強(qiáng)風(fēng)化花崗巖識(shí)別

1、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖識(shí)別摘要：強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層往往是電力工程的目標(biāo)層，本文在對(duì)花崗巖的風(fēng)化過(guò)程、風(fēng)化影響因素、風(fēng)化地層分帶特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，歸納了強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的識(shí)別方法。關(guān)鍵詞：花崗巖 強(qiáng)風(fēng)化 識(shí)別方法1 引言在花崗巖地區(qū)修建電力工程，強(qiáng)風(fēng)化層往往是目標(biāo)層位。在上部土層無(wú)法滿足天然地基條件的情況下，強(qiáng)風(fēng)化層具有高承載力和低壓縮性，對(duì)于電廠的重要建筑物和特高壓輸電線路而言，使其成為較好的樁端持力層。本文首先對(duì)花崗巖的風(fēng)化特定進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)了花崗巖強(qiáng)風(fēng)化層識(shí)別方法2花崗巖風(fēng)化的特點(diǎn)2.1 花崗巖風(fēng)化過(guò)程巖石風(fēng)化首先經(jīng)過(guò)崩解階段(即物理風(fēng)化)，使礦物顆粒的比表面積逐步增大，加強(qiáng)了與水、氧、

2、二氧化碳和生物的接觸，經(jīng)歷溶解、水化、水解、碳酸化、氧化作用及生物風(fēng)化等作用，由于不同深度風(fēng)化條件的差異，使花崗巖不同深度的風(fēng)化方式與程度有所不同，形成具有不同組分與結(jié)構(gòu)特性的風(fēng)化層，構(gòu)成具有垂直分帶性(即多層結(jié)構(gòu))的風(fēng)化剖面，但這種風(fēng)化剖面是在原地風(fēng)化逐漸形成的，是一個(gè)有次序、連續(xù)的地質(zhì)建造，在風(fēng)化剖面上一般沒(méi)有階坎式的突變和跳躍式的風(fēng)化，每層均具各自特性，層間是逐漸過(guò)渡的，故層間界面一般很難準(zhǔn)確確定參考文獻(xiàn)：曹伯勛地貌學(xué)及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)M北京：地質(zhì)出版社.。2.2 花崗巖風(fēng)化的影響因素：（1）礦物成分與結(jié)構(gòu)受地質(zhì)構(gòu)造條件、巖漿成分和圍巖物質(zhì)成分的控制和影響，不同時(shí)期的不同地區(qū)的花崗巖類在巖石

3、礦物、成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面存在著差異。總體而言，酸性礦物比堿性礦物抗風(fēng)化能力強(qiáng)，細(xì)粒結(jié)構(gòu)比粗粒結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化能力強(qiáng)。對(duì)于花崗巖而言，石英穩(wěn)定性最高，長(zhǎng)石類風(fēng)化穩(wěn)定性由高到低的順序是：鉀長(zhǎng)石、多鈉的酸性斜長(zhǎng)石、中性斜長(zhǎng)石、多鈣的基性斜長(zhǎng)石，次之為黑云母、角閃石等。在花崗巖類巖石中最先發(fā)生水化作用的是黑色礦物及普通角閃石。偏中性的花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖的黑色礦物大大超過(guò)酸性花崗巖，因此在同等條件下花崗閃長(zhǎng)巖等偏中性巖的風(fēng)化程度和風(fēng)化土厚度大于酸性花崗巖，由于其石英含量較少，因此相對(duì)粘土質(zhì)礦物含量較高，其風(fēng)化完全程度也高于酸性花崗巖。（2）地形地貌花崗巖類風(fēng)化土除受巖性約束外，還受到自然條件的影響，特別

4、受到地貌位置的影響。下面以廣東地區(qū)為例，廣東各河系侵蝕河谷的基面高程大致為45m50m，同時(shí)結(jié)合廣東較低的幾級(jí)侵蝕面的高程，從平面分布上可以大致地把廣東花崗巖類風(fēng)化土厚度特征與地貌形態(tài)分為3個(gè)類區(qū)：（a）高程在100m以內(nèi)的殘丘、低山和高程在40m內(nèi)的河谷階地的風(fēng)化土為正常風(fēng)化土區(qū)，其特點(diǎn)是風(fēng)化均勻，不含或含很少的球狀風(fēng)化體，風(fēng)化土表層常有一層帶坡積性質(zhì)的紅褐色粘性土，有時(shí)還夾有一層含鐵錳質(zhì)結(jié)核的呈網(wǎng)紋狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)化土。（b）高程在100m以上和相對(duì)高差在100m以內(nèi)的低、中山的含大量花崗巖球狀風(fēng)化體的風(fēng)化土區(qū)，其特點(diǎn)是多分布在山坡，在其表面或土層中夾有大量直徑幾十厘米甚至達(dá)十幾米的球狀風(fēng)化體，

5、其厚度變化大，土層風(fēng)化不均勻（c）高程在100m以上的峽谷河床及兩岸陡坡段，相對(duì)高差大于200m以上的陡峻中、高山的風(fēng)化土區(qū)，該類區(qū)基本屬于侵蝕區(qū)，其風(fēng)化土層很薄，河床及陡岸均為巖石露頭，山谷和陡坡有巖石露頭及堆積大量球狀體陳泳周,黃紹派,周東,張定邦. 廣東花崗巖類巖石風(fēng)化土的工程地質(zhì)特征J. 桂林工學(xué)院學(xué)報(bào),2002,03:263-268.。（3）巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造節(jié)理裂隙分布稀疏的花崗巖抗侵蝕能力強(qiáng)，風(fēng)化過(guò)程很難深入；而節(jié)理裂隙密集的花崗巖抗侵蝕能力大減，地表水地下水沿節(jié)理裂隙活動(dòng)，特別是沿垂直節(jié)理裂隙，水和具風(fēng)化性的化學(xué)物質(zhì)可以長(zhǎng)驅(qū)直入，形成很厚的紅色風(fēng)化殼，這是我國(guó)東南部花崗巖地貌的一大特

6、點(diǎn)。風(fēng)化槽和風(fēng)化囊的形成也與花崗巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)吳能森,趙塵,侯偉生. 花崗巖殘積土的成因、分布及工程特性研究J. 平頂山工學(xué)院學(xué)報(bào),2004,04:1-4.。（4）環(huán)境氣候環(huán)境氣候是巖石風(fēng)化的主要外在影響因素，總體來(lái)說(shuō)北方以機(jī)械（物理）風(fēng)化為主，南方以化學(xué)風(fēng)化為主，這也造成兩者風(fēng)化產(chǎn)物、風(fēng)化深度等多個(gè)方面的不同。比如紅色風(fēng)化殼是南方花崗巖特有的風(fēng)化產(chǎn)物。2.3地層分帶我國(guó)東南地區(qū)花崗巖風(fēng)化作用一般是隨深度增加而減弱，力學(xué)性質(zhì)應(yīng)隨之增強(qiáng)，顏色由淺變深，原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造由無(wú)法辨別過(guò)渡到清晰可辨。其典型的剖面如下圖，其具體描述如下：殘積土，不具原巖結(jié)構(gòu)，石英顆粒分布均勻，呈網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，含氧化鐵結(jié)核，一

7、般呈紅色；全風(fēng)化花崗巖，尚見(jiàn)原巖結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)石均已風(fēng)化成高嶺土，石英顆?；颈３衷瓗r的形態(tài)；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，斜長(zhǎng)石、云母已風(fēng)化成高嶺土或粘土，正長(zhǎng)石用手可捏成砂狀，呈半巖半土狀，殘留少量母巖巖塊，用手易折碎；弱風(fēng)化花崗巖斜長(zhǎng)石風(fēng)化較深，正長(zhǎng)石、云母風(fēng)化輕微，巖石普遍改變顏色，巖塊用手不易折斷，錘擊聲啞。需要特別指出的是花崗巖存在差異風(fēng)化現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)為全風(fēng)化巖層中存在球狀風(fēng)化以及微風(fēng)化界面起伏，這是花崗巖風(fēng)化的一個(gè)特點(diǎn)，在實(shí)際勘察工程中。一旦遇到風(fēng)化等級(jí)突變的巖塊，可根據(jù)相鄰鉆孔的風(fēng)化層厚度、頂面標(biāo)高進(jìn)行比較分析，綜合作出判斷陳明曉. 廣東沿海地區(qū)花崗巖風(fēng)化剖面及其差異風(fēng)化現(xiàn)象的特征分析J. 廣東

8、公路交通,2003,01:59-63.。圖1 花崗巖的風(fēng)化剖面圖3 識(shí)別的手段根據(jù)花崗巖風(fēng)化的特點(diǎn)，對(duì)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的識(shí)別方法歸納如下：3.1 野外露頭在充分掌握區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)野外踏勘查清工程所在地的花崗巖類型，如果野外有較為完整的露頭，那么對(duì)鑒別工程地下的花崗巖風(fēng)化程度有很大的幫助。3.2 鉆進(jìn)過(guò)程鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程是識(shí)別風(fēng)化程度的第一手資料，不同風(fēng)化程度的花崗巖在鉆進(jìn)過(guò)程中有不同的表現(xiàn)，歸納如下：殘積土，無(wú)循環(huán)泥漿易鉆進(jìn)；全風(fēng)化花崗巖，無(wú)循環(huán)泥漿可鉆進(jìn)0.5m以上；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿輕微跳動(dòng)，無(wú)循環(huán)泥漿僅可鉆進(jìn)0.1m0.5m；弱風(fēng)化花崗巖鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿劇烈跳動(dòng)，合金鉆頭鉆進(jìn)

9、較易，無(wú)循環(huán)泥漿不能鉆進(jìn)。微風(fēng)化花崗巖，合金鉆頭較難鉆進(jìn)，一般采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)。在香港地區(qū)，開(kāi)展了花崗巖地區(qū)的鉆孔過(guò)程參數(shù)的解譯方法與地層特性之間響應(yīng)關(guān)系方面的研究，發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)過(guò)程中用于破碎巖石的能量主要來(lái)自鉆進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)能，鉆進(jìn)系統(tǒng)用于破碎巖石的能量分配與地層強(qiáng)度特性有關(guān)。在風(fēng)化程度較低或新鮮巖層中鉆進(jìn)時(shí)，破碎巖石98%以上的能量來(lái)自系統(tǒng)的動(dòng)能，而軸壓力推動(dòng)鉆頭位移所給出的能量不到2%；在土層或全風(fēng)化巖層中，軸壓力所做的功達(dá)到22%以上，且明顯隨風(fēng)化程度的增高而增大，說(shuō)明鉆進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)能與軸力功可用以表征地層的可鉆性譚卓英,岳中琦,蔡美峰. 風(fēng)化花崗巖地層旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中的能量分析J. 巖石力學(xué)與工程學(xué)

10、報(bào),2007,03:478-483.。但目前該種方法還不足夠成熟，在進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)和結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，該種方法可以為強(qiáng)風(fēng)化識(shí)別消除人為主觀誤差提供一種新的方法。3.2 巖芯識(shí)別通過(guò)巖芯外觀識(shí)別強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，主要通過(guò)巖塊內(nèi)礦物的風(fēng)化程度，除石英外，斜長(zhǎng)石、云母已風(fēng)化成高嶺土或粘土，正長(zhǎng)石用手可捏成砂狀。巖芯總體呈半巖半土狀， 殘留少量母巖巖塊。但是由于巖體的破碎性，巖芯極易發(fā)生破壞，且浸水后加劇破壞程度，多數(shù)情況下難以觀察到碎塊狀巖芯。3.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)規(guī)范中規(guī)定可采用未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)超過(guò)50擊來(lái)確定強(qiáng)風(fēng)化，這種方法在工程實(shí)踐中應(yīng)用較多，而且通過(guò)貫入器內(nèi)巖樣和擊數(shù)對(duì)應(yīng)，可以更進(jìn)一步

11、建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，幫助進(jìn)行判斷。也有人通過(guò)動(dòng)力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系嘗試采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)判斷強(qiáng)風(fēng)化，同時(shí)由于資料有限，動(dòng)力觸探錘擊數(shù)與標(biāo)貫試驗(yàn)錘擊數(shù)的關(guān)系方程及承載力的確定尚須進(jìn)一步深入研究藍(lán)瓊,吳飛,蒙勝武. 重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)在廣東花崗巖地區(qū)的應(yīng)用J. 人民珠江,2002,04:19-21.。3.4 物理勘探應(yīng)用于巖石風(fēng)化劃分的常見(jiàn)的物理勘探方法有：波速測(cè)試、高密度電阻率法，現(xiàn)分別闡述如下。（a）波速測(cè)試在相關(guān)規(guī)范上規(guī)定了波速比KV劃分風(fēng)化巖石風(fēng)化程度，而波速比KV為風(fēng)化巖石與新鮮巖石壓縮波波速之比，并且已有工程采用該方法取得了成果 季秀萬(wàn). 波速測(cè)試技術(shù)在青島海灣大橋基巖風(fēng)化評(píng)價(jià)中的

12、應(yīng)用J.工程建設(shè),2011,43(4)，但該方法對(duì)對(duì)巖樣要求高，就花崗巖強(qiáng)風(fēng)化而言，強(qiáng)風(fēng)化完整巖樣難以取得。亦有工程在鉆孔內(nèi)進(jìn)行波速測(cè)試，直接量測(cè)巖體波速、波速比。在文獻(xiàn) 潘祖弼. 風(fēng)化巖體中的波速特征J.水利發(fā)點(diǎn),1988.10:39-41中對(duì)三個(gè)工程的波速測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析并認(rèn)為：聲波在巖體中的傳播，除受巖體風(fēng)化程度影響外，結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度及其性狀更起控制作用，以波速指標(biāo)劃分巖體風(fēng)化程度時(shí)，應(yīng)分別統(tǒng)計(jì)各工程巖體中的小值平均波速值、大值平均波速值、波速變化幅度，小值代表結(jié)構(gòu)面波速，大值代表結(jié)構(gòu)體波速，波速變化幅度反應(yīng)該巖體均一性。文獻(xiàn) 邵長(zhǎng)云，鐘慶華等. 利用巖體波速定量劃分巖石風(fēng)化度的試驗(yàn)研

13、究J.工程勘察，2012.03：87-90采用波速、波速比進(jìn)行巖體風(fēng)化程度劃分得到較好結(jié)果，認(rèn)為對(duì)于全風(fēng)化微風(fēng)化巖石，巖體的波速主要由風(fēng)化程度決定，按巖體縱波與橫波的波速比劃分的風(fēng)化帶與鉆孔揭露的風(fēng)化帶基本一致，因此利用巖體縱波與橫波的波速比劃分風(fēng)化度是可行的。作者認(rèn)為采用波速進(jìn)行花崗巖風(fēng)化程度劃分一方面需要與鉆孔劃分風(fēng)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而采用合理的波速數(shù)值；另一方面需要搜集當(dāng)?shù)匾延锌睖y(cè)經(jīng)驗(yàn)，如福建省就給出花崗巖風(fēng)化層的波速劃分標(biāo)準(zhǔn) DBJ13-84-2006 巖土工程勘察規(guī)范S. 。（b）高密度電阻率法高密度電阻率法近年來(lái)也被用到巖石風(fēng)化程度的劃分，相比其他方法高密度電法具有節(jié)約、速度

14、快、結(jié)果直觀的有點(diǎn)，但是該方法具有影響因素多、解譯復(fù)雜的特點(diǎn)。文獻(xiàn) 劉發(fā)祥,何鵬,肖允凱.高密度電阻率法在風(fēng)化巖地基勘察中的應(yīng)用J.巖土工程技術(shù),2006,20(5)中采用高密度電法，結(jié)合鉆探成果對(duì)存在風(fēng)化巖的區(qū)域進(jìn)行了劃分，分出了風(fēng)化程度基本相同、基巖完整性較好和風(fēng)化變化程度較大的三個(gè)部分，對(duì)后續(xù)的勘探點(diǎn)布置起到了指導(dǎo)作用；我院吳志偉在核電選址階段，將高密度電法和聯(lián)合剖面法結(jié)合起來(lái)，在劃分巖石風(fēng)化界面進(jìn)行有益的嘗試，為核電廠選址勘察提供直觀的地層分布特征 吳志偉,齊建國(guó),王鳳和.綜合電法勘探在某核電廠選址勘察中的應(yīng)用J.勘察科學(xué)技術(shù),2010,(6)。3.4 化學(xué)識(shí)別尚彥軍等人通過(guò)對(duì)香港地區(qū)花崗巖樣品微觀特征的觀察研究和礦物成分、微孔隙率以及綜合顯微巖石指標(biāo)(Ip)進(jìn)行了描述和定量分析，發(fā)現(xiàn)其中一些指標(biāo)有一定相關(guān)性。這些化學(xué)指標(biāo)和微觀特征相關(guān)的統(tǒng)計(jì)值在一定程度上可定量表征花崗巖的風(fēng)化程度，即:隨風(fēng)化作用進(jìn)行，堿、堿土金屬組分逐漸淋失，脫硅、富鋁鐵化作用逐漸加強(qiáng)；相應(yīng)地，先是鈉長(zhǎng)石風(fēng)化成高嶺石，其次為云母和鉀長(zhǎng)石的風(fēng)化。粘土礦物所占體積百分比隨風(fēng)化程度增高而變大，