花岗岩类全风化带的工程地质特性.pdf

19 95.No3港工技术花岗岩类全风化带的工程地质特性陈洪江(武汉城建学院43 0074)摘要分析研究国内若 干 工程实例花岗宕类岩石全风化带的物理力学性 质 试验指标,论述 了花岗岩类岩石全风化带的 工程地质特性,并提出全风化带与强风化带和残积土的区别关镇词花 岗宕全风化强 风化残积土1 995年3月1日开始实施的岩土工程勘察规范〔,〕以及正 在修订的港口工程勘察规范和港口工程地基规范对风化岩的划分都较原规范增划 出了 一个全风化带,即划分为全风化、强风化、中等风 化、微风 化及未风化五个带(或称岩石 风化程度的五个级别)全 风化带上部为残积土增划 一个全风化带是完全正 确的,因客观上存在着这样一个带,它 既不同 于强 风化带(岩)也不同于残积土这一划分方法也能与国内其他部门(如地矿、水电系统)和 国际上 一些通用的分带方法(如国际工程地质协会、国际岩石力学协会等)〔2,相 一致,便于科技交流由于以往港口工程和工业民用建筑工程的有关规范中没有划分出 全 风化带,所以在实际工作中,常常把这一带划分为残积土或强风 化带,未能反 映实际地质情况全风化带常常是港工建筑物和工业民用建筑物的地基持力层,了解其物理力学特性是很有实际意义的。

本文据野外现场勘察、试验及收集到的有关资料,对花岗岩全风化带的工程 地质特性做简要 阐述1花岗岩类全风化带的宏观描述特征本文所述花岗岩类包括各种花岗岩、花岗斑岩、石英闪 长岩、花 岗片麻岩及 混合岩等,它们共同的特征是具有全 晶质粒状(或斑收稿日期:1995一02一15状)结构及富含长 石、石英矿物这类岩石 全风化带的宏观特征 如 下1.1矿物成分的变化原岩中的长石、云母、角闪石等矿物已全部风化变质,大多形成粘土矿物残存大部分K、Na、ea、Fe、5 1等元 素形成氧化 物或盐 类物质溶于水中而被淋滤迁移少量可残 留在颗粒之间或形成被膜使其具有微弱的联结,只有石英颗粒仍完整 无损地保存下来1.2结构特征原岩结构的外观特征仍然保存,即原来的矿物 形状和互相排列位置未变稍加观察即可知是由何种原岩风化而成原矿物 晶粒间的联结则破坏殆尽,但仍 残存有极微弱的联结,因 而 用铣、镐即可开挖,开挖后 呈 砂夹土状,并含有一些块体,块体用手即可捏散1.3构造特征原岩体中的断层、较大的节理裂 隙、矿物的定向排列构 造以及穿插 的岩 脉等构造 特征,一般均能清晰保存有时错动面上 的擦痕仍能辨别其错动方向,岩脉均保持原来的产状,酸性岩脉(富含5 10:,如石英脉、细 晶岩脉、霏细岩脉等)一般风化轻微,岩块坚硬,有时在地表或河谷底部形成垄岗地形。

基性岩脉(富含Fe、Mg,如玄武岩脉、辉绿岩 脉、煌斑岩脉等),一般风化严重,呈土状,在地貌上常形成凹洼地形这些构造现象有时还可构成全风化带 中的软弱结构面,从而影 响开挖港工技术1 995.No3边坡岩体的稳定性宽大的全 风化基性岩脉,由于强度低,因而不影 响地基强度的均一性受原岩体中节理、断层的影 响,全风化带中可有风化程度相对较轻微的块、球体存在大小不等、形状不一,但多呈 浑 圆状,核 心部位常风化轻微,在全风化带下部尤 为常见勘探工作 中应 充分注意,不要误认 为是 风化轻微的基岩2全风化带与强风化带和残积土的区别全风化带与强 风化带的区别,一般情况下是 不困难的强风化带中,长石矿物常常是未完全 彻底风化为高岭土,仍有少部分呈较坚硬的粒状岩体外观呈块石状,原岩结构 构造清晰岩块可用手册开,并可沿破裂面合成原来的形状破碎后 多呈松散岩屑碎块,而 不是砂土状此带岩体很 不均 一,多有全风 化、中等风 化甚 至微风 化的岩块分布其 中块、球状风化更为常见全风化带和残积土的区别有时是较困难的,也是一个有争议的问题本文不拟细 加讨论,仅从实际工作应 用 出发,建议对于严重风化的花岗岩,凡呈 土状(夹 砂)而又保持有原状结构的(宏观观察确定)可定 为全风 化,而看不到原状结构的,即 原状结构已完全破 坏,或产生了一些次生结构的,如蠕虫状、网纹状等,则划为残积土。

这种划分方法与魏克和教授的意见是一致的〔3〕,即把我国 闽粤沿海地区较广 泛分 布的均质红 土 层、花斑状红土层划 为残积土,而把其下 部的砾 砂质土层、外观上保 留有原状结构的,划为全 风化带在我国东北、华北、山东沿海及长江三斗坪 地区,则普遍缺少上述均质红 土和 花斑状红土层,但保持原状结构的,扰动后呈夹砂类粘土(可含砾)状的全风 化带却普遍发育3花岗岩全风化带的某些工程地质特性3.1变形特性据大量室 内试验资料统计,花岗岩全 风化带的孔隙比较大,多大于0.8,最大者可达1.3压缩系数a,一2平均为0.35MPa一‘,属中等压缩性颗粒成分大小不均,>Zmm和0.1mm )含量多超过50%按粒度成分则相当于含粘粒的砾砂或砂土由于粗粒含 量多,用室内土工试验方法所测 定的指标变化大很不稳定,这是因为室内试验一般是用6~s cm的小环刀切 取试样,由于试样中含 较多粗粒 和碎 屑,使得试样受扰动较大在计算地基沉降量时,用 室 内试验指标按分层 总和法计算的沉降量,比实测值高出数倍以上,深 圳、闽南地区都有 很多这样的实例这是因为室 内试验得出的压 缩模量E,值偏小,一般为4一SMPa,而据实际工程统计,用 原位 测试方法(如静力载荷试验等)得 出的变形模量E。

多在20~30MPa3.2强度特性表1中收集到1 3个工程地区的剪切试验成果,其中有6个地区进行 了现场大型剪切试验,一组室内中型剪切试 验(20 cmX20 cmx20 cm ),另有 1 2个地区的室 内试验,由统计中可以看出下 列特点1)甲值变化范围为2 1’~45’,平均为32左右,C值变化很大,现场试验在0 .1 3一0 .3 9MPa之 间,室 内试验一般在0.0 1~0.0 7MPa之间从试验情况看,全风化带具砂土的特性,但高于一般砂土的强度指标,这是因为全风化花岗岩颗粒碎屑之间的咬合力远比其它成因类型的砂要大各地原岩物质组成不同,粗、细颗粒含量不同、矿物成分不同,均可造成抗剪强度指标的差异在同一地区同一剖面上,全风化带的上下部位因风化程度不同,,值也可相差很大,如三斗坪全风化带上部室 内中型剪切指标甲值为3 6.90,下部为46.902 )浸水饱和试样抗剪强度明显降低,据三斗坪和新丰江的试验成果,甲值降低1 3.2%一15%199 5.No3港工技术6 3裹1花岗岩类岩石全风化带物理力学性质试验橄据统计襄霉霉霉岩石名称称干重度度召憩比比渗透系数数压缩系数数内摩擦角角粘结力C C C标贯击数数承载力f f f( ( ( ( ( ( (kN/m3) ) )e e eK(em/s) ) )口 l 一 2 2 2中。

kPa) ) )N‘3. 5 5 5(kPa) ) )( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (MPa) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )1 1 1 1 1花岗岩岩179 9 9::;: : :SX10一一一:; ; ;13 8汉汉:: : :50 0 0 0( ( ( ( (山海关) ) )1 63 3 3 3 3 3 3 3 3 3 36 5汉汉汉汉2 2 2 2 2花岗片麻麻1 5.4 4 408 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1:::: : :250 0 0岩岩岩(北狱河) ) )1 47 7 70.8 65 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5250~30 0 0 03 3 3 3 3中粗粒花花16.5 5 5 5 5nX 10一名一nX10一3 3 3 3 33 2.3~45 5 54 2~72 2 2)5 0 0 060 0 0 0岗岗岗岩(青岛) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )4 4 4 4 4似斑状花花16l l l0.66 6 6 6 6 6 630 0 0 0 07 0%,如日照港、山海关船厂、4.69 cm。

建成后经实际观测,最大沉降量 为三斗坪坝址等地都做了这样的目力估测日1.11 cm这说明承载力取Zooo kPa时仍有潜照港基坑开挖时,岩体裸露后 不久,即可产 生力〔￡20一30 cm的松散层,并沿坡 面剥落浸水只魏克 和教授据东南沿海各地风化花岗岩需0.5~2小时,就足以使已经土化的颗粒软的大量试验研究成果提出,全风化(原文称残化全风化花岗岩一般不具 膨胀性,当含水量积 层 下段 砾 砂质土)的〔R〕值 为30 0一较高 失水时,微收 缩,不具可塑性6o0 kPa (以标贯试验为主要手段),比用室 内花岗岩全风化带的抗冲刷能力很差,遇土工试验成果查规范确定的〔R〕值有较大提有流速较高的水流极易冲刷成 沟谷例如河高叹周志涤等据青岛地区数十个 载荷试验北省临城水库,溢洪道开挖在全、强风化花岗资料也提出此带的〔R〕值为6oo kPa,原文称岩中,未做衬砌 即遇洪水,结果一次泄洪后,砂土状强风化花岗岩、这些资料表明,全风竟冲刷近1 0m深化花岗岩与一般土相比,强度较高,性质较4.4地墓承载力好,为充分发挥这种地基的潜在强度,建议将据 统 计,此带容许载 力 多在20 0~规范中规定的数据适当提高一点,如将全 风6 0 0 kPa之 间,见表1。

用 不同的试验方法求化的〔R〕值定 为1 50一60 0kP a,而将原规范得的结果不同用室 内试验得出的指标(孔隙中强风 化的〔R〕值修改为60 0~Zo00 kPa表2全风化花岗岩N‘3 5与〔 R〕(k Pa)关 系统计表作作者者No 3. 5 5 54 4 4 4 4~10 0 010~15 5 51 5~20 0 020~25 5 525~30 0 030~40 0 04 0~50 0 0深深圳工民民(10 0)~25C C C2 50~300 0 0300~350 0 03 50~(400) ) ) ) ) ) )建建地基规程程程程程程程程高高术孝孝孝孝孝250~300 0 03 00~350 0 0350~45 0 0 0450~550 0 0魏魏克和和和和300~4 0 0 0 0 0 0400~600 0 0 0 0关 于确 定全风化岩地基承载力的方法,采用一般室内土工试验或岩石抗压强度乘以1 995.No3港工技术折减系数的方法都是不适用的较好的方法是进行原位测试,以标贯为主要手段标贯击数与承载力的关系如表24花岗岩全风化带适宜采用 的勘探手 段和测试方法适合于全风化岩的勘探手段和快速试验方法主要是声波测式、标准贯入试验,以及静力触探试验,如三斗坪 坝址用声波法测 得全风化带岩石的纵 波速度 为1 5 o0m/sec以下。

山海关、日照等港口地基以标贯5 6击 作为全、强风化带的界限深圳地区以静力触探曲线作岩性分层点荷载试验 和回弹仪测试用于此带均得 不到 测试数据,故不适用参考文献建设部.岩土工程勘察规范.建筑工 业出版社,1 995崔冠英.港口工程地基规范 中的风化 岩分带问题.港工技术,199 1(1~2)魏克和.关于花岗岩风化发育过程及 风化程度分带与地基承载力的研究.港工技术,1991(l~2)周 志渔等.青 岛市区花岗岩风化带 的划分及其容许承载力的确定.工程勘 察,建筑工业出版社,19 89(6)T heC haraeteristiesof Eng ineeringGeologyoftheKindofGra niteatfullyWeatheredZoneChengHongjiang(WuhanCityCo n str uetionInstitute4300 74)A bstr a ctT hete stindexe sofphysiealandme eha niealeharaete ristiesofthero ekofthekindofgr aniteatthefullyweathe r edzo n efromthes。