斷面上，地表細(xì)， 地下粗。地下粗。 4.在洪積扇上修筑工程，首先要注意洪積扇的活動(dòng)在洪積扇上修筑工程，首先要注意洪積扇的活動(dòng) 性。性。 平面平面 縱剖面縱剖面 3.1.3 河流的地質(zhì)作用河流的地質(zhì)作用 上游上游 中游中游 下游下游 位于高山峽谷，流量不大但流速很高位于高山峽谷，流量不大但流速很高 河谷較寬，河漫灘和河流階地發(fā)育河谷較寬，河漫灘和河流階地發(fā)育 位于平原地區(qū)，流量大而流速較低位于平原地區(qū)，流量大而流速較低 河流的侵蝕作用、搬運(yùn)作用和沉積作用在河流的侵蝕作用、搬運(yùn)作用和沉積作用在 整條河流上同時(shí)進(jìn)行，相互影響。整條河流上同時(shí)進(jìn)行，相互影響。 一

5、、河流的侵蝕、搬運(yùn)和沉積作用一、河流的侵蝕、搬運(yùn)和沉積作用 1. 侵蝕作用侵蝕作用 下蝕作用：下蝕作用： 側(cè)蝕作用：側(cè)蝕作用： 2 1 2 EQv 河水動(dòng)能：河水動(dòng)能： 河水流量河水流量 流速流速 切割河底，使河床變深切割河底，使河床變深 與與流速流速、流量，組成河床物質(zhì)有關(guān)、流量，組成河床物質(zhì)有關(guān) 沖刷河岸，使河床變彎、變寬沖刷河岸，使河床變彎、變寬 下蝕和側(cè)蝕是同時(shí)進(jìn)行的，下蝕和側(cè)蝕是同時(shí)進(jìn)行的， 但河流上游以下以下蝕為主，下游但河流上游以下以下蝕為主，下游 以側(cè)蝕為主。以側(cè)蝕為主。 （2）側(cè)蝕作用）側(cè)蝕作用 原始彎曲原始彎曲 河床中障礙物河床中障礙物 沖刷部位沖刷部位 淤積部位淤積部位

6、主流線主流線 主流線主流線 淺灘淺灘 淤積部位淤積部位 沖刷部位沖刷部位 河曲河曲蛇曲蛇曲牛軛湖牛軛湖沼澤沼澤 2. 搬運(yùn)作用搬運(yùn)作用 搬運(yùn)能力與流速關(guān)系最大搬運(yùn)能力與流速關(guān)系最大 物理搬運(yùn)：物理搬運(yùn)： 化學(xué)搬運(yùn)：化學(xué)搬運(yùn)： 泥砂石塊泥砂石塊 可溶鹽類和膠體物質(zhì)可溶鹽類和膠體物質(zhì) 懸浮式懸浮式 跳躍式跳躍式 滾動(dòng)式滾動(dòng)式 良好的分選性和磨圓度是河流沉積物區(qū)別與良好的分選性和磨圓度是河流沉積物區(qū)別與 其他成因沉積物的重要特征。其他成因沉積物的重要特征。 3. 沉積作用和沖積層沉積作用和沖積層 河谷沉積河谷沉積 山前沉積山前沉積 河口沉積河口沉積 河床河床 河漫灘河漫灘 沖積扇沖積扇 沖積平原沖積

7、平原 水下三角洲水下三角洲 陸上三角洲陸上三角洲 沖積層的特征沖積層的特征 1.分布在河床、沖積扇、沖積平原或三角洲中分布在河床、沖積扇、沖積平原或三角洲中 成分復(fù)雜，分選性好，層理明顯，磨圓度高成分復(fù)雜，分選性好，層理明顯，磨圓度高 2.沖積層多可做建筑地基，但應(yīng)注意沖積層多可做建筑地基，但應(yīng)注意不良沉積不良沉積 物物 3.沖積層成分可做建材或水源沖積層成分可做建材或水源 二、河谷橫斷面及河流階地二、河谷橫斷面及河流階地 1. 河谷橫斷面河谷橫斷面 (1) (2) (4) (3) (5)(6) (6) (5)(4) (3) (2) IIIIII IIII II 12345 2. 河流階地河流

8、階地 河谷內(nèi)河流侵蝕或沉積作用形成的階梯狀地形。河谷內(nèi)河流侵蝕或沉積作用形成的階梯狀地形。 分類分類 按形態(tài)按形態(tài) 縱向階地縱向階地 橫向階地橫向階地 按組成物質(zhì)按組成物質(zhì) 侵蝕階地侵蝕階地 基座階地基座階地 沖積階地沖積階地 三、河流地質(zhì)作用與工程建筑的關(guān)系三、河流地質(zhì)作用與工程建筑的關(guān)系 3.2 地下水的地質(zhì)作用地下水的地質(zhì)作用 3.2.1 地下水的基本知識(shí)地下水的基本知識(shí) 地下水地下水：儲(chǔ)藏和運(yùn)動(dòng)于巖土的孔隙和裂隙的水。：儲(chǔ)藏和運(yùn)動(dòng)于巖土的孔隙和裂隙的水。 生產(chǎn)生活供水的重要來(lái)源生產(chǎn)生活供水的重要來(lái)源 地下水活動(dòng)又對(duì)工程建設(shè)造成影響地下水活動(dòng)又對(duì)工程建設(shè)造成影響 一、水在巖土中的存在狀態(tài)

9、一、水在巖土中的存在狀態(tài) 氣態(tài)氣態(tài) 固態(tài)固態(tài) 液態(tài)液態(tài) 吸著水吸著水 薄膜水薄膜水 毛細(xì)水毛細(xì)水 重力水重力水 3 4 5 6 7 8 1 2 地下水面以上直到地表地下水面以上直到地表 地下水面以下自由流動(dòng)的重力水地下水面以下自由流動(dòng)的重力水 二、巖土的主要水理性質(zhì)二、巖土的主要水理性質(zhì) 溶水性溶水性 持水性持水性 給水性給水性 透水性透水性 溶水度溶水度：巖土中容納的水的體積與巖：巖土中容納的水的體積與巖 土總體積之比土總體積之比 持水度持水度：靠分子引力和毛細(xì)力保持的：靠分子引力和毛細(xì)力保持的 水的體積與巖土總體積之比水的體積與巖土總體積之比 給水度給水度：能自由流出的水的體積與巖：能自由

10、流出的水的體積與巖 土總體積之比土總體積之比 滲透系數(shù)滲透系數(shù)：與巖土性質(zhì)和滲透液體的：與巖土性質(zhì)和滲透液體的 物理性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)物理性質(zhì)相關(guān)的常數(shù) 溶溶 水水 的的 微溶水的微溶水的 不溶水的不溶水的 強(qiáng)持水的強(qiáng)持水的 弱持水的弱持水的 不持水的不持水的 透透 水水 的的 半透水的半透水的 不透水的不透水的 給水度給水度 = 溶水度溶水度 - - 持水度持水度 影響因素：孔隙、裂隙的大小及數(shù)量影響因素：孔隙、裂隙的大小及數(shù)量 孔隙：顆粒大小、均勻程度、級(jí)配孔隙：顆粒大小、均勻程度、級(jí)配 裂隙：寬度、密度、連通程度裂隙：寬度、密度、連通程度 三、地下水的物理性質(zhì)與化學(xué)成分三、地下水的物理性質(zhì)與

11、化學(xué)成分 1. 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 溫溫 度：度： 顏顏 色：色： 透明度：透明度： 臭臭 味：味： 口口 味：味： 比比 重：重： 導(dǎo)電性：導(dǎo)電性： 放射性：放射性： 與埋深、地下補(bǔ)給條件及地質(zhì)條件有關(guān)與埋深、地下補(bǔ)給條件及地質(zhì)條件有關(guān) 取決于水中化學(xué)成分及懸浮物取決于水中化學(xué)成分及懸浮物 與礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)或膠體物質(zhì)含量有關(guān)與礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)或膠體物質(zhì)含量有關(guān) 與所含氣體或有機(jī)質(zhì)有關(guān)與所含氣體或有機(jī)質(zhì)有關(guān) 決定于水中化學(xué)成分決定于水中化學(xué)成分 取決于所含各成分的含量取決于所含各成分的含量 取決于溶解于地下水中的鹽量取決于溶解于地下水中的鹽量 放射性物質(zhì)含量放射性物質(zhì)含量 2. 化學(xué)成分化學(xué)成分

12、222 34 , aa NKCMgClHCOSO 323232 SiOHOAlOFe、 SHCHCOON 24222 、 離子：離子： 化合物：化合物： 氣體：氣體： 地下水的化學(xué)成分主要取決于與地下水的化學(xué)成分主要取決于與 地下水相接觸的巖土成分及其性質(zhì)。地下水相接觸的巖土成分及其性質(zhì)。 按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類 按總礦化程度分類按總礦化程度分類 按硬度分類按硬度分類 按按pH分類分類 淡水淡水 ：50 極軟水，軟水，微硬水，硬水，極硬水極軟水，軟水，微硬水，硬水，極硬水 強(qiáng)酸性水：強(qiáng)酸性水：9 水中所含水中所含 鈣、鎂離鈣、鎂離 子的數(shù)量子的數(shù)量 地下水中所地下水中所 含各種離子、含各

13、種離子、 分子及化合分子及化合 物的總量。物的總量。 水在水在 105110 C下烘干后下烘干后 干涸殘?jiān)母珊詺堅(jiān)?質(zhì)量表示。質(zhì)量表示。 總硬度總硬度 = 暫時(shí)暫時(shí) 硬度硬度+永久硬度永久硬度 3. 水質(zhì)評(píng)價(jià)水質(zhì)評(píng)價(jià) 生活飲用水：生活飲用水：生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) GB5749-2006 工工 業(yè)業(yè) 用用 水：水垢的影響，腐蝕問(wèn)題水：水垢的影響，腐蝕問(wèn)題 工工 程程 用用 水：水：pH值，值，SO42-的含量的含量 3.2.2 地下水的基本類型地下水的基本類型 一、地下水按埋藏條件分類及其特征一、地下水按埋藏條件分類及其特征 上層滯水上層滯水 潛潛 水水 承壓水承壓水 埋藏在

14、地面以下包氣帶中的水。埋藏在地面以下包氣帶中的水。 埋藏在地面以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層埋藏在地面以下，第一個(gè)穩(wěn)定隔水層 以上的飽水帶中的重力水。以上的飽水帶中的重力水。 埋藏在充滿在兩個(gè)隔水層之間的地下埋藏在充滿在兩個(gè)隔水層之間的地下 水，是有壓重力水。水，是有壓重力水。 含水層含水層 隔水層隔水層 含水層含水層：在正常水力梯度下，飽水、透水并能給出：在正常水力梯度下，飽水、透水并能給出 一定水量的巖土層。一定水量的巖土層。 隔水層隔水層：在正常水力梯度下不透水或透水相對(duì)微弱：在正常水力梯度下不透水或透水相對(duì)微弱 的巖土層。的巖土層。 1. 上層滯水上層滯水 非重力水非重力水：指吸著水、薄膜水和

15、毛細(xì)水，又稱土壤水：指吸著水、薄膜水和毛細(xì)水，又稱土壤水 重重 力力 水水 ：指包氣帶中局部隔水層上的水：指包氣帶中局部隔水層上的水 特特 征：征：接近地表，接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)接近地表，接受大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā) 形式或向隔水底板邊緣排泄。動(dòng)態(tài)變化形式或向隔水底板邊緣排泄。動(dòng)態(tài)變化 很不穩(wěn)定。很不穩(wěn)定。 工程意義：工程意義：供水意義不大。常是引起土質(zhì)邊坡滑坍、供水意義不大。常是引起土質(zhì)邊坡滑坍、 黃土路基沉陷、路基凍脹等災(zāi)害的主要黃土路基沉陷、路基凍脹等災(zāi)害的主要 因素。因素。 2. 潛水潛水 （2）特征：）特征：與大氣相通，具自由水面，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)與大氣相通，具自由水面，補(bǔ)給區(qū)與分布區(qū)

16、 一致，動(dòng)態(tài)受氣候影響較大。潛水面形狀受一致，動(dòng)態(tài)受氣候影響較大。潛水面形狀受 地形影響。地形影響。 （1）分布：）分布：主要埋藏在第四紀(jì)松散沉積物中。主要埋藏在第四紀(jì)松散沉積物中。 潛水面：潛水面：潛水有一個(gè)無(wú)壓的自由水面。潛水有一個(gè)無(wú)壓的自由水面。 影響因素影響因素 地表地形：坡度變大，潛水面坡度變大地表地形：坡度變大，潛水面坡度變大 含水層厚度：變大，潛水面坡度變緩含水層厚度：變大，潛水面坡度變緩 巖土層的透水性能：變大，潛水面坡度變緩巖土層的透水性能：變大，潛水面坡度變緩 （3）補(bǔ)給：）補(bǔ)給：大氣降水通過(guò)包氣帶向下滲透。大氣降水通過(guò)包氣帶向下滲透。 水量影響因素水量影響因素 大氣降水性

17、質(zhì)大氣降水性質(zhì) 地表植物覆蓋情況地表植物覆蓋情況 地面坡度地面坡度 包氣帶巖土層的透水性包氣帶巖土層的透水性 包氣帶的厚度包氣帶的厚度 （4）徑流和排泄）徑流和排泄 含水巖土層性質(zhì)含水巖土層性質(zhì) 潛水面水力坡度潛水面水力坡度 地形切割程度地形切割程度 氣候條件氣候條件 3. 承壓水承壓水 （2）特征）特征：不具自由水面，并承受一定的水頭壓：不具自由水面，并承受一定的水頭壓 力。分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致。動(dòng)態(tài)變力。分布區(qū)和補(bǔ)給區(qū)不一致。動(dòng)態(tài)變 化較穩(wěn)定。不易受地面污染?；^穩(wěn)定。不易受地面污染。 最適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造：最適宜形成承壓水的地質(zhì)構(gòu)造： （1）分布）分布：第四紀(jì)以前的較老巖層中。：第

18、四紀(jì)以前的較老巖層中。 向斜構(gòu)造向斜構(gòu)造 單斜構(gòu)造單斜構(gòu)造 自流盆地自流盆地 自流斜地自流斜地 （3）補(bǔ)給）補(bǔ)給：主要通過(guò)潛水形式補(bǔ)給。：主要通過(guò)潛水形式補(bǔ)給。 （4）徑流）徑流： 補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的高差及兩區(qū)間的距離補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的高差及兩區(qū)間的距離 含水層的透水性和撓曲程度含水層的透水性和撓曲程度 （5）排泄）排泄： 泉泉 補(bǔ)給地表水補(bǔ)給地表水 補(bǔ)給潛水補(bǔ)給潛水 二、地下水按含水層性質(zhì)分類及其特征二、地下水按含水層性質(zhì)分類及其特征 孔隙水：孔隙水： 裂隙水：裂隙水： 巖溶水：巖溶水： 在孔隙含水層中儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)在孔隙含水層中儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng) 的地下水的地下水 在裂隙含水層中儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)在裂隙含水層中儲(chǔ)

19、存和運(yùn)動(dòng) 的地下水的地下水 埋藏在可溶巖裂隙、溶洞及埋藏在可溶巖裂隙、溶洞及 暗河中的地下水暗河中的地下水 1. 孔隙水孔隙水 孔隙孔隙-上層滯水上層滯水 孔隙孔隙-潛水潛水 孔隙孔隙-承壓水承壓水 影響因素影響因素：巖土的孔隙性，成因，成分，：巖土的孔隙性，成因，成分， 顆粒膠結(jié)情況顆粒膠結(jié)情況 基本類型基本類型 2. 裂隙水裂隙水 風(fēng)化裂隙水風(fēng)化裂隙水 成巖裂隙水成巖裂隙水 構(gòu)造裂隙水構(gòu)造裂隙水 巖石風(fēng)化作用形成的裂隙巖石風(fēng)化作用形成的裂隙 巖石形成過(guò)程中由于冷凝、固結(jié)、巖石形成過(guò)程中由于冷凝、固結(jié)、 干縮而形成干縮而形成 地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在巖石中形成的地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在巖石中形成的 各種斷層

20、和節(jié)理各種斷層和節(jié)理 按成因分為：按成因分為： 影響因素影響因素：裂隙成因和發(fā)育情況。：裂隙成因和發(fā)育情況。 脈狀裂隙水脈狀裂隙水 帶狀裂隙水帶狀裂隙水 層狀裂隙水層狀裂隙水 構(gòu)造裂隙水構(gòu)造裂隙水 3. 巖溶水巖溶水 特點(diǎn)特點(diǎn)：空間分布極不均勻，動(dòng)態(tài)變化強(qiáng)烈，空間分布極不均勻，動(dòng)態(tài)變化強(qiáng)烈， 流動(dòng)迅速，排泄集中。流動(dòng)迅速，排泄集中。 3.2.3 地下水的地質(zhì)作用地下水的地質(zhì)作用 地下水對(duì)巖層的破壞和建造作用。地下水對(duì)巖層的破壞和建造作用。 剝蝕作用剝蝕作用 搬運(yùn)作用搬運(yùn)作用 沉積作用沉積作用 機(jī)械潛蝕機(jī)械潛蝕 化學(xué)溶蝕化學(xué)溶蝕 機(jī)械搬運(yùn)機(jī)械搬運(yùn) 化學(xué)搬運(yùn)化學(xué)搬運(yùn) 機(jī)械沉積機(jī)械沉積 化學(xué)沉積化學(xué)

21、沉積 一、剝蝕（潛蝕）作用一、剝蝕（潛蝕）作用 機(jī)械潛蝕作用機(jī)械潛蝕作用 化學(xué)溶蝕作用化學(xué)溶蝕作用 地下水在流動(dòng)過(guò)程中，對(duì)土、地下水在流動(dòng)過(guò)程中，對(duì)土、 石的沖刷破壞作用石的沖刷破壞作用 地下水可溶解可溶性巖石所地下水可溶解可溶性巖石所 產(chǎn)生的破壞作用產(chǎn)生的破壞作用 CO2影響影響 二、搬運(yùn)作用二、搬運(yùn)作用 機(jī)械搬運(yùn)機(jī)械搬運(yùn) 化學(xué)搬運(yùn)化學(xué)搬運(yùn) 地下水將其剝蝕產(chǎn)物沿垂直或水平地下水將其剝蝕產(chǎn)物沿垂直或水平 運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行搬運(yùn)。運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行搬運(yùn)。 主要是粉砂、細(xì)砂主要是粉砂、細(xì)砂 重碳酸鹽為主重碳酸鹽為主 與溫度和壓力有關(guān)與溫度和壓力有關(guān) 三、沉積作用三、沉積作用 機(jī)械沉積機(jī)械沉積 化學(xué)沉積化學(xué)沉積 特征：粒細(xì)、量少、分選性特征：粒細(xì)、量少、分選性 和磨圓性差和磨圓性差 溫度和壓力變化引起溫度和壓力變化引起 3.2.4 地下水對(duì)土木工程的影響地下水對(duì)土木工程的影響 一、地下水對(duì)混凝土和鋼筋的侵蝕性一、地下水對(duì)混凝土和鋼筋的侵蝕性 水泥遇水生成水泥遇水生成 2332 ()Ca OHHCOCaCOH O 水化硅酸鈣水化硅酸鈣 水化鋁酸三鈣水化鋁酸三鈣 水化鋁酸四鈣水化鋁酸四鈣 水化鐵酸四鈣水化鐵酸四鈣 氫氧化鈣氫氧化鈣 1. 溶出侵蝕溶出侵蝕 暫時(shí)硬度暫時(shí)硬度3，無(wú)侵蝕，無(wú)侵蝕 2. 碳酸侵蝕