東北多年凍土區(qū)域勘察測定要點(diǎn)

田林偉

摘 要：多年凍土是在東北小興安嶺地區(qū)中較為多發(fā)的一種地質(zhì)情況，在小興安嶺中的分布較為廣泛，并且所具有的沉融性會對工程建設(shè)帶來較大的危害。為避免多年凍土區(qū)域?qū)τ诠こ探ㄔO(shè)的影響，需要在總結(jié)分析多年凍土工程地質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，做好相關(guān)多年凍土區(qū)域的地質(zhì)勘察，以便在工程建設(shè)設(shè)計(jì)及施工過程中避開多年凍土區(qū)域。本文將在總結(jié)分析多年凍土區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對如何做好小興安嶺地區(qū)的地質(zhì)勘察進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：多年凍土；地質(zhì)勘察；小興安嶺

中圖分類號：P642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

多年凍土區(qū)域是工程項(xiàng)目建設(shè)過程中需要規(guī)避的危險(xiǎn)地質(zhì)狀況，小興安嶺地區(qū)中廣泛分布著大量的多年凍土區(qū)域，因此在工程項(xiàng)目建設(shè)之初需要加強(qiáng)對于工程項(xiàng)目周邊的多年凍土地質(zhì)的勘察，并通過對多年凍土的地質(zhì)情況進(jìn)行特性分析總結(jié)，以便為后續(xù)的多年凍土地質(zhì)勘測提供一定的經(jīng)驗(yàn)和參考數(shù)據(jù).

1.小興安嶺的多年凍土的分布特征

對于土體溫度≤0℃且在其中含有固態(tài)水的土體被稱為凍土，而土體在這種狀態(tài)下超過3年及3年以上的土體被稱為多年凍土。根據(jù)凍土的類型可將多年凍土分為季節(jié)性凍土和多年凍土兩大類。其中季節(jié)性凍土指的是隨時(shí)間變化的凍土，季節(jié)性凍土在小興安嶺地區(qū)的分布較為廣泛，這一季節(jié)性凍土在小興安嶺地區(qū)的分布呈現(xiàn)出低洼厚度大的特點(diǎn)，且在高崗和高緯度地區(qū)的厚度較大。而多年凍土在小興安嶺地區(qū)的分布多處于低洼地帶且周邊植被較為發(fā)達(dá)，多為灌木林地或是沼澤濕地。在長期的勘測中發(fā)現(xiàn)，在多年凍土區(qū)域中其周邊多分布著生長著大片藍(lán)莓的濕地或是有大片倒林區(qū)等，其中多年凍土的分布區(qū)域及分布規(guī)律有著嚴(yán)格的地貌控制特點(diǎn)，小興安嶺地區(qū)的多年凍土多為發(fā)育規(guī)模不大的由第四系以來寒冷的冬季凍結(jié)所形成的凍土土體，其在橫向分布為數(shù)十或是數(shù)千平米的范圍，在縱向則可以達(dá)到數(shù)米的深度。另外一些則是在長期的地質(zhì)歷史時(shí)期的冰期內(nèi)形成的，相較于上著其分布無論是分布的規(guī)模還是分布的深度都較大。根據(jù)多年凍土在豎直范圍內(nèi)的分布情形可以將多年凍土的分布分為連續(xù)型、季凍成與無凍融層等，通過對小興安嶺地區(qū)的多年凍土情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，小興安嶺地區(qū)的多年凍土正在呈現(xiàn)出退化的狀態(tài)，其無論是發(fā)育的規(guī)模還是在發(fā)育的深度上都在逐漸地減少。

2.小興安嶺地區(qū)多年凍土所呈現(xiàn)出的物理特性

多年凍土狀態(tài)相較于未凍的土體不論是在物理還是在化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了一定的變化，其中多年凍土所呈現(xiàn)的物理特性會受到其所含有的水分、鹽分、土質(zhì)等一系列因素的影響。其中，多年凍土的物理學(xué)性能相較于原生土體有著較大的提升，造成這一現(xiàn)象的主要原因是由于土體中所含有的水凝結(jié)成冰后冰對土體所增強(qiáng)的黏結(jié)力，小興安嶺地區(qū)中所含有的多年凍土呈現(xiàn)出含冰量較多的特點(diǎn)，因此多年凍土的物理學(xué)性能也被大大加強(qiáng)，在凍土的特性中，多年凍土的凍脹性與融沉性受到土體土質(zhì)以及土體中含冰量的影響。由于小興安嶺地區(qū)多年凍土中的含水率較高，因此導(dǎo)致小興安嶺地區(qū)的多年凍土中的凍脹率和融沉系數(shù)較高，會對小興安嶺地區(qū)的工程項(xiàng)目建設(shè)造成較大的影響。此外，小興安嶺地區(qū)的多年凍土其分布多處于山丘的低洼地帶，由于地處低洼地區(qū)，水分長期積聚在低洼地區(qū)使得此地區(qū)呈現(xiàn)出嚴(yán)重的淤水現(xiàn)象，小興安嶺地區(qū)的多年凍土區(qū)域長期處于水飽和或是過飽和的狀態(tài)，從而使得小興安嶺地區(qū)的多年凍土的凍結(jié)層的上下層級之間會存在有大量的飽和地下水，從而使得小興安嶺地區(qū)的多年凍土的凍脹和融沉的危害大為增加，由于小興安嶺地區(qū)的多年凍土的這一特性使得其對于工程建設(shè)的危害極高。

3.做好對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土的勘察

對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土的勘察需要與季節(jié)性凍土之間有所差別，在對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土的勘察中首先需要選定合適的勘察時(shí)間，其中，對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土上限其勘察時(shí)間應(yīng)當(dāng)在一年當(dāng)中的10～11月份之間來對小興安嶺地區(qū)的多年凍土進(jìn)行相關(guān)的勘察，而對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土的下限則適宜在一年當(dāng)中的3～4月份來進(jìn)行勘察，由于小興安嶺地區(qū)的多年凍土在豎直方向上分布的狀態(tài)多呈現(xiàn)的是連續(xù)型凍土，因此在對小興安嶺地區(qū)的多年凍土進(jìn)行勘察的過程中只要查清其下限即可，因此在對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土的勘察時(shí)間可以設(shè)置與一年當(dāng)中的3～4月份。在小興安嶺地區(qū)的多年凍土的勘察方法上可以使用鉆探方法、電測深法和地震折射層析法等多種方法來對小興安嶺地區(qū)的多年凍土進(jìn)行勘察。在使用鉆探方法來對小興安嶺地區(qū)的多年凍土進(jìn)行勘察的過程中，在鉆探至凍土層時(shí)需要采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，降低鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行低壓慢速進(jìn)給，在上下提鉆下鉆的過程中鉆具要盡可能的平穩(wěn)以盡可能地減少活動(dòng)，在完成了鉆探提鉆前可以使用高壓（需要控制在一定的范圍內(nèi)）來鉆幾鉆，鉆的時(shí)間要盡可能的短以避免鉆探時(shí)間過長而導(dǎo)致小興安嶺地區(qū)的多年凍土層發(fā)生融化。在對小興安嶺地區(qū)的多年凍土進(jìn)行勘探取巖芯的過程中要盡可能地保證巖芯處于原始的凍結(jié)狀態(tài)以便確保巖芯樣品的可靠性與穩(wěn)定性，從而確保后續(xù)的小興安嶺地區(qū)的多年凍土巖芯檢測試驗(yàn)指標(biāo)的準(zhǔn)確性。在完成了對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土的鉆探勘察后需要對所取得的巖芯需要進(jìn)行妥善的保管與運(yùn)輸。

在使用淺層地震折射地震波法來對小興安嶺地區(qū)的多年凍土進(jìn)行勘察的過程中，應(yīng)當(dāng)首先通過鉆探確定此地的凍土層與地表覆蓋層之間存在著明顯的差異，此為應(yīng)用淺層地震折射波法的前提，此外在應(yīng)用電測深法勘探小興安嶺地區(qū)的多年凍土層的過程中首先應(yīng)當(dāng)確定地表覆蓋層與凍土層之間存在著較為明顯的電性差異。

在應(yīng)用電測深法來對小興安嶺地區(qū)的凍土層勘察數(shù)據(jù)的解釋時(shí)，如在勘察區(qū)的地下有凍土層的存在，則在使用電測深法所獲得的勘察圖形曲線上表現(xiàn)為K型或是HK型的曲線，根據(jù)所獲得的曲線電阻率的大小來判斷地下的凍土層是季節(jié)凍土層還是多年凍土層，然后根據(jù)前期鉆探所獲得的小興安嶺地區(qū)的凍土地球物理模型的基礎(chǔ)上使用電測深專用反演軟件來對其進(jìn)行一維的反演，在使用軟件獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)后在與前期的鉆孔資料進(jìn)行對比以此來對小興安嶺地區(qū)的多年凍土層的上下限進(jìn)行判斷，而如在地下無凍土層的存在則在電測深曲線形態(tài)上則表現(xiàn)為G型或是D型。根據(jù)在勘察區(qū)前期所建立的測區(qū)凍土地球物理模型在小興安嶺地區(qū)的凍土區(qū)有一高速薄層“凍土標(biāo)志層”，其厚度要比測量波長小，在使用淺層地震折射波法來對其進(jìn)行測量的過程中，由于這一薄層的厚度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于介質(zhì)的波長，從而使得其對于地震波的影響極其微弱，無法起到屏蔽作用，而當(dāng)在地面震源激發(fā)后，所產(chǎn)生的地震波會穿透地表層和凍土標(biāo)志層，地震波在垂直面內(nèi)進(jìn)行傳播的過程中當(dāng)其傳播至土層和凍土層界面時(shí)則地震波會產(chǎn)生折射波、反射波或是透射波，根據(jù)波的傳播規(guī)律，對于小興安嶺地區(qū)的凍土的標(biāo)志薄層頂?shù)囊淮畏瓷洳ㄍ觾?nèi)的各級多次波相互干涉疊加從而造成在地表層所接收到的折射波是由多次波相互干涉疊加所形成的。

4.電測深法和地震折射層析法在小興安嶺地區(qū)的多年凍土勘察中的應(yīng)用

在對小興安嶺地區(qū)的多年凍土的勘察過程中首先需要使用電測深曲線類型來判斷土體中是否含有凍土，而后為測得小興安嶺地區(qū)的多年凍土的上下限可以使用淺層地震折射法來對小興安嶺地區(qū)的多年凍土的上下限來進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。在使用電測深曲線來對小興安嶺地區(qū)的多年凍土勘察結(jié)果進(jìn)行表示，發(fā)現(xiàn)其全部表現(xiàn)為K型或是HK型則可以推斷出其出勘察區(qū)域中分布有多年凍土，在完成了對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土區(qū)域的定性勘察后，可以使用專用的電測深反演軟件來依照測區(qū)的凍土地球物理模型來對典型曲線進(jìn)行一維的反演，從而實(shí)現(xiàn)對于小興安嶺地區(qū)的多年凍土上、下限的精確測量。

結(jié)語

多年凍土是一種對工程項(xiàng)目施工影響較大的地質(zhì)狀況，其所具有的融沉特性會使得工程項(xiàng)目的地基受到較大的影響，因此需要做好對于多年凍土的勘察。尤其是在東北小興安嶺地區(qū)，多年凍土區(qū)域分布較廣，因此需要加強(qiáng)對于小興安嶺區(qū)域的地質(zhì)勘察，通過采用地球物理探測手段等可以較為方便、科學(xué)的完成對于所需勘察區(qū)域中的多年凍土分布情況的勘察，并在使用地球物理探測手段的基礎(chǔ)上使用電測深法和地震折射波法來對所勘察區(qū)域的多年凍土分布情況及分布深度來進(jìn)行綜合的解釋，從而實(shí)現(xiàn)對于勘察區(qū)域中的多年凍土的分布區(qū)域、分布的上、下限等的測定，從而為后續(xù)的工程項(xiàng)目施工等提供可供參考的詳實(shí)的勘察數(shù)據(jù)。

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