第四章-第四纪沉积物及其工程地质特征(1)

平原河谷冲积物


平原河谷上游，河谷成“V”字形，不能 形成固定的冲积层。所沉积的砂砾物质， 在洪水期时多被流水带到中、下游。在 河谷下游出现河曲，在凹岸处侵蚀，在 凸岸处沉积砂、砾、卵石层。 平原河谷冲积层包括河床冲积物、河漫 滩冲积物、牛轭湖沉积物、湖积物
平原河谷冲积物



河床冲积物有卵石、砾石、砂、 粘性土、淤泥等。分布在整个河 谷谷底范围内，厚度较大。 河漫滩冲积物是洪水期河水溢出 河床两侧时形成的泛滥沉积物， 主要是沉积一些较细的物质，如 细砂、粘性土。其主要特征是上 部的细砂和粘性土与下部的河床 沉积的粗粒土组成二元结构，具 斜层理与交错层理。覆盖着厚度 较小 牛轭湖沉积物主要是有机沉积物， 如淤泥、泥炭等。透镜体的产状 分布
一、风化作用及残积土
1.风化作用（ weathering ）
地表或接近地表的岩石在大气、水和生物活动等 因素影响下，发生物理的和化学的变化，致使岩体崩 解、剥落、破碎，变成松散的碎屑性物质，这种作用 称为风化作用 。 根据风化作用的性质及其影响因素，岩石的风化 可分三种类型： 物理风化作用（physical weathering) 化学风化作用（chemical weathering） 生物风化作用（biological weathering)
河谷地貌



上游地区，由于坡度陡，流速大， 垂直侵蚀作用强。 在中游地区，一般两岸受侧方侵 蚀作用的冲刷较强，因而河谷斜 坡的形状比较开展，谷底比较宽 阔。 在下游地区，冲刷作用弱而沉积 作用强，河谷开展，成宽广的平 谷。泥砂类的沉积物多，成广大 平原，洪水容易泛滥。
（2）河流的蛇曲和改道


洪积扇地形
集水盆 沟谷 主干
洪积扇
洪积土场地工程特性：



靠近山区地带（Ⅰ带）： 土层为较粗的碎屑土，地势高， 地下水位低，地基承载力较高，土质较均匀，故是良好的天 然地基； 离山区远的（前沿）地带（Ⅲ带）： 土层虽为粉土、粘土 颗粒组成，但由于形成过程中受到周期性干燥。土粒被析出 的可溶性盐类所胶结而较坚硬，承载力较高，也是较好的天 然地基； 中间过渡地带（Ⅱ带）：由于受前沿地带细颗粒土（其渗透 性极小）的影响，在此地带常有地下水溢出，有时还形成沼 泽地带，故土质稀软而承载力较低，对工程建设不利。
第四纪地质年代表 地质年代 纪 世 全新世 Q4 晚更新世 Q3 第四纪 Q 更新世 中更新世 Q2 早更新世 Q1 绝对年龄 （万年） 1 10 73 200
第四纪沉积物
由于新构造运动强烈，海平面和气候变化 频繁，使得第四纪沉积环境极为复杂。 第四纪沉积物按其成因分为 残积物、坡积物、洪积物、冲积物 湖泊沉积物、海洋沉积物 冰碛与冰水沉积物、风积物。 第四纪沉积物形成时间短，成岩作用不充分， 常呈松散、多孔、软弱状态覆盖于地表。

冲沟的发展分为四个阶段：


初始阶段：在斜坡上出现不深的沟槽，流水开始
沿沟槽冲刷。 下切阶段：冲沟强烈加深底部，并向上游伸展。 沟壁几乎直立，沟的纵剖面为凸型。这阶段冲沟 发展最强烈，破坏性很大。 平衡阶段：沟的纵剖面已较平缓，沟底破坏基本 停止，沟壁的坡度变缓，但沟的宽度仍在增加。 衰老阶段：沟底坡度平缓，沟谷宽阔，沟中的堆 积物变厚，斜坡上有植物覆盖。
4. 残积土
岩石风化后产生的碎屑物质，一部分被风和大气降水带走， 一部分残留在原地，这种残留在原地的岩石风化碎屑物称为残 积土（residual soil）。 残积土主要分布在岩石暴露于地表而受到强烈风化作用的 山区（mountain area）、丘陵（hills），及剥蚀平原 （abrasion plain）。 残积土从地表向深处颗粒由细变粗，一般不具层理，碎块 呈棱角状，土质不均，具有较大孔隙，厚度在山坡顶部较薄， 低洼处较厚。残积土与它下面的母岩之间无明显的界限赫是逐 渐过渡的，其成分与母岩成分及所受风化作用的类型有密切的 关系。例如：酸性岩浆岩地区的残积土中，除含有由长石等矿 物分解的粘土矿物外，常以富含石英颗粒的砂土为其特征；石 灰岩风化形成的残积土则多为含石灰岩碎石的红色或黄褐色的 钙质粘性土（如云贵高原分布的红粘土）。 土壤层、残积层、风化岩层构成完整的地表风化壳。
天然河道本身就有弯曲。在河道弯 曲处，河水最大流速的水流就直接 指向河的凹岸，使凹岸冲刷破坏， 同时河水又将凹岸冲刷下来的物质 搬运到凸岸处堆积起来。 凹岸被侵蚀，不断后退，凸岸被堆 积，不断向前发展，河道的弯曲就 逐渐增大，在前一个弯曲刚刚结束 的地方，又能产生另一个弯曲，最 后河流就变成弯弯曲曲的蛇曲形状。
(3)生物风化作用
由于动物和植物的介入，导致的物理风化 作用和化学风化作用。
生物的机械风化作用主要发
生在生物的生命活动过程中。生 长在岩石裂隙中的植物，随着根 系不断地长大，对裂隙壁产生挤 压，使岩石裂隙扩大，从而引起 岩石破坏，这种作用称根劈作 用 。 生物的化学风化作用是通过生物的 新陈代谢及生物死亡后的遗体腐烂分 解来进行的。植物和细菌在陈代谢中 常常析出有机酸及CO2。这些物质一方 面酸化土壤，另一方面腐蚀岩石。
3. 河流的地质作用及冲积土
（1）河流的侵蚀作用 （2）河流的蛇曲和改道 （3）河流的搬运作用 （4）河流的沉积作用 （5）河岸地区进行建筑应注意的工程地质问题 （6）河流侵蚀、淤积作用的治理
河流的形态
（1）河流的侵蚀作用
河流侵蚀作用（erosion）：指河水冲刷河床，使
岩石发生破坏的作用。其破坏方式包括：
2. 岩石风化程度的划分
风化程度系数 Kw =岩石风化后的抗压强度∕新鲜岩石的抗压强度 建筑地基基础设计规范： 微风化 中风化 强风化
3. 岩石风化的防治措施
（1）覆盖防止风化营力入侵的材料 用使水和空气不能透过的材料如沥青、水 泥、粘土层等覆盖岩层； （2）灌注胶结和防水材料 用水泥、粘土等浆液灌入岩层或裂隙中， 以加强岩层的强度，降低其透水性； （3）加强排水 为了减少具有侵蚀性的地表水和地下水对 岩石中可溶性矿物的溶解，适当做一些排水工 程。

美国犹他州河流下切 作用形成的深切曲流
河流侵蚀作用类型
侧方侵蚀
在流水速度较小或河道弯曲时，流水 冲刷两岸，则形成侧方侵蚀。 能使河床逐渐加宽 。 河水在运动过程中横向环流引起凹岸 的侧向侵蚀，凸岸堆积，且凹岸侧蚀与 凸岸堆积不断地向下游扩展，导致河谷 愈来愈宽，河道愈来愈弯曲。当河曲发 展到一定程度时，上下段河槽间最窄的 陆地处会发生河流截弯取直现象，形成 牛轭湖，继而发展成沼泽。
第四章
第四纪沉积物及其工程地质特征
内容提要：
一、风化作用及残积土 二、地表流水的地质作用 三、海洋的地质作用 四、湖泊的地质作用 五、冰川的地质作用 六、风的地质作用
第四纪地质Quarternary Geology
第四纪（ Quarternary ）是新生代最晚的一个纪，时间下 限为200万年，人类出现及新构造运动为其主要特征。第四纪气 候冷暖变化频繁，冰川作用强烈。中国大陆在冰期时，海平面 下降，渤海、东海、黄海均为陆地，台湾与大陆相连，气候干 燥、风沙盛行、黄土堆积作用强烈。

向源侵蚀：在向下切割的同时，河流
并向河源方向发展，缩小和破坏分水 岭。
虎跳峡

侵蚀基准面：垂直侵蚀不能无止境
的发展下去，它有一定的侵蚀界限， 垂直侵蚀的界限面称为侵蚀基准面。 侵蚀基准面是海平面，河床达到一定 的坡度后，水流的能力仅能维持搬运 的物质而无力再向下切割。 河流的垂直侵蚀使河床加深，能使桥 台或桥墩基础遭到破坏。

冲蚀（washout）：水流冲击岩石，使岩石破碎； 磨蚀（ablation）：河水所夹带的泥、砂、砾石等
在运动的过程中摩擦破坏河床；

溶蚀（solution）：河水在流动的过程中溶解岩石。
河流侵蚀作用类型
垂直侵蚀

在坡度较陡、流速较大的情况下，河 流向下切割能使河床底部逐渐加深， 这种在河流上游地区表现得很显著。
弯道变化与迂回扇的形成示意图
（3）河流的搬运作用




河流的搬运作用：河水把冲刷 下来的物质搬运到其他的地方。 流水搬运力和搬运量的大小， 决定于流速及流量的大小； 分选作用:所搬运物质的颗粒 一般是上游颗粒较粗，愈向下 游颗粒愈细。 在搬运的过程中，被搬运的物 质与河床摩擦，或相互之间碰 撞，带棱角的颗粒就变成了圆 形或亚圆形的颗粒；例如石块 变成了卵石、圆砾。
坡积土特征：
随斜坡自上而下逐渐变缓，呈现由粗而细的 分选作用。 由于每次雨、雪水搬运能力不大，故无明显 区别，大小颗粒混杂，层理不明显。 坡积土的矿物成分与下卧基岩没有直接过渡 关系。
坡积土场地的工程特性及问题



下卧基岩表面的坡度及其形态 坡积土本身的性质 下卧基岩的性质 坡积土的破坏情况 不均匀沉降问题
残积土特征
残积物不具有层理，其表部土壤层孔隙率大、压缩性 高、强度低；残积层通常为含碎石或砂粒的粘性土或碎石 土、砂砾土组成，其强度较高。 易溶物质被淋滤,成分和母岩有直接的关系 颗粒大小不一，棱角明显 厚度变化较大
残积土
母岩
二、地表流水的地质作用及坡积土、 洪积土和冲积土 基本概念
地表水：分布在江河、湖泊、
（4）河流的沉积作用



沉积作用：河水的流 速变缓，水流所搬运 的物质便沉积下来 河流沉积的物质有粗 碎屑的漂石、块石、 卵石、砾石等及细碎 屑的砂、粘性土、淤 泥等。 沉积的物质称为冲积 土（alluvial soil）或 河流沉积物。
冲积土
物质有明显的分选现象。上游及中游沉积 的物质多为大块石、卵石、砾石及粗砂等，下 游沉积的物质多为中、细砂、粘性土等；颗粒 的磨圆度较好；多具层理，并有尖灭、透镜体 等产状。根据成因可分为： 平原河谷冲积物 山区河谷冲积物 山前平原冲积物 三角洲及溺谷沉积物