河南省修武县岩土体工程地质类型与分区研究

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(河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 450003)

修武县位于河南省焦作市东北，北与山西省陵川县相接，东临新乡市获嘉县。著名的云台山风景区位于县域北部山区。地貌上大致分为两大类，北部为中低山区，中南部为冲积平原区。岩土体的工程地质类型决定了修武县地质灾害的类型[1]，岩土体工程地质分区决定了工程建筑场地的适宜性[2]。

1 岩土体工程地质类型

修武县地层属华北地层区山西地层分区太行山地层小区[3]。依据《工程地质调查规范》(DZ/T0097—1994，1:2 5000～1:50 000)，按照岩土体岩性、结构、形成条件、力学特性及工程地质特征[4]，将区内岩土介质划分为岩体和土体两大类。按照岩层坚硬强度、抗风化能力、抗溶蚀能力和基本物理力学性质的相似性和差异性，并考虑岩层组合特征，区内岩体可进一步划分为较软层状泥化夹层灰岩、砂页岩岩组、坚硬层状中等岩溶化灰岩碳酸盐岩组、坚硬层状中等变质石英砂岩岩组和较软块状变质强风化片麻岩岩组四类工程地质岩组；根据土层力学性质、结构特征、工程特性等，区内土体可进一步划分为层状结构砂性土、黄土和粉质粘土三类工程地质岩组(见表1、图1)。

表1 岩土体类型划分及特征表

1.1 土体

1.1.1 层状结构砂性土(Qh)

分布于县境南部广大地区，为大沙河、沁河及其支流冲积平原区，为多层土体。岩性以粉质粘土、粉土为主，间杂透镜状砂卵石层，碎石含量30%～50%，天然含水量16.1%～19.3%，天然孔隙比0.831～1.023，压缩系数0.16～0.49 Mpa-1。土体松散，分布较稳定，颗粒间力学联系微弱，孔隙比大，透水性好，力学强度低。

1.1.2 黄土(Qp3)

分布于西村乡近山前地带和七贤镇中南部地区的第四系坡洪积和冲洪积地段，岩性为粉质粘土、黄土状粉土夹砂砾石层。具双层土体结构[5]，天然含水量12.3%～20.5%，天然孔隙比0.789～0.937，压缩系数0.18～0.44 Mpa-1，湿陷系数0.015～0.051，颗粒成分以粉粒为主，矿物成分主要为长石、石英[6]，黏土矿物含量少，具均质结构，质地疏松，直立性好，具大孔隙和轻微湿陷性。为地面塌陷、地裂缝敏感地层岩性。

在斜坡地段，受风化、卸荷或滑移变形作用，局部形成楔形体块裂结构[7]。天然状态下土体力学强度较高，但遇水后强度急剧下降，具湿陷性和崩解性[8]。黄土湿陷引起变形破坏，形成陷穴、落水洞等喀斯特地貌，为降水的汇集和快速入渗提供了通道，常导致滑坡、崩塌等地质灾害的发生[9]。

1.1.3 粉质粘土(Qp2)

零星分布于七贤镇蔡坡村—西涧村—里窑村沿线一带，为双层土体，主要为第四系中更新统洪积层，岩性主要为粉质粘土与黄土状粉质粘土互层，天然含水量为17.9%～27.7%，天然孔隙比0.523～0.838，压缩系数0. 10～0. 37 Mpa-1，该层土体密实程度中等，垂直节理、裂隙发育。该层上部为灰白色粉土，具大孔隙(潜蚀孔洞)，为崩塌、滑坡敏感地层岩性。

图1 修武县岩土体类型分布图

1.2 岩体

1.2.1 较软层状泥化夹层灰岩、砂页岩岩组(C)

主要分布在西村乡南部东交口—孟泉一带的低山丘陵地区，该岩组以石炭系含煤地层为主，岩性为灰岩、砂岩、粘土质页岩夹煤层，岩石干抗压强度3.48～32.1 Mpa，软化系数0.11～0.42，中厚层状结构，属较软岩石，易风化，抗压强度低，页岩力学强度具各向异性。该地层区人类采矿活动较多，地质灾害类型多为煤炭开采引起的地面塌陷、地裂缝。

1.2.2 坚硬层状中等岩溶化灰岩碳酸盐岩组(∈+O)

广泛出露于县境北部中低山区。岩性主要为奥陶系、寒武系灰岩、白云岩和泥灰岩、页岩等[10]。中厚层状结构，岩体较完整，致密坚硬，干抗压强度31.9～50.3 MPa，软化系数0.84～0.91，饱和系数0.53～0.60，饱和抗剪强度4.59～5.21，抗风化能力较强，岩溶发育中等，工程性能较稳定。灰岩及白云岩所在地区山势陡峭，宜发生崩塌；页岩、泥灰岩等岩层属性脆，浸水后软化，易发生滑坡。

1.2.3 坚硬层状中等变质石英砂岩岩组(Z)

仅在县境东北部下铁匠状北及云台山镇纸坊沟沟底有出露，岩性为震旦系申岭沟组浅红、紫红色石英状砂岩，厚度100～140 m。岩组具厚层状结构，岩体完整、致密坚硬，岩石干抗压强度86.6～103 Mpa，软化系数0.70～0.84，饱和系数0.68～0.83，饱和抗剪强度5.24～6.84，抗压强度高，抗风化能力强。该地层岩组出露区为风景区，开山修路宜引发崩塌灾害。

1.2.4 较软块状变质强风化片麻岩岩组(Ar)

仅在县境东北部下铁匠庄北一带有出露，岩性以太古界各类片麻岩为主，呈块状结构，节理、裂隙发育，抗压强度8～23.3 Mpa，呈各向异性，抗风化能力弱，风化程度较高[11]。宜发生崩塌、滑坡等地质灾害。

2 工程地质分区

2.1 分区及分区原则

根据修武县域内工程地质条件的相似性、差异性、地貌单元、地形特征、地层岩性等因素，对本区工程地质进行分区。根据以上特征，将本区划分为河流冲积平原工程地质区(Ⅰ)、山前倾斜平原工程地质区(Ⅱ)、黄土丘陵工程地质区(Ⅲ)和中山-低山-丘陵基岩工程地质区(Ⅳ)四个工程地质区[12](见图2)。

图2 修武县工程地质分区图

2.2 分区评价

2.2.1 河流冲积平原工程地质区(Ⅰ)

该区主要分布在县境中南部及七贤镇东北部广大河流冲积平原地带，面积304.46 km2，海拔80～150 m。地表出露地层岩性为第四系全新统冲积粉土、粉质粘土，厚8～65 m，承载力为75～125 KPa；下伏砂卵石较厚，承载力225～470 KPa，中间夹有粉细砂薄层及粉砂土，卵砾石、粉细砂呈互层状分布。为多层结构。该区地势开阔平坦，为修武县主要农作物种植区，大部分区域属地质灾害低易发或不易发区，仅在七贤镇东北部由于矿山企业地下采矿、修建尾矿库，易引发地面塌陷、地裂缝等灾害及环境污染。总体而言，该区建筑环境较好，适宜进行工程建设，由于地层土体承载力较低，仅适合中—低层建筑场地，但经过处理的地基，可以进行高层建筑的建设。

2.2.2 山前倾斜平原工程地质区(Ⅱ)

该区分布在近山前地带的七贤镇中南部地段，面积36.31 km2，海拔100～170 m。地表出露岩性为粉土、粉质粘土，厚3.5～20.5 m，承载力为90～150 KPa；下伏卵砾石，厚28～80 m，承载力205～460 KPa，中间夹粉土、粉细砂层，呈透镜体分布，为多层结构[13]。该区地势平坦，为修武县主要农作物种植区和地下采矿区，属地质灾害高易发区，主要地质灾害为煤炭开采引起的地面塌陷、地裂缝。总体来看，该区建筑环境较好，适宜进行工程建设。中、低层建筑持力层可选择土层，高层建筑持力层建议选择卵砾石层，但由于地下采空区密布，建筑物应尽量避让此区域。

2.2.3 黄土丘陵工程地质区(Ⅲ)

该区分布在西村乡南部近山前地带和七贤镇西南的王窑-赵窑-崔庄一带，面积35.69 km2，海拔160～270 m。地表出露岩性为第四系更新统坡洪积黄土状粉土、粉质粘土，厚18～75 m，具一定湿陷性，中间夹有砂卵石层，承载力为120～180 KPa；下伏基岩为中风化灰岩，承载力900～1 000 KPa。为双层结构。该区地势起伏较大，为修武县主要露天采石场和地下采矿区，属地质灾害高易发区，主要地质灾害为采矿引起的地面塌陷、地裂缝以及切坡建房引起的滑坡、崩塌和沟谷内碎石堆积引发泥石流。

总体来看，该区地形较破碎，建筑环境较差[14]，不宜进行工程建设，仅在局部地段，如黄土残垣，可建低层建筑。黄土湿陷是该区主要不良工程地质问题，为防止此问题的出现，在地基加固处理的同时，还应注意建筑物周围地面及地下排水问题，加强边坡防护[15]。

2.2.4 中山-低山-丘陵基岩工程地质区(Ⅳ)

该区分布在县境中北部中、低山及丘陵区，包括西村乡大部、云台山镇和七贤镇西北部，面积301.54 km2，海拔250～1 300 m。地表出露岩性主要为奥陶系灰岩、白云岩等，其次为寒武系灰岩、砂岩等，岩石抗压强度30～103 MPa，石炭系泥灰岩、泥岩和粘土岩及震旦系片麻岩也在区内出露，但出露面积较小。岩石风化程度强风化—中风化，以中风化为主。该区地势起伏，基岩裸露，为修武县主要风景名胜区所在，属地质灾害中、低易发区，主要地质灾害为开山修路、景区建设形成的崩塌及隐患，其次为切坡建房形成的滑坡。

总体而言，该区地形破碎、建筑环境差，不宜进行工程建设。区内主要不良工程地质问题为白云岩、灰岩等的溶蚀作用[16]，若在该类岩性区内进行大、重型工程建设，需加以详细勘察。

3 结语

综上所述，通过对修武县工程地质条件区划，划分了岩土体工程地质类型及工程地质分区。提出了修武县地质灾害在各类岩土体中的发育类型及适宜工程建设的场地分区，对人类工程经济活动建设有一定的指导参考意义。