一、雅丹地貌的形成中***河湖相土状沉积物所形成的地面***是什么意思
雅丹地貌是一种风蚀地貌，形成主要是由于河湖相土状沉积物所形成的地面经过风化侵蚀、流水冲刷和风蚀作用。河湖相土状沉积物是指在湖泊或河流中形成的沉积物，这些沉积物通常由泥沙、黏土、石灰岩等物质组成。在长时间的地质历史中，这些沉积物逐渐固结形成了一个较为松软的地面。
由于风化和流水的侵蚀作用，这个松软的地面被逐渐破坏，形成了风蚀土墩和风蚀凹地（沟槽）的组合。风蚀土墩是高起的地面，它们通常是由黏土、泥沙等物质组成的，而风蚀凹地则是低洼的地面，通常是由于流水冲刷形成的沟槽。
因此，河湖相土状沉积物所形成的地面是雅丹地貌形成的基础，它的性质和结构对于雅丹地貌的形成具有重要的影响。
二、河流沉积物的类型和特征,湖泊沉积物的类型和特征
河流沉积物【河流沉积的物质称为冲积物】
冲积物的特点
1．分选性好.沉积物颗粒的大小与流速关系密切.
2．成层性好.由于河流流速在时间上的变化以及气候等在时间上的变化,使某一地区河流中沉积物在垂直剖面上颗粒大小、颜色深浅呈有规律变化而显示出来的成层现象,叫做河流沉积物的成层性.
3．韵律性明显：在河流沉积物中两种或两种以上的沉积物（颗粒大小、颜色等）在垂直剖面中有规律地交替出现的现象.它反映了沉积环境的规律性变化.每重复一次,称为一个韵律.
4．颗粒的磨圆度较好.河流沉积作用一般发生在河流中、下游,其搬运距离较远.在其搬运过程中,颗粒互相撞击,并与河底岩石相互摩擦,使被搬运的颗粒不仅变小,还失去棱角,使磨圆度变好,明显好于坡积物、洪积物和残积物.
5．成分复杂.其决定于河流所经地区的岩石、矿物种类.主要是一些物理、化学性质较稳定的矿物和岩石颗粒.
根据沉积场所不同,分为河床相沉积物,河漫滩相沉积物及河口沉积物.
湖泊沉积物分为碎屑沉积物、化学沉积物和生物沉积物或这些物质的混合体.
①碎屑沉积,主要是粘土、淤泥和砂等.在气候湿润区发育较好.沉积形态与组成受水动力条件和湖底地形支配.沉积物的水平分布为,自湖滨至湖心,颗粒由粗变细呈环状排列.沉积物的垂直分布是,最下层为最古老,依次向上,沉积时期越新.沉积物中水分由上向下逐渐减少.碎屑沉积量和沉积速度各湖不同.
②化学沉积,可以形成各种可利用的盐类.化学沉积受温度的影响较大,冬季温度接近于零或低于零时,盐类析出.化学沉积多见于干旱地区,湖泊由碎屑沉积开始,以盐类沉积告终,即从淡水湖演变为咸水湖直至盐湖,基本上代表了干旱地区盐湖的整个发育过程.
③生物沉积,湖沼中有机体死亡沉于底部形成生物沉积物.
生物沉积物按其成分和构造,分为腐殖质泥土和泥炭两类.
腐殖质泥土为富营养型湖泊所特有.它主要由有机物组成,其中浮游生物占优势.
泥炭为贫营养型湖泊所特有.沉积物主要有漂浮植物层、苔藓及其他草本植物的残留物所组成,间或含有木本植物.
三、河流沉积物与湖泊沉积物如何区分开来
河流沉积物和湖泊沉积物有以下几个主要区别：
1.来源：河流沉积物的来源主要是上游水流携带的泥沙，通常在河流的下游和河口位置形成沉积。而湖泊沉积物的来源可能更为多样化，包括河流携带的沉积物、湖泊内生物沉积以及湖泊底部沉积物等。
2.颗粒大小：河流沉积物颗粒通常较粗，包含鹅卵石等混合物，这是因为水流在流动过程中，较重的颗粒会先沉积下来。而湖泊沉积物的颗粒大小则更细小，包括粘土、淤泥等。
3.沉积形态：河流沉积物通常呈现出带状或环状的形态，这是由于水流的动力特性和河道的形状造成的。而湖泊沉积物则通常呈现出层状或块状的形态，这是由于湖泊底部沉积物受到水流作用较小，或者湖泊生物的死亡和沉积作用。
4.组成：河流沉积物通常包含较大的沙砾和石头，这是因为水流会将上游的泥沙携带过来，然后根据流速和颗粒大小进行沉积。而湖泊沉积物则可能包含各种类型的物质，包括生物遗骸、有机物质、无机物质等。
总的来说，河流沉积物和湖泊沉积物在来源、颗粒大小、沉积形态和组成等方面都有明显的区别。了解这些区别可以帮助我们更好地理解和识别不同的地质环境和自然环境。
四、湖相粘土的工程地质特性
一、洱海软粘土
近年来，随着我国沿海和内陆软土地区工程建设的迅速发展，饱和软粘土的物理力学特性研究受到了工程地质和岩土工程界的极大关注，并取得了不少进展。滇藏铁路沿线的软弱湖相粘土地基主要分布在数个第四纪盆地中，例如洱海盆地、鹤庆盆地、丽江盆地、拉市海盆地、小中甸盆地、中甸盆地、林芝盆地等。由于上述盆地中湖相粘土的形成时代、沉积物形成的古气候、古环境和物质组成不同，其工程性质是极其复杂的，既有流塑态现代粘土、又有早全新世软塑态粘土、还有次稳定的晚更新世小中甸粘土及硬塑态鹤庆粘土等。此外，在安久拉山口大熊错、白衣错一带，土壤坡面中发育有暗黑色泥炭层，属山地沼泽化土；在宽谷江河的水网地带，如雅鲁藏布江和拉萨河谷，也有河漫滩沼泽相软土发育。因此，滇藏铁路规划和建设中必须对上述不同地质时代和不同性质的湖相粘土开展专门的研究，以便进行有效的工程评价和工程设计。现以洱海第四系软粘土为例，阐述湖相软粘土工程地质研究的理论和方法。
1.洱海东缘软粘土的分布特征
洱海是滇西最大的断陷湖泊，湖水面积约249.8 km2，湖面海拔1974 m，属澜沧江水系。洱海西邻由寒武系板岩和大理岩构成的点苍山，东部为上古生界的石灰岩低山丘陵，北侧为入口，向南为西洱河，是一个开放的湖泊水系（图12-18）。
图12-18洱海周缘软土分布示意图
根据前人研究（吴根耀，1992），洱海盆地自始新世开始断陷并接受沉积。晚更新世时气候寒冷，大理冰期来临，来自西侧点苍山的山岳冰川产生强烈刨蚀作用，造成河流堵塞。进入早全新世时气候发生变化、温度上升，洱海水泛滥，平均水位达海拔2160 m，形成大量河湖相或河湖-沼泽相沉积。全新世中期，全区温度持续上升，湖水大面积干涸或范围缩小，水位下降到海拔2000 m左右（段彦学，1987）。全新世晚期，区内湖泊进一步缩小或干涸，洱海目前的水位是1974 m。随着洱海水位不断下降，湖泊面积逐渐缩小，原湖泊近岸水下的沉积地层出露水面。经孢粉分析和14C年龄测定，洱海东缘的软粘土主要是早全新世以来的沉积物。
2.洱海东缘软粘土的物质组成和物化性质
（1）粒度组成
根据移液管全分散法粒度分析结果（表12-15），洱海东缘软粘土具有高分散性，砂粒含量极低，主要由粉粒和粘粒组成，d＜5μm的粘粒含量大部分在35%以上，最高达60.32%。
表12-15洱海东缘软粘土物质组成及物理化学活性测试结果
（2）粘土矿物
粘土矿物XRD定量测试结果表明，洱海东缘软粘土的主要粘土矿物成分为单矿物蒙脱石（S）（图12-19），占粘土矿物总量的80～81%，次要粘土矿物为高岭石（K），占16～17%，伊利石（I）仅占2～4%（表12-16）。洱海富Mg2+的水体环境和周边大量蒙脱石化蚀变岩的分布是形成大量蒙脱石的原因。
表12-16洱海东缘软粘土矿物成分定量测试结果
（3）软粘土的物理化学活性及孔隙溶液的化学成分
比表面积指标可以较好地反映粘性土的物理化学活性。采用乙二醇乙醚吸附法测定结果表明，洱海软粘土的比表面积为176.78～448.23 m2/g，平均值299.32 m2/g，巨大的比表面积决定了其物理活性很高。采用土水比1∶5水提取液测得样品的pH值为6.23～7.9（表12-17），基本属中性。洱海软粘土的含盐量通常小于100 mg/100 g，个别地点因有机质大量聚集，引起局部含盐量升高（主要为。孔隙溶液的主要阳离子及粘土矿物表面可交换性阳离子都是以Ca2+为主，交换性Ca2+引起的粘土颗粒絮凝作用和双电层压缩明显，造成粘土结构强度高、粘聚力增大、压缩性降低。
图12-19洱海东缘软粘土＜2μm粒组X-射线衍射曲线
表12-17洱海东缘软粘土水提取液化学分析结果
3.洱海东缘软粘土的工程地质特性
根据洱海东缘软粘土的大量土工试验结果（表12-18），软粘土的工程特性主要表现在以下方面：
（1）含水量较高。含水量一般在40%～65%之间，最高可达104%，平均值为57.08%，接近于液限，几乎处于饱和状态。
（2）天然孔隙比大。孔隙比一般在0.64～2.63之间，平均值为1.49。
（3）特殊的稠度状态。稠度即液性指数，是软粘土判别和分类最重要的指标。在国际上通常将液性指数IL≥0.75或不排水抗剪强度≤40 kPa的粘性土称为软粘土（Brand et al.，1981）。中国软土的判别一般把天然孔隙比e≥1.0且天然含水量w大于液限wL的细粒土称为软土。测试结果表明，洱海早全新世软粘土的液性指数IL介于0.47～1.51之间，平均值为0.79（表12-18，图12-20）。无论是分布概率还是平均值都说明它们处于软塑态，液性指数IL降低还导致压缩性减少、抗剪强度增大，这一特点与其形成的地质时代有关。
（4）高塑性。液限多在45%以上，最高达101.3%，平均值为58.17%；塑限多大于25%，最高达61%，平均值31.4%；塑性指数的平均值绝大多数大于20%。总体上，洱海早全新世软粘土属于高塑性粘土。
（5）压缩性大。软粘土压缩系数为0.23～2.21 MPa-1，平均值0.88 MPa-1；压缩模量一般为1.45～5.63 MPa，平均值3.14 MPa。数据统计表明，有14%的软粘土为中等压缩性，86%为高压缩性，说明洱海软粘土以高压缩性为主，同时中压缩性仍占有一定比例，说明这部分软粘土已经发生了一定程度的固结。
（6）强度低：直剪（快剪）试验测定结果，内摩擦角最低2.1°，最高23.3°，平均一般为11°；粘聚力c值1.7～39.8 kPa，一般值8～16 kPa，表明洱海湖相软粘土的抗剪强度较低，与一般软粘土并没有明显的差异。
表12-18洱海东缘软粘土的工程特性统计结果
（7）固结系数小。该区软粘土固结系数一般在0.11～4.42 cm2/s之间，平均值为1.08 cm2/s，说明该区软土完成固结沉降需要较长时间，这对施工工期影响很大。
（8）透水性弱。低渗透性是软粘土的共同属性，其渗透性大小随粘粒含量和塑性指数的增高而降低，洱海软粘土渗透系数最低0.04×10-7 cm/s，高者达4.17×10-7 cm/s，一般为0.30～0.60×10-7 cm/s，平均值0.39×10-7 cm/s；表明软土的排水固结不好，对排水固结不利。
4.洱海东缘软粘土的固结性分析
洱海东缘软粘土沉积时间较短、固结程度低，淤泥及淤泥质粘土呈絮状结构，孔隙发育，因而压缩性大。鉴别天然粘土沉积是否属于正常固结的方法有很多种，Skempton（1970）建议采用以下两种方法：①用Casagrande图解法从压缩实验求得先期固结压力σ′vo，即延长e-logσ′v曲线的原始直线部分与通过原位孔隙比е0的水平线相交得出下限σ′vc（min），如果σ′vo夹在σ′vc和σ′vc（min）之间，则粘土是正常固结的。②根据Su/σ′vo与深度的关系判断，Su是不排水抗剪强度，可根据粘聚力和内摩擦角由公式τ=c+σtanθ计算而得。如果各点近似落在一条直线上，即如果不排水抗剪强度随着有效覆盖压力成比例增加，则认为粘土是正常固结的。
对洱海东缘软粘土固结性采用上述第二种方法进行分析。根据室内试验结果，抗剪强度与有效应力之比（Su/σ′vo）随深度出现2种不同的变化规律（图12-20）。从地表到大致10 m左右的深度，Su/σ′vo随深度呈现对数变化规律，对其进行回归分析，可以看出有明显的相关性，相关系数为0.91。相关关系可以表示为：
滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题
根据Skempton建议采用的方法判断，表明表层软粘土并非正常固结，而是出现超固结现象。从图12-20中含水量、容重、不排水抗剪强度随深度变化情况也可以证明这一点。在表层（约0～10 m）天然含水量随深度而增大，容重、不排水抗剪强度随深度而降低。初步分析认为，出现这种现象主要是由于滇西北高原的隆升造成地表抬升，降水量减少、湖水位退缩，早全新世软粘土上部抬升到湖水位以上，致使上部土层干燥硬化，孔隙比减小，产生超固结，从而出现并非仅在自身重力作用下的固结作用。地表土经过雨水的淋滤及有机质的氧化分解作用，形成与下部土层呈渐变的硬壳层，这个硬壳层表现出液性指数与含水量小、抗剪强度大的工程特性。
图12-20洱海东缘早全新世软粘土工程特性指标与深度关系曲线图
5.洱海东缘软粘土物理力学指标的相关性分析
实际工程中经常建立土体物理力学性质指标之间的相互关系式，从而根据容易测定的物理性质指标估算难以准确测定且费时费力的力学性质指标，以供工程应用参考。统计分析表明，洱海东缘软粘土的物理力学参数之间具有较好的相关性（图12-21）。其中，软粘土含水量w与孔隙比e、塑性指数IP与液限wL、孔隙比e与压缩系数av、含水量w与压缩系数av具有显著正相关性；液性指数IL与粘聚力c、含水量w与内摩擦角φ、塑性指数IP与压缩系数av之间存在较明显的负相关性。
图12-21指标参数之间关系散点图
综上所述，可以得到以下认识：
（1）洱海东缘早全新世湖相粘土属于软塑态的软粘土，而不属于现国家标准规定的液性指数IL≥1.0的流塑态的软土。按照国际流行的软土定义，它们仍然属于软粘土，并且具有高压缩性、低强度等不良工程特性，因此路基、桥基等需进行地基处理成采用适宜的桩基基础。
（2）滇藏铁路沿线广泛分布的湖相、湖沼相沉积粘土，因形成的地质时代、物质成分各不相同，因此软粘土的工程性质及其相关的工程问题也有很大差异，尤其是晚更新世以来形成的湖相粘土，从工程地质角度都属于性质不良的软弱地基，对其静力学和动力学性质都要加以深入研究。
二、小中甸盆地湖相硬粘土
前已叙及，滇西北小中甸盆地是上新世末期以来在青藏高原强烈隆起过程中形成的NNW向第四纪断陷湖盆地，从深切的小中甸河谷剖面可见盆地上部发育中晚更新世湖相粘土（图2-11，图2-12）。规划中的滇藏铁路约有50 km的线路沿着小中甸盆地走向建设，作为滇藏铁路路基、边坡和填筑材料的小中甸湖相粘土，对铁路工程的设计、施工和安全有重要影响。
1.小中甸粘土的物质组成和物理化学活性
根据移液管全分散法的粒度分析结果，小中甸湖相粘土具有高分散性，砂粒含量极低，主要由粉粒和粘粒组成，d＜5μm的粘粒含量大部分在40%以上，最高达69.54%，小中甸湖相粘土中所夹粉质粘土层的粘粒含量较低，但也在7.88%～47.74%（表12-19）。
表12-19小中甸湖相粘土物质组成及物理化学活性测试结果
对样品采用3种方法（天然样品、乙二醇处理样品和550℃加热处理样品）进行了粘土矿物X-射线衍射定量测试，测试结果表明，湖相粘土的矿物组成为伊利石、伊利石/蒙脱石混层矿物、高岭石、绿泥石、绿泥石/蒙脱石混层矿物的共生组合，但以伊利石为主（表12-20，图12-22），其相对含量54%～70%，绝对含量10.82%～32.09%。
表12-20小中甸湖相粘土矿物成分定量测试结果
由乙二醇乙醚吸附法测得的小中甸粘土比表面积为49.47～112.82 m2/g，平均值为81.27 m2/g（纯伊利石表面积67～100 m2/g，高岭石7～30 m2/g）。活动性系数A介于0.51～0.83之间（表12-19），活性指数综合反映了土的塑性与粘粒含量和粘土矿物亲水性的关系，该套粘土的A＜0.83，表明粘土含水量变化时，土颗粒的体积变化不大。
根据单高地剖面8个样品土水比1∶5悬浮液测得样品的pH值为7.01～8.10（表12-19），属微碱性。林业局浅表层边坡剖面样品pH值变化较大，为6.69～7.77。试验测得单高地剖面CaCO3含量为8.30%～12.83%，而浅表层林业局剖面CaCO3含量较低，为1.08%～5.23%，用重铬酸钾氧化法测得的有机质含量为0.16%～0.85%。5个样品土水比1∶5水提取液水化学分析结果表明该处粘土水化学类型以HCO3--Ca2+型为主（表12-21），个别青灰色粘土为型，且水提取液含盐量很低，为53.16～80.22 mg/100 g。表明小中甸粘土沉积时的古湖为湿润环境下具有弱还原环境和具有一定封闭性的高原深水淡水湖。在这种湖水环境下形成的湖相粘土不但分选良好，颗粒细腻，而且具有较高的结构强度。但是，目前处于浅表层或遭受雨水溶滤改造的湖相粘土pH值和CaCO3含量明显降低。
图12-22小中甸湖相粘土＜2μm粒组X-射线衍射曲线
表12-21小中甸盆地单高地粘土水提取液化学分析结果
2.小中甸粘土的物理性质
对分别采集于浅表层的小中甸林业局东北214国道边坡剖面和单高地村深切沟谷剖面的湖相粘土样品进行物理和水理性质测试，前者因遭受大气干湿交替作用、雨水和坡面水流淋溶作用，在物理水理力学性质上与后者有所不同。根据测试结果，林业局边坡粘土天然含水量24.44%～32.51%，干容重1.43～1.61 g/cm3，孔隙比0.72～0.92，液限46.61%～53.80%，塑限27.15%～29.53%，塑性指数19.46～24.27，液性指数0.12～0.14（表12-22），表明位于浅表层的小中甸粘土具有高塑性硬粘土的特性。单高地深切沟谷小中甸粘土单高地村8个粘土样品含水量在35.46%～48.49%，平均为41.13%，这是一般硬塑粘土所没有的，高含水性还表现在天然含水量远远大于此粘土的塑限，表明处于潜塑态。腊封法测得的样品容重为1.71～1.83 g/cm3，平均1.78 g/cm3，其干容重1.19～1.32 g/cm3，平均1.26 g/cm3，孔隙比1.05～1.31，平均1.18。可见，单高地小中甸粘土具有高孔隙性低密度的特点，这与小中甸粘土形成地质时代相对较新、固结程度低、粘土的钙质和有机质胶结作用较强密切相关，也与深切沟谷两侧粘土遭受后期表生改造轻微有关，可代表小中甸粘土真实物理特性。
表12-22小中甸湖相粘土基本物性指标测试结果
采用锥式液限仪和搓条法测得的液限为43.11%～63.99%、塑限30.50%～37.84%，塑性指数12.61～30.43，表明小中甸粘土属于高塑性粘土。8个样品液性指数0.05～0.55，平均为0.35，按照液性指数的稠度分级，单高地小中甸粘土多数属可塑态，仅个别为硬塑态。这与天然小中甸粘土的实际状态表现（野外调查所见为硬塑态）极不相符。分析认为，液限、塑限指标测定是样品在结构充分扰动水化状态条件下测定的，而不代表天然结构状态，二者之间的不一致说明了天然小中甸粘土的结构性，即CaCO3和有机质对粘土的胶结作用。这一事实表明小中甸粘土在机械扰动结构破坏条件下粘土将发生显著的塑性变形。
3.工程特性
（1）胀缩性分析
采用国际流行的Williams和Donadson粘土膨胀势判别法，对小中甸粘土进行膨胀势判别表明，小中甸粘土以中等膨胀-强膨胀为主（图12-23），相当于国内弱、中等膨胀粘土。小中甸粘土的膨胀性主要与粘粒含量高密切相关，这是与我国中东部地区膨胀土的不同之处。另外，小中甸湖相粘土的天然含水率高，基本上位于40%～50%之间，具有干燥收缩特性，易导致开挖暴露引起地面开裂、边坡风化剥落。而野外观测该粘土表现为外观性状好，这与该剖面长期受水浸润作用有关。
图12-23小中甸湖相粘土膨胀势判别图
（2）力学强度特性
为了进一步揭示小中甸粘土的强度特性，我们对采集的原状样品进行了直剪试验和三轴压缩试验。直剪试验结果表明，该粘土的粘聚力c值较大，为38.8～50.3 kPa，内摩擦角φ为17.2°～23.0°（表12-23），三轴（UU）抗剪强度值c值为44.0 kPa，φ值为13.1°，较高的粘聚力与粘粒含量高、较高的钙质和有机质胶结作用有关。在CaCO3和有机质胶结作用下粘土的工程特性良好，在遭受淋滤后CaCO3和有机质含量减少，引起c值降低，由此可见小中甸粘土为结构性土。边坡开挖易引起结构破坏、土体含水量降低引起土体收缩变形，降雨引起φ值降低，在此种情况下该粘土组成的边坡将发生破坏。
表12-23小中甸单高地湖相粘土物理力学指标测试结果
综上所述，可以得到以下认识：①小中甸盆地湖相粘土粘粒含量高，矿物组成以伊利石为主，伴生有伊利石/蒙脱石混层矿物、高岭石、绿泥石、绿泥石/蒙脱石混层矿物，形成于高原温带湿润气候的古气候环境和较弱的化学风化作用。②小中甸粘土具有高含水量、高孔隙性和高塑性、显著结构性等特点，具有较高的结构强度和较高的地基承载力。在干湿交替和浅表部粘土遭受水的淋滤后粘土的力学性质变差。③粘土粘聚力较大，与粘粒含量高、CaCO3胶结作用密切相关，处于浅表层的粘土边坡在水和人类活动等外部因素的影响下易发生滑坡灾害。建议在今后研究中对小中甸湖相粘土的固结程度、变形性质和微观结构特征进行专门研究，以进一步揭示在振动荷载作用下该湖相粘土作为地基的结构稳定性和变形量。