工程地质学第四章

1、第第4 4章章 第四纪地质与地貌第四纪地质与地貌 第四纪是地球发展的最新阶段，包括更新世和全新世。至今约200万年左右。在第四纪时期，地球上进行着各种地质作用，显著的气候波动、人类的发展，哺乳动物的兴盛和新构造运动。 第四纪地质及地貌是人类生存的物质基础，反过来活动，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。 任何内外地质作用，在塑造地貌形态的同时，也在形成第四纪沉积物。第四纪沉积物是地下水赋存的场所，也是工程建筑的场所，与土木工程关系十分密切。第第4 4章章 第四纪地质与地貌第四纪地质与地貌 4.1 概述概述 4.2 第四纪地貌的分级与分类第四纪地貌的分级与分类 4.3 山岭

2、地貌山岭地貌 4.4 风化地貌风化地貌 4.5 水成地貌水成地貌4.1 概述概述一、地形与地貌一、地形与地貌地形地形 ：专指地表既有形态的某些外部特征，如高低起伏、坡度大小和空间分布等，用地形等高线表达。地貌地貌 ：不仅包括地表形态的全部外部特征，还要分析和研究这些形态的成因和发展 ，用地貌图表达。4.1.1 地貌形成和发展的动力 地壳表面的各种地貌形成和发展变化，是内、外力地质作用。地壳表面的各种地貌形成和发展变化，是内、外力地质作用。 2、外力地质作用把由内力地质作用所造成的隆起部分进行剥蚀破坏，同时把破坏所形成的碎屑物质搬运堆积到由内力地质作用所造成的低地和海洋中去。它包括岩石的风化作用

3、，块体运动，流水、冰川、风力、海洋的波浪、潮汐等的侵蚀、搬运和堆积作用，以及生物甚至人类活动的作用等。 1、内力地质作用形成了地壳表面的基本起伏，对地貌的形成和发展起决定性作用。4.1.2 第四纪沉积物特征及沉积环境第四纪沉积物特征及沉积环境2、沉积环境陆相环境沉积物的特征与地貌演变和风化、剥蚀、堆积作用有关海相沉积物的特征近岸沉积大陆架沉积深海沉积海陆相过渡环境1、第四纪沉积物的特征 （1）结构松散 （2）富含生物化石 （3）地层对比困难 （4）人类活动迹象明显4.1.3 第四纪沉积物的分带性第四纪沉积物的分带性 气候分带、空间分带 4.2 第四纪地貌的分级与分类第四纪地貌的分级与分类 一、

4、地貌分级地貌分级地貌等级一般划分为四级：1 1、巨型巨型地貌地貌：大陆与海洋、大的内海及大的山系； 2 2、大型大型地貌地貌：山脉、高原、大型盆地及海底山脉与平原；3 3、中型中型地貌地貌：分水岭、山间盆地；4 4、小型小型地貌地貌：残丘、谷坡、沙丘、小的侵蚀沟。 二、二、地貌分级地貌分级表4-2 大陆地貌的形态分类4.2 第四纪地貌的分级与分类第四纪地貌的分级与分类 三、三、地貌的成因分类地貌的成因分类1.内力地貌内力地貌：构造地貌、火山地貌 2.外力地貌外力地貌：风化地貌风化地貌、重力地貌、水成地貌水成地貌、冰川地貌、冻土地貌、风成地貌、岩溶岩溶地貌地貌、黄土地貌 山岭地貌山岭地貌u山岭地

5、貌的类型与特征山岭地貌的类型与特征1. 山岭地貌的类型山岭地貌的类型2. 火山作用形成的山岭火山作用形成的山岭3. 剥蚀作用形成的山岭剥蚀作用形成的山岭u垭口与山坡的特征垭口与山坡的特征1. 垭口垭口2. 山坡山坡山岭地貌的类型与特征山岭地貌的类型与特征山岭地貌具有山顶，山坡，山脚等明显的形态要素。山岭地貌可以按形态与成因分类l按形态分类可以根据山地的海拔高度、相对高度和坡度等特点l按成因分类分为：构造变动形成的山岭、火山作用形成的山岭、剥蚀作用形成的山岭。构造作用形成的山岭 平顶山：由水平岩层构成 单面山：由单斜岩层构成的沿岩层走向延伸的一种山岭 褶皱山：由褶皱岩层构成 断块山：由断裂岩层构

6、成 褶皱断块山：由褶皱与断裂构造的组合形态构成 火山作用形成的山岭 常见有锥状火山与盾状火山 剥蚀作用形成的山岭在山体地质构造的基础上，经长期外力剥蚀作用所形成的。如地表流水侵蚀、冰川刨蚀、地下水溶蚀等。形态特征主要取决于山体的岩性、外力的性质及剥蚀作用的强度与规模。垭口与山坡的特征1. 垭口的重要性2. 垭口的类型a) 构造型垭口I.断层破碎带型垭口II.背斜张裂带型垭口III. 单斜软弱层型垭口b) 吞噬型垭口c) 剥蚀堆积型垭口山坡 山坡是山岭地貌形态的基本要素之一。 山坡的形态特征是新构造运动、山坡的地质结构和外动力地质条件的综合反映，对公路的建筑条件有重要影响。 外部形态特征包括山坡

7、的高度、坡度及纵向轮廓等根据山坡的纵向轮廓和山坡的高度，可概括几种类型。1. 按纵向轮廓分类 直线形坡 凸形坡 凹形坡阶梯形坡2. 按纵向坡度分类 小于15的为微坡 介于1630之间的为缓坡 介于3170的为陡坡 大于70的为垂直坡风化作用是一种罪普遍的外力地质作用，在大陆的各种地理环境中都存在，使坚硬致密的岩石松散破坏，改变了岩石原有的矿物组成和化学成分，使岩石的强度和稳定性大为降低，对工程建筑条件起着不良影响。（1）风化带的划分 遭受风化作用的地壳岩石圈表层称为风化壳。风化带划分风化带划分（2）风化作用的工程意义 岩石受风化作用，改变了物理化学性质，其变化的情况随着风化程度的轻重而不同。如

8、岩石的裂缝度、孔隙度、透水性、亲水性、胀缩性和可塑性等都随风化程度加深而增加，岩石的抗压和抗剪强度等都随风化程度加深而降低，风化壳成分的不均匀性、产状和厚度的不规则性都随风化程度加深而增大。所以，岩石风化程度愈深的地区，工程建筑物的地基承载力愈低，岩石的边坡愈不稳定。风化程度对工程设计和施工都有直接影响，如矿山建设、场址选择、水库坝基、大桥桥基和铁路路基等地基开挖深度、浇灌基础应到达的深度和厚度、边坡开挖的坡度以及防护或加固的方法等，都将随岩石风化程度的不同而异。因此，工程建设前必须对岩石的风化程度、速度、深度和分布情况进行调查和研究。（3）残积土的特征与工程地质评价1.1.残积土的定义残积土

9、的定义残积土：岩石风化后未经搬运而残留在原地的松散碎屑物质。它处于岩石风化壳的上部，是覆盖在全风化带上的土，向下则逐渐变为强、中、微风化的岩石。 2.2.残积土的特征残积土的特征 残积层与下伏母岩成分无明显的界限，由表及里风化程度逐渐减弱。残积土中残留碎屑的矿物成分，与下卧基岩基本一致,这是它区别于其他沉积物的主要特征。一般由粘土、砂土及具棱角状的碎石原地堆积组成，其颗粒大小未经分选和磨圆；土的物理力学性质各处不一,且厚度变化大，在山坡上较薄，坡脚处较厚。3.3.残积土的工程地质评价残积土的工程地质评价 (1)残积土的物质组成 粘性土组成的残积土地基：不均匀沉降问题。 粗岩碎屑组成的残积土地基

10、：沉降量较小，危害小。 残积土中开挖基坑：边坡稳定性取决于其组成成分。(2)残积土的厚度影响 残积土很薄：可挖除残积土，将基础建在基岩上。 残积土较厚：应尽量利用残积土作为地基，只有在残积土的强度和变形不能满足建筑物要求时的情况下，才考虑采取加固措施或将其挖除。(3) 特殊工程性质的残积土 石灰岩风化成的残积红粘土：孔隙比较大，含水率高，但承载力高。 花岗岩风化成的残积土：虽室内测定的压缩模量较低，孔隙也比较大，但其承载为并不低。 4.5 水成地貌4.5.1 4.5.1 坡积土（坡积土（Q Qdldl）的特征与工程地质评价）的特征与工程地质评价定义：定义：由重力、雨水或雪水作用将原处于高处的风

11、化碎屑物质向下搬运，堆积在平缓的斜坡或坡脚处而形成的堆积物。由坡积土组成的地貌称为坡积层。坡积土一般分布在坡腰或坡脚，其上部与残积土相接。（右图）坡积土的特征坡积土的特征 一般以粘土、粉质粘土为主，碎屑颗粒呈棱角状，分选性差，无层理或局部有层理； 坡积土厚度不均匀，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； 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。 坡积土与残积土之间的主要区别是坡积土的矿物成分与下卧基岩没有直接关系 坡积土坡积土的工程地质评价坡积土的工程地质评价(1)坡积土与下卧基

12、岩的接触面是不整合面。坡积土的稳定性主要 与下卧基岩面的坡度及形态、坡积土本身性质、下卧基岩的性 质等因素有关。(2)坡积土的稳定程度取决于： 下卧基岩面的坡度。 下卧基岩面的形态。(3)粘粒含量较多的坡积土，雨季时含水量将增加，因而它的稳定 性就会大大降低，应注意不均匀沉降问题。(4)坡积土的下卧基岩 下卧基岩是不透水或弱透水时，渗入土中的水就会在坡积土中 聚集成地下水并沿基岩顶面向下运动，这对坡积土的稳定性是 不利的； 下卧基岩是遇水易软化的岩石，将更容易引起坡积土的滑动。 坡积土的坡脚受水冲刷或不合理开挖，都可促使坡积土滑动。(6)在坡积土上加荷，对其稳定性也不利。4.5.2 洪积土（洪

13、积土（Q Q plpl）的特征与工程地质评价）的特征与工程地质评价 定义：定义：当山洪携带的大量碎屑物质流置山麓平原或沟口时，因地势突然变得开阔，搬运能力骤减，所携带的大量碎屑物质便沉积下来，形成洪积土。洪积地貌洪积地貌（航空像片） (1) 块石、碎石及粗砂等粗颗粒物质常首先在沟口大量沉积下来，较细的物质则继续被水搬运至离沟口较远的地方，呈现出离沟口的距离越远，沉积物质越细的特点。(2) 经过多次洪水而形成的洪积扇常呈较不规则的斜交层理，有时还夹有透镜体和条带状的细粒碎屑和粘土混合物等。(3) 洪积土中的地下水一般属于潜水。在顶部埋藏较深；在边缘地带，地下水埋藏浅；局部低洼地段，地下水可能溢出

14、地表；(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。 洪积土的特征洪积土的特征洪积土的工程地质评价洪积土的工程地质评价（1）离山前较近的洪积土(A区)，颗粒较粗，地下水埋藏较深，具有较高的承载力，压缩性低，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（C区)，洪积土的颗粒较细，成分较均匀，厚度较大，一般也是良好的建筑地基。（3）应注意的是上述两地段的中间过渡地带(B区)，常因粗碎屑土与细粒粘性土的透水性不同，使得地下水溢出地表形成沼泽地带且存在尖灭或透镜体，因此土质较差，承载力较低，对建筑不利，工程建设中应注意这一地区的复杂地质条件。4.5.

15、3 冲积土的特征与工程地质评价冲积土的特征与工程地质评价 河流在河床坡度平缓的地带及河口附近，由于水流的流苏变缓，所搬运的物质便沉积下来，这种沉积过程称为河流沉积，所沉积的物质构成冲积土，冲积土的特征表现为物质有明显的分选现象，上游及中游沉积的物质大多为大石块、卵石、砾石、及粗砂等，下游沉积的物质多为中、细砂及粘性土等，颗粒的磨圆度较好，多具层理，并有透镜体等。 冲积冲积 平原区河流冲积土 山区河流冲积土 山前平原冲积洪积土 三角洲及溺谷沉积土 湖泊沉积土 海洋沉积物 冰碛土与冰水沉积土4.5.3.1 平原区河流冲积土的特征与工程地质评价1. 平原区河流冲积土的特征平原区河流冲积土的特征 平原

16、河流冲积土包括河床冲河床冲积土、河漫滩冲积土、牛轭湖沉积土、河漫滩冲积土、牛轭湖沉积图和湖积土积图和湖积土等。河床冲积土河床冲积土有卵石、砾石、砂、粉土、粉质粘土、淤泥等。河漫河漫滩冲积土滩冲积土是洪水期河水溢出河床两侧时形成的沉积物，主要沉积一些较细的物质，如细沙、粉土及粉质粘土。其主要特征是上部的细砂和粘土与下部的河床沉积的粗力土组成二元结构，具斜层理与交错层理。牛轭湖沉积土牛轭湖沉积土主要是含有机质的沉积物，如淤泥、泥炭等。一般河床冲积土是构成河谷谷底的最主要物质。2.平原区河流沉积土的工程地质评价 河床沉积土大多为中密砂砾，作为建筑物地基，其承载力很高，但必须注意河流冲刷作用可能导致建

17、筑物地基的毁坏以及凹岸边坡的稳定问题。 河漫滩地段地下水埋藏很浅，当沉积物为淤泥和泥炭土时，其压缩性高，强度低，作为建筑物地基时，应认真对待，尤其是在于淤塞的古河道地区；如沉积物为砂土，其承载力可能较高，但开挖基坑时必须主要流沙现象。 河流阶地沉积土强度较高，可作为良好地基。4.5.3.2 山区河流冲积土的特征与工程地质评价 山区河流冲积大多由卵石、砾石等组成，分选性较平原区河流冲积土差，大小不同的砾石互相交替，成为水平排列的透镜体或不规则形状。由于山区河流流速大且河床的深度不大，故冲积土的厚度也不大。 山区冲积土透水性很大，抗透水性很大，抗剪强度高，压缩性很小剪强度高，压缩性很小，是建筑物的

18、良好地基。4.5.3.3 山前平原冲积洪积土的特征与工程地质评价 山前平原冲积土沿山路分布，这种沉积土有分带性，近山处为冲积和部分洪积成因的粗碎屑物质组成，向平原低地逐渐变为粗砂、砂及粘土。 山前平原的工程地质条件也随分带性的不同而变化。越往平原低处，工程地质条件越差。4.5.3.4 三角洲及溺谷沉积土的特征与工程地质评价 三角洲沉积土是河流所搬运的大量物质在河口、河流入湖处沉积而成。三角洲沉积土厚度和面积很大，可分为水上部分及水下部分。水上部分主要是河床及河漫滩冲积土，水下部分有河流冲积土和海、湖的堆积物混合组成，成倾斜沉积土。 三角洲沉积物的颗粒较细，含水量大，呈饱和状态，承载力低，颗粒较细，含水量大，呈饱和状态，承载力低，有的有淤泥分布，此外，在三角洲进行工程建设要查明暗滨或暗沟的分布情况 溺谷溺谷溺谷是被海水淹没的河谷。溺谷沉积土中大多含有有机混合物的淤泥质物质，具有高孔隙度、高压缩具有高孔隙度、高压缩性和低抗剪强度性和低抗剪强度，不宜作重型建筑物的地基。4.5.3.5 湖泊沉积土的特征与工程 地质评价 湖泊是大陆上主要的沉积场所，较粗的砾、砂沉积在湖岸附近，形成湖滩、沙洲、沙坝、及沙嘴等地形，具有较好的磨圆度及明显的层