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1、第二章 第四纪沉积土,2.2 第四纪地质概述,主要内容,2.3 第四纪沉积土,2.4 主要特殊土及其工程性质,2.1 地质年代,2.1地质年代,地球发展的时间段落称为地质年代，地质年代在工程实践中常被用到，当需要了解一个地区的地质构造、岩层的相互关系以及阅读地质资料或地质图时都必须具备地质年代的知识。,2.1.1地质年代的分类 绝对地质年代：表示地质事件发生至今的年龄称为绝对年代（同位素年龄）。,相对地质年代：表示地质事件发生的先后顺序为相对年代，在地质工作中，一般以应用相对地质年代为主。,2.1.2相对地质年代的确定方法,1.地层层序法 未经过构造运动改造的层状岩层大多是水平岩层，水平岩层的
2、层序为下老上新，即称为正常层序(如图2-1a) 。当顶面在下，底面在上时，下新上老，称为倒转层序(如图2-1b)。,a)正常层序 b)倒转层序,图2-1地层层序示意图,2.生物层序律,年代越老的地层中所含生物越原始，越简单、越低级；年代越新的地层所含生物越进步、越复杂、越高级。不同地质时代的岩层中含有不同类型的化石及其组合，而在相同地质时期的相同地理环境下形成的地层，含有相同的化石，这就是生物层序律。,3.岩性对比法,一定区域内，同一时期形成的岩层特征基本一致。可以以岩石的组成、结构、构造等特点，作为岩层对比的基础 . 但此方法具有一定的局限和不可靠性。,4.切割律,不同时代的岩层或岩体常被侵
3、入岩侵入穿插，就侵入岩与围岩相比，侵入者时代新，被侵入者时代老，这就是切割律，即包裹者新，被包裹者老，如图2-2所示。,图2-2 侵入接触示意图,通过放射性元素蜕变周期测定。 式中： 代表每年每克母体同位素能产生的子体同位素的克数； D蜕变产物（子同位素）的总量； N矿物中母同位素的总量。,2.1.3绝对地质年代的确定方法,2.1.4 地层单位和地质年代表,1地质年代单位,（1）岩石地层单位 以地层的岩石特征作为划分依据的地层单位，称为岩石地层单位（地方性地层单位）。它包括群、组、段、层等四级。 群是岩石地层的最大单位.,2地层单位,地壳发展的历史过程分为隐生宙、显生宙两个 大阶段，宙以下为代
4、，代以下分为纪，纪以下分世， 以此类推，宙、代、纪、世、期等称为地质年代单位。,（2）年代地层单位 年代地层单位是指特定的时间间隔内形成的全部地层，不论其岩性、厚度和化石内容有无变化，其顶底界线都是以等时面为界。年代地层单位包括宇、界、系、统、阶，时带等六个等级，与六级地质年代单位宙、代、纪、世、期、时严格对应。,3地质年代表 1881年，国际地质学会通过了至今通用的地层划分表，见表2-1。,1829年法国地质学家德努埃提出第四纪的概念,他把地球历史分为四个时期，第四纪是地球发展历史最近的一个时期。第四纪地质是人类生存的物质基础，人类的工程活动对第四纪自然地理地质环境的变化起着重要影响，而这一
5、时期自然条件的任何改变，都将对人类产生巨大影响。,2.2第四纪地质概诉,第四纪不仅以全球性的变冷为特征，同时又有多次的冷暖干湿波动。将第四纪气候寒冷,冰雪覆盖面积扩大,资深冰川作用强烈发生的时期称为冰期;气候温暖,冰川面积减少的时期,称为间冰期。,1.第四纪古气候,2.板块构造,板块学说认为,目前的刚性岩石圈已分裂成6个大的地壳块体（见图2-3），它们驮在软流圈上作大规模水平运动。全球6个大的板块是：太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块、南极洲板块、欧亚板块。相邻板块门的结合情况有三种类型： （1）岛弧和海沟 岛弧和海沟表现为大洋地壳沿海沟插入地下，构成消减带，并引起火山作用、地震以及挤
6、压应力作用。如太平洋板块与欧亚板块门的情况；,（2）洋中脊 洋中脊是地壳生成的地方，表现为拉张应力。如非洲板块与美洲板块之间； （3）转换断层 转换断层是横穿过洋中脊的大断裂，表现为剪切应力作用。板块间的接合带与现代地震、火山活动带一致。板块构造学说极好地解释了地震的成因和分布。,图2-3 全球板块划分,2.3第四纪沉积土,由原岩风化产物经各种外力地质作用而成的沉积物，至今其沉积历史不长，所以只能形成未经胶结硬化的沉积物，也就是通常所说的“第四纪沉积物”或“土”。,2.3.1风化作用： 在地表或近地表条件下，由于温度、大气、水及生物等因素的影响，使地壳或岩石圈的矿物、岩石在原地发生分解和破坏的
7、过程称为风化作用。,1.风化类型： 物理风化 化学风化 生物风化,（1）物理风化 由气温、大气、水等因素的作用引起的矿物、岩石在原地发生机械破碎的过程。主要包括以下类型：,1） 温差风化,由于昼夜及季节的温差变化，岩石在热胀冷缩过程中逐渐破碎的过程，常发生在温差较大的干旱气候地区。,摄于三峡工程工区,2）冰劈作用 充填于岩石裂隙中的水结冰体积膨胀而使岩石裂解的过程。,a.盐类的结晶与潮解：充填于岩石孔隙、裂隙中含盐分的溶液，因水溶液浓度的变化，盐类出现结晶与溶解使岩石破碎的过程(类似于冰劈作用)。,3）其他物理风化作用,b.层裂或卸载作用：岩石因卸载而产生向上或向外的膨胀作用，从而形成一系列平
8、行或垂直地表的裂隙，促使岩石层层剥落和裂解的过程。,物理风化的结果 破坏岩石的完整性,1）氧化作用：低价化合物变为高价。 2）碳酸化作用：水中含有 CO2 时使水解作用加剧。 3）水的作用：水直接溶解岩石中矿物或矿物与水发生化学反应，吸收一定量的水到矿物中形成含水矿物。 化学风化的结果 改变岩石的成分，形成次生矿物。,（2）化学风化 ：在地表或接近地表的条件下,岩石和矿物在原地发生化学变化并可产生新矿物的过程。,（3）生物风化：生物的生命活动引起岩石的破坏过程，主要发生在岩石表层和土中。,1） 生物物理风化 -根劈作用 2）生物化学风化 -遗体新陈代谢产生有机酸,2、岩石风化程度划分及防治措施
9、： 岩土工程勘察规范（GB 500212001） 和建筑地基基础设计规范（GB 500072002）的划分方案：残积土、全、强、弱（中）、微、未风化带。,表2-2 岩石风化程度划分表,岩石风化的治理方法: （1）挖除：适于风化层较薄的情况； （2）防治: 1)覆盖防止风化营力入侵的材料(黏土、水泥、沥青材料) ； 2) 灌注胶结和防水的材料; 3) 整平地区,加强排水;,4）当岩石风化速度较快时，必须通过敞露的探槽观测岩石的风化速度，从而确定基坑的敞开期限内岩石风化可能达到的程度，据此拟定保护基坑免受风化破坏的措施。 5）在实际工程中，为防止基岩的风化，特别是容易风化的岩石，特意不将基坑或路堑
10、底部挖至所设计的深度，直至封闭基坑的施工前才挖至设计深度。,岩石性质 地质构造 气候 地形,3.影响岩石风化的主要因素,(1)岩石性质 成因：喷出岩比浅成岩抗风化能力强，浅成岩比深成岩抗风化能力强，一般沉积岩比岩浆岩和变质岩抗风化能力强。 矿物成分：一般深色矿物风化快，浅色矿物风化慢。各种碎屑岩和黏土岩抗风化能力强。 结构和构造：一般均匀、细粒结构比粗粒结构岩石抗风化能力强，等粒结构比斑状结构岩石耐风化，而隐晶质岩石最不易风化。厚层岩石比薄层状岩石更耐风化。,(2)地质构造：岩石构造变形时生成很多节理、 裂隙和破碎带 (3)气候因素：体现在温度变化、降水和生物 的繁殖情况。 (4)地形因素：影
11、响风化的速度、深度、风化 产物的堆积厚度及分布情况。,岩石风化后,工程性质变差,甚至丧失强度。 岩石的工程性质发生如下几方面变化： 1）、亲水性变大，透水性增强。表现出膨胀、崩解、泥化等性质。 2）、力学强度降低，压缩性变大。,4.风化岩层的分带,风化壳垂直剖面分为全风化带、强风化带、中风化带和微风化带。,全风化带,强风化带,中风化带,微风化带,周口店花岗闪长岩的风化壳,花岗岩全、强、中风化带,摄自三峡工程左岸永久船闸边坡,风化分带的意义： 1）根据岩石风化的深度及其分布情况，选择适于修建建筑物的地点； 2）确定重大建筑物的地基中需要挖除的岩土风化层的厚度； 3）根据岩石风化速度确定合理的边坡
12、坡度，以及确定基坑、路堑保持开敞状态的安全期限 4）确定防止岩石风化的措施。,5)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； 6)合理地确定风化层的清基和挖方的土石方量，确定加固处理的有效措施；,片流将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成，见图2-4， 地貌上称坡积裙。,坡积土：,坡积层,2.3.2坡积土的特征与工程地质评价,坡积物（层）断面,图2-4 坡积土示意图,（1）一般以粘土、粉质粘土为主，其成份与坡上的残积土基本一致。碎屑颗粒呈棱角状，分选性差，土质不均匀 无层理或局部有层理； （2）坡积土厚度不均匀(上部有时不足一米，下部可达几十米
13、)，一般是坡脚处最厚，向山坡上及远离坡脚方向逐渐变薄尖灭；,1.坡积土的特征,（3）坡积土底部的倾斜度取决于下卧基岩面的倾斜程度，而其表面倾斜度则与生成的时间有关；时间越长，搬运、沉积在山坡下部的物质越厚，表面倾斜度也越小。 （4）坡积物质随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选现象。其成份与坡上的残积土基本一致。与下卧基岩没有直接关系，这是它与残积物明显的区别。 （5）新近堆积的坡积土，土质疏松，压缩性较高。,2.坡积土的工程地质评价,（1)下卧基岩表面的坡度及其形态 一般基岩表面的坡度愈大，坡积土的稳定性就愈差，下卧基岩表面形态对坡积土的稳定性也有影响。 （2)坡积土本身的性质 粘粒含量较多的坡积
14、土，应注意不均匀沉降问题。,（3)坡积土的下卧基岩的性质 下卧基岩不透水或弱透水及下卧基岩是遇水易软化的岩石，容易引起坡积土的滑动。 （4)坡积土的破坏情况 坡积土的坡脚受水冲刷或不合理开挖及在坡积土上加荷，都可促使坡积土滑动，对稳定性不利。 （5）不均匀沉降问题 新近堆积的坡积土，应注意不均匀沉降的问题，,由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟冲沟出口或山前倾斜平原处堆积而成。 地貌上称洪积扇。,洪积土:,洪 积 层,2.3.3洪积土的特征与工程地质评价,新疆天山脚下洪积扇,（1）离山前较近颗粒粗，越远越细。 （2)洪积扇呈较不规则的斜交层理。 （3)洪积土中的地下水，在顶部埋藏较深
15、；边缘地带，埋藏浅；局部低洼地段，地下水可能溢出地表。,1.洪积土的特征,（4)洪积扇的厚度一般是随离沟口的距离的增加而逐渐减小。 （5）地貌特征，靠山近处窄而陡，离山较远宽而缓。,2.洪积土的工程地质评价 （1）离山前较近的洪积土，可作为良好的天然地基，但应注意透镜体等引起的地基不均匀沉降； （2）在离山区较远的地带，一般也是良好的建筑地基。 （3）上述两地段的中间过渡地带，对建筑不利。,2.3.4冲积土的特征与工程地质评价 1.河谷要素（图2-6）,图2-6 河谷要素图,(1）河谷 由河流作用所形成的谷地称为河谷，河谷的形态要素包括谷坡和谷底两大部分，谷底中包括河床和河漫滩。 (2）河床
16、河水常年淹没的地带，即平水期河水占据的谷底部分，又时,使河谷某些地段坡度增大,流速加快,促使河流叫河槽。 (3）河漫滩 指洪水期被淹没的谷底部分。 (4）阶地 当地壳上升运动下蚀作用增强而深切河床,致使原有的河谷谷底相对抬高,直至洪水期也不能被水淹没,而形成顶面较平坦,靠河床一侧具有陡坎的台阶,称为河流阶地（图2-7）。,(5）坡麓 谷坡与谷底的交界处。 (6）谷缘 谷坡与山坡交界的转折处，又叫谷肩。,图2-7 河流阶地类型示意图,河流侵蚀作用方式：机械侵蚀、化学溶蚀。 以机械侵蚀为主，化学溶蚀为辅。 河流侵蚀作用方向：下蚀、源蚀、侧蚀作用。,2、河流的地质作用,(1)河流的侵蚀作用 侵蚀作用：河水在流动的过程中不断加深和拓宽河床的作用称为河流的侵蚀作用。,1)下蚀 ：河水在流动过程中使河床逐渐下切加深的作用。,（长江三峡）,2)源蚀 ：河流的侵蚀过程总是从河的下游向河源方向发展的，这种溯源的侵蚀过程称为溯源侵蚀。,（长江源头）,源蚀作用示意图：,3)侧蚀 ：河水在流动过程中
