第二章 软岩和软土

软弱夹层的分类:一般应先按成因, 软弱夹层的分类:一般应先按成因,再按工程 地质性状作为划分软弱夹层的根据. 地质性状作为划分软弱夹层的根据. 葛洲坝工程将弱夹层分四类: 葛洲坝工程将弱夹层分四类: ①软岩夹层 ②碎块夹层 ③碎屑夹层 ④泥化夹层 小浪底工程将软弱夹层分软岩夹层和泥化夹层, 小浪底工程将软弱夹层分软岩夹层和泥化夹层, 而将泥化夹层按粒度和厚度变化又分五型: 而将泥化夹层按粒度和厚度变化又分五型: ①全泥型 ②泥加角砾型 ③泥夹粉砂和粉砂夹泥型 ④泥膜型 ⑤角砾夹泥型
第二章 软岩和软土的工程地质研究
主要内容: 主要内容:
第一节 软弱岩石的涵义 第二节 软弱夹层的工程地质研究 第三节 风化岩石的工程地质研究 第四节 构造岩的工程地质研究 第五节 软土的工程地质研究
第一节 软弱岩石的涵义
1,涵义 软弱岩石(简称软岩) 软弱岩石(简称软岩)历来是工程地质和岩体力学研究的重要课题 之一.但过去对软岩的涵义比较含糊. 之一.但过去对软岩的涵义比较含糊.一般是根据岩块的单轴抗压强度 将岩石分为三类:坚硬岩石(Rc>60MPa) 半坚硬岩石(Rc=30 60MPa)和 (Rc>60MPa), (Rc=30～ 将岩石分为三类:坚硬岩石(Rc>60MPa),Hale Waihona Puke Baidu坚硬岩石(Rc=30～60MPa)和 软弱岩石(Rc<30MPa) (Rc<30MPa). 软弱岩石(Rc<30MPa).尽管对软岩的定义和范畴在这几次讨论会上没有 取得一致的意见,但一般认为软岩应包括以下三方面的岩石: 取得一致的意见,但一般认为软岩应包括以下三方面的岩石: 软岩应包括以下三方面的岩石: 软岩应包括以下三方面的岩石: (1)软质岩石 即我们通常所说的软岩,包括粘土岩,页岩, 软质岩石, (1)软质岩石,即我们通常所说的软岩,包括粘土岩,页岩,软质的 泥灰岩,凝灰岩,大部分千枚岩,片岩, 泥灰岩,凝灰岩,大部分千枚岩,片岩,膨胀岩以及各种成因类型的软 弱夹层也归在此类. 弱夹层也归在此类. (2)构造岩或断裂破碎岩 构造岩或断裂破碎岩, (2)构造岩或断裂破碎岩,指在构造运动作用下形成的断层破碎带和 岩浆岩侵入所形成的破碎带,使岩石发生机械破碎,重结晶及新生动力 岩浆岩侵入所形成的破碎带,使岩石发生机械破碎, 变质矿物,削弱了岩石的力学特性, 变质矿物,削弱了岩石的力学特性,是机械作用和热动力变质作用的产 物. (3)风化岩 因风化而削弱的岩石. 风化岩, (3)风化岩,因风化而削弱的岩石.
2,泥化夹层的基本特性 ,
泥化夹层:软弱夹层中的泥化部分. 泥化夹层 软弱夹层中的泥化部分. 软弱夹层中的泥化部分 ⑴泥化夹层的结构特征 通常分三种不同的构造影响带:节理带,劈理带和泥化带, 通常分三种不同的构造影响带:节理带,劈理带和泥化带, 不同构造影响带的特性各不相同. 不同构造影响带的特性各不相同. ⑵泥化夹层的矿物成分和化学成分 主要的粘土矿物:蒙脱石,伊利石和高岭石. 主要的粘土矿物:蒙脱石,伊利石和高岭石. 主要的化学成分: 主要的化学成分:sio2, Al2O3,Fe2O3 . ⑶泥化夹层的水理性质 泥化夹层的膨胀性 泥化夹层的层状分带和渗流集中 泥化夹层的亲水性 ⑷泥化夹层的物理力学性质 不同地区泥化夹层的物理力学性质与所夹矿物有关. 不同地区泥化夹层的物理力学性质与所夹矿物有关.
第二节 软弱夹层的工程地质研究
软弱夹层是水工,铁路,矿山等工程建没中经常遇到的重大工程地质问题之一. 软弱夹层是水工,铁路,矿山等工程建没中经常遇到的重大工程地质问题之一. 如软弱夹层中有泥化错动面,则对坝基岩体抗滑稳定起控制作用,给大坝的安全造成 如软弱夹层中有泥化错动面,则对坝基岩体抗滑稳定起控制作用, 很大的威胁,影响到设计方案,施工工期和工程投资.我国对软弱夹层的研究始于20 很大的威胁,影响到设计方案,施工工期和工程投资.我国对软弱夹层的研究始于20 世纪50年代狮子滩水电站建设.该电站坝址岩性为上侏罗统重庆组红色地层,由砂岩, 世纪50年代狮子滩水电站建设.该电站坝址岩性为上侏罗统重庆组红色地层,由砂岩, 50年代狮子滩水电站建设 砂质页岩,砂质粘土岩及粘土岩组成.由于钻探中采用了冲洗钻进,未发现软弱层, 砂质页岩,砂质粘土岩及粘土岩组成.由于钻探中采用了冲洗钻进,未发现软弱层, 直至基础开挖时才发现砂岩裂隙及层面间有厚为0. ～ 的夹泥层; 直至基础开挖时才发现砂岩裂隙及层面间有厚为 .5～4cm的夹泥层;风化破碎带中 的夹泥层 夹层厚达10~30cm,抗剪强度甚低(塑性夹泥f=0.20,液性夹泥f=0.15),造成了 夹层厚达10~30cm,抗剪强度甚低(塑性夹泥f 20,液性夹泥f 15), 10 30cm 勘测,设计,施工上的被动,紧张局面.经查明软弱夹层的分布和力学特性后, 勘测,设计,施工上的被动,紧张局面.经查明软弱夹层的分布和力学特性后,采取 了挖除夹层回填混凝土,钢筋锚固及夹层分布地段做防渗帷幕等工程措施. 了挖除夹层回填混凝土,钢筋锚固及夹层分布地段做防渗帷幕等工程措施.据国内已 建和设计中的大坝资料统计,由于软弱夹层问题而改变设计,降低坝高, 建和设计中的大坝资料统计,由于软弱夹层问题而改变设计,降低坝高,增加工程量 或后期加固的约占总数的1 或后期加固的约占总数的1/3.国内外发生事故或失事的许多工程,大多数都和软弱 国内外发生事故或失事的许多工程, 夹层问题有关.这就需要系统地研究软弱夹层的成因类型,分布规律,基本特性和长 夹层问题有关.这就需要系统地研究软弱夹层的成因类型,分布规律, 期渗水条件下的演变趋势,并结合电算,模型试验等,以便采取有效的工程措施. 期渗水条件下的演变趋势,并结合电算,模型试验等,以便采取有效的工程措施.
3,泥化夹层在长期渗水条件下的演化趋势
水库蓄水后,地下水的坡降, 水库蓄水后,地下水的坡降,渗流和循环条件发 生了变化,泥化夹层的受力条件更加复杂,在新的边界 生了变化,泥化夹层的受力条件更加复杂, 条件下,有的夹层可能有恶化的趋势. 条件下,有的夹层可能有恶化的趋势.研究泥化夹层在 长期高水头作用下的变化, 长期高水头作用下的变化,对工程的安全和稳定性预测 有重要意义. 有重要意义. 化学成分的变化 渗透稳定的变化 抗剪强度的变化
⑵地质构造 地质结构面:断层,层面,节理,沉积间断面,侵入 地质结构面:断层,层面,节理,沉积间断面, 岩与围岩接触面等 断层带(裂隙密集带): ):囊状风化 断层带(裂隙密集带):囊状风化 层理面:差异风化— 层理面:差异风化—崩塌等 节理,裂缝面: 节理,裂缝面:球形风化 ⑶气候 温度:温差大,冷热变化频率快有利于物理风化; 温度:温差大,冷热变化频率快有利于物理风化;温度 变化对岩石在水中的溶解度和化学反应速度, 变化对岩石在水中的溶解度和化学反应速度,水溶液浓 度都有有较大影响,从而影响化学风化的速度. 度都有有较大影响,从而影响化学风化的速度. 降雨(湿度):各种化学风化是水(CO2,O2) ):各种化学风化是水 降雨(湿度):各种化学风化是水(CO2,O2)参与下 完成的,运动的水及矿物质运移,破坏化学平衡, 完成的,运动的水及矿物质运移,破坏化学平衡,促进 反应不断进行.水的加入使风化向多样化,深度发展. 反应不断进行.水的加入使风化向多样化,深度发展.
1,成因与分类
软弱夹层按成因一般可分三种类型: 软弱夹层按成因一般可分三种类型: (1)原生型.指成岩过程中, (1)原生型.指成岩过程中,在坚硬岩层间所夹的粘粒含量 原生型 胶结程度差,力学强度低的软弱岩层. 高,胶结程度差,力学强度低的软弱岩层.如火山岩喷发间歇期 沉积的凝灰岩,凝灰质页岩;变质岩中的绢云母, 沉积的凝灰岩,凝灰质页岩;变质岩中的绢云母,绿泥石富集带 等. (2)次生型 指原生软弱夹层,蚀变破碎带, 次生型. (2)次生型.指原生软弱夹层,蚀变破碎带,次生矿物充填 的节理等在风化,地下水等外营力作用下, 的节理等在风化,地下水等外营力作用下,产生泥及碎屑物质而 形成的软弱夹层,又称风化夹层.这类夹层多分布在浅表地层, 形成的软弱夹层,又称风化夹层.这类夹层多分布在浅表地层, 往往受地形,水文地质条件, 往往受地形,水文地质条件,岩性及原生软弱夹层或软弱带发育 情况所控制,常呈局部软化或泥化,粘粒含量及含水量均较高. 情况所控制,常呈局部软化或泥化,粘粒含量及含水量均较高. (3)构造型 指岩层在构造作用下形成的软弱夹层. 构造型. (3)构造型.指岩层在构造作用下形成的软弱夹层.一种是 层间错动带亦称原生构造型软弱夹层; 层间错动带亦称原生构造型软弱夹层;另一种是指构造作用形成 的断层破碎带经泥化,软化而形成的软弱夹层. 的断层破碎带经泥化,软化而形成的软弱夹层.
2,特征 (1)强度低;由于成岩作用差或后期变化导致强度降低,承载 (1)强度低;由于成岩作用差或后期变化导致强度降低, 强度低 能力差,一般富含泥质,抗剪强度低,易出现岩体滑动问题. 能力差,一般富含泥质,抗剪强度低,易出现岩体滑动问题. (2)变形模量小 易产生较大沉陷或不均匀变形, 变形模量小: (2)变形模量小:易产生较大沉陷或不均匀变形,导致建筑物 失稳. 失稳. (3)水理性质差 遇水易软化,崩解, 水理性质差; (3)水理性质差;遇水易软化,崩解,含水量变化时易出现明 显的膨胀或收缩,长期高水头作用下,可能出现管涌或潜蚀等现象. 显的膨胀或收缩,长期高水头作用下,可能出现管涌或潜蚀等现象. (4)流变效应明显 长期强度低: 流变效应明显, (4)流变效应明显,长期强度低:一些地下洞室因岩体强度随 时间而降低,影响其长期稳定性. 时间而降低,影响其长期稳定性.
研究软弱夹层的分布规律, 研究软弱夹层的分布规律,就是要研究各种成因类型的软弱夹 层的产状,规模,分布范围,数量及空间变化. 层的产状,规模,分布范围,数量及空间变化.原生型软弱夹层的 特点是:成层条件好,层次多,有韵律,分布广,厚度较大,延伸 特点是:成层条件好,层次多,有韵律,分布广,厚度较大, 产状稳定且与岩层产状一致.次生型软夹特点是:产状不稳定, 远,产状稳定且与岩层产状一致.次生型软夹特点是:产状不稳定, 厚度变化大,成层条件不好, 厚度变化大,成层条件不好,主要分布在风化卸荷带或地下水循环 带内;次生型软弱夹层从地表向下逐渐变薄,到卸荷带以下则消失. 带内;次生型软弱夹层从地表向下逐渐变薄,到卸荷带以下则消失. 因此,要查明次生型软弱夹层的分布规律, 因此,要查明次生型软弱夹层的分布规律,必须首先研究岩体的风 化特征,卸荷带的范围以及地下水的渗流途径. 化特征,卸荷带的范围以及地下水的渗流途径. 原生型(包括原生构造型 与构造型软弱夹层的区别在于: 原生型 包括原生构造型)与构造型软弱夹层的区别在于 包括原生构造型 与构造型软弱夹层的区别在于: 型厚度变化很大; ①原生型厚度较薄而构造 型厚度变化很大; ②原生型一般只限定一种岩性而构造型可通过几种岩性; 原生型一般只限定一种岩性而构造型可通过几种岩性; ③原生型大都产状变化一般不相交,而构造型倾角变化大,有 原生型大都产状变化一般不相交,而构造型倾角变化大, 时彼此相交. 时彼此相交.
第三节 风化岩石的工程地质研究
主要目的:为了保证工程质量的前提下,根据坝工要求, 主要目的:为了保证工程质量的前提下,根据坝工要求,合理地确定基 岩的利用高程,减少岩石工程施工的剥离量,以节省工程投资,加快施工进展. 岩的利用高程,减少岩石工程施工的剥离量,以节省工程投资,加快施工进展. 亦即坝体的建基面是否完全需要放在新鲜岩体或微风化岩体上, 亦即坝体的建基面是否完全需要放在新鲜岩体或微风化岩体上,弱风化岩体可 否利用,边坡风化岩体如何处理等,都应做出全面的工程地质评价. 否利用,边坡风化岩体如何处理等,都应做出全面的工程地质评价. 1,影响岩体风化的因素 ⑴岩石的成分与结构 化学成分 活动性强的元素: Na等 随水流失. 活动性强的元素:K,Na等,随水流失. 活动性弱的元素:Fe,Al,Si等 残留在原地. 活动性弱的元素:Fe,Al,Si等,残留在原地. 含活动元素多者易于风化.同一种元素,所组成的化合物不同, 含活动元素多者易于风化.同一种元素,所组成的化合物不同,岩石 的抗风化能力也不同 结构特点 单一矿物组成的岩石抗风化能力较强:单矿岩>复矿岩 单一矿物组成的岩石抗风化能力较强:单矿岩> 矿物成分相同:等粒结构>不等粒结构,单粒结构岩石抗风化能力较强, 矿物成分相同:等粒结构>不等粒结构,单粒结构岩石抗风化能力较强, 细粒> 细粒>粗粒 Si质胶结>Ca质胶结 质胶结>Ca质胶结> Si质胶结>Ca质胶结>泥质胶结 原因:导热性不同,胀缩性不同, 原因:导热性不同,胀缩性不同,比表面积不同