伊拉克美索不达米亚平原软土分布特征及工程性质分析

侯伟龙，徐正宣，付开隆

(中国中铁二院工程集团有限责任公司， 成都　610031)

摘　要：伊拉克美索不达米亚平原地区分布着厚层状的流塑～软塑状黏性土，主要分布在底格里斯河和幼发拉底河流域，以湖相、沼泽相沉积环境为主。为了查明该区域内软土对拟建“巴士拉-法奥”段铁路路基工程的影响，采取现场调查、地质钻探、原位及室内试验等综合勘探手法，调查研究软土的分布特征及工程性质。研究发现：美索不达米亚平原地区广泛分布的软土具有垂直分布和空间分布特征。在垂直分布上软土的状态受深度控制，一般0～3 m，多呈流塑状，3～15 m呈软塑状，15～25 m呈软塑～硬塑状。且土层盐渍化严重，易溶盐含量从地表往下逐渐减弱，强盐渍土主要分布在地表0～5 m；在空间上具有受地形地貌、降雨量、河流水系、沉积环境等控制的特征。

关键词：伊拉克；美索不达米亚平原；软土；工程特性

1　概述

伊拉克主要是大陆性亚热带半干旱型气候，北部和东北部山区为地中海气候。降雨具有很强的季节性且干燥度从北到南逐渐增强[1]。伊拉克北部受山地影响，南部则受波斯湾的海洋影响，气温由北向南递增，降水量则由北向南递减，相对湿度则以中部及西部沙漠区最低[2]。美索不达米亚平原位于伊拉克的南部，是发源于土耳其库尔德斯坦山脉的底格里斯河与发源于叙利亚的幼发拉底河冲积而成的长方形平原，自西北向东南倾斜。美索不达米亚平原南部地层积盐要比北部及中部严重，地下水埋藏深度浅和矿化度高，土层盐渍化的程度远远大于中部及北部的土层[3]。基于“伊拉克巴士拉-法奥段”新建铁路岩土工程勘察、水文地质调查等基础资料，研究总结了伊拉克美索不达米亚平原地区广泛分布的软土特征，为该地区的相关工程建设提供了地质依据。

2　伊拉克境内陆质概况

2.1　地形地貌

伊拉克美索不达米亚平原是发源于土耳其库尔德斯坦山脉的底格里斯河与发源于叙利亚的幼发拉底河冲积而成的长方形平原，自西北向东南倾斜，平原总长度约650 km，面积达13.3万 km2，占伊拉克总面积的30.4%[3]。两河流于国境东南角的巴士拉附近汇合，进入波斯湾。冲积平原在与土耳其接壤的北部和与伊朗接壤的东部被群山包围，南部和东部为沙漠地区[4](图1)。平原中、南部海拔100～0 m，多为湖泊和沼泽。

图1　区内陆形分布

2.2　地层岩性

区内陆表大面积覆盖第四系堆积物，冲积平原区主要为冲洪积(Q4al+pl)淤泥质黏土、黏土、砂卵石土，层厚均匀且一般较大，土层盐渍化严重。山前平原区地表广泛分布坡洪积(Q4dl+pl)的黏土、粉质黏土，砂土，多呈黏土与砂交错堆积，堆积层厚度变化不一，土层多含易溶盐。区内个别段落基岩零星出露，下伏地层主要为第三系—白垩系—侏罗系的碳酸沉积岩，岩性以灰岩及泥质、钙质胶结的砂岩为主。

2.3　地质构造

美索不达米亚平原和南部沙漠由新生代沉积层覆盖。从构造方面来讲，新生代的地质构造同时被认为是非褶皱地质构造带[5]。平原完全被近代和更新世时代的河流冲击物、残余物和阶地沉积物覆盖。美索不达米亚平原北部地区显示出上新世时期Bakhtiari构造(PL)层露出地面的部分。有关美索不达米亚平原结构的另一个观点是，它和阿拉伯海湾一起构成向斜下沉带，东北方向延伸至不稳定的扎格罗斯山[6]。因此，两种类型的构造运动都在进行。大部分山脉地带抬升，而美索不达米亚平原和阿拉伯海湾下沉[7]。该主要区域性构造运动与该地区的独立上升或局部上升，或独立褶皱的抬升相伴发生。

2.4　水文地质特征

美索不达米亚为冲积平原区，区内主要河流为阿拉伯河流以及巴士拉运河，区内沼泽受洪水泛滥影响，区内常被洪水湮没。地下水主要为第四系松散层孔隙水，赋存于淤泥、砂土层中，受大气降雨补给。地下水位位于地表附近，水位埋深很浅，一般在地面以下1～2 m，由于近海，硫酸盐含量很高[8]。美索不达米亚平原由一个连续和相互转化的地下水体系和多个浅层地下水位构成。底格里斯河、幼发拉底河常年受洪水和季节性低潮的影响，区内陆下水水位由这两大河流的水位决定。区内陆下水埋深浅，一般在地面以下1.6～2.3 m。根据区内勘察资料，地下水易溶盐含量总量TSS：3.3%～11.5%，pH值8.0～8.4，SO42-含量1 200～2 200 mg/L，地下水对钢筋混凝土具SO42-侵蚀。

3　软土的分布概况

软土一般是指天然含水量大，有机质含量多，压缩性高，孔隙比大，渗透性差，承载力低流塑～软塑状态的黏性土，是在静水或者缓慢水流环境下，经生物化学作用形成的以细粒土为主的近代沉积物。

美索不达米亚地区内软土具有空间分布和垂直分布特征，在空间上受地形地貌、河流水系及降雨量、沉积环境等要素控制，美索不达米亚平原地区分布的软土主要位于底格里斯河和幼发拉底河流域[10]，如图2所示。在垂直分布上软土的状态受深度控制，根据原位测试试验及土工试验统计结果，区内黏性土一般0～3 m多呈流塑状，3～15 m呈软塑状，15～25 m呈软塑～硬塑状。盐渍土的含量从地表往下逐渐减弱，强盐渍土主要分布在地表0～5 m范围内。

图2　美索不达米亚平原地区软土分布[8]

4　软土的物理力学特征

美索不达米亚平原地区分布的软土整体呈棕灰色-暗灰色，流塑～软塑状，土层间局部夹有透镜状、薄层状的粉细砂和黑色泥炭质土，部分地段可见氧化铁锈染和贝壳[9]。钻孔资料显示该层厚度20～26 m，其中0～3 m范围内呈流塑状，3～15 m范围内呈软塑状，5～25 m呈软塑～硬塑状。软土具有含水量高、高压缩性、低强度等特性，根据现场原位试验及土工试验统计结果，地层主要物理力学参数如表1所示。

表1　美索不达米亚平原地区主要土层物理指标

垂向分布深度/mTPS原位标贯测试(1156次)主要物理特性(821组样)天然含水量/%孔隙比/%有机质含量/%易溶盐含量/%液限/%定名0<><>2518～6124.9～26.6—0.3～4.0—砂、砾土

主要地层分述如下：(1)淤泥质黏土(流塑状)棕灰色-暗灰色，流塑状，土层间夹有透镜状、薄层状的粉细砂和黑色泥炭质土，部分地段可见氧化铁锈染和贝壳。钻孔资料显示该层一般厚0～3 m；(2)淤泥质黏土(软塑状)棕灰色-暗灰色，软塑状，土层间夹有透镜状或薄层状的粉细砂，可见黑色的泥炭质有机物。呈层状广泛分布于流塑状淤泥质黏土层之下，其状态与流塑状淤泥质黏土无明显的界限。该区域内陆下水位埋深很浅，地下水及土层内易溶盐含量较高，区内陆表土层为软土和盐渍土共生段。表面土层易溶盐含量很高，易溶盐含量总量TSS=3.3%～11.5%，地下水位位于地表附近，土层和地下水对混凝土都有极强腐蚀性[12]。根据现场原位试验及土工试验统计结果，同时类比该地区既有工程，推荐了美索不达米亚地区主要地层的力学参数建议值，如表2所示。

表2　美索不达米亚地区主要土层力学参数建议值

岩土名称稠度状态天然快剪固结快剪凝聚力/kPa内摩擦角/(°)凝聚力/kPa内摩擦角/(°)基底摩擦系数桩周极限摩阻力/kPa基本承载力/kPa软土流塑5～81～210～186～8—2040～60软塑6～102～320～218～10—3080～100

5　结论

伊拉克美索不达米亚平原地区分布着厚层状的流塑～软塑状黏性土，主要分布在底格里斯河和幼发拉底河流域，以湖相、沼泽相沉积环境为主，土层盐渍化严重，平原区土层呈软土和盐渍土共生现象。为了查明该地区分布的厚层状软土对铁路路基工程的影响，通过钻探、原位试验，室内试验等综合地质勘察手段，查明了美索不达米亚平原地区软土的分布特征及工程性质，对该地区相关工程设计建设具有一定的参考及借鉴。研究发现，该区域内软土在空间上受区域地形地貌、河流水系、降雨量、沉积环境等特征控制，在垂直分布上软土的状态受深度控制，一般0～3 m，多呈流塑状，3～15 m呈软塑状，15～25 m呈软塑～硬塑状，且盐渍土的含量从地表往下逐渐减弱，强盐渍土主要分布在地表0～5 m。

参考文献：

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

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[3]中铁二院工程集团有限责任公司，巴格达-库特-乌姆卡斯尔准轨铁路项目可行性研究报告[R].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2013.

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[5]Firyal Bou-Rabee，张玉玮.利用地震资料推断科威特的地质和构造历史[J].国外油气勘探，1997(10):41-45.

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[10]中铁二院工程集团有限责任公司.巴士拉-法奥段铁路岩土工程勘察报告(安德烈实验室研究报告)[R].成都:中铁二院工程集团有限责任公司，2013.

[11]中华人民共和国铁道部.TB 10012—2007铁路工程地质勘察规范[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[12]中铁二院工程集团有限责任公司.巴格达-法奥水文地质报告[R].成都:中铁二院工程集团有限责任公司，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)

Abstract：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．

Key words：Iraq; Alluvial plain; Soft clay; Engineering properties

收稿日期：2016-01-19；

修回日期：2016-03-03

作者简介：侯伟龙 (1984—)，男，工程师，2011年毕业于成都理工大学，工学硕士，主要从事铁路工程地质勘察设计工作，E-mail：[e-mail]。

文章编号：1004-2954(2016)09-0052-04

中图分类号：U212.22

文献标识码：A　　DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.011