工程巖土的認識與外業(yè)勘察第四紀地質及土課件

1、第四紀地質及土工作任務4 第四紀地質及土一、第四紀地質第四紀是地球發(fā)展最新階段，它包括更新世和全新世。地球發(fā)展歷史有43億年以上，而第四紀卻非常短促，約180萬年左右。1第四紀氣候與冰川活動第四紀氣候冷暖變化頻繁，氣候寒冷時期冰雪覆蓋面積擴大，冰川作用強烈發(fā)生，稱為冰期。第四紀冰川不僅規(guī)模大而且頻繁，近80萬年每10萬年有一次冰期。2新構造運動 從新第三紀(中新世開始)以來發(fā)生的地殼運動稱新構造運動，這一內(nèi)力作用也引起一系列環(huán)境效應并影響地殼穩(wěn)定性。新構造運動有水平運動(板塊運動)、垂直運動、斷裂運動、火山活動和地震等。如青藏高原由于印度板塊向歐亞板塊俯沖，使該區(qū)地殼從新第三紀以來加速隆升，發(fā)

2、展成“世界屋脊”，破壞了中國西部氣候的緯向分帶而代之以垂直分帶，稱為影響中國和東亞氣候與環(huán)境的重要因素。(一)第四紀地質一般特性1、殘積物(二)第四紀沉積物的類型殘積層的巖性特征是：由粘性土或砂類土以及具有棱角狀的碎石所組成；有較高的孔隙度，沒有經(jīng)過搬運、分選，無層理； 厚度變化大，一般山坡上較薄，在坡腳或低洼處較厚。 2、坡積物出露地面的巖石經(jīng)風化、剝蝕之后，其中的一部分較大的顆粒尚未被搬移而殘留于原處，這些殘留于原處的巖石風化碎屑物質稱為殘積物。山坡上方的巖石風化產(chǎn)物在重力作用下被緩慢流動的雨、雪水流向下逐漸搬運，沉積在較平緩山坡上面形成的堆積物稱為坡積物。由于坡積物圍繞著山體分布。如同嵌

3、在山體下裙子，所以在地貌學上又稱其為坡積裙。4、沖積物由暴雨或驟然融雪而匯集于山谷后形成的山洪急流具有強大的搬運能力，在山洪急流搬運下沉積于山谷沖溝出口或山前傾斜平原上而形成的扇形堆積物稱為洪積物。沖積物即河流沖積物，是被河流流水撒運，沉積于山間寬廣的山谷地帶和地殼相對下降的平原地區(qū)的堆積物。可細分為山區(qū)河谷沖積物（和平原河谷沖積物。3、洪積物6、風化殼與古土壤巖石經(jīng)風化后，部分物質和元素被遷移后殘留在原地的松散堆積組成的風化巖石的表層稱為風化殼。土壤在剖面上可簡單分為三層：上部植物落葉、根系死亡、腐爛形成的腐殖質層；中部水的淋溶作用形成的淋溶層；和下部上層物質下移再沉淀形成的淀積層。風化殼上

4、部具有一定肥力和發(fā)生結構的疏松土層稱為土壤。據(jù)調查在現(xiàn)在海拔4500m以上的青藏高原上發(fā)育有一個紅色的古風化殼，據(jù)化學分析其物質組成和化學特征與華北的中新世紅層相似。這種紅色風化殼在現(xiàn)在高寒的氣候下是絕不能形成，華北紅層分布的高度一般在1000m以下，這說明在中新世青藏高原的高度較低，40005000m的高原是中新世以后抬升起來的。在工程建設中，對這些特殊土的工程性質有足夠的了解和分析，并采用相應的設計、施工和改良措施，否則將給建筑物帶來嚴重的后果。特殊土是具有特殊的成分、狀態(tài)、結構特征而且具有特殊工程性質的土，如黃土具濕陷性，軟土具觸變性，膨脹土具脹縮性。這種特殊土的特有工程性質往往與它們特

5、定的成因環(huán)境、區(qū)域自然地理、地質條件的不同密切相關，在它們的分布上也有區(qū)域性特點。土各種成因的軟土主要分布在沿海及內(nèi)陸地區(qū)；黃土主要分布于西北、華北等干旱、半干旱氣候區(qū)；紅粘土主要分布在西南亞熱帶濕熱氣候區(qū)；膨脹土主要分布于南方和中南地區(qū)；高緯度、高海拔地區(qū)主要分布多年凍土及鹽漬土、人工填土和污染土 軟土的顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機質含量高時，有腥臭味。 軟土的粒度成分主要為粘粒及粉粒， 軟土的礦物成分，除粉粒中的石英、長石、云母外，黏粒中的黏土礦物主要是伊利石，高嶺石次之。粘粒含量高達6070。 軟土具有典型的海綿狀或蜂窩狀結構，這是造成軟土孔隙比大、含水量高、透水性小

6、、壓縮性大、強度低的主要原因之一。 軟土常具有層理構造，軟土和薄層的粉砂、泥炭層等相互交替沉積、或呈透鏡體相間形成性質復雜的土體。（一）軟土軟土：泛指淤泥及淤泥質土，是第四紀后期于沿海地區(qū)的濱海相、瀉湖相、三角洲相和溺谷相；內(nèi)陸平原或山區(qū)的湖相和沖積洪積沼澤相等靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學作用形成的飽和軟粘性土。（二）紅粘土紅粘土是指在亞熱帶濕熱氣候條件下，碳酸鹽類巖石及其間所夾的其他巖石，經(jīng)紅土化作用形成的高塑性粘土紅粘土及次生紅粘土廣泛分布于我國的云貴高原、四川東部、廣西、等地區(qū)的低山、丘陵地帶頂部和山間盆地、洼地、緩坡及坡腳地段。黔、桂、滇等地古溶蝕地面上堆積的紅粘土層，

7、由于基巖起伏變化及風化深度的不同，造成其厚度變化極不均勻。（2）紅粘土的一般物理力學特征 天然含水量高。一般為4060，高達90。 密度小。天然孔隙比一般為1.4-1.7，最高2.0，具有大孔性。 高塑性。液限一般為6080，高達110；塑限一般為4060，高達90。 由于塑限很高，所以盡管天然含水量高，一般仍處于堅硬或硬可塑狀態(tài)，但是其飽和度一般在90以上，因此，甚至堅硬粘土也處于飽水狀態(tài)。 一般呈現(xiàn)較高的強度和較低的壓縮性。 不具有濕陷性，但失水后收縮劇烈，原狀土體積收縮率25，而擾動土可達4050。強度降 低天然含水量、孔隙比和壓縮性深度增 高深度紅粘土類型含水比自然邊坡角直剪快剪內(nèi)聚力

8、內(nèi)摩擦角平均值原生殘積紅粘土小于0.7大于40035kPal6030，次生坡積紅粘土0.70.8小于30030kPa9010，原生殘積紅粘土與次生坡積紅粘土如貴州黔西某地不同成因類型紅粘土的物理力學性質物理力學指標的變化規(guī)律含水鐵鋁氧化物及硅酸鹽礦物，脫水變?yōu)檠趸F鋁，使土染成褐紅至磚紅色。（1）在確定紅粘土地基承載力時，應按地區(qū)的不同，隨埋深變化的濕度和上部結構情況，分別確定之。因為各地區(qū)的地質地理條件有一定的差異，使得即或同一省內(nèi)各地，如貴州省的水城與貴陽、貴陽與遵義等，同一成因和埋藏條件下的紅粘土的地基承載力都不同。5.確定紅粘土地基承載力的幾個原則問題： （2）紅粘土作為天然地基，在無

9、凍脹影響地區(qū)、無特殊地質地貌條件和無特殊使用要求的情況下，基礎宜盡量淺埋，把土層堅硬或硬可塑狀態(tài)的土層作為地基的持力層，既可充分利用表層紅粘土的承載能力，又可節(jié)約基礎材料，便于施工。（3）紅粘土一般強度高，壓縮性低，對于一般建筑物，地基承載力往往由地基強度控制，而不考慮地基變形。但從貴州地區(qū)的情況來看，由于地形和基巖面起伏往往造成在同一建筑地基上各部分紅粘土厚度和性質很不均勻，從而形成過大的差異沉降，往往是天然地基上建筑物產(chǎn)生裂縫的主要原因。在這種情況下，按變形計算地基對于合理地利用地基強度，正確反映上部結構及使用要求具有特別重要的意義，特別對五層以上建筑物及重要建筑物應按變形計算地基。（三）

10、膨脹土膨脹土的分布：我國是世界上膨脹土分布廣、面積大的國家之一，在廣西、云南、湖北、河南、安微、四川、河北、山東、陜西、江蘇、貴州和廣東等地均有不同范圍的分布。 2.膨脹土的特征 顏色有灰白、棕、紅、黃、褐及黑色。 粒度成分中以粘土顆粒為主，粉粒其次，砂粒最少。 礦物成分中粘土主要是礦物，以伊利石為主，少量以蒙脫石為主，高嶺石含量較低。 以片狀或扁平狀粘土顆粒相互聚集形成的結構基本單元體，決定著膨脹土的脹縮性及強度，微孔隙、微裂隙的普遍發(fā)育，為水分的進出遷移創(chuàng)造了條件。 脹縮強烈，膨脹時產(chǎn)生膨脹壓力，收縮時形成收縮裂縫，長期反復脹縮使土體強度迅速衰減，導致修建在膨脹土上的工程建筑物開裂、下沉、

11、失穩(wěn)破壞。 3.膨脹土的工程性質(3）強度衰減性。天然狀態(tài)下，膨脹土結構緊密、孔隙比小，常被誤認為是良好的天然地基。當膨脹土遇水浸濕后，強度很快衰減，凝聚力小于100 kPa，有的甚至接近飽和淤泥的強度。（4）超固結性。膨脹土受到的應力史中，曾受到比現(xiàn)在土的上覆自重壓力更大的壓力，因而孔隙比小，壓縮性低。但是一旦開挖，遇水膨脹，強度降低，造成破壞。（5）弱抗風化性。膨脹土極易產(chǎn)生風化破壞作用，土體開挖后，在風化營力的作用下，很快會產(chǎn)生破裂、剝落和泥化等現(xiàn)象，使土體結構破壞，強度降低。（1）強親水性。膨脹土的粒度成分以粘粒含量為主，粘粒粒徑很小，比表面積大，在水溶液中吸引極性水分子和水中離子，呈

12、現(xiàn)出強親水性。（2）多裂隙性。膨脹土中裂隙十分發(fā)育，是區(qū)別于其他土的明顯標志。（四）填土填土素填土雜填土沖填土素填土碎石素填土砂性素填土粉性素填土粘性素填土1.素填土 為由碎石、砂土、粉土或粘性土等一種或幾種材料組成的填土，其中不含雜質或雜質很少 。 素填土的工程性質取決于它的密實度和均勻性。在堆填過程中，未經(jīng)人工壓實者，一般密實度較差，但堆積時間較長，能達到一定密實度。如堆填時間超過l0年的粘性土，超過5年的粉土，超過2年的砂土，均具有一定的密實度和強度，可以作為一般建筑物的天然地基。 素填土地基的不均勻性。要注意素填土地基不均勻沉降問題。 壓實填土的壓實質量、密實度，是利用填土地基的關鍵。工程地質問題2.雜填土雜填土為含有大量雜物的填土。按其組成物質成分和特征分為： 建筑垃圾土：主要為碎磚、瓦礫、朽木等建筑垃圾夾土石組成，有機質含量較少； 工業(yè)廢料土：由工業(yè)廢碴、廢料，諸如礦碴、煤碴、電石碴等夾少量土石組成； 生活垃圾土：由居民生活中拋棄的廢物，諸如爐灰、