工程地质自然地质作用

1、工程地质自然地质作用第1页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三内动力地质作用引起地质作用的能量来源来自地球内部，如地球自转、重力和放射性元素蜕变能量等。根据内动力地质作用的方式常见有四种类型：构造运动（地壳运动）：使地壳发生变形变位的动力作用。地震作用（地动）：地球内动力而引起的地壳岩石圈的快速颤动。岩浆及火山作用：地球的放射性元素蜕变，产生巨大的能量，在地球内部可使原岩熔成高温高压的岩浆，由地下深处侵入地壳上部冷凝成岩，甚至喷出地表形成火山及熔岩。变质作用：原岩受构造运动、地震作用、岩浆及火山作用，而使原成分、结构、构造发生变质的作用。第2页，共31页，2022年，5月20日

2、，4点1分，星期三外动力地质作用太阳辐射能、重力能或天体引力等能量在地壳表层所进行的各种地质作用。风化作用：太阳辐射、水、气体、生物共同作用。剥蚀作用：如风的吹蚀、河流侵蚀、地下水潜蚀、冰川刨蚀等。搬运作用：水、风、生物等沉积作用：固结成岩作用（石化作用）：第3页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三外力作用三部曲：风化剥蚀搬运沉积。首先是使岩石破碎；然后是把它们从原来的地方搬走；搬运到另一个地方去沉积下来，所以，外力作用的总趋势是“削高填平”，把高山和高原破坏掉，把它们搬到低洼的地方，使低洼的地方填平，结果是使地表夷面（出现一个夷平面）。 地球表面之所以有高原和盆地的差异，就是

3、因为有内力作用。大陆板块的碰撞，造成大面积内的地壳增厚和隆升，如西藏高原；大量的岩浆活动则可以造成一个地区的热隆升。正断层活动则造成线形的沉陷带，如东非裂谷、山西地堑等。所以，今天能看到的高山深谷，都是年轻的（有的是还在进行中的）地壳运动的反映，而古老的高原或山脉则已被夷平了。第4页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三中国造山运动划分为五幕：即加里东运动、华力西运动、印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动。 加里东运动指发生在早古生代的造山运动。在这次造山运动中，主要褶皱隆起的有俄罗斯西伯利亚南部的山脉。 华力西运动指古生代石炭纪至二叠纪的造山运动。这一运动使中国北部阿尔泰山、天山、

4、大兴安岭、阴山、昆仑山、阿尔金山、祁连山、秦岭等山脉隆起，并伴有大量的花岗岩侵入。 印支运动指中生代三叠纪至侏罗纪的造山运动。这一运动使川西、滇西北一带隆起成为山地，如岷山、邛崃山、大雪山、云岭等。 燕山运动指中生代白垩纪的造山运动。这一运动不仅产生燕山山脉、太行山脉、贺兰山、雪峰山、横断山脉、唐古拉山、喀喇昆仑山等山脉，而且形成许多山间断陷盆地，并在盆地内堆积了巨厚的砂页岩层。第5页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三喜马拉雅运动。新生代地壳运动的总称。因形成喜马拉雅山而得名，这一运动对亚洲地理环境产生重大影响。西亚、中东、喜马拉雅、缅甸西部、马来西亚等地山脉及包括中国台湾岛

5、在内的西太平洋岛弧均告形成，中印之间的古地中海消失。中国东西地势高差增大，季风环流加强，自然地理环境发生明显的区域分异：青藏隆起为世界最高的高原，第三纪的热带、亚热带环境被高寒荒漠取代；西北地区因内陆性不断增强而处于干旱环境；东部成为湿润季风区。一般认为，喜马拉雅运动分为三幕：第一幕发生于始新世末、渐新世初，青藏地区成为陆地，从而转为剥蚀区；第二幕发生于中新世，地壳大幅度隆起，伴以大规模断裂和岩浆活动；第三幕发生于上新世末、更新世初，青藏高原整体强烈上升，形成现代地貌格局。我国所有高山、高原现今达到的海拔高度，主要是喜马拉雅运动第三幕以来上升的结果。 第6页，共31页，2022年，5月20日，

6、4点1分，星期三第一节 风化作用风化作用：是指长期裸露在地表的岩体，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松或矿物成份发生次生变化的过程。1、风化作用的类型物理风化作用：指由于温度的变化、岩体中水的冻结或盐类物质的结晶膨胀使岩体机械破碎的过程为物理风化作用。温差、冰劈、盐晶化学风化作用：指岩体在水、大气等因素的化学作用下，化学成份发生变化，有新的次生矿物生成。氧化、溶解、水化、水解生物风化作用：主要是由于生物对岩石和岩体产生的化学或机械破坏作用。第三章 自然地质作用第7页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三2、影响岩石风化的因素岩性岩石的矿物成分、结构、构

7、造侵入岩抗风化能力较喷出岩弱岩浆岩中基性岩抗风化能力较中酸性岩弱沉积岩中碎屑岩类的风化速度取决于胶结物和碎屑物成份岩石结构相同矿物组成的岩石等粒结构的比不等粒结构抗风化能力要强；细粒结构比粗粒结构抗风化能力强地质构造地质构造破坏岩体的完整性、增大透水性和风化作用的面积的深入风化强烈的结构面：断层、裂隙、层面、不整合接触面、岩浆侵入接触面气候：气温、降水湿热地区化学和生物风化作用就强烈干寒地区含水岩石的冻融交替物理风化作用较强地形地貌向阳的山坡比阴坡风化作用要强陡坡以物理风化为主；缓坡以化学和生物风化为主两岸阶地比漫滩及河床风化层厚地下水化学成份及其循环条件第8页，共31页，2022年，5月20

8、日，4点1分，星期三风化程度划分水电规范：全风化强风化中（弱）风化微风化岩土工程勘察规范：残积土全风化强风化中风化微风化分带名称颜色光泽岩体结构的变化及破碎情况矿物成分的变化情况全风化颜色已全改变,光泽消失结构已完全破坏,呈松散状或可折断或捏碎仅石英未风化变质强风化颜色改变，仅断口中心保持原色具原岩结构,但裂隙发育,岩体呈干砌块石状部分矿物保持原有特征中风化表面和裂隙面变色，断口新鲜结构大部分完好，但风化裂隙发育，裂隙面风化剧烈沿节理裂隙面出现次生风化矿物微风化沿节理面略有变色结构未变，除构造节理外，少见风化裂隙节理面有铁锰质渲染第9页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三第二节

9、 河流地质作用 一、地表水流的运动方式层流：水质点在流动过程中相对位置保持平行的一种水流。紊流：水质点的流速方向和大小随时间而不断变化。环流：水质点作螺旋形运动。控制河床形态发展。涡流：水质点绕水平或竖直轴旋转。第10页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三二、地表水流的地质作用1、暂时性水流的地质作用雨蚀作用片流的地质作用洪流的地质作用2、河流的地质作用侵蚀作用下切侵蚀（下蚀）向源侵蚀侧向侵蚀（旁蚀）搬运作用：拖运、悬运、溶运沉积作用：第11页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三三、河流地貌河谷形态第12页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三1、

10、河谷地貌根据河谷形态特征分类峡谷（“V”形谷) 宽谷（“U”形谷）第13页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三根据与地质构造的关系分类纵谷、横谷、 斜谷第14页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三2、河流阶地由于地壳运动或气候变化，河流下切，使原来的河谷、河床或河漫滩高出一般洪水位，呈阶梯状沿谷坡分布，成为阶地。第15页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三阶地可分为五种类型：侵蚀阶地（a)、基座阶地(b)、堆积阶地：上叠阶地(c)、 内叠阶地(d)、嵌入阶地(e)、埋藏阶地(f)第16页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三南京附近

11、长江河谷阶地示意图第17页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三第四节 岩溶及其工程地质问题岩溶：原称喀斯特(Karst),是指在以碳酸盐岩为主的可溶性岩区，岩石长期受水的淋漓、冲刷、溶蚀等地质作用而形成的独特地貌形态的地质现象。这种现象在南斯拉夫西北部伊斯的利亚半岛的石灰岩高原上最为典型，所以常把石灰岩地区的这种地形笼统地称之喀斯特地形。19世纪末，南斯拉夫学者司威杰(J.Cvijic)首先对该地区进行研究，并借用喀斯特一词作为石灰岩地区一系列作用过程的现象的总称 ，1966年我国第二次喀特学术会建议将“喀斯特”一词改为“岩溶”。 第18页，共31页，2022年，5月20日，4

12、点1分，星期三岩溶地貌地面上往往崎岖不平，岩石嶙峋，奇蜂林立，地表常见有石芽、石林、峰林、溶沟、漏斗、落水洞、溶蚀洼地等形态；而地下则发育着地下河、溶洞。溶洞内有多姿多彩的石笋、钟乳石、石柱。 我国碳酸盐岩类岩石在地表出露面积约占我国陆地面积的14.3%，主要分布于广西、贵州、湘西、鄂西、滇东、川东等地。尤以广东桂林、云南路南石林、贵州龙宫等岩溶地貌极为发育。世界上最大的溶洞是北美阿巴拉契亚山脉的犸猛洞，位于肯塔基州境内，洞深64km，所有的岔洞连起来的总长度达250km。第19页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三2句话、4个条件：可溶的透水岩层；具有侵蚀性的水流。（1）岩石

13、是可溶的： 可溶性岩石是Karst发育的物质基础，按成分分成三大类： 碳酸盐岩（真岩溶）、硫酸盐岩、氯化物（假岩溶） 。（2）岩层是透水的（岩层的透水性）：是必要条件，有2个意义：1）扩大接触面积，地表地下； 2） 加速水的循环，溶解饱和。透水性越好，岩溶越发育，透水性对渗漏通道具有控制作用。影响透水性的因素：断裂构造和层面的分布。（3）水具有溶解能力水对岩石的溶解能力主要取决于水中侵蚀性CO2的含量： 石灰岩在纯水中的溶解度：25时为14.3mg/l. 石灰岩在天然水中的溶解度：可达几百mg/l，原因CO2参与了化学反应： CaCO3+CO2+H2O=Ca+CO32-+H+HCO3-.水中C

14、O2的来源：雨水溶解空气中的CO2； 土壤和地表附近强烈的生物化学作用所形成的CO2； 火山作用、变质作用、含煤地层。水中CO2含量的动态变化：流速降低，CO2含量降低； 随着溶解的进行，CO2 含量降低。（4）水是流动的水的流动状态是指水在岩层中的循环和交替情况。循环条件取决于：岩层的透水性；地下水的补、排条件。一、岩溶发育的基本条件第20页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三二、分布规律：从发育条件分析岩溶分布规律。中国喀斯特的地带性特征：中国东部喀斯特地貌呈 纬度地带性分布，自南而北为热带喀斯特、亚热带喀斯 特和温带喀斯特。中国西部由于受水分的限制或地形的 影响，属干旱地

15、区喀斯特（西北地区）和寒冻高原喀斯特（青藏高原）。三、发育规律（1）随深度的变化1）岩溶化程度：随H增加而减弱是一般规律。但不排除深饱水带发育大溶洞。2）岩溶基准面：尚待进一步研究，主要基准面：受区域中最低的河（湖、海）面控制。暂时或局部基准面：受地区中位置较高的河流、河谷面控制。3）地下暗河向源侵蚀，使地下分水岭与地形分水岭不相符合：（2)不均匀性含速度、程度及空间分布，从发育条件分析。第21页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三（3）阶段性和多代性是缓慢的地质过程：发生、发展和消亡： 一个岩溶旋回： 幼年期 青年期 中年期 老年期 主要在地表发育 主要向地下发育 溶洞、暗河

16、、顶板坍塌 地表水流发育，出现泛滥平原、孤峰、残丘 少量漏斗、落水洞 大部分地表水转为地下水 地下形态向地表形态转化、地下水部分转化为地表河 多个岩溶旋回：地壳升降；气候变化；侵蚀基准面下降。（4）成层性原因：岩溶水排泄基准面的变化，与河流地质作用相应： 河流： 下蚀 旁蚀 再下蚀 岩溶水： 垂直 水平 垂直 溶洞： 垂直管道 水平溶洞（5）地带性受气候控制，我国岩溶类型：热带岩溶；亚热带岩溶；温带岩溶。另有：高寒气候岩溶；干旱区岩溶；海岸岩溶。水平溶洞与阶地在高度和时代上的可比性：但复杂，应慎重。第22页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三四、岩溶工程地质问题1、岩溶渗漏问题

17、研究内容：是否渗漏；通道及排泄；渗漏形式；防渗处理。岩溶渗漏的基本条件：负地形、单薄分水岭；低于设计水位的岩溶通道；无可靠隔水层。岩溶防渗处理：铺盖法、堵塞法、灌浆法、截水墙法、围井、隔离法2、岩溶地基稳定性地基岩土体强度降低、结构复杂。3、岩溶地区地下洞室围岩稳定和涌水围岩稳定性、突然涌水第23页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三第五节 地震与活动性断裂地壳每年发生的地震约500万次，造成建筑物破坏外，伴随有其它地质灾害，如山崩、滑坡、河道堵塞、喷水冒沙等。如1976年7月28日，我国唐山地震，震级为7.8，约24万人丧生。 80%的工业建筑和96%的民用建筑被破坏。第24

18、页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三(2) 地震带的分布主要受活断层控制，集中分布于3个带： 环太平洋地震带：沿太平洋边缘地带呈环状分布，从南美的麦哲伦海峡起沿南美洲的西岸通过阿留申群岛经日本、台湾海峡、菲律宾到新西兰。占80-90%，且浅源地震都集中于该带。 地中海-欧亚地震带（地中海-喜马拉雅地震带）：沿东西向横贯欧亚大陆南缘，并波及非洲大陆西北角，从地中海至喜马拉雅地区，折向东西与太平洋地震带相汇合：从墨西哥起，横穿大西洋，沿地中海经高加索、喜马拉雅山，然后在印尼与环太平洋地震带汇合。 洋中地震带：指太平洋东部、印度洋中部以及北冰洋分布的海底隆起（高出海底2000-40

19、00m）。均为浅源地震，震级小。不同巨型构造单元之间的接触带，当其有明显的差异升降运动时，往往就是强烈地震带。如印度板块与欧亚板块之间：喜山隆起西藏地震带。地震震源的分布：主要受活断层控制，分布于端点、拐点、交汇点和活动特别的部位 。第25页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三中国的地震带 东南沿海及台湾地震带。以台湾省及其邻近的海域地震活动最为频繁，次在粤、闽两省的沿海地带及海南岛北部，也有较频繁的地震发生。北起沈阳，向南经辽东半岛、渤海湾、山东的郯城、安徽的庐江，最南可到湖北黄梅的地震带。该带历史上多次发生过7级以上地震，甚至发生过8级地震。燕山南麓，华北平原两侧与太行山东

20、麓、山西中部的一连串盆地和渭河盆地。是中国历史上强度大而频度高的地震活动带之一。中国中部的贺兰山、六盘山，向南横越秦岭，通过甘肃文县，沿四川盆地的西北和西缘，直至滇东地区，总长约2000多公里的范围内，是中国规模巨大的强烈地震带，也是中国东西两部地震活动区的分界线。喜马拉雅滇西地区，是地中海南亚地震带经过中国的部分。该区震中密集，且屡有强震发生。从西昆仑至祁连山和河西走廊亦为地震分布带。新疆帕米尔至天山南北亦为地震活动带。 第26页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三一、地震震级和烈度基本概念：内部发生地震的地方叫震源震源在地表的投影位置称为震中从震中到震源的距离称为震源深度地

21、表某一点距震中的距离称为震中距震中附近的地区称为震中区第27页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三1、地震的类型按震源深度分类浅源地震：震源深度070km，占地震总数72.5%。中源地震：震源深度70300km，占地震总数23.5%。深源地震：震源深度大于300km，占地震总数4.0%。按成因分类构造地震（90%） ：由于地壳运动或断裂构造活动所引起的地震。地震活动频繁，分布广泛，影响范围大，延续时间长，破坏性强，灾害损失最大。火山地震（7%）：指火山爆发时岩浆或气体对围岩的冲击引起的地震。陷落地震（ 3% ）：大规模的山崩、溶洞塌陷或旧矿坑陷落等而引起的地震。人工诱发地震：人

22、类工程活动引起的地震。 第28页，共31页，2022年，5月20日，4点1分，星期三2、地震震级定义：是地震强度大小的等级，是地震震源释放出能量的大小。确定方法：距震中100km处，用标准地震仪（周期0.8s，阻尼系数0.8，放大倍数2800）实测到最大水平地动位移（um）的对数。 （lgE=4.8+1.5M） 按震级分类：大地震：M7中地震或强震：5M7小地震或弱震：3M5微震：1M3超微震：M18级以上的地震每年平均仅1次；7级以上大震每年平均约有18次；5级以上中强震和强震就更少了；3级以上的大约只有5万次，仅占1%。震级标准最先是由美国地震学家里克特提出来的，所以又称“里氏震级”，一个8.5级地震通过地震波释放出来的能量，大约相当于二滩电站（装机330万kW）连续发电6年的发电量总和。1995年1月17日日本阪神大地震的震级为7.2级，