土木工程地质学 03第三章土.pps

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1、第三章第三章 土土(soil)第二节 风化作用及其松散堆积物主要内容第三节 地面流水地质作用及其松散堆积层第四节 其他成因的松散堆积层第五节 特殊土的工程地质特性第一节 土的形成1图 3-1 地基、基础和上部结构示意图B-基础宽度；D-基础砌置深度土在工程上的作用：1.作为建筑物的地基；2.作为建筑材料；3.作为建筑物周围的介质环境；2地表岩石破坏搬运沉积第一节 土的形成3 残积土 （Qel）坡积土 （Qdl）洪积土 （Qpl）冲积土（Qal）湖积土（Ql）冰积土 （Qgl）风积土 （Qeol）海积土（Qm）土的成因类型4风化作用风化作用(weathering)：在地表条件下，自然界的岩石受大

2、气、水、生物等因素影响，在原地发生机械崩解或化学分解，形成松散堆积物的过程。风化类型：物理风化化学风化生物风化第二节 风化作用及其松散堆积物5球状风化图解 温差风化物理风化物理风化(physical weathering)6摄于三峡工程工区7 冰劈作用盐类结晶胀裂作用物理风化的结果 破坏岩石的完整性8化学风化(chemical weathering)溶解作用：可溶性岩石被水溶解。水化作用：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。碳酸化作用：水中含有co2时使水解作用加剧。氧化作用：低价化合物变为高价。化学风化的结果 改变岩石的成分，

3、形成次生矿物。9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10岩性地质构造气候地形地下水影响岩石风化的因素：11岩石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。12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土层称为风化壳风化壳(crust of weathering)。土壤残积层半风化岩石基岩13岩石风化程度划分：岩石风化程度划分：岩土工程勘察规范（GB 500212001）和建筑地基基础设计规范（GB 500072002）的划分

4、方案：全、强、中、微、未风化带。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。14 岩石风化程度划分表 岩土工程勘察规范（GB 500212001）风化程度特 征残积土组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性全风化结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。强风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，用镐可挖，干钻不易钻进。中等风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进。微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。未风化岩质新鲜，偶见风

5、化痕迹15花岗岩全、强中风化带摄自三峡工程左岸永久船闸边坡16风化分带的意义：1.根据岩石风化的深度及其分布情况，选择适 于修建建筑物的地点；2.确定重大建筑物的地基中需要挖除的岩土风化层的厚度；3.根据岩石风化速度确定合理的边坡坡度，以及确定基坑、路堑保持开敞状态的安全期限；4.确定防止岩石风化的措施。17岩石风化的治理方法:1.1.挖除挖除 2.2.防治防治:1)覆盖防止风化营力入侵的材料(黏土、水泥、沥青材料);2)灌注胶结和防水的材料;3)整平地区,加强排水;4)预留基坑高程,分段开挖,快速回填。18 岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。残积

6、土(eluvium)：19残积土的工程性质：粒度成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情况还和地形有关。孔隙度、强度、压缩性，均质性差，但具有一定的结构强度。原位测试强度室内测试值。20第三节 地表流水的地质作用及其松散堆积物地表流水有片流、洪流和河流三种方式。(1)在地面汇合成网状薄水层顺自然坡均匀流动的水流称片流片流。(2)由暴雨或融雪形成的暂时性山洪急流称洪流洪流。(3)在固定沟谷中长年流动的水流称河流河流。21 片流将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。地貌上称坡积裙坡积裙。坡积土(diluvium)：22坡积土的工程性质：结构疏松，一般具较高的压缩性。坡

7、积形成的黄土湿陷性较大。23 由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟出口处堆积而成。地貌上称洪积扇。洪积土(proluvium):24新疆天山脚下洪积扇25 分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性低，是工民建的良好地基。离山较远的地带，洪积土的颗粒细，透水性不好，土质弱，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。洪积土的工程性质：26河流侵蚀作用方式：以机械磨蚀为主，化学蚀为辅。河流侵蚀作用方向：下蚀 源蚀 侧蚀27下蚀下蚀(vertical erosion)（长江三峡）28源蚀源蚀(headward erosion)（长江源头）29源蚀作用示意图：

8、30侧蚀侧蚀(lateral erosion)（长江中下游平原）31侧蚀作用原理：图 3-17 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凹岸侵蚀凸岸堆积32 a-a-弯曲河道弯曲河道 b-b-蛇曲蛇曲 c-c-牛轭湖牛轭湖331998年8月2日湖北牌洲湾溃堤34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、牛轭湖沉积、河口三角洲沉积冲积物特点冲积物特点：分选性好，磨圆度高35 河床相冲积土：在河流上游多是粗大的石块、砾石和粗砂，中下游或平原地区沉积物变细，磨圆度好，厚度很大。古河床相土的压缩性低，强度高。现代河床堆积物的密实度差，透水性强，若作为

9、水工建筑物的地基将引起坝下渗漏。饱水砂土还可能由于振动而引起液化。冲积土冲积土(alluvium)：36 河漫滩相冲积土：是在洪水期河水漫溢河床两侧，携带碎屑物质堆积而成。土粒较细，可以是粉土、粉质黏土或黏土，并夹有淤泥或泥炭等软弱土层，覆盖于河床相冲积土之上，形成上细下粗的“二元结构”。图 3-21 河漫滩沉积1-河床沉积物；2-河漫滩冲积层；3-山坡坡积裙37 牛轭湖相冲积土：是在废河道形成的牛轭湖中沉积的松软土，颗粒很细，常含大量有机质，有时形成泥炭。压缩性很高，承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基。38 通常是淤泥质土或典型淤泥。面积宽广而厚度极大。不宜作为建筑物的天然地基。但表层硬壳

10、层，有时可用作低层建筑物的地基。河口（海口）三角洲相冲积土：39湖积土湖积土(lake deposit)：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。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和黏性土。湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是黏土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。沼泽土主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。第四节 其他类型的松散堆积物4041海积土海积土(marine deposit)：滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、淤

11、泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。深海沉积物主要是有机质软泥。4243风积土风积土(eolian deposit)：在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土，最常见的是风成砂和风成黄土。44风蚀作用形成的戈壁荒漠45 由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物。分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。冰积土冰积土(glacial deposit)：46 特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构、工程性质也较特殊的土。是在一定的条件下形成的，其分布有明显的区域性特征。第五节 特殊土的工程地质特性47特

12、殊性土的种类有：沿海及内陆静水沉积的淤泥类软土淤泥类软土 南方和中南地区的膨胀土膨胀土 西南亚热带湿热气候条件下的红黏土红黏土 西北、华北干旱气候区的黄土黄土 西北、华北干旱气候区的盐渍土盐渍土 高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土冻土 各地人类工程活动的人工填土人工填土48 是在静水或水流缓慢的环境中沉积，并有微生物的参与，含有较多有机质的疏松软弱黏性土。分布:沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相；内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相。淤泥类黏土淤泥类黏土(mucky soil)：49 分类：分类：孔隙比e 1.5时,称淤泥;1.5e1.0 时,称淤泥质土;5%有机质含量10%时,称有机质土;10%有

13、机质含量60%时,称泥炭。50工程特性：工程特性：1.含水量高，天然含水量液限，软塑流塑状态。2.透水性低，水平向渗透系数较大。3.压缩性大，强度低，欠压密状态。4.显著的蠕变和触变性(高灵敏度)。5.蠕变蠕变(creep)：在一定荷载下，土的剪切变形随时间增长的特性。6.触变触变(thixotropy)：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。5152 膨胀土膨胀土(expansive soil)：是一种富含亲水性黏土矿物,且随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑性黏土。分布：分布：全国。云南、广西、贵州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地区或河谷高阶地上。图 3-27 因外

14、墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝53特征：特征：1)呈黄褐、灰白、花斑等颜色；2)黏粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等黏 土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常 含铁锰或钙质结核，结构致密；3)表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤 压面。54工程特性：工程特性：1.低含水量，呈坚硬硬塑状态；2.孔隙比小，密度大；3.高塑性，含黏粒及粉粒为主；4.具膨胀力,自由膨胀量40%；5.天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然降低。55 膨胀土地基上建筑物的开裂图 3-27 因外墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝56膨胀土地基上房屋开裂的特点

15、为：山墙呈“倒八字形”，裂缝上宽下窄；外纵墙下端呈水平裂缝，基础向外扭转，墙体上部内倾；房屋角端裂缝严重，而且常伴随着一定的水平位移和转动；地坪多出现平行于外纵墙的通长裂缝；地基反复多次胀缩，使墙体裂缝斜向交叉。57湖南某高架灌渠支墩因膨胀土地基而倾斜58 红黏土红黏土(laterite)：由碳酸盐类岩石在湿热气候条件下，经强烈风化作用而形成的高塑性黏土。分布分布:云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西。低山丘陵地带顶部和山间盆地、缓坡及坡脚地段。59特征：特征：1)呈褐红色,富含铁铝氧化物，黏粒含量很高，具有高度分散性，颗粒细而均匀，黏土矿物以高岭石为主；2)土层中常有石芽、溶洞或土洞分

16、布其间；3)地表裂隙发育；4)沿深度含水量增大，土质由硬变软；5)在水平方向上厚度变化较大，造成地基不均匀性。60工程特性：工程特性：1.高含水量、高塑性，硬塑或可塑状态。2.孔隙比大、低密度、孔隙饱水。3.压缩性低、强度高、地基承载力高。4.浸水后膨胀量小，但失水后收缩剧烈。61红黏土的表表层层，为良好地基。可充分利用其作为天然地基持力层，基础宜尽量浅埋。红黏土的底底层层，接近下卧基岩面附近，尤其在基岩面低洼处，因地下水积聚，常呈软塑流塑状态，强度低，压缩性高，容易引起地基不均匀沉降。应注意查清基岩面起伏状况，并进行必要的处理。对红黏土中的土土洞洞，应查明其部位与大小，进行填充处理。红黏土地

17、基评价：红黏土中的网状裂隙网状裂隙，对土坡和基础有不良影响，基槽应防止日晒雨淋。62黄土黄土(loessal soil)：是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。分布分布:我国西北及华北地区,面积约63万km2。6364黄土分类：按成因分：原生黄土和次生黄土按形成年代分：老黄土和新黄土按湿陷性分：湿陷性黄土和非湿陷性黄土特征：以粉粒为主，富含碳酸钙，肉眼可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡。65工程特性：1.塑性较弱2.含水较少，坚硬硬塑状态3.压实程度差，孔隙比高，孔隙大4.抗水性弱，遇水强烈崩解，湿陷明显5.透水性较强，且呈各向异性6.强度较高，粒间连接较强，压缩性中等。66黄土湿

18、陷性(collapsibility)：在一定压力下受水浸润后,结构迅速破坏而产生显著沉陷的性质。湿陷系数s：由室内浸水压缩试验测得的黄土样在某种规定压力下的湿陷量与土样原始高度的比值。s0.015为湿陷性黄土。湿陷类型：自重湿陷与非自重湿陷。实测或计算自重湿陷量7 cm 时,为自重湿陷性黄土场地。湿陷起始压力:开始出现明显湿陷的压力。67盐渍土盐渍土(saline soil):土中易溶盐含量0.3%。分布分布:滨海型、冲积平原型、内陆型68盐渍土类型：1.氯盐型：氯盐型：具强烈的吸湿性导致土有很大的塑性和压缩性。2.硫酸盐型硫酸盐型：结晶时体积膨胀，失水干燥时体积缩小，周期性松胀变化使土的结构

19、破坏。3.碳酸盐型碳酸盐型：具明显碱性反应。潮湿时具很大的亲水性、塑性膨胀性。69冻土冻土(frozen soil)：温度0并含有冰的土层。分布:高纬度和高寒地区。类型:多年冻土和季节性冻土。70 冻胀性：土在冻结时，由于水分结冰膨胀，土的体积随之增大，地基隆起、开裂和变形。融沉性：冻土在溶化后，体积缩小，地基沉降，强度降低，还伴随下部未冻结土层中的水分向冻结土层迁移，使溶化后土质更差。71黑龙江地区的房屋冻胀图 3-32 嫩林线小杨汽车站房屋冻胀裂缝72图 3-33 某桥冻胀成非对称罗锅形73人工填土人工填土(filling):指由于人类工程活动而形成的土。1)素填土素填土:主要由碎石、砂土

20、或黏性土组成。其工程性质取决于密实度和均匀性。2)杂填土杂填土:建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土。后一种不宜作为建筑物地基。3)冲填土冲填土:系由水力冲填泥沙形成的沉积土。含水量大,透水性弱,排水固结差,一般呈软塑-流塑状态。74复习思考题1.土是怎样形成的？有哪些成因类型？2.什么叫风化作用？风化作用的基本类型及各自的表现形式如何？3.一个完整的岩层风化剖面自下而上可划分 为哪几个风化带？各带的风化程度有何区别？在野外如何判断岩石的风化程度？4.风化分带的工程意义是什么？5.什么叫残积层？试说明残积层的工程地质特征。756什么叫片流？试说明其地质作用特征。7什么叫坡积层？试说明坡积层的工程

21、地质特征及影响坡积层稳定性的主要因素。8试比较残积层与坡积层的异同。9.什么叫山洪急流？其地质作用如何？10冲沟是怎样形成的？厚层黄土地区冲沟的发展可分哪几个阶段？11洪积层有哪些工程特性？以其作为建筑物地基需注意什么问题？7612.河流地质作用表现在哪些方面？河流侧蚀作用和公路建设有何关系？13.何谓冲积层？按其沉积环境的不同，冲积层有哪几类？各有哪些特征？14.如何根据河流沉积作用的特点寻找工程建设所需的有关建筑材料？15.湖积土和海积土有何特性？在沉积分布上有何规律？16.特殊土包括哪些土？为何称它们为特殊土？7717.淤泥类土有何特性？什么是蠕变性？什么是触变性？18.膨胀土有何特性？19.红黏土是怎样形成的？具有何种特性？20.湿陷性黄土的主要工程性质是什么？如何判别黄土是否具有湿陷性？21.冻土分哪些种类？具有何种特性？22.人工填土分为几种类型？哪些不适于作为建筑物的天然地基？78