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1、工 程 岩 土,罗 筠,2012年6月,工作任务4 第四纪地质及土,一、第四纪地质,第四纪是地球发展最新阶段，它包括更新世和全新世。地球发展历史有43亿年以上，而第四纪却非常短促，约180万年左右。,1第四纪气候与冰川活动 第四纪气候冷暖变化频繁，气候寒冷时期冰雪覆盖面积扩大，冰川作用强烈发生，称为冰期。第四纪冰川不仅规模大而且频繁，近80万年每10万年有一次冰期。,2新构造运动,从新第三纪(中新世开始)以来发生的地壳运动称新构造运动，这一内力作用也引起一系列环境效应并影响地壳稳定性。新构造运动有水平运动(板块运动)、垂直运动、断裂运动、火山活动和地震等。如青藏高原由于印度板块向欧亚板块俯冲，
2、使该区地壳从新第三纪以来加速隆升，发展成“世界屋脊”，破坏了中国西部气候的纬向分带而代之以垂直分带，称为影响中国和东亚气候与环境的重要因素。,(一)第四纪地质一般特性,1、残积物,(二)第四纪沉积物的类型,残积层的岩性特征是： 由粘性土或砂类土以及具有棱角状的碎石所组成； 有较高的孔隙度，没有经过搬运、分选，无层理； 厚度变化大，一般山坡上较薄，在坡脚或低洼处较厚。,2、坡积物,出露地面的岩石经风化、剥蚀之后，其中的一部分较大的颗粒尚未被搬移而残留于原处，这些残留于原处的岩石风化碎屑物质称为残积物。,山坡上方的岩石风化产物在重力作用下被缓慢流动的雨、雪水流向下逐渐搬运，沉积在较平缓山坡上面形成
3、的堆积物称为坡积物。由于坡积物围绕着山体分布。如同嵌在山体下裙子，所以在地貌学上又称其为坡积裙。,4、冲积物,由暴雨或骤然融雪而汇集于山谷后形成的山洪急流具有强大的搬运能力，在山洪急流搬运下沉积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原上而形成的扇形堆积物称为洪积物。,冲积物即河流冲积物，是被河流流水撒运，沉积于山间宽广的山谷地带和地壳相对下降的平原地区的堆积物。可细分为山区河谷冲积物（和平原河谷冲积物。,3、洪积物,6、风化壳与古土壤,岩石经风化后，部分物质和元素被迁移后残留在原地的松散堆积组成的风化岩石的表层称为风化壳。,土壤在剖面上可简单分为三层：上部植物落叶、根系死亡、腐烂形成的腐殖质层；中部水的淋
4、溶作用形成的淋溶层；和下部上层物质下移再沉淀形成的淀积层。,风化壳上部具有一定肥力和发生结构的疏松土层称为土壤。,据调查在现在海拔4500m以上的青藏高原上发育有一个红色的古风化壳，据化学分析其物质组成和化学特征与华北的中新世红层相似。这种红色风化壳在现在高寒的气候下是绝不能形成，华北红层分布的高度一般在1000m以下，这说明在中新世青藏高原的高度较低，40005000m的高原是中新世以后抬升起来的。,在工程建设中，对这些特殊土的工程性质有足够的了解和分析，并采用相应的设计、施工和改良措施，否则将给建筑物带来严重的后果。,特殊土是具有特殊的成分、状态、结构特征而且具有特殊工程性质的土，如黄土具
5、湿陷性，软土具触变性，膨胀土具胀缩性。这种特殊土的特有工程性质往往与它们特定的成因环境、区域自然地理、地质条件的不同密切相关，在它们的分布上也有区域性特点。,土, 各种成因的软土主要分布在沿海及内陆地区； 黄土主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区； 红粘土主要分布在西南亚热带湿热气候区； 膨胀土主要分布于南方和中南地区； 高纬度、高海拔地区主要分布多年冻土及盐渍土、人工填土和污染土, 软土的颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时，有腥臭味。 软土的粒度成分主要为粘粒及粉粒， 软土的矿物成分，除粉粒中的石英、长石、云母外，黏粒中的黏土矿物主要是伊利石，高岭石次之。粘粒含量
6、高达6070。 软土具有典型的海绵状或蜂窝状结构，这是造成软土孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性大、强度低的主要原因之一。 软土常具有层理构造，软土和薄层的粉砂、泥炭层等相互交替沉积、或呈透镜体相间形成性质复杂的土体。,（一）软土,软土：泛指淤泥及淤泥质土，是第四纪后期于沿海地区的滨海相、泻湖相、三角洲相和溺谷相；内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相等静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。,（二）红粘土,红粘土是指在亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石及其间所夹的其他岩石，经红土化作用形成的高塑性粘土,红粘土及次生红粘土广泛分布于我国的云贵高原、四川东部、广西、等
7、地区的低山、丘陵地带顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。黔、桂、滇等地古溶蚀地面上堆积的红粘土层，由于基岩起伏变化及风化深度的不同，造成其厚度变化极不均匀。,（2）红粘土的一般物理力学特征, 天然含水量高。一般为4060，高达90。 密度小。天然孔隙比一般为1.4-1.7，最高2.0，具有大孔性。 高塑性。液限一般为6080，高达110；塑限一般为4060，高达90。 由于塑限很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态，但是其饱和度一般在90以上，因此，甚至坚硬粘土也处于饱水状态。 一般呈现较高的强度和较低的压缩性。 不具有湿陷性，但失水后收缩剧烈，原状土体积收缩率25，而扰动土
8、可达4050。,原生残积红粘土与次生坡积红粘土,如贵州黔西某地不同成因类型红粘土的物理力学性质,物理力学指标的变化规律,含水铁铝氧化物及硅酸盐矿物，脱水变为氧化铁铝，使土染成褐红至砖红色。,（1）在确定红粘土地基承载力时，应按地区的不同，随埋深变化的湿度和上部结构情况，分别确定之。因为各地区的地质地理条件有一定的差异，使得即或同一省内各地，如贵州省的水城与贵阳、贵阳与遵义等，同一成因和埋藏条件下的红粘土的地基承载力都不同。,5.确定红粘土地基承载力的几个原则问题：,（2）红粘土作为天然地基，在无冻胀影响地区、无特殊地质地貌条件和无特殊使用要求的情况下，基础宜尽量浅埋，把土层坚硬或硬可塑状态的土
9、层作为地基的持力层，既可充分利用表层红粘土的承载能力，又可节约基础材料，便于施工。,（3）红粘土一般强度高，压缩性低，对于一般建筑物，地基承载力往往由地基强度控制，而不考虑地基变形。但从贵州地区的情况来看，由于地形和基岩面起伏往往造成在同一建筑地基上各部分红粘土厚度和性质很不均匀，从而形成过大的差异沉降，往往是天然地基上建筑物产生裂缝的主要原因。在这种情况下，按变形计算地基对于合理地利用地基强度，正确反映上部结构及使用要求具有特别重要的意义，特别对五层以上建筑物及重要建筑物应按变形计算地基。,（三）膨胀土,膨胀土的分布： 我国是世界上膨胀土分布广、面积大的国家之一，在广西、云南、湖北、河南、安
10、微、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等地均有不同范围的分布。,2.膨胀土的特征, 颜色有灰白、棕、红、黄、褐及黑色。 粒度成分中以粘土颗粒为主，粉粒其次，砂粒最少。 矿物成分中粘土主要是矿物，以伊利石为主，少量以蒙脱石为主，高岭石含量较低。 以片状或扁平状粘土颗粒相互聚集形成的结构基本单元体，决定着膨胀土的胀缩性及强度，微孔隙、微裂隙的普遍发育，为水分的进出迁移创造了条件。 胀缩强烈，膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂缝，长期反复胀缩使土体强度迅速衰减，导致修建在膨胀土上的工程建筑物开裂、下沉、失稳破坏。,3.膨胀土的工程性质,(3）强度衰减性。天然状态下，膨胀土结构紧密、孔隙比小，
11、常被误认为是良好的天然地基。当膨胀土遇水浸湿后，强度很快衰减，凝聚力小于100 kPa，有的甚至接近饱和淤泥的强度。 （4）超固结性。膨胀土受到的应力史中，曾受到比现在土的上覆自重压力更大的压力，因而孔隙比小，压缩性低。但是一旦开挖，遇水膨胀，强度降低，造成破坏。,（5）弱抗风化性。膨胀土极易产生风化破坏作用，土体开挖后，在风化营力的作用下，很快会产生破裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏，强度降低。,（1）强亲水性。膨胀土的粒度成分以粘粒含量为主，粘粒粒径很小，比表面积大，在水溶液中吸引极性水分子和水中离子，呈现出强亲水性。 （2）多裂隙性。膨胀土中裂隙十分发育，是区别于其他土的明显标志。,
12、（四）填土,1.素填土 为由碎石、砂土、粉土或粘性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或杂质很少 。, 素填土的工程性质取决于它的密实度和均匀性。在堆填过程中，未经人工压实者，一般密实度较差，但堆积时间较长，能达到一定密实度。如堆填时间超过l0年的粘性土，超过5年的粉土，超过2年的砂土，均具有一定的密实度和强度，可以作为一般建筑物的天然地基。 素填土地基的不均匀性。要注意素填土地基不均匀沉降问题。 压实填土的压实质量、密实度，是利用填土地基的关键。,工程地质问题,2.杂填土,杂填土为含有大量杂物的填土。按其组成物质成分和特征分为： 建筑垃圾土：主要为碎砖、瓦砾、朽木等建筑垃圾夹土石组成，有机质含量较少； 工业废料土：由工业废碴、废料，诸如矿碴、煤碴、电石碴等夹少量土石组成； 生活垃圾土：由居民生活中抛弃的废物，诸如炉灰、菜皮、陶瓷片等杂物夹土类组成。一般含有机质和未分解的腐植质较多，组成物质混杂、松散。,工程地质问题 以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成份的杂填土，一般不宜作为建筑物地基；对以建筑垃圾或一般工业废料主要组成的杂填土，采用适当的措施进行处理后可作为一般建筑物地基，当其均匀性和密实度较好，能满足建筑物对地基承载力要求时，直接利用。,
