花崗巖區(qū)邊坡滾石的成因分析

趙明星

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507)

1 引言

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量的線路工程、能源工程、城市建設(shè)和旅游資源將在山區(qū)建成或投入使用。在這些項目的建設(shè)和運營過程中，滾石事件帶來的風險越來越不容忽視。

花崗巖類基巖為大陸地殼的主要部分，為火山噴發(fā)時不同程度侵入形成，主要成分是石英，長石，云母，暗色礦物等。花崗巖在中國分布廣泛，主要分布在中國的南部和東南部，特別是在廣東、福建等沿海地區(qū)。通過早期的大量野外地質(zhì)調(diào)查，工程地質(zhì)鉆探、室內(nèi)試驗等方法，對影響花崗巖巖石風化的要素做了大量的研究工作，目前對于花崗巖風化的影響因素主要有：地質(zhì)構(gòu)造、氣候、巖石成分等，裂縫的發(fā)展程度是影響花崗巖風化的重要因素，裂縫的發(fā)展程度與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的程度密切相關(guān)。

2 工程概況

本研究選用豐順縣湯坑至留隍快速干線作為工程背景，該線路位于梅州市豐順縣東南部，是梅州市施設(shè)“城市拓展”戰(zhàn)略中關(guān)于加快公路基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，也是梅州市公路網(wǎng)及城市總體發(fā)展規(guī)劃的重要組成部分。本項目主線起點位于湯坑鎮(zhèn)貴田村東部國道G235與金貴大道平交口，后經(jīng)潘田鎮(zhèn)、留隍鎮(zhèn)，終點位于留隍鎮(zhèn)角尾村韓江東岸大堤，并與省道S227相接，主線新建段路線全長34.853 km。

項目沿線場地范圍內(nèi)上覆第四紀人工填土(Q4ml)、沖洪積層(Q4ml+pl)、殘坡積層(Qel)，下伏燕山晚期第二次侵入的花崗巖(γy2)，花崗巖裂隙發(fā)育，普遍存在差異風化現(xiàn)象。

3 地質(zhì)構(gòu)造作用

3.1 地質(zhì)構(gòu)造的影響

項目區(qū)地處粵東拗陷帶，自晚三疊世開始接受了來自太平洋方向的海水，早侏羅世循沿晚三疊世發(fā)熱故道發(fā)生較大規(guī)模的海侵，伴隨燕山運動的到來，在南北反沖向剪切作用下，粵東塊段隆起。該項目區(qū)域是華南中、新生代大陸活動造山帶的一部分。在地質(zhì)史上，該地區(qū)的地殼已通過多階段的構(gòu)造運動而發(fā)生了變化，巖漿活動強烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育(如圖1)。

圖1 項目區(qū)區(qū)域構(gòu)造綱要圖

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造綱要圖顯示，區(qū)域上主要受三組構(gòu)造作用影響，分別為水平向豐良—潮安東西向構(gòu)造帶、北東向三饒—潮安—普寧構(gòu)造帶、北西向韓江斷裂，在相互交錯的三組斷裂控制下，將巖體切成塊。節(jié)理交錯處的棱角，經(jīng)過長時間的物理、化學風化，原本為方形的邊緣被風化侵蝕，逐漸變成球狀巖塊，是“球形風化”與不斷風化，形成的由于風化小球的體積變小，并被不同程度的土體風化包圍，出露于地表后即形成地表滾石(如圖2)。

圖2 花崗巖球狀風化滾石出露

3.2 滾石的巖性特征

3.2.1 滾石的結(jié)構(gòu)

花崗巖滾石體往往由外面的風化殼和內(nèi)核兩部分構(gòu)成，風化殼一般很薄，約5～10 mm厚，黃褐色，主要是黑云母顆粒蛻色結(jié)成的，局部因鐵質(zhì)浸染成紅色，中風化狀態(tài)，內(nèi)核部分為粒狀堆砌結(jié)構(gòu)，微裂隙不發(fā)育，粒間聯(lián)系緊密，受力不易變形;其造巖礦物的蝕變主要體現(xiàn)在晶體邊緣，而表面則僅在局部有蝕變產(chǎn)物，如伊利石、綠泥石等附著。

3.2.2 巖礦薄片鑒定試驗

為了研究滾石的礦物成分，選擇該項目揭示的三層孤石的鉆探巖芯為研究對象，選取典型試樣做巖礦鑒定試驗，分析滾石的礦物成分。

本次選取的鉆孔編號為QZK2，風化程度為中等風化，手標本呈肉紅色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀，巖石局部可見發(fā)育較大石英晶體可達8.0 mm，可似為斑晶，鑒定采用蔡司偏光顯微鏡進行觀察，其鏡下照片如下圖3、圖4：

圖3 鏡下照片1

圖4 鏡下照片2

根據(jù)以上收集的中風化花崗巖樣品的顯微研究，發(fā)現(xiàn)以下特征：

巖石具花崗結(jié)構(gòu)，礦物組成主要為石英、長石、黑云母。

長石呈半自形—它形粒狀、板狀，多屬鉀長石類，少部分為斜長石，粒徑0.4～3.5 mm，多為中細粒，整體弱泥化、絹云母化。石英呈它形粒狀或不規(guī)則狀，粒徑大小0.2～6.5 mm，個別粒徑較大者可視為斑晶，均勻呈充填狀分布。黑云母呈半自形-自形片狀，粒徑0.3～1.2 mm，常見綠泥石化、暗化，也析出少許不透明礦物。鐵質(zhì)呈氧化褐紅色塵狀、粉末狀，較均勻夾雜分布或局部充填于巖石微細裂隙中。不透明礦物呈它形粒狀，粒徑0.03～0.15 mm，多分布于黑云母晶體中。另外，中風化孤石中的微裂隙不發(fā)育，填充物成分主要為硅質(zhì)，在應力作用下較容易破壞，巖石的力學性能較高。

4 氣候

項目區(qū)屬亞熱帶季節(jié)風氣候，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫21～22 ℃，年平均降雨量1 992.1～2 142.9 mm，降雨量年內(nèi)分配恨不均勻，其中4月～9月份降雨量占全年降雨的82.5%，潮濕系數(shù)大于1，年平均相對濕度77.3%～83.6%，年平均絕對濕度21.8～22.3 mm，項目區(qū)季風不明顯，平均每年臺風有3～4次，風力7～11級，據(jù)有關(guān)研究，一年內(nèi)滾石事件的數(shù)量與氣溫和降水的變化有一定的對應關(guān)系，即降水量的增加和冬春兩季的較低氣溫都將有助于滾石事件的發(fā)生。另外，在一次大的降雨或嚴重霜凍后滾石事件也會顯著增加。

5 地震活動

本區(qū)的新構(gòu)造運動頻繁，巖漿活動與斷裂活動比較明顯。上升運動主要是區(qū)域新構(gòu)造運動，部分路段山勢陡峻，溝谷坡降較大，河谷切割較深、呈V字型，說明區(qū)域地殼上升幅度較強烈。另外，區(qū)域上各級臺地由內(nèi)陸向南海方向逐級降低，反映地殼間歇性上升的特點。地震烈度為7度。地震產(chǎn)生的水平力會進一步使巖體開裂和松動，并引起巖體(或塊石)的不穩(wěn)定性。頻繁的地震活動不僅會增加滾石的發(fā)生頻率，而且還會增加滾石事件的規(guī)模。

6 人類活動

公路建設(shè)過程中不可避免地要對邊坡進行人工開挖，而開挖所用的爆破手段使本就已經(jīng)破碎的巖土進一步開裂和松動，也可進一步產(chǎn)生新的裂隙并形成新的滾石，在條件合適的時候，這些塊石就可在內(nèi)部和外部因素的共同作用下失穩(wěn)并形成滾石。

7 結(jié)語

通過對該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、礦物成分、氣候、地震活動及人類活動等因素的分析，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造在花崗巖地區(qū)滾石的發(fā)育中起著宏觀調(diào)控的作用。滾石的微觀實驗研究有助于從礦物成分的角度分析風化過程及其對差異化風化的影響。氣候、地震活動及人類活動是花崗巖區(qū)滾石區(qū)域分布的重要環(huán)境條件。盡管仍無法定量評估花崗巖滾石的成因，但研究主要影響因素仍然非常重要。對滾石發(fā)育地區(qū)的工程建設(shè)活動具有直接的指導意義，從而做到使?jié)L石發(fā)育區(qū)邊坡防護安全可靠、經(jīng)濟合理的目的，該思路在花崗巖滾石發(fā)育區(qū)的邊坡設(shè)計中值得推廣。