引洮供水二期工程飽水土工程地質(zhì)特性

黨亞山

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，蘭州　730000)

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引洮供水二期工程飽水土工程地質(zhì)特性

黨亞山

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，蘭州730000)

結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)引洮供水二期工程所遇到的飽水土，從結(jié)構(gòu)、分布、物理力學(xué)性質(zhì)、工程地質(zhì)特性等方面進(jìn)行了探討，總結(jié)出飽水土的分布特征，找出隴西地區(qū)飽水土的變化規(guī)律；提出了工程處理措施，對(duì)工程建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

飽水土；地質(zhì)特性；引洮供水工程

0　前　言

引洮供水二期工程區(qū)涉及甘肅中東部4個(gè)市、8個(gè)縣區(qū)，它自隴西縣馬河鎮(zhèn)的大營(yíng)梁南坡起始，沿祖厲河與渭河兩流域分水嶺由西向東，后折向北東，止于會(huì)寧縣太平鎮(zhèn)大山川，渠線以隧洞為主，連接段采用渡槽、暗渠等建筑物，總長(zhǎng)94.95 km。

引洮供水二期工程區(qū)主要分布在隴西黃土高原西部，引水線路沿線飽水土分布廣泛，構(gòu)成多數(shù)隧洞進(jìn)出口段的圍巖，因此，對(duì)飽水土的工程地質(zhì)特性進(jìn)行必要的研究，對(duì)工程的順利實(shí)施具有重要的意義。

1　基本地質(zhì)條件

1.1地形地貌

引洮供水二期工程區(qū)主要分布在隴西黃土高原西部，總體屬黃土低中山梁峁地貌區(qū)，海拔1 500.00～2 626.00 m，相對(duì)高差一般小于300 m。由于水流長(zhǎng)期侵蝕切割，地形支離破碎，溝壑縱橫，塑造成現(xiàn)代黃土丘陵梁峁地貌，丘陵間鑲嵌著多個(gè)帶狀、葫蘆狀河谷川臺(tái)地，呈現(xiàn)黃土低山峁梁與溝谷相間的地貌景觀。各河(溝)道中Ⅰ～Ⅱ階地較發(fā)育，形成寬闊平坦的川臺(tái)地，Ⅲ級(jí)階地因后期侵蝕，已殘缺不全。由于祁連山東端余脈的伸入，在中部地區(qū)形成“島狀”石質(zhì)山梁和孤峰。

1.2地層巖性

工程區(qū)前震旦系、震旦系、下古生界、上古生界、中生界均有出露，但除了山區(qū)以外，以內(nèi)陸紅色山麓相-湖相新、古近系和中上更新統(tǒng)黃土分布最為廣泛。

1.3地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)處于祁連北西向構(gòu)造體系、秦嶺東西向構(gòu)造體系及賀蘭-六盤南北向構(gòu)造體系的復(fù)合部位。工程區(qū)主體屬于祁連山加里東褶皺帶之東端，跨越了北祁連地向斜和南部中間隆起帶2個(gè)次級(jí)單元。向東與走向南北的六盤山燕山褶皺帶過渡，東北部屬賀蘭-六盤南北向構(gòu)造體系之六盤山褶皺帶。南部武山斷裂以南屬秦嶺褶皺帶。東南部秦安一帶及其東部為三者的銳角交匯區(qū)。區(qū)域構(gòu)造線走向以北西西向?yàn)橹?，東北部轉(zhuǎn)為北北西向，東南部為北西向?yàn)橹骷嬗斜蔽魑飨颉?/p>

1.4水文地質(zhì)條件

工程區(qū)處在祖厲河、渭河兩大流域，地表水資源的補(bǔ)給以降水補(bǔ)給為主。工程區(qū)的水系分布受構(gòu)造控制，地下水的分布受地表水系、地貌單元及地層巖性的控制。地下水以潛水為主，局部有承壓水分布。

1.5物理地質(zhì)現(xiàn)象

工程區(qū)的物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為黃土丘陵區(qū)溝道泥石流(水石流)、溝道兩岸滑塌、蠕滑、水土流失以及黃土區(qū)黃土濕陷等。

2　飽水黃土類土工程地質(zhì)特性

2.1飽水黃土類土的分布特征

工程區(qū)內(nèi)第四系飽水黃土類土主要分布在黃土低中山梁峁丘陵區(qū)地勢(shì)低洼的溝掌地、溝谷川臺(tái)地等部位；另外，在總干渠前段的大營(yíng)梁一帶，受馬銜山北緣斷裂與馬河斷裂的控制，形成北西向展布的新生代更新世斷陷盆地(楊家營(yíng)-樊家河斷陷帶)，沉積了厚度大于200 m的第四系黃土類土，部分處于地下水位以下，為飽水土。

2.2飽水黃土類土的物理力學(xué)性質(zhì)

黃土類土的顆粒組成決定了土的結(jié)構(gòu)、孔隙、滲透、變形、強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)，由于土體中粉粒、黏粒、砂粒等組成成分的變化，其密實(shí)程度、含水量、土的狀態(tài)、強(qiáng)度等隨之變化，當(dāng)土體中黏粒含量較高時(shí)，其結(jié)構(gòu)密實(shí)，土體呈硬塑狀，強(qiáng)度較高，鉆孔取芯多為柱狀，構(gòu)成相對(duì)隔水層，但本身含水量較高；當(dāng)土體中黏粒含量較低，而砂粒含量較高時(shí)土體結(jié)構(gòu)較為疏松，土層相對(duì)持水，土體多呈軟塑狀，強(qiáng)度極低，鉆孔巖芯有變細(xì)、拉長(zhǎng)等塑性變形現(xiàn)象，局部孔段縮孔嚴(yán)重。

孔隙發(fā)育是黃土類土的一大特點(diǎn)，黃土中孔隙以粒間孔隙為主，包括支架孔隙和鑲嵌孔隙。支架孔隙是指黃土中骨架顆粒松散堆積，相互支架構(gòu)成孔隙，其連通性好，易于透水，但牢固性差；鑲嵌孔隙是指黃土中骨架顆粒相互穿插，緊密堆積所構(gòu)成的縫隙，其連通性好，易于透水，但牢固性較好，一般不易發(fā)生變形。黃土狀土的礦物顆粒排列方式有支架排列和鑲嵌排列2種，但是以鑲嵌排列為主；顯微結(jié)構(gòu)類型以支架大孔半膠結(jié)結(jié)構(gòu)、鑲嵌微孔半膠結(jié)結(jié)構(gòu)及絮凝狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)為主。黃土中粒間孔隙的發(fā)育程度主要是由顆粒組成決定的，黃土中<0.005 mm的黏粒含量愈低，>0.005 mm的粉砂顆粒含量愈高，粒間孔隙愈發(fā)育；黃土中大顆粒含量越多，大孔隙越多；當(dāng)土體中黏粒含量較高時(shí)，土體中的孔隙主要是小孔隙和微孔隙，水進(jìn)入孔隙以后無法自由運(yùn)移，導(dǎo)致土體具有微、弱透水性。在剖面上，自上而下，黃土中大、中孔隙逐漸減少，小、微孔隙大幅度增加，這與黏粒含量增加、壓實(shí)作用增強(qiáng)有密切關(guān)系。現(xiàn)將飽水黃土類土的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)分述如下。

2.2.1飽水土的物理性質(zhì)

表飽水黃土狀土物理性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

2.2.2飽水土的水理性質(zhì)

2.2.3飽水土的力學(xué)性質(zhì)

表飽水黃土狀土水理性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

表飽水黃土狀土力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

通過對(duì)室內(nèi)土工試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析得出：當(dāng)土體含水量小于塑限(15.5%)時(shí)，其抗剪強(qiáng)度較高；當(dāng)土體含水量在塑限(15.5%)與液限(29%)之間時(shí)，其抗剪強(qiáng)度較低；當(dāng)土體含水量大于液限(29%)時(shí)，其抗剪強(qiáng)度很低。而工程區(qū)飽水黃土狀土的天然含水量18.1%～28.3%(均值22.6%)，液限29.0%～38.3%(均值33.3%)，塑限15.5%～19.3%(均值17.9%)，其天然含水量略大于塑限，多在20%～25%之間，所以飽水黃土狀土的抗剪強(qiáng)度較低。

根據(jù)一期工程對(duì)黃土狀土層進(jìn)行的孔內(nèi)十字板剪切試驗(yàn)，軟塑狀態(tài)的黃土狀土抗剪強(qiáng)度C為13.98～14.5 kPa，可塑狀態(tài)的黃土狀土抗剪強(qiáng)度C為43.26～62.33 kPa。這說明黃土狀土的抗剪強(qiáng)度隨著含水量的變化而變化，土體含水量較高時(shí)其抗剪強(qiáng)度較低，含水量較低時(shí)抗剪強(qiáng)度較高。

總之，飽和軟塑狀黃土狀土的抗剪強(qiáng)度與硬塑狀土相比有大幅度的降低，其凝聚力一般降低30%～50%，內(nèi)摩擦角降低50%。

2.3飽水黃土狀土隧洞穩(wěn)定性問題

構(gòu)成洞身圍巖的飽水黃土狀土，屬黃土隧洞Ⅴ2類圍巖，當(dāng)圍巖土體中黏粒含量較高時(shí)，土體的顆粒較細(xì)，孔隙率較小，含水量較低，基本無重力水析出，或析出量很少，且明顯滯后，土體呈硬塑狀，隧洞施工開挖后洞壁掌子面比較穩(wěn)定；當(dāng)圍巖土體中的黏粒含量較低，粉、砂粒含量較高時(shí)，土體顆粒較粗，孔隙率較大，含水量較高，大于塑限，多在25%左右，部分28%，土體由于相對(duì)持水而呈軟塑狀，隧洞施工開挖后，洞室周圍土體處于臨空狀態(tài)，土體應(yīng)力重分布，地下水向洞內(nèi)集中滲流排泄，其水力坡度發(fā)生變化，在動(dòng)、靜水壓力作用下，圍巖土體結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度降低，發(fā)生變形破壞，掌子面無自穩(wěn)性，常在頂拱發(fā)生塌方、邊墻發(fā)生滑動(dòng)、墻腳流土(泥)、底板鼓出等變形破壞現(xiàn)象；破壞嚴(yán)重時(shí)，可造成流土(泥)堵塞隧洞，塌方冒頂至地表。另外，土體中發(fā)育陡傾角裂隙，洞壁沿裂隙面有掉塊、坍塌現(xiàn)象。

總之，飽和土隧洞施工難度大，從引洮供水一期工程的施工情況看，在鋼拱架噴混凝土支護(hù)緊跟且有管棚保護(hù)的情況下，掌子面也會(huì)產(chǎn)生小塌方，若支護(hù)不及時(shí)或土中含水量大來不及支護(hù)時(shí)，多發(fā)生較大塌方、冒頂或突泥。建議：隧洞在頂拱超前小導(dǎo)管(管棚)的保護(hù)下進(jìn)行開挖，短進(jìn)尺，輕擾動(dòng)，且采用鋼拱架支護(hù)和及時(shí)噴混凝土支護(hù)；為防止底鼓、拱架下沉，在拱腳設(shè)墊片，洞底鋪干硬性混凝土，且要采取排水措施；及時(shí)襯砌。

3　結(jié)　語

(1) 本文結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)隴西地區(qū)飽水黃土類土的分布、物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)其工程地質(zhì)特性進(jìn)行了總結(jié)、評(píng)價(jià)，并提出了工程處理建議措施。

[1]甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.甘肅省引洮供水二期工程工程地質(zhì)勘察報(bào)告(初步設(shè)計(jì))[R].蘭州：甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,2014,12.

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[9]盧廷浩.土力學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社, 2005.

The Engineering Geological Characteristics of Saturated Soil

DANG Yashan

(Gansu Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Lanzhou730000,China)

Based on the engineering practice, the saturated soil encountered in the Tao River diversion project (Phase Ⅱ) is studied in terms of structure, distribution, physical-mechanics property and the engineering geological characteristics. The distribution characteristics of the saturated soil are summarized. The change law of the saturated soil in Longxi region is explored. The engineering treatment measures are proposed. Those are with guidance to the engineering construction. Key words:saturated soil; geological characteristics; Tao River diversion project

1006—2610(2016)04—0015—04

2016-02-25

黨亞山(1985- )，男，甘肅省靜寧縣人，助理工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察工作.

S152;TV221

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.04.004