武廣客運(yùn)專線韶花段球狀風(fēng)化花崗巖工程特性研究.pdf

1、球狀風(fēng)化是花崗巖層中十分常見的一種現(xiàn)象，關(guān)于球狀風(fēng)化的研究，一般都是在工程實(shí)踐中，結(jié)合某一個(gè)或幾個(gè)特定的工點(diǎn)，提取少數(shù)鉆孔巖芯樣品進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，研究其對(duì)工程產(chǎn)生的危害性、對(duì)施工造成的復(fù)雜性以及相應(yīng)的工程處治措施，而沒有對(duì)球狀風(fēng)化的工程特性進(jìn)行系統(tǒng)研究，尤其缺乏從顯微組構(gòu)特征方面對(duì)球狀風(fēng)化花崗巖力學(xué)性能的分析成果。針對(duì)花崗巖地段普遍發(fā)育的球狀風(fēng)化現(xiàn)象，本學(xué)位論文結(jié)合科研項(xiàng)目“武廣客運(yùn)專線韶關(guān)至花都段球狀風(fēng)化花崗巖工程特性與綜合勘探成套技術(shù)

2、研究”，對(duì)武廣客運(yùn)專線韶關(guān)至花都段沿線的球狀風(fēng)化花崗巖，采用巖礦微觀分析試驗(yàn)、地質(zhì)調(diào)繪、原位測試、室內(nèi)試驗(yàn)等多種手段，對(duì)風(fēng)化花崗巖的顯微組構(gòu)變化特征及其對(duì)花崗巖力學(xué)性能的影響以及風(fēng)化花崗巖的宏觀物理力學(xué)性能變化特征進(jìn)行了分析，并從微觀和宏觀兩個(gè)角度，對(duì)球狀風(fēng)化體的形成機(jī)理、分布規(guī)律及工程特性進(jìn)行了分析，建立了球狀風(fēng)化花崗巖的綜合勘察技術(shù)，并提出相應(yīng)的工程處理措施。主要的結(jié)論和研究成果如下： (1)花崗巖的不同風(fēng)化層具有不同的顯微

3、組構(gòu)特征，無論是在細(xì)觀組構(gòu)特征(包括結(jié)構(gòu)、微裂隙發(fā)育程度、礦物晶形自形程度、礦物表面模糊程度、礦物成分及相對(duì)含量、風(fēng)化產(chǎn)物成分及相對(duì)含量)還是微觀組構(gòu)特征(包括整體微結(jié)構(gòu)、礦物粒間聯(lián)結(jié)方式、微裂隙發(fā)育程度以及礦物中元素相對(duì)含量)上，都有著明顯的區(qū)別。顯微組構(gòu)特征的不同也導(dǎo)致了不同風(fēng)化層具有不同的力學(xué)性能，這也從對(duì)風(fēng)化花崗巖宏觀物理力學(xué)性能變化特征的分析上得以印證。根據(jù)上述從微觀和宏觀兩個(gè)不同角度的分析，可對(duì)風(fēng)化花崗巖的物理力學(xué)性能有一個(gè)

4、比較全面的認(rèn)識(shí)。 (2)風(fēng)化球體具有與同等風(fēng)化程度的風(fēng)化層巖樣相似的顯微組構(gòu)特征和宏觀物理力學(xué)性能。無論是在細(xì)觀組構(gòu)特征、微觀組構(gòu)特征還是宏觀物理力學(xué)性能上，弱風(fēng)化球體都具有和弱風(fēng)化巖樣相似的特征，強(qiáng)風(fēng)化球體都具有和強(qiáng)風(fēng)化巖樣相似的特征，這也意味著風(fēng)化球體將具有明顯區(qū)別于賦存環(huán)境周圍巖土體的物理力學(xué)性能。 (3)球狀風(fēng)化花崗巖的形成機(jī)理：在花崗巖中，三組原生節(jié)理將巖體分割為許多呈長方體或正方體形態(tài)的巖塊，在風(fēng)化過程中，原

5、生節(jié)理相交的部位表面積最大，風(fēng)化作用最集中，風(fēng)化速度最快，從而更容易被風(fēng)化掉，巖塊體的棱角逐步被圓化，巖塊逐步變小。有些部位的巖塊，由于具有有利于巖塊力學(xué)性能提高的顯微組構(gòu)特征，當(dāng)風(fēng)化作用進(jìn)行到這些部位的時(shí)侯，風(fēng)化速度減小，此時(shí)周圍的巖土體的風(fēng)化速度高于這些部位，隨著時(shí)間的推移，這些部位的風(fēng)化程度會(huì)明顯的低于周圍巖土體的風(fēng)化程度而呈現(xiàn)出“孤石”的狀態(tài)。由于棱角的不斷圓化，這些部位的呈“孤石”狀態(tài)的巖塊的表面棱角很少，而常常表現(xiàn)出似橢圓體

6、的形態(tài)。 (4)花崗巖球狀風(fēng)化分布規(guī)律：在地表，風(fēng)化球體成單個(gè)零星分布、線狀分布或群體分布，地表風(fēng)化球體發(fā)育往往意味著地下賦存有風(fēng)化球體；在地下，風(fēng)化球體的分布規(guī)律具有以下特征：風(fēng)化球主要分布在全風(fēng)化帶中；風(fēng)化球體的表現(xiàn)形式主要為全風(fēng)化帶(W4)中含強(qiáng)風(fēng)化(W3)球體或弱風(fēng)化(W2)球體；風(fēng)化球體大小主要集中在0～5m，風(fēng)化球體所在高程主要集中在0～60m之間，其中20～30m之間的最多；風(fēng)化球體的埋深主要集中在0～40m，其中

7、0～20m最為集中。由上往下，從全風(fēng)化帶向強(qiáng)風(fēng)化帶，風(fēng)化球體表現(xiàn)出“上小下大、上多下少”的總體變化趨勢。 (5)球狀風(fēng)化花崗巖綜合勘察技術(shù)：首先，應(yīng)對(duì)花崗巖地段，進(jìn)行詳細(xì)的花崗巖風(fēng)化球的地表調(diào)繪，并按照發(fā)育和不發(fā)育兩種類型對(duì)花崗巖地段進(jìn)行分區(qū)；其次，針對(duì)地表風(fēng)化球發(fā)育的地段，展開鉆探工作，揭示局部的風(fēng)化球體的發(fā)育情況、賦存特征、地質(zhì)特征，從而為工程設(shè)計(jì)和施工提供參數(shù)和處理意見；而對(duì)于地表風(fēng)化球不發(fā)育的地段，可只選擇部分地段進(jìn)行鉆

8、探。 (6)球狀風(fēng)化花崗巖的工程特性：風(fēng)化球體的存在，破壞了所在風(fēng)化層力學(xué)性能的宏觀均勻性，二者所形成的“整體巖體”的變形破壞機(jī)制也不同于無風(fēng)化球體存在的風(fēng)化層巖體，它的力學(xué)強(qiáng)度高于不含風(fēng)化球體的風(fēng)化層，低于與風(fēng)化球體具有相同風(fēng)化程度的風(fēng)化層，變形破壞也相對(duì)于不含風(fēng)化球體的風(fēng)化層更難，而相對(duì)于具有相同風(fēng)化程度的風(fēng)化層更易。風(fēng)化球體往往具有“近橢圓形”的外觀，且其長軸平面并不都是水平面，而往往是傾斜面，容易引起風(fēng)化球體的不均勻沉降

9、變形和轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，含風(fēng)化球體的風(fēng)化層既不能視為具有與風(fēng)化球體相同風(fēng)化程度的風(fēng)化層“基巖”，也不應(yīng)完全不考慮風(fēng)化球體。 (7)球狀風(fēng)化花崗巖的工程處理措施：加強(qiáng)對(duì)球狀風(fēng)化的地質(zhì)勘察，在勘察階段已發(fā)現(xiàn)風(fēng)化球發(fā)育的情況下，樁基設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免風(fēng)化球發(fā)育帶；如果無法避開，則在地表風(fēng)化球體發(fā)育的地段，鉆探深度要適當(dāng)加深，盡量避免誤將弱風(fēng)化球體視作基巖。在路基工程中，對(duì)于埋深較淺而塊徑較小的風(fēng)化球體可以人工挖除，并填土壓實(shí)，對(duì)于塊徑較大的可以