淺析南疆盆地風積砂工程地質特點
南疆盆地主要地貌為風積荒漠，零星分布有河流沖洪積綠洲，主要沿盆地邊緣展布，下面是小編搜集整理的一篇探究南疆盆地地質的論文范文，歡迎閱讀參考。
1、概述
南疆盆地即天山以南，昆侖山系以北的廣袤地區，主要為塔里木盆地。行政區劃包括巴州、克州、阿克蘇地區、喀什地區以及和田地區等五地州。南疆盆地主要地貌為風積荒漠，零星分布有河流沖洪積綠洲，主要沿盆地邊緣展布。
南疆盆地屬于典型內陸暖溫帶，地處高緯度地區，年日照時間達2500~3500h.年平均氣溫10~13℃，日平均大于10℃的年累積氣溫4000℃以上，年平原無霜期200~220d.南疆盆地降水稀少，降水分布規律是：盆地邊緣多于盆地中心，迎風坡多于背風坡，天山南坡20~400mm,昆侖山北坡200~300mm.塔里木盆地西及北緣50~70mm,東及南緣20~50mm,中心不到20mm.盆地邊緣平均風速為2.1m/s,多年平均8級以上的大風30d,最大風速18m/s,瞬間最大風速可達25m/s.盆地中部沙漠區盛行偏東風，年均浮塵天氣達200多天。
南疆盆地三面環山，水流由盆地邊緣向中部匯聚，最終匯入羅布泊。由于氣候和人工開采利用等原因，現今基本無水流匯入羅布泊。
南疆盆地地層主要為第四紀全新世風積層和沖洪積層。其中沖洪積層面積狹小，約占盆地5.0%,呈點狀分布于河床和河流兩岸，綠洲就發展于此。
風積層面積占盆地面積的95.0%,廣袤的沙漠均為風積層，其表面被風積砂覆蓋。
風積砂即主要在風的作用下，滾動漂浮遷移等沉積形成的砂層。主要分布于沙漠、戈壁。其粒徑組為0.075~0.250mm的粉細砂，含量在90%.粒徑組大于0.250mm的含量非常少，不到1.0%;粒徑組小于0.075mm的含量少于9.0%[1-3].風積砂由于粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒含量很少，使得其表面活性很低，松散、無聚合性，具有明顯的非塑性，成型困難，而且成型后的穩定性能也較差[4-5].風積砂屬于非親水性土，砂顆粒表面對水的物理吸附作用很小，天然狀態下的吸水率很小，幾乎在0%附近。
本文根據在南疆五地州的實際工作經驗，結合前人工作成果，對南疆盆地風積砂基本工程地質特性進行分析和總結。
2、物理性質
2.1 粒度及礦物成分風積砂的外形和顆粒大小與礦物成分有關，大部分呈棱角狀和磨圓狀，分選程度差。粒徑大于0.25mm的幾乎全是石英，粒徑在0.250~0.075mm的以石英、長石、云母為主，其次還分布有少量輝石、角閃石、方解石等，其外形基本完好，保持有原生礦物的晶體結構特征。粒徑小于0.075mm的則含有黏土礦物等。
風積砂粒度成分以細顆粒0.250~0.075mm為主，極細顆粒0.075~0.050mm次之，粗顆粒0.50~0.25mm較少，大于0.50mm和小于0.05mm的顆粒非常少。
反映風積砂均勻程度指標不均勻系數Cu一般為1.5~3.8,曲率系數Cc多在1.0~2.5,中值粒徑d50為0.1~0.2mm,屬于級配不良粉細砂或粉土質砂。個別地區受地質條件和地理環境的影響，其礦物成分和粒徑組成稍顯不同，總體呈由山腳向盆地中部逐漸變細。
2.2 顆粒組成風積砂的相對質量密度一般為2.68~2.70,主要與石英、長石、云母、輝石、角閃石、方解石等礦物成分有關。天然密度為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。據現場試驗，風積砂丘天然含水率小于1.0%,天然密度為1.4g/cm3.接近綠洲區，含水率和天然密度逐漸增大，含水率最高可達10%,天然密度達到1.8g/cm3.
2.3 密實程度微觀密實程度指標孔隙比e在0.4~1.0,孔隙率n為0.4~0.8.密實程度隨厚度(埋深)增大有所提高。
宏觀密實程度指標相對密實度Dr,地表的Dr值大多小于0.33,密實度分類屬于松散;3.0m以下，密實度有所提高，其Dr值可達0.50,密實度分類屬于中等密實;5.0m以下Dr值可大于0.67,密實度分類屬于中等密實-密實。
3、力學性質
風積砂的力學性質包括壓縮變形性、抗剪(剪斷)性、地基承載力、擊實性質，其力學性質總體表現不好。
3.1 壓縮變形風積砂屬單粒松散結構，顆粒之間基本無粘結，其壓縮性取決于顆粒級配、顆粒形態、原始孔隙比和相對密度等。在外力作用下壓縮變形速度很快，變形大部分屬于永久變形，彈性變形部分很小，即通常壓力作用下風積砂的壓縮變形是顆粒移動和結構變形的結果。
處于疏松狀態的風積砂采用機械很容易達到密實狀態，風積砂地基上的建筑物沉降一般很小，且在施工過程中就完成大部分變形，地基沉降基本完成[1].根據工程相關試驗，地表表層風積砂的壓縮系數a1~2大多大于0.5MPa-1,壓縮模量Es基本小于5MPa,屬于高壓縮性土，變形性很強。隨著厚度(埋深)壓縮系數逐漸變小，逐漸變為中等壓縮和低壓縮性土，壓縮系數a1~2在0.1~0.5MPa-1,變形性逐漸轉小。
3.2 抗剪(剪斷)風積砂的抗剪(剪斷)反應風積砂抵抗剪切破壞的能力，主要指標為粘聚力C和內摩擦角ψ，該指標值一般較小，反映風積砂抗剪(剪斷)的能力弱。
粘聚力C值很小，約1.0kPa,由于其細小顆粒含量極少，且主要是由砂粒間咬合剪脹引起的，甚至可以忽略不計。
內摩擦角ψ一般不大，由含有的粗顆粒所致。
其值受顆粒組成、顆粒型態、礦物成分、密實程度和剪切速率控制，內摩擦角ψ一般為20°左右。
3.3 承載力風積砂的承載力一般較小，尤其是地表承載力值較小，不經過處理不宜直接修建建筑物。但隨著埋深和密實度增大，承載力有所提高[2].根據在南疆五地州和前人工程經驗可知，南疆盆地風積砂承載力值fa一般為50~120kPa,變形模量Eo多在5.0~15.0MPa.
3.4 擊實特性天然狀態下的風積砂基本為松散狀態，工程性能很差，承載力低，回彈模量小，變形性大。但對風積砂擊實后其工程特性顯著提高，并能獲得最大干密度和最優含水量，該指標可用于指導現場壓實作業和檢驗現場壓實作業質量。
風積砂的用輕型擊實試驗法確定的最大干密度為1.8g/cm3左右，幾乎是天然狀態下的1.5倍，最優含水量約為10%.
4、水力性質
4.1 滲透及滲透變形南疆盆地風積砂天然狀態下的'滲透系數為n×10-3cm/s,擊實后水力學特性得到很大改善，滲透系數將為n×10-4cm/s,或者更小。風積砂巖性主要為粉土質砂，屬于無粘性土。在水力作用下的滲透變形類型主要為流土型。臨界水力比降依據下式確定[3].Jcr=(Gs-1)(1-n)(1)(1)式中，Jcr為土的臨界水力比降,Gs為土的顆粒比重，n為土的孔隙率。上式計算結果應根據工程重要性，除以1.5~2.0的安全系數。當實際值小于計算結果值時，將不發生滲透變形。
4.2 濕陷及濕陷性在200kPa壓力下浸水載荷試驗的附加濕陷量和承壓板寬度之比等于或大于0.023的土，即判定該土為濕陷性土[4].對于風積砂是否為濕陷性土，及其濕陷機理的研究基本還在摸索階段，很多技術正在不斷完善中。本文對南疆盆地工程項目進行了分析總結，并結合當前研究成果，總結如下[5]:南疆盆地風積粉土質砂具有濕陷性，該土屬于輕-中等濕陷性土。其濕陷性與土中細顆粒含量有關，且粉粒粘粒含量越多，濕陷性越強。風積砂的濕陷性與土的干密度有關，干密度越大，濕陷性越弱，當干密度大于1.6g/cm3時，濕陷性基本不存在。
5、化學性質
5.1 脹縮性南疆盆地中風積砂天然狀態下的硫酸鈉含量約為0.05%,小于1%,基本不具有鹽脹性。pH值為9.0左右，易溶鹽含量為0.5g/kg,即0.05‰，小于0.3%,判定風積砂為非鹽漬巖土[6].
5.2 腐蝕性南疆盆地中風積砂硫酸鹽含量(SO42-)一般小于1.0mmol/kg,鎂鹽含量(Mg42+)大多為0.2mmol/kg,氯鹽(Cl-)含量約2.0mmol/kg,對天然建筑材料不具有腐蝕性。
6、結論
通過以上分析總結，可以得出以下結論，南疆盆地風積砂工程地質性質表現為：(1)少雨多風干旱環境下，風積砂屬于單一結構，級配不良，具有松散結構，基本無可塑性，屬于高壓縮性土。(2)抗剪(剪斷)強度低，粘聚力小，內摩擦角不大，表現為顆粒間交錯鑲嵌與咬合作用。風積砂承載力不大，但壓縮變形快。具有較好的擊實性，擊實(壓實)后物理力學性質顯著提高。(3)風積砂屬于非親水性土，具中等透水性土，滲透系數較大，擊實(壓實)后，滲透性能改善，滲透系數變小。存在流土型滲透變形，具有見水濕陷的性質。(4)南疆盆地風積砂天然狀態下基本不具有鹽脹性，為非鹽漬巖土，對天然建筑材料不具有腐蝕性。建議在南疆盆地工程項目中充分結合風積砂的以上工程地質特性，揚長避短，確保工程質量，提高經濟效益。
參考文獻
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[6]巖土工程勘察規范(GB50021-2011)(2009年版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.
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