川南昔格達巖組工程地質特性研究

鐘成，范德平

(四川省水利水電勘測設計研究院，四川成都611731)

在四川南部西昌——攀枝花地區的安寧河、金沙江和雅礱江河谷盆地中廣泛分布一套河湖相沉積、厚數十米、最大厚度可達300 m、微成巖的Q1x地層，研究Q1x昔格達巖組的工程地質特性，對于該地區的工程建設具有理論意義和實用價值。

1 研究方法

(1)鉆孔取樣。為保持天然含水量和巖樣原有結構，巖心采取后立即用高分子樹脂膠液涂刷兩遍，再加塑料薄膜包裝封口裝箱，專車運送。

(2)試驗分別以土工、巖石兩種方法對砂、泥巖進行試驗對比。

(3)進行室內化學分析試驗并用掃描電鏡分析、紅外分析、X射線分析及TG－DTA分析進行檢測，確定昔格達組巖石的粘土礦物成分。

(4)通過膨脹、收縮、崩解等試驗，論證巖石的脹縮性和軟弱特征，通過直剪試驗和三軸試驗，用峰值強度、穩定強度、殘余強度等綜合論證巖石的剪切強度特征。

(5)采用室內滲透變形試驗與野外試坑注水試驗對比確定巖石的透水性特征。

(6)對褐黃色、灰黑色兩種巖體進行原位載荷試驗。

2 昔格達組巖石試驗成果

(1)昔格達泥巖粘土礦物分析成果見表1;

(2)昔格達組巖石化學分析成果見表2;

(3)昔格達組巖石脹縮特性膠結程度評價見表3;

(4)昔格達組巖石抗壓強度和變形見表4;

(5)昔格達組巖石滲透試驗成果見表5;

(6)昔格達組巖石抗剪強度成果見表6;

表1 昔格達泥巖粘土礦物分析成果表

表2 昔格達組巖石化學分析成果表

(7)昔格達組巖體載荷試驗成果見表7。

表3 昔格達組巖石脹縮特性膠結程度評價表

表4 昔格達組巖石抗壓強度和變形成果表

表5 昔格達組巖石滲透試驗成果表

表6 昔格達組巖石抗剪強度成果匯總表

表7 昔格達組巖體載荷試驗成果表

3 昔格達組巖石的工程地質特征及評價

3.1 組成巖石的礦物成分和化學成分

昔格達組巖石以水云母為主，礦物中的Si常被FeAI置換，剩余電荷較多，而吸引較多的電荷(主要是K+)加強了晶胞間的聯結作用，因此，它們的晶格活動性較弱。這一特征決定了巖石的脹、縮性較弱。昔格達組巖石不屬膨脹巖類，與試驗成果相符;其巖石中裂隙不發育(除構造裂隙)，與地質測繪資料相同。化學分析成果表明:SiO2含量達52.5%～56.24%，pH值為7.3，表明巖石沉積在堿性的環境中成巖。

3.2 巖石的抗壓強度特征

試驗成果表明，巖石天然狀態下含水量為17%～24.6%，飽和度為85%～100%，抗壓強度為1.07～1.73 MPa，烘干狀態下抗壓強度為13.2～13.4 MPa，飽和狀態下的抗壓強度為0.79～0.89 MPa，反映了不同含水量狀態下巖石的抗壓強度差值較大;在飽和狀態下強度低，與巖石的膠結程度為弱～中等膠結和遇水崩解快的特征相吻合。

巖石試件尺寸為φ5×5 cm。對于這種膠結差的軟弱巖石試件與天然巖體有較大的區別。對天然巖體來講，尺寸和圍壓對其力學指標影響很大。三軸抗剪試驗指標高于其它方法得到的試驗指標就是證明。因此，天然昔格達組巖體是具有一定的強度和承載力的。

3.3 巖石的抗剪強度

(1)土工試驗成果表明:對于同類巖石，不同的剪切方法對抗剪強度影響不明顯(圖1)，這與土的抗剪強度曲線(圖2)有明顯的區別。因此，昔格達組巖石具有一定的成巖條件，為半成的巖石，有一定的抗剪強度。

圖1 昔格達組巖石不同剪切方法抗剪強度曲線圖

圖2 粘土、非粘性土抗剪強度曲線圖

(2)表6表明:除三軸試驗的峰值強度較高外，采用其它方法測定的抗剪強度無明顯差異，摩擦系數為0.6～0.8，相當于峰值強度的0.6～0.7倍，表現出抗剪強度相對(相對于軟巖)較高的特點。

3.4 巖石的透水性

室內滲透試驗和現場試坑注水試驗成果表明:昔格達組砂巖滲透系數k=1.6×10－4cm/s，泥巖的滲透系數k=1.7～5.29×10－5cm/s，昔格達組砂、泥巖為微透水巖石。巖石的初裂坡降大于21.1，破壞坡降大于50.3，大大高于一般土的臨界值，表現出昔格達組砂、泥巖具有較高的抗滲性能。

巖體載荷試驗成果表明:褐黃色砂、泥巖比例極限確定的地基承載力為0.5 MPa，灰色、灰黑色砂、泥巖比例極限確定的地基承載力為0.7～0.85 MPa，表明不同顏色的巖石地基承載力有較大的差異。

4 幾點認識

(1)通過對昔格達組巖石物理力學性質的研究表明:昔格達組砂、泥巖屬于弱膠結～中等膠結的弱膨脹軟巖，其主要物理力學性質特征為密度小，天然狀態下飽和度低，抗滲強度高，彈性模量低，具有一定的強度和較高的抗滲能力。

(2)通過礦物鑒定和顆粒分析認識、判斷巖石的基本特征;使用崩解及干燥～飽和吸水試驗了解軟巖的特征及分類具有重要意義;采用巖石和土工方法綜合研究昔格達組巖石物理力學性質是全面認識昔格達組巖石的有效措施，為研究軟弱巖石工程地質特性提供了一條可行的途徑。

(3)軟巖的主要力學指標與巖石試驗方法、試件尺寸、圍壓條件關系緊密。因此，結合現場試驗和巖體邊界條件進行室內試驗指標的修正是必要的。