川南昔格达岩组工程地质特性研究

钟成，范德平

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川成都611731)

在四川南部西昌——攀枝花地区的安宁河、金沙江和雅砻江河谷盆地中广泛分布一套河湖相沉积、厚数十米、最大厚度可达300 m、微成岩的Q1x地层，研究Q1x昔格达岩组的工程地质特性，对于该地区的工程建设具有理论意义和实用价值。

1 研究方法

(1)钻孔取样。为保持天然含水量和岩样原有结构，岩心采取后立即用高分子树脂胶液涂刷两遍，再加塑料薄膜包装封口装箱，专车运送。

(2)试验分别以土工、岩石两种方法对砂、泥岩进行试验对比。

(3)进行室内化学分析试验并用扫描电镜分析、红外分析、X射线分析及TG－DTA分析进行检测，确定昔格达组岩石的粘土矿物成分。

(4)通过膨胀、收缩、崩解等试验，论证岩石的胀缩性和软弱特征，通过直剪试验和三轴试验，用峰值强度、稳定强度、残余强度等综合论证岩石的剪切强度特征。

(5)采用室内渗透变形试验与野外试坑注水试验对比确定岩石的透水性特征。

(6)对褐黄色、灰黑色两种岩体进行原位载荷试验。

2 昔格达组岩石试验成果

(1)昔格达泥岩粘土矿物分析成果见表1;

(2)昔格达组岩石化学分析成果见表2;

(3)昔格达组岩石胀缩特性胶结程度评价见表3;

(4)昔格达组岩石抗压强度和变形见表4;

(5)昔格达组岩石渗透试验成果见表5;

(6)昔格达组岩石抗剪强度成果见表6;

表1 昔格达泥岩粘土矿物分析成果表

表2 昔格达组岩石化学分析成果表

(7)昔格达组岩体载荷试验成果见表7。

表3 昔格达组岩石胀缩特性胶结程度评价表

表4 昔格达组岩石抗压强度和变形成果表

表5 昔格达组岩石渗透试验成果表

表6 昔格达组岩石抗剪强度成果汇总表

表7 昔格达组岩体载荷试验成果表

3 昔格达组岩石的工程地质特征及评价

3.1 组成岩石的矿物成分和化学成分

昔格达组岩石以水云母为主，矿物中的Si常被FeAI置换，剩余电荷较多，而吸引较多的电荷(主要是K+)加强了晶胞间的联结作用，因此，它们的晶格活动性较弱。这一特征决定了岩石的胀、缩性较弱。昔格达组岩石不属膨胀岩类，与试验成果相符;其岩石中裂隙不发育(除构造裂隙)，与地质测绘资料相同。化学分析成果表明:SiO2含量达52.5%～56.24%，pH值为7.3，表明岩石沉积在碱性的环境中成岩。

3.2 岩石的抗压强度特征

试验成果表明，岩石天然状态下含水量为17%～24.6%，饱和度为85%～100%，抗压强度为1.07～1.73 MPa，烘干状态下抗压强度为13.2～13.4 MPa，饱和状态下的抗压强度为0.79～0.89 MPa，反映了不同含水量状态下岩石的抗压强度差值较大;在饱和状态下强度低，与岩石的胶结程度为弱～中等胶结和遇水崩解快的特征相吻合。

岩石试件尺寸为φ5×5 cm。对于这种胶结差的软弱岩石试件与天然岩体有较大的区别。对天然岩体来讲，尺寸和围压对其力学指标影响很大。三轴抗剪试验指标高于其它方法得到的试验指标就是证明。因此，天然昔格达组岩体是具有一定的强度和承载力的。

3.3 岩石的抗剪强度

(1)土工试验成果表明:对于同类岩石，不同的剪切方法对抗剪强度影响不明显(图1)，这与土的抗剪强度曲线(图2)有明显的区别。因此，昔格达组岩石具有一定的成岩条件，为半成的岩石，有一定的抗剪强度。

图1 昔格达组岩石不同剪切方法抗剪强度曲线图

图2 粘土、非粘性土抗剪强度曲线图

(2)表6表明:除三轴试验的峰值强度较高外，采用其它方法测定的抗剪强度无明显差异，摩擦系数为0.6～0.8，相当于峰值强度的0.6～0.7倍，表现出抗剪强度相对(相对于软岩)较高的特点。

3.4 岩石的透水性

室内渗透试验和现场试坑注水试验成果表明:昔格达组砂岩渗透系数k=1.6×10－4cm/s，泥岩的渗透系数k=1.7～5.29×10－5cm/s，昔格达组砂、泥岩为微透水岩石。岩石的初裂坡降大于21.1，破坏坡降大于50.3，大大高于一般土的临界值，表现出昔格达组砂、泥岩具有较高的抗渗性能。

岩体载荷试验成果表明:褐黄色砂、泥岩比例极限确定的地基承载力为0.5 MPa，灰色、灰黑色砂、泥岩比例极限确定的地基承载力为0.7～0.85 MPa，表明不同颜色的岩石地基承载力有较大的差异。

4 几点认识

(1)通过对昔格达组岩石物理力学性质的研究表明:昔格达组砂、泥岩属于弱胶结～中等胶结的弱膨胀软岩，其主要物理力学性质特征为密度小，天然状态下饱和度低，抗渗强度高，弹性模量低，具有一定的强度和较高的抗渗能力。

(2)通过矿物鉴定和颗粒分析认识、判断岩石的基本特征;使用崩解及干燥～饱和吸水试验了解软岩的特征及分类具有重要意义;采用岩石和土工方法综合研究昔格达组岩石物理力学性质是全面认识昔格达组岩石的有效措施，为研究软弱岩石工程地质特性提供了一条可行的途径。

(3)软岩的主要力学指标与岩石试验方法、试件尺寸、围压条件关系紧密。因此，结合现场试验和岩体边界条件进行室内试验指标的修正是必要的。