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1、第3章 第四纪沉积物及其工程地质特征第四纪（Quaternary）是地质年代中新近的一个纪，第四纪沉积物（diposit）是指第四纪所形成的各种堆积物。它是由地壳的岩石风化后，经风、地表流水、湖泊、海洋、冰川等地质作用的破坏，搬运和堆积而形成的现代沉积层。其沉积历史不长，硬结成岩作用较低，是一种松散的沉积物。由于沉积环境比较复杂，沉积物的性质、结构、厚度在水平方向或垂直方向都具有很大的差异性。下面介绍主要的第四纪沉积物的形成和工程地质特征。3.1 风化作用及残积土3.1.1 风化作用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
2、的碎屑性物质，这种作用称为风化作用（weathering）。岩石的风化可分为物理风化（physical weather-ing）、化学风化（chemical weathering）和生物风化（biological weathering）作用等3种类型：（1）物理风化作用是指岩石破碎成各种大小的碎屑而成分不发生变化的机械破坏作用。（2）化学风化作用是指岩石在水和各种水溶液的作用下所引起的破坏作用。1）水化作用2）氧化作用3）碳酸盐化作用指岩石在二氧化碳和水的作用下形成碳酸盐化合物。例如：4）溶解作用自然界的水能直接溶解岩石使岩石破坏，例如：（3）生物风化作用是指岩石由生物活动所引起的破坏作用。3
3、.1.2 岩石风化程度的划分和防止风化的措施工程中防止岩石风化的措施有：（1）覆盖防止风化营力入侵的材料（2）灌注胶结和防水材料（3）加强排水3.1.3 残积土岩石风化后产生的碎屑物质，一部分被风和大气降水带走，一部分残留在原地，这种残留在原地的岩石风化碎屑物称为残积土（residual soil）。3.2 地表流水的地质作用及坡积土、洪积土、冲积土3.2.1 地表暂时流水的地质作用及坡积土、洪积土（1）雨水、溶雪水的地质作用及坡积土1）下卧基岩表面的坡度及其形态2）坡积土本身的性质3）下卧基岩的性质4）坡积土的破坏情况5）不均匀沉降问题图3.2.1 坡积土、洪积土、冲积土（2）山洪急流的地质
4、作用及洪积土1）冲沟冲沟是暂时性流水流动时冲刷地表所形成的沟槽。冲沟形成的主要条件有：较陡的斜坡；斜坡由疏松的物质构成（如黄土、粘土等）；降水量多，尤其是多暴雨和骤然大量融雪水的地区容易形成冲沟。此外，斜坡上无植被覆盖，人为的不合理的开发，以及废水排泄不当等也能促进冲沟的发生和发展。在我国黄土地区如甘肃、山西及陕西等地冲沟极为发育。冲沟的发展可分为4个阶段（如图3.2.2）：图3.2.2 冲沟的发展阶段初始阶段下切阶段平衡阶段衰老阶段2）洪积土图3.2.3 洪积扇用工程观点评价洪积土，可把全区分为3个工程地质分带（图3.2.5）。图3.2.4 土的层理构造1表土层；2淤泥夹粘土透镜体；3粘土尖
5、灭层；4砂土夹粘土层；5砾石层；6石灰岩层图3.2.5 洪积土剖面图a.靠近山区地带（带）。b.离山区远的（前沿）地带（带）。c.中间过渡地带（带）。3.2.2 河流的地质作用及冲积土（1）河流的侵蚀作用侵蚀作用（erosion）是指河水冲刷河床，使岩石发生破坏的作用。1）垂直侵蚀2）侧方侵蚀图3.2.6 侵蚀基准面示意图图3.2.7 横向环流示意图（a）河流横向环流；（b）河曲处横向环流断面图图3.2.8 平原河谷横断面图1砾卵石；2中粗砂；3粉细砂；4粉质粘土；5粉土；6黄土；7淤泥（2）河流的蛇曲和改道图3.2.9 凹岸侵蚀凸岸沉积及水流图（细点范围为沉积物）图3.2.10 河曲的发展及
6、河流的改道（3）河流的搬运作用（4）河流的沉积作用1）平原河谷冲积物2）山区河谷冲积土3）山前平原冲积洪积物4）三角洲及溺谷沉积物图3.2.11 三角洲沉积层a顶积层；b前积层；c底积层图3.2.12 河岸阶地的形成过程1为原来河谷的标高；2当地壳下降时，河流坡度减小，形成厚的冲积物；3由于地壳上升，河流冲刷增大，便在河谷中冲刷出一条较狭的河床，在新河床的两侧便形成一级阶地图3.2.13 侵蚀阶地1冲积层；2砂岩；3页岩；4石灰岩图3.2.14 沉积阶地1河漫滩冲积层；2第一阶地冲积层；3第二阶地冲积层；4基岩（5）河岸地区进行建筑应注意的工程地质问题（6）河流侵蚀、淤积作用的治理1）不同类型
7、河床主流线与崩岸位置图3.2.15 不同类型河床主流线与崩岸位置2）防护措施a.护岸工程图3.2.16 砌石护岸和抛石护岸 b.约束水流图3.2.17 丁坝3.3 海洋的地质作用及海相沉积物3.3.1 海洋区域的划分（1）大陆边缘地壳表面的基本形态特征是大陆及海洋盆地。（2）大陆架1953年国际委员会的定义，大陆架（conti-nental shelf）是指大陆周围的浅水地带。图3.3.1 大陆水下边缘底部地形要素示意图1海面；2岸坡及底部表面；3边缘地槽表面A大陆边缘；B大陆架；C大陆坡D大陆坡脚；E内陆架；F外陆架（3）海岸带海岸带是指海陆相互作用最活跃的地带。图3.3.2 海岸带结构示意
8、图1海岸带；2海岸；3潮间带4水下岸坡；5高潮位；6低潮位图 3.3.3 海洋按深度分带示意图3.3.2 海洋的地质作用及海相沉积物（1）海洋的破坏作用（2）海洋的沉积作用1）海岸带沉积物图3.3.4 海滩、砂坝、海岸阶地1基岩；2，3松散岩石；4砂和卵石a海滩；b海岸砂坝；c，d海滨阶地；e砂礁2）浅海带沉积物3）次深海带及深海带沉积物3.3.3 海岸稳定性的评价海浪冲击海岸，能使海岸失去稳定，产生滑坡和崩塌，位于岸边的建筑如码头、道路及住宅等也随之破坏。因此，在海岸地区进行建筑时，必须对海岸的稳定性进行评价。图3.3.5 岩层以陡倾角倾向海面时海岸受冲刷的情形图3.3.6 岩层以缓倾角倾向
9、海面时海岸受冲刷的情形3.3.4 海岸及沿岸建筑物的防护方法（1）整流工程图3.3.7 水平岩层的海岸受冲刷的情形图3.3.8 岩层倾向陆地时受冲刷的情形图3.3.9 防波堤及其作用示意图图3.3.10 漂浮防波堤(14为飘浮物的相继位置以及历次形成的砂嘴位置）图3.3.11 破浪堤及其作用1修筑破浪堤前；2修筑后1年；3修筑后4年图3.3.12（a）波浪拍击直立护岸墙的情况；（b）波浪拍击凹面护岸墙的情况（2）直接防蚀工程3.3.5 海岸带工程地质研究的一般原则（1）搜集水文气象资料（2）野外地形调查3.4 湖泊的地质作用及湖沼沉积物3.4.1 湖泊的地质作用及湖相沉积物（1）湖泊的破坏作用
10、湖的面积较大，由于风的作用及湖水的涨落，能产生湖浪及湖流，冲蚀湖岸，使岸壁破坏。（2）湖泊的沉积作用湖泊的沉积物称为湖相沉积层。3.4.2 沼泽及沼泽沉积物（1）沼泽的形成沼泽（marsh）是上面覆盖有泥炭层的过分潮湿的地区。（2）沼泽沉积层的特征及处理措施3.5 冰川的地质作用及冰碛土3.5.1 冰川的地质作用（1）刨蚀作用（2）搬运作用（3）沉积作用图3.5.1 冰蚀地形3.5.2 冰碛土的特征及其工程地质评价图3.5.2 底碛、中碛、侧碛a底碛；b中碛；c侧碛3.6 风的地质作用及风积土3.6.1 风的地质作用及风积土（1）风的破坏作用1）吹扬作用2）磨蚀作用（2）搬运作用（3）沉积作用1）风成砂2）风成黄土3.6.2 风砂的危害及其防治图3.6.1 新月砂丘的平面及剖面图