柴达木盆地西北部盐渍化特征及其对铁路工程危险性评价

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柴达木盆地作为连接西藏、新疆南疆及河西走廊的重要中枢点,因我国西部大开发和全面现代化战略发展的需求,地区铁路工程建设的数量大量增加。柴达木盆地西北部作为西北典型干旱区,因特殊的自然环境,该区土壤所面临的盐渍化威胁居全国前列,该区盐渍土作为特殊岩土之一,对铁路工程的建设与后期运营产生极大危害。国内受技术手段和治理成本的限制,未来盐渍土的治理趋势必然遵循“从严治理”,因此,有效的盐渍化危险性评价体系的构建显得极为紧迫和必要。本文以柴达木盆地腹部西北部为研究区,基于该区某铁路工程勘察成果,对研究区盐渍土理化性质和盐分驱动力要素进行系统性分析;同时在充分认识研究区盐渍土来源、性质和成型机理的基础上,遵循定性与定量结合的评价思想,探索出一套应用于柴达木盆地西北部盐渍化危险性评价的评价方法。并在此基础上进行盐渍化威胁下的铁路工程防治措施的研究。取得的成果如下:(1)通过总结既有前人文献资料,提出目前盐渍土主要分类思想及分类原则;提出现代盐渍土、残积盐渍土和潜在盐渍土之间的转换关系。通过对研究区水文条件和盐渍土含盐量初步分析,将研究区内盐渍土分为三类:与地表水有关的盐渍化、与地下水有关的盐渍化和原生盐土。基于本文研究需求,在相关规范基础上,通过样本实验分析数据建立起研究区盐渍土级别划分标准:非盐渍土(<0.3%),弱盐渍土(0.3%~1.5%),中盐渍土(1.5%~6%),强盐渍土(6%~10%),超盐渍土(>10%)。(2)基于不同数据处理软件,从研究区盐渍土酸碱性分布、盐渍土发育程度分布和盐渍土工程类型分布出发,选取PH、含盐量及Cl-/SO42-的三个指标,从研究区纵向和平面两个尺度基于Fisher经典数理统计分析法进行空间分布特征分析。结合研究区自然地质概况,从研究区盐渍土内部盐分的“源—径—积”角度出发将研究区驱动力要素分为地质要素,水文要素和自然要素,并针对于各要素对研究区土壤盐渍化的机理影响进行详细分析。(3)对盐渍化危险性评价进行定义,提出盐渍化危险性评价体系构建特性和评价体系指标选取原则。基于评价体系构建特性与指标选取原则,结合前人相关研究资料,提出柴达木盆地西北部盐渍化危险性评价指标体系,共包含11个评价指标:水动力条件、地下水埋深、地下水矿化度、植被覆盖率、地形地貌、蒸降比值、土地利用类型、土地灌溉方式、有机质含量、沉积盐类矿物及土壤质地,结合专家建议和样品实验数据,对指标分别进行定性化和定量化的值域级别划分,盐渍化危险性总共分为四级级别,越高对铁路工程危害越大:Ⅰ(无或低危险)、Ⅰ(中等危险)、Ⅰ(高危险)和Ⅰ(极高危险)。(4)选取层次分析法和熵权法作为评价指标主、客观权重计算方法,选取博弈论作为主、客观融合权重计算方法,选取联系云模型作为评价指标隶属度计算方法,构建出“博弈论-联系云”土壤盐渍化危险性评价模型,并应用于研究区进行区域实例评价,评价结果表明:山前倾斜冲洪积平原未来土壤盐渍化危险性处于低危险与中等危险之间,危险性总体偏小;剥蚀构造丘陵地区(雅丹)未来土壤盐渍化危险性变化范围较大,目前处于中等危险与极高危险之间,未来也有转变为低危险的可能性存在;巴仑马海湖积盆地未来土壤盐渍化危险性为极高危险,属于“从严治理”首要目标。(5)基于盐渍化危险性评价结果,提出盐渍化威胁下的铁路工程防治措施布置思想,并对其进行定义,提出防治措施布置流程,并在此基础上提出防治措施选取思路,最终针对于研究区内三个参评地区,对其分别处于不同危险等级下进行防治措施的初步探讨,结果表明:山前倾斜冲洪积平原目前无需进行防治措施的布置。但若该地区评价结果为高或极高风险,参考该地区指标隶属度计算结果,则主要针对于蒸降比值和有机质含量提出对应预防措施。剥蚀构造丘陵地区(雅丹)以预防措施与治理措施结合为主,其中预防措施则针对于蒸降比值和地表盐类矿物颗粒,针对前者提出表层铺就薄层中-粗砂砾、覆盖薄膜或遮光球;针对后者提出通过物理手段去除并于工程规划路段覆盖薄膜。针对于中等及强氯盐渍土发育地区,治理措施则主要是隔绝土体与水分的接触,同时提升土体强度。巴仑马海湖积盆地以预防措施与治理措施结合为主,其中预防措施则针对于水动力条件、地下水矿化度、植被覆盖率及地形地貌四个指标提出三点:改变局部微型地貌、种植耐盐植被、挖沟排水、淡水淋洗及工程后期的造林、植草运动。治理措施方面,针对于超氯盐渍土区域,提出可先进行地表30 cm的换土,后对新土进行强夯,增加土体的强度和隔水性。
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