浅析南疆盆地风积砂工程地质特点
南疆盆地主要地貌为风积荒漠，零星分布有河流冲洪积绿洲，主要沿盆地边缘展布，下面是小编搜集整理的一篇探究南疆盆地地质的论文范文，欢迎阅读参考。
1、概述
南疆盆地即天山以南，昆仑山系以北的广袤地区，主要为塔里木盆地。行政区划包括巴州、克州、阿克苏地区、喀什地区以及和田地区等五地州。南疆盆地主要地貌为风积荒漠，零星分布有河流冲洪积绿洲，主要沿盆地边缘展布。
南疆盆地属于典型内陆暖温带，地处高纬度地区，年日照时间达2500~3500h.年平均气温10~13℃，日平均大于10℃的年累积气温4000℃以上，年平原无霜期200~220d.南疆盆地降水稀少，降水分布规律是：盆地边缘多于盆地中心，迎风坡多于背风坡，天山南坡20~400mm,昆仑山北坡200~300mm.塔里木盆地西及北缘50~70mm,东及南缘20~50mm,中心不到20mm.盆地边缘平均风速为2.1m/s,多年平均8级以上的大风30d,最大风速18m/s,瞬间最大风速可达25m/s.盆地中部沙漠区盛行偏东风，年均浮尘天气达200多天。
南疆盆地三面环山，水流由盆地边缘向中部汇聚，最终汇入罗布泊。由于气候和人工开采利用等原因，现今基本无水流汇入罗布泊。
南疆盆地地层主要为第四纪全新世风积层和冲洪积层。其中冲洪积层面积狭小，约占盆地5.0%,呈点状分布于河床和河流两岸，绿洲就发展于此。
风积层面积占盆地面积的95.0%,广袤的沙漠均为风积层，其表面被风积砂覆盖。
风积砂即主要在风的作用下，滚动漂浮迁移等沉积形成的砂层。主要分布于沙漠、戈壁。其粒径组为0.075~0.250mm的粉细砂，含量在90%.粒径组大于0.250mm的含量非常少，不到1.0%;粒径组小于0.075mm的含量少于9.0%[1-3].风积砂由于粒径小于0.075mm的粉粒和粘粒含量很少，使得其表面活性很低，松散、无聚合性，具有明显的非塑性，成型困难，而且成型后的稳定性能也较差[4-5].风积砂属于非亲水性土，砂颗粒表面对水的物理吸附作用很小，天然状态下的吸水率很小，几乎在0%附近。
本文根据在南疆五地州的实际工作经验，结合前人工作成果，对南疆盆地风积砂基本工程地质特性进行分析和总结。
2、物理性质
2.1 粒度及矿物成分风积砂的外形和颗粒大小与矿物成分有关，大部分呈棱角状和磨圆状，分选程度差。粒径大于0.25mm的几乎全是石英，粒径在0.250~0.075mm的以石英、长石、云母为主，其次还分布有少量辉石、角闪石、方解石等，其外形基本完好，保持有原生矿物的晶体结构特征。粒径小于0.075mm的则含有黏土矿物等。
风积砂粒度成分以细颗粒0.250~0.075mm为主，极细颗粒0.075~0.050mm次之，粗颗粒0.50~0.25mm较少，大于0.50mm和小于0.05mm的颗粒非常少。
反映风积砂均匀程度指标不均匀系数Cu一般为1.5~3.8,曲率系数Cc多在1.0~2.5,中值粒径d50为0.1~0.2mm,属于级配不良粉细砂或粉土质砂。个别地区受地质条件和地理环境的影响，其矿物成分和粒径组成稍显不同，总体呈由山脚向盆地中部逐渐变细。
2.2 颗粒组成风积砂的相对质量密度一般为2.68~2.70,主要与石英、长石、云母、辉石、角闪石、方解石等矿物成分有关。天然密度为1.40~1.80g/cm3,天然含水率在0.0%~10.0%,含水率越小天然密度也越小。据现场试验，风积砂丘天然含水率小于1.0%,天然密度为1.4g/cm3.接近绿洲区，含水率和天然密度逐渐增大，含水率最高可达10%,天然密度达到1.8g/cm3.
2.3 密实程度微观密实程度指标孔隙比e在0.4~1.0,孔隙率n为0.4~0.8.密实程度随厚度(埋深)增大有所提高。
宏观密实程度指标相对密实度Dr,地表的Dr值大多小于0.33,密实度分类属于松散;3.0m以下，密实度有所提高，其Dr值可达0.50,密实度分类属于中等密实;5.0m以下Dr值可大于0.67,密实度分类属于中等密实-密实。
3、力学性质
风积砂的力学性质包括压缩变形性、抗剪(剪断)性、地基承载力、击实性质，其力学性质总体表现不好。
3.1 压缩变形风积砂属单粒松散结构，颗粒之间基本无粘结，其压缩性取决于颗粒级配、颗粒形态、原始孔隙比和相对密度等。在外力作用下压缩变形速度很快，变形大部分属于永久变形，弹性变形部分很小，即通常压力作用下风积砂的压缩变形是颗粒移动和结构变形的结果。
处于疏松状态的风积砂采用机械很容易达到密实状态，风积砂地基上的建筑物沉降一般很小，且在施工过程中就完成大部分变形，地基沉降基本完成[1].根据工程相关试验，地表表层风积砂的压缩系数a1~2大多大于0.5MPa-1,压缩模量Es基本小于5MPa,属于高压缩性土，变形性很强。随着厚度(埋深)压缩系数逐渐变小，逐渐变为中等压缩和低压缩性土，压缩系数a1~2在0.1~0.5MPa-1,变形性逐渐转小。
3.2 抗剪(剪断)风积砂的抗剪(剪断)反应风积砂抵抗剪切破坏的能力，主要指标为粘聚力C和内摩擦角ψ，该指标值一般较小，反映风积砂抗剪(剪断)的能力弱。
粘聚力C值很小，约1.0kPa,由于其细小颗粒含量极少，且主要是由砂粒间咬合剪胀引起的，甚至可以忽略不计。
内摩擦角ψ一般不大，由含有的粗颗粒所致。
其值受颗粒组成、颗粒型态、矿物成分、密实程度和剪切速率控制，内摩擦角ψ一般为20°左右。
3.3 承载力风积砂的承载力一般较小，尤其是地表承载力值较小，不经过处理不宜直接修建建筑物。但随着埋深和密实度增大，承载力有所提高[2].根据在南疆五地州和前人工程经验可知，南疆盆地风积砂承载力值fa一般为50~120kPa,变形模量Eo多在5.0~15.0MPa.
3.4 击实特性天然状态下的风积砂基本为松散状态，工程性能很差，承载力低，回弹模量小，变形性大。但对风积砂击实后其工程特性显着提高，并能获得最大干密度和最优含水量，该指标可用于指导现场压实作业和检验现场压实作业质量。
风积砂的用轻型击实试验法确定的最大干密度为1.8g/cm3左右，几乎是天然状态下的1.5倍，最优含水量约为10%.
4、水力性质
4.1 渗透及渗透变形南疆盆地风积砂天然状态下的'渗透系数为n×10-3cm/s,击实后水力学特性得到很大改善，渗透系数将为n×10-4cm/s,或者更小。风积砂岩性主要为粉土质砂，属于无粘性土。在水力作用下的渗透变形类型主要为流土型。临界水力比降依据下式确定[3].Jcr=(Gs-1)(1-n)(1)(1)式中，Jcr为土的临界水力比降,Gs为土的颗粒比重，n为土的孔隙率。上式计算结果应根据工程重要性，除以1.5~2.0的安全系数。当实际值小于计算结果值时，将不发生渗透变形。
4.2 湿陷及湿陷性在200kPa压力下浸水载荷试验的附加湿陷量和承压板宽度之比等于或大于0.023的土，即判定该土为湿陷性土[4].对于风积砂是否为湿陷性土，及其湿陷机理的研究基本还在摸索阶段，很多技术正在不断完善中。本文对南疆盆地工程项目进行了分析总结，并结合当前研究成果，总结如下[5]:南疆盆地风积粉土质砂具有湿陷性，该土属于轻-中等湿陷性土。其湿陷性与土中细颗粒含量有关，且粉粒粘粒含量越多，湿陷性越强。风积砂的湿陷性与土的干密度有关，干密度越大，湿陷性越弱，当干密度大于1.6g/cm3时，湿陷性基本不存在。
5、化学性质
5.1 胀缩性南疆盆地中风积砂天然状态下的硫酸钠含量约为0.05%,小于1%,基本不具有盐胀性。pH值为9.0左右，易溶盐含量为0.5g/kg,即0.05‰，小于0.3%,判定风积砂为非盐渍岩土[6].
5.2 腐蚀性南疆盆地中风积砂硫酸盐含量(SO42-)一般小于1.0mmol/kg,镁盐含量(Mg42+)大多为0.2mmol/kg,氯盐(Cl-)含量约2.0mmol/kg,对天然建筑材料不具有腐蚀性。
6、结论
通过以上分析总结，可以得出以下结论，南疆盆地风积砂工程地质性质表现为：(1)少雨多风干旱环境下，风积砂属于单一结构，级配不良，具有松散结构，基本无可塑性，属于高压缩性土。(2)抗剪(剪断)强度低，粘聚力小，内摩擦角不大，表现为颗粒间交错镶嵌与咬合作用。风积砂承载力不大，但压缩变形快。具有较好的击实性，击实(压实)后物理力学性质显着提高。(3)风积砂属于非亲水性土，具中等透水性土，渗透系数较大，击实(压实)后，渗透性能改善，渗透系数变小。存在流土型渗透变形，具有见水湿陷的性质。(4)南疆盆地风积砂天然状态下基本不具有盐胀性，为非盐渍岩土，对天然建筑材料不具有腐蚀性。建议在南疆盆地工程项目中充分结合风积砂的以上工程地质特性，扬长避短，确保工程质量，提高经济效益。
参考文献
[1]建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]游富洋。风积砂地基承载力的确定[J].煤炭工程2012(8)：43-45.
[3]水利水电工程地质勘察规范(GB50487-2008)[M].北京:中国建筑工业出版社，2009.
[4]工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
[5]曾正中。腾格里沙漠南缘风积砂土湿陷性研究[J].甘肃科学学报2000,12(6)：63-68.
[6]岩土工程勘察规范(GB50021-2011)(2009年版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
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