4-地表水与地下水治理-教案.docx

4 地表水与地下水治理本章要点：1.地表水地质作用及与道路工程的关系2.地下水类型、运动物理性质、化学成分，运动规律等及地下水对公路建设的影响学习目标：会分析公路及桥墩水损坏原因针对不同水损坏病害提出相应防治方案 在自然界里，水有气体、液体和固体三种不同状态，它们存在于大气中，覆盖在地球表面上和存在于地下土、石的孔隙、裂隙或空洞中，可分别称为大气水、地表水和地下水自然界中这三部分水之间有密切的联系在太阳辐射热的作用下，地表水经过蒸发和生物蒸腾变成水蒸气，上升到大气中，随气流移动在适当条件下，水蒸气凝结成雨、露、雪、雹降落到地面，称为大气降水降到地面的水，一部分沿地面流动，汇入江、河、湖、海，成为地表水；另一部分渗入地下，成为地下水地下水沿地下土、石的孔隙、裂隙流动，当条件适合时，以泉的形式流出地表或由地下直接流入海洋大气水、地表水和地下水之间这种不间断地运动和相互转化，称为自然界中水的循环按其循环范围的不同，可分为大循环和小循环 如图4-1所示图4-1自然界中水循环大循环　　是指水在整个地球范围内，在海洋和陆地之间的循环水从海洋表面蒸发，被气流带到陆地上空，通过大气降水落到地面，其中一部分渗入地下，然后以地表水或地下水的形式流回海洋。

小循环　　是地球上局部范围内的水循环例如：水从海洋面蒸发，又以海洋上空降水的形式落到海洋，通常称为海上内循环；水从陆地江、河、湖面蒸发进入大气，又以大气降水的形式重新降落到陆地，通常称为内陆循环根据已有资料，地球上总水量约为145432.7万，它的质量占地球总质量的约占地壳质量的0.024%，约占地壳质量的6.91%如果地球表面完全没有起伏，则全球将被一层厚2745m的海水覆盖实际上，地球表面起伏很大，使29.2%的地面露在水面上，其余70.8%的地面处于水下水是一切有机物的生长要素，海洋是生命起源地水既是一种人类生活和生产不可缺少的重要资源，又是一种重要的地质作用动力，它促使地表形态和地壳表层物质的物理性质和化学成分不断发生变化我国正在进行大规模的工程建设，必须充分发挥水对工程建设的有利作用，防治水的有害影响，这是学习本章的主要目的根据土木工程建设中经常遇到的问题，本章着重讨论和研究地表流水的地质作用和地下水的地质作用4.1 地表水的地质作用及其整治4.1.1概述 地面流水是指陆地表面流动着的液态水它们在重力作用下，沿地表从高处向低处流动地面流水主要来自大气降水，其次来自冰雪融水和地下水。

地表流水可分为暂时流水和经常流水两类暂时流水是一种季节性、间歇性流水，它主要以大气降水为水源，所以一年中有时有水，有时干枯如大气降水后沿山坡坡面或山间沟谷流动的水经常流水在一年中流水不断，它的水量虽然也随季节发生变化，但不会干枯无水，这就是通常所说的河流一条暂时流水的沟谷，若能不间断地获得水源的供给，就会变成一条河流实际上，一条河流的水源往往是多方面的，除大气降水外，高山冰、雪融化水和地下水都可能是它的重要水源暂时流水与河流相互连接，脉络相通，组成统一的地表流水系统地表流水的地质作用主要包括侵蚀作用、搬运作用和沉积作用地表流水对坡面的洗刷作用及对沟谷及河谷的冲刷作用，均不断地使原有地面遭到破坏，这种破坏被称为侵蚀作用侵蚀作用造成地面大量水土流失、冲沟发展，引起沟谷斜坡滑塌、河岸坍塌等各种不良地质现象和工程地质问题山区道路多沿河流前进，修建在河谷斜坡和河流阶地上，因此，地表流水的侵蚀作用就显得十分重要地表流水把地面被破坏的破碎物质带走，称为搬运作用搬运作用使被破碎物质覆盖的新地面暴露出来，为新地面的进一步破坏创造了条件在搬运过程中，被搬运物质对沿途地面加强了侵蚀同时，搬运作用为沉积作用准备了物质条件。

当地表流水流速降低时，部分物质不能被继续搬运而沉积下来，称为沉积作用沉积作用是地表流水对地面的一种建设作用，形成某些最常见的第四纪沉积层第四纪沉积层是指现代沉积的松散物质从粒度成分看，它们包括块石、碎石、砾石、卵石、各种砂和粘性土由于第四纪沉积层形成原因不同，例如有风成的、海成的、湖成的、冰川形成的和地表流水形成的等，被称为土的成因分类，它们各有自己的特征此外，第四纪沉积层生成年代最新，处于地壳最表层工程建筑如果修筑在广阔的大平原上，它可能只遇到第四纪沉积层而能完全避开第四纪沉积层本章要求掌握下述四种最常见的第四纪沉积层：残积层、坡积层、洪积层及冲积层的形成过程及其工程地质特征4.1.2暂时性流水的地质作用及地貌暂时流水是大气降水后短暂时间内在地表形成的流水，因此雨季是它发挥作用的主要时间，特别是在强烈的集中暴雨后，它的作用特别显著，往往造成较大灾害一）坡面流水地质作用及地貌    1.片流和细流的洗刷作用片流 也称“漫洪”，是大气降雨或冰雪融化后在斜坡上形成的面状流水其特性是流程小、时间短、面积大、水层薄片流在重力作用下，沿整个坡面将其松散的风化物带至斜坡下部，使坡面上部比较均匀的呈面状降低的过程，称为面状洗刷作用。

面状洗刷作用与风化作用交替进行，导致基岩裸露，加速了对坡面的破坏、侵蚀，这种现象尤以指背系数的坡面上最为突出    细流 是指片流向下流动时受到坡面上风化物的影响，逐渐汇集成股状流动的水对坡面产生股状冲刷，产生一些细小的侵蚀沟—即地貌学中的“纹沟”    2.坡积物及其工程性质    由坡面流水的洗刷作用形成的坡积物（或坡积层），顺着坡面沿山坡的坡脚或凹坡呈缓倾斜裙状分布，地貌上称为坡积裙坡积层一般是中下部较厚，向山坡上部逐渐变薄以至尖灭坡积层可以分山地坡积层和山麓平原坡积层两个亚组：山地坡积层一般以亚粘土夹碎石为主，而山麓平原坡积层则以亚粘土为主，夹有少量的碎石坡积物未经长途搬运，碎屑棱角明显，分选性差，通常均为天然孔隙度很高的含有棱角状碎石的亚粘土，有时会有一些不太明显的倾斜层理，坡积层与下伏基岩没有成因上的直接联系除了下伏基岩顶面的坡度平缓以外，坡积层多处于不稳定状态实践证明，山区傍坡路线挖方边坡稳定性的破坏，大部分是在坡积层中发生的影响坡积层稳定性的因素，概括起来主要有以下三个方面：下伏基岩顶面的倾斜程度；下伏基岩与坡积层接触带的含水情况；坡积层本身的性质当坡积层厚度较小时，其稳定程度首先取决于下伏岩层顶面的倾斜程度；而当坡积层与下伏基岩接触带有水渗入而变得柔弱湿润时，将明显减低坡积层与基岩顶面的摩阻力，更易引起坡积层的滑动。

坡积层内的挖方边坡在久雨之后易产生塌方，水的作用是一个带普遍性的原因除上述情况以外，在低山地区和丘陵地区还带有一种坡积一残积物的混合堆积层存在它兼有上述两者的工程地质特性，在实践中应给予高度重视二）山洪急流的地质作用及洪积扇    山洪急流是暴雨或大量积雪消融时所形成的一种水量大、流速快并夹带大量泥沙于沟槽中运动的水流，又称洪流或山洪具有巨大的流量和流速，对它所流经的沟底和沟壁发生显著的破坏过程，称为洪流冲刷作用由冲刷作用形成的沟谷，叫冲沟洪流把冲刷下来的碎屑物质夹带到山麓平原或沟谷口堆积下来，形成洪积层    1.冲沟    冲沟是陆地表面（山区或平原）流水切割的普遍形式在冲沟发育的地区，地形变得支离破碎，路线布局往往受到冲沟的控制，由于冲沟的不断发展，截断路基，中断交通，或者由于洪积物掩埋道路，淤塞涵洞，影响正常运输冲沟的发展大致可分为冲槽阶段、下切阶段、平衡阶段、休止阶段四个阶段1）       冲槽阶段（或细沟阶段）地表流水顺斜坡由片流逐渐汇集成细流后，使纹沟扩大而形成的沟槽，也称浅沟或犁沟，细沟的规模不大，宽小于0.5m，深0.1～0.4m，长数米或十余米，沟形不太固定，易造成水土流失。

细沟是冲沟的开始，若遍布于公路两侧任其发展，则会淤塞边沟，毁损路面，进而破坏路基在此阶段，只要填平沟槽，不使坡面水流汇集，种植草皮保护坡面，即可制止细沟的发育2）       下切阶段（或切沟阶段）细沟进一步发展，下切加深形成切沟切沟的宽、深均可以达到1～2m，沟长稍短于斜坡长沟底纵坡面已有一部分与斜坡面不一致，沟头出现陡坎，下部蚀空，上部坍落，沟缘明显在横剖面上，上段窄，呈“V”字形，下段宽，呈“U”字形；在沟口平缓地带开始有洪积物堆积       在切沟发育地带进行公路勘测时，路线应避免从沟顶附近的沟壁通过，若从切沟的中下部通过，也应在沟顶修截水沟，以防向源侵蚀的延伸；或在沟头设置多级跌水石坎以减缓水的速度，降低冲刷下切力；在沟底可以采用铺石加固3）       平衡（冲沟）阶段切沟进一步下切加深、加宽、向源头方向伸长，逐渐发展而形成冲沟这一阶段，向源头侵蚀已大为减缓或接近停止，沟床下切的纵剖面已达到平衡，但侧向侵蚀仍在进行，壁常有崩塌发生，沟槽不断加宽，在平缓的坡地上常形成密集的冲沟网       平衡阶段的冲沟，其长度可达数公里或数十公里，深度和宽度达数米或数十米，有的可达数百米；沟底的平衡剖面略呈凹形，上陡下缓，悬沟陡坎已经消失，沟底开始有洪积物，沟壁常有坠积和坡积物。

    同时应该指出的是，在冲沟中展线设路，应特别注重考察沟谷洪流的水文地质状况路基、桥涵设置的高度应在洪水位以上，桥涵孔径应大于排洪量；对进、出沟的路线布设，应加固沟壁，防止侧蚀水毁路基及切坡后内边坡壁的失稳，以防止崩塌和滑坡的发生4）休止（拗谷）阶段 冲沟进一步发展，沟坡由于崩塌及面状流水冲刷，逐渐变得平缓，沟底有较厚的洪积物堆积，并生长有植物或已垦为田园耕地拗谷底部宽阔平缓，横剖面呈浅而宽的“U形，沟缘呈浑圆形拗谷是冲沟的衰老期，或称为死冲沟在拗谷的谷坡上可能有新的冲沟在发生和发展    在拗谷地区布设路线，除地形上应加考虑外，对公路工程已无特殊影响                                                                         2.洪积扇    洪积层是由山洪急流搬运的碎屑物质组成的当山洪夹带大量的泥沙石块流出沟口后，由于沟床纵坡变缓，地形开阔，水流分散，流速降低，搬运能力骤然减小，所挟带的石块岩屑、砂砾等粗大碎屑先在沟口堆积下来，较细的泥沙继续随水搬运由于山洪急流的长期作用，在沟口一带就形成了扇形展布的堆积体，即为地貌中所说的洪积扇。

洪积扇的规模逐年增大，有时与邻谷的洪积扇互相连接起来，形成规模更大的洪积裙或洪积冲积平原它是第四纪陆相沉积物中的一种类型    洪积层具有以下主要特征：组成物质分选不良粗细混杂，碎屑物质多带棱角，磨圆度不佳；有不规则的交错层理、透镜体、尖灭及夹层等；山前洪积层由于周期性的干燥，常含有可溶性盐类，在土粒和细碎屑间，往往形成局部的软弱结晶联结，但遇水后，联结就会破坏在空间分布上，靠近山坡沟口的粗碎屑沉积物，孔隙大，其透水性强，地下水埋藏深，压缩性小，有较高的承载力，是良好的天然地基；洪积层外围地段细碎屑沉积物，如果在沉积过程中受到周期性的干燥，粘土颗粒产生凝聚并析出可溶盐时，则其结构较密实，承载力也较高；在沟口至外围的过渡带，因常有地下水溢出，水文地质条件差，对工程建筑不利    从地形上看，洪积层是有利于工程建筑的洪积物（层）的工程地质性质，是影响公路构造物建筑条件的重要因素之一但影响最大的，是山洪急流对路基的直接冲刷和洪积物掩埋路基、淤塞桥涵所造成的种种病害问题4.1.3河流的地质作用及地貌                               河流是指具有明显河槽的常年性的水流，它是自然界水循环的主要形式。

由于河流流经距离长，流域范围大，加之常年川流不息，因此，河水由河流作用所形成的谷地称为河谷在山区，公路多利用河谷布设必须考虑河流冲积层的工程地质性质和河流地质作。