马里亚纳海沟南部海域沉积物的工程地质特性及其成因

大洋27航次中,在马里亚纳海沟挑战者深渊南翼斜坡上获得了箱式插管和重力柱状样品,并对这些样品现场进行了含水率、湿密度、微型扭力十字板、微型贯入和无侧限抗压强度试验,获得了深海表层沉积物的物理力学性质参数,具有较高的含水率、较低的密度、较大的孔隙比、较低的抗剪强度和贯入阻力,各项参数随深度增加呈现规律性变化。归航后通过对沉积物的粒度、碎屑矿物、黏土矿物、微体古生物的鉴定,进一步从物质组成、物质来源和沉积环境等方面对此特殊工程地质性质沉积物的成因进行分析。     

西太暖池区生物组分对海底表层沉积物物理力学性质的影响

西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28 ℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积物中生物组分含量和沉积物物理力学性质之间的相关性关系尚不明确。本文对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定,研究深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分之间的关系。结果表明:研究区表层沉积物含水率范围为61.1%~435.1%,天然密度范围为1.04~1.76 g/cm³,贯入阻力范围为0~100 kPa,十字板剪切强度范围为0~8.6 kPa,整体具有高含水率、低密度、低强度等典型的深海沉积物物理力学性质特点。西加洛林海脊、海山等CCD以浅的区域为钙质生物组分>50%的钙质沉积区;西加洛林海槽西南部及其周边的深水沟槽地区一般为硅质生物组分>50%的硅质沉积;西加洛林海盆内部则主要为黏土沉积区。随钙质生物组分减少和硅质生物组分增多,表层沉积物类型分别为钙质沉积物、黏土沉积物和硅质沉积物,天然含水率变高,天然密度、贯入阻力和十字板剪切强度降低,表明深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分含量密切相关:贯入阻力、十字板剪切强度、天然密度与钙质生物组分含量呈正相关,与硅质生物组分含量呈负相关;而天然含水率正好相反,与钙质生物组分含量呈负相关,与硅质生物组分含量呈正相关。本文建立了深海沉积物中生物组分与物理力学性质之间的相关关系,提出了沉积物生物组分含量与物理力学性质之间的拟合公式,可以为深海沉积物工程性质的评价提供参考。     

深海沉积物贯入阻力影响因素及其变化规律

深海沉积物土工力学特性是深海资源开发设备设计的重要依据。根据现有的深海土工力学原位测量和取样实验的数据,分析沉积物物性参数与贯入阻力的相关关系,建立含水率、湿密度和孔隙比与压力沉陷的关系式。结果表明:研究区深海沉积物以砂质粉砂、黏土质粉砂为主,具有高含水率、大孔隙比、低密度等特征;物理参数与贯入阻力之间有较好的相关关系,其中,含水率、孔隙比、孔隙度与贯入阻力呈反比相关关系;而湿密度与贯入阻力呈正比相关关系;以含水率、湿密度和孔隙比为自变量的多变量回归分析方程能更好地表达沉积物物理特性与贯入阻力的相关关系;基于Bekker沉陷模型,建立接地比压与贯入阻力的关系,能客观反映深海沉积物的沉陷特性与承载特性。     

南海北部陆坡表层沉积物强度特征研究

随着海洋开发活动由浅海走向深海,南海北部陆坡的沉积物强度特性逐渐成为关注热点。本文通过参与2015年与2016年共享航次计划,在南海北部莺琼陆坡、神狐陆坡、东沙陆坡、台湾浅滩陆坡进行沉积物重力取样与箱式取样,并现场剖样,用以进行沉积物强度测试。地质取样结果表明东沙陆坡砂含量相对较高并发现直径约22cm黑色气孔状碳酸盐结核。在神狐陆坡沉积物表层发现活体壳类生物,在110cm深度处发现壳类生物遗骸。十字板剪切试验与笔式贯入试验结果表明南海北部陆坡,沉积物强度差异较大。但总体而言,除东沙陆坡外,莺琼陆坡、神狐陆坡、台湾浅滩陆坡表层沉积物强度一般较低。0～20cm范围内,笔式贯入阻力一般小于0.1N,十字板剪切强度最大一般不超过10kPa。0～300cm深度范围内,沉积物强度沿深度方向大致呈递增趋势,个别站位递增趋势不明显。台湾浅滩陆坡等南海北部陆坡表层沉积物存在强度分层:分层界面以上,沉积物强度较低;分层界面处,沉积物强度骤增。该分层界面可能是海底滑坡的潜在滑动面。     

基于动力触探钙质砂物理性质指标评价研究

钙质砂通常是指碳酸钙含量大于50%的沉积物,与普通石英砂相比,其具有特殊的物理力学性质。圆锥动力触探试验是一种常用的土工原位测试方法,目前有关动力触探贯入指标与土体物理力学性质之间关系的研究多集中于黏土和普通石英砂,针对钙质砂的相关成果较少。有鉴于钙质砂的特殊性质,现有的评价方法是否适用于钙质砂存在较大的争议。为解决这一问题,本次研究在总结前人研究成果的基础上,通过现场轻型动力触探试验,对其贯入指标与钙质砂平均粒径、各类密度和密实度之间的关系进行了探讨,采用数据拟合的方法建立了动力触探贯入指标与相应物理指标之间的表达式。残差分析显示,这些公式具有一定的精度,相应的研究成果可为相关规范的修订以及实际工程的设计与施工提供参考。     

南黄海中部海底沉积物声阻抗特性

基于在南黄海中部海域获得的大量海底沉积物样品及其测试数据,分析讨论了该区域海底浅表层沉积物声阻抗特性及其与沉积物物理力学性质参数的相关关系。研究表明:研究区浅表层沉积物声阻抗呈现出分区域分布的特征,可分为西南部声阻抗高值区、东北部声阻抗低值区以及北西-东南向声阻抗梯度带3个区域。通过回归分析,建立了声阻抗与沉积物物理力学参数的经验回归方程。结果表明:声阻抗与密度、含水率、孔隙比、孔隙度、液限、塑限、塑性指数、压缩系数等参数的相关性较好,判定系数R²一般大于0.8,而与砂粒含量、黏粒含量、中值粒径、抗剪强度等参数的相关性相对较差,判定系数R²一般小于0.7。将声阻抗与物理力学性质的相关性和声速与物理力学性质的相关性进行了对比,结果表明,声阻抗与上述参数的判定系数R²均大于声速与上述参数的判定系数,从而表明声阻抗是一个能够更好地反映声学特性与物理力学性质关系的沉积物声学特性参数。     

不同含水率下黏土抗剪强度指标与标准贯入击数相关分析

正抗剪强度是黏土最重要的力学性质之一,抗剪强度指标的选择直接影响到工程的安全性与经济性,因此,要合理选择抗剪强度指标。含水率对黏土的强度影响很大,在不同含水率下,标准贯入击数和黏土抗剪强度指标有着密切的联系。由于土的取样、样品的运输和存放过程中存在扰动,需要通过现场试验和室内试验取得相符的抗剪强度。     

WG—1型微型贯入仪在岩土工程中的应用研究

本文通过对ＷＧ－１型微型贯入仪试验数据与部分的物理力学性质指标关关系的分析，研究该仪器在岩土工程中的应用。     

南海北部陆架海域表层沉积物黏土矿物分布特征及物源分析

应用X射线衍射(XRD)对南海北部陆架海域225个站位表层沉积物黏土组分进行分析,结果表明,研究区黏土矿物总体以伊利石和绿泥石为主,高岭石和蒙脱石质量分数少,绿泥石、高岭石与蒙脱石质量分数呈明显的负相关关系。根据南海北部陆架海域表层沉积物中黏土矿物空间分布特征,结合邻近河流的黏土矿物组分以及洋流搬运作用,雷州半岛东部海域伊利石主要来源于广东沿海河流和珠江,绿泥石来自台湾岛,蒙脱石主要由吕宋河流提供,高岭石则由广东沿海河流和海南岛入海河流提供;雷州半岛西部海域伊利石来源于珠江,绿泥石和高岭石由红河提供,蒙脱石可能受广西入海河流携带的沉积物影响。     

南海北部莺琼陆坡浊流沉积数值模拟分析

南海具有优越的地理位置和特殊的构造环境,其丰富充足的沉积物源、复杂多样的地形地貌以及广泛分布的陆坡都为浊流的发育提供了良好条件和理想场所.南海北部更是有华南大陆以及台湾岛的大量陆源沉积物搬运至陆坡,加上陆坡区合适的坡度,浊流沉积十分发育.南海北部陆坡发育有大量不同规模的海底滑坡,浊流沉积分布广泛.在南海北部莺琼陆坡的钻...     

高填方对红黏土地基力学性质影响及坡体稳定性

以云南安宁市一高填方边坡为例,通过勘察、监测等手段,在查明红黏土分布特征的基础上,对填土前后红黏土的物理力学性质变化进行分析,应用数值模拟软件对坡体稳定性进行研究。结果表明,填方工程施工前后,红黏土地基物理力学指标呈现出先降低后增强的特征,致使填土边坡的稳定性呈现出先降低后提高的趋势;坡体上部的地裂缝是在地基土、原地形、填土厚度不均的不利组合下,由于填方体、地基土固结引起坡体的不均匀变形所致,坡体整体稳定。研究成果对于红黏土地基的高填方边坡工程设计、红黏土地基土物理力学指标对坡体稳定性的影响、施工过程中不均匀变形量控制、坡体上部裂缝病害研究具有一定的参考价值和指导意义。      

冻结黏土空心圆柱试样制样方法

冻土空心圆柱仪是室内研究冻土在车辆荷载等复杂应力路径下力学特性的主要仪器,试验中为实现主应力轴方向在垂直于径向平面内连续旋转,其试样多采用薄壁空心圆柱试样,但由于空心圆柱试样薄壁的特点,增加了制样的困难,成为制约冻土空心圆柱试验研究进展的主要阻碍。为此,借鉴冻土三轴试验的制样方法,基于实验室现有的制样条件,设计了一套重塑冻结黏土空心圆柱试样的制样装置,可提高制样效率,减小制样过程中人为因素的影响;随后,基于该制样装置,提出了一种冻结黏土空心圆柱试样的制样方法,给出了制备重塑冻结黏土的制样步骤。最后,通过对所制备试样的物理力学性质测定,发现采用该制样方法可以制备含水率及干密度均匀、力学性质稳定的重塑冻结黏土试样;同时对两个平行制备的冻结黏土试样的不同主应力轴方向的定向剪切试验结果进行了比较,证明了所提出的制样方法具有良好的可重复性,且所得的冻土力学特性与已有研究成果吻合较好,可用于进一步系统研究复杂条件下冻结黏土的静、动力学特性。     

巴东组软岩残积红色黏土物性特征

红色黏土在黏土化过程中,经历了铁、铝质矿物的累积与盐基成分的淋失,表现出高液限、高含水率、高塑性、分散性等特殊物理力学性质。对三峡库区不同深度、高程点、风化程度的红色黏土开展了物理、力学性质实验,并采用X-衍射实验、化学全分析、环境扫描电镜等微观实验手段,分析了红色黏土的物相结构特征,探讨了巴东组残积红色黏土的宏观、微观物性特征及其规律。研究结果表明,红色黏土的物理、力学性质沿水平与深度方向均表现出规律性,其母岩类型、风化程度、矿物组成及结构、粒度特征是影响这一规律的主要因素。     

杭州湾新区深部高液限黏土工程特性研究

宁波杭州湾新区地处长江入海口南侧,地质环境和水动力条件复杂,沉积环境多变。该区地表以下40~60 m范围内普遍分布有高液限黏土层,该层土常处于建筑工程深基础持力层范围内,研究该层土的工程地质特性对杭州湾新区的开发建设具有重要的社会经济价值。从常规土工参数汇总、数理统计分析、结构性、损伤模型参数、三轴CU试验等方面研究杭州湾新区深部高液限黏土的工程特性,结果表明:(1)杭州湾高液限黏土物理性质表现为天然含水率高、孔隙比大、液限高等特征,但力学性质接近于宁波地区冲湖积的第二层硬土层;(2)通过数值计算软件检验,各物理力学参数基本呈良好的正态分布,可将物理指标参数视为常量,力学指标作为变量,同时需要考虑时空变异性和区域性;(3)根据试验结果定量计算,杭州湾高液限黏土为欠固结土、高灵敏度较强结构性黏土,且原状土多呈现应力软化特征,而重塑土呈现应力硬化特征。     

微型贯入仪在长春黄土状土地基勘察中的应用

本文简要介绍了贯入试验及利用贯入试验测求土的工程地质性质指标的基本原理;通过对长春市一般建筑物主要持力层的黄土状土的微型贯入仪试验与室内土工常规试验的对比分析,经数理统计,建立了贯入阻力与土的有关工程地质性质指标的相关方程。这些相关关系,可用来快速划分土的稠度状态、土的压缩性及确定地基的承载力,对在本地区推广和使用微型贯入仪试验具有一定促进作用。     

苏通大桥地基中深厚软土电阻率试验研究

通过室内电阻率试验和土工试验,对长江下游苏州-南通长江公路大桥地基中深厚软土电阻率特征及其与物理力学参数的相关关系问题进行了研究。发现,（1）在同一钻孔（即CZK30）中,从粉质黏土→粉砂→细砂→中粗砂,土样的电阻率逐渐增大。电阻率随含水率、孔隙比、饱和度的增加而减小,而随垂直渗透系数、水平渗透系数、压缩模量、标贯等的增加而增大。（2）CZK30孔中粉质黏土电阻率随含水率、孔隙比、饱和度、压缩系数、液限系数增加而减小,而随压缩模量、黏聚力等的增加而增大。（3）通过拟合,提供了软土电阻率与物理力学参数相关关系的量化表达式,拟合曲线与试验数据点的相关程度较高,相关系数绝大部分在0.88以上。结果表明,土电阻率与其它物理力学参数间存在密切的联系。     

罗安达砂物理力学性质初探

在罗安达及其周边,浅部广泛分布有红色和黄色两种色调的粉砂层。结合实际工程,采用现场调查、室内试验、现场标贯试验和载荷试验等手段对该种砂土进行了分析,结果表明,罗安达砂层在自然状态下可直立,具湿陷性和浸水后力学性质明显变差等独特物理力学特性;湿陷性随孔隙比增大,含水率减小,试验压力增大,黏粒和粉粒含量增大而增强,重塑砂土也具有湿陷性;力学性质随含水率的变化可逆,当含水量增加后再减小,其力学性质可明显恢复。     

粉状煤系土的物理力学特性

采用不同天气下的原位及室内试验方法,对广东云浮地区粉状煤系土的工程地质性质进行了测试,系统研究了煤系土的物理力学特性,重点论述了粉状煤系土不同干密度、不同含水率下抗剪强度和现场静力触探比贯入阻力的变化规律,提出了粉状煤系土的多项强度指标,建立了具有实用参考价值的经验性公式。研究结果为合理评价粉状煤系土的特性、路基处理和边坡处治提供理论依据,具有一定的实际意义。     

不同砂胶比、密度和含水性相似材料力学性质正交试验研究

在物理相似模拟试验中相似材料的物理力学性质与模拟原型物理力学性质的相似性是物理相似模拟试验成功与否的关键。为了确定相似材料的物理力学性质,采用3因素4水平正交试验表,研究由河沙和石膏组成的相似材料的砂胶比、密度和残余含水率3个因素对相似材料单轴抗压强度、弹性模量和泊松比3个物理力学性质的影响规律。研究结果表明,对单轴抗压强度影响程度由大到小的因素依次为砂胶比、密度、残余含水率,单轴抗压强度随着密度的增大而增大,随着砂胶比、残余含水率的增大而减小;对弹性模量影响程度由大到小的因素依次为砂胶比、密度、残余含水率,弹性模量随着密度的增大而增大,随着砂胶比的增大而减小;对泊松比的影响程度由大到小的因素依次为残余含水率、密度、砂胶比,泊松比随着密度、残余含水率的增大而增大,与砂胶比关系不明显;砂胶比、密度、残余含水率对相似材料单轴抗压强度存在交互作用,但对相似材料的泊松比不存在交互作用,砂胶比和密度对相似材料的弹性模量存在交互作用。研究得出砂胶比、密度、残余含水率与单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的回归方程,对物理相似模拟试验相似材料设计具有指导意义。     

千枚岩残坡积土大型直剪试验研究

土体抗剪强度是边坡稳定性分析的重要力学参数,而大型直剪试验是确定粗粒土抗剪强度指标较为有效的方法,但获取所需原状土样较为困难。通过现场挖取边坡残坡积原状土样,开展原状土样和击实土样的室内常规小型直剪对比试验,证明在有效控制密度、干密度和含水率条件下采用击实土样获取的直剪强度指标可替代原状土样试验结果。击实土样的大型直剪与原状土样的常规直剪试验结果对比分析表明,由常规小型直剪试验获得残坡积土的抗剪强度略高于大型直剪试验结果。由于室内常规小型直剪试验获取的抗剪强度指标往往比边坡实际发生滑动时的抗剪强度指标稍大,建议在边坡稳定性分析中对抗剪强度指标选取时,采用以大型直剪试验获得的有效控制密度、干密度和含水率条件下击实土样的峰值强度和残余强度,由此进行的边坡稳定性计算将更为科学合理