廣州地區(qū)燕山期與震旦系花崗巖風(fēng)化土微觀比較分析

曹明華

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州）

廣州地區(qū)燕山期與震旦系花崗巖風(fēng)化土微觀比較分析

曹明華

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州）

通過對大量的深埋花崗巖風(fēng)化土室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，從微觀角度比較分析了廣州地區(qū)燕山期與震旦系兩類花崗巖風(fēng)化土粒度組成、物理力學(xué)指標(biāo)變異性與相關(guān)性的異同，并分別闡述了其影響因素。

花崗巖；風(fēng)化土；粒度；變異性；相關(guān)性

1.引言

廣州地區(qū)主要發(fā)育兩期花崗巖，分別為燕山期與震旦系，主要分布于廣州市東北部與南部地區(qū)，包括越秀山、白云山、從化、增城、天河等地區(qū)。兩類花崗巖風(fēng)化土(花崗巖殘積土層與全風(fēng)化土層統(tǒng)稱為風(fēng)化土層)整體上看均具有遇水軟化、崩解的工程特性，但從土體微結(jié)構(gòu)上來說，仍存在一定的差別。

2.粒度組成分析

表2.1～2.2為廣州地鐵三號線北延段花崗巖風(fēng)化土平均顆粒組成情況，據(jù)此作者繪制了平均粒度分布圖，見圖2.1～2.4。

表2.1 震旦系花崗巖風(fēng)化土顆粒分布

表2.2 燕山期花崗巖風(fēng)化土顆粒分布

圖2.1 震旦系花崗巖風(fēng)化土顆粒分布直方圖

圖2.2 燕山期花崗巖風(fēng)化土顆粒分布直方圖

圖2.3 震旦系花崗巖風(fēng)化土顆粒分布曲線

圖2.4燕山期花崗巖風(fēng)化土顆粒分布曲線由上圖可見，整體來說，兩類花崗巖風(fēng)化土顆粒組成均具有兩頭大中間少的特征，即粉粘粒與粗砂以上含量較高，中、細(xì)砂含量較少的特征。兩者對比其主要區(qū)別在于，震旦系風(fēng)化土中、細(xì)砂含量明顯高于燕山期，平均含量約高5～10%，而粗砂以上顆粒含量燕山期高于震旦系，此外，對砂粒的分布來說，震旦的分布較為平均，粗、中、細(xì)砂的含量差別不大，而燕山期粗砂含量比中、細(xì)砂含量要高10～15%個百分點(diǎn)。

花崗巖風(fēng)化土砂礫粒礦物成分主要為石英，其物理化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，不易風(fēng)化，從風(fēng)化角度來說，造成這一顆粒組成的差異主要是因?yàn)檎鸬┫碉L(fēng)化土比燕山期風(fēng)化土風(fēng)化程度要強(qiáng)烈。這與工程實(shí)際中，燕山期花崗巖風(fēng)化土中球狀風(fēng)化核較震旦系風(fēng)化土更加普遍的現(xiàn)象是比較吻合的。

3.物理力學(xué)指標(biāo)變異性與相關(guān)性分析

3.1 變異性分析

作者收集了百余個花崗巖風(fēng)化土試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對相關(guān)的物理力學(xué)指標(biāo)及其變異性指標(biāo)進(jìn)行了計算，結(jié)果見表3.1、3.2、3.3。

表3.1 廣州地區(qū)花崗巖風(fēng)化土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計表

表3.2 廣州地區(qū)花崗巖風(fēng)化土物理性質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)統(tǒng)計表

表3.3 廣州地區(qū)花崗巖風(fēng)化土力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)統(tǒng)計表

由表3.1、3.2可知，兩類花崗巖風(fēng)化土物理力學(xué)指標(biāo)變異性整體規(guī)律基本相似，既風(fēng)化土的天然密度變異性很小，說明天然密度的變化較小；含水量變異系數(shù)稍大，孔隙比與含水量變異系數(shù)較接近；稠度指標(biāo)中液性指數(shù)的變異非常大，而稠度是表征土體在某一含水率下對外力引起的變形或破壞的抵抗能力的，說明試樣在試驗(yàn)過程中是處于不同狀態(tài)下的，故應(yīng)特別注意試樣的狀態(tài)并加以區(qū)分。在力學(xué)指標(biāo)中，無論是直接快剪還是固結(jié)快剪，凝聚力指標(biāo)的變異系數(shù)均較大，內(nèi)摩擦角的變異系數(shù)稍小，說明從取樣到試驗(yàn)過程對凝聚力的影響是很大的，而對內(nèi)摩擦角的影響較小，也可以說，凝聚力指標(biāo)的可信度較小，而內(nèi)摩擦角的可信度較大。

兩類風(fēng)化土的差異性在于：對物理性質(zhì)指標(biāo)來說，燕山期花崗巖風(fēng)化土物理性質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)均大于震旦系花崗巖風(fēng)化土，而力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)中凝聚力的變異性十分接近，內(nèi)摩擦角變異系數(shù)前者要略小于后者。

3.2 相關(guān)性分析

作者對收集的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)(直接快剪)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，見圖3.1～3.10。

圖3.1 震旦系風(fēng)化土粘粒含量與凝聚力關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.2 燕山期風(fēng)化土粘粒含量與凝聚力關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.3 震旦系風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與凝聚力關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.4 燕山期風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與凝聚力關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.5 震旦系風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與粗顆粒含量關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.6 震旦系風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與粗砂礫粒含量關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.7 震旦系風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與中細(xì)砂粒含量關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.8 燕山期風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與粗顆粒含量關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3.9 燕山風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與粗砂礫粒含量關(guān)系散點(diǎn)圖

對一般的非結(jié)構(gòu)性粘性土來說，凝聚力主要取決于土體中的粘粒含量。從圖3.1～3.2可以看出，無論是震旦系還是燕山期花崗巖風(fēng)化土其凝聚力與粘粒含量之間沒有這種相關(guān)性；同樣，從圖3.3～3.4可以看出，內(nèi)摩擦角主要集中于20о～30о，凝聚力的變化對內(nèi)摩擦角的影響不大。

從圖3.5可以明顯看出，震旦系風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與粗顆粒含量(粒徑大于0.075mm)的相關(guān)性，粗顆粒含量越高其內(nèi)摩擦角越大，圖3.6～3.7的進(jìn)一說明了這種關(guān)系，可以認(rèn)為，震旦系風(fēng)化土內(nèi)摩擦角主要取決于土中粗顆粒的含量。圖3.8可看出，燕山風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與粗顆粒含量(粒徑大于0.075mm)沒有表現(xiàn)出這種相關(guān)性，由圖3.9～3.10進(jìn)一步分析，可以看出，燕山風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與粗砂礫顆粒含量(粒徑大于0.5mm)的相關(guān)性較好，而與中細(xì)砂顆粒含量(粒徑大于0.075～0.5mm)的相關(guān)性較差，這說明燕山期風(fēng)化土內(nèi)摩擦角主要取決于土體中粗砂礫顆粒含量。

圖3.10 震旦系風(fēng)化土內(nèi)摩擦角與中細(xì)砂粒含量關(guān)系散點(diǎn)圖

兩類風(fēng)化土內(nèi)摩擦角相關(guān)性特點(diǎn)的差異主要是因?yàn)槠漕w粒組成分布特點(diǎn)差異造成的。正如前文所述，震旦系粗、中、細(xì)砂的含量差別不大，其內(nèi)摩擦角主要由其粗顆粒的平均含量決定，而燕山期粗砂含量比中、細(xì)砂含量要高10～15%個百分點(diǎn)，從而其內(nèi)摩擦角主要由粗砂、礫含量決定。

4.結(jié)語

本文試圖通過對比較兩類廣州地區(qū)花崗巖風(fēng)化土微結(jié)構(gòu)，分析土體細(xì)觀差別，比較其物理力學(xué)指標(biāo)變異性與相關(guān)性，闡述對影響其力學(xué)性質(zhì)因素。

[1] 莫庭斌.廣州地區(qū)花崗巖風(fēng)化土的工程性能[J].華南理工大學(xué)出版社.地鐵科技文集.2007

[2] 吳能森.結(jié)構(gòu)性花崗巖殘積土的特性及工程問題研究.南京林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文.2005

[3] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn):巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)[S]

[4] 錢家歡.土力學(xué)(第二版)[M].南京:河海大學(xué)出版社.1995

[5] 工程地質(zhì)手冊編寫委員會.工程地質(zhì)手冊(第三版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社

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1007-6344（2016）02-0054-03

曹明華(1977-) 男 工學(xué)碩士 主要從事地質(zhì)工程、巖土工程與工程力學(xué)方面的學(xué)習(xí)、工作。