C05第四紀(jì)堆積物

1、1第5章第四紀(jì)堆積物5.15.25.35.45.5土的組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)土的工程分類土的成因類型特征特殊土的主要工程性質(zhì)地表巖石破壞搬運沉積土的形成25.1 土的組成與結(jié)構(gòu)構(gòu)造土(soil)是巖石在風(fēng)化作用后經(jīng)搬運作用或在原地或在異地各種環(huán)境下形成的堆積物。35.1.1 土的粒度成分土的粒度成分(size fraction)是決定土的工程性質(zhì)的主要內(nèi)在因素之一，因而也是土的類別劃分的主要依據(jù)。1.粒組劃分、組成與土的工程性質(zhì)關(guān)系43.粒度分析(particle size analysis)及其成果表示由級配曲線可以直觀地判斷土中各粒組的含量情況，如果曲線陡峻(曲線C)，表示

2、土粒大小均勻，級配不好；反之，曲線平緩（曲線B），則表示土粒大小不均勻，但級配良好。2.粒度成分對土木工程影響的實質(zhì)：比表面不同、礦物不同55.1.2 土的礦物成分（1）原生礦物原生礦物是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎但成分沒有發(fā)生變化的礦物碎屑。常見的原生礦物有石英、長石、云母、角閃石、輝石、橄欖石、石榴石等。（2）不溶于水的次生礦物組成土的這類礦物主要有：黏土礦物 、次生SiO2 、倍半氧化物。（3）可溶性次生礦物可溶性次生礦物又叫水溶鹽，按其在水中的溶解度又分為易溶鹽、中溶鹽和難溶鹽三類。（4）有機質(zhì)在自然界一般土，特別是淤泥質(zhì)土中，通常都含有一定數(shù)量的有機質(zhì)，當(dāng)其在黏性土中的含量達到或超過5時，就

3、開始對土的工程性質(zhì)具有顯著的影響。6高 嶺 石伊 利 石蒙 脫 石75.1.3 土中水1.土中水的概念2.結(jié)合水結(jié)合水是指受分子引力、靜電引力吸附于土粒表面的土中水。1）強結(jié)合水：土粒的靜電引力強度是隨離開土粒表面的距離增大而減弱的，靠近土粒表面的水分子，受到土粒的強烈吸引(可達10002000MPa)，而失去自由活動能力，整齊地排列起來。這部分水稱為強結(jié)合水，又叫吸著水。2）弱結(jié)合水：距離土粒表面稍遠的水分子，受到土粒的吸引力減弱，有部分活動能力，排列疏松不整齊，這部分水叫弱結(jié)合水，又叫薄膜水。83.非結(jié)合水非結(jié)合水為土?？紫吨谐鐾亮１砻骒o電引力作用范圍的一般液態(tài)水。主要受重力作用控制，能

4、傳遞靜水壓力和溶解鹽分，在溫度0左右凍結(jié)成冰。典型的代表是重力水，界于重力水和結(jié)合水之間的過渡類型水為毛細水。1）毛細水毛細水是由于毛細作用保持在土的毛細孔隙中的地下水。2）重力水(或稱自由水)重力水是存在于較粗大孔隙中，具有自由活動能力，在重力作用下流動的水，為普通液態(tài)水。3）氣態(tài)水和固態(tài)水氣態(tài)水以水汽狀態(tài)存在，嚴(yán)格地講應(yīng)屬土的氣相部分。固態(tài)水就是冰，以冰夾層、冰透鏡體和細小冰晶等形式存在于土中。 9105.1.4 土中氣體氣體也是土的組成部分之一，土中氣體成分以O(shè)2、CO2及N2為主，此外尚有CH2、H2S等，基本上與大氣的成分相一致。但土中各種氣體的相對含量與大氣有很大差別，土粒對氣體的

5、吸附強度依次為：CO2N2O2H2，因而導(dǎo)致CO2在土中相對含量可高達10，而CO2在大氣中僅占0.03。土中的氣體按存在狀態(tài)分為吸附氣體、游離氣體和密閉氣體。5.1.5 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造是其物質(zhì)成分的連結(jié)特點、空間分布和變化形式。1.土的結(jié)構(gòu)1)單粒結(jié)構(gòu)特征單粒結(jié)構(gòu)，也稱散粒結(jié)構(gòu)，是碎石(卵石)、礫石類土和砂土等無黏性土的基本結(jié)構(gòu)形式。土的固體顆粒電鏡資料11122)集合體結(jié)構(gòu)特征集合體結(jié)構(gòu)，也稱團聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)。對集合體結(jié)構(gòu)，根據(jù)其顆粒組成、連結(jié)特點及性狀的差異性，可分為蜂窩狀結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)兩種類型。132.土的構(gòu)造在一定土體中，結(jié)構(gòu)相對均一的土層單元體的形態(tài)和組合特征，稱為

6、土的構(gòu)造。1）對于碎石土、粗石狀構(gòu)造和假斑狀構(gòu)造是最普遍的。2) 對于砂土和砂質(zhì)粉土，各種不同形式的夾層、透鏡體或交錯層構(gòu)造，較為普遍。3) 在黏性土中，常見有層狀、顯微層狀構(gòu)造及各種裂隙、節(jié)理構(gòu)造。145.2 土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)5.2.1 土的三相比例指標(biāo)表示土的三相比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)，亦即土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)，包括土的顆粒相對密度、重度、含水量、飽和度、孔隙比和孔隙率等。151.土的顆粒相對密度（顆粒比重）土粒重量與同體積的4時水的重量之比，稱為顆粒比重，它在數(shù)值上為單位體積土粒的重量。2.土的重度單位體積土的重量稱為土的重度。3.土的干重度、飽和重度 和浮重度土單

7、位體積中固體顆粒部分的重量，稱為土的干重度。土孔隙中充滿水時的單位體積重量，稱為土的飽和重度。在地下水位以下，單位土體積中土粒的重量扣除浮力后，即為單位土體積中土粒的有效重量，稱為土的浮重度或水下重度。164.土的含水量土中水的重量與土粒重量之比，稱為土的含水量，以百分?jǐn)?shù)計。5.土的飽和度土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，稱為土的飽和度，以百分率計。6.土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比。土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。17指標(biāo)的換算關(guān)系：三個基本指標(biāo)（顆粒相對密度、含水量和重度）18195.2.2 無黏性土的緊密狀態(tài)無黏性土一般指碎石土和砂

8、土，粉土屬于砂土和黏性土的過渡類型，但是其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)主要接近砂土(特別是砂質(zhì)粉土)，故列入無黏性土的工程特征問題一并討論。1. 影響無黏性土緊密狀態(tài)的因素（1）受荷歷史和形成環(huán)境（2）顆粒組成、礦物成分及顆粒形狀2. 無黏性土緊密狀態(tài)指標(biāo)（1）天然孔隙比20（2）相對密度21（3）標(biāo)貫擊數(shù)N（4）其它如Es、fk等。225.2.3 黏性土的物理特征黏性土的物理狀態(tài)因其顆粒很細，與水作用很強烈，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與無黏性土差別很大，工程性質(zhì)也與無黏性土差別很大。1. 影響?zhàn)ば酝列再|(zhì)的主要因素及指標(biāo)影響?zhàn)ば酝列再|(zhì)的主要因素包括受荷歷史和形成環(huán)境、黏性土的含水量、黏性土中所含礦物的膠體活動性

9、、黏性土遇水膨脹和失水收縮的程度、黏性土的耐崩解特性以及黏性土壓實的最優(yōu)含水量等。黏性土的主要特性指標(biāo)包括黏性土的界限含水量（包括液限、塑限和縮限）、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、活動性指數(shù)以及最優(yōu)含水量等。2. 黏性土的界限含水量3. 黏性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)（1）塑性指數(shù)（2）液性指數(shù)23245.2.4 土的力學(xué)性質(zhì)1. 土的壓縮性（1）土壓縮變形的特點與機理土的壓縮性是指土在壓力作用下體積壓縮變小的性能。（2）壓縮曲線和壓縮性指標(biāo)1）壓縮試驗和壓縮曲線25壓縮曲線的形狀與土樣的成分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)以及受力歷史等有關(guān)。一般情況下，高壓縮性土的壓縮曲線較陡；低壓縮性土的壓縮曲線比較平緩；原狀土因有結(jié)構(gòu)連

10、結(jié)，壓縮性較小，壓縮曲線較平緩；而擾動土因結(jié)構(gòu)破壞，壓縮性較大，壓縮曲線較陡。同一種土因其含水量和受力歷史不同，壓縮曲線形態(tài)會不一樣。262)土的壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)273）壓縮模量根據(jù)壓縮試驗資料還可以求得另一個常用的壓縮性指標(biāo)壓縮模量。壓縮模量是指土在有側(cè)限條件受壓時，在受壓方向上的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之間的比值。4）土的變形模量土的變形模量是指土在無側(cè)限壓縮條件下，壓應(yīng)力與相應(yīng)的壓縮應(yīng)變的比值。2. 土的抗剪強度土的抗剪強度是指土抵抗剪切破壞的極限強度。許多建筑物地基的破壞、人工和自然斜坡的滑動以及擋土墻移動和傾倒等，都是由于土內(nèi)的剪應(yīng)力超過其本身的抗剪強度而引起的。因此，研究土的強度特性，主

11、要是研究土的抗剪性。目前，研究土的抗剪強度的途徑，主要是模擬土剪切破壞時的應(yīng)力和工作條件，利用室內(nèi)或現(xiàn)場儀器進行土的剪切試驗。28295.3 土的工程分類1. 土按堆積年代分類可以分為老堆積土、一般堆積土和新近堆積土。2. 土按地質(zhì)成因分類可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、淤積土、冰積土和風(fēng)積土。3. 土按有機質(zhì)含量分類可分為無機土、有機質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭。4. 特殊土特殊土有：濕陷性土、紅黏土、軟土、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土、污染土。5. 土按顆粒級配和塑性指數(shù)分類可分為碎石土、砂土、粉土和黏性土。30巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021-2001）堆積年代劃分老堆積土：第

12、四紀(jì)晚更新世及其以前堆積的土層，一般呈超固結(jié)狀態(tài)，具有較高的結(jié)構(gòu)強度。一般沉積土：第四紀(jì)全新世（文化期以前）堆積的土層。新近沉積土：第四紀(jì)文化期以來堆積的土層，一般呈欠壓密狀態(tài)，結(jié)構(gòu)強度低。31顆粒級配和塑性指數(shù)劃分碎石土、砂土、粉土和黏性土。1.碎石土(crushed stone)粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量50的土。根據(jù)顆粒級配和顆粒形狀碎石土又可分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫。322.砂土(sand)粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50，粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50的土。根據(jù)顆粒級配分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。333.粉土(silt)粒徑大于

13、0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量50，且塑性指數(shù)小于或等于10的土。必要時，可根據(jù)顆粒級配分為砂質(zhì)粉土(粒徑小于0.005mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量10)和黏土粉土(粒徑小于0.005mm顆粒質(zhì)量等于或超過總質(zhì)量10)。344.黏性土(cohesive soil)塑性指數(shù)Ip大于10的土。根據(jù)塑性指數(shù)分為粉質(zhì)黏土(1017)。35365.4 土的成因類型特征沖積土風(fēng)積土冰積土洪積土淤積土殘積土坡積土37殘積土殘積土：巖石經(jīng)風(fēng)化后未被搬運而殘留于原地的碎屑物質(zhì)所組成的土體，它處于巖石風(fēng)化殼的上部。其粒度成分和礦物成分受氣候和母巖巖性的控制。工程性質(zhì)：孔隙度、強度、壓縮性，均質(zhì)性差，但具有一定

14、的結(jié)構(gòu)強度。原位測試強度室內(nèi)測試值。38坡積土(slope soil)：雨水將山坡高處的風(fēng)化碎屑物順坡沖洗，堆積在較平緩的山坡腳處而形成。工程性質(zhì)：結(jié)構(gòu)疏松，一般具較高的壓縮性。坡積形成的黃土濕陷性較大。39洪積土洪積土(pluvial soil)：由暴雨形成的暫時性山洪急流帶來的碎屑物質(zhì)在山溝出口處堆積而成。分選性較好，離山前較近的洪積土顆粒粗，地下水位埋藏深，具有較高的承載力，壓縮性低，是工民建的良好地基。離山較遠的地帶，洪積土的顆粒細，透水性不好，土質(zhì)弱，承載力低，作為建筑物地基時應(yīng)慎重對待。分選性：碎屑顆粒粗細均勻程度，大小均勻者，分選性好，大小混雜者，分選性差。40河床相沖積土沖積土

15、(alluvial soil)：由河流的流水作用將碎屑物質(zhì)搬運到河谷坡降平緩的地帶堆積而成。河床相沖積土：在河流上游多是粗大的石塊、礫石和粗砂，中下游或平原地區(qū)沉積物變細，磨圓度好，厚度很大。古河床相土的壓縮性低，強度高?，F(xiàn)代河床堆積物的密實度差，透水性強，若作為水工建筑物的地基將引起壩下滲漏。飽水砂土還可能由于振動而引起液化。河漫灘相沖積土41河漫灘相沖積土：是在洪水期河水漫溢河床兩側(cè)，攜帶碎屑物質(zhì)堆積而成。土粒較細，可以是粉土、粉質(zhì)黏土或黏土，并夾有淤泥或泥炭等軟弱土層，覆蓋于河床相沖積土之上，形成上細下粗的“二元結(jié)構(gòu)”。牛軛湖相沖積土：是在廢河道形成的牛軛湖中沉積的松軟土，顆粒很細，常含

16、大量有機質(zhì)，有時形成泥炭。壓縮性很高，承載力很低，不宜作為建筑物的天然地基。牛軛牛軛湖相沖積土42河口（?？冢┤侵尴鄾_積土43河口（?？冢┤侵尴鄾_積土：通常是淤泥質(zhì)土或典型淤泥。面積寬廣而厚度極大。不宜作為建筑物的天然地基。但表層硬殼層，有時可用作低層建筑物的地基。44湖積土湖積土( limnetic soil )：湖浪沖蝕湖岸形成的碎屑物質(zhì)在湖邊沉積而形成的。近岸帶沉積的多是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土，遠岸帶則是細顆粒的砂土和粘性土。湖心沉積物：由河流攜帶的細小懸浮顆粒到達湖心后沉積形成，主要是黏土和淤泥，常夾有細砂、粉砂薄層，土的壓縮性高，強度低。沼澤土：主要由半腐爛的植物殘體泥炭組成，

17、含水量極高，承載力極低，不宜作天然地基。45海積土海積土(marine sediment)：海洋中靠近海岸的淺海至深海地帶堆積形成的土 。濱海沉積物：主要由卵石、圓礫和砂組成，承載力較高。淺海沉積物：主要由細粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學(xué)沉積物組成，有層理構(gòu)造，較疏松，含水量高，壓縮性大而強度低。深海沉積物：主要是有機質(zhì)軟泥。46冰積土冰積土(marine sediment)：碎屑物質(zhì)或塊石在冰川作用的搬運下，在谷地或溝口堆積所形成的土 。分選性極差,石料占多數(shù),但冰水沉積物可有一定成層性、分選性。47風(fēng)積土(aeolian soil)：在巖石風(fēng)化碎屑物質(zhì)經(jīng)風(fēng)力搬運作用至異地降落，堆積所形成的

18、土 。工程性質(zhì)：土質(zhì)均勻，質(zhì)純，孔隙大，結(jié)構(gòu)松散。最常見的是風(fēng)成砂及風(fēng)成黃土，風(fēng)成黃土具有濕陷性。風(fēng)積土485.5 特殊土的主要工程性質(zhì)定義：具有特殊的成分、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特征而且具有特殊工程性質(zhì)的土。特殊性土的種類有：沿海及內(nèi)陸靜水沉積的淤泥類軟土 南方和中南地區(qū)的膨脹土 西南亞熱帶濕熱氣候條件下的紅黏土 西北、華北干旱氣候區(qū)的黃土 西北、華北干旱氣候區(qū)的鹽漬土高緯度、高海拔寒冷氣候區(qū)的凍土各地人類工程活動的人工填土 5.5.1 軟土軟土是天然含水量大、壓縮性高、承載力和抗剪強度很低的呈軟塑流塑狀態(tài)的黏性土。軟土可以細分為軟黏性土、淤泥質(zhì)土、淤泥、泥炭質(zhì)土和泥炭等。淤泥質(zhì)土4950地基的一個主要

19、問題，表現(xiàn)為建筑物的沉降量大而不均勻、沉降速率大以及沉降穩(wěn)定歷時較長等特點。在軟土地基上修建建筑物時，一般應(yīng)做基礎(chǔ)處理或采用樁基礎(chǔ)，同時考慮上部結(jié)構(gòu)與地基的共同工作，確定應(yīng)采取的建筑措施、結(jié)構(gòu)措施和基礎(chǔ)處理方法，以減少軟土地基上建筑物的不均勻沉降。1.軟土的分布沿海地區(qū)濱海相、瀉湖相、三角洲相；內(nèi)陸平原或山區(qū)的湖相和沖積洪積沼澤相。2.軟土的工程性質(zhì)軟土的工程特性主要有含水量高、孔隙性高、滲透性低、壓縮性高、抗剪強度低并有較顯著的觸變性和蠕變性。3.軟土中工程地質(zhì)問題的防治軟土具有壓縮性高、強度低等特性，因此變形問題是軟土515.5.2 濕陷性黃土黃土：是在干旱、半干旱氣候條件下形成的一種特殊

20、土。分布: 我國西北及華北地區(qū),面積約63萬km2。黃土地52堆積年代劃分老黃土：形成于下（早）更新世的午城黃土和中更新世的離石黃土。新黃土：上（晚）更新世的馬蘭黃土及全新世下部的次生黃土。新近堆積黃土：近幾十年至近幾百年形成的最近堆積物。黃土成因劃分黃土的工程性質(zhì)特征：黃色、褐黃色及灰黃色。以粉粒（0.050.005mm）為主，富含碳酸鈣，孔隙比e1.0，肉眼可見大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，常呈現(xiàn)直立的天然邊坡。工程特性：1.2.3.4.5.塑性較弱含水較少，堅硬硬塑狀態(tài)壓實程度差，孔隙比高，孔隙大抗水性弱，遇水強烈崩解，濕陷明顯透水性較強，且呈各向異性6. 強度較高，粒間連接較強，壓縮性中等。5

21、354黃土的工程地質(zhì)問題黃土濕陷性：在一定壓力下受水浸潤后,結(jié)構(gòu)迅速破壞而產(chǎn)生顯著沉陷的性質(zhì)。濕陷類型自重濕陷：自重壓力下發(fā)生的濕陷；非自重濕陷：外荷載作用下產(chǎn)生的非自重濕陷。黃土濕陷性判別：經(jīng)驗法一般老黃土（午城黃土及大部分離石黃土）無濕陷性。新黃土（馬蘭黃土及新近堆積黃土）及離石黃土上部有濕陷性。55s0.02為非濕陷性黃土；0.02s0.03輕微濕陷性黃土；0.030.07強烈濕陷性黃土。公式法濕陷系數(shù)s ：由室內(nèi)浸水壓縮試驗測得的黃土樣在某種規(guī)定壓力下的濕陷量與土樣原始高度的比值。保持天然的濕度和結(jié)構(gòu)的土樣，加壓至一定壓力時，下沉穩(wěn)定后的高度（mm）上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，

22、下沉穩(wěn)定后的高度（mm）土樣的原始高度（mm）。565.5.3 紅黏土定義：由石灰?guī)r、白云巖等（屬碳酸鹽類巖石）在亞熱帶溫濕氣候條件下，經(jīng)風(fēng)化、殘積、坡積所形成的褐紅色粘性土。紅黏土57碳酸鹽巖系出露區(qū)的巖石，經(jīng)紅土化作用形成的棕紅，褐黃等色，液限等于或大于50%的高塑性黏土稱為紅黏土。紅黏土及次生紅黏土廣泛分布于我國的云貴高原、四川東部、廣西、粵北及鄂西、湘西等地區(qū)的低山、丘陵地帶頂部和山間盆地、洼地、緩坡及坡腳地段。1.結(jié)構(gòu)特征和礦物組成紅黏土的主要礦物成分為高嶺石、伊利石、綠泥石，是碳酸鹽類以及其他類巖石的風(fēng)化后期產(chǎn)物.582.紅黏土的特點和性質(zhì)1)天然的含水量高，一般為4060，有的高

23、達90。2)孔隙比大，天然孔隙比一般為1.41.7，最高2.0，具有大孔性。3)高塑性。液限一般為6080，高達110；塑限一般為4060，高達90；塑性指數(shù)一般為2050。4)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)，液性指數(shù)一般小于0.25。但是其飽和度一般在90以上，因此，甚至堅硬黏土也處于飽水狀態(tài)。5)一般呈現(xiàn)較高的強度和較低的壓縮性。6)不具有濕陷性，原狀土浸水后膨脹量很小，但失水后收縮劇烈。7)各種指標(biāo)的變化幅度很大，具有高分散性。8)具有表面收縮、上硬下軟、裂隙發(fā)育的特征。9)透水性微弱，多為裂隙潛水和上層滯水。59紅黏土的主要工程地質(zhì)問題脹縮問題：紅黏土具

24、有浸水膨脹和失水收縮的特性，對地基或建筑物的挖方地段影響較大，工程中應(yīng)予以充分重視；裂隙問題：紅黏土土層厚度嚴(yán)重不均，裂隙相當(dāng)發(fā)育，裂隙與水共同作用，將導(dǎo)致邊坡土體散落、崩塌等病害的發(fā)生；同時也軟化土層，降低強度，促進土洞的發(fā)生發(fā)展和地面塌陷。605.5.4 膨脹土膨脹土：粘粒成分主要由強親水黏土礦物（蒙脫石、伊利石）組成，并在吸水時能表現(xiàn)明顯的膨脹和失水時能表現(xiàn)明顯的收縮性的高塑性黏土。膨脹土61膨脹土的工程地質(zhì)特性1）低含水量，呈堅硬硬塑狀態(tài)；2）孔隙比小，密度大；3）高塑性，含黏粒及粉粒為主；4）具膨脹力,自由膨脹量40%；5）天然狀態(tài)下壓縮性低，承載力高，但由于干縮裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性差。浸水后或被擾動時,強度驟然降低。影響脹縮變形的主要因素1）主要內(nèi)在因素有土的黏粒含量和蒙脫石含量、土的天然含水量和密實度及結(jié)構(gòu)強度等；2）主要外部因素為氣候條件、地形地貌及建筑物地基不同部位的日照、通風(fēng)及局部滲水