滇西芒棒盆地芒棒組碳質(zhì)粉砂巖的工程地質(zhì)特性

郭長(zhǎng)寶，李海華，陳溪華，和 勇，歹家文，張 能

1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500 3.云南地質(zhì)工程第二勘察院，昆明 650050

滇西芒棒盆地芒棒組碳質(zhì)粉砂巖的工程地質(zhì)特性

郭長(zhǎng)寶1，2，李海華2，陳溪華3，和 勇3，歹家文3，張 能3

1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610500 3.云南地質(zhì)工程第二勘察院，昆明 650050

滇西芒棒盆地是在上新世喜山運(yùn)動(dòng)后期高黎貢山強(qiáng)烈隆升過程中形成的近SN向的斷陷盆地，在盆地內(nèi)發(fā)育芒棒組碳質(zhì)粉砂巖等半成巖，規(guī)劃建設(shè)中的中緬公路保山－騰沖高速公路段從該套地層中通過。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)：該套碳質(zhì)粉砂巖具有成巖差、易崩解、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)等特性，容易引發(fā)邊坡失穩(wěn)、隧洞圍巖冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問題。室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試表明：該類巖石具有天然含水量高、孔隙度大、低膨脹性和有機(jī)質(zhì)含量高等特點(diǎn)。由于有機(jī)質(zhì)的膠結(jié)作用，天然巖體和干燥巖塊浸水后的性狀顯著不同，巖體干燥后具有水穩(wěn)性增強(qiáng)和膨脹勢(shì)降低的特性。結(jié)合典型工程實(shí)例，開展了原位直接剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：碳質(zhì)粉砂巖具有抗剪強(qiáng)度較高、峰殘降差小等特點(diǎn)，是該類地層中大型不穩(wěn)定斜坡體和蠕滑型滑坡發(fā)育的主要因素之一。

芒棒組；碳質(zhì)粉砂巖；半成巖；工程地質(zhì)

0 引言

滇西騰沖地區(qū)芒棒組碳質(zhì)粉砂巖是一種典型的半成巖［1］。半成巖是一類特殊的巖土體，與正常意義上的巖石及土均有明顯的區(qū)別：一般講來，半成巖具有一定的成巖性，但成巖度不高，而干燥時(shí)強(qiáng)度卻較高，具有脆性破壞的特性［2］；在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等方面，其既具有部分土的特征，又具有部分巖石的特征，因而工程地質(zhì)性質(zhì)復(fù)雜［2－3］。在半成巖地層中，一些大型或者超大型滑坡比較發(fā)育，如查納滑坡、灑勒山滑坡等［2，4］，并且因其特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，對(duì)工程的勘察設(shè)計(jì)、施工和安全具有重要的影響［3，5］。

滇西騰沖地區(qū)是中國(guó)西南大通道工程建設(shè)的重要區(qū)域［6－7］，隨著該區(qū)工程建設(shè)規(guī)模和范圍的加大，越來越多的工程遇到了與芒棒組碳質(zhì)粉砂巖相關(guān)的工程地質(zhì)問題，如：規(guī)劃建設(shè)中的中緬公路保山－騰沖段高速公路即穿越芒棒盆地，龍川江大橋附近芒棒組地層內(nèi)滑坡極為發(fā)育［8］；大理－瑞麗鐵路也曾在該區(qū)選線，但由于芒棒組地層中滑坡、不穩(wěn)定性斜坡體等地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)烈發(fā)育而放棄［9］；芒市－猴橋鐵路也將穿越該盆地，作為工程建設(shè)的路基、邊坡組成的芒棒組礫巖、粉砂巖等巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)已引起廣泛關(guān)注。前人主要對(duì)該區(qū)出露的芒棒組地層的地質(zhì)時(shí)代和地層分布等方面進(jìn)行了研究［1，10］，并結(jié)合工民建和鐵路、公路等工程建設(shè)，對(duì)芒棒組碳質(zhì)粉砂巖的基本物理指標(biāo)、抗剪強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試分析［8－9］，尚缺乏關(guān)于芒棒組碳質(zhì)粉砂巖物質(zhì)組成、物理水理性質(zhì)、膨脹性、結(jié)構(gòu)性等工程地質(zhì)特性，以及相關(guān)工程地質(zhì)問題的成因分析研究。

因此，筆者基于野外地質(zhì)調(diào)查、原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，重點(diǎn)研究了芒棒組碳質(zhì)粉砂巖的發(fā)育特征、成因時(shí)代，并從物質(zhì)成分與膠結(jié)物、物質(zhì)組成和力學(xué)性質(zhì)測(cè)試等方面分析了其工程地質(zhì)特性和主要工程地質(zhì)問題。研究結(jié)果對(duì)于指導(dǎo)該區(qū)重大工程規(guī)劃建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要的理論和實(shí)際意義，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)青藏高原東南緣第四紀(jì)工程地質(zhì)研究具有重要的理論意義。

1 地質(zhì)背景

芒棒盆地是位于橫斷山脈東南端的一個(gè)近SN向山間斷陷盆地（圖1），盆地東側(cè)為高黎貢山，中部為龍川江，具有典型的山間盆地地貌。該區(qū)地處印度板塊與歐亞板塊縫合線東側(cè)之騰沖微陸塊上，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，是世界上罕見的高山地貌及其演化的代表地區(qū)。騰沖微陸塊原屬岡瓦納大陸的一部分，二疊紀(jì)末從岡瓦納大陸分裂出來向北漂移而與揚(yáng)子板塊拼合。始新世，印度板塊與歐亞板塊強(qiáng)烈碰撞形成山系，上新世喜山運(yùn)動(dòng)早期之后，由于龍川江斷裂的活動(dòng)和高黎貢山的抬升，使該區(qū)處于拉張的構(gòu)造環(huán)境，進(jìn)而形成了早期的芒棒盆地，并接受河湖相沉積，芒棒組碳質(zhì)粉砂巖即在這個(gè)時(shí)期形成。隨著斷裂的活動(dòng)，區(qū)內(nèi)發(fā)生多次火山噴溢活動(dòng)，形成上新世玄武巖，局部還發(fā)育第四紀(jì)早更新世火山巖，從而在芒棒盆地內(nèi)發(fā)育了上新統(tǒng)至更新統(tǒng)的火山－河湖相沉積建造。盆地內(nèi)局部分布第四系河湖相沉積。

芒棒盆地現(xiàn)今分布高程為1 200～1 500m，盆地南北長(zhǎng)約108km，東西寬約5～10km，總面積約700km2。盆地基底與周邊地區(qū)主要由下古生界高黎貢山群（Pz1Gl）、石炭系勐洪組（Cmn3）石英雜砂巖夾黑色板巖及燕山期、喜馬拉雅期花崗巖（γ5）組成，上部地層主要由新近系芒棒組（N2m1－3）陸相碎屑巖系、第四系全新統(tǒng)（Q4）松散砂礫層及第四紀(jì)火山巖（Q1b）組成（圖1）。

2 芒棒組碳質(zhì)粉砂巖的基本特征

2.1 芒棒組地層分布特征及沉積環(huán)境

資料分析和野外地質(zhì)調(diào)查表明，芒棒組在芒棒盆地出露范圍較廣，主要為一套碎屑巖夾火山巖及薄煤層，多為半成巖狀態(tài)，巖體工程地質(zhì)性質(zhì)較差，分為3段：上、下亞段（N2m1、N2m3）為砂礫巖、細(xì)砂巖、黏土質(zhì)粉砂巖及薄煤層，沉積環(huán)境以河床相為主，局部為濱湖沼澤相，本文研究的碳質(zhì)粉砂巖即分布于其中；芒棒組中期（N2m2）火山活動(dòng)頻繁，玄武巖噴發(fā)，巖性以厚層塊狀玄武巖為主，其中心位于盆地中偏南部的席草塘至三甲街一帶，玄武巖厚度最大約200m。

圖1 滇西芒棒盆地及鄰區(qū)地層分布特征圖Fig.1 Stratum distribution characteristics of Mangbang basin and the adjacent area

李錫康等［1］通過巖石特征、分布及基本層序分析認(rèn)為：芒棒組下段（N2m1）沉積環(huán)境為河流、沼澤、湖泊相，并且沉積期間地殼小幅度上升、下降比較頻繁，在本段下部的巖礦鑒定資料中顯示含有火山物質(zhì)，表明這套地層沉積時(shí)期或之前曾有火山活動(dòng)；芒棒組中段（N2m2）為火山噴發(fā)－沉積相；芒棒組上段（N2m3）沉積環(huán)境與下段類似，僅在盆地邊緣發(fā)育一些沖積扇相。同時(shí)認(rèn)為芒棒盆地很可能經(jīng)歷了斷裂拉張－火山噴發(fā)－火山堰塞盆地沉積－地殼上升盆地消亡的演化過程，并且在碳質(zhì)粉砂巖等地層中發(fā)育植物和硅藻等古生物，均為淡水植物，這表明沉積環(huán)境為較深的、停滯的靜水還原性盆地。

2.2 碳質(zhì)粉砂巖的物質(zhì)成分

野外調(diào)查表明，該地區(qū)的碳質(zhì)粉砂巖總體上呈灰黑色，局部含煤和較大礫石，礫石分選性及磨圓性均比較差，棱角明顯，體積分?jǐn)?shù)也極不均勻（0%～40%），天然含水量較高，濕－飽和，干燥后呈灰白色，在該類巖土體中崩塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)烈發(fā)育，工程地質(zhì)問題較多。

芒棒組碳質(zhì)粉砂巖屬于典型的半成巖，其粒度成分和礦物成分是決定其工程地質(zhì)特性的物質(zhì)基礎(chǔ)。室內(nèi)測(cè)試表明：其容重一般為1.95～2.15g／cm3；含水量較高，多為10%～20%；孔隙度較大，為25%～40%，平均32%（表1）。根據(jù)篩分法和移液管全分散法的粒度分析結(jié)果，芒棒組碳質(zhì)粉砂巖顆粒較細(xì)，具有高分散性，主要由粉粒和砂粒組成，粒徑多分布在0.005～0.250mm（表2）。碳質(zhì)粉砂巖粉粒和砂粒體積分?jǐn)?shù)一般為90%以上，少數(shù)為70%左右，黏粒（以粒徑小于5μm粒級(jí)計(jì)）較少，多為5%～15%，一般在10%左右，小于2μm的黏粒含量較少。

2.3 碳質(zhì)粉砂巖的黏土礦物組成

采用乙二醇、550℃加熱等方法對(duì)樣品進(jìn)行了處理［11－13］，并對(duì)天然樣品、乙二醇處理樣品和550℃加熱處理等這3種碳質(zhì)粉砂巖試樣中d＜2μm的黏粒進(jìn)行了黏土礦物X射線衍射定量測(cè)試（表3，圖2）。測(cè)試結(jié)果表明，碳質(zhì)粉砂巖的黏土礦物組成主要為伊利石／蒙脫石混層礦物（I／S）、高嶺石（K）和伊利石（I）的共生組合，但以伊利石／蒙脫石混層礦物為主，其相對(duì)體積分?jǐn)?shù)為51%～60%，絕對(duì)體積分?jǐn)?shù)為2.22%～5.22%。總體上，碳質(zhì)粉砂巖中膨脹性黏土礦物含量低，且以膨脹性中等的伊利石／蒙脫石混層礦物為主，而非強(qiáng)膨脹性的蒙脫石，使得芒棒組碳質(zhì)粉砂巖的膨脹性較低。

3 碳質(zhì)粉砂巖物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)

芒棒組碳質(zhì)粉砂巖主要為粉砂、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，天然含水量高，節(jié)理、裂隙弱發(fā)育，現(xiàn)場(chǎng)錘擊聲啞，無回彈，有較清晰的凹痕，用手易捏碎，浸水后成粉砂狀，工程地質(zhì)性質(zhì)較復(fù)雜。

表1 芒棒組碳質(zhì)粉砂巖物理水理性質(zhì)測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of physical and water physical of Mangbang Group carbon siltstone

表2 芒棒組碳質(zhì)粉砂巖顆粒組成及基本工程性質(zhì)Table 2 Grain composition and basic engineering characteristics of Mangbang Group carbon siltstone

表3 芒棒組碳質(zhì)粉砂巖黏土礦物定量測(cè)試結(jié)果Table 3 Quantitative analysis results of clay mineral composition of Mangbang Group carbon siltstone

圖2 典型芒棒組碳質(zhì)粉砂巖＜2μm粒組X射線衍射曲線圖Fig.2 Oriented X－ray diffraction curves of＜2μm clay fraction of Mangbang Group carbon siltstone

3.1 物理水理性質(zhì)

半成巖的力學(xué)強(qiáng)度、膨脹和崩解特性等工程地質(zhì)特性受物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響和控制，其中膠結(jié)物的成分和含量影響尤為顯著。室內(nèi)試驗(yàn)和測(cè)試表明：天然狀態(tài)下的碳質(zhì)粉砂巖，由于含水量較高，其巖塊強(qiáng)度、硬度相對(duì)較低，浸水后易崩解為散砂狀；而干燥巖塊浸水后一般表現(xiàn)為不崩解、不破壞，工程性質(zhì)較好，僅部分樣品發(fā)生碎屑狀和碎裂破壞。兩種狀態(tài)下的物理水理性質(zhì)的顯著不同與碳質(zhì)粉砂巖的微觀物質(zhì)組成具有較大關(guān)系。從表2中可見，碳質(zhì)粉砂巖被有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣（CaCO3）膠結(jié)成巖，巖石結(jié)構(gòu)性與這些膠結(jié)物的特性有關(guān)。由于CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低，多為0.30%～0.65%，其對(duì)碳質(zhì)粉砂巖的工程性質(zhì)影響較弱；筆者采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般為1%～3%，最大為4.64%（SDZ220－3樣品），平均為1.69%。由于有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，大量高分散有機(jī)質(zhì)與伊利石／蒙脫石混層礦物、伊利石和高嶺石等黏土礦物發(fā)生相互膠結(jié)作用，形成有機(jī)－無機(jī)復(fù)合體，并對(duì)巖石產(chǎn)生顯著的膠結(jié)作用，從而降低了碳質(zhì)粉砂巖的活性，不僅增加其黏聚力，而且增大其水穩(wěn)性，具體表現(xiàn)為降低了干燥巖塊的飽和吸水率（表1），即降低其膨脹勢(shì)。

3.2 力學(xué)強(qiáng)度特性

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，該碳質(zhì)粉砂巖錘擊聲啞、無回彈、有較深凹痕，手可捏碎，浸水后成粉砂狀，可捏成團(tuán)，根據(jù)《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50218－94），屬于極軟巖類。此外，芒棒組碳質(zhì)粉砂巖巖體完整性差，處于半固結(jié)狀態(tài)，中等－弱風(fēng)化，淺層巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，呈砂土狀，巖塊間一般有泥質(zhì)充填、膠結(jié)，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，間距一般小于30cm，綜合判別該區(qū)的碳質(zhì)粉砂巖基本質(zhì)量分級(jí)為V級(jí)。

由于該半成巖結(jié)構(gòu)較差、易碎，較大的原狀樣難制取，從而分析其抗剪強(qiáng)度等力學(xué)強(qiáng)度特性較為困難。為更好地研究碳質(zhì)粉砂巖的強(qiáng)度特征，筆者采用目前在測(cè)定巖土體的抗剪強(qiáng)度方面應(yīng)用較廣并且取得較好效果的原位直剪試驗(yàn)［14－15］，以該區(qū)某水電工程為典型工程實(shí)例［16］，對(duì)探洞中揭露的碳質(zhì)粉砂巖進(jìn)行了抗剪強(qiáng)度測(cè)試研究。

3.2.1 試驗(yàn)方法

本次原位直剪試驗(yàn)采用水平推剪原理，每組試驗(yàn)由3個(gè)試樣構(gòu)成，每個(gè)試樣分別在不同的法向堆載作用下，施加水平剪力進(jìn)行剪切，得到各試樣的剪應(yīng)力－位移（τ－ΔL）曲線和每組試樣的法向壓力－剪應(yīng)力（σ－τ）關(guān)系曲線，據(jù)此計(jì)算堆積體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值，確定巖土體的剪切強(qiáng)度特性。

本組原位直剪試驗(yàn)位于龍川江右岸水電勘察探洞中的23.50～26.50m深度處，巖性為灰黑色、深灰色碳質(zhì)粉砂巖，每組試驗(yàn)點(diǎn)制備試樣3個(gè)。制備試樣時(shí)，先清除表層的浮土，然后四周開挖溝槽，制成剪切面積為1 000cm2、高為20cm的方形試樣。試樣制備后，通過安裝法向加載系統(tǒng)、剪力加載系統(tǒng)和剪切位移量測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備（圖3，圖4），分別施加10、20、30kN的法向應(yīng)力，并記錄剪切過程中的壓力表讀數(shù)和位移讀數(shù)，繪制剪應(yīng)力－位移曲線（τ－ΔL）和法向壓力－剪應(yīng)力（σ－τ）曲線圖，通過線性回歸方法得到剪應(yīng)力與垂向壓力的線性方程，從而在σ－τ抗剪強(qiáng)度曲線圖上讀取c、φ值。

圖3 原位直接剪切試驗(yàn)裝置圖Fig.3 In－situ direct shearing test device

圖4 原位直接剪切破壞面特征Fig.4 Failure surface characteristics of in－situ shearing test

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從兩組試樣的剪應(yīng)力－位移曲線可以看出：剪切過程中試樣沒有明顯的彈性變形階段，施加剪力時(shí)試樣便進(jìn)入應(yīng)力強(qiáng)化階段（圖5），在較小的位移形變下試樣即達(dá)到峰值強(qiáng)度，試樣沿底部預(yù)定剪切面形成貫通且較平整的剪切破壞面（圖4）；從而剪切面上的應(yīng)力計(jì)算準(zhǔn)確程度較高，表明原位直剪試驗(yàn)是獲取碳質(zhì)粉砂巖剪切強(qiáng)度的有效方法。

試驗(yàn)結(jié)果表明芒棒組碳質(zhì)粉砂巖在不同正應(yīng)力下剪應(yīng)力與剪切變形曲線具有明顯的峰值（圖5（a）、（b）），應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系分別為應(yīng)變硬化型（PD－sy1試樣）和應(yīng)變軟化型（PD－sy2試樣），抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力呈較好的線性關(guān)系。經(jīng)過線性回歸計(jì)算得到抗剪強(qiáng)度參數(shù)為：黏聚力c為75.23和93.02kPa（表4），內(nèi)摩擦角φ為12.51°和16.09°，黏聚力值較一般黏土、砂土高，但低于成巖作用較好的泥巖、砂巖等巖體的抗剪強(qiáng)度。從圖6（a）、（b）中可見，碳質(zhì)粉砂巖試樣的殘余強(qiáng)度也與垂直壓力呈良好的線性關(guān)系，與一般巖土體不同的是，該半成巖的殘余強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度值相差較小，PD2－sy1試樣黏聚力cr最小僅降低6.15%，內(nèi)摩擦角φr僅降低2.78%，即具有峰殘降差低的特點(diǎn)。

表4 龍川江某電站平洞內(nèi)大型直剪試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表Table 4 In－situ shearing test result in one power station adit of Longchuan River

4 主要工程地質(zhì)問題分析

滇西芒棒組碳質(zhì)粉砂巖是一種較軟的半成巖，具有成巖差、易崩解、易散落等特性，容易引發(fā)邊坡失穩(wěn)、隧洞圍巖冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問題。研究區(qū)龍川江某水電探洞勘察過程中在洞頂部碳質(zhì)粉砂巖中發(fā)生的圍巖冒頂事故，其原因是由于碳質(zhì)粉砂巖含水量較高，并且含有一定的有機(jī)質(zhì)，成巖作用差，抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)要弱于成巖作用和完整性好的巖石，在探洞開挖后整體強(qiáng)度不足，同時(shí)又無支護(hù)措施，因而發(fā)生圍巖冒頂破壞，冒落的碳質(zhì)粉砂巖多呈無規(guī)則塊狀。

圖5 PD2－sy1與PD2－sy2試樣τ－ΔL關(guān)系曲線圖Fig.5 Shear stress and deformation curve of PD2－sy1and PD2－sy2specimen

圖6 PD2－sy1與PD2－sy2試樣σ－τ抗剪強(qiáng)度曲線圖Fig.6 Anti－shear strength curve of PD2－sy1and PD2－sy2specimen

芒棒組是龍川江兩岸邊坡的主要地層，野外地質(zhì)調(diào)查過程中，在龍川江兩岸發(fā)育大量滑坡和不穩(wěn)定斜坡體，多為大型－巨型，斜坡體坡度較陡，一般為30°～45°，滑坡地貌明顯，如響水灣村大型不穩(wěn)定斜坡體，斜坡體長(zhǎng)軸長(zhǎng)約700m，平面寬度400～500 m，滑體厚度20～50m，總方量約1 200～1 400萬m3，坡體的蠕變變形已經(jīng)引起坡體中后緣村內(nèi)房屋開裂，該村莊在當(dāng)?shù)卣闹笇?dǎo)下已進(jìn)行分批次搬遷。

由于觸發(fā)天然滑坡的主要因素為斜坡體的變形破壞過程中滑帶土的抗剪強(qiáng)度向殘余強(qiáng)度過渡，并最終由殘余強(qiáng)度控制斜坡體的穩(wěn)定性，當(dāng)剪切面上的殘余強(qiáng)度提供的抗滑力小于下滑力時(shí)，斜坡發(fā)生變形破壞。龍川江地區(qū)的斜坡體坡度較大，可能滑動(dòng)的方量多達(dá)幾百萬立方米至上千萬立方米，在地質(zhì)歷史演化過程中，由碳質(zhì)粉砂巖等半成巖組成的斜坡體處于極限平衡狀態(tài)；但在河流沖刷坡角、人類工程活動(dòng)等外界擾動(dòng)下，坡體內(nèi)發(fā)生應(yīng)力變化和蠕動(dòng)變形。由于該巖土體峰殘降差小，由巖體的殘余強(qiáng)度控制仍能提供較大的抗滑力，不易發(fā)生長(zhǎng)距離的滑動(dòng)，故由該類巖土體組成的斜坡體多發(fā)育有大型不穩(wěn)定斜坡體，而整體大規(guī)?；瑒?dòng)較少，與野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果相一致。

5 結(jié)論和討論

1）芒棒盆地形成于上新世喜山運(yùn)動(dòng)后期，盆地內(nèi)發(fā)育上新統(tǒng)至更新統(tǒng)的火山－沉積建造，芒棒組地層在該盆地內(nèi)分布較廣，其中碳質(zhì)粉砂巖等半成巖的巖體工程地質(zhì)性質(zhì)較差。

2）芒棒組碳質(zhì)粉砂巖顆粒較細(xì)，主要由粉粒和砂粒組成，黏土礦物含量較低，以伊利石／蒙脫石混層礦物為主，其次為高嶺石和伊利石，巖體的膨脹性較低。

3）芒棒組碳質(zhì)粉砂巖具有高含水量、高孔隙性、成巖作用差、結(jié)構(gòu)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在天然狀態(tài)下強(qiáng)度較低，浸水后易崩解為散砂狀。由于有機(jī)質(zhì)含量較高，與黏土礦物一起對(duì)巖塊形成顯著的膠結(jié)作用，降低了碳質(zhì)粉砂巖的活性，并增強(qiáng)了其水穩(wěn)性，干燥巖塊飽和吸水率低，浸水后一般不崩解、不破壞，膨脹勢(shì)降低。

4）原位直剪試驗(yàn)表明，芒棒組碳質(zhì)粉砂巖的抗剪強(qiáng)度值較高，高于一般的土體。由于天然狀態(tài)下碳質(zhì)粉砂巖的力學(xué)性質(zhì)較差，在探洞、隧道等工程施工過程中容易發(fā)生圍巖冒頂事故；同時(shí)由于殘余強(qiáng)度值較高，與抗剪強(qiáng)度峰值差異較小，由該類半成巖組成的大型斜坡體多發(fā)生蠕滑變形。從而在龍川江兩岸發(fā)育有較多不穩(wěn)定斜坡體，而整體大規(guī)?；瑒?dòng)較少。

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Engineering Geology Characteristic of the Carbonaceous Siltstone in Mangbang Basin，West of Yunnan Province

Guo Chang－bao1，2，Li Hai－h(huán)ua2，Chen Xi－h(huán)ua3，He Yong3，Dai Jia－wen3，Zhang Neng3

1.Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100081，China 2.State Key Laboratory of Geological Hazard Prevention ＆Geological Environment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610500，China 3.Yunnan Geological Engineering the Seoond Investigation Institute，Kunming 650218，China

Mangbang basin is a SN directed fault depression basin which was shaped when Gaoligong Mountains intensely upheaved at the end of Himalayan movement in Pliocene period，where carbonaceous siltstone of Mangbang group，a kind of soft half－diagenesis rock，is well distributed.The Baoshan－Tengchong high way section of Burma Road will pass through this basin.Field geology survey indicates that this kind of carbonaceous siltstone is characterized by weak diagenesis，easy disintegration and strong structural strength，which can cause the engineering geological problems of slope failure and roof fall of surrounding rock in tunnel.Laboratory test results show a high natural water content，high porosity，low expansibility and high organic content of it.Due to organic cementation，striking difference can be obtained in the engineering properties of natural rock and dry rock after immersion in water，which indicates the enhancement in water stability and reduction in swelling potential of driedrock.Based on typical project example，in－situ shearing test was conducted on the carbonaceous siltstone，and the results indicate that it has the characteristics of high shear strength and little difference between peak and residual strength，which is one of the main factors for the development of large unstable slope body and creeping landslide in this kind of rock stratum.

Mangbang group；carbonaceous siltstone；half－diagenesis rock；engineering geology

book=2012,ebook=614

P642.2

A

1671－5888（2012） 04－1090－09

2011－10－06

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41072269）；“十二·五”科技支撐計(jì)劃課題（2012BAK10B02）；鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2008G027－B）；地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目（SKLGP2010K015）

郭長(zhǎng)寶（1980－），男，工程師，博士，主要從事工程地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害方面的研究工作，E－mail：guochangbao＠163.com。