武廣客運專線韶花段球狀風化花崗巖工程特性研究.pdf

1、球狀風化是花崗巖層中十分常見的一種現(xiàn)象，關于球狀風化的研究，一般都是在工程實踐中，結合某一個或幾個特定的工點，提取少數(shù)鉆孔巖芯樣品進行室內試驗，研究其對工程產生的危害性、對施工造成的復雜性以及相應的工程處治措施，而沒有對球狀風化的工程特性進行系統(tǒng)研究，尤其缺乏從顯微組構特征方面對球狀風化花崗巖力學性能的分析成果。針對花崗巖地段普遍發(fā)育的球狀風化現(xiàn)象，本學位論文結合科研項目“武廣客運專線韶關至花都段球狀風化花崗巖工程特性與綜合勘探成套技術

2、研究”，對武廣客運專線韶關至花都段沿線的球狀風化花崗巖，采用巖礦微觀分析試驗、地質調繪、原位測試、室內試驗等多種手段，對風化花崗巖的顯微組構變化特征及其對花崗巖力學性能的影響以及風化花崗巖的宏觀物理力學性能變化特征進行了分析，并從微觀和宏觀兩個角度，對球狀風化體的形成機理、分布規(guī)律及工程特性進行了分析，建立了球狀風化花崗巖的綜合勘察技術，并提出相應的工程處理措施。主要的結論和研究成果如下： (1)花崗巖的不同風化層具有不同的顯微

3、組構特征，無論是在細觀組構特征(包括結構、微裂隙發(fā)育程度、礦物晶形自形程度、礦物表面模糊程度、礦物成分及相對含量、風化產物成分及相對含量)還是微觀組構特征(包括整體微結構、礦物粒間聯(lián)結方式、微裂隙發(fā)育程度以及礦物中元素相對含量)上，都有著明顯的區(qū)別。顯微組構特征的不同也導致了不同風化層具有不同的力學性能，這也從對風化花崗巖宏觀物理力學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不同角度的分析，可對風化花崗巖的物理力學性能有一個

4、比較全面的認識。 (2)風化球體具有與同等風化程度的風化層巖樣相似的顯微組構特征和宏觀物理力學性能。無論是在細觀組構特征、微觀組構特征還是宏觀物理力學性能上，弱風化球體都具有和弱風化巖樣相似的特征，強風化球體都具有和強風化巖樣相似的特征，這也意味著風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性能。 (3)球狀風化花崗巖的形成機理：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，在風化過程中，原

5、生節(jié)理相交的部位表面積最大，風化作用最集中，風化速度最快，從而更容易被風化掉，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性能提高的顯微組構特征，當風化作用進行到這些部位的時侯，風化速度減小，此時周圍的巖土體的風化速度高于這些部位，隨著時間的推移，這些部位的風化程度會明顯的低于周圍巖土體的風化程度而呈現(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)花崗巖球狀風化分布規(guī)律：在地表，風化球體成單個零星分布、線狀分布或群體分布，地表風化球體發(fā)育往往意味著地下賦存有風化球體；在地下，風化球體的分布規(guī)律具有以下特征：風化球主要分布在全風化帶中；風化球體的表現(xiàn)形式主要為全風化帶(W4)中含強風化(W3)球體或弱風化(W2)球體；風化球體大小主要集中在0～5m，風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，從全風化帶向強風化帶，風化球體表現(xiàn)出“上小下大、上多下少”的總體變化趨勢。 (5)球狀風化花崗巖綜合勘察技術：首先，應對花崗巖地段，進行詳細的花崗巖風化球的地表調繪，并按照發(fā)育和不發(fā)育兩種類型對花崗巖地段進行分區(qū)；其次，針對地表風化球發(fā)育的地段，展開鉆探工作，揭示局部的風化球體的發(fā)育情況、賦存特征、地質特征，從而為工程設計和施工提供參數(shù)和處理意見；而對于地表風化球不發(fā)育的地段，可只選擇部分地段進行鉆

8、探。 (6)球狀風化花崗巖的工程特性：風化球體的存在，破壞了所在風化層力學性能的宏觀均勻性，二者所形成的“整體巖體”的變形破壞機制也不同于無風化球體存在的風化層巖體，它的力學強度高于不含風化球體的風化層，低于與風化球體具有相同風化程度的風化層，變形破壞也相對于不含風化球體的風化層更難，而相對于具有相同風化程度的風化層更易。風化球體往往具有“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，容易引起風化球體的不均勻沉降

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