寧津所微風(fēng)化斜云煌斑巖的工程地質(zhì)特性分析

摘 要：寧津所斜云煌斑巖屬于區(qū)域性特殊巖體，主要呈脈狀侵入于花崗片麻巖巖體中，在擬建工程場(chǎng)地內(nèi)分布較為廣泛。微風(fēng)化斜云煌斑巖是工程場(chǎng)地內(nèi)重要建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)持力層，全面系統(tǒng)地評(píng)價(jià)斜云煌斑巖的工程地質(zhì)特性對(duì)于該地區(qū)建設(shè)、地質(zhì)工程勘察具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：寧津所；微風(fēng)化；斜云煌斑巖；工程特性；物理特性；力學(xué)特性

中國(guó)膠東半島的寧津所地區(qū)分布著小規(guī)模侵入狀的中生代斜云煌斑巖，脈巖多呈條帶狀穿插分布于晚元古代青白口紀(jì)花崗片麻巖中（圖1）。微風(fēng)化斜云煌斑巖廣泛分布于擬建工程廠區(qū)內(nèi)，是重要建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)持力層，并且是基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)邊坡穩(wěn)定性有重要影響的地層。

圖1 寧津所地區(qū)斜云煌斑巖分布圖

該類巖石具有特殊的成分構(gòu)成與完整的組織結(jié)構(gòu)特征，由斑晶和基質(zhì)兩部分組成。斑晶含量約為15%，已全部碳酸鹽化呈半自形柱狀假象，有的為聚斑狀，大小一般為0.3～1mm。基質(zhì)中斜長(zhǎng)石含量約為40%，呈半自形板條狀，大小一般0.1～0.3mm，部分被方解石交代，部分可見(jiàn)聚片雙晶。黑云母含量約為30%，碳酸鹽化暗色礦物、磁鐵礦、磷灰石等含量較少。巖石發(fā)生較強(qiáng)的碳酸鹽化蝕變作用，局部可見(jiàn)沿裂隙分布的方解石細(xì)脈等，顯微鏡觀察脈巖呈余變煌斑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

目前有關(guān)煌斑巖的研究多集中于其地質(zhì)成因、巖石學(xué)和地球化學(xué)特征及成礦特性，鮮見(jiàn)系統(tǒng)關(guān)注煌斑巖工程性質(zhì)的文章，并且有案例表明煌斑巖可能對(duì)相關(guān)工程造成危害。鑒于以上現(xiàn)狀，本文對(duì)寧津所地區(qū)微風(fēng)化斜云煌斑巖的工程地質(zhì)特性進(jìn)行系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)，以巖石力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)結(jié)合的研究方法，從區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)特點(diǎn)、礦物成分、物化特性、闡述其本質(zhì)，為指導(dǎo)該地區(qū)工程建設(shè)、工程地質(zhì)勘查提供一定理論支持。

1 試樣制備與實(shí)驗(yàn)設(shè)備

巖石試樣的采集兼顧不同地段、數(shù)量滿足統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)要求，同時(shí)取樣位置力求性質(zhì)均一、無(wú)結(jié)構(gòu)面，每組樣品力求在同一孔內(nèi)最短的連續(xù)距離內(nèi)采取。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)采取后立即密封、包裝，制作專門的樣品運(yùn)輸箱裝載，確保樣品在運(yùn)輸過(guò)程中不受損傷，以保證試樣質(zhì)量。

整個(gè)場(chǎng)地采取微風(fēng)化斜云煌斑巖6組。按照規(guī)范要求用切石機(jī)、磨石機(jī)進(jìn)行切割、打磨成圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣，主要測(cè)試指標(biāo)包括天然密度、干燥密度、飽和密度、含水率、自由吸水率、飽和吸水率，單軸抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、縱波波速、彈性模量和泊松比等。密度試驗(yàn)采用量積法，用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣高度和直徑，精度0.01g的天平稱量試樣質(zhì)量，計(jì)算試樣密度。試樣的烘干溫度控制在105～110℃，烘干時(shí)間12～24h。試樣飽和采用真空抽氣法，在一個(gè)負(fù)大氣壓之下吸入蒸餾水，真空抽氣4h后通氣靜置6h。單軸抗壓試驗(yàn)在濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的WE-1000A 型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，分為干燥、天然、飽和單軸抗壓強(qiáng)度。波速測(cè)試采用武漢巖土力學(xué)研究所生產(chǎn)的RSM-SY5 聲波檢測(cè)儀，壓縮試驗(yàn)在長(zhǎng)春新科生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)上采用DH3815N 靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

2 斜云煌斑巖的物理特性

試樣比重為巖石試樣的重量或質(zhì)量與同體積水的重量（在4℃時(shí)的純水）或質(zhì)量之比。巖石試樣的密度（塊體密度）為單位體積巖石試樣的質(zhì)量。巖樣的吸水率（本實(shí)驗(yàn)中為飽和吸水率）實(shí)驗(yàn)采用真空抽氣法。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，飽和試樣容器內(nèi)的水面高于試樣，真空壓力表讀數(shù)為100kPa，抽氣時(shí)間大于4小時(shí)。經(jīng)真空抽氣的試樣放置在原容器中，在大氣壓力下靜置4小時(shí)，取出試樣拭干表面的水分并稱量。強(qiáng)制吸水后巖樣的重量減去試樣烘干后的重量（在105℃至110℃溫度下烘24小時(shí)，取出放入自然器內(nèi)冷卻至室溫后稱量），與試樣烘干后的重量之比即為吸水率。

巖樣的孔隙率為巖樣中孔隙體積與巖樣總體積之比，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將試樣飽和吸水后的重量減去試樣烘干后的重量并換算成體積（孔隙的體積），此體積除巖樣總的體積即為孔隙率。實(shí)驗(yàn)中，逐個(gè)量測(cè)試樣的幾何尺寸，計(jì)算每個(gè)試樣的體積，同時(shí)量稱每個(gè)試樣的重量，求出每個(gè)試樣的重力密度ρ，實(shí)驗(yàn)得出微風(fēng)化斜云黃斑巖的物理參數(shù)如表1所示。

表1 物性實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)

指標(biāo) 重力密度KN/m3 比重 干燥密度g/cm3 飽和密度g/cm3 孔隙率% 含水率% 吸水率% 飽和吸水率%

最小值 27.35 2.806 2.793 2.797 0.064 0.018 0.022 0.022

最大值 29.48 2.925 2.917 2.918 0.486 0.121 0.174 0.177

平均值 28.75 2.879 2.873 2.875 0.232 0.059 0.081 0.083

3 斜云煌斑巖的力學(xué)特性

實(shí)驗(yàn)中的軸向壓力通過(guò)標(biāo)定的測(cè)力柱量測(cè)，試樣的縱向、橫向變形通過(guò)應(yīng)變片量測(cè)。實(shí)驗(yàn)中，記錄試樣的力與縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變關(guān)系曲線。試樣的破壞強(qiáng)度即（σ1-σ3）f（單軸情況下σ3=0）為應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的峰值應(yīng)力，彈性模量E定義為50%破壞強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變之比；泊松比υ定義為橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比，剪切模量G和體積模量K根據(jù)下式得到：

（1）

（2）

（3）

巖石的軟化系數(shù)定義為飽水狀態(tài)的單軸抗壓強(qiáng)度與干燥狀態(tài)的單軸抗壓強(qiáng)度之比，單周壓縮試驗(yàn)得到的參數(shù)如表2 所示。

表2 單軸壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)

指標(biāo) 飽和 干燥 軟化

系數(shù)

抗壓強(qiáng)度（MPa） 彈性模量

（GPa） 泊松比 抗壓強(qiáng)度

（MPa） 彈性模量

（GPa） 泊松比

最小值 94.48 54.42 0.217 139.96 67.19 0.164 /

最大值 245.96 89.81 0.239 265.23 90.18 0.236 /

平均值 168.24 73.99 0.230 203.11 78.08 0.211 0.83

三軸抗剪實(shí)驗(yàn)中的軸向壓力通過(guò)載荷傳感器測(cè)量，三軸圍壓通過(guò)壓力傳感器測(cè)量，試樣的縱向、橫向變形通過(guò)應(yīng)變規(guī)量測(cè)。采用速率為0.001m/s的軸向變形來(lái)控制加載。實(shí)驗(yàn)中，記錄試樣的圍壓、力與縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變關(guān)系曲線等。

以側(cè)壓力作為橫座標(biāo)，以強(qiáng)度作為縱座標(biāo)，繪制各個(gè)試件的側(cè)壓力-強(qiáng)度值的關(guān)系圖，如圖2所示。通過(guò)上述各點(diǎn)繪制平均曲線，得出強(qiáng)度包絡(luò)線，在曲線上選取最適當(dāng)?shù)木€段繪一條直線或在曲線上選取不同的線段繪出幾條直線。計(jì)算出每條曲線的斜率（傾角的正切）m和在y軸上的截距b。

圖2 強(qiáng)度包絡(luò)線

利用參數(shù)m、b，根據(jù)式（4）、式（5）可計(jì)算試樣的摩擦角φ和內(nèi)聚力C（按庫(kù)倫破壞理論）。

（4）

（5）

根據(jù)技術(shù)要求，采用自然狀態(tài)巖樣進(jìn)行了3MPa、12MPa、24MPa、36MPa四種圍壓的三軸剪切實(shí)驗(yàn)，結(jié)果推薦為C=34.21MPa，φ=45.89°。

聲波參數(shù)采用彈性波法確定。根據(jù)重力密度，采用RSM-SY5型聲波儀測(cè)出試樣的縱波到達(dá)時(shí)間tP和橫波到達(dá)時(shí)間tS，以此計(jì)算出試樣的縱波波速CP和橫波波速CS，根據(jù)下式計(jì)算試樣的彈性模量Ed和剪切模量Gd以及泊松比υd。聲波實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

Ed=2（1+υd）·ρ·C2S （6）

Gd=ρ·C2S （7）

（8）

表3 聲波實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)指標(biāo) 縱波波速

（m/s） 橫波波速

（m/s） 彈性模量

（Gpa） 剪切模量

（Gpa） 泊松比

最小值 5400 3141 69.15 27.79 0.232

最大值 6286 3704 98.96 40.10 0.269

平均值 5872 3418 83.69 33.66 0.244

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，微風(fēng)化斜云煌斑巖是一種物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差的特殊巖類，它的工程地質(zhì)性質(zhì)不同于原巖。在工程上，用室內(nèi)試驗(yàn)確定其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較為單一，建議與現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行工程地質(zhì)特性分析。

鑒于微風(fēng)化斜云煌斑巖的結(jié)構(gòu)和成份特點(diǎn)，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，暴露于空氣中的斜云煌斑巖其物理力學(xué)性質(zhì)將大大降低，結(jié)構(gòu)很容易遭到破壞。因此，建議對(duì)斜云煌斑巖形成的人工邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并且進(jìn)行支擋治理。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉燊，胡瑞忠，趙軍紅等.膠北晚中生代煌斑巖的巖石地球化學(xué)特征及其成因研究[J].巖石學(xué)報(bào)，2005，21（3）.

[2] 譚俊，魏俊浩，楊春福等.膠東郭城地區(qū)脈巖類巖石地球化學(xué)特征及成巖構(gòu)造背景[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80（8）.

[3] 徐紅，徐光平.膠東煌斑巖的地球化學(xué)特征及成因探討[J].巖石礦物學(xué)雜志，2000，19（1）.

[4] 樊朝金，鄧春海.青島地區(qū)巖石基坑遇煌斑巖險(xiǎn)情時(shí)的應(yīng)急加固措施[J].巖土工程界，2009，12（11）.

作者簡(jiǎn)介：葉長(zhǎng)鋒（1978- ），男，山東省煙臺(tái)人，工程師，主要從事電力巖土工程的勘察設(shè)計(jì)等工作。

平均值 168.24 73.99 0.230 203.11 78.08 0.211 0.83

三軸抗剪實(shí)驗(yàn)中的軸向壓力通過(guò)載荷傳感器測(cè)量，三軸圍壓通過(guò)壓力傳感器測(cè)量，試樣的縱向、橫向變形通過(guò)應(yīng)變規(guī)量測(cè)。采用速率為0.001m/s的軸向變形來(lái)控制加載。實(shí)驗(yàn)中，記錄試樣的圍壓、力與縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變關(guān)系曲線等。

以側(cè)壓力作為橫座標(biāo)，以強(qiáng)度作為縱座標(biāo)，繪制各個(gè)試件的側(cè)壓力-強(qiáng)度值的關(guān)系圖，如圖2所示。通過(guò)上述各點(diǎn)繪制平均曲線，得出強(qiáng)度包絡(luò)線，在曲線上選取最適當(dāng)?shù)木€段繪一條直線或在曲線上選取不同的線段繪出幾條直線。計(jì)算出每條曲線的斜率（傾角的正切）m和在y軸上的截距b。

圖2 強(qiáng)度包絡(luò)線

利用參數(shù)m、b，根據(jù)式（4）、式（5）可計(jì)算試樣的摩擦角φ和內(nèi)聚力C（按庫(kù)倫破壞理論）。

（4）

（5）

根據(jù)技術(shù)要求，采用自然狀態(tài)巖樣進(jìn)行了3MPa、12MPa、24MPa、36MPa四種圍壓的三軸剪切實(shí)驗(yàn)，結(jié)果推薦為C=34.21MPa，φ=45.89°。

聲波參數(shù)采用彈性波法確定。根據(jù)重力密度，采用RSM-SY5型聲波儀測(cè)出試樣的縱波到達(dá)時(shí)間tP和橫波到達(dá)時(shí)間tS，以此計(jì)算出試樣的縱波波速CP和橫波波速CS，根據(jù)下式計(jì)算試樣的彈性模量Ed和剪切模量Gd以及泊松比υd。聲波實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

Ed=2（1+υd）·ρ·C2S （6）

Gd=ρ·C2S （7）

（8）

表3 聲波實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)指標(biāo) 縱波波速

（m/s） 橫波波速

（m/s） 彈性模量

（Gpa） 剪切模量

（Gpa） 泊松比

最小值 5400 3141 69.15 27.79 0.232

最大值 6286 3704 98.96 40.10 0.269

平均值 5872 3418 83.69 33.66 0.244

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，微風(fēng)化斜云煌斑巖是一種物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差的特殊巖類，它的工程地質(zhì)性質(zhì)不同于原巖。在工程上，用室內(nèi)試驗(yàn)確定其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較為單一，建議與現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行工程地質(zhì)特性分析。

鑒于微風(fēng)化斜云煌斑巖的結(jié)構(gòu)和成份特點(diǎn)，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，暴露于空氣中的斜云煌斑巖其物理力學(xué)性質(zhì)將大大降低，結(jié)構(gòu)很容易遭到破壞。因此，建議對(duì)斜云煌斑巖形成的人工邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并且進(jìn)行支擋治理。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉燊，胡瑞忠，趙軍紅等.膠北晚中生代煌斑巖的巖石地球化學(xué)特征及其成因研究[J].巖石學(xué)報(bào)，2005，21（3）.

[2] 譚俊，魏俊浩，楊春福等.膠東郭城地區(qū)脈巖類巖石地球化學(xué)特征及成巖構(gòu)造背景[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80（8）.

[3] 徐紅，徐光平.膠東煌斑巖的地球化學(xué)特征及成因探討[J].巖石礦物學(xué)雜志，2000，19（1）.

[4] 樊朝金，鄧春海.青島地區(qū)巖石基坑遇煌斑巖險(xiǎn)情時(shí)的應(yīng)急加固措施[J].巖土工程界，2009，12（11）.

作者簡(jiǎn)介：葉長(zhǎng)鋒（1978- ），男，山東省煙臺(tái)人，工程師，主要從事電力巖土工程的勘察設(shè)計(jì)等工作。

平均值 168.24 73.99 0.230 203.11 78.08 0.211 0.83

三軸抗剪實(shí)驗(yàn)中的軸向壓力通過(guò)載荷傳感器測(cè)量，三軸圍壓通過(guò)壓力傳感器測(cè)量，試樣的縱向、橫向變形通過(guò)應(yīng)變規(guī)量測(cè)。采用速率為0.001m/s的軸向變形來(lái)控制加載。實(shí)驗(yàn)中，記錄試樣的圍壓、力與縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變關(guān)系曲線等。

以側(cè)壓力作為橫座標(biāo)，以強(qiáng)度作為縱座標(biāo)，繪制各個(gè)試件的側(cè)壓力-強(qiáng)度值的關(guān)系圖，如圖2所示。通過(guò)上述各點(diǎn)繪制平均曲線，得出強(qiáng)度包絡(luò)線，在曲線上選取最適當(dāng)?shù)木€段繪一條直線或在曲線上選取不同的線段繪出幾條直線。計(jì)算出每條曲線的斜率（傾角的正切）m和在y軸上的截距b。

圖2 強(qiáng)度包絡(luò)線

利用參數(shù)m、b，根據(jù)式（4）、式（5）可計(jì)算試樣的摩擦角φ和內(nèi)聚力C（按庫(kù)倫破壞理論）。

（4）

（5）

根據(jù)技術(shù)要求，采用自然狀態(tài)巖樣進(jìn)行了3MPa、12MPa、24MPa、36MPa四種圍壓的三軸剪切實(shí)驗(yàn)，結(jié)果推薦為C=34.21MPa，φ=45.89°。

聲波參數(shù)采用彈性波法確定。根據(jù)重力密度，采用RSM-SY5型聲波儀測(cè)出試樣的縱波到達(dá)時(shí)間tP和橫波到達(dá)時(shí)間tS，以此計(jì)算出試樣的縱波波速CP和橫波波速CS，根據(jù)下式計(jì)算試樣的彈性模量Ed和剪切模量Gd以及泊松比υd。聲波實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如表3所示。

Ed=2（1+υd）·ρ·C2S （6）

Gd=ρ·C2S （7）

（8）

表3 聲波實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)指標(biāo) 縱波波速

（m/s） 橫波波速

（m/s） 彈性模量

（Gpa） 剪切模量

（Gpa） 泊松比

最小值 5400 3141 69.15 27.79 0.232

最大值 6286 3704 98.96 40.10 0.269

平均值 5872 3418 83.69 33.66 0.244

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，微風(fēng)化斜云煌斑巖是一種物理力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差的特殊巖類，它的工程地質(zhì)性質(zhì)不同于原巖。在工程上，用室內(nèi)試驗(yàn)確定其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)較為單一，建議與現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行工程地質(zhì)特性分析。

鑒于微風(fēng)化斜云煌斑巖的結(jié)構(gòu)和成份特點(diǎn)，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，暴露于空氣中的斜云煌斑巖其物理力學(xué)性質(zhì)將大大降低，結(jié)構(gòu)很容易遭到破壞。因此，建議對(duì)斜云煌斑巖形成的人工邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并且進(jìn)行支擋治理。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉燊，胡瑞忠，趙軍紅等.膠北晚中生代煌斑巖的巖石地球化學(xué)特征及其成因研究[J].巖石學(xué)報(bào)，2005，21（3）.

[2] 譚俊，魏俊浩，楊春福等.膠東郭城地區(qū)脈巖類巖石地球化學(xué)特征及成巖構(gòu)造背景[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80（8）.

[3] 徐紅，徐光平.膠東煌斑巖的地球化學(xué)特征及成因探討[J].巖石礦物學(xué)雜志，2000，19（1）.

[4] 樊朝金，鄧春海.青島地區(qū)巖石基坑遇煌斑巖險(xiǎn)情時(shí)的應(yīng)急加固措施[J].巖土工程界，2009，12（11）.

作者簡(jiǎn)介：葉長(zhǎng)鋒（1978- ），男，山東省煙臺(tái)人，工程師，主要從事電力巖土工程的勘察設(shè)計(jì)等工作。