水的地质作用（课堂PPT）

1、1第3章 水的地质作用v概述v地表水的地质作用v地下水的地质作用2 自然界水广泛存在于大气圈、水圈、生物圈和地球内部，并处于不断的运动之中，水的运动成就了生物的不断繁衍，地貌的不断改变。 自然界水循环：大循环（海洋与陆地）、小循环（海上内循环、内陆循环）3.03.0 概述概述33.1 地表水的地质作用v地表水又称地面水流，是指陆地表面在重力作用下流动的液态水。地表水的地质作用又可分为：暂时性流水地质作用、经常性流水（河流）地质作用。v地表水的地质作用包括：侵蚀作用、搬运作用、沉积作用水的侵蚀作用-斜坡滑塌水的搬运和沉积作用43.1.2 暂时性流水的地质作用:淋滤、洗刷、冲刷v淋滤作用及残积层（

2、Qel）： 大气降水将地表附近细小物质带走，另外还将周围易溶成分溶解，使得岩石逐渐丧失完整性，称为淋滤作用。 残积层特征：地表以下，基岩以上；成分与基岩关系密切；厚度与地形、气候、 化学成分等有关；具有大空隙结构。5v洗刷作用及坡积层（Qdl） 大气降水沿地表流动，在山坡上形成面流，将坡面的碎屑物质洗刷至山坡坡角处沉积下来，称为洗刷作用。 特征： 位于坡角，厚度变化大； 由顶部崩塌碎石、粘土组成； 层理不明显，棱角分明； 松散，富水，稳定性差。6崩积物，与坡积物组合形成崩坡积物！7v冲刷作用及洪积层（Qpl） 地表水向低洼沟槽汇集，水量增大，携砂石增多，侵蚀能力增强，使得沟槽下切，变宽，称为冲

3、刷作用。冲刷作用形成冲沟与洪积层 裂隙发育，坡面陡，缺少植物覆盖，易形成冲沟，地表被切割的支离破碎，冲沟的治理以预防为主；调整水流，人工种植草皮等。 洪积层特征:扇形、成分复杂；扇顶粗大，扇缘细小8910113.1.3 河流的地质作用 我国河流众多，流域面积占国土面积40%，约400万KM2。v河流河段 上游：“V”形； 中游：“U”形； 下游：河面宽广。v侵蚀作用 河流侵蚀能力由河水 动能决定：212EQv12三峡下蚀作用的结果 峡谷地貌虎跳峡河谷呈V字型返回13亚马逊河黄河侧蚀作用的结果 河曲地貌14河流的侧向侵蚀河流的侧向侵蚀15牛轭湖的形成16v河流搬运作用 搬运能力与速度关系巨大，搬

4、运形式：物理、化学搬运。悬浮式悬浮式粉砂、粘土粉砂、粘土跳跃式跳跃式块石、卵石块石、卵石和粗砂和粗砂滚动式滚动式砾石、块石砾石、块石17源头 入海口分选好、磨圆好、颗粒细、石英多18v沉积作用和冲积层（Qal） 河流由山区进入平原地区，流速骤然降低使得大量物质沉积下来形成冲积扇；另外在大河入海口会形成三角洲。19山口沉积作用山口沉积作用河口沉积作用河流的沉积作用及类型20俄罗斯勒那三角洲返回21冲积层特征 分布于河床、冲积扇冲击平原或三角洲中，成份复杂，分选性好、层理明显、磨圆度高； 分布广泛，坡面平缓。砂卵石层可作为优质地基，而粘土承载能力较低，另外需注意软弱土层及粉砂层； 砂卵石层为良好的

5、建筑材料，另外含有丰富的地下水。砂卵石层河流软粘土22v二、河谷横断面及河流阶地河谷横断面： 河谷组成图河谷组成图23v二、河谷横断面及河流阶地河谷地貌影响因素： 地壳升降、河谷岩性、地质构造、气候条件等。 河流不同地段和不同发育阶段（幼年期、壮年期及老年期）河谷形态均不同。24V型峡谷黄河-地上河地上河幼年期河谷幼年期河谷,下蚀作用强下蚀作用强烈烈老年期河谷，沉老年期河谷，沉积作用，形成平积作用，形成平原原壮年期河谷壮年期河谷, ,侧蚀作用强侧蚀作用强烈，河曲发烈，河曲发育，有阶地育，有阶地252、河流阶地横向阶地-河流与阶地延伸垂直纵向阶地-阶地延伸方向与河流平行横向阶地发生向源侵蚀（下蚀

6、作用）纵向阶地（地壳上升和河流地质作用）26地壳上升，河谷下切，形成河流阶地地壳上升，河谷下切，形成河流阶地内叠阶地内叠阶地27阶地发育的三个阶段阶地发育的三个阶段河漫滩阶地28组成物质不同，阶地类型：侵蚀、基座、冲积、埋藏侵蚀阶地：阶面为侵蚀基岩，无冲积物。多见于构造运动上升的山区河谷中。基座阶地：陡面和陡坎上是冲积物，下部是基岩。反映河流下蚀深度超过了原河床谷底，并切入基岩。29冲积阶地（）：阶地陡坎上没有基岩，全部由冲积物组成。其形成反映河流下蚀深度没有超过谷底。根据下蚀深度的不同又可分为：上迭阶地和内迭阶地。埋藏阶地：河谷形成阶地后，地壳相对下降，把原河谷阶地掩埋起来，被掩埋的阶地称埋

7、藏阶地30河河 流流 阶阶 地地31侵侵 蚀蚀 阶阶 地地32基座式阶地基座式阶地33v河流地质作用与工程建设关系 城市、道路、桥梁沿河发展的城市（武汉）34沿河行进的公路35跨河的桥梁363.2 地下水地质作用v1、概念： 地下水是埋藏于地表以下岩土体空隙中各种状态的水，是地球水体的重要组成部分。与地表水相互补给，是宝贵的地下资源，同时又是各种工程事故产生的重要因素。37二、地下水基本知识v1、地下水存在形式 气态水： 以水蒸气形式存在于未被水饱和的岩土体空隙中。温度降 低凝结成水。 液态水： 吸着水（强结合水）：由颗粒或岩体表面的电荷吸引，结合力 大，不能传递水压，不能溶解盐，不能 被植物

8、吸收。 薄膜水（弱结合水）：电荷引力降低，水层加厚，不能传递水 压。 毛管水：同时受重力和毛管力的共同作用，可传递水压。38 重力水：岩土体的裂隙和 空隙中被水填满， 在重力作用下能 自由运动的水。 固态水： 当水温低于0时，液态水就转化为固态水，出现冻涨现象。3940持水性持水性依靠分子引力或毛细力，在岩土孔依靠分子引力或毛细力，在岩土孔隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。岩岩土土的的总总体体积积持持的的水水的的体体积积靠靠分分子子引引力力和和毛毛细细力力保保持持水水度度 指岩土能容纳一定水量的性能。指岩土能容纳一定水量的性能。容水性容水性岩土的总体积岩土

9、的总体积岩土容纳水的体积岩土容纳水的体积容水度容水度 二、岩土的主要水理性质41在重力作用下，饱水岩土能够流出在重力作用下，饱水岩土能够流出一定水量的性能。一定水量的性能。给水性给水性持水度持水度容水度容水度岩土的总体积岩土的总体积能自由流出的水的体积能自由流出的水的体积给水度给水度岩土允许水透过的性能称为透水性。岩土允许水透过的性能称为透水性。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砾石层淤泥质土42含水层与隔水层概念含水层与隔水层概念 含水层含水层：在正常水力梯度下，饱水、透水并能给出一定量：在正常水力梯度下，饱水、透水并能给出一定量水的岩土层。构成含水层的条件：一是

10、有空隙存在，并充满足水的岩土层。构成含水层的条件：一是有空隙存在，并充满足够量的水，二是这些重力水能从岩土中自由流出。砂卵石够量的水，二是这些重力水能从岩土中自由流出。砂卵石 隔水层隔水层：在正常水力梯度下不透水或透水相对微弱的岩土：在正常水力梯度下不透水或透水相对微弱的岩土层称为隔水层。粘土、泥岩、页岩层称为隔水层。粘土、泥岩、页岩43v3、地下水的物理性质和化学性质 地下水的补给来源、埋藏、径流条件不同，溶解了多种盐分、气体和有机物，所以具有复杂的成分。其性质差别很大。 地下水的物理性质 物理性质包括：温度、颜色、透明度、气味、口味等。 地下水的化学成分 离子成分、气体成分、胶体成分、有机

11、质和细菌成分N N2 2、O O2 2、COCO2 2、CHCH4 4、H H2 2S S及放射性气体等及放射性气体等离离 子子阳离子阳离子:H:H+ +、NaNa+ +、K K+ +、NHNH4 4+ +、MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+等等阴离子阴离子: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等等气气 体体胶胶 体体44

12、 地下水的化学性质分类 矿化度：地下水中含有各种离子、分子和化合物的总量。 硬度：水的硬度取决于水中钙、镁离子的含量。 总硬度=暂时硬度+永久硬度地下水类型淡水微咸水咸水盐水卤水总矿化度总矿化度（g/L）113310105050水的类型极软水软水微硬水硬水极硬水 德国度德国度（mg/L）4.24.28.48.416.816.825.225.245 酸碱度：取决于水中H离子的浓度 侵蚀性：指水对碳酸盐及金属类物质的侵蚀能力。 硫酸型侵蚀，含硫酸根离子，与砼作用生成硫酸 盐，体积膨胀，结晶性侵蚀。 碳酸型侵蚀，含碳酸根离子，与砼作用生成溶解 盐类，溶解性侵蚀。地下水类型 强酸性水 弱酸性水中性水弱

13、碱性水 强碱性水pH值值55777 9946三、地下水的基本类型及特征v1、概念 广义：赋存于地面以下岩土空隙中的水，包气带水、饱和 带水等。 狭义：赋存于饱水带岩土空隙中的水。 埋藏条件： 指含水岩层在地质 剖面中所处的部位 及受隔水层限制的 情况。据此可将水 分为：上层滞水、 潜水、承压水。潜水包气带水承压水47v2、按埋藏条件分类 上层滞水： 土壤水：土壤层中的水，主要以毛细管水和结合水形式存 在，来源有：大气降水渗透、水汽凝结、潜水补 给。 重力水：存在于包气带局部隔水层之上，由大气降水和 地表水入渗补给，季节性较强。48v潜水 概念：埋藏于地表以下第一个稳定隔水层之上的重力水。相关概

14、念：潜水面（无压的自由水面）、潜水位、埋藏深度、含水层厚度 特征：a、具有自由面， 为无压水。 b、分布区和补 给区一致。 c、具有明显的 动态特性。 d、埋藏较浅， 容易受到污 染。49 潜水面的形状： 潜水面非水平面，而是倾斜的曲面。受地形、含水层厚度以及岩土层透水性等因素影响，岩层透水性的影响岩层透水性的影响含水层厚度的影响含水层厚度的影响地表地形的影响地表地形的影响50 潜水的补给径流和排泄： a、潜水的补给 大气降水补给、地表水入渗、越流补给、旱季凝结水 b、潜水的径流 潜水由补给区流向排泄区的过程称为潜水径流。51c、潜水的排泄 潜水含水层失去水量的过程称为潜水排泄。 水平排泄：山

15、区或丘陵地区，潜水以泉或散流形式 排泄于沟谷或地表。 垂直排泄：平原地区，潜水耗于蒸发，矿物度升高，水质变差。泉水排泄5253 承压水： 充满于两个隔水层之间，具有静水压力的重力水。 a、承压性，非自由水面 b、补给区分布区不一致 c、气象影响不显著 d、厚度不受季节影响 e、不易受到污染 b、承压水埋藏类型 承压水的埋藏决定于地 质构造，有两类： 盆地或向斜蓄水构造承压盆地 单斜蓄水构造承压斜地54地形与地质构造一致地形与地质构造一致（不一致）（不一致）承 压 含 水承 压 含 水层在同一区域层在同一区域内均可在不同内均可在不同深度有着若干深度有着若干层同时存在的层同时存在的情况，它们之情况

16、，它们之间的水头高度间的水头高度与地形和构造与地形和构造二者有关。二者有关。55 承压斜地：v其形成有三种情况岩性发生相变或者尖灭岩性发生相变或者尖灭侵入岩体阻截侵入岩体阻截含水层被断含水层被断层所截层所截56 c、承压水的补给、径流和排泄 承压水的补给：补给区出露地表时由大气降水补给；位于河 床、湖沼地带时，则主要由地表水补给。当 低于潜水水位时通过潜水补给。 承压水的径流：径流主要取决于含水层的透水性、补给区到 排泄区的距离、水位差、含水层的挠曲程度 等。57 承压水的排泄承压水的排泄排入潜水排入潜水泉水形式排泄泉水形式排泄排于地表排于地表58 类类 型型 潜潜 水水 承承 压压 水水 埋

17、藏条件埋藏条件 在第一个隔水层之上在第一个隔水层之上 在两个隔水层之间在两个隔水层之间 主要补给方式主要补给方式 大气降水、地表水大气降水、地表水 补给区的潜水补给区的潜水 主主 要要 特特 点点 1具有自由水面从高处向低具有自由水面从高处向低处渗流处渗流2分布区与补给区基本一致分布区与补给区基本一致3埋藏较浅，受气候影响大埋藏较浅，受气候影响大，水量不稳定，易受污染，水量不稳定，易受污染 1 1承受静水压力，水的运动取决于承受静水压力，水的运动取决于静压力静压力2 2分布区与补给区，排泄区常不一分布区与补给区，排泄区常不一致致3 3埋藏较深，受气候影响小，水量埋藏较深，受气候影响小，水量稳定

18、，不易受污染，水质较好。稳定，不易受污染，水质较好。 环环 境境 问问 题题 1 1不合理灌溉，造成土壤盐不合理灌溉，造成土壤盐渍化。渍化。2 2过量开采形成漏斗区，引过量开采形成漏斗区，引起地面下沉，沿海地带海水倒起地面下沉，沿海地带海水倒灌，水质恶化灌，水质恶化 污染及过量开采后不易恢复污染及过量开采后不易恢复 59v二、按含水层性质分类：孔隙水、裂隙水、岩溶水 孔隙水 赋存于松散沉积物颗粒构成的空隙网络中，存在于第三系与第四系地层中,少数分布于大孔隙结构的基岩中。 a、洪积扇中的地下水60 b、冲积平原中的地下水 近代河道及现代河道，地势较高，沉积颗粒较大；向外地势变低，沉积物变细；所以

19、此处地下水的分布呈现，河道地区处于补给区，以溶滤作用为主；向两侧的洼地，地势逐渐变低，岩性变细，渗透性差，地下水位变浅，蒸发增加，矿化程度变大。61 c、湖积物中的地下水 我国第四纪发育的湖泊较多，但湖泊沉积往往是沙砾层与粘土层的互层，垂直补给比较困难。一般湖积物中的地下水并不丰富。 裂隙水 在裂隙含水层中存储和运动的地下水称裂隙水；其运移与岩石裂隙性状有关，按照裂隙成因可分为：风化裂隙水、成岩裂隙水以及构造裂隙水。 风化裂隙水：埋藏在基岩 的风化裂隙中，裂隙有一 定的张开性，储存于其中 的水相互连通，构成统一 的地下水面。一般储水量 较小。泰山风化裂隙泰山风化裂隙62 成岩裂隙水：埋藏于岩石

20、成形过程中形成的裂隙中，仅存在某一岩层中，不切层、延伸不远、彼此连通、层状分布。63 构造裂隙水 由于地壳构造运动形成的各种断层节理中所含有的水。 压扭性构造裂隙 裂隙封闭，透水性差，可以起隔水作用 逆断层、封闭节理 拉张性构造裂隙 裂隙张开，透水性好，蓄水量大，良好的含水和过水作用，正断层、平移断层、张开节理 64 裂隙水分布特征：脉状分布、带状分布、层状分布。砂泥互层砂泥互层-层状，层状，硬岩层状裂隙硬岩层状裂隙水水坚硬岩石裂隙坚硬岩石裂隙-脉状，连通性脉状，连通性差，水量小差，水量小断裂破碎带断裂破碎带-带状，水量带状，水量大，延伸远大，延伸远65 岩溶水 储存和运动于可溶性岩石洞隙中的

21、地下水称岩溶水。66 a、岩溶水的埋藏与分布特征 岩溶水可以是潜水也可以是承压水，埋藏深度可深可浅，当底部无不透水层时，一般会发育很深，地面往往出现缺水现象。（南方地区的岩溶水）67各种类型的岩溶地貌68四、地下水地质作用 地下水对岩层的破坏和建造称地下水地质作用，包括：剥蚀作用、搬运作用以及沉积作用。v1、剥蚀作用 a、机械潜蚀作用 地下水流动将松散 土体（黄土）或松 散岩石中的细小颗 粒冲刷带走，破坏 土体或岩体结构。 b、化学溶蚀作用6970v2、搬运作用 机械搬运与化学搬运v3、沉积作用 机械沉积（流速变化） 化学沉积（温度压力变化）地下水溶质在粒间孔地下水溶质在粒间孔隙内沉淀颗粒胶结

22、隙内沉淀颗粒胶结在裂隙内沉淀灰岩在裂隙内沉淀灰岩岩脉岩脉碳酸钙沉淀钟乳石碳酸钙沉淀钟乳石71泉水沉积形成的泉华泉水沉积形成的泉华压力降低，CO2逸出使CaCO3沉淀，形成疏松多孔的物质，称钙华；因温度降低SiO2沉淀，形成疏松多孔的物质，称硅华。72五、地下水对土木工程的影响v1、地下水对砼与钢筋的侵蚀 a、溶出侵蚀（ ） 水中碳酸氢根离子含量低于2.0Mg/L，或暂时硬度小于3，地下水具有溶出性侵蚀。 b、碳酸侵蚀 地下水流动，二氧化碳得到不断补充，侵蚀作用不断进行。23232()()22Ca OHCa HCOCaCOH O 2()Ca OHCaO、2322323()2CaCOCOH OCa

23、 HCOCaHCO73 c、硫酸盐侵蚀 硫酸根超过250mg/L，与氢氧化钙反应生成石膏，体积膨胀 d、一般酸性侵蚀 当地下水pH值小于5.2时，水中酸性离子与氢氧化钙反应，生成物若溶于水，则砼被侵蚀。 e、镁盐侵蚀 地下水中的 与砼中的 作用生成易溶于水的 及硫酸盐侵蚀的 引起砼破坏。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问题 a、增强地下水的腐蚀性（盐渍土、表土沼泽化）75 b、引起不良地质现象 滑坡、崩塌、建筑物破坏、地面开裂等。 c、砂土液化、流砂、管涌76流砂和潜蚀流砂和潜蚀流砂流砂在饱和土中