浅谈奎北线第三系泥岩风化程度划分

维普资讯 http://www.cqvip.com ５０　铁道勘察　２００８年第３期　浅谈奎北线第三系泥岩风化程度划分　王　海　（铁道勘察设计院，乌鲁木齐８３００１　１）　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｕｄｓｔｏｎｅ　Ｄｅｃａｙ　Ｒａｔｅ　ａｔ　Ｔｅｒｔｉａｒｙ　Ｐｅｒｉｏｄ　ａｌｏｎｇ　Ｋｕｉｂｅｉ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｗａｎｇ　Ｈａｉ　摘要第三系泥岩类地层一般成岩差，为软质岩，工程物理力学性质也较差，其风化程度的划分　不同于其他时代的基岩划分。从风化作用划分标准、影响因素方面分析第三系泥岩类风化程度划分，建　议不进行风化程度划分，仅给出物理力学分层。　关键词第三系泥岩风化层风化作用　风化程度分级　奎北线勘测中遇到的主要问题是第三系泥岩　的矿物、结构、构造等。　的风化程度划分。在外业总计约３　０００　ｍ钻孔鉴定过　１．１　影响岩石风化的外界因素　程中，泥岩岩性表现差异较大，应用风化的判定指标很　（１）外界温度　难区分风化等级。特别是克勒河特大桥钻探中，先后　岩体受外界温度的影响，特别是温度的急剧变化，　７个钻孔揭穿第三系泥岩夹砂岩（厚约３４　ｍ），钻至下　改变了岩体内应力的分布，特别是在高应力区、节理裂　泥盆统凝灰岩。区域资料反映其为角度不整合接触关　隙带等薄弱地带，导致岩体原有应力平衡被破坏，发生　系，无地质断层。从岩心上看，泥岩和砂岩为泥质胶　应力重分布，导致岩体发生崩解等物理破坏，但只会影　结，浅层基本呈柱状，下部呈散砂状，且砂岩所含长石、　响到其大气最大影响深度。对于泥岩，因其矿物成分　白云母结晶面新鲜，无风化迹象，而凝灰岩却比较破　主要为黏土矿物，如蒙脱石、高岭石等，颗粒粒径小于　碎，呈角砾状、碎块状，节理面呈黄褐色、棕黄色及铁锈　０．００５　ｍｍ，其矿物颗粒细腻，气温最大影响深度一般　色，有明显风化迹象，从而判定凝灰岩为强风化。那么　也就是１—３　ｍ，故温度的变化对其产生的风化作用也　其上部第三系泥岩夹砂岩从常识判断就为全风化一强　较小。　风化，这又与风化程度判定标准有些不符。本文从影　（２）水的作用　响工程物理力学性质的角度，分析第三系泥岩风化程　水是决定岩体风化程度的主要因素。　度的划分问题。　首先岩体裂隙中水的冻融、盐类的结晶与潮解等　１　影响岩石风化的因素　方面引起岩体的物理风化作用。因岩体裂隙的存在，　水的冻融产生体积的涨缩，从而改变裂隙节理面的扩　风化是影响岩石工程性质的很重要因素之一，准　张，破坏岩体的完整性。但是泥岩一般为泥质胶结，节　确划分岩石的风化层是为工程设计提供安全的设计参　理裂隙不发育，故水的冻融对其影响也较小。但因为　数的一项重要内容。影响岩石风化的因素是复杂的，　水侵入岩石，浸湿岩石自由表面上的矿物颗粒，削弱矿　外界因素及内部因素相互作用，共同决定了岩石风化　物颗粒间的联结，致使岩石强度降低。水对第三系泥　程度。外界因素主要为外界温度、水、气体和生物等综　岩的主要影响为黏土矿物遇水膨胀，崩解。但主要还　合因素影响下，改变岩石状态、性质的物理化学过程，　是与矿物成分有关，水只是外界催化因素。盐类的结　最终降低岩石的物理力学性质。内部因素主要为岩石　晶与潮解也是因岩体中的盐分与水的作用，结晶体积　变大，潮解体积缩小，而泥岩含盐一般很小，故对泥岩　收稿日期：２００８—０３—２０　作者简介：王海（１９７３一），男，１９９７年毕业于南京建筑工程学院岩土　的风化作用也较小。　工程专业，工程师。　其次岩体裂隙中的水引起化学风化作用。其主要　维普资讯 http://www.cqvip.com

浅谈奎北线第三系泥岩风化程度划分：王海　５１　因素是水，水溶液通过溶解、水化、水解、碳酸化等方式　促使岩石化学风化。水能溶解岩石中的可溶盐，特别　是碳酸岩地区，常形成溶洞溶穴等溶蚀地貌。水化反　应是指某些矿物与水反应生成含水矿物，如硬石膏　（ＣａＳＯ　）与水反应生成石膏（ＣａＳＯ　・２Ｈ：０），体积膨　胀，破坏岩体完整性，降低力学性质。水解反应是某些　矿物遇水离解，与水的Ｈ　和（ＯＨ）一离子起化学反应，　形成新的化合物，如正长石经过水解作用变成高岭石。　碳酸化作用是指水中溶有ＣＯ：，其水溶液中有ＣＯ　一　和ＨＣＯ　一离子，与碱金属反应，生成碳酸盐从而遇水　溶解流失，如正长石受到长期碳酸化作用，生成高岭　石、硅酸和碳酸钾，碳酸钾遇水流失，只残留下高岭石。　对于泥岩而言，所含矿物基本不溶于水，且蒙脱石、高　岭石等矿物很难与水发生化学反应、水解反应及碳酸　反应，其化学风化作用微弱。　（３）气体的影响　主要是氧，作用方式主要为氧化作用。氧化作用是　某些矿物颗粒与氧反应生成氧化物，降低矿物颗粒及联　结强度。对于泥岩而言，所含矿物如蒙脱石、高岭石等　矿物很难与氧发生氧化反应，其化学风化作用很微弱。　（４）生物的影响　主要表现为在动植物及微生物影响下发生的破坏　作用，主要发生在岩石的表层和土中。对于泥岩影响　深度较浅，仅仅存在于表层１～２　ｍ。　１．２影响岩石风化的内部因素　（１）矿物成分　不同岩石的矿物成分其抗风化能力不同，对岩石的　物理力学性质也产生直接的影响。例如石英的抗风化　能力比方解石高，方解石比云母高，云母比黏土矿物高。　泥岩中的黏土矿物主要为高岭石、伊利石、蒙脱石等，一　般都具有膨胀性。矿物颗粒的膨胀性，蒙脱石最大，其　次为伊利石，最小是高岭石，其抗风化能力较弱，但影响　其力学性质的主要是因具膨胀性而破坏了岩石的整体　性，从而降低其力学性质，矿物成分只是其内因之一。　（２）结构　不同结构特征的岩石，其抗风化能力也不同，一般　“硅质胶结＞铁质胶结＞钙质胶结＞泥质胶结”。胶　结的形式上，一般“基底胶结＞孔隙胶结＞接触胶　结”。第三系泥岩一般为泥质胶结及基底胶结，其孔　隙度小，连结强度低，且结晶颗粒很少，为黏土矿物所　包裹，对泥岩的强度基本无影响，主要由其黏土矿物决　定其抗风化能力。　（３）构造　构造对岩石风化的影响，主要是由矿物成分在岩　石中分布的不均匀性和岩石结构的不连续性构成岩体　的薄弱体，岩石受力破坏和风化，首先都是从这些缺陷　开始发生，并且岩石中存在着层理、裂隙、页理、片理等　结构不连续面，也导致岩石的风化不连续性。第三系　泥岩一般为中厚层状构造，层理、裂隙一般不发育，且　矿物成分分布一般较均匀。其风化受构造影响较小。　２风化程度分级　岩石风化程度一般根据岩石的颜色、矿物成分、破　碎程度及强度变化等方面来区分。但第三系泥岩一般　呈土黄色一青灰色，矿物颗粒颜色较浅且不易发生化　学反应而变色，无法从颜色的改变上来区分风化等级。　同时，泥岩受到风化后成分的改变不显著，一般肉眼也　无法判断。岩石的破碎程度与岩体的节理裂隙密切相　关，且与勘探手段也相关。第三系泥岩一般节理裂隙　不发育，完整性较好。一般采取钻探来解读地层，钻探　的操作也影响到岩心的完整性，往往浅层的泥岩完整　性较好，而下部的岩石岩心就比较破碎，故从岩石的破　碎程度来区分泥岩的风化程度也是非常的困难，甚至　产生误判。第三系泥岩一般为极软岩，其强度本身就　很低，其天然湿度单轴抗压强度一般在０．８～２．０　ＭＰａ　之间，即便风化后其强度变化范围也很小，从强度变化　上判断泥岩的风化程度实际操作也非常困难。本段第　三系泥岩主要为陆相沉积，其成岩时间短，成岩作用　差。故从一般岩石风化程度分级标准上很难区分第三　系泥岩的风化程度。　３分析　风化程度划分的目的是物理力学分层，根据风化　程度的不同给出不同的物理力学指标。奎北线第三系　泥岩从风化判定标准上很难划分，且不易识别，因而直　接进行力学分层则不失为一种更直接的方法。　从工程实际应用上讲，划分第三系泥岩风化程度　无实际意义。在国标岩土勘察规范上“第三系泥岩与　半成岩可不进行风化程度划分”。因而对其进行物理　力学分层更显必要。因影响第三系泥岩的物理力学性　质的主要因素是其黏土矿物的膨胀性，而其膨胀性主　要受外界环境特别是水的影响较大，故不妨根据大气　影响深度，对其进行物理力学分层。考虑微地貌及地　下水位年变化幅度的影响，对其修正，如易富水的低洼　地带、突出的山嘴、地下水位年变化幅度较大的地方可　降低其物理力学性质。　通过奎北线的勘测，经分析认为：１倍的大气影响深　度下，第三系泥岩可比照可塑状黏性土，按全风化考虑。　维普资讯 http://www.cqvip.com

５２　铁道勘察　２００８年第３期　青藏铁路西格段增建二线关角隧道越岭区综合地质选线　张文忠　（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安７１００４３）　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｒｏｕｔｅ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｔ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ　Ａｒｅａｓ　ｆｏｒ　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　２“ｄ　Ｌｉｎｅ　ｉｎ　Ｇｕａｎｊｉａｏ　Ｔｕｎｎｅｌ　ａｔ　Ｘｉｎｉｎｇ・－Ｌｈａｓａ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｈａｉ－－－Ｔｉｂｅｔ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｎｚｈｏｎｇ　摘要　关角隧道位于青藏铁路西格段增建二线关角越岭区，地质条件复杂，岩性多变，断裂构造　发育。在大面积工程地质、水文地质调绘的基础上，对主要越岭方案的隧道及引线段的地质条件进行了　详细的分析与评价，并提出方案比选意见，为越岭隧道方案的选择提供了翔实的地质资料。　关键词关角隧道越岭区综合地质选线　１　概述　青藏铁路西宁至格尔木段是青藏铁路一期工程，　线路全长８００多公里，修建于２０世纪７０年代。受当　时技术经济条件的，既有铁路曲线半径小、坡度　大。随着青藏铁路二期工程格拉段的开通运营，本段　铁路已成为青藏铁路的一个瓶颈，不能适应国民经济　收稿日期：２００８—０３—０６　作者简介：张文忠（１９６８一），男，１９９２年毕业于成都地质学院水文地质　与工程地质专业，工程硕士，高级工程师。　和铁路跨越式发展的需要，增建二线势在必行。　既有关角隧道位于关角垭口附近，修建于２０世纪　６０、７０年代，隧道区地质条件复杂。勘察设计时也做　了长短隧道方案的比选，但受当时经济、技术条件的限　制，最终选择了长４　００８　ｍ的越岭隧道方案。隧道竣工　至今病害不断，虽经多次整治，但效果不佳。因此，修　建一座地质条件较好、长度适中的越岭隧道已成为增　建二线的重中之重。　关角隧道越岭段位于既有铁路天竣至察汗诺段，　２至４倍大气影响深度可比照硬塑一坚硬状的黏性土，　按强风化考虑。以下按弱风化考虑，其物理力学指标可　略高于坚硬的黏性土。同时考虑微地貌及地下水位年　变化幅度的影响，对其深度进行１．０～１．５的修正。　三系泥岩风化程度的划分是不容易的，故建议对其不　进行风化程度划分，但考虑到设计参数的提供，应进行　物理力学分层。　物理力学分层可考虑按当地的大气影响深度对其　进行物理力学分层，并考虑微地貌及地下水位年变化　本地区大气影响深度为３．０　ｍ，第三系泥岩的基　本承载力可参照表１选用。　表１　第三系泥岩基本承载力　风化程度　全风化　强风化　弱风化　微风化一未风化　幅度的影响对其修正。　根据奎北铁路的勘探成果并结合地区第三系　泥岩具有相同或相似的性质，建议在铁路勘察中对于　第三系泥岩不进行风化程度划分，主要进行膨胀性试　验，明确其膨胀性等级，为设计提供准确的设计指标。　参考文献　［１］　ＧＢ５００２１－－２００１岩土工程勘察规范［ｓ］　深度／ｍ　３～５　４～１Ｏ　８～ｌ５　＞ｌ５　基本承载力／ｋＰａ　ｌ５０～２００　ｌ８０～２５０　２００～３００　３ｏｏ～４５０　４结束语　根据在奎北线对第三系泥岩的勘察，认识到对第　［２］　ＧＢＪＩｌ２—８７膨胀土地区建筑技术规范［ｓ］　［３］张勤，陈志坚．岩土工程地质学［Ｍ］．郑州：黄河水利出版社，２０００　［４］　高国瑞．近代土质学［Ｍ］．南京：东南大学出版社。１９９０