《土木工程地质 教学课件 ppt 作者 郭抗美 王健 第四章第四纪沉积土及其工程地质特征》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程地质 教学课件 ppt 作者 郭抗美 王健 第四章第四纪沉积土及其工程地质特征（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 第四纪沉积土及 其工程地质特征,4, 4.1 风化作用及残积土 4.2 暂时性水流的地质作用及其沉积土 4.3 河流的地质作用及冲积土 4.4 湖泊和沼泽的地质作用及湖积土 4.5 海洋的地质作用及海积土 4.6 冰川的地质作用及冰积土 4.7 风的地质作用及风积土 4.8 特殊土及其工程地质特征, 4.1 风化作用及残积土,第四纪是地球发展的最新阶段，它包括更新世和全新世。研究第四纪地貌形态以及沉积土的类型和特征，对人类合理开发地质环境、利用地质环境、使工程活动与地质环境协调，都是极其重要的。 第四纪沉积土即为组成地壳的岩石在长期的外动力地质作用下破坏、搬运、堆积而成的未经胶结成岩作
2、用的沉积土。 根据地质成因，第四纪沉积土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰积土和风积土等几大类。, 4.1.1 风化作用类型,1. 物理风化作用,处于地表的岩石主要由于温度变化在原地产生机械破碎，而不改变其化学成分，不形成新矿物的作用称为物理风化作用或机械风化作用。其方式主要有温差风化、冰冻风化等。,(1) 温差变化,温度变化是引起物理风化作用的最主要因素，温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，久之则引起岩石的破裂。不同矿物受热的体积膨胀系数各不相同，各种矿物的体积胀缩也有差异，在它们接触界面产生应力，从而破坏它们之间的结合能力。这样会导致岩石由表及里不断崩解，碎裂成大小不
3、一的碎块(图4-1)。 温差风化的强弱主要取决于温度变化的速度和幅度。另外还取决于岩石的性质。,图4-1 温差风化使岩石逐渐崩解的过程示意图,(2) 冰冻风化,充填在岩石裂隙中的水分结冰使岩石破坏的作用，称为冰冻风化。这是温度变化间接地使岩石破碎的现象。,水结成冰，体积会比原来增大9%左右，由于体积增大，对岩石裂隙可产生很大的压力(可达96200MPa)，使岩石裂隙加宽、加深，故称冰劈作用。外界气温若在0上下波动时，充填在岩石裂隙中的水就会反复融化、冻结，就会使岩石裂隙不断扩大。加深，从而崩裂成碎块(图4-2)。,图4-2 水的冻结引起岩石膨胀示意图,2. 化学风化作用,地表岩石与水溶液和气体
4、等在原地发生化学反应逐渐使岩石破坏，不仅改变其物理状态，同时也改变其化学成分，并可形成新矿物的作用，称为化学风化作用。,水直接溶解岩石中矿物成分的作用。,(1) 溶解作用,有些矿物 与水作用时，能够吸收水分作为自己的组成部分，形成含水的新矿物。如硬石膏水化作用成石膏。,(2) 水化作用,某些矿物溶于水后，出现离解现象，其离解物可与水中的H+和OH-离子发生化学反应，形成新的矿物。如正长石经水解作用的化学反应为： 4K(AlSiO3O8)+6H20 4KOH+8SiO2+Al4(Si4O10)(OH)8,(3) 水解作用,当水中溶有CO2时，与水结合形成碳酸，碳酸根(CO32-)易与矿物中的阳离
5、子化合成易溶于水的碳酸盐，从而使水溶液对岩石中的矿物离解能力加强，化学反应速度加快，这种化学作用即碳酸化作用。如正长石经碳酸化作用后的化学反应为： 4K(AlSiO3O8)+4H20 +2CO2 2K2CO3+8SiO2+Al4(Si4O10)(OH)8,(4) 碳酸化作用,矿物中的低价元素与大气中的游离氧化物合变为高价元素的作用，称为氧化作用。,(5) 氧化作用,3. 生物风化作用,岩石在动植物及微生物影响下所起的破坏作用称为生物风化作用。,生物的物理风化作用是生物的活动对岩石产生机械破坏作用。如蚂蚁、蚯蚓等钻洞挖土，对岩石产生机械破碎；岩石裂隙中的植物其根部生长撑裂岩石，不断使岩石裂隙扩大
6、、加深。,(1) 生物的物理风化作用,生物的化学风化作用是生物的新陈代谢(如分泌有机酸、碳酸、硝酸和氢氧化铵等溶液腐蚀岩石)、死亡后遗体腐烂分解(如CO2、H2S等)而与岩石发生化学反应，促使岩石破坏的作用。,(2) 生物的化学风化作用, 4.1.2 影响岩石风化的因素,1 岩石性质,不同矿物具有不同的结晶格架，由其化学性质所决定的抗风化能力亦不相同。 矿物风化过程中稳定性由大到小的顺序一般是： 氧化物 硅酸盐 碳酸盐和硫化物 岩浆岩抗风化能力由大到小一般是： 酸性岩(花岗岩) 中性岩(闪长岩、安山岩) 基性岩(玄武岩) 超基性岩(橄榄岩)； 变质岩抗风化能力由大到小一般是： 浅变质岩 中等变
7、质岩 深变质岩 一般来说沉积岩的抗风化能力比岩浆岩和变质岩高，但沉积岩的风化问题比较复杂，如沉积岩的粘土岩、而岩风华速度很快。,(1) 岩石的矿物组成,岩石中矿物颗粒的粗细、均匀的程度，胶结的方式和胶结物的成分，层理的厚薄等都影响风化速度。,(2) 岩石的结构、构造,裂隙发育的岩石有利于风化作用的进行。岩块中两组裂隙相交的棱或三组裂隙相交的棱角处，岩石的自由表面最大，易受温度、水溶液、气体等因素的作用而首先风华破坏，经过一段时间后，使岩块的棱角逐渐消失而圆化，形成大大小小的球休和椭球体，这种现象称球状风华，如图4-3所示。,(3) 岩石中节理发育情况,图4-3 球状风化演变图 a) 岩石被裂隙
8、所切割 b) 球状风化的初期 c) 球状风化的晚期,2. 气候因素,气候因素主要体现在气温变化、降水和生物的繁殖情况。地表条件下温度增加10,化学反应速度增加一倍；水分充足有利于物质间化学反应。故气候可控制风化作用的类型和风化速度。,3. 地形,地形影响风化作用的速度、深度、风化产物的堆积厚度及分布。 地形起伏较大、陡峭、切割较深地区以物理风化为主，岩石表面风化后岩屑不断崩落，新鲜岩石直接露出地面而遭受风化，且风化产物较薄。 地形起伏较小，流水可缓慢流经的地区以化学风化作用为主，岩石风化彻底，风化产物较厚。 在低洼有沉积土覆盖地区，由于有覆盖物的保护不易风化。, 4.1.3 岩石风化程度的划分
9、,岩石按风化程度分类列表(表4-1)。,表4-1 岩石风化程度分类,注：1. 波速比Kv为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比。 2. 风化系数Kf为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。, 4.1.4 残积土,岩石风化后未经搬运而残留在原地松散物。,地面流水可分片流、洪流、河流三种类型。,分布：主要分布在岩石暴露于地表而受到强烈风化作用的山区、丘陵及剥蚀平原。,物理特点：一般不具层理，碎块呈棱角状，土质不均，具有较大孔隙。,厚度变化：山坡顶部较薄，低洼处较厚。,成分：与母岩成分及所受风化作用的类型有密切的关系。,残积土特点,残积土, 4.2 暂时性水流的地质作用及其沉积土, 4.2.1 片流的
10、地质作用及坡积土(Qdl),坡积土：片流自高向低流动，不断使坡面上细小岩石碎屑和粘土物质向下移动，最后在坡脚或山坡低凹处沉积下业形成坡积土。,洗刷作用：片流对整个坡面进行的这种均匀、缓慢和在短期内并不显著的地质作用称洗刷作用。,是河流中搬运的泥砂的主要来源。,产物,强度,与气候、地面坡度、岩性以及植被的覆盖程度有关。,坡积裙：指坡积层沿山坡的坡脚或山坡的凹坡呈缓倾斜状分布。,碎屑棱角分明， 分选性不好， 天然孔隙度很高 含有棱角状碎石 物质成分与斜坡基岩相同,特点,坡积土, 4.2.2 洪流的地质作用及洪积土(Qpl),冲刷作用：河流以其自身的水力和携带的砂石，对沟底和沟壁进行冲击和磨蚀，这个
11、过程称为洪流的冲刷作用。,冲沟：由冲刷作用形成的沟底狭窄、两臂陡峭的沟谷叫冲沟。初始形成的冲沟在洪流的不断作用下，可以不断地加深，展宽和向沟头方向伸长，并可在冲沟沟壁上形成支沟 (图4-4) 。,图4-4 冲沟的形成和发展示意图,洪积土是由山洪急流搬运的碎屑物质组成的。,洪积扇：当山洪夹带大量的泥砂石块流出沟口后，由于沟床纵坡变缓，地形开阔，水流分散，流速降低，搬运能力骤然减小，所夹带的石块、岩屑、砂砾等粗大碎屑先在沟口堆积下来，较细的泥砂继续随水搬运，多堆积在沟口外围一带。由于山洪急流的长期作用，在沟口一带就形成了扇形展布的堆积体，在地貌上称为洪积扇。,洪积扇,过渡带经常有地下水溢出，水文地
12、质条件不良，对工程建筑不利。,粗碎屑沉积地段，孔隙大，透水性强，地下水埋藏深，承载力高，是天然良好的地基。,细碎屑沉积地段，如果在沉积过程中受到周期性干燥，粘土颗粒发生凝聚并析出可溶盐，则洪积层结构牢固，承载力也较高。,图4-5 洪积扇剖面图, 4.2.3 泥石流,是发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的特殊洪流。与一般洪流的主要区别，在于它是具有固体和液体（土和水）两相物质组成的流体，并且固体物质的体积超过10%,密度大于1300Kg/m3。 活动特点：突然爆发，能量巨大，历时短暂，且复发频繁，破坏力巨大。,流通区一般位于中下游，多为沟谷地形，河床狭窄，纵坡大，多陡坎和跌水。,形成区位于流域上
13、游，包括汇水动力区和固体物质供给区。形成区内岩层破碎，风化严重，植被稀少，水土流失严重，崩塌、滑坡发育，松散堆积物丰富。,堆积区多在沟谷出口处。地形开阔，纵坡平缓，泥石流在此漫流扩散，流速降低，固体物质大量堆积，形成规模不同的洪积扇。,图4-6 典型泥石流流域示意图 -形成区(1汇水动力区；2 固体物质补给区) -流通区 -堆积区,1. 泥石流的形成条件,地形条件：陡峭的山区，沟床纵坡大，典型的泥石流沟上游多为三面环山,一面出口的漏斗状地形。这样的地形条件有利于承受周围山坡上的固体物质,也有利于集中水流。,地质条件：地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、崩塌滑坡多发的地段。,气象水文条件
14、：水既是泥石流的重要组成部分，也是泥石流活动的基本动力和触发条件。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。,2. 泥石流的分类,流域呈扇形，具有明显的形成区、流通区和堆积区，面积较大，有雨几到几十平方千米。,(1) 按泥石流流域形态分类,1) 标准型泥石流,2) 河谷型泥石流,流域呈狭长条形，形成区多为河流上游沟谷，固体物质来源于沟谷中分散的坍塌体，流通区与堆积区往往不能明显分开，在流通区内既有冲刷，又有堆积。,3) 山坡型泥石流,流域面积小，流域呈斗状，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连。,图4-7 河谷型泥石流流域示意图,图4-8 山坡型泥石流流域示意图,固体物质主要是石块和砂砾
15、，粘土质细粒物质含量少。堆积物常为很大的粗碎屑物质。,(2) 按泥石流固体组成物质分类,1) 水石型泥石流,2) 泥石流型泥石流,固体物质为很不均一的粗碎屑成分，又含有相当多的粘土质细粒物质。堆积物常形成为粘接较牢固的土石混合物。,3) 泥水流型泥石流,固体物质基本上由细碎屑和粘土物质组成，粗碎屑物质含量少，甚至没有。,(3) 按泥石流液体性质分类,1) 粘性泥石流,含大量粘性土的泥石流或泥流。固体物质占40-60，最高达80。水和泥砂石块凝聚成一个粘稠的整体，粘性很大，其密度大于1600Kg/m3。在堆积区不发生散流，而是以狭窄条带状向下奔流和堆积。,水是主要成分，固体物质占10-40，细粒
16、物质少。有很大分散性。水为搬运介质，石块以滚动或跃移方式前进，具有较强的冲刷力。堆积物地面较平坦，结构松散，层次不明显，沿途堆积物有一定的分选性。,2) 稀性泥石流,3. 泥石流的防治措施,生物措施,工程措施,防治措施,恢复和培育植被、合理耕牧，维持生态平衡。,蓄水、引水工程,支挡工程,拦挡工程,排导工程,储淤工程,图4-9 河谷要素图,水流的能量,E = (1/ 2) M v 2,式中,E水流的动能 M流量 v流速, 4.3 河流的地质作用及冲积土, 4.3.1 河流的地质作用,河流运动破坏河谷岩土体侵蚀,据侵蚀作用方向： 下蚀作用（沿垂直方向进行） 侧蚀作用（沿水平方向进行）,按破坏方式：冲蚀、磨蚀、溶蚀；,类型,1. 河流的侵蚀作用,加深,加長,加寬,(1) 下蚀作用,与流速和河水中泥砂的含量有关。,与河床的岩石性质及地质构造有关。,作用强度,
