老撾某水電站區(qū)域玄武巖殘積土工程特性研究

王磊釗 農(nóng)云峰

(廣西電力工業(yè)勘察設計研究院，廣西南寧 530023)

1 玄武巖殘積土的形成

無論國內(nèi)或國外，第三系及第四紀玄武巖均有大面積出露［1］。玄武巖是一種火山噴出巖，新鮮巖石顏色多為灰黑色，主要礦物成分為基性斜長石、橄欖石、輝石等。老撾位于東南亞中北部，屬典型的山地國家，森林資源和水力資源極為豐富。工程區(qū)位于老撾南部，植被茂密，屬熱帶雨林氣候。在這種熱帶地區(qū)，濕熱的氣候提供了玄武巖中化學元素產(chǎn)生氧化;淋濾作用成為極有利條件［1］。玄武巖多呈塊狀，具氣孔構(gòu)造，上部球狀節(jié)理裂隙發(fā)育。在風化的初始階段，主要沿著基巖的球狀節(jié)理進行球狀風化，但仍保持母巖的原始組織結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。但基巖基質(zhì)逐漸變?yōu)樗缮?，隨后礦物成分開始分解，斜長石多分解成為高嶺石類礦物，顏色先為灰白色，而后漸變?yōu)榉奂t色;橄欖石和輝石在化學成分方面也有強烈的變化，Al2O3，F(xiàn)e2O3多種氧化物有著顯著的積累，其他氧化物逐步嚴重淋失。隨著風化作用進入到后階段，母巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造徹底破壞，礦物成分徹底分解為多水高嶺石和三水鋁石及膠褐鐵礦和小顆粒的硅酸鹽等。微細孔隙發(fā)育，通過長期緩慢的進行風化分解的紅土化過程，便形成了以棕紅色、褐紅色為主要顏色的玄武巖風化殘積土。

2 工程概況

工程區(qū)位于老撾南部Bolaven高原的東北側(cè)，Bolaven高原為呈北西向展布的寬緩臺地，有一定起伏，地面高程800 m～1 300 m。工程區(qū)處于寬緩向斜的核部，向斜軸向為315°左右。河床及左岸臺地寬度范圍構(gòu)成向斜核部，核部地層產(chǎn)狀近于水平。玄武巖為北方向遠處兩次噴發(fā)后溢流至壩址左岸區(qū)域，不整合覆蓋在向斜核部上。一期玄武巖底部高程為735 m左右，與下部砂巖之間的古風化殼厚度0.6 m～3.8 m。一期玄武巖與二期玄武巖之間夾厚度為8 m～15 m的湖相沉積粘土，表明兩期噴發(fā)的間隔時間比較長。

區(qū)域出露地層主要為侏羅系(J)淺海沉積物、白堊系(K)瀉湖沉積物以及第三紀(N)玄武巖熔巖，北東角分布有海相沉積石炭系(C)和三疊系(T)地層。其中，玄武巖風化后在河流左岸形成大面積厚度較大的紅土風化殼。

3 巖土層分布特征

殘積土是母巖經(jīng)物理、化學風化后殘留在原地的風化物。熱帶多雨地區(qū)具有化學風化的良好條件，因此該區(qū)域殘積土具有最典型的殘積土特征［2］。所研究玄武巖殘坡積粘土位于壩軸線上游150 m～450 m左岸平緩臺地，面積1.0 km2。地面高程790 m～820 m，地面坡度3°～15°。土層以棕紅色為主，韌性中等，硬塑狀。厚度4.0 m～9.5 m，廣泛分布左岸臺地淺部，下部土層局部混角礫、碎石。標準貫入試驗錘擊數(shù)9擊～20擊，算術(shù)平均值為13.3 擊。

下伏第二期玄武巖(N)，深灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣孔狀構(gòu)造，氣孔直徑1 mm～20 mm。其中玄武巖體頂部和底部氣孔多，部分呈蜂窩狀;中部少量氣孔零星分布。第二期玄武巖淺部巖層多已風化成殘積土，殘留弱風化巖厚度0.9 m～4.7 m。

4 物理力學特性試驗

為了研究該殘積土的特性，在壩址左岸區(qū)域共取原狀土樣11組，取樣深度為1.5 m～8.5 m;取擾動土樣4組，取樣深度為1.0 m～9.0 m。分別進行了常規(guī)物理性質(zhì)試驗、擾動土樣的擊實試驗及土的高壓試驗，試驗成果分別見表1～表3。

表1 土的物理力學性質(zhì)成果統(tǒng)計表

5 土的工程特性分析

從地貌、地質(zhì)構(gòu)成條件和土的物理、力學性質(zhì)等方面來看，玄武巖殘積土是一種地區(qū)性的特殊土，不同于一般的粘性土。另一方面，該殘積土的性質(zhì)具有高于一般粘性土的不均勻性和不穩(wěn)定性［3］。同時根據(jù)以上試驗成果表明本工程區(qū)域殘積土具有如下特征:

1)該土層的天然密度平均值為1.70 g/cm3，孔隙比平均值為1.19，液限平均值為64.4%，最大液限值可達82%，因此具有天然密度小、孔隙比大、液限高的特點，土的結(jié)構(gòu)較疏松，具有典型的紅土特征;2)該土層的自由膨脹率范圍值為0.8%～30.7%，平均值為19.1%，結(jié)合其他脹縮性指標，該土為非膨脹性土，但由于土層天然含水量較高，又具有一定的收縮性，對于結(jié)構(gòu)剛度差、施工質(zhì)量不好的建筑物(如當?shù)氐桶课?仍具有輕度破壞作用，需引起注意;3)根據(jù)該土層的非浸水和飽和快剪指標及高壓試驗結(jié)果，土層在浸水及飽和后力學強度急劇降低，粘聚力c值降幅很大，壓縮系數(shù)av和壓縮模量Ei等指標均有明顯變化，表明該土層抗水性較差;4)該土層滲透系數(shù)平均值為4.18×10－5，滲透性等級按GB 50487-2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［4］附錄F分級，屬弱透水，結(jié)合現(xiàn)場土層特征，主要與土層的構(gòu)造、顆粒組成、孔隙、孔洞的發(fā)育及密實程度密切相關(guān)，上部土質(zhì)結(jié)構(gòu)更為疏松，因此一般靠近地表的土層滲透性會大于下部土層;5)根據(jù)該土層濕化特征，土層具有濕化崩解特性。

表2 擊實土的物理力學試驗成果一覽表

表3 土層高壓試驗成果統(tǒng)計表

6 結(jié)語

通過上述分析表明，本工程壩址區(qū)域玄武巖殘積土具有典型的紅土特征，具有天然密度小、孔隙比大、高液限、抗水性差、高壓縮性、弱滲透性、濕化崩解等工程特性。工程勘察設計過程中最初設想利用壩址左岸區(qū)域大面積該土層作為土料場之一，但后來經(jīng)過試驗分析研究，確定此土層是不適宜的。該土層也不宜進行壩前區(qū)長期浸水，壩址區(qū)需對該土層采取挖除換填處理措施。

［1］林宗元，孫兆福.玄武巖風化土的工程地質(zhì)評價［A］.北京:全國首屆工程地質(zhì)學術(shù)會議論文選集［C］.1979.

［2］陳仲頤.區(qū)域性土［J］.巖土工程學報，1988，21(4):57-58.

［3］保羅·克拉茲.某些壓實后坡殘積土的工程特性［A］.金來雋，譯.北京:第七屆國際土力學與基礎工程會議論文集［C］.1994.

［4］GB 50487-2008，水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.