遼東灣地區(qū)特殊土工程地質特征研究

方靜濤 劉蘇 張喆

摘要：以特殊土體為研究對象，以區(qū)域特殊土結構特性和工程改良機理為主要任務，摸清工作區(qū)特殊土的成因、分布規(guī)律以及土的應力歷史;并采集軟土、人工填土擾動樣品，進行室內(nèi)試驗分析，研究區(qū)域特殊土體分布、工程地質性質、工程改良措施等。

關鍵詞：遼東灣;特殊土;工程地質性質

引言

本次研究選取研究區(qū)內(nèi)較為典型的營口東南部鹽漬土分布區(qū)為對象，進行X光衍射試驗和掃描電鏡實驗分別測定鹽漬土成分和微觀結構特征。

土的礦物包括原生礦物、次生礦物、非晶質粘土礦物。原生礦物是母巖風化的產(chǎn)物，其化學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、水解等化學風化而來，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，厚度總體特點為從海岸線向內(nèi)陸呈減少的趨勢。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，整個研究區(qū)軟土埋深從1.8m開始可達18m，整體來看，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，其垂向結構都為夾層狀分布。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粘土。根據(jù)上、下覆土層性質、厚度可分為單層結構、雙層結構和多層復合結構。單層結構上部有少量的覆蓋層，覆蓋層下面即為大量的粉質粘土及淤泥質粉質粘土，軟土的下伏巖層主要為粉質粘土、粉細砂等;雙層結構出現(xiàn)二軟土層中間夾有粘土或粉質粘土層;多層復合結構即粘性土、淤泥質粘土、細粒砂土、碎石土互層出現(xiàn)。

1.2 ?砂土液化分布特征

根據(jù)我國《建筑抗震設計規(guī)范》砂土液化判定的要求和判定方法的，通過野外勘察、標貫試驗、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重，一般為中等-嚴重液化;興隆臺-于樓-古城子一線至大洼縣之間地帶液化程度相對較小，勘察鉆孔主要為輕微-中等液化，局部不液化;營口市區(qū)，液化程度較小，營口沿海產(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。液化最為嚴重的遼濱地區(qū)，液化層埋深3-5米，厚度最高可達20多米，液化層以飽和松散粉砂、粉砂粉質粘土互層或夾層為主，下臥層為粉質粘土或中密粉細砂。分析液化層成因主要為新近沉積海陸過渡相砂層結構松散造成。

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研究對象之一。針對于鹽漬土的研究，較為傳統(tǒng)的有研究鹽漬土成因、易溶鹽類型及含量、細微觀成分結構、以及評價其鹽脹、溶陷、腐蝕特征為主，研究方向主要為鹽漬土的易溶鹽特征、微觀結構、礦物成分等對于工程地質性質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)營口境內(nèi)鹽漬土主要集中在營口東南部沿海產(chǎn)業(yè)基地地區(qū)，該地區(qū)原來就有大片鹽田分布，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)已開辟為工業(yè)廠房集中的經(jīng)濟開發(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果，總結研究區(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、長石為主，其中石英為占總含量的10-24%，平均值為14.25%，鉀長石占總含量的2-42%，平均值為15%：斜長石占總含量的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的氫鍵連接，結合較弱，水分子容易自由滲入，形成較細的顆粒，比表面積較大，親水性較強，壓縮性高，抗剪強度小，工程地質條件差。

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研究場地工程性質時，切取原狀樣0.6cm*0.6cm*1.5cm長方體，置于液氮中瞬間冷凍，避免水分結冰膨脹破壞孔隙結構;用凍干儀將土樣在真空條件下升華凍干，取自然斷面進行掃描電鏡掃描并分析。通過上述方法，對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)場地軟土具有如下特征：

13-5、15-1土樣為粉質粘土，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構單元，少量原生礦物顆粒分布其中;礦物形態(tài)多為片狀，扭曲嚴重，定向性差，因而工程地質性質較均勻;孔隙相對較大，但連通性不好。

14-1土樣為淤泥質粘土，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成基本結構單元;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，扭曲嚴重，定向性差。

17-2土樣為淤泥質土，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成基本結構單元;礦物顆粒中粘土礦物相對淤泥質粘土略少，少量原生礦物顆粒分布其中;礦物形態(tài)多為絮狀、片狀，扭曲嚴重，定向性差。

3.2 ?壓汞試驗分析

壓汞試驗簡介：試樣制備：切取原狀土樣成約6mm見方的小立方體，仍采用液氮速凍，凍干儀真空升華凍干方法，保證孔隙結構不被破壞。

本次研究對所取土樣成功制備試樣15個，進行壓汞試驗，得到如下成果：

以上為部分原狀土樣的“孔徑-累計進汞量”曲線。曲線橫坐標為孔隙直徑（nm），縱坐標為累計進汞量（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構，孔隙特征也較復雜，但是大小相對跨度不大，滲透性差。

4 ?結論

通過野外調(diào)查、室內(nèi)外試驗等方法對工作區(qū)軟土、鹽漬土、液化砂土進行研究，分析總結區(qū)內(nèi)特殊土具有：高含水率、高孔隙比、高壓縮性、抗剪強度低、固結沉降時間長等工程地質性質，并給出了相應參數(shù)指標。另外，還對研究區(qū)特殊土的微觀結構、孔隙特征等做了分析，通過掃描電鏡和壓汞試驗得出吹填土孔隙特征相對復雜，大小跨度較大，從微觀角度分析了吹填土典型工程特性。總結得出特殊土的含水率、孔隙率越高，壓縮性越強，抗剪強度越低，其工程條件越差。

參考文獻

[1] 王春波.天津濱海新區(qū)吹填土固化技術及固化機理研究[D].天津：天津城市建設學院碩士學位論文，2007

[2] 王常明編.土力學[M].長春：吉林大學出版社，2004：65-87

[3] 萬建軍.真空聯(lián)合堆載預壓處理吹填土應用研究[D].西安：長安大學碩士學位論文，2010

[4] 唐大雄、劉佑榮、張文殊、王清修訂.工程巖土學[M].北京：地質出版社，1999.8

[5] 許振強，遼東灣北部工程地質環(huán)境及工程適宜性研究，中國海洋大學碩士論文，2005年6月

[6] 張芳枝等 珠江三角洲飽和軟粘土的固結特征試驗研究[J] 巖土力學 2003 第24卷增刊

[7] 梁喜新等.遼寧海岸帶開發(fā)概論.[M].海洋出版社，1993

[8] 徐興華等.吹填土區(qū)域軟土地基固結特性[J].勘察科學技術 2012年第2期