水文学与工程地质课件

地壳及物质组成

地球具有层圈构造，地壳是固体地球最外部的层圈。塑造地壳面貌的自然作用称地质作用。元素、矿物、岩石是组成地壳的基本单位。火成岩是岩浆作用的产物，沉积岩是外力地质作用的产物，变质岩是变质作用的产物。它们都有各不相同的矿物成分、结构构造特性和代表性岩石。§2.1地壳是固体地球的外部层圈地球赤道半径>两极半径地球表面参差起伏,大约70%海域,30%陆地地球的层圈构造外部层圈（大气圈，水圈，生物圈）固体地球―――内部分层(地壳，地幔，地核)

§2.1地壳是固体地球的外部层圈地壳：密度2.7～2.9g/cm3岩石组成大陆地壳（陆核）厚度大，35km

大洋地壳（洋壳）厚度小，7～8km

地球的层圈构造地幔：密度3.32～4.64g/cm32900km地核：密度11～16g/cm3――液态外核，固态内核地球§2.1地壳是固体地球的外部层圈软流圈(地幔顶部)――塑性流动

地球的层圈构造岩石圈（软流圈上部）――板块――板块运动§2.1地壳是固体地球的外部层圈地球46亿年历史，逐渐变化地质作用――塑造地壳面貌的自然作用按动力来源分：内力地质作用、外力地质作用

按地质灾害成因分：物理地质作用、工程地质作用

地质作用§2.1地壳是固体地球的外部层圈物理地质作用（自然地质作用）内力地质作用动力――地球本身、地球内部地质作用构造运动岩浆作用变质作用地震§2.1地壳是固体地球的外部层圈物理地质作用（自然地质作用）外力地质作用

――太阳辐射引起，地壳表面地质作用风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用固结成岩作用—沉积岩§2.1地壳是固体地球的外部层圈工程地质作用（人为地质作用）

――人类活动引起的地质效应例如:地质作用采矿开采石油天然气地下水兴建水利工程§2.2

矿物矿物—天然产生的均匀固体各种地质作用的产物，是岩石的基本组成部分矿物具有一定的化学成分矿物具有确定的内部结构—内部原子或离子在三维空间成周期性重复排列—晶体（图2.2）§2.2矿物绝对大多数矿物是晶体，具有特定的晶体结构单个晶体的形态—晶体习性：针状，柱状，粒状，板状，片状等（图2.3）（多个晶体）集合体的特征形态：粒状集合体、针状结合体、鳞片状集合体等。特殊形态：放射粒状、钟乳状、晶腺体（图2.4-2.6）矿物的形态

§2.2矿物颜色和条痕

矿物的物理性质

颜色和条痕颜色：自色：（矿物的化学成分和晶体结构所组成的）矿物的本身的颜色他色：某些杂质引起的颜色条痕：矿物粉末的颜色。（鉴定意义）

§2.2矿物光泽

矿物的物理性质

——矿物表面对可见光的反射能力分为：

①金属光泽

②非金属光泽

③金刚光泽

④玻璃光泽

⑤油脂光泽和树脂光泽

⑥丝滑光泽

⑦珍珠光泽

⑧土状光泽§2.2矿物

硬度

矿物的物理性质

——矿物抵抗外力机械作用的强度分十度：

1-滑石10-金刚石§2.2矿物

解理和断口矿物的物理性质

解理—受外力作用，矿物能沿一定方向破裂成平面的性质分三级：完全、中等或不完全断口—受外力打击后，矿物无规则地沿解理面以外方向破裂，其破裂面断口形态有：贝壳状断口，残差状断口，锯齿状断口，平坦状断口图示图示§2.2矿物

密度矿物的物理性质

变化幅度大分轻、中等、重三级。中等（2.5-4）

弹性、挠曲、延展性弹性—弯曲，恢复挠曲—弯曲不能恢复延展性—能锤击成薄片或拉长成细丝的特性§2.2矿物常见矿物

自然界产生的矿物—3000种主要造岩矿物（常见矿物）—化学成分：硅酸盐、氧化物、硫化物、卤化物、碳酸盐等§2.2矿物常见矿物

黄铁矿、石英、赤铁矿、褐铁矿、方解石、白云石、石膏、橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、正长石、白云母、黑云母、绿泥石、蛇纹石、石榴子石、滑石、高岭石、蒙脱石§2.3岩石岩石是地壳的基本组成物质，是内、外动力地质作用的产物。岩石是由矿物组成的按形成方式有火成岩（岩浆岩）、沉积岩和变质岩地质作用—岩浆作用、外力地质作用、变质作用§2.3岩石岩石的形貌特征：①岩石的结构：矿物的结晶程度，颗粒大小、形状及彼此间的组合方式。②岩石的构造：矿物集合体之间排列及充填方式其中：

火石岩—块状构造

沉积岩—层状构造

变质岩—片理构造矿物成分、结构和构造特征是识别岩石类型的主要依据§2.2岩石火成岩（岩浆岩）

占地壳岩石体积64.7%，大陆和海洋、地表及地下广泛分布火成岩的物质成分：化学成分：99%以上是O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti九种元素，O、Si占质量75%，体积93%。§2.2岩石火成岩（岩浆岩）矿物成分：最广泛的矿物6~7种—橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石、钾长石和石英等石英、长石类矿物颜色较浅称浅色矿物橄榄石、辉石、角闪石及黑云母类矿物为暗色矿物§2.2岩石火成岩（岩浆岩）火成岩的结构和构造

---火成岩的结构主要指组成火成岩矿物颗粒的大小和结晶程度等有:①显晶质结构②斑状结构③隐晶质结构④玻璃质结构图示图示§2.2岩石火成岩（岩浆岩）火成岩的结构和构造

---火成岩的构造—指岩石外表的整体特征有:①块状构造②气孔与杏仁构造③流纹构造图示§2.2岩石火成岩（岩浆岩）火成岩的产状

---指岩体的形态、大小、深度以及与围岩的关系深成岩（地表以下5KM至10~20KM）产出状态有：

①岩基

②岩株浅成岩（小于5KM）产状：①岩墙②岩床③岩盖和岩盆图示§2.2岩石火成岩（岩浆岩）火成岩石分类按岩浆成分和冷凝固结成岩环境分—按SiO2的含量分:超基性岩石基岩中性岩酸性岩—按岩浆冷凝环境分：侵入岩（深成岩，浅成岩）喷出岩§2.2岩石火成岩代表性岩石简介

花岗岩

结晶粒状深成岩，白石英，长石和云母组成。颜色—灰白色、灰色、肉红色等密度2.7，致密坚硬、空隙小、强度大、良好的建筑材料。

§2.2岩石火成岩代表性岩石简介

闪长岩

中性深层侵入岩。由斜长石、角闪石组成，有少量黑云母。颜色较深—深灰色、灰绿色全晶质粒状结构密度2.6~3.1，强度大，良好的建筑材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石简介

辉长石

基性深层侵入岩，由辉石、斜长石为主，少量橄榄石颜色深—灰色至灰黑色中粗粒全晶质等粒结构具有力学强度，良好的建筑材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石简介

流纹岩

酸性火山喷出岩斑状结构，常发育成流纹构造颜色—灰红色，有时灰黑色和紫色性脆

§2.2岩石火成岩代表性岩石简介

安山岩

中性喷入岩，斑状结构灰、灰褐、紫色较强，可作建筑材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石简介

玄武岩

分布最广泛的火成岩主要由斜长石和辉石组成呈暗灰色至黑色隐晶质结构或斑状结构，具气孔和杏仁构造力学强度高，良好的建筑材料

§2.2岩石火成岩代表性岩石简介

辉绿岩

浅层侵入岩，由斜长石、辉石组成灰黑至灰色力学强度大、良好的建筑材料

§2.2岩石沉积岩沉积物固结变硬地壳总体积7.9%，分布最广，地壳表面积75%按形成途径分两种：碎屑岩化学岩（生物化学岩）§2.2岩石沉积岩的矿物成分碎屑矿物：石英和粘土矿物，其次是长石和云母。化学矿物：碳酸盐矿物方解石、文石、白云石等§2.2岩石沉积岩的结构---指沉积岩颗粒的性质、大小、形态及其相互关系碎屑结构机械沉积的碎屑物按碎屑的大小分：砾状结构，砂状结构，粉砂状结构，泥状结构非碎屑结构（结晶结构）颗粒为矿物晶粒§2.2岩石沉积岩的构造（1）层理构造---成层性两种类型:

平行层理交错层理（2）递变层理（3）波痕与泥裂层面上的构造图示§2.2岩石沉积岩的分类及常见的沉积岩按成因分:碎屑岩和化学及生物化学岩（1）碎屑沉积岩

①砾岩②砂岩③粉砂岩④粘土岩§2.2岩石沉积岩的分类及常见的沉积岩（2）火山碎屑岩

----火山喷发的碎屑

①凝灰岩

②火山角砾岩

③火山集块岩§2.2岩石沉积岩的分类及常见的沉积岩（3）非蒸发岩

----沉积盆地中化学或生物化学作用的产物主要有石灰岩、白云岩和硅质岩等（4）蒸发岩

----是一种纯化学成因的岩石，由蒸发作用沉淀而生成主要包括岩盐、石膏、硬石膏§2.2岩石变质岩

原来的岩石（火成岩、沉积岩、变质岩）高温\高压气体\液体变质岩有自身的特点，还保留原岩的某些特征§2.2岩石变质岩变质岩的矿物成分特征矿物:红柱石、蓝晶石、硅绞石、硅灰石等火成岩、沉积岩中的矿物：石英、钾长石、钠长石、白云母、黑云母等§2.2岩石变质岩变质岩的结构变晶结构---原岩在固体状态条件下发生重结晶形成的结构变余结构---从早先岩石中保留的结构§2.2岩石变质岩的构造---与变质岩的结构相似，分变成构造和变余构造变成构造---通过变质作用形成的构造，有：①片理构造②片麻构造③板状构造④斑点构造⑤块状构造变余构造---变质岩中残留原岩的构造如变余层理构造，变余气孔构等§2.2岩石变质作用类型

按引起岩石的地质条件和主导因素，变质作用分四种：接触变质作用：发生在侵入体与围岩的接触带上，是由于温度升高及来自岩浆的化学活动组成的作用。—矿物重结晶，物质成分重新组合而化学成分无显著变化为接触热变质作用。—新的矿物产生，岩石化学成分显著变化为接触交代变质作用。§2.2岩石变质作用类型区域变质作用：高温、高压等因素联合作用于一个广大地区范围。混合岩化作用：区域变质作用进一步发展，高温作用下，石英长石等局部熔融，沿片理渗透、扩散、贯入形成混合岩。动力变质作用：与断裂构造有关，出现在断裂带两侧，如角砾岩、碎裂岩§2.2岩石常见的变质岩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、白云岩经区域变质或接触热变质作用而生成作业

书后练习题:

思考题1.4

思考题2.1、2.2作业本下周三3:00~4:00由各班长统一交到结构教研室节理产状示意图波痕与泥裂图示

地质构造§4～1岩层产状与地层接触关系构造运动与地质构造岩石圈、构造运动是机械运动——板块运动水平运动岩块相互分离裂开或相向聚汇，挤压、弯曲、剪切、错开垂直运动：相邻块差异性上升或下降水平岩层水平构造运动

倾斜岩层§4～1岩层产状与地层接触关系构造运动与地质构造构造运动使岩层发生变形和变位，形成的产物——地质构造有：褶皱、断层、节理（断裂构造）倾斜岩层§4～1岩层产状与地层接触关系岩层的产状岩层的产状指岩层的空间位置，是研究地质构造的基础产状三要素：走向、倾向、倾角产状要素的表示方法：走向/倾向（象限）、倾角如：333°／WS<30°倾向、倾角如：240°<30°图示§4～1岩层产状与地层接触关系岩层露头线特征露头是暴露在地表的岩石包括：天然露头、人工露头图示露头观察发现岩层有水平状态、倾斜状态、直立状态露头线是指岩层层面与地面的交线见中国露头线分布图§4～1岩层产状与地层接触关系地层接触关系新老地层的接触关系，由构造运动及地质构造决定包括：（1）整合接触：相邻新、老地层产状一致，时代连续

构造运动——持续上升或下降，连续沉积图示§4～1岩层产状与地层接触关系地层接触关系（2）假整合接触（平行不整合接触）：新、老地层产状平行一致，地层时代不连续，缺地层构造运动——地壳曾一度上升，并风化剥蚀，剥蚀面（3）不整合接触（角度不整合接触）：新、老地层产状不一致以角度相交，地层时代不连续剧烈构造运动——老地层产生褶皱、断裂，地壳上升受风化剥蚀，剥蚀面图示素描图§4～1岩层产状与地层接触关系地层接触关系（4）侵入体的沉积接触：侵入体被沉积岩层直接覆盖，二者间有剥蚀面（5）侵入接触：侵入体与被侵入围岩的接触关系捕虏体、接触变质现象、接触线不规则状图示（6）断层接触：地层之间接触面为断层面§4～2褶皱

岩层受力而发生弯曲变形称为褶皱1、3、5为背斜2、4、6为向斜§4～2褶皱

褶皱的要素描述褶皱的空间状态，各组成部分称为褶皱的要素核部翼部枢纽轴面另图示§4～2褶皱

褶皱的类型两种基本形态：背斜、向斜背斜向斜共用翼部§4～2褶皱

褶皱的类型1、根据轴面产状分类：1） 直立褶皱2） 斜歪褶皱3） 倒转褶皱4） 平卧褶皱5） 翻卷褶皱图示§4～2褶皱

褶皱的类型2、根据横剖面形态分：1）扇形褶皱2）箱形褶皱3）单斜图示§4～2褶皱

褶皱的类型3、根据枢纽产状分：1）水平褶皱2）倾伏褶皱§4～2褶皱

褶皱的类型4、根据褶皱的平面形态分：1）线状褶皱：长宽比〉10：12）短轴褶皱：长宽比为3：1～10：13）穹隆与构造盆地：长宽比〈3：1图示§4～2褶皱

褶皱的类型5、复背斜与复向斜§4～2褶皱

褶皱的野外识别识别：褶皱是否存在、背斜或向斜、形态特征确定新老地层层序沿垂直地层走向观察，是否有相同地质年代的地层重复出现比较两翼岩层倾向及倾角，定形态分类名称图示§4～2褶皱

褶皱的野外识别了解枢纽是否倾伏背斜成谷，向斜成山——地形倒置现象§4～2褶皱

褶皱形成年代分析区域性角度不整合来确定不整合面上覆地层下伏地层§4～2褶皱

褶皱构造的工程地质评价褶皱的核部——强烈变形部位拉张裂隙地下水褶皱的翼部——顺层滑动§4～2褶皱

褶皱构造的工程地质评价谷德振理论——总结（不同构造受力作用下形成的褶皱的工程地质特征）1、复式流动褶皱 2、线性挤压紧闭褶皱3、复式挤压褶皱4、舒缓波状褶皱5、断裂牵引褶皱6、盖层被牵动引起的褶皱图示§4～3节理

岩层受力变形、超过强度、发生破裂——断裂构造：节理断层节理：沿破裂面无明显位移断层：沿破裂面有明显位移（规模大）节理（裂缝）：一般几十厘米到几米，长的可延伸几百米、上千米

节理张开程度不同，有的闭合

节理面：平坦光滑、粗造§4～3节理

影响节理发育的因素：构造变形的强度、岩石形成年代、力学性质、岩石厚度、构造部位节理的空间位置：节理面的走向、倾向、倾角节理有规律成群出现：节理组：成因相同且相互平行节理系：成因有联系的几个节理组§4～3节理

节理的类型

按成因分：原生节理次生节理非构造节理：外力地质作用构造节理力学性质

张节理剪节理（共轭剪节理）

图示§4～3节理

节理的类型

按节理与岩层产状关系分：（1）走向节理（2）倾向节理（3）斜向节理（4）顺层节理§4～3节理

节理的类型

按节理与褶皱枢纽方向分：（1）纵节理（2）横节理（3）斜节理§4～3节理

节理的观测与统计

对节理的性质、分布规律、形态观测与统计目的：评价岩体稳定性野外观测：（1）观察地层岩性、地质构造、测量地层产状，确定测点所在构造部位（2）观察节理性质与发育规律非构造节理、构造节理、张节理、剪节理（3）测量登记：节理的产状、粗糙度、节理密度、节理充填物等§4～3节理

节理的观测与统计

室内资料整理统计——节理玫瑰图（1）节理走向玫瑰图（2）节理倾向玫瑰图§4～3节理

节理对工程的影响

节理将岩层切割成块，影响岩体强度和稳定性节理间距越小，岩体破坏程度越高，岩体承载力越小节理裂缝——地下水通道

——风化作用增强§4～4断层

位移（断层构造）——断层大、小断层断层要素包括：断层面、断层线、断层盘（1）断层面：破裂面——走向、倾向、倾角平面、弯曲面破裂带图示§4～4断层

断层要素（2）断层线：与地面交线（3）断层盘：两侧岩体相当层相当层沿断层面移动的距离——断距滑距——AA’§4～4断层

断层的类型（1）按断层两盘相对运动分：正断层：沿断层面倾斜线方向，上盘相对下降、下盘相对上升。水平向引张力或重力倾角较陡〉45°60°正断层向深处变缓呈犁状§4～4断层

断层的类型（1）按断层两盘相对运动分：

逆断层：水平挤压力，与褶皱伴生高角度逆断层〉45°低角度逆断层——逆冲断层、逆掩断层——远距离推移（几公里、十几公里）——推覆构造图示§4～4断层

断层的类型（1）按断层两盘相对运动分：

平移断层：沿断层走向

方向位移移动方向非单向：上下+水平§4～4断层

断层的类型（2）断层组合类型：

有规律的排列组合——断层系阶梯状断层产状相同的正断层平行排列§4～4断层

断层的类型（2）断层组合类型：

有规律的排列组合——断层系地堑与地垒走向相同、倾向相反共同下降盘地堑——莱茵地堑贝加尔湖地堑共同上升盘地垒——庐山§4～4断层

断层的类型（2）断层组合类型：

有规律的排列组合——断层系叠瓦结构

产状相同、平行排列逆断层§4～4断层

断层的类型（3）按断层与所在岩层

产状关系分：

走向断层（纵断层）倾向断层（横断层）斜向断层（斜断层）顺层断层§4～4断层

断层存在的标志外力地质作用剥蚀沉积物覆盖——标志（1）地质体不连续（2）断层面（带）的构造特征镜面、擦痕与阶步牵引构造——

牵引褶皱断层岩指断层带中因断层动力作用被破碎、研磨图示一图示二图示三§4～4断层

断层存在的标志（3）地貌和水文等标志断层崖－断层两盘差异性升降运动，常形成陡立的峭壁，称为断层崖串珠状分布的湖泊、洼地和带状分布的泉水等§4～4断层

断层形成的年代

基本原则：断层发生的年代晚于被断最新地层的年代，早于以不整合覆盖在断层之上的最老地层的年代。§4～4断层

断层的工程性质评价岩体－不连续体－不连续面：断层、节理、层面（结构面）断层影响岩体稳定性－断层带强度低断层对工程建设不利－支护、加固（隧道工程）§4～5活断层

活断层－现在正在活动或在最近地质时间（全新世、1万年）发生过活动。区域稳定性评价活断层对工程建筑物的影响——蠕动、错动和地震蠕动及伴生的地面变形蠕动－宁夏石咀山红梁子沟明代长城，水平错开1.45米，垂直断距0.9米。地裂缝－西安市活动断层地震错动图示§4～5活断层

活断层的特性1、活断层的活动方式蠕滑：连续滑动过程，伴小震或无震粘滑：断层快速滑动同一条断裂带的不同区段可有不同的活动方式§4～5活断层

活断层的特性2、活断层的规模及活动速率断层规模包括：其长度和切割深度，反映能量和破坏力活断层的活动速率：活动性强弱mm/年活断层分级：表4.1§4～5活断层

活断层的特性3、活断层重复活动周期两次突然错动之间的时间间隔古地震法震级（M）－位移（D）法表4.2§4～5活断层

活断层的特性3、活断层重复活动周期震级（M）－位移（D）法经验公式logD=0.55M-3.71

日本logD=0.6M-4.0而时间间隔R＝D/S年平均位移量logR=0.6M-(logs+4.0)M－按断层规模估计震级表4.3§4～5活断层

活断层的特性3、活断层重复活动周期活动褶皱与地震有关活动褶皱受控于深部活动断层派生断层产生的地震震源浅、震级低但有较大范围的地表变形和破裂§4～5活断层

活断层的判断标志1、地质标志地质构造图断层崖、崩积楔裂隙中的填充物槽探图示一图示二§4～5活断层

活断层的判断标志2、地貌标志河流纵比降上游大若有异常现象，则可能有隐伏活断层河漫滩与平水期河水面之高差图示一§4～5活断层

活断层的判断标志3、地壳形变测量、地球物理和地球化学标志地壳形变测量：断层两盘的相对位移地球物理：地震波法地球化学标志：测量土壤中气体含量（汞、氡、氦气）§4～5活断层

活断层评价活动—发震、错动和蠕动区域稳定性评价的核心问题。活断层评价，需了解工程场地及是否有活断层，活断层的规模，特征，活断层活动时代，活断层活动性质（粘滑、蠕滑），活动方式（光滑、倾滑），活动速率等，及地震危险性—是否为发震断裂、最大震级、周期。工程震害：地震振动破坏，地面破坏§4～5活断层

活断层评价1、地震振动破坏及对策地震振动破坏程度与地震强度、场地条件及建筑物抗震性能有关。烈度（I）大小与震级M，震源深度H，震中距Δ及地质条件有关。I＝f(M、H、Δ、……)图示§4～5活断层

活断层评价1、地震振动破坏及对策工程场地地震效应研究：①地质构造条件②地基特性③卓越周期④砂基液化⑤地形地貌对抗震影响⑥地下水的影响（浅重、深轻）图示一§4～5活断层

活断层评价2、地基破坏及对策地震引起地裂、地形变的破坏对策：无工程措施、应避开地裂缝按成因分：①构造地裂缝②非构造地裂缝—地基液化、抽取地下水有关。活动断裂安全距离表4.5

地下水§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙地表10km以上范围，有空隙浅部1～2km范围，空隙普遍岩石空隙是地下水储存场所，也是渗透通道空隙的多少、大小及其分布规律决定地下水分布与渗透特点按成因空隙分：孔隙、裂隙、溶隙图示§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙1、孔隙松散岩石（粘土、砂石、砾石等）中颗粒或颗粒集合体之间存在的空隙。孔隙度n的大小取决于岩石的密实度、分选性及颗粒形状、胶结程度图示§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙2、裂隙坚硬岩石受地壳运动及其它内外力地质作用的影响产生的空隙。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、白云岩等）中的裂隙经地下水长期溶蚀而形成的空隙溶隙率§5～1地下水的基本概念

岩石的空隙各种空隙的大小、空隙间的连同性和分布规律不同空隙中水的形式有：气态水结合水重力水毛细水固态水§5～1地下水的基本概念

含水层与隔水层岩（石）层按水理性质不同分：含水层与隔水层含水层—能够给出并透过相当数量重力水的岩层。条件：1、空隙存在并充满足够的水

2、重力水能在空隙中自由运动隔水层—不能给出并透过水的岩层。水量小；渗透性差，如粘土表5.2§5～1地下水的基本概念

地下水的物理化学性质地下水的物理性质有温度、颜色、透明度、气味、味道、导电性、放射性等地下水的化学成分有：1、气体成分

2、离子成分

3、胶体成分与有机质§5～2地下水的类型

地下水按埋藏条件和含水层空隙性质综合分类§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水1、上层滞水局部隔水层之上的重力水分布不广、接近地表、大气降水蒸发、排泄施工影响图示§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水2、潜水第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水具自由水面，为无压水水流动由高到低流动速度潜水面形状－受地形控制潜水的补给与排泄图示埋藏深度含水层厚度潜水位潜水面潜水§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水潜水等水位线图：潜水面上标高相等各点的连线图由人工露头、天然露头测定季节性变化、日期等水位线图用途：确定潜水流向计算两点的的水力坡度图示§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水等水位线图用途： 确定潜水与地表水之间关系确定潜水的埋藏深度——某点地形等高线标高与潜水等水位线标高之差确定泉或沼泽的位置推断给水层的岩性或厚度的变化确定给水和排水工程位置潜水对建筑物的稳定性和施工有影响图示§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水3、承压水充满与两个稳定的隔水层的重力水承压水的形成决定于地质构造条件——向斜（盆地）和单斜构造向斜盆地（自流盆地）图示一图示二补给区承压区排泄区自流区H1－初见水面H2－承压水位H－承压水头h－埋深M—含水层厚度

承压水面§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水3、承压水单斜构造（自流斜地）两种情况：a断块构造b含水层岩性相变承压水无自由水面，静水压力图示一图示二§5～2地下水的类型

上层滞水、潜水、承压水3、承压水承压水等水压线图——承压水面上高程相等点的连线图需附地形等高线和顶板等高线承压水等水压线图用途：流向、计算水力坡度、初见水位承压水位埋深、承压水头等对工程影响基坑突涌——坑底稳定性图示一图示二§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水1、孔隙水松散岩层的孔隙，均匀连续的层状分布颗粒大而均匀、孔隙大、透水性好、地下水量大，运动快、水质好反之，按不同埋藏条件，孔隙－上层滞水、孔隙－潜水、孔隙－承压水§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水裂隙按成因分：风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙相应裂隙水分：风化裂隙水风化作用特点：广泛分布于出露基岩的表面，发育密集、均匀，彼此连通潜水、下限为新鲜的基岩补给来源－大气降水排泄－泉§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水成岩裂隙水岩石形成过程中产生岩浆岩喷出岩类侵入岩类一般潜水§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水2、裂隙水－坚硬岩石裂隙中的地下水构造裂隙水构造运动构造裂隙较复杂，构造裂隙水的变化较大按裂隙分布分：a、层状裂隙水－沉积岩、变质岩的节理、片理等裂隙中，潜水b、脉状裂隙水－断层破碎带中，承压水§5～2地下水的类型

孔隙水、裂隙水、岩溶水3、 岩溶水溶隙中潜水、承压水岩溶水特点：水量大、运动快、垂直和水平向分布不均工程中注意涌水事故§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动1、地下水的补给——含水层自外界获得含水量的过程补给来源：大气降水补给：最主要来源，补给数量与降水性质、植物覆盖、地形、地质构造、包气带厚度及岩石透水性有关。暴雨、连绵细雨不同。地表水补给——河流、湖泊、水库与海洋等含水层之间的补给：透水“天窗”或断层、弱透水层人工补给§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动2、地下水的排泄——含水层失去水量的过程排泄方式：蒸发：土壤蒸发、植物蒸发泉水：山区与平原，上升泉与下降泉向地表水排泄含水层之间的排泄人工排泄§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动3、地下水的径流

——地下水由补给区流向排泄区的过程地下水的循环：补给区→径流区→排泄区径流包括：径流方向、径流速度、径流量§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水的循环与运动4、地下水的运动地下水的运动有层流、紊流和混合流三种形式层流：地下水在岩石的孔隙或微裂隙中渗透，产生连续水流紊流：地下水在岩石的裂隙或溶隙中流动，涡流性质，各流线互相交错混合流：层流和紊流同时出现5、地下水的涌水量计算集水构筑物——集水坑、集水井§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水与工程1、地基沉降深基础施工时，人工降水降水不当，地基土产生固结沉降后果：不均匀沉降；土颗粒流失，陶空2、流砂（与动水压力有关），当地下水动水压力大于土粒的浮重度时，就会产生流砂。工程地质现象——地下水位以下开挖基坑、埋设地下管道、打井等工程活动引起§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水与工程2、流砂易发生在细砂、粉砂、粉质粘土等土中。危害：土体流动，使地表塌陷、地基破坏。防治：浅埋桩基穿过流砂若开挖流砂层，处理方法：①人工降低地下水位②打板桩③冻结法④地下挖掘（机械）：避免水头差§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水与工程3、潜蚀对建筑工程的影响机械潜蚀：土粒在地下水压力作用下受到冲刷，将细粒冲走，使土的结构破坏，形成洞穴的作用化学潜蚀：地下水融解土中的易溶盐分，破坏土粒间结合力和土的结构，土粒被水冲走，形成洞穴。危害：破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷、影响基础稳定措施：堵截地下水流入土层，阻止地下水在土层中流动。设置反滤层、改造土的性质、减小地下水流速及水力坡度§5～3地下水的补给、径流与排泄

地下水与工程4、地下水的浮托作用建筑物基础地下水对岩石、土体也有浮托力5、基坑突涌若不满足安全厚度M，则降水6、地下水对钢筋混凝土的腐蚀地下水中某些离子或原子含量过大，会同混凝土发生化学反应。图示一图示二

地表地质作用§6～1风化作用基本概念

坚硬岩石－出露地表－太阳辐射－水圈、大气圈、生物圈－发生变化－缓慢－逐渐崩解、分离为岩屑或土层——岩石的变化（物理、化学性质），称为风化——风化作用风化壳－松散岩屑和土层—残积土（残留在原地）—风化岩（保留原岩结构和构造）§6～1风化作用风化作用的类型

1、物理风化温度变化、孔隙中水的冻融及盐类结晶使岩石机械崩解的过程。岩石：完整固结→松散破坏、孔隙度和表面积加大热力风化太阳辐射、昼夜和季节性变化，气温地表温度变化岩石表层，热胀—压应力，冷缩—拉应力→裂缝、剥落§6～1风化作用风化作用的类型

1、物理风化冻融风化孔隙或裂隙中的水→结冰，体积膨胀（约9％）压应力（200mPa），裂缝加宽、加深；冰融化，渗入更深，再结冰——冰劈作用

§6～1风化作用风化作用的类型

2、化学风化岩石与水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳的化学作用使岩石的裂隙加大、孔隙增多，破坏岩石的结构和成分，变成土层化学风化的方式有溶解作用：矿物被水溶解，流失水化作用矿物与水结合成含水矿物如：硬石膏水化成石膏

CaSO4＋2H2O→CaSO42H2O§6～1风化作用风化作用的类型

2、化学风化水解作用矿物遇水分解→其它矿物碳酸化作用水中的CO2→与矿物中Na、K、Ca等金属离子反应变成碳酸盐→随水迁移氧化作用黄铁矿氧化褐铁矿磁铁矿氧化褐铁矿§6～1风化作用风化作用的类型

3、生物风化指生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石所起的物理化学风化作用生物的物理风化：岩石裂缝中的植物，动物挖洞生物的化学风化：生物新陈代谢——吸取养分、分泌化合物——破坏作用§6～1风化作用风化作用的类型

4、风化作用类型之间的相互关系物理风化与化学风化紧密联系物理风化是化学风化的前驱和必要条件化学风化是物理风化的继续和深入——物理风化→细砂—中砂（0.02mm）化学风化→更细小§6～1风化作用影响风化作用的因素

1、气候因素温度、雨量变化及生物状况2、地形因素不同地形条件（高度、坡度、切割程度）影响风化的强度、深度和风化物的厚度、分布山区平原3、地质因素岩石的矿物组成、结构和构造影响风化的速度和风化阶段岩石矿物的抗风化能力岩石的结构岩石的构造表6.1§6～1风化作用岩石风化的勘查评价与防治

1、风化作用的工程意义岩石物理、化学性质改变岩石的抗压、抗剪强度降低地基承载力降低、边坡稳定性降低2、岩石风化的勘查与评价调查内容：查明风化程度查明风化厚度和分布查明风化速度和引起风化的主要因素对风化层的划分——成分分析表6.2§6～1风化作用岩石风化的勘查评价与防治

3、岩石风化的防治挖除法抹面法胶结灌浆法排水法§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

1、河流水动力学特征河水水流的紊流特征河水水流一般处于紊流状态，涡流，各股流束的流速不同，具有脉动特征观测发现：河水平均流速在接近水面处最大，向河底、岸壁递减图示§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

1、河流水动力学特征河水水流的紊流特征水流脉动特性：水流每点的瞬时流速，方向和大小不断变化流速较大、底床糙凸时，易产生漩涡流增强水流的冲刷能力§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

1、河流水动力学特征横向环流与螺旋流水流沿河槽运动，水流方向取决于槽线方向槽线的曲折和断面形态的改变，使水流内部形成旋转运动产生环流的原因很多a、 弯道离心力引起b、 地球自转影响与漩涡比，横向环流规模较大，稳定图示§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

2、河流的侵蚀作用——地表泥沙被水流带走如图突起于河床中岩体，高h、宽b、长l动水压力p：其中K－形状系数水流作用面积F＝hl；圆形颗粒F＝p与水流速v平方成正比§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

2、河流的侵蚀作用动水压力在滑动面上的剪应力τ：岩石抗剪强度（库仑定律）τ<τf岩体不破坏，流速小τ=τf

岩体极限平衡状态，极限流速τ>τf

岩体破坏，流速超过极限流速§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

2、河流的侵蚀作用则极限流速vcr可求：对于整体岩石，内聚力（C）很大，一般达不到§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

3、水流的搬运作用水流对固体物质搬运有两种方式：水流使砂、砾沿河床底推移细小物质悬浮于水、悬移直径d的砂砾，所受动水压力为：泥沙阻力：T=fWF－滚动摩擦系数W－颗粒有效重量§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流的侵蚀、搬运与沉积

3、水流的搬运作用P＝T时，极限平衡状态，则泥沙被推移的临界流速：经验公式：4、水流的沉积作用河流流速低于推移临界流速时，泥沙便沉积§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流地貌

1、河漫滩——靠近主槽、洪水时淹没、平水时出露的滩地牛轭湖及相沉积物图示§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流地貌

2、河流阶地——河谷中沿河分布的阶梯状地形，这些阶地的平坦顶面与河流的作用有着直接的关系。阶地的形态特征阶地实际上就是被遗弃的老河漫滩阶地面和阶地斜坡阶地有时往往不止一级，而是有好几级。图示§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

阶地的形成§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流地貌

2、河流阶地阶地的类型侵蚀阶地：由基岩构成，其上很少有河流冲积物覆盖。堆积阶地：在河流中下游最为常见，阶地全由河流沉积物组成。基座阶地：两种物质组成，上部为河流的沉积物，下部是基岩。图示§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流侵蚀、淤积作用的防治

1、凹岸的坍塌和凸岸的淤涨坍岸的成因分析水流作用土体强度减弱和风化水流直接作用于河岸水流冲刷坡脚§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流侵蚀、淤积作用的防治

1、凹岸的坍塌和凸岸的淤涨各类土质河岸的坍岸情况1）无粘性土的河岸2）粘性土的河岸A圆弧滑动B浅层滑动C平面滑动图示§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流侵蚀、淤积作用的防治

1、凹岸的坍塌和凸岸的淤涨各类土质河岸的坍岸情况3）弯曲河段的二元结构A圆弧滑动B平面滑动C坍落凹岸的坍塌与凸岸的淤涨图示一图示二§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流侵蚀、淤积作用的防治

2、河流侵蚀、淤积作用的治理1）不同类型河床主流线与崩岸位置§6～2河流的侵蚀、搬运与沉积作用

河流侵蚀、淤积作用的防治

2、河流侵蚀、淤积作用的治理2）防护措施护岸工程直接加固岸坡－植树、种草护岸约束河流顺坝和丁坝约束水流，防止淤积图示一图示二砌石护坡与抛石护坡§6～3岩溶（喀斯特）作用

基本概念与研究意义

喀斯特（Karst）—碳酸盐岩地形地貌与水文现象凡是以地下水为主、地表水为辅，以化学过程（溶解和沉淀）为主、机械过程（流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏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态和地下形态岩溶－岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象§6～3岩溶（喀斯特）作用

基本概念与研究意义

桂林山水、云南石林我国国土面积13.5%为石灰岩危害：地下洞穴水库－防止渗漏隧道和矿井－涌水铁路、桥梁、厂房－地基塌陷§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本条件

水与岩石之间岩石－可溶透水水－溶蚀力流动1、岩石的可溶性取决于岩石的成分和结构成分：岩石的矿物成分和化学成分结构：颗粒大小、形状和排列及胶结物的性质§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本条件

1、岩石的可溶性（按岩石成分）可溶性岩石分三种：碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩）；硫酸盐类岩石（石膏、芒硝）；卤盐类岩石（石盐和钾盐）。按溶解度：卤盐>硫酸盐>碳酸但碳酸盐类岩石分布广，岩体大，故碳酸盐类岩石中的岩溶有普遍性§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本条件

1、岩石的可溶性（矿物成分）碳酸盐类岩石成分：方解石CaCO3、白云石（Ca、Mg）CO3，其次SiO2、Fe2O3、Al2O3及粘性土石灰岩－方解石白云岩－白云石碳酸盐类岩石的结构影响－原生孔隙的大小、多少§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶作用的基本条件

2、岩石的透水性取决于岩石的裂隙度和孔隙度3、水的溶蚀性纯水溶蚀性弱，含有CO2－较强的溶蚀性－溶解CaCO34、水的流动性CaCO3饱和，丧失溶解力流动，水量、气温、气压变化，成不饱和溶液§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌1、地表岩溶地貌1）石芽与溶沟地表水沿坡面上节理裂隙流动，溶蚀、冲蚀形成溶沟和石芽石芽有裸露，也有埋藏石林－非常高大的石芽2）漏斗是呈碗碟状或倒锥状的洼地图示一图示二§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌1、地表岩溶地貌3）竖井塌陷漏斗4）落水洞地表水流入地下的进口溶蚀作用外，机械侵蚀作用（大量地表水）图示§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌1、地表岩溶地貌5）溶蚀洼地盆状洼地，附生漏斗6）坡立谷宽广而平坦的岩溶谷地7）干谷和盲谷干谷－没有水的一段河谷盲谷－向前没有道路的河谷图示§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体的各种构造面（层面、节理面或断层面），特别是各构造面交叉处，逐渐溶蚀河侵蚀而开拓出的地下洞室。地下孔洞较小时，地下水运动慢，溶蚀地下孔洞扩大时，地下水运动加快，还产生机械侵蚀作用，洞迅速扩大2）地下河岩溶地区，具自由水面的地下水流称为地下河。图示§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌3、岩溶地貌组合各种岩溶地貌其发育过程中有成因上的联系。地表岩溶地貌与地下岩溶地貌密切相关，从地表岩溶地貌了解地下岩溶地貌1）落水洞、竖井、地下通道组合2）干谷和暗河组合3）塌陷与地下岩洞组合§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶地貌3、岩溶地貌组合4）溶洞与地下通道组合溶洞是地下通道组合的进出口5）溶洞与阶地组合溶洞非岩溶区形成阶地6）分水岭风口与溶洞组合分水岭地带的风口常与山坡上的溶洞处于同一高程§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶区的主要工程地质问题

建筑场地与地基地质条件恶化1、地基稳定性及塌陷问题石芽溶沟、地下洞穴（岩洞）、土洞地基类型：1）石芽地基不均匀沉降和建筑物的稳定性§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶区的主要工程地质问题

1、地基稳定性及塌陷问题2）溶洞地基溶洞的规模、埋深及充填情况溶洞顶板安全厚度洞顶完整的溶洞厚跨比法确定

h/L>0.5§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶区的主要工程地质问题

1、地基稳定性及塌陷问题2）溶洞地基顶板不完整、洞顶塌陷的溶洞坍塌堵塞计算法

H=Ho/（K-1）松散系数K石灰岩1.2粘土1.05溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育梁板计算§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶区的主要工程地质问题

1、地基稳定性及塌陷问题3）土洞地基首要措施：治水处理：

土洞埋深浅时，挖填和梁板跨越；

洞直径小，深埋，不处理洞体，梁板跨越；

洞直径大，深埋，灌砂（砂砾）、碎石混凝土图示§6～3岩溶（喀斯特）作用

岩溶区的主要工程地质问题

2、渗漏和突水问题库区选择渗漏处理：堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土层）、截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）、引（引入库内或导出库外）等突水处理：疏导、排水管、排水沟§6～4斜坡与边坡地质作用

斜坡和边坡地质作用的类型

1、概念斜坡：自然作用造成表面向一个方向倾斜边坡：人为作用造成表面向一个方向倾斜