海口某海域软土工程特性的微观机制浅析

对琼州海峡海口海域一种软土的基本特性进行了室内试验研究。初步从帮物成分、有机质含量、物理化学性质、孔隙结构以及土颗粒间的排列方式阐述了其不良工程的微机机制，加深了对海洋软土基本性质的认识。     

加荷比对结构性软土沉降特性的影响

软土一般具有结构性,试验表明,加荷比会对结构性软土压缩特性有很大的影响,加荷比增加土体剪切趋势,降低土体结构强度,使土体的结构屈服应力值和压缩指数降低。在试验的基础上,给出了考虑加荷比影响的结构性软土地基的沉降计算方法。工程算例表明,在加载终值相同的情况下,如果加荷比过大,就会增大结构性软土地基沉降产生附加沉降,为了减小对软土结构性的破坏而影响土体压缩特性,建议对结构性软土的加荷比不宜采用为1:1以上,宜采用1:0.25或1:0.5。     

结构性吹填软土蠕变模型研究

以天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的吹填软土为试验材料,对原状土及其重塑土基本性质与蠕变特性进行了试验研究。试验结果表明：经过真空预压处理后的吹填软土同时具有结构性和蠕变性,结构性的存在,对土体蠕变具有重要的影响。在修正的剑桥模型的基础上,对其进行改进,使其考虑结构性的影响,并以此作为蠕变屈服函数,建立了考虑结构性影响的吹填软土半经验半理论蠕变模型。计算结果表明,该模型符合结构性吹填软土实际,可在工程实践中应用。     

结构性对上海软土渗透系数影响的试验研究

对在不同固结压力下原状土、重塑土的渗透系数进行试验研究，对比分析渗透系数的变化规律，研究上海软土结构性对渗透系数的影响。该试验的研究结果对上海软土渗透系数的确定有重要的工程指导意义。     

扰动结构性软土地基的沉降特性分析

天然软黏土一般都具有一定的结构性,地基处理会改变结构性软土的工程特性。对比扰动软土原位和室内压缩曲线,分析了扰动软土的沉降机理及其压缩性的上下限,给出了考虑扰动影响的结构性软土沉降计算公式。算例分析表明,在孔隙比e0和0.42e0之间所对应的应力水平范围内,扰动会增加地基沉降量,附加沉降量大小与应力水平、扰动度直接相关,通常在0.1～0.3 m之间,但随着应力水平的提高,不同扰动度的结构性软土地基的最终沉降量将趋于相同,得出的有关结论具有工程参考价值。     

杭州第四系软土动力特性试验与土结构性影响的探讨

受新构造运动和气候变化的影响,杭州第四系软土地层相变多而复杂,并具有一定的结构性。为了研究杭州市第四系结构性软土的动力特性,开展了一系列动三轴试验,从而得到工程场地土的动应力-应变骨干曲线以及相关动力特性参数。通过试验研究发现,地层沉积环境的变化使软黏土产生结构性,并对其初始动弹性模量Ed0产生较大的影响。但土的结构性对于最大动应变幅值的控制是随机的,影响并不明显。结构性软土层的剪切波速值与测试点深度之间基本呈幂函数的关系形式,但土结构性特点会使剪切波速与深度的统计关系图象出现分叉。此外,土的结构性对阻尼比与剪切模量的统计关系方程会有一定的影响。     

吹填软土经验流变模型研究

传统的本构模型多是在重塑土或饱和砂土的基础上建立起来,考虑结构性影响较少。自然界中土体大多具有结构性,这样就使得按传统方法计算的结果与工程实际有一定的差别。基于此,本文以Mesri模型为基础,将结构损伤变量引入模型中,建立了考虑结构性影响的流变模型。通过对天津滨海新区吹填场地经过真空预压处理的结构性吹填软土进行三轴流变试验,分析比较计算结果表明,本文建立的模型能够较好地反映结构性软土的应力应变随时间的变化关系。     

软土结构性对次固结系数的影响

天然沉积的软土普遍具有结构性,常规计算软土次固结变形的方法并没有反映结构性的影响。通过对漳州与青岛地区原状软土与重塑土进行次固结试验,研究软土结构性对次固结系数 的影响。结果表明,软土的 随压力 增大而增大,在 接近结构屈服压力 时达到最大值,此后逐渐减小,受 影响减弱,最后与重塑土的 趋于一致;重塑土的 受压力影响很小,可视为常数。根据次固结系数与压缩指数比值 确定 可能存在一定误差。由于结构性的影响,正常固结软土表现出“假超固结”现象,采用超固结角度对结构性软土 变化规律进行说明并不合适,而根据不同压力下软土结构破损的情况可以很好解释这一现象。     

宁波地区典型淤泥质粘土工程特性

总结宁波地区120个软土地基工程的试验成果,采用数理统计和室内土工试验方法,系统分析研究了宁波地区典型淤泥质粘土的物理力学指标特征、各指标间的相互关系以及固结主要参数,并与我国其他地区软土相关工程特性进行比较,揭示了宁波地区典型软粘土工程特性,即:天然含水率与孔隙比、重度与孔隙比、液限与塑性比相关性非常好;建立的宁波地区软土经验公式不同于其他软土地区。此外,结构性对该地区软土工程性状影响较大,固结系数和次固结系数都受其影响,且影响程度异于其他地区。      

海积软土前期固结压力与结构强度的关系及成因分析

通过对不同地区海积软土的大量试验，对原状土样和重塑土样的压缩曲线确定了海积软土前期固结压力和结构强度，并研究了海积软土前期固结压力及结构强度的关系。由于考虑了土的结构强度，对结构性土根据超固结比(OCR)对土的压密状态的判断与实际结果更加相符。为了定量地反映海积软土的结构强弱，首次引入反映海积软土结构性及其对扰动敏感程度的结构稳定系数，反映了海积软土结构性的稳定程度。初步分析了海积软土结构强度的成因。     

琼州海峡及周边海域沉积环境及近万年以来沉积演化

对琼州海峡及周边海域约600个表层样品进行粒度分析后发现,琼州海峡内沉积物以粗粒的含砾砂及砂为主,自海峡内向口外则由砂向粉砂过渡,最外侧分布有更细粒的粘土质粉砂,东口砂质沉积物边缘以弧形分布为主,西口呈指状分布.按峰态类型可将粒度频率曲线分布划分为海峡东单峰态、海峡东双峰态、海峡内单双峰态、海峡西单峰态及海峡西双峰态5个区域.采用GSTA模型对沉积物运移趋势分析后发现,沉积物在海峡内主要由南北两侧向中间运移,海峡东口沉积物具有比较明显的由口内向口外输运的趋势,海峡西部沉积物出海峡口后显示了向北输运的趋势,沉积物粒度特征分布及运移趋势说明海峡内及两侧三角洲内沉积物主要来自于海峡底部及南北两岸的潮流冲刷物.根据琼州海峡现代沉积环境,结合周边4个柱状沉积物粒度及14C测年分析,发现琼州海峡的最终形成大约开始在距今8 000 a前,由于海平面的上升,潮流作用塑造了海峡初期的地貌,直到距今约5 000 ~4 600 a前,琼州海峡一直处于快速发展阶段,潮流三角洲发育也最广,之后由于暖期的结束,海平面下降,随着潮流作用的减弱,琼州海峡趋于稳定状态,逐渐形成今天的海峡及口外水下三角洲地貌.      

侧扫声纳在琼州海峡跨海通道地壳稳定性调查中的应用

为开展琼州海峡跨海通道地壳稳定性评价,利用Sonar Beam S-150D侧扫声纳系统在琼州海峡海底开展了地形地貌调查,获得了琼州海峡跨海通道工程区的侧扫声纳影像。通过数据分析、图像判读,分析了地质灾害类型及其可能的危害。在琼州海峡海底发现软土、活动沙波、岸坡及活动构造等微地貌单元,跨海通道工程施工、运行阶段都将遭受相关地质灾害的危害。这些资料和分析为跨海通道工程地壳稳定性评价提供了基础资料,为工程规划线路优选、建设实施提供了技术支撑。研究表明侧扫声纳技术可应用于海底地壳稳定性调查与评价工作中。      

琼州海峡西线跨海通道工程地质评价

为开展琼州海峡跨海通道地壳稳定性评价,避免潜在的地质灾害对跨海通道工程安全性产生不利影响,利用侧扫声纳、单道地震、多波束等地球物理探测方法对琼州海峡海底展开了地形地貌调查,获得了琼州海峡跨海通道工程区海域活动断层分布、西线规划区地形地貌及地质条件等基础地质资料。工程地质评价认为西线线路断裂、地震、火山活动性弱,海底水深小、地形较为平坦、地貌简单,上新世望楼港组低液限粘土及上新世浅海相砂层作为基础持力层,岩土工程力学性质尚可,利于开展跨海通道桥梁方案施工。规划线路穿越1处侵蚀沟槽,影响长度约5 km,地形高差达60 m,且线路东临1处海釜,分布有陡坎,且部分地段分布有滑塌堆积。建议西线线路北段局部西移约1.5 km,同时关注西口潮流侵蚀沟槽、规划区南部淤泥质软土、古河道砂性土沉积、海峡谷底活动沙坡等不良地质作用影响。      

海南岛北部海域海砂资源潜力评价

海南岛北部浅海海砂资源丰富,以砂砾质沉积为主,集中于琼州海峡东口潮流沙脊区、河口三角洲和沿岸水下岸坡等海域。本文通过对海南岛北部海域的地形地貌、地层、底质类型等方面的调查,分东、西两个区域研究了海砂资源的分布、范围、规模和类型等地质特征,并估算了海砂资源量,结合沉积环境,评价了各区域海砂的资源潜力。研究区海砂分布广泛,但东、西区特征和规模具有较大差异,西区海砂以砂质砾和泥质砂为主,厚度5~10 m;东区海砂以砂、砾质砂和砂质砾为主,厚度10~50 m,规模远超西区。研究区共圈定出9处资源潜力区,资源量为91.4亿m³,其余区域为远景区,其资源量为71.5亿m³。根据地形地貌、水动力和沉积环境等因素,研究区海砂可分为潮流沙脊堆积体系、河口水下三角洲堆积体系、岬湾海岸水下岸坡堆积体系和侵蚀残留体系几种类型。其中位于琼州海峡东口浅滩区的潮流沙脊堆积体系海砂连续分布面积达328 km²,平均厚度超过25 m,资源量83.9亿m³,最具潜力。     

南海北部湾全新世以来沉积物地球化学特征及物源分析

为探讨全新世以来南海北部湾沉积物的沉积环境变化,对北部湾海域的SO-31沉积物柱状样进行了元素地球化学分析。根据元素地球化学的垂向分布特征,将SO-31沉积柱划分为3个单元,反映了全新世不同时期的区域海平面波动以及沉积物物源的变化。SO-31沉积柱的稀土元素配分曲线和La/Co与La/Sc散点图分析表明:111 400~12 800 a BP(全新世前期),研究区海平面较低,红河、其他周边河流及海岸侵蚀物均为本区的主要物源;28 500~1 1400 a BP(全新世早期),随着海平面的逐渐上升,河口和岸线逐渐后退,各物源供给区对本区沉积物的贡献量也发生了相应变化,相对而言红河贡献率有所下降;30~8 500 a BP(中全新世至今),区域海平面持续上升导致了琼州海峡打开,北部湾水动力环境和物源供给发生了剧变,红河对本区的物源贡献逐渐变小,而来自北部湾东部的物质成为本区沉积物的主要物源。     

琼州海峡西口早—中全新世海滩岩的岩石学特征及古海平面重建意义

笔者在琼州海峡西口第四系松散沉积物中新发现碳酸盐胶结岩,通过生物碎屑AMS14C同位素定年、全岩X衍射定量分析、扫描电镜、阴极发光、全岩主微量元素地球化学测试等方法对其进行了年代学和成因研究。结果显示,碳酸盐胶结岩的成岩时代为早—中全新世,具有等厚纤柱状环边胶结、重力悬挂胶结、马牙状胶结、（似）共轴增生胶结、非等轴胶结等5种胶结物特征;阴极发光环带具有广泛发育、环带密集,可见淡水和海水相互作用的咸淡水混合带,说明其成岩环境包括淡水渗流带、咸淡水混合带、海水渗流带、海水潜流带;结合其沉积主微量元素特征,其赋存层位的沉积环境为海岸沉积环境,滨岸沉积相障壁岛亚相,属于海滩岩。综合雷州半岛西南部灯楼角珊瑚礁的海平面记录,重建了全新世琼州海峡西口地区海平面演化历史：9. 9~6. 7 ka BP海侵期、6. 7~6. 2 ka BP海退期、6. 2~4. 2 ka BP海侵期和4. 2 ka BP至今的稳定期等四个阶段。     

珠江口及琼东北海区元素地球化学特征及物质来源

为了更好的了解南海北部近陆表层沉积物特征及分布,通过对珠江口至海南岛东北海区进行表层沉积物取样测试,共获取了约3 500个样品粒度数据,700余个样品元素地球化学数据。该区域沉积物粒度以粉砂及细砂为主,分选性为较差及差,沉积物常量元素组合以SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O、MgO及Na2O为主,这7种氧化物占沉积物总量的90％以上（平均值）。对沉积物常量元素百分含量值进行了相关性分析,最终将调查海域沉积物划分为3个不同的区域,分别为珠江口及粤西区域（Ⅰ）、琼州海峡东分布区（Ⅱ）及琼东分布区（Ⅲ）,同时综合分析得出了各区域沉积物运移的路径趋势。     

粤西-琼东北近海沉积物的运移和沉积

为了深入认识珠江现代入海物质在粤西陆架随海流迁移扩散的路径和沉积中心,利用Gao-Collins方法分析了粤西-琼东北近海1 515个站位的粒径趋势,并用²¹⁰Pb法测定了8支柱样的现代沉积速率。结果表明,在粤西沿岸流和南海暖流这两个相向海流的共同作用下,珠江口外珠江来源的泥质沉积物的主体被限制在-50 m等深线以浅的内陆架。现代珠江入海物质能维持粤西陆架泥质沉积区0.1 cm/a左右的现代沉积速率。在川山群岛至海陵岛一带和琼州海峡东侧泥质区,分别受岛屿阻挡和逆时针中尺度涡旋的影响,形成了现代沉积中心。在沉积物不同粒级的来源和搬运方式存在差异的地方,粒径趋势分析结果可能主要反映的是粗颗粒沉积物的运移趋势,而非细颗粒沉积物的运移方向。     

北部湾东部海域表层沉积物稀土元素组成及物源指示意义

对北部湾东部海域70个表层沉积物样品的稀土元素(REE)分析结果表明,研究区沉积物 REE 呈现轻稀土元素(LREE)富集、重稀土元素(HREE)平坦以及中等程度的 Eu 异常等特征.REE 组成受沉积物粒度和生物碳酸盐含量的制约,具有典型风化上陆壳 REE 特征,其源岩以上陆壳的长英质岩石为主.根据研究区沉积物 REE 分布规律,研究区可划分为4个地球化学分区,各区域上陆壳标准化曲线明显的不同.物源判别显示研究区的西部、海南岛西南侧(Ⅰ区)呈多源沉积特征,来自以下几个物源区:(1)海南岛西南侧河流沉积物和沿岸侵蚀物;(2)由南向北输入的外海沉积物(冬季);(3)夏季或冬季由北部湾西北部和西部搬运来的沉积物.研究区中部粗粒沉积区(Ⅱ区)与北部湾西部沉积物来源是相同的,主要来源于红河输砂.东北部砂质区(Ⅲ区)沉积物可能来源于雷州半岛西北部近岸基岩侵蚀.研究区东北部(Ⅳ区)沉积物主要来自北部湾北部沿岸侵蚀、琼州海峡和雷州半岛西部的沿岸侵蚀.此外,部分沉积物还可能来自珠江流域以及南海北部陆架区和北部湾西北部