刚果金南部地区矿山湿陷性土形成机理分析
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本文基于工程实际，采用现场调查分析、电子显微镜、 岩矿鉴定、力学试验、现场载荷试验等方法，分析刚果（金） 南部区域分布矿山地质据。
1 刚果（金）南部区域地质结构发育特征 刚果（金）地处非洲中部，属热带雨林 / 热带草原气候，
全年分干旱季和雨季，雨林和草原覆盖面积广，土壤多为富
收稿日期 ：２０２１－０１ 基金项目 ：河北省自然科学基金 Ｅ２０１８２１００６６。 作者简介 ：张诏飞，男，生于 １９８７ 年，汉族，河北唐山人，本科，工程师， 研究方向 ：岩土力学，矿山工程地质。
含铁氧化物的红壤。 在南部地区的 CML 矿、MKM 矿、SCM 矿以及 BSG 水
电站等项目调查发现，湿陷性土主要分布在雨林或草丛中， 地表有植被覆盖 ；分布深度一般为 2m~4m，在个别沟谷中 深度较大 ；在湿陷性土与基岩风化面之间，常分布非湿陷性 的地质过渡带。所调查的地质结构发育具有以下特征 ：①硅 含量低，铁、铝含量高，缺乏碱金属 ；②易溶盐含量较低， 铁、铝成分多以难溶氧化物的形式存在 ；③其颜色以黄褐色 为主，有时呈红褐色 ；④地质结构较为疏松，生物孔洞发育， 呈不规则状，直径在 0.1mm~5.0mm 之间，孔隙内部未被充 填 ；⑤以地质矿物为主，占比 60% 以上，大部分土颗粒粒径 在 0.1mm~0.25mm。
G 地质勘探 eological prospecting
刚果金南部地区矿山湿陷性土形成机理分析
张诏飞1，闻 磊2，刘志亮1
（１． 廊坊市中铁物探勘察有限公司，河北 廊坊 ０６５０００ ；２． 石家庄铁道大学，河北 石家庄 ０５００４３）
摘 要 ：基于工程实际调查结果，采用电子显微镜、岩矿鉴定、现场载荷试验等多种方法，分析刚果（金）南部区域分布
过程了解其形成机理，并进行详细分析。
关键词 ：湿陷性土 ；黏粒 ；团粒结构 ；地质结构机理
中图分类号 ：ＴＤ１２
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２１）０２－０１１７－３
Analysis on formation mechanism of mine collapsible soil in southern DRC
ZHANG Zhao-fei1, WEN Lei2, LIU Zhi-liang1
（１．Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００４３，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ， ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｅｍｏｃｒａｔｉｃ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｃｏｎｇｏ （ＤＲＣ） ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ｒｏｃｋ ｏｒｅ ａｐｐｒａｉｓａｌ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ， ｅｔｃ．， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｏｎｇｏ ａｒｅ ｍｏｓｔｌｙ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｏｉｌｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｅｏｌｉｔｈｉｃ ｐｅｒｉｏｄ （Ｎ）， ｂｅｌｏｎｇｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｌｏｅｓｓ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅｂａｌａｎｃｉｎｇ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｏｎｇｏ ａｒｅａ， ａｎｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｉｔｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ． Keywords: Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌ； Ｃｌａｙ； Ｇｒａｎｕｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； Ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
湿陷性土是矿山工程建设中最常见的特殊岩土之一，科 研人员通过大量的调查和试验分析工作，从分布区气候条 件、岩土体微观结构、受力变形特征等方面入手，同时这种 分析也了解地质结构的形成机理及成因。我国许多科研人员 对地质结构的形成机理进行了归纳总结 ；提出了地质结构 变形机理的结构学说 ；从非饱和土力学的角度出发，完善了 地质结构机理的研究 ；分析了不同地质结构度指标与其压 缩结构屈服应力之间的关系。非洲地区的湿陷性土，在微观 结构、形成条件、地质结构变形特征等方面与我国有所不同， 国内开展的研究和讨论极少。
湿陷性土的形成原因，探讨其矿山工程性质和湿陷机理。研究结果表明，刚果（金）南部湿陷性土多为新进纪（Ｎ）形成
的残积类土，属于非黄土类的湿陷性地质结构，发生湿陷的机理主要为固结过程中团粒外覆氧化膜破坏，团粒间胶凝作
用减弱以及土颗粒之间发生滑动实现再平衡。本文主要研究刚果地区南部矿山地质结构发展，同时通过地质结构发展
1 刚果（金）南部区域地质结构发育特征 刚果（金）地处非洲中部，属热带雨林 / 热带草原气候，
全年分干旱季和雨季，雨林和草原覆盖面积广，土壤多为富
收稿日期 ：２０２１－０１ 基金项目 ：河北省自然科学基金 Ｅ２０１８２１００６６。 作者简介 ：张诏飞，男，生于 １９８７ 年，汉族，河北唐山人，本科，工程师， 研究方向 ：岩土力学，矿山工程地质。
含铁氧化物的红壤。 在南部地区的 CML 矿、MKM 矿、SCM 矿以及 BSG 水
电站等项目调查发现，湿陷性土主要分布在雨林或草丛中， 地表有植被覆盖 ；分布深度一般为 2m~4m，在个别沟谷中 深度较大 ；在湿陷性土与基岩风化面之间，常分布非湿陷性 的地质过渡带。所调查的地质结构发育具有以下特征 ：①硅 含量低，铁、铝含量高，缺乏碱金属 ；②易溶盐含量较低， 铁、铝成分多以难溶氧化物的形式存在 ；③其颜色以黄褐色 为主，有时呈红褐色 ；④地质结构较为疏松，生物孔洞发育， 呈不规则状，直径在 0.1mm~5.0mm 之间，孔隙内部未被充 填 ；⑤以地质矿物为主，占比 60% 以上，大部分土颗粒粒径 在 0.1mm~0.25mm。
G 地质勘探 eological prospecting
刚果金南部地区矿山湿陷性土形成机理分析
张诏飞1，闻 磊2，刘志亮1
（１． 廊坊市中铁物探勘察有限公司，河北 廊坊 ０６５０００ ；２． 石家庄铁道大学，河北 石家庄 ０５００４３）
摘 要 ：基于工程实际调查结果，采用电子显微镜、岩矿鉴定、现场载荷试验等多种方法，分析刚果（金）南部区域分布
过程了解其形成机理，并进行详细分析。
关键词 ：湿陷性土 ；黏粒 ；团粒结构 ；地质结构机理
中图分类号 ：ＴＤ１２
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２１）０２－０１１７－３
Analysis on formation mechanism of mine collapsible soil in southern DRC
ZHANG Zhao-fei1, WEN Lei2, LIU Zhi-liang1
（１．Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００４３，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ， ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｅｍｏｃｒａｔｉｃ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｃｏｎｇｏ （ＤＲＣ） ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ｒｏｃｋ ｏｒｅ ａｐｐｒａｉｓａｌ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ， ｅｔｃ．， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｏｎｇｏ ａｒｅ ｍｏｓｔｌｙ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｏｉｌｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｅｏｌｉｔｈｉｃ ｐｅｒｉｏｄ （Ｎ）， ｂｅｌｏｎｇｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｎ－ｌｏｅｓｓ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｔｈｅ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｒｅｂａｌａｎｃｉｎｇ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｏｎｇｏ ａｒｅａ， ａｎｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｉｔｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｕｔ ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ． Keywords: Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｓｏｉｌ； Ｃｌａｙ； Ｇｒａｎｕｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； Ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
湿陷性土是矿山工程建设中最常见的特殊岩土之一，科 研人员通过大量的调查和试验分析工作，从分布区气候条 件、岩土体微观结构、受力变形特征等方面入手，同时这种 分析也了解地质结构的形成机理及成因。我国许多科研人员 对地质结构的形成机理进行了归纳总结 ；提出了地质结构 变形机理的结构学说 ；从非饱和土力学的角度出发，完善了 地质结构机理的研究 ；分析了不同地质结构度指标与其压 缩结构屈服应力之间的关系。非洲地区的湿陷性土，在微观 结构、形成条件、地质结构变形特征等方面与我国有所不同， 国内开展的研究和讨论极少。
湿陷性土的形成原因，探讨其矿山工程性质和湿陷机理。研究结果表明，刚果（金）南部湿陷性土多为新进纪（Ｎ）形成
的残积类土，属于非黄土类的湿陷性地质结构，发生湿陷的机理主要为固结过程中团粒外覆氧化膜破坏，团粒间胶凝作
用减弱以及土颗粒之间发生滑动实现再平衡。本文主要研究刚果地区南部矿山地质结构发展，同时通过地质结构发展