我国南方泥质沉积岩的工程地质性质及其易引发的工程地质问题和防治措施

我国南方泥质沉积岩的工程地质性质及其易引发的工程地质问题和

防治措施

摘要：我国南方泥质沉积岩具抗风化能力低，遇水吸水软化，层理及裂隙发育，层理面、裂隙是岩体的软弱构造面，岩体常软、硬相间层的工程地质性质；易引发基坑崩塌，开挖暴露的建筑地基强度降低，岩石边坡失稳，遂道洞顶坍方，岩质地基易产生不均匀沉降等工程地质问题及其防治措施。

关键词：泥质沉积岩，工程地质性质，工程地质问题，防治措施。

一．我国南方泥质沉积岩概述：

泥质沉积岩在我国南方分布广泛，为软质岩，根据泥质沉积岩中泥质（即粒径小于0.005mm的粘土颗粒）含量的多少、沉积岩碎屑物粒度的大小分类有：１.粘土岩：岩石主要由直径小于0.005mm的粘土组成，其次为碎屑物，岩石中泥质含量＞50%，主要有泥岩，页岩，砂质泥岩，碳质泥岩，碳质页岩，呈泥状结构，溥层状构造，具极薄的层理或页理，层间结合力差，手摸有滑感，铁质、钙质、碳质胶结，含铁质胶结物的粘土岩呈暗红色、褐红色、赤红色，当粘土岩中含有机质（即碳质、沥青质）时呈黑色，如碳质泥岩、碳质页岩，岩石能污手，较纯的粘土岩呈灰白色或土黄色，粘土岩原生软弱夹层，常夹煤层。２. 泥质碎屑岩：岩石主要由粒度＞0.005mm碎屑物组成，碎屑物含量＞50%，碎屑物颗粒间充填物为泥质，根据岩石中碎屑物的形状、粒度的大小及其含量多少分类主要有：泥质粉砂岩、泥质细砂岩、泥质中砂岩、泥质粗砂岩、泥质砾岩、泥质角砾岩，呈碎屑结构，层状构造，岩层常见水平层理、斜层理、交错层理及波状层理，层间结合力较差，胶结物以铁质、钙质、碳质为主，铁质胶结物常作为泥质沉积岩的色素而存在，使岩石呈暗红色、褐红色、赤红色，在我国南方普遍分布，简称“红层”，泥质碎屑岩含碳质时呈黑色。泥质沉积岩按国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001依据岩石的饱和抗压强度（fr）分类为：极软岩，fr <5MPa，如强～微风化泥岩、页岩、碳质泥岩、碳质页岩，强～中风化泥质粉砂岩、泥质细砂岩、泥质中砂岩，强风化泥质砾岩、泥质角砾岩；软岩，15≥fr ＞5MPa，如未风化泥岩、页岩，微风化～未风化泥质粉砂岩、泥质细砂岩、泥质中砂岩、泥质粗砂岩，中风化泥质砾岩、泥质角砾岩；较软岩，30≥fr ＞15MPa，如微风化、未风化泥质砾岩，微风化、未风化泥质角砾岩，未风化泥质粗砂岩；我国南方大多数泥质沉积岩属极软岩、软岩、较软岩。泥质沉积岩形成的地质时代（地层）：“红层”、灰白色、土黄色泥质沉积岩多属中～新生界地层，即第三系（R）、白垩系（Ｋ）和侏罗系（J）地层；黑色、灰黑、暗灰色泥质沉积岩（含碳质）多属于三迭系（Ｔ）、二迭系（Ｐ）、石炭系（Ｃ）地层。

二．我国南方泥质沉积岩具如下工程地质性质及其易引发的工程地质问题：

1．我国南方泥质沉积岩抗风化能力低，岩体极易风化，遇水浸泡易吸水

软化，强度和稳定性降低显著（见表1实例）。

广州荔湾国际城泥质沉积岩天然与饱和单轴抗压强度值的比对表1

大量的实验数据证实泥质沉积岩经水浸泡至饱和状态的抗压强度比天然状态的抗压强度显著降低，并证实同等风化程度的泥质沉积岩其泥质、碳质含量与岩石的强度成反比关系，其泥质、碳质含量越高（如泥岩、页岩、碳质泥岩、碳质页岩）则其强度越低，其抗风化能力越低，遇水浸泡越易软化；泥质沉积岩遇水软化风干脱水后易开裂破碎、岩块剥落稳定性降低，常见工程钻探所采的中风化、微风化泥质沉积岩芯，原呈中～长柱状，仅放置几天后风化碎裂，岩芯呈短柱状或块状，人工开挖的泥岩、页岩、泥质砂岩边坡、基坑开挖暴露几天后就会发生风化崩解岩块剥落，全、强风化泥质沉积岩基坑遇暴雨浸泡后软化常发生崩塌事故；由于泥质沉积岩具易风化、遇水易软化的性质，常引发开挖暴露的建筑物地基强度降低，甚至引发建筑物地基发生剪切破坏。

2. 我国南方泥质沉积岩层理及裂隙发育，其层理面及裂隙是岩体的软弱构造面（见照片1、照片2）。

我国南方泥质沉积岩的层理发育，特别是泥岩、页岩的层理页理仅几厘米甚至几毫米厚，由于泥质沉积岩抗风化能力低，岩层间结合力差，出露于地表或近地表的岩体在地表水、地下水及风化的作用下其泥质、碳质易吸水软化并产生裂隙，水渗入岩体裂隙中反复冻融，不断扩展裂隙，常使岩体产生纵横向贯通的裂隙，风化的作用沿易风化的泥质、炭质岩层裂隙不断地深入切割坡体岩石，使连续完整的岩体被切割成岩块，由于风化的作用使岩体强度及岩层间结合力不断地降低，斜坡上被裂隙贯通切割成块状的岩石易发生崩塌、落石或沿其层理面发生滑坡等地质灾害，风化破碎的泥岩、页岩甚至在很缓的坡度也可能发生滑坡、崩塌；因此公路铁路穿越的泥质沉积岩边坡易失稳发生顺层滑坡、开挖的遂道洞顶易发生顺层坍方等工程地质问题，泥质沉积岩的层理面常是边坡失稳滑坡、遂道拱顶坍方的滑动面，同时其纵横贯通的裂隙是导致边坡岩层发生滑坡、岩块崩落、遂道拱顶坍方的软弱构造面；泥质沉积岩在受外力的作用下亦易沿其沉积层理面产生滑动，或沿裂隙产生破坏，如岩石的单轴抗压强度试验，泥质沉积岩试样在垂直向压应力的作用下，往往沿其沉积斜层理面产生滑动，或沿裂隙面产生破坏，由此证实泥质沉积岩的层理面及裂隙是岩石的软弱构造面。

3. 我国南方泥质沉积岩体常软、硬相间层。

我国南方泥质沉积岩体常软、硬相间层，如泥岩、页岩层中夹煤层；泥岩、页岩、碳质页岩常与粗碎屑的砂岩、砾岩相间层，在地层中形成软硬相间层、夹层或透镜体，在同等沉积环境和地质条件下，由于泥岩、页岩、碳质页岩较砂岩、砾岩容易风化，因此泥质沉积岩体中常存在不同风化程度的软、硬相间层或

夹层，如中、微风化砂岩或砾岩层中间（或夹）全、强风化泥岩、页岩、碳质页岩层；或全、强风化泥岩、页岩、碳质页岩层中间（或夹）中、微风化砂岩、砾岩层。在工程建筑中常造成岩质地基产生不均匀沉降；公路铁路边坡易沿软弱的泥岩、页岩、碳质页岩、煤层产生滑坡、崩塌；遂道穿越软、硬相间的泥质沉积岩水平岩层，遂道拱顶位于软岩层中易坍方，遂道穿越软、硬相间倾斜的泥质沉积岩层，于遂道拱顶软岩处易发生顺层坍方事故。

三．我国南方泥质沉积岩易引发的工程地质问题的防治措施：

由于我国南方泥质沉积岩具易风化、遇水吸水易软化的性质，因此开挖暴露的泥质沉积岩天然地基应及时采用混凝土覆盖地基底板基岩，防止地基岩体风化，防止雨水、地下水浸泡渗入持力层中，导致基岩软化强度降低，引起建筑物地基发生剪切破坏。当开挖的基坑存在易滑动的软弱岩层应进行锚固、支撑或支护，并防止地下水、雨水的浸泡软化基坑岩体。公路铁路沿线应进行地质灾害评估，沿线泥质沉积岩边坡要做好排除地表水和地下水工程，软弱岩层边坡坡脚应防止特大暴雨、异常洪水的浸泡，边坡出露的岩体可采用混凝土铺盖坡面防止雨水渗入软化岩体及防止岩体的风化；沿线对于大型滑坡或滑坡群应绕避，治理易滑坡的泥质沉积岩体可修建抗滑支挡，如抗滑挡土墙、锚索抗滑桩，或采用锚杆锚固边坡岩体；沿线对于可能发生的大规模的崩塌、落石地段应绕避，崩塌、落石的治理可采用清除危岩，加固山坡，修建拦挡建筑物等措施，防止崩塌的岩块、落石直接滚至路面给过往车辆及行人造成事故；人工开挖的泥质沉积岩边坡，当坡向与岩层倾向一致时，坡角应小于岩层倾角，拟预防边坡产生顺层滑坡。当建筑物泥质沉积岩地基中存在软、硬夹层时应视情况挖除（基桩穿过）软或硬夹层，使建筑物基础（基桩端部）置于均匀的持力层中，拟防止建筑物地基产生不均匀沉降。当建筑物泥质沉积岩边坡存在软、硬夹层时应对软岩层进行加固处理。穿越泥质沉积岩层的遂道，应选择岩质坚硬、厚层完整的岩层中通过；穿越软、硬相间的水平岩层或倾斜岩层的遂道，遂道拱部应当尽量设置在硬质岩层中，拟防止坍方，遂道必须穿越层理或页理发育的软弱泥质沉积岩层时，必须及时严格地做好遂道拱顶部的支护，遂道位置应尽量选在褶曲翼部或横穿褶曲轴，以防止地下水渗入或涌入诱发坍方。

照片1云南虎跳峡陡坡薄层状泥质沉积岩，照片2广东肇庆鼎湖山泥岩，层理及裂隙发育。

被裂隙切割成块状的岩石顺层崩落。

注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看