泥土裡夾雜塊石是什麼地質
1. 土石混合體的分類建議
油新華1 何剛1 李曉2
(1.北京城建集團地鐵工程指揮部 北京 100025
2.中國科學院地質與地球物理研究所 北京 100029)
摘要 在對三峽庫區蓄水邊坡進行工程地質調查的基礎上,正式提出了土石混合體的概念,並據此進行天然地質體的統一工程分類,將地質體分成了岩體、土石混合體、土體三大類。詳細介紹了土石混合體分類的方法、指標的確定、優缺點以及與其他方法的比較,最後給出了兩個工程實例。
關鍵詞 土石混合體 工程分類
1 土石混合體概念的提出
在對三峽庫區白衣庵滑坡的工程地質調查以及對三峽其他滑坡[1~2]進行資料收集的過程中,遇到了大量由滑坡、崩塌、岩溶等組成的復雜成因的第四紀鬆散堆積體。這些堆積體,主要由滑坡積物、殘坡積物、崩坡積物、沖洪積物、泥石流、碎屑流、強風化物等物質組成,物質成分以土夾碎石或碎塊石、碎石或碎塊石夾土等土石混合物為主,結構雜亂無章、分選性差、粒間結合力差、透水性強。它既不同於一般的岩體,又不同於一般的土體,而是介於土體與岩體之間的一種特殊的地質體,在此提出了土石混合體的概念[3]。
土石混合體在邊坡工程、水利工程、地基工程中的大量存在,給工程實踐和理論研究提出了一個新的課題。為了弄清這些物質的本質以及它們的物理力學性質,必須對它們進行工程地質的定性,即必須在工程地質分類體系中找到它們的位置。但是在以前的分類體系中[4~6],有的缺失這種物質,有的定義不明顯,有的混雜在其他物質中,給研究帶來了極大的不便,所以應該制定一種新的分類體系,以便對其進行研究時,制定合理的研究內容、試驗項目和方法。
2 土石混合體的工程分類
2.1 分類方法
首先根據物質組成即根據材料中含有的土與石的數量將之分成三大類:土體、土石混合體、岩體。土體中只含有土(soil),土石混合體中既含有土又含有石(stone or corestone),岩體中只含有石(rock)(石的標准與粒度界定見下文)。然後對於每一大類,再進行次一級的分類。對於岩體或土體,可以參照以前的分類標准,這里不做進一步的探討。對於土石混合體,則根據其中含石量(t)將之分成石質土(<25%)、混合土(25%≤t<70%)、土質石(≥70%)。由於影響岩、土材料性質的因素比較多,所以在此基礎上還要進行三級劃分。對於土石混合體中的土質石、石質土和混合土來說,不但含石量對其性質有很大的影響,而且所含礫石或塊石的顆粒形狀與級配以及土體的物理特性對其力學性質也將產生極大的影響,例如土石混合體的透水性、滲透穩定性、毛細管性與壓實性等都在很大程度上取決於粒度和級配的特徵以及所含細粒土體的性質。因此在三級劃分中應根據顆粒形狀與級配以及所含的砂土、粉土、粘土的成分進行劃分。
2.2 分類體系
根據以上的方法,對土石混合體進行了工程分類,分類體系見圖1,圖中符號意義見表1。
圖1 土石混合體工程分類
表1 土石混合體工程分類符號
註:除土石混合體(Aggregate),含石量低(Low)、中(Middle)、高(High)的符號是由作者自己定義外,其他符號全部按照國際慣例或國家標准(GBJ145—1994)確定。
2.3 體系評價
此方法的主要特點是以材料的物質成分為主線、粒度組成為輔線、物理力學性質為補充,較好地符合了岩土工程分類的基本原則,充分體現了來源於實踐、服務於實踐的指導思想。
2.3.1 指標界定
(1)土與石粒組界限值的確定:在土石混合體分類中,需要使用礫石的百分含量。在此規定礫石粒徑界限值為5 mm。主要是因為,雖然2 mm是我國傳統採用的粒組的原定界限值,也是國際普遍採用的標准,但是國內也有單位採用5 mm作為礫石粒徑界限的,其最主要的好處是統計比較方便。而且試驗證明,對均質土就粒度與力學性質的關系而言,以2mm或以4.76mm為界並無明顯差異[7]。同時根據大量資料與經驗,在天然土料中,2~5 mm范圍內的土粒通常只佔百分之幾,數量甚微,因此,以2 mm或5 mm界限值計算礫石粒的含量出入不大。
(2)石質土、混合土、土質石粒組界限值的確定:許多試驗資料表明,礫石含量對土的抗剪強度起顯著影響的數值大致是20%~30%。含石量低於此值時,礫石含量在土料中只起填料作用,形不成骨架,故對土的抗剪強度影響甚微。但當含石量超過25%時,礫石與土將聯合起作用,顯示混合土的特徵。土的抗剪強度隨著含石量的增加而急劇地增大,大致成直線關系(圖2)。礫石含量對土的滲透性的影響亦反映這一規律(圖3)。但當含石量超過70%時,礫石起完整骨架作用,此時,土石混合體的性質主要取決於礫石[7]。因此,以25%、70%為界限,將土石混合體劃分成石質土、混合土、土質石三種子類型。這三種子類型的物理力學性質表現出不同的特徵。
圖2 抗剪強度與礫石會計師的關系[7]
圖3 滲透系數與礫石含量的關系[7]
(3)土石混合體中級配界限值的確定:這里所指的級配指標與平常意義上的不一樣,而且針對不同的子類型其定義也不同。對於石質土和混合土,主要考慮礫石形狀的影響,所以規定當礫石為圓形或亞圓形時,為級配良好;當呈稜角狀時為級配不良。對於土質石,由於礫石已經形成完整骨架,所以要統計礫石的級配。測試方法也採用篩分法,只是要採用特殊的鋼篩子,根據我國粒組劃分方案中關於礫石、卵石粒度的界定[20]以及現場統計的經驗初步選定篩子的直徑分別為1cm、2cm、6cm、10cm、14cm,但不均勻系數Cu和曲率半徑Cc的定義和其他的一樣。而且其限定值的確定也與其他的一樣,即當不均勻系數Cu≥5,曲率半徑Cc=1~3的條件同時滿足時,稱為良好級配;其他情況稱為不良級配。
(4)砂質、粉質、粘質的界定:在土石混合體的三級劃分中,主要指標是其中所含的土的物質成分,這主要是因為所含細粒的成分決定著其親水性和粘聚力。若所含的砂土分別超過其他兩種,則稱為砂質,若所含的粉土超過其他兩種,則稱為粉質,否則稱為粘質。
2.3.2 與其他方法的比較
土石混合體工程分類法是在現場調查的基礎上,聽取多個專家的意見後提出的,它吸取了以前多種分類法的優點。和其他方法相比,主要在以下方面做了調整:
(1)在土與石的劃分中,將粒徑小於5mm的砂粒歸結為土的一種,這主要是由於砂土和粉土的性質沒有什麼本質上的區別,只是粒徑上人為的劃分。所以從土石混合體的角度來講,將砂土也歸結為土體的一種是有其合理性的。
(2)Dearman[8]在對風化岩土的分類中,雖然也將其分成了soil,soil & rock,rock三大類,但是他將凡是含有corestone的都劃分為soil & rock,並根據裡面含有corestonede多少(50%)將之分成了兩類,很顯然這只是簡單地從含量上的劃分,而沒有考慮它們性質上的迥然不同。另外在土石混合體的劃分中,採用Little[9]的做法(圖4),即把含石(corestone)量小於10%的礫石土也劃分為土體的一種,這是有很大的工程意義的。當含石量低於10%時,礫石在其中的影響非常小,可以將之看成均質體;當含石量大於90%時,可以把它看成節理岩體。
圖4 風化岩殘坡積物工程分類表[9]
(3)在以往的分類中,每一類的名稱都可以用一定的符號來表示,但是不太規范,而且也不符合我們中國人的習慣。在此重新規定了命名的方法:根據中心詞和修辭語的前後關系以及多級分類標準的從屬關系,規定將第一級類別的名稱放在最後,次一級的放在之前,依此類推。如WCLA,W代表級配良好,C代表粘土或粘質,L代表含石量低,A代表土石混合體,所以WCLA稱為良好級配粘質石質土。
2.3.3 優缺點
土石混合體工程分類法具有以下優點:
(1)它既反映了岩、土體的物質組成,又反映了岩、土體的物理力學性質,另外還在一定程度上反映了物質的成因類型;
(2)此分類體系邏輯性強,條目清楚,符號容易記憶和應用;
(3)它保留了其他方法的合理之處,便於與它們之間的銜接以及與國際接軌;
(4)它把自然界中大量出現的土石混合體單獨劃分出來,便於對它進行理論上的探討和技術方法上的研究。
一種新的分類法的提出必定會出現這樣和那樣的問題,它需要在工程實踐中不斷地進行完善和提高。從現有的情況來看,這種分類方法主要存在如下一些問題:
(1)由於國內外土石混合體方面的資料比較少,所以還沒有足夠的數據來驗證這個體系的嚴密性;
(2)在分類體系中,還缺少各類岩、土體特別是常見的工程地質問題以及研究、防治相應問題的理論、方法和措施。
(3)在土石混合體的類型中,缺少一個能反映此種類型的物質強度好壞和穩定性的綜合指標,以便能直接應用於生產實踐。
3 工程應用
對白衣庵滑坡進行現場調查時,在沿江公路三號橋上方坡積層、鍾家溝採石場右方坡積層、滑坡西緣的滑帶附近進行了土石混合體野外剪切試驗[10],並對前兩個試樣進行了級配統計與含石量計算。現在就利用這種分類法對其進行工程地質分類,判斷其屬於哪種類型。
(1)沿江公路三號橋上方的坡積層,裡面主要是砂質粉土的坡積土,內含形狀各異的姜石,多呈亞圓形,少數為灰岩、泥灰岩塊。其顆粒組成見表2。由表中數據可知此種土石混合體的含石量為59.25%。因姜石呈亞圓形,屬級配良好。所以該類土石混合體屬於級配良好粉質石土混合料(WMDA)。
表2 沿江公路三號橋上方的坡積層顆粒組成
(2)鍾家溝採石場右方坡積層,主要成分也是粉質坡積土,只是裡面所含的塊石多為灰岩、泥灰岩塊。其顆粒組成見表3。從表中可以看出此類物質的含石量為66.2%,應屬於混合土。又因礫石塊體多為稜角狀且表面光滑,屬不良級配。所以該類土石混合體屬於不良級配粉質石土混合料(PMDA)。
以上兩類土石混合體雖然含石量相差不大,而且所含的土性質也相同,但是由於其礫石的級配性質不同,形狀也不相同,導致了其力學性質有明顯的不同。由野外剪切實驗的結果可知:第一種材料的粘聚力C為51kPa,內摩擦角為45°;第二種材料的粘聚力C為32kPa,內摩擦角為23.3°。即級配良好的材料力學性質要優於不良級配,這也從另外一個方面反映了本文提出的分類法的合理性和實用性。因此,可以根據此分類法來劃分某一類型的材料,然後指導具體的工程實踐。
當然,上述分類系統由於沒有足夠的現場背景資料和工程應用資料,仍有很多不足,今後需要不斷補充與完善。
表3 鍾家溝採石場右方坡積層顆粒組成
致謝 在本文的寫作過程中,得到了許多現場和科研機構工作人員的大力協助,在此向他們特別是中國水文地質工程地質勘查院的殷躍平總工,中國科學院地質與地球物理研究所的張年學研究員、曲永新研究員表示衷心的感謝!
參考文獻
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[5]鐵道部鐵道工程土工試驗方法(TBJ102—87).土的分類及其性質的劃分.北京:中國鐵道出版社,1988
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[7]羅國煜,李生林.工程地質學基礎.南京:南京大學出版社,1990
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[9] Little.Engineering classification of resial tropical soils.Proceedings of the 7th sinternational conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering Mexico.1969.1 1~10
[10]油新華.土石混合體的野外水平推剪試驗研究.岩石力學與工程學報,2002,21(6)
2. 土壤因子及其環境地質問題
土壤是覆蓋在地球陸地上最表層的鬆散泥土,是動物和植物體休養生息的地方,沒有土壤就沒有植物,沒有植物也就沒有動物和人類。土壤是農林牧生產的必要條件,是人類的衣食之源,是人類生存之本。人類應科學地利用土壤資源,不僅要考慮眼前利益,更要考慮長遠利益。由此看來,土壤在生態地質環境中扮演了重要的角色,是至關重要的因子。下面結合三江平原土壤的分布情況,著重闡述三江平原土壤形成的特點、分布規律、土壤類型及其數量和質量、土壤利用及存在的問題等。
一、土壤形成的特點和分布規律
(一)土壤形成的主要特徵
土壤的形成與當地的氣候、地形、母質和植被等條件有著密切的關系。三江平原土壤形成的主要特點是,土壤普遍受到潛育化作用的影響,土壤形成的各種過程以沼澤化過程和草甸化過程為主。從各土壤類型的面積上看,沼澤和沼澤化土壤類型佔55%,其他土壤也受到不同程度的潛育化作用,其原因是多方面的。
如前所述,三江平原屬溫帶大陸性季風氣候區。夏秋降雨集中,冬季嚴寒漫長。地形平坦,地面坡降小,地表普遍為粘土性沉積物,透水性極差;草甸和沼澤化植被叢生等種種原因致使地表常年積水或季節性積水,土壤水分過飽和,形成了還原環境,促使潛育化作用發展。
(二)土壤分布的一般規律
各土壤類型的分布不但隨地形、母質、植被的變化而異,而且在不同的區域中也有不同的組合。
生長楊、柞等林木的殘丘,發育山地棕壤;生長榛柴、胡枝子、五花的山麓坡地和漫崗發育為黑土,堆積著以粘土、砂質粘土為主的靜水植物的河流階地和高低漫灘地,有的生長楊、樺,有的生長赤楊、叢樺等及灌木和雜草類,有的生長小葉樟,其下發育為不同亞類的白漿土。河流兩岸的漫灘地上面生長小葉樟、雜類草等草甸植被,其下發育為草甸土。在以苔草類喜濕植物為主的河漫灘和階地上的封閉窪地內,多發育為沼澤土。
從區域上看,濃江、別拉洪河流域,主要分布著各類白漿土和沼澤土。只有烏蘇里江、松花江和黑龍江沿岸才可見到草甸土和潛育草甸土,並有散布在上述土壤類型中的山地棕壤和砂質棕壤。
綏濱和蘿北縣以草甸土和潛育草甸土為主,西部近山區有棕壤和白漿土,平原上也有零星砂質棕壤和草甸棕壤,只有水城子一片為沼澤土。
樺川和集賢縣主要分布著黑土和草甸土兩類土壤。而富錦、寶清、饒河縣內的撓力河流域則各種土壤齊備,隨地形、母質、植被的變化呈有規律的分布。
二、土壤的類型、數量和質量
(一)土壤類型及其數量三江平原的土壤類型及其面積見表6-14。
表6-14 土壤類型表
3. 根據地質成因條件的不同有幾類土
根據地質成因,土可以分為:殘積土,坡積土,洪積土,沖積土,湖積土,海積土,冰積及冰水沉積土和風積土。
土的成因類型特徵
根據土的地質成因,土可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、冰積及冰水沉積土和風積土等類型。一定成因類型的土具有一定的沉積環境、具有一定的土層空間分布規律和一定的土類組合、物質組成及結構特徵。但同一成因類型的土,在沉積形成後,可能遭到不同的自然地質條件和人為因素的變化,而具有不同的工程特性。
1. 殘積土 形成原因:岩石經風化後未被搬運的原岩風化剝蝕後的產物,其分布主要受地形的控制,如在寬廣的分水嶺地帶及平緩的山坡,殘積土較厚。
工程特徵:一般呈稜角狀,無層理構造,孔隙度大;存在基岩風化層(帶),土的成分和結構呈過渡變化。
工程地質問題:
(1)建築物地基不均勻沉降,原因土層厚度、組成成分、結構及物理力學性質變化大,均勻性差,孔隙度較大;
(2)建築物沿基岩面或某軟弱面的滑動等不穩定問題,原因原始地形變化大,岩層風化程度不一。
2. 坡積土
形成原因:經雨雪水洗刷、剝蝕、搬運,及土粒在重力作用下順著山坡逐漸移動形成的堆積物,一般分布在坡腰上或坡腳下,上部與殘積土相接。
工程特徵:具分選現象;下部多為碎石、角礫土;上部多為粘性土;土質(成分、結構)上下不均一,結構疏鬆,壓縮性高,土層厚度變化大。
工程地質問題:建築物不均勻沉降;沿下卧殘積層或基岩面滑動等不穩定問題。
3. 洪積土 形成原因:碎屑物質經暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流挾帶在山溝的出口處或山前傾斜平原堆積形成的洪積土體。山洪攜帶的大量碎屑物質流出溝谷口後,因水流流速驟減而呈扇形沉積體,稱洪積扇。
工程特徵:具分選性;常具不規劃的交替層理構造,並具有夾層、尖滅或透鏡體等構造;近山前洪積土具有較高的承載力,壓縮性低;遠山地帶,洪積物顆粒較細、成分較均勻、厚度較大。
工程地質問題:洪積土一般可作為良好的建築地基,但應注意中間過渡地帶可能地質較差,因為粗碎屑土與細粒粘性土的透水性不同而使地下水溢出地表形成沼澤地帶,且存在尖滅或透鏡體。
4. 沖積土 形成原因:碎屑物質經河流的流水作用搬運到河谷中坡降平緩的地段堆積而形成,發育於河谷內及山區外的沖積平原中。根據河流沖積物的形成條件,可分為河床相、河漫灘相、牛軛湖相及河口三角洲相。
工程特徵:古河床相土壓縮性低,強度較高,而現代河床堆積物的密實度較差,透水性強;河漫灘相沖積物具有雙層結構,強度較好,但應注意其中的軟弱土層夾層;牛軛湖相沖積土壓縮性很高、承載力很低,不宜作為建築物的天然地基;三角洲沉積物常常是飽和的軟粘土,承載力低,壓縮性高,但三角洲沖積物的最上層常形成硬殼層,可作低層或多層建築物的地基。
5. 湖泊沉積物 形成原因:分湖邊沉積物和湖心沉積物兩類,湖邊沉積物由湖浪沖蝕湖岸形成的碎屑物質在湖邊沉積而形成的,近岸帶多為粗顆粒的卵石、圓礫和砂土,遠岸帶為細顆粒的砂土和粘性土;湖心沉積物由河流和湖流挾帶的細小懸浮顆粒到達湖心後沉積形成的,主要是粘土和淤泥,常夾有細砂、粉砂薄層。
工程特徵:湖邊沉積物具有明顯的斜層理構造,近岸帶土的承載力高,遠岸帶則差些;湖心沉積物壓縮性高,強度很低;若湖泊逐漸淤塞,則可演變為沼澤,形成沼澤土,主要由半腐爛的植物殘體和泥炭組成的,含水量極高,承載力極低,一般不宜作天然地基。
6. 海洋沉積物
海洋沉積物可分為如下四類:
濱海沉積物:主要由卵石、圓礫和砂等組成,具有基本水平或緩傾的層理構造,其承載力較高,但透水性較大。
淺海沉積物:主要由細粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學沉積物(硅質和石灰質)組成,有層理構造,較濱海沉積物疏鬆、含水量高、壓縮性大而強度低。
陸坡和深海沉積物:主要是有機質軟泥,成分均一。
海洋沉積物:在海底表層沉積的砂礫層很不穩定,隨著海浪不斷移動變化,選擇海洋平台等構築物地基時,應慎重對待。
7. 冰積土和冰水沉積土
冰積土和冰水沉積土是分別由冰川和冰川融化的冰下水進行搬運堆積而成,其顆粒以巨大塊石、碎石、砂、粉土及粘性土混合組成。一般分迭性極差,無層理,但冰水沉積常具斜層理。顆粒呈稜角狀,巨大塊石上常有冰川擦痕。
8. 風積土
風積土是指在乾旱的氣候條件下,岩石的風化碎屑物被風吹揚,搬運一段距離後,在有利的條件下堆積起來的一類土。顆粒主要由粉粒或砂粒組成,土質均勻,質純,孔隙大,結構鬆散。最常見的是風成砂及風成黃土,風成黃土具有強濕陷性。
4. 請問這是什麼土層什麼地質什麼泥土有什麼特性學名叫啥
泥質岩,又稱粘土來質岩。包括自泥岩、粘土岩、頁岩、板岩等。因形成條件不同,有白、灰白、灰、黃、綠、紅褐、棕等各種顏色。常見膠狀、豆狀、鮞粒狀結構和鱗片狀、氈狀、格子狀構造。成分非常復雜,主要是高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石和混層粘土等粘土礦物
5. 工程地質中土與岩石粒徑上的區別
巨 粒
漂石(塊石)粒
d>200
卵石(碎石)粒
60<d≤200
粗粒
礫粒
20<d≤60
細礫
2<d≤20
砂粒 包括版:權
粗砂
0.5<d≤2
中砂
0.25<d≤0.5
細砂
0.075<d≤0.25
細粒包括:
粉粒
0.005<d≤0.075
粘粒
d≤0.005
岩石的和土體的粒徑劃分基本上是一致的!
6. 土木工程地質名詞解釋 孤石
岩石在風化應力的作用下,其結構、成分和性質已產生不同程度的變異,應定名為風化岩。根據風化程度的不同劃分為全、強、中、微四類。已完全風化成土而未經搬運的應定名為殘積土。
一般來說,全風化裡面的強風化、強風化裡面的中風化、中風化裡面的微風化定名為風化夾層。
全風化、強風化裡面的微風化定名為風化球。
殘積土、全風化裡面的中風化、微風化定名為孤石。
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岩土分類:
從岩土的分類來看有不同的方面以及標准,主要的分類有成因的分類,還有按堅硬的程度來進行劃分、按完整度來進行劃分、岩土按風化程度進劃分、按岩體結構類型進行劃分、岩體按岩石的質量指標進行劃分、以及按岩體基本質量等級來進行分類。
從開挖的岩土的分級來看,主要的類別是一類土也可以說是松軟土,這種土也叫砂土、粉土、沖積砂土層、疏鬆的程度可以達到種植土、淤泥或是泥炭,堅固系數可以達到0.5-0.6左右,平均容重是6.0-15.0之間,開挖的方法用杴、鋤頭等進行挖掘就可以了。
對於二類土來說也叫普通土,這種土是粉質粘土,也可以是潮濕的黃土、夾有碎石、卵石的砂,粉土混卵碎石的植土或是填土,堅固系數是0.6-0.8之間,平均的容重是11.0-16.0之間,開挖的方法可以用杴、鋤頭進行挖掘,少用鎬翻鬆處理。
三類土是堅土,這種土是軟及中等密實的粘土,重粉質粘土、礫石土、干黃土、含有的碎石卵石的黃土、粉質粘土、壓實的填土,堅固系數是0.8-1.0之間,平均的容重是17.5-19.0之間,開挖的方法主要是用鎬,很少用杴,鋤頭等方式來挖掘,對於部分用撬棍來進行挖掘。
7. 有地質學家嗎,解釋一下謝謝泥土是隱晶微晶質嗎,要是那不是沙子裡面含有活性二氧化硅,那不是要鹼集料反
隱晶顯晶是針對岩石來說的,泥土不是岩石。
8. 什麼樣的泥土裡有可能含金
泥土裡不抄會含金,只有沙子裡面襲會含金,叫做沙金。
沙金產於河流底層或低窪地帶,經年累月的風吹日曬,露出在表面的金礦石,石頭開裂雨水清刷,帶著金礦石夾雜著泥石沖入河流。
在河流底層或砂石下面沉積為含金層礦床,常年與石沙混雜在一起。在沙子裡面淘洗出來的黃金,含有大量雜質。
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沙金是不存在掉色問題,從外觀上,兩者基本沒什麼區別。當然從事珠寶行業的專業人員還是簡單就能分辨出來,黃金是非常軟的,沙金首飾比較硬。
沙金首飾一般都製成相對大一些的首飾,比如最常見的大金鏈子。 市面上劣質鍍金的項鏈容易掉色,而沙金厚重質感,無論是水洗、火燒,都不掉色,不變形。
沙金首飾帶久了,難免會沾上臟東西,這個時候就需要對沙金首飾進行清洗。另外要是不注意沙金首飾的保養,也會失去它最初的光澤和魅力。
9. 在地質學中 岩體 和 流沙 的定義是什麼
第1章 工程地質概述
一、知識點:
1.1 土的生成
1.1.1 地質年代的概念 1.2.1 地質作用的概念
1.2 礦物與岩石的概念
1.2.1 造岩礦物 1.2.2 岩石 1.2.3 岩石的工程分類
1.3 地質構造
1.3.1 褶皺構造 1.3.2 斷裂構造
1.4 第四紀沉積物(層)
1.4.1 殘積物、坡積物和洪積物 1.4.2 沖積物 1.4.3 風積物 1.4.4 其它沉積物
1.5 地下水
1.5.1 地下水的埋藏條件 1.5.2 土的滲透性 1.5.3 地下水的腐蝕性 1.5.4 動水力、流砂和潛蝕
二、考試內容:
重點掌握內容
1.掌握土的透水性、流砂、潛蝕、地下水升降等對建築工程的影響。
2.了解主要造岩礦物的物理性質,岩石的分類和主要特徵;第四紀沉積物的類型、分布規律及特徵;第四紀沉積物類型及其工程特點。
3.了解地下水的埋藏條件。
三、本章內容:
§1-1 土的生成
我們把地球最外層的堅硬固體物質稱為地殼,地殼厚度一般為30-60km,人類生存與活動范圍僅限於地殼表層。在漫長的地質年代中,由於內動力地質作用和外動力地質作用,地殼表層的岩石經歷風化、剝蝕、搬運、沉積生成大小懸殊的顆粒,稱之為土,在不同的自然環境中,由各種營力的地質作用生成了不同類型的土;而土歷經壓密固結、膠結硬化也可再生成岩石。而現在所見到的土是近期地質歷史--第四紀以來生成的尚未固結的鬆散物質。
1.1.1 地質年代的概念
地質年代是指從最老的地層到最新的地層所代表的時代。即指地殼發展歷史與地殼運動、沉積環境及生物演化相應的時代段落。
地球形成至今大約有60億年的歷史,在這漫長的地質年代裡,地殼經歷了一系列復雜的演變過程形成了各種類型的地質構造和地貌以及復雜的多樣的岩石和土。根據地質構造和地貌對建築場地進行穩定性評價,以及安岩石和土的性質對地基承載力和變形進行評價時,也需要具備地質年代的知識。
地質年代分為相對地質年代和絕對地質年代。
整個歷史時期地質作用在不停息地進行著。各個地質歷史階段,既有岩石、礦物和生物的形成與發展,也有它們的破壞和消亡。
把各個地質歷史時期形成的岩石,結合埋藏在岩石中能反映生物演化程序的化石和地質構造,按先後順序確定下來,展示岩石的新老關系,這就是相對年代。
相對年代只能說明各種岩石、地層的相對新老關系,而不能說明某種岩石或岩層形成距今多少年。自然界中某些物質的蛻變現象被發現以後,地質學家們就利用放射性同位素的蛻變規律來計算礦物和岩石的年齡,稱為同位素年齡或絕對年齡。
相對地質年代在地史的分析中廣為應用。它是根據古生物的演化和岩石形成的順序,將地殼歷史劃分成一些自然階段。在地質學中,根據地層對比和古生物學方法把地質年代劃分為五大代(太古代、元古代、古生代、中生代和新生代),每代又分為若干紀,每紀又細分為若干世和期。
在新生代中最新近的一個紀稱為第四紀,第四紀是指約250萬年至今這段地質時期。由原岩風化產物—碎屑物質,經各種外力地質作用(剝蝕、搬運、沉積)形成尚未膠結硬化的沉積物(層),通稱「第四紀沉積物(層)」或「土」。工程活動涉及的土體大都是在第四紀形成,它沉積在地表,覆蓋在基岩之上,各種建築物往往就建造在它上面。
1.2.1 地質作用的概念
構成天然地基的物質是地殼中的岩石和土。地殼的一般厚度為30~80Km,它的物質、形態和內部構造是在不斷地改造和演變的。導致地殼成分變化和構造變化的作用,稱為地質作用。
根據地質作用的能量來源的不同,可分為內動力地質作用和外動力地質作用。
內動力地質作用一般認為是由於地球自轉產生的旋轉能和放射性元素蛻變產生的熱能等,引起地殼物質成分、內部構造以及地表形態發生變化的地質作用,如岩漿活動、地殼運動(構造運動)和變質作用。
岩漿是存在於地殼以下深處高溫、高壓的復雜硅酸鹽熔融體(它的主要成分為SiO2 ),富含揮發性物質和金屬硫化物。岩漿活動可使岩漿沿著地殼薄弱地帶上升侵入地殼或噴出地表。岩漿冷凝後生成的岩石,稱為岩漿岩。
地殼運動是指地殼的升降運動和水平運動,升降運動表現為地殼的上拱和下拗,形成大型的構造隆起和拗陷,水平運動表現為地殼岩層的水平移動,使岩層產生各種形態的褶皺和斷裂。地殼運動的這種動力是巨大的。六千五百萬年前,整個青藏高原包括喜馬拉雅山在內都是一片汪洋大海,由於從這時起該地區地殼開始逐漸抬升,現在這里成為世界的屋脊。在同一個地區不同時期內,上升運動和下降運動常常是間歇性的,河流就是在這種運動中形成的。當地殼上升,水流下切原有的岩土體,沖刷出一條較窄而深的河床,一般呈「V」字形,長江、黃河上游地殼現在就處於上升階段,故而形成綿延千里的峽谷地貌;當地殼下降,河水的下切能力就減弱,如果沒有人工治理,河水泛濫,河床變的寬闊,接受沉積,形成所謂的沖積平原,如現在黃河下游的華北平原,長江中下游平原。我們把在洪水期能夠淹沒的部分叫河漫灘,枯水期能夠淹沒的部分叫河床。如地殼再一次抬升,河流會進一步下切,河床原有的沖積層遭受侵蝕,以前的河床和漫灘即使在洪水期也不能被水淹沒,在河流兩岸形成平坦的台地,我們稱之為階地。地殼的間歇性上升,導致河流從新到老有一級、二級、三級甚至更多的階地。目前黃河在蘭州附近就有六級階地,渭河在西安有三級階地。因此,地殼運動的結果,形成了各種類型的地質構造和地球表面的基本形態。
在岩漿活動和地殼運動過程中,原岩(原來生成的各種岩石)在高溫,高壓及滲入揮發性物質如SO2,H2O,CO2等)的變質作用下,生成的另一種類型岩石,稱為變質岩。
外動力地質作用是由於太陽輻射能和地球重力位能引起的地質作用。它是指地殼的表層在氣溫變化,雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、風,生物等的作用下,使地殼不斷地被風化、剝蝕,將高處物質搬運到低窪處沉積下來的過程。使地表形態發生變化,形成新的產物。
晝夜和季節的氣溫變化,可使地表各種原岩不斷發生熱脹脫離、冷縮開裂等機械破碎。水和水溶液的存在,可使原岩不斷發生水化、氧化、碳酸鹽化、溶解以及縫隙水凍脹引起崩裂等化學變化和機械破碎。動植物和微生物的活動,也可使原岩不斷發生機械破碎和化學變化。這種外力(包括大氣、水,生物)對原岩發生機械破碎和化學變化的作用,統稱為風化作用。
原岩風化產物——碎屑物質,在雨雪水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或風等外力作用下,被剝蝕、搬運到大陸低窪處或海洋底部沉積下來,在漫長的地質年代裡,沉積的物質逐漸加厚,在覆蓋壓力和含有碳酸鈣、二氧化硅、氧化鐵等膠結物的作用下,使起初沉積的松軟碎屑物質逐漸壓密、脫水、膠結,硬化生成新的岩石,稱為沉積岩。未經成岩作用所生成的所謂沉積物,也就是通常所說的「土」。
外力地質作用過程中的風化、剝蝕、搬運及沉積,是彼此密切聯系的。風化作用為剝蝕作用創造了條件,而風化、剝蝕、搬運又為沉積作用提供了物質的來源。剝蝕作用與沉積作用在一定時間和空間范圍內,以某一方面的作用為主導,例如,河流上游地區以剝蝕為主,下游地區以沉積為主,山地以剝蝕占優勢,平原以沉積占優勢。
內力地質作用與外力地質作用彼此獨立而又相互依存,但對地殼的發展而言,內力地質作用一般佔主導地位。它引起地殼的升降,形成地表的隆起和拗陷,從而改變了外力地質作用的過程。一般說來,地殼上升與剝蝕作用相聯系,而地殼下降則與沉積作用相聯系。因此,地殼的升降運動造成了地表起伏的基本輪廓,而剝蝕與沉積又力圖破壞起伏不平的地表形態,將其削平補齊。錯綜復雜的地質作用,形成了各種成因的地形,稱為地貌。因此,從地質學的觀點出發,地表形態可按其不同的成因,劃分為各種相應的地貌單元。位於各種地貌單元之下,總會遇到原來生成的、具有一定連續性的岩石,稱為基岩,而覆蓋在基岩之上的各種成因的沉積物,則稱為覆蓋土。在山區,覆蓋土層較薄,基岩常露出地表,而在平原地區,覆蓋層則往往很厚。
§1.2 礦物與岩石的概念
岩石是一種或多種礦物的集合體。岩石的特徵及其工程性質,在很大程度上決定於它的礦物成分。組成岩石的礦物稱為造岩礦物。礦物是地殼中天然生成的自然元素或化合物,它具有一定的物理性質、化學成份和形態。
1.2.1 造岩礦物
地殼上已被發現的礦物有三千多種,但最主要的造岩礦物只有三十幾種,如石英,長石、輝石,角閃石、雲母、方解石,高嶺石、綠泥石、石膏、赤鐵礦、黃鐵礦等。
礦物按生成條件可分為原生礦物和次生礦物兩大類。原生礦物一般由岩漿冷凝生成,如石英、長石、輝石、角閃石、雲母等,次生礦物一般由原生礦物經風化作用直接生成,如由長石風化而成的高嶺石、由輝石或角閃石風化而成的綠泥石等,或在水溶液中析出生成,如水溶液中析出的方解石CaCO3 和石膏CaSO4• 2H2O等。
礦物的主要物理性質
1.形狀:指礦物的外表形態。結晶體大多呈規則的幾何形狀。非晶體則呈不規則的幾何形狀。
2. 顏色:指礦物新鮮表面所呈現的顏色,它取決於礦物的化學成分及其所含的雜質,一般分為淺色(白、淺灰、玫瑰、紅黃等色)和深色(深灰、深綠、灰黑、黑等色)二大類。
3.光澤:指礦物表面反射光線的強弱程度,可分為金屬光澤和非金屬光澤。後者包括玻璃、金剛、油脂、珍珠、絲絹等光澤。
4.硬度:指礦物抵抗外力刻劃的能力。通常選定滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛石和金剛石十種礦物,以它們的硬度作為標準定出十個硬度等級,以便把其它礦物與表中所列的礦物相刻劃,從而定出被試礦物的硬度等級。
5.解理:指礦物受外力作用後沿一定方向裂開成光滑平面(解理面)的性能。解理面常與結晶體的晶面平行。一般可分為極完全解理(極易裂開成極薄片狀)、完全解理(裂開成鱗片狀、板狀或塊狀)、不完全解理(裂開面只具有局部的光滑平面)及無解理(裂開成不規則的碎塊)。•
6.斷□:指礦物受外力作用後不沿一定方向破裂時斷開面的形態。常見的斷口有貝殼狀、平坦狀、參差狀、鋸齒狀等。
1.2.2 岩石
岩石按成因可劃分為三大岩類:岩漿岩(火成岩)、沉積岩和變質岩。
岩石的主要特徵一般包括礦物成分、結構和構造三方面。岩石的結構是指岩石中礦物顆粒的結晶程度,大小和形狀,及其彼此間的組合方式等特徵。岩石的構造則是由岩石中礦物排列方式及填充方式決定的。不同類型的岩石,由於它們生成的地質環境和條件的不同,就產生了各種不同的結構和構造。
1.2.3 岩石的工程分類
作為建築場地和建築物地基的岩石,是根據它的堅固性和風化程度進行分類的。
1.2.3.1 岩石按堅固性分類
岩石根據堅固性可分為硬質岩石和軟質岩石二類。
1.2.3.2 風化作用及岩石按風化程度分類
風化作用是一種使岩石在原地產生物理和化學變化的破壞作用。
岩石經風化後結構破壞,變成鬆散甚至碎粉狀的物質,以致使它的強度降低、透水性增強。在岩石嚴重風化的地區,由於風化層很厚,建造高大建築物時常不得不將風化層全部或部分清除,而把基礎砌置在比較新鮮的基岩上,這就會增加造價,延長工期。所以岩石的風化程度不僅是工程地質勘察中的重要內容之一,而且是岩石工程分類的重要依據。
1.風化作用的類型,風化作用根據其性質和影響因素的不同分為物理風化、化學風化和生物風化三種類型。
(I)物理風化作用,地表岩石由於溫度變化和裂隙中水的凍結以及鹽類的結晶而逐漸破碎崩解,但其化學成分尚未發生變化,這種過程稱為物理風化作用。例如由於溫度變化引起岩體膨脹所產生的壓應力和收縮所產生的拉應力的頻繁交替,遂使岩石表層產生裂縫而崩解。另一方面,岩石中的不同礦物各有其不同的膨脹系數,所以當溫度反復變化時,岩石內部就會產生不均勻的脹縮變形,導致裂縫的產生,久而久之,堅硬完整的岩石就逐漸崩解成碎塊了。
(2)化學風化作用:地表岩石在水溶液、大氣以及有機體的化學作用或生物化學作用下所引起的破壞過程稱為化學風化作用。它不僅破壞岩石的結構,而且使其化學成分改變,而形成新的礦物(次生礦物)。化學風化的主要方式有下列幾種:氧化作用、水化作用、水解作用、溶解作用。
(3)生物風化作用:它是指在生物活動過程中對岩石產生的破壞作用。這種作用可以引起岩石的機械破壞,如樹根生長時施加於周圍岩石的壓力可達10一15kg/cm2,穴居地下的蚯蚓;鼠類等的活動,破壞性也很大。此外,在岩石表面的細菌、苔蘚之類分泌出的有機酸溶液能分解岩石的成分,促使岩石破壞。
上述三種風化作用,實際上不是孤立進行的。如物理風化使岩石逐漸破碎,增大了岩石的孔隙率和表面積,為化學風化創造了有利的條件;反過來,化學風化則使所形成的碎屑發生質的變化,顆粒變得更小並使岩石松軟、體積膨脹,從而促進物理風化的進行。但在某一地區的特定自然地理壞境下。通常以一種風化作用佔主導地位。
2.岩石按風化程度的劃分:在工業與民用建築工程地質勘察工作中,一般根據岩石由於風化所造成的特徵,包括礦物變異、結構和構造、堅硬程度以及可挖掘性或可鑽性等,而將岩石的風化程度劃分為微風化、中等風化和強風化三等。
§1-3 地質構造
在漫長的地質歷史發展過程中,地殼在內、外力地質作用下,不斷運動演變,所造成的地層形態(如地殼中岩體的位置,產狀及其相互關系等)統稱為地質構造。它決定著場地岩土分布的均一性和岩體的工程地質性質。地質構造與場地穩定性以及地震評價等的關系尤為密切,因而是評價建築場地工程地質條件所應考慮的基本因素。
1.3.1 褶皺構造
地殼中層狀岩層在水平運動的作用下,使原始的水平產狀的岩層彎曲起來,形成褶皺構造。
褶皺的基本單元,即岩層的一個彎曲稱為褶曲。褶曲雖然有各式各樣的形式,但基本形式只有兩種,即背斜和向斜(圖1-4)。
背斜由核部地質年代較老到翼部較新的岩層組成,橫剖面呈凸起彎曲的形態。向斜則由核部新岩層和冀部老岩層組成,橫剖面呈向下凹曲的形態。
必須指出,在山區見到的褶曲,一般來說其形成的年代久遠,由於長期暴露地表使得部分岩層,尤其是軟質或裂隙發育的岩石受到風化和剝蝕作用的嚴重破壞而喪失了完整的褶曲形態。
1.3.2 斷裂構造
岩體受力斷裂使原有的連續完整性遭受破壞而形成斷裂構造。沿斷裂面兩側的岩層未發生位移或僅有微小錯動的斷裂構造,稱為節理,反之,如發生了相對的位移,則稱為斷層。
1.3.2.1 節理
岩層因地殼運動引起的剪應力形成的斷裂稱為剪節理,一般是閉合的,常呈兩組平直相交的X形。岩層受力彎曲時,外凸部位由拉應力引起的斷裂稱為張節理,其裂隙明顯,節理面粗糙。此外,由於岩漿冷凝收縮或因基岩風化作用產生的裂隙,統稱為非構造節理。
在褶皺山區,岩層強烈破碎,順向坡岩體易沿岩層層面和節理面滑動,而喪失穩定性。此外,節理發育的岩體加速了風化作用的進行,從而使岩體的強度大大降低。
1.3.2.2 斷層
分居於斷層面兩側相互錯動的二個斷塊,其中位於斷層面之上的稱為上盤,位於斷層面之下的稱為下盤。若按斷塊之間的相對錯動的方向來劃分:上盤下降,下盤上升的斷層,稱正斷層(圖1-6),反之,上盤上升,下盤下降的斷層稱逆斷層(圖1-7),如兩斷塊水平互錯,則稱為平移斷層(圖1-8)。
斷層面往往不是—個簡單的平面而是有一定寬度的斷層帶。斷層規模越大,這個帶就越寬,破壞程度也越嚴重。工程設計原則上應避免將建築物跨放在斷層帶上,尤其要注意避開近期活動的斷層帶。所以,調查活動斷層的位置、活動特點和強烈程度對於工程建設有著重要的實際意義。
§1-4 第四紀沉積物(層)
由原岩風化產物經各種外力地質作用而成的沉積物,至今其沉積歷史不長,所以只能形成未經膠結硬化的沉積物,也就是通常所說的「第四紀沉積物」或「土」。不同成因類型的第四紀沉積物,各具有一定的分布規律和工程地質特徵,以下分別介紹其中主要的幾種成因類型。
1.4.1 殘積物、坡積物和洪積物
1.4.1.1 殘積物(Qel )(Qel為第四紀地層的成因類型符號,下同此。)
殘積物是由岩石風化後,未經搬運而殘留於原地的土,而另一部分則被風和降水所帶走。它處於岩石風化殼的上部,是風化殼中的劇風化帶,向下則逐漸變為半風化的岩石。它的分布主要受地形的控制,在寬廣的分水嶺上,由雨水產生地表徑流速度小,風化產物易於保留的地方,殘積物就比較厚。在平緩的山坡上也常有殘積物覆蓋。(見書第8頁圖1-1)
在不同的氣候條件下、不同的原岩,將產生不同礦物成份、不同物理力學性質的殘積土。
由於風化剝蝕產物是未經搬運的,顆粒不可能被磨圓或分選,沒有層理構造。
殘積物與基岩之間沒有明顯的界限,通常經過一個基岩風化層(帶)而直接過渡到新鮮岩石。殘積物有時與強風化層很難區分。一般說來,殘積物是由於雨雪水流將細顆粒帶走後殘留的較粗顆粒的堆積物。風化層則雖受風化作用的影響,但它是未被剝蝕搬運的基岩風化產物。殘積物中殘留碎屑的礦物成分很大程度上與下卧基岩相一致,這是鑒定殘積物的主要根據。例如砂岩風化剝蝕後生成的殘積物多為砂岩碎塊。根據這個道理可按地面殘積物的成分推測下卧基岩的種類。反之,也可按基岩分布的規律推測其風化產物的特徵。山區的殘積物因原始地形變化很大且岩層風化程度不一,所以其厚度在小范圍內變化極大。由於殘積物沒有層理構造,均質性很差,因而土的物理力學性質很不一致,同時多為稜角狀的粗顆粒土,其孔隙度較大,作為建築物地基容易引起不均勻沉降。
不同岩類具有不同的風化特徵,如塊狀構造的花崗岩,多以沿節理裂隙風化,風化厚度大,且以球狀風化為主。當岩石在大氣,水、生物等外力地質作用下發生風化,使其結構、礦物成分、物理、力學、化學性質等產生不同程度的變異,則稱為風化岩。岩石已達到完全風化而未經搬運的碎屑物稱為殘積土。我國南方花崗岩分布較廣,如深圳地區約佔60%的面積,花崗岩殘積土的厚度在15—40m之間,是該區城市建築物基礎的主要持力層。
花崗岩殘積土是在化學風化作用下淋濾形成的產物,其礦物成分與原岩雖有本質的改變,但多保留在原位並具有它的原始形狀,其中不易風化的石英顆粒更是如此。所以花崗岩殘積土一般仍保持其原岩粒狀結構,具有相當高的結構強度,外表看起來很象岩石。對其採用一般的室內土工試驗方法測得的物理力學性質分析,其工程性質是較差的,表現在高孔隙比、高壓縮性等方面。但從原位測試分析,它表現為承載力較高、壓縮性較低。
1.4.1.2 坡積物(Qdl )(書8頁1-2)
坡積物是殘積物經水流搬運,順坡移動堆積而成的土。即是雨雪水流的地質作用將高處岩石風化產物緩慢地洗刷剝蝕,順著斜坡向下逐漸移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。其成份與坡上的殘積土基本一致。由於地形的不同,其厚度變化大,新近堆積的坡積土,土質疏鬆,壓縮性較高。它一般分布在坡腰上或坡腳下,其上部與殘積物相接。坡積物底部的傾斜度決定於基岩的傾斜程度,而表面傾斜度則與生成的時間有關,時間越長,搬運、沉積在山坡下部的物質就越厚,表面傾斜度就越小。
坡積物質隨斜坡自上而下呈現由粗而細的分選現象。其成份與坡上的殘積土基本一致。與下卧基岩沒有直接關系,這是它與殘積物明顯的區別。
由於坡積物形成於山坡,常常發生沿下卧基岩傾斜面滑動,還由於組成物質粗細顆粒混雜,土質不均勻,且其厚度變化很大(上部有時不足一米,下部可達幾十米),尤其是新近堆積的坡積物,土質疏鬆,壓縮性較高。
1.4.1.3 洪積物(Qpl )(書8頁1-3)
洪積土是山洪帶來的碎屑物質,在山溝的出口處堆積而成的土。由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流,具有很大的剝蝕和搬運能力。它沖刷地表,挾帶著大量碎屑物質堆積於山谷沖溝出口或山前傾斜平原而形成洪積物。
山洪流出溝谷口後,由於流速驟減,被搬運的粗碎屑物質(如塊石、礫石、粗砂等)首先大量堆積下來,離山漸遠,洪積物的顆粒隨之變細,其分布范圍也逐漸擴大。其地貌特徵,靠山近處窄而陡,離山較遠寬而緩,形如錐體,故稱為洪積扇(錐)。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。
如果逐漸擴大以至連接起來,則形成洪積沖積平原的地貌單元。
洪積物的顆粒雖因搬運過程中的分選作用而呈現上述隨離山遠近而變的現象,但由於搬運距離短,顆粒的磨圓度仍不佳,此外,山洪是周期性產生的,每次的大小不盡相同,堆積下來的物質也不一樣。因此,洪積物常呈現不規則交錯的層理構造,如具有夾層,尖滅或透鏡體等產狀。
1.4.2 沖積物(Qal )
沖積物是河流流水的地質作用將兩岸基岩及其上部覆蓋的坡積、洪積物質剝蝕後搬運、沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。即是由於河流的流水作用,將碎屑物質搬運堆積在它流經的區域內,隨著從上游到下游水動力的不斷減弱,搬運物質從粗到細逐漸沉積下來,一般在河流的上游以及出山口,沉積有粗粒的碎石土、砂土,在中游丘陵地帶沉積有中粗粒的砂土和粉土,在下游平原三角洲地帶,沉積了最細的粘土。沖積土分布廣泛,特別是沖積平原是城市發達、人口集中的地帶。對於粗粒的碎石土、砂土,是良好的天然地基,但如果作為水工建築物的地基,由於其透水性好會引起嚴重的壩下滲漏;而對於壓縮性高的粘土,一般都需要處理地基。
沖積物的特點是呈現明顯的層理構造。由於搬運作用顯著,碎屑物質由帶稜角顆粒(塊石,碎石及角礫)經滾磨、碰撞逐漸形成亞圓形或圓形顆粒(漂石、卵石、圓礫),其搬運距離越長,則沉積的物質越細,典型的沖積物是形成於河谷(河流流水侵蝕地表形成的槽形凹地)內的沉積物,可分為平原河谷沖積物和山區河谷沖積物等類型。
1.4.2.1 平原河谷沖積物
平原河谷除河床外,大多數都有河漫灘及階地等地貌單元(圖1—15)。
平原河流常以側向侵蝕為主,因而河谷不深而寬度很大。正常流量時,河水僅在河床中流動,河床兩側則是寬廣的河漫灘。只在洪水期中,河水才溢出河床,泛濫於河漫灘之上。
河流(谷)階地是在地殼的升降運動與河流的侵蝕,沉積等作用相互配合下形成的,位於河漫灘以上的階地狀平台。河流階地的形成過程大致如下:當地殼下降,河流坡度變小,發生沉積作用,河谷中的沖積層增厚;地殼上升時,則河流因豎向侵蝕作用增強而下切原有的沖積層,在河谷內沖刷出一條較窄的河床,新河床兩側原有的沖積物,即成為階地。如果地殼交替發生多次升降運動,就可以形成多級階地,由河漫灘向上依次稱為一級階地、二級階地,三級階地……等,階地的位置越高,其形成的年代則越早。如黃河在蘭州附近就有六級階地。
1.4.2.2 山區河谷沖積層
在山區,河谷兩岸陡削,大多僅有河谷階地(圖1-15)地表水和地下水基本上都流向河床。山區河流流速很大,故沉積物質較粗,大多為砂粒所填充的卵石,圓礫等。山間盆地和寬谷中有河漫灘沖積物,其分選性較差,具有透鏡體和傾斜層理構造,厚度不大,在高階地往往是岩石或堅硬土層,作為地基,其工程地質條件很好。
1.4.3風積物(Qeol )
風積物是由風作為搬運動力,將碎屑物由風力強的地方搬運到風力弱的地方沉積下來的土。風積土生成不受地形的控制,我國的黃土就是典型的風積土。主要分布在沙漠邊緣的乾旱與半乾旱氣候帶。風積黃土的結構疏鬆,含水量小,浸水後具有濕陷性。
1.4.4 其它沉積物
除了上述四種主要成因類型的沉積物(殘積物、坡積物、洪積物和沖積物)外,還有海洋沉積物( Qm)、湖泊沉積物(Ql )及冰川沉積物(Qgl )等,它們是分別由海洋、湖泊及冰川等的地質作用形成的。下面只簡略介紹海洋沉積物和湖泊沉積物。
1.4.4.1 海洋沉積物( Qm)(海相沉積物)
海洋按海水深度及海底地形劃分為濱海帶(指海水高潮位時淹沒,而低潮位時露出的地帶)、淺海區(指大陸架,水深約0-200m,寬度約100-200km)、陸坡區(指大陸陡坡,即淺海區與深海區之間過渡的陡坡地帶,水深約200-1000m,寬度約100-200km)及深海區(海洋底盤,水深超過l000m)。
與上述海洋分區,相應的四種海相沉積物如下:
濱海沉積物主要由卵石,圓礫和砂等粗碎屑物質組成(可能有粘性土夾層),具有基本水平或緩傾斜的層理構造,在砂層中常有波浪作用留下的痕跡。作為地基,其強度尚高,但透水性較大。粘性土夾層干時強度較高,但遇水軟化後,強度很低。由於海水大量含鹽,因而使形成的粘土具有較大的膨脹性。
淺海沉積物主要有細顆粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學沉積物(硅質和石灰質等)。離海岸愈遠,沉積物的顆粒愈細小。淺海沉積物具有層理構造,其中砂土較濱海帶更為疏鬆,因而壓縮性高且不均勻,一般近代粘土質沉積物的密度小,含水量高,因而其壓縮性大,強度低。
陸坡和深海沉積物主要是有機質軟泥,成分均一。
1.4.3.2 湖泊沉積物(Ql )
湖泊沉積物可分為湖邊沉積物和湖心沉積物。湖泊如逐漸淤塞,則可演變成沼澤,形成沼澤沉積物。
湖邊沉積物主要由湖浪沖蝕湖岸、破壞岸壁形成的碎屑物質組成的。在近岸帶沉積的多數是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土,遠岸帶沉積的則是細顆粒的砂土和粘性土。湖邊沉積物具有明顯的斜層理