珊瑚礁灰?guī)r工程地質(zhì)特性研究新進(jìn)展

鄭坤，孟慶山，汪稔，俞縉，吳文娟，余克服

1. 廣西大學(xué)海洋學(xué)院，廣西南海珊瑚礁研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004

2. 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071

3. 華僑大學(xué)土木工程學(xué)院，福建省隧道與城市地下空間工程技術(shù)研究中心，廈門 361021

全球珊瑚礁主要分布于南北回歸線之間的熱帶海洋中，廣泛發(fā)育在紅海、印度洋、東南亞以及太平洋地區(qū)，零星地分布在大西洋和加勒比海地區(qū)，溫度18～20 ℃、鹽度27‰～40‰、海水溶解氧量4.5～5.0 mL/L以及深度0～50 m是珊瑚礁最適宜的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境[1]。珊瑚通常是由千姿百態(tài)的珊瑚蟲組成的；有一類軟珊瑚外層是沒(méi)有碳酸鈣骨骼的，死亡之后隨即融入大海便銷聲匿跡了，雖然不是珊瑚礁的建設(shè)者，卻是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的重要組成者；另一類硬珊瑚外表有一層保護(hù)性骨架，被稱為石珊瑚或造礁珊瑚；造礁珊瑚隨著源源不斷地繁衍更替，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月沉積成巖作用，最終演化形成了體積龐大的美麗珊瑚礁，在全球生態(tài)環(huán)境資源研究中占有重要地位，被一些科學(xué)家稱為“海洋中的熱帶雨林”和“海洋沙漠中的綠洲”[2-4]。根據(jù)海平面的潮汐變化，趙煥庭[5]將珊瑚礁地貌劃分為島嶼、沙洲、干出礁、暗沙和暗灘，并按照珊瑚礁體形態(tài)和地理位置的不同，將其劃分為裙礁、堡礁和環(huán)礁3個(gè)主要類型，尤以環(huán)礁最多；同時(shí)根據(jù)沉積相帶的不同，將環(huán)礁地形劃分為向海坡相帶、外礁坪相帶、礁坪突起相帶、內(nèi)礁坪相帶、瀉湖相帶和潮汐通道[6]。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造位置和海底地貌單元的不同，王國(guó)忠[7]將其劃分為大陸架礁、大陸坡礁和大洋型礁三種類型。乍看之下，這些雄偉壯觀的海洋構(gòu)筑物似乎是由石頭建造的，但實(shí)際上是由各種各樣的海洋生物沉積演化而成的，因此珊瑚礁仍繼承了原生生物骨骼疏松多孔、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及非均質(zhì)性的特點(diǎn)。珊瑚礁在巖石學(xué)上統(tǒng)稱為珊瑚礁灰?guī)r，屬于海相生物成因的碳酸鹽巖[8-9]；造巖礦物成分主要為方解石和文石, 膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)和接觸式膠結(jié)[10]；化學(xué)成分基本為CaCO3，東南亞以及加勒比海地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r中的CaCO3含量分別為99%和97%[11-12]。

與珊瑚鈣質(zhì)土相比，目前珊瑚礁灰?guī)r工程地質(zhì)特性的研究還比較匱乏，處于起步探索階段。金昱昕[13]通過(guò)工程力學(xué)與地質(zhì)生態(tài)學(xué)相結(jié)合的方法，利用單軸抗壓強(qiáng)度和環(huán)境污染程度揭示了珊瑚骨骼結(jié)構(gòu)的差異性。孫宗勛[14]分析了珊瑚礁灰?guī)r縱波速度與年齡、結(jié)構(gòu)類型、孔隙率、沉積環(huán)境以及地質(zhì)事件之間的定性關(guān)系。王新志[15]研究了珊瑚灰?guī)r的基本力學(xué)特性，認(rèn)為初始?jí)嚎s狀態(tài)下不存在孔隙裂隙壓密階段，并在塑性流動(dòng)階段保持較高且穩(wěn)定的殘余強(qiáng)度。楊永康[16]建立了珊瑚礁灰?guī)r縱波速度與密度、孔隙率以及單軸抗壓強(qiáng)度之間的擬合方程。范超[17]利用霍普金森桿技術(shù)探究了珊瑚礁灰?guī)r的動(dòng)力學(xué)特性，建立了動(dòng)態(tài)強(qiáng)度與能耗密度、入射能、應(yīng)變率之間的擬合關(guān)系。李莎[18]通過(guò)點(diǎn)荷載試驗(yàn)和巴西劈裂試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，珊瑚礁灰?guī)r的破壞特征是沿著生長(zhǎng)線方向發(fā)展的。劉志偉[19]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著荷載的增大，承壓板底部珊瑚礁灰?guī)r發(fā)生了永久性脆性變形。劉海峰[20]通過(guò)模型試驗(yàn)測(cè)試了不同圍壓條件下珊瑚礁灰?guī)r的側(cè)摩阻力，發(fā)現(xiàn)珊瑚礁灰?guī)r力學(xué)特性表現(xiàn)出較明顯的圍壓效應(yīng)。肖向陽(yáng)[21]和任世鋒[22]研究了珊瑚礁灰?guī)r的單軸抗壓強(qiáng)度，均認(rèn)為珊瑚礁灰?guī)r屬于軟質(zhì)巖范疇。萬(wàn)志輝[23]采用后壓漿樁技術(shù)提高了珊瑚礁灰?guī)r樁基承載力。梁文成[24]和王繼成[25]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探勘察發(fā)現(xiàn)，珊瑚礁體內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較明顯的軟硬互層交替現(xiàn)象。ZHU[26]基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，并結(jié)合珊瑚礁灰?guī)r室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)，初步確定了馬爾代夫跨海大橋群樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)參數(shù)。Wang[27]首次采用數(shù)字鉆孔攝像技術(shù)，并參照相關(guān)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，制定了珊瑚礁體完整程度的巖體完整性指數(shù)（RMDI）劃分方法。

隨著“一帶一路”的推進(jìn)和“海上絲綢之路”的建設(shè)，珊瑚礁體將作為重要的中繼站，特別是中國(guó)援建馬爾代夫跨海大橋的友誼工程，進(jìn)一步體現(xiàn)珊瑚礁工程地質(zhì)特性研究的必要性和迫切性。本文通過(guò)南海、紅海、加勒比海、東南亞、印度洋以及亞丁灣地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r工程地質(zhì)特性的對(duì)比分析，展現(xiàn)不同地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r的差異性以及相同區(qū)域珊瑚礁灰?guī)r的不均勻性，主要表現(xiàn)在密度、孔隙率、縱波速度、水理性、點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)、單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)以及地基承載力上?？紤]到大多數(shù)學(xué)者均認(rèn)為珊瑚礁灰?guī)r屬于軟質(zhì)巖范疇，從科學(xué)系統(tǒng)的角度來(lái)講，這種說(shuō)法是不全面的。實(shí)際上，珊瑚礁灰?guī)r微構(gòu)造存在較明顯的差異性，不均勻性較大，軟硬程度不一。因此，需要繼續(xù)深入地探究珊瑚礁灰?guī)r工程地質(zhì)特性，以便應(yīng)對(duì)不同地質(zhì)條件下國(guó)防工程的建設(shè)，為珊瑚礁體安全穩(wěn)態(tài)分析提供更可靠的關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1 珊瑚礁灰?guī)r結(jié)構(gòu)類型與成巖作用

基于珊瑚礁灰?guī)r彈性縱波速度、孔隙度、干密度、回彈值之間的關(guān)系，鄭坤[28]將珊瑚礁灰?guī)r劃分為堅(jiān)硬巖、較堅(jiān)硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖5種類型。Clark[29]以固體骨架粒徑和膠結(jié)連結(jié)程度作為主要分類指標(biāo)，將珊瑚礁灰?guī)r劃分為泥粒膠結(jié)生物碳酸鹽巖、泥晶膠結(jié)生物碳酸鹽灰?guī)r和重結(jié)晶灰?guī)r3種類型。張更生[30]根據(jù)沉積環(huán)境和巖性特征的不同，將某疏浚工程地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r劃分為管狀珊瑚礁灰?guī)r、蜂窩狀珊瑚礁灰?guī)r和致密狀珊瑚礁灰?guī)r。與巖石學(xué)緊密相關(guān)的分類方法由中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所[31]提出，根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的差異性，將珊瑚礁灰?guī)r主要?jiǎng)澐譃?種類型：一是珊瑚骨架灰?guī)r，是由一種或多種較大塊狀的珊瑚骨骼組成，其整體形狀呈準(zhǔn)生長(zhǎng)狀態(tài)，比較完整致密，主要集中于外礁坪沉積相帶，其屬于高能海洋熱力和動(dòng)力環(huán)境；二是珊瑚礫塊灰?guī)r，是由大小不一的珊瑚骨骼碎塊雜亂無(wú)章地堆積膠結(jié)而成，珊瑚骨骼碎塊磨圓度較低，碎塊之間可充填少量砂粒，主要集中于礁坪凸起區(qū)域，其屬于中高能海洋熱力和動(dòng)力環(huán)境；三是珊瑚礫屑灰?guī)r，其與礫塊結(jié)構(gòu)比較相似，只是珊瑚骨骼碎塊經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)浪搬運(yùn)磨蝕而磨圓度較高，碎塊之間充填的砂粒較多，主要集中于內(nèi)礁坪生長(zhǎng)帶，其屬于中能海洋熱力和動(dòng)力環(huán)境；四是珊瑚砂屑灰?guī)r，是由復(fù)雜多樣的珊瑚等生物碎屑砂粒組成，與砂巖比較相像，主要集中在瀉湖盆堆積場(chǎng)所，其屬于低能海洋熱力和動(dòng)力環(huán)境；五是包粒結(jié)構(gòu)類型，是一種具有局限性的結(jié)構(gòu)類型，常見(jiàn)的則是由珊瑚藻包裹珊瑚碎屑砂礫形成的，主要發(fā)育在內(nèi)礁坪沉積帶。

不同結(jié)構(gòu)類型珊瑚礁灰?guī)r主要是由成巖作用類型的交替演化效應(yīng)造成的，隨著成巖沉積環(huán)境的旋回變化，沉積物中會(huì)同時(shí)或先后發(fā)生多種成巖作用效應(yīng)，都在不同程度地改造珊瑚礁灰?guī)r的微構(gòu)造。概括起來(lái)，在珊瑚礁區(qū)主要成巖作用有5種類型[32]：一是膠結(jié)作用，是指沉積物或巖石內(nèi)部顆粒周圍膠結(jié)物之間的沉積固化作用，它是使松散沉積物變成堅(jiān)硬巖石的最復(fù)雜、最活躍的成巖過(guò)程之一；二是溶解溶蝕作用，是指各種海洋生物的腐蝕作用、水流等的物理侵蝕作用以及水的化學(xué)溶解作用，它是使礁巖結(jié)構(gòu)呈疏松多孔、破碎狀態(tài)的重要影響因素；三是碎解作用，主要是指沉積物被機(jī)械侵蝕作用的過(guò)程，它將較大的珊瑚礁塊破碎成若干較小的碎石塊，或再進(jìn)行搬運(yùn)磨蝕作用形成較細(xì)的碎屑砂礫；四是黏結(jié)作用，是指造礁珊瑚或藻類以其基部粘附、固著或包裹于硬底之上，以保持其穩(wěn)定的抗浪生長(zhǎng)態(tài)的作用，廣泛發(fā)育在礁格架相帶、礁坪相帶以及礁緣黏結(jié)相帶；五是新生變形作用，珊瑚礁區(qū)主要為文石新生變形為低鎂方解石和高鎂方解石轉(zhuǎn)變?yōu)榈玩V方解石；還有微晶化作用、白云石化作用、交代作用以及內(nèi)沉積物作用都在不同程度地改造珊瑚礁灰?guī)r的結(jié)構(gòu)和組分。

2 珊瑚礁灰?guī)r基本物理特性

2.1 密度、孔隙率和縱波速度

圖1 不同地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r干密度變化對(duì)比[14-21]Fig.1 Comparison of dry density of coral reef limestone in different regions[14-21]

圖2 不同地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r孔隙率變化對(duì)比[14-21]Fig.2 Comparison of porosity of coral reef limestone in different regions[14-21]

圖3 不同地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r縱波速度變化對(duì)比[14-21]Fig.3 Comparison of longitudinal wave velocity of coral reef limestone in different regions[14-21]

巖石密度（ρ）主要取決于造巖礦物性質(zhì)和孔隙發(fā)育程度，而孔隙裂隙則是巖石微構(gòu)造的重要特征之一，一般采用孔隙率（n）度量巖石的孔隙性，彈性波速度（Vp）在孔隙裂隙傳播過(guò)程中受到吸收和折射而逐漸衰減，在一定程度上密度、孔隙率以及縱波速度三者均能夠定量地評(píng)價(jià)巖石力學(xué)特性的優(yōu)劣[33-34]。而海相生物成因的珊瑚礁灰?guī)r，并不存在由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的斷裂結(jié)構(gòu)面，這與其他巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造截然不同[35]。已有學(xué)者研究了不同地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r的干密度、孔隙率以及縱波速度，如圖1—3所示[14-21]，直觀地展現(xiàn)了珊瑚礁灰?guī)r孔隙發(fā)育程度的不均一性。試驗(yàn)結(jié)果表明，珊瑚礁灰?guī)r干密度為1.09～2.92 g/cm3，孔隙率為1.68%～55.27%，縱波速度為 2 318～4 650 m/s；與石灰?guī)r（ρ=2.35～2.83 g/cm3，n=0.5%～27.0%）和 白 云 巖 （ρ=2.14～ 2.76 g/cm3，n=0.3%～25.0%）等碳酸鹽巖相比，珊瑚礁灰?guī)r離散性較大，并且孔隙率明顯偏大，這與珊瑚礁灰?guī)r疏松多孔、極不均勻性的結(jié)構(gòu)特征相吻合。

2.2 水理性

滲透性和軟化性是巖石主要的水理性質(zhì)，常用滲透系數(shù)（k）和軟化系數(shù)（KR）表示，分別反映巖石微構(gòu)造特征和抵抗水侵的能力。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)可確定珊瑚礁灰?guī)r的滲透系數(shù)，如表1所示[11,16,21]。不難發(fā)現(xiàn)，沙特地區(qū)滲透系數(shù)較大，滲透性接近于礫石層，表明該層珊瑚礁灰?guī)r孔隙發(fā)育程度較好；而印度尼西亞地區(qū)滲透系數(shù)較小，對(duì)應(yīng)的地層深度為40 m以下，說(shuō)明該地層巖體較為完整致密。通過(guò)單軸抗壓試驗(yàn)可確定珊瑚礁灰?guī)r的軟化系數(shù)，如表2所示[11,16,21]。試驗(yàn)結(jié)果表明，珊瑚礁灰?guī)r軟化系數(shù)為0.31～0.91，與石灰?guī)r（KR=0.68～0.94）和白云巖（KR=0.83）等碳酸鹽巖相比，軟化系數(shù)整體偏小，說(shuō)明珊瑚礁灰?guī)r具有較明顯的水巖作用效應(yīng)。

表1 抽水試驗(yàn)測(cè)試的滲透系數(shù)[11, 16, 21]Table 1 Permeability coefficient measured by pumping test[11,16,21]

表2 單軸壓縮試驗(yàn)測(cè)試的軟化系數(shù)[11, 16, 21]Table 2 Softening coefficient of uniaxial compression test[11, 16, 21]

3 珊瑚礁灰?guī)r基本力學(xué)特性

3.1 點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)

點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)是布魯克和弗蘭克林提出的，試驗(yàn)操作具有簡(jiǎn)單快捷的特點(diǎn)，可以作為巖石質(zhì)量等級(jí)劃分的一個(gè)參考指標(biāo)，并且有時(shí)可以代表單軸抗壓強(qiáng)度加以應(yīng)用。已有研究結(jié)果表明，沙特地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)為0.04～1.25 MPa[19]，瓦努阿圖地區(qū)為1.05～2.60 MPa[36]，馬爾代夫地區(qū)點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)基本符合正態(tài)分布函數(shù)，置信區(qū)間為[2.8, 3.04] MPa，置信度為95%[18]。不難發(fā)現(xiàn)，巖樣整體點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)大小關(guān)系為：馬爾代夫地區(qū)＞瓦努阿圖地區(qū)＞沙特地區(qū)。

3.2 單軸抗壓強(qiáng)度

單軸抗壓強(qiáng)度是巖石最基本、最重要的力學(xué)特性，并廣泛應(yīng)用于巖體工程的建設(shè)，用Rc表示。已有學(xué)者研究了不同地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r的單軸抗壓強(qiáng)度，如圖4、5所示[11-24]。試驗(yàn)結(jié)果表明，干燥珊瑚礁灰?guī)r單軸抗壓強(qiáng)度為1.10～38.56 MPa，飽和珊瑚礁灰?guī)r單軸抗壓強(qiáng)度為0.86～49.24 MPa，與石灰?guī)r（Rc=50～200 MPa）和白云巖（Rc=80～250 MPa）等碳酸鹽巖相比，強(qiáng)度明顯偏小?！豆こ處r體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50218-2014）[37]定義軟質(zhì)巖為飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于30 MPa的一類巖石。不難發(fā)現(xiàn)，南海部分珊瑚礁灰?guī)r為非軟質(zhì)巖范疇，因此，不能一概而論地將珊瑚礁灰?guī)r統(tǒng)稱為軟質(zhì)巖，進(jìn)一步說(shuō)明珊瑚礁灰?guī)r離散性較大，軟硬程度不一。

圖4 不同地區(qū)干燥珊瑚礁灰?guī)r單軸抗壓強(qiáng)度變化對(duì)比[11-24]Fig.4 Comparison of uniaxial compressive strength of dry coral reef limestone in different regions[11-24]

圖5 不同地區(qū)飽和珊瑚礁灰?guī)r單軸抗壓強(qiáng)度變化對(duì)比[11-24]Fig.5 Comparison of uniaxial compressive strength of saturated coral reef limestone in different regions[11-24]

3.3 抗拉強(qiáng)度

珊瑚礁灰?guī)r是經(jīng)過(guò)鈣質(zhì)膠結(jié)沉積演化而成的，抗拉強(qiáng)度能夠體現(xiàn)珊瑚礁灰?guī)r的強(qiáng)度特性與結(jié)構(gòu)特征，目前常用巴西劈裂試驗(yàn)間接測(cè)定巖石的抗拉強(qiáng)度，用Rt表示。李莎[18]研究表明，珊瑚礁灰?guī)r抗拉強(qiáng)度基本符合正態(tài)分布函數(shù)，置信區(qū)間為[1.97,2.75] MPa，置信度為95%。南沙與馬爾代夫地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r在巴西試驗(yàn)條件下的抗拉強(qiáng)度，如表3所示[15,17,21]。試驗(yàn)結(jié)果表明，干燥珊瑚礁灰?guī)r抗拉強(qiáng)度為0.94～2.65 MPa，飽和珊瑚礁灰?guī)r抗拉強(qiáng)度為0.88～7.75 MPa，與石灰?guī)r（Rt=5～20 MPa）和白云巖（Rt=15～25 MPa）等碳酸鹽巖相比，強(qiáng)度明顯偏小。

3.4 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

巖石的剪切強(qiáng)度是通過(guò)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)表示的，即黏聚力（C）和內(nèi)摩擦角（φ），巖石的抗剪強(qiáng)度愈高，兩者愈大，反之則愈小[38]?；谏汉鹘富?guī)r在不同試驗(yàn)條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)研究，能夠?yàn)樯汉鹘腹こ烫峁└踩煽康脑O(shè)計(jì)參數(shù)。珊瑚礁灰?guī)r在單軸壓縮與巴西試驗(yàn)條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，如表4所示[15,21]。珊瑚礁灰?guī)r在三軸壓縮試驗(yàn)條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，如表5所示[15,20]。珊瑚礁灰?guī)r在剪切試驗(yàn)條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，如表6所示[30]。試驗(yàn)結(jié)果表明，珊瑚礁灰?guī)r黏聚力為0.50～7.34 MPa，內(nèi)摩擦角為 26.5°～71.0°，與石灰?guī)r（C=10～50 MPa，φ=35°～50°）和白云巖（C=20～50 MPa，φ=30°～50°）等碳酸鹽巖相比，珊瑚礁灰?guī)r黏聚力明顯偏小，內(nèi)摩擦角差異性較明顯。

4 珊瑚礁灰?guī)r地基承載力

鄭坤[39]基于某珊瑚礁巖體多個(gè)鉆孔巖芯回彈值沿深度的演化規(guī)律，定量地建立了珊瑚礁巖體地層劃分方法，如表7所示，直觀地展現(xiàn)了珊瑚礁巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的軟硬程度。對(duì)于軟硬互層交替的珊瑚礁巖體而言，地基承載力的探究具有實(shí)際的工程意義，目前珊瑚礁地基承載力的確定基本上參考現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察的經(jīng)驗(yàn)方法。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)測(cè)試顯示，沙特地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r的地基承載力特征值為310 kPa，變形模量為22 MPa[40]。利用超前鉆注漿的鉆孔灌注樁技術(shù)發(fā)現(xiàn)，巴哈馬地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r地層單樁豎向抗壓承載力特征值≥1 250 kPa，單樁抗拔承載力特征值≥800 kPa，均滿足體育場(chǎng)工程設(shè)計(jì)要求[41]。李志勇[36]研究發(fā)現(xiàn)，瓦努阿圖地區(qū)強(qiáng)風(fēng)化珊瑚礁灰?guī)r地基承載力特征值為200 kPa，壓縮模量為20 MPa；中風(fēng)化珊瑚礁灰?guī)r地基承載力特征值為220～400 kPa，壓縮模量為25～30 MPa。根據(jù)《建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）規(guī)定的計(jì)算公式，利用飽和單軸抗壓強(qiáng)度和折減系數(shù)可初步確定蘇丹地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r地基承載力，如表8所示[42]。嚴(yán)與平[12]根據(jù)珊瑚礁體地層的垂直分帶特征確定了巴哈馬地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r地基承載力，如表9所示。表7—9直觀地驗(yàn)證了珊瑚礁體內(nèi)部呈現(xiàn)為軟硬互層與垂直分帶的結(jié)構(gòu)特征，與大多數(shù)學(xué)者研究結(jié)果一致[24-25,43-44]。萬(wàn)志輝[23]探究了后壓漿樁技術(shù)在珊瑚礁地層樁基工程中的應(yīng)用，如表10所示；測(cè)試結(jié)果表明，壓漿前后的珊瑚礁灰?guī)r側(cè)摩阻力基本保持不變，端阻力和極限承載力有了顯著提升。

表3 巴西劈裂試驗(yàn)測(cè)試的抗拉強(qiáng)度[15, 17, 21]Table 3 Tensile strength of Brazil split test[15, 17, 21]

表4 單軸試驗(yàn)換算的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)[15, 21]Table 4 Shear strength index converted from uniaxial test[15, 21]

表5 三軸試驗(yàn)測(cè)試的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)[15, 20]Table 5 Shear strength index of triaxial test exchange[15, 20]

表6 剪切試驗(yàn)測(cè)試的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)[30]Table 6 Shear strength index by shear test[30]

表7 某珊瑚礁體的地層劃分[39]Table 7 Stratigraphic division of a coral reef[39]

表8 蘇丹地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r地基承載力[42]Table 8 Bearing capacity of coral reef limestone foundation in Sudan region[42]

表9 巴哈馬地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r地基承載力[12]Table 9 Bearing capacity of coral reef limestone foundation in Bahamas area[12]

表10 馬爾代夫地區(qū)壓漿前后地基承載力對(duì)比[23]Table 10 Comparison of foundation bearing capacity before andafter grouting in Maldives region[23]

5 結(jié)論與展望

（1）通過(guò)南海、紅海、加勒比海、東南亞、印度洋以及亞丁灣地區(qū)珊瑚礁灰?guī)r工程地質(zhì)特性的縱橫觀對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)珊瑚礁灰?guī)r表現(xiàn)出較明顯的地域差異性和自身不均勻性；究其原因主要是由珊瑚礁灰?guī)r的“結(jié)構(gòu)效應(yīng)”、“成巖作用類型交替演化效應(yīng)”以及“水巖作用效應(yīng)”造成的。

（2）在密度方面，南沙與西沙比較相近，沙特與馬爾代夫比較相近；南沙巖樣從疏松到致密的孔隙率離散性最大，但縱波速度變化區(qū)間最小；就軟化系數(shù)而言，西沙與馬爾代夫比較相近，印度尼西亞整體偏小；點(diǎn)荷載強(qiáng)度指標(biāo)整體大小關(guān)系為：馬爾代夫地區(qū)＞瓦努阿圖地區(qū)＞沙特地區(qū)；在單軸抗壓強(qiáng)度方面，南海部分巖樣屬于非軟質(zhì)巖范疇，其他海域均屬于軟質(zhì)巖范疇；抗剪強(qiáng)度指標(biāo)整體大小關(guān)系為：致密狀珊瑚礁灰?guī)r＞蜂窩狀珊瑚礁灰?guī)r＞管狀珊瑚礁灰?guī)r；就地基承載力而言，原生珊瑚礁灰?guī)r層＞次生珊瑚礁灰?guī)r層＞珊瑚碎屑砂礫層，中風(fēng)化珊瑚礁灰?guī)r＞強(qiáng)風(fēng)化珊瑚礁灰?guī)r＞全風(fēng)化珊瑚礁灰?guī)r。

（3）與石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖相比，珊瑚礁灰?guī)r基本物理力學(xué)特性離散性較大，特別是孔隙率有所偏大，強(qiáng)度有所偏小，這與珊瑚等原生生物骨骼疏松多孔、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及非均質(zhì)性的固有特征相吻合。

（4）珊瑚礁體內(nèi)部表現(xiàn)出較顯著的軟硬互層交替特征，這正是珊瑚礁灰?guī)r孔隙發(fā)育程度不均一、強(qiáng)度軟硬不一以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造無(wú)序性的整體宏觀體現(xiàn)。因此，需要通過(guò)鉆孔巖性特征和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)初步對(duì)珊瑚礁體進(jìn)行地層劃分，以便為地基基礎(chǔ)工程提供更安全可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。

（5）基于珊瑚礁體長(zhǎng)期受到風(fēng)浪等海洋動(dòng)力作用和海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的需要，因此，進(jìn)一步開展珊瑚礁灰?guī)r動(dòng)力學(xué)特性和三軸卸荷力學(xué)特性研究是維持珊瑚礁體長(zhǎng)期安全穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)支撐。