水的地質(zhì)作用（課堂PPT）

1、1第3章 水的地質(zhì)作用v概述v地表水的地質(zhì)作用v地下水的地質(zhì)作用2 自然界水廣泛存在于大氣圈、水圈、生物圈和地球內(nèi)部，并處于不斷的運動之中，水的運動成就了生物的不斷繁衍，地貌的不斷改變。 自然界水循環(huán)：大循環(huán)（海洋與陸地）、小循環(huán)（海上內(nèi)循環(huán)、內(nèi)陸循環(huán)）3.03.0 概述概述33.1 地表水的地質(zhì)作用v地表水又稱地面水流，是指陸地表面在重力作用下流動的液態(tài)水。地表水的地質(zhì)作用又可分為：暫時性流水地質(zhì)作用、經(jīng)常性流水（河流）地質(zhì)作用。v地表水的地質(zhì)作用包括：侵蝕作用、搬運作用、沉積作用水的侵蝕作用-斜坡滑塌水的搬運和沉積作用43.1.2 暫時性流水的地質(zhì)作用:淋濾、洗刷、沖刷v淋濾作用及殘積層（

2、Qel）： 大氣降水將地表附近細小物質(zhì)帶走，另外還將周圍易溶成分溶解，使得巖石逐漸喪失完整性，稱為淋濾作用。 殘積層特征：地表以下，基巖以上；成分與基巖關系密切；厚度與地形、氣候、 化學成分等有關；具有大空隙結(jié)構。5v洗刷作用及坡積層（Qdl） 大氣降水沿地表流動，在山坡上形成面流，將坡面的碎屑物質(zhì)洗刷至山坡坡角處沉積下來，稱為洗刷作用。 特征： 位于坡角，厚度變化大； 由頂部崩塌碎石、粘土組成； 層理不明顯，棱角分明； 松散，富水，穩(wěn)定性差。6崩積物，與坡積物組合形成崩坡積物！7v沖刷作用及洪積層（Qpl） 地表水向低洼溝槽匯集，水量增大，攜砂石增多，侵蝕能力增強，使得溝槽下切，變寬，稱為沖

3、刷作用。沖刷作用形成沖溝與洪積層 裂隙發(fā)育，坡面陡，缺少植物覆蓋，易形成沖溝，地表被切割的支離破碎，沖溝的治理以預防為主；調(diào)整水流，人工種植草皮等。 洪積層特征:扇形、成分復雜；扇頂粗大，扇緣細小8910113.1.3 河流的地質(zhì)作用 我國河流眾多，流域面積占國土面積40%，約400萬KM2。v河流河段 上游：“V”形； 中游：“U”形； 下游：河面寬廣。v侵蝕作用 河流侵蝕能力由河水 動能決定：212EQv12三峽下蝕作用的結(jié)果 峽谷地貌虎跳峽河谷呈V字型返回13亞馬遜河黃河側(cè)蝕作用的結(jié)果 河曲地貌14河流的側(cè)向侵蝕河流的側(cè)向侵蝕15牛軛湖的形成16v河流搬運作用 搬運能力與速度關系巨大，搬

4、運形式：物理、化學搬運。懸浮式懸浮式粉砂、粘土粉砂、粘土跳躍式跳躍式塊石、卵石塊石、卵石和粗砂和粗砂滾動式滾動式礫石、塊石礫石、塊石17源頭 入?？诜诌x好、磨圓好、顆粒細、石英多18v沉積作用和沖積層（Qal） 河流由山區(qū)進入平原地區(qū)，流速驟然降低使得大量物質(zhì)沉積下來形成沖積扇；另外在大河入?？跁纬扇侵?。19山口沉積作用山口沉積作用河口沉積作用河流的沉積作用及類型20俄羅斯勒那三角洲返回21沖積層特征 分布于河床、沖積扇沖擊平原或三角洲中，成份復雜，分選性好、層理明顯、磨圓度高； 分布廣泛，坡面平緩。砂卵石層可作為優(yōu)質(zhì)地基，而粘土承載能力較低，另外需注意軟弱土層及粉砂層； 砂卵石層為良好的

5、建筑材料，另外含有豐富的地下水。砂卵石層河流軟粘土22v二、河谷橫斷面及河流階地河谷橫斷面： 河谷組成圖河谷組成圖23v二、河谷橫斷面及河流階地河谷地貌影響因素： 地殼升降、河谷巖性、地質(zhì)構造、氣候條件等。 河流不同地段和不同發(fā)育階段（幼年期、壯年期及老年期）河谷形態(tài)均不同。24V型峽谷黃河-地上河地上河幼年期河谷幼年期河谷,下蝕作用強下蝕作用強烈烈老年期河谷，沉老年期河谷，沉積作用，形成平積作用，形成平原原壯年期河谷壯年期河谷, ,側(cè)蝕作用強側(cè)蝕作用強烈，河曲發(fā)烈，河曲發(fā)育，有階地育，有階地252、河流階地橫向階地-河流與階地延伸垂直縱向階地-階地延伸方向與河流平行橫向階地發(fā)生向源侵蝕（下蝕

6、作用）縱向階地（地殼上升和河流地質(zhì)作用）26地殼上升，河谷下切，形成河流階地地殼上升，河谷下切，形成河流階地內(nèi)疊階地內(nèi)疊階地27階地發(fā)育的三個階段階地發(fā)育的三個階段河漫灘階地28組成物質(zhì)不同，階地類型：侵蝕、基座、沖積、埋藏侵蝕階地：階面為侵蝕基巖，無沖積物。多見于構造運動上升的山區(qū)河谷中?；A地：陡面和陡坎上是沖積物，下部是基巖。反映河流下蝕深度超過了原河床谷底，并切入基巖。29沖積階地（）：階地陡坎上沒有基巖，全部由沖積物組成。其形成反映河流下蝕深度沒有超過谷底。根據(jù)下蝕深度的不同又可分為：上迭階地和內(nèi)迭階地。埋藏階地：河谷形成階地后，地殼相對下降，把原河谷階地掩埋起來，被掩埋的階地稱埋

7、藏階地30河河 流流 階階 地地31侵侵 蝕蝕 階階 地地32基座式階地基座式階地33v河流地質(zhì)作用與工程建設關系 城市、道路、橋梁沿河發(fā)展的城市（武漢）34沿河行進的公路35跨河的橋梁363.2 地下水地質(zhì)作用v1、概念： 地下水是埋藏于地表以下巖土體空隙中各種狀態(tài)的水，是地球水體的重要組成部分。與地表水相互補給，是寶貴的地下資源，同時又是各種工程事故產(chǎn)生的重要因素。37二、地下水基本知識v1、地下水存在形式 氣態(tài)水： 以水蒸氣形式存在于未被水飽和的巖土體空隙中。溫度降 低凝結(jié)成水。 液態(tài)水： 吸著水（強結(jié)合水）：由顆?；驇r體表面的電荷吸引，結(jié)合力 大，不能傳遞水壓，不能溶解鹽，不能 被植物

8、吸收。 薄膜水（弱結(jié)合水）：電荷引力降低，水層加厚，不能傳遞水 壓。 毛管水：同時受重力和毛管力的共同作用，可傳遞水壓。38 重力水：巖土體的裂隙和 空隙中被水填滿， 在重力作用下能 自由運動的水。 固態(tài)水： 當水溫低于0時，液態(tài)水就轉(zhuǎn)化為固態(tài)水，出現(xiàn)凍漲現(xiàn)象。3940持水性持水性依靠分子引力或毛細力，在巖土孔依靠分子引力或毛細力，在巖土孔隙、裂隙中能保持一定數(shù)量水體的性能。隙、裂隙中能保持一定數(shù)量水體的性能。巖巖土土的的總總體體積積持持的的水水的的體體積積靠靠分分子子引引力力和和毛毛細細力力保保持持水水度度 指巖土能容納一定水量的性能。指巖土能容納一定水量的性能。容水性容水性巖土的總體積巖土

9、的總體積巖土容納水的體積巖土容納水的體積容水度容水度 二、巖土的主要水理性質(zhì)41在重力作用下，飽水巖土能夠流出在重力作用下，飽水巖土能夠流出一定水量的性能。一定水量的性能。給水性給水性持水度持水度容水度容水度巖土的總體積巖土的總體積能自由流出的水的體積能自由流出的水的體積給水度給水度巖土允許水透過的性能稱為透水性。巖土允許水透過的性能稱為透水性。透水性透水性透水的透水的 半透水的半透水的 不透水的不透水的砂礫石層淤泥質(zhì)土42含水層與隔水層概念含水層與隔水層概念 含水層含水層：在正常水力梯度下，飽水、透水并能給出一定量：在正常水力梯度下，飽水、透水并能給出一定量水的巖土層。構成含水層的條件：一是

10、有空隙存在，并充滿足水的巖土層。構成含水層的條件：一是有空隙存在，并充滿足夠量的水，二是這些重力水能從巖土中自由流出。砂卵石夠量的水，二是這些重力水能從巖土中自由流出。砂卵石 隔水層隔水層：在正常水力梯度下不透水或透水相對微弱的巖土：在正常水力梯度下不透水或透水相對微弱的巖土層稱為隔水層。粘土、泥巖、頁巖層稱為隔水層。粘土、泥巖、頁巖43v3、地下水的物理性質(zhì)和化學性質(zhì) 地下水的補給來源、埋藏、徑流條件不同，溶解了多種鹽分、氣體和有機物，所以具有復雜的成分。其性質(zhì)差別很大。 地下水的物理性質(zhì) 物理性質(zhì)包括：溫度、顏色、透明度、氣味、口味等。 地下水的化學成分 離子成分、氣體成分、膠體成分、有機

11、質(zhì)和細菌成分N N2 2、O O2 2、COCO2 2、CHCH4 4、H H2 2S S及放射性氣體等及放射性氣體等離離 子子陽離子陽離子:H:H+ +、NaNa+ +、K K+ +、NHNH4 4+ +、MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+等等陰離子陰離子:OH:OH- -、ClCl- -、HCOHCO3 3- -、NONO2 2- -、SOSO4 42-2-、COCO3 32-2-、SiOSiO3 32-2-、POPO4 43-3-等等FeFe(OH)3 3、Al(OH)Al(OH)3 3、SiOSiO2 2等等氣氣 體體膠膠 體體44

12、 地下水的化學性質(zhì)分類 礦化度：地下水中含有各種離子、分子和化合物的總量。 硬度：水的硬度取決于水中鈣、鎂離子的含量。 總硬度=暫時硬度+永久硬度地下水類型淡水微咸水咸水鹽水鹵水總礦化度總礦化度（g/L）113310105050水的類型極軟水軟水微硬水硬水極硬水 德國度德國度（mg/L）4.24.28.48.416.816.825.225.245 酸堿度：取決于水中H離子的濃度 侵蝕性：指水對碳酸鹽及金屬類物質(zhì)的侵蝕能力。 硫酸型侵蝕，含硫酸根離子，與砼作用生成硫酸 鹽，體積膨脹，結(jié)晶性侵蝕。 碳酸型侵蝕，含碳酸根離子，與砼作用生成溶解 鹽類，溶解性侵蝕。地下水類型 強酸性水 弱酸性水中性水弱

13、堿性水 強堿性水pH值值55777 9946三、地下水的基本類型及特征v1、概念 廣義：賦存于地面以下巖土空隙中的水，包氣帶水、飽和 帶水等。 狹義：賦存于飽水帶巖土空隙中的水。 埋藏條件： 指含水巖層在地質(zhì) 剖面中所處的部位 及受隔水層限制的 情況。據(jù)此可將水 分為：上層滯水、 潛水、承壓水。潛水包氣帶水承壓水47v2、按埋藏條件分類 上層滯水： 土壤水：土壤層中的水，主要以毛細管水和結(jié)合水形式存 在，來源有：大氣降水滲透、水汽凝結(jié)、潛水補 給。 重力水：存在于包氣帶局部隔水層之上，由大氣降水和 地表水入滲補給，季節(jié)性較強。48v潛水 概念：埋藏于地表以下第一個穩(wěn)定隔水層之上的重力水。相關概

14、念：潛水面（無壓的自由水面）、潛水位、埋藏深度、含水層厚度 特征：a、具有自由面， 為無壓水。 b、分布區(qū)和補 給區(qū)一致。 c、具有明顯的 動態(tài)特性。 d、埋藏較淺， 容易受到污 染。49 潛水面的形狀： 潛水面非水平面，而是傾斜的曲面。受地形、含水層厚度以及巖土層透水性等因素影響，巖層透水性的影響巖層透水性的影響含水層厚度的影響含水層厚度的影響地表地形的影響地表地形的影響50 潛水的補給徑流和排泄： a、潛水的補給 大氣降水補給、地表水入滲、越流補給、旱季凝結(jié)水 b、潛水的徑流 潛水由補給區(qū)流向排泄區(qū)的過程稱為潛水徑流。51c、潛水的排泄 潛水含水層失去水量的過程稱為潛水排泄。 水平排泄：山

15、區(qū)或丘陵地區(qū)，潛水以泉或散流形式 排泄于溝谷或地表。 垂直排泄：平原地區(qū)，潛水耗于蒸發(fā)，礦物度升高，水質(zhì)變差。泉水排泄5253 承壓水： 充滿于兩個隔水層之間，具有靜水壓力的重力水。 a、承壓性，非自由水面 b、補給區(qū)分布區(qū)不一致 c、氣象影響不顯著 d、厚度不受季節(jié)影響 e、不易受到污染 b、承壓水埋藏類型 承壓水的埋藏決定于地 質(zhì)構造，有兩類： 盆地或向斜蓄水構造承壓盆地 單斜蓄水構造承壓斜地54地形與地質(zhì)構造一致地形與地質(zhì)構造一致（不一致）（不一致）承 壓 含 水承 壓 含 水層在同一區(qū)域?qū)釉谕粎^(qū)域內(nèi)均可在不同內(nèi)均可在不同深度有著若干深度有著若干層同時存在的層同時存在的情況，它們之情況

16、，它們之間的水頭高度間的水頭高度與地形和構造與地形和構造二者有關。二者有關。55 承壓斜地：v其形成有三種情況巖性發(fā)生相變或者尖滅巖性發(fā)生相變或者尖滅侵入巖體阻截侵入巖體阻截含水層被斷含水層被斷層所截層所截56 c、承壓水的補給、徑流和排泄 承壓水的補給：補給區(qū)出露地表時由大氣降水補給；位于河 床、湖沼地帶時，則主要由地表水補給。當 低于潛水水位時通過潛水補給。 承壓水的徑流：徑流主要取決于含水層的透水性、補給區(qū)到 排泄區(qū)的距離、水位差、含水層的撓曲程度 等。57 承壓水的排泄承壓水的排泄排入潛水排入潛水泉水形式排泄泉水形式排泄排于地表排于地表58 類類 型型 潛潛 水水 承承 壓壓 水水 埋

17、藏條件埋藏條件 在第一個隔水層之上在第一個隔水層之上 在兩個隔水層之間在兩個隔水層之間 主要補給方式主要補給方式 大氣降水、地表水大氣降水、地表水 補給區(qū)的潛水補給區(qū)的潛水 主主 要要 特特 點點 1具有自由水面從高處向低具有自由水面從高處向低處滲流處滲流2分布區(qū)與補給區(qū)基本一致分布區(qū)與補給區(qū)基本一致3埋藏較淺，受氣候影響大埋藏較淺，受氣候影響大，水量不穩(wěn)定，易受污染，水量不穩(wěn)定，易受污染 1 1承受靜水壓力，水的運動取決于承受靜水壓力，水的運動取決于靜壓力靜壓力2 2分布區(qū)與補給區(qū)，排泄區(qū)常不一分布區(qū)與補給區(qū)，排泄區(qū)常不一致致3 3埋藏較深，受氣候影響小，水量埋藏較深，受氣候影響小，水量穩(wěn)定

18、，不易受污染，水質(zhì)較好。穩(wěn)定，不易受污染，水質(zhì)較好。 環(huán)環(huán) 境境 問問 題題 1 1不合理灌溉，造成土壤鹽不合理灌溉，造成土壤鹽漬化。漬化。2 2過量開采形成漏斗區(qū)，引過量開采形成漏斗區(qū)，引起地面下沉，沿海地帶海水倒起地面下沉，沿海地帶海水倒灌，水質(zhì)惡化灌，水質(zhì)惡化 污染及過量開采后不易恢復污染及過量開采后不易恢復 59v二、按含水層性質(zhì)分類：孔隙水、裂隙水、巖溶水 孔隙水 賦存于松散沉積物顆粒構成的空隙網(wǎng)絡中，存在于第三系與第四系地層中,少數(shù)分布于大孔隙結(jié)構的基巖中。 a、洪積扇中的地下水60 b、沖積平原中的地下水 近代河道及現(xiàn)代河道，地勢較高，沉積顆粒較大；向外地勢變低，沉積物變細；所以

19、此處地下水的分布呈現(xiàn)，河道地區(qū)處于補給區(qū)，以溶濾作用為主；向兩側(cè)的洼地，地勢逐漸變低，巖性變細，滲透性差，地下水位變淺，蒸發(fā)增加，礦化程度變大。61 c、湖積物中的地下水 我國第四紀發(fā)育的湖泊較多，但湖泊沉積往往是沙礫層與粘土層的互層，垂直補給比較困難。一般湖積物中的地下水并不豐富。 裂隙水 在裂隙含水層中存儲和運動的地下水稱裂隙水；其運移與巖石裂隙性狀有關，按照裂隙成因可分為：風化裂隙水、成巖裂隙水以及構造裂隙水。 風化裂隙水：埋藏在基巖 的風化裂隙中，裂隙有一 定的張開性，儲存于其中 的水相互連通，構成統(tǒng)一 的地下水面。一般儲水量 較小。泰山風化裂隙泰山風化裂隙62 成巖裂隙水：埋藏于巖石

20、成形過程中形成的裂隙中，僅存在某一巖層中，不切層、延伸不遠、彼此連通、層狀分布。63 構造裂隙水 由于地殼構造運動形成的各種斷層節(jié)理中所含有的水。 壓扭性構造裂隙 裂隙封閉，透水性差，可以起隔水作用 逆斷層、封閉節(jié)理 拉張性構造裂隙 裂隙張開，透水性好，蓄水量大，良好的含水和過水作用，正斷層、平移斷層、張開節(jié)理 64 裂隙水分布特征：脈狀分布、帶狀分布、層狀分布。砂泥互層砂泥互層-層狀，層狀，硬巖層狀裂隙硬巖層狀裂隙水水堅硬巖石裂隙堅硬巖石裂隙-脈狀，連通性脈狀，連通性差，水量小差，水量小斷裂破碎帶斷裂破碎帶-帶狀，水量帶狀，水量大，延伸遠大，延伸遠65 巖溶水 儲存和運動于可溶性巖石洞隙中的

21、地下水稱巖溶水。66 a、巖溶水的埋藏與分布特征 巖溶水可以是潛水也可以是承壓水，埋藏深度可深可淺，當?shù)撞繜o不透水層時，一般會發(fā)育很深，地面往往出現(xiàn)缺水現(xiàn)象。（南方地區(qū)的巖溶水）67各種類型的巖溶地貌68四、地下水地質(zhì)作用 地下水對巖層的破壞和建造稱地下水地質(zhì)作用，包括：剝蝕作用、搬運作用以及沉積作用。v1、剝蝕作用 a、機械潛蝕作用 地下水流動將松散 土體（黃土）或松 散巖石中的細小顆 粒沖刷帶走，破壞 土體或巖體結(jié)構。 b、化學溶蝕作用6970v2、搬運作用 機械搬運與化學搬運v3、沉積作用 機械沉積（流速變化） 化學沉積（溫度壓力變化）地下水溶質(zhì)在粒間孔地下水溶質(zhì)在粒間孔隙內(nèi)沉淀顆粒膠結(jié)

22、隙內(nèi)沉淀顆粒膠結(jié)在裂隙內(nèi)沉淀灰?guī)r在裂隙內(nèi)沉淀灰?guī)r巖脈巖脈碳酸鈣沉淀鐘乳石碳酸鈣沉淀鐘乳石71泉水沉積形成的泉華泉水沉積形成的泉華壓力降低，CO2逸出使CaCO3沉淀，形成疏松多孔的物質(zhì)，稱鈣華；因溫度降低SiO2沉淀，形成疏松多孔的物質(zhì)，稱硅華。72五、地下水對土木工程的影響v1、地下水對砼與鋼筋的侵蝕 a、溶出侵蝕（ ） 水中碳酸氫根離子含量低于2.0Mg/L，或暫時硬度小于3，地下水具有溶出性侵蝕。 b、碳酸侵蝕 地下水流動，二氧化碳得到不斷補充，侵蝕作用不斷進行。23232()()22Ca OHCa HCOCaCOH O 2()Ca OHCaO、2322323()2CaCOCOH OCa

23、 HCOCaHCO73 c、硫酸鹽侵蝕 硫酸根超過250mg/L，與氫氧化鈣反應生成石膏，體積膨脹 d、一般酸性侵蝕 當?shù)叵滤畃H值小于5.2時，水中酸性離子與氫氧化鈣反應，生成物若溶于水，則砼被侵蝕。 e、鎂鹽侵蝕 地下水中的 與砼中的 作用生成易溶于水的 及硫酸鹽侵蝕的 引起砼破壞。42232223423(2)36193331CaSOH OCaO AL OH OH OCaO AL OCaSOH O24MgCLMgSO、2()Ca OH2CaCL4CaSO74v2、地下水位上升引起的工程問題 a、增強地下水的腐蝕性（鹽漬土、表土沼澤化）75 b、引起不良地質(zhì)現(xiàn)象 滑坡、崩塌、建筑物破壞、地面開裂等。 c、砂土液化、流砂、管涌76流砂和潛蝕流砂和潛蝕流砂流砂在飽和土中