土方工程施工对利亚斯群 (Lias Group)地层黏土和泥岩孔隙水压力的影响

文摘   2024-08-21 09:26   湖北  
智利  
土方施工  /MetaGeo

APA 格式引文:

Briggs, K. M., Trinidad González, Y., Meijer, G. J., Ridley, A., Powrie, W., Butler, S., & Sartain, N. (2024). The influence of earthworks construction on porewater pressures in clays and mudstones of the Lias Group. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 57(4). https://doi.org/10.1144/qjegh2024-036

研究亮点


 孔隙水压力监测的重要性研究通过对利亚斯群地层的黏土和泥岩进行孔隙水压力监测,揭示了地表工程施工对地下水动态的短期和长期影响。这些监测数据对于评估地层刚度和渗透性具有重要意义。


 地表工程施工的影响:研究分析了试验剖面和堤坝建设期间,地下孔隙水压力的变化情况。结果表明,地表工程施工对地下水压力的影响具有显著的时空差异,尤其是在不同深度的泥岩中表现尤为突出。


 气象与水文数据的整合分析:通过整合多年气象和水文数据,研究探讨了地表水平衡与地下水压力之间的关系。这一方法有助于理解长期气候变化对工程地质环境的影响,并为未来工程设计提供数据支持


 现场与实验室测试相结合的研究方法:本文结合现场监测数据和实验室测试结果,对利亚斯群地层的渗透性和孔隙水压力变化进行了全面评估。这种结合方法增强了研究结果的可靠性和科学性,为类似地质条件下的工程提供了参考依据


 利亚斯群地层的工程响应:研究聚焦于英格兰利亚斯群地层在地表工程施工中的表现,揭示了这一地质单元在遭受外部应力时的反应机制。这一发现对于理解利亚斯群地层的工程特性及其在大型基础设施建设中的应用具有重要意义。



编者按:在当前大型基础设施建设如高铁工程不断推进的背景下,理解土方工程对地下水系统的影响变得尤为重要。本文聚焦于利亚斯群地层中黏土和泥岩的孔隙水压力变化,提供了为期三年的现场监测数据。这项研究不仅揭示了施工过程中孔隙水压力的变化规律,更重要的是,它将地质和水文特性与实际工程条件相结合,为未来的工程设计提供了有力的数据支持和科学依据


文章的核心亮点在于对不同地质单元间孔隙水压力变化的对比分析,特别是在石灰岩与泥岩之间的渗透性差异。这些发现不仅为工程师们提供了具体的设计参考,更为我们理解风化黏土和泥岩在应对外部应力时的反应机制提供了新的视角。尤其是研究指出,在利亚斯群这样的风化地层中,施工引起的孔隙水压力变化可能较小,且消散速度更快,这一发现具有广泛的工程适用性。


本文的研究不仅具有理论深度,也在工程实践中展现了重要价值。它为我们提供了一个更为细致的地质和水文分析框架,帮助我们在复杂的地质条件下更好地进行工程设计和施工。未来,我们期待更多基于此研究的后续工作,进一步深化我们对地层响应机制的理解,并为大型基础设施的安全和可持续发展奠定坚实基础


摘要:监测土方工程施工过程中孔隙水压力的变化,可以获取有关地基刚度和渗透性的信息,并了解自然地下水状态可能受到的影响。


本文介绍了在英国高速铁路二号线(HS2)建设中,为期3年的利亚斯群风化泥岩孔隙水压力测量结果。这些数据来自一个试验剖面和一个试验堤坝。施工过程中,孔隙水压力的即时变化相对于施加的总应力变化较小。这可以用施工期间的固结或膨胀作用,以及在饱和度降低0.5%的情况下,极硬黏土和泥岩的敏感性来解释。从长期来看,由于试验切割处地面高度降低,整个场地的孔隙水压力有所降低。更具渗透性的石灰岩在地层剖面中的存在,加快了孔隙水压力的变化速度,缩短了排水路径长度。


研究得出结论:在利亚斯群等风化黏土和泥岩中,由施工引起的孔隙水压力变化可能较小,并且其消散速度可能比在较年轻、压缩性更强的黏土沉积物中更快


背景:本文聚焦于利亚斯群(Lias Group)地层中黏土和泥岩的孔隙水压力变化,这一研究对理解土方工程施工对地下水动态的影响具有重要意义。利亚斯群地层广泛分布于英国,作为一个重要的地质单元,其工程特性和水文响应对大规模基础设施建设,特别是高速铁路(如HS2)的规划和实施具有直接影响。本文通过对孔隙水压力的长期监测,探讨了土方工程对地下水压力的影响,这不仅填补了相关领域的研究空白,也为未来的工程设计提供了宝贵的数据和见解

科学问题:核心科学问题包括:1.孔隙水压力的变化机理:探讨了土方工程施工过程中孔隙水压力如何随时间和空间变化,以及这些变化如何反映地层的刚度和渗透性。2.施工对地下水系统的影响:分析了施工引起的总应力变化对地下水系统的短期和长期影响,特别是在风化的黏土和泥岩中的表现。3.地层渗透性的影响:研究了利亚斯群地层中的石灰岩如何通过缩短排水路径,影响孔隙水压力的变化速度和幅度

方法:本文采用了长期现场监测与实验室测试相结合的方法,研究了土方工程施工期间孔隙水压力的变化。通过对试验切割和试验堤坝的三年数据进行分析,研究详细记录了孔隙水压力的即时变化和长期演变过程。特别是通过对比不同地质单元(如石灰岩和泥岩)的孔隙水压力变化,揭示了地层渗透性对地下水排水路径的影响。研究还结合了气象和水文数据,进一步探讨了气候变化对地下水系统的长期影响

结果解读研究结果显示,在利亚斯群地层中,由施工引起的孔隙水压力变化相对较小,这可能与地层的固结或膨胀过程,以及极硬黏土和泥岩对饱和度微小变化的敏感性有关。长期来看,由于试验切割处地面高度降低,场地内的孔隙水压力总体呈下降趋势。石灰岩的高渗透性加速了孔隙水压力的变化,缩短了排水路径。这些发现表明,在风化的黏土和泥岩中,施工引起的孔隙水压力变化可能较小,且其消散速度可能快于年轻、更具可压缩性的黏土沉积物


结论评析土方工程施工对孔隙水压力的影响在风化的利亚斯群地层中可能相对较小,且压力消散速度较快。这些发现为工程师在类似地质条件下进行基础设施设计提供了参考依据。然而,研究也强调了对不同地质单元的差异化处理的必要性,特别是在高渗透性地层中,孔隙水压力的变化速度和幅度可能会显著不同。未来的研究可以进一步探讨其他地质单元中的类似问题,以增强研究的广泛性和适用性

图文赏析:


图.  博丁顿场址位于英格兰中部莱阿斯群的泥岩露头上,位于伦敦和伯明翰之间 HS2 铁路的沿线。


图. 现场平面图显示了位于英国沃姆利顿附近博丁顿(北纬 52° 11′ 14″,西经 1° 20′ 21″)试验路堤和试验挖方下方安装有压力计(已标记)的钻孔位置。


要点问答

 
Questions & Answers




█ 土方工程施工期间,孔隙水压力的变化为何较小

施工期间,孔隙水压力的变化较小,这可能是由于地层的固结或膨胀作用,以及极硬黏土和泥岩对饱和度微小变化的高度敏感性所致。尽管总应力发生了变化,但孔隙水压力的即时反应并不明显。

长期来看,孔隙水压力的变化趋势如何

从长期来看,由于试验剖面处地面高度降低,整个场地的孔隙水压力总体呈下降趋势。此外,利亚斯群地层中的石灰岩因其较高的渗透性,加速了孔隙水压力的变化,缩短了排水路径

█ 利亚斯群地层在应对外部应力时的反应机制有什么特点

利亚斯群地层中的风化黏土和泥岩在应对外部应力时表现出较小的孔隙水压力变化,并且其压力消散速度相对较快。这一特性表明,利亚斯群地层在遭受外部施工应力时,可能比年轻、更具可压缩性的黏土沉积物表现出更快的稳定性恢复



原文请查阅 Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology。

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原文链接:https://doi.org/10.1144/qjegh2024-036


延伸阅读

 
Extended Reading


利亚斯群(Lias Group)

欧洲西北部的主要岩石地层单元与ICS的三叠纪地质时间尺度     / wikipedia.org

三叠纪年代地层序列及界线划分标志     /童金南等: 中国三叠纪综合地层和时间框架


利亚斯群(Lias Group)利亚斯群是一个岩石地层单元(一系列岩层),发现于西欧大片地区,包括不列颠群岛、北海、低地国家和德国北部。它由海洋石灰岩、页岩、泥灰岩和粘土组成。


Lias是中古英语术语,表示硬石灰岩,自 1833 年以来,地质学家就以这种特定含义使用。过去,地质学家不仅使用Lias来表示岩层序列,还表示岩层形成的时间跨度。因此,它是地质时间尺度的早侏罗纪时期的另一个名称。现在更具体地知道,利亚斯阶的年龄为Rhaetian阶至Toarcian阶(距今2至1.8亿年前,跨度约2000万年) ,因此也包括三叠纪的一部分。因此,使用“Lias”这个名字来表示时间单位正在慢慢消失


Lias群作为西欧习惯称谓的岩石地层单元,对应于中国年代地层单元,大致相当于侏罗系永丰阶。


详情请参阅:

[1]. https://en.wikipedia.org/wiki/Lias_Group

[2]. 童金南, 楚道亮, 梁蕾, 舒文超, 宋海军, 宋婷, 宋虎跃, & 吴玉样. (2019). 中国三叠纪综合地层和时间框架. 中国科学:地球科学, 49(01), 194-226. https://link.cnki.net/urlid/11.5842.p.20181128.1144.008

[3]. 黄迪颖. (2019). 中国侏罗纪综合地层和时间框架. 中国科学:地球科学, 49(01), 227-256. https://link.cnki.net/urlid/11.5842.P.20181025.0909.002



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