某水庫右壩肩巖體風化帶劃分探討

柳申周

（山西省水利水電勘測設計研究院有限公司 山西太原030024）

0 引言

風化是一種普遍存在的地質作用。巖體風化帶的劃分主要考慮風化巖石的類型及組合特征，巖體的宏觀結構及完整性，物理力學性質及水文地質條件等。巖體風化分帶研究的目的是在保證工程質量的前提下，結合基礎工程地質條件，合理地確定基巖的利用高程，減少巖石工程施工中的開挖量，以節(jié)省工程投資，加快施工進度[1]。本文結合某水庫工程，對右壩肩巖體的風化采用定性與定量劃分相結合的方式進行探討。

1 右壩肩地質概況

右壩肩基巖大多裸露，自然坡角在30°～45°，局部較陡，山頂被第四系中上更新統(tǒng)黃土覆蓋，相對高差169 m，屬低中山區(qū)。

據(jù)地質平面測繪，右岸出露的基巖主要為太古界呂梁山群赤堅嶺組混合片麻巖巖組（Ar3c-γGn）、混合斜長片麻巖巖組（Ar3c-Gn）變質巖及部分巖脈。

據(jù)巖礦鑒定成果，混合片麻巖巖組（Ar3c-γGn）按其巖性從上游至下游可大致分為三種：角閃花崗片麻巖、黑云花崗片麻巖、黑云二長片麻巖?；旌闲遍L片麻巖巖組（Ar3c-Gn）巖性分為斜長片麻巖及含黑云角閃花崗片麻巖。此外，右壩肩巖石中局部黑云母含量較高，為黑云母片巖，巖性軟弱。

右壩肩基巖片麻理面多向北西傾斜，為單斜構造，片麻理產狀N40°～50°E/NW∠50°～70°。

2 巖體風化特征

2.1 定性分析

在野外巖體風化的劃分主要是按照宏觀地質調查、肉眼判別裂面風化特征、巖體顏色、結構面充填物質、地質錘擊等進行。

右壩肩共涉及兩個巖組及兩種巖脈，其中厚層花崗巖脈（γ）及混合斜長片麻巖巖組（Ar3c-Gn）巖性較硬，抗風化能力較強；混合片麻巖巖組（Ar3c-γGn）巖性總體較軟，抗風化能力較弱。從地表觀測，巖石裸露地段不存在全風化層。

據(jù)野外露頭觀察，斜長片麻巖巖組（Ar3c-Gn），巖石較堅硬、完整，大部分地段表面變色，錘擊啞聲，部分地段基本保持原巖結構及顏色，錘擊發(fā)音清脆。斜長角閃巖脈（NΦ0）巖石表面大部分變色，斷口基本保持原巖結構，局部巖塊可用手掰斷，錘擊啞聲，開挖需用爆破。

根據(jù)巖體風化定性劃分標準，對右壩肩不同位置、不同勘探線附近的4 個平硐、1 個斜孔的巖體風化情況進行了定性劃分，對不同位置的風化情況進行統(tǒng)計見表1。

表1 右壩肩各勘探點現(xiàn)場描述及觀察結果統(tǒng)計表

由表1 知：右壩肩巖石風化程度具有不均勻性，軟硬巖石相間分布，巖石成份不同，其風化程度也不同，黑云母含量較多的巖石風化較嚴重，石英含量較多的巖石風化程度較淺。經對比分析，Ar3c-Gn 巖組斜長片麻巖、含黑云角閃花崗片麻巖強風化層厚度5～8 m；Ar3c-γGn 巖組角閃花崗片麻巖、黑云花崗片麻巖、黑云二長片麻巖強風化層厚度14～15.6 m。

2.2 定量分析

巖體風化劃分的量化指標應選擇可表征巖體結構的一些易于獲得的指標：波速比Kv、縱波速度Vp、風化系數(shù)Kf、RQD、裂隙間距。其中波速在大規(guī)模施工中可以快速得到，便于使用。根據(jù)選擇的特征指標，確定不同巖體風化帶的界線值，是巖體風化量化分帶的重要前提。波速比Kv是規(guī)范推薦使用的指標，其它指標作為參考。

1）采用波速比Kv進行判別

波速比Kv是風化巖縱波速與新鮮巖縱波速之比，能反映巖體完整性因風化影響而發(fā)生變化的特征和規(guī)律。根據(jù)右壩肩各勘探點巖體波速比Kv統(tǒng)計表（見表2），可確定波速比風化帶劃分如下：

表2 右壩肩各勘探點巖體波速比Kv 及強風化層厚度統(tǒng)計表

（1）當波速比Kv小于0.4 時可判為全風化，當Kv在0.4～0.6 之間時可判為強風化。由表2 知，Ar3c-Gn巖組斜長片麻巖、含黑云角閃花崗片麻巖強風化層厚度7～10 m，Ar3c-γGn 巖組角閃花崗片麻巖、黑云花崗片麻巖、黑云二長片麻巖強風化層厚度15.6～17 m。

（2）當Kv在0.6～0.7 之間時可判為弱風化上段。由表2 知，PD2 勘探點10～17 m 段、PD3 勘探點17～21 m段、ZK斜1 勘探點15.6～22.2 m 段波速比在0.6～0.7 之間，其巖體風化程度為弱風化上段。

（3）從右壩肩平硐及斜孔兩種方式的聲波測試結果看，縱波波速存在一定的差異，在巖體新鮮堅硬時差別不大，當風化破碎時相差較大。

（4）從縱波波速變化規(guī)律分析，右壩肩軟硬巖石相間分布，且不同巖性的強風化層厚度有較大的差別，存在差異性風化。

2）采用風化系數(shù)Kf進行判別

風化系數(shù)Kf系指風化巖石與新鮮巖石飽和單軸抗壓強度之比。根據(jù)右壩肩各勘探點巖體風化系數(shù)Kf統(tǒng)計表（見表3），可確定風化系數(shù)風化帶劃分如下：

（1）當風化系數(shù)Kf＜0.4 時，可判為強風化。由表3知，Ar3c-Gn 巖組斜長片麻巖、含黑云角閃花崗片麻巖強風化層厚度7.5～10.5 m，Ar3c-γGn 巖組角閃花崗片麻巖、黑云花崗片麻巖、黑云二長片麻巖強風化層厚度15.6～17.5 m。

表3 右壩肩各勘探點巖體風化系數(shù)Kf 及強風化層厚度統(tǒng)計表

（2）當風化系數(shù)Kf在0.4～0.8 之間可判為弱風化。由表3 知，PD1 勘探點7～9.5 m 段風化系數(shù)在0.4～0.8之間，其巖體風化程度為弱風化。

（3）當風化系數(shù)Kf在0.8～0.9 之間時可判為微風化、在0.9～1.0 之間時可判為未風化。由表2 知，PD2勘探點14～17 m 段、PD3 勘探點17.5～21 m 段、ZK斜1勘探點15.6～22.2 m 段風化系數(shù)在0.8～1.0 之間，其巖體風化程度為微風化、未風化。

（4）右壩肩巖石風化程度具有不均勻性，其差異性較大。巖體風化程度與巖石成份有關，含石英較多的巖石單軸飽和抗壓強度較大，強風化層厚度較??；而石英含量較少，云母含量較多的巖石單軸飽和抗壓強度較小，強風化層厚度較大。

2.3 綜合評價

從定性、定量分析結果看，兩種定量判別法得到的強風化層下限深度比較接近，而定量與定性分析法得到的結果有一定的差異，考慮到定性觀察具有一定的人為性，主要以定量分析結果為依據(jù)。綜合考慮，混合斜長片麻巖巖組（Ar3c-Gn）斜長片麻巖、含黑云角閃花崗片麻巖強風化層厚度7～10.5 m，混合片麻巖巖組（Ar3c-γGn）角閃花崗片麻巖、黑云花崗片麻巖、黑云二長片麻巖強風化層厚度15.6～17.5 m。

3 結語

巖體風化帶劃分的研究是工程地質勘察的重要內容。定量劃分巖體風化分帶時，需根據(jù)實際工程特點和已有工程經驗，選取具有代表性的指標，以反映工程巖體風化帶特點。本文選取的波速比和風化系數(shù)兩種風化分帶定量指標，能夠客觀反映本工程壩肩巖體風化帶特征。其定量指標在實際工程中易于獲得，劃分結果準確，誤差較小，可以為類似巖體工程作參考。