土木工程地质讲义第一编第一编 动力地质作用与不良地质现象动力地质作用与不良地质现象第一章第一章 地壳与地质作用地壳与地质作用 第二章第二章 活断层与地震防灾规划活断层与地震防灾规划 第三章第三章 滑坡与泥石流滑坡与泥石流 第四章第四章 岩溶岩溶 第五章第五章 渗透变形与地面沉降渗透变形与地面沉降 第六章第六章 河流侵蚀与淤积河流侵蚀与淤积 第七章第七章 地裂缝与采空区塌陷地裂缝与采空区塌陷地表流水的地质作用 1. 地表水的分类 2. 暂时性流水的地质作用 3. 经常性流水的地质作用 4. 河流的侵蚀作用 5. 河流的搬运作用 6. 河流的沉积作用7. 与河流侵淤作用有关的工程地质问题 8. 河流的开发与整治 地表水地质作用： 分为暂时性流水地质作用和经常性流水地质作用。本讲将讨论暂 时性流水和经常性流水地质作用，以及由这些地质作用形成的堆 积物、地貌形态及其特征和工程地质性质。地表水也称为地面流水，包括片流、洪流和河流，后两者也称为 线流。 片流是降雨或阵雪时产生的暂时性水流，由无数股无固定流路的 细小水流，顺斜坡呈片状流动、对地面进行洗刷，同时产生坡积 物。片状水流作用范围广泛，能造成严重的水土流失增加河流 的含砂量。 洪流是当片流遇到凹凸不平的地面时，水便集中到低洼的沟中流 动，形成洪流。 河流是经常性流水它的水源除大气阵水、片流和洪流之外，高 山上的冰、雪融化水和地下水都可能是它的重要水源。地面流水 直接流入同一条河流的区域叫流域，流域之间的高地称为分水岭 ，流域内大大小小的河流汇集成的水网，叫水系。 线状水流对地面造成线状侵蚀，其结果形成线状伸展的沟槽及相 应的堆积物。其中，由暂时性的线状水流冲刷地表面形成的沟槽 ，称为冲沟，其堆积物称为洪积物；而经常性的线状水流则形成 河谷及冲积物。思考题1根据流水中水质点的运动方式，流水可分为层流和紊流。 层流即水质点在流动过程中，相对位置保持平行的一种水流。 紊流水质点在流动过程中，彼此相对位置随时变换。 紊流产生的上举力，是泥沙悬浮的主要原因。流水从层流能为紊 流的速度称为临界速度：式中： Re为雷诺数，为流体粘度，单位为Pa*S，为流体密度，d为管 径；为临界速度。Re的物理含义为流体惯性力与流体粘滞力之间的比率关系。 Re 越大，即惯性力越大，愈容易出现紊流。 一般2320时为层流， 2320时为紊流。EXIT思考题2对于地下水而言，作雷诺数10的层流运动时，适用于渗透定 律（达尔西定律）来计算。而非线性渗透定律（AChezy定律 ），适用于地下水运动速度相当块 的情况。暂时性流水的地质作用1. 雨蚀作用：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）降雨量和阵雨速度 （2）斜坡坡度与性质， 此外，风向也有定的关系。2. 片流的地质作用 片流的地质作用也称为洗刷作用，即片流沿整个斜坡把细小的松 散颗粒冲洗至斜坡下部。洗刷作用强度与气候、地形及地面岩性 和植被有关。部分在缓坡或坡脚处堆积下来，形成坡积物。 坡积物结构松散，孔隙度高，压缩性大，抗剪强度低，在水中容 易崩解。在山区的河谷谷坡和山坡上坡积物广泛分布，这对基坑 开挖、开渠、修路等危害很大。在坡积物上修建建筑物时，还 应注意地基的不均匀沉降问题。当线路通过坡积物时，应查明其 厚度及物理力学性质，正确评价建筑物的稳定问题。3. 洪流的地质作用：洪流的地质作用也称为冲刷作用，即洪流以 巨大的机械力猛烈冲刷沟底及沟壁岩石。冲刷作用的强度与气候 、地形、地面岩性和植被有关。冲刷作用形成洪积物以及洪积扇 ，广泛分布于山间盆地周缘和山前倾斜平原，有时形成泥石流 EXIT思考题3经常性流水的地质作用最常见的经常性流水是河流。河流所流经的槽状地形称为河谷， 河谷是由谷底和谷坡两大部分组成。谷底包括河床及河漫滩，河 床是指平水期河水占据的谷底，或称河槽；河漫滩是河床两侧洪 水时才能淹没的谷底部分，而枯水时则露出水面。谷坡是河谷两 侧的岸坡。谷坡下部常年洪水不能淹没并具有陡坎的沿河平台叫 阶地。河水在流动时，对河床进行冲刷破坏、并将所侵蚀的物质 带到适当的地方沉积下来，故河流的地质作用可分为侵蚀作用、 搬运作用和沉积作用。河谷的组成河床河漫滩谷坡阶地 平水位洪水位思考题4EXIT河流的侵蚀作用：河流在从高处向低处流动过程中，以自身的化学动力（溶解力 ）和机械动力（水力），并以携带的泥沙砾石作工具，不断破坏河 床，这个过程叫侵蚀作用。包括： （1）溶蚀作用 河水是溶剂，以溶解方式破坏岩石，称为溶蚀作用。 （2）水力作用 河流以水力侵蚀河床，叫水力作用。 （3）磨蚀作用 河流以水流中携带的泥砂砾石作工具磨损河床，称磨蚀作用。思考题5河流侵蚀作用的类型： 按侵蚀作用方向，分为下蚀作用和侧蚀作用两种。 （1）下蚀作用：河流侵蚀河床底部岩石，使河床降低的作用称 河流的下蚀作用。下蚀作用使河床不断加深，切刻出一条条槽形 凹地，称河谷。河谷底部较平坦的部分叫谷底。谷底、河床和谷 坡是河谷横剖面的形态要素。 在河流下蚀作用下，河谷不断加深。下蚀作用明显表现在河流的 上游。河流下蚀作用过程中，往往在河床上形成急流和瀑布。急流：河床坡 降大、岩性坚硬 不平的河段河水 湍急者称为急流 。 瀑布：是一种 明显跌水的现象 ，河流凌空而下 。凡是河床上出 现陡坡的地方均 可形成爆布。 河流的源头大 多有跌水，那里 的下蚀力最大， 与瀑布后退一样 ，河谷因源头后 退而向游推进。 因此，河流形成 之后，河谷内源 头伸长，这个过 程称为河流的溯 流侵蚀。 河流的溯流（源）侵蚀加拿大尼阿加拉瀑布的后退1927 1905 1870 1842 1819 1764 1678由于各条河流的水 量、河源地面坡度 、岩性及构造等因 素的不同，特别是 河床纵比降的不同 ，导致各河有不同 的溯源侵蚀速度。 当两条河流向同一 分水岭溯源侵蚀时 ，有可能发生河流 A溯源侵蚀进入河 流B的河谷内，因A 河床比B河床低， 河流A把河流B的水 夺走，这种现象叫 河流袭夺。 河流B叫断头河， 河流A叫袭夺河 。 AAABBB下蚀作用的极限：河流下蚀作用不是无止境的，河面下降到趋近海平面 时，河水不再具有位能差，流动趋向停止，下蚀作用 也就停止了。所以，理论上海平面是所有入海河流下 蚀作用的极限。我们把下蚀作用的权限称为侵蚀基准 面。显然，海平面是最终侵蚀基准面。但侵蚀基准面 以下可有局部的下蚀作用发生。（2）侧蚀作用河水侵蚀河床两壁或谷坡，使河床左右迁徙和谷 坡后退的作用，称河流的侧蚀作用。侧蚀作用使谷 坡麓后退，导致上部脱落和滑坡，随使河谷加宽。侧蚀作用使河谷加宽侧蚀作用的原因： 是因为河水流动不是直线水流。河水在惯性离心力驱使 之下向弯道（河谷）的凹岸偏离，从而产生单向环流。 河水在科里奥利力的作用下也有侧蚀。 此外，由于山崩、滑坡、支流注入等原因，往往在河床 的一侧有碎屑物堆积，迫使直线型河流变为弯道型河流， 从而产生侧蚀作用。 侧蚀作用塑造河谷的过程： 单向环流使侧蚀作用方向时而指向河流的右岸，时而指向河流的 左岸，从而使河床、河谷弯曲。凹岸不断后退，凸岸不断前伸，河 道的曲率不断增加，河曲位置逐渐下移。这种河流称为曲流。曲流 在谷底上所占地面叫曲流带，其横向距离叫曲流带宽度。 曲流在洪水的冲激之下，河水从上游一个河弯直接流入下游相邻 的一个河弯，而它们之间的一个河弯，不再有河水流通。泥沙不断 淤积，终于堵塞，转变为湖泊，因其外形似牛轭，故称牛轭湖河曲的扩大曲流与截弯取直思考题6上述过程称曲流的截弯取直。我国曲流最发育的河流 为下荆江。下荆江河道历史变迁图（3）下蚀作用与侧蚀作用的关系下蚀作用和侧蚀作用共存于任何河流或河流的任何河段。河水 对河床岩石下蚀的同时，也对河床两侧岩石进行侧蚀。 由于各地河床的纵比降、岩性、构造等不同，两种作用的强度 也就不同，或以下蚀为主，或以侧蚀为主。 如果河流以下蚀作用为主，河谷横剖面形态呈V字形。如果河 流只进行侧蚀作用，或以侧蚀作用为主，塑造出谷底宽平、横剖 面槽形的河谷（U字形）。如下蚀作用和侧蚀作用同时等量进行 的话，谷形不对称。河谷横剖面形态EXIT思考题7河流的搬运作用：河水中的物质。大部分是机械碎屑物，包括各种粒度 的砾石、砂、粉砂和粘土，小部分为溶解于水中的盐和 胶体，河流对前一种物质的搬运叫机械搬运，后一种叫 化学搬运（溶运）。由于未达到饱和，且河水中缺少电解质，河流的化学 搬运故极少发生溶运物沉淀现象 。几条河流的溶运量河名长长江黄河黑龙龙江钱钱塘江 溶运量（万吨）178002018168210 流量（米3/秒）32620154586001494 溶运量/流量0.541.300.020.14机械搬运方式：悬运、推运和跃运三种。如果上举力大于颗粒在水中的重量，这些颗粒将悬浮于水中运动， 叫悬运。悬运靠紊流维持如果上举力小于颗粒在水中的重量，颗粒在 水流冲力推动下，或沿河床滚动，或沿河床滑动，叫推运。 还有一种中间状态，就是颗粒在水中的重力与上举力不相上下，时 而重量大于上举力，时而重量小于上举力，河流在水流冲力同时作用 下跳跃前进，叫跃运。河流的机械搬运力是指河流机械搬运最大颗粒的能力。 河流机械搬运物的总重量称机械搬运量。河 名长长江黄河黑龙龙江钱钱塘江 年输输沙量（百万吨）1360490215 流量（米3/秒）32620154586001494 含沙量（克/米3）109032200110121几条河流的机械搬运量EXIT河流的沉积作用特点河流沉积物是沉积岩的主要来源之一，沉积岩中有我们不可缺少 的能量资源，如石油、天然气和煤。河流基本上不发生化学沉积作用。主要是机械沉积作用，广泛发 生在河流各处。河流发生机械沉积的原因是河流的减量、流速减小 ，尤其是流速减小，从而使河流的动力减小，使河流的搬运能力降 低，或者携带碎屑物过多，超出河流的饱和搬运最时，多余的碎屑 物就会发生沉积。河流发生机械沉积作用的主要场所有三： 一是河流汇入其它相对静止的水体处。 二是河流坡降变缓处。 三是河曲的凸岸。河流机械搬运物的大小或重量，严格受流速控制。当河流流速逐渐减小时，机械搬运物就按粒径大小及颗粒形状或 颗粒比重，依次从大到小，从重到轻，先后沉积下来，这个过程叫 分选沉积作用。 思考题8谷底沉积作用： 其沉积可分为河床相沉积和漫滩相沉积。 上面是漫滩相沉积层，下面是河床相沉积层的结构，称二元结构 。 谷底沉积作用塑造出心滩和漫滩地形，心滩俗称江心洲。 山口沉积作用： 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， 河床坡降明显减小，水流无地形约束而散开，河流动力大大减小， 机械搬运能力迅速降低，导致分选沉积作用猛烈进行。沉积流在山 口堆积成半圆锥形地貌，称为冲积锥。大河流出山口平地堆积成扇 形，叫冲积扇。 河口沉积作用： 河口沉积物组成三角洲。三角洲是在特殊水文条件河泥沙条件下 发育的，由顶积层、前积层、底积层和基岩组成。 三角洲的形成条件：（1）河流机械搬运量大。（2）近河口海水 （或湖水）浅。（3）无强大的波浪或潮流。 基岩底积层前积层顶积层冲积物及其特征： 河流沉积的碎屑物质统称冲积物。它们是各种粒度的砾石、砂 、粉砂和粘土。 冲积物具有与河流动力性质密切相关的特征： （1）清晰的层理。 单层常延伸不远，在短距离内变薄而消失，呈侧向尖灭现象。 （2）大砾石的最大扁平面，以大约1030度的角度倾向上游， 并且在同一层中彼此依靠，排列成叠瓦状。 （3）分选性良好。 （4）磨圆度较好甚至良好。 （5）冲积物全为机械碎屑，常含有有用矿物。河床相砂层内部构造 EXIT与河流侵淤作用有关的工程地质问题1. 与河流侵蚀有关的工程地质问题桥渡工程中的墩台基础的稳定安全问题： 当河床由松散冲积物组成，墩台基础砌置较浅，或未采用特殊