工程地質(zhì)（第5版）教案 項(xiàng)目三 地表水的地質(zhì)作用

石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時(shí)授課計(jì)劃課程名稱授課班級(jí)授課時(shí)間教材版本工程地質(zhì)西南交通大學(xué)出版社章節(jié)名稱項(xiàng)目三地表水的地質(zhì)作用任務(wù)一風(fēng)化作用本次授課目的和要求：理解風(fēng)化作用的類型；熟悉巖石風(fēng)化程度的劃分，掌握風(fēng)化的產(chǎn)物的特征。新課的重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)風(fēng)化作用類型，風(fēng)化程度分級(jí)；難點(diǎn)：風(fēng)化作用的產(chǎn)物產(chǎn)物特征。課外作業(yè)：查閱觀察周圍的風(fēng)化現(xiàn)象，了解風(fēng)化產(chǎn)物與工程的關(guān)系。本課小結(jié)與改進(jìn)措施當(dāng)巖石處在風(fēng)化它的環(huán)境條件下時(shí)，它是很穩(wěn)定的，但一旦條件發(fā)生的變化，為了在新的條件下達(dá)到平衡，巖石必然發(fā)生相應(yīng)的變化。而這種變化是地質(zhì)時(shí)間，肉眼難以觀察到變化過程，只能觀察結(jié)果，因此因培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的方法，結(jié)合化學(xué)知識(shí)講解易于理解。宓榮三引言地表水的地質(zhì)作用巖石風(fēng)化、斜坡滑動(dòng)與崩塌、河流的侵蝕與堆積、巖溶、地震等，這些地質(zhì)現(xiàn)象可能會(huì)對(duì)工程的安全和使用起到不同程度的不良影響，甚至危害甚大，因而稱這些地質(zhì)現(xiàn)象為不良地質(zhì)現(xiàn)象。

……………一、風(fēng)化作用的意義

1.

風(fēng)化：位于地殼表面或接近于地面的巖石經(jīng)受著風(fēng)、電、大氣降水和溫度等大氣營力以及生物活動(dòng)等因素的影響，巖石會(huì)發(fā)生破碎或成分變化，這種變化的過程稱為風(fēng)化。2.風(fēng)化作用的結(jié)果：●導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，對(duì)工程建筑條件起著不良的影響;●促進(jìn)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象的形成和發(fā)展。3.

風(fēng)化營力：引起風(fēng)化作用發(fā)生的風(fēng)化因素統(tǒng)稱為風(fēng)化營力。

二、風(fēng)化作用類型二、風(fēng)化作用類型按風(fēng)化營力的不同，風(fēng)化作用可分為三大類型：

物理風(fēng)化作用

化學(xué)風(fēng)化作用

生物風(fēng)化作用●溫度變化是引起巖石物理風(fēng)化作用的●溫度變化是引起巖石物理風(fēng)化作用的最主要因素。因?yàn)椋海?）由于溫度的變化產(chǎn)生溫差，溫差可促使巖石膨脹和收縮交替地進(jìn)行，久之則引起巖石破裂。

（2）巖石本身的某些性質(zhì)，如巖石的顏色、礦物成分和礦物顆粒的大小等對(duì)于溫度變化的感應(yīng)程度是不同的。（一）物理風(fēng)化作用

物理風(fēng)化作用：是指巖石在風(fēng)化營力的影響下，產(chǎn)生一種單純的機(jī)械破壞作用。

特點(diǎn)：破壞后巖石的化學(xué)成分不改變，只是巖石發(fā)生崩解、破碎、形成巖屑，巖石由堅(jiān)硬變疏松。

引起巖石物理風(fēng)化作用的因素：主要是溫度變化和巖石裂隙中水分的凍結(jié)。

●●水的凍結(jié)在嚴(yán)寒地區(qū)和高山接近雪線地區(qū)經(jīng)常發(fā)生。當(dāng)氣溫到0℃或以下時(shí)，在巖石裂隙中的水，就產(chǎn)生冰凍現(xiàn)象。水由液態(tài)變成固態(tài)時(shí)，體積膨脹約9％，對(duì)裂隙兩壁產(chǎn)生很大的膨脹壓力，起到楔子的作用，稱為“冰劈”。二）化學(xué)風(fēng)化作用

化學(xué)風(fēng)化作用：是指巖石在水和各種水溶液的化學(xué)作用和有機(jī)體的生物化學(xué)作用下所引起的破壞過程。

特點(diǎn)：不僅破碎了巖石，而且改變了化學(xué)成分，產(chǎn)生了新的礦物，直到適應(yīng)新的化學(xué)環(huán)境為止。

化學(xué)風(fēng)化作用類型：水化作用、氧化作用、水解作用，以及溶解作用?！袼饔谩袼饔?/p>

水化作用是水分和某種礦物質(zhì)的結(jié)合，在結(jié)合時(shí)，一定分量的水加入到物質(zhì)的成分里，改變了礦物原有的分子式，引起體積膨脹，使巖石破壞。如硬石膏（CaSO4）遇水后變成普通石膏（CaSO42H2O）其體積膨脹60％，這對(duì)圍巖產(chǎn)生巨大壓力，使圍巖脹裂?！?/p>

氧化作用

氧化作用常是在有水存在時(shí)發(fā)生的，在水溶液，低氧化合物、硫化物和有機(jī)化合物發(fā)生了氧化反映。如：低價(jià)鐵氧化變成高價(jià)鐵。黃鐵礦（FeS2）--氧化硫酸亞鐵（FeSO4和硫酸（H2SO4），而硫酸有腐蝕作用。能溶蝕巖石中某些礦物，形成一些洞穴和斑點(diǎn)，致使巖石破●水解作用

水解作用是指礦物與水的成分起化學(xué)作用形成新的化合物。如正長石（KAlSi3O8）經(jīng)水解后形成高嶺土（A12O3·2SiO2·H2O）、石英（SiO2）和氫氧化鉀（KOH）。

再如大氣中和水中經(jīng)常含有二氧化碳（CO2），它與圍巖礦物相互作用形成碳酸化合物，稱其為碳酸鹽化作用?！?/p>

溶解作用

溶解作用是指水直接溶解巖石礦物的作用，使巖石遭到破壞。最容易溶解的是鹵化鹽類（巖鹽、鉀鹽），其次是硫酸鹽（石膏、硬石膏），再次是碳酸鹽類（石灰?guī)r、白云巖等）。如：在石灰?guī)r地區(qū)經(jīng)常有溶洞、溶溝等巖溶現(xiàn)象，就是這種溶解作用造成的。（三）生物風(fēng)化作用（三）生物風(fēng)化作用

生物風(fēng)化作用：巖石在動(dòng)、植物及微生物影響下所起的破壞作用稱為生物風(fēng)化作用。

△生物的物理風(fēng)化：植物對(duì)于巖石的物理風(fēng)化作用表現(xiàn)在根部楔入巖石裂隙中，而使巖石崩裂；動(dòng)物對(duì)于巖石的物理風(fēng)化作用表現(xiàn)為穴居動(dòng)物的掘土、穿鑿等的破壞作用并促進(jìn)巖石風(fēng)化。

△生物的化學(xué)風(fēng)化：表現(xiàn)為生物的新陳代謝，其遺體以及其產(chǎn)生的有機(jī)酸、碳酸、硝酸等的腐蝕作用，使巖石礦物分解和風(fēng)化。造成巖石成分改變、性質(zhì)軟化和疏松。三、巖石風(fēng)化程度和風(fēng)化帶三、巖石風(fēng)化程度和風(fēng)化帶（一）巖石風(fēng)化程度

巖石風(fēng)化的結(jié)果，使原來母巖性質(zhì)改變，形成不同風(fēng)化程度的風(fēng)化巖。按巖石風(fēng)化深淺和特征，可將巖石風(fēng)化程度劃分為五級(jí)。風(fēng)化程度巖石結(jié)構(gòu)礦物成分破碎性未風(fēng)化未變未變微風(fēng)化基本未變基本未變無疏松物質(zhì)弱風(fēng)化部分破壞稍微變質(zhì)有松散物質(zhì)強(qiáng)風(fēng)化大部分破壞顯著變化疏松物與堅(jiān)硬體混雜全風(fēng)化全部破壞風(fēng)化成土狀（二）風(fēng)化帶

巖石的風(fēng)化一般是由表及里呈帶狀分布。由地表往下風(fēng)化作用的影響逐漸減弱以至消失。因此在風(fēng)化剖面的不同深度上，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯的差異。從巖石風(fēng)化程度的深淺，在風(fēng)化剖面上自下而上可分成四個(gè)風(fēng)化帶：微風(fēng)化帶、弱風(fēng)化帶、強(qiáng)風(fēng)化帶和全風(fēng)化帶。

△巖石風(fēng)化帶的界線，在工程建筑中是一項(xiàng)重要的工程地質(zhì)資料?！鞑煌L(fēng)化帶的分界線，可作為巖基持力層、基坑開挖、挖方邊坡坡度以及采取相應(yīng)的加固措施的依據(jù)之一?！饕_切地劃分風(fēng)化界線尚無有效方法，通常只根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)予以確定。四、巖石風(fēng)化的治理四、巖石風(fēng)化的治理

巖石風(fēng)化的治理方法可采用挖除和防治兩種措施。

（一）挖除方法。這種措施是采取挖除一部分危及建筑物安全的風(fēng)化厲害的巖層，挖除的深度是根據(jù)風(fēng)化巖的風(fēng)化程度、風(fēng)化裂隙、風(fēng)化巖的物理力學(xué)性質(zhì)和工程要求等來確定。挖除風(fēng)化巖石是一個(gè)困難而耗費(fèi)時(shí)間的過程，因而宜少挖。

（二）防治方法。這種方法是采取制止風(fēng)化作用繼續(xù)發(fā)展，或采用人工方法加固風(fēng)化巖的措施。△覆蓋防止風(fēng)化營力入侵的材料，如瀝青、水泥、粘土蓋層等；△灌注膠結(jié)和防水的材料，如水泥、瀝青、水玻璃、粘土等漿液，使其起到封閉和膠結(jié)巖石裂隙的作用；△整平地區(qū)，加強(qiáng)排水防止風(fēng)化。石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師課時(shí)授課計(jì)劃課程名稱授課班級(jí)授課時(shí)間教材版本工程地質(zhì)西南交通大學(xué)出版社章節(jié)名稱項(xiàng)目三地表水的地質(zhì)作用任務(wù)二暫時(shí)性水流地質(zhì)作用任務(wù)三河流地質(zhì)作用本次授課目的和要求：理解地表水流的地質(zhì)作用及坡積層、洪流層、沖積層等沉積物的形成特征和分類。新課的重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：地表水流的地質(zhì)作用；難點(diǎn)：坡積層、洪流層、沖積層等沉積物的形成特征。課外作業(yè)：調(diào)查學(xué)校周圍河流沉積特點(diǎn)。本課小結(jié)與改進(jìn)措施河流是陸地上最活躍的地質(zhì)動(dòng)力。河流的地質(zhì)作用是陸地上最強(qiáng)烈的外動(dòng)力地質(zhì)作用，流水的作用，是河水運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)地表各種改造?！坝龊哟顦颉闭f明了河流與工程的關(guān)系，讓學(xué)生注意觀察身邊的河流特征，熟悉河北水流及其沉積伍的特征。宓榮三暫時(shí)性水流及河流地質(zhì)作用暫時(shí)性水流及河流地質(zhì)作用一、基本概念二、流水的侵蝕作用三、河谷的類型及河流階地四、河流掏蝕破壞的預(yù)測(cè)和防護(hù)一、基本概念一、基本概念1、何謂河流?河流是在河谷中流動(dòng)的常年水流，河谷由谷底、河床、谷坡、坡緣及坡麓等要素構(gòu)成。2、河流的構(gòu)成2、河流的構(gòu)成?主流:由重力作用引起的流動(dòng);付流:由其它力引起的流動(dòng)。層流：水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡互相平行；紊流：水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡互相相交，且雜亂無章。、水流流速？河流中的流水具有一定的流速（v），即流水有一定的動(dòng)能（E），這里的流速為平均流速。v水流能量的消耗：流水的動(dòng)能大小可以用物理學(xué)的公式表示：E=mv2/2。具體能量消耗為：（1）能量消耗于水的粘滯性、水的紊流、環(huán)流、波浪及渦流等，可用Tn表示；（2）能量消耗于侵蝕作用，可用Tp表示；（3）能量消耗于搬運(yùn)作用，可用Tk表示。E=Tn+Tp+Tkv河流地質(zhì)作用：侵蝕作用：切割地面和沖刷河岸搬運(yùn)作用：堆積作用：形成各種沉積物和流水沉積地貌，如河流階地、沖積平原等二、流水的侵蝕作用二、流水的侵蝕作用侵蝕作用的方式：溶蝕作用：在可溶性巖石分布的地區(qū)內(nèi)比較顯著，它能溶解巖石中的一些可溶性礦物，其結(jié)果使巖石結(jié)構(gòu)逐漸松散，加速了機(jī)械侵蝕作用。河流的機(jī)械侵蝕：是河谷地質(zhì)發(fā)展過程中的一個(gè)重要現(xiàn)象。對(duì)工程地質(zhì)來說，由于流水的機(jī)械侵蝕作用，可使河床移動(dòng)和河谷變形，也可使河岸沖刷破壞，這就嚴(yán)重地威脅河谷兩岸的建筑物和構(gòu)筑物的安全。1.流水對(duì)河床的沖刷作用：當(dāng)水流作用于土石顆粒的力（P）超過阻止其運(yùn)動(dòng)的摩擦力（T）時(shí)，土石粒就開始隨水流一起移動(dòng)，這就形成沖刷。臨界流速（vcr）：流速為土石粒開始移動(dòng)的流速（vcr） vcr=A*d1/2 如vcr以米／秒為單位，而泥砂粒直徑J以毫米為單位，則根據(jù)實(shí)際觀測(cè)，當(dāng)6＜400rnm時(shí)，A值取0.2。水流速度v超過vcr時(shí)，河床上的泥砂就開始滾動(dòng)或間歇性躍動(dòng)，推移前進(jìn)。當(dāng)流速大到某一程度時(shí)，泥砂粒躍起混入水中，呈不著底的懸移運(yùn)動(dòng)，這種泥砂稱為懸移質(zhì)泥砂。流水對(duì)河床沖刷的重要條件是只有當(dāng)水流未被泥砂飽和時(shí)才會(huì)發(fā)生沖刷。如果上游河段流來的水流中含有泥砂量小于這一河段的輸砂能力，則由于輸砂能力未被充分利用就會(huì)沖刷；如果輸砂量超過了這一河段的輸砂能力則產(chǎn)生沉積。2.2.流水對(duì)河岸的掏蝕

（橫向環(huán)流的作用）平直河道彎曲河道科式力的作用（地球自轉(zhuǎn)）平直河道平直河道v流速分布：平面上：中間大，兩邊小剖面上：上面大，下面小v作用結(jié)果：上部：兩側(cè)向中間匯集下部：向兩邊分流形成向下游推進(jìn)的螺旋形對(duì)稱橫向環(huán)流，形成河流不斷的向下侵蝕切割。彎曲河道彎曲河道v作用力：離心力，重力在河曲處，運(yùn)動(dòng)的水質(zhì)點(diǎn)受離心力P的作用。P=mv2/R式中m——水的質(zhì)量；v——水質(zhì)點(diǎn)的縱向流速；R——水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)跡線的曲率半徑。離心力使水質(zhì)點(diǎn)向凹岸運(yùn)動(dòng)水面形成傾向凸岸的橫向水力坡度InIn=tgα=[mV2/R]/mg=V2/Rg形成橫向水力坡度后就產(chǎn)生了附加壓力，其方向與離心力相反，且在所有的深度上一致，等于Inγ。離心力與附加壓力相迭加，就會(huì)產(chǎn)生上層水流流向凹岸，而下層水流就流向凸岸，形成螺旋狀橫向環(huán)流。科式力作用（慣性力）（視情況講解）科式力作用（慣性力）（視情況講解）v地球自轉(zhuǎn)，線速度大小不一，赤道附近大，向兩極逐漸變小。產(chǎn)生科式力。v科式力作用結(jié)果：北半球：右岸受到?jīng)_刷，左岸得到堆積南半球：左岸受到?jīng)_刷，右岸得到堆積橫向環(huán)流作用結(jié)果橫向環(huán)流作用結(jié)果v凹岸受到?jīng)_刷，凸岸接受堆積v河彎不斷向下游發(fā)展，形成蛇曲v洪水期間會(huì)發(fā)生截彎取直，從而形成牛軛湖。二、河谷的類型及河流階地二、河谷的類型及河流階地v河谷的類型：構(gòu)造谷：受地質(zhì)構(gòu)造控制侵蝕谷：由于河流沖刷而成v侵蝕谷的形成；（三個(gè)階段）峽谷型：下切作用河漫灘型：侵蝕、堆積成型河谷：漫灘變化，形成了階地v階地？被抬高了的河漫灘v河漫灘？凹岸被沖刷，凸岸被堆積，乃造成洪河床淺灘。以后淺灘不斷擴(kuò)大和固定，形成洪水期才能淹沒的灘地，是為河漫灘。v河流階地的類型：（1）侵蝕階地（2）堆積階地l）上迭階地2）內(nèi)迭階地3）嵌入階地（3）基座階地三