辽东湾地区特殊土工程地质特征研究

2018-03-27 14:20方静涛刘苏张喆
科学与技术 2018年7期

方静涛 刘苏 张喆

摘要:以特殊土体为研究对象,以区域特殊土结构特性和工程改良机理为主要任务,摸清工作区特殊土的成因、分布规律以及土的应力历史;并采集软土、人工填土扰动样品,进行室内试验分析,研究区域特殊土体分布、工程地质性质、工程改良措施等。

关键词:辽东湾;特殊土;工程地质性质

引言

本次研究选取研究区内较为典型的营口东南部盐渍土分布区为对象,进行X光衍射试验和扫描电镜实验分别测定盐渍土成分和微观结构特征。

土的矿物包括原生矿物、次生矿物、非晶质粘土矿物。原生矿物是母岩风化的产物,其化学成分保持与母岩一致,仅形状大小发生变化,主要有石英、长石、角闪石、云母类矿物等矿物;次生粘土矿物是原生矿物氧化、水化、水解等化学风化而来,有高岭石、伊利石和蒙脱石等。

1  特殊土的分布情况

1.1  软土

研究区内软土变化很大,厚度总体特点为从海岸线向内陆呈减少的趋势。分布区埋深由于成因等原因差别很大,根据钻孔资料分析,整个研究区软土埋深从1.8m开始可达18m,整体来看,大致沿海地区埋深较浅,内陆地区埋深较深。海岸带软土埋深以10m以内居多。沿海地带各区段软土岩性组合都类似,其垂向结构都为夹层状分布。上覆层一般为为杂填土、粘性土等,较薄,其下伏层为砂类土或粉质粘土。根据上、下覆土层性质、厚度可分为单层结构、双层结构和多层复合结构。单层结构上部有少量的覆盖层,覆盖层下面即为大量的粉质粘土及淤泥质粉质粘土,软土的下伏岩层主要为粉质粘土、粉细砂等;双层结构出现二软土层中间夹有粘土或粉质粘土层;多层复合结构即粘性土、淤泥质粘土、细粒砂土、碎石土互层出现。

1.2  砂土液化分布特征

根据我国《建筑抗震设计规范》砂土液化判定的要求和判定方法的,通过野外勘察、标贯试验、汇总研究区砂土液化资料,整理得研究区砂土液化分布。根据区内勘察资料,本次研究区砂土液化可分整体上成三类区域:盘锦沿海地区大洼县-田家镇一线大约平行于海岸线以南地区,饱和砂层液化程度严重,一般为中等-严重液化;兴隆台-于楼-古城子一线至大洼县之间地带液化程度相对较小,勘察钻孔主要为轻微-中等液化,局部不液化;营口市区,液化程度较小,营口沿海产业基地钻孔一般不液化。

根据钻孔资料,大洼县地区液化层一般埋深5米左右,厚度1.5-3.5米,局部不液化。液化最为严重的辽滨地区,液化层埋深3-5米,厚度最高可达20多米,液化层以饱和松散粉砂、粉砂粉质粘土互层或夹层为主,下卧层为粉质粘土或中密粉细砂。分析液化层成因主要为新近沉积海陆过渡相砂层结构松散造成。

1.3  盐渍土分布特征

盐渍土作为一种特殊岩土,因其易溶盐含量高而引起盐胀性、溶陷性、腐蚀性特征而成为影响工程建筑等成为重点研究对象之一。针对于盐渍土的研究,较为传统的有研究盐渍土成因、易溶盐类型及含量、细微观成分结构、以及评价其盐胀、溶陷、腐蚀特征为主,研究方向主要为盐渍土的易溶盐特征、微观结构、矿物成分等对于工程地质性质的影响以及盐渍土的工程改良等。

研究区盐渍土分布及成因有以下特征:

研究区营口境内盐渍土主要集中在营口东南部沿海产业基地地区,该地区原来就有大片盐田分布,在调查中发现,该地区已开辟为工业厂房集中的经济开发区,但局部裸露地區仍能发现有盐晶体析出。

2  软土X射线矿物衍射分析

依据研究区软土X射线矿物衍射分析结果,总结研究区内软土的矿物如下:

2.1  原生矿物

经土样的X射线衍射分析,原生矿物含量为41.9%,主要以石英、长石为主,其中石英为占总含量的10-24%,平均值为14.25%,钾长石占总含量的2-42%,平均值为15%:斜长石占总含量的5-14%,平均值为9.75%:以及少量的白云石和黑云母,约占矿物总含量的1.1%。

2.2  次生矿物

次生粘土矿物含量为58.1%,主要为伊利石,蒙脱石,其中伊利石的含量在1-5%,其中伊蒙混层含量在32-80%。由于伊利石、蒙脱石相邻晶胞之间具有较强的氢键连接,结合较弱,水分子容易自由渗入,形成较细的颗粒,比表面积较大,亲水性较强,压缩性高,抗剪强度小,工程地质条件差。

3  特殊土的微观和孔隙特征分析

3.1  扫描电镜分析

在分析软土矿物成分特征来研究场地工程性质时,切取原状样0.6cm*0.6cm*1.5cm长方体,置于液氮中瞬间冷冻,避免水分结冰膨胀破坏孔隙结构;用冻干仪将土样在真空条件下升华冻干,取自然断面进行扫描电镜扫描并分析。通过上述方法,对土样扫描放大不同倍数,得到图像60张,效果良好。

根据电镜扫描图像,发现场地软土具有如下特征:

13-5、15-1土样为粉质粘土,扫描电镜显示成絮凝状,矿物颗粒中次生矿物较多,以粘粒为主的絮凝体集粒为基本结构单元,少量原生矿物颗粒分布其中;矿物形态多为片状,扭曲严重,定向性差,因而工程地质性质较均匀;孔隙相对较大,但连通性不好。

14-1土样为淤泥质粘土,扫描电镜显示成絮凝状,由絮状或海绵状集粒包围大颗粒原生矿物构成基本结构单元;矿物颗粒中粘土矿物明显增多,少量原生矿物颗粒分布其中;矿物形态多为絮状、片状,扭曲严重,定向性差。

17-2土样为淤泥质土,扫描电镜显示成絮凝状,由絮状或海绵状集粒包围大颗粒原生矿物构成基本结构单元;矿物颗粒中粘土矿物相对淤泥质粘土略少,少量原生矿物颗粒分布其中;矿物形态多为絮状、片状,扭曲严重,定向性差。

3.2  压汞试验分析

压汞试验简介:试样制备:切取原状土样成约6mm见方的小立方体,仍采用液氮速冻,冻干仪真空升华冻干方法,保证孔隙结构不被破坏。

本次研究对所取土样成功制备试样15个,进行压汞试验,得到如下成果:

以上为部分原状土样的“孔径-累计进汞量”曲线。曲线横坐标为孔隙直径(nm),纵坐标为累计进汞量(ml/g),反映不同孔隙体积所占总体积的大小。曲线斜率越大,该区段随孔径增大进汞量迅速增加,表明该孔径区域孔隙体积越多;曲线斜率越小,该区段随孔径增大进汞量变化不大,则表示该孔径区域其孔隙体积越少,观察土样的扫描电镜图片,并分析压汞曲线,得出土主要为粘土矿物等形成的凝絮状结构,孔隙特征也较复杂,但是大小相对跨度不大,渗透性差。

4  结论

通过野外调查、室内外试验等方法对工作区软土、盐渍土、液化砂土进行研究,分析总结区内特殊土具有:高含水率、高孔隙比、高压缩性、抗剪强度低、固结沉降时间长等工程地质性质,并给出了相应参数指标。另外,还对研究区特殊土的微观结构、孔隙特征等做了分析,通过扫描电镜和压汞试验得出吹填土孔隙特征相对复杂,大小跨度较大,从微观角度分析了吹填土典型工程特性。总结得出特殊土的含水率、孔隙率越高,压缩性越强,抗剪强度越低,其工程条件越差。

参考文献

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