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1、第五章 土的成因类型及其工程地质性质,5.1 风化作用及残积土,风化作用：组成地壳的岩石在地表的常温、常压下，由于气温变化、气体、水溶液及生物的共同作用，在原地遭受破坏的过程。,风 化 作 用 的 类 型物理风化作用：使岩石发生机械破碎，岩 石成分不发生变化。化学风化作用：使岩石发生破碎，而且岩 石化学成分发生变化。生物风化作用：生物在活动过程中，使岩 石发生破坏（机械、化学）。,1）物理风化(physical weathering),冰劈作用,球状风化图解,剥离作用,花岗岩球状风化,摄于三峡工程工区,2)化学风化(chemical weathering),溶解作用：可溶性岩石被水溶解。水化作
2、用：水分子进入吸水矿物的结晶格架中。水解作用：矿物与水作用后形成氢氧化物。硅酸盐矿物主要通过此方式破坏。氧化作用：低价化合物变为高价。碳酸化作用：水中含有co2时使水解作用加剧。,3）生物风化(biological weathering),生物物理风化-根劈作用生物化学风化-遗体新陈代谢产生有机酸,岩性地质构造气候地形地下水,影响岩石风化的因素：,物理风化的结果：破坏岩体的完整性。化学风化的结果：改变岩石的成分。,岩体的工程性质发生如下几方面变化：1、亲水性变大，透水性增强。表现出膨胀、崩解、泥化等性质。2、力学强度降低，压缩性变大。,风化壳垂直剖面,岩石风化后的产物在地表形成的一个不连续的岩
3、土层称为风化壳(crust of weathering)。,土壤,残积层,半风化岩石,基岩,岩石风化程度划分：建筑地基基础设计规范GBJ789的划分方案：强、中、微风化带岩土工程勘察规范GBJ5002194的划分方案：全、强、弱、微风化带岩石风化分带的依据：颜色与光泽、矿物变异、破碎程度、强度变化和可钻性。,岩石风化程度划分表（GBJ789）,花岗岩全、强中风化带,摄自三峡工程左岸永久船闸边坡,风化分带的意义：选取工程建设基准面。直接影响工程选址布局、岩土体稳定、地基处理、施工方法和工程造价。岩石风化的治理方法:挖除防治:1)覆盖防止风化营力入侵的材料;2)灌注胶结和防水的材料;3)整平地区,
4、加强排水;4)预留基坑高程,分段开挖,快速回填;,5.1.3 残积土,残积土是岩石风化后未经搬运而残留在原地的松散物；主要分布在岩石暴露于地表而受到强烈风化作用的山区、丘陵及剥蚀平原。残积物中残留的碎石矿物成分是鉴定残积物的主要依据。,残积土的组成 残积土主要由原岩岩屑、残余矿物及地表新生矿物组成。残积土的粒度成分和矿物成分主要受气候条件与母岩岩性的控制。,残积土的特性,2.残积土的结构构造 由于风化作用具有从地表往下随深度增加而减弱，近地表风化强烈，物质迁移流失多，原岩改变明显等特征，便残积物显示分层(分带)现象，各层之间呈逐渐过渡状态，无明显分界，更无沉积层理。,3.残积土的厚度和产状残积
5、土的产状及其厚度发育情况还与是否存在适宜的地形有关，即取决于它的残积条件。,4.残积土的工程性质残积土表部土壤层孔隙率大、强度低、压缩性高，而其下部常常是夹碎石或砂粒的粘性土，或是孔隙为粘性土充填的碎石土、砂砾土，其强度较高。残积土一般透水性较强，在一定条件下，可储存地下水。,5.2 洪流地质作用及洪积土,由暴雨或融雪形成的暂时性山洪急流称洪流。,洪流携带碎屑物质在山沟出口处或山前倾斜平原堆积形成的洪积物（地貌上称洪积扇）称洪积土。,新疆天山脚下洪积扇,洪流的地质作用包括冲蚀、搬运和沉积作用。洪流在流动过程中，水流及其中挟带的砂、砾通过冲、磨对沟壁、沟底进行的破坏作用，称冲蚀作用，可形成形态各
6、异的冲沟。洪流将风化、冲蚀所形成的碎屑物搬运至沟口，因地形开阔，水流分散，流速骤减，活力降低，便发生沉积，形成的沉积物称洪积物，堆积的扇状地形称洪积扇。,新疆天山脚下洪积扇,5.2.2 洪积土,洪积土是由山洪急流搬运的碎屑物质组成的。当山洪夹带大量的泥砂、石块流出沟口后，由于沟床纵坡变缓，地形开阔，水流分散，流速降低，搬运能力骤然减小，所夹带的石块、岩屑、砂砾等粗大碎屑先在沟口堆积下来，较细的泥砂继续随水搬运，多堆积在沟口外围一带。洪积土作为建筑物地基，一般认为是较理想的，尤其是离山前较近的洪积土颗粒较粗，地下水位埋藏较深，具有较高的承载力，压缩性低，是工业与民用建筑物的良好地基。在离山较远的
7、地带，洪积土的颗粒较细、成分均匀、厚度较大，一般也是良好的天然地基。但应注意的是上述两地段的中间过渡地带，常因粗碎屑土与细粒粘性土的透水性不同而使地下水溢出地表形成泉或沼泽地，因此土质较差，承载力较低，作为建筑物地基时应慎重对待。,5.3 河流地质作用及冲积土,在固定沟谷中长年流动的水流称河流,河流侵蚀作用方式：以机械磨蚀为主，化学溶蚀为辅。河流侵蚀作用方向：下蚀 源蚀 侧蚀,源蚀(headward erosion),（长江源头）,源蚀作用示意图：,下蚀(vertical erosion),（长江三峡）,侧蚀(lateral erosion),（长江中下游平原）,侧蚀作用原理：,a-河流横向环
8、流；b-河曲处横向环流断面图,凹岸侵蚀凸岸堆积,a-弯曲河道 b-蛇曲 c-牛轭湖,河流搬运作用方式：拖运、悬运、溶运河流沉积作用类型：河床沉积、漫滩沉积、河口沉积,5.3.2 冲积土,在河谷内由河流的沉积作用所形成的堆积物，称为冲积土。冲积土的特点是：具有良好的分选性和磨圆度，层理清晰。,冲积土的类型,（1）河床沉积,（2）河漫滩沉积,（3）牛轭湖沉积,（4）三角洲沉积,冲积土的工程性质冲积土随其形成条件不同，具有不同的工程地质特性。古河床相土的压缩性低，强度较高，是工业与民用建筑的良好地基，而现代河床堆积物的密实度较差，透水性强，饱水的砂土还可能由于振动而引起液化。河漫滩相冲积物覆盖于河床
9、相冲积物之上形成的具有双层结构的冲积土体常被作为建筑物的地基，但应注意其中的软弱夹层。牛轭湖相冲积土是压缩性很高及承载力很低的软弱土，不宜作为建筑物的天然地基。三角洲沉积物常常是饱和的软粘土，承载力低，压缩性高，若作为建筑物地基，则应慎重对待。,5.4 湖泊和沼泽地质作用及湖积土,湖泊 陆地上的积水洼地。,沼泽陆地上被水充分湿润，并有大量喜湿性植物生长及有机质堆积的地带。,湖泊在其发展过程中，常因淤积转变为沼泽。,湖泊的地质作用湖泊以沉积作用为主，沉积类型、过程及沉积物的特征与气候有很大关系。,）机械沉积作用由岸边至湖心呈现为由粗至细的同心环带状,青海湖机械沉积物平面分布图,碎屑淤积的湖泊演化
10、,水深由深到浅，水面由大到小,碎屑颗粒也由岸边到湖心由大到小,湖泊沉积物可分为湖边沉积物和湖心沉积物。湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的，湖边沉积物中近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带沉积的则是细颗粒的砂土和粘性土。湖边沉积物具有明显的斜层理构造，近岸带土的承载力高，远岸带则差些。湖心沉积物是由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成的，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度很低。若湖泊逐渐淤塞，表层含水量大，喜湿性植物大量生长，则可演变为沼泽，沼泽沉积物又称为沼泽土，主要由泥炭、有机质淤泥和泥砂组成。泥炭是沼泽堆积物中的主要成分，
11、它的含水量极高，承载力极低，一般不宜作天然地基。,5.5海洋地质作用及海积土,海洋地质作用包括剥蚀作用、搬运作用和沉积作用。,海水的剥蚀作用海水通过自身的动力对海岸带和海底的破坏，称为海水的剥蚀作用（简称海蚀作用）。海蚀作用盛行于滨海带，它以冲蚀和磨蚀这两种机械动力作用方式，塑造特殊的海岸地貌，对大陆架以及大陆坡也产生影响。另外，在海洋中还有一种剥蚀作用是以海水的化学溶解作用方式进行，称为溶蚀作用。,海水的搬运作用海水在进行海蚀作用的同时，又对海蚀产物和河流带来的物质进行搬运，其中波浪是海水搬运作用的主要动力。拍岸浪可以卷起浅处的碎屑泥砂向海岸搬运，底流又把碎屑泥砂搬回海中，岸流能沿着海岸进行
12、搬运。当潮水进入海湾或河口时，搬运能力就增大。涨潮时，可向大陆方向搬运泥砂，落潮时可向海洋方向搬运泥砂。,洋流主要搬运一些细小的泥砂和漂浮物质，搬运距离可达数千千米。海水的搬运作用具有明显的分选性。一般较粗、较重的颗粒搬运的距离较近；较细、较轻的颗粒搬运的距离较远。海水不但进行机械搬运，而且还能进行化学搬运。海水（洋流）将其溶蚀的物质与陆源化学物质进行长距离的搬运，到达广阔的海域，成为海洋化学沉积的主要物质来源。,海洋的沉积作用海洋是地球上最大的沉积场所。海洋沉积物主要来源于陆源物质（陆源碎屑物、陆源化学物），其次为生物物质、火山物质和宇宙物质。在其中又以河流搬运和海蚀作用带来的物质为最主要。
13、地质历史时期的沉积岩绝大部分都是在海洋环境中沉积形成的。,根据海洋的水动力条件，海洋的地质作用又可分为波浪、潮汐、洋流和浊流四种类型,（）波浪的地质作用,（）潮汐的地质作用,（）洋流的地质作用,海洋中在较大范围内沿一定方向流动的海水，叫洋流。,浊流：含大量碎屑物质而十分混浊的水体在水下流动，在重力作用下沿大陆斜坡至深海盆地运动。,（）浊流的地质作用,5.5.2海积土,河水带入海洋的物质和海岸破坏后的物质在搬运过程中，随着流速的逐渐降低，就沉积下来，形成海积土。,靠近海岸一带的海积土是比较粗大的碎屑物，离海岸愈远，海积土也就愈细小。这种分布情况，同时还与海水深度和海底的地形有直接的关系。海洋的沉
14、积土质，有机械的、化学的和生物的三种，形成各类海积土。,海岸带海积土,浅海带海积土,次深海带及深海带海积土,海积土类型,5.6 冰川地质作用及冰积土,在高纬度及高山地区，地表一定厚度的积雪，经过一系列物理变化，能成为具可塑性的冰川冰。冰川冰可在其本身的重力作用下沿山谷及斜坡流动。这种运动的冰川冰称为冰川。,冰川的地质作用,冰川的侵蚀作用,冰川的搬运作用,冰川的沉积作用,拔蚀作用,磨蚀作用,冰楔作用,其他如冰水的冲刷,由于冰川的侵运作用所产生的大量松散岩屑和从山坡崩落的碎屑，会进入冰川系统，随冰川一起运动，这些被搬运的岩屑称为冰碛物,冰川的地质作用,由于冰川的侵运作用所产生的大量松散岩屑和从山坡
15、崩落的碎屑，会进入冰川系统，随冰川一起运动，这些被搬运的岩屑称为冰碛物,冰积土的特征及其工程地质评价,冰积土的特征,无层次，也没有分选，而是块石、砾石、砂及粘性土杂乱堆积，分布也不均匀,虽然磨耗但仍然保持有棱角的外形,块石、砾石表面上具有不同方向的擦痕,岩块的风化程度很轻微，冰碛层中无有机物及可溶盐类等物质,冰积土的工程地质：一般情况下颗粒粗大，粘粒成分稍低，工程性能较好，但地下水丰富。,5.7 特殊土及其工程地质特征,软土一般是指在静水或缓慢流水环境中，由生物化学作用形成的以饱和粘土为主并含有机质的近代沉积物。当e1.5时称为淤泥；1.0e 1.5时称为淤泥质土。工程上把淤泥和淤泥质土统称为
16、软土。,5.7.1软土,软土的工程特性,高含水量和大孔隙比,渗透性低,压缩性高,抗剪强度低,触变性,蠕变性,膨胀土也称为胀缩土，是一种富含亲水性粘土矿物且随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的粘性土。,膨胀土,膨胀土,膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大：液限为4068，塑限为17%35，塑性指数为1833。膨胀土的饱和度一般较大，常在80以上，天然含水率较小，1730。,5.7.3 红粘土,红粘土是指碳酸盐类岩石(如石灰岩、白云岩等)在湿热气候条件下，经强烈风化作用而形成的的高塑性粘土。,红粘土,1、高塑性和分散性液限一般为5080%，塑限为3060，塑性指数一般为2050%。2、高含水率、低密
17、度天然含水率一般为3060，饱和度85，密实度低，大孔隙明显，孔隙比1.0；液性指数一般都小于0.4；坚硬和硬塑状态。3、强度较高，压缩性较低固结快剪值818，c值可达0.040.09MPa，多属中压缩性土或低压缩性土，压缩模量515MPa。4、不具湿陷性，但收缩性明显，失水后强烈收缩，原状土体缩率可达25。红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物质有关。（1）沿深度上，随着深度的加大，红粘土的天然含水率、孔隙比、压缩系数都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑可变为可塑、软塑，而强度则大幅度降低。（2）在水平方向上，由于地形地貌和下伏基岩起伏变化，性质变化也很大，地势较高的，由于排水条件好，天然含水率和压缩性较低，强度较高，而地势较低的则相反。,湿陷性黄土,1.塑性较弱；2.含水较少；3.压实程度很差，孔隙较大；4.抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩量较明显；5.透水性较强；6.强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。,黄土是一种分布很广的第四纪沉积物，是在风的搬运作用下沉积，没有经过次生扰动、无层理、富含碳酸盐类和大孔隙的黄色粉性土。,黄土,温度等于或低于摄氏零度，并含有冰的土层称为冻土。,冻土,冻土,冻结状态能保持三年或三年以上者，称多年冻土,随季节融化与冻结的地表土，称为季节性冻土,冻胀和融沉是冻土的变形特性的两个重要方面,
