第3章 外力地質(zhì)作用(gai)2

1、第第3章章 外力地質(zhì)作用外力地質(zhì)作用張張 茂茂 花花東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院巖土教研室?guī)r土教研室第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)化作用風(fēng)化作用1、風(fēng)化作用的概念：、風(fēng)化作用的概念：一、風(fēng)化作用的類型一、風(fēng)化作用的類型1、物理風(fēng)化2、化學(xué)風(fēng)化3、生物風(fēng)化 使堅(jiān)硬致密的巖石松散破壞改變巖石原有的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造使巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低引起許多不良地質(zhì)現(xiàn)象 在溫度變化、氣體、水及生物等因素的綜合影響下，使地表巖石發(fā)生破碎、分解的一種破壞作用2、風(fēng)化作用的結(jié)果：、風(fēng)化作用的結(jié)果：(塌方、滑坡、泥石流等)1、物理風(fēng)化、物理風(fēng)化 在地表或接近地表?xiàng)l件下，巖石、礦物在原地發(fā)生機(jī)械破碎而不改變其化

2、學(xué)成分的過程。 巖石釋重巖石釋重溫度變化溫度變化水的凍結(jié)與膨脹水的凍結(jié)與膨脹可溶鹽的結(jié)晶與潮解可溶鹽的結(jié)晶與潮解其它因素其它因素引起物理風(fēng)化的主要因素：(冰劈作用) 物理風(fēng)化的結(jié)果是使巖石的整體性遭到破壞，隨著風(fēng)化程度的增加，逐漸成為巖石碎屑和松散的礦物顆粒。(人為開采與爆破)溶解作用溶解作用水化作用水化作用水解作用水解作用碳酸化作用碳酸化作用氧化作用氧化作用2、化學(xué)風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化 在地表或接近地表?xiàng)l件下，巖石、礦物在原地發(fā)生化學(xué)變化并可能產(chǎn)生新礦物的過程。 溶解性：鹵化鹽類 硫酸鹽類 碳酸鹽類CaSO4+2H2OCaSO42H2OK2OAl2O36SiO2+nH2OAl2O32SiO22H2

3、O+4SiO2(n-3)H2O+2KOHCaCO3+CO2+2H2OCa(HCO3)2無水石膏 二水石膏正長(zhǎng)石 高嶺土 蛋白石2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4黃鐵礦 硫酸亞鐵12FeSO4+3O2+6H2O4Fe2(SO4)3+4 Fe(OH)3硫酸鐵 褐鐵礦化學(xué)風(fēng)化在溫暖、潮濕的地區(qū)最為活躍，進(jìn)行的也比較徹底。 生物物理風(fēng)化：生物物理風(fēng)化：植物根系的穿插、動(dòng)物的挖掘和穿鑿、人類活動(dòng) 生物化學(xué)風(fēng)化：生物化學(xué)風(fēng)化：生物的新陳代謝、生物遺體的腐爛分解 3、生物風(fēng)化、生物風(fēng)化 生物在其生長(zhǎng)和分解過程中，直接或間接地對(duì)巖石、礦物所起的物理和化學(xué)風(fēng)化作用。二、風(fēng)化巖層的分帶二、風(fēng)化

4、巖層的分帶從工程地質(zhì)角度，一般把巖石的風(fēng)化層自下而上分成四個(gè)帶：整石帶整石帶塊石帶塊石帶碎石帶碎石帶粉碎帶粉碎帶 巖石的風(fēng)化作用，實(shí)質(zhì)上只有物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化兩種基本類型，它們之間是互相緊密聯(lián)系的。整石帶：整石帶：塊石帶：塊石帶：碎石帶：碎石帶：粉碎帶：粉碎帶： 在選擇建筑基礎(chǔ)或橋梁墩位時(shí)，應(yīng)盡量避開或穿過巖層風(fēng)化在選擇建筑基礎(chǔ)或橋梁墩位時(shí)，應(yīng)盡量避開或穿過巖層風(fēng)化帶，建在新鮮基巖上。帶，建在新鮮基巖上。二、風(fēng)化巖層的分帶二、風(fēng)化巖層的分帶巖石風(fēng)化帶可用來確定 肉眼看不出巖石有風(fēng)化碎裂現(xiàn)象，外觀上與新鮮巖石無明顯區(qū)別，但巖石顆粒間的聯(lián)結(jié)因風(fēng)化影響而有一定削弱，強(qiáng)度有所降低。 巖石被大量風(fēng)化裂隙

5、分割成大小不同的石塊，強(qiáng)度顯著降低，滲透性增強(qiáng)，工程性質(zhì)與整石帶已有明顯區(qū)別，裂隙面出現(xiàn)次生礦物。 巖石風(fēng)化破裂成許多碎塊和大量風(fēng)化礦物，滲透性略有減小，強(qiáng)度大為降低。 巖石徹底風(fēng)化破壞，原生礦物基本上全部風(fēng)化成細(xì)粒次生礦物，滲透性很低，壓縮性增大，強(qiáng)度降低，并產(chǎn)生一些新的性質(zhì)。挖方邊坡坡度；基坑開挖深度； 加固補(bǔ)強(qiáng)措施的設(shè)計(jì)。巖石的顏色與光澤巖石的顏色與光澤巖石的礦物成分巖石的礦物成分巖石的破碎程度巖石的破碎程度巖石強(qiáng)度的變化巖石強(qiáng)度的變化三、巖石風(fēng)化程度的分級(jí)三、巖石風(fēng)化程度的分級(jí)1、巖石風(fēng)化程度的判斷、巖石風(fēng)化程度的判斷未經(jīng)風(fēng)化巖石，其造巖礦物保持著固有的顏色和光澤。巖石受風(fēng)化后，礦物顏

6、色會(huì)變淺變暗，并失去原有的光澤。巖石受風(fēng)化后，某些礦物成分會(huì)發(fā)生次生變化，成分改變。風(fēng)化程度越深，風(fēng)化裂隙越發(fā)育，巖石越破碎。巖石受風(fēng)化后，整體性破壞，礦物顆粒間的聯(lián)結(jié)削弱，礦物成分發(fā)生次生變化，力學(xué)強(qiáng)度降低。2、巖石風(fēng)化程度分級(jí)、巖石風(fēng)化程度分級(jí)未經(jīng)風(fēng)化、風(fēng)化輕微、風(fēng)化頗重、風(fēng)化嚴(yán)重、風(fēng)化極嚴(yán)重未經(jīng)風(fēng)化、風(fēng)化輕微、風(fēng)化頗重、風(fēng)化嚴(yán)重、風(fēng)化極嚴(yán)重垂直剖面上，從上而下顆粒由細(xì)變粗；碎屑物質(zhì)大小不均勻，棱角顯著，無分選及層理特征；礦物成分與下伏原巖有密切關(guān)系；在平緩的山頂和山坡較厚，在易遭沖刷的較陡山坡則厚度不大；有些殘積層的孔隙率較小，但多數(shù)殘積層的孔隙率較大。四、殘積層四、殘積層 地表巖石經(jīng)過

7、長(zhǎng)期風(fēng)化作用后，礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都有不同程度的改變，形成和原巖性質(zhì)不同的風(fēng)化產(chǎn)物，這些物質(zhì)大部分未經(jīng)搬運(yùn)而殘留在原地，這種風(fēng)化層稱為殘積層。2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：1、分布：、分布：主要在基巖裸露的低山丘陵地區(qū)，在一些剝蝕平原也有。3、工程地質(zhì)性質(zhì)：、工程地質(zhì)性質(zhì)：易遭沖刷，強(qiáng)度和穩(wěn)定性差；承載力較低，容易產(chǎn)生不均勻沉降；作為路基邊坡時(shí)，可能出現(xiàn)塌方和沖刷問題。1、巖石性質(zhì)、巖石性質(zhì)2、氣候因素、氣候因素3、地形地貌因素、地形地貌因素4、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造5、其它因素、其它因素五、影響風(fēng)化作用的因素五、影響風(fēng)化作用的因素巖石的礦物成分巖石的礦物成分巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造(各種造巖礦物的

8、抗風(fēng)化能力不同) (礦物顆粒的粗細(xì)、均勻程度、膠結(jié)方式、膠結(jié)物的成分、層理的厚薄等)(主要體現(xiàn)在溫度變化、降水和生物的繁殖情況)地形高差較大的山區(qū)，風(fēng)化作用強(qiáng)，但風(fēng)化層較薄平原或低緩的丘陵地區(qū)，風(fēng)化作用弱，風(fēng)化層較厚坡向：向陽(yáng)坡的風(fēng)化比陰坡嚴(yán)重(斷層、裂隙等)(人類活動(dòng)、地下水)寒冷極地和高山地區(qū)、干旱和半干旱的荒漠地區(qū)，以物理風(fēng)化為主濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)地區(qū)，以化學(xué)風(fēng)化為主濕熱地帶，以化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化為主為什么？為什么？為什么？為什么？抗風(fēng)化能力：等粒結(jié)構(gòu)的巖石不等粒結(jié)構(gòu)的巖石， 細(xì)粒結(jié)構(gòu)的巖石粗粒結(jié)構(gòu)的巖石，單礦巖復(fù)礦巖巖石中裂隙的發(fā)育程度巖石中裂隙的發(fā)育程度第二節(jié)第二節(jié) 地表流水的地質(zhì)作用地表

9、流水的地質(zhì)作用 雨水降落地面或積雪融化時(shí)，其中一部分蒸發(fā)，一部分滲入地下，剩余部分則形成無數(shù)的網(wǎng)狀坡面細(xì)流網(wǎng)狀坡面細(xì)流，從高處沿斜坡向低處緩慢流動(dòng)，不斷使坡面的風(fēng)化巖屑和粘土物質(zhì)向下移動(dòng)，最后在坡腳或山坡低洼處沉積下來，形成坡積層坡積層。地殼流水地表水地下水暫時(shí)性流水：長(zhǎng)期性流水：一、暫時(shí)性流水的地質(zhì)作用一、暫時(shí)性流水的地質(zhì)作用片流：洪流：暫時(shí)性流水沿地面斜坡呈片狀流動(dòng)的水流片流匯集于溝谷中形成急速流動(dòng)的水流(一一) 片流的地質(zhì)作用及坡積層片流的地質(zhì)作用及坡積層1、坡積層、坡積層片流片流雨水、融雪水、山洪急流等河水、湖水、江水、海水等2、洗刷作用：、洗刷作用： 片流對(duì)整個(gè)坡面所進(jìn)行的比較均勻、

10、緩慢和短期內(nèi)并不顯著的地質(zhì)作用。 盡管片流的動(dòng)能小，剝蝕性差，但由于其作用面積大，長(zhǎng)期作用后對(duì)地表的剝蝕也很顯著。3、坡積裙：、坡積裙： 坡積層順著坡面、沿山坡的坡腳或凹坡呈緩傾斜裙?fàn)罘植迹诘孛采戏Q為坡積裙。 洗刷作用的強(qiáng)度和規(guī)模與氣候條件、地面坡度、山坡巖性、風(fēng)化程度、坡面植被的覆蓋程度有關(guān)。坡積層坡積層基巖基巖坡積層的厚度一般是中下部較厚，向山坡上部逐漸變薄以至尖滅。坡積層物質(zhì)未經(jīng)長(zhǎng)途搬運(yùn)，碎屑棱角明顯，分選性不好，天然孔隙率比較高。坡積層物質(zhì)經(jīng)過了一定距離的搬運(yùn)，由于間歇性的堆積，可能有一些不太明顯的傾斜層理。坡積層的礦物成分與下伏基巖沒有直接聯(lián)系。4、坡積層的特點(diǎn)、坡積層的特點(diǎn)5、坡

11、積層的工程性質(zhì)、坡積層的工程性質(zhì) 坡積層是山區(qū)工程勘測(cè)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的第四紀(jì)陸相沉積物，多處于不穩(wěn)定狀態(tài)。6、影響坡積層穩(wěn)定性因素、影響坡積層穩(wěn)定性因素 下伏基巖頂面的傾斜程度；下伏基巖與坡積層接觸帶的含水情況；坡積層本身的性質(zhì)。主要是指孔隙率主要是指孔隙率沖槽階段：沖槽階段：下切階段：下切階段：平衡階段：平衡階段：休止階段：休止階段：(二二) 洪流的地質(zhì)作用及洪積層洪流的地質(zhì)作用及洪積層 洪流是由片流匯集而成的，具有較大的流量和流速，因而擁有巨大的動(dòng)能，對(duì)溝谷的巖石有很大破壞力。1、沖刷作用：、沖刷作用： 洪流以其自身的水力和攜帶的砂石，對(duì)溝底和溝壁進(jìn)行沖擊和磨蝕，這個(gè)過程稱為洪流的沖刷作用

12、。 2、沖溝：、沖溝：由于沖刷作用而形成的溝底狹窄、兩壁陡峭的溝谷。 沖溝的發(fā)育階段沖溝的發(fā)育階段 斜坡流水匯于坡面低洼處，由于沖刷作用形成長(zhǎng)度和深度一般都比較小的溝槽，剖面呈“U”字形。 溝槽匯水流量增大，溝頭開始下切、溝壁坍塌，使沖溝不斷加深、加長(zhǎng)，出現(xiàn)懸溝陡坎，剖面呈“V”字形，在溝口平緩地帶開始有洪積物堆積。 溝內(nèi)陡坎已經(jīng)消失，溝床下切拓寬，沖刷作用逐漸減弱，形成凹形平緩的平衡剖面，溝底開始有洪積物堆積。 溝床下切基本停止，溝底有較多洪積物堆積，并開始有植物生長(zhǎng)。沖溝的防治措施沖溝的防治措施沖槽階段：沖槽階段：下切階段：下切階段：平衡階段：平衡階段：休止階段：休止階段：3、洪積層：、洪

13、積層： 當(dāng)山洪夾帶大量的泥砂石塊流出溝口后，由于縱坡變緩、地形開闊，水流分散、流速降低，搬運(yùn)能力突然減弱，所夾帶的粗大碎屑先在溝口堆積下來，較細(xì)的泥砂繼續(xù)隨水搬運(yùn)，在溝口外圍一帶堆積，形成洪積層。 洪積扇的規(guī)模逐年增大，有時(shí)與相鄰溝谷的洪積扇互相連接起來，形成規(guī)模更大的洪積裙。 由于沖溝范圍小、可對(duì)溝槽進(jìn)行填平夯實(shí)，對(duì)地表水進(jìn)行導(dǎo)流，并進(jìn)行植樹種草。 沖溝發(fā)育最快，危害較大，可在溝底鋪砌柴捆、石籠，或在溝槽內(nèi)用水泥砂漿修筑跌水構(gòu)筑物，加固溝壁。 加固溝壁，防止側(cè)蝕，在溝底坡腳處修建柴捆土坎，并在其上植樹。 在溝底植樹造林，禁止破壞原有植被。洪積物在溝口往往呈扇形分布，在地貌上稱為洪積扇。洪積扇

14、洪積扇組成物質(zhì)分選不良，粗細(xì)混雜，碎屑物質(zhì)多帶棱角，磨圓度不佳；有不規(guī)則的交錯(cuò)層理、透鏡體、尖滅及夾層；洪積層的厚度從溝口到外圍逐漸變厚； 山前洪積層由于周期性的干燥，常含有可溶鹽類物質(zhì)。洪積層的特征洪積層的特征洪積扇沉積物洪積扇沉積物 洪積層主要分布在坡腳及山前平原地帶，從地形上看有利于工程建筑； 規(guī)模很大的洪積層一般可劃分為上部、中部和下部三個(gè)工程地質(zhì)條件不同的地段：I 上部(靠近溝口的粗碎屑沉積地段)，多以碎石、礫石、卵石為主，孔隙率大，透水性強(qiáng)，地下水埋藏深，壓縮性小，承載力高，是良好的天然地基，但不適合建壩。II 下部(洪積層外圍的細(xì)碎屑沉積地段)，以粘土為主，如果具有可溶鹽的結(jié)晶，

15、則洪積層的結(jié)構(gòu)較為結(jié)實(shí)，承載力也較高。III 中部(過渡帶)，以砂土為主，地下水埋藏淺，常有地下水溢出，形成沼澤，水文地質(zhì)條件不好，對(duì)工程建筑不利。洪積層的工程性質(zhì)洪積層的工程性質(zhì)按侵蝕作用的方式，分為沖蝕、磨蝕和溶蝕。按侵蝕作用的方向以及河床不斷加深和拓寬的發(fā)展過程，分為下蝕作用和側(cè)蝕作用。二、河流的地質(zhì)作用二、河流的地質(zhì)作用河流：具有明顯河槽的常年或季節(jié)性水流。河流的地質(zhì)作用主要包括侵蝕作用、搬運(yùn)作用和沉積作用。1、河流的侵蝕作用、河流的侵蝕作用河水在流動(dòng)過程中不斷加深和拓寬河床的作用。 下蝕作用：下蝕作用：河水在流動(dòng)過程中沿垂直方向使河床逐漸下切加深的作用 河流下蝕的主要因素：河流下蝕的

16、主要因素：河水夾帶固體物質(zhì)對(duì)河床的機(jī)械破壞河流下蝕的作用強(qiáng)度：河流下蝕的作用強(qiáng)度：取決于河水的流速、流量及其中泥砂的含量；同時(shí)也與河床的巖性和地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。垂直侵蝕垂直侵蝕蛇曲：蛇曲：牛軛湖：牛軛湖： 河流的垂直侵蝕總是從河流的下游逐漸向河流源頭方向發(fā)展，這種溯源推進(jìn)的侵蝕過程稱為。下蝕作用：下蝕作用：溯源侵蝕：溯源侵蝕：侵蝕基準(zhǔn)面：侵蝕基準(zhǔn)面：河流下蝕作用消失的平面 海平面為所有入海河流的侵蝕基準(zhǔn)面，稱之為基本侵蝕基準(zhǔn)面基本侵蝕基準(zhǔn)面注意：注意：侵蝕基準(zhǔn)面并非固定不變的，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的區(qū)域性和差異 性會(huì)引起水系的侵蝕基準(zhǔn)面發(fā)生變化。側(cè)蝕作用：側(cè)蝕作用：河水在流動(dòng)過程中沿水平方向使河床不斷加寬

17、的作用河流側(cè)蝕的主要因素：河流側(cè)蝕的主要因素：河水在運(yùn)動(dòng)過程中橫向環(huán)流的作用在河灣部分最為顯著，主要是河水的慣性力和離心力在起作用 距離很近的河灣在水流量增大時(shí)會(huì)被截彎取直，殘留的舊河灣兩端因淤塞而形成狀似牛軛的靜水湖泊。 隨河流側(cè)蝕不斷發(fā)展，河道越來越彎曲，側(cè)蝕能力逐漸削弱，直至常水位下，已無能力繼續(xù)發(fā)生側(cè)蝕時(shí)河流所特有的平面形態(tài)。橫向環(huán)流示意圖a) 河流橫向環(huán)流；b) 河曲處橫向環(huán)流斷面圖側(cè)蝕作用使河谷加寬蛇曲的發(fā)展與牛軛湖的形成a)彎曲的河道；b)蛇曲；c)牛軛湖在河流的上游，以下蝕作用為主，河谷橫斷面呈“V”字形；在河流中下游，以側(cè)蝕作用為主，河谷橫斷面呈“U”字形。 河流的下蝕作用和

18、側(cè)蝕作用在任一河段上都是同時(shí)存在的；但在不同的河段中，兩者所顯示的優(yōu)勢(shì)會(huì)有明顯的不同 。2、河流的搬運(yùn)作用、河流的搬運(yùn)作用 河水在流動(dòng)過程中夾帶沿途沖刷侵蝕下來的泥沙、石塊等物質(zhì)離開原地而移動(dòng)的作用。河流搬運(yùn)的物質(zhì)：河流搬運(yùn)的物質(zhì)：主要是片流的洗刷作用和洪流的沖刷作用 帶來的物質(zhì)，以及少量河流侵蝕作用的產(chǎn)物。河水搬運(yùn)能力的大?。汉铀徇\(yùn)能力的大小：決定于河水的流量和流速。河流搬運(yùn)作用的形式：河流搬運(yùn)作用的形式：有浮運(yùn)、推移和溶運(yùn)三種。 3、河流的沉積作用、河流的沉積作用：河流搬運(yùn)物從水中沉積下來的過程 河流在運(yùn)動(dòng)過程中，能量不斷損失，當(dāng)河水夾帶的泥沙、礫石等物質(zhì)超過了河水的搬運(yùn)能力時(shí)，便在重力作用下逐漸沉積下來，形成河流沖積層河流沖積層。具有清晰的層理構(gòu)造 (除水平層理外，還常發(fā)育有斜層理)沖積物具有良好的磨圓度和分選性 (水平方向：上游顆粒粗大、下游顆粒細(xì)小) (垂直