海洋岩土工程勘察讲义（24图文丰富）

第十三章章海洋洋岩土工工程勘察察本章重点点：海洋沉积积物的工工程地质质特征；；海港的的工程地地质问题题及其处处理措施施，港口口工程地地质勘察察要点。。第一节概概述一、海洋洋工程的的分类1、港湾工工程：港港口、船船厂、海海湾水库库、海上上架桥、、围海造造田、海海上机场场及海上上城市2、海洋动动力工程程：潮汐汐、波浪浪及海水水温差发发电站3、以海底底石油为为中心的的海洋矿矿产资源源开发工工程：海海洋石油油钻探平平台、人人工岛、、海底储储油罐库库及海底底输油管管等4、海底电电缆、地地锚工程程5、海底隧隧道及海海底仓库库工程6、海中瞭瞭望塔、、灯塔7、军事海海洋工程程：军事事基地、、水下补补给基地地、水下下兵工厂厂、水下下观测系系统及反反潜环境境预报系系统等第二节海海洋洋沉积物物的工程程地质特特征及变变形破坏坏型式一、海洋洋沉积物物的工程程地质特特征1.高灵敏度度。由于海水水的离子子作用，，海洋沉沉积物的的灵敏度度一般都都在4以上。也也就是说说，当海海洋沉积积物受到到扰动时时其强度度可丧失失75％以上，，有的甚甚至可达达98.8％。2.高孔隙性性。由于海水水的长期期作用，，粘土质质海洋沉沉积物戍戍典型的的絮状结结构，絮絮状的细细小粒子子堆聚成成巨大的的絮状物物，其孔孔隙比一一般都大大于1.5，有的甚甚至可高高达5.4。3.高触变性性。粘土质海海洋沉积积物的胶胶体特性性很强，，在海洋洋环境中中粘土粒粒子之间间有一定定的结构构联结。。当沉积积物被扰扰动时结结构联结结遭到破破坏并发发生胶溶溶作用，，强度大大大降低低甚至变变成稀释释状态，，但当其其静止后后由于凝凝聚作用用又会使使沉积物物的强度度有所恢恢复。所所以这种种高触变变性可以以多次重重复发生生。4.高蠕变性性。粘土质海海洋沉积积物在固固定不变变的或连连续发生生的剪切切应力作作用下，，随着时时间的延延续会产产生长期期的流变变变形，，常使建建筑物的的沉降持持续很多多年。5.高液化性性。细粒砂质质海洋沉沉积物在在某种动动力作用用下，瞬瞬息间就就会使饱饱水砂的的结构突突然破坏坏，砂粒粒相互脱脱离接触触，孔隙隙水压力力增至全全应力，，砂粒悬悬浮而失失稳，使使建筑物物地基产产生不均均匀沉降降，或由由于液化化的砂土土向旁侧侧流出使使建筑物物遭到破破坏。6.高含水性性。海洋沉积积物的天天然含水水率都在在塑限以以上，且且大部分分超过了了液限，，有的高高达423％。资料料表明，，海洋沉沉积物的的这种高高含水性性是随深深度的增增大而降降低的，，致使其其抗剪强强度随深深度的增增大而增增大。7.高压缩性性。粘土质海海洋沉积积物属高高压缩性性软土，，压缩系系数一般般都大于于0.816μ㎡㎡／N，有的可可高达20.4μ㎡㎡／N，因此海海洋工程程建筑的的沉降量量都非常常大。8.低渗透性性。粘土质海海洋沉积积物基本本上是不不透水的的，这对对地基的的固结不不利，所所以海洋洋工程建建筑地基基沉降延延续的时时间很长长。9.低强度。。海洋沉积积物的力力学强度度很低，，局部地地方甚至至可出现现负强度度。10.高变异性性。海洋沉积积物就其其成因类类型而言言并不如如陆地沉沉积物多多，但海海洋沉积积物在空空间分布布的变化化上却比比陆地沉沉积物大大得多。。二、海洋洋沉积物物变形破破坏的主主要型式式海洋沉积积物特别别是三角角洲沉积积物，在在不断增增加的沉沉积作用用、海浪浪、地震震等超荷荷载的影影响下常常产生负负强度效效应而导导致变形形和破坏坏。其变变形破坏坏的主要要型式是是滑坡。。这些滑滑坡大致致可以分分为以下下几种类类型：1．边缘旋旋转型滑滑坡这类滑坡坡是在一一种凹透透镜状的的曲线底底部之上上发生的的滑动。。多个剪剪切破裂裂面同时时开裂发发展到共共同的平平行于沉沉积基底底的底部部剪切面面。产生生这类滑滑坡的主主要原因因是由于于沉积速速度过快快造成的的超孔隙隙压力及及沉积体体前沿坡坡度过大大。2．滑塌沉沉陷型滑滑坡这类滑坡坡在平面面上呈碗碗状凹陷陷形，其其边缘被被明显的的陡坎所所圈定。。发生这这类滑坡坡的地区区海底坡坡度很小小，一般般仅0.1∘∘—0.2∘∘，产生这这类滑坡坡的原因因是各支支河口外外沉积物物的沉积积负荷差差异、波波浪压力力的循环环荷载和和有机质质递解不不断产生生天然气气。3．瓶颈型型滑坡这类滑坡坡从沉积积物开始始移动的的发源处处的上坡坡方向和和下坡方方向均有有滑动，，向上坡坡方向传传播的滑滑动使破破坏区不不断扩大大，称扩扩展破坏坏区。产产生这类类滑坡的的主要原原因可归归结为：：当沉积积物重塑塑到某一一含水量量时，较较高的天天然气和和孔隙水水压力使使沉积物物流出，，上坡方方向的斜斜坡失去去了支撑撑发生进进一步滑滑动，其其剪切面面的深度度一般在在泥面以以下10—20m处。4．延长型型滑坡这类滑坡坡多出现现在旋转转型滑坡坡受到特特殊干扰扰的时候候，多数数滑坡的的上坡方方向都有有一个滑滑动发源源区具有有明显的的旋转型型滑坡的的特征。。中部有有一个狭狭长的沟沟槽将上上坡方向向的滑坡坡发源区区和下坡坡方向的的组合坡坡脚扇连连接起来来。产生生这类滑滑坡的主主要原因因与瓶颈颈状滑坡坡相似。。第三节海海港港工程地地质研究究一、概述述二、海港港的主要要工程地地质问题题1、区域稳稳定问题题1）海岸是是地壳运运动和洋洋面变迁迁的共同同结果2）地质构构造对我我国海岸岸发育的的控制作作用3）海岸的的升降变变化对建建港的影影响2、码头及及防波堤堤的地基基稳定问问题不同类型型的建筑筑物对地地基允许许承载力力的要求求是不同同的。对对于码头头和防波波堤来说说，它们们是港口口的重型型建筑物物，而且且主要部部分甚至至全部是是建于海海滩上的的，修建建前不可可能很好好地整平平地基，，会因地地基倾斜斜导致建建筑物静静荷载合合理的作作用点偏偏离地基基中心，，使地基基承受倾倾斜力;强大海浪浪海流的的拖曳作作用也会会在地基基承压面面上产生生一个偏偏心力。。像这样样的倾斜斜负荷和和偏心负负荷，会会使地基基在一个个比正常常作用于于基础底底面上的的力低的的荷载下下就发生生破坏。。因此这这些建筑筑物对地地基允许许承载力力的要求求更高，，最好修修在基岩岩或砂砾砾石地基基上。3、港池和和航道的的回淤问问题及处处理措施施1）阻止淤积积物进入入海港的的措施根据淤积积物的来来源和性性质的不不同，一一般有三三种处理理方法。。(1)石子和粗粗砂类淤淤积物的的处理方方法粗粒淤积积物主要要发生在在侵蚀强强烈、流流速很大大的山区区河流之之河口处处。由于于粗粒物物质大多多沿河床床运动，，因此可可以在河河流上特特别是上上游支流流的入口口处，修修建低的的顺坝将将可能进进入海港港的大小小石子予予以阻拦拦，或者者将它们们引导到到别的地地方去。。(2)细粒淤积积物的处处理方法法一些位于于流速缓缓慢的河河口港，，因为潮潮水的反反复涨落落，水中中悬移质质含量较较重，容容易造成成海港回回淤。此此时可在在下游将将河口拓拓宽，借借用涨潮潮和退潮潮的河水水冲刷港港口河道道，以防防止海港港回淤。。此外，，如果装装有特别别设计的的单向潮潮闸，在在退潮的的时候对对汐砂加加以控制制，亦可可利用退退潮的力力量清除除港内的的淤积物物。(3)大量回淤淤的处理理方法当建港地地区的河河口淤塞塞十分严严重时，，则应建建筑离河河港以避避免回淤淤。这就就是将海海港建筑筑在离河河口一定定距离的的地方，，开挖一一条进港港河道把把海港与与河口连连接起来来。必要要时还可可在进港港河道上上建一闸闸，以便便在水浑浑浊时期期，将河河口与海海港隔离离开，达达到阻止止淤积物物进入海海港的目目的。2．清除港港内淤积积物的措措施目前清除除港内淤淤积物最最有效的的措施仍仍然是浚浚挖，就就是用挖挖泥船将将淤积物物挖除。。一艘新新式挖泥泥船有一一万匹马马力，每每天可挖挖泥2万米3以上，所所以用此此法来维维持一个个海港的的预定水水深是不不会有困困难的。。为了选择择合理的的防淤措措施，工工程地质质勘察中中必须查查明：淤淤积物的的主要来来源地及及其进入入海港的的方向；；淤积物物的性质质及其粗粗细程度度;淤积物的的大概数数量。三、港址址选择和和建筑物物结构设设计的工工程地质质论证(一)港址选择择的工程程地质论论证1、港址的的基本要要求港址选择择是一项项重要而而复杂的的工作。。良好的的港址能能够加快快施工速速度、缩缩短建设设时间、、节省建建设投资资，内部部配置合合理、经经营管理理便利，，船舶运运转安全全，迅速速、维修修工作少少，有利利于降低低运输费费用。因因此它应应满足以以下具体体要求：：(1)港湾应具具有宽阔阔的水域域以便于于船舶自自由进出出和回旋旋；(2)港池和航航道有较较大的水水深(一般不小小于12m)以便较大大船舶的的进出和和靠泊；；(3)港口水域域最好有有天然掩掩护，如如必须建建造防波波堤时，，则应有有较好的的地基条条件，以以保证防防波堤的的安全和和经济；；(4)冲、淤不不强烈，，以保证证港池和和航道的的稳定和和预计的的水深；；(5)要有方便便的船舶舶靠泊锚锚地，所所以海底底不能有有太多岩岩石，也也不能有有太多砂砂成全是是泥；(6)有足够的的陆域面面积，以以便于港港口作业业区和各各种建筑筑物合理理而有规规律地布布道。还还要有码码头等重重型建筑筑物的良良好地基基；(7)海港地处处国防前前哨，是是国家的的门户、、水陆交交通的枢枢纽，必必须满足足国防和和战备要要求；(8)有足够的的电源和和水源，，有良好好的施工工场地，，建筑材材料供应应方便并并尽可能能就地取取材以减减少运输输费用；；(9)与城市有有良好的的联系和和配合；；(10)岸线长度度和水、、陆域，，均应有有港口进进一步发发展的余余地。2．不同地地区港址址的特点点(1)海岸地区区港址的的特点根据组成成物质的的不同，，我国海海岸可分分为岩岸岸、砂岸岸和淤泥泥质海岸岸。岩岸岸线线曲折，，岸坡一一般较陡陡，近岸岸水深条条件好，，有掩护护较好的的海湾，，而且泥泥砂来源源少，地地基条件件好，容容易形成成天然良良港。沙岸岸线线平直，，岸坡较较缓，一一般是水水浅浪小小，泥砂砂来源多多，因此此主要问问题是如如何保证证减少港港内回淤淤以维持持适当的的水深。。淤泥质海海岸岸线线平直，，岸坡极极缓，深深水区离离岸极远远，沿岸岸泥砂运运动强烈烈，地基基条件差差。在这这种地区区建港，，回淤和和地基稳稳定问题题是主要要的工程程地质问问题。(2)河口地区区港址的的特点入海河口有有良好的的掩护和和深水岸岸线，且且地势开开阔平坦坦，在这这里建港港有条件件发展为为海陆联联运的枢枢纽。但但由于河河口外往往往有拦拦门砂存存在，航航道必须须在拦门门砂上开开挖，因因此河口口地区航航道的回回淤问题题就成为为必须解解决好的的首要问问题了。。对于有有河叉分分布的三三角洲，，则应选选择河床床较为稳稳定的叉叉河作为为航道。。此外，在在河，口口地区建建港，还还应选择择水深合合适的顺顺直段或或弯曲河河段的凹凹岸，潮潮流界附附近是淤淤积最严严重的河河段，一一般不宜宜建港，，为避免免潮流附附近的航航道经常常大量挖挖泥，故故应在潮潮流界以以下建港港为宜。。3．港址的的选择选择港址址时必须须根据对对港址的的要求，，全面研研究各比比较港址址的工程程地质条条件，特特别其中中的地质质构造、、地形地地貌和岩岩土工程程地质性性质等，，抓住区区域稳定定性、建建筑物配配置和地地基稳定定性、港港池回淤淤等主要要工程地地质问题题进行具具体地分分析对比比，才能能选出比比较优良良的港址址来。(二)防波堤的的布置和和结构选选择的论论证防波堤的的平面布布置型式式可分为为四种基基本类型型(图12-13）1．单突堤堤式：自自海岸适适当的地地点起构构筑一道道伸入海海中的防防波堤，，以形成成一片宁宁静的海海域作为为港口。。2．双突堤堤式：这这种港口口是由两两道防波波堤围合合而成。。这种布布置形式式较单突突堤式优优越，可可以阻挡挡几个不不同方向向的风浪浪和漂砂砂，也可可适应不不同的自自然地质质环境。。3．岛堤式式：将防防波堤全全筑于海海中如岛岛一样，，阻挡迎迎面袭来来的风浪浪和漂砂砂。防波波堤的形形式可直直可曲，，数量可可多可少少，视地地形地质质条件与与需要而而定。4．混合堤堤式：是是把突堤堤和岛堤堤联合起起来运用用以形成成港口。。它可适适用于各各种不同同的自然然地质环环境，同同时具有有多个进进出口，，非常方方便，故故常为大大型港口口所采用用。防波堤的的结构型型式也比比较多，，根据它它们对地地质条件件的要求求不同，，可分为为斜坡堤堤式，直直立堤式式，混成成堤式三三大类。。第四节离离岸建筑筑的工程程地质研研究一、离岸岸建筑的的类型及及其所处处的环境境特征离岸建筑筑(OffshoreStructure)是指那些些建筑在在距离海海岸相当当远的海海中建筑筑物，也也称为岸岸外建筑筑，除防防波堤外外，按其其用途还还有海洋洋钻探平平台，海海上灯塔塔，人工工岛(ArtfficiaIsland)，海上飞飞机场、、海上油油池和海海洋资料料收集塔塔台等。。二、海洋洋钻探平平台稳定定性问题题海洋钻探探和陆上上钻探的的主要区区别在于于海洋钻钻探必需需设置钻钻探平台台(plateform)。海上钻探探平台的的地基是是否稳定定，特别别是在风风浪等因因素作用用下是否否会因地地基的变变形失稳稳而导致致钻探平平台的滑滑移倾倒倒，是必必须予以以高度重重视的问问题。1969年8月17日卡米尔尔飓风袭袭击了墨墨西哥的的路易斯斯安那沿沿海地区区，致使使该处当当时世界界上工作作水深最最大的一一座固定定式海上上钻探平平台倒塌塌，造成成了巨大大的损失失，仅被被破坏的的设备就就价值1亿多美元元。究其其原因是是由于暴暴风波浪浪对沉积积物的扰扰动，强强度降低低，进而而向海底底下坡方方向滑塌塌，对平平台的基基础构件件造成巨巨大的水水平作用用力使其其发生弯弯曲破坏坏，导致致了平台台的倒塌塌。第五节海海洋洋建筑工工程地质质勘察要要点一、港口口工程地地质勘察察要点大中型港港口的工工程地质质勘察一一般与设设计阶段段相适应应地划分分为选址址勘察、、初步设设计工程程地质勘勘察和施施工图设设计工程程地质勘勘察三个个阶段。。(一)选址工程程地质勘勘察(选址勘察察)选址勘察察的目的的是概略略地了解解拟建港港址的工工程地质质条件，，为综合合评价港港址的建建设适宜宜性提供供工程地地质资料料。采用用的勘察察方法主主要是收收集已有有的资料料和现场场踏勘。。若需要要布置勘勘探工作作时，河河港勘探探点距顺顺岸向一一般为300—500m，垂岸向向100—200m；海港勘勘探点距距一般为为500一l000m，当基岩岩埋藏较较浅时可可适当加加密。勘勘探深度度一般均均不超过过40m。勘探宜宜采标贯贯试验等等简单方方法。(二)初步设计计阶段工工程地质质勘察(初勘)初勘的目目的是为为在已选选定的港港址上合