工程地质第四章
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工程地质第4章 第四纪地质与地貌
第四纪地质与地貌
概述 第四纪地貌的分级与分类 山岭地貌 风化地貌 水成地貌
4.1 概述
一、地形与地貌 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 ：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 概述
三、地貌的成因分类 1.内力地貌：构造地貌、火山地貌 2.外力地貌：风化地貌、重力地貌、水成地貌、 冰川地貌、冻土地貌、风成地貌、 岩溶地貌、黄土地貌
4.3
山岭地貌
一、山岭地貌的类型与特征 山岭地貌具有山顶（山脊、垭口）、山坡、山脚等 明显的形态要素 。 1.山岭地貌的类型： 按地貌成因分构造变动形成的山岭（平顶山、单面 山、褶皱山、断块山、褶皱断块山 ）、火山作用形成 的山岭、剥蚀作用形成的山岭。
第4章
第四纪地质与地貌
基本术语： • 1． 第四纪地质学——以第四纪沉积物为研究 对象，对第四纪沉积物的形成、第四纪地层的 划分对比、第四纪有机界的发展变化起着重要 作用。 • 2． 地貌学——研究地壳表面各种起伏形态的 形成、发展和空间分布规律的学科。
第4章
• • • • • 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
二、地貌形成和发展的动力 地貌的形成和发展是内、外力共同作用的结果。 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。 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。
4.1 概述
4积物特征及沉积环境 4.海相沉积环境——近岸沉积物的特征 ① 从海岸到海底受波浪作用显著的水下岸坡部分。 ② 岩石海岸沉积带数十米， ③ 泥岸可达数十公里。 ④ 沉积物成分复杂，有砾石、砂、淤泥、泥碳和生 物贝壳等。 ⑤ 碎屑物主要来自陆地。
第四章 第四纪沉积物及其工程地质特征(1)
雨水和溶雪水的地质作用以冲刷作用为主， 它们沿着斜坡面流动，将地表的碎屑物质顺斜 坡向下搬运或移动。通常冲刷作用是在整个斜 坡面上进行，好像是把地面剥去一层一样，其 结果是使地形逐渐变得平缓，并造成水土流失。 冲刷作用在地表无植物覆盖的情况下最强烈； 在有茂密植物覆盖的地面上，则不显著。 坡积土(slope wash)：高处的风化碎屑物 坡积土(slope wash)：高处的风化碎屑物 由于雨水或溶雪水的搬运，或者由于本身的重 力作用，运移到坡下或山麓堆积而成的土。
河谷地貌
上游地区，由于坡度陡，流速大， 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 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 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。
洪积土： 洪积土：当山洪急流携带大量石块泥砂在山口以外
的平缓地带沉积下来便形成洪积土。
洪积土的特征： 洪积土的特征：
物质大小混杂，分选性差，颗粒多带有棱角。 洪积扇顶部以粗大块石为多；中部地带颗粒变细，多 为砂砾粘土交错；扇的边缘则以粉砂和粘性土为主。 洪积物质随近山到远山 呈现由粗到细的分选作用， 但碎屑物质的磨圆度由于 搬运距离短而仍不佳。山 洪大小交替的分选作用， 常呈不规则的交错层状构 造，交错层状构造往往形 成夹层、尖灭及透镜体等 产状。
第四章
第四纪沉积物及其工程地质特征
内容提要： 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 第四纪地质Quarternary Geology
河谷地貌
上游地区，由于坡度陡，流速大， 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 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 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。
洪积土： 洪积土：当山洪急流携带大量石块泥砂在山口以外
的平缓地带沉积下来便形成洪积土。
洪积土的特征： 洪积土的特征：
物质大小混杂，分选性差，颗粒多带有棱角。 洪积扇顶部以粗大块石为多；中部地带颗粒变细，多 为砂砾粘土交错；扇的边缘则以粉砂和粘性土为主。 洪积物质随近山到远山 呈现由粗到细的分选作用， 但碎屑物质的磨圆度由于 搬运距离短而仍不佳。山 洪大小交替的分选作用， 常呈不规则的交错层状构 造，交错层状构造往往形 成夹层、尖灭及透镜体等 产状。
第四章
第四纪沉积物及其工程地质特征
内容提要： 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 第四纪地质Quarternary Geology
工程地质 第四章 构造运动与地质构造1(1)
第四章
1、构造运动
2、构造运动的速度
相当缓慢的如：印度古大陆现在每年仍以近2cm的速度 向北移动；迅速的地震造成的断裂可达几米-几千米。
第四章
1、构造运动
三、构造运动的主要理论
1、对流说 2、均衡说
3、地球自转说
4、板块构造说
地球在形成过程中，表层冷凝成地壳，随后地 壳被胀裂成六大板块。
第四章
（二）与桥基工程的关系
桥墩台地基稳定性和冲刷问题是桥梁工程的主要工程地 质问题。 桥基的稳定性与岩层产 状、软弱结构面等都有直接 关系。当岩层产状倾向下游， 其中又带有软弱夹层时，会 因水的冲蚀作用而影响基础 的稳定性，如果软弱夹层较 厚，会使基础产生差异沉降 导致墩身歪斜或倾覆。
桥基不稳定示意图
当两种不同岩层接触，其接触面较陡时，会造成桥基不稳， 因为接触面一般多是软弱结构面，故最好是将桥基设计在单一 岩层之上。
第四章
2、成层构造
四、地层的接触关系
上覆岩体
下伏岩体
地层间的接触关系主要有
整合接触 假整合、 不整合接触关系
第四章
2、成层构造
1、整合接触 当某个地区在某一地质时期是处于连续沉降的地壳 运动作用下，
整合接触及其形成的构造运动背景示意图 a-地壳持续下降相邻各地层皆为连续形成的； b-地壳持续上升相邻各地层皆为连续形成的
回
岩层 岩石 地基 工程地质 岩石圈 地层
顾
地貌 成层构造 地质构造 变形构造
变位构造 残积物 坡积物 洪积物 相对地质年代 松散堆积物 冲积物 地质年代 绝对地质年代 （ Q） 海积物 湖积物 冰碛物 风积物
工程地质思维法
第四章 构造运动与地质构造
主要内容
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
工程地质 课件 第四章 地质构造
A、岩层倾向与地层坡向相反时，岩层露头线与地形等高线呈相同方向 弯曲，但是岩层露头线的弯曲度总比等高线小，在河谷处“V”字型露头线 的尖端指向沟谷上游。
B、岩层倾向与坡向相同。岩层的倾角大于坡角时，岩层露 头线与地形等高线呈相反方向弯曲，在沟谷处，“V”字型 露头尖端指向下游。
C、岩层倾向与坡向相同，但岩层倾角小于地层坡度角：这时 岩层露头线与地形等高线也呈相同方向弯曲，在沟谷处， “V”字型露头的尖端指向上游，与第一种情况类似，但露 头线的弯曲程度大于地形等高线程度。
a.走向节理：节理走向与岩层走向大致平行（1） b.倾向节理：节理走向与岩层走向大致垂直（2） c.斜向节理：节理走向与岩层走向斜交（3）
c.顺层节理：节理面大致平行于岩层面（4）
按节理与褶皱枢纽方向分： a.纵节理：二者大致平行（1）
b.横节理：二者大致垂直（3）
c.斜节理：二者斜交（2）
节理与褶皱的成生关系
五断层的工程性质评价岩体被断裂构造切割成为不连续体其上不连续面是断层节理层面结构面断层影响岩体稳定性断层带岩石破碎强度低断层对工程建设不利支护加固隧道工程降低地基岩体强度造成地基及场地稳定性问题地基变形影响施工中的问题坍塌和涌水断层地震对道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌对区域稳定性的影响不利安全防范包括两个层面
正断层向深处变缓呈犁状
2.逆断层：沿断层面倾斜方向上 盘相对上升、下盘相对下降。
一般是在两侧受到近于水平的挤压 力作用下形成的
因形成的力学条件与褶皱伴生，故 多与褶皱伴生
高角度逆断层倾角>45°
低角度逆断层倾角<45°称为逆冲断 层、逆掩断层
规模巨大同时上盘沿波状起伏的低 角度断层面作远距离推移（几公里、 十几公里）的逆掩断层称为推覆构 造
B、岩层倾向与坡向相同。岩层的倾角大于坡角时，岩层露 头线与地形等高线呈相反方向弯曲，在沟谷处，“V”字型 露头尖端指向下游。
C、岩层倾向与坡向相同，但岩层倾角小于地层坡度角：这时 岩层露头线与地形等高线也呈相同方向弯曲，在沟谷处， “V”字型露头的尖端指向上游，与第一种情况类似，但露 头线的弯曲程度大于地形等高线程度。
a.走向节理：节理走向与岩层走向大致平行（1） b.倾向节理：节理走向与岩层走向大致垂直（2） c.斜向节理：节理走向与岩层走向斜交（3）
c.顺层节理：节理面大致平行于岩层面（4）
按节理与褶皱枢纽方向分： a.纵节理：二者大致平行（1）
b.横节理：二者大致垂直（3）
c.斜节理：二者斜交（2）
节理与褶皱的成生关系
五断层的工程性质评价岩体被断裂构造切割成为不连续体其上不连续面是断层节理层面结构面断层影响岩体稳定性断层带岩石破碎强度低断层对工程建设不利支护加固隧道工程降低地基岩体强度造成地基及场地稳定性问题地基变形影响施工中的问题坍塌和涌水断层地震对道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌对区域稳定性的影响不利安全防范包括两个层面
正断层向深处变缓呈犁状
2.逆断层：沿断层面倾斜方向上 盘相对上升、下盘相对下降。
一般是在两侧受到近于水平的挤压 力作用下形成的
因形成的力学条件与褶皱伴生，故 多与褶皱伴生
高角度逆断层倾角>45°
低角度逆断层倾角<45°称为逆冲断 层、逆掩断层
规模巨大同时上盘沿波状起伏的低 角度断层面作远距离推移（几公里、 十几公里）的逆掩断层称为推覆构 造
工程地质学第四章节理-断层
节理构造
张节理特点： ①产状不稳定，在平面上呈蜿曲状或锯齿状延伸，沿走向延伸
不远即告消失 。
②节理面粗糙不平，擦痕不发育，节理两壁裂开距离较大，有 些张节理呈开口状或楔形，常被矿脉充填 。
③在由压应力诱导产生的张应力作用下形成的张节理，常常会 追踪先已形成的共轭X型剪节理，形成锯齿状追踪张节理。
节理测量仪和结果分析（DIPS)
三、节理对工程的影响
破坏岩体 的整体性
强度降低 增加岩体透水性 加速岩石风化
第四节 断层
断层——岩层受力发生断裂，破裂面两侧岩块发生明显
的位移的断裂构造，断层分布广泛，规模有大有小。
一、断层要素 ①下盘；②上盘；(上升盘，下降盘)③断层面； ④ 断层线； ⑤断层破碎带；(6)断距
于大量测量。
2) 构造特征清楚，岩层产状稳定。
3) 节理比较发育，组系及其相互关系比较明确。
4) 观测点应选在构造的重要部位，并且在不同构造层、不同岩系和不同岩
性岩层中都应布点。
2、节理调查的内容
1)测量节理产状。
2)观察节理面张开程度和充填情况。
3)描述节理壁的粗糙程度。 4)观察节理充水情况。 5)确定节理成因。
逆断层特征： 岩体受到水平方向强烈挤压力的作用形成。 逆
掩断层和辗掩断层常是规模很大的区域性断层，常形成飞来峰
和构造窗等构造。
按断层面倾角
冲断层(>45°) 逆掩断层(25°～45°) 辗掩断层(<25°)
推覆构造剖面图
(a)阿尔卑斯山格拉鲁斯推覆构 造(英文字母代表地层时代， 据」，Oberholzer)；
第三节 节理
岩石所受应力超过其自身强度的极限而发生破裂，导致 岩层丧失其连续性的现象，称为断裂构造。
工程地质学_第4章 各类土的工程地质特征
粒径大于0.粒中，0.005~0.075mm的颗粒一般占绝大多 数，这类颗粒的吸附水能力弱于粘性土，但却明显强于砂土。如 果用含水量近于饱和的粉土团成小球，放在手心来回摇晃，并用 另一只手进行振击，则土中水会迅速渗出土面，这是其野外鉴别 的重要手段之一。
❖ 塑性图
细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。 其中，粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒 土；含部分有机质者称有机质土。
❖ 细粒土分类
2. 特殊土分类
根据《土的分类标准》(GBJ145-90)， 特殊土包括指黄土、膨胀土和红粘 土，可按其塑性指数在塑性图上的 位置初步判别。当取液限仪锥尖入 土深度为17mm的含水量为液限时， 按表4.12和图4.12判别。
黄土的湿陷性试验是在室内的固结
仪内进行的，其方法是：分级加荷至
规定压力，当下沉稳定后，使土样浸
水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的
计算式是：
s
hp hp ' h0
式中： h0 ：原状土样的原始高度，cm hp ：原状土样在规定压力下，下沉稳定后的高度，cm hp, ：上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉 稳定后的高度，cm
❖ 黄土的野外性状
1、分布与特征
作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比 较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约 占10％，亚洲约占30％；
我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约 为43万平方公里。
主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青 海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主 要来源于沙漠与戈壁。
我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质 各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质 成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工 程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意 这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。
❖ 塑性图
细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。 其中，粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒 土；含部分有机质者称有机质土。
❖ 细粒土分类
2. 特殊土分类
根据《土的分类标准》(GBJ145-90)， 特殊土包括指黄土、膨胀土和红粘 土，可按其塑性指数在塑性图上的 位置初步判别。当取液限仪锥尖入 土深度为17mm的含水量为液限时， 按表4.12和图4.12判别。
黄土的湿陷性试验是在室内的固结
仪内进行的，其方法是：分级加荷至
规定压力，当下沉稳定后，使土样浸
水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的
计算式是：
s
hp hp ' h0
式中： h0 ：原状土样的原始高度，cm hp ：原状土样在规定压力下，下沉稳定后的高度，cm hp, ：上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉 稳定后的高度，cm
❖ 黄土的野外性状
1、分布与特征
作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比 较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约 占10％，亚洲约占30％；
我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约 为43万平方公里。
主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青 海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主 要来源于沙漠与戈壁。
我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质 各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质 成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工 程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意 这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。
工程地质第四章 土的工程地质性质
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
2.砂土
粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒 径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土
颗粒粒径级配曲线
（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含 量，用常数坐标表示）。
Cu
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
土的粒径级配累积曲线
200g P 100
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm 试验方法
密度计法:适用于d＜0.075mm 《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999
《土的工程分类标准》（GB/T50145—2007）依粒径的大小将土粒划分六大粒组。
表4.1 粒组划分
粒组统称 粒组名称 粒径（d）的范围（mm）
主要特征
巨粒
漂石（块石） 卵石（碎石）
72
%
90 80
95 70 60
87 50
78 40 30
66 20
55
10 0
36
粒径(mm)
水分法
粒径(mm)
0.05 0.01 0.005
百分数P(%)
26
13.5
10
工程地质学-第四章 风化作用
温差大的地区，在白 天当太阳光直射时，岩 石表层增温而膨胀，而 内部膨胀小甚至未发生 变化。到了夜晚气温骤 降，岩石表面收缩。这 样使其岩石表面与内部 产生应力差。这种生应 力差就会使岩石破裂。
水的冻融
贮藏在地表岩石 空隙中的液态水， 当温度下降到摄氏 零度以下时，就会 结冰，结冰后的体 积体积增大1／11左 右空隙中产生巨大 的，这种压力就会 岩石裂开。
山西省新广武～原平高速公路5号高边坡 （坡高58m）尚未开挖，倾向坡面软弱结构面明显
古风化壳：地质历史时期形成的的风化壳。
★找矿： 因风化壳上常有风化矿床（见铝土矿）
★ 恢复古地理，古气候： 不同风化壳的厚度、成分来研究，因它们直接
与气候有关。
★ 构造研究： 古风化壳具有不整合意义（不整合面上常有风
化壳存在），因此它又可叫风化剥蚀面，通过不 整合面研究（古风化壳）可知地壳运动的性质。
如：块状岩石遭 受多组裂隙破坏，在 交叉处最易风化， 最后将岩石变为球形 体（球状风化）。
构造运动的影响： 上升区—风化较强、 物理风化盛行， 稳定或下降区—地形 平坦，风化产物堆积 原地，流水，生物丰 富，化学风化、生物 风化盛行
球形风化
球形风化
球形风化
第四节 风化作用的产物
土壤 岩石经过物理风化作用、化学
第三节 影响风化石作柱风用化的前后因对比素
气候因素
气候因素主要是降水量、 湿度和温度。因水在风化 中作用强烈，而温度对风 化速度。
1 寒冷区——物理风化为主 （寒冻风化），化学风化 生物风化不强烈。
2 干旱区——温差大，降水 少，物理风化为主。
3 炎热潮湿区——水多，气 温高，生物繁茂，所以化 学、生物风化强烈 。
第三节 影响风化作用的因素
水的冻融
贮藏在地表岩石 空隙中的液态水， 当温度下降到摄氏 零度以下时，就会 结冰，结冰后的体 积体积增大1／11左 右空隙中产生巨大 的，这种压力就会 岩石裂开。
山西省新广武～原平高速公路5号高边坡 （坡高58m）尚未开挖，倾向坡面软弱结构面明显
古风化壳：地质历史时期形成的的风化壳。
★找矿： 因风化壳上常有风化矿床（见铝土矿）
★ 恢复古地理，古气候： 不同风化壳的厚度、成分来研究，因它们直接
与气候有关。
★ 构造研究： 古风化壳具有不整合意义（不整合面上常有风
化壳存在），因此它又可叫风化剥蚀面，通过不 整合面研究（古风化壳）可知地壳运动的性质。
如：块状岩石遭 受多组裂隙破坏，在 交叉处最易风化， 最后将岩石变为球形 体（球状风化）。
构造运动的影响： 上升区—风化较强、 物理风化盛行， 稳定或下降区—地形 平坦，风化产物堆积 原地，流水，生物丰 富，化学风化、生物 风化盛行
球形风化
球形风化
球形风化
第四节 风化作用的产物
土壤 岩石经过物理风化作用、化学
第三节 影响风化石作柱风用化的前后因对比素
气候因素
气候因素主要是降水量、 湿度和温度。因水在风化 中作用强烈，而温度对风 化速度。
1 寒冷区——物理风化为主 （寒冻风化），化学风化 生物风化不强烈。
2 干旱区——温差大，降水 少，物理风化为主。
3 炎热潮湿区——水多，气 温高，生物繁茂，所以化 学、生物风化强烈 。
第三节 影响风化作用的因素
工程地质学-第四章土
土中的固体颗粒 构成土的骨架, 骨架之间贯穿着 大量的孔隙,孔 隙中充满着液体 和气体。土由固 体颗粒、液体和 气体三部分组成， 即土的三相组成
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架， 骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空 隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构 造，较疏松，含水量高，压缩性大而强 度低。
深海沉积物主要是有机质软泥。
7、风积土(eolian deposit)：
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎 屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利 的条件下堆积起来的一类土，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
原生矿物 ● 由岩石经物理风化生成的， ● 颗粒成分与母岩的相同， ● 常见的有石英、长石和云母 ● 颗粒较粗，多呈浑圆形状， ● 吸附水的能力弱，无塑性。
次生矿物 ●由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ●它的成分成分与母岩的完全不同， ●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ● 颗粒极细，且多呈片状， ● 性质活泼，吸附水能力强，具塑性。
河漫滩相冲积土：
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架， 骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空 隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构 造，较疏松，含水量高，压缩性大而强 度低。
深海沉积物主要是有机质软泥。
7、风积土(eolian deposit)：
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎 屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利 的条件下堆积起来的一类土，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
原生矿物 ● 由岩石经物理风化生成的， ● 颗粒成分与母岩的相同， ● 常见的有石英、长石和云母 ● 颗粒较粗，多呈浑圆形状， ● 吸附水的能力弱，无塑性。
次生矿物 ●由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ●它的成分成分与母岩的完全不同， ●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ● 颗粒极细，且多呈片状， ● 性质活泼，吸附水能力强，具塑性。
河漫滩相冲积土：
岩石及岩体的工程地质性质
括细微的裂隙 )的发育程度，对岩石的强度和 稳定性产生重要的影响。岩石的孔隙性用孔隙 度表示。孔隙度在数值上等于岩石中各种孔隙 （包括裂隙）的总体积与岩石总体积的比。用 百分数表示。
岩石的孔隙率的大小，主要决定于 岩石的 结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构 造运动和变质作用的影响。
（3）吸水性 岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸
2.岩石的主要力学性质
岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的 性能。岩石在外力作用下，首先发生变形，当 外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所 以在研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的 变形特性，也要考虑岩石的强度特性。 （1）岩石的变形
岩石典型的应力～应变曲线岩石在外力作 用下产生变形，且其变形性质分为 弹性和塑性 两种。 根据曲率的变化，可将岩石变形过程划 分为四个阶段：
岩石和岩体过去统称岩石。实际上．从工程 地质观点看，岩石是矿物的集合体，没有显著软 弱面的石质材料，岩体则是岩石的地质综合体。 岩石的工程地质性质，是岩体的基础，岩体工程 地质性质，严格受其结构面的控制。
§4.1 岩石工程地质性质
就大多数的工程地质问题来看，岩石的工程 地质性质主要决定于岩体内部裂隙系统的性质及 其分布情况，但岩石本身的性质也起着重要的作 用。岩石的工程地质性质包括 物理性质和力学性 质二个主要方面。
形由压缩转变为膨胀。应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破
损范围逐渐扩大形成员通的破裂面，导致岩石“破坏”。c点对应的应力
达到最大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
(4)峰值后阶段（图中c点之后） 岩石被环后，经过较大的变形，应力下
降到一定程度开始保持常数，d点对应的应力称为残余强度。
E
由于大多数岩石的变形具有不同程度的弹 性性质，且工程实践中建筑物所能作用于岩石 的压应力远远 低于单轴极限抗压强度。因此， 可在一定程度上将岩石看作 准弹性体，用弹性 参数表征其变形特征。
岩石的孔隙率的大小，主要决定于 岩石的 结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、构 造运动和变质作用的影响。
（3）吸水性 岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸
2.岩石的主要力学性质
岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的 性能。岩石在外力作用下，首先发生变形，当 外力增加到某一数值时，岩石便开始破坏。所 以在研究岩石的力学性质时，既要考虑岩石的 变形特性，也要考虑岩石的强度特性。 （1）岩石的变形
岩石典型的应力～应变曲线岩石在外力作 用下产生变形，且其变形性质分为 弹性和塑性 两种。 根据曲率的变化，可将岩石变形过程划 分为四个阶段：
岩石和岩体过去统称岩石。实际上．从工程 地质观点看，岩石是矿物的集合体，没有显著软 弱面的石质材料，岩体则是岩石的地质综合体。 岩石的工程地质性质，是岩体的基础，岩体工程 地质性质，严格受其结构面的控制。
§4.1 岩石工程地质性质
就大多数的工程地质问题来看，岩石的工程 地质性质主要决定于岩体内部裂隙系统的性质及 其分布情况，但岩石本身的性质也起着重要的作 用。岩石的工程地质性质包括 物理性质和力学性 质二个主要方面。
形由压缩转变为膨胀。应力增加，裂隙进一步扩展，岩石局部破损，且破
损范围逐渐扩大形成员通的破裂面，导致岩石“破坏”。c点对应的应力
达到最大值，称为峰值强度或单轴极限抗压强度。
(4)峰值后阶段（图中c点之后） 岩石被环后，经过较大的变形，应力下
降到一定程度开始保持常数，d点对应的应力称为残余强度。
E
由于大多数岩石的变形具有不同程度的弹 性性质，且工程实践中建筑物所能作用于岩石 的压应力远远 低于单轴极限抗压强度。因此， 可在一定程度上将岩石看作 准弹性体，用弹性 参数表征其变形特征。
第四章工程地质测绘与调查
建筑物的类型、规模不同，与自然地质环境相互作用的广度和强度也就不同，确定
测绘范围时首先应考虑到这一点。例如，大型水利枢纽工程的兴建，由于水文和水文 地质条件急剧改变，往往引起大范围自然地理和地质条件的变化；这一变化甚至会导 致生态环境的破坏和影响水利工程本身的效益及稳定性。此类建筑物的测绘范围必然 很大，应包括水库上、下游的一定范围，甚至上游的分水岭地段和下游的河口地段都 需要进行调查。房屋建筑和构筑物一般仅在小范围内与自然地质环境发生作用，通常 不需要进行大面积工程地质测绘。
（3）地质构造的研究 工程地质条件中，结构构造因素是控制性因素，地质结构的研究具有重要意义。工程地 质测绘对地质构造研究的内容包括： ①岩层的产状及各种构造型式的分布、形态和规模； ②软弱结构面(带)的产状及其性质，包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带宽度 及充填胶结情况； ③岩土层各种接触面及各类构造岩的工程特性； ④近期构造活动的形迹、特点及与地震活动的关系等。 （4）不良地质作用 不良地质作用研究的目的，是为了评价建筑场地的稳定性，并预测其对各类岩土工程的 不良影响。由于不良地质作用直接影响建筑物的安全、经济和正常使用，所以工程地质 测绘时对测区内影响工程建设的各种不良地质作用必须详加研究。不良地质作用主要包 括： ①调查滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、蠕动变形、移动沙丘等不良地质作用的形成条件、 规模、性质及发展状况； ②当岩基裸露地表或接近地表时，应调查岩石的风化程度。研究建筑区的岩体风化情况， 分析岩体风化层厚度、风化物性质及风化作用与岩性、构造、气候、水文地质条件和地 形地貌因素的关系。
二、实地测绘法
常用的方法有三种：路线法、布点法和追索法。 1. 路线法 沿着一定的路线，穿越测绘场地，把走过的路线正确地填绘在地形图上，并沿 途详细观察地质情况，把各种地质界线、地貌界线、构造线、岩层产状和各种 不良地质作用标绘在地形图上。路线形式有“S”形或“直线”形，路线法一般 用于中、小比例尺。
测绘范围时首先应考虑到这一点。例如，大型水利枢纽工程的兴建，由于水文和水文 地质条件急剧改变，往往引起大范围自然地理和地质条件的变化；这一变化甚至会导 致生态环境的破坏和影响水利工程本身的效益及稳定性。此类建筑物的测绘范围必然 很大，应包括水库上、下游的一定范围，甚至上游的分水岭地段和下游的河口地段都 需要进行调查。房屋建筑和构筑物一般仅在小范围内与自然地质环境发生作用，通常 不需要进行大面积工程地质测绘。
（3）地质构造的研究 工程地质条件中，结构构造因素是控制性因素，地质结构的研究具有重要意义。工程地 质测绘对地质构造研究的内容包括： ①岩层的产状及各种构造型式的分布、形态和规模； ②软弱结构面(带)的产状及其性质，包括断层的位置、类型、产状、断距、破碎带宽度 及充填胶结情况； ③岩土层各种接触面及各类构造岩的工程特性； ④近期构造活动的形迹、特点及与地震活动的关系等。 （4）不良地质作用 不良地质作用研究的目的，是为了评价建筑场地的稳定性，并预测其对各类岩土工程的 不良影响。由于不良地质作用直接影响建筑物的安全、经济和正常使用，所以工程地质 测绘时对测区内影响工程建设的各种不良地质作用必须详加研究。不良地质作用主要包 括： ①调查滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、蠕动变形、移动沙丘等不良地质作用的形成条件、 规模、性质及发展状况； ②当岩基裸露地表或接近地表时，应调查岩石的风化程度。研究建筑区的岩体风化情况， 分析岩体风化层厚度、风化物性质及风化作用与岩性、构造、气候、水文地质条件和地 形地貌因素的关系。
二、实地测绘法
常用的方法有三种：路线法、布点法和追索法。 1. 路线法 沿着一定的路线，穿越测绘场地，把走过的路线正确地填绘在地形图上，并沿 途详细观察地质情况，把各种地质界线、地貌界线、构造线、岩层产状和各种 不良地质作用标绘在地形图上。路线形式有“S”形或“直线”形，路线法一般 用于中、小比例尺。
工程地质课件 第四章 土的工程性质与分类
第四章 土的工程性质与分类
土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小 悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式， 在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质成分包括作为骨架的固体矿物颗粒、孔 隙中的水及其溶解物质以及气体。
土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气体 （气相）所组成的三种体系。
4.1 土的组成与结构、构造
缩限
塑限
液限
0
含水量 w
固态 半固态 可塑固态
流动状态
液塑限仪
粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数：液限和塑限的差值，它表示土处在可 塑状态的含水量变化范围，塑性指数愈大，土处 于可塑状态的含水量范围也愈大，可塑性就愈强。
IP wL wP
液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与 塑性指数之比，用以表征粘性土所处的软硬状态， 液性指数愈大，土质愈软，反之，土质愈硬。
（3）土的干重度 d 、饱和重度 sat 和浮重度 '
土单位体积中固定颗粒部分 的重量，称为土的干重度
d
WS V
土孔隙中充满水时的单位体积 重量，称为土的饱和重度
sat
WS
VV W
V
地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮
力后，即为单位土体积中土粒的有效重量，称为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
土的浮重度或水下重度
重力水是存在于较粗大孔隙中，具有自由活动能 力，在重力作用下流动的水。为普通液态水。机 械潜蚀作用。化学潜蚀作用。
气态水以水气状态存在，从气压高的地方向气压 低的地方移动。
当温度降低至零度以下时，土中的水，主要是重 力水冻结成固态水（冰）。
4.1.4 土的结构和构造（1）
土的结构是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关 系的综合特征：
土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小 悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式， 在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质成分包括作为骨架的固体矿物颗粒、孔 隙中的水及其溶解物质以及气体。
土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气体 （气相）所组成的三种体系。
4.1 土的组成与结构、构造
缩限
塑限
液限
0
含水量 w
固态 半固态 可塑固态
流动状态
液塑限仪
粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数：液限和塑限的差值，它表示土处在可 塑状态的含水量变化范围，塑性指数愈大，土处 于可塑状态的含水量范围也愈大，可塑性就愈强。
IP wL wP
液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与 塑性指数之比，用以表征粘性土所处的软硬状态， 液性指数愈大，土质愈软，反之，土质愈硬。
（3）土的干重度 d 、饱和重度 sat 和浮重度 '
土单位体积中固定颗粒部分 的重量，称为土的干重度
d
WS V
土孔隙中充满水时的单位体积 重量，称为土的饱和重度
sat
WS
VV W
V
地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮
力后，即为单位土体积中土粒的有效重量，称为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
土的浮重度或水下重度
重力水是存在于较粗大孔隙中，具有自由活动能 力，在重力作用下流动的水。为普通液态水。机 械潜蚀作用。化学潜蚀作用。
气态水以水气状态存在，从气压高的地方向气压 低的地方移动。
当温度降低至零度以下时，土中的水，主要是重 力水冻结成固态水（冰）。
4.1.4 土的结构和构造（1）
土的结构是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关 系的综合特征：
4各类土的工程地质特征
土的分类
按地质成因分类
残积、坡积、洪积、冲积、冰积、 风积等类型
按颗粒级配和 塑性指数分类
土按颗粒级配和塑性指数可分为碎 石土、砂土、粉土和粘性土。
土按颗粒大小分类
粒组名称 组 漂石或块石 200 卵石或碎石 亚组 分界颗粒（mm）
圆砾或角砾
砂粒
粗 中 细 粗 中 细
60 20 5 2 0.5 0.25 0.075
黄 土
特殊土的工程地质特性
(5)湿陷起始压力 p sh :使黄土出现明显湿陷所需的最 小外部压力. 黄土湿陷起始压力,可采用室内浸水试验或现场 饱和载荷试验来测定.经常从浸水压缩试验所绘制的 湿陷系数与压力的关系曲线上求得,曲线上与湿陷系 数为0.015相对应的lt; p sh 时,为非自重湿陷性黄土
特殊土的工程地质特性
（四） 黄土湿陷性的评价
评价方法：直接和间接两种方法 1、间接方法：根据黄土的物质成分及物理力学指标，大致说明 黄土湿陷的可能性。 塑性指数小于1.2，含水率与塑限之比小于1.2。孔隙比大于0.8。 干密度小于1.5g/cm3 的黄土，具有湿陷性，尤其是含水率与塑 限之比小于1.0，孔隙比大于1.0的黄土，湿陷性更明显。 含水率与塑限之比大于1.2，孔隙比小于0.8，干密度大于1.5 g/cm3 的黄土湿陷性微弱或无湿陷性。 总之，低塑性、低含水量、低密度的黄土，常具有湿陷性。 2、直接方法：利用湿陷性指标，直接判断黄土的湿陷性 湿陷性指标：湿陷系数、自重湿陷系数、计算自重湿陷量、总 湿陷量和湿陷起始压力等。
黄 土
zs ≥0.015时，为自重湿陷性黄土。
特殊土的工程地质特性
（3）计算自重湿陷量：
zs 0 zsi hi
i 1
第4章 土工程性质 2
（2）次生 SiO2（胶态、准胶态 SiO2 ）
（3）倍半氧化物（如游离态的 Al2O3 和 Fe2O3）
不溶于水的次生矿物常呈胶态或准胶态，具有很高的表面能、亲水性及一系列特殊
性质，对土的工程地质性质影响十分显著。
粘土矿物——晶体结构
粘土矿物 是指具有片状或链状结晶格架的铝硅酸盐。
现已查明，粘土矿物的晶体结构主要由两个基本结构单元——硅氧四面体和氢氧化
思考题
（1）土中四类矿物成分对土的工程地质性质有何影响？ （2）无粘性土和粘性在矿物组成、结构、构造上有何不同？
粗粒 土变形稳定需要很短时间 与大气相连通的气体 与大气相隔离的气体
1. 土的结构 ——指土颗粒本身的特点和颗粒问相互关系的综合特征。 （1）土颗粒本身的特点：土颗粒大小、形状和摩圆度及表面性质（粗糙度）等。 （2）土颗粒之间的相互关系特点：粒间排列及其连结性质。
土的结构类型
蜂窝状结构 ——由较粗粘粒和粉粒的单个颗粒之间以面一点、边一点或边一边受异性电引力和分子
完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且 emax,emin
的测定受人为的影响较大。
Dr
emax e emax emin
松散
稍密
中密
密实
0.2
0.33
0.67
幻灯片 32 （2） 粘性土的软硬程度
固态 半固态 可塑态 流塑、流动态 界限含水量: 缩限 ws 塑限 wp 液限 wL
粘性土的状态可用液性指数来判别。
（1）碎石土～粒径大于 2mm 的颗粒超过全重 50%土。
（2）砂土～粒径大于 2mm 的颗粒不超过全重 50%，且粒径
大于 0.075mm 的颗粒超过全重 50%的土。
（3）粉土～粒径大于 0.075mm 的颗粒不超过全重 50%，且 IP 小于等于 10 的土。可细分为砂质粉土和粘质粉
第四章 工程地质野外试验.
第二节 土体力学性质试验-载荷试验 岩石 每级加载后，按时间间隔1、2、2、5min读 数一次，以后每隔10min读数一次，当连续三次沉降 量读数差≤0.1mm时，认为该级荷载下沉降已稳定， 可施加下一级荷载。 b．快速法 分级加荷等级与慢速法相同，但每一级荷载按 间隔15min观测一次沉降，每级荷载持续2小时，即 可施加下一级荷载。快速载荷试验适用于岩石、碎 石类土及粗砂地层。 当连续三次沉降量读数均不大于0.01mm时，认 为已经稳定。
第二节 土体力学性质试验-载荷试验 2. 设备调试与注意事项 （ 1 ）尽量避免测试面土体扰动，否则土性会发 生变化，影响测试精度。 （ 2 ）安装过程要精心，确保承压板、反力系统 和加荷系统的传力重心在一条垂线或直线上，各部件 连接牢固，但地基土不能受到预压。 （ 3 ）安装量测系统时，变形观测的基准点要稳 固可靠，不受荷载板沉降的影响。除承压板量测的百 分表外，还应在其两侧地面设置地面升降观测点。 （ 4 ）设备安装好后，要进行初步调试，使各部 分处于最佳工作状态。
第二节 土体力学性质试验-载荷试验 3. 加载方式及沉降观测 加荷原则 第一级为坑底原有重力，以后每级加 荷等级和标准通常采用地基基本承载力的1/5或极限 承载力的1/10作为试验中的实用值。 各类土加荷等级增量表
第二节 土体力学性质试验-载荷试验 a. 慢速法 分级加荷按等荷载增量均衡施加，荷载增量按 预估的极限荷载等分为10～12级（不少于8级）。 土体每级加载后，按时间间隔5、5、10、10、15、 15min测读一次，以后间隔30min测读一次沉降，当 连续2小时内每小时沉降量不超过0.1mm，或连续1 小时内每30min沉降量不超过0.05mm，可以认为沉 降已达到稳定标准，可施加下一级荷载。
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2．岩石的结构、构造
• 结构：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。 如粗粒的岩石比细粒的容易风化，多种矿物组成的岩 石比单一矿物岩石容易风化，粒度相差大的和有斑晶 的都比均粒的岩石容易风化。
• 矿物经水化作用后体积膨胀而对周围岩石产生 压力，使岩石胀裂。
3．水解作用
• 某些矿物溶于水后，出现离解现象，其 离解产物可与水中的H＋和OH－离子发生
化学反应，形成新的矿物，这种作用称 为水解作用。
4K(AlSi3O8) ＋ 6H2O ─→ 4KOH ＋ 8SiO2 ＋ Al4(Si4O10)(OH)8
(正长石)
(高岭石)
4．碳酸化作用
• 当水中溶有CO2时，与水结合形成碳酸， 碳酸根(CO32－)易与矿物中的阳离子化合 成较易溶于水的碳酸盐，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。
4K(AlSi3O8)十4H2O十2CO2 ─→ 2K2CO3 十8SiO2 十
• 岩浆岩抗风化能力由大到小的顺序是：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的顺序是：浅变质岩＞中等变质 岩＞深变质岩；沉积岩由于形成环境比岩浆岩、变质岩更接 近地表，一般说沉积岩的抗风化能力比岩浆岩及变质岩高， 最终的化学变化较小。但沉积岩的风化问题比较复杂，如粘 土矿物、钙–镁碳酸盐，这些矿物颗粒大都极细，比表面积大， 因而表面效应较强，易遭水化、水解及淋滤作用的影响。实 践证明：沉积岩中的泥岩、页岩风化速度很快。
2．冰冻风化
水
冰
b
（二）化学风化作用
• 化学风化是指岩体与氧气、二氧化碳等各种气 体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、 碳酸化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产 生化学变化，分解为极细颗粒的过程。化学风 化使岩石起了质的变化，不但改变了颗粒的大 小，也改变了原岩矿物的成分。化学风化作用 的方式主要有溶解作用、水化作用、水解作用、 碳酸化作用和氧化作用等。
河北建筑工程学院土木工程学院
• 地球表层的整体岩石，在大气中经受长期的风化作 用后形成形状不同、大小不一的颗粒，这些颗粒在 不同的自然环境条件下堆积(或经搬运沉积)，即形 成了土。
• 我国大部分地区的土主要形成于第四纪（部分形成 于第三纪），由于沉积的历史相对较短，大部分沉 积物未经胶结硬化，通常称之为“第四纪”沉积物。 因此，可以说土是松散颗粒的堆积物。
（三）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。生物风化作用主要发生在岩石的表层和土中。
• 生物的物理风化作用是生物的活动对岩石产生机械破坏的作用。 例如，穴居动物蚂蚁、蚯蚓等钻洞挖土，可不停地对岩石产生 机械破碎；生长在岩石裂隙中的植物(如华山、黄山上的松树)， 其根部生长撑裂岩石，不断地使岩石裂隙扩大、加深。
• 生物的化学风化作用是生物的新陈代谢及死亡后遗体腐烂分解 后，与岩石发生化学反应，促使岩石破坏的作用。例如，植物 和细菌在新陈代谢过程中，通过分泌有机酸、碳酸、硝酸和氢 氧化铵等溶液腐蚀岩石；动、植物死后遗体腐烂可分解出有机 酸和气体（CO2、H2S等），溶于水后可对岩石腐蚀破坏；遗 体在还原环境中，可形成黑色胶状，含钾盐、磷盐、氮的化合 物和各种碳水化合物的腐殖质。腐殖质的存在也可促进岩石物 质的分解。
植 物 对 岩 石 的 作 用
二、影响岩石风化的主要因素
（一）岩石的性质
1．岩石的矿物组成
• 不同矿物具有不同的结晶格架，由其化学活泼性所决定的抗 风化能力亦不相同。
• 一般情况下，矿物在风化过程中的稳定性由大到小的顺序是： 氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐和硫化物。当岩石中不稳定矿物含 量较多时，其抗风化能力较弱；相反，当岩石中含稳定和极 稳定矿物较多时，其抗风化能力较强。
• 岩石在水里的溶解作用一般进行得十分缓慢，但是，当水温 升高以及压力增大时，水的溶解作用就比较活跃。特别是当 水中含有侵蚀性的CO 2而发生碳酸化合作用时，水的溶解 作用就会显著增强，如在石灰岩分布地区，由于这种溶解作 用经常有溶穴、溶洞等岩溶地质现象。
2．水化作用
• 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，称为水化作 用。例如，硬石膏经水化作用后形成石膏。
• 物理风化就是指岩石经受风、霜，雨、雪的侵蚀， 或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度
的变化、冻胀等因素，使整体岩石产生裂隙、崩解
碎裂成岩块、岩屑的过程。这种风化作用，只改变
颗粒的大小与形状，不改变岩石的矿物成分。物理 风化作用的方式主要有温差风化、冰冻风化等。
1．温差风化
阳
光
20 C 10 C
1．溶解作用
• 水直接溶解岩石中矿物的作用称为溶解作用。 • 溶解作用的结果，使岩石中的易溶物质被逐渐溶解而随水流
失，难溶的物质则残留于原地。岩石由于可溶物质被溶解而 使孔隙增加，削弱了颗粒间的结合力，从而降低岩石的坚实 程度，更易遭受物理风化作用而破碎。最容易溶解的矿物是 卤盐类(如岩盐、钾盐)，其次是硫酸盐类(如石膏、硬石膏)， 再次是碳酸盐类(如石灰岩、白云岩)。其他岩石虽然也溶解 于水，但溶解的程度低得多。
• 一般而言，处于相似的地质环境中形成的第四纪沉 积物，具有很大一致性的工程地质特征。异，有的甚至差异很大。
• 按成因类型，土可分为残积物、坡积物、洪积物、 冲积物、湖积物、冰积物及风积物等。
第一节 风化作用及残积物
一、风化作用的类型
（一）物理风化作用
Al4(Si4O10)(OH)8
(正长石)
(高岭石)
5．氧化作用
• 矿物中的低价元素与大气中的游离氧化合变为高 价元素的作用，称为氧化作用。氧化作用是地表 极为普遍的一种自然现象。在湿润的情况下，氧 化作用更为强烈。
• 自然界中，有机化合物、低价氧化物、硫化物最 易遭受氧化作用。尤其是低价铁常被氧化成高价 铁。例如常见的黄铁矿(FeS2)在含有游离氧的水中， 经氧化作用形成褐铁矿(Fe 2O3·nH2O)，同时产生 对岩石腐蚀性极强的硫酸，可使岩石中的某些矿 物分解形成洞穴和斑点，致使岩石破坏。