引黃北干線張家口石料場(chǎng)巖石分析與評(píng)價(jià)

王 宇

（山西省萬家寨引黃工程管理局，山西 太原 030012）

1 工程概況

山西省萬家寨引黃入晉工程是解決太原市、大同市、朔州市水資源緊缺的大型跨流域調(diào)水工程，輸水線路全長158.075km。輸水線路工程由總干線、南干線、聯(lián)接段和北干線四部分組成。北干線由下土寨分水閘設(shè)隧洞向東行，經(jīng)大梁水庫至中溝灣后，沿平魯、朔州市、山陰、懷仁鋪管道至大同市。北干線工程沿線西部邊山一帶廣泛分布寒武系和奧陶系灰?guī)r地層，現(xiàn)有多處石料場(chǎng)正在開采。

2 地質(zhì)情況

張家口石料場(chǎng)位于朔州市張家口北部2.0km處的基巖區(qū)，距輸水線路1.2km，距大運(yùn)公路10.5km，并與北同蒲鐵路的神頭站相鄰，交通便利，運(yùn)距短。該料場(chǎng)調(diào)查范圍1.37km2，計(jì)算范圍0.46km2。料場(chǎng)范圍內(nèi)地形起伏較大，最高高程1335.0m，最低高程1100.0m，現(xiàn)為正在開采的石料場(chǎng)。

料場(chǎng)范圍內(nèi)出露地層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s），巖性為灰色、深灰色厚層至巨厚層石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及薄層泥質(zhì)灰?guī)r，含燧石結(jié)核。石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為有用層。巖層呈單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀走向N77°E，傾向 NW，傾角 10°～15°。

3 石料測(cè)定

3.1 檢測(cè)項(xiàng)目

場(chǎng)地共取巖樣5組，全部為灰?guī)r，灰色，試件完整，未見明顯層理，部分巖塊有多個(gè)方向的細(xì)微裂隙發(fā)育。根據(jù)塊石料的檢測(cè)要求，試驗(yàn)項(xiàng)目分別為天然塊體密度、飽和及烘干塊體密度、吸水率、飽水率、飽和及烘干抗壓強(qiáng)度、硫酸鹽及硫化物含量、凍融試驗(yàn)。

3.2 檢測(cè)方法及結(jié)果

根據(jù)《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》、《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》，檢測(cè)項(xiàng)目見表1，石料場(chǎng)巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果見表2。

表1 主要試驗(yàn)項(xiàng)目及其方法

表2 張家口石料場(chǎng)巖石試驗(yàn)成果

3.3 影響檢測(cè)質(zhì)量的關(guān)鍵因素

3.3.1 試件尺寸

測(cè)定塊體密度、抗壓強(qiáng)度、凍融試驗(yàn)的試件均采用了高徑比為2∶1的圓柱體試件。這是因?yàn)閹r石是具有非均質(zhì)性特征、有內(nèi)部缺陷的介質(zhì)材料，試件尺寸效應(yīng)對(duì)其特性影響不能忽視。有關(guān)研究資料表明，當(dāng)試件的高徑比不小于2∶1時(shí)，檢測(cè)到的參數(shù)值也趨于穩(wěn)定。

3.3.2 吸水率的測(cè)試

自然吸水率是巖石在常溫常壓下最大自由吸入水的質(zhì)量與試件固有質(zhì)量的比值。巖石吸水性試驗(yàn)程序?qū)υ囼?yàn)結(jié)果的影響十分顯著。測(cè)定自然吸水率時(shí)，首先淹沒試件高度的1/4，然后每隔2h分別升高水面至試件的1/2和3/4處，6h后水面全部浸沒試件，其目的是讓空氣逐漸排出。試件全部浸入水中后，在大氣壓力和室溫條件下自由吸水48h。

3.3.3 試件的飽和

飽和塊體密度、飽和吸水率、飽和抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)的測(cè)定都需對(duì)試件進(jìn)行飽和。飽和試件時(shí)首先應(yīng)按自由吸水法排出試件空氣，再使容器內(nèi)的水面高出試件，然后用煮沸法或真空抽氣法進(jìn)行飽和試驗(yàn)。煮沸時(shí)間不少于6h，真空抽氣法真空壓力宜為100kPa，抽氣時(shí)間不少于4h。3.3.4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

巖石單軸抗壓強(qiáng)度是巖石試件在無側(cè)限條件下受軸向力作用破壞時(shí)單位面積所承受的載荷。巖石抗壓強(qiáng)度是在壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓試驗(yàn)取得的。壓力機(jī)加載速率影響巖石強(qiáng)度值，當(dāng)試驗(yàn)加載速率較高，甚至超過裂隙發(fā)展速率時(shí)，對(duì)巖石試件產(chǎn)生沖擊荷載作用，難以顯現(xiàn)出超過非破壞階段終點(diǎn)后巖石破壞階段應(yīng)力-應(yīng)變的非線性特征，造成在破壞階段時(shí)裂隙不能充分展開和發(fā)展，使所測(cè)強(qiáng)度增高。加載速率要求控制在0.5~1.0MPa/s。

試件端部約束對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度結(jié)果也有一定的影響。當(dāng)試件直接放入壓力機(jī)上時(shí)，由于壓力機(jī)上下承壓板的尺寸遠(yuǎn)大于直徑，就會(huì)對(duì)試件造成端部約束，使結(jié)果偏高。為消除巖石試件端部約束的影響，在試件上下端部和壓力機(jī)之間放置與試件直徑相同的輔助承壓板，并涂抹黃油來減小端部摩擦。

3.3.5 凍融試驗(yàn)

凍融試驗(yàn)是測(cè)定巖石抵抗凍融破壞的能力。凍融循環(huán)次數(shù)根據(jù)工程需要而定，一般為20次，嚴(yán)寒地區(qū)不少于25次。需要注意的是，巖石試件充分飽和后才能進(jìn)行凍融試驗(yàn)，否則會(huì)出現(xiàn)凍融后巖石試件質(zhì)量大于凍融前試件質(zhì)量的反常現(xiàn)象。

4 質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)干密度、抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)、凍融損失率、硫酸硫酸鹽及硫化物含量等影響指標(biāo)評(píng)價(jià)見表3。

表3 張家口石料場(chǎng)巖石質(zhì)量評(píng)價(jià)

5 結(jié)語

通過對(duì)張家口石料場(chǎng)的石料進(jìn)行測(cè)定可知，該石料場(chǎng)的石料物理力學(xué)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，可作為塊石料，也可用來加工混凝土用骨料。作為混凝土用骨料時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行巖石礦物分析、化學(xué)成分鑒定，如有堿活性成分時(shí)，應(yīng)取樣進(jìn)行堿活性試驗(yàn)。