海洋巖土工程勘察講義（24頁(yè)圖文豐富）

1、第十三章 海洋巖土工程勘察本章重點(diǎn)：海洋沉積物的工程地質(zhì)特征；海港的工程地質(zhì)問題及其處理措施，港口工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)。第一節(jié) 概述 一、海洋工程的分類 1、港灣工程：港口、船廠、海灣水庫(kù)、海上架橋、圍海造田、海上機(jī)場(chǎng)及海上城市 2、海洋動(dòng)力工程：潮汐、波浪及海水溫差發(fā)電站 3、以海底石油為中心的海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)工程：海洋石油鉆探平臺(tái)、人工島、海底儲(chǔ)油罐庫(kù)及海底輸油管等 4、海底電纜、地錨工程 5、海底隧道及海底倉(cāng)庫(kù)工程 6、海中瞭望塔、燈塔 7、軍事海洋工程：軍事基地、水下補(bǔ)給基地、水下兵工廠、水下觀測(cè)系統(tǒng)及反潛環(huán)境預(yù)報(bào)系統(tǒng)等 第二節(jié) 海洋沉積物的工程地質(zhì)特征及變形破壞型式一、海洋沉積物的工程地

2、質(zhì)特征1.高靈敏度。 由于海水的離子作用，海洋沉積物的靈敏度一般都在4以上。也就是說，當(dāng)海洋沉積物受到擾動(dòng)時(shí)其強(qiáng)度可喪失75以上，有的甚至可達(dá)98.8。 2.高孔隙性。 由于海水的長(zhǎng)期作用，粘土質(zhì)海洋沉積物戍典型的絮狀結(jié)構(gòu)，絮狀的細(xì)小粒子堆聚成巨大的絮狀物，其孔隙比一般都大于1.5，有的甚至可高達(dá)5.4。 3.高觸變性。 粘土質(zhì)海洋沉積物的膠體特性很強(qiáng)，在海洋環(huán)境中粘土粒子之間有一定的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)。當(dāng)沉積物被擾動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)遭到破壞并發(fā)生膠溶作用，強(qiáng)度大大降低甚至變成稀釋狀態(tài)，但當(dāng)其靜止后由于凝聚作用又會(huì)使沉積物的強(qiáng)度有所恢復(fù)。所以這種高觸變性可以多次重復(fù)發(fā)生。 4.高蠕變性。 粘土質(zhì)海洋沉積物在固

3、定不變的或連續(xù)發(fā)生的剪切應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的延續(xù)會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期的流變變形，常使建筑物的沉降持續(xù)很多年。 5.高液化性。 細(xì)粒砂質(zhì)海洋沉積物在某種動(dòng)力作用下，瞬息間就會(huì)使飽水砂的結(jié)構(gòu)突然破壞，砂粒相互脫離接觸，孔隙水壓力增至全應(yīng)力，砂粒懸浮而失穩(wěn)，使建筑物地基產(chǎn)生不均勻沉降，或由于液化的砂土向旁側(cè)流出使建筑物遭到破壞。 6.高含水性。 海洋沉積物的天然含水率都在塑限以上，且大部分超過了液限，有的高達(dá)423。資料表明，海洋沉積物的這種高含水性是隨深度的增大而降低的，致使其抗剪強(qiáng)度隨深度的增大而增大。 7.高壓縮性。 粘土質(zhì)海洋沉積物屬高壓縮性軟土，壓縮系數(shù)一般都大于0.816N，有的可高達(dá)20.4

4、N，因此海洋工程建筑的沉降量都非常大。 8.低滲透性。 粘土質(zhì)海洋沉積物基本上是不透水的，這對(duì)地基的固結(jié)不利，所以海洋工程建筑地基沉降延續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)。 9.低強(qiáng)度。 海洋沉積物的力學(xué)強(qiáng)度很低，局部地方甚至可出現(xiàn)負(fù)強(qiáng)度。 10.高變異性。 海洋沉積物就其成因類型而言并不如陸地沉積物多，但海洋沉積物在空間分布的變化上卻比陸地沉積物大得多。二、海洋沉積物變形破壞的主要型式 海洋沉積物特別是三角洲沉積物，在不斷增加的沉積作用、海浪、地震等超荷載的影響下常產(chǎn)生負(fù)強(qiáng)度效應(yīng)而導(dǎo)致變形和破壞。其變形破壞的主要型式是滑坡。這些滑坡大致可以分為以下幾種類型： 1邊緣旋轉(zhuǎn)型滑坡 這類滑坡是在一種凹透鏡狀的曲線底部之

5、上發(fā)生的滑動(dòng)。多個(gè)剪切破裂面同時(shí)開裂發(fā)展到共同的平行于沉積基底的底部剪切面。產(chǎn)生這類滑坡的主要原因是由于沉積速度過快造成的超孔隙壓力及沉積體前沿坡度過大。 2滑塌沉陷型滑坡 這類滑坡在平面上呈碗狀凹陷形，其邊緣被明顯的陡坎所圈定。發(fā)生這類滑坡的地區(qū)海底坡度很小，一般僅0.10.2，產(chǎn)生這類滑坡的原因是各支河口外沉積物的沉積負(fù)荷差異、波浪壓力的循環(huán)荷載和有機(jī)質(zhì)遞解不斷產(chǎn)生天然氣。 3瓶頸型滑坡 這類滑坡從沉積物開始移動(dòng)的發(fā)源處的上坡方向和下坡方向均有滑動(dòng)，向上坡方向傳播的滑動(dòng)使破壞區(qū)不斷擴(kuò)大，稱擴(kuò)展破壞區(qū)。產(chǎn)生這類滑坡的主要原因可歸結(jié)為：當(dāng)沉積物重塑到某一含水量時(shí)，較高的天然氣和孔隙水壓力使沉積

6、物流出，上坡方向的斜坡失去了支撐發(fā)生進(jìn)一步滑動(dòng)，其剪切面的深度一般在泥面以下1020m處。 4延長(zhǎng)型滑坡 這類滑坡多出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)型滑坡受到特殊干擾的時(shí)候，多數(shù)滑坡的上坡方向都有一個(gè)滑動(dòng)發(fā)源區(qū)具有明顯的旋轉(zhuǎn)型滑坡的特征。中部有一個(gè)狹長(zhǎng)的溝槽將上坡方向的滑坡發(fā)源區(qū)和下坡方向的組合坡腳扇連接起來。產(chǎn)生這類滑坡的主要原因與瓶頸狀滑坡相似。 第三節(jié) 海港工程地質(zhì)研究一、概述二、海港的主要工程地質(zhì)問題 1、區(qū)域穩(wěn)定問題 1）海岸是地殼運(yùn)動(dòng)和洋面變遷的共同結(jié)果 2）地質(zhì)構(gòu)造對(duì)我國(guó)海岸發(fā)育的控制作用 3）海岸的升降變化對(duì)建港的影響 2、碼頭及防波堤的地基穩(wěn)定問題 不同類型的建筑物對(duì)地基允許承載力的要求是不同的。

7、對(duì)于碼頭和防波堤來說，它們是港口的重型建筑物，而且主要部分甚至全部是建于海灘上的，修建前不可能很好地整平地基，會(huì)因地基傾斜導(dǎo)致建筑物靜荷載合理的作用點(diǎn)偏離地基中心，使地基承受傾斜力;強(qiáng)大海浪海流的拖曳作用也會(huì)在地基承壓面上產(chǎn)生一個(gè)偏心力。像這樣的傾斜負(fù)荷和偏心負(fù)荷，會(huì)使地基在一個(gè)比正常作用于基礎(chǔ)底面上的力低的荷載下就發(fā)生破壞。因此這些建筑物對(duì)地基允許承載力的要求更高，最好修在基巖或砂礫石地基上。 3、港池和航道的回淤問題及處理措施 1）阻止淤積物進(jìn)入海港的措施 根據(jù)淤積物的來源和性質(zhì)的不同，一般有三種處理方法。 (1)石子和粗砂類淤積物的處理方法 粗粒淤積物主要發(fā)生在侵蝕強(qiáng)烈、流速很大的山區(qū)河

8、流之河口處。由于粗粒物質(zhì)大多沿河床運(yùn)動(dòng)，因此可以在河流上特別是上游支流的入口處，修建低的順壩將可能進(jìn)入海港的大小石子予以阻攔，或者將它們引導(dǎo)到別的地方去。 (2)細(xì)粒淤積物的處理方法 一些位于流速緩慢的河口港，因?yàn)槌彼姆磸?fù)漲落，水中懸移質(zhì)含量較重，容易造成海港回淤。此時(shí)可在下游將河口拓寬，借用漲潮和退潮的河水沖刷港口河道，以防止海港回淤。此外，如果裝有特別設(shè)計(jì)的單向潮閘，在退潮的時(shí)候?qū)ο凹右钥刂?，亦可利用退潮的力量清除港?nèi)的淤積物。 (3)大量回淤的處理方法 當(dāng)建港地區(qū)的河口淤塞十分嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)建筑離河港以避免回淤。這就是將海港建筑在離河口一定距離的地方，開挖一條進(jìn)港河道把海港與河口連接起

9、來。必要時(shí)還可在進(jìn)港河道上建一閘，以便在水渾濁時(shí)期，將河口與海港隔離開，達(dá)到阻止淤積物進(jìn)入海港的目的。 2清除港內(nèi)淤積物的措施 目前清除港內(nèi)淤積物最有效的措施仍然是浚挖，就是用挖泥船將淤積物挖除。一艘新式挖泥船有一萬匹馬力，每天可挖泥2萬米3以上，所以用此法來維持一個(gè)海港的預(yù)定水深是不會(huì)有困難的。 為了選擇合理的防淤措施，工程地質(zhì)勘察中必須查明：淤積物的主要來源地及其進(jìn)入海港的方向；淤積物的性質(zhì)及其粗細(xì)程度;淤積物的大概數(shù)量。三、港址選擇和建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程地質(zhì)論證(一)港址選擇的工程地質(zhì)論證 1、港址的基本要求 港址選擇是一項(xiàng)重要而復(fù)雜的工作。良好的港址能夠加快施工速度、縮短建設(shè)時(shí)間、節(jié)省

10、建設(shè)投資，內(nèi)部配置合理、經(jīng)營(yíng)管理便利，船舶運(yùn)轉(zhuǎn)安全，迅速、維修工作少，有利于降低運(yùn)輸費(fèi)用。因此它應(yīng)滿足以下具體要求： (1)港灣應(yīng)具有寬闊的水域以便于船舶自由進(jìn)出和回旋； (2)港池和航道有較大的水深(一般不小于12m)以便較大船舶的進(jìn)出和靠泊； (3)港口水域最好有天然掩護(hù)，如必須建造防波堤時(shí)，則應(yīng)有較好的地基條件，以保證防波堤的安全和經(jīng)濟(jì)； (4)沖、淤不強(qiáng)烈，以保證港池和航道的穩(wěn)定和預(yù)計(jì)的水深； (5)要有方便的船舶靠泊錨地，所以海底不能有太多巖石，也不能有太多砂成全是泥； (6)有足夠的陸域面積，以便于港口作業(yè)區(qū)和各種建筑物合理而有規(guī)律地布道。還要有碼頭等重型建筑物的良好地基； (7)

11、海港地處國(guó)防前哨，是國(guó)家的門戶、水陸交通的樞紐，必須滿足國(guó)防和戰(zhàn)備要求； (8)有足夠的電源和水源，有良好的施工場(chǎng)地，建筑材料供應(yīng)方便并盡可能就地取材以減少運(yùn)輸費(fèi)用； (9)與城市有良好的聯(lián)系和配合； (10)岸線長(zhǎng)度和水、陸域，均應(yīng)有港口進(jìn)一步發(fā)展的余地。 2不同地區(qū)港址的特點(diǎn) (1)海岸地區(qū)港址的特點(diǎn) 根據(jù)組成物質(zhì)的不同，我國(guó)海岸可分為巖岸、砂岸和淤泥質(zhì)海岸。 巖岸岸線曲折，岸坡一般較陡，近岸水深條件好，有掩護(hù)較好的海灣，而且泥砂來源少，地基條件好，容易形成天然良港。 沙岸岸線平直，岸坡較緩，一般是水淺浪小，泥砂來源多，因此主要問題是如何保證減少港內(nèi)回淤以維持適當(dāng)?shù)乃睢?淤泥質(zhì)海岸岸線平

12、直，岸坡極緩，深水區(qū)離岸極遠(yuǎn)，沿岸泥砂運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地基條件差。在這種地區(qū)建港，回淤和地基穩(wěn)定問題是主要的工程地質(zhì)問題。 (2)河口地區(qū)港址的特點(diǎn) 入海河口有良好的掩護(hù)和深水岸線，且地勢(shì)開闊平坦，在這里建港有條件發(fā)展為海陸聯(lián)運(yùn)的樞紐。但由于河口外往往有攔門砂存在，航道必須在攔門砂上開挖，因此河口地區(qū)航道的回淤問題就成為必須解決好的首要問題了。對(duì)于有河叉分布的三角洲，則應(yīng)選擇河床較為穩(wěn)定的叉河作為航道。 此外，在河，口地區(qū)建港，還應(yīng)選擇水深合適的順直段或彎曲河段的凹岸，潮流界附近是淤積最嚴(yán)重的河段，一般不宜建港，為避免潮流附近的航道經(jīng)常大量挖泥，故應(yīng)在潮流界以下建港為宜。 3港址的選擇 選擇港址時(shí)必

13、須根據(jù)對(duì)港址的要求，全面研究各比較港址的工程地質(zhì)條件，特別其中的地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌和巖土工程地質(zhì)性質(zhì)等，抓住區(qū)域穩(wěn)定性、建筑物配置和地基穩(wěn)定性、港池回淤等主要工程地質(zhì)問題進(jìn)行具體地分析對(duì)比，才能選出比較優(yōu)良的港址來。(二)防波堤的布置和結(jié)構(gòu)選擇的論證 防波堤的平面布置型式可分為四種基本類型(圖12-13）1單突堤式：自海岸適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)起構(gòu)筑一道伸入海中的防波堤，以形成一片寧?kù)o的海域作為港口 。2雙突堤式：這種港口是由兩道防波堤圍合而成。這種布置形式較單突堤式優(yōu)越，可以阻擋幾個(gè)不同方向的風(fēng)浪和漂砂，也可適應(yīng)不同的自然地質(zhì)環(huán)境。3島堤式：將防波堤全筑于海中如島一樣，阻擋迎面襲來的風(fēng)浪和漂砂。防波堤的

14、形式可直可曲，數(shù)量可多可少，視地形地質(zhì)條件與需要而定。 4混合堤式：是把突堤和島堤聯(lián)合起來運(yùn)用以形成港口。它可適用于各種不同的自然地質(zhì)環(huán)境，同時(shí)具有多個(gè)進(jìn)出口，非常方便，故常為大型港口所采用。 防波堤的結(jié)構(gòu)型式也比較多，根據(jù)它們對(duì)地質(zhì)條件的要求不同，可分為斜坡堤式，直立堤式，混成堤式三大類。 第四節(jié) 離岸建筑的工程地質(zhì)研究一、離岸建筑的類型及其所處的環(huán)境特征 離岸建筑(Offshore Structure)是指那些建筑在距離海岸相當(dāng)遠(yuǎn)的海中建筑物，也稱為岸外建筑，除防波堤外，按其用途還有海洋鉆探平臺(tái)，海上燈塔，人工島(Artfficia Island)，海上飛機(jī)場(chǎng)、海上油池和海洋資料收集塔臺(tái)等

15、。二、海洋鉆探平臺(tái)穩(wěn)定性問題 海洋鉆探和陸上鉆探的主要區(qū)別在于海洋鉆探必需設(shè)置鉆探平臺(tái)(plateform)。 海上鉆探平臺(tái)的地基是否穩(wěn)定，特別是在風(fēng)浪等因素作用下是否會(huì)因地基的變形失穩(wěn)而導(dǎo)致鉆探平臺(tái)的滑移傾倒，是必須予以高度重視的問題。1969年8月17日卡米爾颶風(fēng)襲擊了墨西哥的路易斯安那沿海地區(qū)，致使該處當(dāng)時(shí)世界上工作水深最大的一座固定式海上鉆探平臺(tái)倒塌，造成了巨大的損失，僅被破壞的設(shè)備就價(jià)值1億多美元。究其原因是由于暴風(fēng)波浪對(duì)沉積物的擾動(dòng)，強(qiáng)度降低，進(jìn)而向海底下坡方向滑塌，對(duì)平臺(tái)的基礎(chǔ)構(gòu)件造成巨大的水平作用力使其發(fā)生彎曲破壞，導(dǎo)致了平臺(tái)的倒塌。 第五節(jié) 海洋建筑工程地質(zhì)勘察要點(diǎn) 一、港口

16、工程地質(zhì)勘察要點(diǎn) 大中型港口的工程地質(zhì)勘察一般與設(shè)計(jì)階段相適應(yīng)地劃分為選址勘察、初步設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察和施工圖設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察三個(gè)階段。 (一)選址工程地質(zhì)勘察(選址勘察) 選址勘察的目的是概略地了解擬建港址的工程地質(zhì)條件，為綜合評(píng)價(jià)港址的建設(shè)適宜性提供工程地質(zhì)資料。采用的勘察方法主要是收集已有的資料和現(xiàn)場(chǎng)踏勘。若需要布置勘探工作時(shí)，河港勘探點(diǎn)距順岸向一般為300500m，垂岸向100200m；海港勘探點(diǎn)距一般為500一l000m，當(dāng)基巖埋藏較淺時(shí)可適當(dāng)加密。勘探深度一般均不超過40m。勘探宜采標(biāo)貫試驗(yàn)等簡(jiǎn)單方法。 (二)初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察(初勘) 初勘的目的是為在已選定的港址上合理地確定建筑的總體布置、結(jié)構(gòu)型式、基礎(chǔ)類型，和施工方法等提供工程地質(zhì)資料。應(yīng)全面地調(diào)查港址區(qū)的工程地質(zhì)條件，為研究關(guān)鍵性工程地質(zhì)問題和合理地布置勘探工作提供依據(jù)。經(jīng)調(diào)查后尚需進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪時(shí)，測(cè)繪的范圍視具體情況確定，比例尺一般采用1200015000?？碧焦ぷ鲬?yīng)在充分考慮港址特點(diǎn)、建筑物類型、已有工程地質(zhì)資料等的基礎(chǔ)上來布置勘探點(diǎn)中取原狀試樣的鉆孔不得少于12，取樣間距一般為lm。 (三)施工圖設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察(施勘) 施勘的目的是為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工和擬定防治不良地質(zhì)因素的措施提供工程地質(zhì)資料。本階段采用的主要勘察手段是勘探和測(cè)試。 勘探工作必須根據(jù)工程類型、建筑物特點(diǎn)、基礎(chǔ)類型