论文部分内容阅读
【摘 要】东港～浪头地区海岸带软土分布广泛。本文分析研究了软土的分布特征及其形成环境，掌握认识了软土的物理力学性质及化学特征，提出了软土的危害性及软土地区浅基础的适宜性。
【关键词】软土；高灵敏性；流变性；浅基础；适宜性
1. 引言
第四纪沉积的软土在我国分布广泛［1］，是工业与民用建筑、道路桥梁、水利设施、海防
与堤防、港口码头等土木工程的地基。东港～浪头地区的沿海地带地基中局部地段软土地基较厚，在地震等外部动态载荷和土木建筑工程的自重稳定载荷作用下会发生长期的流变行为，对工程的稳定性和安全性构成极大的威胁。由其在大东港扩建及沿海开发区的兴建过程中，填埋处理大量的软土层，在此基础上修建港口工程、土木工程。软土含水量大，具有明显的流变性，会产生地基沉降大、沉降不均匀、地基抗剪强度低等不良工程地质问题［2］，从而导致岩土工程、土木建（构）筑工程出现地基沉降滑动、工程倾斜开裂、失稳倒塌等安全事故。研究软土的分布规律及其特征，并对其危害性提出相应的防治措施，对防治和减少地质灾害的发生有重要的理论意义和实用价值［3］。
2. 软土的形成环境
2.1 软土分布特征。
区内软土带集中分布于：东港市的前阳镇——马家大院一线，呈带状分布；西北起大作树东南至海龙一线，沿柳林沟呈带状分布；长山镇、小寺、芦家屯、刘家泡以及浪头镇附近等地分布有小面积零星状的软土。主要分为三个沉积类型：冲海积、海积及海陆过渡型。
（1）冲海积软土主要发育在柳林沟两岸，在季节性降水中，由暴雨等特大降水所形成的巨大暂时性水流，沿沟谷冲刷，形成宽阔的河谷，伴随着海水大潮的侵入，形成冲海积层。
（2）海积软土主要发育在东港地区，该地带虽然属河口三角洲地带，常常有大江大河在附近入海，在开阔的海岸区有着宽广的滨海滩涂和冲积平原，但河流入海的影响相对于海水的影响来说相对较小，所以以海相沉积为主。
（3）海陆过渡型沉积主要发育在浪头地区，作为东北地区主要河流的鸭绿江在丹东和朝鲜交界处入海，形成河口三角洲，沉积了以海积和海陆过渡沉积为主的软土层。
2.2 软土形成环境。
（1）在柳林沟两岸，随着季节性降水，由暴雨等特大降水所形成的巨大暂时性水流，对两岸进行侵蚀，形成侵蚀沟，由于常年携带来的细粒物质数量十分可观，侵蚀沟中被侵蚀的碎屑堆积物，由于河流下切侵蚀作用的加强，被抬升超出一般洪水水面以上，以向两岸侧向侵蚀为主，形成宽广的河谷堆积，河水流入黄海，又伴随有周期性海水入侵。因此，在该区沉积了厚10m左右的冲海积地层。
（2）在东港地区，开阔的海岸带有着宽广的滨海滩涂和滨海平原，又有大江大河在附近入海，区内河网密布，水流速度很慢，携带的物质大多来自很远的上游地区，经过逐级分选，进入沉积区的物质多为细小颗粒，随着潮水的影响和季节性或周期性降水区域的变动，所引起的粒径稍微变化，通常反映在沉积剖面上出现粘土和粉细砂的交替沉积。由于常年携带来的细粒物质数量十分可观，软土沉积层的积累速度较快，积累厚度较大，最厚可达20m，沉积物也十分疏松。
（3）在浪头地区，由于鸭绿江在丹东和朝鲜交界处入海，沉积物下沉，分布在平缓的坡面上，构成平台，形成水下三角洲。随着沉积物堆积越来越多，使水下三角洲露出水面，三角洲上的低洼地带在水流的充填下形成湖泊沼泽；另一方面在向海方向，河流携带的物质在水下三角洲前方的前缘斜坡及其紧邻的海底堆积而形成前缘斜坡和前三角洲沉积。三角洲平原的水上泛滥层又以细粒的粉砂、粘土为主，横向上构成中间砂质沉积、两侧粘土质沉积为主的软土堆积层。
2.3 软土的矿物结构。
（1）东港－浪头地区软土的主要矿物成分是原生矿物，以石英、长石为主，其中石英含量较高，其次为碱性长石及斜长石，原生矿物一般为粉粒组的主要成分，粘土矿物为粘粒组的主要成份，吸附力较强，且有亲水性。
（2）次生矿物以伊利石、蒙脱石为主，有少量的绿泥石、高岭石，局部含有方解石。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）有机质含量较少，一般呈现胶凝状，具有表面活性，其对土的工程性质影响甚大，它不仅会对土的分散性、含水量与干密度等物理性质产生影响，而且会使土的压缩性、强度等力学性质恶化。
3. 软土的化学特征与物理力学性质
3.1 化学特征。
对东港－浪头地区软土进行氧化物、有机质进行分析可知，氧化物含量主要以二氧化硅为主，其含量在61.59～64.95%%，其次为三氧化二铝，其含量在13.64～14.77%，以及少量的三氧化铁、氧化钙和氧化镁。有机质含量为2.65～4.98%，
易容盐中阴离子以氯离子为主，含有少量硫酸根、碳酸氢根，阳离子主要以钠离子为主，含有少量的镁离子、钾离子，主要是由于沉积环境所致。
3.2 物理力学性质。
东港－浪头软土的物理力学性质研究，通过对表4中所列的物理力学指标的分析，可以得到区内的主要物理力学性质。
软土物理力学指标统计表（见表4）。
从表4可以看出，区内软土具有天然含水量高，天然孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低等特点，天然含水量大于液限而天然空隙比小于1.5但大于1。由此可知，本区的软土主要由淤泥质粘土组成。
4. 软土的原位试验
4.1 软土静力触探。
静力触探是应用很广的一种原位测试技术，其用途主要可用于划分土层、测定土的物理力学指标、求浅型基础的承载力，在桩基设计中选择桩尖持力层，确定单桩承载力等，经过统计，东港－浪头地区双桥静力触探的锥尖阻力qc：0.47～3.43MPa，平均值1.34 MPa ；侧摩阻力fs：13.8～30.6KPa ，平均值22.2；摩阻比1.8～4.2，平均值为2.63。 4.2 十字板剪切试验。
东港－浪头地区十字板原状土剪切强度Cu：22.6～37.8KPa，平均值为29.8KPa；重塑土的抗剪强度C／u：10.1～24.6KPa，平均值为16.45KPa。从Cu及C／u可以看出该地区软土抗剪强度低而灵敏度高。
5. 软土的危害性与浅基础适宜性
5.1 软土的危害性。
软土具有流变性、高灵敏性、高压缩性及低强度性［4］等工程地质特性，软土受震后容易引起触变、流变、不均匀沉降、侧面挤出等不良工程地质现象。区内海岸带断层较多，区域构造较复杂，如著名的鸭绿江断裂在本区有较大范围分布，造成地震活动较颇繁，软土对沿海一带及大东港港口的发展和城市规划建设都具有极大的危害性。
5.2 浅基础适宜性。
（1）通过对软土的研究，搞清软土的分布特征和物理力学性质，充分利用其自身固有的规律性，为城镇建设、港口码头等土木工程基础服务。东港－浪头地区的浅基础工程适宜性具有较明显的规律性，即在海相沉积软土区域，随着向内陆的发展，由于成土时间较长，固结较好，所以该区域内软土的承载力随着向内陆的延伸而逐渐提高，在海相沉积的软土地段拟建6层建筑物沉降量都小于55mm。但该沉降量为统计的区域值，不能代表具体地点详细沉降量，而在具体工程建设时要针对不同地区分别进行不均匀沉降的观测。
（2）在区内西北的河流山地和中西部柳林沟及沿海一带，软土的工程性质较差，不适宜作天然地基。地基处理可选用堆载预压、塑料排水带或砂井真空预压、换填垫层及复合地基等方法。淤泥和淤泥质土较厚可采取堆载预压软弱地基处理方法。预压荷载宜大于设计荷载，预压时间应根据建筑物的要求以及地基固结情况决定，并应考虑堆载大小和速率对堆载效果和周围建筑物的影响。采用塑料排水带或砂井进行堆载预压和真空预压时，应在塑料排水带或砂井顶部做排水砂垫层。
6. 结论
软土在东港～浪头地区海岸带分布广泛，多分布在海积平原上，厚度变化较大而不连续。北部丘陵地区，在低洼的沟谷地带也有零星分布，直到远离海岸带的冲海积平原上软土分布才逐渐消失。软土岩性多为淤泥质粘土，具有高灵敏性、流变性、高压缩性、低强度性、低透水性及不均匀性等软土所特有的工程地质性质。通过对软土的矿物结构及化学成分的分析，了解了软土的矿物组成，对其亲水性、压缩性及抗剪性有了进一步的理性认识。同时总结了软土的分布规律及其形成环境，并对软土的物理力学性质进行了测试，在掌握其分布规律和固有特性情况下，提出了浅基础的适宜性。对软土的危害性作了详细分析，对软土地基处理提出了相应的防治措施，在尽量减少地质灾害和不良地质现象发生的同时，仍需充分利用软土地基。
参考文献
［1］ 陈希哲.土力学地基基础.北京；清华大学出版社，2003.20～24.
［2］ 李中林，李子生主编.工程地质学.广州：华南理工大学出版社，2003.84～89.
［3］ 胡 华.似膏体粘弹塑性流变模型与流变方程研究.中国矿业大学学报，2003，32（2）：199～122.
［4］ 工程地质手册.（第四版）.北京.中国建筑工业出版社.
【关键词】软土；高灵敏性；流变性；浅基础；适宜性
1. 引言
第四纪沉积的软土在我国分布广泛［1］，是工业与民用建筑、道路桥梁、水利设施、海防
与堤防、港口码头等土木工程的地基。东港～浪头地区的沿海地带地基中局部地段软土地基较厚，在地震等外部动态载荷和土木建筑工程的自重稳定载荷作用下会发生长期的流变行为，对工程的稳定性和安全性构成极大的威胁。由其在大东港扩建及沿海开发区的兴建过程中，填埋处理大量的软土层，在此基础上修建港口工程、土木工程。软土含水量大，具有明显的流变性，会产生地基沉降大、沉降不均匀、地基抗剪强度低等不良工程地质问题［2］，从而导致岩土工程、土木建（构）筑工程出现地基沉降滑动、工程倾斜开裂、失稳倒塌等安全事故。研究软土的分布规律及其特征，并对其危害性提出相应的防治措施，对防治和减少地质灾害的发生有重要的理论意义和实用价值［3］。
2. 软土的形成环境
2.1 软土分布特征。
区内软土带集中分布于：东港市的前阳镇——马家大院一线，呈带状分布；西北起大作树东南至海龙一线，沿柳林沟呈带状分布；长山镇、小寺、芦家屯、刘家泡以及浪头镇附近等地分布有小面积零星状的软土。主要分为三个沉积类型：冲海积、海积及海陆过渡型。
（1）冲海积软土主要发育在柳林沟两岸，在季节性降水中，由暴雨等特大降水所形成的巨大暂时性水流，沿沟谷冲刷，形成宽阔的河谷，伴随着海水大潮的侵入，形成冲海积层。
（2）海积软土主要发育在东港地区，该地带虽然属河口三角洲地带，常常有大江大河在附近入海，在开阔的海岸区有着宽广的滨海滩涂和冲积平原，但河流入海的影响相对于海水的影响来说相对较小，所以以海相沉积为主。
（3）海陆过渡型沉积主要发育在浪头地区，作为东北地区主要河流的鸭绿江在丹东和朝鲜交界处入海，形成河口三角洲，沉积了以海积和海陆过渡沉积为主的软土层。
2.2 软土形成环境。
（1）在柳林沟两岸，随着季节性降水，由暴雨等特大降水所形成的巨大暂时性水流，对两岸进行侵蚀，形成侵蚀沟，由于常年携带来的细粒物质数量十分可观，侵蚀沟中被侵蚀的碎屑堆积物，由于河流下切侵蚀作用的加强，被抬升超出一般洪水水面以上，以向两岸侧向侵蚀为主，形成宽广的河谷堆积，河水流入黄海，又伴随有周期性海水入侵。因此，在该区沉积了厚10m左右的冲海积地层。
（2）在东港地区，开阔的海岸带有着宽广的滨海滩涂和滨海平原，又有大江大河在附近入海，区内河网密布，水流速度很慢，携带的物质大多来自很远的上游地区，经过逐级分选，进入沉积区的物质多为细小颗粒，随着潮水的影响和季节性或周期性降水区域的变动，所引起的粒径稍微变化，通常反映在沉积剖面上出现粘土和粉细砂的交替沉积。由于常年携带来的细粒物质数量十分可观，软土沉积层的积累速度较快，积累厚度较大，最厚可达20m，沉积物也十分疏松。
（3）在浪头地区，由于鸭绿江在丹东和朝鲜交界处入海，沉积物下沉，分布在平缓的坡面上，构成平台，形成水下三角洲。随着沉积物堆积越来越多，使水下三角洲露出水面，三角洲上的低洼地带在水流的充填下形成湖泊沼泽；另一方面在向海方向，河流携带的物质在水下三角洲前方的前缘斜坡及其紧邻的海底堆积而形成前缘斜坡和前三角洲沉积。三角洲平原的水上泛滥层又以细粒的粉砂、粘土为主，横向上构成中间砂质沉积、两侧粘土质沉积为主的软土堆积层。
2.3 软土的矿物结构。
（1）东港－浪头地区软土的主要矿物成分是原生矿物，以石英、长石为主，其中石英含量较高，其次为碱性长石及斜长石，原生矿物一般为粉粒组的主要成分，粘土矿物为粘粒组的主要成份，吸附力较强，且有亲水性。
（2）次生矿物以伊利石、蒙脱石为主，有少量的绿泥石、高岭石，局部含有方解石。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）有机质含量较少，一般呈现胶凝状，具有表面活性，其对土的工程性质影响甚大，它不仅会对土的分散性、含水量与干密度等物理性质产生影响，而且会使土的压缩性、强度等力学性质恶化。
3. 软土的化学特征与物理力学性质
3.1 化学特征。
对东港－浪头地区软土进行氧化物、有机质进行分析可知，氧化物含量主要以二氧化硅为主，其含量在61.59～64.95%%，其次为三氧化二铝，其含量在13.64～14.77%，以及少量的三氧化铁、氧化钙和氧化镁。有机质含量为2.65～4.98%，
易容盐中阴离子以氯离子为主，含有少量硫酸根、碳酸氢根，阳离子主要以钠离子为主，含有少量的镁离子、钾离子，主要是由于沉积环境所致。
3.2 物理力学性质。
东港－浪头软土的物理力学性质研究，通过对表4中所列的物理力学指标的分析，可以得到区内的主要物理力学性质。
软土物理力学指标统计表（见表4）。
从表4可以看出，区内软土具有天然含水量高，天然孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低等特点，天然含水量大于液限而天然空隙比小于1.5但大于1。由此可知，本区的软土主要由淤泥质粘土组成。
4. 软土的原位试验
4.1 软土静力触探。
静力触探是应用很广的一种原位测试技术，其用途主要可用于划分土层、测定土的物理力学指标、求浅型基础的承载力，在桩基设计中选择桩尖持力层，确定单桩承载力等，经过统计，东港－浪头地区双桥静力触探的锥尖阻力qc：0.47～3.43MPa，平均值1.34 MPa ；侧摩阻力fs：13.8～30.6KPa ，平均值22.2；摩阻比1.8～4.2，平均值为2.63。 4.2 十字板剪切试验。
东港－浪头地区十字板原状土剪切强度Cu：22.6～37.8KPa，平均值为29.8KPa；重塑土的抗剪强度C／u：10.1～24.6KPa，平均值为16.45KPa。从Cu及C／u可以看出该地区软土抗剪强度低而灵敏度高。
5. 软土的危害性与浅基础适宜性
5.1 软土的危害性。
软土具有流变性、高灵敏性、高压缩性及低强度性［4］等工程地质特性，软土受震后容易引起触变、流变、不均匀沉降、侧面挤出等不良工程地质现象。区内海岸带断层较多，区域构造较复杂，如著名的鸭绿江断裂在本区有较大范围分布，造成地震活动较颇繁，软土对沿海一带及大东港港口的发展和城市规划建设都具有极大的危害性。
5.2 浅基础适宜性。
（1）通过对软土的研究，搞清软土的分布特征和物理力学性质，充分利用其自身固有的规律性，为城镇建设、港口码头等土木工程基础服务。东港－浪头地区的浅基础工程适宜性具有较明显的规律性，即在海相沉积软土区域，随着向内陆的发展，由于成土时间较长，固结较好，所以该区域内软土的承载力随着向内陆的延伸而逐渐提高，在海相沉积的软土地段拟建6层建筑物沉降量都小于55mm。但该沉降量为统计的区域值，不能代表具体地点详细沉降量，而在具体工程建设时要针对不同地区分别进行不均匀沉降的观测。
（2）在区内西北的河流山地和中西部柳林沟及沿海一带，软土的工程性质较差，不适宜作天然地基。地基处理可选用堆载预压、塑料排水带或砂井真空预压、换填垫层及复合地基等方法。淤泥和淤泥质土较厚可采取堆载预压软弱地基处理方法。预压荷载宜大于设计荷载，预压时间应根据建筑物的要求以及地基固结情况决定，并应考虑堆载大小和速率对堆载效果和周围建筑物的影响。采用塑料排水带或砂井进行堆载预压和真空预压时，应在塑料排水带或砂井顶部做排水砂垫层。
6. 结论
软土在东港～浪头地区海岸带分布广泛，多分布在海积平原上，厚度变化较大而不连续。北部丘陵地区，在低洼的沟谷地带也有零星分布，直到远离海岸带的冲海积平原上软土分布才逐渐消失。软土岩性多为淤泥质粘土，具有高灵敏性、流变性、高压缩性、低强度性、低透水性及不均匀性等软土所特有的工程地质性质。通过对软土的矿物结构及化学成分的分析，了解了软土的矿物组成，对其亲水性、压缩性及抗剪性有了进一步的理性认识。同时总结了软土的分布规律及其形成环境，并对软土的物理力学性质进行了测试，在掌握其分布规律和固有特性情况下，提出了浅基础的适宜性。对软土的危害性作了详细分析，对软土地基处理提出了相应的防治措施，在尽量减少地质灾害和不良地质现象发生的同时，仍需充分利用软土地基。
参考文献
［1］ 陈希哲.土力学地基基础.北京；清华大学出版社，2003.20～24.
［2］ 李中林，李子生主编.工程地质学.广州：华南理工大学出版社，2003.84～89.
［3］ 胡 华.似膏体粘弹塑性流变模型与流变方程研究.中国矿业大学学报，2003，32（2）：199～122.
［4］ 工程地质手册.（第四版）.北京.中国建筑工业出版社.