西南河谷典型古冰水堆積體工程特性及穩(wěn)定性研究.pdf

1、在我國西南一些大江大河的河谷地帶廣泛分布一套形成于第四紀(jì)更新世冰水堆積體，這些冰水堆積體大多規(guī)模巨大，體積動(dòng)輒數(shù)百萬m3，甚至數(shù)千萬m3。
　　 在漫長的形成演化歷史過程中，受沉積環(huán)境變化影響，這些冰水堆積體大多具有復(fù)雜的沉積和結(jié)構(gòu)特征。本世紀(jì)以來，隨著上述地區(qū)各類大型基礎(chǔ)建設(shè)的陸續(xù)上馬，上述大型冰水堆積常常構(gòu)成了人類工程建設(shè)的地質(zhì)背景條件，成為制約人類工程建設(shè)活動(dòng)一個(gè)重要因素，因此針對(duì)該類古冰水堆積體的工程特性以及工程中面臨的

2、突出問題展開專門深入研究顯得尤為迫切。
　　 本文通過對(duì)西南河谷地區(qū)數(shù)個(gè)冰水堆積體的沉積特征、顆粒組成、結(jié)構(gòu)特征的詳細(xì)調(diào)查和分析，在大量試驗(yàn)及相關(guān)工程資料收集的基礎(chǔ)上對(duì)西南河谷典型古冰水堆積體的滲流特性、強(qiáng)度特性以及變形特性等進(jìn)行了較為深入的分析和研究，最后結(jié)合三個(gè)古冰水堆積體，對(duì)其主要工程問題及其處理措施進(jìn)行了深入分析和探索，取得了以下主要成果：
　　 （1）揭示了在冰水堆積體漫長形成演化歷史工程中，受氣候環(huán)境條件變化

3、的影響，古冰水堆積體大多具有復(fù)雜的沉積特征和結(jié)構(gòu)特征。具體表現(xiàn)為：沉積特征的宏觀分層性和單層沉積特點(diǎn)差異性，古冰水堆積體主要以巨顆粒、粗顆粒為主局部富集細(xì)顆粒物質(zhì)，不同沉積層水動(dòng)力沉積環(huán)境存在較大差別，以粗顆粒為主的沉積層大多具有一定分選、磨圓和沉積韻律性，而以巨顆粒為主的沉積層大多分選磨圓差；結(jié)構(gòu)上古冰水堆積體表現(xiàn)明顯的二元性、粗顆粒巨顆粒之間嵌合緊密、普遍具有泥質(zhì)膠結(jié)局部具鈣質(zhì)膠結(jié)的結(jié)構(gòu)特征，即以粗顆粒、巨顆粒為骨架，細(xì)顆粒物質(zhì)填充

4、其間，構(gòu)成骨架的粗顆粒、巨顆粒嵌合緊密，往往具有一定程度的泥質(zhì)膠結(jié)，當(dāng)含鈣質(zhì)成分較多時(shí)往往還具有較好的鈣質(zhì)膠結(jié)特點(diǎn)。
　　 （2）初步建立了從物質(zhì)來源、沉積特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征等幾個(gè)方面入手的古冰水堆積體野外辨別方法。即首先從物質(zhì)來源、運(yùn)移通道上判斷是否存在冰水堆積的可能，然后根據(jù)其是否存在宏觀成層性、水流作用形成的沉積韻律特點(diǎn)，構(gòu)成堆積體主體的粗顆粒、巨顆粒物質(zhì)結(jié)構(gòu)上是否表現(xiàn)出二元性、嵌合性以及膠結(jié)特點(diǎn)等綜合判斷是否屬冰水成因堆積體

5、。
　　 （3）根據(jù)大量測年結(jié)果以及冰水堆積體與河流相覆蓋層、古風(fēng)化殘積粘土層的接觸關(guān)系，探討了其沉積特點(diǎn)與古氣候特點(diǎn)、冰川融水動(dòng)力條件、古地形地貌之間的關(guān)系，認(rèn)為在晚更新世末次間冰期和中更新世倒數(shù)第二次冰期間冰階期間至少出現(xiàn)兩次較大規(guī)模氣溫升高、冰川消融地質(zhì)事件，并且揭示了形成于晚更新世的冰水堆積體多存在侵占河道，掩埋河流相覆蓋層的現(xiàn)象；同時(shí)在間冰期期間古氣候曾出現(xiàn)多次反復(fù)，導(dǎo)致冰川消融多次間斷，堆積體接受風(fēng)化剝蝕，從而在堆積

6、體內(nèi)形成古風(fēng)化殘積粘土層。
　　 （4）根據(jù)大量試驗(yàn)成果，得出了西南河谷地帶古冰水堆積體大多具有滲透能力弱、抗?jié)B能力強(qiáng)的滲流特點(diǎn)，揭示了在水力梯度較小時(shí)，冰水堆積體滲流規(guī)律基本滿足達(dá)西定律，當(dāng)水力梯度較大時(shí)，滲流速度與水力梯度表現(xiàn)出較為明顯的非線性關(guān)系，此時(shí)滲流本構(gòu)關(guān)系可描述為v=KJ0.7，并初步建立了古冰水堆積體滲透系數(shù)估算方法和公式K=0.5eCc/Cu。
　　 （5）在大量物理力學(xué)試驗(yàn)基礎(chǔ)上揭示了冰水堆積體大多具

7、有結(jié)構(gòu)密實(shí)、高密度、孔隙體積小的特點(diǎn)，屬典型的高承載力、低壓縮性土。冰水堆積體大多具有較好的抗剪強(qiáng)度，天然狀態(tài)下，內(nèi)聚力可達(dá)150～400KPa，摩擦角約35°～
　　 39°；飽水條件下內(nèi)聚力也保持在60～100Kpa，內(nèi)摩擦角約30°～37°；且C值對(duì)水的敏感要比φ強(qiáng)烈的多，一般飽水條件下會(huì)導(dǎo)致內(nèi)聚力降低一半左右，而φ值的變化幾乎不超過1～3°。揭示了不同的應(yīng)力條件對(duì)冰水堆積體的強(qiáng)度特性存在明顯的影響，具體表現(xiàn)為在低應(yīng)力環(huán)境

8、下強(qiáng)度包絡(luò)線滿足莫爾－庫侖定律，而在較高應(yīng)力條件下，冰水堆積體的強(qiáng)度包絡(luò)線表現(xiàn)出明顯非線性特點(diǎn)。
　　 （6）通過對(duì)三個(gè)典型古冰水堆積體的穩(wěn)定性研究，認(rèn)為古冰水堆積體與一般松散堆積體的最主要區(qū)別之一在于其具有復(fù)雜的沉積和結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)成冰水堆積體的物質(zhì)不僅有高強(qiáng)度的碎塊石土，還有強(qiáng)度較低的各種軟弱層帶，若上述軟弱層帶與堆積體臨空條件下沒有構(gòu)成有利組合，堆積體大多具有較好的穩(wěn)定性，一旦受某些因素影響，改變了堆積體的臨空條件，且與軟弱