第四章地貌与第四纪松散沉积物

第四章地貌与第四纪松散沉积物第一节：地貌第二节：第四纪松散沉积物第三节：特殊土及其工程性质地貌学是研究地表地貌的形态特征、成因、分布及发展规律的学科。第四纪地质学是研究距今二三百万年（现在国际上认为距今180万年，也有人为是260万年）内的沉积物、生物、气候、地层、构造运动和地壳发展历史的学科。常将两者合并为一门课程介绍。因为两者为一个事物的两个方面，地貌侧重于研究外表，第四纪侧重于研究内容。第一节地貌地貌条件与公路工程的建设及运营有着密切的关系，应当学习和掌握一定的地貌知识。。公路常穿越不同的地貌单元，地貌条件是评价公路工程地质条件的重要内容之一。地貌不尽控制着公路工程的布局，使用效果，而且控制着其工程量和造价。地貌影响公路工程的稳定性，因为地貌反映着组成其的地质组成与构造，不仅反映着外力地质作用情况，也反映着内力地质作用的特点。地形：指地表既成形态的某些外部特征，高低起伏，坡度大小，空间分布等，实际就是地表的形态。地貌：由于内、外力地质作用的长期进行，在地壳表面形成的各种不同成因、不同类型、不同规模的起伏形态。一.地形与地貌地貌与地形不仅内容不同，表示方式也不同不同地貌反映地区构造、岩性、水文地质、物理地质作用等。二.地貌形成、发展规律和影响因素地貌的形成与发展主要取决于两个方面：作用力（内力—加大起伏、外力—减小起伏）和物质基础（岩性—抗风化与侵蚀；构造---时代老-逆地貌、时代新-正地貌）地貌的形成主要受内、外力地质作用的共同控制－内力地质作用形成了地表的其本起伏形态－大的隆起与大的凹陷。外力地质作用削高填平，夷平地表。某一时期的地表形态，取决于当时及以前一定时期内、外力地质作用之间强烈程度差异－量的比例关系。这里主要应用了美国学者W.M.戴维斯1899年提出的“剥蚀循环论”。（他认为：地貌的形成和发展受地壳运动、外力作用、时间三要素影响，假定一分布有河流的平坦地块被构造运动抬升到一定高度后停止，地块地貌的发展就像人的成长一样，循着较快深切的幼年期、地形逐渐复杂多样的壮年期、漫长准平原化的老年期的阶段进行。若上述地块完结后再度被抬升，上述过程又周而复始的进行，形成循环剥蚀。）和德国的W.彭克在1924年提出的“地形分析”理论。具体来讲：内力地质作用使地表上升的上升量远大于外力地质作用的剥蚀量，则地表就会升高，形成山岭地貌。内力地质作用使地表上升的上升量小于外力地质作用的剥蚀量，则地表就会被夷平，形成剥蚀平原。如果内力地质作用使地表下降的下降量远大于外力地质作用的堆积量，则地表就会下降，形成低地。如果内力地质作用使地表下降的下降量小于外力地质作用的堆积量，则地表就会被填平，形成堆积平原。当然地貌的形成和发展还受岩性、气候、植被等影响。大陆上的地貌类型大陆上的地貌类型有构造山系和裂谷；高原与平原；丘陵与盆地等。盆地高原三.地貌分级与分类1.地貌的分级:巨型地貌：大陆与海洋，大的内海及大的山系都是巨型地貌。巨型地貌几乎完全是由内力作用形成的，所以又称大地构造地貌。大型地貌：山脉、高原、山间盆地等为大型地貌，基本上也是由内力作用形成的。中型地貌：河谷及河谷之间的分水岭等为中型地貌，主要由外力作用造成。内力作用产生的基本构造形态是中型地貌形成和发展的基础，而地貌的外部形态决定于外力作用的特点。小型地貌：残丘、阶地、沙丘、小的侵蚀沟等为小型地貌，基本上受着外力作用的控制。2.地质学上地貌的形态分类形态类别绝对高度(m)相对高度(m)平均坡度(°)举例山地高山＞3500＞1000＞25喜马拉雅山、天山中山3500～10001000～50010～25大别山、庐山、雪峰山低山1000～500500～2005～10川东平行岭谷、华蓥山丘陵＜500＜200闽东沿海丘陵平原高原＞600＞200青藏、内蒙、黄土、云贵高原高平原＞200成都平原低平原0～200东北、华北、长江中下游平原洼地低于海平面高度吐鲁番洼地公路工程上对地貌形态的分类地貌形态分类地面自然坡度相对高度（m）地形说明平原区≤3°平坦，无明显起伏微丘区3°~20°＜100起伏不大，有残丘孤山重丘区＞20°100~200低岭宽谷,或聚或散山岭区＞200低、中山，有山脉形态3.地貌的成因分类内力地貌:构造地貌：由地壳的构造运动所造成的地貌。火山地貌：由火山喷发出来的熔岩和碎屑物质堆积所形成的外力地貌:水成地貌：以水的作用为地貌形成和发展的基本因素。冰川地貌：以冰雪的作用为地貌形成和发展的基本因素。风成地貌：以风的作用为地貌形成和发展的基本因素。岩溶地貌：以地表水和地下水的溶蚀作用为地貌形成和发展的基本因素。重力地貌：以重力作用为地貌形成和发展的基本因素。冰川的地质作用－搬运与沉积作用冰川沉积物－冰碛（音：qi）終碛(堤)：堆积在冰川前端的弧形垅岗底碛：冰床上广泛堆积的冰碛层鼓丘：平行分布的梭形冰碛丘边碛中碛冰斗冰斗刃脊U型谷角峰四.山岭地貌1.山岭地貌的形态要素山顶：山岭的最高部分，有尖、园、平之分。山脚：山岭与周围平地的接触处；山坡：位于山顶与山脚之间的斜坡。2.成因类型分类构造变动形成的山岭：如平顶山、单面山、褶皱山、断块山火山作用形成的山岭：常见有锥状火山和盾状火剥蚀作用形成的山岭：如河间分水岭褶皱山地堑地垒3.垭口---山顶呈长条形时叫山脊，山脊上标高较低的鞍部叫垭口。越岭线若能寻找合适的垭口，可以降低公路高程和减少展线工程量。隧道也一般选择穿越垭口，可以减少随道延米和工程量。垭口的主要类型及特征：1）.构造型垭口:包括（1）断层破碎带型垭口：工程地质条件较差，一般以低路堤、浅路堑通过，以保证地面原有的稳定性。（2）背斜张裂带型垭口：工程地质条件相对好一些，主要水文地质条件好，岩层相对稳定。（3）单斜软弱层型垭口：岩性较差，不宜大挖，以浅路堑或路堤形式通过。在山体地质结构的基础上，以剥蚀和堆积作用为主因素形成。特点：垭口外形浑园，宽厚，松散堆积层较大。道路多以低填或浅挖通过。以外力强烈剥蚀为主导因素所形成的垭口，其形态特征与山体地质结构无明显联系。特点：松散覆盖层很薄，基岩多半裸露。可采用隧道方案、中堑深挖等方式通过。2).剥蚀型垭口：3).剥蚀-堆积型垭口：4.山坡---为山顶和山脚间的斜坡地段。山脊线与越岭线常在山坡上要进行相应的展线。山坡的外部形态特征包括山坡的高度、坡度及纵向轮廓等。山坡类型及特征：1）.根据纵向轮廓分为：（1）.直线形坡①.单一岩性的长期侵蚀：稳定性较高.②.单斜岩层构成：开挖路堑后顺层滑动.③.松散岩层构成：表示为残坡积层，稳定性最差。（2）.凸形坡：上缓下陡，由河流的强烈下切形成的。其稳定性主要取决于取决于岩体结构。（3）.凹形坡：上陡下缓，由河流缓慢下切形成，稳定性差。（4）.阶梯形坡：①.由软硬不同的水平或近于水平的岩层经风化形成，稳定性较高；②.由多次滑坡形成的－近于极限平衡状态。③.由平行的多层正断层形成，稳定性取决于断层的规模及稳定程度.2).根据纵向坡度分为:微坡---小于150缓坡----16—300陡坡----31—700垂直坡---大于700山岳对交通运输的影响影响山区交通建设的一般原则原因方式首选公路运输，其次是铁路运输①山岳地区修建交通运输干线的成本高、难度大；②建造公路的成本、技术难度较铁路小线路走向①线路选在地势相对和缓的山间盆地和河谷地带；②线路一般呈“之”字或“8”字形(线路尽量与等高线平行)；③避开陡坡和断层、滑坡、泥石流等地质灾害多发地段；④在适宜的过河点跨过河流；⑤尽量选择两点间最近距离、经过各级居民点；⑥避免占用耕地、避开农田水利设施在山岳地区交通运输建设选线一般应按地形大势来确定路线的走向。原因：①尽量节约建设成本的需要；②降低技术难度的需要；③工程施工安全的需要；④降低运营成本和提高运营安全性的需要。(如果像平原地区那样，选取最直、最短的线路，就必须开拓较多的山坡，填实沟谷，建造较多的桥梁或隧道线网密度一般来说平原、缓丘、山间盆地、河谷等人口稠密、经济发达的地方线网密度大山岳地区人口主要集中在河谷地带，这样可以联系较多的居民点，方便人们的出行，吸引较多的客货流，从而提高营运量，增加经济效益五.平原地貌平原地貌是地壳在升降运动微弱或长期稳定的条件下，经过风化剥蚀夷平或岩石风化碎屑经搬运而在低洼地面堆积所形成的。平原地貌具有大地表面开阔平坦、地势高低起伏不大的外部形态。一般说来，平原地貌有利于公路选线，在选择有利地质条件的前提下，可以设计成比较理想的公路线形。平原地貌的分类按高程分类：高原高平原低平原洼地按成因分类：构造平原剥蚀平原堆积平原第二节第四纪松散沉积物第四纪沉积物一般为不良地质条件，常为滑坡、泥石流等不良地质现象的发生提供物质基础。第四纪沉积物一般具有压密固结程度低、结构松散、强度低、稳定性差、承载力低、变形量大、透水性强,部分对水敏感等特点。第四纪的特点：1.人类的出现及人类文明的发展古猿→猿人→古人→新人→现代人阶段石器→陶器→铜器→铁器→计数机时代2.气候发生了显著降温，并出现明显冷暖波动3.地壳活动异常活跃（喜马拉雅山、火山）4.哺乳动物为主的时代5.陆相沉积物广泛发育且正在形成中地球上的气候一直呈波浪式发展,冷暖干湿相互交替,变化的周期长短不一:大冰期与大间冰期,时间尺度为106-108年亚冰期与亚间冰期,时间尺度为105年副冰期与副间冰期,时间尺度为104年小冰期与小暖期,时间尺度为102-103年在地球历史上曾发生过三次大冰期:震旦纪大冰期（6亿年前）;寒武—石炭纪大间冰期（3-6亿年前）;石炭---二迭纪大冰期(2-3亿年前)；三迭—第三纪大间冰期(2—0.02亿年前）；第四纪大冰期(200万年前开始）。第四纪五次亚冰期：序号距今万年欧洲中国11.0冰后期26.5玉木冰期大理冰期310里斯—玉木间冰期423里斯冰期庐山冰期530明德—里斯间冰期6明德冰期大故冰期770恭兹—明德间冰期8恭兹冰期鄱阳冰期在玉木亚冰期中有五次副冰期，它们的时程在1-几十万年，现在距玉木亚冰期的第五次副冰期结束已有一万年。在亚冰期气温比现在低8-12度；在亚间冰期气温比现在高5-10度。第四纪沉积物成因分类成因成因类型主导地质作用风化残积残积物物理、化学风化作用重力堆积坠积物崩塌堆积物滑坡堆积物土溜较长期的重力作用短促间发生的重力破坏作用大型斜坡块体重力破坏作用小型斜坡块体表面的重力破坏作用大陆流水堆积坡积物洪积物冲积物三角洲堆积（河—湖）物湖泊堆积物沼泽堆积物斜坡上雨水、雪水间有重力的搬运、堆积作用短期内大量地表水流搬运、堆积作用长期的地表水流沿河谷搬运、堆积作用河水、湖水混合物堆积作用浅水型的静水堆积作用潴水型的静水堆积作用海水堆积滨海堆积物浅海堆积物深海堆积物三角洲堆积（河-海）物海浪及岸流的堆积作用浅海相动荡及静水的混合堆积作用深海相静水的堆积作用河水、海水混合物堆积作用地下水堆积泉水堆积物洞穴堆积物化学堆积作用及部分机械堆积作用机械堆积作用及部分化学堆积作用冰川堆积冰碛堆积物冰水堆积物冰碛湖堆积物固体状态冰川的搬运、堆积作用冰川中冰下水的搬运、堆积作用冰川地区的静水堆积作用风力堆积风积物风-水堆积物风的搬运堆积作用风的搬运堆积作用后来又经流水的搬运堆积作用第三节特殊土及其工程地质性质我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。特殊土：人们把这些具有特殊工程性质的土称为特殊土。特殊土分布的区域性：各种天然或人为形成的特殊土的分布，都有其一定的规律，表现一定的区域性。在我国，具有一定分布区域和特殊工程意义的特殊土主要包括：沿海及内陆地区各种成因的软土：主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区的黄土；西南亚热带湿热气候区的红粘土；主要分布于南方和中南地区的膨胀土；主要分布于沿海及西北干旱区的