认知河流对道路工程造成的影响

1、认知河流对道路工程造成的影响*工程地质 苏巧荣2 河流地质作用河谷的组成：*3一、河流地质作用：侵蚀、搬运和沉积（一）河流的侵蚀作用：河流从高处向低处流动过程中，以自身的化学动力(溶解力)和机械动力(水力)，并以携带的泥沙和砾石作工具，不断地破坏河床，使河谷不断加深和拓宽的过程 。*4按作用方式不同分为：1）机械侵蚀：河水对河床的直接冲击和河水夹带的砂砾、卵石等固体物质对河床的磨蚀。2）化学溶蚀作用：河水对可溶岩不断进行化学溶解并使之随水流失。*5按作用方向不同分为：1、下（底）蚀作用：河水对河床底部岩石破 坏，使河谷加深的过程。溯源侵蚀：河流袭夺：侵蚀基准面：（一）河流的侵蚀作用*6下蚀作用

2、结果形成深切的峡谷（一）河流的侵蚀作用*工程地质7长江虎跳峡*工程地质8强烈下蚀的黄河上游龙羊峡 *92、侧蚀作用：河水对河床岩石破坏，使河谷拓宽的过程。由于河水惯性离心力的作用使河水冲向弯曲河床的凹岸，造成凹岸被侵蚀。而凸岸水流减缓，在凸岸河水携带的泥沙就会沉积，河床不断加宽，河曲的曲度变大，形成蛇曲河。蛇曲河最后会裁弯取直。废弃的弯曲河道称为牛轭湖（一）河流的侵蚀作用三、河流地质作用*10侧蚀作用的过程*工程地质 苏巧荣11河流的侧向侵蚀 及河道的迁移*12河道的裁弯曲直牛轭湖的形成*工程地质 苏巧荣13*工程地质 苏巧荣14*15*16下蚀作用与侧蚀作用的关系时间上河流发育的早期以下蚀作

3、用为主，随着坡度减小，逐渐转为以侧蚀作用为主。空间上河流的上游以下蚀作用为主，河流的下游以侧蚀作用为主。*17（二）河流的搬运作用河流的搬运作用是河水把冲刷下来的物质搬运到其它的地方。搬运物质的粒径与水流的流量和流速平方成正比。流量一定，d v2。河流的搬运作用的特点：分选性、磨圆作用。三、河流地质作用*18（三）河流的沉积作用和冲积层河水在河床坡降平缓的地带及河口附近流速变缓，水流所搬运的物质便沉积下来，这种沉积过程称为沉积作用，所沉积的物质称为冲积物（层）或河流沉积物。三、河流地质作用*19河流沉积作用的主要方式是机械沉积作用。引起河流机械沉积作用主要原因是河水流速的降低，导致机械动能的减

4、小，使河流的搬运能力降低而发生沉积 。根据沉积的部位分为：平原河谷冲积物：山区河谷冲积物山前平原冲积物三角洲及溺谷沉积物（三）河流的沉积作用和冲积层三、河流地质作用冲积层(Qal)的特征：1、冲积层分布在河床、冲积扇、冲积平原、三角洲地区，其成分复杂、河流汇水面积内的所有岩石和土都能成为河流冲积层的物质来源。它具有分选性、磨圆度、层理明显的特征。*20（三）河流的沉积作用和冲积层三、河流地质作用冲积土(Qal)的特征：2、作为工程建筑物的地基，砂、卵石承载力较高；粘性土承载力较低。特别应注意两种不良冲积物：软弱土层（牛轭湖相沉积物和淤泥）及流砂（松散的粉细砂层）。作为公路或桥梁地基时应采取专门

5、的设计和施工措施。*21（三）河流的沉积作用和冲积层三、河流地质作用冲积土(Qal)的特征：、冲积层中的卵石、砾石和砂，可以作为建筑材料。厚度稳定、连续性好的卵石、砾石和砂，含有丰富的地下水，是良好的供水水源。*22（三）河流的沉积作用和冲积层三、河流地质作用*23河流沉积物（冲积物）的特征以机械碎屑为主砾石的磨圆好发育二元结构常发育层理沉积物分选性好从上游到下游沉积物逐渐变细*工程地质 苏巧荣24冲 积 物 *工程地质 苏巧荣25冲积物 和 坡积物 *26残积物、坡积物与洪积物*27山前沉积作用来自山区的河流，携带着大量机械搬运物到山口开阔的平地上，由于河床坡降明显减小，水流又无地形约束而散

6、开，河水动力突然大大减小，机械搬运能力迅速降低，搬运物就会山口沉积下来。山口沉积物常形成扇状地貌：冲积扇*工程地质 苏巧荣28三、河流地质作用*29谷底沉积作用谷底包括两部分。一部分是被河水所覆盖的河床，在河床上产生的沉积作用称河床沉积；另一部分是平水位时谷底未被河水所淹没的平坦地形河漫滩。*30*31地貌：地表的形态面貌，由于内、外力地质作用的对地壳综合作用，在地壳表面形成的各种不同成因、不同类型、不同规模的起伏形态称为地貌二、河谷地貌*32二、河谷地貌河谷的类型及特征河谷形态特征分类宽谷 ：谷坡平缓，分布有较宽的阶梯状河流阶地。峡谷： 谷坡陡峭且近于垂直，河谷宽度与谷底宽度近乎一致或呈“V

7、”字型，谷底几乎全部为河床占据屉形谷：谷坡和阶地不存在，只有河漫滩和江心洲*33四、河谷地貌. 河谷的类型及特征根据河谷走向与构造线关系纵谷：河谷的走向与构造线的走向一致 横谷：河谷横切构造线 向斜谷背斜谷断层谷地堑谷单斜谷对称谷和不对称谷*34河谷阶地的形成过程：河流侵蚀作用与地壳运动的关系、气候的变化、构造运动、侵蚀基准面的变化、人类活动的影响。地壳相对稳定，下蚀作用逐渐减弱，侧蚀作用增强，发育较宽的河漫滩，形成宽阔的谷底。地壳上升，河流纵比降增加，下蚀作用增强，河床下降，原来宽阔的谷底相对升高，最终高于一般洪水期水面，从而在河谷两侧形成平坦的台地。 阶地 ：河流下切侵蚀，使原先的河谷底部

8、（河漫滩或河床）超出一般洪水位以上，呈阶梯状分布在河谷谷坡的地形。 二、河谷地貌河流阶地*35阶地按上下层次分级，级数自下而上按顺序确定，愈向高处年代愈老。 *36河流阶地的类型：1）侵蚀阶地：由基岩构成，阶地面上往往很少保留冲积物。 2）基座阶地：阶地形成时，河流下切超过了老河谷谷底而达到并出露基岩。 3）冲积阶地（上叠与内叠阶地 ）：由冲积物组成。根据河流下切程度不同，形成阶地的切割叠置关系不同又可分为：上叠阶地，是新阶地叠于老阶地之上；内叠阶地，新阶地叠于老阶地之内。 *37a-上迭阶地；b-内迭阶地；c-嵌入阶地；d-基座阶地；e-侵蚀阶地 *38河 流 阶 地 *工程地质 苏巧荣39

9、侵 蚀 阶 地*40基座式阶地 *工程地质 苏巧荣41深切河曲42常见第四纪松散堆积物成因类型及符号项目三、 认知水对道路工程的影响任务二 认知地下水对道路工程的影响公路系 张勇*44 地下水： 是由降水、融水、和地表流水沿地表岩石的孔隙、裂隙和空洞渗入到地下形成的。*45 岩土体强度和稳定性降低； 潜蚀； 软化泥化、地基沉陷； 渗入； 溶蚀；涌水、道路冻胀、翻浆；侵蚀钢筋砼结构地下水对公路工程的影响*46一、 地下水位下降引起的工程地质问题(1)地面沉降 地下水位的下降减小了土中的孔隙水压力，从而增加了土颗粒间的有效应力，有效应力的增加要引起土的压缩。 (2)地表塌陷 岩溶发育地区，由于地下

10、水位下降时改变了水动力条件，在断裂带、褶皱轴部、溶蚀洼地、河床两侧以及一些土层较薄而土颗粒较粗的地段，产生塌陷。 *47二、潜水位上升对公路工程的影响1. 潜水位上升引起的工程地质问题 (1)潜水位上升后，由于毛细水作用可能导致土壤次生沼泽化、盐渍化，改变岩土体物理力学性质，增强岩土和地下水对建筑材料的腐蚀。在寒冷地区，可助长岩土体的冻胀破坏； (2)潜水位上升后，原来干燥的岩土被水饱和、软化，降低岩土抗剪强度，可能诱发斜坡、岸边岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象； (3)崩解性岩土、湿陷性黄土、盐渍岩土等遇水后，可能产生崩解、湿陷、软化，其岩土结构破坏、强度降低、压缩性增大。而膨胀

11、性岩土遇水后则产生膨胀破坏； (4)潜水位上升，可能使洞室淹没，还可能使建筑物基础上浮，危及安全。 毛细水：地下水的存在形式之一，115页。土壤沼泽化-地下水接近地表,土壤长期为水分所饱和,在湿生植物作用和厌氧条件下进行着有机质的生物积累与矿质元素的还原过程。土壤沼泽化形成的表层土为腐泥或泥炭层,其下为蓝灰色潜育层的沼泽土。土壤盐渍化-指土壤底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表，水分蒸发后，使盐分积累在表层土壤中的过程。是指易溶性盐分在土壤表层积累的现象或过程，也称盐碱化。崩解性岩土-又称湿化性，是指粘性土浸人静水后，由于土粒间的结构联结和强度丧失,使土体崩散解体的特性。湿陷性黄土-在上覆土层

12、自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加下沉称为湿陷性土，属于特殊土。盐渍岩土-指的是不同程度的盐碱化土的统称。在公路工程中一般指地表下1.0m深的土层内易溶盐平均含量大于0.3%的土。 盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称。 *49三、地下水的渗透破坏(1)潜蚀 渗透水流在一定水力坡度(即地下水水力坡度大于岩土产生潜蚀破坏的临界水力坡度)条件下产生较大的动水压力，冲刷、挟走细小颗粒或溶蚀岩土体，使岩土体中孔隙不断增大，甚至形成洞穴，导致岩土体结构松动或破坏，以致产生地表裂隙、塌陷，影响工程的稳定。 (2)流砂 是指松散细小颗粒土被地下水

13、饱和后，在动水压力即水头差的作用下，产生的悬浮流动现象。流砂多发生在颗粒级配均匀的粉细砂中，有时在粉土中也会产生流砂。 *50(3)管涌 地基土在具有某种渗透速度的渗透水流作用下，其细小颗粒被冲走，岩土的孔隙逐渐增大，慢慢形成一种能穿越地基的细管状渗流通路，从而掏空地基或坝体，使地基或斜坡变形、失稳，此现象称为管涌 。 *51四、地下水的浮托作用 当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即产生浮托力。如果基础位于粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则按地下水位100计算浮托力；如果基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上，则按地下水位50计算浮托力；如果基础位于粘

14、性土地基上，其浮托力较难确切地确定，应结合地区的实际经验考虑。 （下放钢筋笼困难）五、承压水对基坑的作用 （涌水） 当深基坑下部有承压含水层存在，开挖基坑会减小含水层上覆隔水层的厚度，在隔水层厚度减小到一定程度时，承压水的水头压力能顶裂或冲毁基坑底板，造成突涌现象。基坑突涌将会破坏地基强度，并给施工带来很大困难。 含水层与隔水层在重力作用下能够给出并且通过相当数量水的饱水岩层或土层称含水层。含水层必须有良好的透水性能，含水层必须有一定的补给水量。 隔水层是指在常压条件下，由于重力作用不能给出并通过相当数量水的岩层或土层。通常由黏土、粉质黏土和页岩、泥灰岩等透水性能差的岩石组成的岩层构成隔水层。

15、隔水层对地下水的运动起着阻碍作用 。 *53六、地下水对钢筋砼的腐蚀硅酸盐水泥遇水硬化，并且形成Ca(OH)2、水化硅酸钙CaOSiO212H2O、水化铝酸钙CaOAl2O36H2O等，这些物质往往会受到地下水的腐蚀。 结晶类腐蚀 如果地下水中离子的含量超过规定值，那么离子将与混凝土中的Ca(OH)2 起反应，生成二水石膏结晶体CaSO42H2O，这种石膏再与水化铝酸钙CaOAl2O36H2O发生化学反应，生成水化硫铝酸钙，这是一种铝和钙的复合硫酸盐，习惯上称为水泥杆菌。由于水泥杆菌结合了许多的结晶水，因而其体积比化合前增大很多，约为原体积的，于是在混凝土中产生很大的内应力，使混凝土的结构遭受

16、破坏。 *54分解类腐蚀地下水中含有CO2，CO2与混凝土中的Ca(OH)2作用，生成碳酸钙沉淀。 由于CaCO3不溶于水，它可填充混凝土的孔隙，在混凝土周围形成一层保护膜，能防止Ca(OH)2的分解。但是，当地下水中CO2的含量超过一定数值，而离子的含量过低，则超量的CO2再与CaCO3反应，生成重碳酸钙Ca(HCO3)2并溶于水。所以，当地下水中CO2的含量超过平衡时所需的数量时，混凝土中的CaCO3就被溶解而受腐蚀，这就是分解类腐蚀。地下水的酸度过大，即pH值小于某一数值，那么混凝土中的Ca(OH)2也要分解，特别是当反应生成物为易溶于水的氯化物时，对混凝土的分解腐蚀很强烈。 *55结晶

17、分解复合类腐蚀当地下水中NH4，NO3，Cl和Mg2+离子的含量超过一定数量时，与混凝土中的Ca(OH)2发生反应，Ca(OH)2与镁盐作用的生成物中，除Mg(OH)2不易溶解外，CaCl2则易溶于水，并随之流失；硬石膏CaSO4一方面与混凝土中的水化铝酸钙反应生成水泥杆菌；另一方面，硬石膏遇水生成二水石膏。二水石膏在结晶时，体积膨胀，破坏混凝土的结构。 地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。 路基翻浆一、基本定义定义：由于地下水位高、排水不畅、路基土质不良、含水过多，经行车反复作用，路基出现弹簧、裂缝和冒泥浆等现象。

18、主要发生在季节性冰冻地区的春融时节，以及盐渍、沼泽等地区。二、翻浆形成与发生过程 秋季：地面水下渗以及地下水位上升，使路基水分增多路基集水过程； 冬季：路基上层的土开始冻结，下部土温仍较高，水分在土体内由温度较高处向较低处移动，使路基上层水分增多，并冻结成冰，使路面冻裂或隆起，发生冻胀水分上升，路面冻胀； 春季：气温逐渐回升，路基上层土先融化，土基强度很快降低，以致失去承载能力，在行车作用下形成翻浆冻胀融化，土基强度骤降； 夏季天气见暖，蒸发量增大，冻层化透，路基上层水分下渗，土变干，土基强度又逐步恢复。 冻胀与翻浆的实质是水在路基中的迁移与相变过程。 三、路基翻浆的原因：土质：主要是土质的毛细水上升速度问题。越