第7-8讲 第六章 地表地质作用

2) 岩石风化的防治方法主要有 （1）挖除法 适用于风化层较薄的情况，当厚 度较大对通常只将严重繁响建筑物稳定的部分剥 除。 （2）抹面法 用使水和空气不能透过的材料如 沥青、水泥、粘土层等覆盖岩层。 （3）胶结灌浆法 用水泥、粘土等浆液灌入岩 层或裂隙中，以加强岩层的强度，降低其透水性。 （4）排水法 为了减少具有侵蚀性的地表水 和地下水对岩石中可溶性矿物的溶解，做排水工 程。
6、3岩溶（喀斯特）作用
6.3.1 基本概念与研究意义 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。 这种作用所造成的地表形态和地下形态叫 岩溶地貌． 岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现 象统称岩溶。
2）河流阶地 (1) 阶地的形态特征 河流阶地是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。阶地实际上也就是被遗弃了的老河漫滩， 它与当前的河流作用无关。 每一级阶地包括阶地面和阶地斜坡两个主 要组成单元。 河谷两岸的阶地的级数是由下而上按顺序 分级的，即把高于河漫滩的最低一级阶地称为 一级队地，向上依次为二级阶地、三级阶地等。
6.1.3 影响风化作用的因素 1) 气候因素 2) 地形因素
3) 地质因素
6.1.4 岩石风化的勘查评价与防治
1) 岩石风化的调查内容主要有： A 查明风化程度，确定风化层的工程性质，以便考 虑建筑物的结构和施工的方法。 B 查明风化厚度和分布，以便选择最适当的建筑地 点，合理地确定风化层的清基和刷方的土石方量， 确定加固处理的有效措施。 C 查明风化速度和引起风化的主要因素，对那些直 接对响工程质量和风化速度快的岩层，必须制定预 防风化的正确措施。 D 对风化层的划分，特别是粘土的含量和成分（蒙 脱石、高岭石、水云母等）进行必要分析，因为它 直接边响地基的稳定性。
(2) 阶地的形成
阶地的形成过程中，河流并不是始终
向下切方向发展，而是下切一个阶段以后，
有可能再次恢复相对平衡，或甚至发生回 淤。只要回淤的幅度没有把前期形成的阶 地埋没，则地表最终的形态和单纯下切所 形成的形态从外表上来看并无不同。
(3) 阶地的类型 根据河流阶地的物质组成，可将其分为侵蚀阶地、堆积 阶地和基座阶地三类。 ①侵蚀阶地 它由基岩构成，其上很少有河流冲积物覆盖。 多发育在构造抬升的山区河谷中，水流速度较大，侵蚀作 用较强，所以沉积物很薄。 ②堆积阶地 堆积阶地在河流中下游，阶地全由河流沉积物组 成。 它的形成过程首先是河流侧向侵蚀，同时发生沉积，形成 宽阔的河漫滩。然后河流强烈下蚀，形成阶地。根据河流下 蚀深度与多级堆积阶地间的关系，堆积阶地可分为内叠与上 叠两种。 ③基座阶地 基座阶地的特点是由两种物质组成，上部为河流 的沉积物，下都是基岩。
6.2.2 河流地貌
1）河漫滩 靠近主槽、洪水时淹没、平水时出 露的滩地称为河漫滩、平原河流一般都 有广阔的河漫滩，它起到调节洪水削减 洪峰、储存泥砂并通过滩槽水流交换影 响主槽冲淤等作用。河漫滩的沉积物特 点在相当大的程度上还决定了河流的边 界条件。 冲积河流以“二元相”沉积河漫滩 山区河流形成砾石河漫滩
6.3.2 岩溶作用的基本条件
就岩石而言，首先必须是可溶的，否则水就不可能 进行溶蚀，岩溶作用也就无从发生； 其次，岩石必须是透水的，当岩石具有透水性时， 地表水才能渗入地下并转化为地下水，这样地下水才能 起主导作用形成作为岩溶标志的地下洞穴。 就水而言，首先水必须具有溶蚀力，如果水没有， 岩溶作用就很难进行。 其次，水必须是流动的因为停滞的水很快就会变成 饱和溶液，因而失去潜蚀力，岩溶作用就会停止。 因此，岩溶作用的基本条件就是岩石的可溶性、透 水性，水的溶蚀力、流动性。
（3）塌陷与地下岩洞组合
呈现在岩溶化地表的塌陷就是岩溶化地块内部地下岩 洞发生坍落的结果。
（4）溶洞与地下通道组合
溶洞往往和地下通道相连，因此可以说溶洞就是地下 通道的进出口。
（5）溶洞与阶地组合
溶洞在较稳定的地块中往往成层分布，即使在倾斜甚至 垂直岩层组成的岩溶区，这种现象也很明显。这种溶洞层 有的可与附近同高程的河流阶地进行对比。
2) 地下岩溶地貌 （1）溶洞 溶洞是地下水沿可溶性岩体的各种构造面 （层面、节理面或断裂面），特别是沿着各种 构造面互相交叉的地方，逐渐溶蚀和侵蚀而开 拓出来的地下洞室。 当地下孔洞较小时，地下水运动缓慢，主 要的作用是溶蚀。随着孔洞的不断扩大，地下 水的运动随之加快，除溶蚀作用外，还产生机 械侵蚀作用，地下通道因而迅速扩大。 （2）地下河 在岩溶地区，具有自由水面的地下水流称 为地下河。
6.3.3 岩溶地貌
l）地表岩溶地貌 (1) 石芽与溶沟 地表水流沿着坡面上的裂隙流动，溶蚀和冲蚀 出许多凹槽和坑洼，凹槽为溶沟，沟间的突起为石芽。 (2) 漏斗 是倒锥状的洼地、直径一般数米至数十米，深数米至 数十米，底部常有管道通往地下。它起着集水和消水的作用。 如果下部管道被溶蚀残余物堵塞，则可积水成池。 (3) 竖井 实际上是一种塌陷漏斗，在平面轮廓上呈方形、长条 状或不规则圆形，长条状是沿一组节理发育的，方形或圆形 则是沿两组节理发育的。竖井井壁陡峭，近乎直立。 (4) 落水洞 是地表水流入地下的进口。其大小不一，形态各异。 竖井和漏斗的形成主要是溶蚀作用与塌陷作用，而落水洞的 形成则除溶蚀作用外还有机械侵蚀作用，特别是当大量地表 水通过落水洞转为地下河的情况下，侵蚀作用非常强烈。
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(5) 溶蚀洼地 是一种盆状洼地，周围被石灰岩山丘包围，底 部常附生着漏斗。溶蚀洼地也可由许多漏斗逐渐融合而成， 直径可达 500 m，最大可达 1～2 km、洼地底部有厚约 2一3 m的红土覆盖，上面常有耕地分布。 (6) 坡立谷 是指宽广而平坦的岩溶谷地，大都沿断裂带或构 造带溶蚀发育而成。其宽度可从数百米到数千米，长度数 千米至数十千米、底部平坦，覆盖着溶蚀残余的黄色、棕 色或红色粘土，有的地方还覆盖着河流冲积层。 (7) 干谷和盲谷 当地面河流某一段被地下伏流所袭夺，这段 河谷就变成了没有水的干谷。当地面河进入地下河入口而 转变为地下河时，河谷的前方常为石灰岩壁所阻，岩壁的 脚下是地下河入口，这种向前没有通路的河谷就叫盲谷。
6.2.3 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 坍岸的成因可分为两大类，一种是水 流的作用，另一种是外界条件造成的土体 强度减弱和风化。 水流对河岸的作用又可分为两种情况， 一种是水流直接作用于河岸，冲动河岸上 的泥沙颗粒并将它们带走，另一种是水流 冲刷坡脚，使岸坡的高度或角度增大而位 上部的岸壁因重力作用而坍滑。
2) 河流的侵蚀作用 水流的侵蚀就是地表泥沙被水流带走的过程。 是否发生侵蚀可以根据泥沙起动条件来判断。 3) 水流的搬运作用 水流对固体物质的搬运方式有两种，一种是水 流使沙石等沿河底推移；另一种是细小物质在水中 呈悬浮状态移动，称悬移。 4) 水流的沉积作用 当河流的流速低于推移临界流速时，泥沙便沉 积下来。沉积物质的数量取决于河流含砂量与搬运 能力的对比关系。 沉积作用发生的因素有流速、流量减小和搬运 物增多。
3) 岩溶地貌组合 岩溶地貌的组合可分为平面组合和垂直组合， 下面主要介绍岩溶地貌的垂直组合，主要的地表 与地下岩溶地貌组合： （1）落水洞、竖井、地下通道组合 落水洞通过竖井把地表岩溶和深处发育的地 下通道联系起来。落水洞往往出现在溶蚀洼地的 底部，汇入洼地的地表水由洼地底部的落水洞和 竖井流入地下通道。 （2）干谷和暗河组合 在有干谷出现的地方，常有地下暗河存在， 这是由于原来在干谷里流动的水流为适应新的侵 蚀基准面而渗入地下，并发育了暗河。
6.2 河流的侵蚀、搬运与沉积作用
6.2.1 河流的侵蚀、搬运与沉积 1) 河流水动力学特征 （1）河水水流的紊流特征 河水水流一般都处于紊流状态，水流的各质 点强烈混淆，或形成涡流，各股流束的流速也不 同，并具脉动特征。观测和实验证明，河水平均 流速在接近水面处最大，向河底、岸壁递减。 对于平滑的边界，在紧靠边壁处存在有一很 薄的层流区，称为层流亚层或边界层；对于十分 粗糙的边界边界层往往被旋涡流所破坏。
（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， 这说明当时地面的侵蚀和地下的溶蚀是在同一岩溶侵蚀基 准面控制下进行的。
4）岩溶区的主要工程地质问题
由于岩溶的发育致使建筑物场地和地基的
工程地质条件大为恶化，因此在岩溶地区修建
各类工程建筑物时必须对岩溶进行工程地质研 究，以预测和解决因岩溶而引起的各种工程地 质问题。归纳起来，岩溶区的工程地质问题主 要有以下几类：
第六章 地表地质作用
地表是各种自然因素的交叉作用带，也 是人类工程活动的最主要场所。发生于地球 表面附近地质作用，形式多种多样，成因复 杂，对人类活动的影响深广。 本章将就几种常见的 地表地质作用，阐 述其作用特点、形成规律和对工程不良影响 及其防治措施。
6.1 风化作用
6.1.1 基本概念
岩石发生物理、化学性质变化称为风化； 引起岩石这种变化的作用称为风化作用； 被风化的岩石圈表层称为风化壳 。
凹岸坍塌与凸岸淤涨 对于弯曲形河流。其输沙常处于基本平衡状 态，凸岸的堆积主要来自凹岸的冲刷，联系的纽 带则是通过弯道的环流作用．凹岸崩塌和凸岸淤 涨在数量上近乎相等，其结果将使河道在多年情 况下作横向摆动，断面形态则变化不大。 凹岸后退的速度往往是不均匀的，也不是连 续进行的，坍塌了一段时间以后，将会稳定一段 时间，然后在下一次发生较大洪水时又引起强烈 的坍岸。坍岸这种间歇性的后退将会在凸岸形成 一组集中淤积带，称为鬃岗地形。
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 河流的主流线靠近河岸时，河岸上层会发生崩 塌。在弯曲河床的上半段，主流线靠近凸岸上方， 然后流入凹岸顶点。在弯曲河床的下半段，主流线 靠向凹岸、所以在弯曲河床的凸岸边滩的上方、凹 岸顶点的下方，常常初是崩岸部位。 （2）防护措施 对于河流侧向侵蚀、局部冲刷造成的坍岸等灾 害采用护岸工程或使主流线偏离被冲刷地段等防 治措施。 ①护岸工程 直接加固岸坡、护岸 ②约束水流 顺坝、丁坝和约束水流
6.1.2 风化作用的类型 1) 物理风化 热力风化 地球表面受大阳辐射引起气温变化 冻融风化 岩石孔隙或裂隙中的水冻结成冰体积增大 9％，产生压应力――冰冰劈作用。 2) 化学风化 溶解作用 水化作用 水解作用 碳酸化作用 氧化作用 3) 生物风化 生物风化是指生物在生长和分解过程中直接或 间接地对岩石矿物所起的物理和化学的风化作用。
各类土质河岸的坍岸情况 ①无粘性土的河岸，要区别两种情况：A排 水良好的情况，其中或因土体强度降低 或因坡脚掏空而导致河岸坍塌。B排水较 差的情况坍岸情况与排水良好的情况相 似，只是增加了孔隙水压力的作用。 ②对于粘性土，坍岸可以表现为圆弧滑动， 浅层滑动和平面滑动。 ③弯曲河段的河岸常形成二元结构，相当 于组合土层的情况，这时坍塌形式可以 为：圆弧滑动，平面滑动和坍落。
（2）横向环流与螺旋流 水流的运动受到河槽周界的限制，因此，水流的平均方向决 定于槽线的方向。槽线的曲折和断面形态的改变，会使水流内部 形成一种规模较大的旋转运动。这种旋转运动不仅规模较大、而 且比较稳定。引起环流的原因很多，这里仅介绍两种情况。 ①弯道离心力引起的环流 弯道水流在离心力的作用下，水面会形成横比降，使得凹岸 水面抬高，凸岸水面降低。 ②地球自转的影响 在Coriolis力的作用下，水面同样会产生横比降。 横向环流的形成使得水流的流速在同一断面上表现出具有一 定规律的变化，在表流下沉转变为底流的部位，由于重力作用， 水流流速递增而在底流上升为表流的部位，则要克服重力，水流 流速递减。水流流速的上述变化规律是河流在同一断面上既有侵 蚀又有淤积的一个极为重要的原因。