閩西北云母石英片巖殘積土工程地質(zhì)特征研究

林起慶

(福建省閩北地質(zhì)工程勘察院，邵武，354000)

1 殘積土的分布和成因

閩西北變質(zhì)巖分布廣泛，約占總面積的30%，主要為下元古界麻源群大金山組、南山組，中元古界長城紀(jì)交溪組和上元古界震旦系的變質(zhì)巖。筆者主要對分布于武夷新區(qū)大金山組石英云母片巖殘積土的工程地質(zhì)特征*福建省閩北地質(zhì)大隊，1∶5萬武夷新區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評價報告，2012。收稿日期：2014-12-15作者簡介：林起慶(1982-)，男，工程師，水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)。進(jìn)行探討。

石英云母片巖呈灰黑色、青灰色，主要礦物為云母、石英，含少量的長石。其中云母含量大于30%,呈條帶狀結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，受物理化學(xué)風(fēng)化作用和區(qū)域構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙較發(fā)育。在福建省氣溫高、干濕交替明顯、雨量充沛和水的淋漓作用影響下，新鮮巖石的結(jié)構(gòu)、成分、性質(zhì)已發(fā)生變化，形成風(fēng)化巖，按風(fēng)化程度分[1]為殘積土、全風(fēng)化、強風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化和未風(fēng)化，各風(fēng)化帶的部分物理化學(xué)指標(biāo)(表1)。

云母石英片巖部分物理化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計說明，石英云母片巖殘積土中pH值偏酸性，可溶鹽含量較低，游離氧化物含量較高。

殘積土系新鮮的石英云母片巖在風(fēng)化營力作用下完全風(fēng)化成土，未經(jīng)搬運，具母巖殘余結(jié)構(gòu)，劃分依據(jù)以地質(zhì)特征為基礎(chǔ)，結(jié)合巖土測試、原位測試(N<30擊)及目視觀察。

殘積土上部呈磚紅色，稍濕，可塑-硬塑，局部堅硬，含少量石英顆?；蛉L(fēng)化巖碎屑；下部呈淺灰色，局部夾有灰白色或淺綠色條帶，稍濕，硬塑-堅硬，含少量石英顆?；蛉L(fēng)化巖碎屑，原巖結(jié)構(gòu)尚可辨認(rèn)。

2 厚度變化規(guī)律

根據(jù)武夷新區(qū)水工環(huán)調(diào)查報告，選取建陽市童游鎮(zhèn)、將口鎮(zhèn)，武夷山興田鎮(zhèn)的典型剖面分析，石英云母片巖殘積土厚度主要受地形(地貌)類型和斷裂構(gòu)造控制。

表1 云母石英片巖部分物理化學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計

2.1 地貌類型

(1)山間河谷堆積地貌區(qū)，其河流、河床比降較大，水流湍急，表層殘積土易受沖刷流失，不易保留，厚度較小，一般為0～2.0 m，最大厚度3.0 m，甚至第四系沖洪積層直接覆蓋于基巖巖面。

(2)在低山丘陵地貌區(qū)，由于原巖風(fēng)化后易形成殘積土保留在原地，厚度較大，一般厚度5.0～13.0 m，最厚為19.0 m。

2.2 斷裂構(gòu)造

武夷新區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，受其影響，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育。風(fēng)化作用強烈，殘積土層較厚，如位于童游南林工業(yè)園區(qū)1條北東向韌性斷裂，殘積土厚度為4.80～18.75 m。

圖1 F與φ散點關(guān)系圖Fig.1 The diagram that the scatter relationship of F and φ

3 粒度分析

對調(diào)查區(qū)采集土樣(n=36)作粒度分析，粒徑2～10 mm的有 19組(含量5.8%～10.0%共4組，1.20%～4.90%共15組。粒徑小于0.075 mm粉粘粒17組，不含粒徑大于2.00 mm的顆粒)。為便于分析石英云母片巖殘積土粒徑與主要物理力學(xué)性質(zhì)關(guān)系，選擇受采樣影響較小的天然快剪內(nèi)摩擦角(φ)和孔隙比(е)作比較分析[2]。F為大于0.075 mm的顆粒與小于0.075 mm的顆粒粒徑的粗細(xì)比，其單位為%(圖1)。

F與φ散點關(guān)系圖顯示，當(dāng)F在0.5～1.0時，對φ值影響不明顯；當(dāng)F>1時，隨F值增大φ值有增大趨勢。

砂粒組(0.75～2 mm)含量與φ、е的關(guān)系(圖2)顯示，當(dāng)砂粒組含量小于50%時，φ值變化不明顯；當(dāng)砂粒組含量大于50%時，φ值有增大的趨勢；同時也說明，隨砂粒組含量增加，е值逐漸變小的規(guī)律。

圖2 砂粒組與φ、е散點關(guān)系圖Fig.2 The diagram that the relationship between sand group and the scatter ofφ,е

4 主要物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)建陽市童游鎮(zhèn)、將口鎮(zhèn)，武夷山興田鎮(zhèn)選取的4條(P1～P4)典型剖面上、中、下不同位置(地下水位以上)原狀土樣(n=76)的土工試驗成果作數(shù)理統(tǒng)計(表2)。

表2主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計

Table2Thestatisticsofmainphysicalandmechanicalindex

指標(biāo)含水率w濕密度ρ干密度ρd土粒比重Gs天然孔隙比e飽和度Sr液限ωl塑限ωp塑性指數(shù)IP液性指數(shù)IL滲透系數(shù)水平kh20垂直kv20壓縮模量Es1-2壓縮系數(shù)α1-2快剪粘聚力c內(nèi)摩擦角φ承載力特征值fak單位%g/cm3g/cm3%%%×10-3cm/s×10-3cm/sMPaMPa-1kPa°kPa最大值29.71.911.632.731.28386.261.539.7230.235.655.510.911.3553132.9368.50最小值14.81.51.172.650.64246.8332110.9-1.241.421.330.430.1641312.2191.20平均值23.71.731.42.690.93368.745.730.4815.2-0.453.593.44.510.5522222.89239.00變異系數(shù)0.1600.0600.0800.0100.1670.1000.1000.1500.200-0.740.3280.3670.5700.5440.000.200.730

主要物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表明，石英云母片巖殘積土屬濕土，IP=15.2；屬堅硬-硬塑，IL=-0.45；具高孔隙比(е=0.933)高壓縮性(α1-2=0.552 MPa-1，變異系數(shù)大于0.50)等特點。

對典型剖面上殘積土主要物理力學(xué)指標(biāo)φ、е、α1-2值在不同埋藏深度變化情況進(jìn)行分析比較(圖3)。表明總體上深部的е、α1-2值較小，φ值深部比淺部高的趨勢。

圖3 φ、е、α1-2、fak與殘積土埋深關(guān)系圖Fig.3 The diagram that the relationship between φ,е,α1-2,fak and residual soil depth

5 結(jié)論

(1)根據(jù)殘積土的粒度分析和塑性指數(shù)，按大于2 mm的顆粒含量[3]的定名方法，即礫質(zhì)粘性土(>20%)、砂質(zhì)粘性土(5%～20%)和一般粘性土(<5%)。在石英云母片巖殘積土中，以殘積粘性土居多，砂質(zhì)粘性土極少見，未見有礫質(zhì)粘性土。

(2)土的物理力學(xué)指標(biāo)除壓縮性屬高變異性外，其它指標(biāo)為中-低變異性；同時土的性質(zhì)具“雙高”的特點，即高孔隙比、高壓縮性。

(3)通過對土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)φ、е、α1-2值與土的粒度成分和埋藏深淺之間的分析對比，雖然存在一些規(guī)律性，但石英云母片巖殘積土是特殊性土，其工程特性仍具有不均勻性。

(4)石英云母片巖殘積土屬弱透水層，其垂直方向與水平方向無明顯差異。

(5)由于該次工作程度限制的關(guān)系，加上石英云母片巖殘積土是特殊性土，其工程特性具不均勻性，有待進(jìn)一步探討。

1 GB20021-2001 巖土工程勘察規(guī)范.

2 吳能森.花崗巖殘積土的分類研究.巖土力學(xué)，2006，27(12).

3 DBJ13-84-2006 巖土工程勘察規(guī)范.