伊拉克美索不達米亞平原軟土分布特征及工程性質分析

侯偉龍，徐正宣，付開隆

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都　610031)

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伊拉克美索不達米亞平原軟土分布特征及工程性質分析

侯偉龍，徐正宣，付開隆

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都610031)

伊拉克美索不達米亞平原地區分布著厚層狀的流塑～軟塑狀黏性土，主要分布在底格里斯河和幼發拉底河流域，以湖相、沼澤相沉積環境為主。為了查明該區域內軟土對擬建“巴士拉-法奧”段鐵路路基工程的影響，采取現場調查、地質鉆探、原位及室內試驗等綜合勘探手法，調查研究軟土的分布特征及工程性質。研究發現：美索不達米亞平原地區廣泛分布的軟土具有垂直分布和空間分布特征。在垂直分布上軟土的狀態受深度控制，一般0～3 m，多呈流塑狀，3～15 m呈軟塑狀，15～25 m呈軟塑～硬塑狀。且土層鹽漬化嚴重，易溶鹽含量從地表往下逐漸減弱，強鹽漬土主要分布在地表0～5 m；在空間上具有受地形地貌、降雨量、河流水系、沉積環境等控制的特征。

伊拉克；美索不達米亞平原；軟土；工程特性

1　概述

伊拉克主要是大陸性亞熱帶半干旱型氣候，北部和東北部山區為地中海氣候。降雨具有很強的季節性且干燥度從北到南逐漸增強[1]。伊拉克北部受山地影響，南部則受波斯灣的海洋影響，氣溫由北向南遞增，降水量則由北向南遞減，相對濕度則以中部及西部沙漠區最低[2]。美索不達米亞平原位于伊拉克的南部，是發源于土耳其庫爾德斯坦山脈的底格里斯河與發源于敘利亞的幼發拉底河沖積而成的長方形平原，自西北向東南傾斜。美索不達米亞平原南部地層積鹽要比北部及中部嚴重，地下水埋藏深度淺和礦化度高，土層鹽漬化的程度遠遠大于中部及北部的土層[3]。基于“伊拉克巴士拉-法奧段”新建鐵路巖土工程勘察、水文地質調查等基礎資料，研究總結了伊拉克美索不達米亞平原地區廣泛分布的軟土特征，為該地區的相關工程建設提供了地質依據。

2　伊拉克境內地質概況

2.1地形地貌

伊拉克美索不達米亞平原是發源于土耳其庫爾德斯坦山脈的底格里斯河與發源于敘利亞的幼發拉底河沖積而成的長方形平原，自西北向東南傾斜，平原總長度約650 km，面積達13.3萬 km2，占伊拉克總面積的30.4%[3]。兩河流于國境東南角的巴士拉附近匯合，進入波斯灣。沖積平原在與土耳其接壤的北部和與伊朗接壤的東部被群山包圍，南部和東部為沙漠地區[4](圖1)。平原中、南部海拔100～0 m，多為湖泊和沼澤。

圖1　區內地形分布

2.2地層巖性

區內地表大面積覆蓋第四系堆積物，沖積平原區主要為沖洪積(Q4al+pl)淤泥質黏土、黏土、砂卵石土，層厚均勻且一般較大，土層鹽漬化嚴重。山前平原區地表廣泛分布坡洪積(Q4dl+pl)的黏土、粉質黏土，砂土，多呈黏土與砂交錯堆積，堆積層厚度變化不一，土層多含易溶鹽。區內個別段落基巖零星出露，下伏地層主要為第三系—白堊系—侏羅系的碳酸沉積巖，巖性以灰巖及泥質、鈣質膠結的砂巖為主。

2.3地質構造

美索不達米亞平原和南部沙漠由新生代沉積層覆蓋。從構造方面來講，新生代的地質構造同時被認為是非褶皺地質構造帶[5]。平原完全被近代和更新世時代的河流沖擊物、殘余物和階地沉積物覆蓋。美索不達米亞平原北部地區顯示出上新世時期Bakhtiari構造(PL)層露出地面的部分。有關美索不達米亞平原結構的另一個觀點是，它和阿拉伯海灣一起構成向斜下沉帶，東北方向延伸至不穩定的扎格羅斯山[6]。因此，兩種類型的構造運動都在進行。大部分山脈地帶抬升，而美索不達米亞平原和阿拉伯海灣下沉[7]。該主要區域性構造運動與該地區的獨立上升或局部上升，或獨立褶皺的抬升相伴發生。

2.4水文地質特征

美索不達米亞為沖積平原區，區內主要河流為阿拉伯河流以及巴士拉運河，區內沼澤受洪水泛濫影響，區內常被洪水湮沒。地下水主要為第四系松散層孔隙水，賦存于淤泥、砂土層中，受大氣降雨補給。地下水位位于地表附近，水位埋深很淺，一般在地面以下1～2 m，由于近海，硫酸鹽含量很高[8]。美索不達米亞平原由一個連續和相互轉化的地下水體系和多個淺層地下水位構成。底格里斯河、幼發拉底河常年受洪水和季節性低潮的影響，區內地下水水位由這兩大河流的水位決定。區內地下水埋深淺，一般在地面以下1.6～2.3 m。根據區內勘察資料，地下水易溶鹽含量總量TSS：3.3%～11.5%，pH值8.0～8.4，SO42-含量1 200～2 200 mg/L，地下水對鋼筋混凝土具SO42-侵蝕。

3　軟土的分布概況

軟土一般是指天然含水量大，有機質含量多，壓縮性高，孔隙比大，滲透性差，承載力低流塑～軟塑狀態的黏性土，是在靜水或者緩慢水流環境下，經生物化學作用形成的以細粒土為主的近代沉積物。

美索不達米亞地區內軟土具有空間分布和垂直分布特征，在空間上受地形地貌、河流水系及降雨量、沉積環境等要素控制，美索不達米亞平原地區分布的軟土主要位于底格里斯河和幼發拉底河流域[10]，如圖2所示。在垂直分布上軟土的狀態受深度控制，根據原位測試試驗及土工試驗統計結果，區內黏性土一般0～3 m多呈流塑狀，3～15 m呈軟塑狀，15～25 m呈軟塑～硬塑狀。鹽漬土的含量從地表往下逐漸減弱，強鹽漬土主要分布在地表0～5 m范圍內。

圖2　美索不達米亞平原地區軟土分布[8]

4　軟土的物理力學特征

美索不達米亞平原地區分布的軟土整體呈棕灰色-暗灰色，流塑～軟塑狀，土層間局部夾有透鏡狀、薄層狀的粉細砂和黑色泥炭質土，部分地段可見氧化鐵銹染和貝殼[9]。鉆孔資料顯示該層厚度20～26 m，其中0～3 m范圍內呈流塑狀，3～15 m范圍內呈軟塑狀，5～25 m呈軟塑～硬塑狀。軟土具有含水量高、高壓縮性、低強度等特性，根據現場原位試驗及土工試驗統計結果，地層主要物理力學參數如表1所示。

表1　美索不達米亞平原地區主要土層物理指標

主要地層分述如下：(1)淤泥質黏土(流塑狀)棕灰色-暗灰色，流塑狀，土層間夾有透鏡狀、薄層狀的粉細砂和黑色泥炭質土，部分地段可見氧化鐵銹染和貝殼。鉆孔資料顯示該層一般厚0～3 m；(2)淤泥質黏土(軟塑狀)棕灰色-暗灰色，軟塑狀，土層間夾有透鏡狀或薄層狀的粉細砂，可見黑色的泥炭質有機物。呈層狀廣泛分布于流塑狀淤泥質黏土層之下，其狀態與流塑狀淤泥質黏土無明顯的界限。該區域內地下水位埋深很淺，地下水及土層內易溶鹽含量較高，區內地表土層為軟土和鹽漬土共生段。表面土層易溶鹽含量很高，易溶鹽含量總量TSS=3.3%～11.5%，地下水位位于地表附近，土層和地下水對混凝土都有極強腐蝕性[12]。根據現場原位試驗及土工試驗統計結果，同時類比該地區既有工程，推薦了美索不達米亞地區主要地層的力學參數建議值，如表2所示。

表2　美索不達米亞地區主要土層力學參數建議值

5　結論

伊拉克美索不達米亞平原地區分布著厚層狀的流塑～軟塑狀黏性土，主要分布在底格里斯河和幼發拉底河流域，以湖相、沼澤相沉積環境為主，土層鹽漬化嚴重，平原區土層呈軟土和鹽漬土共生現象。為了查明該地區分布的厚層狀軟土對鐵路路基工程的影響，通過鉆探、原位試驗，室內試驗等綜合地質勘察手段，查明了美索不達米亞平原地區軟土的分布特征及工程性質，對該地區相關工程設計建設具有一定的參考及借鑒。研究發現，該區域內軟土在空間上受區域地形地貌、河流水系、降雨量、沉積環境等特征控制，在垂直分布上軟土的狀態受深度控制，一般0～3 m，多呈流塑狀，3～15 m呈軟塑狀，15～25 m呈軟塑～硬塑狀，且鹽漬土的含量從地表往下逐漸減弱，強鹽漬土主要分布在地表0～5 m。

[1]Naqash A B, Shaker S N. Aeolian sedimentation processes in lower Mesopotamian Plan[J]. Water Res， 1986，5(1):486-508.

[2]M.S.Aseen，王桂宏.伊拉克北部基底構造對油氣生成運移和聚集的影響[J].國外油氣勘探，1993，5(4):71-75.

[3]中鐵二院工程集團有限責任公司，巴格達-庫特-烏姆卡斯爾準軌鐵路項目可行性研究報告[R].成都：中鐵二院工程集團有限責任公司，2013.

[4]夏榮基.伊拉克兩河流域鹽漬土種稻過程中水鹽動態的初步探討[J].干旱區研究，1986(1):34-38.

[5]Firyal Bou-Rabee，張玉瑋.利用地震資料推斷科威特的地質和構造歷史[J].國外油氣勘探，1997(10):41-45.

[6]李光輝，倪國輝，康曉泉.伊拉克北部K油田碳酸鹽巖儲層電成像測井評價[J].國外測井技術，2010(175):29-31.

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[8]中鐵二院工程集團有限責任公司.伊拉克巴士拉-法奧鐵路項目可研報告[R].成都：中鐵二院工程集團有限責任公司，2013.

[9]中華人民共和國鐵道部.TB10038—2012鐵路工程特殊巖土勘察規范[S].北京：中國鐵道出版社，2012:40-41.

[10]中鐵二院工程集團有限責任公司.巴士拉-法奧段鐵路巖土工程勘察報告(安德烈實驗室研究報告)[R].成都:中鐵二院工程集團有限責任公司，2013.

[11]中華人民共和國鐵道部.TB 10012—2007鐵路工程地質勘察規范[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[12]中鐵二院工程集團有限責任公司.巴格達-法奧水文地質報告[R].成都:中鐵二院工程集團有限責任公司，2013.

Soft Soil Distribution and Engineering Property Analysis of Alluvial Plain of Iraq

HOU Wei-long， XU Zheng-xuan， FU Kai-long

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu 610031， China)

The alluvial plain of Iraq is distributed with thick layer of silt clay， the soft clay is mainly distributed in the plains of the south， the Tigris and the Euphrates river valley. In order to find out the impact of soft soil on the subgrade of the engineering project， field investigation， geological drilling in situ， laboratory test and electric integrated exploration technique are employed to study the distribution characteristics and engineering properties of soft soil. The study shows that the mesopotamian plain areas are vertically and spatially distributed with soft soil with the depth of 0～3 m in general， appearing in soft-flow-plastic state， and 15 to 25 m in soft-plastic to hard-plastic state. The content of soluble salt is reduced continuously from the surface down， and the strong saline soil are mainly distributed in the depth of 0～5 m. The area is dominated spatially by the topography， the rainfall， river water system and sedimentary environment．

Iraq; Alluvial plain; Soft clay; Engineering properties

2016-01-19；

2016-03-03

侯偉龍 (1984—)，男，工程師，2011年畢業于成都理工大學，工學碩士，主要從事鐵路工程地質勘察設計工作，E-mail：358526860@qq.com。

1004-2954(2016)09-0052-04

U212.22

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.011