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中国近海典型区域粘性土工程地质特征的差异性及其成因研究

徐元芹  
【摘要】:海洋粘性土在我国近海分布广泛,其多数分布在经济高度发展,近海海洋工程比较密集的区域,然而由于其具有含水率高、压缩性大、抗剪切强度低等特征,是不良的地基土,极易形成海底的不稳定性,因此研究这些区域粘性土的工程地质特征具有重要的理论与实践意义。本文以莱州湾、南黄海中部、浙闽近岸三个区域不同成因的粘性土为研究对象,对粘性土的工程地质特征、微结构特征及其差异性进行了分析,并从地形特征、物质来源、水动力条件、物质组成等方面对工程地质特征差异性进行了成因分析。 对三个区域粘性土工程地质特征及其差异性的分析,发现莱州湾粘性土以淤泥质粘土为主,含有少量的淤泥和粉质粘土,总体特征为含水率低、密度大、孔隙比小、塑性低、压缩性低、抗剪强度大、十字板剪切强度和微型贯入阻力大。南黄海中部粘性土以淤泥为主,含有部分淤泥质粘土及少量的粘土、粉质粘土,总体特征为含水率高、密度小、孔隙比大、塑性高、压缩性大、抗剪强度低、十字板剪切强度和微型贯入阻力小。浙闽近岸粘性土主要为淤泥,含有少量的淤泥质粘土、粘土及粉质粘土,其工程地质特征介于上述两个区域之间。 通过主成分分析发现,影响三个区域粘性土工程地质特征的指标均可提取4个主成分。含水率、密度、孔隙比、液限和贯入阻力均以较高的荷载进入了第一主成分,其它主成分中占主要荷载的指标差别很大。对主成分综合评价函数的对比,发现莱州湾粘性土的工程性质主要受物理性质指标的影响,南黄海中部粘性土的工程性质主要受物理性质和压缩性指标的影响,浙闽近岸粘性土的工程性质主要受物理性质、压缩性指标及内摩擦角的影响。 对三个区域粘性土微结构特征的定性分析结果显示:莱州湾粘性土具有粒状胶结、粒状链接和絮状链接3种结构类型,以絮状链接结构为主。黄海中部粘性土具有粒状链接、絮状链接和粘土基质3种结构类型,以粘土基质结构为主。浙闽近岸粘性土具有粒状链接、絮状链接和粘土基质3种结构类型,以絮状链接和粘土基质结构为主。三个区域粘性土主要的微结构类型存在一定的差异。 利用IPP图像处理软件和Matlab图像处理功能对莱州湾和浙闽近岸粘性土的微结构图像进行了定量分析。对两个区域同种微结构类型的参数特征的差异性分析显示,莱州湾粒状链接结构粘性土的孔隙比浙闽近岸粒状链接结构粘性土的孔隙大,絮状链接结构粘性土的孔隙则比浙闽近岸絮状链接结构粘性土小。莱州湾粒状链接和絮状链接结构粘性土的颗粒均比浙闽近岸粘性土大。线性回归分析结果显示,除液限外,两个区域粘性土的工程性质均受相同的微结构参数影响,只是回归方程的系数存在一定差异。物理性质指标主要与表征孔隙大小和数量的参数有关,而力学性质指标除受孔隙的大小和数量影响外,还与几何形状有关。 莱州湾对沉积物向外海的扩散起着限制作用,黄河源物质在该区大量沉积,沉积速率较快,且易遭受后期较强水动力的作用,沉积物中粉粒含量高,矿物成分以原生矿物为主,使得本区粘性土以淤泥质粘土为主,含水率较低,工程性质相对较好。南黄海中部离陆较远、水深较大、地势低洼,现代黄河、老黄河和少量长江来源的物质能够扩散至此的以极细的粘粒物质为主,沉积速率较低,加之水动力条件较弱为还原环境,沉积物中的粘粒和有机质含量高,沉积物不易受后期水动力的作用,粘性土的含水率极高,以淤泥为主,工程性质很差。浙闽近岸离陆较近,沿岸河流、岛屿众多,长江及近岸河流来源的物质能够扩散至此的也以细颗粒为主,在较弱的水动力条件下,发生絮凝沉降而形成,沉积速率较高,沉积物不易受后期较强水动力的作用,粘性土也以淤泥为主,但由于离陆相对较近,粘性土中粘粒、粘土矿物和有机质含量低于南黄海中部粘性土,水动力条件也较南黄海中部强,粘性土的工程性质比南黄海中部粘性土好。


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