第六章 地表地质作用
本章提要
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
生于地球表面附近的 地质作用,形式
多样，成因复杂，对人类工程活动的
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
律和对工程的不良影响及其防治措施。
第六章 地表地质作用
§ 6～ 1 风化作用
§ 6～ 2 河流的侵蚀, 搬运与沉积作用
§ 6～ 3 岩溶 （ 喀斯特 ） 作用
§ 6～ 4 斜坡与边坡地质作用
§ 6～ 5 海岸带地质作用
§ 6～ 1 风化作用
基本概念
坚硬岩石－出露地表－太阳辐射－水圈、大气圈、
生物圈－发生变化－缓慢－逐渐崩解、分离为岩屑
或土层
—— 岩石的变化（物理、化学性质），称为风化
—— 风化作用
风化壳－松散岩屑和土层
— 残积土（残留在原地）
— 风化岩（保留原岩结构和构造）
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
1、物理风化
温度变化、孔隙中水的冻融及盐类结晶使岩石机械
崩解的过程。
岩石：完整固结 → 松散破坏、孔隙度和表面积加大
热力风化
太阳辐射, 昼夜和季节性变化, 气温地表温度变化
岩石表层, 热胀 — 压应力, 冷缩 — 拉应力 → 裂缝,
剥落
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
1、物理风化
冻融风化
孔隙或裂隙中的水 → 结冰,
体积膨胀 （ 约 9％ ）
压应力 （ 200mPa）, 裂缝
加宽, 加深；
冰融化，渗入更深，再结冰
—— 冰劈作用
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
2、化学风化
岩石与水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳的化学
作用
使岩石的裂隙加大、孔隙增多，破坏岩石的结构和
成分，变成土层
化学风化的方式有
溶解作用：矿物被水溶解，流失
水化作用
矿物与水结合成含水矿物
如：硬石膏水化成石膏
CaSO4＋ 2H2O→CaSO 4 2H2O
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
2、化学风化
水解作用
矿物遇水分解 → 其它矿物
碳酸化作用
水中的 CO2→
与矿物中 Na,K,Ca等金属离子反应变成碳酸盐 →
随水迁移
氧化作用
?? 323 和 H C OCO
黄铁矿 氧 化 褐铁矿
磁铁矿 氧 化 褐铁矿
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
3、生物风化
指生物在其生长和分解过程中，直接或间接
地对岩石所起的物理化学风化作用
生物的物理风化：岩石裂缝中的植物，动物
挖洞
生物的化学风化：生物新陈代谢 —— 吸取养
分、分泌化合物 —— 破坏作用
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
4、风化作用类型之间的相互关系
物理风化与化学风化紧密联系
物理风化是化学风化的前驱和必要条件
化学风化是物理风化的继续和深入
—— 物理风化 → 细砂 — 中砂（ 0.02mm）
化学风化 → 更细小
§ 6～ 1 风化作用
影响风化作用的因素
1、气候因素
温度、雨量变化及生物状况
2、地形因素
不同地形条件（高度、坡度、切割程度）影响风化的
强度、深度和风化物的厚度、分布
山区 平原
3、地质因素
岩石的矿物组成、结构和构造影响风化的速度和风化
阶段
岩石矿物的抗风化能力
岩石的结构
岩石的构造
表 6.1
§ 6～ 1 风化作用
岩石风化的勘查评价与防治
1、风化作用的工程意义
岩石物理、化学性质改变
岩石的抗压、抗剪强度降低
地基承载力降低、边坡稳定性降低
2、岩石风化的勘查与评价
调查内容,
查明风化程度
查明风化厚度和分布
查明风化速度和引起风化的主要因素
对风化层的划分 —— 成分分析
表 6.2
§ 6～ 1 风化作用
岩石风化的勘查评价与防治
3、岩石风化的防治
挖除法
抹面法
胶结灌浆法
排水法
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
1、河流水动力学特征
河水水流的紊流特征
河水水流一般处于紊流状态，涡流，各股流束的流
速不同，具有脉动特征
观测发现：河水平均流速在接近水面处最大，向河
底、岸壁递减
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
1、河流水动力学特征
河水水流的紊流特征
水流脉动特性：水流每点
的瞬时流速，方向和大小
不断变化
流速较大、底床糙凸时,
易产生漩涡流
增强水流的冲刷能力
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
1、河流水动力学特征
横向环流与螺旋流
水流沿河槽运动，水流方向取决于槽线方向
槽线的曲折和断面形态的改变，使水流内部形成旋
转运动
产生环流的原因很多
a,弯道离心力引起
b,地球自转影响
与漩涡比，横向环流规模较大，稳定
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
2、河流的侵蚀作用
—— 地表泥沙被水流带走
如图突起于河床中岩体,
高 h、宽 b、长 l
动水压力 p,
其中 K－形状系数 水流作用面积 F＝ hl；圆形颗粒
F＝
p与水流速 v平方成正比
gK F vp 2/20??
4/d 2?
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
2、河流的侵蚀作用
动水压力在滑动面上的剪应力 τ,
岩石抗剪强度（库仑定律）
τ<τf 岩体不破坏，流速小
τ=τf 岩体极限平衡状态，极限流速
τ>τf 岩体破坏，流速超过极限流速
b
h
g
vKv
2bl
p 2
0???
c?? ??? t a nf
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
2、河流的侵蚀作用
则极限流速 vcr可求,
对于整体岩石，内聚力（ C）很大，一般达不到
f?? ?
c
b
h
g
v cr ?? ??? t a n
2
K
2
0
)t a n(2
0
c
h
b
K
gv
cr ?? ???则：
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
3、水流的搬运作用
水流对固体物质搬运有两种方式,
水流使砂、砾沿河床底推移
细小物质悬浮于水、悬移
直径 d的砂砾，所受动水压力为,
泥沙阻力,T=fW
F－滚动摩擦系数
W －颗粒有效重量
22
08 dvg
Kp ???
6/)( 30 dW ??? ??
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
3、水流的搬运作用
P＝ T时，极限平衡状态，则泥沙被推移的临界流速,
经验公式,
4、水流的沉积作用
河流流速低于推移临界流速时，泥沙便沉积
dCdfKgv cr ??? )1(34
0
,
?
?得：
3
0
22,
0 )(68 dfdvg
K
cr ??
??? ??
dv cr 2.0,?
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
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
牛轭湖及相沉积物
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流地貌
2、河流阶地
—— 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。
阶地的形态特征
?阶地实际上就是被遗弃的老河漫滩
?阶地面和阶地斜坡
?阶地有时往往不止一级，而是有好几级。
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
阶地的形成
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流地貌
2、河流阶地
阶地的类型
?侵蚀阶地：由基岩构成，其上很少有河流
冲积物覆盖。
?堆积阶地：在河流中下游最为常见，阶地
全由河流沉积物组成。
?基座阶地：两种物质组成，上部为河流的
沉积物，下部是基岩。 图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
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
水流作用
土体强度减弱和风化
水流直接作用于河岸
水流冲刷坡脚
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
1、凹岸的坍塌和凸岸的淤涨
各类土质河岸的坍岸情况
1）无粘性土的河岸
2）粘性土的河岸
A圆弧滑动
B浅层滑动
C平面滑动
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
1、凹岸的坍塌和凸岸的淤涨
各类土质河岸的坍岸情况
3）弯曲河段的二元结构
A圆弧滑动
B平面滑动
C坍落
凹岸的坍塌与凸岸的淤涨
图示一
图示二
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
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
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
2、河流侵蚀、淤积作用的治理
2）防护措施
护岸工程
直接加固岸坡－植树、种草
护岸
约束河流
顺坝和丁坝
约束水流，防止淤积
图示一
图示二 砌石护坡与抛石护坡
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
基本概念与研究意义
喀斯特（ Karst） — 碳酸盐岩地形 地貌与水文现
象
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
岩溶地貌－岩溶作用造成的地表形态和地下形态
岩溶－岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
基本概念与研究意义
桂林山水、云南石林
我国国土面积 13.5%为石灰岩
危害,
地下洞穴
水库－防止渗漏
隧道和矿井－涌水
铁路、桥梁、厂房－地基塌陷
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
水与岩石之间
岩石－可溶 透水
水－溶蚀力 流动
1、岩石的可溶性
取决于岩石的成分和结构
成分：岩石的矿物成分和化学成分
结构：颗粒大小、形状和排列及胶结物的性质
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
1、岩石的可溶性
（按岩石成分）可溶性岩石分三种,
碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰
岩）；
硫酸盐类岩石（石膏、芒硝）；
卤盐类岩石（石盐和钾盐）。
按溶解度：卤盐 >硫酸盐 >碳酸
但碳酸盐类岩石分布广，岩体大，故碳酸盐类岩石
中的岩溶有普遍性
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
1、岩石的可溶性
（矿物成分）碳酸盐类岩石成分：方解石 CaCO3、
白云石（ Ca,Mg） CO3，其次 SiO2,Fe2O3、
Al2O3及粘性土
石灰岩－方解石
白云岩－白云石
碳酸盐类岩石的结构影响－原生孔隙的大小、多少
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
2、岩石的透水性
取决于岩石的裂隙度和孔隙度
3、水的溶蚀性
纯水溶蚀性弱，含有 CO2－较强的溶蚀性－溶解
CaCO3
4、水的流动性
CaCO3饱和，丧失溶解力
流动，水量、气温、气压变化，成不饱和溶液
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
1、地表岩溶地貌
1）石芽与溶沟
地表水沿坡面上节理裂隙流动，溶蚀、冲蚀形成溶
沟和石芽
石芽有裸露，也有埋藏
石林－非常高大的石芽
2）漏斗
是呈碗碟状或倒锥状的洼地
图示一
图示二
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
1、地表岩溶地貌
3）竖井
塌陷漏斗
4）落水洞
地表水流入地下的进口
溶蚀作用外，机械侵蚀作用（大量地表水）
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
1、地表岩溶地貌
5）溶蚀洼地
盆状洼地，附生漏斗
6）坡立谷
宽广而平坦的岩溶谷地
7）干谷和盲谷
干谷－没有水的一段河谷
盲谷－向前没有道路的河谷
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
2、地下岩溶地貌
1）溶洞
地下水沿可溶性岩体的各种构造面（层面、节理面或
断层面），特别是各构造面交叉处，逐渐溶蚀河侵蚀
而开拓出的地下洞室。
地下孔洞较小时，地下水运动慢，溶蚀
地下孔洞扩大时，地下水运动加快，还产生机械侵蚀
作用，洞迅速扩大
2）地下河
岩溶地区，具自由水面的地下水流称为地下河。
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
3、岩溶地貌组合
各种岩溶地貌其发育过程中有成因上的联系。
地表岩溶地貌与地下岩溶地貌密切相关,
从地表岩溶地貌了解地下岩溶地貌
1）落水洞、竖井、地下通道组合
2）干谷和暗河组合
3）塌陷与地下岩洞组合
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
3、岩溶地貌组合
4）溶洞与地下通道组合
溶洞是地下通道组合的进出口
5）溶洞与阶地组合
溶洞 非岩溶区形成阶地
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
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
建筑场地与地基地质条件恶化
1、地基稳定性及塌陷问题
石芽溶沟、地下洞穴（岩洞）、土洞
地基类型,
1）石芽地基
不均匀沉降和建筑物的稳定性
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
1、地基稳定性及塌陷问题
2）溶洞地基
溶洞的规模、埋深及充填情况
溶洞顶板安全厚度
洞顶完整的溶洞 厚跨比法确定
h/L>0.5
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
1、地基稳定性及塌陷问题
2）溶洞地基
顶板不完整、洞顶塌陷的溶洞
坍塌堵塞计算法
H=Ho/（ K-1）
松散系数 K 石灰岩 1.2 粘土 1.05
溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育
梁板计算
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
1、地基稳定性及塌陷问题
3）土洞地基
首要措施：治水
处理,
土洞埋深浅时，挖填和梁板跨越；
洞直径小，深埋，不处理洞体，梁板跨越；
洞直径大，深埋，灌砂（砂砾）、碎石混凝土
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
2、渗漏和突水问题
库区选择
渗漏处理：堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土层）,
截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）,
引（引入库内或导出库外）等
突水处理：疏导、排水管、排水沟
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
1、概念
斜坡：自然作用造成表面向一个方向倾斜
边坡：人为作用造成表面向一个方向倾斜
组成要素,
1）斜坡和边坡本身
2）坡缘
3）坡脚
图示
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
1、概念
斜坡高度 H、斜坡平距 B
坡地上一点的坡度
坡地平均坡度
边坡坡度较大、断面规则
自然斜坡非常复杂，形态不规则，坡度不一
图示
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
2、斜坡运动的分类
1）崩落
陡坡或悬崖上的块体沿着没有或几乎没有剪切位移
的面分离、自由跌落、崩塌、弹跳或翻滚的现象。
2）倒塌
块体由于重力或邻近块体作用力的影响，或由于裂
缝中流体的影响，绕着块体下端或块体以下的某个
支点向前翻转的现象。
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
2、斜坡运动的分类
3）滑动
由于剪应变和位移造成的一种运动。
滑动面的
滑动分两类,
旋转滑动－破裂面的形状受断层、节理、层理等不
连续面影响。
平移滑动－受软弱面（断层、节理、层理等）控制
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
2、斜坡运动的分类
4）扩展运动
侧向延伸（扩展），伴随有剪切裂隙和拉伸裂隙
5）流动
岩土体在空间上的连续变形
6）复合移动
上述主要类型的组合：滑动体的不同部分之内组合
滑动的不同阶段组合
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
1、滑坡的特征
滑坡是斜坡上土体、岩体或其它碎屑堆积物沿一定
的滑动面作整体下滑的现象
特征及术语,
1）滑坡体
2）滑动面和滑动带
滑动面－滑坡体沿不动体下滑的分界面
滑动带－滑动面上部受滑动揉褶的地带
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
1、滑坡的特征
特征及术语,
3）滑坡壁和滑坡台阶
60o～ 80o
4）滑坡舌和滑坡鼓丘
5）滑坡裂缝
环状张拉裂隙 剪切裂隙
鼓状裂隙 羽状裂隙
图 6.22
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
2、影响滑坡的因素
1）岩性
滑坡现象
（主要发生在）松散堆积层：（岩性）与粘性土有关蒙脱石、
伊犁石等矿物
（较少）基岩滑坡：遇水易软化岩石（千枚岩、页岩、泥灰岩
等）
2）构造
一是与软弱结构面有关（层面、节理面、断层面等）
二是与上部透水层和下部不透水层的构成特性有关
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
2、影响滑坡的因素
3）地貌
临空面、坡度、坡地基部受冲刷
4）气候
降水、温度
增加坡体的重量
雨水润滑作用
融冻
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
2、影响滑坡的因素
5）地下水
包含地下水的岩体软弱面发生滑坡，地下水影响以上各条
6）地震
松动斜坡岩土体的结构、造成破裂面，引起软弱面错动
7）人为因素
人工切坡过陡、爆破施工、斜坡上建筑等
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
3,滑坡的发展阶段
分三个阶段
1）蠕动变形阶段
斜坡一部分 τf<τ→ 剪切变形 → 微小滑动 → 逐渐发展 →
各种裂缝 → 坡脚土层受挤压、潮湿 → 滑动面基本形成
蠕动时间：数年、几天
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
3,滑坡的发展阶段
分三个阶段
2）剧烈滑动阶段
岩体已完全破裂、滑动面已形成、滑体与滑床完全分
离
3）渐趋稳定阶段
剧滑之后，滑坡体重心下降、能量消耗、速度变慢、
趋于稳定
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
4、滑坡的工程地质堪察
目的：了解斜坡的稳定性，查明滑坡的形态、范围、
结构特征，掌握其发生、发展规律，避免危害性，为
滑坡预报、防治提供依据。
方法,
1）测绘与调查
2）勘探
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
4、滑坡的工程地质堪察
3）室内及野外试验
地下水样 —— 侵蚀性、补给来源
岩土样品 —— 重度、内摩擦角、粘聚力
4）滑坡观测
滑坡位移观测、地下水观测
简易观测
精密观测
图 6.23
图 6.24
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡稳定性评价
评价的任务,
一是对与工程活动有关的天然斜坡和人工边坡的稳
定性的评价
二是为设计边坡和整治边坡提供依据。
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡稳定性评价
1、地质分析法
分析外形特征和内部结构及周围环境
要点,
1）根据地貌形态演变判断
2）分析滑动因素的变化
3）观测滑动前的迹象
4）工程地质类比法
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡稳定性评价
2、理论计算法
应用土力学、岩石力学、弹塑性力学、数学方法定
量计算
1）平移滑动斜坡稳定性计算
稳定系数 K＝抗滑力 /下滑力
2）弧形滑移面的斜坡稳定计算
条分法
图示
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡变形破坏的防治
1、防治原则
1）防患于未然
2）及时治理
3）经济
2、防治措施
1）排水
2）降低下滑力，增加抗滑力
3）改变滑带土的性质
本章提要
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
生于地球表面附近的 地质作用,形式
多样，成因复杂，对人类工程活动的
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
律和对工程的不良影响及其防治措施。
第六章 地表地质作用
§ 6～ 1 风化作用
§ 6～ 2 河流的侵蚀, 搬运与沉积作用
§ 6～ 3 岩溶 （ 喀斯特 ） 作用
§ 6～ 4 斜坡与边坡地质作用
§ 6～ 5 海岸带地质作用
§ 6～ 1 风化作用
基本概念
坚硬岩石－出露地表－太阳辐射－水圈、大气圈、
生物圈－发生变化－缓慢－逐渐崩解、分离为岩屑
或土层
—— 岩石的变化（物理、化学性质），称为风化
—— 风化作用
风化壳－松散岩屑和土层
— 残积土（残留在原地）
— 风化岩（保留原岩结构和构造）
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
1、物理风化
温度变化、孔隙中水的冻融及盐类结晶使岩石机械
崩解的过程。
岩石：完整固结 → 松散破坏、孔隙度和表面积加大
热力风化
太阳辐射, 昼夜和季节性变化, 气温地表温度变化
岩石表层, 热胀 — 压应力, 冷缩 — 拉应力 → 裂缝,
剥落
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
1、物理风化
冻融风化
孔隙或裂隙中的水 → 结冰,
体积膨胀 （ 约 9％ ）
压应力 （ 200mPa）, 裂缝
加宽, 加深；
冰融化，渗入更深，再结冰
—— 冰劈作用
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
2、化学风化
岩石与水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳的化学
作用
使岩石的裂隙加大、孔隙增多，破坏岩石的结构和
成分，变成土层
化学风化的方式有
溶解作用：矿物被水溶解，流失
水化作用
矿物与水结合成含水矿物
如：硬石膏水化成石膏
CaSO4＋ 2H2O→CaSO 4 2H2O
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
2、化学风化
水解作用
矿物遇水分解 → 其它矿物
碳酸化作用
水中的 CO2→
与矿物中 Na,K,Ca等金属离子反应变成碳酸盐 →
随水迁移
氧化作用
?? 323 和 H C OCO
黄铁矿 氧 化 褐铁矿
磁铁矿 氧 化 褐铁矿
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
3、生物风化
指生物在其生长和分解过程中，直接或间接
地对岩石所起的物理化学风化作用
生物的物理风化：岩石裂缝中的植物，动物
挖洞
生物的化学风化：生物新陈代谢 —— 吸取养
分、分泌化合物 —— 破坏作用
§ 6～ 1 风化作用
风化作用的类型
4、风化作用类型之间的相互关系
物理风化与化学风化紧密联系
物理风化是化学风化的前驱和必要条件
化学风化是物理风化的继续和深入
—— 物理风化 → 细砂 — 中砂（ 0.02mm）
化学风化 → 更细小
§ 6～ 1 风化作用
影响风化作用的因素
1、气候因素
温度、雨量变化及生物状况
2、地形因素
不同地形条件（高度、坡度、切割程度）影响风化的
强度、深度和风化物的厚度、分布
山区 平原
3、地质因素
岩石的矿物组成、结构和构造影响风化的速度和风化
阶段
岩石矿物的抗风化能力
岩石的结构
岩石的构造
表 6.1
§ 6～ 1 风化作用
岩石风化的勘查评价与防治
1、风化作用的工程意义
岩石物理、化学性质改变
岩石的抗压、抗剪强度降低
地基承载力降低、边坡稳定性降低
2、岩石风化的勘查与评价
调查内容,
查明风化程度
查明风化厚度和分布
查明风化速度和引起风化的主要因素
对风化层的划分 —— 成分分析
表 6.2
§ 6～ 1 风化作用
岩石风化的勘查评价与防治
3、岩石风化的防治
挖除法
抹面法
胶结灌浆法
排水法
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
1、河流水动力学特征
河水水流的紊流特征
河水水流一般处于紊流状态，涡流，各股流束的流
速不同，具有脉动特征
观测发现：河水平均流速在接近水面处最大，向河
底、岸壁递减
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
1、河流水动力学特征
河水水流的紊流特征
水流脉动特性：水流每点
的瞬时流速，方向和大小
不断变化
流速较大、底床糙凸时,
易产生漩涡流
增强水流的冲刷能力
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
1、河流水动力学特征
横向环流与螺旋流
水流沿河槽运动，水流方向取决于槽线方向
槽线的曲折和断面形态的改变，使水流内部形成旋
转运动
产生环流的原因很多
a,弯道离心力引起
b,地球自转影响
与漩涡比，横向环流规模较大，稳定
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
2、河流的侵蚀作用
—— 地表泥沙被水流带走
如图突起于河床中岩体,
高 h、宽 b、长 l
动水压力 p,
其中 K－形状系数 水流作用面积 F＝ hl；圆形颗粒
F＝
p与水流速 v平方成正比
gK F vp 2/20??
4/d 2?
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
2、河流的侵蚀作用
动水压力在滑动面上的剪应力 τ,
岩石抗剪强度（库仑定律）
τ<τf 岩体不破坏，流速小
τ=τf 岩体极限平衡状态，极限流速
τ>τf 岩体破坏，流速超过极限流速
b
h
g
vKv
2bl
p 2
0???
c?? ??? t a nf
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
2、河流的侵蚀作用
则极限流速 vcr可求,
对于整体岩石，内聚力（ C）很大，一般达不到
f?? ?
c
b
h
g
v cr ?? ??? t a n
2
K
2
0
)t a n(2
0
c
h
b
K
gv
cr ?? ???则：
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
3、水流的搬运作用
水流对固体物质搬运有两种方式,
水流使砂、砾沿河床底推移
细小物质悬浮于水、悬移
直径 d的砂砾，所受动水压力为,
泥沙阻力,T=fW
F－滚动摩擦系数
W －颗粒有效重量
22
08 dvg
Kp ???
6/)( 30 dW ??? ??
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流的侵蚀, 搬运与沉积
3、水流的搬运作用
P＝ T时，极限平衡状态，则泥沙被推移的临界流速,
经验公式,
4、水流的沉积作用
河流流速低于推移临界流速时，泥沙便沉积
dCdfKgv cr ??? )1(34
0
,
?
?得：
3
0
22,
0 )(68 dfdvg
K
cr ??
??? ??
dv cr 2.0,?
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
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
牛轭湖及相沉积物
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流地貌
2、河流阶地
—— 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。
阶地的形态特征
?阶地实际上就是被遗弃的老河漫滩
?阶地面和阶地斜坡
?阶地有时往往不止一级，而是有好几级。
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
阶地的形成
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流地貌
2、河流阶地
阶地的类型
?侵蚀阶地：由基岩构成，其上很少有河流
冲积物覆盖。
?堆积阶地：在河流中下游最为常见，阶地
全由河流沉积物组成。
?基座阶地：两种物质组成，上部为河流的
沉积物，下部是基岩。 图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
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
水流作用
土体强度减弱和风化
水流直接作用于河岸
水流冲刷坡脚
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
1、凹岸的坍塌和凸岸的淤涨
各类土质河岸的坍岸情况
1）无粘性土的河岸
2）粘性土的河岸
A圆弧滑动
B浅层滑动
C平面滑动
图示
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
1、凹岸的坍塌和凸岸的淤涨
各类土质河岸的坍岸情况
3）弯曲河段的二元结构
A圆弧滑动
B平面滑动
C坍落
凹岸的坍塌与凸岸的淤涨
图示一
图示二
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
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
§ 6～ 2河流的侵蚀、搬运与沉积作用
河流侵蚀, 淤积作用的防治
2、河流侵蚀、淤积作用的治理
2）防护措施
护岸工程
直接加固岸坡－植树、种草
护岸
约束河流
顺坝和丁坝
约束水流，防止淤积
图示一
图示二 砌石护坡与抛石护坡
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
基本概念与研究意义
喀斯特（ Karst） — 碳酸盐岩地形 地貌与水文现
象
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
岩溶地貌－岩溶作用造成的地表形态和地下形态
岩溶－岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
基本概念与研究意义
桂林山水、云南石林
我国国土面积 13.5%为石灰岩
危害,
地下洞穴
水库－防止渗漏
隧道和矿井－涌水
铁路、桥梁、厂房－地基塌陷
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
水与岩石之间
岩石－可溶 透水
水－溶蚀力 流动
1、岩石的可溶性
取决于岩石的成分和结构
成分：岩石的矿物成分和化学成分
结构：颗粒大小、形状和排列及胶结物的性质
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
1、岩石的可溶性
（按岩石成分）可溶性岩石分三种,
碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰
岩）；
硫酸盐类岩石（石膏、芒硝）；
卤盐类岩石（石盐和钾盐）。
按溶解度：卤盐 >硫酸盐 >碳酸
但碳酸盐类岩石分布广，岩体大，故碳酸盐类岩石
中的岩溶有普遍性
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
1、岩石的可溶性
（矿物成分）碳酸盐类岩石成分：方解石 CaCO3、
白云石（ Ca,Mg） CO3，其次 SiO2,Fe2O3、
Al2O3及粘性土
石灰岩－方解石
白云岩－白云石
碳酸盐类岩石的结构影响－原生孔隙的大小、多少
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶作用的基本条件
2、岩石的透水性
取决于岩石的裂隙度和孔隙度
3、水的溶蚀性
纯水溶蚀性弱，含有 CO2－较强的溶蚀性－溶解
CaCO3
4、水的流动性
CaCO3饱和，丧失溶解力
流动，水量、气温、气压变化，成不饱和溶液
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
1、地表岩溶地貌
1）石芽与溶沟
地表水沿坡面上节理裂隙流动，溶蚀、冲蚀形成溶
沟和石芽
石芽有裸露，也有埋藏
石林－非常高大的石芽
2）漏斗
是呈碗碟状或倒锥状的洼地
图示一
图示二
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
1、地表岩溶地貌
3）竖井
塌陷漏斗
4）落水洞
地表水流入地下的进口
溶蚀作用外，机械侵蚀作用（大量地表水）
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
1、地表岩溶地貌
5）溶蚀洼地
盆状洼地，附生漏斗
6）坡立谷
宽广而平坦的岩溶谷地
7）干谷和盲谷
干谷－没有水的一段河谷
盲谷－向前没有道路的河谷
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
2、地下岩溶地貌
1）溶洞
地下水沿可溶性岩体的各种构造面（层面、节理面或
断层面），特别是各构造面交叉处，逐渐溶蚀河侵蚀
而开拓出的地下洞室。
地下孔洞较小时，地下水运动慢，溶蚀
地下孔洞扩大时，地下水运动加快，还产生机械侵蚀
作用，洞迅速扩大
2）地下河
岩溶地区，具自由水面的地下水流称为地下河。
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
3、岩溶地貌组合
各种岩溶地貌其发育过程中有成因上的联系。
地表岩溶地貌与地下岩溶地貌密切相关,
从地表岩溶地貌了解地下岩溶地貌
1）落水洞、竖井、地下通道组合
2）干谷和暗河组合
3）塌陷与地下岩洞组合
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶地貌
3、岩溶地貌组合
4）溶洞与地下通道组合
溶洞是地下通道组合的进出口
5）溶洞与阶地组合
溶洞 非岩溶区形成阶地
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
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
建筑场地与地基地质条件恶化
1、地基稳定性及塌陷问题
石芽溶沟、地下洞穴（岩洞）、土洞
地基类型,
1）石芽地基
不均匀沉降和建筑物的稳定性
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
1、地基稳定性及塌陷问题
2）溶洞地基
溶洞的规模、埋深及充填情况
溶洞顶板安全厚度
洞顶完整的溶洞 厚跨比法确定
h/L>0.5
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
1、地基稳定性及塌陷问题
2）溶洞地基
顶板不完整、洞顶塌陷的溶洞
坍塌堵塞计算法
H=Ho/（ K-1）
松散系数 K 石灰岩 1.2 粘土 1.05
溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育
梁板计算
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
1、地基稳定性及塌陷问题
3）土洞地基
首要措施：治水
处理,
土洞埋深浅时，挖填和梁板跨越；
洞直径小，深埋，不处理洞体，梁板跨越；
洞直径大，深埋，灌砂（砂砾）、碎石混凝土
图示
§ 6～ 3岩溶（喀斯特）作用
岩溶区的主要工程地质问题
2、渗漏和突水问题
库区选择
渗漏处理：堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土层）,
截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）,
引（引入库内或导出库外）等
突水处理：疏导、排水管、排水沟
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
1、概念
斜坡：自然作用造成表面向一个方向倾斜
边坡：人为作用造成表面向一个方向倾斜
组成要素,
1）斜坡和边坡本身
2）坡缘
3）坡脚
图示
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
1、概念
斜坡高度 H、斜坡平距 B
坡地上一点的坡度
坡地平均坡度
边坡坡度较大、断面规则
自然斜坡非常复杂，形态不规则，坡度不一
图示
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
2、斜坡运动的分类
1）崩落
陡坡或悬崖上的块体沿着没有或几乎没有剪切位移
的面分离、自由跌落、崩塌、弹跳或翻滚的现象。
2）倒塌
块体由于重力或邻近块体作用力的影响，或由于裂
缝中流体的影响，绕着块体下端或块体以下的某个
支点向前翻转的现象。
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
2、斜坡运动的分类
3）滑动
由于剪应变和位移造成的一种运动。
滑动面的
滑动分两类,
旋转滑动－破裂面的形状受断层、节理、层理等不
连续面影响。
平移滑动－受软弱面（断层、节理、层理等）控制
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡和边坡地质作用的类型
2、斜坡运动的分类
4）扩展运动
侧向延伸（扩展），伴随有剪切裂隙和拉伸裂隙
5）流动
岩土体在空间上的连续变形
6）复合移动
上述主要类型的组合：滑动体的不同部分之内组合
滑动的不同阶段组合
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
1、滑坡的特征
滑坡是斜坡上土体、岩体或其它碎屑堆积物沿一定
的滑动面作整体下滑的现象
特征及术语,
1）滑坡体
2）滑动面和滑动带
滑动面－滑坡体沿不动体下滑的分界面
滑动带－滑动面上部受滑动揉褶的地带
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
1、滑坡的特征
特征及术语,
3）滑坡壁和滑坡台阶
60o～ 80o
4）滑坡舌和滑坡鼓丘
5）滑坡裂缝
环状张拉裂隙 剪切裂隙
鼓状裂隙 羽状裂隙
图 6.22
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
2、影响滑坡的因素
1）岩性
滑坡现象
（主要发生在）松散堆积层：（岩性）与粘性土有关蒙脱石、
伊犁石等矿物
（较少）基岩滑坡：遇水易软化岩石（千枚岩、页岩、泥灰岩
等）
2）构造
一是与软弱结构面有关（层面、节理面、断层面等）
二是与上部透水层和下部不透水层的构成特性有关
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
2、影响滑坡的因素
3）地貌
临空面、坡度、坡地基部受冲刷
4）气候
降水、温度
增加坡体的重量
雨水润滑作用
融冻
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
2、影响滑坡的因素
5）地下水
包含地下水的岩体软弱面发生滑坡，地下水影响以上各条
6）地震
松动斜坡岩土体的结构、造成破裂面，引起软弱面错动
7）人为因素
人工切坡过陡、爆破施工、斜坡上建筑等
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
3,滑坡的发展阶段
分三个阶段
1）蠕动变形阶段
斜坡一部分 τf<τ→ 剪切变形 → 微小滑动 → 逐渐发展 →
各种裂缝 → 坡脚土层受挤压、潮湿 → 滑动面基本形成
蠕动时间：数年、几天
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
3,滑坡的发展阶段
分三个阶段
2）剧烈滑动阶段
岩体已完全破裂、滑动面已形成、滑体与滑床完全分
离
3）渐趋稳定阶段
剧滑之后，滑坡体重心下降、能量消耗、速度变慢、
趋于稳定
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
4、滑坡的工程地质堪察
目的：了解斜坡的稳定性，查明滑坡的形态、范围、
结构特征，掌握其发生、发展规律，避免危害性，为
滑坡预报、防治提供依据。
方法,
1）测绘与调查
2）勘探
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
滑坡及其工程地质勘测
4、滑坡的工程地质堪察
3）室内及野外试验
地下水样 —— 侵蚀性、补给来源
岩土样品 —— 重度、内摩擦角、粘聚力
4）滑坡观测
滑坡位移观测、地下水观测
简易观测
精密观测
图 6.23
图 6.24
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡稳定性评价
评价的任务,
一是对与工程活动有关的天然斜坡和人工边坡的稳
定性的评价
二是为设计边坡和整治边坡提供依据。
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡稳定性评价
1、地质分析法
分析外形特征和内部结构及周围环境
要点,
1）根据地貌形态演变判断
2）分析滑动因素的变化
3）观测滑动前的迹象
4）工程地质类比法
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡稳定性评价
2、理论计算法
应用土力学、岩石力学、弹塑性力学、数学方法定
量计算
1）平移滑动斜坡稳定性计算
稳定系数 K＝抗滑力 /下滑力
2）弧形滑移面的斜坡稳定计算
条分法
图示
§ 6～ 4斜坡与边坡地质作用
斜坡变形破坏的防治
1、防治原则
1）防患于未然
2）及时治理
3）经济
2、防治措施
1）排水
2）降低下滑力，增加抗滑力
3）改变滑带土的性质
