（地质工程专业论文）黄延高速公路路基稳定性分析与评价.pdf

论文题目：黄延高速公路路基稳定性分析与评价 专业：地质工程 硕士生：冯将( 签名) 翌甥 指导教师：樊1 5 t - ( 签名) 参军伫 摘要 随着在软土地区高速公路大规模兴建，路基稳定性问题频繁出现，稳定性评价的正 确与否对工程的设计及施工影响重大。黄陵至延安高速公路是国家规划建设的国家级主 干线路包( 头) 北( 海) 公路的重要路段，该项目的建设实施，对改善公路路网布局， 特别对加快陕北能源开发，促进区域经济发展起着十分重要的作用。该路段路基土以黄 土为主，其中特殊性岩土路基比较发育，以软土及湿陷性黄土为主。本文围绕黄延高速 公路路基的具体情况，重点对公路路基的沉降变形进行了分析和评价，探讨了软弱路基 的处理方案。通过研究，本文主要得出如下认识： ( 1 ) 分析了研究区地质、工程地质背景：黄延高速公路穿越黄土塬峁梁丘陵地貌。地 质构造简单，地层平缓。全线仅发现四条小断层，未发现有明显影响线路稳定的地质构 造，构造运动平稳。地表水系不甚发育，地下水以基岩裂隙水为主。拟建路线选线合理， 沿线工程地质条件良好，适宜建路。 但) 分析与研究了沿线的路基组成，根据各种特殊性岩土的分布及其特点，对路基进 行了稳定、次稳定、不稳定三种类型的划分。 f 3 ) 通过对路基某一断面用f l a c ”进行计算，实例计算表明：路基的中、下部土体 有向内挤压的趋势，路基中心因为两端对称没有侧向位移，从路堤中心向路堤两端方向， 侧向位移逐渐增大，在路堤肩点以下侧向位移最大；随着荷载的增加路基沉降量随之增 大，但增加量呈现衰减的趋势，路基中心沉降量最大，路肩较小。 ( 4 ) 用双曲线法和三点法对路基三个断面进行沉降预测，依据软土的工程地质特征， 结果表明双曲线法更适合黄延高速公路软土路基的沉降预测。 ( 5 ) 在阐述路基沉降机理的基础上，分析了传统的路基沉降计算方法e p 曲线法与 e l g p 曲线法对路基总沉降量的计算带来了一定的偏差。依据软土的工程地质特征，二 者比较结果表明：e l g p 曲线法较为适合该研究区软土路基沉降计算。 ( 6 ) 利用毕肖普法、普遍条分法与总应力法对典型路堤的稳定性进行了计算与分析， 结果表明：黄延公路软土路基稳定系数偏低，需要对软土路基进行处理。 ( 7 ) 本文在探讨湿陷性黄土及软土各种处理措施的适用条件和优缺点的基础上，针对 研究区湿陷性黄土及软土的特点和实际情况，通过研究论证后认为：强夯法和灰土挤密 桩法适合该地区路段湿陷性黄土的处理，换填法和粉喷桩适合沿线软土的处理，并分别 对这四种地基处理方案进行了探讨，以期为该公路工程的实旌提供一定的参考。 关键词：路基；软土：黄土：湿陷性：沉降；预测；f l a c 3 0 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：t h es t a b i l i t ya n a l y s ea n de v a l u a t i o no fr o a d b e bo nh u a n g y a n e x p r e s s w a y s p e c i a l t y ：g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g n a m e ： f e n gj i a n g 。i n s t r u c t o r ：f a nh u a i r e n a b s t r a c t ( s i g n a t u 托) ! ! 竺! 垫 ( s i g n a t u r e ) w i t ht h el a r g e - s c a l ec o n s t r u c t i o no f e x p r e s s w a yi ns o f ts o i la r e a ，t h ep r o b l e mo fr o a d b e d s t a b i l i t ya p p e a r sf r e q u e n t l y t h ep r e c i s e n e s so fs t a b i l i t ye v a l u a t i o nh a sg r e a ti n f l u e n c eo nt h e d e s i g na n dc o n s t r u c t i o no f p r o j e c t h u a n g l i n gt oy a n a ne x p r e s s w a yi st h ei m p o r t a n tl i n ei nt h e n a t i o n a lm a i nh i g h w a y - - b a o t o ut ob e i h a i ，w h i c hi sp l a n n e da n dc o n s t r u c t e db yg o v e r n m e n t t h ec o n s t r u c t i o no ft h i sp r o j e c ti sv e r yi m p o r t a n tt oi m p r o v et h en a t i o n a ll a y o u to ft h er o a d n e t w o r k i te s p e c i a l l ym a k e sac r u c i a lr o l ei nt h ee n e r g ye x p l o i t a t i o ni nn o r t h e r no fs h a n x ia n d t h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n to ft h ea r e a t h ea d v e r s er o a d b e ds o i li n c l u d e sm a i n l yc o l l a p s i b l e l o e s sa n ds o f ts o i l b a s i n go nt h es p e c i f i cc i r c u m s t a n c eo fr o a d b e do fh u a n g y a ne x p r e s s w a y , t h i sp a p e re m p h a s i sa n a l y z e sa n dc a l c u l a t e st h es e t t l e m e n ta n dd i s t o r t i o no ft h er o a d b e d ， d i s c u s st h es c h e m e sa b o u tt r e a t m e n to fr o a d b e do fh u a n g y a ne x p r e s s w a y t h i sp a p e rh a s l a u n c h e dr e s e a r c ha n df o l l o w i n gc o n c l u s i o n sf i r eg o t t e n ： ( 1 ) a n a l y s e st h eg e o l o g i c a la n de n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lb a c k g r o u n do fr e s e a r c hr e g i o n ： h u a n g y a ne x p r e s s w a yc r o s s e s o v e rl o e s sp l a t e a uh i l l yg r o u n dg e o m o r p h y t h eg e o l o g i c a l s t r u c t u r ei ss i m p l ea n ds t r u c t u r em o t i o ni ss l a c k i ti sf o u n do n l yf o u rs m a l lf a u l t sa l o n gt h e w h o l el i n e ，ad i s t i n c t i m p a c t o n t h el i n es t a b l e g e o l o g i c a l f o r m a t i o ni su n d i s c o v e r e d g e o l o g i c a l t e c t o n i cm o v e m e n ts m o o t h e s t h eh y d r o g r a f i c a ls y s t e mo fg r o u n ds u r f a c ei s u n d e r d e v e l o p m e n ta n du n d e r g r o u n dw a t e ri n c l u d e sm a i n l yb e d r o c k , f r a t u r ew a t e r t h e q u a s i r o a ds e l e c t sp r o p e rl i n ea n dt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc o n d i t i o na l o n gt h er o a di s g o o d s o ，i ti ss u i t a b l et ob ec o n s t r u c t e d ( 2 ) a n a l y s e sa n ds t u d i e st h ec o m p o s i t i o no fr o a d e da l o n gt h er o a d a c c o r d i n gt oa l lk i n d s o fd i s t r i b u t i o na n dc h a r a c t e r i s t i co fp e c u l i a r i t ys o i l ，t h r e er o a dt y p e sa r ed i v i d e d - - s t a b i l i t y r o a d b e d ，s e c o n ds t a b i l i t yr o a d b e d ，a n di n s t a b i l i t yr o a d b e d ( 3 ) c a l c u l a t i n gas e c t i o no ft h er o a d b e dw i t hf l a c 3 d ，t h ee x a c tc a l c u l a t i o ni n d i c a t e st h a t t h em i d d l ea n di o w e rr o a d b e ds o i lh a v et r e n do fe x t r u d i n gt oi n n e r r r h em i d d l er o a d b e dh a sn o l a t e r a ld i s p l a c e m e n tb e c a u s eo fb i l a t e r a ls y m m e t r y l a t e r a ld i s p l a c e m e n ta u g m e n t sg r a d u a l l y f r o mm i d d l er o a d b e dt ob i l a t e r a lr o a d b e da n dt h em a x i m a ll a t e r a ld i s p l a c e m e n ti sa tt h el o w e r o fr o a d b e ds h o u l d e r t h er o a d b e ds e t t l e m e n ta u g m e n t sg r a d u a l l yw i t he n t r y i n gi n t op o w e rb u t t h en u m e r i c a ln u m b e ri sb e c o m et ow e a k e n i n gt r e n d t h em a x i m a ls e t t l e m e n ti sa tm i d d | e r g a d b e da n dt h em i n i m u mi sa tr o a d b e ds h o u l d e r s ( 4 ) s e t t l e m e n to fr o a d b e di sp r e d i c t e db yh y p e r b o l i cm e t h o da n dt h r e e - p o i n tm e t h o d a c c o r d i n gt oe n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i co fs o f ts o i l ，t h er e s u l t si n d i c a t et h a t h y p e r b o l i cm e t h o d i sb e t t e rf i tf o rt h es o f t s o i ls e t t l e m e n t p r e d i c t i o no nh u a n g y a n e x p r e s s w a y ( 5 ) b ye x p l a i n i n gt h es e t t l e m e n tm e c h a n i s mo ft h er o a d b e d ，t h ep a p e ra n a l y s e sd e v i a t i o n o ft r a d i t i o n a lc a l c u l a t i o nm e t h o da b o u ts e t t l e m e n to fr o a d b e di n c l u d i n ge l g pc u r v em e t h o d m a de pc u r v em e t h o d c o m p a r er e s u l ti n d i c a t et h a te i g pc u r v em e t h o di sm o r es u i t a b l et o t h es e t t l e m e n tc a l c u l a t i o no fr o a d b e di nr e s e a r c ha r e aa c c o r d i n gt oe n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i co fs o f ts o i l ( 6 ) t h es t a b i l i t yo fr o a d b e di sc a l c u l a t e db yb i s h o pm e t h o d ，s t r i pm e t h o da n dt o t a ls t r e s s a n a l y s i sm e t h o d ；t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h es t a b i l i t yc o e f f i c i e n to fr o a d b e di sl o wa n d t r e a t m e n ti sn e e d e d ( 7 ) b a s e do na p p l i a n c ec o n d i t i o na n dm e r i t sa n df a u l t so fa l lk i n d st r e a t m e n tm e t h o d st o t h ec o l l a p s i b l el o e s sa n ds o f ts o i l ，a g a i n s tc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o l l a p s i b l el o e s sa n ds o f ts o i l ， t h ec o n c l u s i o ni sa r r i v e d c o m p a c t e dm e t h o da n dl i m e - s o i lc o m p a c t i o np i l ea r ef i tf o rt h e c o l l a p s i b l el o e s st r e a t m e n t ；r e v e r s i n gf i l la n dd u s tj e tp i l ea r ef i tf o rs o f ts o i l f o u rp r o g r a m s a r ed e s i g n e di n d i v i d u a l l yt og i v es u g g e s t i o nf o re n g i n e e r i n g k e y w o r d s ：r o a d b e ds o f ts o i ll o e s s c o l l a p s i b l e s e t t l e m e n t p r e d i c t i o n f l a c 3 0 t h e s i s ： a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 姿料技丈擎 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：召糟 日期： ) ，州占缸 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可咀采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：玛均 指导教师签名： 臻何移 1 0 0 9 年4 月，日 绪论 1 1 问题的提出 1 绪论 我国地域辽阔，从沿海到内陆，由山区到平原，分布着各种各样的地基土，这些地 基土中，不少为软弱土和不良土。其中，软粘土地基是在工程实践中遇到最多而需要进 行人工处理的不良地基。 软粘土是第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相、溺谷相和湖沼相的粘性土沉 积物或河流冲积物，属于近代沉积物，其中最为软弱的是淤泥和淤泥质土。软土的特点 是含水量高、抗剪强度低、压缩性大、灵敏度高；在荷载的作用下，地基承载力低，容 易发生稳定事故，地基沉降变形大，不均匀沉降也大，而且沉降稳定历时较长口 。软 土广泛的分布在我国东南沿海和内陆，例如：天津，上海，杭州，福州，广州等沿海地 区以及昆明，贵阳，武汉等内陆地区。这些地区的许多工业与民用建筑、公路、铁路、 港口码头和水利等工程常常不得不兴建软粘土地基上，鉴于我国当前大力开发沿海地 区，对软粘土的深入研究尤其成为一项迫在眉睫的课题【3 j 【4 j 。 高速公路软基路堤的稳定性由于高速公路自身的建设特点及软土的特殊性质，有其 自身的特点，有别于其他工程的稳定问题。路基是路面的基础。高等级公路路面的造价 昂贵，技术标准高，因此，对路基变形与稳定性的要求十分严格而软土的天然含水量高、 孔隙比大、强度低、透水性弱、压缩性高、结构性强且易受扰动影响，在其上修建公路 时，容易产生路堤失稳或沉降过大等问题。另外公路路线很长，沿线的工程地质条件变 化很大，因此，也不能像工业与民用建筑物地基那样对软土地基进行十分详细的试验勘 察和精心地施工处理。公路沿线的地形条件复杂，施工车辆及机械的通行频繁，且施工 加载的方式及顺序变化较大，这些都使地基的基本特性以及先期受压和被扰动的状态不 易准确掌握”。 软土地区的高速公路修建，稳定和沉降是技术上的两大难题，其中稳定性问题又是 最基本，关系着工程的安全、施工进度、工程质量等至关重要的问题。随着高速公路在 软土地区的大规模兴建，工程要求在深厚软基上填筑高填方路堤，又由于工程对工后沉 降的严格要求，要求增加预压时间而使得填筑时间的相对缩短，直接造成了工期紧迫， 对路堤的稳定性问题提出更高要求。如广东西部沿海高速公路台山段3 2 公里的软基路 段，至9 8 年开工至今有7 处路堤出现开裂、跨塌等失稳事故：广东新台高速公路在施 工过程中也有4 处稳定性事故。严重影响了工程的进度、质量给建设单位造成了很大的 麻烦。一方面说明我们对软土的认识仍然不够，在加固方法及施工工艺方面需要改进； 另一方面也说明应用在软土地基上的稳定性计算方法理论方面有待进一步深入研究。 西安科技大学硕士学位论文 目前，工程中解决软土路基变形与稳定性问题的主要措旋有如下几个方面：一是增长 施工预压期，使软土地基的强度随着施工加载有所提高，地基的沉降尽可能多地在施工 期间产生，稳定性逐步提高，现在发展的薄层轮加法就是密切配合强度的增加，逐层填 土，缩短填土时间，增长施工预压期。二是增大地基土的排水固结速率，即采用在地基 中打设砂井、排水板、措施，长快，使得软土地基在给定的施工期内产生的排水固结沉 降大，抽真空等处理土体的强度增使稳定性逐步提高。三是减小地基总沉降，使得地基 在给定的外荷载下所产生的总沉降减小，即采用桩体复合地基等措施并提高地基的承载 力，减小工后沉降。四是采用临时过渡路面，待路基变形稳定后，再修筑正式路面。五 是采用提高路基设计标高的方法预留沉降量州【l “。 1 2 研究的意义 长期以来，在高速公路建设的实践中形成了比较成熟的地基处理设计方法与旋工技 术，积累了一定的经验。但是，深厚软土地基经过以稳定为目标的处理后，路基的长期 变形问题依未完全得到解决，主要是工后沉降过大，导致公路路面平整度差和桥头跳车 现象严重，往往隔不了多长时间就需重修路面，造成巨大的经济损失。通过实践，人们 认识到必须控制地基的变形尤其是工后沉降，才能更好地保证工程的质量和安全。为了 控制地基的工后沉降就必须根据已有的资料对地基的工后沉降进行合理的预测。 因此，软基路段地基工后沉降问题的研究，对保证高速公路建设质量、正常运营以 及延长公路的使用寿命具有重要的意义。为使高速公路建成通车后，确保路面的使用质 量，必须重视软土路段地基的处治，而地基沉降计算是决定软基是否需要处理的重要步 骤。虽然地基沉降计算理论有了很大的改进，但计算的沉降量与实测的沉降量仍然存在 不小的差距。所以，从工程建设的发展与需求来看，还需对现有的地基沉降计算方法以 及根据现有实测资料对工后沉降的预测方法作进一步的研究与改进，使沉降的计算值与 实测值更接近，从而更好地为工程建设服务。 另外，在陕北地区修建各等级公路时，首先要重视的便是黄土的湿陷性，需要解决 的主要问题也就是减轻黄土湿陷性，提高地基强度，或对黄土地基进行整治与加固，这 也是黄土地区筑路技术的难点所在。为了提高公路建设质量，把因黄土湿陷而造成的公 路病害消除在萌芽阶段，很有必要找出合适的防治对策，以便指导陕北地区公路的设计 和施工。 1 _ 3 研究现状及存在的问题 现有的软土路基沉降计算方法可划分为数值分析法和理论公式法两类。其中，数值 分析法可以较全面地考虑土体变形特性及其边界条件，理论上较严密。但这种方法比较 复杂，工作量大，计算参数的选取较为困难，目前主要应用于理论研究和重大工程，且 有待于完善。工程中通常采用理论公式法，这类方法具有简便、直观，计算参数少且易 取得等优点。弹性力学的发展为沉降问题的研究提供了必要的手段，从而为t e r z a g h i 开 创的土体变形研究提供了客观条件【l 。白1 9 2 3 年t e r z a g h i 一维固结理论问世以来，极 大地促进了土力学理论的发展，有力地指导了土工结构物的没计与施工【1 。对于简单的 几何形状和边界条件可以得到解析解，对于比较复杂的边界条件和几何形状可以用有限 差分法求解1 2 。国内外关于软土路基沉降的计算方法很多，常见的几种求路基固结总沉 降的方法有： ( 1 ) 分层总和法m 1 它的基本原理是假设地基为直线变形体，地基变形只发生在有限厚度范围内，将这 一厚度内的压缩层地基土分层，先求出各分层的应力，后用土的应力应变关系式求 出各分层的变形量，最后总和起来作为地基的最终变形且【3 0 】。分层总和法是先求出路基 土的竖向应力，然后用室内压缩曲线或相应的压缩性指标，压缩系数或压缩模量分层计 算沉降量再总和起来的方法，这种方法没有考虑路基土的前期应力。e l g p 曲线法可以 克服这个不足，能够求出正常固结、超固结和欠固结情况下路基土的沉降。但这两种都 是完全侧限条件下的变形计算方法。目前，我国现行的建筑地基基础设计规范为了 改善计算结果，根据实际观测资料统计分析，采用经验系数对分层总和法进行修正，而 司开普顿和比伦利用半经验方法来解决这一问题【7 8 j ( 2 ) 按应力路径计算沉降6 】【7 1 应力路径法是用应力轨迹表示工地现场在施工前、施工期间以及完工后路基内部的 应力变化情况。直接用有效应力路径来计算沉降的步骤是：在现场荷载下选择需要计 算的沉降点：在实验室做这些土体单元的室内试验，复制现场有效应力路径，并量取 试验各阶段的垂直应变：将各阶段的垂直应变乘上土层厚度，即得初始及最后沉降。 有效应力路径法可以克服估计初始超孔隙压力以及固结沉降的衔接上存在不够合理的 地方这个缺点，但它无法避免用弹性理论来计算土体中的应力增量，这样在计算理论上 就存在着缺陷。 ( 3 ) 有限单元法计算沉降量 有限单元法是将路基和路堤作为一个整体来分析，将其划分网格，形成离散体结构， 在荷载作用下算得任一时刻路基和路堤各点的位移和应力。其中路基顶面的竖向位移就 是所要求的沉降。该法除了可以采用非线弹性、弹塑性、粘弹一塑性等多种描述土体应 力一应变关系的模型外，目前己能考虑到较为复杂的土体本构关系，如一些考虑流变的 粘弹一塑性模型【9 】【1 0 】。目前，用的最广的是邓肯张双曲线模型。该方法将路基作为 二维甚至三维问题来考虑，可以反映侧向变形对沉降的影响。它还可以考虑应力历史对 变形的影响，可以考虑土与结构物的相互作用，考虑复杂的边界条件，考虑施工逐级加 载，考虑土层的各向异性等。它对土体的固结计算，可以采用比奥固结理论，避免了_ 西安科技大学硕士学位论文 维固结计算的许多弊端，从计算方法上来说，应用数值计算中的有限单元法进行沉降计 算，能够得到比较精确的结果，同时也可以考虑到各种复杂的边界条件i j l - 3 5 1 。它的缺点 是计算工作量大，其采用的模型中所涉及的计算参数多而且确定困难，要做三轴排水试 验来确定，目前主要用于重要工程、重点地段的计算。 ( 4 ) 反分析法确定沉降量 反分析法是依靠在工程现场获取位移量测信息反演确定各类未知参数的理论和方 法h j 。通过位移反分析法进行路基沉降变形预测，国内外已进行了广泛的研究。在本构 模型方面，反分析方法己由弹性问题发展到了弹塑性和粘弹塑性问题。弹塑性和粘弹塑 性位移反分析的理论和方法发展很快，但实用上有许多困难，主要为隐式非线性问题只 能用直接法寻优，效果不佳。在反分析确定了路基参数后再根据所选择的模型能准确的 求出路基的沉降量。进行反分析计算需要：一套可靠和完整的数据测定；反算某些参数 时，对其它一些辅助参数要进行实测或者进行估计：进行反分析首先要对整个数学模型 进行某种假定，这些假定的可靠度将影响反分析的适用性：在反分析的模型选择、介质 特性假定等方面，经验的工程判断将起到重要作用。这样以来就会给反分析法计算路基 沉降量带来一定的误差。 ( 5 ) 实测沉降过程的回归分析方法。 拟设若干数学模型，优化参数，选取与实测过程吻合较好的拟合曲线。近儿年有人 提出用灰色理论建模推求沉降的方法，得到比较满意的结果 3 6 - 4 1 。 其它计算方法如改进分层总和法考虑应力路径的沉降计算方法1 4 2 1 4 3 等。 1 4 本文主要研究内容及技术路线 l 4 l 研究方法与主要研究内容 在软土地基上修建高速公路，如何控制路基的沉降速率和工后沉降量是影响工程质 量的关键性问题。而如何通过实测资料来准确计算和预测最终沉降量是我们现在需要解 决的问题。高速公路工后沉降的设计要求很高，相应对软土路基变形的预测计算精度要 求也很高。本文依托黄延高速公路建设项目，基于软基沉降原理、计算方法，地基处理 技术，主要研究内容如下： 1 、在分析黄延高速公路所处地质背景的基础上，重点研究该路段路基的物质组成 及其分布特点； 2 、针对软弱路基土即软土的特点，进行路基沉降量的计算及应力场的模拟，分析 变形机理； 3 、对沿线软弱路基的稳定性分别做出评价： 4 、针对公路沿线湿陷性黄土及软土路基的沉降变形情况，对处理方案进行探讨， 4 1 绪论 并提出治理建议。 1 4 2 技术路线 西安科技大学硕士学位论文 2 研究区地质概况 2 1 工程概况 黄陵至延安高速公路是国家规划建设的 西部开发八条公路干线包( 头) 北( 海) 公路的重要路段，是陕西省“米”字形公路主 骨架中纵贯全省，连接陕北、关中和陕南的 纵向运输主干线的重要组成部分。拟建高速 公路起自铜( j 1 1 ) 黄( 陵) 一级公路终点 黄陵县康崖底，终点至延安市河庄坪，全长 1 4 3 9 1 k m 。该线路位于陕北黄土高原南部， 经过黄土塬、梁、峁等全部黄土地貌，并多 沿山区沟谷展布，再加上翻越乔山、崂山等 分水岭，其地形更加破碎。个别路段( 如k 2 2 0 + 1 0 0 k 2 2 5 + 3 0 0 ) 经过沟谷地区，并有季 节性流水及泉水出露，沟底地下水位埋藏浅； 个别路段( 如k 2 3 7 + 8 0 0 k 2 5 2 + 0 0 0 ) 河谷 呈“u ”型谷，谷底宽1 4 0 1 8 0 m ，有较明显的 河床及河漫滩，河漫滩多软土分布。为提高 工程建设质量，加强黄土地区工程地质研究， 加强软土路段地基沉降分析及其处理势在必 行。 2 2 自然地理 图2 1 黄延高速公路交通位置图 2 2 1 气候、气象及水文 该地区属典型的半干旱大陆性气候，据气象站资料，各气象要素年内变化较大，多 年平均气温7 4 1 0 7 0 c ，元月份最低，多年平均5 0 一1 0 2 。c ，极端最低一2 2 0 - - - - 2 5 4 。c ，七月份最高，平均气温2 1 4 - - 2 4 8 。c ，极端最高气温3 6 0 3 9 7 。c 。降水 量多年平均5 5 2 0 6 3 1 0 m m ，最低3 3 0 m m ，最高8 7 1 21 1 1 ，降水多集中在七、八、九 月，最迟延续至十月上旬，占全年降水量的5 5 6 0 ，年内分配极不均匀，且多为阵 雨、暴雨，因而容易造成水土流失及地质灾害。蒸发较为强烈，一般为1 5 8 2 7 m m ，多 2 研究区地质概况 年平均最高达1 7 9 3 5 m m ，为大气降水量的3 4 倍，潮湿系数o 4 4 o 4 5 。 公路沿线属黄河水系，以崂山山脉为分水岭，北为延河流域，南为洛河流域。延河 发源于白于山，经安塞、延安、延j i 汇入黄河，流域全长2 8 4 i h n ，集水总面积7 6 8 7 k m 2 ， 落差1 17 5 7 m ，全程均流经黄土梁峁区，流量一般为2 2 4 9 7 1 m 3 s ，最大为7 2 0 0m 3 s ： 洛河发源于白于山西段南坡，经甘泉、洛川、白水、大荔汇渭而入黄河，其在陕甘宁盆 地流域长度4 2 8 1 k m ，集水总面积2 0 8 2 6 k m 2 ，落差1 0 7 0 m ，年常流量3 2 5 m 3 s ，最大为 6 8 3 0m 3 s 。两河均发育众多支流及河谷，以地下水补给形成常流水，含砂量高，侵蚀模 数一般为1 5 1 5 2 t k m 2 ，是我国黄河中游水土流失最为严重的地区之一。 2 2 2 地势及地貌 路线穿越陕北南部的黄土丘陵地带，地势总的趋势是北高南低，由西北向东南倾斜， 海拔高程一般1 0 0 0 1 5 0 0 m ，其间河谷深切，山岭突起。相对高差塬区一般1 5 0 2 0 0 m ， 梁峁区1 0 0 2 0 0 m ，分水岭及河间地块可达3 0 0 m 以上。总的地形变化规律由南而北沟 谷切割增强，地形支离破碎，水土流失严重，从而形成由塬、梁峁过渡到峁的典型黄土 丘陵，构成一幅黄色波浪景观。 路线所处地貌单元为陕北黄土高原。按切割程度、地貌形态，一般进一步划分为黄土塬、 黄土梁、黄土峁和石质山地。为适用公路建设，将其中较大的河谷、沟谷地带含洛河、 延河等单独划分为河谷地貌与沟谷地貌。 ( 1 ) 黄土塬区：主要分布于富县的安沟牛武川一带，即宜兰公路以南，其中以洛 川塬最著名，是陕北黄土塬的代表。塬面平坦，自南而北抬升，切割深度加大，相对高 差1 5 0 2 0 0 m 。洛河及其支流切穿黄土深入基岩，黄土地层齐全，分布稳定。由于受单 向或双向沟谷切割作用，塬区愈来愈破碎，故而又称破碎塬。塬区沟谷发育，其所占面 积已超过7 0 8 0 ，尤其是主沟的上游及支沟一带，多为谷底占据，主沟一般呈“u ”型， 断续发育阶地；支沟多呈“v ”型，谷坡一般陡峭，多发育滑坡、崩塌等不良地质现象。 ( 2 ) 黄土梁区：主要分布于崂山山脉的湫沿山、蟠龙山以南，包括甘泉、宜川i 的大部 分地区。梁呈狭条状，较平坦，略微从分水岭向河谷倾斜，坡度5 1 0 。，梁面高程1 2 5 0 1 3 5 0 m 。冲沟极发育，多以双向和三向倾斜，故使梁不断变窄缩短，直至梁峁化。主要 由黄土及红土构成，梁边及沟头多发育滑塌及陷穴等不良地质现象。 ( 3 ) 黄土峁区：主要分布于崂山以北的延安地区，黄土高原已经全部丘陵化，也构成 了高原的主体。峁顶高程一般l l o o 1 3 0 0 m ，受多向河谷侵蚀十分严重，相对高差1 0 0 2 0 0 m 。主要由黄土及红土组成，绝大部分冲沟都切穿土状堆积物而深入基岩，斜坡带多 发生崩塌、滑坡、泄溜等现象。流水侵蚀强烈，水土流失非常严重。 ( 4 ) 河谷区：主要分布于洛河及其主要直流沮水、葫芦河、杜家河、界子河、牛武川 等的下游河段以及延河及其支流南川、杜甫川、西川等的中下游段。河谷一般较开阔， 西安科技大学硕士学位论文 河流都有常流水，河曲发育，深切基岩。河谷中一般堆积一、二级别阶地，个别段发育 三、四级高阶地，断续发育，不对称分布，属基座式阶地。阶地表面堆积黄土或粉质粘 土，下部多含砂、砾、碎石，局部成层。 ( 5 ) 沟谷区：主要分布于黄土塬、梁区的黄土冲沟。包括道南沟、北沟、牛武川、四 家翁j j i 等。两岸黄土边坡陡峭，滑坡、崩塌等不良地质现象发育，谷坡脚一般堆积坡积 物等松散沉积物，沟谷地形较平坦，宽约4 0 1 5 0 m ，谷底见季节性地表细流，地下水 位埋藏浅。一般堆积松散冲洪积物，以粉质粘土为主，土的状态易受降水影响，局部含 水量高，夹淤泥质条纹，呈软流塑状态，具高压缩性，形成软土。 2 3 工程地质条件 2 3 1 地层岩性 研究区位于陕甘宁盆地偏东南位置，其地层单元归属华北地层区陕甘宁盆地分区。 根据陕西区域地质志及路线勘察资料，拟建公路沿线所见地层见图2 2 “研究区地层 综合柱状图”。 地层岩性由新到老简述如下： l 、第四系全新统 ( 1 ) 全新统早期冲洪积层( q 4 2 a i + p 。) ：主要分布于河流及沟谷，组成现在河床及高漫 滩，由一套粉质粘土、粉土、含砾粉质粘土、砂砾卵石等组成，厚约5 8 m ，但支沟内 一般不足5 m ； ( 2 ) 全新统晚期冲洪积层( q 41 a l + p 1 ) ：主要分布于洛河、延河及主要支流，组成一级 阶地堆积物，厚约5 2 0 m 。岩性一般分为上、下两层，上层为灰黄色粉质粘土等细粒 相物质，部分地段发育粉细砂层，下层为粗砾相浅灰色、杂色砂砾卵石，或央细砂层， 甚至粘土层，具明显的二元结构； ( 3 ) 全新统其它堆积层( 如q 4 。、q 。“、o 。出1 等) ：一般为多种土质混杂，并含砂卵砾 石。 2 、上更新统( q 3 ) ( 1 ) 上更新统马兰组( q 3 2 e 0 1 ) ：分布于残塬区的顶部及i i 级阶地上部，为风积黄 土较新的部分，多出露地表，与离石组( 老黄土) 呈披盖式接触关系，甚至披盖于二级 阶地上。岩性为灰黄、浅黄色黄土，底部为一层棕红色古土壤与离石组为界，具典型黄 土特征，惟颗粒愈向北愈粗，形成“砂黄土”。厚度变化大，薄者不足l o m ，厚着2 0 3 0 m ： 2 研究区地质概况 勘察区地层综合柱状图 地层单位名称 界 系统 组i 段 地方性单位 代号 厚度 ( m ) 柱状剖面 地层描述 新 生 界 筇 四 系 全 新 统 q 掣十p 1 5 1 2 至鲁泽淼篇篇羰鞣：? q 1 p 15 2 0 1 1 ：；! ；三! ! ：k 部为粉质粘土、粉土，局部夹扁豆体状砂卵石下部为砂 一，日。一。即石肯砂砾u 枯土一 5 4 0j 级孑孑纠降黄色黄土状糟质粘上、枯土，古钙字结核土腼不均- 结 ：垂2 ：；孕翟塑堕堡： 三孚；乒纠 灰黄色黄土状粉土、糟质枯土柠土夹碎石。 ：，：1 1 。 绥缀| * 黄t 黄t n 粉t 、n m * t ，耪t * 碎t 。 芳芳碜崭_ _ 4 8 1 5 上更 新统 0 1 2 厶叫上部为弧黄色黄土状粉土，下部为砂，砂砾卵石或告砂砾粉 二鬈二三，一| 质枯士，疏松，分选币均，摩圆度好。 0 3 中更 新统 酬 1 0 3 新黄土，浅黄或灰黄色黄土状粉土，疏松具人孔随垂直 节理不发育。 6 0 下更 新统 q 罕1 , 4 0 6 0 系 新 统 保 德 组 n 2 b l o 4 0 由 生 界 侏 罗 系 由 侏 罗 系 延 安 组 园 段 宝塔 山段 五y 2 l5 0 2 0 0 1 2 0 2 0 0 上部为荻黄色黄土状粉质轱土一微红色粘土古钙质结拔，土 质不均，结构疏秘：下部为世砾卵石 黄土越黄，战棕黄色，黄土状粉上。壤街坚硬，其中夹 余层 土壤盐钙质结植，古土壤分布不十分清楚下部密 古黄上浅肉红拽棕红灰白色主要南粉质精土、祜土组 成；夹1 0 泉层古土壤b i 且化，不具土壤特征。呈钙板状 结构致桁坚硬，与弟四系不整台接触。 部棕色枯土，夹钙质结棱，厚3 4 0 m 下部山半歧结的 砾岩，坚硬，厚l 2 m 。 下侏 罗系 富 县 组 7 0 8 0 t 部为簿层混岩，央薄层或透镜体船砂岩脏结致密，官台植 物化石铁质结杜：下部为厚层坍状细砂岩与泥岩、砂质泥 岩互层。砂岩横向变化大，与f 伏地层整音接触。 迭 系 上 = 迭 系 瓦窑 堡组 t 3 w 2 0 0 2 3 0 右英砂岩，雇部为砾状砂岩或砾岩，弗中夹少许泥岩，表 风化强烈成疏挫多孔，琏崖处出现蜂窝状构造与f 伏地 假整音。 坪 组 胡家 村组 9 5 2 0 0 上部为细世岩与蚧质泥岩、页岩互层中部为粉细砂岩与 砂质扼岩互层，下部为细砂岩炎粉砂岩与瓦崭毋组平行 不整台接触。 2 1 0 3 2 5 中厚层细砂岩、薄层耪砂岩与粉质泥岩、页岩互层台煤 线厦煤层与永平组整台接触。 ! 壁岩与! 壁质韭重墨至兰星- 壁垒堡些 中厚层细砂岩与粉砂质泥岩、页岩互层。 幽2 2研究区地层综合枉状图 ( 2 ) 上更新统冲积层( q 3 a 1 ) 或冲洪积层( q 3 a l + p 1 ) ：分布于洛河、延河二级阶地或冲 9 西安科技大学硕士学位论文 ；i ；i i i i i ；i i ；i i ；i ；i i i i i i i i i i i i i i i i ；i i i i ；i i i i i i i i i i i i ；i i i ；i ；i i i i i i i i i i i 沟进入主沟沟口的冲洪积扇，厚约1 0 1 5 m ，支沟仅数米。岩性上部为扶黄、浅黄色黄 土状粉质粘土，疏松具层理；下部为中粗砂、砂跞石、卵砾石或含砂、砂粉质粘土组成， 含泥量大，分选性差，磨圆度般，二者组成阶地的二元结构。 3 、中更新统( q 2 ) ( 1 ) 中更新统离石组( q 2 “) ：广泛分布于黄土高原，是构成高原的主体，为风积黄 土较老的部分，故又成老黄土。多出露冲沟两侧陡壁，厚度变化大，一般6 0 1 5 0 m 。 钻孔揭露厚度8 1 9 m ，岩性为褐黄、棕红色黄土夹1 0 1 2 层古土壤，白上而下黄土由较 疏松逐渐变为较密实，古土壤由厚变薄，颜色由深变浅，钙质结核由粒变成板状。与下 伏午城组呈平行不整合接触； ( 2 ) 中更新统冲洪积层( q 2 “+ p 1 ) ：主要分布于洛河、延河及其主要支流、支沟的三 级阶地或级阶地上部。厚约1 0 0 2 0 0 m ，支沟仅数米。岩性上部为灰黄、浅黄色黄 土状粉质粘土，疏松具层理，下部为砂砾石、砾石或含砂、砾粉质粘土组成，分选性差， 二者组成阶地的二元结构。 4 、下更新统( q i ) 下