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1、浅析南疆盆地风积砂工程地质特点,地质工程论文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 2 500 3 500 h.年平均气温 10 13 ， 日 平均大于 10 的 年累积气温 4 000 以上，年平原无霜期 200 220 d.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 20 400 mm,昆仑山北坡 200 300 mm.塔里木盆
2、地西及北缘 50 70 mm,东及南缘 20 50 mm,中心不到20 mm.盆地边缘平均风速为 2.1 m/s,多年平均 8 级以上的大风 30 d,最大风速 18 m/s,霎时最大风速可达25 m/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会聚，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。华而不实冲洪积层面积狭小，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，其外表被风积
3、砂覆盖。 风积砂即主要在风的作用下， 滚动漂浮迁移等沉积构成的砂层。 主要分布于沙漠、戈壁。 其粒径组为 0.075 0.250 mm 的粉细砂，含量在 90%. 粒径组大于 0.250 mm 的含量非常少，不到 1.0%;粒径组小于 0.075 mm 的含量少于 9.0%1-3.风积砂由于粒径小于 0.075 mm 的粉粒和粘粒含量很少，使得其外表活性很低，松懈、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， 砂颗粒外表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历体验， 结合前人工作成果，
4、 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0.25 mm 的几乎全是石英，粒径在 0.250 0.075 mm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构造特征。粒径小于 0.075 mm 的则含有黏土矿物等。 风积砂粒度成分以细颗粒 0.250 0.075 mm 为主，极细颗粒 0.075 0.050 mm 次之，粗颗粒 0.50 0.25 mm 较少，大于 0.50 mm 和小于 0.05 mm 的颗
5、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 0.2 mm, 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步变细。 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 1.80 g/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
6、绿洲区，含水率和天然密度逐步增大，含水率最高可达 10%,天然密度到达 1.8 g/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,密实度分类属于松懈；3.0 m 下面，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；5.0 m 下面 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
7、 压缩变形风积砂属单粒松懈构造，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构造变形的结果。 处于疏松状态的风积砂采用机械很容易到达密实状态，风积砂地基上的建筑物沉降一般很小，且在施工经过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 0.5 MPa-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步变小，逐步变为中等压缩和低压缩性土，压缩系数 a
8、1 2在 0.1 0.5 MPa-1,变形性逐步转小。 3.2 抗剪剪断风积砂的抗剪剪断反响风积砂抵抗剪切毁坏的能力，主要指标为粘聚力 C 和内摩擦角 ，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 1.0 kPa,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，甚至能够忽略不计。 内摩擦角 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 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
9、疆五地州和前人工程经历体验可知， 南疆盆地风积砂承载力值 fa 一般为 50 120 kPa, 变形模量 Eo 多在 5.0 15.0 MPa. 3.4 击实特性天然状态下的风积砂基本为松懈状态， 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 1.8 g/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 浸透及浸透变形南疆盆地风积砂天然状态下的浸透系数为 n 10-3cm/s,击实后水
10、力学特性得到很大改善，浸透系数将为 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。在水力作用下的浸透变形类型主要为流土型。 临界水力比降根据下式确定3.Jcr = Gs - 11 - n 11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，将不发生浸透变形。 4.2 湿陷及湿陷性在 200 kPa 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， 即断定该土为湿陷性土4. 对于风积砂能否为湿陷性土，及其湿陷机理的研究基本
11、还在探索阶段， 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，并结合当下研究成果，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 1.6 g/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 0.5 g/kg,即 0.05 ，小于 0.3%,断定风积砂为非盐渍岩土6. 5.2 腐蚀性南
12、疆盆地中风积砂硫酸盐含量SO42-一般小于1.0 mmol/kg,镁盐含量Mg42+大多为 0.2 mmol/kg,氯盐Cl-含量约 2.0 mmol/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，能够得出下面结论，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，风积砂属于单一构造，级配不良，具有松懈构造，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，表现为颗粒间交织镶嵌与咬合作用。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，浸透系数较大，击实压实后，浸透性能改善
13、，浸透系数变小。存在流土型浸透变形，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。 以下为参考文献 1建筑地基基础设计规范GB 50007-2018M.北京：中国建筑工业出版社，2018. 2游 富 洋。风 积 砂 地 基 承载 力 的 确 定J.煤 炭 工 程 20208：43-45. 3 水 利水 电 工 程 地 质 勘 察 规 范 GB 50487-2008M.北 京 :中国建筑工业出版社，2018. 4工 程 地 质 手 册 第 四 版 M.北 京 :中 国 建 筑 工 业出 版 社 ,2018. 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 2000,126：63-68. 6 岩土工程勘察规范 GB 50021-20182018 年 版 M.北京：中国建筑工业出版社，2018.