鐘成，范德平

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川成都611731)

在四川南部西昌——攀枝花地區(qū)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(shù)十米、最大厚度可達(dá)300 m、微成巖的Q1x地層，研究Q1x昔格達(dá)巖組的工程地質(zhì)特性，對于該地區(qū)的工程建設(shè)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(jié)構(gòu)，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(jìn)行試驗對比。

(3)進(jìn)行室內(nèi)化學(xué)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(jìn)行檢測，確定昔格達(dá)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(wěn)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(nèi)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(jìn)行原位載荷試驗。

2 昔格達(dá)組巖石試驗成果

(1)昔格達(dá)泥巖粘土礦物分析成果見表1;

(2)昔格達(dá)組巖石化學(xué)分析成果見表2;

(3)昔格達(dá)組巖石脹縮特性膠結(jié)程度評價見表3;

(4)昔格達(dá)組巖石抗壓強度和變形見表4;

(5)昔格達(dá)組巖石滲透試驗成果見表5;

(6)昔格達(dá)組巖石抗剪強度成果見表6;

表1 昔格達(dá)泥巖粘土礦物分析成果表

表2 昔格達(dá)組巖石化學(xué)分析成果表

(7)昔格達(dá)組巖體載荷試驗成果見表7。

表3 昔格達(dá)組巖石脹縮特性膠結(jié)程度評價表

表4 昔格達(dá)組巖石抗壓強度和變形成果表

表5 昔格達(dá)組巖石滲透試驗成果表

表6 昔格達(dá)組巖石抗剪強度成果匯總表

表7 昔格達(dá)組巖體載荷試驗成果表

3 昔格達(dá)組巖石的工程地質(zhì)特征及評價

3.1 組成巖石的礦物成分和化學(xué)成分

昔格達(dá)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(lián)結(jié)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(dá)組巖石不屬膨脹巖類，與試驗成果相符;其巖石中裂隙不發(fā)育(除構(gòu)造裂隙)，與地質(zhì)測繪資料相同?；瘜W(xué)分析成果表明:SiO2含量達(dá)52.5%～56.24%，pH值為7.3，表明巖石沉積在堿性的環(huán)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(tài)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(tài)下抗壓強度為13.2～13.4 MPa，飽和狀態(tài)下的抗壓強度為0.79～0.89 MPa，反映了不同含水量狀態(tài)下巖石的抗壓強度差值較大;在飽和狀態(tài)下強度低，與巖石的膠結(jié)程度為弱～中等膠結(jié)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(jié)差的軟弱巖石試件與天然巖體有較大的區(qū)別。對天然巖體來講，尺寸和圍壓對其力學(xué)指標(biāo)影響很大。三軸抗剪試驗指標(biāo)高于其它方法得到的試驗指標(biāo)就是證明。因此，天然昔格達(dá)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(qū)別。因此，昔格達(dá)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(dá)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(shù)為0.6～0.8，相當(dāng)于峰值強度的0.6～0.7倍，表現(xiàn)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(nèi)滲透試驗和現(xiàn)場試坑注水試驗成果表明:昔格達(dá)組砂巖滲透系數(shù)k=1.6×10－4cm/s，泥巖的滲透系數(shù)k=1.7～5.29×10－5cm/s，昔格達(dá)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(xiàn)出昔格達(dá)組砂、泥巖具有較高的抗?jié)B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(rèn)識

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

(2)通過礦物鑒定和顆粒分析認(rèn)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(dá)組巖石物理力學(xué)性質(zhì)是全面認(rèn)識昔格達(dá)組巖石的有效措施，為研究軟弱巖石工程地質(zhì)特性提供了一條可行的途徑。

(3)軟巖的主要力學(xué)指標(biāo)與巖石試驗方法、試件尺寸、圍壓條件關(guān)系緊密。因此，結(jié)合現(xiàn)場試驗和巖體邊界條件進(jìn)行室內(nèi)試驗指標(biāo)的修正是必要的。