認知河流對道路工程造成的影響

1、認知河流對道路工程造成的影響*工程地質(zhì) 蘇巧榮2 河流地質(zhì)作用河谷的組成：*3一、河流地質(zhì)作用：侵蝕、搬運和沉積（一）河流的侵蝕作用：河流從高處向低處流動過程中，以自身的化學動力(溶解力)和機械動力(水力)，并以攜帶的泥沙和礫石作工具，不斷地破壞河床，使河谷不斷加深和拓寬的過程 。*4按作用方式不同分為：1）機械侵蝕：河水對河床的直接沖擊和河水夾帶的砂礫、卵石等固體物質(zhì)對河床的磨蝕。2）化學溶蝕作用：河水對可溶巖不斷進行化學溶解并使之隨水流失。*5按作用方向不同分為：1、下（底）蝕作用：河水對河床底部巖石破 壞，使河谷加深的過程。溯源侵蝕：河流襲奪：侵蝕基準面：（一）河流的侵蝕作用*6下蝕作用

2、結(jié)果形成深切的峽谷（一）河流的侵蝕作用*工程地質(zhì)7長江虎跳峽*工程地質(zhì)8強烈下蝕的黃河上游龍羊峽 *92、側(cè)蝕作用：河水對河床巖石破壞，使河谷拓寬的過程。由于河水慣性離心力的作用使河水沖向彎曲河床的凹岸，造成凹岸被侵蝕。而凸岸水流減緩，在凸岸河水攜帶的泥沙就會沉積，河床不斷加寬，河曲的曲度變大，形成蛇曲河。蛇曲河最后會裁彎取直。廢棄的彎曲河道稱為牛軛湖（一）河流的侵蝕作用三、河流地質(zhì)作用*10側(cè)蝕作用的過程*工程地質(zhì) 蘇巧榮11河流的側(cè)向侵蝕 及河道的遷移*12河道的裁彎曲直牛軛湖的形成*工程地質(zhì) 蘇巧榮13*工程地質(zhì) 蘇巧榮14*15*16下蝕作用與側(cè)蝕作用的關(guān)系時間上河流發(fā)育的早期以下蝕作

3、用為主，隨著坡度減小，逐漸轉(zhuǎn)為以側(cè)蝕作用為主?？臻g上河流的上游以下蝕作用為主，河流的下游以側(cè)蝕作用為主。*17（二）河流的搬運作用河流的搬運作用是河水把沖刷下來的物質(zhì)搬運到其它的地方。搬運物質(zhì)的粒徑與水流的流量和流速平方成正比。流量一定，d v2。河流的搬運作用的特點：分選性、磨圓作用。三、河流地質(zhì)作用*18（三）河流的沉積作用和沖積層河水在河床坡降平緩的地帶及河口附近流速變緩，水流所搬運的物質(zhì)便沉積下來，這種沉積過程稱為沉積作用，所沉積的物質(zhì)稱為沖積物（層）或河流沉積物。三、河流地質(zhì)作用*19河流沉積作用的主要方式是機械沉積作用。引起河流機械沉積作用主要原因是河水流速的降低，導致機械動能的減

4、小，使河流的搬運能力降低而發(fā)生沉積 。根據(jù)沉積的部位分為：平原河谷沖積物：山區(qū)河谷沖積物山前平原沖積物三角洲及溺谷沉積物（三）河流的沉積作用和沖積層三、河流地質(zhì)作用沖積層(Qal)的特征：1、沖積層分布在河床、沖積扇、沖積平原、三角洲地區(qū)，其成分復雜、河流匯水面積內(nèi)的所有巖石和土都能成為河流沖積層的物質(zhì)來源。它具有分選性、磨圓度、層理明顯的特征。*20（三）河流的沉積作用和沖積層三、河流地質(zhì)作用沖積土(Qal)的特征：2、作為工程建筑物的地基，砂、卵石承載力較高；粘性土承載力較低。特別應(yīng)注意兩種不良沖積物：軟弱土層（牛軛湖相沉積物和淤泥）及流砂（松散的粉細砂層）。作為公路或橋梁地基時應(yīng)采取專門

5、的設(shè)計和施工措施。*21（三）河流的沉積作用和沖積層三、河流地質(zhì)作用沖積土(Qal)的特征：、沖積層中的卵石、礫石和砂，可以作為建筑材料。厚度穩(wěn)定、連續(xù)性好的卵石、礫石和砂，含有豐富的地下水，是良好的供水水源。*22（三）河流的沉積作用和沖積層三、河流地質(zhì)作用*23河流沉積物（沖積物）的特征以機械碎屑為主礫石的磨圓好發(fā)育二元結(jié)構(gòu)常發(fā)育層理沉積物分選性好從上游到下游沉積物逐漸變細*工程地質(zhì) 蘇巧榮24沖 積 物 *工程地質(zhì) 蘇巧榮25沖積物 和 坡積物 *26殘積物、坡積物與洪積物*27山前沉積作用來自山區(qū)的河流，攜帶著大量機械搬運物到山口開闊的平地上，由于河床坡降明顯減小，水流又無地形約束而散

6、開，河水動力突然大大減小，機械搬運能力迅速降低，搬運物就會山口沉積下來。山口沉積物常形成扇狀地貌：沖積扇*工程地質(zhì) 蘇巧榮28三、河流地質(zhì)作用*29谷底沉積作用谷底包括兩部分。一部分是被河水所覆蓋的河床，在河床上產(chǎn)生的沉積作用稱河床沉積；另一部分是平水位時谷底未被河水所淹沒的平坦地形河漫灘。*30*31地貌：地表的形態(tài)面貌，由于內(nèi)、外力地質(zhì)作用的對地殼綜合作用，在地殼表面形成的各種不同成因、不同類型、不同規(guī)模的起伏形態(tài)稱為地貌二、河谷地貌*32二、河谷地貌河谷的類型及特征河谷形態(tài)特征分類寬谷 ：谷坡平緩，分布有較寬的階梯狀河流階地。峽谷： 谷坡陡峭且近于垂直，河谷寬度與谷底寬度近乎一致或呈“V

7、”字型，谷底幾乎全部為河床占據(jù)屜形谷：谷坡和階地不存在，只有河漫灘和江心洲*33四、河谷地貌. 河谷的類型及特征根據(jù)河谷走向與構(gòu)造線關(guān)系縱谷：河谷的走向與構(gòu)造線的走向一致 橫谷：河谷橫切構(gòu)造線 向斜谷背斜谷斷層谷地塹谷單斜谷對稱谷和不對稱谷*34河谷階地的形成過程：河流侵蝕作用與地殼運動的關(guān)系、氣候的變化、構(gòu)造運動、侵蝕基準面的變化、人類活動的影響。地殼相對穩(wěn)定，下蝕作用逐漸減弱，側(cè)蝕作用增強，發(fā)育較寬的河漫灘，形成寬闊的谷底。地殼上升，河流縱比降增加，下蝕作用增強，河床下降，原來寬闊的谷底相對升高，最終高于一般洪水期水面，從而在河谷兩側(cè)形成平坦的臺地。 階地 ：河流下切侵蝕，使原先的河谷底部

8、（河漫灘或河床）超出一般洪水位以上，呈階梯狀分布在河谷谷坡的地形。 二、河谷地貌河流階地*35階地按上下層次分級，級數(shù)自下而上按順序確定，愈向高處年代愈老。 *36河流階地的類型：1）侵蝕階地：由基巖構(gòu)成，階地面上往往很少保留沖積物。 2）基座階地：階地形成時，河流下切超過了老河谷谷底而達到并出露基巖。 3）沖積階地（上疊與內(nèi)疊階地 ）：由沖積物組成。根據(jù)河流下切程度不同，形成階地的切割疊置關(guān)系不同又可分為：上疊階地，是新階地疊于老階地之上；內(nèi)疊階地，新階地疊于老階地之內(nèi)。 *37a-上迭階地；b-內(nèi)迭階地；c-嵌入階地；d-基座階地；e-侵蝕階地 *38河 流 階 地 *工程地質(zhì) 蘇巧榮39

9、侵 蝕 階 地*40基座式階地 *工程地質(zhì) 蘇巧榮41深切河曲42常見第四紀松散堆積物成因類型及符號項目三、 認知水對道路工程的影響任務(wù)二 認知地下水對道路工程的影響公路系 張勇*44 地下水： 是由降水、融水、和地表流水沿地表巖石的孔隙、裂隙和空洞滲入到地下形成的。*45 巖土體強度和穩(wěn)定性降低； 潛蝕； 軟化泥化、地基沉陷； 滲入； 溶蝕；涌水、道路凍脹、翻漿；侵蝕鋼筋砼結(jié)構(gòu)地下水對公路工程的影響*46一、 地下水位下降引起的工程地質(zhì)問題(1)地面沉降 地下水位的下降減小了土中的孔隙水壓力，從而增加了土顆粒間的有效應(yīng)力，有效應(yīng)力的增加要引起土的壓縮。 (2)地表塌陷 巖溶發(fā)育地區(qū)，由于地下

10、水位下降時改變了水動力條件，在斷裂帶、褶皺軸部、溶蝕洼地、河床兩側(cè)以及一些土層較薄而土顆粒較粗的地段，產(chǎn)生塌陷。 *47二、潛水位上升對公路工程的影響1. 潛水位上升引起的工程地質(zhì)問題 (1)潛水位上升后，由于毛細水作用可能導致土壤次生沼澤化、鹽漬化，改變巖土體物理力學性質(zhì)，增強巖土和地下水對建筑材料的腐蝕。在寒冷地區(qū)，可助長巖土體的凍脹破壞； (2)潛水位上升后，原來干燥的巖土被水飽和、軟化，降低巖土抗剪強度，可能誘發(fā)斜坡、岸邊巖土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌失穩(wěn)等不良地質(zhì)現(xiàn)象； (3)崩解性巖土、濕陷性黃土、鹽漬巖土等遇水后，可能產(chǎn)生崩解、濕陷、軟化，其巖土結(jié)構(gòu)破壞、強度降低、壓縮性增大。而膨脹

11、性巖土遇水后則產(chǎn)生膨脹破壞； (4)潛水位上升，可能使洞室淹沒，還可能使建筑物基礎(chǔ)上浮，危及安全。 毛細水：地下水的存在形式之一，115頁。土壤沼澤化-地下水接近地表,土壤長期為水分所飽和,在濕生植物作用和厭氧條件下進行著有機質(zhì)的生物積累與礦質(zhì)元素的還原過程。土壤沼澤化形成的表層土為腐泥或泥炭層,其下為藍灰色潛育層的沼澤土。土壤鹽漬化-指土壤底層或地下水的鹽分隨毛管水上升到地表，水分蒸發(fā)后，使鹽分積累在表層土壤中的過程。是指易溶性鹽分在土壤表層積累的現(xiàn)象或過程，也稱鹽堿化。崩解性巖土-又稱濕化性，是指粘性土浸人靜水后，由于土粒間的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)和強度喪失,使土體崩散解體的特性。濕陷性黃土-在上覆土層

12、自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加下沉稱為濕陷性土，屬于特殊土。鹽漬巖土-指的是不同程度的鹽堿化土的統(tǒng)稱。在公路工程中一般指地表下1.0m深的土層內(nèi)易溶鹽平均含量大于0.3%的土。 鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱。 *49三、地下水的滲透破壞(1)潛蝕 滲透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于巖土產(chǎn)生潛蝕破壞的臨界水力坡度)條件下產(chǎn)生較大的動水壓力，沖刷、挾走細小顆?；蛉芪g巖土體，使巖土體中孔隙不斷增大，甚至形成洞穴，導致巖土體結(jié)構(gòu)松動或破壞，以致產(chǎn)生地表裂隙、塌陷，影響工程的穩(wěn)定。 (2)流砂 是指松散細小顆粒土被地下水

13、飽和后，在動水壓力即水頭差的作用下，產(chǎn)生的懸浮流動現(xiàn)象。流砂多發(fā)生在顆粒級配均勻的粉細砂中，有時在粉土中也會產(chǎn)生流砂。 *50(3)管涌 地基土在具有某種滲透速度的滲透水流作用下，其細小顆粒被沖走，巖土的孔隙逐漸增大，慢慢形成一種能穿越地基的細管狀滲流通路，從而掏空地基或壩體，使地基或斜坡變形、失穩(wěn)，此現(xiàn)象稱為管涌 。 *51四、地下水的浮托作用 當建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時，地下水對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮托力。如果基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位100計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50計算浮托力；如果基礎(chǔ)位于粘

14、性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實際經(jīng)驗考慮。 （下放鋼筋籠困難）五、承壓水對基坑的作用 （涌水） 當深基坑下部有承壓含水層存在，開挖基坑會減小含水層上覆隔水層的厚度，在隔水層厚度減小到一定程度時，承壓水的水頭壓力能頂裂或沖毀基坑底板，造成突涌現(xiàn)象?；油挥繉茐牡鼗鶑姸龋⒔o施工帶來很大困難。 含水層與隔水層在重力作用下能夠給出并且通過相當數(shù)量水的飽水巖層或土層稱含水層。含水層必須有良好的透水性能，含水層必須有一定的補給水量。 隔水層是指在常壓條件下，由于重力作用不能給出并通過相當數(shù)量水的巖層或土層。通常由黏土、粉質(zhì)黏土和頁巖、泥灰?guī)r等透水性能差的巖石組成的巖層構(gòu)成隔水層。

15、隔水層對地下水的運動起著阻礙作用 。 *53六、地下水對鋼筋砼的腐蝕硅酸鹽水泥遇水硬化，并且形成Ca(OH)2、水化硅酸鈣CaOSiO212H2O、水化鋁酸鈣CaOAl2O36H2O等，這些物質(zhì)往往會受到地下水的腐蝕。 結(jié)晶類腐蝕 如果地下水中離子的含量超過規(guī)定值，那么離子將與混凝土中的Ca(OH)2 起反應(yīng)，生成二水石膏結(jié)晶體CaSO42H2O，這種石膏再與水化鋁酸鈣CaOAl2O36H2O發(fā)生化學反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣，這是一種鋁和鈣的復合硫酸鹽，習慣上稱為水泥桿菌。由于水泥桿菌結(jié)合了許多的結(jié)晶水，因而其體積比化合前增大很多，約為原體積的，于是在混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，使混凝土的結(jié)構(gòu)遭受

16、破壞。 *54分解類腐蝕地下水中含有CO2，CO2與混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸鈣沉淀。 由于CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周圍形成一層保護膜，能防止Ca(OH)2的分解。但是，當?shù)叵滤蠧O2的含量超過一定數(shù)值，而離子的含量過低，則超量的CO2再與CaCO3反應(yīng)，生成重碳酸鈣Ca(HCO3)2并溶于水。所以，當?shù)叵滤蠧O2的含量超過平衡時所需的數(shù)量時，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蝕，這就是分解類腐蝕。地下水的酸度過大，即pH值小于某一數(shù)值，那么混凝土中的Ca(OH)2也要分解，特別是當反應(yīng)生成物為易溶于水的氯化物時，對混凝土的分解腐蝕很強烈。 *55結(jié)晶

17、分解復合類腐蝕當?shù)叵滤蠳H4，NO3，Cl和Mg2+離子的含量超過一定數(shù)量時，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，Ca(OH)2與鎂鹽作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2則易溶于水，并隨之流失；硬石膏CaSO4一方面與混凝土中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水泥桿菌；另一方面，硬石膏遇水生成二水石膏。二水石膏在結(jié)晶時，體積膨脹，破壞混凝土的結(jié)構(gòu)。 地下水對混凝土建筑物的腐蝕是一項復雜的物理化學過程，在一定的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件下，對建筑材料的耐久性影響很大。 路基翻漿一、基本定義定義：由于地下水位高、排水不暢、路基土質(zhì)不良、含水過多，經(jīng)行車反復作用，路基出現(xiàn)彈簧、裂縫和冒泥漿等現(xiàn)象。

18、主要發(fā)生在季節(jié)性冰凍地區(qū)的春融時節(jié)，以及鹽漬、沼澤等地區(qū)。二、翻漿形成與發(fā)生過程 秋季：地面水下滲以及地下水位上升，使路基水分增多路基集水過程； 冬季：路基上層的土開始凍結(jié)，下部土溫仍較高，水分在土體內(nèi)由溫度較高處向較低處移動，使路基上層水分增多，并凍結(jié)成冰，使路面凍裂或隆起，發(fā)生凍脹水分上升，路面凍脹； 春季：氣溫逐漸回升，路基上層土先融化，土基強度很快降低，以致失去承載能力，在行車作用下形成翻漿凍脹融化，土基強度驟降； 夏季天氣見暖，蒸發(fā)量增大，凍層化透，路基上層水分下滲，土變干，土基強度又逐步恢復。 凍脹與翻漿的實質(zhì)是水在路基中的遷移與相變過程。 三、路基翻漿的原因：土質(zhì)：主要是土質(zhì)的毛細水上升速度問題。越