银川市冲湖积平原工程地质特征与问题分析

该区分布在研究区的中东部，主要包括银川市金凤区、兴庆区和贺兰县城区。该分区地形平坦，地势开阔，地形坡度小于1°，地表大部分区域堆积第四系灵武组粉细砂与黏性土，下伏上更新统萨拉乌组（Qp 3s）。地下水埋深较浅，湖泊、鱼塘零散分布。该工程地质区上的工程地质钻孔分布密度很高，工程建设强度很大，是银川市主要的城市建设区域，也是砂土液化工程地质问题最严重的区域和本次研究的主要区域。根据地貌形态和地层时代，该工程地质区又可分为以下四个工程地质亚区。

4.2.3.1 黄河河漫滩粉细砂黏性土互层工程地质亚区（Ⅲ1）

该亚区分布在黄河西岸，地势低平，呈条带状分布，海拔高程1107~1109 m。该区上部覆盖第四系全新统上段冲积层（Qh 3al），岩性为黄褐、棕褐色细砂、黏土质砂夹褐灰色卵砾石、含砂卵砾石层，细砂为棕褐色—黄褐色，松散—稍密，湿—饱和。该层厚5~20 m不等。该区在洪水期间易被淹没，现主要为荒草地，局部被开垦为农田。该区域为砂土液化区，且液化程度主要以严重液化为主。总体评价该区工程地质条件差。根据工程地质钻探，其地表以下100 m的综合柱状图见图4-5，共分为20层土体，各土体特征如下。

图4-5 黄河河漫滩工程地质亚区工程地质综合柱状图

（1）填土

黄褐色为主，青灰色次之，埋深0.0~1.8 m，主要成分以粉砂、粉质黏土为主，含少量植根，堆积时间小于10年。承载力特征值为90~100 kPa。

（2）粉砂

黄褐色，埋深0.6~16.5 m，稍湿—湿，松散—稍密，主要成分为石英、长石，分选性好，承载力特征值为120~130 kPa，该层为液化土层，液化等级中等—严重。

（3）细砂

青灰色，埋深1.8~17.8 m，饱和，松散—密实。矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。承载力特征值为150~160 kPa，该层为液化土层，液化等级中等—严重。

（4）圆砾

灰褐色，埋深12.4~15.3 m，饱和，密实，一般粒径3~5 mm，最大可见60 mm，级配较好，磨圆度较好，母岩为石英、砂岩、灰岩，充填物为砂类。承载力特征值为200~210 kPa。

（5）细砂

饱和，埋深15.3~17.4 m，密实，主要成分以石英、长石为主，分选性较好，较均匀。承载力特征值为230~240 kPa。

（6）粉土

灰褐色，埋深17.8~20.0 m，摇震反应中等，饱和，岩芯呈短柱状或碎块状。承载力特征值为180~190 kPa，其他物理力学参数参见表4-4。

（7）粉质黏土

灰褐色，埋深11.4~23.7 m，岩芯呈短柱状或碎块状，硬塑，刀切面光泽感弱。承载力特征值为200~210 kPa，其他物理力学参数参见表4-4。

表4-4 黄河河漫滩工程地质亚区全新统冲积层各土体主要物理力学参数一览表

（8）细砂

灰褐色，埋深15.3~36.8 m，饱和，密实，主要成分以石英、长石为主，分选性较好，较均匀。承载力特征值为250~260 kPa。

（9）圆砾

灰褐色，埋深20.0~33.8 m，饱和，密实，一般粒径3~5 mm，最大可见60 mm，级配较好，磨圆度较好，母岩为石英、砂岩、灰岩，充填物为砂类。承载力特征值为300~310 kPa。

（10）卵石

杂色，埋深29.0~30.0 m，以灰褐色为主，大于20 mm占总体的60%，主要成分以灰岩为主，最大粒径80 mm，偶见漂石，充填物以粉土、粉质黏土为主，可见钙质胶结。承载力特征值为330~340 kPa。

（11）粉质黏土

黄褐色，埋深22.4~32.4 m，硬塑，刀切面光滑。承载力特征值为290~300 kPa，其他物理力学参数参见表4-4。

（12）细砂

灰褐色，埋深26.1~42.0 m，饱和，密实，矿物成分以石英、长石为主，较均匀。承载力特征值为350~360 kPa。

（13）粉质黏土

黄褐色，埋深38.7~39.8 m，硬塑，刀切面光滑。承载力特征值为290~300 kPa。

（14）细砂

灰褐色，埋深39.8~44.1 m，饱和，密实，矿物成分以石英、长石为主，较均匀。承载力特征值为350~360 kPa。

（15）粉质黏土

黄褐色，埋深45.2~50.2 m，硬塑，刀切面光滑。承载力特征值为310~320 kPa。

（16）泥岩

杂色及棕红色互层，埋深36.8~94.8 m，泥质胶结，中厚层状构造。岩芯遇水软化，用手可掰断。8.40~22.20 m以青灰色及灰褐色为主的杂色，其下多为棕红色局部夹杂色泥岩。如64.20~67.00 m之间、69.50~73.50 m之间为杂色，以青灰色为主，局部可见薄层石膏。此外在81.00 m以下多夹薄层泥质砂岩（厚度在20~40 cm之间不等），与泥岩形成互层。承载力特征值为450~460 kPa。

（17）砂质泥岩

红褐色，埋深39.8~100.0 m，岩芯呈柱状，柱长多为30~60 cm，最大柱长80 cm，强风化，锤可击碎。承载力特征值为460~470 kPa。

（18）砂岩

黄褐色，埋深44.5~46.0 m，无胶结，岩性差，松散状。承载力特征值为470~480 kPa。

（19）泥质砂岩

黄褐色，埋深94.8~96.4 m，全风化，岩层结构完全破坏，未见黏结强度，岩芯多呈粉砂状态，手捻有砂感。承载力特征值为480~490 kPa。

（20）泥岩

棕红色，埋深96.4~100.6 m，泥质胶结，中厚层状构造。岩芯遇水软化，用手可掰断。承载力特征值为500~530 kPa。

4.2.3.2 黄河一级阶地粉细砂黏性土互层工程地质亚区（Ⅲ2）

该亚区分布在黄河西岸，沿黄河呈南北向分布，地形平坦，地势开阔，整体西南向北东倾斜，海拔高程1102~1112 m，阶地前缘陡坎多被农田移平，局部残留陡坎高1~1.5 m。现多为农田区和村镇区，是人类重要的生产和生活区。该区上部覆盖第四系全新统中段冲积层（Qh 2al）和全新统灵武组，为河湖相沉积，灰褐色—黄褐色，岩性为上部黏性土下部粉细砂的二元结构，厚度16 m左右，细砂为黄褐色—灰褐色，稍湿—饱和，稍密—中密；该区下部为上更新统萨拉乌组（Qp3s），河湖相沉积，为一套中厚层、粉细砂与薄层砂黏土互层：细砂为灰褐色—灰黑色，湿—饱和，中密—密实。黏性土层主要以粉质黏土、粉土为主，灰褐色—灰黑色，岩芯呈碎块状或短柱状，软塑—硬塑。该区存在砂土液化，以中等液化为主，总体评价该区工程地质条件中等。根据工程地质钻探，其地表以下100 m的综合柱状图见图4-6，共分为14层土体，各土体特征如下。

（1）素填土

黄褐色，埋深0.0~4.3 m，稍湿，松散。成分以粉砂，粉质黏土为主。土质不均匀，含植物根茎，局部含少量砾石。堆积时间小于10年。该土层承载力特征值为50~90 kPa。

（2）粉砂

15 m以上为黄褐色，埋深1.2~15.8 m，其下为青灰色，稍湿—饱和。8 m以上为中密，8~15 m为密实，15 m以下为中密。矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。该土层承载力特征值为120~150 kPa，该层为液化土层，液化等级轻微—中等。

（3）细砂

7.2 m以上为黄褐色，埋深4.3~20.0 m，其下为青灰色，湿—饱和，4 m以上为松散状态，其下为稍密—中密。矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。11.3~11.5 m处夹少量卵砾石，含量约30%，上层夹粉砂，下层夹中砂。该土层承载力特征值为160~190 kPa，该层为液化土层，液化等级轻微—中等。

（4）砾砂

图4-6 黄河一级阶地工程地质亚区工程地质综合柱状图

灰褐色，埋深15.5~17.8 m，饱和中密，矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。该土层承载力特征值为200~210 kPa。

（5）中砂

黄褐色，埋深17.8~22.4 m，饱和，密实。矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。该土层承载力特征值为250~260 kPa。

（6）黏土

灰褐色，埋深20.0~23.6 m，可塑，手捻有滑感，切面光滑有光泽，干强度高，韧性高。该土层承载力特征值为210~230 kPa，其他物理力学参数参见表4-5。

（7）粉质黏土

红褐色，埋深22.3~48.4 m，硬塑，切面有光泽，韧性较高，干强度高，手捻有滑腻感。该土层承载力特征值为250~270 kPa，其他物理力学参数参见表4-5。

（8）细砂

黄褐色，埋深23.0~43.3 m，饱和，密实。矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。承载力特征值为310~320 kPa。

（9）卵石

杂色，埋深43.4~43.9 m，饱和，密实分选性差，多呈亚圆状态，母岩以砂岩及灰岩为主。充填细砂。承载力特征值为330~340 kPa。

（10）粉砂

黄褐色，埋深43.0~57.6 m，饱和，密实。矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。在49.8~50.0 m之间充填少量砾石。承载力特征值为340~350 kPa。

（11）细砂

黄褐色，埋深48.2~52.7 m，矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物，下部夹中砂。承载力特征值为340~350 kPa。

（12）黏土

红褐色，埋深57.6~60.8 m，硬塑，手捻有滑感，切面光滑有光泽，干强度高，韧性高。承载力特征值为270~290 kPa，其他物理力学参数参见表4-5。

表4-5 黄河一级阶地粉细砂黏性土互层工程地质亚区不同深度各土体物理力学参数一览表

（13）粉砂

灰褐色为主，埋深60.8~100.3 m（但80~82.0 m之间为黄褐色），饱和，密实。矿物成分以石英及长石为主，含云母等暗色矿物。顶部含20 cm左右粉砂。承载力特征值为350~360 kPa。

（14）砂质泥岩

棕红色，埋深52.7~100.1 m，巨厚层状结构，泥质胶结。上部岩芯浸水后手可捏碎，手捻有轻微砂感。其下岩芯用手可掰断。承载力特征值为490~500 kPa。

4.2.3.3 黄河二级阶地黏性土工程地质亚区（Ⅲ3）

分布在研究区中部的银川市金凤区和兴庆区，是研究区主要的工程地质区，是研究区面积最大的工程地质区，也是银川市最主要的城市建设区，该区工程地质钻孔分布密度很高，研究程度也很高，是本次研究的重点。该区地形平坦，地势开阔，海拔高程1102~1116 m，地形上整体西南高、北东低，地形较一级阶地明显高。该区上部覆盖第四系全新统灵武组（Qhl）粉细砂与黏性土层，厚度约16 m，细砂为黄褐色—灰褐色，稍湿—饱和，稍密—中密；下部地层为第四系上更新统萨拉乌苏组（Qp3s）。该区大部分地区不存在砂土液化问题，局部存在轻微沙土液化，工程地质条件总体评价好。根据工程地质钻探，地表以下100 m的综合柱状图见图4-7，共分为22层土体，各土体特征如下。

（1）杂填土(www.xing528.com)

浅褐灰色，埋深0.0~2.5 m，干，松散。主要成分为中细砂，次为砖块、砾石及碎石，结构松散，土质不均匀，表部植物根系发育。堆积时间小于十年。承载力特征值为70~90 kPa。

（2）素填土

黄褐色，埋深1.6~2.8 m，湿，稍密，主要由粉土、粉砂组成。承载力特征值为90~100 kPa。

图4-7 黄河二级阶地工程地质亚区工程地质综合柱状图

（3）粉土

浅灰色，埋深2.6~4.6 m，湿—饱和，中密。摇振反应中等，土质均匀。承载力特征值为110~130 kPa，轻微液化，其他物理力学参数参见表4-6。

（4）粉质黏土

黄褐色，埋深5.0~7.2 m，湿，硬塑，手捻有砂感，切面有光泽，无摇振反应，韧性中等，干强度较高。承载力特征值为130~150 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

表4-6 黄河二级阶地粉细砂黏性土互层工程地质亚区不同深度粉土物理力学参数一览表

（5）粉土

灰褐色，埋深7.0~8.0 m，饱和，密实，干强度较低，局部夹粉质黏土薄层。轻微液化，承载力特征值为160~170 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（6）粉质黏土

褐黄色—褐红色，埋深8.0~11.0 m，湿，硬塑，手捻有滑感，切面有光泽，韧性高，干强度高，土质均匀。承载力特征值为170~180 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（7）粉砂

黄褐色，埋深11.0~14.8 m，饱和，中密—密实，矿物成分为石英、长石，含云母等暗色矿物，无摇振反应，土质均匀，局部见粉黏土及粉土透镜体。承载力特征值为240~250 kPa，轻微液化。

（8）粉土

灰褐色，埋深14.0~17.8 m，饱和，密实，干强度较低，局部夹粉质黏土薄层。承载力特征值为200~220 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（9）粉砂

灰色—浅灰色，埋深15.0~31.7 m，饱和，密实。主要矿物成分为石英、长石等，其次为云母等暗色矿物，局部见粉黏土及粉土透镜体。承载力特征值为260~270 kPa。

（10）粉质黏土

灰褐色，埋深29.5~31.7 m，湿，岩芯呈短柱状或碎块状，软塑—可塑，刀切面有光泽，干强度高，韧性高。承载力特征值为280~300 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（11）细砂

灰褐色，埋深30.0~49.0 m，饱和，密实，主要成分以石英、长石为主，分选性一般，较均匀。承载力特征值为280~300 kPa。

（12）粉土

灰褐色，埋深48.0~49.5 m，饱和，密实，干强度较低，局部夹粉质黏土薄层。承载力特征值为300~310 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（13）粉质黏土

灰色—浅灰色，埋深49.0~50.0 m，饱和，密实。主要矿物成分为石英、长石等，次为云母等暗色矿物，局部见粉黏土及粉土透镜体，承载力特征值为250~270 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（14）细砂

灰褐色，埋深49.0~52.0 m，饱和，密实，主要成分以石英、长石为主，分选性一般，较均匀。承载力特征值为290~310 kPa。

（15）粉土

灰褐色，埋深50.0~53.0 m，饱和，密实，干强度较低，局部夹粉质黏土薄层。承载力特征值为280~300 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（16）粉质黏土

褐色，埋深53.0~54.0 m，湿，岩芯呈短柱状或碎块状，软塑—可塑，刀切面有光泽，干强度高，韧性高，承载力特征值为300~320 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（17）细砂

棕褐色，埋深50.0~84.8 m，饱和，密实，主要成分以石英、长石为主，分选性一般，较均匀，承载力特征值为280~300 kPa。

（18）粉质黏土

灰褐色，埋深83.0~88.5 m，岩芯呈短柱状或碎块状，硬塑，刀切面光泽感弱，承载力特征值为310~320 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（19）粉土

灰褐色，埋深84.0~89.0 m，饱和，密实，干强度较低，局部夹粉质黏土薄层。承载力特征值为290~310 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（20）细砂

灰褐色，埋深89.0~91.0 m，饱和，密实，主要成分以石英、长石为主，分选性一般，较均匀，承载力特征值为330~340 kPa。

（21）粉质黏土

灰褐色，埋深90.0~91.7 m，岩芯呈短柱状或碎块状，硬塑，刀切面光泽感弱，承载力特征值为300~310 kPa，其他物理力学参数参见表4-6。

（22）细砂

灰褐色，埋深90.0~100.2 m，饱和，密实，主要成分以石英、长石为主，分选性一般，较均匀，承载力特征值为350~360 kPa。4.2.3.4 低平碱滩地软土工程地质亚区（Ⅲ4）

该亚区分布在工作区内的一级阶地和二级阶地，多为湖泊洼地，地势低平，呈负地形。该亚区土体结构为上部覆盖第四系全新统湖沼积黏性土层（Qh 2l），该层以湖积淤泥质软土为主，厚度一般小于3 m；下部土体结构与Ⅲ2、Ⅲ3亚区一致。现只对上部湖积淤泥质软土进行简述：湖积淤泥质软土，灰褐色—灰黑色，具有触变性、流动性、高压缩性、低强度、低透水性和不均匀性等不良工程地质特性，工程地质条件较差。

4.2.3.5 冲湖积平原工程地质区三轴剪切试验分析

以往研究区都采用直剪试验来测定土的抗剪强度，试样施加垂向力后3~5分钟内剪破，试样得到抗剪强度称为快剪强度。本次采用的三轴剪切试验（UU）是在不排水条件下围压增加一个增量，后在不允许水进出的条件下逐渐施加轴向力使试样破坏。因而三轴剪切实验获得的土体内摩擦角（φ）与黏聚力（C）更能接近土体的真实值。本次研究在银川市冲湖积平原工程地质区内取100组三轴剪切实验进行黏聚力（C）和内摩擦角（φ）系统分析，以期获得更科学的C和φ数值，服务工程建设。这也是银川市区首次大量区域取样三轴剪切试验，分析结果是一系列全新的数据。现将全新统灵武组（Qhl，地表以浅30 m）和上更新统萨拉乌苏组（Qp3s，地表以下30~100 m）进行对比分析如下。

（1）第四系全新统灵武组土体对比分析

第四系全新统灵武组，分布在地表以浅30 m，根据岩性的不同分为粉土和粉质黏土进行对比分析。

①灵武组粉土对比分析

黏聚力（C）是根据7组试验数据对比，发现三轴剪切试验获得的黏聚力远大于直剪试验获得的数值，呈现出非常明显的统计差异。直剪试验黏聚力数值为7.2~14.6 kPa，平均值为11.4 kPa；而三轴剪切试验黏聚力数值为23~34 kPa，平均值为28.3 kPa，明显高于直剪试验，平均值是直剪试验平均值的2.48倍，详见图4-8。说明银川市区地表30 m以浅土体直剪试验获得的黏聚力明显小于三轴剪切试验获得的黏聚力，试验方法引起的试验结果差异十分大，需要引起关注和重视。

内摩擦角（φ）是根据7组试验数据对比，发现三轴剪切试验获得的内摩擦角都小于直剪试验获得的数值，具有统计差异。直剪试验内摩擦角数值为23.7°~25.4°，平均值为24.7°；而三轴剪切试验内摩擦角数值为19.8°~24.5°，平均值为21.9°，详见图4-9。说明银川市区地表30 m以浅土体直剪试验获得的内摩擦角大于三轴剪切试验获得的内摩擦角，试验方法引起的试验结果差异明显，也需要引起关注和重视。

②灵武组粉质黏土对比分析

黏聚力（C）是根据16组试验数据对比，发现三轴剪切试验获得的黏聚力远小于直剪试验获得的数值，呈现出非常明显的统计差异。直剪试验黏聚力数值为18.9~30.5 kPa，平均值为26.1 kPa；而三轴剪切试验黏聚力数值为9~18 kPa，平均值为14.3 kPa，详见图4-10。说明银川市区地表30 m以浅土体直剪试验获得的黏聚力明显大于三轴剪切试验获得的黏聚力，试验方法引起的试验结果差异十分大，需要引起关注和重视。

内摩擦角（φ）是根据16组试验数据对比，发现三轴剪切试验获得的内摩擦角都小于直剪试验获得的数值，具有统计差异。直剪试验内摩擦角数值为10.2°~21.8°，平均值为17.6°；而三轴剪切试验内摩擦角数值为4.3°~13.6°，平均值为8.7°，详见图4-11。说明银川市区地表30 m以浅土体直剪试验获得的内摩擦角远大于三轴剪切试验获得的内摩擦角，试验方法引起的试验结果差异十分明显，也需要引起关注和重视。

图4-8 灵武组粉土三轴剪切与直剪黏聚力对比曲线图

图4-9 灵武组粉土三轴剪切与直剪内摩擦角对比曲线图

图4-10 灵武组粉质黏土三轴剪切与直剪黏聚力对比曲线图

图4-11 灵武组粉质黏土三轴剪切与直剪内摩擦角对比曲线图

（2）第四系上更新统萨拉乌苏组土体对比分析

第四系上更新统萨拉乌苏组分布在地表以下30~100 m。本次研究取到的试验样品大部分都为粉质黏土，粉土样品很少，故只对粉质黏土进行研究分析。而且粉质黏土样品的直剪试验和三轴剪切试验数据基本无统计差异，现简述如下。

黏聚力（C）是根据19组试验数据对比，发现三轴剪切试验获得的黏聚力与直剪试验获得的数值无明显的统计差异。直剪试验黏聚力数值为20.1~35.5 kPa，平均值为28.2 kPa；三轴剪切试验黏聚力数值为14~37 kPa，平均值为26 kPa，详见图4-12。

内摩擦角（φ）是根据19组试验数据对比，发现三轴剪切试验获得的黏聚力与直剪试验获得的数值无明显的统计差异。直剪试验内摩擦角数值为16.2°~22.0°，平均值为18.2°；三轴剪切试验内摩擦角数值为12.4°~22.6°，平均值为19.4°，详见图4-13。

图4-12 萨拉乌苏组粉质黏土三轴剪切与直剪黏聚力对比曲线图

图4-13 萨拉乌苏组粉质黏土三轴剪切与直剪内摩擦角对比曲线图