安宁河中段昔格达组地层特性

陆得志

1 概述

1958年，袁复礼将常隆庆1937年创名的“混旦层”改称“昔格达组”，命名地在会理县昔格达村，系指一套半成岩的暗色泥质岩石，未见底，厚179米。同年，又将分布于西昌城北，位于“昔格达组”之下的紫红色半胶结的砾岩，称为“西昌砾石层”。1965年，西南第四纪冰川考察队，在攀枝花市大水井弯子头建立了该组完整地层剖面，由下部砾岩、中部粘土岩、上部砂岩组成，沿用“昔格达组”。本报告主要以1965年西南第四纪冰川考察队所指的昔格达组为基准，沉积时代为早更新世间冰期冰水沉积QⅠ-Ⅱal+l。

“昔格达组”地层主要分布在金沙江及其支流安宁河、雅砻江等河谷地带，主要由浅黄～灰黄色、灰绿色、深灰色互层状粘土岩和粉砂岩组成。

2 昔格达组主体工程特性分析

根据初勘及详勘，昔格达组主体根据其完整程度划分强风化粘土岩⑦21、中等风化粘土岩⑦22、强风化粉砂岩⑦31、中等风化粉砂岩⑦32四个地层单元。

为了分析方便，将昔格达组作为大单元，由于自身岩性不同，物理力学性质存在差异，按粘土、粉质粘土、粉土及粉砂四种岩性来考察昔格达组物理力学参数。

2.1粘土

昔格达组土性以粘土居多，且其性质较为特殊，因此作为分析的重点。粘土主要涉及⑦21、⑦22两个地层单元，所呈现的颜色有“灰黄、褐黄、黄褐、绿黄、黄绿、灰、兰灰、深灰色”几乎涉及工程区土体的所有色彩，说明粘土沉积贯穿于昔格达组的整个形成过程，可以形成于弱氧化～强还原的各种环境，同时也说明该岩性单元基本不具备环境指示意义。

（1）水理性质

从表可以看出，参与液限和塑限统计的粘土样品共有136件，其中40件属于液限等于或大于50%的高液限土，液限、塑限总平均值分别为48%和28%；塑性指数平均值为20%，超过25%的样品有9件。测定了渗透系数（K）垂直和水平两个方向的数据，两个方向的K值差异都在一个数量级之内，这可能与测试样品层理厚度大或扰动强烈等因素有关；垂直渗透系数Kv值介于1.95×10-7～4.61×10-5 cm/s之间，平均值为7.51×10-6cm/s，水平渗透系数Kh值介于1.11×10-6～4.61×10-5 cm/s之间，平均值为1.91×10-5cm/s，Kh值大于Kv值，体现了近水平层理对渗透系数的影响；昔格达组粘土钻孔压水试验试验数据表明，一般均小于10-5cm/s量级。总体上看，不管是室内试验还是钻孔压水试验，试验结果均可反映出粘土属于弱表6.4.1-2统计了工程昔格达组粘土与其他地区昔格达组粘土及一般粘土间部分水理及力学参数。从表中可以看出，工程区昔格达组粘土的液限与其他三个资料来源提供的昔格达组粘土数据接近，但塑性指数要低于其他地区昔格达组；渗透系数略高于攀枝花昔格达组。

综上所述，工程区粘土（岩）与其它地区相比工程特质存在一定的差异，属于比较典型的低渗透弱膨胀介质，液限、塑性指数等指标表明其并无不良水理行为。但需要指出的是，昔格达组粘土毕竟是一种细粒介质，如果作为填料，应该严格控制其含水量。室内及现场压缩试验结果，尤其是固结历史表明昔格达组粘土的抗压缩性能是比较好的。由于曾经经历半成岩过程，昔格达组粘土的抗剪性能较好。但需要指出的是这种判断仅仅是针对试验尺度的土体（最大破裂面50 cm×50 cm），因为试验并未考虑土体抗剪能力的各向异性。

昔格达组粉质粘土高压固结试验样品有10个，有4个样品属超固结状态，2个属正常固结，其它4个属欠固结状态，其分布深度分别为23.70～33.00 m，均处于较深的部位，这可能与其所处的深度位置及取样应力释放、扰动有关，室内高压固结试验并未真正反映实际情况；另外也可能与粉质粘土具有相对较强的贮水能力、周围被昔格达组粘土包围而形成承压水有关。从整套地层形成地史及其固结程度，至少应按正常固结考虑。

天然条件下工程区昔格达组粉土及粉砂的抗压缩性能总体较好，属于中等渗透性，粉土的抗压缩性与粉质粘土相当，但抗剪强度参数低于前者，粉砂的抗压缩性与粉土相当，但抗剪强度参数高于粉土。因此，施工期间应该注意粉土及粉砂层的渗透性、赋存承压水的可能性、含水层发生流土-流砂及因为低抗剪能力而演化为滑动面的可能性。

3 小结

（1）工程区分布粘土（岩）属于比较典型的低渗透介质，但如果作为填料，应该严格控制其含水量。杂色粘土的抗压缩性能及抗剪性能较好，但这种判断仅仅是针对试验尺度的土体。在浸水影响的条件下其承载力可降低50%以上，抗剪强度C值可降低40%，φ值可降低30%。

（2）工程区粉质粘土（砂质粘土岩）属低渗透介质，工程特性属于正常，但昔格达组中应该存在部分渗透性较高的粉质粘土单元，开挖过程中饱和粉质粘土层可能发生流土现象，尤其是可能赋存承压水的欠固结土层。

（3）粉土（泥质粉砂岩）工程特性基本正常，但由于其渗透增大，施工期间应该注意粉土层较高的渗透性、赋存承压水的可能性、含水层发生流土-流砂及由此引起粉土抗剪能力降低并最终演化为土体滑动面问题。

（4）粉砂（岩）是昔格达土层中渗透性最高的，K值在10-4cm/s以上，属于中等压缩性土，其抗压、抗剪性能总体较好，但应注意含水粉砂层的流砂问题。在浸水影响的条件下其承载力可降低25%以上，抗剪强度C值可降低50%以上，φ值可降低10%以上。

（5）有二组对昔格达组地层的研究成果值得借鉴：

①张永治（1995）对攀技花昔格达总结时发现，粘土岩饱和度在80～93%时，一般不易崩解，但风干后，灰色者1～4分钟崩解完毕；粉细砂岩在饱和度80～90%的，一般不易崩解，风化干后，一般在1～15钟内全部崩解。粘土岩饱和度小于80%时，压缩系数浸水后增大33%，当饱和度大于80%时，压缩系数浸水后增大15%；粉细砂岩浸水后的临塑荷载比天然状态降低43%，粘土岩降低50%；粘土岩浸水后粘聚力降低60%。

②文丽娜等（2005）通过对西（西昌）攀（攀枝花）高速公路新九地区昔格达组地层中粉质细砂岩及粉砂粘土岩物理特性及工程特性的研究，得到昔格達组地层的抗剪强度指标随含水率的变化规律，即随含水率的增加，其内摩擦角、粘聚力均随之减小，当含水率大于约18%时，粉砂粘土岩的内摩擦角及粘聚力均较粉质细砂岩减小幅度小。这表明含水率对昔格达组地层的抗剪强度有十分重要的作用，进而对边坡稳定性起到一定的控制作用。

综上所述，昔格达组地层具有遇水软化明显的水理性质。由于昔格达组地层形成时代较新，没有完成沉积成岩作用，是一套弱胶结半成岩地层。因而表现出似土非土，似岩非岩的物理力学特征，正是这种独特的物理力学特征导致了其性质不稳定、易滑等工程地质特征。