貝殼砂質(zhì)土程特性及加固方法研究

四四川四四刪四Ｙ１５３１８８１天津大學(xué)博士研究生學(xué)位論文貝殼砂質(zhì)土工程特性及加固方法研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓｏｆＳｈｅｌｌＳａｎｄ博士學(xué)位論文一級學(xué)科：±盔工程學(xué)科專業(yè)：蚩±王程研究生：韭堡漁指導(dǎo)教師：閨澍旺熬援天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零零七年十二月中文摘要作為世界三大古貝殼堤之一的渤海灣古貝殼堤在國際第四紀(jì)地質(zhì)研究中占有重要位置。但是由于經(jīng)濟所限和重視缺乏等原因，渤海灣的貝殼堤資源受到嚴(yán)重的自然侵害和人為破壞。為搶救瀕帷毀壞的海洋文化遺產(chǎn)，天津市決定建立天津古林古海岸遺跡博物館，作為天津市科普教育的基地。博物館建于貝殼堤上，地下一層為貝殼堤剖面展示區(qū)。博物館建筑過程中要求最大程度上減小了對展示剖面的擾動，并要求貝殼堤展示剖面與已建博物館在建筑風(fēng)格上和諧統(tǒng)一；展坑剖面垂直不小于３米，便于充分展示挖掘出的遺跡剖面，并滿足做為教育基地和科學(xué)研究的要求。上述要求帶來以下四個需要研究的課題：第一，組成貝殼堤的貝殼砂是由海生貝殼及其碎片和細砂、粉砂、泥炭、淤泥質(zhì)粘土薄層混合而成的組合土，它的巖土力學(xué)性能有待深入研究；第二，如何使貝殼堤展示剖面與已建博物館在建筑風(fēng)格上和諧統(tǒng)一，并確保博物館主體建筑過程中最大程度上減小對貝殼堤展示剖面的擾動；第三，貝殼砂具有滲透性大、含水量高、結(jié)構(gòu)性差、易風(fēng)化、穩(wěn)定性低等特點，在這樣的土層中構(gòu)建展示剖面，需要有可靠的加固方法；第四，天津市是地震多發(fā)區(qū)，地震設(shè)防烈度為７度，應(yīng)確保展示剖面在地震多發(fā)區(qū)長期平安穩(wěn)定。本文以天津古貝殼堤為研究背景，通過理論分析、數(shù)值計算、室內(nèi)試驗及現(xiàn)場試驗，得到如下研究成果：１．對貝殼砂中貝殼的含量進行分析，并測試其巖土工程特性，得到不同含量的貝殼砂其壓縮變形特性和抗剪強度特性，為貝殼堤的穩(wěn)定分析提供必需的巖土力學(xué)參數(shù)。試驗并討論了酸雨和海水侵蝕狀態(tài)下貝殼砂的耐久性問題。２．貝殼堤展示剖面結(jié)合室內(nèi)環(huán)境設(shè)計、參觀流線等因素，做到貝殼堤展示剖面與已建博物館在建筑風(fēng)格上和諧統(tǒng)一。３．通過對主體結(jié)構(gòu)根底型式的優(yōu)化研究，確保打樁過程、根底開挖過程均能保護核心展示區(qū)原貌，到達最大程度防止擾動貝殼堤展示剖面的目的，實踐證明優(yōu)化的根底型式平安可靠。４．在對貝殼砂土力學(xué)性能研究的根底上，分析了貝殼堤展示剖面的受力特點，比照了不同灌漿材料的優(yōu)缺點，選定無毒害、抗紫外線的氰凝漿材作為灌漿基材，通過野外試驗確定了灌漿用量和加固作用范圍，并試驗參加不同比例的催化劑和稀釋劑到達降低本錢、岣咝實募庸絳Ч?工程實踐證明貝殼堤展坑的加固方法、施工方案可行。５．利用有限元分析的方法，對展坑的土坡穩(wěn)定性和地震作用下的穩(wěn)定性進行了分析，結(jié)果說明，經(jīng)加固處理后貝殼堤剖面及展坑的整體穩(wěn)定性得到了提高，在開挖施工和地震力作用下地基土體的位移及應(yīng)力明顯減小，滿足穩(wěn)定性要求。關(guān)鍵詞：貝殼堤；貝殼砂；灌漿加固；土坡穩(wěn)定性；地震分析ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅＢｏｈａｉＢａｙＳｈｅｌｌＥｍｂａｎｋｍｅｎｔ，ｏｎｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｌａｒｇｅｓｔｓｈｅｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ，ｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆＱｕａｔｅｒｎａｒｙｇｅｏｌｏｇｙ．Ｕｎｆｏｒｔｕｎａｔｅｌｙ，ｄｕｅｔｏｅｃｏｎｏｍｉｃｌｉｍｉｔａｔｉｏｎａｎｄｉｎａｄｅｑｕａｔｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，ｔｈｅＢｏｈａｉＢａｙＳｈｅｌｌＥｍｂａｎｋｍｅｎｔｉｓｆａｃｉｎｇｄａｍａｇｅｂｏｔｈｆｒｏｍｎａｔｕｒｅａｎｄｂｙｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｔｏｒｅｓｃｕｅｔｈｅｏｃｅａｎｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓ，ａｓｗｅｌｌ豁ｐｒｏｖｉｄｅａｓｃｉｅｎｃｅｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅ，ｔｈｅＴｉａｎｊｉｎｍｕｎｉｃｉｐａｌｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔｄｅｃｉｄｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈＴｉａｎｊｉｎＡｎｃｉｅｎｔＦｏｒｅｓｔａｎｄＣｏａｓｔＭｕｓｅｕｍ．Ｔｈｅｍｕｓｅｕｍｗｉｌｌｂｅｆｏｕｎｄｅｄｏｎｔｈｅｓｈｅｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｆｉｒｓｔｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｆｌｏｏｒ，嬲ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｃｔｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ．ｓｈｏｕｌｄｂｅｉｎｈａｒｍｏｎｙｉｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｓｔｙｌｅｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｕｓｅｕｍｓａｎｄｓｈｏｕｌｄａｌｓｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｔｏｔｈｅｒｅｌｉｃｓ．Ｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｐｉｔｓｈｏｕｌｄｂｅｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ３ｍｔｏｓｈｏｗｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｒｅｌｉｃｓａｄｅｑｕａｔｅｌｙａｎｄｔｏｓａｔｉｓｆｙｓｃｉｅｎｃｅｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｅａｂｏｖｅ－ｍｅｎｔｉｏｎｅｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｐｒｅｓｅｎｔｆｏｕｒｑｕｅｓｔｉｏｎｓｔｏｂｅｓｔｕｄｉｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｓｈｅｌｌｓａｎｄｍａｋｉｎｇｕｐｔｈｅｓｈｅｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｉｓｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅｏｆｓｈｅｌｌａｎｄｉｔｓｆｉ’ａｇｍｅｎｔｓ，ｆｍｅｓａｎｄ，ｓｉｌｔｓａｎｄ，ｐｅａｔａｎｄｓｉｌｔｃｌａｙｆｉｌｍ．Ｉｔｓｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｎｅｅｄｔｏｂｅｄｅｅｐｌｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｗｅｓｈｏｕｌｄｍａｋｅｏｕｔｔｈａｔｈｏｗｔｏｍａｋｅｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｃｔｓｉｎｃｏｎｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｕｓｅｕ／ｌｌｓｉｎｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｓｔｙｌｅａｎｄｈｏｗｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｎｔｈｅｈｅｒｉｔａｇｅｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅｓｈｅｌｌｓａｎｄｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｈｉ｝ｇｈｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ，ｂａｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｅｕｇｅｏｇｅｎｏｕｓ，ｌｏｗｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｗｅｎｅｅｄａｒｅｌｉａｂｌｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｉｓｐｌａｙｔｈｅｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｓｕｃｈｓｏｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，Ｔｉａｎｊｉｎｉｓｅａｒｔｈｑｕａｋｅｍｕｌｔｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｅｄｓｅｉｓｍｉｃｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓ７ｄｅｇｒｅｅ．Ｔｈｅｌｏｎｇ—ｔｅｒｍｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｄｉｓｔｒｉｃｔｓｕｎｄｅｒｔｈｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｈｏｕｌｄｂｅｇｕａｒａｎｔｅｅｄ．ＴｈｅｐａｐｅｒｔａｋｅＴｉａｎｊｉｎａｃｃｅｎｔｓｈｅＨｅｍｂａｎｋｍｅｎｔａｓｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｔｒｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｉｎｄｏｏｒｔｅｓｔａｎｄｆｉｅｌｄｔｅｓｔ，ｗｅｃａｎｇａｉｎｅｄｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ：１．Ｍａｋｅｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｔｏｔｈｅｓｈｅｌｌｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｓａｎｄ，ａｎｄｔｅｓｔｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ＳＯｔｈａｔｗｅｇａｉｎｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｓａｎｄｔｏｏｆｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｃｓｐａｒａｍｅｔｅｒｔＯｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ．２．田１ｅｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎｃｒｏｓｓ．ｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｈｅＵｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓｈｏｕｌｄｃｏｍｂｉｎｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｖｉｓｉｔｉｎｇｒｏｕｔｅ，ｍａｋｅｔｈｅｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎＣＴＯＳＳ－ｓｅｃｔｉｏｎｈａｒｍｏｎｉｏｕｓｔｏｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｕｓｅｕｌｌｌｉｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｔｙｌｅ．３．Ｉｔｓｈｏｕｌｄｂｅｅｎｓｕｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｉｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｄｉｔｃｈｅｘｃａｖａｔｉｏｎｃａｎｐｒｏｔｅｃｔｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｃｏｒｅｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎａｐｐｅａｒａｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｔｈｅｂａｓｉｓｓｔｙｌｅｏｆｔｈｅｍａｊｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｎａｔｕｒａｌｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｒｅｍａｉｎｓＣａｌｌａｖｏｉｄｂｅｉｎｇｄｉｓｔｕｒｂｅｄ．ｎｅｐｒａｃｔｉｃｅｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂａｓｅｓｔｙｌｅｂｅｉｎｇｏｎｔｈｅｓａｆｅｓｉｄｅ．ＬａｙｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｄｉｔｃｈＣａｎｍａｋｅｔｈｅｂａｓｅａｓａｖｉｓｉｔｉｎｇｐａｔｈｗａｙａｎｄｃａｌｌａｌｓｏｍａｋｅｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｂｏｔｔｏｍｉｎｔｅｇｒａｌ；ｔｈｉｓＣａｎｋｅ?。簦瑁澹澹瑁椋猓椋簦椋铮睿妫铮酰睿洌幔簦椋铮睿洌椋簦悖瑁螅簦幔猓欤澹幔睿洌欤澹螅螅澹睿簦瑁澹洌椋螅穑欤幔悖澹恚澹睿簦铮妫簦瑁澹猓铮簦簦铮恚矗希睿簦瑁澹猓幔螅澹铮妫簦瑁澹螅瑁澹欤欤螅幔睿洌纾澹铮簦澹悖瑁睿椋悖幔欤恚澹悖瑁幔睿椋悖颍澹螅澹幔颍悖瑁簦瑁澹穑幔穑澹颍幔睿幔欤澹洌簦瑁澹螅簦颍澹螅螅悖瑁幔颍幔悖簦澹颍椋螅簦椋?，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｒａｗｂａｃｋｓｏｆｄｅｆｅｒｅｎｔｇｒｏｕｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ．Ｉｎｎｏｃｕｏｕｓ，ａｎｔｉ—ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｂａｓｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｂｒｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｔｈｅｇｒｏｕｔｉｎｇａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｒａｎｇｅｔｈｒｏｕｇｈｆｉｅｌｄｔｅｓｔａｎｄａｌｓｏｄｅｂａｓｅｔｈｅｃｏｓｔａｎｄａｄｖａｎｃｅｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｐｒａｃｔｉｃｅｐｒｏｖｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄａｓｂｅｉｎｇｆｅａｓｉｂｌｅ．５．ＦｉｎｉｔｅＭｅｔｈｏｄＷａｓｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｕｎｄｅｒｔｈｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．１１１ｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｓｈｅｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｄｉｔｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄ．１１１ｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｅｃａｄｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙａｎｄｉｔｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｄｅｍａｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｅｌｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ；ｓｈｅｌｌｓａｎｄ；ｃｈｅｍｉｃａｌｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｓｌｏｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ：ｓｅｉｓｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ．第一章緒論１．１研究背景貝殼堤〔Ｓｈｅｒｌｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ〕是由海生貝殼及其碎片和細砂、粉砂、泥炭、淤泥質(zhì)粘土薄層組成的、與海岸大致平行或交角很小的堤狀地貌堆積體。它形成于高潮線附近，為古海岸在地貌上的可靠標(biāo)志。渤海灣古貝殼堤與美國路易斯安娜州吉貝殼堤、南美蘇里南貝殼堤并稱世界三大古貝殼堤。后兩娃現(xiàn)已遠離海岸，貝殼含量也僅為３０％左右，相對渤海灣的古貝殼堤貝殼質(zhì)含量幾乎到達１００％而言〔見圖１．１〕，其面積與含量遠不及渤海灣。渤海灣的貝殼堤是世界上珍貴的海洋自然遺產(chǎn)，在國際第四紀(jì)地質(zhì)研究中占有重要位置。圈１１渤海灣貝殼堤渤海灣古貝殼堤首先由歷史學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家所關(guān)注。１９５７年，歷史學(xué)家李世瑜發(fā)現(xiàn)了渤海灣西岸由貝殼組成的長隴狀地質(zhì)體，稱之為蛤蜊堤…，隨后，地貌及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)家進一步研究了它們的物質(zhì)組成、形態(tài)、分布、形成時間及其成因〔王穎，１９６４；趙希濤等，１９８０；徐家聲等，１９８６〕，并將其定名為貝殼堤¨３。古貝殼堤作為一種特殊類型的海岸堤，其形成必須兼?zhèn)溥m合于貝類繁殖，并被大風(fēng)浪將其帶至岸邊堆積的底質(zhì)、坡度與水動力等條件。作為海岸帶頗具特色的海岸地貌類型，貝殼堤反映了自陸向海方向海岸線的變遷，通過對古貝殼堤進行調(diào)查研究分析，可以發(fā)現(xiàn)很多古海洋文化遺跡。研究貝殼堤的科學(xué)意義表現(xiàn)為：首先，根據(jù)古貝殼堤的位置可恢復(fù)古海岸的位置，根據(jù)新老貝殼堤的關(guān)系，也可以分析海岸演變過程，為研究古海岸變遷，環(huán)境變化趨勢等提供了天然的原始資料；其次從古貝殼堤的分布及對其進行“ｃ精確測年研究，可以準(zhǔn)確地獲知海岸線變化的年代情況，這樣．對區(qū)域地質(zhì)調(diào)查具有重要的指導(dǎo)意義：再次，通過對有孔蟲、介形蟲的研究，可以推知古海洋環(huán)境、氣候特征以及沉積環(huán)境、沉積過程等方嫻那榭觶詰刂恃?、娠学、乞学研究上具有重夷作又櫛１?固ｉ２貝殼堤剖面對古貝堤的研究，其現(xiàn)實意義表現(xiàn)為：首先，古貝殼堤是一道天然海擋，它的存在，阻擋了海洋大潮的向陸推進．保障了沿海人民群眾的生命財產(chǎn)平安；其次．古貝殼堤也是一條天然綠帶，渤海灣西海岸是泥質(zhì)海岸帶，泥質(zhì)海岸帶地區(qū)土地的鹽堿化相當(dāng)嚴(yán)重，只有少數(shù)幾種耐鹽堿的植物〔如蘆葦、石榴、酸棗樹、臭椿等〕才能成活，太片土地上寸草不生．極為荒涼。而在貝殼堤上，那么可生長很多種植物，還出產(chǎn)沙參、麻黃、棗仁、土元等多種名貴藥材“１，同時，這條綠帶也成了出海漁民們的天然航標(biāo)。古貝殼堤‘旦遭受破壞，可引起海岸線后退．這樣費們不但會喪失大面積的國土，同時，海洋向陸地的方向前進，海水將會侵入地下水，使本來就十分貧乏的地下水資源遭受更大的破壞。更為嚴(yán)重的是。海洋風(fēng)暴潮發(fā)生時，沿海人民群眾的生命財產(chǎn)將受到極大危害。第一章緒論因此貝殼堤是歷史過程留下的遺跡，也是一種極其重要的地質(zhì)資源，對它的研究逐漸為中外學(xué)者所關(guān)注。由于貝殼堤獨特的地質(zhì)構(gòu)造和形成特點，需要采取科學(xué)有效的方法對其進行保護和開掘研究。１．２渤海灣貝殼堤情況的調(diào)查渤海灣西岸及鄰區(qū)新生代長期下沉，接受巨厚沉積。更新統(tǒng)厚３００〞－－’５００ｍ，全新統(tǒng)厚２０，－．一３０ｍ。自全新世早中期海侵到達最大范圍以來，渤海灣西岸相繼形成了數(shù)道貝殼堤及堤間低地〔見圖１．３〕，構(gòu)成了現(xiàn)代地貌格局的根本框架。圖１．３上古林貝殼堤剖面示意在渤海西岸〔天津市漢沽區(qū)至河北省黃驊市〕自陸向海排列有Ｉ、ＩＩ、Ⅲ、Ⅳ四道貝殼堤〔７－１３１，與現(xiàn)代海岸線大體平行呈壟崗狀不連續(xù)分布，代表了四個時期海岸的位置。第１道貝殼堤分布于沖積平原西南部，大港區(qū)甜水井、大蘇莊、沈青莊至黃驊市苗莊一線，距現(xiàn)代海岸２２’’２７公里，貝殼種屬反映的環(huán)境為濱海河口內(nèi)灣軟泥灘沉積，是距今５２００〞’４０００年的古海岸線。第１Ｉ道貝殼堤分布于沖積海積平原西部，北起東麗區(qū)小王莊、張貴莊，向南經(jīng)巨葛莊、中塘直至薛衛(wèi)臺一帶，呈南北走向或北西至南東走向斷續(xù)壟崗狀分布，貝殼種屬反映瀉湖一濱海生態(tài)環(huán)境，為距今３８００～３０００年前的古海岸線。堤上發(fā)現(xiàn)有西周和戰(zhàn)國文物。第Ⅲ道貝殼堤分布于沖積海積平原東部，北起漢沽區(qū)黨校、向南經(jīng)東麗區(qū)白沙嶺、津南區(qū)鄧岑子、板橋農(nóng)場三分場至大港區(qū)上古林、馬棚口一帶。距現(xiàn)代海３第一章緒論岸０〞－－２０公里，規(guī)模宏大，連續(xù)性好，以貝殼及其碎片為主，反映瀉湖海河口生態(tài)環(huán)境，距今２５００－’－－’１１００年形成。堤上發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)國、漢唐文物，即東漢初年至唐代之間的古海岸線。第Ⅳ道貝殼堤靠近現(xiàn)海岸，分布于海積平原東部特大高潮線附近，走向大體與現(xiàn)代海岸一致，北起天津漢沽區(qū)蟶頭沽，經(jīng)北塘、天津泰達經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、驢駒河、高沙嶺、唐家河直到大港區(qū)馬棚口一帶，在岐口與第Ⅲ道貝殼堤集合。以貝殼及其碎片為主，貝殼種屬反映潮間帶環(huán)境，距今７００〞－５００年形成，明末清初堤上已有人居住。渤海西岸貝殼堤的發(fā)育規(guī)模、時間跨度和所包含的地質(zhì)古環(huán)境信息均為世界罕見，是古海岸變遷極其珍貴的海洋遺跡，是海陸變遷的重要產(chǎn)物和佐證。它反映了近一萬年以來該地區(qū)因氣候變化而發(fā)生的海陸變遷的過程，對研究古地理、古氣候、海洋生態(tài)、海陸變遷等多學(xué)科具有重要的科學(xué)研究價值。但是由于經(jīng)濟所限和重視缺乏等原因，歷史上我國的貝殼堤資源受到了嚴(yán)重的自然侵害和人為破壞呻１，因為貝殼堤是由貝類、藻類、有孔蟲、介形蟲等生物群組成，將其粗略加工后，可以成為很好的飼料，同時還可以燒制成高質(zhì)量的制瓷原料，這吸引了不法分子對古貝殼堤大肆進行破壞。并且在過去相當(dāng)長的一段時間內(nèi)當(dāng)?shù)乩习傩胀诰蜇悮さ套鳛榻ㄖ牧?。８０年代局部貝殼堤被推成了平地。隨著經(jīng)濟的開展第三道貝殼堤那么大局部被開發(fā)為蝦池、養(yǎng)鴨場。為搶救瀕臨毀壞的海洋文化遺產(chǎn)，天津市、河北省分別采取一系列保護措施，河北省政府１９９８年９月批準(zhǔn)建立了“黃驊古貝殼堤省級自然保護區(qū)〞Ⅱ１。天津市于１９９２年１０月建立了天津古海岸與濕地國家級自然保護區(qū)ｎ鍆，以貝殼堤、牡蠣灘珍稀古海岸遺跡和濕地自然環(huán)境及其生態(tài)系統(tǒng)為主要保護和管理對象，是我國惟一以古海岸遺跡為保護內(nèi)容的國家級自然保護區(qū)。為更好的普及保護貝殼堤和濕地自然環(huán)境的環(huán)保意識，天津市決定在大港區(qū)上古林建立中國吉林古海岸遺跡博物館，作為天津市科普教育的基地〔圖１．４〕。古貝殼堤展示中心的設(shè)計主題是：〔１〕重要的古地質(zhì)科學(xué)研究和保護區(qū)；〔２〕對市民和廣闊中小學(xué)生進行科普教育的基地；〔３〕展示天津市和大港豐富的古地質(zhì)形態(tài)的窗口；〔４〕充分表達天津海洋文化和富于園林情趣的城市特色景觀。展示中心分成四個局部：前廣場，即室外展覽區(qū)：核心保護區(qū)；后廣場，即休閑區(qū)；堤岸過渡區(qū)。前廣場分布有研究展覽館、室外展示場、貝殼堤標(biāo)志等。研究展覽館地上兩層展示多種貝類，地下一層將現(xiàn)場展示貝殼堤的剖面，為在此４進行科學(xué)研究的人晁和前來參觀的游客提供效勞。圖１４中國古林古海岸遺跡博物宿１．３修建古貝殼堤展示中，ｂ需解決的問題擬建博物館地下一層為貝殼堤剖面展示區(qū)，要求博物館主體建設(shè)過程中，最大程度上減小了對貝殼堤展示剖面的擾動，并要求貝殼堤展示剖面與已建博物館在建筑風(fēng)格上和諧統(tǒng)一：展坑剖面垂直不小于３米。便于將現(xiàn)有遺跡的形成充分展示，滿足教育基地和科學(xué)研究的要求。上述要求帶來以下四個方面的問題：１組成貝殼堤的貝殼砂是由海生貝殼及其碎片和細砂、粉砂、泥炭、淤泥質(zhì)粘土薄層混合而成的組合土，它的巖土力學(xué)性能隨著貝殼的含量、貝殼的完整性及外摻成分的性質(zhì)的變化而變化【１卅ｎ。在我國，貝殼堤研究主要集中在華東海岸地區(qū)【１¨３】。雖然國內(nèi)外學(xué)者對渤海灣區(qū)域的貝殼堤的形成、地質(zhì)特點、海洋生態(tài)變化等方面都做出了很多的研究成果，但是組成貝殼堤的貝殼砂作為一種特殊的土質(zhì)，它的工程力學(xué)性能指標(biāo)，以及它的受力變形特點．國內(nèi)外學(xué)者卻鮮有研究。而展示剖面的穩(wěn)定分析，必須要先提供貝殼砂的工程力學(xué)性質(zhì)。而且貝殼砂的工程力學(xué)性質(zhì)的研究，對于工程方面尚有如下作用：１〕由于貝殼砂工程性質(zhì)受其貝殼含量影響，對它的工程性質(zhì)的研究，對于更好的保護貝殼堤斷面，保存現(xiàn)有完整的古貝殼堤都是十分重要第一章緒論含有大量易溶解的碳酸鹽組成的貝殼，受環(huán)境變化的影響較大，因此貝殼砂有著特殊的工程性質(zhì)，需要對其工程性質(zhì)充分進行研究，并在工程設(shè)計中加以考慮。〔３〕貝殼砂地層的加固方法及施工方案研究：由于貝殼堤是一種特殊的巖土，貝殼砂地層具有滲透性大，含水量高，結(jié)構(gòu)性差，易風(fēng)化，穩(wěn)定性低等特點，在這樣的土層中構(gòu)建展示剖面，開挖展坑以及進行相應(yīng)的構(gòu)筑物設(shè)計與施工方案研究在國內(nèi)外尚屬首次，特別是要保證開挖剖面的完整性和展示效果。因此本項研究重點在于對貝殼堤的加固方法和抗風(fēng)化問題，選用無毒害、抗紫外線的環(huán)保型灌漿材料，確定灌漿材料的最正確配比，以及實施灌漿加固的施工方案，并檢測加固效果。?！玻础池悮さ陶故酒拭娴姆€(wěn)定性分析：保證貝殼堤剖面及展坑的穩(wěn)定性是該項研究的核心問題，由于貝殼砂地層的特殊性以及該建筑的獨特性，其穩(wěn)定性的計算沒有標(biāo)準(zhǔn)可依，本項研究采用彈塑性有限元方法模擬貝殼堤展示剖面及展坑的施工過程，分析其在施工期及在地震作用下的穩(wěn)定性，從而對經(jīng)加固處理后的整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行定量評價。，通過以上的研究工作到達如下的研究目標(biāo)：１〕研究貝殼砂質(zhì)土工程性質(zhì)，以及貝殼砂質(zhì)土工程性質(zhì)隨貝殼含量變化造成的影響；２〕優(yōu)化博物館根底設(shè)計，使其施工過程中最大程度上減小對原狀貝殼堤的擾動；設(shè)計貝殼堤展示剖面與已建博物館在建筑風(fēng)格上和諧統(tǒng)一，使其既滿足展示要求，又滿足科研調(diào)查需要；３〕對貝殼堤展示剖面試驗不同加固材料、加固材料摻量，并驗證加固影響范圍和效果：４〕提出加固貝殼堤可行的施工方案：５〕對加固后的動力穩(wěn)定性給出結(jié)論。１．５采用的技術(shù)路線根據(jù)以上的研究內(nèi)容，開展了如下的研究工作：〔１〕前期工作：收集資料，分析和研究展覽館的地質(zhì)情況；對現(xiàn)有的各種地質(zhì)斷面加固方法進行分析，制定適合于加固貝殼堤的方案；在現(xiàn)有地質(zhì)勘察報告的根底上進行了貝殼砂土層物理力學(xué)指標(biāo)的補充試驗。通過對貝殼砂進行不同含量和相對密度的配制，制成不同組的試樣進行壓縮試驗、抗剪試驗及耐久性試驗。７第二章貝殼砂質(zhì)土的特性研究與腐蝕前總貝殼砂樣質(zhì)量相比，得到貝殼砂的貝殼含量