工程地質粘粒含量指什麼

1. 　區域環境工程地質評價

4.3.1區域穩定性分析

黃河三角洲是在基底構造甚為破碎、濟陽凹陷的一個次級負向構造單元上發育形成的。由於區內東北部位於北西向的燕山——渤海地震帶及北東向的沂沫斷裂地震帶的交匯部位，因而與新構造運動有關的構造地震異常活躍。據山東省地震局1985年10月布設的東營—墾利、陳家莊—河口的現代形變及牛庄—新刁口的兩次a徑跡測量結果，埕子口斷裂、孤北斷裂、陳南斷裂、勝北斷裂和東營斷裂的現代活動都有顯示，說明區內的區域穩定性較差。區內新生代以來的斷裂活動表現為具有繼承性脈動活動的特點。尤其是5號樁，樁西至海港一帶位於上述兩條活動斷裂地震帶的交匯復合部位，新生代以來斷陷幅度最大，歷史上曾發生過3次7～7.5級地震，區域穩定性差。根據以上的地震預測，影響烈度一般都在Ⅶ度以上，5號樁一帶為Ⅷ度。根據我國建築規范規定，一切建築物都應設防加固，以保安全。

區內飽和砂土、飽和粉土具有液化的宏觀條件。在歷史地震發生時，曾有噴水冒砂、地面裂縫等現象發生。其液化程度受以下因素影響：土的顆粒特徵、密度、滲透性、結構、壓密狀態、上覆土層、地下水位埋深、排水條件、應力歷史、地震強度和地震持續時間等。

由於黃河三角洲地質體物質組成主要是粉砂，且孔隙度較高，加之形成期堆積速率快，造成地質體中含水量高。隨著時間推移，在上覆沉積物擠壓下，孔隙中水逐漸被擠壓，造成地質體壓縮，導致地面下沉。根據1988年在黃河海港地區實測，該地區壓實下沉速率可達6cm/a，因此由於地面下沉所引起的海面相對上升則更加劇了海岸侵蝕。

另外，近幾十年來的人為活動加劇了本區地面沉降的發展，如：建築地基承載力不足引起的土體壓縮，地下水、石油、鹵水的開采所引起的含水層、儲油層壓縮等。

由此可見，黃河三角洲地區環境工程地質問題頗多，本節將對直接影響東營市經濟發展和規劃的地表下25m土體工程地質類型及其物理力學性質、工程地質性質的區域性變化等進行深入研究。

4.3.2土體的工程地質分類及工程地質特徵

區內小清河以北為黃河三角洲平原，小清河以南多為山前沖洪積平原，基岩埋深在數百米以下，表層均為第四系鬆散沉積物，鑒於一般工業與民用建築物地基持力層一般均在15m以上，一般中高層建築物持力層一般在25m以上的特點，下面僅以0～25m的土體為對象，進行分析和研究（圖4-6）。

圖4-6地表土體類型示意圖

1.土體的岩性與結構特徵

（1）土體岩性分類

區內0～25m深度內的地層多為第四系全新統地層，其沉積環境受黃河和海洋交互或共同影響，形成了以細顆粒為主的地層。所表現出的岩性以粉土最為廣泛，其次為粉質粘土、粉砂、粘土，局部有細砂，其主要岩性特徵見表4-6。

表4-6黃河三角洲0～25m地層岩性分類及主要特徵表

（2）土體結構特點

區內土體結構無單層結構，多為多層結構，（多層結構是指一定深度內由3層或3層以上的地層構成），這也是區內的沉積環境所決定的，該區瀕臨渤海，是河流的最下游段，河道游盪較頻繁，古地貌特點反復變化，攜帶泥、砂的水動力特點也隨之變化，因此，區內一般無巨厚的單層岩性沉積。

2.土體工程地質特徵

（1）山前沖洪積平原區土體工程地質特徵該區地面下25m的沉積物為第四系全新統沖積、洪積（

）物，岩性以土黃—灰黃色粉質粘土、粉土為主，古河道帶有粉砂、細砂分布，湖沼相沉積的灰黑色淤泥、淤泥質土比較少見。土層物理力學性質較好，承載力較高。

（2）古黃河三角洲區土體工程地質特徵該區地面下25m的沉積物為第四系全新統沖積、海積、湖沼相沉積（

），上部多以土黃色—褐黃色粉土、粉質粘土為主，古河道帶有粉砂分布；中部多有灰黑色淤泥質粉質粘土分布；局部有粉砂分布，下部以土黃色粉土、粉砂為主。土層的物理力學性質在水平和垂向上均有較大的變化，局部有小片的軟土和高鹽漬土分布。

（3）現代黃河三角洲平原區土體工程地質特徵

該區地面下25m的沉積物為第四系全新統沖積海積物（

），上部多以土黃—灰黃色粉土、粉質粘土；中部為灰黑色粉質粘土或淤泥質土，具腥味；下部多為淺灰色粉砂土層的物理力學性質在水平和垂向上均有較大的變化，軟土分布面積較大，鹽漬土呈片狀分布，為弱—中等鹽漬土。

3.地表下0～25m土體物理力學指標的變化規律

（1）古黃河三角洲區的物理力學性質總體上好於現代黃河三角洲，這正是由於現代黃河三角洲的成陸時間晚於古黃河三角洲，其自重固結的程度差於前者。

（2）無論是古黃河三角洲區還是現代黃河三角洲區各類岩性土層的物理力學指標顯示出一個較明顯的規律，即從地表向下隨深度的增加土層的物理力學指標以較好—較差—好發生變化。一般較差的深度段在5～10m和10～15m。這一變化規律也與區內的沉積環境相吻合，力學指標較差的深度段為1855年黃河改道以前沉積的沖湖積、沖海積相為主的地層。

4.3.3天然地基承載力、飽和砂土液化及軟土與鹽漬土

1.天然地基承載力

黃河三角洲地區基土承載力在不同位置、不同層位均有較大變化，從小於80kPa到大於300kPa。天然地基承載力指自地表算起的第一層或第二層基土（當第一層厚度小於3m，且第二層基土承載力高於第一層時，取第二層承載力數據）的承載力。區內天然地基承載力可分為4個等級（表4-7），其分布與變化規律與地貌單元有較密切的相關關系（圖4-7）。

（1）承載力低區（f_k＜80kPa）的分布

① 呈條帶狀分布於現代黃河三角洲工程地質區內。如利津縣虎灘鄉西南—河口區義和鎮南部、河口東南孤河水庫—渤海農場總場北以及現代黃河入海口北側等地，以上各地帶多為1855年以後成陸，且位於濱海低地或窪地內，排水條件差，自重固結程度低。

表4-7天然地基承載力分區特徵表

② 呈小片狀分布於古黃河三角洲平原區。如東營區勝利鄉南部，利津縣王莊鄉南部等。

（2）承載力較低區（80≤f_k＜100kPa）的分布

① 沿海岸線分布，寬度不一。

② 沿黃河泛流主流帶邊緣、前緣和窪地展布。如利津縣大趙鄉—虎灘—羅鎮—河口區一帶、集賢鄉—渤海農場總場、孤北水庫北部、利津前劉鄉—東營區西城，以及東營區龍居鄉—西范鄉一帶。

（3）承載力中等區（100≤f_k＜120kPa）的分布

① 分布於決口扇的頂部及緩平坡地區。如利津縣南宋—北宋—明集，東營區龍居鄉—油郭鄉—六戶鎮—廣饒縣丁庄鄉以及勝坨鄉—高蓋鄉等地。

② 分布於現代黃河三角洲頂點附近。如寧海鄉—汀河鄉、寧海鄉—傅窩鄉一帶。

③ 分布於現代黃河三角洲北部、東部。如河口區新戶—刁口鄉、孤東水庫—五號樁、墾利縣建林鄉—孤東水庫、建林—西宋鄉。

（4）承載力較高區（f_k＞120kPa）的分布

① 分布於古黃河三角洲的南部。如牛庄—陳官—小清河一帶。

② 分布於小清河以南的山前沖洪積平原區。

③ 零星分布於近代黃河三角洲平原區的地勢較高處。

2.飽和砂土液化

砂土液化是指處於地下水位以下鬆散的飽和砂土，受到震動時有變得更緊密的趨勢。但飽和砂土的孔隙全部為水充填，因此，這種趨於緊密的作用將導致孔隙水壓力驟然上升，而在地震過程的短暫時間內，驟然上升的孔隙水壓力來不及消散，這就使原來由砂粒通過其接觸點所傳遞的壓力（有效壓力）減少，當有效壓力完全消失時，砂層會完全喪失抗剪強度和承載能力，變得像液體一樣的狀態，即通常所說有砂土液化現象。

區內的飽和砂土、飽和粉土具有液化的宏觀條件，在歷史地震發生時，曾有噴水冒砂、地面裂縫等現象發生。其液化程度受以下因素影響：土的顆粒特徵、密度、滲透性、結構、壓密狀態、上覆土層、地下水位埋深、排水條件、應力歷史、地震強度和地震持續時間等。

液化判別就是根據土的物理力學性質及其他工程地質條件，對土層在地震過程中發生液化的可能性的判別。國家標准《建築基礎抗震設計規范》（GBJ11-89）中規定了飽和砂土、飽和粉土的液化判別方法，在對區內飽和砂土、飽和粉土的液化判別時，即依照了前述規范提供的方法，在液化勢宏觀判定的基礎上，採用了原位測試資料——標准貫入試驗進行了液化臨界值和液化指數的計算。根據液化指數對地基液化等級的劃分見表4-8。區內液化砂土的分布規律見圖4-8。

（1）嚴重液化區

① 分布於現代黃河三角洲頂點，向北向東呈扇形展布的黃河泛流主流帶的中上游部位，主要在陳庄鎮—六合鄉、虎灘鄉—義和鎮一帶。

圖4-7天然地基承載力分區示意圖

表4-8地基液化等級表

② 零星分布於廢棄河道帶和決口扇，如下述地帶：東營區永安鄉—廣北水庫一線，呈條帶狀分布，為廢棄河道帶；利津縣店子鄉—前劉鄉，呈片狀分布，為決口扇的中部；東營區史口鄉附近、東營區六戶鎮西側、河口區新戶鄉東北等地。

該區內的飽和粉土、飽和粉砂顆粒均勻，粘粒含量低，沉積厚度較大，形成年代新，固結程度差，因此是最易發生液化的地區。

（2）中等液化區

① 分布於較大的決口扇及決口扇前緣坡地地帶，利津縣城東—明集鄉—大趙鄉、東營區勝利鄉—董集鄉—油郭鄉一帶。

② 分布於黃河泛流主流帶或其邊緣地帶。寧海鄉—墾利縣城；陳庄鎮—傅窩鄉；渤海農場總場東—建林鄉—新安鄉；義和水庫南—河口區。

③ 在濱海低地帶內有零星片狀分布，五號樁及以東地區；刁口碼頭東北—孤北水庫北部；新戶鄉以西及以北的近海地帶。該區一般位於嚴重液化區的外圍及決口扇頂部位或零星分布於小規模的黃河主流帶，飽和粉土、粉砂的粘粒含量較低，固結程度較差，因此是較易發生液化的地區。

（3）輕微液化區

① 分布於古黃河三角洲泛濫平原及決口扇邊緣，如下述地帶：利津縣南宋鄉—北宋鄉；東營區龍居鄉—廣饒縣陳官鄉—丁庄鄉。

② 分布於現代黃河三角洲的非黃河泛流主流帶區，如下述地帶：利津縣王莊鄉—墾利縣勝坨鄉；利津縣集賢鄉—墾利縣城東部；河口區太平鄉—義和水庫。

該區粉土、粉砂的沉積厚度較小，粘粒含量較高，因此液化程度較輕。

（4）非液化區

① 分布於工作區小清河以南的山前沖洪積平原，該區地下水位埋藏深，水位以下的飽和粉土，粉砂密實程度較好，因此不易液化。

② 分布於沿海地帶的濱海低地，該區除河口相沉積外，地層粘粒含量較高或以粘性土為主，因此不易液化。

3.軟土與鹽漬土

（1）軟土

軟土一般是指天然含水量高、壓縮性大、承載力低的一種軟塑到流塑狀態的粘性土。如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等。黃河三角洲地區地處渤海之濱，具有軟土的沉積環境，鑽探資料亦證明，區內呈片狀分布著軟土。

① 軟土的劃分標准

本次劃分軟土時採用如下方法：當滿足下列條件之一時，並且厚度大於0.50m，將其確定為軟土：承載力標准值f_k＜80kPa；標貫錘擊數N_63.5≤2；靜力觸探錐頭阻力q_c＜0.5MPa；流塑狀態。

② 軟土的空間分布

軟土主要分布於區內的東北部濱海地帶、河口—刁口碼頭一帶。利津縣羅鎮—黃河故道西、墾利縣下鎮鄉東部，另外在利津縣明集鄉—廣南水庫一線呈不連續片狀、碟狀分布。

③ 軟土的成因及主要物理力學性質

區內的軟土具有兩種成因：①爛泥灣相沉積：在歷次河口的兩側，沉積的以細粒成分為主的土層，一直處於飽和狀態，排水固結過程進展緩慢，所以土的力學性質很差。顏色以灰褐色為主，流塑態，土質細膩，岩性以粉質粘土為主，夾粉土和粘土薄層。②濱海湖沼相沉積：顏色以灰—灰黑色為主，有機質含量較高，具腥臭味，為淤泥或淤泥質土。

圖4-8地基砂土液化分區示意圖

表4-9軟土的主要物理力學指標統計表

從表4-9中可以看出：區內軟土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、承載力低的特點，在荷載作用下變形較大，對建築物極為不利。因此，在工程建設規劃時，應盡量避開有軟土分布的地區。在無法避開軟土的建築物，應對區內的軟土有足夠的重視，採取一定的處理措施，對於一般工業民用建築可採取粉噴樁法進行處理，對於高層重型建築物應採取深基礎，如沉管灌注樁等，以避開軟土的不利影響（圖4-9）。

（2）鹽漬土

當土中的易溶鹽含量大於0.5%，且具有吸濕、松脹等特性的土稱為鹽漬土。區內的鹽漬土為濱海鹽漬土，按含鹽性質則大部分屬氯鹽漬土，局部為硫酸鹽漬土，鹽漬土按含鹽量可分為弱鹽漬土（0.5%～1%），中鹽漬土（1%～5%）、強鹽漬土（5%～8%）和超鹽漬土（>8%），區內的鹽漬土主要為弱鹽漬土，局部地段有中鹽漬土（見圖4-10）。

4.3.4工程地基適宜性評價

工程建築地基適宜性受多種因素的影響，為達到評價結果清晰簡潔、合理反映出區內建築適宜性等級的目的，選用了專家聚類法（亦稱總分法）進行評價。評價過程為：首先擬定評價因子，對各評價因子量化、分級並給定各級別的標准分，其次用傅勒三角形法確定各評價因子的權重，然後計算各勘測點單項因子分值和總分值，再按各點的總分值進行分區。最終的評價結果見表4-10、4-11、4-12、4-13。

圖4-9軟土分布示意圖

圖4-10鹽鹼土分布示意圖

表4-10一般工業與民用建築地基適宜性評價方案（評價深度10m）

① 沉降因子

式中：M_i——土層i的厚度；Z_i——土層i的埋深；el_i——土層i的天然孔隙比。

② D_Ⅰ——山前沖洪積平原；D_Ⅱ——古黃河三角洲平原；D_Ⅲ——現代黃河三角洲平原。

表4-11一般工業與民用建築地基適宜性評價分區說明表

表4-12高層重型建築物地基適宜性評價方案（評價深度25～30m）

表4-13高層重型建築物地基適宜性評價分區說明表

一般建築、高層建築物地基適應性評價分區見圖4-11、4-12。

圖4-11一般建築物地基適宜性評價分區示意圖

圖4-12高層建築物地基適宜性評價分區示意圖

2. 公路工程地質勘察，《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011），《公路工程抗震設計規范》（JTJ 004－89）

這是公路規范自己在打架：
《公路工程抗震設計規范》（JTJ 004－89）實際上已經作廢了，
目前公路橋梁採用《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/TB02-01-2008)，和現行國標抗震規范 《建築抗震設計規范》（GB 50011－2010）計算方法基本一致；
估計有人不服，所以在《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011）中7.10強震區、7.11地震液另外搞了一套液化指數計算公式，就是沿用《公路工程抗震設計規范》（JTJ 004－89)的內容；
做公路工程勘察時，准備兩套計算公式吧，橋梁採用《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/TB02-01-2008)即國標，道路採用《公路工程地質勘察規范》（JTG C20-2011）；
二者的實際區別在於砂土的粘粒含量，一個採用3%，一個採用實測值；
同一塊場地液化等級可能相差很大，從嚴重液化變為不液化。

3. 泥質岩的工程地質特性

滇藏鐵路沿線的中新生代泥質岩分布比較廣泛，主要分布在滇西北的大理、鶴慶松桂、麗江拉石海南、德欽奔子欄等以及西藏境內的芒康鹽井、邦達等地。由於泥質岩常具有不良的工程特性且在鐵路沿線分布廣泛，在野外工作期間，對滇藏鐵路沿線典型的中新生界泥質岩進行了系統調查和采樣，並進行了主要工程地質特性的試驗測試，樣品測試結果具有一定的代表性（表12-5）。

表12-5 滇藏鐵路沿線泥質岩工程性質測試結果

一、泥質岩的粒度組成和粘土礦物成分

採用移液管法對滇藏鐵路沿線部分泥質岩的粒度進行了分析，結果表明：各時代的泥質岩粘粒含量普遍較低，＜0.005 mm粘粒含量大多低於20%，僅少量樣品的粘粒含量超過20%；同一時代的泥質岩粒度也有較大差異（表12-5）。

粘土礦物成分對泥質岩性質的影響是相當顯著的。測試結果表明，鐵路沿線泥質岩的粘土礦物成分主要是低活性、非膨脹或低混層比的微膨脹性粘土礦物，而貧單礦物蒙脫石和中-高混層比伊利石/蒙脫石、綠泥石/蒙脫石混層礦物（表12-6，圖12-5）。

表12-6 泥質岩＜2 μm粒組粘土礦物定量測試結果

圖12-5 大理新順磚廠泥岩＜2 μm粒組的X-射線衍射曲線

二、泥質岩的膠結作用和膨脹性判別

泥質岩成岩膠結作用不僅控制和影響岩石的膨脹勢，而且控制和影響岩石的強度和風化耐久性，即隨著膠結程度的升高，強度增大、耐久性增強。為此，我們對所採集的泥質岩樣品進行了膠結程度測試分析，結果表明，滇藏鐵路沿線的泥質岩大多數為中等和強膠結，僅個別為弱膠結（表12-5），因而具有較高的強度和風化耐久性。但是應當看到，泥質岩邊坡開挖後仍表現出較強的風化剝落現象，因此在工程上採取必要的抗風化設計是必要的。

採用有效蒙脫石含量和成岩膠結系數聯合判別的方法對泥質岩的膨脹勢進行判別。大量測試結果表明，中國膨脹性岩土有效蒙脫石含量下限一般為8%～10%（曲永新等，2000）。隨著有效蒙脫石含量的增高，膨脹勢將急劇增大。根據有效蒙脫石含量測試結果，滇藏鐵路沿線的侏羅系、三疊系泥質岩的有效蒙脫石含量整體在4.00%～4.64%之間，低於膨脹岩的下限；結合泥質岩的成岩膠結系數進行判別，滇藏鐵路滇西北段除了個別侏羅系、白堊系泥質岩具有微-弱膨脹性以外，其他時代較老的泥質岩總體上具有較好的工程地質特性。但是，有時由於結構的差異，泥質岩的工程性質差異較大，因此當粘粒含量高或破碎程度較高的泥質岩作為隧道圍岩或邊坡時，必須給以高度重視，工程施工中盡量減少擾動，並採取必要防護措施。

4. 德商高速公路鄄城黃河大橋橋基砂土液化綜合評判

邢永強

（河南省國土資源科學研究院地質環境所，鄭州 450053）

《隧道建設》，文章編號：1672-741X-(2006)-03-0017-04

摘要 德商高速公路鄄城黃河大橋橋位區地震活動頻繁，地基飽水的粉、細砂層發育。通過場地液化勢宏觀和微觀判別，對橋區地基進行了液化綜合評判，計算了橋區地基液化指數，劃分了液化等級；指出砂土液化必須採用多種方法進行綜合判別，以提高液化判別的可靠性。

關鍵詞 砂土液化 場地液化勢 綜合評判

1 引言

地基液化是地震所引起的顯著震害之一，地震引起的砂土液化導致建築物整體失穩等現象越來越受到人們的關注。我國1966～1976年期間先後發生的邢台、海城和唐山3次強地震事件，都伴隨著大范圍的地震液化，致使建築物倒塌，造成了嚴重經濟損失和人員傷亡。地基的抗震問題中最突出的是飽和砂土的液化，若能事先准確判別液化，就可在設計中採取適當措施加以預防；如果漏判、誤判，將會給工程留下安全隱患。在烈度值較高的地區進行工程建設，液化判別是可液化地基需要解決的首要問題。

飽和砂土的地震液化是基於多種因素共同作用的一個復雜過程，其內因在於砂土質條件，如相對密度、顆粒級配、平均粒徑、不均勻系數、滲透系數、塑性指數、粘粒含量、土體結構及超固結比等，即地基土質條件；外因在於動荷條件，如震級大小、幅值、頻率、歷時及方向等，主要指區域地震條件；媒因即催化因素，埋藏條件（包括上覆地層的排水條件、有效壓力及應力歷史等）、場地地形地貌、地下水作用、地基與建築物的相互作用等，主要指場地條件。對於地震液化的評價，實質上就是對上述各種因素在給定條件下可能產生的作用進行全面的估計。本文通過場地液化勢宏觀判別與微觀判別相結合的方法對橋位區的砂土液化進行了比較詳細的綜合評判，並以此為例，探討評判中值得研究的問題和方法，以便今後能盡量合理地評價在地震作用下的飽和砂土的液化問題。

2 工程概況

擬建鄄城黃河公路大橋是一座橫跨黃河的特大橋梁，地處山東省西南部鄄城縣以北，位於山東、河南兩省交界處，地理位置在東經115°15′～115°35′，北緯35°35′～36°00′之間，是規劃建設的德（州）至商（丘）高速公路的一個重要控制工程，起點樁號K199+150，終點樁號K206+870，全長7.720km，工程投資估算總金額為9.12億元。鄄城黃河公路大橋的建設，將成為解決擬建的德州至商丘高速公路運輸的關鍵；對改善我國公路交通網，晉煤東運、中原油田的開發等均具有重要意義。

3 橋基場地岩土工程條件

擬建大橋橋位區（以下稱評估區）位於黃河中下游，地處黃河沖積平原，屬華北平原的一部分；黃河兩岸為廣闊的河漫灘地，地形平坦開闊，地層地貌總體變化不大，為河漫灘相二元結構。地基土主要以第四系全新統沖積低液限亞砂土為主，夾薄層低液限亞粘土和粉細砂，黃色、黃褐色、灰黃色，粘粒平均含量小於7%，軟塑或流塑狀，容許承載力80～110kPa。由於地下水位埋藏較淺（0.00～3.00m），上部砂性土、黏性土常處於地下水位以下，土層鬆散飽和、力學強度較低，工程地質條件較差，壓縮性高，結構疏鬆不均勻，層位、層次變化大，常以互層狀、薄層狀及透鏡體狀出現；標貫擊數為3～13擊，底板埋深25～30m（河南省國土資源科學研究院，2005）。

4 評估區地質構造

評估區位於中國三級階梯的中後部，區域大地構造上屬中朝准地台，地處新華夏系第二沉降帶東濮凹陷與魯西隆起區菏澤斷凸的交匯地帶，區域地質構造較復雜。評估區處於魯西隆起的西部邊緣，處於斷裂強烈活動帶，較大斷裂主要有：西側為呈南北向分布的聊蘭大斷裂，南側呈東西向分布的鄆城斷裂，東部呈南北向分布的曹縣斷裂，范縣與鄄城交界處呈東西向分布的范梁斷裂，范梁斷裂沿鄄城北部伸入范縣境與聊蘭斷裂交會，橋位北岸接該斷裂呈現垂直交叉態勢。其中，聊蘭大斷裂為本區的主要控震斷裂，該斷裂為新華夏系構造體系，生成時間晚、規模大，新生代乃至全新世仍有強烈活動跡象；該斷裂使東西兩側菏澤斷凸與東濮凹陷落差最大達7 000餘m，成為東濮凹陷與魯西隆起的主要分界斷層。西部凹陷區的持續下降，沉積了巨厚的新生代地層，凹陷區與東部相對穩定的魯西隆起之間產生強大的剪切能，在交界斷層上逐漸集聚，促使斷層深部撕裂和淺部滑動，成為強震源泉，形成了范縣、鄄城、菏澤地震構造帶。國家地震局將該地區列為地震重點監視區，對各類工程建設有較大影響。

5 地震活動概況

評估區位於華北平原地震帶南端，歷史上鄄城、范縣及附近地區發生2.0級以上地震部分記錄見表1。國家地震局通過分析華北地區歷史上發生的地震，得出地震活動具有周期性的規律，活躍期之間為穩定期，其中活躍期如下：

第一活躍期：1022～1068年共46年，後接平靜期140年；

第二活躍期：1209～1368年共159年，後接平靜期115年；

第三活躍期：1484～1730年共246年，後接平靜期84年；

第四活躍期：1815～現在（未結束）。

評估區區域新構造運動強烈，構造上處在華北第二沉降帶和第三隆起帶過渡帶，是華北第4個地震活動期內強震的空白地段。3級以上地震發生頻率為23年/次，大部分的強震都集中在斷裂帶交會的部位。根據本區新構造運動非常活躍的特點，推測本區地震今後仍會頻繁發生。

根據國家質量技術監督局發布的GB18306—2001《中國地震動參數區劃圖》，評估區內地震動峰值加速度為0.20 g，評估區內地震基本烈度為Ⅷ度。

表1 鄄城、范縣及附近地震部分記錄一覽表Table1 The partial earthquake records in Juancheng，Fan county and nearby regions

6 場地液化勢宏觀判別

場地液化勢宏觀判別主要考慮下列3個因素：地基土質條件、區域地震條件和場地條件。

6.1 地基土質條件

（1）砂土類型：從唐山和海城地震地表噴砂的粒度分析，七度區液化砂土主要為粉、細砂及部分亞粘土，其平均粒徑D₅₀介於0.021～0.170mm之間，不均勻系數U_c介於1.9～3.4之間，而粒徑D₅₀小於0.005mm的粘粒含量不大於10%。評估區內粉土的粘粒（粒徑小於0.005mm的顆粒）含量百分率小於7%，不均勻系數U_c介於2.0～3.6之間，具備砂土液化形成條件。

（2）砂土密實度：地震時，鬆散、飽水的砂土比密實狀態下的砂土更易液化。因為飽和砂土受震動作用時產生的孔隙水壓力與土的密度有密切的關系，土的密度越小，自由水越多，孔隙水壓力就越大。因此，砂土的相對密度是判別是否產生地震液化的定性指標之一。從海城、唐山地震經驗來看，砂的相對密度如大於0.55，七度區可不發生液化；由於標貫值N_63.5值越小，表示土越松，其沉降液化量也越大，所以實際工程中，砂土的相對密度一般可根據所得實際土層的標准貫入錘擊數N_63.5查得相對密度。評估區內標貫擊數為3～13擊，砂土的相對密度在0.28～0.58之間。

6.2 區域地震條件

地震強度和歷時是產生液化的一個必要條件。研究表明，在一定條件下，地震強度越大，震動歷時越長，砂土越容易液化。據宏觀經驗，液體一般出現在地震烈度大於Ⅵ度地區；按海城、唐山和國外一些震例調查結果，一般可液化區的烈度為Ⅶ度。評估區區域新構造運動強烈，處於范縣、鄄城、菏澤地震構造帶內，國家地震局將該地區列為地震重點監視區；評估區內地震基本烈度為Ⅷ度，正處於可液化區的烈度值之內。

6.3 場地條件

（1）地質地貌特徵：砂土液化的發生與一定的地質地貌特徵有著內在聯系。據唐山地震時76個液化點和15個非液化點的工程地質資料統計：砂土液化分布較多的地貌單元分別為沖積平原區，Ⅰ級階地、河漫灘，地層時代為Q_4-新兩種。國外學者Youd和Perkins的研究結果表明：飽和鬆散的水力沖填土差不多總會液化。評估區為全新統，位於黃河中下游，地處黃河沖積平原，由現代河床、Ⅰ級階地及河漫灘地貌單元組成，具備容易液化的地質地貌特點。

（2）埋基深度及地下水位情況：砂土埋藏深度多數在地表30m范圍內，少數大於30m，地下水埋深極淺（0.00～3.00m），根據海城、唐山地震的統計資料表明，地下水位深度3m以內地區易發生液化，因而當地下水位高於液化層層頂或較為接近時，孔隙水動水壓力容易產生作用，形成足夠的水壓，使砂土顆粒處於懸浮狀態達到完全液化。

綜上所述砂土液化判別結果：評估區區域新構造運動強烈，處於地震構造帶內，地震基本烈度為Ⅷ度；區內為全新統，地處黃河沖積平原，由現代河床、Ⅰ級階地及河漫灘地貌單元組成；粘粒（粒徑小於0.005mm的顆粒）含量百分率小於7%，不均勻系數U_c介於2.0～3.6之間，相對密度在0.28～0.58之間，地下水埋深極淺（0.00～3.00m），具備砂土液化形成的區域地震條件、地基土質條件以及場地條件。

7 場地液化勢微觀判別

有關液化判別的微觀方法很多，筆者主要採用標准貫入試驗法、剪切波速法和靜力觸探法對場地的液化勢進行判別。

7.1 標准貫入試驗法評判

當飽和土標准貫入錘擊數（未經桿長修正）小於液化判別標准貫入錘擊數臨界值時，則判為液化，否則不液化。在地面以下15m深度范圍內，液化判別標准貫入錘擊數臨界值按下式（建築抗震設計規范GB50011—2001，2001）計算：

N_cr=N₀［0.9+0.1（d_s-d_w）］（3/ρ_c）^1/2

在地面以下15～20m深度范圍內，液化判別標准貫入錘擊數臨界值按下式（建築抗震設計規范GB50011—2001，2001）計算：

N_cr=N₀（2.4-0.1d_w）（3/ρ_c）^1/2

將計算結果按

計算液化等級，式中符號意義見文獻：建築抗震設計規范GB50011—2001，2001。

應用該法對場地內6個孔共28個計算點進行液化判別（表2，式中原始數據見文獻：河南省交通規劃勘察設計院，2005），除埋深在18～20m的4個試驗點不液化外，其餘各點均液化。該工程液化指數平均值為23.83，判別結果為嚴重液化。

表2 鄄城黃河大橋飽和砂土液化計算結果（建築抗震設計規范法）Table2 The result of saturated sand liquefaction at Yellow River Bridge of Juancheng（Regulations on Seismic Design of Building）

7.2 剪切波速法評判

波速法評判即依據土層剪切波速的觀測數值，按下列公式（岩土工程勘察規范GB50021—2001，2002）進行計算判別：

當實測剪切波速V_s大於按下式計算的臨界剪切波速時，可判別為不液化。

環境·生態·水文·岩土：理論探討與應用實踐

將計算結果按

計算液化等級，式中符號意義見文獻：岩土工程勘察規范GB50021—2001，2002。

此方法僅適用於判別地下15m范圍內飽和砂土和粉土的地震液化。根據現有的宏觀震害調查資料，地震液化主要發生在淺層，深度超過15m的實例極少，故本方法仍有其積極的現實意義。

本次對評估區內進行剪切波速值測試的鑽孔共計3個，結果見表3，液化指數平均值為31.83，判別結果為嚴重液化。

表3 鄄城黃河大橋剪切波速孔飽和砂土液化計算結果Table3 The result of saturated sand liquefaction of shear wave velocity hole at Yellow River Bridge of Juancheng

7.3 靜力觸探法評判

靜力觸探法評判是當實測計算比貫入阻力P_s或實測計算錐尖阻力q_c小於液化比貫入阻力臨界值P_scr或液化錐尖阻力臨界值q_ccr時，應判別為液化土。參數值按下式（岩土工程勘察規范GB50021—2001，2002）確定：

P_scr=P_s0·α_w··α_u·α_p

q_ccr=q_c0·α_w·α_u·α_p

α_w=1-0.065（d_w-2）

α_u=1-0.05（d_u-2）

將計算結果按

計算液化等級，式中符號意義見文獻：岩土工程勘察規范GB50021—2001，2002。

應用該法對場地內4個孔共19個計算點進行液化判別，除埋深在17～20m的兩個試驗點不液化外，其餘各點均液化。該工程液化指數平均值為29.76，判別結果為嚴重液化。

8 綜合評價

通過上述評判，顯然可以看出，由於不同規范的要求和評判方法的不同，得出的結果存在一定的差異，但判別結果宏觀相近。綜合上述宏觀和微觀判定，評估區可產生砂土液化現象是客觀的趨勢，其主要液化特點：

（1）該場地在Ⅷ度地震烈度時具有液化趨勢，液化程度為嚴重。

（2）可液化層以埋深較淺的亞砂土、細砂和粉砂夾層為主，埋深為2.0～17.0m，主要分布於現代河床和兩岸上部砂類土層。

9 幾點認識

（1）上述經驗法都是結合地震液化的影響因素建立的公式，但考慮的范圍和側重點各不相同，對不同場地的適用程度也不同，且各種方法均有誤判，因而有必要採用多種方法進行綜合判別，以提高判別結果的可靠性。

（2）上覆非液化土層厚度是影響液化的主要因素，覆蓋層越薄越易液化（楊健等，2003），評估區內粉土覆蓋層較薄，標准貫入法僅考慮埋深，未考慮上覆地層的岩性和厚度，靜力觸探則很好地考慮了這一點。

（3）對土質的考慮，標貫法與波速法均是以粒度成分（粘粒含量）考慮粘粒對場地液化影響的，靜力觸探法則是以反映土的固有特性的I_p對場地液化影響的。因為對土體性質起決定作用的是粘土礦物顆粒含量，液塑限主要反映粘土礦物的成分和含量，而粘粒（＜0.005mm）含量僅反映土中細顆粒的含量（尹興科等，2004）。從這一點上來說，靜力觸探法比標准貫入法和波速法更適用於粉土場地液化的判別。

（4）採用標准貫入試驗雖然是一個比較簡單且適用的現場原位測試方法，但在工程地質勘探中受到多種因素的控制：如鑽進方法、標准貫入設備、操作的熟練程度和准確性等；而靜探試驗人為因素少，試驗精度高，結果穩定。為此建議在粉土液化判別時，以靜力觸探方法為主，綜合考慮宏觀判別和標貫等方法的判別結果，將液化級別適當調整後，作為粉土液化判別的最終結果。

參考文獻

中華人民共和國建設部.2001.GB50011—2001，建築抗震設計規范.北京：中國建築工業出版社.

中華人民共和國建設部.2002.GB50021—2001，岩土工程勘察規范.北京：中國建築工業出版社.

河南省國土資源科學研究院.2005.鄄城黃河公路特大橋工程建設場地地質災害危險性評估報告.鄭州：河南省國土資源科學研究院.

河南省交通規劃勘察設計院.2005.鄄城黃河公路大橋初步設計.鄭州：河南省交通規劃勘察設計院.

劉艷華，尹興科，席滿惠.2004.粘粒和粘土礦物對砂土液化影響的探討.勘察科學技術，（3）：6～8，26.

楊健，路學忠，陳慶壽.2003.砂土液化影響因素及其判別方法.岩土工程界，6（9）：51～53.

Estimation of Sand Liquefaction about the Foundation of the Yellow River-Bridge in the Project of De-Shang Expressway in Juan County

Xing Yong-qiang

（Scientific Academy of Land and Resources of Henan，Zhengzhou 450053）

Abstract：The research region of yellow river-bridge in the project of De-Shang expressway in Juan county lies in Yellow River flooded area，where earthquakes are active frequently，and the ground developed with saturated silt and fine sand beds.Through the macro and microcosmic discriminating method，we analyses the synthetic discrimination of the foundation，and give the index and level of sand liquefaction.We also suggest that sand liquefaction must be synthetic evaluation by using many methods to improve the dependability of evaluation of liquefaction potential.

Key words：sand liquefaction；liquefaction tendency of site；synthetic discrimination

5. 粘土化蝕變軟岩的工程地質特性

一、蒙脫石化蝕變岩的發育特徵

我們在滇藏鐵路滇西北段野外地質調查過程中，發現了多處工程性質極差的火成岩和玄武岩的蝕變岩，它們主要分布在洱海東側的禾洛山隧道、大墓坪隧道及公路邊坡的露頭上；在洱海東、鶴慶北衙等地還發現了多處蝕變岩脈遭受侵蝕後形成的深切溝槽，它們很可能標志著蝕變岩的分布。

1.蝕變岩的宏觀地質特徵

（1）康廊村蝕變岩帶

在洱海東岸康廊村一帶，沿D₁k白雲質灰岩中的裂隙帶發育閃長岩脈，岩脈寬達4.5 m，走向80°，近直立，岩脈與灰岩交界處形成鍾乳狀的方解石，在後期的構造活動和熱液作用下閃長岩脈發生蝕變，呈軟弱泥狀（圖12-1）。

（2）禾洛山隧道的蝕變岩

在禾洛山隧道一帶，發育近SN向的斷裂帶，二疊系玄武岩常沿斷裂帶遭受熱液作用、產生蝕變。在隧道北口西側，玄武岩擠壓破碎明顯，蝕變程度不同的深褐色蝕變岩與褐黃色蝕變岩交替出現，構成寬達15 m的蝕變帶（圖12-2）。由於蝕變岩體與隧道近於平行，隧道斷面不得不擴挖並採用弧形板支護。在山體西側，施工便道開挖的邊坡在半年內即風化成砂，覆蓋於母岩之上，厚達3～5 cm，這顯然與玄武岩蝕變作用引起的性質蛻化有關。

（3）康海村蝕變岩帶

位於雙廊鎮康海村北的山體主要由二疊系灰色石灰岩構成，沿斷裂帶間斷出現玄武岩。受蝕變作用影響，玄武岩風化程度高。二疊系石灰岩常沿斷層方向或岩脈產生溶蝕，出現岩溶裂隙或寬大裂縫。鐵路從該蝕變帶附近以邊坡形式通過，在斷裂帶和玄武岩復合部位的邊坡易於風化剝落。

（4）大墓坪隧道的蝕變岩帶

大墓坪隧道圍岩為層狀玄武岩，產狀290°∠30°，隧道軸走向340°，圍岩中發育較多的NE向構造節理，且有煌斑岩侵入跡象。玄武岩沿節理蝕變現象明顯，蝕變後呈紫紅色、灰綠色、米黃色等，且性質軟弱。

圖12-1 洱海東岸康廊村一帶蝕變岩特徵

圖12-2 禾洛山隧道北口蝕變岩特徵

（5）奔子欄西北的蝕變岩

在德欽奔子欄西北，214國道邊坡由玄武岩構成，節理密集發育，屬斷層影響帶，斜坡表層蝕變風化現象明顯，玄武岩成為淺黃綠色泥礫質蝕變物，其中夾雜石膏脈和黃鐵礦斑點，說明它們遭受過低溫熱液礦化作用。蝕變岩風化後呈豆腐渣狀，在蝕變岩分布區出現多處邊坡滑塌現象。

2.粘土化蝕變岩的物質組成

經蝕變的岩體多呈鬆散狀，經後期錯動或風化後呈土狀。在不少情況下，蝕變物與原岩或圍岩交錯鑲嵌在一起。通過野外系統取樣進行粒度分析，蝕變岩的粒度組成因蝕變程度的不同而有所差異，不少蝕變岩＜5 μm粘粒含量達50%以上，最高達71.84%（表12-1），這也是蝕變後的岩石極易風化的原因之一。

表12-1 滇藏鐵路滇西北段蝕變岩的粒度分析結果

粘土礦物含量和組成是決定蝕變岩工程地質特性的物質基礎。本次研究中，分別對＜2 μm樣品採用3種處理方法（懸液製成的定向片、乙二醇飽和處理的定向片、550℃條件下加熱2小時的定向片）進行粘土礦物XRD定量測定。測試結果表明，滇西北強烈粘土化的土狀蝕變岩的粘土礦物成分全部為單礦物蒙脫石，蒙脫石相對含量達100%；蝕變程度較低的斑塊狀蝕變岩的粘土礦物成分由蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石組成，但蒙脫石相對含量也達到35%～82%（表12-2，圖12-3）。值得一提的是，組成蝕變岩粘土礦物的蒙脫石是以單礦物形式出現的，而不以混層礦物形式出現。採用SnCl₂容量法測得的有效蒙脫石含量（絕對含量）多數在50%以上。這說明所研究的蝕變岩類型全部為蒙脫石化蝕變岩。

表12-2 蝕變帶粘土礦物組成定量測試結果

圖12-3 蝕變岩＜5 μm粘粒的XRD定量測試結果

二、蒙脫石化蝕變岩的工程地質特性

1.物理性質和物理化學活性

室內測試表明，由於大量蒙脫石的存在，蒙脫石化蝕變岩在天然狀態下可保持較高的含水量（達40%以上），而乾燥後在水中崩解成泥狀、碎屑泥狀（表12-3）。蝕變岩的比表面積通常很高，一般在200 m²/g以上，有的高達507.66 m²/g，具有蝕變程度越高、比表面積越大的特點，這說明蝕變岩通常具有較高-很高的物理化學活性，在環境變化的條件下，極易誘發工程問題。

表12-3 蒙脫石化蝕變岩的物性指標和工程特性測試結果

2.膨脹勢

蒙脫石化蝕變岩屬於膨脹岩的一種地質成因類型，國外雖有現場膨脹勢的快速判別方法，但沒有定量指標。目前國內尚無統一的膨脹岩判別標准，多採用曲永新（1992）提出的不規則岩塊乾燥飽和吸水率指標進行判別，吸水率的大小反映膨脹勢的強弱。測試表明，多數樣品為強膨脹性的，少數為微膨脹性的（圖12-4）。為了揭示蝕變作用的工程效應和環境效應，張永雙等（2007）認為可以採用「蝕變系數」來反映蝕變岩的蝕變程度，其值為岩塊乾燥飽和吸水率與＜0.5 mm岩粉吸水率的比值，表達式為：

滇藏鐵路沿線地殼穩定性及重大工程地質問題

式中，ζ——蝕變系數；

圖12-4 蝕變岩的蝕變程度和膨脹勢判別圖

W_b——岩塊乾燥飽和吸水率/%；

W_p——岩粉乾燥飽和吸水率/%。

蝕變系數反映岩石的蝕變程度，值越大蝕變程度越高，蝕變岩的膨脹性越強。

三、粘土化蝕變岩的形成條件及其分布規律

1.岩石蒙脫石化作用的形成條件

大面積區域蝕變岩的形成，常受控於區域內重大地質事件和地質作用，尤其是區域蝕變帶常與區域深斷裂的構造岩漿活動有關。因此，岩石類型、活動斷裂和流體作用是產生區域蝕變帶的前提，具有一定規模且穩定的熱源是促使岩石蝕變的動力條件。從工程地質的角度，蒙脫石化、伊利石化、高嶺石化尤其是蒙脫石化蝕變作用對工程的危害最嚴重，常成為工程地質研究中最受關注的對象。

大量研究表明，雖然硅酸鹽岩經過熱液作用都可以形成蒙皂石（蒙脫石），但不同岩石形成蒙脫石所需要的條件是不同的。由於蒙脫石硅氧四面體和鋁氧八面體晶層中普遍存在著Mg²⁺和Al³⁺的同晶置換作用，Mg²⁺是蒙脫石礦物晶格中不可缺少的化學成分，因此蒙脫石的形成必須有足夠的Mg²⁺參與。Mg²⁺的來源一般有3種途徑：①富含Mg的火成岩體本身，如輝綠岩、輝長岩、玄武岩等基性岩；②富Mg的圍岩，如白雲岩、白雲質灰岩、白雲質大理岩；③存在富含Mg²⁺的地下熱水作用。在對侵入體蒙脫石化工程地質預報中，不僅要充分注意侵入體和圍岩的礦物化學成分，還必須分析是否出現過熱液作用。通常，對後者的宏觀判別並不容易，可行的判別辦法主要有2個，一是調查熱液礦床和熱液蝕變岩帶的分布，二是調查溫泉和地下熱水的分布。橫斷山區是我國地熱活動高異常區，有大量溫泉分布，其中大理至德欽所經地區已發現溫泉（群）達69個之多，為圍岩蝕變提供了極為充分的條件。

2.滇藏鐵路滇西北段的主要蝕變岩類型

前人成果和野外實地調查表明，滇藏鐵路滇西北段的粘土化蝕變岩主要屬於岩漿期後的熱液蝕變岩，少量為火山岩的熱液蝕變。岩漿期後的熱液蝕變作用通常伴隨著淺成（次火山岩）的岩漿活動，由殘余熱液和揮發分的作用而發生的蝕變作用。一般遭受鹼性-微鹼性熱液作用的火成岩侵入體均可以發生蒙脫石化作用。岩漿期後的熱液蝕變岩按照母岩的岩性大致可劃分為：①輝綠岩、輝長岩脈的蝕變岩；②安山玢岩、閃長玢岩脈的蝕變岩；③酸性和鹼性岩脈的蝕變岩。在某些火山岩分布區，火山岩的蝕變通常是在鹼性-微鹼性富Mg熱水的作用下形成的。遭受蒙脫石化蝕變作用的岩體，其工程性質迅速蛻化，成為容易誘發工程問題的特殊岩土體。

根據蝕變岩的全岩XRD測定結果推測，洱海東側康海一帶蝕變岩的母岩可能為輝綠岩，禾洛山隧道北口為蝕變玄武岩，奔子欄北和康廊村蝕變岩的母岩可能為閃長玢岩，蝕變岩樣品中黃鐵礦和石膏的存在，表明它們為低溫熱液蝕變的產物（表12-4）。

表12-4 蝕變岩的全岩礦物組成的XRD測試結果

6. 軟弱夾層的工程地質意義~

位於地殼岩體中的軟弱夾層，是工程地質性質1最差的不連續面，也是控制岩體穩定專性的重要邊1界 ．軟弱夾屬層的工程地質性質既與岩體應力、1地下水等環境條件有關，也與其成因性質、粘粒含量和粘土礦物成分等有關．在軟弱夾層形成後的地質1歷史中，地應力使其壓密、固結，且延緩地下水的滲1流，從而改善其工程地質性質．因此，研究軟弱夾層1的工程地質性質時，應充分考慮地應力這一環境因1素．但對於成因相同、粘土礦物成分一致、粘粒含量1變化不大的軟弱層帶而言，在受到不同壓應力作用1時，其物理力學參數必然與之有一定的對應關系．1而受降雨和水文地質條件的影響，軟弱夾層的飽水1狀態是不一樣的．在非雨季，地下水位線低，軟弱夾1層常處於非飽和狀態；在雨季，地下水位線升高，地1下水滲流加劇，軟弱夾層多處於飽和狀態．

7. 工程建設引發或加劇地質災害危險性的預測

主要有崩塌、滑坡、泥石流、崩岸和特殊土地面變形等災害。以下分災種論述。

（一）工程建設引發崩滑災害危險性的預測

管線穿越丘陵山區時，管道或從溝底穿行，或於溝坡穿越，依地勢而敷設，需開挖深度約2m的溝槽。丘陵山區為堅硬或較堅硬岩體，風化帶厚10～15m，構造線走向為北西西—北西或北北東，大部分地段與管線走向形成45°～90°夾角，一般不會形成順向坡的開挖，因此大部分地段管道敷設開挖不會引發規模較大的滑坡。但因風化帶厚，風化土體凝聚力低，呈鬆散砂狀，開挖過程中引發小規模坍滑是有可能的。這種小型坍滑危害有限，一般只發生在溝槽開挖過程中，當管道埋置穩定並恢復原坡形態後，邊坡便失去了坍滑的臨空條件，預測危險性小。

管線穿越崗坡粘土分布區段時，展布高程40～70m，地形起伏小，施工過程中將開挖數米的深溝，挖方棄土就近堆積於線路邊，這些棄土多座落於粘土層之上，加之原始地形具有一定的坡度，棄土置於其上，兩者力學強度差異較大，界面處又往往是地下水富集、逕流的場所，若棄土邊坡過陡或就近置於開挖深溝邊，沿上述界面易形成軟弱帶，因此，在久雨或暴雨滲透下，這類棄土易產生滑移。開挖溝坡若由具膨脹性的粘土組成，在天然狀態下，干濕反復交替，產生膨脹裂縫，致使水分更易進入土體，導致土體含水量逐漸增大而變軟，強度降低。在降雨入滲等誘發因素的影響下，可能產生溝坡失穩滑移。通過上述分析，形成滑坡的規模有限，所以，地質災害危險性小。

管線經過的湖北省大悟縣大新店—大悟縣城以南，出露地層是中上元古界紅安群，由片岩、片麻岩、混合岩等堅硬或較堅硬岩體組成。地形坡角15°～250，坡體上植被發育。線路緊鄰大悟河右岸邊側延伸，邊岸上第四系沖洪積物堆積較厚，工程切坡後，在久雨、暴雨及河水的漲落浸泡沖刷下，易導致鬆散堆積物的崩滑。在基岩邊坡中，由於岩層軟硬相間，各種構造結構面又較為發育，岩石的風化程度也較高（片岩多呈強風化狀態），當形成順層切坡時，也容易導致邊坡的失穩滑移。所以，本段地質災害的預測評估為中等。

管線經過的湖南省汩羅向家鎮、弼時鎮南部一帶，即長沙末站到湘潭支線0～15km和長沙末站至丁字鎮油庫支線的0～9km段，出露地層有上元古界板溪群變質砂岩、千枚狀板岩等，以變質砂岩為主，風化程度較高，呈強風化狀態，地形坡度較陡，工程切坡較大，預測風化層產生崩滑的可能性較高，地質災害危險性中等。

管線經過的湖南省瀏陽河南岸長沙末站—湘潭支線的53～60km、76～92km段，為丘陵陡坡區，坡角20°～30°，出露地層岩性由上元古界板溪群變質砂岩、千枚狀板岩及泥盆系石英砂岩、粉細砂岩、白雲岩、灰岩組成，工程地質岩組軟硬相間，軟質岩多呈全—強風化狀態，硬質岩呈弱～微風化狀態，變質岩為中等風化。由於岩層軟硬相間，地形坡度較陡，地質構造發育，人類經濟工程活動強烈，工程切坡後，在久雨或暴雨下，易形成崩滑災害，所以，地質災害危險性預測為中等。

（二）工程建設引發泥石流危險性的預測

管道敷設時的溝槽開挖，將產生土石渣，部分土石渣將用於溝道回填埋管，但由於管道空間占據，仍將產生0.3m³/m的棄渣。管道經過丘陵山區長247km，在此段將留下74100m³的棄渣。這些棄渣將沿線就地堆填於地勢低窪的沖溝、坡腳、山窪等地，將成為泥石流發生的部分固體物質來源。但由於棄渣並非集中堆放，一般多是危害不大的小型泥石流，預測危險性小。

（三）工程建設引發或加劇河流崩岸危險性的預測

管道工程將穿越13條主要的大中型河流，其中長江和大悟河流量最大，岸坡不甚穩定，歷史上發生過較大崩岸。管道穿越河流採用大開挖、定向鑽、盾構和隧道等施工方法（見表8-1）。

定向鑽和盾構法的施工辦法從河床底部侵蝕深度以下穿過。由於擾動了河岸、河槽的地質結構，地表、地下水流場均衡可能被打破，勢必會引起河岸、河槽的侵蝕再造，以求新的平衡穩定。是否能夠發生大的崩岸，這要看岸坡土體工程地質條件、河勢變化、流量大小、人工防護等情況。現按由北向南的次序，對將穿越的10條主要大中型河流逐一預測。

1.大悟河

該河屬長江一級支流，地貌屬丘陵山區崗狀地帶，本工程首先在大悟縣城南穿越大悟河，順大悟河右岸穿行至孝昌縣小河鎮再次穿越大悟河，穿越處河道順直，河床呈「U」型。河岸由上至下土體依次為粘土、細砂、粉質粘土，下部為砂卵石層，土體鬆散松軟，強度低，但人工植被發育。洪水時最大流量3276m³/s，最大流速1.8m/s，最大沖刷深度2.5m。

預測大悟河管道穿越處，由於已有潛在岸崩段存在，在河水沖刷側蝕及工程擾動下，施工引發河岸崩塌的可能性大，在洪水汛期施工可能引發兩岸大規模崩塌產生。預測地質災害的危險性為中等。

2.縣河

位於孝昌縣揚店，地處崗坡平原區，地勢平緩，河谷兩岸坡角5°～15°，河流水深通常2m左右，河谷呈「U」型，岸坡較陡，高 1.5～2.5m，河岸土體上部為粘土、下部為粉細砂、底部是砂卵石層。由於管線工程採用大開挖法穿越河道，在施工擾動作用下，岸坡可能產生小規模岸崩。在河道中施工時，因鬆散土體處於飽水狀態，也易產生滑塌，因此，施工過程中開挖斷面不宜過高過長，應逐段進行施工，也免產生大規模的崩滑，對工程本身和施工人員、機械設備造成威脅。只要安全措施採取得當，預測岸坡和開挖邊坡產生崩滑的規模有限。所以，地質災害的危險性中等。

3.灄水

灄水是長江一級支流，發源於大別山，全長142.14km，流域面積2317km²。本工程於黃陂區葉家河東約100m穿越灄水。管道穿越處為崗狀河谷平原，河床及其岸坡平緩，由粘性土、砂土構成，土層較厚。河流順直，沖淤平衡，河岸穩定。洪水時最大流量4560m³/s，多年平均枯水流量0.88m³/s，屬於季節性河流。

由於穿越河流採用定向鑽法，在穿越河道時將進行基坑開挖，兩岸開挖的基坑深度不大，雖然本區地下水位埋深較淺，在地下水滲流潛蝕作用下，基坑四周邊坡可能產生規模有限的滑塌，定向鑽施工工程擾動小，預測工程管道在河道穿越段基本不會引發兩岸崩塌發生，危險性小。

4.倒水

倒水是長江一級支流，發源於大別山，全長158.14km，流域面積2432km²。本工程於黃陂區周鋪南約8 km穿越倒水。管道穿越處為河湖低窪區平原，河床及其岸坡平緩，由粘性土、砂土構成，土層較厚。河流順直，沖淤平衡，河岸穩定。河水寬5.5～7.5m，河道寬約300m，洪水時最大流量4713m³/s，多年平均枯水流量1.34m³/s。

由於穿越河流採用定向鑽法，在穿越河道時將進行基坑開挖，兩岸開挖的基坑深度較大，本區地處湖泊邊緣，地下水位埋深淺，在地下水滲流潛蝕作用下，機坑四周邊坡可能產生規模較大的滑塌，在定向鑽施工工程擾動小，預測工程管道在河道穿越段可能引發兩岸崩塌發生，危險性大。

5.長江

是本工程穿越的最大河流。穿越點位於武漢市白滸鎮，水面寬1000m左右，兩岸場地開闊，交通便利。管道穿越處為一河灣，其上遊河道急劇變化，形成向南東凸出的「Ω」形急彎。北岸岸坡土體由上而下為素填土、粘土、淤泥質粉質粘土、粉細砂。汛期洪流最71100m³/s，沖刷深度45m。

由於在南岸白滸鎮緊鄰江邊出露有C—D系的灰岩、砂岩形成的天然磯頭，自上而下徑流的江水經磯頭阻擋後，水流主流線隨即改變方向向北岸偏轉，從而增強了水流對北岸的沖刷側蝕作用，在不斷沖刷側蝕作用下，已形成了長江北岸的潛在岸崩段，岸坡土體結構鬆散、松軟，在工程施工擾動下，隨時都有產生崩滑的可能。此外，在穿越河道時採用的盾構法施工將進行基坑開挖，由於河道深。兩岸開挖的基坑必然較深較大，因本區地下水位埋深較淺，僅有1～2m，基坑開探過程中或開挖好後，必然要進行基坑降水，在降水過程中將導致滲流潛蝕作用下，極易導致基坑四周邊坡產生滑塌，進而危及到施工人員，機械設備的安全。所以，工程施工過程中的危險性較大。

根據穿越處岸坡工程地質條件和河勢的演變趨勢，預測長江管道穿越枯水季節施工北岸可能引發較大規模崩塌，南岸可能引發小規模的崩塌；洪水汛期施工可能兩岸均引發較大規模的崩塌，危險性大。

6.陸水河

穿越點位於赤壁市北霞落港，為長江一級支流，穿越處河流較為順直，河面寬度約260m，河堤間寬約350m，河堤高約8～10m。其上游約9km為陸水水庫，水位波動不大，近30年洪水均未漫過兩岸河堤，目前河道內有采砂現象。

穿越河流採用定向鑽法，預測工程管道在穿越河道時不會引發兩岸崩塌發生。由於河道內有采砂現象，因此，在管道設計時，應適當加大其埋藏深度以免將來因河道采砂導到管道的損毀，危險性小。

7.新牆河

新牆河（又稱微水），是直接注入東洞庭湖的較大支流，源出平江寶貝嶺，流域似桑葉狀，平均流量52.60m³/s，天然落差400m，坡降7.18‰。管道在岳陽新牆鄉處穿越新牆河，穿越兩岸地形平坦，河岸兩側有碎石護坡，河水寬約80m，河道寬300～400m，水深2～3m，屬於季節性河流，水清。據區域地質及現場觀察，穿越地層為粉土，粘粒含量高，層厚3～4m，其下為細砂，建議圍堰導流大開挖，具體開挖深度建議經初步勘察後再定。

由於管線工程採用大開挖法穿越河道，在施工擾動作用下，岸坡可能產生小規模岸滑。在河道中施工時，因鬆散土體處於飽水狀態，也易產生滑塌，因此，施工過程中開挖斷面不宜過高過長，應逐段進行施工，也免產生大規模的崩滑，對工程本身和施工人員、機械設備造成威脅。只要安全措施採取得當，預測岸坡和開挖邊坡產生崩滑的規模有限。所以，地質災害的危險性中等。

8.汩羅江

穿越點位於汨羅市新市鎮附近，兩岸堤高約6～8m，河岸間寬約260m，大約1983年出現過河水漫過兩岸堤壩的現象。穿越處上遊河段有采砂現象，擬利用已建忠武線長沙支線輸氣管道汨羅江隧道通過，危險性小。

9.撈刀河（湘潭支線）

穿越點位於長沙縣果園鄉南瞿家塅附近，為湘江一級支流，穿越處河流較曲折，屬河道下游，河流坡降較小，河水寬約50m，河岸間寬約250m。由於管線工程採用大開挖法穿越河道，在施工擾動作用下，岸坡可能產生小規模岸滑。在河道中施工時，因鬆散土體處於飽水狀態，也易產生滑塌，因此，施工過程中開挖斷面不宜過高過長，應逐段進行施工，以免產生大規模的崩滑，對工程本身和施工人員、機械設備造成威脅。只要安全措施採取得當，預測岸坡和開挖邊坡產生崩滑的規模有限。所以，地質災害的危險性小。

10.瀏陽河

穿越點位於長沙縣塱梨鎮東南渡頭附近，為湘江一級支流，穿越處河流較曲折，屬河道下游，河水寬約150～180m，河岸間寬約270m。河床及其岸坡較平緩，由粘性土、砂土構成，土層較厚。河流順直，沖淤平衡，河岸穩定。穿越河流採用定向鑽法，地下水位埋較深，預測工程管道在穿越河道時不會引發兩岸大規模崩塌發生，危險性小。

（四）工程建設引發或加劇特殊土變形危險性的預測

1.軟土

管道經過的湖北長江、大悟河、倒水、灄水及湖南的汩羅江、瀏陽河沖湖積低平原地區，位於河流與湖泊邊緣，有較大范圍的軟土分布，軟土壓縮變形垂直壓力在100k Pa左右，容許承載力為20～98k Pa。由於該區段內河流深切，地形較平緩，坡角較小，在河流兩側，低窪湖泊、水田、藕田兩側分布有淤泥、淤泥質粘土及飽和粘土，其孔隙比大、壓縮性高，且厚度變化大，垂向剖面上可能出現由結構密實的粘土與飽水粉細砂層、淤泥質土類呈間互成層的現象，這些地段土體岩性差異大，力學強度各異，若工程開挖或載入，一方面易導致不均勻沉降變形，另一方面若工程邊坡形成後，易導致軟土的壓縮擠出坍滑，引起建築物損壞。但本工程無論是管道，還是分輸站，都是輕荷載構建，一般不會引發軟土的變形，如果有個別重載設備和加壓震動設備的安裝，則有可能引起淤泥土地段小規模的壓縮變形、壓縮擠出坍滑。所以，建設過程中應對強度較低的軟弱土進行清理，採取夯實壓密措施，以改良土體、提高地基強度。

2.膨脹土

管道經過的丘陵山前壠崗平原和長江沖洪積波狀平原（二、三級階地）地區，有大范圍的第四系中、上更新統粘性土構成的膨脹土分布。膨脹土中礦物成分以蒙脫石、水雲母為主，化學成分以 SiO₂、A1₂O₃、Fe₂0₃為主。具有失水收縮，遇水膨脹的特點，自由膨脹率 F_s=30%～70%，膨脹力P_p=17～46kPa，有荷載膨脹率 VHa=0.025%～0.805%，屬於弱脹縮性土。水分變化對膨脹土影響深度一般為4m左右，急劇影響層深度一般為1.8m～2.25m左右。

本工程在膨脹土區的施工方法主要為大開挖—溝底墊層—埋管壓實的辦法，埋置深度為1.2m，管道設計管徑355.6mm。也就是說管道埋置位置一般在1.5～2.5m，正好是急劇影響層，膨脹土的脹縮變形活動正好作用於管道，不利於管道的穩定運行，這是不利的一面。另一方面人工開溝鋪設墊層後，人為在管道沿線形成了孔隙潛水的含水通道，易接受降雨入滲，上層滯水廣泛存在，在一定深度內降雨入滲與蒸發量大，為膨脹土體遇水膨脹、失水收縮創造了較好的環境條件。同時土體開挖後由於膨脹性，雨水浸入風化帶內發育的裂隙中，使粒間聯結力被削弱，土粒易於吸水膨脹。在平行坡面方向，吸水作用使土體橫向膨脹勢能顯著增加，膨脹土坡上的土體沿坡面向坡腳方向產生位移，坡腳處較大的位移使該處抗剪強度首先越過峰值而逐漸降到殘余值，在土體重力及大氣降水入滲產生的靜水壓力作用下產生坍滑。

綜上所述，本工程會加劇膨脹土的脹縮變形，但脹縮變形的規模有限，而且經過簡單的施工工藝改良，還可以大大減弱膨脹土的脹縮變形，從而減少對工程的危害。所以，建設過程中應對強度較高的脹縮土進行處理，

需要指出的是，在現狀評估中，地質災害危險性大的岩溶地面塌陷和采空地面塌陷不會因工程建設而引發或加劇災害。

8. 水庫堤壩岩土工程勘察

一、深圳水利工程建設現狀

深圳市自建市後，水利事業蓬勃發展，特別自1992年以來，新建擴建了一大批水利工程，引東江上游水入深、全市供水體系形成網路、興建調蓄水庫和戰略儲備水庫、開展雨洪利用、整治河道提高河道防洪和景觀功能等等，為深圳市的可持續發展提供了水資源保障。

深圳市常見的水利工程主要有：水庫、樞紐建築物、輸水或泄水隧洞、堤防、泵站、水閘、渡槽和輸排水管等。水庫大壩依其材料不同可分為混凝土壩、砌石壩、堆石壩和土壩等。

截至2007年底，全市共有172座水庫，其中在建的公明水庫總庫容1.5×10⁸m³，為大（二）型水庫，壩體總長4.6km，最大壩高54m；正在勘察擬建的清林徑水庫，總庫容為1.8×10⁸m³，總壩長1.8km，最大壩高44.2m；已建的東部供水水源工程，全長56.3km，其中7.2km為隧洞；已建供水網路干線工程，全長472km，其中80%為隧洞。

在建設和使用這些水利工程的過程中，曾遇到了大量的工程地質問題，它們大多與地表水、地下水有很大關系，這是水利工程地質專業的主要特點。由於有了水，岩土體飽和軟化，抗剪強度降低，水頭壓力抬高，滲流作用加強；由於有了水，水工建築物岩土設計計算變得復雜，運用工況多樣化；由於有了水，岩土工程勘察需採用綜合勘探方法，各類試驗項目繁多，地質參數的取值和地質評價結論需要綜合判斷確定。對於水利工程，由於勘察水平不高而導致相關工程地質問題未查明，其後果是嚴重的，要麼導致整個工程失敗（如潰壩、決堤、水庫無法蓄水）；要麼工程建成後問題很多，影響正常運行；或者由於相關地質參數和評價結論過於保守而導致大量的投資浪費。

因此，水利岩土工程勘察是一項復雜而重要的專業性較強的地質工作，在具體實施過程中，除了嚴格執行行業規程規范之外，地區性工作經驗亦很重要，尤其在項目建議書、可行性研究階段或者勘探工作量不足的一些中、小型工程顯得尤為突出。

二、水利水電工程常見工程地質問題

根據深圳地區所處的地質背景和水文氣象條件，修建水利工程後常見的工程地質問題有：

1.區域構造穩定性

深圳地區地震基本烈度為Ⅶ度，區域構造穩定性相對較好，各工程研究對象主要指活動性斷裂對水工建築物長期運行的影響。以深圳斷裂帶為代表，重點關注水庫誘發地震、地應力集中、斷裂構造的年位移量等。

2.水庫庫區滲漏

蓄水水庫產生永久性的過量的滲漏，不僅影響水庫的效益，同時還會因滲漏引起其他一些不良後果。羅屋田水庫的岩溶滲漏是一典型例子，由於水庫滲漏嚴重，水庫始終無法正常蓄水。

3.庫岸穩定性

水庫蓄水後，庫岸自然地質環境發生急劇變化，岩土體飽水及強度降低，庫水漲落引起地下水位波動變化，波浪沖刷作用加劇變化等，使得原來處於平衡狀態的岸坡發生破壞，達到新的平衡，其破壞形式包括：崩塌、滑坡、塌岸等。庫岸失穩破壞的後果將直接危及濱岸地帶居民及建築物安全，淤塞庫區，高位能的快速崩滑體還可以造成巨大涌浪，危及大壩及壩下游安全。

4.水庫浸沒

水庫蓄水後，引起庫岸周圍一定范圍內地下水水位抬升（壅高），當壅高後的地下水位接近或引出地面時，將可能導致農田沼澤化、土地鹽鹼化、建築物地基飽和惡化等不良後果。深圳地區一般多為山區性水庫，庫容面積有限，水庫浸沒問題不嚴重。

5.壩區滲漏

壩區滲漏包括壩基滲漏和繞壩滲漏，分別產生於壩基和壩肩。壩基滲漏是現有水庫大壩普遍的地質現象，滲透量過大將影響水庫的效益，或者滲透水流作用危及壩體的安全。深圳地區常見的壩區滲漏方式有建基面滲漏（接觸面滲漏）、淺層風化岩滲漏、斷裂構造帶滲漏、沖洪積砂礫層滲漏和岩脈帶滲漏等。

6.壩基岩土體的壓縮變形與承載力

不同類型的壩對壩基壓縮變形與承載力要求不同，其共同點均要求建壩後不致產生過大的沉降變形和不均勻沉降變形，以免引起壩體開裂或剪切滑移而導致的破壞。對中低土石壩而言，深圳地區常見的高壓縮地層主要包括人工鬆散填土、軟黏土、淤泥和泥炭等。

7.壩基（肩）岩土體的抗滑穩定

對於土石壩而言，壩基如有抗剪強度低的軟弱地層（如軟黏土、淤泥、鬆散填土等），則壩基不僅存在沉降變形問題，亦有沿軟弱層滑動問題；對混凝土壩、砌石壩而言，根據滑動破壞面位置的不同，壩基岩體滑動分為表層滑動（通常指混凝土與岩石接觸面）、淺層滑動和深層滑動（軟弱結構面滑動）；對於壩肩抗滑穩定主要體現陡地形狀況下的結構面滑動問題。

8.水工隧洞圍岩穩定與變形

地下隧洞開挖以後，洞壁圍岩由於失去了原有的岩體的支撐而向洞內松張變形，如果變形超過圍岩本身所承受的能力，圍岩將產生破壞。圍岩的變形破壞程度常取決於圍岩應力狀態、岩體結構及洞室斷面形狀等。竣工後的水工隧洞往往要承受內外水壓力的長期作用。深圳地區隧洞淺埋段較多，斷裂構造發育，岩性岩相多變，地下水位高，隧洞施工遇塌方、冒頂現象相對較多，施工後縱向與橫向裂縫也時有所見。

9.隧洞涌水

隧洞涌水問題包括隧洞段涌水量預測、掌子面突水、突泥預測和地面沉降預測等，因其影響因素多，各項參數准確取值較難，隧洞涌水預測大多帶有經驗性質。盡管如此，隧洞涌水仍是一項重要而復雜的水文地質工作內容。以往的工程實例表明，隧洞涌水預測不可靠，施工措施不到位，往往會導致嚴重的人員傷亡、經濟損失甚至一定范圍的社會安定問題。

10.天然建築材料

深圳地區水庫一般適合建當地材料壩，以土石壩最多，黏性土料和壩殼料用量也最為龐大。例如公明水庫大壩實際用量達1100×10⁴m ³，勘察儲量為其2～3倍。既要不破壞當地生態環境並盡量減少征地費用。又要尋找足夠儲量的、質量好的、開采方便的、運距近的料場，是水庫工程建設期突出的工程地質問題，也是一大前期勘察難點。

11.深基坑支護

深圳地區地下式泵站較多，大多涉及深基坑問題，有的基坑深達30～40 m，這些泵站一般建在地勢低窪處，軟土層和砂礫層較厚，地下水豐富，地下水位普遍較高，工程地質水文地質條件復雜，基坑支護體系需要考慮隔水、淺層支護、深層支護、上下水工建築物平面布置及基坑內方便輸水隧洞施工等要素。

其他的一些工程地質問題，如隧洞施工岩爆問題，放射性污染問題，閘、壩建築物的抗沖刷問題等等，因一般不常見這里不單獨列出。

三、水庫庫區岩土工程勘察評價工作經驗

限於自然條件，深圳地區擬建和已建水庫規模有限，絕大部分為中、小型水庫，壩高15～50m，水庫周邊區域以花崗岩類和砂頁岩類為主，地形地貌多為低丘陵和台地，植被覆蓋良好，岩體風化一般較深厚，斷裂構造較發育，物理地質現象不發育，工程地質條件一般屬於中等復雜。

水庫庫區岩土工程勘察與評價工作一般應注意：

1.勘察工作

勘察工作應以水文地質、測繪、調查訪問、資料收集為主，勘探工作為輔。注意研究地形地貌特點，河床變遷歷史，泉水露頭情況，區域性自然邊坡和人工邊坡失穩現象，周邊水庫群常見的水庫地質問題等。當基岩露頭較好時，重點調查斷層和裂隙發育特點；當基岩露頭不好時，重點調查風化土和覆蓋層的工程特性與分布狀況。

2.勘察方法

針對水庫滲漏問題，首先根據水文地質成果確定可能的滲漏形式，然後根據不同的滲漏形式採用適當的勘察方法。單薄分水嶺滲漏一般較為常見，分水嶺岸坡一般分布有一定厚度的殘坡積土和全風化土，勘察工作以調查上部土層作為天然防滲鋪蓋的厚度、平面范圍和滲透特性為重點，均衡布置淺鑽孔或探坑，並進行注水和試坑滲水試驗。對於下部基岩的滲透特徵，需選擇代表性位置布置勘探剖面，各勘探點進行分段壓水、注水、抽水（提水）試驗。對於斷層或裂隙密集帶滲漏問題，可先布置物探工作，再布置鑽探與現場試驗工作。此外有些水庫發現也有風化岩中岩脈帶滲漏問題，在花崗岩類地區應重視。從目前已建水庫的運行情況來看，大多數水庫滲漏問題並不嚴重，未超過水庫設計滲漏量，這與深圳地區岩土層的弱透水性有關，也與庫水深度較淺、斷裂構造的密閉性較好等有關。但應注意的幾點是：

1）庫外未見有滲水溢出點並不代表水庫沒有滲漏，從有些水庫常年觀測資料來看，仍有相當一部分滲流量是通過潛流作用形成的。

2）強風化岩全段、弱風化岩上段部分試驗段滲透系數較大，鑽孔鑽進中常有涌水或失水現象，但大部分試驗段滲透系數為弱透水，將這兩層視為相對隔水層或相對透水層時應慎重，需根據滲透系數大值的平面位置、埋深、上部地層滲透性、地下水的徑流排泄方式以及水庫防滲級別等綜合確定。

3）峽谷區和台地區水庫滲漏評價方法有區別。

4）水庫滲漏除了定性評價外，還要盡量進行定量計算評價。

5）在可能滲漏部位布置水文地質長期觀測孔，可有效判斷水庫滲漏情況。

6）龍崗岩溶地區水庫滲漏問題很復雜，評價結論需特別慎重。

3.邊坡勘察

深圳地區庫岸坡度一般較平緩，庫岸穩定問題常表現為淺層滑坡或滑塌，主要產生於殘坡積層中，方量有限，一般為數十立方米至數百立方米，對水庫運行安全不會有太大的影響。但有些供水水庫在某些時段可能取水量很大，存在庫水位驟降的情況，應注意大面積淺層邊坡穩定問題。另外在深圳東部沿海地區所建水庫存在高陡岩質邊坡問題。邊坡勘察工作仍以地質測繪為主，在初步確定有問題的地段才布置勘探工作量。邊坡勘察與評價應注意的事項：

1）定性與定量評價互為補充，且有側重點，對於小規模的對水庫安全影響不大的邊坡問題應以定性評價為主，反之，則以定量評價為主。

2）砂頁岩地區常有淺層滑塌現象，坡積層偏厚，顆粒組成多為粗粒，易降水入滲和導水，也易浸水軟化，岸坡較陡時常有邊坡穩定問題。

3）計算邊坡穩定性，應有正常運行、庫水位驟降、地震作用等多個工況的組合計算。

4）對於環庫公路的邊坡問題，因其位於庫水位以上，一般按公路勘察設計規范進行評價，但應注意高位能的不穩定體坍塌，可能產生大的涌浪問題。

5）對於庫盆內開采建壩材料的水庫，需有合理的開挖斷面和坡度。

4.地下水勘察

現有水庫正常蓄水位水邊線周邊大多為斜坡地形，庫內無農田，少居民，少建築物，鑒於廣東地區的氣候條件，一般不存在浸沒現象。對於庫外水位雍高引起的浸沒問題，主要根據水庫防滲條件，可能浸沒區的水文地質條件和危害性質進行評估。地質勘察工作應重點置於庫水沿單薄分水嶺和斷裂構造帶徑流排泄方式和滲流量評價，注意可能浸沒區地形地貌特徵和地下水位，是否有較低的排水條件差的窪地地形，必要時布置勘探剖面，並進行地下水雍高值和地下水臨界深度的試驗和計算。

5.判定標志

水庫誘發地震的形成機理十分復雜，目前的判定方法往往根據工程實例進行類比，一般採用的判定標志有：

1）壩高大於100m，庫容大於10×10⁸m³。

2）庫壩區存在構造斷裂帶，活動斷裂呈張（扭）性或張（壓）扭性。

3）庫壩區為中、新生代斷陷盆地或其邊緣升降明顯。

4）深部存在重力梯度異常或磁異常。

5）岩體深部張裂隙發育，透水性強。

6）庫壩區有溫泉。

7）庫壩區歷史上曾有地震發生。

深圳地區沒有修建高壩大庫的條件，區域地質地震條件表明，一般產生破壞性地震（M _s＞4.7級）的可能性不大，但不排除產生小震的可能。已有工程實例顯示，有些中低壩水庫也會產生誘發地震，因此一般對大、中型水庫的誘發地震問題亦要進行評價。工作方法以搜集分析區域地質地震資料為主，適當布置一些專門性勘探工作（常採用地球物理勘探和深鑽孔），必要時需委託地震研究單位在進行地震危險性評估的同時，對水庫誘發地震問題進行專門論證。

四、堤壩勘察方法、經驗與工程地質條件評價

深圳地區堤壩類型大多為土石壩，有少量混凝土壩和堆石壩。不論哪種壩型，壩體、壩基均存在穩定、變形、滲流三大問題。其中土石壩出現問題的最多，一般以壩體或壩基滲漏與不均勻沉降最為常見，個別堤壩也曾產生壩後坡嚴重滑坡，而滲透穩定問題多見於水閘。

因大壩產生破壞性質是災難性的，因此水庫工程勘察的重點在於壩址，前期勘察工作標准要求高，歷時長。限於篇幅，這里僅介紹新建壩壩址的一些勘察方法與經驗。

1）對於壩址區（含附屬建築物）勘察方法，水利水電工程地質勘察規范（GB50287-1999）和中、小型水利水電工程地質勘察規范（SL55-2005）各章節有明確規定，內容涵蓋規劃、可行性研究、初步設計和技施設計各個階段，包括不同壩型、不同壩基以及不同建築物。總體來講，水利行業勘察規范比較簡明寬泛，具體實施過程中需要地質人員充分發揮主觀能動性，根據場地地質條件，靈活掌握規范精神，既要達到「查明」的精度，又不浪費勘探工作量，也不能死搬硬套規范。

2）在工作開展之前，需要編制勘察工作大綱，內容盡量詳盡，必要時還可編制單項作業指導書。勘察工作大綱首先應根據前期勘察成果確定該工程可能存在的主要工程地質問題，或應重點查明的地質要素，然後圍繞這些工程地質問題或地質要素布置適用的勘探工作，確定勘探工作的重點、要點、難點。

3）工作當中需根據實際地質條件變化，及時調整計劃的工作方法和工作布置，這就要求地質人員隨工程進度及時跟進分析，以免野外作業結束後才發現問題，導致關鍵地質問題未查明，需要進行補充勘察。

4）壩址常用的勘探方法有鑽探、物探、坑探、現場試驗和室內試驗，其中關於岩土滲透試驗的方法種類較多，精確度不一，如何較准確地確定各地層滲透系數並劃分相對隔水層、相對透水層是技術人員的一大難點，這些參數的可靠性關繫到工程安全，亦關繫到大量的工程投資。例如公明水庫壩基防滲工程，設與不設混凝土防滲牆相差工程投資達1.5億元人民幣。弱、微風化岩一般進行壓水試驗，按壓水試驗規范操作即可。強風化岩一般難於進行壓水試驗，深圳地區的經驗是：當地下水較高時，選擇抽水試驗或提水試驗；當地下水位較低時選擇注水試驗，並注意鑽進中回水量的變化；當需要初步確定灌漿效果時，應設法進行壓水試驗，可將栓塞置於先期預設的混凝土孔壁即可，但成本較高。強透水的砂礫石層常用抽水試驗。對於中-弱透水的殘坡積土層、全風化岩（土），常根據注水、提水、試坑滲水、室內滲透試驗成果綜合確定滲透系數值，前3種方法的計算公式為近似性質，測值有一定誤差，但可反映整個試驗段的透水性，室內試驗測值雖較准確，但反映某一點的滲透性，代表性具局限性。

5）評價地基的工程地質條件，除了有足夠數量的試驗數據支持外，尚需根據地區經驗，岩心鑒別、地質測繪成果綜合給出定性評價結論和定量地質參數。例如，對於花崗岩殘積土或全風化岩（土），室內試驗往往顯示其為高壓縮性土，對於土石壩需要進行大面積的壩基處理，而根據工程經驗，該類土一般為黏土質砂礫，屬中壓縮性土，可不進行處理。再如，如何看待總體弱透水性地層中滲透試驗滲透系數大值（i×10^-4cm/s或i×10^-3cm/s）問題，是關繫到劃分為相對透水層還是相對隔水層的大問題，僅憑試驗數據是難以給出准確結論的，需要根據其上、下地層的滲透特徵與分布情況，以及蓄水後地下水的滲透形式等因素綜合判定。

五、天然建築材料勘察方法與評價

深圳乃至華南地區土石壩建築材料大多採用風化岩料，主要利用殘積土、全風化岩和強風化岩，其中前二者一般作為黏性土料，後者作為壩殼料使用。工程實踐表明，風化料易於壓實，具有較高的壓實度、抗剪強度和較低的滲透性，非常適合於修建中低壩。但風化料也有其缺點，由於岩性相變、地形起伏和地質構造等原因，風化料往往顆粒組成不均一，含水率等物理力學性質差異較大，壓實控制指標選擇較難，針對風化料的這些特點，前期勘察階段應注意：

1）勘察方法宜選擇鑽孔、探坑（井）、洛陽鏟，勘探密度除執行規程規范要求的以外，應切實結合地形地貌特徵布置勘探點，坡頂、斜坡、坡腳和台地均應有足夠的勘探點控制。選擇每個微地貌代表性位置連續取原狀樣，主要測其含水率和粘粒含量等基本物理指標。選擇每個微地貌代表性位置取擊實樣（結合未來立面開採的深度）進行擊實和擊實後試驗，每個勘探點均應測靜止地下水位。

2）室內試驗類別應齊全，勿漏項。原狀樣主要測含水率、天然密度、土粒密度、塑液限、顆粒分析（至小於0.005mm）；擊實樣主要測最大幹密度、最優含水率、水溶鹽含量、倍半氧化物含量、有機質含量、pH值、自由膨脹率和燒失量等；擊實後試驗控制壓實度為0.96～0.98（與工程等級有關），試驗項目有滲透系數（水平和垂直）、剪切試驗（飽和與非飽和）、壓縮固結試驗（飽和與非飽和），剪切試驗具體類別應根據設計計算工況具體確定，一般應進行三軸剪切試驗，直剪試驗可作為參考，新建壩應測不固結不排水剪、固結不排水剪、固結排水剪，同時測孔隙水壓力系數。

3）根據風化料原岩變化情況和試驗成果進行料場分區，主要依據顆分、塑性指數與壓實特徵進行劃分。不同類型的風化料如果不分區，往往難以確定土壩控制指標，難以選擇碾壓設備和碾壓參數，並使大壩處於不安全狀態或滲漏量過大。

4）風化料地質參數應在充分統計分析的基礎上慎重選擇，對其質量評價根據大壩不同填築部位的具體要求區別對待，一般分均質壩土料、防滲體土料和壩殼料3種類型。具體分析的項目有：含水率變化規律分析、粘粒含量變化規律分析、擊實曲線特徵分析（寬或窄級配）、滲透系數特徵分析和剪切試驗成果分析（不同類型剪切試驗成果對比分析）等。針對料源的特徵，提出建議開採的季節、開采設備、開采方式和碾壓試驗與上壩填築的一些注意事項。根據已建水庫的勘察資料，深圳地區上壩風化料原岩大部分為花崗岩和砂頁岩，風化料的主要工程特性指標較好，但pH值往往偏低，倍半氧化物含量不能滿足規程要求，經分析認為，對於深圳地區中低壩而言，這兩個指標對工程影響不大，上壩料質量評價可不作為控制性指標。鑒於水庫大壩的重要性，風化料室內擊實和擊實後試驗宜選擇兩家以上試驗單位進行平行試驗。

5）料場儲量計算應採用平均厚度法、平行斷面法和三角形法，選擇一種方法計算，取另一種方法校核。

六、水工隧洞勘察方法、經驗與工程地質條件評價

1.前期勘察工作布置方法和原則

水工隧洞常用的勘察方法有衛星遙感、地質測繪、物探、鑽探、水文地質試驗、原位測試和室內試驗等方法相互印證的綜合勘探方法，勘察工作主要布置於淺埋段、過溝段、斷層位置、岩層分界位置及洞口位置，具體做法為：

1）洞口位置布置縱向勘探剖面，重要洞口還布置橫向勘探剖面。

2）埋深小於50 m洞段大體等間距布置勘探鑽孔，兼顧溝谷負地形位置、正地形丘頂位置、斷層位置、岩性界線位置、隧洞拐彎和交叉位置。

3）埋深大於50 m洞段有選擇性布置勘探點，主要布置於深切溝谷、斷裂構造、岩性分界和其他用途段：埋深大於100 m鑽孔，當下部岩心完整段較長時可不要求鑽孔打到洞身，這種鑽孔常見於花崗岩地區。一般隧洞埋深大於100 m地段重型勘探工作量布置很少。

4）斷裂構造位置、溝谷地段、傍山地段宜布置地震法和電法物探，一些重要鑽孔進行聲波測井，這些工作可大體給出不同深度、不同地貌單元各種波速值和物性參數，利於圍岩分類和地質參數的提出。

5）水文地質工作方面，關注水位變化和鑽進用水量變化，有選擇地在富水孔段進行抽水（提水）試驗，大部分鑽孔在洞身附近進行壓水（注水）試驗。

6）重視輕型勘探工作，包括地質測繪、槽探等；重視收集資料和研究已有資料，特別關注區域地貌發展史和第四紀地質。這些工作花錢不多，但往往可得到事半功倍的效果，此外對跨城市區域隧洞，因原始地貌已遭破壞，應特別注意收集舊的地形圖和地貌圖。

7）其他方面，如地應力水平和放射性測試等，可先初判，根據初判結果確定是否進行野外測試工作。按《水利水電工程地質勘察規范》（GB50287-99）和《中小型水利水電工程地質勘察規范》（SL55-93）靈活運用。

8）對於長距離引調水工程，因其穿越地貌類型多，勘察工期緊，野外施工困難，不同的業主對勘察的工作的重視程度不一，有些業主對前期勘察工作經費投入不足，針對這些特點，在規范中應強調前期勘察工作抓關鍵地質問題，不要求每個工程段都達到查明精度。現在許多隧洞採用新奧法施工，邊掘進施工邊設計支護形式，充分利用圍岩拱的作用，施工單位也多採用單價合同，但其前期條件是對關鍵性地質問題要查明，如大斷層、地應力總體狀態、放射性、膨脹岩、易溶岩、鬆散體、軟弱岩、喀斯特化岩層等，此外施工過程中要有選擇地進行超前預報。

2.關於圍岩類別劃分與評價

對於圍岩類別的劃分，不同部門不同規范有不同的劃分方法，根據深圳地區工程經驗，提出如下建議：

1）對於預測可研究勘察階段或勘探資料不足的隧洞，應主要採用《工程岩體分級標准》（GB50218-1998），因該規范劃分的方法既有定量指標，亦有定性指標，易於操作。

2）對於可研究-初設勘察階段，各種勘察資料比較豐富，可分別採用《水利水電工程勘察規范》（GB50287-1999）、《工程岩體分級標准》（GB50218-1998）、地質力學分類法（RMR法）、Q系統分類法進行分類，綜合判定圍岩類別；所依據的地質要素不同，所以分類結果有差別。對於涉外工程，岩體分類最好用後兩種方法；對於國內工程，採用前兩種方法較好，對於土洞，按《土工試驗規程》（SL237-1999）分類法。

3）對於施工地質階段，圍岩劃分最適宜用《水利水電工程勘察規范》（GB50287-1999），此階段地下水狀態、結構面狀態、主要結構面產狀均比較清楚，岩體強度和完整性狀態可取樣試驗和波速測試進行確定，工作性質較簡便。

4）目前的水利水電工程勘察規范圍岩分類採用五級制，這樣的分法在圍岩狀態較差時，不利於支護形式的確定。例如，同為V類圍岩，有些自穩時間較長，有些自穩時間很短，有些用普通鋼拱架支護，有些要用加強的鋼拱架支護，甚至還有其他的加強措施。因此，建議在Ⅲ類、Ⅳ類和V類圍岩中增加細分的內容，可定根據工程需要具體確定，初擬各類圍岩分兩級，分別為Ⅲ_-1、Ⅲ_-2、Ⅳ_-1、Ⅳ_-2、V小V _-2。深圳地區中小型水工隧洞圍岩類別與主要物理力學參數見表2-3-40。

表2-3-40 中小型隧洞（直徑＜5m）圍岩主要物理力學參數

9. 紅粘土的工程地質特性

紅粘土是熱帶、亞熱帶地區碳酸鹽岩類和玄武岩強烈化學風化作用的產物，在成因類型上屬於殘坡積粘土，是一種區域性特殊土。滇藏鐵路沿線的紅粘土主要分布於滇西北碳酸鹽岩分布區，是上新世以來古紅土化作用形成的紅色風化殼。在工程上，這些殘存的紅色風化殼可以構成鐵路路基和路塹邊坡，在雨季常產生滑坡、坍塌等地質災害，不僅導致交通中斷、威脅人身安全，而且在工程開挖或植被破壞的條件下，地表水作用往往導致嚴重的水土流失現象，因此常增加巨額的維修費用，鐵路工程建設中對該類問題必須給予足夠的重視。現以滇西北地區由碳酸鹽岩（石灰岩、白雲岩）化學風化而成的紅粘土為例，闡述其一般工程地質特性。

一、滇西北紅粘土的宏觀特徵

滇西北紅粘土主要以殘坡積成因為主，其厚度變化大，通常在地形舒緩地帶較厚。母岩成分以碳酸鹽岩（石灰岩、白雲岩）為主。滇西北紅粘土的宏觀特徵主要表現在以下方面：

（1）一般為紅褐、棕紅色。

（2）表層呈堅硬或硬塑狀態，具有乾燥收縮現象，粘土呈碎裂、碎屑狀。

（3）厚度一般小於7～8 m，個別地段厚度可達10～20 m，土層厚度變化很大，往往一尺之遙，厚度相差數米。在有植被覆蓋的地區，紅粘土通常是連續分布的。

二、紅粘土的物質組成

紅粘土的成因決定了其通常具有極高的分散性，高分散性也是紅粘土高塑性的原因之一。採用移液管全分散法對滇西北紅粘土進行粒度分析，結果表明滇西北紅粘土的主要粒度組成為粘粒，其中d＜5 μm的粘粒含量最低為49.84%，最高為82.08%；d＜2 μm的粘粒含量最低為48.6%，最高為81.52%（表12-11）。粘粒含量多少與紅土化程度有關，強紅土化的紅粘土（如鶴慶北衙、公雞石一帶），因強鐵鋁質膠結作用，粘土含量偏低。

表12-11 滇西北紅粘土的粒度組成測試結果

粘粒是滇西北紅粘土最主要的組成部分，而粘粒中的粘土礦物的成分和含量是影響其工程地質特性的主要因素。利用現代X-射線衍射法對滇西北紅粘土中的粘土礦物進行定量測試發現，紅粘土的粘土礦物組成取決於紅土化程度，即脫硅富鋁化程度。紅土化程度高的紅粘土以高嶺石為主，普遍含較多的蛭石，並伴生伊利石和綠泥石；紅土化程度低的紅粘土以伊/矇混層礦物（I/S）為主，且為中低混層比，伴生高嶺石、伊利石（表12-12，圖12-16）。

表12-12 滇西北紅粘土礦物成分定量測試結果

圖12-16 紅粘土的粘土礦物組成定量測試結果

通常，紅粘土的紅土化程度越低，其I/S混層礦物含量越高，因而其脹縮性越強，工程性質越差。在麗江以南，紅粘土中的粘土礦物主要以K為主，同時V含量也比較高，說明其紅土化程度較高；而麗江以北則以I/S混層礦物為主，說明其紅土化程度較低。這主要是由於麗江以南海拔比北部低、緯度也低，較為濕熱的北亞熱帶氣候環境為紅土化提供了有利的條件。可見，氣候條件是導致紅土化程度不一的主控因素。

值得指出，在紅土化程度高的紅粘土中普遍含有蛭石，這是由於隨著紅土化程度增高，伊利石、伊/矇混層礦物逐漸破壞或轉化，除了形成高嶺石外，還轉化為蛭石。以往認為紅粘土中蛭石是伊利石轉化的認識是不全面的。

三、紅粘土的工程地質特性

（1）物理性質和物理化學活性

室內土工試驗結果表明，滇西北紅粘土的物理和物理化學性質主要表現在以下方面：① 含水量較高，一般為30%～50%（表12-13）。② 乾重度低，一般低於17.6 kN/m³，反映了紅粘土具有高孔隙性。③ 高塑性，液限在69.22%～78.25%之間，塑性指數為33.90～34.78，為典型的高塑性粘土。④ 紅粘土的液性指數范圍位於0.11～0.24之間，含水比位於0.55～0.67，說明滇西北紅粘土在天然狀態下呈堅硬-硬塑態。⑤ 紅粘土的比表面積較大，一般為177.6～235.6 m²/g，與有效蒙脫石含量較高（10%～20%）和高分散性是一致的；紅粘土的pH值為6.53～6.96，屬微酸性。

表12-13 滇西北紅粘土的基本物性指標

（2）紅粘土的膨脹性和收縮性

以往對我國紅粘土膨脹性判別研究發現，有些紅粘土（如雲南蒙自紅粘土）具有顯著的膨脹性，但也確實有不少紅粘土的自由膨脹率小於40%，其主要原因在於粘土礦物組成的不同。滇西北以伊/矇混層礦物為主的紅粘土屬於膨脹性紅粘土，以中甸上吉沙紅粘土為代表，自由膨脹率達48%；以高嶺石為主的紅粘土屬於非膨脹性紅粘土，以麗江北溝羅紅粘土為代表，自由膨脹率為38%。

（3）紅粘土的力學性質

室內採用直剪儀對紅粘土樣品進行了不同狀態的直剪試驗（表12-14），並根據試驗結果得到了不同含水量條件下紅粘土樣品的剪應力τ與位移Δl的關系曲線（圖12-17）。從圖12-17可以看出：隨著含水量的增加，紅粘土的抗剪強度下降，特別是當其含水量超過其液限時，抗剪強度急劇下降，即使圍壓很大，其抗剪強度仍然很弱。

表12-14 滇西北紅粘土在不同狀態下的直剪試驗結果

圖12-17 滇西北紅粘土的剪應力（τ）與位移（Δl）關系曲線

綜上所述，紅粘土的成因決定了其高孔隙性、高塑性，不良工程性質決定其在開挖暴露和裸露環境下將產生強烈的體積收縮變形，相應地出現紅粘土碎裂化現象。在雨季特別是暴雨作用下，常造成地表沖刷、沖溝形成和石漠化現象，成為重要的環境問題。紅粘土的上述工程地質特性也可以充分說明紅粘土邊坡在雨季易於產生滑坡的原因。

10. 湖相粘土的工程地質特性

一、洱海軟粘土

近年來，隨著我國沿海和內陸軟土地區工程建設的迅速發展，飽和軟粘土的物理力學特性研究受到了工程地質和岩土工程界的極大關注，並取得了不少進展。滇藏鐵路沿線的軟弱湖相粘土地基主要分布在數個第四紀盆地中，例如洱海盆地、鶴慶盆地、麗江盆地、拉市海盆地、小中甸盆地、中甸盆地、林芝盆地等。由於上述盆地中湖相粘土的形成時代、沉積物形成的古氣候、古環境和物質組成不同，其工程性質是極其復雜的，既有流塑態現代粘土、又有早全新世軟塑態粘土、還有次穩定的晚更新世小中甸粘土及硬塑態鶴慶粘土等。此外，在安久拉山口大熊錯、白衣錯一帶，土壤坡面中發育有暗黑色泥炭層，屬山地沼澤化土；在寬谷江河的水網地帶，如雅魯藏布江和拉薩河谷，也有河漫灘沼澤相軟土發育。因此，滇藏鐵路規劃和建設中必須對上述不同地質時代和不同性質的湖相粘土開展專門的研究，以便進行有效的工程評價和工程設計。現以洱海第四系軟粘土為例，闡述湖相軟粘土工程地質研究的理論和方法。

1.洱海東緣軟粘土的分布特徵

洱海是滇西最大的斷陷湖泊，湖水面積約249.8 km²，湖面海拔1974 m，屬瀾滄江水系。洱海西鄰由寒武系板岩和大理岩構成的點蒼山，東部為上古生界的石灰岩低山丘陵，北側為入口，向南為西洱河，是一個開放的湖泊水系（圖12-18）。

圖12-18 洱海周緣軟土分布示意圖

根據前人研究（吳根耀，1992），洱海盆地自始新世開始斷陷並接受沉積。晚更新世時氣候寒冷，大理冰期來臨，來自西側點蒼山的山嶽冰川產生強烈刨蝕作用，造成河流堵塞。進入早全新世時氣候發生變化、溫度上升，洱海水泛濫，平均水位達海拔2160 m，形成大量河湖相或河湖-沼澤相沉積。全新世中期，全區溫度持續上升，湖水大面積乾涸或范圍縮小，水位下降到海拔2000 m左右（段彥學，1987）。全新世晚期，區內湖泊進一步縮小或乾涸，洱海目前的水位是1974 m。隨著洱海水位不斷下降，湖泊面積逐漸縮小，原湖泊近岸水下的沉積地層出露水面。經孢粉分析和¹⁴C年齡測定，洱海東緣的軟粘土主要是早全新世以來的沉積物。

2.洱海東緣軟粘土的物質組成和物化性質

（1）粒度組成

根據移液管全分散法粒度分析結果（表12-15），洱海東緣軟粘土具有高分散性，砂粒含量極低，主要由粉粒和粘粒組成，d＜5 μm的粘粒含量大部分在35%以上，最高達60.32%。

表12-15 洱海東緣軟粘土物質組成及物理化學活性測試結果

（2）粘土礦物

粘土礦物XRD定量測試結果表明，洱海東緣軟粘土的主要粘土礦物成分為單礦物蒙脫石（S）（圖12-19），占粘土礦物總量的80～81%，次要粘土礦物為高嶺石（K），佔16～17%，伊利石（I）僅佔2～4%（表12-16）。洱海富Mg²⁺的水體環境和周邊大量蒙脫石化蝕變岩的分布是形成大量蒙脫石的原因。

表12-16 洱海東緣軟粘土礦物成分定量測試結果

（3）軟粘土的物理化學活性及孔隙溶液的化學成分

比表面積指標可以較好地反映粘性土的物理化學活性。採用乙二醇乙醚吸附法測定結果表明，洱海軟粘土的比表面積為176.78～448.23 m²/g，平均值299.32 m²/g，巨大的比表面積決定了其物理活性很高。採用土水比1∶5水提取液測得樣品的pH值為6.23～7.9（表12-17），基本屬中性。洱海軟粘土的含鹽量通常小於100 mg/100 g，個別地點因有機質大量聚集，引起局部含鹽量升高（主要為。孔隙溶液的主要陽離子及粘土礦物表面可交換性陽離子都是以Ca²⁺為主，交換性Ca²⁺引起的粘土顆粒絮凝作用和雙電層壓縮明顯，造成粘土結構強度高、粘聚力增大、壓縮性降低。

圖12-19 洱海東緣軟粘土＜2 μm粒組X-射線衍射曲線

表12-17 洱海東緣軟粘土水提取液化學分析結果

3.洱海東緣軟粘土的工程地質特性

根據洱海東緣軟粘土的大量土工試驗結果（表12-18），軟粘土的工程特性主要表現在以下方面：

（1）含水量較高。含水量一般在40%～65%之間，最高可達104%，平均值為57.08%，接近於液限，幾乎處於飽和狀態。

（2）天然孔隙比大。孔隙比一般在0.64～2.63之間，平均值為1.49。

（3）特殊的稠度狀態。稠度即液性指數，是軟粘土判別和分類最重要的指標。在國際上通常將液性指數I_L≥0.75或不排水抗剪強度≤40 kPa的粘性土稱為軟粘土（Brand et al.，1981）。中國軟土的判別一般把天然孔隙比e≥1.0且天然含水量w大於液限w_L的細粒土稱為軟土。測試結果表明，洱海早全新世軟粘土的液性指數I_L介於0.47～1.51之間，平均值為0.79（表12-18，圖12-20）。無論是分布概率還是平均值都說明它們處於軟塑態，液性指數I_L降低還導致壓縮性減少、抗剪強度增大，這一特點與其形成的地質時代有關。

（4）高塑性。液限多在45%以上，最高達101.3%，平均值為58.17%；塑限多大於25%，最高達61%，平均值31.4%；塑性指數的平均值絕大多數大於20%。總體上，洱海早全新世軟粘土屬於高塑性粘土。

（5）壓縮性大。軟粘土壓縮系數為0.23～2.21 MPa^-1，平均值0.88 MPa^-1；壓縮模量一般為1.45～5.63 MPa，平均值3.14 MPa。數據統計表明，有14%的軟粘土為中等壓縮性，86%為高壓縮性，說明洱海軟粘土以高壓縮性為主，同時中壓縮性仍佔有一定比例，說明這部分軟粘土已經發生了一定程度的固結。

（6）強度低：直剪（快剪）試驗測定結果，內摩擦角最低2.1°，最高23.3°，平均一般為11°；粘聚力c值1.7～39.8 kPa，一般值8～16 kPa，表明洱海湖相軟粘土的抗剪強度較低，與一般軟粘土並沒有明顯的差異。

表12-18 洱海東緣軟粘土的工程特性統計結果

（7）固結系數小。該區軟粘土固結系數一般在0.11～4.42 cm²/s之間，平均值為1.08 cm²/s，說明該區軟土完成固結沉降需要較長時間，這對施工工期影響很大。

（8）透水性弱。低滲透性是軟粘土的共同屬性，其滲透性大小隨粘粒含量和塑性指數的增高而降低，洱海軟粘土滲透系數最低0.04×10^-7 cm/s，高者達4.17×10^-7 cm/s，一般為0.30～0.60×10^-7 cm/s，平均值0.39×10^-7 cm/s；表明軟土的排水固結不好，對排水固結不利。

4.洱海東緣軟粘土的固結性分析

洱海東緣軟粘土沉積時間較短、固結程度低，淤泥及淤泥質粘土呈絮狀結構，孔隙發育，因而壓縮性大。鑒別天然粘土沉積是否屬於正常固結的方法有很多種，Skempton（1970）建議採用以下兩種方法：①用Casagrande圖解法從壓縮實驗求得先期固結壓力σ′_vo，即延長e-logσ′_v曲線的原始直線部分與通過原位孔隙比е₀的水平線相交得出下限σ′_vc（min），如果σ′_vo夾在σ′_vc和σ′_vc（min）之間，則粘土是正常固結的。②根據S_u/σ′_vo與深度的關系判斷，S_u是不排水抗剪強度，可根據粘聚力和內摩擦角由公式τ=c+σtanθ計算而得。如果各點近似落在一條直線上，即如果不排水抗剪強度隨著有效覆蓋壓力成比例增加，則認為粘土是正常固結的。

對洱海東緣軟粘土固結性採用上述第二種方法進行分析。根據室內試驗結果，抗剪強度與有效應力之比（S_u/σ′_vo）隨深度出現2種不同的變化規律（圖12-20）。從地表到大致10 m左右的深度，S_u/σ′_vo隨深度呈現對數變化規律，對其進行回歸分析，可以看出有明顯的相關性，相關系數為0.91。相關關系可以表示為：

滇藏鐵路沿線地殼穩定性及重大工程地質問題

根據Skempton建議採用的方法判斷，表明表層軟粘土並非正常固結，而是出現超固結現象。從圖12-20中含水量、容重、不排水抗剪強度隨深度變化情況也可以證明這一點。在表層（約0～10 m）天然含水量隨深度而增大，容重、不排水抗剪強度隨深度而降低。初步分析認為，出現這種現象主要是由於滇西北高原的隆升造成地表抬升，降水量減少、湖水位退縮，早全新世軟粘土上部抬升到湖水位以上，致使上部土層乾燥硬化，孔隙比減小，產生超固結，從而出現並非僅在自身重力作用下的固結作用。地表土經過雨水的淋濾及有機質的氧化分解作用，形成與下部土層呈漸變的硬殼層，這個硬殼層表現出液性指數與含水量小、抗剪強度大的工程特性。

圖12-20 洱海東緣早全新世軟粘土工程特性指標與深度關系曲線圖

5.洱海東緣軟粘土物理力學指標的相關性分析

實際工程中經常建立土體物理力學性質指標之間的相互關系式，從而根據容易測定的物理性質指標估算難以准確測定且費時費力的力學性質指標，以供工程應用參考。統計分析表明，洱海東緣軟粘土的物理力學參數之間具有較好的相關性（圖12-21）。其中，軟粘土含水量w與孔隙比e、塑性指數I_P與液限w_L、孔隙比e與壓縮系數a_v、含水量w與壓縮系數a_v具有顯著正相關性；液性指數I_L與粘聚力c、含水量w與內摩擦角φ、塑性指數I_P與壓縮系數a_v之間存在較明顯的負相關性。

圖12-21 指標參數之間關系散點圖

綜上所述，可以得到以下認識：

（1）洱海東緣早全新世湖相粘土屬於軟塑態的軟粘土，而不屬於現國家標准規定的液性指數I_L≥1.0的流塑態的軟土。按照國際流行的軟土定義，它們仍然屬於軟粘土，並且具有高壓縮性、低強度等不良工程特性，因此路基、橋基等需進行地基處理成採用適宜的樁基基礎。

（2）滇藏鐵路沿線廣泛分布的湖相、湖沼相沉積粘土，因形成的地質時代、物質成分各不相同，因此軟粘土的工程性質及其相關的工程問題也有很大差異，尤其是晚更新世以來形成的湖相粘土，從工程地質角度都屬於性質不良的軟弱地基，對其靜力學和動力學性質都要加以深入研究。

二、小中甸盆地湖相硬粘土

前已敘及，滇西北小中甸盆地是上新世末期以來在青藏高原強烈隆起過程中形成的NNW向第四紀斷陷湖盆地，從深切的小中甸河谷剖面可見盆地上部發育中晚更新世湖相粘土（圖2-11，圖2-12）。規劃中的滇藏鐵路約有50 km的線路沿著小中甸盆地走向建設，作為滇藏鐵路路基、邊坡和填築材料的小中甸湖相粘土，對鐵路工程的設計、施工和安全有重要影響。

1.小中甸粘土的物質組成和物理化學活性

根據移液管全分散法的粒度分析結果，小中甸湖相粘土具有高分散性，砂粒含量極低，主要由粉粒和粘粒組成，d＜5 μm的粘粒含量大部分在40%以上，最高達69.54%，小中甸湖相粘土中所夾粉質粘土層的粘粒含量較低，但也在7.88%～47.74%（表12-19）。

表12-19 小中甸湖相粘土物質組成及物理化學活性測試結果

對樣品採用3種方法（天然樣品、乙二醇處理樣品和550℃加熱處理樣品）進行了粘土礦物X-射線衍射定量測試，測試結果表明，湖相粘土的礦物組成為伊利石、伊利石/蒙脫石混層礦物、高嶺石、綠泥石、綠泥石/蒙脫石混層礦物的共生組合，但以伊利石為主（表12-20，圖12-22），其相對含量54%～70%，絕對含量10.82%～32.09%。

表12-20 小中甸湖相粘土礦物成分定量測試結果

由乙二醇乙醚吸附法測得的小中甸粘土比表面積為49.47～112.82 m²/g，平均值為81.27 m²/g（純伊利石表面積67～100 m²/g，高嶺石7～30 m²/g）。活動性系數A介於0.51～0.83之間（表12-19），活性指數綜合反映了土的塑性與粘粒含量和粘土礦物親水性的關系，該套粘土的A＜0.83，表明粘土含水量變化時，土顆粒的體積變化不大。

根據單高地剖面8個樣品土水比1∶5懸浮液測得樣品的pH值為7.01～8.10（表12-19），屬微鹼性。林業局淺表層邊坡剖面樣品pH值變化較大，為6.69～7.77。試驗測得單高地剖面CaCO₃ 含量為8.30%～12.83%，而淺表層林業局剖面CaCO₃ 含量較低，為1.08%～5.23%，用重鉻酸鉀氧化法測得的有機質含量為0.16%～0.85%。5個樣品土水比1∶5水提取液水化學分析結果表明該處粘土水化學類型以HCO^3--Ca²⁺型為主（表12-21），個別青灰色粘土為型，且水提取液含鹽量很低，為53.16～80.22 mg/100 g。表明小中甸粘土沉積時的古湖為濕潤環境下具有弱還原環境和具有一定封閉性的高原深水淡水湖。在這種湖水環境下形成的湖相粘土不但分選良好，顆粒細膩，而且具有較高的結構強度。但是，目前處於淺表層或遭受雨水溶濾改造的湖相粘土pH值和CaCO₃ 含量明顯降低。

圖12-22 小中甸湖相粘土＜2 μm粒組X-射線衍射曲線

表12-21 小中甸盆地單高地粘土水提取液化學分析結果

2.小中甸粘土的物理性質

對分別採集於淺表層的小中甸林業局東北214國道邊坡剖面和單高地村深切溝谷剖面的湖相粘土樣品進行物理和水理性質測試，前者因遭受大氣干濕交替作用、雨水和坡面水流淋溶作用，在物理水理力學性質上與後者有所不同。根據測試結果，林業局邊坡粘土天然含水量24.44%～32.51%，干容重1.43～1.61 g/cm³，孔隙比0.72～0.92，液限46.61%～53.80%，塑限27.15%～29.53%，塑性指數19.46～24.27，液性指數0.12～0.14（表12-22），表明位於淺表層的小中甸粘土具有高塑性硬粘土的特性。單高地深切溝谷小中甸粘土單高地村8個粘土樣品含水量在35.46%～48.49%，平均為41.13%，這是一般硬塑粘土所沒有的，高含水性還表現在天然含水量遠遠大於此粘土的塑限，表明處於潛塑態。臘封法測得的樣品容重為1.71～1.83 g/cm³，平均1.78 g/cm³，其干容重1.19～1.32 g/cm³，平均1.26 g/cm³，孔隙比1.05～1.31，平均1.18。可見，單高地小中甸粘土具有高孔隙性低密度的特點，這與小中甸粘土形成地質時代相對較新、固結程度低、粘土的鈣質和有機質膠結作用較強密切相關，也與深切溝谷兩側粘土遭受後期表生改造輕微有關，可代表小中甸粘土真實物理特性。

表12-22 小中甸湖相粘土基本物性指標測試結果

採用錐式液限儀和搓條法測得的液限為43.11%～63.99%、塑限30.50%～37.84%，塑性指數12.61～30.43，表明小中甸粘土屬於高塑性粘土。8個樣品液性指數0.05～0.55，平均為0.35，按照液性指數的稠度分級，單高地小中甸粘土多數屬可塑態，僅個別為硬塑態。這與天然小中甸粘土的實際狀態表現（野外調查所見為硬塑態）極不相符。分析認為，液限、塑限指標測定是樣品在結構充分擾動水化狀態條件下測定的，而不代表天然結構狀態，二者之間的不一致說明了天然小中甸粘土的結構性，即CaCO₃和有機質對粘土的膠結作用。這一事實表明小中甸粘土在機械擾動結構破壞條件下粘土將發生顯著的塑性變形。

3.工程特性

（1）脹縮性分析

採用國際流行的Williams 和Donadson 粘土膨脹勢判別法，對小中甸粘土進行膨脹勢判別表明，小中甸粘土以中等膨脹-強膨脹為主（圖12-23），相當於國內弱、中等膨脹粘土。小中甸粘土的膨脹性主要與粘粒含量高密切相關，這是與我國中東部地區膨脹土的不同之處。另外，小中甸湖相粘土的天然含水率高，基本上位於40%～50%之間，具有乾燥收縮特性，易導致開挖暴露引起地面開裂、邊坡風化剝落。而野外觀測該粘土表現為外觀性狀好，這與該剖面長期受水浸潤作用有關。

圖12-23 小中甸湖相粘土膨脹勢判別圖

（2）力學強度特性

為了進一步揭示小中甸粘土的強度特性，我們對採集的原狀樣品進行了直剪試驗和三軸壓縮試驗。直剪試驗結果表明，該粘土的粘聚力c值較大，為38.8～50.3 kPa，內摩擦角φ為17.2°～23.0°（表12-23），三軸（UU）抗剪強度值c值為44.0 kPa，φ值為13.1°，較高的粘聚力與粘粒含量高、較高的鈣質和有機質膠結作用有關。在CaCO₃和有機質膠結作用下粘土的工程特性良好，在遭受淋濾後CaCO₃和有機質含量減少，引起c值降低，由此可見小中甸粘土為結構性土。邊坡開挖易引起結構破壞、土體含水量降低引起土體收縮變形，降雨引起φ值降低，在此種情況下該粘土組成的邊坡將發生破壞。

表12-23 小中甸單高地湖相粘土物理力學指標測試結果

綜上所述，可以得到以下認識：① 小中甸盆地湖相粘土粘粒含量高，礦物組成以伊利石為主，伴生有伊利石/蒙脫石混層礦物、高嶺石、綠泥石、綠泥石/蒙脫石混層礦物，形成於高原溫帶濕潤氣候的古氣候環境和較弱的化學風化作用。② 小中甸粘土具有高含水量、高孔隙性和高塑性、顯著結構性等特點，具有較高的結構強度和較高的地基承載力。在干濕交替和淺表部粘土遭受水的淋濾後粘土的力學性質變差。③ 粘土粘聚力較大，與粘粒含量高、CaCO₃膠結作用密切相關，處於淺表層的粘土邊坡在水和人類活動等外部因素的影響下易發生滑坡災害。建議在今後研究中對小中甸湖相粘土的固結程度、變形性質和微觀結構特徵進行專門研究，以進一步揭示在振動荷載作用下該湖相粘土作為地基的結構穩定性和變形量。