遼寧省某核電工程巖體工程地質(zhì)特征分析

王丹微 龐大鵬

(1.吉林建筑大學(xué)測(cè)繪與勘查工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118; 2.東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000)

隨著我國(guó)核電工程技術(shù)水平的日益提高，各類與之相關(guān)的工程巖體力學(xué)問題也與日俱增。在評(píng)價(jià)巖體在各種荷載作用下的變形與穩(wěn)定性時(shí)，最基本的問題即是巖體的工程地質(zhì)特征。因此，有必要選取適宜的方法，對(duì)巖體的地層巖性、結(jié)構(gòu)特征、風(fēng)化程度及分布特征等巖體工程地質(zhì)特征進(jìn)行客觀、詳實(shí)地分析與評(píng)價(jià)。

1 地層巖性

1.1 地層概述

廠址范圍出露的地層主要有下古生界奧陶系石縫組上段(O3s2)淺灰色條帶狀變質(zhì)砂巖、華力西晚期(γ43(2))黑云母花崗巖、中生界侏羅系上統(tǒng)長(zhǎng)安組(J34ca)泥巖及新生界第四系中更新統(tǒng)(Q2)粉質(zhì)黏土。

廠址內(nèi)出露的地層由老到新有：下古生界奧陶系石縫組上段(O3s2)淺灰色條帶狀變質(zhì)砂巖、華力西晚期(γ43(2))黑云母花崗巖、中生界侏羅系上統(tǒng)長(zhǎng)安組(J34ca)泥巖、構(gòu)造角礫巖及新生界第四系中更新統(tǒng)(Q2)黏土。

1.2 地層巖性描述

1)含碎石黏土。黃褐色、黑灰色，可塑～硬塑狀態(tài)，混少量碎石，稍有光滑，干強(qiáng)度、韌性中等，無搖振反應(yīng)，坡洪積成因，局部相變?yōu)榉圪|(zhì)黏土。該層局部具有明顯的層狀塊狀結(jié)構(gòu)特征，俗稱蒜瓣土，土顆粒呈近立方體狀，邊面和棱角較為明顯，結(jié)構(gòu)表面有褐色膠膜，有石灰質(zhì)鐵質(zhì)，局部發(fā)育蟲孔構(gòu)造。層厚2.40 m～15.30 m。該層主要分布在山前斜坡地帶，頂部以殘積為主，碎石含量較多，以粉質(zhì)黏土為主，偶夾有碎石，在廠址附近區(qū)域均有分布，厚度由西南向東北逐漸變厚。

2)泥質(zhì)角礫巖。黑灰色，強(qiáng)風(fēng)化，濕，主要由中、強(qiáng)風(fēng)化泥巖碎石組成，一般粒徑20 mm～50 mm，最大可達(dá)80 mm，含量約50%～60%，次棱角狀，基本無磨圓，泥質(zhì)膠結(jié)，屬極軟巖，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。該層成因?yàn)樵搮^(qū)前第四紀(jì)發(fā)育一正斷層，導(dǎo)致侏羅系泥巖地層發(fā)生強(qiáng)烈錯(cuò)動(dòng)，下盤泥巖剝落堆積在上盤之上經(jīng)過一定程度的固結(jié)形成，剝落的泥巖碎塊未經(jīng)長(zhǎng)距離搬運(yùn)，故棱角分明，基本無磨圓。該層在廠區(qū)內(nèi)局部地段分布，本次勘察僅在CK03鉆孔中揭露，厚度約8.5 m。

3)上層泥巖?；疑?、黑灰色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為黏土礦物，可見少量石英、長(zhǎng)石等碎屑礦物，分布于斷陷盆地內(nèi)且為晚侏羅紀(jì)長(zhǎng)安期深水湖沼相靜水環(huán)境沉積，顆粒細(xì)膩，屬極軟巖。盆地內(nèi)發(fā)育有數(shù)條第四系中更新統(tǒng)前小型正斷層，造成局部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。巖芯多呈柱狀，暴露后易失水成碎塊狀，耐風(fēng)化及耐崩解性差。該層在廠址區(qū)東北側(cè)普遍分布，埋深一般在10.30 m～23.80 m之間，層厚一般在14.50 m～16.20 m之間。

4)下層泥巖?；疑?、黑灰色，中等風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為黏土礦物，可見少量石英、長(zhǎng)石等碎屑礦物，分布于斷陷盆地內(nèi)且為晚侏羅紀(jì)長(zhǎng)安期深水湖沼相靜水環(huán)境沉積，顆粒細(xì)膩，屬軟巖。盆地內(nèi)發(fā)育有數(shù)條第四系中更新統(tǒng)前小型正斷層，造成局部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，整體巖體結(jié)構(gòu)較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，巖芯多呈柱狀，浸水后迅速崩解成塊狀，暴露后易失水開裂，耐風(fēng)化及耐崩解性較差。該層在廠址區(qū)東北側(cè)普遍分布，埋深一般在26.00 m～40.00 m之間，本次勘察鉆孔未穿透該層。

5)構(gòu)造角礫巖。黑灰色、灰綠色，中等風(fēng)化，原巖為細(xì)粒花崗巖，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石破碎強(qiáng)烈，角礫形態(tài)多為棱角狀，含一定量的黑云母，含量約為5%，定向性明顯，具有塑性變形特征，巖礦鑒定圖片如圖1所示，詳見附錄D：巖石薄片鑒定報(bào)告。節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯較破碎，以塊狀為主，柱狀次之，錘擊聲啞，屬軟巖，局部夾斷層泥，巖體結(jié)構(gòu)較完整，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。該層在廠址區(qū)內(nèi)局部分布，本次勘察僅在CK03鉆孔中揭露，層頂高程為218.54 m，層頂深度為55.00 m，揭露厚度約5 m，未穿透該層。

6)上層花崗巖。淺黃色、褐黃色，強(qiáng)風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石和黑云母，混多量黏性土和礫石顆粒，屬較軟巖，巖體結(jié)構(gòu)破碎，巖體質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。巖芯呈短柱狀。該層在廠區(qū)西南側(cè)普遍存在，但厚度較小，僅在鉆孔CK04和CK05中揭露，埋深一般在2.40 m～11.50 m之間，層厚一般在8.90 m～19.40 m之間。

7)下層花崗巖。黑白色、雜色，中等風(fēng)化，斑狀粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石和黑云母，屬較堅(jiān)硬巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)極破碎(Kv=0.12)，巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。巖芯多呈碎塊狀，少量呈短柱狀或柱狀。該層花崗巖為華力西晚期花崗巖侵入到下古生界奧陶系石縫組上段淺灰色條帶狀變質(zhì)砂巖中形成，故鉆孔中局部可見少量變質(zhì)砂巖。在廠址區(qū)西南側(cè)普遍分布，埋深一般在20.4 m～21.8 m之間，本次勘察鉆孔未穿透該層。

2 巖體風(fēng)化特征

巖石的風(fēng)化程度取決于巖石本身的耐風(fēng)化能力以及外營(yíng)力的作用強(qiáng)度，廠址內(nèi)出露的花崗巖以黑云母花崗巖為主，礦物成分主要為長(zhǎng)石、石英和黑云母等，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖中混少量黏性土，斑狀粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)破碎，耐風(fēng)化能力較強(qiáng)；泥巖為侏羅系長(zhǎng)安組泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分以黏土礦物為主，含少量石英、長(zhǎng)石等碎屑礦物，湖沼相靜水環(huán)境沉積，整體顆粒細(xì)膩，耐風(fēng)化能力較差。

從巖芯的風(fēng)化程度，結(jié)合鉆孔波速測(cè)試成果可知，廠區(qū)南西側(cè)下伏的花崗巖主要表現(xiàn)為強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化狀態(tài)，中等風(fēng)化花崗巖巖芯呈堅(jiān)硬塊狀，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，圖2所示的巖芯為鉆孔CK04揭露的中等風(fēng)化花崗巖；擬設(shè)主廠房區(qū)基底以下及廠區(qū)北東側(cè)下伏的泥巖表現(xiàn)為強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化狀態(tài)，鉆孔CK01取得的巖芯為泥巖，在原位狀態(tài)下均表現(xiàn)為中等風(fēng)化狀態(tài)，暴露于空氣當(dāng)中以后(約15 min)因卸荷及失水作用迅速開裂，其耐風(fēng)化及耐崩解能力較差，如圖3所示。

擬選廠址區(qū)中部和北西側(cè)地勢(shì)較低，南西和南東側(cè)地勢(shì)相對(duì)較高，中部和北東側(cè)的泥巖厚度較大，CK01,CK02及CK03鉆孔深60 m，僅在CK03鉆孔底部出現(xiàn)少量構(gòu)造角礫巖，經(jīng)地質(zhì)調(diào)查及物探測(cè)試成果分析，推測(cè)泥巖的厚度大于50 m，下伏變質(zhì)砂巖或花崗巖，泥巖構(gòu)成的巖體風(fēng)化程度由地表往下，由強(qiáng)到弱。

廠址南西側(cè)為花崗巖構(gòu)成的相對(duì)獨(dú)立的山丘，花崗巖與泥巖的分界面為一條走向NNW、傾向NE的斷裂構(gòu)造帶，推斷該斷裂構(gòu)造帶部位的風(fēng)化程度將會(huì)高于廠址其他地區(qū)，或者其抗風(fēng)化能力將明顯低于周圍均一巖性地區(qū)。

由表1，結(jié)合場(chǎng)地巖體風(fēng)化特征，綜合評(píng)價(jià)擬選廠址巖體風(fēng)化情況可知，場(chǎng)坪高程279 m時(shí)，中等風(fēng)化以上巖石在廠區(qū)內(nèi)未揭露；高程249 m以下，中等風(fēng)化以上巖石所占比例增多，但幅度不大，在廠區(qū)的南西側(cè)和北東側(cè)出露，所占廠區(qū)的面積約為50%。

表1 廠址鉆孔風(fēng)化層界面一覽表

3 巖體結(jié)構(gòu)特征

廠址處于白泉背斜的北東翼，花崗巖層的隆起發(fā)生了強(qiáng)烈的由西南向北東的推移擠壓作用，在廠區(qū)及近廠區(qū)內(nèi)形成次級(jí)背向斜構(gòu)造，花崗巖與泥巖呈斷裂接觸關(guān)系。地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)烈程度相對(duì)較高，花崗巖分布區(qū)巖體結(jié)構(gòu)較破碎，巖芯呈碎塊狀或短柱狀，CK04,CK05鉆孔巖性為花崗巖，巖芯為碎塊狀、短柱狀，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)或裂隙塊狀結(jié)構(gòu)；泥巖分布區(qū)巖體結(jié)構(gòu)相對(duì)較完整，局部節(jié)理裂隙發(fā)育，大部分區(qū)域節(jié)理裂隙不發(fā)育，CK01,CK02鉆孔巖性均為泥巖，中等風(fēng)化泥巖巖芯最長(zhǎng)可達(dá)1.3 m；CK03鉆孔底部揭露厚約為5 m的構(gòu)造角礫巖，張性斷裂構(gòu)造的產(chǎn)物，局部有擠壓特征。

根據(jù)結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)、空間展布以及結(jié)構(gòu)體的形狀、規(guī)模和強(qiáng)度特征對(duì)巖體進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分，廠址區(qū)巖體結(jié)構(gòu)可劃分兩種類型，一種為軟質(zhì)巖，巖體較破碎～較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)～Ⅴ級(jí)，分布于廠址的北東側(cè)區(qū)域，以強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化泥巖為主；另一種為硬質(zhì)巖，碎裂結(jié)構(gòu)或裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，分布于廠區(qū)的南西側(cè)區(qū)域，巖性以中等風(fēng)化花崗巖為主。

4 巖體分布特征

廠址區(qū)地形變化較大，受斷裂構(gòu)造和沖溝發(fā)育的影響，基巖的風(fēng)化程度、分布及第四系的分布受地形控制，隨高程變化而變化。廠址西南側(cè)高程265 m以下主要以第四系坡積土碎石土和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為主，廠址東北側(cè)及廠址內(nèi)溝谷附近為回填區(qū)或第四系分布區(qū)。

5 結(jié)論與建議

1)廠址內(nèi)出露的地層由老到新有：下古生界奧陶系石縫組上段(O3s2)淺灰色條帶狀變質(zhì)砂巖、華力西晚期(γ43(2))黑云母花崗巖、中生界侏羅系上統(tǒng)長(zhǎng)安組(J34ca)泥巖、構(gòu)造角礫巖及新生界第四系中更新統(tǒng)(Q2)黏土。

2)擬設(shè)主廠房區(qū)基底以下及廠區(qū)北東側(cè)下伏的泥巖表現(xiàn)為強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化狀態(tài)。

3)廠址區(qū)巖體結(jié)構(gòu)可劃分兩種類型，一種為軟質(zhì)巖，巖體較破碎～較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)～Ⅴ級(jí)，分布于廠址的北東側(cè)區(qū)域，以強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化泥巖為主；另一種為硬質(zhì)巖，碎裂結(jié)構(gòu)或裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，分布于廠區(qū)的南西側(cè)區(qū)域。