水文学与工程地质课件

地殼及物質組成

地球具有層圈構造，地殼是固體地球最外部的層圈。塑造地殼面貌的自然作用稱地質作用。元素、礦物、岩石是組成地殼的基本單位。火成岩是岩漿作用的產物，沉積岩是外力地質作用的產物，變質岩是變質作用的產物。它們都有各不相同的礦物成分、結構構造特性和代表性岩石。§2.1地殼是固體地球的外部層圈地球赤道半徑>兩極半徑地球表面參差起伏,大約70%海域,30%陸地地球的層圈構造外部層圈（大氣圈，水圈，生物圈）固體地球―――內部分層(地殼，地幔，地核)

§2.1地殼是固體地球的外部層圈地殼：密度2.7～2.9g/cm3岩石組成大陸地殼（陸核）厚度大，35km

大洋地殼（洋殼）厚度小，7～8km

地球的層圈構造地幔：密度3.32～4.64g/cm32900km地核：密度11～16g/cm3――液態外核，固態內核地球§2.1地殼是固體地球的外部層圈軟流圈(地幔頂部)――塑性流動

地球的層圈構造岩石圈（軟流圈上部）――板塊――板塊運動§2.1地殼是固體地球的外部層圈地球46億年曆史，逐漸變化地質作用――塑造地殼面貌的自然作用按動力來源分：內力地質作用、外力地質作用

按地質災害成因分：物理地質作用、工程地質作用

地質作用§2.1地殼是固體地球的外部層圈物理地質作用（自然地質作用）內力地質作用動力――地球本身、地球內部地質作用構造運動岩漿作用變質作用地震§2.1地殼是固體地球的外部層圈物理地質作用（自然地質作用）外力地質作用

――太陽輻射引起，地殼表面地質作用風化作用剝蝕作用搬運作用沉積作用固結成岩作用—沉積岩§2.1地殼是固體地球的外部層圈工程地質作用（人為地質作用）

――人類活動引起的地質效應例如:地質作用採礦開採石油天然氣地下水興建水利工程§2.2

礦物礦物—天然產生的均勻固體各種地質作用的產物，是岩石的基本組成部分礦物具有一定的化學成分礦物具有確定的內部結構—內部原子或離子在三維空間成週期性重複排列—晶體（圖2.2）§2.2礦物絕對大多數礦物是晶體，具有特定的晶體結構單個晶體的形態—晶體習性：針狀，柱狀，粒狀，板狀，片狀等（圖2.3）（多個晶體）集合體的特徵形態：粒狀集合體、針狀結合體、鱗片狀集合體等。特殊形態：放射粒狀、鐘乳狀、晶腺體（圖2.4-2.6）礦物的形態

§2.2礦物顏色和條痕

礦物的物理性質

顏色和條痕顏色：自色：（礦物的化學成分和晶體結構所組成的）礦物的本身的顏色他色：某些雜質引起的顏色條痕：礦物粉末的顏色。（鑒定意義）

§2.2礦物光澤

礦物的物理性質

——礦物表面對可見光的反射能力分為：

①金屬光澤

②非金屬光澤

③金剛光澤

④玻璃光澤

⑤油脂光澤和樹脂光澤

⑥絲滑光澤

⑦珍珠光澤

⑧土狀光澤§2.2礦物

硬度

礦物的物理性質

——礦物抵抗外力機械作用的強度分十度：

1-滑石10-金剛石§2.2礦物

解理和斷口礦物的物理性質

解理—受外力作用，礦物能沿一定方向破裂成平面的性質分三級：完全、中等或不完全斷口—受外力打擊後，礦物無規則地沿解理面以外方向破裂，其破裂面斷口形態有：貝殼狀斷口，殘差狀斷口，鋸齒狀斷口，平坦狀斷口圖示圖示§2.2礦物

密度礦物的物理性質

變化幅度大分輕、中等、重三級。中等（2.5-4）

彈性、撓曲、延展性彈性—彎曲，恢復撓曲—彎曲不能恢復延展性—能錘擊成薄片或拉長成細絲的特性§2.2礦物常見礦物

自然界產生的礦物—3000種主要造岩礦物（常見礦物）—化學成分：矽酸鹽、氧化物、硫化物、鹵化物、碳酸鹽等§2.2礦物常見礦物

黃鐵礦、石英、赤鐵礦、褐鐵礦、方解石、白雲石、石膏、橄欖石、輝石、角閃石、斜長石、正長石、白雲母、黑雲母、綠泥石、蛇紋石、石榴子石、滑石、高嶺石、蒙脫石§2.3岩石岩石是地殼的基本組成物質，是內、外動力地質作用的產物。岩石是由礦物組成的按形成方式有火成岩（岩漿岩）、沉積岩和變質岩地質作用—岩漿作用、外力地質作用、變質作用§2.3岩石岩石的形貌特徵：①岩石的結構：礦物的結晶程度，顆粒大小、形狀及彼此間的組合方式。②岩石的構造：礦物集合體之間排列及充填方式其中：

火石岩—塊狀構造

沉積岩—層狀構造

變質岩—片理構造礦物成分、結構和構造特徵是識別岩石類型的主要依據§2.2岩石火成岩（岩漿岩）

占地殼岩石體積64.7%，大陸和海洋、地表及地下廣泛分佈火成岩的物質成分：化學成分：99%以上是O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti九種元素，O、Si占品質75%，體積93%。§2.2岩石火成岩（岩漿岩）礦物成分：最廣泛的礦物6~7種—橄欖石、輝石、角閃石、黑雲母、斜長石、鉀長石和石英等石英、長石類礦物顏色較淺稱淺色礦物橄欖石、輝石、角閃石及黑雲母類礦物為暗色礦物§2.2岩石火成岩（岩漿岩）火成岩的結構和構造

---火成岩的結構主要指組成火成岩礦物顆粒的大小和結晶程度等有:①顯晶質結構②斑狀結構③隱晶質結構④玻璃質結構圖示圖示§2.2岩石火成岩（岩漿岩）火成岩的結構和構造

---火成岩的構造—指岩石外表的整體特徵有:①塊狀構造②氣孔與杏仁構造③流紋構造圖示§2.2岩石火成岩（岩漿岩）火成岩的產狀

---指岩體的形態、大小、深度以及與圍岩的關係深成岩（地表以下5KM至10~20KM）產出狀態有：

①岩基

②岩株淺成岩（小於5KM）產狀：①岩牆②岩床③岩蓋和岩盆圖示§2.2岩石火成岩（岩漿岩）火成岩石分類按岩漿成分和冷凝固結成岩環境分—按SiO2的含量分:超基性岩石基岩中性岩酸性岩—按岩漿冷凝環境分：侵入岩（深成岩，淺成岩）噴出岩§2.2岩石火成岩代表性岩石簡介

花崗岩

結晶粒狀深成岩，白石英，長石和雲母組成。顏色—灰白色、灰色、肉紅色等密度2.7，緻密堅硬、空隙小、強度大、良好的建築材料。

§2.2岩石火成岩代表性岩石簡介

閃長岩

中性深層侵入岩。由斜長石、角閃石組成，有少量黑雲母。顏色較深—深灰色、灰綠色全晶質粒狀結構密度2.6~3.1，強度大，良好的建築材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石簡介

輝長石

基性深層侵入岩，由輝石、斜長石為主，少量橄欖石顏色深—灰色至灰黑色中粗粒全晶質等粒結構具有力學強度，良好的建築材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石簡介

流紋岩

酸性火山噴出岩斑狀結構，常發育成流紋構造顏色—灰紅色，有時灰黑色和紫色性脆

§2.2岩石火成岩代表性岩石簡介

安山岩

中性噴入岩，斑狀結構灰、灰褐、紫色較強，可作建築材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石簡介

玄武岩

分佈最廣泛的火成岩主要由斜長石和輝石組成呈暗灰色至黑色隱晶質結構或斑狀結構，具氣孔和杏仁構造力學強度高，良好的建築材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石簡介

輝綠岩

淺層侵入岩，由斜長石、輝石組成灰黑至灰色力學強度大、良好的建築材料

§2.2岩石沉積岩沉積物固結變硬地殼總體積7.9%，分佈最廣，地殼表面積75%按形成途徑分兩種：碎屑岩化學岩（生物化學岩）§2.2岩石沉積岩的礦物成分碎屑礦物：石英和粘土礦物，其次是長石和雲母。化學礦物：碳酸鹽礦物方解石、文石、白雲石等§2.2岩石沉積岩的結構---指沉積岩顆粒的性質、大小、形態及其相互關係碎屑結構機械沉積的碎屑物按碎屑的大小分：礫狀結構，砂狀結構，粉砂狀結構，泥狀結構非碎屑結構（結晶結構）顆粒為礦物晶粒§2.2岩石沉積岩的構造（1）層理構造---成層性兩種類型:

平行層理交錯層理（2）遞變層理（3）波痕與泥裂層面上的構造圖示§2.2岩石沉積岩的分類及常見的沉積岩按成因分:碎屑岩和化學及生物化學岩（1）碎屑沉積岩

①礫岩②砂岩③粉砂岩④粘土岩§2.2岩石沉積岩的分類及常見的沉積岩（2）火山碎屑岩

----火山噴發的碎屑

①凝灰岩

②火山角礫岩

③火山集塊岩§2.2岩石沉積岩的分類及常見的沉積岩（3）非蒸發岩

----沉積盆地中化學或生物化學作用的產物主要有石灰岩、白雲岩和矽質岩等（4）蒸發岩

----是一種純化學成因的岩石，由蒸發作用沉澱而生成主要包括岩鹽、石膏、硬石膏§2.2岩石變質岩

原來的岩石（火成岩、沉積岩、變質岩）高溫\高壓氣體\液體變質岩有自身的特點，還保留原岩的某些特徵§2.2岩石變質岩變質岩的礦物成分特徵礦物:紅柱石、藍晶石、矽絞石、矽灰石等火成岩、沉積岩中的礦物：石英、鉀長石、鈉長石、白雲母、黑雲母等§2.2岩石變質岩變質岩的結構變晶結構---原岩在固體狀態條件下發生重結晶形成的結構變餘結構---從早先岩石中保留的結構§2.2岩石變質岩的構造---與變質岩的結構相似，分變成構造和變餘構造變成構造---通過變質作用形成的構造，有：①片理構造②片麻構造③板狀構造④斑點構造⑤塊狀構造變餘構造---變質岩中殘留原岩的構造如變餘層理構造，變餘氣孔構等§2.2岩石變質作用類型

按引起岩石的地質條件和主導因素，變質作用分四種：接觸變質作用：發生在侵入體與圍岩的接觸帶上，是由於溫度升高及來自岩漿的化學活動組成的作用。—礦物重結晶，物質成分重新組合而化學成分無顯著變化為接觸熱變質作用。—新的礦物產生，岩石化學成分顯著變化為接觸交代變質作用。§2.2岩石變質作用類型區域變質作用：高溫、高壓等因素聯合作用於一個廣大地區範圍。混合岩化作用：區域變質作用進一步發展，高溫作用下，石英長石等局部熔融，沿片理滲透、擴散、貫入形成混合岩。動力變質作用：與斷裂構造有關，出現在斷裂帶兩側，如角礫岩、碎裂岩§2.2岩石常見的變質岩①板岩②千枚岩③片岩④片麻岩⑤石英岩⑥大理岩大理岩——石灰岩、白雲岩經區域變質或接觸熱變質作用而生成作業

書後練習題:

思考題1.4

思考題2.1、2.2作業本下周三3:00~4:00由各班長統一交到結構教研室節理產狀示意圖波痕與泥裂圖示

地質構造§4～1岩層產狀與地層接觸關係構造運動與地質構造岩石圈、構造運動是機械運動——板塊運動水準運動岩塊相互分離裂開或相向聚匯，擠壓、彎曲、剪切、錯開垂直運動：相鄰塊差異性上升或下降水準岩層水準構造運動

傾斜岩層§4～1岩層產狀與地層接觸關係構造運動與地質構造構造運動使岩層發生變形和變位，形成的產物——地質構造有：褶皺、斷層、節理（斷裂構造）傾斜岩層§4～1岩層產狀與地層接觸關係岩層的產狀岩層的產狀指岩層的空間位置，是研究地質構造的基礎產狀三要素：走向、傾向、傾角產狀要素的表示方法：走向/傾向（象限）、傾角如：333°／WS<30°傾向、傾角如：240°<30°圖示§4～1岩層產狀與地層接觸關係岩層露頭線特徵露頭是暴露在地表的岩石包括：天然露頭、人工露頭圖示露頭觀察發現岩層有水準狀態、傾斜狀態、直立狀態露頭線是指岩層層面與地面的交線見中國露頭線分佈圖§4～1岩層產狀與地層接觸關係地層接觸關係新老地層的接觸關係，由構造運動及地質構造決定包括：（1）整合接觸：相鄰新、老地層產狀一致，時代連續

構造運動——持續上升或下降，連續沉積圖示§4～1岩層產狀與地層接觸關係地層接觸關係（2）假整合接觸（平行不整合接觸）：新、老地層產狀平行一致，地層時代不連續，缺地層構造運動——地殼曾一度上升，並風化剝蝕，剝蝕面（3）不整合接觸（角度不整合接觸）：新、老地層產狀不一致以角度相交，地層時代不連續劇烈構造運動——老地層產生褶皺、斷裂，地殼上升受風化剝蝕，剝蝕面圖示素描圖§4～1岩層產狀與地層接觸關係地層接觸關係（4）侵入體的沉積接觸：侵入體被沉積岩層直接覆蓋，二者間有剝蝕面（5）侵入接觸：侵入體與被侵入圍岩的接觸關係捕虜體、接觸變質現象、接觸線不規則狀圖示（6）斷層接觸：地層之間接觸面為斷層面§4～2褶皺

岩層受力而發生彎曲變形稱為褶皺1、3、5為背斜2、4、6為向斜§4～2褶皺

褶皺的要素描述褶皺的空間狀態，各組成部分稱為褶皺的要素核部翼部樞紐軸面另圖示§4～2褶皺

褶皺的類型兩種基本形態：背斜、向斜背斜向斜共用翼部§4～2褶皺

褶皺的類型1、根據軸面產狀分類：1） 直立褶皺2） 斜歪褶皺3） 倒轉褶皺4） 平臥褶皺5） 翻卷褶皺圖示§4～2褶皺

褶皺的類型2、根據橫剖面形態分：1）扇形褶皺2）箱形褶皺3）單斜圖示§4～2褶皺

褶皺的類型3、根據樞紐產狀分：1）水準褶皺2）傾伏褶皺§4～2褶皺

褶皺的類型4、根據褶皺的平面形態分：1）線狀褶皺：長寬比〉10：12）短軸褶皺：長寬比為3：1～10：13）穹隆與構造盆地：長寬比〈3：1圖示§4～2褶皺

褶皺的類型5、複背斜與複向斜§4～2褶皺

褶皺的野外識別識別：褶皺是否存在、背斜或向斜、形態特徵確定新老地層層序沿垂直地層走向觀察，是否有相同地質年代的地層重複出現比較兩翼岩層傾向及傾角，定形態分類名稱圖示§4～2褶皺

褶皺的野外識別瞭解樞紐是否傾伏背斜成穀，向斜成山——地形倒置現象§4～2褶皺

褶皺形成年代分析區域性角度不整合來確定不整合面上覆地層下伏地層§4～2褶皺

褶皺構造的工程地質評價褶皺的核部——強烈變形部位拉張裂隙地下水褶皺的翼部——順層滑動§4～2褶皺

褶皺構造的工程地質評價穀德振理論——總結（不同構造受力作用下形成的褶皺的工程地質特徵）1、複式流動褶皺 2、線性擠壓緊閉褶皺3、複式擠壓褶皺4、舒緩波狀褶皺5、斷裂牽引褶皺6、蓋層被牽動引起的褶皺圖示§4～3節理

岩層受力變形、超過強度、發生破裂——斷裂構造：節理斷層節理：沿破裂面無明顯位移斷層：沿破裂面有明顯位移（規模大）節理（裂縫）：一般幾十釐米到幾米，長的可延伸幾百米、上千米

節理張開程度不同，有的閉合

節理面：平坦光滑、粗造§4～3節理

影響節理發育的因素：構造變形的強度、岩石形成年代、力學性質、岩石厚度、構造部位節理的空間位置：節理面的走向、傾向、傾角節理有規律成群出現：節理組：成因相同且相互平行節理系：成因有聯繫的幾個節理組§4～3節理

節理的類型

按成因分：原生節理次生節理非構造節理：外力地質作用構造節理力學性質

張節理剪節理（共軛剪節理）

圖示§4～3節理

節理的類型

按節理與岩層產狀關係分：（1）走向節理（2）傾向節理（3）斜向節理（4）順層節理§4～3節理

節理的類型

按節理與褶皺樞紐方向分：（1）縱節理（2）橫節理（3）斜節理§4～3節理

節理的觀測與統計

對節理的性質、分佈規律、形態觀測與統計目的：評價岩體穩定性野外觀測：（1）觀察地層岩性、地質構造、測量地層產狀，確定測點所在構造部位（2）觀察節理性質與發育規律非構造節理、構造節理、張節理、剪節理（3）測量登記：節理的產狀、粗糙度、節理密度、節理充填物等§4～3節理

節理的觀測與統計

室內資料整理統計——節理玫瑰圖（1）節理走向玫瑰圖（2）節理傾向玫瑰圖§4～3節理

節理對工程的影響

節理將岩層切割成塊，影響岩體強度和穩定性節理間距越小，岩體破壞程度越高，岩體承載力越小節理裂縫——地下水通道

——風化作用增強§4～4斷層

位移（斷層構造）——斷層大、小斷層斷層要素包括：斷層面、斷層線、斷層盤（1）斷層面：破裂面——走向、傾向、傾角平面、彎曲面破裂帶圖示§4～4斷層

斷層要素（2）斷層線：與地面交線（3）斷層盤：兩側岩體相當層相當層沿斷層面移動的距離——斷距滑距——AA’§4～4斷層

斷層的類型（1）按斷層兩盤相對運動分：正斷層：沿斷層面傾斜線方向，上盤相對下降、下盤相對上升。水準向引張力或重力傾角較陡〉45°60°正斷層向深處變緩呈犁狀§4～4斷層

斷層的類型（1）按斷層兩盤相對運動分：

逆斷層：水準擠壓力，與褶皺伴生高角度逆斷層〉45°低角度逆斷層——逆沖斷層、逆掩斷層——遠距離推移（幾公里、十幾公里）——推覆構造圖示§4～4斷層

斷層的類型（1）按斷層兩盤相對運動分：

平移斷層：沿斷層走向

方向位移移動方向非單向：上下+水準§4～4斷層

斷層的類型（2）斷層組合類型：

有規律的排列組合——斷層系階梯狀斷層產狀相同的正斷層平行排列§4～4斷層

斷層的類型（2）斷層組合類型：

有規律的排列組合——斷層系地塹與地壘走向相同、傾向相反共同下降盤地塹——萊茵地塹貝加爾湖地塹共同上升盤地壘——廬山§4～4斷層

斷層的類型（2）斷層組合類型：

有規律的排列組合——斷層系疊瓦結構

產狀相同、平行排列逆斷層§4～4斷層

斷層的類型（3）按斷層與所在岩層

產狀關係分：

走向斷層（縱斷層）傾向斷層（橫斷層）斜向斷層（斜斷層）順層斷層§4～4斷層

斷層存在的標誌外力地質作用剝蝕沉積物覆蓋——標誌（1）地質體不連續（2）斷層面（帶）的構造特徵鏡面、擦痕與階步牽引構造——

牽引褶皺斷層岩指斷層帶中因斷層動力作用被破碎、研磨圖示一圖示二圖示三§4～4斷層

斷層存在的標誌（3）地貌和水文等標誌斷層崖－斷層兩盤差異性升降運動，常形成陡立的峭壁，稱為斷層崖串珠狀分佈的湖泊、窪地和帶狀分佈的泉水等§4～4斷層

斷層形成的年代

基本原則：斷層發生的年代晚於被斷最新地層的年代，早於以不整合覆蓋在斷層之上的最老地層的年代。§4～4斷層

斷層的工程性質評價岩體－不連續體－不連續面：斷層、節理、層面（結構面）斷層影響岩體穩定性－斷層帶強度低斷層對工程建設不利－支護、加固（隧道工程）§4～5活斷層

活斷層－現在正在活動或在最近地質時間（全新世、1萬年）發生過活動。區域穩定性評價活斷層對工程建築物的影響——蠕動、錯動和地震蠕動及伴生的地面變形蠕動－寧夏石咀山紅梁子溝明代長城，水準錯開1.45米，垂直斷距0.9米。地裂縫－西安市活動斷層地震錯動圖示§4～5活斷層

活斷層的特性1、活斷層的活動方式蠕滑：連續滑動過程，伴小震或無震粘滑：斷層快速滑動同一條斷裂帶的不同區段可有不同的活動方式§4～5活斷層

活斷層的特性2、活斷層的規模及活動速率斷層規模包括：其長度和切割深度，反映能量和破壞力活斷層的活動速率：活動性強弱mm/年活斷層分級：表4.1§4～5活斷層

活斷層的特性3、活斷層重複活動週期兩次突然錯動之間的時間間隔古地震法震級（M）－位移（D）法表4.2§4～5活斷層

活斷層的特性3、活斷層重複活動週期震級（M）－位移（D）法經驗公式logD=0.55M-3.71

日本logD=0.6M-4.0而時間間隔R＝D/S年平均位移量logR=0.6M-(logs+4.0)M－按斷層規模估計震級表4.3§4～5活斷層

活斷層的特性3、活斷層重複活動週期活動褶皺與地震有關活動褶皺受控於深部活動斷層派生斷層產生的地震震源淺、震級低但有較大範圍的地表變形和破裂§4～5活斷層

活斷層的判斷標誌1、地質標誌地質構造圖斷層崖、崩積楔裂隙中的填充物槽探圖示一圖示二§4～5活斷層

活斷層的判斷標誌2、地貌標誌河流縱比降上游大若有異常現象，則可能有隱伏活斷層河漫灘與平水期河水面之高差圖示一§4～5活斷層

活斷層的判斷標誌3、地殼形變測量、地球物理和地球化學標誌地殼形變測量：斷層兩盤的相對位移地球物理：地震波法地球化學標誌：測量土壤中氣體含量（汞、氡、氦氣）§4～5活斷層

活斷層評價活動—發震、錯動和蠕動區域穩定性評價的核心問題。活斷層評價，需瞭解工程場地及是否有活斷層，活斷層的規模，特徵，活斷層活動時代，活斷層活動性質（粘滑、蠕滑），活動方式（光滑、傾滑），活動速率等，及地震危險性—是否為發震斷裂、最大震級、週期。工程震害：地震振動破壞，地面破壞§4～5活斷層

活斷層評價1、地震振動破壞及對策地震振動破壞程度與地震強度、場地條件及建築物抗震性能有關。烈度（I）大小與震級M，震源深度H，震中距Δ及地質條件有關。I＝f(M、H、Δ、……)圖示§4～5活斷層

活斷層評價1、地震振動破壞及對策工程場地地震效應研究：①地質構造條件②地基特性③卓越週期④砂基液化⑤地形地貌對抗震影響⑥地下水的影響（淺重、深輕）圖示一§4～5活斷層

活斷層評價2、地基破壞及對策地震引起地裂、地形變的破壞對策：無工程措施、應避開地裂縫按成因分：①構造地裂縫②非構造地裂縫—地基液化、抽取地下水有關。活動斷裂安全距離表4.5

地下水§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙地表10km以上範圍，有空隙淺部1～2km範圍，空隙普遍岩石空隙是地下水儲存場所，也是滲透通道空隙的多少、大小及其分佈規律決定地下水分佈與滲透特點按成因空隙分：孔隙、裂隙、溶隙圖示§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙1、孔隙鬆散岩石（粘土、砂石、礫石等）中顆粒或顆粒集合體之間存在的空隙。孔隙度n的大小取決於岩石的密實度、分選性及顆粒形狀、膠結程度圖示§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙2、裂隙堅硬岩石受地殼運動及其它內外力地質作用的影響產生的空隙。裂隙率§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙3、溶隙可溶岩（石灰石、白雲岩等）中的裂隙經地下水長期溶蝕而形成的空隙溶隙率§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙各種空隙的大小、空隙間的連同性和分佈規律不同空隙中水的形式有：氣態水結合水重力水毛細水固態水§5～1地下水的基本概念

含水層與隔水層岩（石）層按水理性質不同分：含水層與隔水層含水層—能夠給出並透過相當數量重力水的岩層。條件：1、空隙存在並充滿足夠的水

2、重力水能在空隙中自由運動隔水層—不能給出並透過水的岩層。水量小；滲透性差，如粘土表5.2§5～1地下水的基本概念

地下水的物理化學性質地下水的物理性質有溫度、顏色、透明度、氣味、味道、導電性、放射性等地下水的化學成分有：1、氣體成分

2、離子成分

3、膠體成分與有機質§5～2地下水的類型

地下水按埋藏條件和含水層空隙性質綜合分類§5～2地下水的類型

上層滯水、潛水、承壓水1、上層滯水局部隔水層之上的重力水分佈不廣、接近地表、大氣降水蒸發、排泄施工影響圖示§5～2地下水的類型

上層滯水、潛水、承壓水2、潛水第一個穩定隔水層之上具有自由水面的重力水具自由水面，為無壓水水流動由高到低流動速度潛水面形狀－受地形控制潛水的補給與排泄圖示埋藏深度含水層厚度潛水位潛水面潛水§5～2地下水的類型

上層滯水、潛水、承壓水潛水等水位線圖：潛水面上標高相等各點的連線圖由人工露頭、天然露頭測定季節性變化、日期等水位線圖用途：確定潛水流向計算兩點的的水力坡度圖示§5～2地下水的類型

上層滯水、潛水、承壓水等水位線圖用途： 確定潛水與地表水之間關係確定潛水的埋藏深度——某點地形等高線標高與潛水等水位線標高之差確定泉或沼澤的位置推斷給水層的岩性或厚度的變化確定給水和排水工程位置潛水對建築物的穩定性和施工有影響圖示§5～2地下水的類型

上層滯水、潛水、承壓水3、承壓水充滿與兩個穩定的隔水層的重力水承壓水的形成決定於地質構造條件——向斜（盆地）和單斜構造向斜盆地（自流盆地）圖示一圖示二補給區承壓區排泄區自流區H1－初見水面H2－承壓水位H－承壓水頭h－埋深M—含水層厚度

承壓水面§5～2地下水的類型

上層滯水、潛水、承壓水3、承壓水單斜構造（自流斜地）兩種情況：a斷塊構造b含水層岩性相變承壓水無自由水面，靜水壓力圖示一圖示二§5～2地下水的類型

上層滯水、潛水、承壓水3、承壓水承壓水等水壓線圖——承壓水面上高程相等點的連線圖需附地形等高線和頂板等高線承壓水等水壓線圖用途：流向、計算水力坡度、初見水位承壓水位埋深、承壓水頭等對工程影響基坑突湧——坑底穩定性圖示一圖示二§5～2地下水的類型

孔隙水、裂隙水、岩溶水1、孔隙水鬆散岩層的孔隙，均勻連續的層狀分佈顆粒大而均勻、孔隙大、透水性好、地下水量大，運動快、水質好反之，按不同埋藏條件，孔隙－上層滯水、孔隙－潛水、孔隙－承壓水§5～2地下水的類型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－堅硬岩石裂隙中的地下水裂隙按成因分：風化裂隙、成岩裂隙、構造裂隙相應裂隙水分：風化裂隙水風化作用特點：廣泛分佈於出露基岩的表面，發育密集、均勻，彼此連通潛水、下限為新鮮的基岩補給來源－大氣降水排泄－泉§5～2地下水的類型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－堅硬岩石裂隙中的地下水成岩裂隙水岩石形成過程中產生岩漿岩噴出岩類侵入岩類一般潛水§5～2地下水的類型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－堅硬岩石裂隙中的地下水構造裂隙水構造運動構造裂隙較複雜，構造裂隙水的變化較大按裂隙分佈分：a、層狀裂隙水－沉積岩、變質岩的節理、片理等裂隙中，潛水b、脈狀裂隙水－斷層破碎帶中，承壓水§5～2地下水的類型

孔隙水、裂隙水、岩溶水3、 岩溶水溶隙中潛水、承壓水岩溶水特點：水量大、運動快、垂直和水準向分佈不均工程中注意湧水事故§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水的迴圈與運動1、地下水的補給——含水層自外界獲得含水量的過程補給來源：大氣降水補給：最主要來源，補給數量與降水性質、植物覆蓋、地形、地質構造、包氣帶厚度及岩石透水性有關。暴雨、連綿細雨不同。地表水補給——河流、湖泊、水庫與海洋等含水層之間的補給：透水“天窗”或斷層、弱透水層人工補給§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水的迴圈與運動2、地下水的排泄——含水層失去水量的過程排泄方式：蒸發：土壤蒸發、植物蒸發泉水：山區與平原，上升泉與下降泉向地表水排泄含水層之間的排泄人工排泄§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水的迴圈與運動3、地下水的徑流

——地下水由補給區流向排泄區的過程地下水的迴圈：補給區→徑流區→排泄區徑流包括：徑流方向、徑流速度、徑流量§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水的迴圈與運動4、地下水的運動地下水的運動有層流、紊流和混合流三種形式層流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中滲透，產生連續水流紊流：地下水在岩石的裂隙或溶隙中流動，渦流性質，各流線互相交錯混合流：層流和紊流同時出現5、地下水的湧水量計算集水構築物——集水坑、集水井§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水與工程1、地基沉降深基礎施工時，人工降水降水不當，地基土產生固結沉降後果：不均勻沉降；土顆粒流失，陶空2、流砂（與動水壓力有關），當地下水動水壓力大於土粒的浮重度時，就會產生流砂。工程地質現象——地下水位以下開挖基坑、埋設地下管道、打井等工程活動引起§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水與工程2、流砂易發生在細砂、粉砂、粉質粘土等土中。危害：土體流動，使地表塌陷、地基破壞。防治：淺埋樁基穿過流砂若開挖流砂層，處理方法：①人工降低地下水位②打板樁③凍結法④地下挖掘（機械）：避免水頭差§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水與工程3、潛蝕對建築工程的影響機械潛蝕：土粒在地下水壓力作用下受到沖刷，將細粒沖走，使土的結構破壞，形成洞穴的作用化學潛蝕：地下水融解土中的易溶鹽分，破壞土粒間結合力和土的結構，土粒被水沖走，形成洞穴。危害：破壞地基土的強度，形成空洞，產生地表塌陷、影響基礎穩定措施：堵截地下水流入土層，阻止地下水在土層中流動。設置反濾層、改造土的性質、減小地下水流速及水力坡度§5～3地下水的補給、徑流與排泄

地下水與工程4、地下水的浮托作用建築物基礎地下水對岩石、土體也有浮托力5、基坑突湧若不滿足安全厚度M，則降水6、地下水對鋼筋混凝土的腐蝕地下水中某些離子或原子含量過大，會同混凝土發生化學反應。圖示一圖示二

地表地質作用§6～1風化作用基本概念

堅硬岩石－出露地表－太陽輻射－水圈、大氣圈、生物圈－發生變化－緩慢－逐漸崩解、分離為岩屑或土層——岩石的變化（物理、化學性質），稱為風化——風化作用風化殼－鬆散岩屑和土層—殘積土（殘留在原地）—風化岩（保留原岩結構和構造）§6～1風化作用風化作用的類型

1、物理風化溫度變化、孔隙中水的凍融及鹽類結晶使岩石機械崩解的過程。岩石：完整固結→鬆散破壞、孔隙度和表面積加大熱力風化太陽輻射、晝夜和季節性變化，氣溫地表溫度變化岩石表層，熱脹—壓應力，冷縮—拉應力→裂縫、剝落§6～1風化作用風化作用的類型

1、物理風化凍融風化孔隙或裂隙中的水→結冰，體積膨脹（約9％）壓應力（200mPa），裂縫加寬、加深；冰融化，滲入更深，再結冰——冰劈作用

§6～1風化作用風化作用的類型

2、化學風化岩石與水、水溶液和空氣中的氧與二氧化碳的化學作用使岩石的裂隙加大、孔隙增多，破壞岩石的結構和成分，變成土層化學風化的方式有溶解作用：礦物被水溶解，流失水化作用礦物與水結合成含水礦物如：硬石膏水化成石膏

CaSO4＋2H2O→CaSO42H2O§6～1風化作用風化作用的類型

2、化學風化水解作用礦物遇水分解→其他礦物碳酸化作用水中的CO2→與礦物中Na、K、Ca等金屬離子反應變成碳酸鹽→隨水遷移氧化作用黃鐵礦氧化褐鐵礦磁鐵礦氧化褐鐵礦§6～1風化作用風化作用的類型

3、生物風化指生物在其生長和分解過程中，直接或間接地對岩石所起的物理化學風化作用生物的物理風化：岩石裂縫中的植物，動物挖洞生物的化學風化：生物新陳代謝——吸取養分、分泌化合物——破壞作用§6～1風化作用風化作用的類型

4、風化作用類型之間的相互關係物理風化與化學風化緊密聯繫物理風化是化學風化的前驅和必要條件化學風化是物理風化的繼續和深入——物理風化→細砂—中砂（0.02mm）化學風化→更細小§6～1風化作用影響風化作用的因素

1、氣候因素溫度、雨量變化及生物狀況2、地形因素不同地形條件（高度、坡度、切割程度）影響風化的強度、深度和風化物的厚度、分佈山區平原3、地質因素岩石的礦物組成、結構和構造影響風化的速度和風化階段岩石礦物的抗風化能力岩石的結構岩石的構造表6.1§6～1風化作用岩石風化的勘查評價與防治

1、風化作用的工程意義岩石物理、化學性質改變岩石的抗壓、抗剪強度降低地基承載力降低、邊坡穩定性降低2、岩石風化的勘查與評價調查內容：查明風化程度查明風化厚度和分佈查明風化速度和引起風化的主要因素對風化層的劃分——成分分析表6.2§6～1風化作用岩石風化的勘查評價與防治

3、岩石風化的防治挖除法抹面法膠結灌漿法排水法§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

1、河流水動力學特徵河水水流的紊流特徵河水水流一般處於紊流狀態，渦流，各股流束的流速不同，具有脈動特徵觀測發現：河水平均流速在接近水面處最大，向河底、岸壁遞減圖示§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

1、河流水動力學特徵河水水流的紊流特徵水流脈動特性：水流每點的暫態流速，方向和大小不斷變化流速較大、底床糙凸時，易產生漩渦流增強水流的沖刷能力§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

1、河流水動力學特徵橫向環流與螺旋流水流沿河槽運動，水流方向取決於槽線方向槽線的曲折和斷面形態的改變，使水流內部形成旋轉運動產生環流的原因很多a、 彎道離心力引起b、 地球自轉影響與漩渦比，橫向環流規模較大，穩定圖示§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

2、河流的侵蝕作用——地表泥沙被水流帶走如圖突起於河床中岩體，高h、寬b、長l動水壓力p：其中K－形狀係數水流作用面積F＝hl；圓形顆粒F＝p與水流速v平方成正比§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

2、河流的侵蝕作用動水壓力在滑動面上的剪應力τ：岩石抗剪強度（庫侖定律）τ<τf岩體不破壞，流速小τ=τf

岩體極限平衡狀態，極限流速τ>τf

岩體破壞，流速超過極限流速§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

2、河流的侵蝕作用則極限流速vcr可求：對於整體岩石，內聚力（C）很大，一般達不到§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

3、水流的搬運作用水流對固體物質搬運有兩種方式：水流使砂、礫沿河床底推移細小物質懸浮於水、懸移直徑d的砂礫，所受動水壓力為：泥沙阻力：T=fWF－滾動摩擦係數W－顆粒有效重量§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流的侵蝕、搬運與沉積

3、水流的搬運作用P＝T時，極限平衡狀態，則泥沙被推移的臨界流速：經驗公式：4、水流的沉積作用河流流速低於推移臨界流速時，泥沙便沉積§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流地貌

1、河漫灘——靠近主槽、洪水時淹沒、平水時出露的灘地牛軛湖及相沉積物圖示§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流地貌

2、河流階地——河谷中沿河分佈的階梯狀地形，這些階地的平坦頂面與河流的作用有著直接的關係。階地的形態特徵階地實際上就是被遺棄的老河漫灘階地面和階地斜坡階地有時往往不止一級，而是有好幾級。圖示§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

階地的形成§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流地貌

2、河流階地階地的類型侵蝕階地：由基岩構成，其上很少有河流沖積物覆蓋。堆積階地：在河流中下游最為常見，階地全由河流沉積物組成。基座階地：兩種物質組成，上部為河流的沉積物，下部是基岩。圖示§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流侵蝕、淤積作用的防治

1、凹岸的坍塌和凸岸的淤漲坍岸的成因分析水流作用土體強度減弱和風化水流直接作用於河岸水流沖刷坡腳§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流侵蝕、淤積作用的防治

1、凹岸的坍塌和凸岸的淤漲各類土質河岸的坍岸情況1）無粘性土的河岸2）粘性土的河岸A圓弧滑動B淺層滑動C平面滑動圖示§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流侵蝕、淤積作用的防治

1、凹岸的坍塌和凸岸的淤漲各類土質河岸的坍岸情況3）彎曲河段的二元結構A圓弧滑動B平面滑動C坍落凹岸的坍塌與凸岸的淤漲圖示一圖示二§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流侵蝕、淤積作用的防治

2、河流侵蝕、淤積作用的治理1）不同類型河床主流線與崩岸位置§6～2河流的侵蝕、搬運與沉積作用

河流侵蝕、淤積作用的防治

2、河流侵蝕、淤積作用的治理2）防護措施護岸工程直接加固岸坡－植樹、種草護岸約束河流順壩和丁壩約束水流，防止淤積圖示一圖示二砌石護坡與拋石護坡§6～3岩溶（喀斯特）作用

基本概念與研究意義

喀斯特（Karst）—碳酸鹽岩地形地貌與水文現象凡是以地下水為主、地表水為輔，以化學過程（溶解和沉澱）為主、機械過程（流水侵蝕和沉積、重力崩塌和堆積）為輔的對可溶性岩石的破壞和改造作用都叫岩溶作用岩溶地貌－岩溶作用造成的地表形態和地下形態岩溶－岩溶作用及其所產生的水文現象和地貌現象§6～3岩溶（喀斯特）作用

基本概念與研究意義

桂林山水、雲南石林我國國土面積13.5%為石灰岩危害：地下洞穴水庫－防止滲漏隧道和礦井－湧水鐵路、橋樑、廠房－地基塌陷§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本條件

水與岩石之間岩石－可溶透水水－溶蝕力流動1、岩石的可溶性取決於岩石的成分和結構成分：岩石的礦物成分和化學成分結構：顆粒大小、形狀和排列及膠結物的性質§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本條件

1、岩石的可溶性（按岩石成分）可溶性岩石分三種：碳酸鹽類岩石（石灰岩、白雲岩、矽質灰岩和泥灰岩）；硫酸鹽類岩石（石膏、芒硝）；鹵鹽類岩石（石鹽和鉀鹽）。按溶解度：鹵鹽>硫酸鹽>碳酸但碳酸鹽類岩石分佈廣，岩體大，故碳酸鹽類岩石中的岩溶有普遍性§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本條件

1、岩石的可溶性（礦物成分）碳酸鹽類岩石成分：方解石CaCO3、白雲石（Ca、Mg）CO3，其次SiO2、Fe2O3、Al2O3及粘性土石灰岩－方解石白雲岩－白雲石碳酸鹽類岩石的結構影響－原生孔隙的大小、多少§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本條件

2、岩石的透水性取決於岩石的裂隙度和孔隙度3、水的溶蝕性純水溶蝕性弱，含有CO2－較強的溶蝕性－溶解CaCO34、水的流動性CaCO3飽和，喪失溶解力流動，水量、氣溫、氣壓變化，成不飽和溶液§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌1、地表岩溶地貌1）石芽與溶溝地表水沿坡面上節理裂隙流動，溶蝕、沖蝕形成溶溝和石芽石芽有裸露，也有埋藏石林－非常高大的石芽2）漏斗是呈碗碟狀或倒錐狀的窪地圖示一圖示二§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌1、地表岩溶地貌3）豎井塌陷漏斗4）落水洞地表水流入地下的進口溶蝕作用外，機械侵蝕作用（大量地表水）圖示§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌1、地表岩溶地貌5）溶蝕窪地盆狀窪地，附生漏斗6）坡立穀寬廣而平坦的岩溶谷地7）幹穀和盲穀幹穀－沒有水的一段河谷盲穀－向前沒有道路的河谷圖示§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌2、地下岩溶地貌1）溶洞地下水沿可溶性岩體的各種構造面（層面、節理面或斷層面），特別是各構造面交叉處，逐漸溶蝕河侵蝕而開拓出的地下洞室。地下孔洞較小時，地下水運動慢，溶蝕地下孔洞擴大時，地下水運動加快，還產生機械侵蝕作用，洞迅速擴大2）地下河岩溶地區，具自由水面的地下水流稱為地下河。圖示§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌3、岩溶地貌組合各種岩溶地貌其發育過程中有成因上的聯繫。地表岩溶地貌與地下岩溶地貌密切相關，從地表岩溶地貌瞭解地下岩溶地貌1）落水洞、豎井、地下通道組合2）幹穀和暗河組合3）塌陷與地下岩洞組合§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌3、岩溶地貌組合4）溶洞與地下通道組合溶洞是地下通道組合的進出口5）溶洞與階地組合溶洞非岩溶區形成階地6）分水嶺風口與溶洞組合分水嶺地帶的風口常與山坡上的溶洞處於同一高程§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶區的主要工程地質問題

建築場地與地基地質條件惡化1、地基穩定性及塌陷問題石芽溶溝、地下洞穴（岩洞）、土洞地基類型：1）石芽地基不均勻沉降和建築物的穩定性§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶區的主要工程地質問題

1、地基穩定性及塌陷問題2）溶洞地基溶洞的規模、埋深及充填情況溶洞頂板安全厚度洞頂完整的溶洞厚跨比法確定

h/L>0.5§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶區的主要工程地質問題

1、地基穩定性及塌陷問題2）溶洞地基頂板不完整、洞頂塌陷的溶洞坍塌堵塞計算法

H=Ho/（K-1）鬆散係數K石灰岩1.2粘土1.05溶洞頂板不完整，裂隙、節理發育梁板計算§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶區的主要工程地質問題

1、地基穩定性及塌陷問題3）土洞地基首要措施：治水處理：

土洞埋深淺時，挖填和梁板跨越；

洞直徑小，深埋，不處理洞體，梁板跨越；

洞直徑大，深埋，灌砂（砂礫）、碎石混凝土圖示§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶區的主要工程地質問題

2、滲漏和突水問題庫區選擇滲漏處理：堵（堵落水洞）、鋪（鋪蓋粘土層）、截（築截水牆）、圍（在落水洞四周建圍牆）、引（引入庫內或導出庫外）等突水處理：疏導、排水管、排水溝§6～4斜坡與邊坡地質作用

斜坡和邊坡地質作用的類型

1、概念斜坡：自然作用造成表面向一個方向傾斜邊坡：人為作用造成表面向一個方向傾斜