摘要:本文通過在南疆五地州的實際工作實踐，詳細(xì)分析和總結(jié)了南疆盆地風(fēng)積砂基本工程地質(zhì)特性，建議在南疆盆地的工程項目中要充分考慮當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)積砂的地質(zhì)特性，揚長避短，確保I程質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:南疆盆地;風(fēng)積砂;工程性質(zhì)
1 概述
南疆盆地即天山以南，昆侖山系以北的廣袤地區(qū)，主要為塔里木盆地。 行政區(qū)劃包括巴州、克州、阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)以及和田地區(qū)等五地州。 南疆盆地主要地貌為風(fēng)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(nèi)陸暖溫帶，地處高緯度地區(qū)，年日照時間達(dá) 2 500 ~ 3 500 h.年平均氣溫 10 ~13 ℃， 日 平均大于 10 ℃的 年累積氣溫 4 000 ℃以上，年平原無霜期 200 ~ 220 d.南疆盆地降水稀少，降水分布規(guī)律是：盆地邊緣多于盆地中心，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡，天山南坡 20~ 400 mm,昆侖山北坡 200 ~ 300 mm.塔里木盆地西及北緣 50 ~ 70 mm,東及南緣 20 ~ 50 mm,中心不到20 mm.盆地邊緣平均風(fēng)速為 2.1 m/s,多年平均 8 級以上的大風(fēng) 30 d,最大風(fēng)速 18 m/s,瞬間最大風(fēng)速可達(dá)25 m/s. 盆地中部沙漠區(qū)盛行偏東風(fēng)，年均浮塵天氣達(dá) 200 多天。
南疆盆地三面環(huán)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(xiàn)今基本無水流匯入羅布泊。
南疆盆地地層主要為第四紀(jì)全新世風(fēng)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(fā)展于此。
風(fēng)積層面積占盆地面積的 95.0%, 廣袤的沙漠均為風(fēng)積層，其表面被風(fēng)積砂覆蓋。
風(fēng)積砂即主要在風(fēng)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 ~ 0.250 mm 的粉細(xì)砂，含量在 90%. 粒徑組大于 0.250 mm 的含量非常少，不到 1.0%;粒徑組小于 0.075 mm 的含量少于 9.0%[1-3].風(fēng)積砂由于粒徑小于 0.075 mm 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(wěn)定性能也較差[4-5].風(fēng)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(tài)下的吸水率很小，幾乎在0%附近。
本文根據(jù)在南疆五地州的實際工作經(jīng)驗， 結(jié)合前人工作成果， 對南疆盆地風(fēng)積砂基本工程地質(zhì)特性進(jìn)行分析和總結(jié)。
2 物理性質(zhì)
2.1 粒度及礦物成分風(fēng)積砂的外形和顆粒大小與礦物成分有關(guān)，大部分呈棱角狀和磨圓狀， 分選程度差。 粒徑大于0.25 mm 的幾乎全是石英，粒徑在 0.250 ~ 0.075 mm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(jié)構(gòu)特征。粒徑小于 0.075 mm 的則含有黏土礦物等。
風(fēng)積砂粒度成分以細(xì)顆粒 0.250 ~ 0.075 mm 為主，極細(xì)顆粒 0.075 ~ 0.050 mm 次之，粗顆粒 0.50 ~0.25 mm 較少，大于 0.50 mm 和小于 0.05 mm 的顆粒非常少。
反映風(fēng)積砂均勻程度指標(biāo)不均勻系數(shù) Cu 一般為 1.5 ~ 3.8,曲率系數(shù) Cc 多在 1.0 ~ 2.5,中值粒徑d50為 0.1 ~ 0.2 mm, 屬于級配不良粉細(xì)砂或粉土質(zhì)砂。個別地區(qū)受地質(zhì)條件和地理環(huán)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(xì)。
2.2 顆粒組成風(fēng)積砂的相對質(zhì)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(guān)。 天然密度為 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。據(jù)現(xiàn)場試驗，風(fēng)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(qū)，含水率和天然密度逐漸增大，含水率最高可達(dá) 10%,天然密度達(dá)到 1.8 g/cm3.
2.3 密實程度微觀密實程度指標(biāo)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(biāo)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；3.0 m 以下，密實度有所提高，其 Dr 值可達(dá) 0.50,密實度分類屬于中等密實；5.0 m 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(xué)性質(zhì)
風(fēng)積砂的力學(xué)性質(zhì)包括壓縮變形性、 抗剪 （剪斷）性、地基承載力、擊實性質(zhì)，其力學(xué)性質(zhì)總體表現(xiàn)不好。
3.1 壓縮變形風(fēng)積砂屬單粒松散結(jié)構(gòu)，顆粒之間基本無粘結(jié)，其壓縮性取決于顆粒級配、顆粒形態(tài)、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(fēng)積砂的壓縮變形是顆粒移動和結(jié)構(gòu)變形的結(jié)果。
處于疏松狀態(tài)的風(fēng)積砂采用機(jī)械很容易達(dá)到密實狀態(tài)，風(fēng)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(jù)工程相關(guān)試驗， 地表表層風(fēng)積砂的壓縮系數(shù) a1 ~ 2大多大于 0.5 MPa-1,壓縮模量 Es 基本小于 5MPa,屬于高壓縮性土，變形性很強(qiáng)。 隨著厚度（埋深）壓縮系數(shù)逐漸變小，逐漸變?yōu)橹械葔嚎s和低壓縮性土，壓縮系數(shù) a1 ~ 2在 0.1 ~ 0.5 MPa-1,變形性逐漸轉(zhuǎn)小。
3.2 抗剪（剪斷）風(fēng)積砂的抗剪（剪斷）反應(yīng)風(fēng)積砂抵抗剪切破壞的能力，主要指標(biāo)為粘聚力 C 和內(nèi)摩擦角 ψ，該指標(biāo)值一般較小，反映風(fēng)積砂抗剪（剪斷）的能力弱。
粘聚力 C 值很小，約 1.0 kPa,由于其細(xì)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(nèi)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(tài)、礦物成分、密實程度和剪切速率控制，內(nèi)摩擦角 ψ 一般為 20°左右。
3.3 承載力風(fēng)積砂的承載力一般較小， 尤其是地表承載力值較小，不經(jīng)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(jù)在南疆五地州和前人工程經(jīng)驗可知， 南疆盆地風(fēng)積砂承載力值 fa 一般為 50 ~ 120 kPa, 變形模量 Eo 多在 5.0 ~15.0 MPa.
3.4 擊實特性天然狀態(tài)下的風(fēng)積砂基本為松散狀態(tài)， 工程性能很差，承載力低，回彈模量小，變形性大。但對風(fēng)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(yōu)含水量， 該指標(biāo)可用于指導(dǎo)現(xiàn)場壓實作業(yè)和檢驗現(xiàn)場壓實作業(yè)質(zhì)量。
風(fēng)積砂的用輕型擊實試驗法確定的最大干密度為 1.8 g/cm3左右，幾乎是天然狀態(tài)下的 1.5 倍，最優(yōu)含水量約為 10%.
4 水力性質(zhì)
4.1 滲透及滲透變形南疆盆地風(fēng)積砂天然狀態(tài)下的滲透系數(shù)為 n ×10-3cm/s,擊實后水力學(xué)特性得到很大改善，滲透系數(shù)將為 n × 10-4cm/s,或者更小。風(fēng)積砂巖性主要為粉土質(zhì)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(jù)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(jié)果應(yīng)根據(jù)工程重要性，除以 1.5 ~ 2.0 的安全系數(shù)。 當(dāng)實際值小于計算結(jié)果值時，將不發(fā)生滲透變形。
4.2 濕陷及濕陷性在 200 kPa 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(fēng)積砂是否為濕陷性土，及其濕陷機(jī)理的研究基本還在摸索階段， 很多技術(shù)正在不斷完善中。 本文對南疆盆地工程項目進(jìn)行了分析總結(jié)，并結(jié)合當(dāng)前研究成果，總結(jié)如下[5]:南疆盆地風(fēng)積粉土質(zhì)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(xì)顆粒含量有關(guān)，且粉粒粘粒含量越多，濕陷性越強(qiáng)。 風(fēng)積砂的濕陷性與土的干密度有關(guān)，干密度越大，濕陷性越弱，當(dāng)干密度大于 1.6 g/cm3時，濕陷性基本不存在。
5 化學(xué)性質(zhì)
5.1 脹縮性南疆盆地中風(fēng)積砂天然狀態(tài)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 0.5 g/kg,即 0.05‰，小于 0.3%,判定風(fēng)積砂為非鹽漬巖土[6].
5.2 腐蝕性南疆盆地中風(fēng)積砂硫酸鹽含量（SO42-）一般小于1.0 mmol/kg,鎂鹽含量（Mg42+）大多為 0.2 mmol/kg,氯鹽（Cl-）含量約 2.0 mmol/kg,對天然建筑材料不具有腐蝕性。
6 結(jié)論
通過以上分析總結(jié)，可以得出以下結(jié)論，南疆盆地風(fēng)積砂工程地質(zhì)性質(zhì)表現(xiàn)為：（1）少雨多風(fēng)干旱環(huán)境下，風(fēng)積砂屬于單一結(jié)構(gòu)，級配不良，具有松散結(jié)構(gòu)，基本無可塑性，屬于高壓縮性土。（2）抗剪（剪斷）強(qiáng)度低，粘聚力小，內(nèi)摩擦角不大，表現(xiàn)為顆粒間交錯鑲嵌與咬合作用。風(fēng)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(xué)性質(zhì)顯著提高。 （3）風(fēng)積砂屬于非親水性土，具中等透水性土，滲透系數(shù)較大，擊實（壓實）后，滲透性能改善，滲透系數(shù)變小。存在流土型滲透變形，具有見水濕陷的性質(zhì)。（4）南疆盆地風(fēng)積砂天然狀態(tài)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(jié)合風(fēng)積砂的以上工程地質(zhì)特性，揚長避短，確保工程質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。
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