水工地質3(地表地質作用)第一頁，共93頁。第三節河流（地表水）地質作用第二節風化作用第四節巖溶地質作用區域構造穩定性與地表地質作用本章結構第一節地震與區域構造穩定性第二頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性

地震:

指地殼淺表巖層中彈性波傳播所引起的震動，是地殼運動的一種特殊形式。

1．定義：第三頁，共93頁。（1）構造地震（占90%）：即地殼運動引發的地震，這些區域穩定性研究的重點。2．地震的分類依據——成因的不同。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性第四頁，共93頁。（2）火山地震（占7%）：因火山噴發引起的地面諧同震動。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性第五頁，共93頁。（3）陷落地震（3%±）：因地面物質因失去下部物質支撐而附落觸底引起的震動。

區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性第六頁，共93頁。（4）誘發地震：指人為工程原因（如水庫蓄水、地下注水、核試驗等）所引發的地殼巖石應力提前釋放。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性第七頁，共93頁。即地震作用范圍內地面上出現的破壞和震害。依據具體表現形式的不同又可分為振動破壞效應和地面破壞效應兩大類。3．地震效應（后果）區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性第八頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性（1）振動破壞效應——指由地震力（即波動慣性力）直接引起的建筑物破壞，其效應大小與地震的震級有直接關系。導致建筑的水平滑動或晃動，共振等。

第九頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性①震級：表明地震力大小的量級

其中1級釋放能力為2×106焦耳，每增大一級，能量大體增加50倍，地殼巖石中發生的最大地震震級不會超過8.9級，因為地殼巖石圈不能承受大于8.9級地震的能量傳遞。

第十頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性表

各級地震的能量ME（J）ME（J）ME（J）12.0×10652.0×10128.53.6×101726.3×10766.3×10138.91.4×101832.0×10972.0×1015

46.3×101086.3×1016

第十一頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性當地震波周期≈建筑自振周期時→引起強烈共振→建筑嚴重受損。

②周期與頻率：振動要素中，周期與頻率對建筑物的安全性影響顯著。一般的地震，震波主頻在2-8HZ，周期在0.5-0.125秒間變動。一般建筑物的自振周期在0.1-2.5秒之間，低層建筑<高層建筑第十二頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性*地震波周期隨距震中距離增大而變大，故有遠離震中處低層建筑完好而高層建筑嚴重受損現象。同樣，因為深厚土層自振周期大于堅硬巖石層和薄土層區，故在同樣距離上，深厚土層區及其建筑物更易于發生共振而產生嚴重破壞（黃土區則更應重視高層建筑的抗震設計）。第十三頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性巖土層卓越周期平均值：

Ⅰ——穩定巖層0.15sⅡ—一般巖層0.27sⅢ——松軟巖層0.4sⅣ——異常松軟巖層0.5s*卓越周期：某建筑場地巖土經試驗測試得到的自振周期。第十四頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性（2）地面破壞效應——即地震引起的地面構成巖土體的破壞形式與后果。依形成條件、破壞規模與范圍可分為三大類型：①斷裂效應：即地震斷層、地震裂縫②斜坡效應：地震引起的邊坡物質滑移如剝落、崩塌、滑坡、蠕滑等。

③地基效應：包括地基沉降、砂土液化（流砂）、地基塌陷等。第十五頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性*砂土液化：地震作用下，飽和粉、細砂地基中，砂粒結構瓦解，孔隙水壓力驟升導致有效應力降至零，全部地基土體呈現液體狀態的現象——地表開裂、噴砂、冒水、建筑下陷、漂浮或開裂等現象。砂土是否液化的判別方式有經驗判定和標準貫入判定兩種，具體判定可以參考《工程地質手冊》和《巖土工程勘察規范》等工具書。第十六頁，共93頁。地基土砂土液化引起地面不均勻沉降圖第十七頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性基本烈度:平均震級+地質地貌條件（據規范）

設計烈度:基本烈度+建筑物等級顯然，對建筑物的穩定性而言，地基效應將產生最直接和最大的影響。（3）地震烈度振動破壞效應+地面破壞效應=烈度（基本烈度與設計烈度）第十八頁，共93頁。第十九頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性4.區域穩定性評價（1）區域穩定性的影響因素------以地震為中心

巖土特征構造作用地震作用

新構造運動重力梯度異常（地球物理異常）

第二十頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性（2）區域穩定性評價內容區域地質構造斷裂活動性區域重力場和熱力場地震影響評價預測水庫誘發地震第二十一頁，共93頁。區域構造穩定性與地表地質作用第一節地震與區域構造穩定性穩定區基本穩定區次穩定區不穩定區地震最大震級≤5.25≤5.5-5.756.5-7.0＞7.0基本烈度≤6≤78-9＞9水平加速度/g0.0620.1250.25-0.50＞0.5活動斷裂年齡/×104a＞240或240-7373-66-1.1＜1.1活動速率/mm.a-10-0.10.1-10.1-10＞10綜合評價不活動不活動或微活動較強活動現代強烈活動地球物理地殼應變能/J≤2.5×1063.4×106-4.7×1061.9×107-4.5×107＞4.5×107區域性重磁異常無不明顯明顯十分明顯工程建設的適宜性及抗震措施適宜所有類型工程建筑，不需或作適當抗震設計適宜所有類型工程建筑，需抗震設計有條件適宜大型和生命性工程，需做專門抗震設計不適宜大型工程建筑區域穩定性分區表第二十二頁，共93頁。第二節風化作用風化作用(weathering)：在近地表條件下，堅硬的巖石、礦物在原地發生物理和化學變化，形成松散堆積物的過程。區域構造穩定性與地表地質作用第二十三頁，共93頁。一、風化作用的類型

依發生和影響因素的特點，風化作用可分為物理風化、化學風化和生物風化三種類型。

區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用化學風化物理風化生物風化第二十四頁，共93頁。1.物理風化—指礦物、巖石的機械破碎。能引起巖石機械破碎的自然原因主要有：(1）地表溫度的高頻率，大幅度變化——如西北沙漠、巖漠地區。區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第二十五頁，共93頁。（3）鹽分結晶——結晶前后溶液體積亦有變化，且鹽分結晶后凈水更易結冰。（2）凍融——指冰的撐脹作用，可形成“冰劈”，前提仍是溫度變化較大。冰劈作用使巖石破裂。1.巖石本身的裂隙；2裂隙中的水結冰膨脹；3使巖石破碎。

區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第二十六頁，共93頁。（4）礦物吸水膨脹——粘土礦物尤甚，如蒙脫石吸水后對圍巖有5000atm壓力。

（5）巖石釋重回彈——單向卸力導致巖石以外向內依次向外回彈破裂，這在地基開挖，洞室掘進中最常見。深成巖抬升到地表因壓力減低巖石膨脹破碎，形成與地形面平行的節理（卸荷節理）

區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第二十七頁，共93頁。物理風化是以巖石崩解的形式產生大小混雜的巖石塊，堆積在基巖面上或其周邊。第二節風化作用區域構造穩定性與地表地質作用第二十八頁，共93頁。（1）溶解：一些可溶解的鹽類，包括鹵化物，硫酸鹽和一些碳酸鹽。（2）水化作用：即不含水礦物變含水礦物的反應。（硬石膏）CaSO4+2H2OCaSO4.2H2O(石膏)2.化學風化——指自然界的H2O、CO2、O2等因素與巖石和礦物中的某些成份發生化學反應，從而形成新礦物的過程。化學風化是風化作用中最重要的作用方式。在該過程中，主要的化學反應類型有：區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第二十九頁，共93頁。（3）水解反應：指H+和OH-與礦物中的某些離子置換形成新的礦物的過程，是RSiO3礦物風化的主要形式：如KAlSi3O8+H2OKOH+SiO2(膠)+Al4[Si5O12](OH)8

鉀長石（肉紅色）高嶺石（4）氧化反應：指有e得失的化學反應，各變價元素如Fe、Mn、Cr等與之反應。對含變價元素的礦物尤為重要，如：

2FeSiO4+3H2O+O22Fe2O3.3H2O+2SiO2(膠)鐵橄欖石赤鐵礦區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十頁，共93頁。5）碳酸化反應：指有CO2、CO32-和HCO3-1參與的化學反應

CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2

方解石重碳酸鈣化學風化作用不但破壞地表巖體，也可使地下巖體、水下巖體產生腐蝕，形成隱伏憂患，因此在工程勘測中應予以充分考慮。區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十一頁，共93頁。3．生物風化作用生物化學風化——如腐殖酸、呼吸產生的CO2等的腐蝕。生物物理風化——如根劈、蟻穴區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用根劈巖石表面生長的地衣第三十二頁，共93頁。生物風化作用其最重要的結果就是為風化產物提供大量的有機質成份，使風化母質最終形成具有農業生產力的土壤。區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十三頁，共93頁。

巖石的成份、結構、構造等對風化的強度有直接的影響，比如因溶解度不同，化學風化能力從強至弱是：鹵化物＞硫酸鹽＞碳酸鹽而具有潛在破裂面的片巖、頁巖就比厚層砂巖、片麻巖易風化得多。二、影響風化作用的主要因素1．礦物、巖石性質：區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十四頁，共93頁。鮑文反應序列：是隨著巖漿溫度由高到低慢慢冷凝，鐵鎂硅酸鹽結晶序列-----橄欖石→輝石→角閃石→黑云母→正長石→白云母→石英問題：為什么礦物從巖漿中結晶出來的次序與地表礦物抗風化能力從弱到強的次序一致？形成時的溫度壓力條件與地表條件的差異！第三十五頁，共93頁。巖性軟弱不同,造成差異風化作用，相對堅硬的巖石形成突起的地形區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十六頁，共93頁。2．地質構造：構造強烈發育區形成密集的各類次生結構面，導致風化作用容易發生。4．地形條件：（1）地勢造成氣候的垂直分帶，從低→高，生物風化→物理風化。（2）地形也造成了風化類型的差異；陡坡：物理風化強盛；緩坡：化學風化、生物風化強盛。3．氣候：濕熱氣候區巖石比干冷氣候區巖石更易風化，如江西南部r風化層就可厚達數百米甚至千米。區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十七頁，共93頁。三、巖石風化層的垂直分帶

地表巖石的風化強度總是從上至下依次減弱的，在垂直方向上可表現出明顯的垂直分帶現象。而在工程地質上一般將巖石風化層按工程建設的需要分為四個帶，即：全風化層，強風化層，弱風化層和微風化層。

全風化層強風化層弱風化層微風化層基巖區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十八頁，共93頁。風化帶主要地質特征風化巖縱波速與新鮮巖波速比全風化·全部變色，光澤消失；·巖石的組織結構完全破壞，已崩解成松散的土狀或砂狀，有很大的體積變化，但未松動，仍殘留有原始結構特征；·除石英顆粒外，其余礦物大部分風化蝕變為次生礦物；·錘擊有松軟感，有凹坑，礦物手可捏碎，用鎬可以挖動；<0.4強風化·大部分變色，只有局部巖塊保持原有顏色；·巖石的組織結構大部分破壞，小部分巖石以分解或崩解成土，風化裂隙發育，有時含有大量次生夾泥；·除石英顆粒外，長石、云母已風化蝕變；·錘擊啞聲，巖石大部分變酥，易碎，用鎬可以挖動，堅硬部分需爆破；0.4～0.6弱風化·巖石表面或裂隙面大部分變色，但斷口保持新鮮巖石色澤；·巖石原始組織結構清楚完整，但風化裂隙發育，裂隙壁風化劇烈；·沿裂隙鐵鎂礦物氧化銹蝕，長石變得渾濁、模糊不清；·錘擊啞聲，開挖需爆破；0.6～0.8微風化·巖石表面或裂隙面有輕微褪色；·巖石組織結構無變化，保持完整組織結構；·大部分裂隙閉合，僅沿大裂隙有風化蝕變現象；·錘擊發音聲脆，開挖需用爆破；0.8～1.0巖石風化帶的特點

區域構造穩定性與地表地質作用第二節風化作用第三十九頁，共93頁。第三節河流（地表水）地質作用對于陸地表面來說，地表流水的作用對于地質地貌狀況的形成與改造有十分顯著的作用。在流水的侵蝕或搬運沉積作用下，可形成陡峻的峽谷或是遼闊的沖洪積平原（華北平原、江漢平原等），流水的作用造就了許多建筑物場所的基礎地質地貌條件，尤其是對水工建筑物更是如此。

區域構造穩定性與地表地質作用第四十頁，共93頁。第三節河流（地表水）地質作用*地表流水類型：地表流水按流程和流動歷時可分為兩大類：（1）常年性流水（如河流）（2）暫時性流水溝谷洪流：股狀片流：薄層或密集網絡狀區域構造穩定性與地表地質作用第四十一頁，共93頁。按侵蝕作用的方向，流水侵蝕可分為兩種類型。1．下蝕作用（垂直侵蝕）：即水流及其攜帶的泥沙沖刷侵蝕河床底部，使其高程降低的作用。（1）作用機理①靜水壓力；②立軸渦旋流；③跌水的后退一、流水侵蝕的類型第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十二頁，共93頁。壺口瀑布邊的壺穴壺穴相連，河床下切第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十三頁，共93頁。（2）作用結果：形成具有尖銳U形和V字形橫剖面形態的峽谷，如金沙江虎跳峽、長江三峽，美國科羅拉多大峽谷等。

第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十四頁，共93頁。美國猶他州河流下切作用形成的深切曲流第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十五頁，共93頁。

即水流沖刷河谷兩岸，使河谷加寬，流水活動范圍加大的侵蝕作用（又稱旁蝕作用）。（1）作用機理：橫向環流作用。

流水在河彎處依慣性沖向凹岸凹岸涌水，形成橫向環流2．側蝕作用：第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十六頁，共93頁。橫向環流的產生第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十七頁，共93頁。河流側蝕示意第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十八頁，共93頁。侵蝕凹岸堆積凸岸形成曲流和牛軛湖（2）作用結果：造成河床與河漫灘的分化，形成曲流和牛軛湖。第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第四十九頁，共93頁。曲流第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十頁，共93頁。曲流和牛軛湖第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十一頁，共93頁。河流的侵蝕和堆積作用不是可以無限制進行的，存在下蝕作用的極限——均衡縱剖面；而在侵蝕過程中，其強度最大點始終是在溝頭（跌水）處，作用方式是溯源侵蝕。

二、河流地質作用特點與河流地貌1．河流地質作用特點第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十二頁，共93頁。（1）均衡縱剖面：從河流縱向上看，流水的下蝕不是無限制發生的。河谷的縱剖面存在一個最理想的狀態。在該形態的縱剖面上水流除了維持自身的流動外，再無任何余力輸沙和進行侵蝕（耗能量小原理的內在要求）。

第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十三頁，共93頁。*邊坡縱剖面，形態上距均衡縱剖面越遠，下蝕越強烈，對坡角建筑威脅越大。問：以下三種坡形，誰將發生最大的下蝕？直坡凸坡凹坡第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十四頁，共93頁。（2）溯源侵蝕：流水侵蝕作用最強的溝頭地段總是從下游不斷向分水嶺方向移動，這種趨勢就稱為溯源侵蝕。若溯源侵蝕越過了分水嶺，則稱為河流襲奪（黃土溝壑區建筑尤其應注意這一點）。第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十五頁，共93頁。溯源侵蝕第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十六頁，共93頁。①峽谷：指河床占據整個河谷底部，無河漫灘。②成形河谷：指有河床與河漫灘分化的河谷。③復雜河谷：指河床、河漫灘和河流階地分化明顯的河谷。2．河流地貌（1）河谷地貌類型第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十七頁，共93頁。①河漫灘：指河谷中位于河床兩側，平時無水，洪水期被水淹沒有河谷部分。河漫灘沉積具有典型的二元結構。作為建筑地基時，需考慮特殊的工程地質特點（傍水，施工前應充分考慮到降水的困難性）。

河漫灘河床河流階地（2）河漫灘與河流階地第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十八頁，共93頁。河漫灘相（細粒）河床相（粗粒）易發管涌危害易發流土危害二元結構與工程地質特性河床相沉積河漫灘相沉積第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第五十九頁，共93頁。②河流階地：分布于河谷谷坡上由河流作用所形成的條帶狀平臺，它是地殼的緩慢上升和相對平穩交替發生導致下蝕作和和側蝕作和交替發育的結果。

第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十頁，共93頁。

原態地殼上升下蝕相對平穩側蝕地殼上升下蝕相對平穩側蝕地殼上升下蝕一級階地形成河流階地的形成過程第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十一頁，共93頁。河流階地的四種類型基巖階地堆積階地基座階地埋藏階地第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十二頁，共93頁。①江心洲(心灘）：是河床中高出洪水面的堆積地貌，由雙向環流作用生成（河流寬緩處）。

心灘

雙向環流（3）河流沖積(Qal)地貌第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十三頁，共93頁。河流雙向環流（b，剖面圖）形成江心洲（a，平面圖）第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用水利樞紐施工次序第六十四頁，共93頁。②三角洲：河流入湖、入海口處由于水動力條件變弱而形成大量堆積形成的近似三角形地貌（崇明島）。

海（湖）河第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十五頁，共93頁。長江口第六十六頁，共93頁。尼羅河三角洲第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十七頁，共93頁。密西西比河三角洲（鳥足狀）

第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十八頁，共93頁。①有可能產生較大量的沉降變形；②沖積物中的泥質夾層可能導致層間滑移，不均勻沉降；③局部適宜砂層可能有震動液化危險，同時施工時也存在降水困難問題，需有充分思想和設備準備。

③沖積平原：在河流中，下游地區由于河流分叉或瀕繁改道而造成沖積物的大量大范圍拋撒堆積而形成的平原地貌。河流沖積地貌中的沖積層在作為工程建筑地基時，主要注意三方面的問題：第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第六十九頁，共93頁。沖積平原第七十頁，共93頁。溝谷洪流地貌是溝谷洪流切割山谷或其攜帶物拋灑于溝段局部形成的，最重要的包括兩類：1.侵蝕溝谷由洪流及其挾帶的泥沙對山谷兩壁或其谷底所造成的溝谷形態。按溝谷形成的時間次序和溝谷規模可分為四類：細淺溝——切溝——沖溝——坳溝三、溝谷洪流地貌第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第七十一頁，共93頁。細淺溝——切溝沖溝——坳溝注：剖面1代表原始坡面；剖面2代表溝谷底部第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第七十二頁，共93頁。黃土沖溝黃土切溝黃土溝壑區第七十三頁，共93頁。2.洪積扇由洪流挾帶的泥砂在山口外堆積而成的扇形臺地，其縱剖面形態接近三角形。第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第七十四頁，共93頁。洪積扇第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用寒冷區的洪積扇干旱地區的洪積扇第七十五頁，共93頁。A．山口近處（Ⅰ區），構成是下礫上砂，有砂土液化的危險和管涌破壞危險，另外，也應對洪流、泥石流威脅進行評估；B.扇前端（Ⅲ區）物質構成細膩，多可作為良好地基，但應注意靠山口一側開挖時有可能出現基坑涌水，影響施工的正常進行。

洪積扇物質(Qpl)組成特點是從巨礫→粉砂、粘土都有，總體從山口向外，粒度越來越細。作為建筑地基時可劃分為兩個帶:第三節河流（地表水）地質作用區域構造穩定性與地表地質作用第七十六頁，共93頁。第四節巖溶作用區域構造穩定性與地表地質作用一、概念也稱喀斯特（Karst），地下水，地表水對可溶性巖石（鹽巖，石膏以及碳酸鹽巖類）進行機械沖刷和化學溶蝕所形成的一系列洞、槽、山等特殊地貌的總和。

第七十七頁，共93頁。第四節巖溶作用區域構造穩定性與地表地質作用

巖溶區易發生地面崩陷，地下洞室涌水，坍塌等問題，危脅施工的正常進行和建筑的安全穩定.（廣西70%以上水庫常年蓄不滿水）。

巖溶塌陷第七十八頁，共93頁。第四節巖溶作用區域構造穩定性與地表地質作用2、溶蝕性的水

多指水中含較多的CO2，壓力大，溫度高→CO2溶解度增大，故現代巖溶在我國多見于南嶺以南亞熱帶地區（北方巖溶發育區代表該區某段時間內曾歷亞熱帶氣候）。二．巖溶發育的基本條件（四個）

1、可溶性巖石

較難溶的RCO3巖石為主，因鹽巖、RSO4溶解度大而分布面積小，一溶全溶，無存留，不易保存成地貌。第七十九頁，共93頁。第四節巖溶作用區域構造穩定性與地表地質作用