第3章 外力地质作用(gai)2

1、第第3章章 外力地质作用外力地质作用张张 茂茂 花花东北林业大学土木工程学院东北林业大学土木工程学院岩土教研室岩土教研室第一节第一节 风化作用风化作用1、风化作用的概念：、风化作用的概念：一、风化作用的类型一、风化作用的类型1、物理风化2、化学风化3、生物风化 使坚硬致密的岩石松散破坏改变岩石原有的矿物成分、结构和构造使岩石的强度和稳定性降低引起许多不良地质现象 在温度变化、气体、水及生物等因素的综合影响下，使地表岩石发生破碎、分解的一种破坏作用2、风化作用的结果：、风化作用的结果：(塌方、滑坡、泥石流等)1、物理风化、物理风化 在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地发生机械破碎而不改变其化

2、学成分的过程。 岩石释重岩石释重温度变化温度变化水的冻结与膨胀水的冻结与膨胀可溶盐的结晶与潮解可溶盐的结晶与潮解其它因素其它因素引起物理风化的主要因素：(冰劈作用) 物理风化的结果是使岩石的整体性遭到破坏，随着风化程度的增加，逐渐成为岩石碎屑和松散的矿物颗粒。(人为开采与爆破)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、化学风化、化学风化 在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地发生化学变化并可能产生新矿物的过程。 溶解性：卤化盐类 硫酸盐类 碳酸盐类CaSO4+2H2OCaSO42H2OK2OAl2O36SiO2+nH2OAl2O32SiO22H2

3、O+4SiO2(n-3)H2O+2KOHCaCO3+CO2+2H2OCa(HCO3)2无水石膏 二水石膏正长石 高岭土 蛋白石2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4黄铁矿 硫酸亚铁12FeSO4+3O2+6H2O4Fe2(SO4)3+4 Fe(OH)3硫酸铁 褐铁矿化学风化在温暖、潮湿的地区最为活跃，进行的也比较彻底。 生物物理风化：生物物理风化：植物根系的穿插、动物的挖掘和穿凿、人类活动 生物化学风化：生物化学风化：生物的新陈代谢、生物遗体的腐烂分解 3、生物风化、生物风化 生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石、矿物所起的物理和化学风化作用。二、风化岩层的分带二、风化

4、岩层的分带从工程地质角度，一般把岩石的风化层自下而上分成四个带：整石带整石带块石带块石带碎石带碎石带粉碎带粉碎带 岩石的风化作用，实质上只有物理风化和化学风化两种基本类型，它们之间是互相紧密联系的。整石带：整石带：块石带：块石带：碎石带：碎石带：粉碎带：粉碎带： 在选择建筑基础或桥梁墩位时，应尽量避开或穿过岩层风化在选择建筑基础或桥梁墩位时，应尽量避开或穿过岩层风化带，建在新鲜基岩上。带，建在新鲜基岩上。二、风化岩层的分带二、风化岩层的分带岩石风化带可用来确定 肉眼看不出岩石有风化碎裂现象，外观上与新鲜岩石无明显区别，但岩石颗粒间的联结因风化影响而有一定削弱，强度有所降低。 岩石被大量风化裂隙

5、分割成大小不同的石块，强度显著降低，渗透性增强，工程性质与整石带已有明显区别，裂隙面出现次生矿物。 岩石风化破裂成许多碎块和大量风化矿物，渗透性略有减小，强度大为降低。 岩石彻底风化破坏，原生矿物基本上全部风化成细粒次生矿物，渗透性很低，压缩性增大，强度降低，并产生一些新的性质。挖方边坡坡度；基坑开挖深度； 加固补强措施的设计。为什么？为什么？岩石的颜色与光泽岩石的颜色与光泽岩石的矿物成分岩石的矿物成分岩石的破碎程度岩石的破碎程度岩石强度的变化岩石强度的变化三、岩石风化程度的分级三、岩石风化程度的分级1、岩石风化程度的判断、岩石风化程度的判断未经风化岩石，其造岩矿物保持着固有的颜色和光泽。岩石

6、受风化后，矿物颜色会变浅变暗，并失去原有的光泽。岩石受风化后，某些矿物成分会发生次生变化，成分改变。风化程度越深，风化裂隙越发育，岩石越破碎。岩石受风化后，整体性破坏，矿物颗粒间的联结削弱，矿物成分发生次生变化，力学强度降低。2、岩石风化程度分级、岩石风化程度分级未经风化、风化轻微、风化颇重、风化严重、风化极严重未经风化、风化轻微、风化颇重、风化严重、风化极严重垂直剖面上，从上而下颗粒由细变粗；碎屑物质大小不均匀，棱角显著，无分选及层理特征；矿物成分与下伏原岩有密切关系；在平缓的山顶和山坡较厚，在易遭冲刷的较陡山坡则厚度不大；有些残积层的孔隙率较小，但多数残积层的孔隙率较大。四、残积层四、残积

7、层 地表岩石经过长期风化作用后，矿物成分、结构和构造都有不同程度的改变，形成和原岩性质不同的风化产物，这些物质大部分未经搬运而残留在原地，这种风化层称为残积层。2、特点：、特点：1、分布：、分布：主要在基岩裸露的低山丘陵地区，在一些剥蚀平原也有。3、工程地质性质：、工程地质性质：易遭冲刷，强度和稳定性差；承载力较低，容易产生不均匀沉降；作为路基边坡时，可能出现塌方和冲刷问题。1、岩石性质、岩石性质2、气候因素、气候因素3、地形地貌因素、地形地貌因素4、地质构造、地质构造5、其它因素、其它因素五、影响风化作用的因素五、影响风化作用的因素岩石的矿物成分岩石的矿物成分岩石的结构和构造岩石的结构和构造

8、(各种造岩矿物的抗风化能力不同) (矿物颗粒的粗细、均匀程度、胶结方式、胶结物的成分、层理的厚薄等)(主要体现在温度变化、降水和生物的繁殖情况)地形高差较大的山区，风化作用强，但风化层较薄平原或低缓的丘陵地区，风化作用弱，风化层较厚坡向：向阳坡的风化比阴坡严重(断层、裂隙等)(人类活动、地下水)寒冷极地和高山地区、干旱和半干旱的荒漠地区，以物理风化为主湿润和半湿润地区，以化学风化为主湿热地带，以化学风化和生物风化为主为什么？为什么？为什么？为什么？抗风化能力：等粒结构的岩石不等粒结构的岩石， 细粒结构的岩石粗粒结构的岩石，单矿岩复矿岩岩石中裂隙的发育程度岩石中裂隙的发育程度第二节第二节 地表流

9、水的地质作用地表流水的地质作用 雨水降落地面或积雪融化时，其中一部分蒸发，一部分渗入地下，剩余部分则形成无数的网状坡面细流网状坡面细流，从高处沿斜坡向低处缓慢流动，不断使坡面的风化岩屑和粘土物质向下移动，最后在坡脚或山坡低洼处沉积下来，形成坡积层坡积层。地壳流水地表水地下水暂时性流水：长期性流水：一、暂时性流水的地质作用一、暂时性流水的地质作用片流：洪流：暂时性流水沿地面斜坡呈片状流动的水流片流汇集于沟谷中形成急速流动的水流(一一) 片流的地质作用及坡积层片流的地质作用及坡积层1、坡积层、坡积层片流片流雨水、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： 片流对整个坡面所

10、进行的比较均匀、缓慢和短期内并不显著的地质作用。 尽管片流的动能小，剥蚀性差，但由于其作用面积大，长期作用后对地表的剥蚀也很显著。3、坡积裙：、坡积裙： 坡积层顺着坡面、沿山坡的坡脚或凹坡呈缓倾斜裙状分布，在地貌上称为坡积裙。 洗刷作用的强度和规模与气候条件、地面坡度、山坡岩性、风化程度、坡面植被的覆盖程度有关。坡积层坡积层基岩基岩坡积层的厚度一般是中下部较厚，向山坡上部逐渐变薄以至尖灭。坡积层物质未经长途搬运，碎屑棱角明显，分选性不好，天然孔隙率比较高。坡积层物质经过了一定距离的搬运，由于间歇性的堆积，可能有一些不太明显的倾斜层理。坡积层的矿物成分与下伏基岩没有直接联系。4、坡积层的特点、坡

11、积层的特点5、坡积层的工程性质、坡积层的工程性质 坡积层是山区工程勘测设计中经常遇到的第四纪陆相沉积物，多处于不稳定状态。6、影响坡积层稳定性因素、影响坡积层稳定性因素 下伏基岩顶面的倾斜程度；下伏基岩与坡积层接触带的含水情况；坡积层本身的性质。主要是指孔隙率主要是指孔隙率冲槽阶段：冲槽阶段：下切阶段：下切阶段：平衡阶段：平衡阶段：休止阶段：休止阶段：(二二) 洪流的地质作用及洪积层洪流的地质作用及洪积层 洪流是由片流汇集而成的，具有较大的流量和流速，因而拥有巨大的动能，对沟谷的岩石有很大破坏力。1、冲刷作用：、冲刷作用： 洪流以其自身的水力和携带的砂石，对沟底和沟壁进行冲击和磨蚀，这个过程称

12、为洪流的冲刷作用。 2、冲沟：、冲沟：由于冲刷作用而形成的沟底狭窄、两壁陡峭的沟谷。 冲沟的发育阶段冲沟的发育阶段 斜坡流水汇于坡面低洼处，由于冲刷作用形成长度和深度一般都比较小的沟槽，剖面呈“U”字形。 沟槽汇水流量增大，沟头开始下切、沟壁坍塌，使冲沟不断加深、加长，出现悬沟陡坎，剖面呈“V”字形，在沟口平缓地带开始有洪积物堆积。 沟内陡坎已经消失，沟床下切拓宽，冲刷作用逐渐减弱，形成凹形平缓的平衡剖面，沟底开始有洪积物堆积。 沟床下切基本停止，沟底有较多洪积物堆积，并开始有植物生长。冲沟的防治措施冲沟的防治措施冲槽阶段：冲槽阶段：下切阶段：下切阶段：平衡阶段：平衡阶段：休止阶段：休止阶段：

13、3、洪积层：、洪积层： 当山洪夹带大量的泥砂石块流出沟口后，由于纵坡变缓、地形开阔，水流分散、流速降低，搬运能力突然减弱，所夹带的粗大碎屑先在沟口堆积下来，较细的泥砂继续随水搬运，在沟口外围一带堆积，形成洪积层。 洪积扇的规模逐年增大，有时与相邻沟谷的洪积扇互相连接起来，形成规模更大的洪积裙。 由于冲沟范围小、可对沟槽进行填平夯实，对地表水进行导流，并进行植树种草。 冲沟发育最快，危害较大，可在沟底铺砌柴捆、石笼，或在沟槽内用水泥砂浆修筑跌水构筑物，加固沟壁。 加固沟壁，防止侧蚀，在沟底坡脚处修建柴捆土坎，并在其上植树。 在沟底植树造林，禁止破坏原有植被。洪积物在沟口往往呈扇形分布，在地貌上称

14、为洪积扇。洪积扇洪积扇组成物质分选不良，粗细混杂，碎屑物质多带棱角，磨圆度不佳；有不规则的交错层理、透镜体、尖灭及夹层；洪积层的厚度从沟口到外围逐渐变厚； 山前洪积层由于周期性的干燥，常含有可溶盐类物质。洪积层的特征洪积层的特征洪积扇沉积物洪积扇沉积物 洪积层主要分布在坡脚及山前平原地带，从地形上看有利于工程建筑； 规模很大的洪积层一般可划分为上部、中部和下部三个工程地质条件不同的地段：I 上部(靠近沟口的粗碎屑沉积地段)，多以碎石、砾石、卵石为主，孔隙率大，透水性强，地下水埋藏深，压缩性小，承载力高，是良好的天然地基，但不适合建坝。II 下部(洪积层外围的细碎屑沉积地段)，以粘土为主，如果具

15、有可溶盐的结晶，则洪积层的结构较为结实，承载力也较高。III 中部(过渡带)，以砂土为主，地下水埋藏浅，常有地下水溢出，形成沼泽，水文地质条件不好，对工程建筑不利。洪积层的工程性质洪积层的工程性质按侵蚀作用的方式，分为冲蚀、磨蚀和溶蚀。按侵蚀作用的方向以及河床不断加深和拓宽的发展过程，分为下蚀作用和侧蚀作用。二、河流的地质作用二、河流的地质作用河流：具有明显河槽的常年或季节性水流。河流的地质作用主要包括侵蚀作用、搬运作用和沉积作用。1、河流的侵蚀作用、河流的侵蚀作用河水在流动过程中不断加深和拓宽河床的作用。 下蚀作用：下蚀作用：河水在流动过程中沿垂直方向使河床逐渐下切加深的作用 河流下蚀的主要

16、因素：河流下蚀的主要因素：河水夹带固体物质对河床的机械破坏河流下蚀的作用强度：河流下蚀的作用强度：取决于河水的流速、流量及其中泥砂的含量；同时也与河床的岩性和地质构造密切相关。垂直侵蚀垂直侵蚀蛇曲：蛇曲：牛轭湖：牛轭湖： 河流的垂直侵蚀总是从河流的下游逐渐向河流源头方向发展，这种溯源推进的侵蚀过程称为。下蚀作用：下蚀作用：溯源侵蚀：溯源侵蚀：侵蚀基准面：侵蚀基准面：河流下蚀作用消失的平面 海平面为所有入海河流的侵蚀基准面，称之为基本侵蚀基准面基本侵蚀基准面注意：注意：侵蚀基准面并非固定不变的，构造运动的区域性和差异 性会引起水系的侵蚀基准面发生变化。侧蚀作用：侧蚀作用：河水在流动过程中沿水平方

17、向使河床不断加宽的作用河流侧蚀的主要因素：河流侧蚀的主要因素：河水在运动过程中横向环流的作用在河湾部分最为显著，主要是河水的惯性力和离心力在起作用 距离很近的河湾在水流量增大时会被截弯取直，残留的旧河湾两端因淤塞而形成状似牛轭的静水湖泊。 随河流侧蚀不断发展，河道越来越弯曲，侧蚀能力逐渐削弱，直至常水位下，已无能力继续发生侧蚀时河流所特有的平面形态。横向环流示意图a) 河流横向环流；b) 河曲处横向环流断面图侧蚀作用使河谷加宽蛇曲的发展与牛轭湖的形成a)弯曲的河道；b)蛇曲；c)牛轭湖在河流的上游，以下蚀作用为主，河谷横断面呈“V”字形；在河流中下游，以侧蚀作用为主，河谷横断面呈“U”字形。

18、河流的下蚀作用和侧蚀作用在任一河段上都是同时存在的；但在不同的河段中，两者所显示的优势会有明显的不同 。2、河流的搬运作用、河流的搬运作用 河水在流动过程中夹带沿途冲刷侵蚀下来的泥沙、石块等物质离开原地而移动的作用。河流搬运的物质：河流搬运的物质：主要是片流的洗刷作用和洪流的冲刷作用 带来的物质，以及少量河流侵蚀作用的产物。河水搬运能力的大小：河水搬运能力的大小：决定于河水的流量和流速。河流搬运作用的形式：河流搬运作用的形式：有浮运、推移和溶运三种。 3、河流的沉积作用、河流的沉积作用：河流搬运物从水中沉积下来的过程 河流在运动过程中，能量不断损失，当河水夹带的泥沙、砾石等物质超过了河水的搬运能力时，便在重力作用下逐渐沉积下来，形成河流冲积层河流冲积层。具有清晰的层理构造 (除水平层理外，还常发育有斜层理)冲积物具有良好的磨圆度和分选性 (水平方向：上游颗粒粗大、下游颗粒细小) (垂直