安寧河中段昔格達組地層特性

陸得志

1 概述

1958年，袁復禮將常隆慶1937年創(chuàng)名的“混旦層”改稱“昔格達組”，命名地在會理縣昔格達村，系指一套半成巖的暗色泥質(zhì)巖石，未見底，厚179米。同年，又將分布于西昌城北，位于“昔格達組”之下的紫紅色半膠結(jié)的礫巖，稱為“西昌礫石層”。1965年，西南第四紀冰川考察隊，在攀枝花市大水井彎子頭建立了該組完整地層剖面，由下部礫巖、中部粘土巖、上部砂巖組成，沿用“昔格達組”。本報告主要以1965年西南第四紀冰川考察隊所指的昔格達組為基準，沉積時代為早更新世間冰期冰水沉積QⅠ-Ⅱal+l。

“昔格達組”地層主要分布在金沙江及其支流安寧河、雅礱江等河谷地帶，主要由淺黃～灰黃色、灰綠色、深灰色互層狀粘土巖和粉砂巖組成。

2 昔格達組主體工程特性分析

根據(jù)初勘及詳勘，昔格達組主體根據(jù)其完整程度劃分強風化粘土巖⑦21、中等風化粘土巖⑦22、強風化粉砂巖⑦31、中等風化粉砂巖⑦32四個地層單元。

為了分析方便，將昔格達組作為大單元，由于自身巖性不同，物理力學性質(zhì)存在差異，按粘土、粉質(zhì)粘土、粉土及粉砂四種巖性來考察昔格達組物理力學參數(shù)。

2.1粘土

昔格達組土性以粘土居多，且其性質(zhì)較為特殊，因此作為分析的重點。粘土主要涉及⑦21、⑦22兩個地層單元，所呈現(xiàn)的顏色有“灰黃、褐黃、黃褐、綠黃、黃綠、灰、蘭灰、深灰色”幾乎涉及工程區(qū)土體的所有色彩，說明粘土沉積貫穿于昔格達組的整個形成過程，可以形成于弱氧化～強還原的各種環(huán)境，同時也說明該巖性單元基本不具備環(huán)境指示意義。

（1）水理性質(zhì)

從表可以看出，參與液限和塑限統(tǒng)計的粘土樣品共有136件，其中40件屬于液限等于或大于50%的高液限土，液限、塑限總平均值分別為48%和28%；塑性指數(shù)平均值為20%，超過25%的樣品有9件。測定了滲透系數(shù)（K）垂直和水平兩個方向的數(shù)據(jù)，兩個方向的K值差異都在一個數(shù)量級之內(nèi)，這可能與測試樣品層理厚度大或擾動強烈等因素有關(guān)；垂直滲透系數(shù)Kv值介于1.95×10-7～4.61×10-5 cm/s之間，平均值為7.51×10-6cm/s，水平滲透系數(shù)Kh值介于1.11×10-6～4.61×10-5 cm/s之間，平均值為1.91×10-5cm/s，Kh值大于Kv值，體現(xiàn)了近水平層理對滲透系數(shù)的影響；昔格達組粘土鉆孔壓水試驗試驗數(shù)據(jù)表明，一般均小于10-5cm/s量級?？傮w上看，不管是室內(nèi)試驗還是鉆孔壓水試驗，試驗結(jié)果均可反映出粘土屬于弱表6.4.1-2統(tǒng)計了工程昔格達組粘土與其他地區(qū)昔格達組粘土及一般粘土間部分水理及力學參數(shù)。從表中可以看出，工程區(qū)昔格達組粘土的液限與其他三個資料來源提供的昔格達組粘土數(shù)據(jù)接近，但塑性指數(shù)要低于其他地區(qū)昔格達組；滲透系數(shù)略高于攀枝花昔格達組。

綜上所述，工程區(qū)粘土（巖）與其它地區(qū)相比工程特質(zhì)存在一定的差異，屬于比較典型的低滲透弱膨脹介質(zhì)，液限、塑性指數(shù)等指標表明其并無不良水理行為。但需要指出的是，昔格達組粘土畢竟是一種細粒介質(zhì)，如果作為填料，應該嚴格控制其含水量。室內(nèi)及現(xiàn)場壓縮試驗結(jié)果，尤其是固結(jié)歷史表明昔格達組粘土的抗壓縮性能是比較好的。由于曾經(jīng)經(jīng)歷半成巖過程，昔格達組粘土的抗剪性能較好。但需要指出的是這種判斷僅僅是針對試驗尺度的土體（最大破裂面50 cm×50 cm），因為試驗并未考慮土體抗剪能力的各向異性。

昔格達組粉質(zhì)粘土高壓固結(jié)試驗樣品有10個，有4個樣品屬超固結(jié)狀態(tài)，2個屬正常固結(jié)，其它4個屬欠固結(jié)狀態(tài)，其分布深度分別為23.70～33.00 m，均處于較深的部位，這可能與其所處的深度位置及取樣應力釋放、擾動有關(guān)，室內(nèi)高壓固結(jié)試驗并未真正反映實際情況；另外也可能與粉質(zhì)粘土具有相對較強的貯水能力、周圍被昔格達組粘土包圍而形成承壓水有關(guān)。從整套地層形成地史及其固結(jié)程度，至少應按正常固結(jié)考慮。

天然條件下工程區(qū)昔格達組粉土及粉砂的抗壓縮性能總體較好，屬于中等滲透性，粉土的抗壓縮性與粉質(zhì)粘土相當，但抗剪強度參數(shù)低于前者，粉砂的抗壓縮性與粉土相當，但抗剪強度參數(shù)高于粉土。因此，施工期間應該注意粉土及粉砂層的滲透性、賦存承壓水的可能性、含水層發(fā)生流土-流砂及因為低抗剪能力而演化為滑動面的可能性。

3 小結(jié)

（1）工程區(qū)分布粘土（巖）屬于比較典型的低滲透介質(zhì)，但如果作為填料，應該嚴格控制其含水量。雜色粘土的抗壓縮性能及抗剪性能較好，但這種判斷僅僅是針對試驗尺度的土體。在浸水影響的條件下其承載力可降低50%以上，抗剪強度C值可降低40%，φ值可降低30%。

（2）工程區(qū)粉質(zhì)粘土（砂質(zhì)粘土巖）屬低滲透介質(zhì)，工程特性屬于正常，但昔格達組中應該存在部分滲透性較高的粉質(zhì)粘土單元，開挖過程中飽和粉質(zhì)粘土層可能發(fā)生流土現(xiàn)象，尤其是可能賦存承壓水的欠固結(jié)土層。

（3）粉土（泥質(zhì)粉砂巖）工程特性基本正常，但由于其滲透增大，施工期間應該注意粉土層較高的滲透性、賦存承壓水的可能性、含水層發(fā)生流土-流砂及由此引起粉土抗剪能力降低并最終演化為土體滑動面問題。

（4）粉砂（巖）是昔格達土層中滲透性最高的，K值在10-4cm/s以上，屬于中等壓縮性土，其抗壓、抗剪性能總體較好，但應注意含水粉砂層的流砂問題。在浸水影響的條件下其承載力可降低25%以上，抗剪強度C值可降低50%以上，φ值可降低10%以上。

（5）有二組對昔格達組地層的研究成果值得借鑒：

①張永治（1995）對攀技花昔格達總結(jié)時發(fā)現(xiàn)，粘土巖飽和度在80～93%時，一般不易崩解，但風干后，灰色者1～4分鐘崩解完畢；粉細砂巖在飽和度80～90%的，一般不易崩解，風化干后，一般在1～15鐘內(nèi)全部崩解。粘土巖飽和度小于80%時，壓縮系數(shù)浸水后增大33%，當飽和度大于80%時，壓縮系數(shù)浸水后增大15%；粉細砂巖浸水后的臨塑荷載比天然狀態(tài)降低43%，粘土巖降低50%；粘土巖浸水后粘聚力降低60%。

②文麗娜等（2005）通過對西（西昌）攀（攀枝花）高速公路新九地區(qū)昔格達組地層中粉質(zhì)細砂巖及粉砂粘土巖物理特性及工程特性的研究，得到昔格達組地層的抗剪強度指標隨含水率的變化規(guī)律，即隨含水率的增加，其內(nèi)摩擦角、粘聚力均隨之減小，當含水率大于約18%時，粉砂粘土巖的內(nèi)摩擦角及粘聚力均較粉質(zhì)細砂巖減小幅度小。這表明含水率對昔格達組地層的抗剪強度有十分重要的作用，進而對邊坡穩(wěn)定性起到一定的控制作用。

綜上所述，昔格達組地層具有遇水軟化明顯的水理性質(zhì)。由于昔格達組地層形成時代較新，沒有完成沉積成巖作用，是一套弱膠結(jié)半成巖地層。因而表現(xiàn)出似土非土，似巖非巖的物理力學特征，正是這種獨特的物理力學特征導致了其性質(zhì)不穩(wěn)定、易滑等工程地質(zhì)特征。