遼東灣地區(qū)特殊土工程地質(zhì)特征研究

方靜濤 劉蘇 張喆

摘要：以特殊土體為研究對(duì)象，以區(qū)域特殊土結(jié)構(gòu)特性和工程改良機(jī)理為主要任務(wù)，摸清工作區(qū)特殊土的成因、分布規(guī)律以及土的應(yīng)力歷史;并采集軟土、人工填土擾動(dòng)樣品，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析，研究區(qū)域特殊土體分布、工程地質(zhì)性質(zhì)、工程改良措施等。

關(guān)鍵詞：遼東灣;特殊土;工程地質(zhì)性質(zhì)

引言

本次研究選取研究區(qū)內(nèi)較為典型的營(yíng)口東南部鹽漬土分布區(qū)為對(duì)象，進(jìn)行X光衍射試驗(yàn)和掃描電鏡實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定鹽漬土成分和微觀結(jié)構(gòu)特征。

土的礦物包括原生礦物、次生礦物、非晶質(zhì)粘土礦物。原生礦物是母巖風(fēng)化的產(chǎn)物，其化學(xué)成分保持與母巖一致，僅形狀大小發(fā)生變化，主要有石英、長(zhǎng)石、角閃石、云母類礦物等礦物;次生粘土礦物是原生礦物氧化、水化、水解等化學(xué)風(fēng)化而來(lái)，有高嶺石、伊利石和蒙脫石等。

1 ?特殊土的分布情況

1.1 ?軟土

研究區(qū)內(nèi)軟土變化很大，厚度總體特點(diǎn)為從海岸線向內(nèi)陸呈減少的趨勢(shì)。分布區(qū)埋深由于成因等原因差別很大，根據(jù)鉆孔資料分析，整個(gè)研究區(qū)軟土埋深從1.8m開(kāi)始可達(dá)18m，整體來(lái)看，大致沿海地區(qū)埋深較淺，內(nèi)陸地區(qū)埋深較深。海岸帶軟土埋深以10m以內(nèi)居多。沿海地帶各區(qū)段軟土巖性組合都類似，其垂向結(jié)構(gòu)都為夾層狀分布。上覆層一般為為雜填土、粘性土等，較薄，其下伏層為砂類土或粉質(zhì)粘土。根據(jù)上、下覆土層性質(zhì)、厚度可分為單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。單層結(jié)構(gòu)上部有少量的覆蓋層，覆蓋層下面即為大量的粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，軟土的下伏巖層主要為粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂等;雙層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)二軟土層中間夾有粘土或粉質(zhì)粘土層;多層復(fù)合結(jié)構(gòu)即粘性土、淤泥質(zhì)粘土、細(xì)粒砂土、碎石土互層出現(xiàn)。

1.2 ?砂土液化分布特征

根據(jù)我國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》砂土液化判定的要求和判定方法的，通過(guò)野外勘察、標(biāo)貫試驗(yàn)、匯總研究區(qū)砂土液化資料，整理得研究區(qū)砂土液化分布。根據(jù)區(qū)內(nèi)勘察資料，本次研究區(qū)砂土液化可分整體上成三類區(qū)域：盤錦沿海地區(qū)大洼縣-田家鎮(zhèn)一線大約平行于海岸線以南地區(qū)，飽和砂層液化程度嚴(yán)重，一般為中等-嚴(yán)重液化;興隆臺(tái)-于樓-古城子一線至大洼縣之間地帶液化程度相對(duì)較小，勘察鉆孔主要為輕微-中等液化，局部不液化;營(yíng)口市區(qū)，液化程度較小，營(yíng)口沿海產(chǎn)業(yè)基地鉆孔一般不液化。

根據(jù)鉆孔資料，大洼縣地區(qū)液化層一般埋深5米左右，厚度1.5-3.5米，局部不液化。液化最為嚴(yán)重的遼濱地區(qū)，液化層埋深3-5米，厚度最高可達(dá)20多米，液化層以飽和松散粉砂、粉砂粉質(zhì)粘土互層或夾層為主，下臥層為粉質(zhì)粘土或中密粉細(xì)砂。分析液化層成因主要為新近沉積海陸過(guò)渡相砂層結(jié)構(gòu)松散造成。

1.3 ?鹽漬土分布特征

鹽漬土作為一種特殊巖土，因其易溶鹽含量高而引起鹽脹性、溶陷性、腐蝕性特征而成為影響工程建筑等成為重點(diǎn)研究對(duì)象之一。針對(duì)于鹽漬土的研究，較為傳統(tǒng)的有研究鹽漬土成因、易溶鹽類型及含量、細(xì)微觀成分結(jié)構(gòu)、以及評(píng)價(jià)其鹽脹、溶陷、腐蝕特征為主，研究方向主要為鹽漬土的易溶鹽特征、微觀結(jié)構(gòu)、礦物成分等對(duì)于工程地質(zhì)性質(zhì)的影響以及鹽漬土的工程改良等。

研究區(qū)鹽漬土分布及成因有以下特征：

研究區(qū)營(yíng)口境內(nèi)鹽漬土主要集中在營(yíng)口東南部沿海產(chǎn)業(yè)基地地區(qū)，該地區(qū)原來(lái)就有大片鹽田分布，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)已開(kāi)辟為工業(yè)廠房集中的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，但局部裸露地區(qū)仍能發(fā)現(xiàn)有鹽晶體析出。

2 ?軟土X射線礦物衍射分析

依據(jù)研究區(qū)軟土X射線礦物衍射分析結(jié)果，總結(jié)研究區(qū)內(nèi)軟土的礦物如下：

2.1 ?原生礦物

經(jīng)土樣的X射線衍射分析，原生礦物含量為41.9%，主要以石英、長(zhǎng)石為主，其中石英為占總含量的10-24%，平均值為14.25%，鉀長(zhǎng)石占總含量的2-42%，平均值為15%：斜長(zhǎng)石占總含量的5-14%，平均值為9.75%：以及少量的白云石和黑云母，約占礦物總含量的1.1%。

2.2 ?次生礦物

次生粘土礦物含量為58.1%，主要為伊利石，蒙脫石，其中伊利石的含量在1-5%，其中伊蒙混層含量在32-80%。由于伊利石、蒙脫石相鄰晶胞之間具有較強(qiáng)的氫鍵連接，結(jié)合較弱，水分子容易自由滲入，形成較細(xì)的顆粒，比表面積較大，親水性較強(qiáng)，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度小，工程地質(zhì)條件差。

3 ?特殊土的微觀和孔隙特征分析

3.1 ?掃描電鏡分析

在分析軟土礦物成分特征來(lái)研究場(chǎng)地工程性質(zhì)時(shí)，切取原狀樣0.6cm*0.6cm*1.5cm長(zhǎng)方體，置于液氮中瞬間冷凍，避免水分結(jié)冰膨脹破壞孔隙結(jié)構(gòu);用凍干儀將土樣在真空條件下升華凍干，取自然斷面進(jìn)行掃描電鏡掃描并分析。通過(guò)上述方法，對(duì)土樣掃描放大不同倍數(shù)，得到圖像60張，效果良好。

根據(jù)電鏡掃描圖像，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地軟土具有如下特征：

13-5、15-1土樣為粉質(zhì)粘土，掃描電鏡顯示成絮凝狀，礦物顆粒中次生礦物較多，以粘粒為主的絮凝體集粒為基本結(jié)構(gòu)單元，少量原生礦物顆粒分布其中;礦物形態(tài)多為片狀，扭曲嚴(yán)重，定向性差，因而工程地質(zhì)性質(zhì)較均勻;孔隙相對(duì)較大，但連通性不好。

14-1土樣為淤泥質(zhì)粘土，掃描電鏡顯示成絮凝狀，由絮狀或海綿狀集粒包圍大顆粒原生礦物構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單元;礦物顆粒中粘土礦物明顯增多，少量原生礦物顆粒分布其中;礦物形態(tài)多為絮狀、片狀，扭曲嚴(yán)重，定向性差。

17-2土樣為淤泥質(zhì)土，掃描電鏡顯示成絮凝狀，由絮狀或海綿狀集粒包圍大顆粒原生礦物構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)單元;礦物顆粒中粘土礦物相對(duì)淤泥質(zhì)粘土略少，少量原生礦物顆粒分布其中;礦物形態(tài)多為絮狀、片狀，扭曲嚴(yán)重，定向性差。

3.2 ?壓汞試驗(yàn)分析

壓汞試驗(yàn)簡(jiǎn)介：試樣制備：切取原狀土樣成約6mm見(jiàn)方的小立方體，仍采用液氮速凍，凍干儀真空升華凍干方法，保證孔隙結(jié)構(gòu)不被破壞。

本次研究對(duì)所取土樣成功制備試樣15個(gè)，進(jìn)行壓汞試驗(yàn)，得到如下成果：

以上為部分原狀土樣的“孔徑-累計(jì)進(jìn)汞量”曲線。曲線橫坐標(biāo)為孔隙直徑（nm），縱坐標(biāo)為累計(jì)進(jìn)汞量（ml/g），反映不同孔隙體積所占總體積的大小。曲線斜率越大，該區(qū)段隨孔徑增大進(jìn)汞量迅速增加，表明該孔徑區(qū)域孔隙體積越多;曲線斜率越小，該區(qū)段隨孔徑增大進(jìn)汞量變化不大，則表示該孔徑區(qū)域其孔隙體積越少，觀察土樣的掃描電鏡圖片，并分析壓汞曲線，得出土主要為粘土礦物等形成的凝絮狀結(jié)構(gòu)，孔隙特征也較復(fù)雜，但是大小相對(duì)跨度不大，滲透性差。

4 ?結(jié)論

通過(guò)野外調(diào)查、室內(nèi)外試驗(yàn)等方法對(duì)工作區(qū)軟土、鹽漬土、液化砂土進(jìn)行研究，分析總結(jié)區(qū)內(nèi)特殊土具有：高含水率、高孔隙比、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)沉降時(shí)間長(zhǎng)等工程地質(zhì)性質(zhì)，并給出了相應(yīng)參數(shù)指標(biāo)。另外，還對(duì)研究區(qū)特殊土的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙特征等做了分析，通過(guò)掃描電鏡和壓汞試驗(yàn)得出吹填土孔隙特征相對(duì)復(fù)雜，大小跨度較大，從微觀角度分析了吹填土典型工程特性?？偨Y(jié)得出特殊土的含水率、孔隙率越高，壓縮性越強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度越低，其工程條件越差。

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