04地貌和第四纪地质及岩体结构和稳定性分析

第十讲地貌和第四纪地质及岩体结构和稳定性分析一、内容提要：本讲主要讲述①地貌和第四纪地质各种地貌形态的特征和成因；第四纪分期。②岩体结构和稳定分析岩体结构面和结构体的类型和特征：赤平极射投影等结构面的图示方法；根据结构面和临空面的关系进行稳定分析。二、重点、难点：各种地貌形态的特征和成因、岩体结构面和结构体的类型和特征以及根据结构面和临空面的关系进行稳定分析。三、内容讲解：第三节地貌和第四纪地质地貌即地表形态(地形)。地貌形态大小不等，千姿万态，成因复杂，但总的说来，地貌形态是内外地质营力互相作用的结果。第四纪是地球发展的最新阶段，它包括更新世和全新世。一、主要地貌形态的特征与成因地貌形态是由地貌基本要素所构成。地貌基本要素包括：地形面、地形线和地形点，它们是地貌形态的最简单的几何组分，决定了地貌形态的几何特征。自然界的地貌形态虽被人归结为上述三种地貌基本要素所构成。【例题1】构成地貌形态的地貌基本要素中不包括（）。A.地形面B.地形线C.地形点D.走向线答案：D地形面：可能是平面、曲面或波状面。例如山坡面、阶地面、山顶面和平原面等。地形线：两个地形面相交组成地形线(或一个地带)，或者是直线或者是弯曲起伏线，例如分水线、谷底线、坡折线等等。地形点：两条(或几条)地形线的交点，或孤立的微地形体构成地形点，这实际上是大小不同的一个区域，例如山脊线相交构成山峰点或山鞍点、山坡转折点和河谷裂点等。任何一种地貌形态的特点，都可以通过描述其地貌形态特征和形态测量特征反映出来。地貌基本形态具有一定的简单的几何形状，但是地貌形态组合特征，就不能用简单的几何形状来表示，而必须考虑这一形态组合的总体起伏特征，地形类别和空间分布形状。例如，山前由若干洪积扇群集所构成的洪积平原，这是一种地貌形态组合，其中每一个洪积扇作为一个基本地貌形态，具有扇形几何特征；但这一形态组合的特征则是纵向倾斜，横向和缓起伏，呈条状分布的洪积倾斜平原。地貌的成因研究，涉及地貌形成的物质基础，地貌形成的动力和影响地貌形成发展的因素。地貌形成的物质基础是岩石和地质构造。地貌形成的动力主要有两类，即内力地质作用和外力地质作用。地貌的形成发展是内、外营力相互作用的结果。(一)残积物及风化壳地壳表层岩石遭受风化作用后，在原地形成的松散堆积物称残积物(层)。在地壳表层不同深度由于风化作用的因素、方式和强度不同，致使在垂直剖面上形成具有不同成分和结构的多层残积物，由这些残积物所构成的复杂剖面称为风化壳。在风化壳的顶部，通常是生物活动的场所，生物在生命过程中分泌和产生大量的有机质，有机质与残积物不断发生化学反应，改造残积物，这个过程称成土(壤)作用，经成土作用改造过的富含腐殖质的残积物称土壤。因此，残积物和土壤都是风化壳的组成物质。由于风化作用的复杂性和基岩的性质不同，风化壳可以由单一的残积层组成，也可以由多层残积层组成。风化壳中常含有多种有用矿产，风化成因的铁、锰、镍、钴、铝矿床是这些矿种中的主要类型。风化壳和残积层的结构特点对工程建筑也有直接影响，因此研究风化壳有着重要意义。决定风化壳形成的主要因素是气候条件，在不同气候条件下，风化作用进行的方式、强度不同，因而形成处于不同风化作用阶段和发育程度的风化壳。据此可把风化壳划分为下列四个主要类型：1.岩屑型风化壳(机械风化壳)。岩石在物理风化作用下在原地产生碎裂，形成岩屑型风化壳。其化学风化作用微弱，元素迁移能力也弱，组成残积层的岩石成分与母岩基本一致。风化壳上层碎屑粒径细小，向下逐渐变粗，最下部是具风化裂隙的基岩。岩屑型风化壳主要形成于寒冷气候带(冻原带)，由于气温低；化学元素极不活跃，仅有微弱的化学风化作用，使部分硅酸盐矿物风化成水云母和水绿泥石等风化程度低的矿物。2.硅铝—硫酸盐型风化壳及硅铝—碳酸盐型风化壳。此类风化壳是在物理风化作用基础上，化学风化作用开始阶段的产物。在氧和二氧化碳的作用下，硫化物受氧化成硫酸盐；铝硅酸盐矿物中的碱金属和碱土金属在碳酸化作用下，从矿物中析出，并形成碳酸盐。此阶段的典型矿物是石膏、方解石等，因水溶液呈碱性，有时可形成水云母等粘土矿物。此类风化壳形成于干旱气候带(荒漠带)及温暖的半干旱气候带(草原带)。整个风化壳因富含钙而呈黄—灰黄色，类似黄土又称黄土状风化壳，这类风化壳的厚度一般不大。3.硅铝粘土型风化壳(高岭石型风化壳)。在化学风化作用深入进行下，钙、镁、钾、钠等元素全部被析出，硅也大量迁移。水溶液呈酸性反应，使硅酸盐、铝硅酸盐矿物分解，形成高岭石、蒙脱石等粘土矿物，故称高岭石型风化壳。高岭石型风化壳主要形成于温暖湿润气候带(草原灰化土带)。4.砖红土型风化壳。在化学风化作用进行较为彻底的情况下，硅酸盐矿物已全部分解，可以迁移的元素均已析出，形成硅、三价铁、铝的氧化物。风化壳因富含铁质而呈红色。典型的砖红土型风化壳主要形成于湿热气候带。【例题2】某场地内岩土层分布为：①层粉质粘土，呈硬塑状；②层泥岩（夹薄层泥砂岩）；经探槽揭露，两层岩土具有相同的层理，则第①层粉质粘土为（）。A.残积物B.冲积物C.坡积物D.冰积物答案：A(二)斜坡地貌与斜坡堆积物斜坡地貌是自然界分布最广泛的地形形态之一，它包括山坡、岸坡和人工斜坡。其形态特征，成因和物质组成均十分复杂。斜坡的坡度，物质组成在内外力因素的综合影响下，经常地发生变化，凡是变化趋势对国民经济生活有较大影响，甚至有灾害性影响的斜坡称为不稳定斜坡。不稳定的斜坡有两类：一类是坡度陡，常在地震和重力等因素影响下，发生强烈的崩垮滑动，造成灾害。另一类由于组成物质松散，易受水流冲刷造成水土流失，促使耕地破坏和水库淤塞。地质工作者研究斜坡，就是为了控制和预防边坡崩、滑及水土流失。1.崩塌及其堆积物崩塌是指斜坡上的岩、土体在重力作用下，突然地迅速地向坡下垮落的现象。崩塌速度很快，可达自由落体的速度。崩塌作用常发生在坡度很陡的斜坡地带，如具悬崖的狭谷地带和海、湖岸地带。崩塌作用的结果是，一方面在坡的上部形成一个新的陡坎地形，其形状常切入山坡呈围椅状，称崩塌壁。崩塌壁下由崩落的岩块刨出深沟，而崩塌产物则堆在山坡底部呈不规则的堆石坝状，称倒石堆。倒石堆由未经分选的崩塌堆积物组成。它包括巨大的崩塌岩块；岩块碰撞及压砸而形成的碎石及岩粉；以及斜坡上的其他松散堆积物等。其岩性成分与组成斜坡的岩性一致，碎屑呈角砾状，分选性极差。崩塌是突然发生的，常堵塞河道、阻塞道路，毁坏良田，砸毁民房和桥梁，给人民生活造成很大危害2.撒落及其堆积物撒落是斜坡上的岩体在强烈的机械风化作用下，不断地产生碎块及岩屑，它们在重力作用下向坡下坠落或滚动的现象。撒落与崩塌不同，它形成于坡度为30°～70°的斜坡地带，在沿坡地带，风化岩屑以较崩塌为缓慢的速度逐渐地、均匀地撒落于坡下，并形成倒石锥。有时沿坡麓形成倒石锥群。撒落堆积物的岩块和岩屑由于经过滚动棱角遭受磨蚀。较大石块滚动速度快，多停留于坡脚，造成具有下粗上细的粗略分选。稳定的倒石锥坡面常常长满植物，岩块的空隙由细粒物质充填压密，有时被地下水中所含钙质充填。3.滑坡及其堆积物滑坡又称地滑，它是斜坡岩体或土体在重力作用及其他因素的影响下，沿着一定的软弱面(带)整体缓慢滑动所形成的一种地貌现象。滑坡的几种主要地貌特征如下。(1)滑坡台阶：滑体移动时，滑坡体上下各段滑动速度的差异，或滑动时间的先后不同，常常形成几个滑动面。除主滑动面外，还有几个分支滑动面，构成几块滑体。滑体之间相互错断，构成多级台阶。每一台阶由滑坡平台及陡壁组成，平台面向斜坡方向倾斜，台面上的树木也因倾斜而成“醉汉林”、“马刀树”。(2)滑坡陡壁：即滑体移动后，与斜坡上方未动的岩土体之间的分界面。陡壁位于滑体后缘，在平面上呈弧形(圈椅状)。陡壁高度代表滑体移动的距离，一般从数厘米到数十米。滑坡陡壁上常分布有垂直方向的擦痕。(3)月牙形洼地和滑坡湖：由于滑体移动后，滑体与滑坡陡壁之间常遗留下月牙形洼地，洼地积水时形成滑坡湖。(4)滑坡舌和滑坡鼓丘：由于滑体移动，使得在滑体前缘，形成形如舌状地伸入沟堑低地或河道中的部分称滑坡舌。若因滑体前缘受阻，而被挤压鼓起成丘状者称滑坡鼓丘。(5)滑坡裂缝：滑坡发育的初期及中期裂缝极其发育。滑体不同部位由于受力差异，发育有不同性质的裂缝与擦痕。【例题3】某场地内存在有“醉汉林”、“马刀树”等地貌特征，则表明该场地发生过（）。A.崩塌B.泥石流C.断裂D.滑坡答案：D4.流水地貌及其堆积物流水地貌及其堆积物是陆地上分布最为广泛的地貌类型和第四纪沉积类型。流水地貌及其堆积物的研究，对于水工建筑、道路桥梁建设、农田基本建设、水土保持及灭害防治、河运航道、地下水赋存条件以及砂矿地质等方面都具有最普遍而广阔的意义。在暴雨或大量积雪消融时，所形成的瞬时洪流称暂时性水流。暂时性水流形成的侵蚀地形是侵蚀沟，沟床中的水流堆积物称冲沟堆积物。沉积于沟口的沉积称洪积物。在半干旱气候带的松散沉积层之上，在植被稀疏的缓坡地区侵蚀沟可以发展得很快，使地形遭受强烈的分割，蚕食耕地，破坏道路，造成大量水土流失，淤塞水库河道，冲沟密布还使潜水位下降，造成危害甚多，为黄土高原的沟堑纵横，称为侵蚀沟。侵蚀沟中被侵蚀破坏的碎屑物质，洪水期被搬运出沟口后，由于水流分散，坡度急剧减小，流速降低，这些碎屑物质遂堆积于沟口，形成一种半圆冲出锥堆积物称为冲出锥。洪积扇是在暴雨季节，山区洪流沿河谷流出山口时，由于山区与山麓之间地形相差悬殊，水流出山口后形成散流，水流厚度、流速迅速减小；同时还因地表水的蒸发及通过山口松散沉积物时的迅速下渗，使水量大大减小，搬运力急剧减弱，由洪流搬运的碎屑物质在山口处呈扇形堆积形成的。过去不同时期的河谷底部(河床及河漫滩部分)，由于河流下切侵蚀作用加强，被抬升超出一般洪水期水面以上，呈阶梯状分布于河谷谷坡上，这种地貌称为河流阶地。每一级阶地都经历了两个形成阶段：首先是以侧方侵蚀为主，形成宽广的河谷，同时堆积冲积层；然后下切侵蚀加强，切开冲积层，形成阶地陡坎。冲积平原是大河的中下游发生大量堆积而形成广阔的地带。可以分为山前平原、中部平原和滨海平原三部分。山前平原是从山区到平原的过渡带，成因上属于冲积—洪积型。当河流流出山口到平原后，河床坡降急剧减小，水流呈扇形散开，河道分汊，水流厚度减小，其动能大大减弱，形成冲洪积扇形平原。中部平原是冲积平原的主要部分，组成中部平原的沉积物主要是冲积物，但也夹有湖积物及风成堆积物，位于中部平原的河流，以汊道式的游荡型河流为主，众多的河流甚至几个水系组成一个冲积平原。滨海平原成因上属于冲积—海积平原。其沉积物颗粒更细，沼泽面积大，并伴有周期性海水入侵。在滨海地区有典型的海岸带的沉积及残留的地貌，如海岸砂堤(贝壳堤)，以及泻湖、海湾等。【例题4】山前平原的成因属于（）。A.冲积型B.洪积型C.冲积—洪积型D.冲积—海积型答案：C5.岩溶地貌及其堆积物(1)岩溶地貌可溶性岩层在岩溶作用下，形成的一系列独特地貌。根据它们的出露情况，分为地表岩溶地貌及地下岩溶地貌两大类。前者在形成过程中，地表水起着较重要的作用，而后者主要是以地下水作用为主。1)溶沟、石芽溶沟是可溶性岩层表面上的一些沟槽状凹地，是由地表水流(主要是片流和暂时性沟状水流)顺坡地沿节理裂隙，长期进行溶蚀作用的结果。在溶沟间突起状的石脊称石芽。石芽与溶沟的高度、深度一般不超过几米。被松散盖层覆盖的称为埋藏石芽。2)岩溶漏斗在岩溶强烈发育区，地表经常出现的一种漏斗状凹地称为岩溶漏斗。它平面形态呈圆或椭圆状，直径数米至数十米。深度数米至十余米。岩溶漏斗的形成过程，是地表水流沿垂直裂隙向下渗漏时使裂隙不断扩大，先在地面较浅处形成隐伏的孔洞，并随着孔洞的扩大上部岩土层逐步崩塌，最后陷落成漏斗。3)落水洞落水洞是地表岩溶与地下岩溶的过渡形式。其表面很少有碎屑物堆积。常是地表通向地下河、地下溶洞或地下水面的孔道。它形成于地下水垂直循环极为流畅的地区，是流水沿垂直裂隙进行溶蚀、冲蚀并伴随部分崩塌作用的产物。4)干谷、半干谷及盲谷岩溶地区当地壳上升时，地表河流不是随之下切，而是沿着后期在谷底上发育的岩