水的地质作用

水的地质作用

水的循环——大气水、地表水和地下水之间不间断的运动和相互转化的过程。

　水循环按其循环范围分为：

　大循环——指整个地球范围内，在海洋和陆地之间的循环。

　小循环——指地球局部范围内的循环。

一、地表流水的地质作用

地表流水的地质作用主要包括：

侵蚀作用——不断地使原有地面遭到破坏的作用。

搬运作用——地表流水带走地面上被破坏的破碎物质的作用。

沉积作用——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的作用。

二、暂时流水的地质作用

（一）淋滤作用及残积层（Qel）

淋滤作用——大气降水渗入地下时，将地表附近细小颗粒及易溶成分溶解带走，而将一些不易带走和不易溶解的松散物质残留在原地的过程。

残积层——残留在原地的松散破碎物质。

结果：地表附近的岩石逐渐失去完整性和致密性。

残积层（Qel）的特征：

1．位于地表以下，基岩风化带以上，从地表至地下，破碎程度逐渐减弱；

2．残积层的物质成分与下伏基岩成份基本一致；

3．残积层的厚度与地形、降水量、水中化学成分等多种因素有关；

4．残积层具有较大的孔隙率，较高的含水量，但其力学性质较差。

（二）洗刷作用与坡积层（Qdl）

洗刷作用——大气降水在汇集之前，沿山坡坡面形成漫流，将覆盖在坡面上的风化破碎物质洗刷到山坡坡脚处的过程。

　坡积层——由洗刷作用在坡脚处形成的新的沉积层。

坡积层（Qdl）的特征：

1．坡积物的厚度变化较大，一般在坡脚处最厚，向山坡上部及远离山脚方向均逐渐变薄尖灭；

2．坡积层多由碎石和粘性土组成，其成分与下伏基岩无关；

3．搬运距离较短，坡积层层理不明显，碎石棱角清楚；

4．坡积层松散、富水、力学性质差。

（三）冲刷作用与洪积层（Qpl）

冲刷作用——地表流水汇集后，水量增大，携带的泥砂石块也渐多，侵蚀能力加强，使沟槽不断下切，同时沟槽也不断加宽的过程。

洪积层——洪流所携带的大量泥砂、石块被搬运到一定距离后沉积下来，形成洪积层。

冲沟—— 洪流的冲刷作用形成的沟谷地貌。

冲沟形成的条件

地表岩石或土比较疏松、裂隙发育、地面坡降大，角度陡、地面植被稀少、降水较集中

洪积扇——洪流携带大量泥沙、石块到沟口后，流速显著降低，所搬运的碎屑物大量沉积，在沟口形成的扇形堆积地貌。

洪积层（Qpl）的特征：

(1)洪积层多位于沟谷进入山前平原、山间盆地、流入河流处。从外貌上看多呈扇形；

(2)洪积物成分复杂，主要由上游汇水区岩石种类决定；

(3)在平面上，山口处

洪积物颗粒粗大，多为砾石、块石；向扇缘方向越来越细，由砂直至粘土。在断面上，越往底部，颗粒越大；

(4)洪积物初具分选性和层理，洪积物有一定的磨圆度；

(5)具有一定的活动性。

三、河流的地质作用

上游 高山峡谷，急流险滩多，河道较直，流量不大但流速很高。河谷横断面多呈“V”字形

中游 河谷较宽广，河漫滩和河流阶地发育，横断面多呈“U”字形

下游 多位于平原地区，流量大而流速较低，河谷宽广，河曲发育，在河口处易形成三角洲

（一）河流的侵蚀、搬运和沉积作用

1．侵蚀作用

下蚀作用 垂直向下切割河床 上游以下蚀为主

侧蚀作用 向旁冲刷河床、谷坡 下游以侧蚀为主

下蚀作用

侵蚀基准面——海平面及由海平面向大陆内延伸的平面称为侵蚀基准面。

局部侵蚀基准面——不直接入海的河流，所注入的水体表面，如湖水面、主流的水面称为其局部侵蚀基准面。

侧蚀作用

侧蚀作用的结果是：“凸岸更凸，凹岸更凹”，河流弯曲度更大。

2．搬运作用：有物理搬运和化学搬运两种方式

悬浮式 粉砂、粘土 跳跃式 块石、卵石和粗砂 滚动式 砾石、块石

3．沉积作用和冲积层（Qal）

搬运力逐渐减小时 先后沉积 胶体溶液的浓缩、电解质的加入等 胶体物质凝聚和沉淀

沉积作用发生的主要场所有：

(1)河床坡降变缓处，如山口处；(2)河流流入其它水体处，如入海湖、入干流处；

(3)河床变宽处；(4)河曲的凸岸。

冲积层（Qal）的特征：

(1)冲积物分布在河床、冲积扇、冲积平原或三角洲，物质成分复杂。相对于残积、坡积、洪积物来说，其分选性好，层理明显，磨圆度好；

(2)分布广，表面坡度缓。在工程设计时，应注意软弱夹层（如淤泥、粉砂层等）和流砂现象；

(3)冲积物中的砂砾卵石层可以是理想的持力层、重要的建材；如果层厚稳定，延伸好还可以是良好的含水层，若补给充足还可以是很好的供水水源地。

（二）河谷横断面及河流阶地

1．河谷横断面

河漫滩以上顺次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地，编号越大，阶地位置越高，生成年代也越早。由于河流阶地的发育在很大程度上受地壳运动的影响，可以讲，一级阶地代表着一次升降运动。

上游地段幼年期河谷 下蚀作用强烈 河谷横断面多呈“V”字形

中游地段壮年期河谷 以侧蚀为主 河曲较发育多有河流阶地

下游地段老年期河谷 沉积作用

2．河流阶地（河谷内河流侵蚀或沉积作用形成的阶梯状地形。）

横向阶地：阶地延伸方向与河流方向垂直

纵向阶地：阶地延伸方向与河流方向平

行

形成原因：1、地壳上升，河床下切，原来的河谷抬高，不再被水淹没。2、地壳多次间歇性上升，可形成多级阶地。

根据组成物质的不同，河流阶地可分为：Ⅰ—冲积阶地、Ⅱ—基座阶地、Ⅲ—侵蚀阶地

3．河流阶地的形态特征

在野外辨认时，要特别注意人造梯田、台坎与河流阶地的区分。

（三）河流的地质作用与道路工程

1．道路跨河必须架桥。桥梁墩台基础、桥渡位置选择都应充分考虑河流的地质作用

2．对于沿河线路来说：

线路位置路基位置常遇到的不良现象

沿峡谷行进高陡的河谷斜坡上崩塌、滑坡

沿宽谷或山间盆地行进河流阶地或较缓的河谷斜坡上各种第四纪沉积层

平原上行进冲积层上河流冲刷，基底可能含有软弱土层等

地下水的地质作用

一、地下水的基本知识

地下水是指存在于地面以下，松散堆积物和岩石空隙（孔隙、裂隙、岩隙）中的水。

（一）水在岩土中的存在状态

气态水、吸着水（强结合水）、薄膜水（弱结合水）、毛细水、重力水（自由水）、固态水

（二）岩土的主要水理性质

容水性：指岩土能容纳一定水量的性能。

持水性：依靠分子引力或毛细力，在岩土孔隙、裂隙中能保持一定数量水体的性能。

给水性：在重力作用下，饱水岩土能够流出一定水量的性能。

透水性：岩土允许水透过的性能称为透水性。

透水的、半透水的、不透水的

（三）地下水的物理性质与化学性质

1．地下水的物理性质

温度、颜色、透明度、嗅味、口味、比重、导电性、放射性等

2．地下水的化学成分

地下水按化学成分分类

按总矿化度分类

总矿化度——指地下水中所含的各种离子、分子及化合物的总量。

地下水类型淡水弱半咸水强半咸水咸水盐水

总矿化度（g/L）＜11～33～1010～50＞50

按硬度分类

地下水的硬度——指水中所含钙、镁离子的数量。

总硬度——水中所含钙、镁离子总量。

暂时硬度——可由煮沸去掉的钙、镁离子含量。

永久硬度——煮沸后能保留下来的钙、镁离子的含量。

总硬度 = 暂时硬度 ＋ 永久硬度

表示硬度的方法

德 国 方 法：硬度1°相当于每升溶液中含有CaO10mg；

原苏联方法：用每升水溶液中所含钙、镁离子的毫克当量数表示硬度。

按pH值分类

地下水类型强酸性水弱酸性水中性水弱碱性水强碱性水

pH值＜55～777～ 9＞9

3．地下水水质评价

对不同的目的用水，对水的要求也不完全一样，因此对水质评价的标准也不尽相同。

4．地下水对混凝土的侵蚀性

溶出侵蚀、碳酸侵蚀、硫酸盐侵蚀、一

般酸性侵蚀、镁盐侵蚀

二、地下水的基本类型

（一）地下水按埋藏条件分类及其特征

包气带水：是指存在于地面以下包气带中的水。

包气带水的主要特征：

（1)水量不大，但季节性变化强烈。(2)补给区和分布区是一致的。

(3)一般矿化度低，但水质最易受污染。

(4)所含的上层滞水水量不大，但其常常是引起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀等病害的重要因素。

潜水：指埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水。

潜水面的特征：

⑴ 潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面。

⑵ 潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性。

⑶当含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓；

⑷当岩层透水性变好，潜水面坡度变缓。

潜水等水位线图：是根据所在地区各水文地质点（井、钻孔、试坑和泉等），在大致相同的时间内所测得的潜水面的水位标高编制而成的

潜水等水位线图的用途

⑴可以确定潜水的流向及潜水面的水力坡度

⑵反映潜水与地表水的相互关系；

⑶确定潜水的埋藏深度；

⑷如有隔水层顶板标高，可以确定含水层的厚度

潜水的补给

含水层中地下水从外部（如大气降水、地表水等）获得大量补充的过程称为地下水的补给。

主要来自：⑴大气降水;⑵地表水的补给；⑶含水层之间的补给； I.越流补给；II.直接补给

⑷凝结水； ⑸人工补给

潜水的排泄：⑴蒸发;⑵泉的排泄；⑶向地表水排泄；⑷人为排泄。

承压水（埋藏并充满在两个隔水层之间的含水层中的地下水，是一种有压重力水。）

承压水的形成

最适宜形成承压水的地质构造有：向斜构造 承压盆地

单斜构造 承压斜地

承压水的补给：⑴大气降水；⑵地表水；⑶潜水。

　 当补给区位于河床地带时，地表水才可以成为补给来源

当承压含水层补给区位于潜水之下，潜水可以泄入承压含水层中构成其补给源

承压水的排泄：⑴向潜水排泄;⑵泉的排泄；⑶向地表水排泄。

a当排泄区上有潜水存在时，则可以排泄入潜水中。

b当侵蚀面下切达到承压含水层时，就以泉水形式排泄；

导水断层切断含水层时，沿断层带，承压水也可以泉的形式排泄。

c河谷下切至含水层，则承压水向地表水排泄。

承压水的径流

径流条件的好坏与地形条件、含水层的透水性、补给区与排泄区的水位差、承压含水层的挠曲程度等有关。

承压水的涌水量

承压含水层的涌水量，主要与含水层的分布范围、厚度、透水性、补给区的大小、水的补给来源等因素有关。

（二）地下水按含水层性质分类

三

、地下水对土木工程的影响

抽水 地面沉降

含水层水位下降

有效应力增加 土层的不均匀性、边界条件的复杂性

地面沉降 地面不均匀沉降

地面建筑物和地下管线不同程度的损坏

流砂和潜蚀

流砂——在饱和土中，如果土颗粒之间的有效应力为零，则土颗粒将悬浮于水中，出现随水一起流出的现象称为流砂。

潜蚀——在地下水渗透力的作用下，土中的细小颗粒穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流逐渐带走，久而久之，在土层中将形成管状空洞，使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，这种现象称为机械潜蚀。