河南省修武縣巖土體工程地質類型與分區(qū)研究

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(河南省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質環(huán)境調查院，河南 鄭州 450003)

修武縣位于河南省焦作市東北，北與山西省陵川縣相接，東臨新鄉(xiāng)市獲嘉縣。著名的云臺山風景區(qū)位于縣域北部山區(qū)。地貌上大致分為兩大類，北部為中低山區(qū)，中南部為沖積平原區(qū)。巖土體的工程地質類型決定了修武縣地質災害的類型[1]，巖土體工程地質分區(qū)決定了工程建筑場地的適宜性[2]。

1 巖土體工程地質類型

修武縣地層屬華北地層區(qū)山西地層分區(qū)太行山地層小區(qū)[3]。依據(jù)《工程地質調查規(guī)范》(DZ/T0097—1994，1:2 5000～1:50 000)，按照巖土體巖性、結構、形成條件、力學特性及工程地質特征[4]，將區(qū)內巖土介質劃分為巖體和土體兩大類。按照巖層堅硬強度、抗風化能力、抗溶蝕能力和基本物理力學性質的相似性和差異性，并考慮巖層組合特征，區(qū)內巖體可進一步劃分為較軟層狀泥化夾層灰?guī)r、砂頁巖巖組、堅硬層狀中等巖溶化灰?guī)r碳酸鹽巖組、堅硬層狀中等變質石英砂巖巖組和較軟塊狀變質強風化片麻巖巖組四類工程地質巖組；根據(jù)土層力學性質、結構特征、工程特性等，區(qū)內土體可進一步劃分為層狀結構砂性土、黃土和粉質粘土三類工程地質巖組(見表1、圖1)。

表1 巖土體類型劃分及特征表

1.1 土體

1.1.1 層狀結構砂性土(Qh)

分布于縣境南部廣大地區(qū)，為大沙河、沁河及其支流沖積平原區(qū)，為多層土體。巖性以粉質粘土、粉土為主，間雜透鏡狀砂卵石層，碎石含量30%～50%，天然含水量16.1%～19.3%，天然孔隙比0.831～1.023，壓縮系數(shù)0.16～0.49 Mpa-1。土體松散，分布較穩(wěn)定，顆粒間力學聯(lián)系微弱，孔隙比大，透水性好，力學強度低。

1.1.2 黃土(Qp3)

分布于西村鄉(xiāng)近山前地帶和七賢鎮(zhèn)中南部地區(qū)的第四系坡洪積和沖洪積地段，巖性為粉質粘土、黃土狀粉土夾砂礫石層。具雙層土體結構[5]，天然含水量12.3%～20.5%，天然孔隙比0.789～0.937，壓縮系數(shù)0.18～0.44 Mpa-1，濕陷系數(shù)0.015～0.051，顆粒成分以粉粒為主，礦物成分主要為長石、石英[6]，黏土礦物含量少，具均質結構，質地疏松，直立性好，具大孔隙和輕微濕陷性。為地面塌陷、地裂縫敏感地層巖性。

在斜坡地段，受風化、卸荷或滑移變形作用，局部形成楔形體塊裂結構[7]。天然狀態(tài)下土體力學強度較高，但遇水后強度急劇下降，具濕陷性和崩解性[8]。黃土濕陷引起變形破壞，形成陷穴、落水洞等喀斯特地貌，為降水的匯集和快速入滲提供了通道，常導致滑坡、崩塌等地質災害的發(fā)生[9]。

1.1.3 粉質粘土(Qp2)

零星分布于七賢鎮(zhèn)蔡坡村—西澗村—里窯村沿線一帶，為雙層土體，主要為第四系中更新統(tǒng)洪積層，巖性主要為粉質粘土與黃土狀粉質粘土互層，天然含水量為17.9%～27.7%，天然孔隙比0.523～0.838，壓縮系數(shù)0. 10～0. 37 Mpa-1，該層土體密實程度中等，垂直節(jié)理、裂隙發(fā)育。該層上部為灰白色粉土，具大孔隙(潛蝕孔洞)，為崩塌、滑坡敏感地層巖性。

圖1 修武縣巖土體類型分布圖

1.2 巖體

1.2.1 較軟層狀泥化夾層灰?guī)r、砂頁巖巖組(C)

主要分布在西村鄉(xiāng)南部東交口—孟泉一帶的低山丘陵地區(qū)，該巖組以石炭系含煤地層為主，巖性為灰?guī)r、砂巖、粘土質頁巖夾煤層，巖石干抗壓強度3.48～32.1 Mpa，軟化系數(shù)0.11～0.42，中厚層狀結構，屬較軟巖石，易風化，抗壓強度低，頁巖力學強度具各向異性。該地層區(qū)人類采礦活動較多，地質災害類型多為煤炭開采引起的地面塌陷、地裂縫。

1.2.2 堅硬層狀中等巖溶化灰?guī)r碳酸鹽巖組(∈+O)

廣泛出露于縣境北部中低山區(qū)。巖性主要為奧陶系、寒武系灰?guī)r、白云巖和泥灰?guī)r、頁巖等[10]。中厚層狀結構，巖體較完整，致密堅硬，干抗壓強度31.9～50.3 MPa，軟化系數(shù)0.84～0.91，飽和系數(shù)0.53～0.60，飽和抗剪強度4.59～5.21，抗風化能力較強，巖溶發(fā)育中等，工程性能較穩(wěn)定?；?guī)r及白云巖所在地區(qū)山勢陡峭，宜發(fā)生崩塌；頁巖、泥灰?guī)r等巖層屬性脆，浸水后軟化，易發(fā)生滑坡。

1.2.3 堅硬層狀中等變質石英砂巖巖組(Z)

僅在縣境東北部下鐵匠狀北及云臺山鎮(zhèn)紙坊溝溝底有出露，巖性為震旦系申嶺溝組淺紅、紫紅色石英狀砂巖，厚度100～140 m。巖組具厚層狀結構，巖體完整、致密堅硬，巖石干抗壓強度86.6～103 Mpa，軟化系數(shù)0.70～0.84，飽和系數(shù)0.68～0.83，飽和抗剪強度5.24～6.84，抗壓強度高，抗風化能力強。該地層巖組出露區(qū)為風景區(qū)，開山修路宜引發(fā)崩塌災害。

1.2.4 較軟塊狀變質強風化片麻巖巖組(Ar)

僅在縣境東北部下鐵匠莊北一帶有出露，巖性以太古界各類片麻巖為主，呈塊狀結構，節(jié)理、裂隙發(fā)育，抗壓強度8～23.3 Mpa，呈各向異性，抗風化能力弱，風化程度較高[11]。宜發(fā)生崩塌、滑坡等地質災害。

2 工程地質分區(qū)

2.1 分區(qū)及分區(qū)原則

根據(jù)修武縣域內工程地質條件的相似性、差異性、地貌單元、地形特征、地層巖性等因素，對本區(qū)工程地質進行分區(qū)。根據(jù)以上特征，將本區(qū)劃分為河流沖積平原工程地質區(qū)(Ⅰ)、山前傾斜平原工程地質區(qū)(Ⅱ)、黃土丘陵工程地質區(qū)(Ⅲ)和中山-低山-丘陵基巖工程地質區(qū)(Ⅳ)四個工程地質區(qū)[12](見圖2)。

圖2 修武縣工程地質分區(qū)圖

2.2 分區(qū)評價

2.2.1 河流沖積平原工程地質區(qū)(Ⅰ)

該區(qū)主要分布在縣境中南部及七賢鎮(zhèn)東北部廣大河流沖積平原地帶，面積304.46 km2，海拔80～150 m。地表出露地層巖性為第四系全新統(tǒng)沖積粉土、粉質粘土，厚8～65 m，承載力為75～125 KPa；下伏砂卵石較厚，承載力225～470 KPa，中間夾有粉細砂薄層及粉砂土，卵礫石、粉細砂呈互層狀分布。為多層結構。該區(qū)地勢開闊平坦，為修武縣主要農作物種植區(qū)，大部分區(qū)域屬地質災害低易發(fā)或不易發(fā)區(qū)，僅在七賢鎮(zhèn)東北部由于礦山企業(yè)地下采礦、修建尾礦庫，易引發(fā)地面塌陷、地裂縫等災害及環(huán)境污染?？傮w而言，該區(qū)建筑環(huán)境較好，適宜進行工程建設，由于地層土體承載力較低，僅適合中—低層建筑場地，但經(jīng)過處理的地基，可以進行高層建筑的建設。

2.2.2 山前傾斜平原工程地質區(qū)(Ⅱ)

該區(qū)分布在近山前地帶的七賢鎮(zhèn)中南部地段，面積36.31 km2，海拔100～170 m。地表出露巖性為粉土、粉質粘土，厚3.5～20.5 m，承載力為90～150 KPa；下伏卵礫石，厚28～80 m，承載力205～460 KPa，中間夾粉土、粉細砂層，呈透鏡體分布，為多層結構[13]。該區(qū)地勢平坦，為修武縣主要農作物種植區(qū)和地下采礦區(qū)，屬地質災害高易發(fā)區(qū)，主要地質災害為煤炭開采引起的地面塌陷、地裂縫。總體來看，該區(qū)建筑環(huán)境較好，適宜進行工程建設。中、低層建筑持力層可選擇土層，高層建筑持力層建議選擇卵礫石層，但由于地下采空區(qū)密布，建筑物應盡量避讓此區(qū)域。

2.2.3 黃土丘陵工程地質區(qū)(Ⅲ)

該區(qū)分布在西村鄉(xiāng)南部近山前地帶和七賢鎮(zhèn)西南的王窯-趙窯-崔莊一帶，面積35.69 km2，海拔160～270 m。地表出露巖性為第四系更新統(tǒng)坡洪積黃土狀粉土、粉質粘土，厚18～75 m，具一定濕陷性，中間夾有砂卵石層，承載力為120～180 KPa；下伏基巖為中風化灰?guī)r，承載力900～1 000 KPa。為雙層結構。該區(qū)地勢起伏較大，為修武縣主要露天采石場和地下采礦區(qū)，屬地質災害高易發(fā)區(qū)，主要地質災害為采礦引起的地面塌陷、地裂縫以及切坡建房引起的滑坡、崩塌和溝谷內碎石堆積引發(fā)泥石流。

總體來看，該區(qū)地形較破碎，建筑環(huán)境較差[14]，不宜進行工程建設，僅在局部地段，如黃土殘垣，可建低層建筑。黃土濕陷是該區(qū)主要不良工程地質問題，為防止此問題的出現(xiàn)，在地基加固處理的同時，還應注意建筑物周圍地面及地下排水問題，加強邊坡防護[15]。

2.2.4 中山-低山-丘陵基巖工程地質區(qū)(Ⅳ)

該區(qū)分布在縣境中北部中、低山及丘陵區(qū)，包括西村鄉(xiāng)大部、云臺山鎮(zhèn)和七賢鎮(zhèn)西北部，面積301.54 km2，海拔250～1 300 m。地表出露巖性主要為奧陶系灰?guī)r、白云巖等，其次為寒武系灰?guī)r、砂巖等，巖石抗壓強度30～103 MPa，石炭系泥灰?guī)r、泥巖和粘土巖及震旦系片麻巖也在區(qū)內出露，但出露面積較小。巖石風化程度強風化—中風化，以中風化為主。該區(qū)地勢起伏，基巖裸露，為修武縣主要風景名勝區(qū)所在，屬地質災害中、低易發(fā)區(qū)，主要地質災害為開山修路、景區(qū)建設形成的崩塌及隱患，其次為切坡建房形成的滑坡。

總體而言，該區(qū)地形破碎、建筑環(huán)境差，不宜進行工程建設。區(qū)內主要不良工程地質問題為白云巖、灰?guī)r等的溶蝕作用[16]，若在該類巖性區(qū)內進行大、重型工程建設，需加以詳細勘察。

3 結語

綜上所述，通過對修武縣工程地質條件區(qū)劃，劃分了巖土體工程地質類型及工程地質分區(qū)。提出了修武縣地質災害在各類巖土體中的發(fā)育類型及適宜工程建設的場地分區(qū)，對人類工程經(jīng)濟活動建設有一定的指導參考意義。