第3章第四纪沉积层及其工程地质特性

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河流的侵蚀作用——河水在河床流动中时对谷地和谷坡 的冲蚀作用称为侵蚀作用。分为底蚀作用和侧蚀作用。 一、河流的底蚀作用和峡谷 ——河流在垂直方向上对河 底的冲刷作用，称为底蚀作用， 又称为下蚀作用。 1、峡谷急流瀑布－在河流上游，河 底纵坡降大，水流速度快，底蚀作用 最为强烈。加上岩石性质构造条件的 影响，常形成峡谷，急流和瀑布。
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3.三角洲——河水 在海、湖口地段受到海 湖水的阻滞，动能明显 减弱，携带的泥沙沉积 下来形成河口积淤，其 形状一般是呈向大海 （湖）中伸出的三角形 平地，故称为三角洲。 三角洲沉积包括： 前积层——碎屑沉积具斜层理 水下部分 底积层——细的悬浮物质胶 体物质，具水平理层 水上部分：顶积层——碎屑沉积具斜层理。 三角洲是重要的油气田分布区。
3）水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作用
有些矿物遇水后改变结构，形成带ＯＨ 有些矿物遇水后改变结构，形成带ＯＨ－的新矿物 ４Ｋ[A1Si3O8]+6H2O → ４Ｋ4[Si4O10](OH)8 +4KOH+8SiO2 钾长石 高龄石 A14[Si4O8](OH)8+nH2O → 2Al2O3.nH2O+4SiO2+4H2O 高龄石 铝土矿
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4.2 地表水的地质作用
地面流水的种类 片流（坡流、面流）——面状无槽流水 地 1.暂时性流水 洪流 线状有槽流水 面 流 2.常年性流水-- 河流
水 的 概 地面流水的动能 述 由于重力作用形成
流水的重力势能，并 不断转化为动能：流 水的动能越大，其地 质作用也就越强。
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例如黄铁矿氧化为褐铁矿： 2FeS2﹢7O2﹢2H2O→2FeSO4﹢2H2SO4 4FeSO4﹢2H2SO4﹢O2→2Fe2 (SO4)3﹢2H2O Fe2 (SO4) 3﹢6H2O→2Fe(OH) 3﹢3H2SO4
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②碳酸化作用：是指当CO2溶解于水中时，形 成CO32-和HCO31-离子，它们与矿物中的阳离 子结合形成易溶于水的碳酸盐或碳酸氢盐的 过程。
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三、沉积的主要类型 1.心滩——河水 从窄束段流入开阔 段时，流速减小， 致使较粗部分在河 底中部淤积，逐渐 形成心滩。 2.边滩与河漫滩 ①边滩——是单向环流将凹岸掏蚀的物质带到凸岸沉积 —— 形成的小规模沉积体，仅在洪水期被淹没。 ②河漫滩——是边滩变宽，加高且面积扩大的产物。在 丘陵和平原区，其宽度在数米到数十公里以上，并普遍发育 有河流冲积物二元结构。 在大河的中下游地区，由于河床长 期往复摆动河漫滩不断发展扩大并连在 一起。从而形成广阔的冲积平原，如长 江中下游平原。
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3. 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。
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二、洪流的地质作用 1.洪流的冲刷作用与冲沟 洪流——坡流逐渐集中汇成几段较大的线状水流，再向 下汇聚成快速奔腾的洪流。 洪流猛烈冲刷沟底、沟壁的岩石并使其遭受破坏，称为 冲刷作用。 冲刷作用将坡面凹地冲刷成两壁陡峭的沟谷。多次冲刷 两侧形成许多小冲沟，共同构成了冲沟系统。 当冲沟下切到地下水面时，便形成了小溪。
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• 3.风化程度划分及防止措施
建筑地基基础设计规范：
–1) 未风化 –2）微风化 –3）中风化 –4) 强风化 –5) 全风化。
措施： 加覆盖材料 灌注胶结材料 和防水材料
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• 4. 残积土
大气降水和风将岩石风化后的碎屑物质中的细小 颗粒和溶解物质带走， 颗粒和溶解物质带走，将粗粒物质或难溶物质 残留原地。 残留原地。残留的碎屑形成残积土 特点：残留原地，成分与下伏基岩有关。具有结 特点：残留原地，成分与下伏基岩有关。 构性，松散、富水。易产生不均匀沉降。工程 构性，松散、富水。易产生不均匀沉降。 评价要用原状土
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• 2.风化作用的类型
根据风化作用的方式和特点，可分为以下三 种类型：
–1) 物理风化 –2) 化学风化 –3) 生物风化。
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–1) 物理风化作用
主要由气温、大气、水等因素的作用引起的 矿物、岩石在原地发生机械破碎的过程。
特点：矿物、岩石的物质成分不发生变化， 只是碎裂成为大小不等的碎块。 类型：①温差风化 ②冰劈作用 ③其它物理风化作用：盐类的结晶与潮 解、层裂或卸载作用。
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三、河流冲积土的工程特性 河流冲积土从地理位置上分：山区河谷冲积物、山前 山区河谷冲积土：含砂的卵砾石组成，分选性差，透水性 大， 抗剪强度高，是建筑的良好地基。 平原河谷冲积土：河漫滩是上细下粗的二元结构，承载力较高； 牛轭湖及湖积物主要是细粒的有机沉积物 ，淤泥、泥炭等， 含水量高，抗剪强度低，沉降量大。 山前平原冲洪积土：具有分带性，近山为粗碎屑物质，平原低 地为砾砂、砂以至黏性土，工程地质条件逐渐变差。 三角洲沉积物：颗粒细，含水量大，承载力低。有时形成硬壳， 承载力较下面高，可很好利用这一层。
如钾长石（正长石）经碳酸化作用变为高龄石：
4KA1Si3O8﹢2CO2﹢4H2O→A14(Si4O10)(OH)8 ﹢8SiO2﹢2K2CO3
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③水的作用
1)水的溶解作用 1)水的溶解作用 2)水化作用 水合作用) 水化作用( 2)水化作用(水合作用)
CaSO4﹢2H2O→CaSO4.2H2O (硬石膏 硬石膏) (石膏 石膏) 硬石膏 石膏 Fe2O3﹢nH2O→Fe2O3.nH2O (赤铁矿 赤铁矿) (褐铁矿 褐铁矿) 赤铁矿 褐铁矿
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（二）悬运——河流中的粉沙和黏土由于颗粒的细小悬浮在 水流中，随着流水前进。 （三）溶运——河流中一些溶解于水的可溶性岩石和矿物成 分被水搬运。 33
四 河流的沉积作用
（一）、沉积作用发生的原因 ——河流搬运的物质由于流量流速的变小，使流水动能 减少，搬运能力降低，造成河流搬运携带的碎屑物质沉积下 来，形成冲积物（冲积土）。 （二）、冲积物及其特点 1.具有良好的分选性（粗大的先 沉积，细小的后沉积） 2.具有较好的磨圆度 3.成层性较清晰 4.常具有韵律性二元结构：下部 为河床沉积（砾石、砂砾）上部为 河漫滩沉积（泥质和粉沙）在坡面 上有规律的交替出现。 5.常具有波痕，砂丘和交错层理 等构造。
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二、河流的侧蚀作用与曲流 ——河流在水平方向冲蚀河岸，使岸坡不断坍塌后退， 从而加宽河谷的作用，称为侧蚀作用或旁蚀作用。 1、河谷的扩宽与弯曲 侧方侵蚀作用 使河谷加宽和 形成河曲、蛇 曲的过程 2、河床的摆动与曲流的裁弯取直
在侧蚀作用下常形成 曲流和牛轭湖。
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三、河流的搬运作用 河流的其搬运能力取决于流量和流速，搬运的方式有：拖运、 悬运与溶运三种。 （一）拖运——河床中巨大的石块、砾石、砂，随着河水 流动，在河底部的滑动、滚动和跳跃的移动。 磨圆作用——河底中被拖运的碎屑，一方面磨蚀河床底部 和岸坡，另一方面互相撞击，使得其棱角被磨平的作用过程。 磨圆度越好说明搬运距离越远。
水坝的建立，能破坏河流在演化中建立起来的平衡状态。
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4.溯源侵蚀 河流自形成之后，河谷有向源头发展增长河谷长度的趋势， 这个过程称为河流的溯源侵蚀，也称为向源侵蚀。 5.河流袭夺 当两条河流向同一分水岭溯源侵蚀时，有可能发生河流 甲溯源侵蚀进入河流乙的河谷内，因甲河床比乙河床低，于 是河流甲把河流乙的水夺走，这种现象称河流的袭夺。河流 乙叫断头河，河流甲叫袭夺河。
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洪流携带大量泥沙、石块到沟口，由于坡度减小， 洪流无侧壁约束，水流分散，动能迅速减弱，所搬运 的碎屑物在沟口大量沉积，形成扇形堆积地貌。
洪积扇
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洪积裙
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2.洪流的堆积作用与洪积扇 洪积物的特点： ①沟口附近堆积多，厚度大，颗粒 粗大，越向外堆积越少越薄，颗粒细 小，具明显的分带性 ②磨圆度差，分选性较差，可见 斜层理和交错层理。 3.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。 27
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–（3）生物风化作用：由生物的生命活动 引起的岩石的破坏过程，分生物物理风化 作用和生物化学风化作用。
植物根的生 长对岩石进 行的生物物 理风化作用
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• 在山区的峭壁、陡坡上常生长着一些大树如榕树、松、柏等。 它们的根系并不都扎在泥土里，而是扎入岩石裂缝中。随着 树木的成长，树根加长加粗，必然对裂缝壁产生强大压力。 据测算这种压力可达100kg／cm2。久而久之，可加速岩石的 破裂与崩落的进程。这种作用称为根劈作用。
§3 第四纪沉积层 及其工程地质特性
风化作用及残积土 地表水的地质作用
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第四纪沉积物是由地壳的岩石风 化后，在风、地表流水、湖泊、 化后，在风、地表流水、湖泊、 海洋等地质作用下形成的松散 沉积物。 沉积物。
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4.1 风化作用及残积土
• 1.风化作用：
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。
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河流能不能无止境的下蚀呢？ 2、侵蚀基准面——河流下蚀的极限。 海平面是外流水系的共同侵蚀基准面。 河流注入湖泊的湖面高度 局部侵蚀基准面 支流注入主流的河面高度 3、河流的平衡剖面——河流在其形成的初期，多急流与 瀑布，河流纵剖面不平滑。由于下蚀和溯源侵蚀作用，河床上 的突起被削去，凹坑被填平，急流和瀑布消失，河流纵剖面逐 渐演变成为平滑的曲线，称为平衡剖面。
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①温差风化：由于温差变化，岩石在热胀冷缩 过程中逐渐破碎的过程，常发生在温差较大 的干旱气候地区。
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沙漠气候条件下砂岩的温差风化
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温差风化
左图：由于温差风化引起的层状脱落； 左图：由于温差风化引起的层状脱落；
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右图： 右图：球状风化
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② 冰劈作用：充填于岩 石裂隙中的水结冰体积 膨胀而使岩石裂解的过 程。
地面流水的地质作用
现代地貌（高山峡谷、广阔平原）主要是由流水地质作 用形成的，地面流水是分布最广泛的地质外营力。 地面流水地 质作用分为：侵 蚀作用、 搬运作 用、 沉积作用
破坏
建造
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4.2.1. 暂时性流水的地质作用
一、片流的地质作用 1.片流的洗刷作用 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。 2.片流的堆积作用与坡积土 片流搬运的物体在坡麓堆积下 来，形成坡积土。 坡积物的特点： ①成分为岩屑、矿屑、沙砾或矿质 黏土，与坡上基岩密切相关，其矿 物成分与下卧基岩无直接关系。 ②碎屑颗粒大小混杂，棱角分明、 分选性差，层理不明显。
水结成冰时其体积可增大 9.2％。冰体将对裂缝壁产 生2000kg／cm2的巨大压力。
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③其它物理风化作用：
盐类的结晶与潮解：充填于岩石孔隙、 裂隙中含盐分的溶液，因水溶液浓度的变 化，盐类出现结晶与溶解使岩石破碎的过 程(类似于冰劈作用)。 层裂或卸载作用：岩石因卸载而产生 向上或向外的膨胀作用，从而形成一系列 平行或垂直地表的裂隙，促使岩石层层剥 落和裂解的过程。
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4.2.3 河流的地质作用
河流：经常流水或常年 流水的河谷。 河流分为：河源、河口、 上游、中游、下游、河系、流 域、分水岭 河谷的组成要素： 1.谷底——河谷底部平坦的 部分分为河床、河漫滩。 河床——谷底最低处经常 有流水的部分。 河漫滩——洪水期被淹没， 枯水期出露的谷底部分 2.谷坡——高出谷地两侧的斜坡 谷缘——谷坡上部的转折处。 谷麓——谷坡与谷底之间的转 折处。
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–(2)化学风化作用：是指在水和水溶液的 作用下岩石发生的化学分解过程。
特点：不仅发生岩石破碎，而且岩石的物 质成分也将发生变化。 可分为氧化作用、碳酸化作用、溶解作用 和水解等次级方式。
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纪念碑被酸雨化学风化前后
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① 氧化作用：矿物、岩石与大气或水中的游 离氧起化学反应形成氧化物使岩石破碎的过 程，常使多价态元素从低价向高价态转变。