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    云南大開門片區(qū)風化板巖力學性質(zhì)及工程特性研究

    2022-10-13 07:29:40寸春發(fā)趙永順郇久陽邱子娟何明明
    巖土工程技術 2022年5期
    關鍵詞:法向應力炭質(zhì)板巖

    寸春發(fā) 趙永順 郇久陽 邱子娟 何明明

    (1.云南建投基礎工程有限責任公司,云南昆明 650000;2.西安理工大學巖土工程研究所,陜西西安 710048)

    0 引言

    天然巖體中通常分布有縱橫交錯的節(jié)理裂隙,這使得其宏觀力學指標較完整巖石有較大差異[1-2]。板巖具有顯著的板狀構(gòu)造,其力學性質(zhì)具有天然的各向異性[3]。在長期風化、水流侵蝕作用下,不同地質(zhì)環(huán)境下的板巖出現(xiàn)了不同程度的風化現(xiàn)象,通常表現(xiàn)為微、中、強和全風化狀態(tài),因此實際工程中板巖的工程特性非常復雜。通常情況下,巖石風化程度越高,其工程性質(zhì)越差?,F(xiàn)有研究中,已有學者針對板巖的力學性質(zhì)作了許多有益的研究。

    李二強等[4]基于室內(nèi)物理力學試驗和數(shù)值模擬方法進行了不同層理傾角炭質(zhì)板巖的巴西劈裂試驗,發(fā)現(xiàn)板巖的抗拉強度和破壞形態(tài)與層理角度有很大關系。宋勇軍等[5]基于室內(nèi)物理力學試驗對干燥和保水狀態(tài)下炭質(zhì)板巖的力學性質(zhì)進行了研究,討論了水對炭質(zhì)板巖強度和變形特征的影響規(guī)律。冒海軍等[6]基于單弱面理論研究了板巖巖體抗壓強度隨結(jié)構(gòu)面方位的變化情況,并討論了結(jié)構(gòu)面方位對板巖破壞模式的影響。江宗斌等[7]對腐蝕環(huán)境下含貫通裂隙板巖的滲透特性進行了研究,發(fā)現(xiàn)不同化學溶液對裂隙寬度有截然不同的影響。左清軍等[8]通過三軸壓縮蠕變試驗分析了富水泥質(zhì)板巖的蠕變力學特性,并提出了考慮吸水率的黏彈塑性蠕變本構(gòu)模型。陶志剛等[9]基于現(xiàn)場監(jiān)測試驗對公路隧洞炭質(zhì)板巖的蠕變變形規(guī)律進行了研究,得到了不同含水率下炭質(zhì)板巖的蠕變規(guī)律方程。

    可以看出,現(xiàn)有研究已經(jīng)對炭質(zhì)板巖的力學性質(zhì)有了一些闡述,主要關注于裂隙面分布形式、滲流以及含水狀態(tài)對板巖強度和變形特性的影響。這些研究大多基于室內(nèi)物理力學試驗或者理論模型,并且針對的板巖以微風化或全風化類型為主,缺少對中等風化板巖、強風化板巖力學性質(zhì)的研究,因此很難全面揭示實際工程中不同風化程度板巖的真實力學行為。

    為了彌補現(xiàn)有研究的不足,本研究以云南玉溪某新建大型項目為依托,借助多項室內(nèi)物理力學試驗和原位試驗相結(jié)合的方式,對中等風化炭質(zhì)板巖和強風化炭質(zhì)板巖的基本物理力學指標、力學行為以及工程特性進行了較為全面的研究。本次研究著重討論了含水率從天然狀態(tài)提升至飽和狀態(tài)后炭質(zhì)板巖力學指標的變化規(guī)律,并很好地揭示了炭質(zhì)板巖力學指標的離散性,研究成果可以為本區(qū)域后續(xù)類似工程的勘察設計和安全評價提供重要的參考價值。

    1 工程背景及地質(zhì)概況

    某新建鋼鐵廠區(qū)項目地處云南省玉溪市大開門區(qū)域,該地區(qū)位于云南省中部偏西南,地處哀牢山中段東麓,北緯23°38′15″-24°26′05″、東經(jīng)101°16′30″-102°16′50″,屬于多構(gòu)造復合體系交織的部位。整個區(qū)域受自北西向的構(gòu)造控制,主要構(gòu)造為北東側(cè)的楚雄-化念斷裂(F69)、化念-石屏斷裂(F70)和曲江斷裂(F65),南西側(cè)的哀牢山山前斷裂(F23)和水塘-元江斷裂(F27)。廠區(qū)處于斷裂帶之外,與斷裂帶的距離為5.5~53 km。

    該場地基底地層主要為中元古界黑頭山組(Pt2hs)炭質(zhì)板巖,巖層薄厚不均勻,且揉皺現(xiàn)象明顯(見圖1)。從圖1中可以看出,該場地表面巖體裂隙極其發(fā)育,理面多成“X”形、“米”形組合狀態(tài),完整性很差,部分節(jié)理面中存在不同程度的填充物。

    圖1 地基板巖出露現(xiàn)場照片

    經(jīng)過實地勘查后發(fā)現(xiàn),該場地深部炭質(zhì)板巖包括中等風化和強風化兩類,均屬于板狀構(gòu)造。其中,中等風化板巖呈灰黑色,節(jié)理裂隙發(fā)育一般。其巖芯呈碎塊狀和短柱狀,局部炭化嚴重,采取率約70%,RQD約15%。而強風化板巖多呈黃褐色,節(jié)理裂隙極其發(fā)育,裂隙間大多填充灰色黏土,巖芯呈土狀、角礫狀和碎塊狀,采取率約50%,RQD均小于2%?,F(xiàn)場調(diào)查與監(jiān)測結(jié)果表明,在水的浸泡軟化、外荷載及挖方卸荷等作用下,在建場地局部地基出現(xiàn)了不均勻沉降,多處邊坡體出現(xiàn)滑移破壞等不良作用,對工程建設的安全造成了很大威脅。

    2 中等風化炭質(zhì)板巖力學特性

    2.1 巖樣制備及試驗方案

    本節(jié)研究對象為中等風化炭質(zhì)板巖,在工程現(xiàn)場不同位置分別進行鉆孔取芯,埋深為30~50 m,巖芯采取率為68%~90%,如圖2(a)所示。挑選無可見裂隙、尺寸較長的巖芯在室內(nèi)實驗室進行切割和打磨,并保證巖樣端部的平整度滿足相應規(guī)范的要求。由于完整巖心尺寸參差不齊,最終制成的圓柱型試樣的高度為80~120 mm,直徑大約為50 mm,與規(guī)范中所述標準試樣的尺寸非常接近,部分試樣見圖2(b)。

    圖2 炭質(zhì)板巖試樣制作過程

    為清晰掌握炭質(zhì)板巖的力學特性,分別從天然和飽和這兩個含水狀態(tài)對炭質(zhì)板巖試樣的力學指標進行討論。本研究所需天然試樣的取樣、制作過程均采取專門的密封、保濕和保溫措施,所需飽和試樣采用水浸結(jié)合真空抽氣法得到。本次研究中,炭質(zhì)板巖試樣共22組,每組6個,其中天然和飽和試樣的數(shù)量均為3個。試樣制備期間,對炭質(zhì)板巖試樣的基本力學指標進行了詳細測定和記錄。隨后,依次對這些試樣進行單軸壓縮試驗。

    本次室內(nèi)物理試驗所采用的設備為YAW-2000型微機控制電液伺服壓力試驗機(見圖3)。該儀器具有精度高、可靠性強以及穩(wěn)定性佳等優(yōu)點,最大軸向力為2000 kN,試驗力示值相對誤差 ≤ ±1%。本次試驗采用位移加載方式控制,加載速度設定為0.5 mm/s,共進行132次試驗。

    圖3 YAW-2000型微機控制電液伺服壓力試驗機

    2.2 試驗結(jié)果分析

    2.2.1 基本物理指標

    基于試樣制作期間記錄的數(shù)據(jù),整理了22組炭質(zhì)板巖試樣的基本物理指標數(shù)值,包括比重、密度、吸水率和孔隙率(見表1)??梢钥闯觯煌抠|(zhì)板巖試樣基本物理指標數(shù)值的差異較小,說明本次所取炭質(zhì)板巖試樣的常規(guī)物理性質(zhì)非常接近。天然試樣浸水后密度均有所增加,說明天然試樣均處于非飽和狀態(tài),并且含水率非常接近。

    表1 炭質(zhì)板巖基本物理指標統(tǒng)計表

    2.2.2 單軸抗壓強度

    根據(jù)單軸壓縮試驗的應力-應變曲線,得到不同組炭質(zhì)板巖試樣在天然和飽和兩種狀態(tài)下的單軸抗壓強度數(shù)據(jù)。由于本次試驗所用試樣的尺寸并不統(tǒng)一,因此非標準尺寸試樣的單軸抗壓強度數(shù)值均按規(guī)范要求進行尺寸修正,最終結(jié)果整理見表2所示。其中,單軸抗壓強度數(shù)值為每組試樣的平均值,軟化系數(shù)為飽和試樣單軸抗壓強度與天然抗壓強度的比值。

    表2 炭質(zhì)板巖單軸抗壓強度 MPa

    從表中數(shù)據(jù)可知,天然試樣的單軸抗壓強度為8.10~11.06 MPa,平均9.61 MPa;飽和試樣單軸抗壓強度為4.58~6.80 MPa,平均5.39 MPa。另外,不同組試樣的軟化系數(shù)為0.47~0.67,平均0.56。上述結(jié)果表明,隨著試樣內(nèi)部含水率由天然狀態(tài)增加至飽和狀態(tài),炭質(zhì)板巖試樣的單軸抗壓強度出現(xiàn)了急劇下降,并且?guī)r體自身軟化程度各有不同。

    圖4給出了不同組炭質(zhì)板巖試樣在兩種含水狀態(tài)下的單軸抗壓強度分布圖。結(jié)合表3和圖4可以看出,不同組炭質(zhì)板巖試樣在天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下的單軸抗壓強度均各不相同,表現(xiàn)出一定的離散性。經(jīng)過簡單計算可知,天然試樣單軸抗壓強度的標準差為0.96 MPa,而飽和試樣單軸抗壓強度的標準差為0.49 MPa。這說明,隨著炭質(zhì)板巖試樣含水率的增加,其單軸抗壓強度的離散性在逐漸降低。結(jié)合2.2.1節(jié)可知,本次研究中所用炭質(zhì)板巖試樣的基本物理力學指標是非常接近的,因此其抗壓強度的離散性必然來源于試樣內(nèi)部的微裂紋分布狀態(tài)的差異。

    圖4 炭質(zhì)板巖試樣單軸抗壓強度分布圖

    表3 強風化板巖顆粒分析結(jié)果匯總

    現(xiàn)有研究[3-4]表明,巖體的力學性質(zhì)具有明顯的各向異性,這一規(guī)律通過本節(jié)不同組炭質(zhì)板巖試樣的單軸抗壓強度分布規(guī)律可以很好地體現(xiàn)。一方面,本文研究所依據(jù)的基巖構(gòu)造非常復雜;另一方面,本次物理試驗所用試樣原本分布于場地多個位置。這兩個主要因素使得炭質(zhì)板巖試樣內(nèi)部微裂紋的組合狀態(tài)完全不同,最終導致不同試樣的單軸抗壓強度出現(xiàn)較大差異。另外含水率的增加并不會改變試樣內(nèi)部微裂紋的組合狀態(tài),但會影響完整巖塊以及微裂紋表面上的強度指標。

    2.2.3 破壞模式分析

    為分析炭質(zhì)板巖的破壞機理,圖5給出了部分試樣經(jīng)過單軸壓縮試驗后的破壞圖,試樣編號為y-1、y-5、y-9、y-13、y-17和y-21,均為天然含水率條件。

    圖5 炭質(zhì)板巖試樣破壞后照片

    從圖中可以看出,試樣經(jīng)歷壓縮過程后均破碎為若干巖塊,這些巖塊以片狀居多,顆粒狀的較小。其中,片狀巖塊表面呈較新鮮狀態(tài),部分巖塊新露出的表面上存在少許泥漬,并且相鄰巖塊間基本保持吻合狀態(tài)。由于本次單軸壓縮試驗在室內(nèi)進行,不存在試驗完成后將泥漬濺到試樣上的可能,因此可以推斷節(jié)理面上存在的泥漬痕跡為其自身攜帶的。這說明,這些表面存在泥漬的節(jié)理面在進行單軸壓縮試驗前就已經(jīng)存在,但通過肉眼卻很難分辨。

    由于地基中水的滲流作用,部分水和微小粒徑土顆粒進入到了巖體的微節(jié)理中,殘留了部分土顆粒,形成了泥漬痕跡。由于重力作用以及節(jié)理面形態(tài)和位置的影響,節(jié)理面上泥漬痕跡的數(shù)量和分布各不相同。另外,部分巖塊新露出的節(jié)理面上幾乎沒有泥漬痕跡,這說明這些節(jié)理面有很大概率是新產(chǎn)生的。

    試樣破壞后,大多數(shù)新露出節(jié)理面的整體傾斜方向與單軸壓縮方向的夾角較小,大致為0°~45°,與圖1中所示地基出露現(xiàn)場圖中所示規(guī)律基本一致。勘探過程中,取巖芯的鉆孔是垂直于水平地面的,因此可知該工程局部基巖出現(xiàn)了較為明顯的褶皺現(xiàn)象。在單軸壓縮應力作用下,炭質(zhì)板巖試樣大多表現(xiàn)為壓剪破壞,新產(chǎn)生節(jié)理面的位置與試樣內(nèi)部微裂紋的分布特征有很大關系?,F(xiàn)有研究表明,巖體內(nèi)節(jié)理面的傾角以及其表面粗糙度對其宏觀力學性質(zhì)有重要影響[3-4],而本文2.2.2節(jié)中試樣單軸抗壓強度的離散性能很好地驗證這一機制。

    3 強風化板巖物理力學特性

    該工程場地中強風化板巖的揭露層為0.50~19.20 m,節(jié)理面非常發(fā)育,且內(nèi)部大多含有軟弱夾層。本次研究分別基于室內(nèi)顆粒分析試驗以及原位剪切試驗對其力學特性進行分析。

    3.1 室內(nèi)顆粒分析試驗

    采用鉆孔取芯的方式獲取強風化板巖的樣本,典型鉆孔結(jié)果如圖6所示,其中圖6(a)和圖6(b)分別為不同鉆孔的勘探結(jié)果。可以看出,強風化炭質(zhì)板巖質(zhì)地極其松散,巖芯經(jīng)機械破碎后呈現(xiàn)為土狀、角礫狀以及碎塊狀。將一部分強風化板巖樣本(共8個)按規(guī)范要求帶回室內(nèi)實驗室,并進行顆粒分析試驗,結(jié)果如表3所示。

    圖6 強風化板巖鉆孔結(jié)果照片

    從表3中數(shù)據(jù)可以看出,不同鉆孔所取樣本的顆粒分析試驗結(jié)果有很大差異。為了方便后續(xù)描述,現(xiàn)將粒徑在0.075~2 mm的土顆粒統(tǒng)稱為粗中細砂,將粒徑在0.075 mm以下的土顆粒統(tǒng)稱為粉黏土。

    分析發(fā)現(xiàn),碎塊石含量的差異最明顯,最大相差29.8%;角礫石和粉黏土含量的差異有所下降,最大相差分別為27.8%和13.2%;粗中細砂含量的差異最小,最大相差為7.3%??芍?,強風化板巖中不同粒徑土顆粒的比例有很強的離散性,尤其表現(xiàn)在較大粒徑的碎塊石和角礫石上。

    根據(jù)表3中強風化板巖在不同粒徑范圍下土顆粒的比例數(shù)據(jù),圖7給出了不同樣本對應的顆粒級配曲線以及平均級配曲線??梢钥闯?,不同強風化板巖樣本的級配曲線形態(tài)有一定差異,但整體規(guī)律基本相似。從平均級配曲線來看,碎塊石的平均占比最大,為32.8%;角礫石的平均占比略小,為31.4%;粉黏土的平均占比為28.7%;粗中細砂的平均占比最小,僅為7.2%。因此可知,強風化板巖內(nèi)部顆粒近似呈現(xiàn)兩極分化的狀態(tài),其中較大粒徑土顆粒的比例比粉黏土略大。

    圖7 強風化巖石顆粒級配曲線

    從顆粒級配曲線形態(tài)上來看,粗中細砂對應段曲線局部表現(xiàn)為近似水平狀態(tài),這說明該粒徑范圍土顆粒在強風化板巖內(nèi)部是缺失的。綜上可知,巖石土顆粒的整體均勻性很差。

    圖8給出了該工程局部強風化板巖出露面的現(xiàn)場圖。結(jié)合該工程地質(zhì)勘探資料可知,較大粒徑的碎塊石和角礫石均屬節(jié)理面壁巖石。強風化板巖內(nèi)部節(jié)理面錯綜復雜,無數(shù)節(jié)理面將巖體切割為不同大小的巖塊。由于長期風化和滲流作用,這些節(jié)理面間以軟弱夾層居多,而砂粒較少。可以看出,巖體中不同位置巖塊和軟弱夾層的分布具有隨機性,而節(jié)理面間軟弱夾層厚度以及其分布特征是強風化顆粒分析結(jié)果出現(xiàn)強離散性的重要原因。由于鉆孔取樣的緣故,較大尺寸的巖塊被鉆壁切割,因此實驗室條件下最大巖塊的尺寸被限制在了50 mm以下。綜上可以證實,本次顆粒分析結(jié)果與工程現(xiàn)場的實際情況完全一致。

    圖8 強風化板巖出露面現(xiàn)場圖

    3.2 原位剪切試驗

    從3.1中室內(nèi)顆分實驗得到的結(jié)果可以看出,強風化板巖的構(gòu)成已經(jīng)接近土體。如果將強風化板巖樣本帶回實驗室進行相關試驗,其內(nèi)部天然結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大變化,最終測得力學指標的準確性會大打折扣。因此,為了真實反映其力學特性,在工程現(xiàn)場對強風化板巖依次進行了3組天然狀態(tài)和3組浸水狀態(tài)下的固結(jié)快剪試驗。

    3.2.1 試驗方案和流程

    本次試驗方案依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021-2001)[10]及《土工試驗方法標準》(GB/T 50123-2019)[11]中的有關要求進行設定。每組試驗的數(shù)量為5個,分別對應5種不同法向應力條件。本次試驗中,設定作用在試樣上的法向應力分別為75 kPa、155 kPa、235 kPa、315 kPa和395 kPa,通過鋼結(jié)構(gòu)梁堆重平臺間接施加。本次原位試驗所采用的剪切盒尺寸為55 cm×55 cm,高度為30 cm。另外,采用千斤頂施加剪切力,并采用壓力表記錄剪切力數(shù)據(jù)。強風化板巖原位剪切試驗2號試驗點的現(xiàn)場布置如圖9所示。

    圖9 強風化板巖原位剪切試驗現(xiàn)場布置圖

    本次原位剪切試驗的實施點共有3處,每處場地首先在地下0.5 m深度處依次進行天然狀態(tài)下強風化板巖在不同法向應力下的固結(jié)快剪試驗,之后在原位置的0.7 m深度處進行浸水狀態(tài)下強風化板巖的固結(jié)快剪試驗。其中,實施不同法向應力的試樣彼此相鄰一定水平距離。實施不同含水率下強風化板巖原位試驗的位置非常接近,這樣可以將巖體各向異性的影響降到最低,因此試驗結(jié)果也更有說服力。

    3.2.2 試驗結(jié)果分析

    圖10給出了1號原位剪切試驗(編號DJ-1-A)在不同法向應力下的剪切應力剪切位移曲線以作代表性說明,試樣為天然含水率狀態(tài),剪切位移大約為50 mm。從圖中可以看出,剪切應力剪切位移曲線大致呈兩個階段,主要以剪切應力峰值點區(qū)分。峰前階段,隨剪切位移的增加,剪切應力快速增加,隨后增長速率逐漸減緩,直至達到峰值點。法向應力越大,峰前階段剪切應力的整體增長速率越大。峰后階段,隨著剪切位移的增加,剪切應力逐漸降低,降低速率不大且不受法向應力的影響。

    圖10 不同法向應力強風化板巖剪切應力-剪切位移曲線(DJ-1-A)

    整理強風化板巖試樣在不同法向應力下的剪切強度結(jié)果,匯總?cè)绫?所示??梢钥闯觯S著試樣所受法向應力的增加,風化板巖的剪切強度不斷增加。圖11給出了不同方案下法向應力與剪切強度的對應關系,并采用式(1)所示的M-C準則對數(shù)據(jù)進行擬合,分別得到抗剪強度指標黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ,結(jié)果見圖11和表4。

    圖11 強風化板巖法向應力與剪切強度關系

    表4 強風化板巖剪切強度及抗剪強度指標匯總

    從圖11可以看出,隨著法向應力的增加,強風化板巖試樣的剪切強度呈線性增加趨勢,相關性很好。

    這說明,本次原位剪切試驗的實施過程和結(jié)果均是可靠的,能夠反映強風化板巖的真實抗剪強度特性。其次,強風化板巖在浸水后剪切強度有明顯降低,降低幅度隨著法向應力的增加有增加的趨勢。另外,原位剪切試驗進行的位置不同,強風化板巖的抗剪強度指標均有所差異但不是很大,進一步反映了巖體力學指標的離散性。

    結(jié)合表4和圖11可以看出,強風化板巖在浸水后抗剪強度指標均有所下降。其中,黏聚力c在1號、2號和3號試驗中分別降低16.16%、6.31%和8.08%,平均降低10.18%;內(nèi)摩擦角φ在1號、2號和3號試驗中分別降低5.67%、10.18%和10.89%,平均降低8.91%。整體來看,強風化板巖中含水率的增加對黏聚力c的影響要大于內(nèi)摩擦角φ。

    4 地基巖體工程特性測定

    從上文研究可知,中等風化板巖雖然強度不高,但仍屬于巖石類,其作為工程地基時承載力通常是足夠的。因此,本節(jié)僅對其化學特性進行了測定。而對于強風化板巖而言,其質(zhì)地非常松散,與土的性質(zhì)類似,工程性較差。因此,本節(jié)進一步對強風化板巖的工程特性進行了實地測定,分別從滲透性和承載力這兩個方面進行。

    4.1 中等風化板巖化學組成分析

    本次研究共選取三組炭質(zhì)板巖巖芯試樣進行光譜半定量檢測,通過該途徑可以準確了解炭質(zhì)板巖內(nèi)部的化學組成和各自占比,檢測結(jié)果見表5。結(jié)果表明,炭質(zhì)板巖中硅(Si)元素的含量最高,為25%以上;其次為鐵(Fe)元素,其含量在8.5%~9%;接下來為鋁(Al)元素,其含量大于5%;鉀(K)和鎂(Mg)元素的含量也較高,均超過了1%。

    表5 炭質(zhì)板巖光譜半定量檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表(ω(B)/(10-2))

    由上述結(jié)果可知,中等風化板巖含有大量硅酸鹽礦物。根據(jù)江宗斌等[7]的研究,雨水中含有的酸性物質(zhì)會通過微裂隙進入巖石內(nèi)部,并與這些硅酸鹽礦物發(fā)生反應,造成巖石局部出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象。其他礦物也會在外部腐蝕物質(zhì)的影響下發(fā)生不同的侵蝕反應。總之,巖石在長期侵蝕作用下勢必會導致其力學性質(zhì)不斷弱化,而弱化機理與各元素的含量有重要聯(lián)系。

    4.2 強風化板巖滲透性測定

    為了了解強風化板巖的滲透性,本次研究對工程場地內(nèi)5個不同位置的強風化板巖分別進行了試坑滲透試驗,具體試驗流程按照《土工試驗方法標準》(GB/T 50123-2019)[11]的相應要求進行。本次試驗采用單環(huán)法,直徑為50 cm。當供水瓶流出水量穩(wěn)定后,每隔20 min對其滲流量進行記錄,共記錄6次。滲透系數(shù)采用式(2)進行估算。

    式中:Q為滲流水量,cm3;t為時間,s;Ah為鐵環(huán)面積,cm2。強風化板巖的滲透系數(shù)kt的估算結(jié)果見表6。從表中可以看出,強風化板巖的滲透系數(shù)kt為8.71×10-4~9.19×10-4cm/s,平均值為8.93×10-4cm/s。根據(jù)規(guī)范可知,本工程強風化板巖地層屬于中等透水層。

    表6 現(xiàn)場注水試驗結(jié)果統(tǒng)計表

    4.3 強風化板巖地基承載力測定

    為獲得強風化板巖地基的承載力指標,在工程現(xiàn)場的6個試驗點分別進行了超重型圓錐動力觸探試驗,試驗點的埋深在5~15 m。之后,依據(jù)規(guī)范要求對錘擊數(shù)(N120)進行了一系列修正,最終試驗結(jié)果見表7。

    表7 板巖重型(N120)動力觸探試驗結(jié)果統(tǒng)計表

    根據(jù)表7中的結(jié)果可知,本研究區(qū)域內(nèi)強風化板巖的修正后錘擊數(shù)的平均值為9.8擊。依據(jù)《工程地質(zhì)手冊》[12]中的相關資料,可知本研究區(qū)域內(nèi)強風化板巖的地基承載力特征值fak約720~800 kPa,基本符合強風化軟巖地基承載力的合理范圍。

    5 結(jié)論

    對中等風化板巖和強風化板巖的力學性質(zhì)和工程特性進行了全面的研究,得到以下結(jié)論:

    (1)不同天然中等風化板巖樣本的單軸抗壓強度具有很強的離散性。含水率增加后,中等風化板巖的軟化系數(shù)在0.47~0.67,強度弱化非常明顯。壓縮過程中,板巖試樣的破壞大多沿內(nèi)部微裂紋處產(chǎn)生,整體破壞模式與巖石內(nèi)預先存在的微裂紋的分布形式有密切關系。

    (2)強風化板巖質(zhì)地極其松散,顆粒級配表現(xiàn)為明顯的兩極分化現(xiàn)象,級配曲線出現(xiàn)了特殊的粒徑缺失段,均勻性不佳。原位剪切試驗中,隨著法向應力的增加,強風化板巖的抗剪強度近似線性增加。隨著含水量的增加,強風化板巖的黏聚力和內(nèi)摩擦角均有所降低。

    (3)中等風化板巖內(nèi)部硅(Si)元素的含量最高,其次為鐵(Fe)、鋁(Al)、鉀(K)和鎂(Mg)等。強風化板巖地層的滲透系數(shù)平均值為8.93×10-4cm/s,屬于中等透水層。強風化板巖的統(tǒng)計修正后錘擊數(shù)為9.8擊,地基承載力特征值fak約為720~800 kPa。

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