工程地质3第三章

1、长江口长江口第三章第三章 风化与地表流水的地质作用风化与地表流水的地质作用学学 习习 内内 容容 第一节第一节 风化作用风化作用 一一. 风化作用的概念和类型风化作用的概念和类型 二二. 影响风化作用的主要因素影响风化作用的主要因素 三三. 岩石的风化程度分级与分带岩石的风化程度分级与分带 四四. 残积层残积层 第二节第二节 暂时性流水的地质作用暂时性流水的地质作用 一一. 坡面细流地质作用坡面细流地质作用 二二. 山洪急流地质作用山洪急流地质作用 第三节第三节 河流的地质作用河流的地质作用(五项五项见后见后) 第一节 风化作用v一一. 风化作用的概念及类型：风化作用的概念及类型：v 1.风化

2、作用风化作用- 地壳表层的地壳表层的岩石岩石，在太阳辐射、，在太阳辐射、大气、水和生物等大气、水和生物等风化营力风化营力的作用下，发生物理的作用下，发生物理和化学的变化，使和化学的变化，使岩石崩解破碎以至逐渐分解岩石崩解破碎以至逐渐分解-（破坏（破坏-疏松松散、裂缝、新矿物）的作用疏松松散、裂缝、新矿物）的作用。 v 2.风化作用的类型风化作用的类型 :依据占优势的风化营力依据占优势的风化营力和岩石的变化可将风化作用分为：和岩石的变化可将风化作用分为：1）.物理风化作用物理风化作用 2）.化学风化作用化学风化作用 3）.生物风化作用生物风化作用 1).物理风化作用物理风化作用 在地表或在地表或

3、接近地表条接近地表条件下，岩石、件下，岩石、矿物在原地矿物在原地发生发生机械破机械破碎碎而不改变而不改变其化学成分、其化学成分、不形成新矿不形成新矿物物的作用，的作用，称为物理风称为物理风化作用或机化作用或机械风化作用械风化作用。 物理风化的类型（物理风化的类型（主要方式主要方式）温差风化温差风化:温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，久而久之则久而久之则 引起岩石破裂。引起岩石破裂。冰冻风化冰冻风化:充填在岩石裂隙中的水分结冰使岩石破充填在岩石裂隙中的水分结冰使岩石破坏的作用。坏的作用。岩石释重岩石释重:上覆岩层遭受剥蚀而卸荷时，岩石释重，上覆岩层遭受剥蚀而

4、卸荷时，岩石释重，产生向上或向外的膨胀作用，形成一系列与产生向上或向外的膨胀作用，形成一系列与地表平行的裂隙。地表平行的裂隙。可溶盐的结晶与潮解可溶盐的结晶与潮解：可溶盐溶液在岩石的孔隙可溶盐溶液在岩石的孔隙和裂隙中结晶时的撑裂作用，使裂隙逐渐扩和裂隙中结晶时的撑裂作用，使裂隙逐渐扩大，岩石松散破坏。大，岩石松散破坏。此外还有泥岩的干湿循环开裂、此外还有泥岩的干湿循环开裂、 .岩石的热胀冷缩岩石的热胀冷缩球球状状风风化化细砂岩、中浅层侵入岩等岩性均一的岩石最易发生细砂岩、中浅层侵入岩等岩性均一的岩石最易发生. .冰劈作用冰劈作用( (干寒区干寒区) ) 岩石裂隙中的水结冰后体积会增大，达岩石裂

5、隙中的水结冰后体积会增大，达 到一定限度后岩石就会崩解滚落。到一定限度后岩石就会崩解滚落。 条件：条件：a.a.岩石有贯通的空隙，可使水渗入岩石有贯通的空隙，可使水渗入 并流动（封闭空隙如气孔不行）；并流动（封闭空隙如气孔不行）； b.b.有足够的水分；有足够的水分； c.c.温度常在冰点上下波动。温度常在冰点上下波动。 冰冻风化作用冰冻风化作用 高纬度地区、中纬度高山区最甚高纬度地区、中纬度高山区最甚倒石锥：倒石锥：冰冻风化作用产生的岩石碎屑坠落至山麓堆积而成冰冻风化作用产生的岩石碎屑坠落至山麓堆积而成潮解性盐类潮解性盐类在夜间在夜间 潮解潮解在白天在白天 盐类结晶，对周围岩石产生压力盐类结

6、晶，对周围岩石产生压力.盐类结晶的撑裂作用盐类结晶的撑裂作用反复进行，反复进行，能使岩石能使岩石撑裂。此撑裂。此作用主要作用主要见于气候见于气候干旱地区。干旱地区。吸收水分吸收水分溶解盐类溶解盐类渗入岩石内部渗入岩石内部烈日照晒烈日照晒296-14岩石从地下深岩石从地下深处变到地表条件时处变到地表条件时由于上覆静压力减由于上覆静压力减小而产生张应力形小而产生张应力形成一系列与地表平成一系列与地表平行的宏观和微观的行的宏观和微观的内部破裂面。形成内部破裂面。形成这种裂隙构造的作这种裂隙构造的作用称为用称为剥离作用剥离作用。岩石的释荷岩石的释荷. 深部岩石被抬升、出露地表深部岩石被抬升、出露地表,

7、 因因“卸载卸载”导致岩导致岩石体积膨胀（外层较内部膨胀更甚）石体积膨胀（外层较内部膨胀更甚）,形成平行地形成平行地表的裂隙（层状节理）表的裂隙（层状节理）2）.化学风化作用化学风化作用 定义定义：处于地表的岩石，与水溶液和气体等在原地：处于地表的岩石，与水溶液和气体等在原地发生化学反应逐渐使发生化学反应逐渐使 岩石破坏，不仅改变其物理状态，岩石破坏，不仅改变其物理状态，同时也改变其化学成分，并可形成新矿物的作用。同时也改变其化学成分，并可形成新矿物的作用。 化学化学风化作用的方式主要有：风化作用的方式主要有：溶解度对于岩石卤化物(岩盐、钾盐) 硫酸盐（石膏） 碳酸盐（石灰 岩） 硅酸盐 溶解

8、度 对于矿物方解石橄榄石辉石角闪石滑石蛇纹石斜长石正长石黑云母白云母石英。溶蚀的条件：裂隙发育的可溶性岩石；具有可溶解能力流动的水。 水与可溶盐的作用，使岩石溶解破坏，当岩石中存在裂隙并连通时，水沿裂隙流动并溶解周围岩石，扩大裂隙，使岩体的整体性发生破坏。. 溶解作用溶解作用:水直接溶解岩石中矿物的作用水直接溶解岩石中矿物的作用 。矿物的结晶顺序：硅铝矿物硅铝矿物：主要由Si, Al的氧化物组成，色浅，因此也叫浅色矿物浅色矿物 如石英、长石等。铁镁矿物铁镁矿物：这些矿物中FeO, MgO含量较高，SiO2, Al2O3含量较少， 由于其颜色多较暗，因此也叫暗色矿物或深色，暗色矿物或深色， 如橄

9、榄石、角闪石等。 . 水化作用水化作用:矿物与水作用时，吸收水分作为自己矿物与水作用时，吸收水分作为自己的组成部分，形成的组成部分，形成含水的新矿物含水的新矿物。含水矿物的硬度大大。含水矿物的硬度大大低于不含水时，其组成的岩石强度低、易风化。吸水时低于不含水时，其组成的岩石强度低、易风化。吸水时体积膨胀，对周围岩体产生挤压使其破坏，同时在一定体积膨胀，对周围岩体产生挤压使其破坏，同时在一定条件下又可释放水而体积收缩，同样可使自身及周围岩条件下又可释放水而体积收缩，同样可使自身及周围岩体破坏。体破坏。 . 水解作用：水解作用：矿物矿物(盐类盐类)遇水后离解，与水的遇水后离解，与水的+和（和（OH

10、）-离子起化学作用形成新的化合物离子起化学作用形成新的化合物 。 . 碳酸化作用：碳酸化作用：溶于水中的溶于水中的CO2形成形成CO3、HCO3离子与矿物中金属离子结合成易溶的碳酸盐类，随水流离子与矿物中金属离子结合成易溶的碳酸盐类，随水流失，原有矿物分解成新矿物残留失，原有矿物分解成新矿物残留. . 氧化作用：氧化作用：地下一些元素低价化合物的矿物在地下一些元素低价化合物的矿物在地表富氧的条件下，转化为高价化合物原有矿物解体，地表富氧的条件下，转化为高价化合物原有矿物解体，形成新矿物的过程形成新矿物的过程.矿物中元素与氧结合，形成新矿物，矿物中元素与氧结合，形成新矿物，氧化作用尤其对金属矿物

11、和含铁矿物的风化表现强烈。氧化作用尤其对金属矿物和含铁矿物的风化表现强烈。氧化作用氧化作用 形成的褐铁矿使岩石染色成砖红色形成的褐铁矿使岩石染色成砖红色溶解作用溶解作用 酸性溶液使岩石、矿物分解破坏的过程酸性溶液使岩石、矿物分解破坏的过程 空气中的空气中的 CO2 使雨水呈弱酸性使雨水呈弱酸性（pH 5.5-6) 土壤中生物的呼吸作用及有机质的腐烂产生土壤中生物的呼吸作用及有机质的腐烂产生CO2 、形成、形成碳酸碳酸及有机酸及有机酸 燃烧化石燃料（煤、石油、天然气）会释放出燃烧化石燃料（煤、石油、天然气）会释放出 CO2、NO2、SO2，形成形成“酸雨酸雨”. .有些矿物可被完全溶解：有些矿物

12、可被完全溶解： CaCOCaCO3 3 CO CO2 2 H H2 2O CaO Ca2 2 HCO HCO3 3 3).生物风化v 定义定义:岩石在动植物及微生物影响下发生的破岩石在动植物及微生物影响下发生的破碎以致分解的作用，称为生物风化作用。碎以致分解的作用，称为生物风化作用。v 其其作用方式有作用方式有: 生物机械风化作用：生物机械风化作用：主要是通过生物的生命活动来主要是通过生物的生命活动来进行的。进行的。 生物化学风化作用：生物化学风化作用：通过生物的新陈代谢和生物死通过生物的新陈代谢和生物死亡后的遗体腐烂分解来进行的。亡后的遗体腐烂分解来进行的。 总之：总之： 物理和化学风化同时

13、进行、互相促进：开始岩物理和化学风化同时进行、互相促进：开始岩体完整时以物理风化为主，后期以化学风化或生物化体完整时以物理风化为主，后期以化学风化或生物化学风化为主；不同地区自然条件不同，为主的风化类学风化为主；不同地区自然条件不同，为主的风化类型也不同，干旱温差大的地区以物理风化为主，湿润型也不同，干旱温差大的地区以物理风化为主，湿润温暖地区以化学或生物化学风化为主。温暖地区以化学或生物化学风化为主。F 生物物理风化作用生物物理风化作用-生长在生长在裂隙中的植物的根系使裂隙扩裂隙中的植物的根系使裂隙扩大、引起岩石崩解大、引起岩石崩解风化产物的特点v 物理风化物理风化-碎屑物颗粒较粗，粘结性和

14、吸碎屑物颗粒较粗，粘结性和吸水性较差，但内摩擦角较大；水性较差，但内摩擦角较大；v 化学风化化学风化-的产物颗粒细小，内聚力较大，的产物颗粒细小，内聚力较大，粘结性较好，吸水能力强，内摩擦角较小；粘结性较好，吸水能力强，内摩擦角较小；v 生物风化生物风化-往往是在物理和化学风化的基往往是在物理和化学风化的基础上进行，但它的发生条件和影响因素与化学础上进行，但它的发生条件和影响因素与化学风化相近，因此风化物质的性质与化学风化接风化相近，因此风化物质的性质与化学风化接近，只是其中含有的有机质带来性质的改变是近，只是其中含有的有机质带来性质的改变是明显区别。明显区别。风化产物中 Fe2O3Al2O3

15、TiO2含量均比原岩增加； CaONa2OK2OMgO则显著减少； SiO2的含量比原岩少（岩石中的SiO2以胶体形式迁移）；但在砂岩或粉砂岩）中会增加（砂、粉砂为石英质，不溶解，胶结物被溶解迁移。 增加了新矿物高岭石、褐铁矿、铝土矿、蛋白石。二.影响风化作用的因素（内外因） 气候影响到气候影响到干冷地区干冷地区温热地区温热地区地表温度地表温度低低高高降水量降水量小小大大降水性质降水性质固体固体雨雨水溶液性质水溶液性质酸性少酸性少酸性水酸性水生物活动状况生物活动状况少少多多1、气候的影响： 干燥寒冷地区：物理风化为主，程度差，速度慢，产物以岩石碎屑为主。 潮湿温暖地区：化学风化为主，生物风化，

16、程度高，速度快，矿物分解彻底.产物以大量残留粘土为主。 温度温度 温差大、冷热变化频繁有利于物理风化；温度变化对岩石在水中的溶解度和化学反应速度、水溶液浓度都有有较大影响，从而影响化学风化的速度。 降雨（湿度）降雨（湿度） 各种化学风化是水（CO2，O2）参与下完成的，运动的水及矿物质运移，破坏化学平衡，促进反应不断进行。水的加入使风化向多样化、深度发展。2。 岩石性质的影响1）.岩石类型： 出露地表的三大岩类抗风化的能力不同。 沉积岩（碎屑岩 化学岩、生物岩） 岩浆岩（酸性岩 基性岩） 变质岩 (浅变质 深变质) 2）不同矿物抗风能力不同（石英、方解石） 火成岩中抗风化能力增强与鲍温反应系列

17、相反。 单矿物岩石 抗物理风化能力强。 复矿物岩石 抗物理风化能力弱，有利物理风化。 不同元素具有不同的化学活性，性质活泼，性质活泼的元 素易化学风化。 同种元素在不同的化不物中风化性质不同，石灰岩中的Ca 易风化，长石中的Ca难风化3）.岩石结构、构造 颗粒均匀粒级差大的岩石基底或胶结孔隙式胶结胶结物成分：SiCa泥质3.3. 地质构造地质构造 地质构造造成地表起伏为风化创造条件； 地质结构面：断层、层面、节理、沉积间断面、侵入岩与围岩接触面为风化营力进入提供条件等。断层带（裂隙密集带)-囊状风化层理面：差异风化崩塌等节理、裂缝面：球形风化4.4.地形地形 地形不同影响气候及水文地质条件、光

18、照、温差条件，沟谷侧向入侵作用，残积物滞留条件。 高度:越高越易风化 海拔高地区：以物理风化为主 海拔低地区：化学风化速度较快 坡度:起伏大风化物易带走 陡坡地段：风化速度较大，风化壳较薄 缓坡地段：风化速度较慢，风化壳较厚坡向：南坡比北坡易风化5.其它因素其它因素地壳运动地壳运动 强烈上升期：风化速度快，风化壳厚度小 相对稳定期：风化彻底，风化壳厚度大 快速下降期: 以沉积作用为主人类活动人类活动 人工开挖基坑、边坡、隧洞、砍伐森林等都可加快风化。三三.岩石分化程度的分级与分带岩石分化程度的分级与分带 分带的意义及可能性： 地基：选择基础埋深位置 边坡：选择稳定的边坡高度和坡度 不同深度岩石

19、与风化营力接触时间和程度不同,因此从表至深部岩体的分化程度也不同.在整个风化剖面上，风化程度不同的岩石表现出不同的物理、矿物组合特征及物理、水理、力学性质，即从地表至深部新鲜基岩，风化是逐渐过渡的。 1.岩石风化的变化现象岩石风化的变化现象-分级与分级与 分带的标志分带的标志： 岩石的颜色与光泽：岩石的颜色与光泽：未经风化的岩石，其造岩矿物保未经风化的岩石，其造岩矿物保持着固有的颜色和光泽。岩石受到风化后，其中的深色矿物就持着固有的颜色和光泽。岩石受到风化后，其中的深色矿物就会变浅变暗，并失去原来的光泽。会变浅变暗，并失去原来的光泽。 岩石的矿物成分：岩石的矿物成分：岩石受到风化后，会引起其中

20、某些岩石受到风化后，会引起其中某些易风化的矿物发生次生变化。易风化的矿物发生次生变化。 岩石的破碎程度：岩石的破碎程度：风化程度愈深，风化裂隙愈发育，风化程度愈深，风化裂隙愈发育，则岩体被裂隙割切得愈破碎。则岩体被裂隙割切得愈破碎。 岩石强度的变化：岩石强度的变化：岩石遭受风化后，整体性破坏，矿岩石遭受风化后，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 。由上至下：由上至下：孔隙性、压缩性由大变小孔隙性、压缩性由大变小 吸水性由强吸水性由强弱弱弹性波速由小弹性波速由小大大 强度由低强度由低高高 2.分级与分带的原则

21、 .充分反映岩石风化程度变化的客观规律，反映各风化分级与分带岩石所具有的不同特征； .分级与分带的标志应有代表性、明确，便于掌握； .将定性与定量结合起来进行分级与分带； .宏观分带应与微观分级统一，分级与分带数目既不要过多，也不太少。多采用 三分法、四分法、五分法； 一般常用四分法,分为：全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带 3、分级与分带的方法、分级与分带的方法 工程的初勘阶段：以定性分级与分带为主。 工程的详勘阶段：以定量分级与分带为主。 定性分析法地质分析方法： 通过岩石光泽颜色、破碎程度、矿物成分的变化等。 指标定量法：有多种方法，如： （1）. 声波测试法，岩石风化后声波会变慢：

22、v 全风化带 纵波速：1000-2000v 强风化带 纵波速：2000-3000v 中风化带 纵波速：3000-5000v 微风化带 纵波速： 5000-60003RwnyKKKKKn=n1/n2孔隙率系数K= 1/ 2 吸水率系数KR=R1/R2 强度系数（单轴抗压强度）按风化系数按风化系数K Ky y大小较小分带大小较小分带(2). 风化系数法0.19.09.04.04.02.02.0微新鲜弱风化强风化全风化yyyyKKKK4.岩石风化程度的微观分级岩石风化程度的微观分级(对硬质岩对硬质岩)岩石类别风化程度野外特征压缩波速度vp(m/s)波速比v风化系数f硬质岩石未 风 化岩质新鲜，未见风

23、化痕迹50000.91.00.91.0微 风 化15%组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色，有少量风化裂隙400050000.80.90.80.9中等风化15%-30%组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，仅沿节理面出现次生矿物。风化裂隙发育。岩体被切割成2050cm的岩块。锤击声脆，且不易击碎，不能用镐挖掘，岩芯钻方可钻进200040000.60.80.40.8强 风 化30%-50%组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化。长石、云母已风化成次生矿物。裂隙很发育，岩体破碎。岩体被切割成220cm的岩块，可用手折断。用镐可挖掘，干钻不易钻进100020000.40.60.4全

24、 风 化50%-80%组织结构已基本破坏，但尚可辨认，并且有微弱的残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进50010000.20.4残 积 土 组织结构已全部破坏。矿物成分除石英外，大部分已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性5000.2岩石风化程度的微观分级岩石风化程度的微观分级(对软质岩对软质岩)软质岩石未 风 化岩质新鲜，未见风化痕迹40000.91.00.91.0微 风 化15%组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色。有少量风化裂隙300040000.80.90.80.9中等风化15%-30%组织结构部分破坏。矿物成分发生变化，节理面附近的矿物已风化成土状。风化裂隙发育

25、。岩体被切割成2050cm的岩块，锤击易碎，用镐难挖掘。岩芯钻方可钻进150030000.50.80.30.8强 风 化30%-50%组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化，含大量粘土质粘土矿物。风化裂隙很发育，岩体破碎。岩体被切割成碎块，干时可用手折断或捍碎，浸水或干湿交替时可较迅速地软化或崩解。用镐或锹可挖掘，干钻可钻进70015000.30.50.3全 风 化50%-80%组织结构已基本破坏，但尚可辨认并且有微弱残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进3007000.10.3残 积 土组织结构已基本破坏，矿物成分已全部改变并已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性3000.1可大致归结

26、为可大致归结为:风化程度风化程度 岩石结构岩石结构 矿物成分矿物成分 破碎性破碎性未风化未风化 未变未变 未变未变 微风化微风化 基本未变基本未变 基本未变基本未变 无疏松物质无疏松物质弱风化弱风化 部分破坏部分破坏 稍微变质稍微变质 有松散物质有松散物质 强风化强风化 大部分破坏大部分破坏 显著变化显著变化 疏松物与坚硬疏松物与坚硬 体混杂体混杂全风化全风化 全部破坏全部破坏 风化成土状风化成土状 不含坚硬块体不含坚硬块体 风化程度风化程度 特特 征征 描描 述述残积土残积土组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性

27、。，具可塑性。全风化全风化结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。钻可钻进。强风化强风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，掩体结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，掩体破碎，用镐可挖，干钻不易钻进。破碎，用镐可挖，干钻不易钻进。中等风化中等风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩体被结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进。切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进。微风化微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙

28、结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。未风化未风化岩质新鲜，偶见风化痕迹岩质新鲜，偶见风化痕迹5.风化岩层的宏观分带：风化岩层的宏观分带： 岩石的风化是由表及里的，地表部分受岩石的风化是由表及里的，地表部分受风化作用的影响最显著，由地表往下风化风化作用的影响最显著，由地表往下风化作用的影响逐渐减弱以至消失。作用的影响逐渐减弱以至消失。粉碎带（全风化带）粉碎带（全风化带）碎石带（强风化带）碎石带（强风化带）块石带（中风化带）块石带（中风化带）整石带（微整石带（微未风化带）未风化带） 从工程地质的角度，一般把风化岩层从工程地质的角度，一般把风化岩层自上而下自上而下分为以下四个带：

29、分为以下四个带：风化分带岩石颜色矿物颜色岩体破碎特点物理力学性质声速特性其它特点全风化带原岩完全变色，常呈黄褐、棕红、红色除石英外，其余矿物多已变异，形成绿泥石、绢云母、蛭石、滑石、石膏、盐类及粘土矿物等次生矿物呈土状，或粘性土夹碎屑，结构已彻底改变，有时外观保持原岩状态强度很低，浸水能崩解，压缩性能增大，手指可捏碎纵波声速值低，声速曲线摆动小锤击声哑，锹镐可挖动强风化带大部分变色，岩快中心部分尚较新鲜除石英外大部分矿物均已变异，仅岩快中心变异较轻,次生矿物广泛出现岩体强烈破碎，呈岩块、岩屑、时夹粘性土物理力学性质不大均一，强度较低，岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3，风化较深的岩块手可压碎纵波

30、声速值较低，声速曲线摆动大锤击声哑，用锹镐开挖，偶须爆破中风化带岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色仍较新鲜沿裂隙面矿物变异明显，有次生矿物出现岩体一般较好，原岩结构构造清晰，风化裂隙尚发育，时夹少量岩屑力学性质较原岩低，单轴抗压强度为原岩的1/32/3纵波声速值较高，声速曲线摆动较大锤击发声不够清脆，须爆破开挖微风化带仅沿裂隙表面略有改变仅沿裂隙面有矿物轻微变异，并有铁质，钙质薄膜岩体完整性较好，风化裂隙少见与原岩相差无几纵波声速值高，声速曲线摆动较小锤击发声清脆，须爆破开挖岩石风化壳分带及各带基本特征岩石风化壳分带及各带基本特征四四.风化产物风化产物-残积层残积层 1. 残积层残积层定义

31、： 地表岩石经过长期风化作用以后，改变了矿物成分、结构和构造，形成和原来岩石性质不同的风化产物，其中的除一部分易溶物质被水溶解流失外，大部分物质残留在原地，这种物质称为残积物，这种风化层称为残积层。 2. 特点： 物质组成：受下伏基岩的岩性与风化类型控制，主要由碎石、碎岩屑、砂、粘土组成。 结构与构造：未经搬运，直接与基岩接触，呈逐渐过渡关系。无磨圆、颗粒棱角分明，无分选、大小不均，无层理（有时伴有原岩层理或风化假理）。 3. 工程地质性质工程地质性质 残积层疏松多孔，裂隙发育，厚度不均，强度较低，作为建筑物地基时可能产生过量沉降甚至不均匀沉降，或承载力不够而遭破坏。 由于多孔裂隙发育强度较低

32、，又含粘土等软弱成分，透水性强，吸水后膨胀，软化，作为路堑边坡时易产生滑塌、冲刷等病害。 4. 对残积层可采用的工程措施对残积层可采用的工程措施 A、挖除；、挖除；B、抹面、抹面、 C、护面和挡墙；、护面和挡墙； D、灌浆、灌浆、E、勾缝、勾缝、 F、支档、支档 v 地壳表层岩石经机械、化学风化后形成的松散物保留在原地称，残积物经生物风化，便使这些松散的无机物中含有生物生长必不可少的有机物一腐植质。这种具有腐植质、矿物质、水和空气的松散物质，称为。它是各种风化作用的综合产物，其中尤以生物风化最为重要 。1).1).风化壳的风化壳的典型特征典型特征：没有层理、底界起伏、：没有层理、底界起伏、结构

33、松散，代表不整合面结构松散，代表不整合面( (造山事件结束造山事件结束) )。2).2).风化壳典型剖面风化壳典型剖面:土壤土壤( (粘土、细小石英颗粘土、细小石英颗 粒、植物的根粒、植物的根) )残积物残积物半风化岩半风化岩 基岩基岩3)3). 五种气候带的风化壳类型五种气候带的风化壳类型： 寒带（碎屑型）、寒带（碎屑型）、 温带（硅铝粘土型）、温带（硅铝粘土型）、 亚热带（富硅铝即红土型）、亚热带（富硅铝即红土型）、 热带（硅铝热带（硅铝- -碳酸盐型）、碳酸盐型）、 干热带（硅铝氯化物、硫酸盐型）干热带（硅铝氯化物、硫酸盐型）4)4). 古风化壳能帮助恢复古气候和寻找地下水。古风化壳能帮

34、助恢复古气候和寻找地下水。第二节 暂时性流水的地质作用v地面流水的分类：地面流水的分类：v 地面流水分为常年和暂时性流水。地面流水分为常年和暂时性流水。v 常年性流水具有稳定的水源常年性流水具有稳定的水源补给补给和固定和固定的的水道水道。v 暂时性流水无稳定的水源，降雨后才能暂时性流水无稳定的水源，降雨后才能形成，既有固定水道的洪流也有无固定水形成，既有固定水道的洪流也有无固定水道的片流或细流。道的片流或细流。一一.坡面细流的地质作用坡面细流的地质作用v 1. 洗刷作用洗刷作用 大气降雨、冰雪融化的水一般沿斜坡面形成从上沿斜坡面形成从上向下无固定水道的面状水流，水层薄，速度慢，网向下无固定水道

35、的面状水流，水层薄，速度慢，网状分布。在流动中状分布。在流动中对整个坡面所进行的比较均匀、缓慢和短期内不太显著的地质作用称为洗刷作用。v 2 .坡积层的形成坡积层的形成 雨、雪水的这种面状细流在流动中使坡面上的风化产物岩屑、黏土矿物等较细颗粒侵蚀或剥蚀下来并随流水沿斜坡向下移动，在山坡脚或坡上低凹处沉积下来形成的松散堆积层称为坡积层。3 .坡积层的特点坡积层的特点 v 1）. 成因特点成因特点 ：经一定距离的搬运，间经一定距离的搬运，间歇性堆积而成，为第四纪一种陆源松散堆歇性堆积而成，为第四纪一种陆源松散堆积物。积物。v 2）.分布特点：分布特点：v 平面上：平面上：单个坡积层单个坡积层顺着坡

36、面沿坡脚或山顺着坡面沿坡脚或山坡的低凹处呈缓倾斜的坡的低凹处呈缓倾斜的扇形扇形，多个连续分，多个连续分布组成布组成坡积裙坡积裙。v 剖面上：厚度变化大，剖面上：厚度变化大，呈呈中下部较厚，上中下部较厚，上部变薄至尖灭的楔状。部变薄至尖灭的楔状。 3）.坡积层工程地质特征：坡积层工程地质特征： v 物质组成：与下伏基岩成分无关，物质组成：与下伏基岩成分无关，主要为亚黏土主要为亚黏土和带棱角的碎石为主，成分单一仅与上部坡面有关。和带棱角的碎石为主，成分单一仅与上部坡面有关。v 结构、构造：分选差，结构、构造：分选差，大小不均大小不均，。，。磨圆差磨圆差，棱角棱角明显，具有不是很明显的斜层理。明显，

37、具有不是很明显的斜层理。v 工程性质：疏松多孔，工程性质：疏松多孔，透水性强、储水能力大；易压透水性强、储水能力大；易压缩、变形大、强度低、厚度不均匀，作为地基易发生不均匀缩、变形大、强度低、厚度不均匀，作为地基易发生不均匀沉降或承载力不足；强度低、稳定性变化大，黏土含量越高沉降或承载力不足；强度低、稳定性变化大，黏土含量越高稳定性越差，作为边坡易坍塌。稳定性越差，作为边坡易坍塌。v 坡积层的稳定性复杂且取决于下述因素坡积层的稳定性复杂且取决于下述因素:v （1） . 下伏基岩顶面的倾斜程度下伏基岩顶面的倾斜程度v （2 ）. 下伏基岩顶面与坡积层接触带的含水情况下伏基岩顶面与坡积层接触带的含

38、水情况v （ 3） . 坡积层本身的性质坡积层本身的性质(组成、结构、构造、组成、结构、构造、整体性整体性)二二.山洪急流的地质作用山洪急流的地质作用v 1. 洪流洪流- 是指由片流汇集到沟谷中形是指由片流汇集到沟谷中形成的，流速快，流量大，有固定水道的成的，流速快，流量大，有固定水道的水流。水流。v洪流的形成条件洪流的形成条件 ：.地形上：具有较大沟底纵坡的供水快速流地形上：具有较大沟底纵坡的供水快速流动的谷槽和沿其成凹形倾向谷槽的较大面积动的谷槽和沿其成凹形倾向谷槽的较大面积的汇水斜坡的汇水斜坡-山区。山区。.降雨特性：短时间内强度很大的暴雨降雨特性：短时间内强度很大的暴雨,冰雪冰雪急剧融

39、化。急剧融化。.固体物质：地表分布有较多松散岩土颗粒。固体物质：地表分布有较多松散岩土颗粒。v2. 山洪的地质作用山洪的地质作用：v 山洪急流作用方式：侵蚀搬运沉积山洪急流作用方式：侵蚀搬运沉积。* 1 1）. .洪流的侵蚀作用：洪流的侵蚀作用：洪流以自身的动力及携带的泥沙、石块对沟谷的冲蚀和磨蚀作用。洪流的冲蚀作用可以发育冲沟洪流及其携带的泥沙的机械侵蚀作用很强，将地表切割出的线状沟谷其横截面多为“V”字型。* 2 2）. .洪流的搬运作用：洪流的搬运作用： 洪流以自身的动力将堆积物及侵蚀产物搬离原地的作用。以机械搬运作用为主,溶运为辅。沉积物大小混杂，分选差。附：冲沟的形成条件及过程附：冲

40、沟的形成条件及过程 v形成条件地质上：为厚层或巨厚层的疏松物质土体，植被稀地质上：为厚层或巨厚层的疏松物质土体，植被稀少少气候上：半干旱的暴雨频繁区气候上：半干旱的暴雨频繁区地形上：地面具有一定坡度的斜坡。地形上：地面具有一定坡度的斜坡。v冲沟的形成阶段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斜坡上的冲沟斜坡上的冲沟v 3）.洪流的沉积作用洪流的沉积作用：当洪水出沟口后，因当洪水出沟口后，因地形开阔，水流分散，流速迅速下降，洪流的活地形开阔，水流分散，流速迅速下降，洪流的活力急剧降低，所挟带的碎屑物迅速堆积下来组成力急剧降低，所挟带的碎屑物迅速堆积下来组成洪积层洪积层。

41、 单个沟口的洪积层为前弧向外的扇形称单个沟口的洪积层为前弧向外的扇形称为洪积扇。当附近有多个沟口，而洪积扇规模逐为洪积扇。当附近有多个沟口，而洪积扇规模逐渐扩大与之相邻组成洪积裙。渐扩大与之相邻组成洪积裙。v洪积层的工程地质特征：洪积层的工程地质特征： .物质组成：成分相对较单一，主要为石块、碎屑、物质组成：成分相对较单一，主要为石块、碎屑、泥沙。泥沙。 .结构构造：分选较差、颗粒大小不均，但从扇顶、结构构造：分选较差、颗粒大小不均，但从扇顶、扇中到扇缘基本上由粗到细；磨园较差，棱角较分扇中到扇缘基本上由粗到细；磨园较差，棱角较分明，发育不规则交错层理、透镜体、尖灭等现象。明，发育不规则交错层

42、理、透镜体、尖灭等现象。v .工程地质性质：靠近沟口的扇顶部分为工程地质性质：靠近沟口的扇顶部分为粗碎屑沉积地段（上段）颗粒大，孔隙大，粗碎屑沉积地段（上段）颗粒大，孔隙大，透水性强，地势较高，地下水埋藏较深，压透水性强，地势较高，地下水埋藏较深，压缩性小，强度高，稳定性缩性小，强度高，稳定性 较好，是良好的天较好，是良好的天然地基。洪积扇的外围然地基。洪积扇的外围-扇缘部分、堆积的扇缘部分、堆积的是以粘土颗粒为主的细碎屑，成分较均匀，是以粘土颗粒为主的细碎屑，成分较均匀，透水性差，若在沉积过程中发生周期性的干透水性差，若在沉积过程中发生周期性的干燥，粘土颗粒发生凝聚并有可溶盐析出胶结燥，粘土

43、颗粒发生凝聚并有可溶盐析出胶结，强度也较高；而洪积扇的过度带成分、结，强度也较高；而洪积扇的过度带成分、结构均匀性差，地下水埋藏浅，工程地质条件构均匀性差，地下水埋藏浅，工程地质条件不好。不好。洪积扇洪积扇洪积扇纵剖面洪积扇平面第三节 河流地质作用v一. 河谷形态特征v二 . 河流的侵蚀作用v三. 河流的搬运作业v四 . 河流的沉积作用v五. 河流阶地河河床床谷谷底底坡坡麓麓谷谷坡坡谷谷缘缘一. 河谷形态特征河谷要素图河谷要素图 1） 一条河流从河源到河口一般可分为一条河流从河源到河口一般可分为三段：三段：上游、中游和下游。上游、中游和下游。 上游上游 ：多位于高山峡谷中，急流险滩多，有的：多

44、位于高山峡谷中，急流险滩多，有的还发育有瀑布，河道较直，流量不大但流速很高，还发育有瀑布，河道较直，流量不大但流速很高，河谷横断面多呈河谷横断面多呈“”字形。字形。 中游中游：河谷较宽广，河漫滩和河流阶地发育，：河谷较宽广，河漫滩和河流阶地发育，横断面多呈横断面多呈“”字形。字形。 下游下游：多位于平原地区，流量大而流速较低，：多位于平原地区，流量大而流速较低，河谷宽广，河曲发育，在河口处易形成三角洲。河谷宽广，河曲发育，在河口处易形成三角洲。 2） 一条河流从产生到灭亡可分为三个阶一条河流从产生到灭亡可分为三个阶段：段：幼年期、壮年期、老年期幼年期、壮年期、老年期。1).幼年期阶段幼年期阶段

45、n开始时，河流循被抬升的开始时，河流循被抬升的原始倾斜地面发育，水文原始倾斜地面发育，水文网稀疏，在河谷之间存在网稀疏，在河谷之间存在着宽广的分水地。随着河着宽广的分水地。随着河流的下切侵蚀，河流比降流的下切侵蚀，河流比降开始加大，坡折增多，横开始加大，坡折增多，横剖面呈剖面呈“V V”字形，坡谷坡字形，坡谷坡陡。坡顶与分水地面有一陡。坡顶与分水地面有一明显的坡折。明显的坡折。 后来，水系逐渐增多，地面分割加剧，河谷加深，后来，水系逐渐增多，地面分割加剧，河谷加深，较大的河流逐渐趋于均衡状态。此后，谷坡的剥较大的河流逐渐趋于均衡状态。此后，谷坡的剥蚀速度相对大于河流下切的速度，河谷不断展宽。蚀

46、速度相对大于河流下切的速度，河谷不断展宽。整个时期的地势起伏最大，地面最为破碎整个时期的地势起伏最大，地面最为破碎 附：河流的发展2).壮年期阶段壮年期阶段 n谷坡不断后退，使分水岭两侧的谷坡日益接近且相交，谷坡不断后退，使分水岭两侧的谷坡日益接近且相交，原来宽平的分水岭最后变成狭窄的岭脊。随着谷坡侵原来宽平的分水岭最后变成狭窄的岭脊。随着谷坡侵蚀的进行，谷坡逐渐减缓，山脊变得低矮浑圆，在谷蚀的进行，谷坡逐渐减缓，山脊变得低矮浑圆，在谷坡下半部常形成凹形坡。坡下半部常形成凹形坡。 河流一般已趋于均衡状态，河流一般已趋于均衡状态，河谷比较开阔。河谷比较开阔。 3).老年期阶段老年期阶段 n河流停

47、止下切侵河流停止下切侵蚀，分水岭逐渐蚀，分水岭逐渐下降，地面成微下降，地面成微微起伏的波状地微起伏的波状地形。河流蜿蜒曲形。河流蜿蜒曲折，河谷展宽，折，河谷展宽，谷坡较稳定。整谷坡较稳定。整个地面称为准平个地面称为准平原，代表河流地原，代表河流地貌发育的终极阶貌发育的终极阶段。段。 河流景观河曲河曲 河曲是河流河曲是河流最迷人的地方，最迷人的地方，由水流的侧蚀而由水流的侧蚀而成，外侧流速最成，外侧流速最快，侵蚀程度也快，侵蚀程度也最大。内侧流速最大。内侧流速减慢，从外侧侵减慢，从外侧侵蚀下来的物质在蚀下来的物质在此沉积，形成点此沉积，形成点砂坝。河道两侧砂坝。河道两侧出现交替排列的出现交替排列

48、的浅滩和凹坑。如浅滩和凹坑。如此反复进行，河此反复进行，河道就慢慢变成一道就慢慢变成一系列略呈对称的系列略呈对称的弯道。弯道。 随着河道弯曲的随着河道弯曲的演化，河曲带逐渐加演化，河曲带逐渐加宽，河道长度逐渐增宽，河道长度逐渐增大，河床坡度减小，大，河床坡度减小，流速减低。在这一演流速减低。在这一演变过程中，因河道弯变过程中，因河道弯曲率逐渐增加，河弯曲率逐渐增加，河弯颈部渐细，最终在洪颈部渐细，最终在洪水期河水可能冲破河水期河水可能冲破河弯颈取直道前进，造弯颈取直道前进，造成河流的天然成河流的天然截弯取截弯取直直，原来的河弯被废，原来的河弯被废弃，并堵塞成湖，称弃，并堵塞成湖，称为为牛轭湖牛

49、轭湖。牛轭湖牛轭湖大兴安岭牛轭湖河流的地质作用包括河流的地质作用包括:(1).侵蚀作用：侵蚀作用： 河水在流动的过程中不断加深和拓宽河床的作用河水在流动的过程中不断加深和拓宽河床的作用称为河流的侵蚀作用称为河流的侵蚀作用。(2).搬运作用：搬运作用： 河流在流动的过程中将河床上剥蚀下来的固体物河流在流动的过程中将河床上剥蚀下来的固体物质移动使其离开原地的作用。质移动使其离开原地的作用。(3).沉积作用：沉积作用： 河流在运动中由于能量的损耗而将所夹带河流在运动中由于能量的损耗而将所夹带 固体物固体物质卸下形成河流冲积层的作用。质卸下形成河流冲积层的作用。二.河流的侵蚀作用1).按作用方式分类：

50、按作用方式分类： 溶蚀：溶蚀：河水对组成河床的可溶性岩石或矿物不断河水对组成河床的可溶性岩石或矿物不断进行的化学溶解，使之逐进行的化学溶解，使之逐 渐随水流失渐随水流失. 机械侵蚀：机械侵蚀：流动的河水对河床组成物质的直接流动的河水对河床组成物质的直接冲冲击击和夹带砂砾、卵石等固体物质对河床的和夹带砂砾、卵石等固体物质对河床的磨磨蚀蚀。2).按作用方向分类：按作用方向分类： 下蚀作用：下蚀作用：流水对河底岩石的侵蚀（磨、冲刷、流水对河底岩石的侵蚀（磨、冲刷、溶）使河床溶）使河床 逐渐逐渐下切和加深下切和加深的作用。的作用。 侧蚀作用：侧蚀作用：河水对河床两岸的岩石进行侵蚀，河水对河床两岸的岩石

51、进行侵蚀，使河谷使河谷加宽或使河道左右迁移加宽或使河道左右迁移的作用。的作用。 1. 下蚀作用下蚀作用v下蚀作用定义：下蚀作用定义： 河水在流动的过程中使河床逐渐下切加深的作河水在流动的过程中使河床逐渐下切加深的作用。用。v作用的过程和结果：作用的过程和结果： 流动着的河水及其夹带的固体物质对河床底部流动着的河水及其夹带的固体物质对河床底部的岩土体颗粒发生冲摧作用，若颗粒的背冲推面的岩土体颗粒发生冲摧作用，若颗粒的背冲推面（指向下游）有临空面存在时，颗粒很容易被从整（指向下游）有临空面存在时，颗粒很容易被从整体上剥离下来而被流水带走。体上剥离下来而被流水带走。河流下蚀作用导致桥基出露河流下蚀作

52、用导致桥基出露下蚀作用的特点下蚀作用的特点v溯源侵蚀：溯源侵蚀： 河流下蚀作用总是从河流的下游开始，河流下蚀作用总是从河流的下游开始，逆着水的流向向河源方向推进，称为溯源侵逆着水的流向向河源方向推进，称为溯源侵蚀。蚀。 v侵蚀基准面侵蚀基准面 ： 河流下蚀作用休止的平面。河流下蚀作用休止的平面。 基本侵蚀基准面基本侵蚀基准面海平面。海平面。 局部侵蚀基准面局部侵蚀基准面-主河流面、湖泊面等。主河流面、湖泊面等。溯源侵蚀溯源侵蚀2.侧蚀作用侧蚀作用v1). 侧蚀作用定义： 河流在流动的过程中，冲刷两岸使河床不断加河流在流动的过程中，冲刷两岸使河床不断加宽的作用。宽的作用。v2). 作用过程： 流

53、动着的河流在进入弯道后，由于离心力的作用，流动着的河流在进入弯道后，由于离心力的作用，流水不仅有一向前的运动，同时还产生一种沿离心流水不仅有一向前的运动，同时还产生一种沿离心力指向凹岸的运动。而由于水体表层流束与底层流力指向凹岸的运动。而由于水体表层流束与底层流束向凹岸运动的速度差（底层的阻力大）导致出现束向凹岸运动的速度差（底层的阻力大）导致出现横向环流横向环流，使表层的流束以很大的流速冲向凹岸，使表层的流束以很大的流速冲向凹岸，产生较强烈的的冲刷，使得凹岸不断的坍塌后退，产生较强烈的的冲刷，使得凹岸不断的坍塌后退，冲刷下来的固体物质再由底层流束带向凸岸（为前冲刷下来的固体物质再由底层流束带

54、向凸岸（为前部或下一弯道凸岸的后部）堆积起来，这样使得河部或下一弯道凸岸的后部）堆积起来，这样使得河湾曲率增大，在纵向流的影响下，使得河湾逐渐向湾曲率增大，在纵向流的影响下，使得河湾逐渐向下游移动，从而导致河床发生平面摆动。下游移动，从而导致河床发生平面摆动。 3).河流的横向环流作用河流的横向环流作用河流侧蚀作用河流侧蚀作用凹岸凹岸凹岸凹岸凸岸凸岸凸岸凸岸4).河流侵蚀作用的作用规律 在河流的流动中，流水处于由纵向流和横向环流在河流的流动中，流水处于由纵向流和横向环流组成的螺旋状流束流动，下蚀作用和侧蚀作用同时组成的螺旋状流束流动，下蚀作用和侧蚀作用同时进行：进行：但在河流的上游或山区河流但

55、在河流的上游或山区河流，由于河床纵坡，由于河床纵坡大，流速大，纵流占优势，以下蚀作用为主；而大，流速大，纵流占优势，以下蚀作用为主；而在在河流的中下游、平原区河流纵坡较小河流的中下游、平原区河流纵坡较小，河湾较多，河湾较多，流速小，横向环流为逐，侧蚀作用为主。流速小，横向环流为逐，侧蚀作用为主。 河谷形态：上游、中游、下游，依次为河谷形态：上游、中游、下游，依次为“V”、不、不对称，对称，“U”形。形。三三.河流的搬运作用河流的搬运作用v1. 河流的搬运作用定义：河流的搬运作用定义： 河流在流动的过程中将河床上剥蚀下来的固体物质随水流移动使其离开原地的作用。v2. 搬运方式搬运方式-碰撞、磨蚀

56、、分异碰撞、磨蚀、分异：化学搬运溶运: 离子、胶体机械搬运: 碎屑物悬运（d2mm）四四.河流的沉积作用河流的沉积作用 1. 沉积作用定义： 河流在运动中由于能量的损耗或加入其它有关成河流在运动中由于能量的损耗或加入其它有关成分而将所夹带的分而将所夹带的 固体物质卸下形成河流冲积层的作固体物质卸下形成河流冲积层的作用。用。 2.影响因素：影响因素：固体方面：重量、体积及形状固体方面：重量、体积及形状流水方面：流速、流量、其它成分流水方面：流速、流量、其它成分 有利于发生机械沉积作用的场所：（1）河床坡降发生显著变缓的地段；（2）河流流入相对静止水体的地段；（3）弯曲河道的凸岸。碎屑颗粒在搬运过

57、程中的机械分异现象 碎屑颗粒按大小、形状、比重依次发生沉积的现象，称机械分异现象。 碎屑物按粒径大小粒径大小依次沉积的顺序是：砾石砂粉砂粘土； 按颗粒比重大小比重大小依次沉积的顺序是：金（18.0) 黄铁矿（5.0)铬铁矿(3.1) 石英(2.7) 石墨(2.16) 琥珀(1.07) 。 根据机械分异原理所揭示的规律：贵金属（Au、Pt、Ag）等矿物因其比重较大，常与粒径较大的碎屑混杂在一起堆积。v 如含金砾岩型金矿。 化学溶运物的沉积: 河水对可溶性物质可溶性物质的搬运过程，称化学搬运或溶运。 1真溶液形式的搬运 Cl、S、Ca、Na、Mg等。沉淀条件矿物在水中的离子积超过其溶度离子积超过其溶度积积。 2胶体形式的搬运