第3章第四纪沉积物

• 洪积土的工程特性： • 1）靠近坡脚段为较粗的碎屑土，土质均匀，地势 高、地下水位低，地基承载力高； • 2）离山区远的地带由粉土、黏土颗粒组成，受周 期性干燥及可溶盐的胶结作用，承载力高； • 3）中间段由于受前沿细颗粒的影响，常有地下水 溢出，或形成沼泽，承载力较低。 • 另外：洪积扇富水，可做水源地。
坡积物的特点： 1)分为岩屑、矿屑、沙砾或矿质黏土。 2)碎屑颗粒大小混杂，棱角分明、分选性差，层理不明显。 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。 由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动，还由于组成物质 粗细颗粒混杂，土质不均匀，且其厚度变化很大(上部有时不足一米，下部可 达几十米)，尤其是新近堆积的坡积物，土质疏松，压缩性较高。 坡积土上建设应注意的问题： ①注意下卧基岩表面的坡度及形态，分析坡积物稳定性。 ②坡积土含较多细颗粒，吸水性强，注意雨季的稳定性。 ③坡积物粗细混杂，土质不均匀，厚度不均匀，注意差异沉降。
1、残积物
岩石－（物理、化学）风化－ 残留在原地
残积物－残积土－残积层
壳风 化
土壤层 残积物 化岩石 新鲜岩石
残积物成分与 母岩有关 残积物厚度与 地形有关
强风化
半风 中风化
弱风化
• 2、坡积层 • 坡积物是残积物经水流搬运，顺坡移动堆积而成的土。即 是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥 蚀，顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形 成的沉积物。其成份与坡上的残积土基本一致。由于地形 的不同，其厚度变化大，新近堆积的坡积土，土质疏松， 压缩性较高。它一般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残 积物相接。坡积物底部的倾斜度决定于基岩的倾斜程度， 而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就越厚，表面倾斜度就越小。 • 片流（坡流、面流）——在降雨或融雪时，地表水一部分 渗入地下，其余的沿坡面向下运动。这种暂时性的无固定 流槽的地面薄层状、网状细流称为片流。片流搬运的物体 在坡麓堆积下来，形成坡积土。
• 2、华南地区 • 沉积类型比较复杂，主要为洞穴堆积、阶地堆积、 土状堆积及小盆地堆积。长江下游宁镇山脉地区， 下更新统称雨花台组，以砾、砂为主；中、上更 新统称下蜀组，为红色粘土沉积。 • 此外，如广西柳城巨猿洞穴堆积，云南发现元谋 人的河湖相元谋组等，都属下更新统；四川万县 盐井沟洞穴堆积，分布甚广的雅安砾石层（局部 含砂金）等，皆属中更新统；广西柳江人洞穴堆 积，四川江北砾石层等皆属上更新统。
4、冲积物 •河流沉积物，分：河床冲积物、河漫滩冲积物、牛轭湖冲 积物、河口三角洲 •磨圆度、分选性较好，层理构造、韵律性 征不同 各种冲积物特
•冲积土分布广泛,特别是冲积平原是城市发达、人口集中的地带。对于粗粒的 碎石土、砂土，是良好的天然地基，但如果作为水工建筑物的地基，由于其 透水性好会引起严重的坝下渗漏；而对于压缩性高的粘土，一般都需要处理 地基。
• 2、湿陷性黄土( loessal soil ) • 湿陷性黄土是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。分 布在我国西北及华北地区,面积约63万km2。 • 1）黄土分类： • 按形成年代分：老黄土、新黄土、新近堆积黄土。黄土形 成年代愈久，固结成岩程度大，大孔结构退化，土质愈趋 密实，强度高而压缩性小。湿陷性减弱甚至不具湿陷性。 • 按湿陷性分：湿陷性黄土和非湿陷性黄土。 • 2）黄土湿陷性(collapsibility)： • 天然黄土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重 压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破 坏而发生显著附加下沉的，称为湿陷性黄土。
第3章 第四纪沉积物
主要内容： 概述 第四纪沉积环境 ☆第四纪沉积层 中国第四纪地层特点
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第四纪是地球发展最新阶段，它包括更 新世和全新世。地球发展历史有43亿年以 上，而第四纪却非常短促，约180万年左右。
一、概述
• 第四纪是地球发展史的最新阶段，时间范 围从上新世末（距今 248万年）直到现在。 第四纪分为更新世和全新世两个阶段。 • 它以人类的出现为开始，哺乳动物兴盛， 气候波动剧烈，各种陆相沉积发育。 • 有冰期和间冰期之分，更替达20多次。
我国西北地区湿陷性黄土
• 3）黄土湿陷性的形成原因 • 内在因素：黄土的结构特征及其物质组成。 • 黄土的成分和结构上的基本特点是：以石英和长石组成的 粉粒为主，矿物亲水性较弱，粒度细而均一，连结虽较强 但不抗水；未经很好压实，结构疏松多孔，大孔性明显。 所以，黄土具有明显的遇水连结减弱，结构趋于紧密的倾 向。外部条件：水的浸润和压力作用。
二、第四纪沉积环境
• 1.沉积环境：指形成松散碎屑物的地形、地 貌、动力、生物、无力、化学等因素的总 和。 • 2.沉积环境对沉积物特征的影响： • （1）动力愈强，搬运颗粒越粗； • （2）距离越远，颗粒磨圆程度越好； • （3）颗粒越粗，沉积物越易成单粒结构； • （4）搬运越远，沉积物分选性越好。
五、第四纪沉积物中的几种特殊土
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1、软土： 软土是在静水或水流缓慢的环境中沉积，并有微生物的参与，含有较多有机质的疏松 软弱黏性土。 1）软土的分布: 沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相； 内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相。 2）软土的分类： 孔隙比e >1.5时,称淤泥； 1.5>e>1.0 时,称淤泥质土； 5%<有机质含量<10%时,称有机质土； 10%<有机质含量<60%时,称泥炭质土； 有机质含量>60%时,称泥炭。 3)软土的工程特性： 含水率高，天然含水率>液限，软塑－流塑状态； 渗透性低，水平向渗透系数较大； 压缩性高，变形大而不均匀，变形稳定历时长； 强度低, 与加荷速度和排水条件有关； 显著的触变性(高灵敏度)和流变性； 流变(Rheology)：在一定荷载下，土的剪切变形随时间增长的特性。 触变(thixotropy)：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。 当软土地基不能满足承载力和变形要求，要进行人工处理!
黄土结构示意图
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4）天然状态下工程特性： 含水较少，坚硬—硬塑状态 压实程度差，孔隙比高，孔隙大 抗水性弱，遇水强烈崩解，湿陷明显 透水性较强，且呈各向异性 强度较高，粒间连接较强，压缩性中等。 湿陷性黄土具有以下特征： 第一，黄土中具有大量孔隙，尤其是大孔隙，这是是否具 有湿陷性和湿陷性强弱的基础； • 第二，颗粒间的联结因水分增加而易于削弱和破坏； • 第三，粘粉含量低，尤其是具活动晶格的粘土矿物含量低。
• 3、膨胀土(expansive soil)： • 膨胀土是一种富含亲水性黏土矿物,且随含 水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑 性黏土。
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1）膨胀土分布：云南、广西、贵州、湖北最具代表性。 2）膨胀土特征： 呈黄褐、灰白、花斑等颜色； 黏粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等黏土矿物，土中 可溶盐及有机质含量较低，常含铁锰或钙质结核，结构致 密； • 表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤压面。 • 3）膨胀土受季节气候影响 • 在天然状态下，膨胀土结构致密，处于硬塑或半坚硬状态， 但在不同的含水条件下，其结构和物理力学性质会发生很 大的变化。夏天雨水多，膨胀土吸水发生膨胀，土体强度 显著下降，房屋地基下沉；冬季雨水少，膨胀土失水干燥， 土质虽然坚硬，但却发生收缩变化，产生明显的张开裂隙。 这种吸水膨胀、失水收缩的反复交替变化，造成房屋地基 变形，导致整体性相对较差的土木结构房屋墙体开裂、下 沉。
四、中国第四纪概况
• 中国第四系分布广泛，类型多样，横向多变，以陆相为主。 • 1、华北和东北地区 • 华北平原和松辽平原均有第四系发育，华北平原主要为河湖相沉积， 包括粘土、粉砂、细砂等，并夹玄武岩及凝灰岩，总厚约二、三百米。 中夹数层海相层，含有孔虫、介形虫等。沿海地区曾有多次短暂海侵。 东北第四系与华北相似，但厚度稍小，在上更新统（如顾乡屯组）产 猛犸象、披毛犀等化石，说明曾出现寒冷气候。 • 华北上升区（山区）也发育较好的第四系，其典型地层如下： • （1）马兰组（上更新统，Q3）黄土堆积，因北京西山马兰台黄土堆 积而得名。 • （2）周口店组（中更新统，Q2）石灰岩洞穴堆积，以泥砂、砾石、 灰烬层为主，含有丰富哺乳动物化石，并发现了“北京人”（猿人）， 闻名国内外。 • （3）泥河湾组（下更新统，Q1）典型湖相兼河流相沉积，主要由浅 绿色、浅红色粘砂、砂粘、泥灰岩、砂层、砾石层等组成，含有淡水 软体动物及脊椎动物化石。标准地点在河北省桑干河流域阳原县泥河 湾、虎头梁、红岩村一带。在河南三门峡黄河两岸亦有相同层位出露， 称三门组。
• 3.第四纪沉积物的总体特征：
• （1）岩性松散： • ——习称“松散堆积物”，也有胶结甚至固结的。是确定 第四纪沉积物的重要特征。除海滩岩、火山岩、强钙质胶 结的沉积物外。 • （2）富含生物化石 • （3）地层对比较困难 • （4）人类活动迹象明显
• 4成因类型：
三、第四纪沉积层
• 1、沉积层 • 残积物是由岩石风化后，未经搬运而残留于原地的土，而 另一部分则被风和降水所带走。它处于岩石风化壳的上部， 是风化壳中的剧风化带，向下则逐渐变为半风化的岩石。 它的分布主要受地形的控制，在宽广的分水岭上，由雨水 产生地表径流速度小，风化产物易于保留的地方，残积物 就比较厚。在平缓的山坡上也常有残积物覆盖。 • 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 和破坏的过程——风化作用。风化作用的重要特征：岩石 或矿物在原地遭受分解和破坏，风化的产物仍保留在原地。
•湖泊淤塞后变沼泽
6、海洋沉积物
滨海带 浅海带 大陆斜坡
深海带
砾滩
沙滩
承载力高 透水性强