安徽马鞍山石臼湖软土地层工程地质特性研究.pdf

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 151 安徽马鞍山石臼湖软土地层工程地质特性研究 李 辉 新疆兵团勘测设计院集团股份有限公司工程勘察院，新疆 乌鲁木齐 830000 摘要：摘要：安徽马鞍山石臼湖周边软土主要为第四系全新统新近堆积，是安徽省区调队 1982 年新建的地层单位，主要分布于河流两侧，构成 I 级阶地及河漫滩，按照颗粒组成定名为重粉质壤土、粉质粘土，按照液、塑限定名以高液限黏土为主，局部为低液限黏土，按照软土特性指标划分为淤泥质土，按照灵敏度划分为低-中灵敏性土。勘察工作重点对粘性土的定名、软土的进一步分类、软土的抗剪强度及基础稳定性进行了研究。关键词：关键词：软土；十字板剪切；液限；塑限；空隙比 中图分类号：中图分类号：TU447 安徽马鞍山石臼湖军民圩大堤现状堤圈总长25.82km，其中江苏省飞地管辖长 1.1km，安徽省管辖长 24.72km，现有堤防段长 22.02km，现状无堤防段长3.8km。在 2016 年 7 月长江汛期，石臼湖水位高于最高防洪水位，多段堤防进行了防洪抢险，迫切需要对大坝进行除险加固。石臼湖大堤及泵站基础分布有第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的粘性土，部分按照物理力学性质划分属于软土，勘察阶段实施了大量钻孔（水上钻探）及试验，对软土进一步分类、软土的抗剪强度、基础稳定性及处理措施进行了研究。1 区域地质概况 安徽地跨华北陆块、秦岭-大别造山带和扬子陆块三个大地构造单元，是古中国大陆重要结合地带，地质构造复杂，区域性深、大断裂对全省的构造格架有着明显的 控制作用。在安徽境内，华北陆块东以郯庐断裂带、南以六安深断裂为界与大别造山带相接，扬子陆块西以郯庐断裂带为界与大别造山带相接，而秦岭-大别造山带则夹持于华北陆块、扬子陆块之间，经历了多期离合形成了复杂的复合型大陆造山带。安徽马鞍山石臼湖所处构造单元为扬子准地台下扬子台坳沿江拱断褶带安庆坳断褶束（222）。安徽马鞍山石臼湖位于长江以东，北依横山，南濒石臼湖，地势北高南低，主要为低山丘陵区及湿地地貌，按照不同地貌单元分述说如下：低山区:主要为横山，走向近东西向，最高海拔 459m,切割深度 120m以上，山势较平缓，山脊线起伏不大，一般呈阶梯状地形。丘陵区：主要为横山山前丘陵地带，较大的有釜山、梅山，丘顶浑圆，丘坡平缓，海拔高程 30150m，坡度多在 1020 度。沿区内石臼湖边表现为残丘，相对高差 1020m，地形起伏，坡度较平缓。冲积平原：地势低洼，地形微向南西倾斜，高程低于 10m,多被地表水体覆盖，较大的水面为石臼湖。宽浅的冲沟发育，宽数十米到上百米不等，冲沟内多分布厚度数米的淤泥质土。第四系全新统芜湖组（Q4al）在石臼湖周边广泛分布，为冲积形成，地层厚度约 50m,可分三段，地层岩性主要为粉质粘土、粘土、淤泥质土。淤泥质土，呈灰黑色，软塑，含腐殖质，稍有异味。区内地表水系发育，现状水系可概括为“一湖七河”。一湖指石臼湖，七河指丹阳新河、纪村新河、山河、博望河、高潮河、小溪港、野风岗，石臼湖与姑溪河相连，与青代江干流相通汇入长江。地下水主要为第四系松散堆积层中孔隙水和基岩裂隙水。2 软土工程特性 笔者重点从软土分类方法、原位测试应用、软土物理力学性质等方面对软土工程特性予以阐述。2.1 软土分类 第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的粘性土颗粒组成：砂粒（0.250.075mm）占比 0.37.4%，均值 2%，粉粒（0.0750.005mm）占比 45.879.0%，均值 66%，粘粒（wl 淤泥 1 1.5 wl 本次勘察工作针对第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成软土（粘性土）开展大量的标准贯入试验，该层饱和工况下标准贯入击数 1-2 击占统计数据的90%。整体来看第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成软土（粘性土）在饱和工况下塑性状态较为单一。2.2 原位测试成果 静力触探试验原理是以静压力（相对动力触探而言，无动力或少动力冲击荷载）将一个内部装有传感器的圆锥型探头以均速压入土中，量测其锥头阻力与侧摩阻力。由于地层中各类土的软硬程度不同，探头所受的阻力不一样，经传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号传人到记录仪中，再通过锥头阻力及侧摩阻力与土的工程地质特征定性及统计相关关系。实现按其所受阻力的大小划分土层，确定土的工程性质，获取土层剖面，用以推定原状土与处理土的地基承载力及其他力学特征。本次勘察采用 CLD 型静探十字板试验两用仪、探杆及反力设施开展工作。针对第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的软土开展静力触探及十字板剪切试验，其中淤泥质土静力触探比贯入阻力（Ps）0.350.98MPa，判别该层承载力特征值 62.81kpa,结合十字板剪切试验判别该层不排水抗剪强度（CU）21kPa,为低-中灵敏性土。通过静力触探试验获取的土体塑性状态对地层的划分结合岩芯予以复核，提高了分层判别的可靠性和准确性。通过静力触探成果分别采用各地和各行业应用形成的经验公式获取的承载力，第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的粘性土当塑性状态呈软塑状态时得出的承载力特征值较实际地层承载力偏大。2.3 软土物理力学性质 第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的软土呈灰褐色，青灰色，断面稍有光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，局部含有腐殖质。天然含水量30.359.3%，均值 42%，天然密度 1.611.79g/cm3,均值 1.73 g/cm3，比重 2.712.73，干密度 1.041.30 g/cm3，均值1.23 g/cm3，孔隙比1.061.52，均值1.3，压缩模量 1.863.81，属高压缩性土，固结系数（CV）0.362.1cm2/s。饱和状态下内摩擦角 2.04.4，均值 2.4，粘聚力 7.29.3kPa，均值 8.1。标准贯入锤击数（N63.5）1-3 击，局部小于 1 击，判别该层承载力特征值 46kPa。静力触探比贯入阻力（Ps）0.350.98MPa，判别该层承载力特征值 62.81kpa,结合十字板剪切试验判别该层不排水抗剪强度（CU）21kPa,为低-中灵敏性土。根据该层土室内渗透试验成果，渗透系数 7.7110-7cm/s，属于微透水层。软土力学性质通常与塑性状态建立对应关系，采用软土特性指标予以分层并表征不同层位的塑性状态，通过本次工程实践总结，第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的软弱粘性土（饱和），塑性状态以软可塑为主，淤泥质土（饱和）塑性状态以软塑为主，淤泥（饱和），塑性状态为软塑-流塑。本次勘察工作依据标准贯入试验针对第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积地层采用工程特性分类方法予以分层，并划分其分布范围，石臼湖周边第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成软土（粘性土）属于淤泥质土，针对淤泥质土开展的室内物理力学性质试验成果统计分析，通过数据汇总建立了淤泥质土物理状态与力学状态的对应关系，通过现场大量的简单易性的物理试验参数（孔隙比）来对淤泥质土进行进一步的确定，与表中力学成果对应，减少了力学试验的样品数量也起到了对地层工程特性的控制。通过标准贯入、静力触探与土体天然密度、含水量试验成果结合，综合确定软土的塑性状态，得出一般规律：软土塑性状态与含水量高度正相关，符合粘性土的一般规律，天然含水量大于塑限通常为硬塑，中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 153 天然含水率大于塑限而小于液限，呈可塑-软可塑，天然含水量大于液限，呈软塑-流塑。本次勘察工作建立的软土特性指标定名物理状态力学性质对应关系在软基处理中更有实际意义。3 软土基础稳定性分析评价 石臼湖堤防堤基存在的主要工程地质问题是：1）大堤堤基渗透及渗透变形问题；2）堤基抗滑稳定性问题；3）堤基土沉降变形问题。3.1 堤基渗透变形问题 根据堤防工程地质勘察规范（SL188-2005）判别，坝基土的渗透变形类别为流土。其中第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的软弱粘性土（饱和）比重 2.712.73，孔隙率 5561.4%；通过分析计算，坝基第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的软弱粘性土（Q4al）临界水力比降为 0.760.83，安全系数取值 2，坝基土的允许水力比降 0.380.41。3.2 堤基抗滑稳定性问题 第层淤泥质粘土，厚度 3-20m，内摩擦角 5，粘聚力 8kPa,摩擦系数 0.21，在不利工况时在外水推力下堤防稳定平衡遭受破坏，威胁堤防安全。在第层淤泥质粘土分布区，土层较厚时，需选择典型断面进行抗滑稳定性验算，确保工程安全,建议对堤内及堤外形成的取土坑进行回填。3.3 基础持力层及沉降变形 第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的软弱粘性土呈软塑状，属高压缩性，承载变形能力不满足堤防对基础稳定的要求，建议进行处理。4 软土地基基础处理 第四系全新统芜湖组（Q4al）冲积形成的软弱粘性土呈饱和状态，软塑为主，抗剪强度低、承载能力差，对于线型工程主要采用预压排水固结的方式进行处理，在采用该种方式对基础予以处理时，相对薄弱区域应采用围挡或增加盖重的方式，避免固结排水过程中在不利工况下向薄弱部位侧向挤出发生剪切破坏，对堤防两侧的洼地及取土坑进行回填。另外预压排水固结方式进行基础处理，基础沉降变形稳定的时间较长，应结合工程建设工期的要求权衡选择。5 结语 虽然现行国标水利行业规范中没有采用三角坐标分类的定名方法，建议从业的新一代勘察人注重其在粘性土地层中的应用。针对软土地层采用特性指标进一步分层在勘察阶段是非常必要的，对设计基础处理方案的确定提供更加详细的基础依据。石臼湖周边的软土采用静力触探试验获取的比贯入阻力采用其他行业其他区域的线性回归方程换算得出的承载力偏大，原因复杂，值得在今后的工作中进一步总结分析。本次勘察采用静力触探对填土的均匀性及粘性土塑性状态进行了判别，其成果可以与其他勘探试验手段相互验证，提高判别的准确性。在不利工况下软土基础易发生侧向挤出造成的滑动破坏，线性工程在软土基础稳定性方面应增加薄弱部位的抗滑力并应考虑线性工程两侧的抗力平衡。参考文献 1刘海燕.南沙某堤围加固工程地质问题分析及处理对策J.黑龙江水利科技,2022,50(06):104-106.2马勋,徐光黎.武汉软土工程特性与基坑工程实践M.1 版.湖北:中国地质大学出版社,2017.3马贵生.长江中下游堤防主要工程地质问题研究C./新世纪岩石力学与工程的开拓和发展-中国岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集.2000.4蒋凯,邓宇,孟宝华.填土和软土地层中抗浮锚杆的改进技术及评价J.土工基础,2023,37(03):358-362.作者简介：作者简介：李辉（1979），男，蒙古族，河南镇平人，大学本科，高级工程师，研究方向为工程地质，主要从事水利水电勘察。