Research on the identification and engineering characteristics of recently deposited soils in the Tianjin Binhai New Area
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摘要:
基于古海岸线及测年试验分析，对滨海新区上部陆相沉积土的形成年代进行研究，确定了该区新近沉积土的划分原则，并根据成因类型及沉积环境，进一步划分了新近沉积土的类别；根据土层厚度及底板埋深，查清了滨海新区新近沉积土的发育分布规律，并分析评价了该类土的工程特性。结果表明：滨海新区上部陆相沉积土形成年代小于4 000年，应将其划归为新近沉积土，与原新近沉积土共同组成该区新近沉积层；新划分原则下新近沉积土可分为洪泛新近沉积土、古河道新近沉积土及上部陆相新近沉积土三类，其厚度一般在1～2 m，底板埋深一般在3～4 m，工程性质较差，表现为较高含水量、较大孔隙比、较低抗剪强度、较高压缩性，地基承载力普遍在100 kPa左右。
Abstract:Based on the analyses of the paleocoast line and the dating test, the formation age of the upper terrestrial sedimentary soil in the Binhai New Area is studied, the principle of the recently deposited soils in the area is determined, and the classification of the recently deposited soils is further divided according to the genetic type and sedimentary environment. Based on the thickness of the soil layer and the depth of the floor, the development and distribution of the recently deposited soils in the Binhai New Area is investigated, and the engineering characteristics of this type of soil are analyzed and evaluated. The results show that formation age of the upper terrestrial sedimentary soil in the Binhai New Area is less than 4000 years. Consequently, the soil should be classified as recently deposited soil. Together with the original recently deposited soil, the recently deposited layer formed in the area. According to new classification principle, the recently deposited soils can be divided into three types: flooded recently deposited soil, ancient channel recently deposited soil and upper terrestrial recently deposited soil. The thickness of the recently deposited layer generally ranges from 1 to 2 m, and the floor depth generally ranges from 3 to 4 m. The engineering properties are poor, and are characterized by higher water content, larger void ratio, lower shear strength and higher compressibility, and the foundation bearing capacity is generally 100 kPa or so.
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表 1 收集的测年成果数据
Table 1. Collected dating results
编号 测年材料 取样深度/m 测定值/a BP 数据来源 S1 C.gigas 3.0 2 130±80 文献[14] C.gigas 4.2 2 240±80 文献[14] S2 贝壳 − 2 130±80 ● S3 贝壳 − 1 350±65 文献[15] S4 C.gigas 1.0～2.0 975±85 文献[16] S5 有机质泥 3.5 9 070±200 文献[16] S6 黏土 2.0 2 200±200 ● S7 贝壳 1.3～1.5 2 030±150 文献[17] 贝壳 − 2 290±120 文献[17] S8 贝壳 − 7 920±655 文献[16] S9 贝壳 3.87 1 170±120 ● S10 贝壳 4.0 220±200 ● S11 贝壳 − 2 660±115 文献[16] S12 M..quadrangularis − 3 060±100 文献[16] S13 贝壳 0.3～0.4 1 480±65 文献[18] 贝壳 1.2 2 000±70 文献[18] 注：1. C.gigas为长牡蛎，M..quadrangularis为四角蛤蜊；
2. ●数据来源于天津地质矿产研究所、天津地质调查中心等单位。
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表 2 补充测年数据
Table 2. Supplementary dating data
编号 样品 测定值（14C年代BP） 误差 B1 贝壳 3 950 20 B2 贝壳 现代碳 − B3 贝壳 1 720 20 B4 贝壳 2 240 30 B5 贝壳 2 375 20 注：所用14C半衰期为5 568年，BP为距1950年的年代。
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表 3 物理性状对比
Table 3. Comparison of physical properties
地区 土层 颜色 结构 强度 滨海新区 上部陆相沉积土 褐黄 结构性差，受扰动后
原始结构显著变软低 市区 新近沉积土 褐灰 结构性差 低 上部陆相沉积土 灰黄 结构稳定 高
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表 4 黏土物理力学指标统计表
Table 4. Statistics of physical and mechanical indexes of clay
指标 统计项目 市区 滨海地区 上部陆相沉积土 新近沉积土 上部陆相沉积土 ω/% 平均值 31.2 32.2 35.8 变异系数 0.11 0.10 0.11 γ/（kN·m−3） 平均值 19.0 18.8 18.4 变异系数 0.02 0.03 0.02 e 平均值 0.91 0.94 1.03 变异系数 0.09 0.10 0.09 IP 平均值 18.51 18.81 19.40 变异系数 0.11 0.14 0.12 IL 平均值 0.50 0.54 0.69 变异系数 0.23 0.20 0.22 a/MPa−1 平均值 0.42 0.46 0.58 变异系数 0.18 0.23 0.24 Es1-2/MPa 平均值 4.60 4.20 3.70 变异系数 0.23 0.20 0.23 N/击 平均值 4.10 3.20 2.90 变异系数 0.26 0.22 0.26
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表 5 粉质黏土物理力学指标统计
Table 5. Statistics of physical and mechanical indexes of silty clay
指标 统计项目 市区 滨海地区 上部陆相沉积土 新近沉积土 上部陆相沉积土 ω/% 平均值 27.8 29.3 30.5 变异系数 0.10 0.08 0.10 γ/（kN·m−3） 平均值 19.3 19.1 19.1 变异系数 0.02 0.02 0.03 e 平均值 0.80 0.84 0.84 变异系数 0.05 0.10 0.10 IP 平均值 12.50 12.30 13.50 变异系数 0.18 0.08 0.20 IL 平均值 0.84 0.99 0.87 变异系数 0.19 0.20 0.16 a/MPa−1 平均值 0.28 0.33 0.41 变异系数 0.22 0.25 0.27 Es1-2/MPa 平均值 6.60 5.80 4.90 变异系数 0.18 0.21 0.20 N/击 平均值 5.00 3.40 3.40 变异系数 0.23 0.27 0.28
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表 6 淤泥质土物理力学指标统计
Table 6. Statistics of physical and mechanical indexes of silty soil
指标 统计项目 市区 滨海地区 上部陆相沉积土 新近沉积土 上部陆相沉积土 ω/% 平均值 − 38.1 42.4 变异系数 − 0.06 0.10 γ/（kN·m−3） 平均值 − 18.1 17.8 变异系数 − 0.02 0.02 e 平均值 − 1.07 1.19 变异系数 − 0.09 0.09 IP 平均值 − 15.70 18.40 变异系数 − 0.12 0.13 IL 平均值 − 1.02 1.15 变异系数 − 0.13 0.08 a/MPa−1 平均值 − 0.59 0.81 变异系数 − 0.23 0.18 Es1-2/MPa 平均值 − 3.30 2.80 变异系数 − 0.12 0.13 N/击 平均值 − 2.10 1.70 变异系数 − 0.28 0.25
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表 7 粉土物理力学指标统计
Table 7. Statistics of physical and mechanical indexes of silt
指标 统计项目 市区 滨海地区 上部陆相沉积土 新近沉积土 上部陆相沉积土 ω/% 平均值 26.8 27.3 26.9 变异系数 0.07 0.05 0.08 γ/（kN·m−3） 平均值 19.7 19.3 19.4 变异系数 0.01 0.02 0.02 e 平均值 0.77 0.78 0.76 变异系数 0.06 0.05 0.07 IP 平均值 8.90 9.20 9.20 变异系数 0.08 0.06 0.08 IL 平均值 0.80 0.86 0.67 变异系数 0.22 0.24 0.22 a/MPa−1 平均值 0.12 0.13 0.16 变异系数 0.22 0.21 0.19 Es1-2/MPa 平均值 14.5 13.9 11.2 变异系数 0.16 0.15 0.18 N/击 平均值 11.00 7.30 6.30 变异系数 0.21 0.28 0.27
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表 8 物理指标统计表
Table 8. Statistics of physical index
指标 统计项目 黏性土 （③1） 粉土 （③2） 淤泥质土 （③3） 粉质黏土 （③4） ω/% 最小值 25.0 22.4 34.9 24.9 最大值 44.1 30.4 51.5 41.1 平均值 31.8 26.5 42.5 32.2 变异系数 0.11 0.7 0.10 0.10 γ/（kN·m−3） 最小值 17.7 18.7 16.9 17.6 最大值 19.7 20.1 18.4 19.4 平均值 18.9 19.4 17.7 18.5 变异系数 0.02 0.02 0.02 0.03 e 最小值 0.72 0.64 1.00 0.70 最大值 1.08 0.85 1.44 1.21 平均值 0.91 0.75 1.20 0.91 变异系数 0.10 0.07 0.11 0.10 IP 最小值 10.13 6.21 15.00 10.40 最大值 20.26 9.92 23.80 20.30 平均值 14.62 8.73 19.44 14.66 变异系数 0.16 0.09 0.11 0.18 IL 最小值 0.47 0.33 0.84 0.58 最大值 1.25 0.93 1.29 1.27 平均值 0.82 0.63 1.06 0.91 变异系数 0.23 0.19 0.10 0.16
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表 9 抗剪强度指标统计
Table 9. Statistics of shear strength index
指标 统计项目 黏性土
（③1）粉土
（③2）淤泥质土
（③3）粉质黏土
（③4）c直快/kPa 最小值 8.84 4.00 6.00 − 最大值 23.28 14.00 12.00 − 平均值 14.38 9.58 9.29 − 变异系数 0.27 0.27 0.28 − φ直快/（°） 最小值 9.25 26.00 10.00 − 最大值 21.36 35.70 15.50 − 平均值 13.83 31.52 11.87 − 变异系数 0.19 0.10 0.17 − c固快/kPa 最小值 10.38 6.95 8.00 9.00 最大值 22.41 15.18 15.00 16.00 平均值 15.48 10.45 11.14 11.50 变异系数 0.22 0.23 0.22 0.23 φ固快/（°） 最小值 11.53 29.22 12.00 14.00 最大值 24.47 36.75 16.00 24.00 平均值 16.81 32.92 13.50 18.53 变异系数 0.19 0.08 0.11 0.18
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表 10 地基承载力成果
Table 10. Results of foundation bearing capacity
研究方法 黏性土 （③1） 粉土（③2） 淤泥质土（③3） 粉质黏土（③4） 物性法 f0/kPa 135.87 194.55 87.58 152.03 原位法 静探法 f0/kPa 78.68 168.40 88.20 108.03 标贯法 f0/kPa 104.98 173.10 − 110.00 十字板法 fk/kPa 65.97 − − 98.00 理论法 公式（1） fa/kPa 113.43 115.80 82.10 131.18 公式（2） fk/kPa 107.15 144.75 70.97 125.82 经验法 公式（1） f0/kPa 129.50 162.80 105.00 141.90 公式（2） fk/kPa 113.50 143.10 100.48 115.73 注：f0、fa、fk分别为承载力基本值、特征值、标准值。
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表 11 压缩及标贯指标统计表
Table 11. Statistics of compression and standard penetration test index
指标 统计项目 黏性土
（③1）粉土
（③2）淤泥质土
（③3）粉质黏土
（③4）a/MPa−1 最小值 0.22 0.10 0.49 0.17 最大值 0.70 0.21 1.08 0.80 平均值 0.46 0.15 0.77 0.44 变异系数 0.24 0.18 0.20 0.27 Es1-2/MPa 最小值 2.60 8.30 2.10 2.50 最大值 7.30 16.00 3.60 7.20 平均值 4.30 11.90 2.90 4.50 变异系数 0.23 0.16 0.13 0.21 N/击 最小值 1.20 4.30 1.00 2.00 最大值 4.80 10.30 2.50 7.00 平均值 2.90 7.20 1.70 4.10 变异系数 0.28 0.23 0.25 0.25
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图(5)
表(11)
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