水工地质3(地表地质作用)

第三章区域构造稳定性 与地表地质作用,第三节 河流（地表水）地质作用,第二节 风化作用,第四节 岩溶地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,本 章 结 构,第一节 地震与区域构造稳定性,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,地震: 指地壳浅表岩层中弹性波传播所引起的震动，是地壳运动的一种特殊形式。,1定义：,（1）构造地震（占90%）：即地壳运动引发的地震，这些区域稳定性研究的重点。,2地震的分类,依据成因的不同。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,（2）火山地震（占7%）：因火山喷发引起的地面谐同震动。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,（3）陷落地震（3%±）：因地面物质因失去下部物质支撑而附落触底引起的震动。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,（4）诱发地震：指人为工程原因（如水库蓄水、地下注水、核试验等）所引发的地壳岩石应力提前释放。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,即地震作用范围内地面上出现的破坏和震害。依据具体表现形式的不同又可分为振动破坏效应和地面破坏效应两大类。,3地震效应（后果）,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,（1）振动破坏效应指由地震力（即波动惯性力）直接引起的建筑物破坏，其效应大小与地震的震级有直接关系。导致建筑的水平滑动或晃动，共振等。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,震级：表明地震力大小的量级其中1级释放能力为2×106焦耳，每增大一级，能量大体增加50倍，地壳岩石中发生的最大地震震级不会超过8.9级，因为地壳岩石圈不能承受大于8.9级地震的能量传递。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,表 各级地震的能量,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,当地震波周期建筑自振周期时引起强烈共振建筑严重受损。,周期与频率：振动要素中，周期与频率对建筑物的安全性影响显著。,一般的地震，震波主频在2-8HZ，周期在0.5-0.125秒间变动。,一般建筑物的自振周期在0.1-2.5秒之间，低层建筑<高层建筑,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,*地震波周期随距震中距离增大而变大，故有远离震中处低层建筑完好而高层建筑严重受损现象。同样，因为深厚土层自振周期大于坚硬岩石层和薄土层区，故在同样距离上，深厚土层区及其建筑物更易于发生共振而产生严重破坏（黄土区则更应重视高层建筑的抗震设计）。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,岩土层卓越周期平均值： 稳定岩层 0.15s 一般岩层 0.27s 松软岩层 0.4s异常松软岩层 0.5s,*卓越周期：某建筑场地岩土经试验测试得到的自振周期。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,（2）地面破坏效应即地震引起的地面构成岩土体的破坏形式与后果。依形成条件、破坏规模与范围可分为三大类型：,断裂效应：即地震断层、地震裂缝,斜坡效应：地震引起的边坡物质滑移如剥落、崩塌、滑坡、蠕滑等。,地基效应：包括地基沉降、砂土液化（流砂）、地基塌陷等。,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,*砂土液化：地震作用下，饱和粉、细砂地基中，砂粒结构瓦解，孔隙水压力骤升导致有效应力降至零，全部地基土体呈现液体状态的现象地表开裂、喷砂、冒水、建筑下陷、漂浮或开裂等现象。,砂土是否液化的判别方式有经验判定和标准贯入判定两种，具体判定可以参考工程地质手册和岩土工程勘察规范等工具书。,地基土砂土液化引起地面不均匀沉降图,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,基本烈度:平均震级+地质地貌条件（据规范） 设计烈度:基本烈度+建筑物等级,显然，对建筑物的稳定性而言，地基效应将产生最直接和最大的影响。,（3）地震烈度 振动破坏效应+地面破坏效应=烈度（基本烈度与设计烈度）,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,4.区域稳定性评价,（1）区域稳定性的影响因素-以地震为中心 岩土特征 构造作用地震作用新构造运动 重力梯度异常（地球物理异常）,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,（2）区域稳定性评价内容,区域地质构造,断裂活动性,区域重力场和热力场,地震影响评价,预测水库诱发地震,区域构造稳定性与地表地质作用,第一节 地震与区域构造稳定性,区域稳定性分区表,第二节 风化作用,风化作用(weathering)：在近地表条件下，坚硬的岩石、矿物在原地发生物理和化学变化，形成松散堆积物的过程。,区域构造稳定性与地表地质作用,一、风化作用的类型依发生和影响因素的特点，风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化三种类型。,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,化学风化,物理风化,生物风化,1.物理风化指矿物、岩石的机械破碎。能引起岩石机械破碎的自然原因主要有：,(1）地表温度的高频率，大幅度变化如西北沙漠、岩漠地区。,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,（3）盐分结晶结晶前后溶液体积亦有变化，且盐分结晶后净水更易结冰。,（2）冻融指冰的撑胀作用，可形成“冰劈”，前提仍是温度变化较大。,冰劈作用使岩石破裂。1.岩石本身的裂隙；2裂隙中的水结冰膨胀；3使岩石破碎。,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,（4）矿物吸水膨胀粘土矿物尤甚，如蒙脱石吸水后对围岩有5000 atm压力。,（5）岩石释重回弹单向卸力导致岩石以外向内依次向外回弹破裂，这在地基开挖，洞室掘进中最常见。,深成岩抬升到地表因压力减低岩石膨胀破碎，形成与地形面平行的节理（卸荷节理）,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,物理风化是以岩石崩解的形式产生大小混杂的岩石块，堆积在基岩面上或其周边。,第二节 风化作用,区域构造稳定性与地表地质作用,（1）溶解：一些可溶解的盐类，包括卤化物，硫酸盐和一些碳酸盐。,（2）水化作用：即不含水矿物变含水矿物的反应。 （硬石膏）CaSO4+2H2O CaSO4.2H2O(石膏),2.化学风化指自然界的H2O、CO2、O2等因素与岩石和矿物中的某些成份发生化学反应，从而形成新矿物的过程。化学风化是风化作用中最重要的作用方式。在该过程中，主要的化学反应类型有：,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,（3）水解反应：指H+和OH-与矿物中的某些离子置换形成新的矿物的过程，是RSiO3矿物风化的主要形式： 如KAlSi3O8+H2O KOH+SiO2(胶)+Al4Si5O12(OH)8钾长石（肉红色） 高岭石,（4）氧化反应：指有e得失的化学反应，各变价元素如Fe、Mn、Cr等与之反应。对含变价元素的矿物尤为重要，如：2FeSiO4+3H2O+O2 2Fe2O3.3H2O+2SiO2(胶) 铁橄榄石 赤铁矿,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,5）碳酸化反应：指有CO2、CO32-和HCO3-1参与的化学反应CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2方解石 重碳酸钙,化学风化作用不但破坏地表岩体，也可使地下岩体、水下岩体产生腐蚀，形成隐伏忧患，因此在工程勘测中应予以充分考虑。,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,3生物风化作用生物化学风化如腐殖酸、呼吸产生的CO2等的腐蚀。 生物物理风化如根劈、蚁穴,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,根劈,岩石表面生长的地衣,生物风化作用其最重要的结果就是为风化产物提供大量的有机质成份，使风化母质最终形成具有农业生产力的土壤。,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,岩石的成份、结构、构造等对风化的强度有直接的影响，比如因溶解度不同，化学风化能力从强至弱是：卤化物硫酸盐碳酸盐而具有潜在破裂面的片岩、页岩就比厚层砂岩、片麻岩易风化得多。,二、影响风化作用的主要因素,1矿物、岩石性质：,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,鲍文反应序列 ：是随着岩浆温度由高到低慢慢冷凝， 铁镁硅酸盐结晶序列- 橄榄石辉石角闪石黑云母 正长石白云母石英,问题：为什么矿物从岩浆中结晶出来的次序与地表矿物抗风化能力从弱到强的次序一致？,形成时的温度压力条件与地表条件的差异！,岩性软弱不同,造成差异风化作用，相对坚硬的岩石形成突起的地形,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,2地质构造：构造强烈发育区形成密集的各类次生结构面，导致风化作用容易发生。,4地形条件： （1）地势造成气候的垂直分带，从低高，生物风化物理风化。 （2）地形也造成了风化类型的差异；陡坡：物理风化强盛；缓坡：化学风化、生物风化强盛。,3气候：湿热气候区岩石比干冷气候区岩石更易风化，如江西南部r风化层就可厚达数百米甚至千米。,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,三、岩石风化层的垂直分带,地表岩石的风化强度总是从上至下依次减弱的，在垂直方向上可表现出明显的垂直分带现象。而在工程地质上一般将岩石风化层按工程建设的需要分为四个带，即：全风化层，强风化层，弱风化层和微风化层。,全风化层强风化层弱风化层微风化层基岩,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,岩石风化带的特点,区域构造稳定性与地表地质作用,第二节 风化作用,第三节 河流（地表水）地质作用,对于陆地表面来说，地表流水的作用对于地质地貌状况的形成与改造有十分显著的作用。在流水的侵蚀或搬运沉积作用下，可形成陡峻的峡谷或是辽阔的冲洪积平原（华北平原、江汉平原等），流水的作用造就了许多建筑物场所的基础地质地貌条件，尤其是对水工建筑物更是如此。,区域构造稳定性与地表地质作用,第三节 河流（地表水）地质作用,* 地表流水类型： 地表流水按流程和流动历时可分为两大类： （1）常年性流水（如河流） （2）暂时性流水 沟谷洪流：股状片流：薄层或密集网络状,区域构造稳定性与地表地质作用,按侵蚀作用的方向，流水侵蚀可分为两种类型。 1下蚀作用（垂直侵蚀）：即水流及其携带的泥沙冲刷侵蚀河床底部，使其高程降低的作用。,（1）作用机理 静水压力； 立轴涡旋流； 跌水的后退,一、流水侵蚀的类型,第三节 河流（地表水）地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,壶口瀑布边的壶穴,壶穴相连，河床下切,第三节 河流（地表水）地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,（2）作用结果：形成具有尖锐U形和V字形横剖面形态的峡谷，如金沙江虎跳峡、长江三峡，美国科罗拉多大峡谷等。,第三节 河流（地表水）地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,美国犹他州河流下切作用形成的深切曲流,第三节 河流（地表水）地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,即水流冲刷河谷两岸，使河谷加宽，流水活动范围加大的侵蚀作用（又称旁蚀作用）。 （1）作用机理：横向环流作用。流水在河弯处依惯性冲向凹岸 凹岸涌水，形成横向环流,2侧蚀作用：,第三节 河流（地表水）地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,横向环流的产生,第三节 河流（地表水）地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,河流侧蚀示意,第三节 河流（地表水）地质作用,区域构造稳定性与地表地质作用,侵蚀凹岸堆积凸岸形成曲流和牛轭湖（2）作用结果：造成河床与河漫滩的分化，形成曲流和牛轭湖。,