工程地質(zhì)自然地質(zhì)作用

工程地質(zhì)自然地質(zhì)作用第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日內(nèi)動力地質(zhì)作用

引起地質(zhì)作用的能量來源來自地球內(nèi)部，如地球自轉(zhuǎn)、重力和放射性元素蛻變能量等。根據(jù)內(nèi)動力地質(zhì)作用的方式常見有四種類型：構(gòu)造運(yùn)動（地殼運(yùn)動）：使地殼發(fā)生變形變位的動力作用。

地震作用（地動）：地球內(nèi)動力而引起的地殼巖石圈的快速顫動。

巖漿及火山作用：地球的放射性元素蛻變，產(chǎn)生巨大的能量，在地球內(nèi)部可使原巖熔成高溫高壓的巖漿，由地下深處侵入地殼上部冷凝成巖，甚至噴出地表形成火山及熔巖。

變質(zhì)作用：原巖受構(gòu)造運(yùn)動、地震作用、巖漿及火山作用，而使原成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造發(fā)生變質(zhì)的作用。第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日外動力地質(zhì)作用太陽輻射能、重力能或天體引力等能量在地殼表層所進(jìn)行的各種地質(zhì)作用。風(fēng)化作用：太陽輻射、水、氣體、生物共同作用。剝蝕作用：如風(fēng)的吹蝕、河流侵蝕、地下水潛蝕、冰川刨蝕等。搬運(yùn)作用：水、風(fēng)、生物等沉積作用：固結(jié)成巖作用（石化作用）：第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日外力作用三部曲：風(fēng)化剝蝕—搬運(yùn)—沉積。首先是使巖石破碎；然后是把它們從原來的地方搬走；搬運(yùn)到另一個地方去沉積下來，所以，外力作用的總趨勢是“削高填平”，把高山和高原破壞掉，把它們搬到低洼的地方，使低洼的地方填平，結(jié)果是使地表夷面（出現(xiàn)一個夷平面）。地球表面之所以有高原和盆地的差異，就是因?yàn)橛袃?nèi)力作用。大陸板塊的碰撞，造成大面積內(nèi)的地殼增厚和隆升，如西藏高原；大量的巖漿活動則可以造成一個地區(qū)的熱隆升。正斷層活動則造成線形的沉陷帶，如東非裂谷、山西地塹等。所以，今天能看到的高山深谷，都是年輕的（有的是還在進(jìn)行中的）地殼運(yùn)動的反映，而古老的高原或山脈則已被夷平了。第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日中國造山運(yùn)動劃分為五幕：即加里東運(yùn)動、華力西運(yùn)動、印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動和喜馬拉雅運(yùn)動。①加里東運(yùn)動指發(fā)生在早古生代的造山運(yùn)動。在這次造山運(yùn)動中，主要褶皺隆起的有俄羅斯西伯利亞南部的山脈。②華力西運(yùn)動指古生代石炭紀(jì)至二疊紀(jì)的造山運(yùn)動。這一運(yùn)動使中國北部阿爾泰山、天山、大興安嶺、陰山、昆侖山、阿爾金山、祁連山、秦嶺等山脈隆起，并伴有大量的花崗巖侵入。③印支運(yùn)動指中生代三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)的造山運(yùn)動。這一運(yùn)動使川西、滇西北一帶隆起成為山地，如岷山、邛崍山、大雪山、云嶺等。④燕山運(yùn)動指中生代白堊紀(jì)的造山運(yùn)動。這一運(yùn)動不僅產(chǎn)生燕山山脈、太行山脈、賀蘭山、雪峰山、橫斷山脈、唐古拉山、喀喇昆侖山等山脈，而且形成許多山間斷陷盆地，并在盆地內(nèi)堆積了巨厚的砂頁巖層。第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日喜馬拉雅運(yùn)動。新生代地殼運(yùn)動的總稱。因形成喜馬拉雅山而得名，這一運(yùn)動對亞洲地理環(huán)境產(chǎn)生重大影響。西亞、中東、喜馬拉雅、緬甸西部、馬來西亞等地山脈及包括中國臺灣島在內(nèi)的西太平洋島弧均告形成，中印之間的古地中海消失。中國東西地勢高差增大，季風(fēng)環(huán)流加強(qiáng)，自然地理環(huán)境發(fā)生明顯的區(qū)域分異：青藏隆起為世界最高的高原，第三紀(jì)的熱帶、亞熱帶環(huán)境被高寒荒漠取代；西北地區(qū)因內(nèi)陸性不斷增強(qiáng)而處于干旱環(huán)境；東部成為濕潤季風(fēng)區(qū)。一般認(rèn)為，喜馬拉雅運(yùn)動分為三幕：第一幕發(fā)生于始新世末、漸新世初，青藏地區(qū)成為陸地，從而轉(zhuǎn)為剝蝕區(qū)；第二幕發(fā)生于中新世，地殼大幅度隆起，伴以大規(guī)模斷裂和巖漿活動；第三幕發(fā)生于上新世末、更新世初，青藏高原整體強(qiáng)烈上升，形成現(xiàn)代地貌格局。我國所有高山、高原現(xiàn)今達(dá)到的海拔高度，主要是喜馬拉雅運(yùn)動第三幕以來上升的結(jié)果。第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日第一節(jié)風(fēng)化作用風(fēng)化作用：是指長期裸露在地表的巖體，經(jīng)受太陽輻射熱、大氣、水及生物等作用，使巖石結(jié)構(gòu)逐漸破碎、疏松或礦物成份發(fā)生次生變化的過程。1、風(fēng)化作用的類型物理風(fēng)化作用：指由于溫度的變化、巖體中水的凍結(jié)或鹽類物質(zhì)的結(jié)晶膨脹使巖體機(jī)械破碎的過程為物理風(fēng)化作用。溫差、冰劈、鹽晶化學(xué)風(fēng)化作用：指巖體在水、大氣等因素的化學(xué)作用下，化學(xué)成份發(fā)生變化，有新的次生礦物生成。氧化、溶解、水化、水解生物風(fēng)化作用：主要是由于生物對巖石和巖體產(chǎn)生的化學(xué)或機(jī)械破壞作用。第三章自然地質(zhì)作用第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日2、影響巖石風(fēng)化的因素巖性巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造侵入巖抗風(fēng)化能力較噴出巖弱巖漿巖中基性巖抗風(fēng)化能力較中酸性巖弱沉積巖中碎屑巖類的風(fēng)化速度取決于膠結(jié)物和碎屑物成份巖石結(jié)構(gòu)相同礦物組成的巖石等粒結(jié)構(gòu)的比不等粒結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化能力要強(qiáng)；細(xì)粒結(jié)構(gòu)比粗粒結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化能力強(qiáng)地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造破壞巖體的完整性、增大透水性和風(fēng)化作用的面積的深入風(fēng)化強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)面：斷層、裂隙、層面、不整合接觸面、巖漿侵入接觸面氣候：氣溫、降水濕熱地區(qū)化學(xué)和生物風(fēng)化作用就強(qiáng)烈干寒地區(qū)含水巖石的凍融交替物理風(fēng)化作用較強(qiáng)地形地貌向陽的山坡比陰坡風(fēng)化作用要強(qiáng)陡坡以物理風(fēng)化為主；緩坡以化學(xué)和生物風(fēng)化為主兩岸階地比漫灘及河床風(fēng)化層厚地下水化學(xué)成份及其循環(huán)條件第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日３．風(fēng)化程度劃分水電規(guī)范：全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化中（弱）風(fēng)化微風(fēng)化巖土工程勘察規(guī)范：殘積土全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化中風(fēng)化微風(fēng)化分帶名稱顏色光澤巖體結(jié)構(gòu)的變化及破碎情況礦物成分的變化情況全風(fēng)化顏色已全改變,光澤消失結(jié)構(gòu)已完全破壞,呈松散狀或可折斷或捏碎僅石英未風(fēng)化變質(zhì)強(qiáng)風(fēng)化顏色改變，僅斷口中心保持原色具原巖結(jié)構(gòu),但裂隙發(fā)育,巖體呈干砌塊石狀部分礦物保持原有特征中風(fēng)化表面和裂隙面變色，斷口新鮮結(jié)構(gòu)大部分完好，但風(fēng)化裂隙發(fā)育，裂隙面風(fēng)化劇烈沿節(jié)理裂隙面出現(xiàn)次生風(fēng)化礦物微風(fēng)化沿節(jié)理面略有變色結(jié)構(gòu)未變，除構(gòu)造節(jié)理外，少見風(fēng)化裂隙節(jié)理面有鐵錳質(zhì)渲染第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日第二節(jié)河流地質(zhì)作用一、地表水流的運(yùn)動方式層流：水質(zhì)點(diǎn)在流動過程中相對位置保持平行的一種水流。紊流：水質(zhì)點(diǎn)的流速方向和大小隨時間而不斷變化。環(huán)流：水質(zhì)點(diǎn)作螺旋形運(yùn)動?？刂坪哟残螒B(tài)發(fā)展。渦流：水質(zhì)點(diǎn)繞水平或豎直軸旋轉(zhuǎn)。第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日二、地表水流的地質(zhì)作用1、暫時性水流的地質(zhì)作用雨蝕作用片流的地質(zhì)作用洪流的地質(zhì)作用2、河流的地質(zhì)作用侵蝕作用下切侵蝕（下蝕）向源侵蝕側(cè)向侵蝕（旁蝕）搬運(yùn)作用：拖運(yùn)、懸運(yùn)、溶運(yùn)沉積作用：第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日三、河流地貌河谷形態(tài)第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日1、河谷地貌根據(jù)河谷形態(tài)特征分類峽谷（“V”形谷)寬谷（“U”形谷）第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日根據(jù)與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系分類縱谷、橫谷、斜谷第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日2、河流階地由于地殼運(yùn)動或氣候變化，河流下切，使原來的河谷、河床或河漫灘高出一般洪水位，呈階梯狀沿谷坡分布，成為階地。第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日階地可分為五種類型：侵蝕階地（a)、基座階地(b)、堆積階地：上疊階地(c)、內(nèi)疊階地(d)、嵌入階地(e)、埋藏階地(f)第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日南京附近長江河谷階地示意圖第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日第四節(jié)巖溶及其工程地質(zhì)問題巖溶：原稱喀斯特(Karst),是指在以碳酸鹽巖為主的可溶性巖區(qū)，巖石長期受水的淋漓、沖刷、溶蝕等地質(zhì)作用而形成的獨(dú)特地貌形態(tài)的地質(zhì)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在南斯拉夫西北部伊斯的利亞半島的石灰?guī)r高原上最為典型，所以常把石灰?guī)r地區(qū)的這種地形籠統(tǒng)地稱之喀斯特地形。19世紀(jì)末，南斯拉夫?qū)W者司威杰(J.Cvijic)首先對該地區(qū)進(jìn)行研究，并借用喀斯特一詞作為石灰?guī)r地區(qū)一系列作用過程的現(xiàn)象的總稱，1966年我國第二次喀特學(xué)術(shù)會建議將“喀斯特”一詞改為“巖溶”。第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日巖溶地貌地面上往往崎嶇不平，巖石嶙峋，奇蜂林立，地表常見有石芽、石林、峰林、溶溝、漏斗、落水洞、溶蝕洼地等形態(tài)；而地下則發(fā)育著地下河、溶洞。溶洞內(nèi)有多姿多彩的石筍、鐘乳石、石柱。

我國碳酸鹽巖類巖石在地表出露面積約占我國陸地面積的14.3%，主要分布于廣西、貴州、湘西、鄂西、滇東、川東等地。尤以廣東桂林、云南路南石林、貴州龍宮等巖溶地貌極為發(fā)育。世界上最大的溶洞是北美阿巴拉契亞山脈的犸猛洞，位于肯塔基州境內(nèi)，洞深64km，所有的岔洞連起來的總長度達(dá)250km。第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日2句話、4個條件：可溶的透水巖層；具有侵蝕性的水流。（1）巖石是可溶的：可溶性巖石是Karst發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，按成分分成三大類：碳酸鹽巖（真巖溶）、硫酸鹽巖、氯化物（假巖溶）。（2）巖層是透水的（巖層的透水性）：是必要條件，有2個意義：1）擴(kuò)大接觸面積，地表→地下；

2）加速水的循環(huán)，溶解→飽和。透水性越好，巖溶越發(fā)育，透水性對滲漏通道具有控制作用。影響透水性的因素：斷裂構(gòu)造和層面的分布。（3）水具有溶解能力水對巖石的溶解能力主要取決于水中侵蝕性CO2的含量：石灰?guī)r在純水中的溶解度：25℃時為14.3mg/l.

石灰?guī)r在天然水中的溶解度：可達(dá)幾百mg/l，原因CO2參與了化學(xué)反應(yīng)：

CaCO3+CO2+H2O=Ca++CO32-+H++HCO3-.水中CO2的來源：①雨水溶解空氣中的CO2；②土壤和地表附近強(qiáng)烈的生物化學(xué)作用所形成的CO2；③火山作用、變質(zhì)作用、含煤地層。水中CO2含量的動態(tài)變化：①流速降低，CO2含量降低；②隨著溶解的進(jìn)行，CO2

含量降低。（4）水是流動的水的流動狀態(tài)是指水在巖層中的循環(huán)和交替情況。循環(huán)條件取決于：①巖層的透水性；②地下水的補(bǔ)、排條件。一、巖溶發(fā)育的基本條件第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日二、分布規(guī)律：從發(fā)育條件分析巖溶分布規(guī)律。中國喀斯特的地帶性特征：中國東部喀斯特地貌呈緯度地帶性分布，自南而北為熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特和溫帶喀斯特。中國西部由于受水分的限制或地形的影響，屬干旱地區(qū)喀斯特（西北地區(qū)）和寒凍高原喀斯特（青藏高原）。三、發(fā)育規(guī)律（1）隨深度的變化1）巖溶化程度：隨H增加而減弱是一般規(guī)律。但不排除深飽水帶發(fā)育大溶洞。2）巖溶基準(zhǔn)面：尚待進(jìn)一步研究，主要基準(zhǔn)面：受區(qū)域中最低的河（湖、海）面控制。暫時或局部基準(zhǔn)面：受地區(qū)中位置較高的河流、河谷面控制。3）地下暗河向源侵蝕，使地下分水嶺與地形分水嶺不相符合：（2)不均勻性含速度、程度及空間分布，從發(fā)育條件分析。第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日（3）階段性和多代性是緩慢的地質(zhì)過程：發(fā)生、發(fā)展和消亡：

一個巖溶旋回：

幼年期→青年期→中年期→老年期↓↓↓↓主要在地表發(fā)育主要向地下發(fā)育溶洞、暗河、頂板坍塌地表水流發(fā)育，出現(xiàn)泛濫平原、孤峰、殘丘

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↓

↓

少量漏斗、落水洞大部分地表水轉(zhuǎn)為地下水地下形態(tài)向地表形態(tài)轉(zhuǎn)化、地下水部分轉(zhuǎn)化為地表河

多個巖溶旋回：地殼升降；氣候變化；侵蝕基準(zhǔn)面下降。（4）成層性原因：巖溶水排泄基準(zhǔn)面的變化，與河流地質(zhì)作用相應(yīng)：河流：下蝕→旁蝕→再下蝕↓↓↓巖溶水：垂直→水平→垂直↓↓溶洞：垂直管道水平溶洞（5）地帶性受氣候控制，我國巖溶類型：熱帶巖溶；亞熱帶巖溶；溫帶巖溶。另有：高寒氣候巖溶；干旱區(qū)巖溶；海岸巖溶。水平溶洞與階地在高度和時代上的可比性：但復(fù)雜，應(yīng)慎重。第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日四、巖溶工程地質(zhì)問題1、巖溶滲漏問題研究內(nèi)容：是否滲漏；通道及排泄；滲漏形式；防滲處理。巖溶滲漏的基本條件：負(fù)地形、單薄分水嶺；低于設(shè)計水位的巖溶通道；無可靠隔水層。巖溶防滲處理：鋪蓋法、堵塞法、灌漿法、截水墻法、圍井、隔離法2、巖溶地基穩(wěn)定性地基巖土體強(qiáng)度降低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3、巖溶地區(qū)地下洞室圍巖穩(wěn)定和涌水圍巖穩(wěn)定性、突然涌水第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日第五節(jié)地震與活動性斷裂地殼每年發(fā)生的地震約500萬次，造成建筑物破壞外，伴隨有其它地質(zhì)災(zāi)害，如山崩、滑坡、河道堵塞、噴水冒沙等。如1976年7月28日，我國唐山地震，震級為7.8，約24萬人喪生。80%的工業(yè)建筑和96%的民用建筑被破壞。第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日(2)地震帶的分布主要受活斷層控制，集中分布于3個帶：①環(huán)太平洋地震帶：沿太平洋邊緣地帶呈環(huán)狀分布，從南美的麥哲倫海峽起沿南美洲的西岸通過阿留申群島經(jīng)日本、臺灣海峽、菲律賓到新西蘭。占80-90%，且淺源地震都集中于該帶。②地中海-歐亞地震帶（地中海-喜馬拉雅地震帶）：沿東西向橫貫歐亞大陸南緣，并波及非洲大陸西北角，從地中海至喜馬拉雅地區(qū)，折向東西與太平洋地震帶相匯合：從墨西哥起，橫穿大西洋，沿地中海經(jīng)高加索、喜馬拉雅山，然后在印尼與環(huán)太平洋地震帶匯合。③洋中地震帶：指太平洋東部、印度洋中部以及北冰洋分布的海底隆起（高出海底2000-4000m）。均為淺源地震，震級小。不同巨型構(gòu)造單元之間的接觸帶，當(dāng)其有明顯的差異升降運(yùn)動時，往往就是強(qiáng)烈地震帶。如印度板塊與歐亞板塊之間：喜山隆起→西藏地震帶。地震震源的分布：主要受活斷層控制，分布于端點(diǎn)、拐點(diǎn)、交匯點(diǎn)和活動特別的部位。第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日中國的地震帶①東南沿海及臺灣地震帶。以臺灣省及其鄰近的海域地震活動最為頻繁，次在粵、閩兩省的沿海地帶及海南島北部，也有較頻繁的地震發(fā)生。②北起沈陽，向南經(jīng)遼東半島、渤海灣、山東的郯城、安徽的廬江，最南可到湖北黃梅的地震帶。該帶歷史上多次發(fā)生過7級以上地震，甚至發(fā)生過8級地震。③燕山南麓，華北平原兩側(cè)與太行山東麓、山西中部的一連串盆地和渭河盆地。是中國歷史上強(qiáng)度大而頻度高的地震活動帶之一。④中國中部的賀蘭山、六盤山，向南橫越秦嶺，通過甘肅文縣，沿四川盆地的西北和西緣，直至滇東地區(qū)，總長約2000多公里的范圍內(nèi)，是中國規(guī)模巨大的強(qiáng)烈地震帶，也是中國東西兩部地震活動區(qū)的分界線。⑤喜馬拉雅—滇西地區(qū)，是地中海—南亞地震帶經(jīng)過中國的部分。該區(qū)震中密集，且屢有強(qiáng)震發(fā)生。⑥從西昆侖至祁連山和河西走廊亦為地震分布帶。⑦新疆帕米爾至天山南北亦為地震活動帶。

第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日一、地震震級和烈度基本概念：內(nèi)部發(fā)生地震的地方叫震源震源在地表的投影位置稱為震中從震中到震源的距離稱為震源深度地表某一點(diǎn)距震中的距離稱為震中距震中附近的地區(qū)稱為震中區(qū)第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日1、地震的類型按震源深度分類淺源地震：震源深度0～70km，占地震總數(shù)72.5%。中源地震：震源深度70～300km，占地震總數(shù)23.5%。深源地震：震源深度大于300km，占地震總數(shù)4.0%。按成因分類構(gòu)造地震（90%）

：由于地殼運(yùn)動或斷裂構(gòu)造活動所引起的地震。地震活動頻繁，分布廣泛，影響范圍大，延續(xù)時間長，破壞性強(qiáng)，災(zāi)害損失最大。火山地震（7%）：指火山爆發(fā)時巖漿或氣體對圍巖的沖擊引起的地震。陷落地震（3%

）：大規(guī)模的山崩、溶洞塌陷或舊礦坑陷落等而引起的地震。人工誘發(fā)地震：人類工程活動引起的地震。

第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日2、地震震級定義：是地震強(qiáng)度大小的等級，是地震震源釋放出能量的大小。確定方法：距震中100km處，用標(biāo)準(zhǔn)地震儀（周期0.8s，阻尼系數(shù)0.8，放大倍數(shù)2800）實(shí)測到最大水平地動位移（um）的對數(shù)。（lgE=4.8+1.5M）

按震級分類：大地震：M≥7中地震或強(qiáng)震：5≤M＜7小地震或弱震：3≤M＜5微震：1≤M＜3超微震：M＜18級以上的地震每年平均僅1次；7級以上大震每年平均約有18次；5級以上中強(qiáng)震和強(qiáng)震就更少了；3級以上的大約只有5萬次，僅占1%。震級標(biāo)準(zhǔn)最先是由美國地震學(xué)家里克特提出來的，所以又稱“里氏震級”，一個8.5級地震通過地震波釋