深圳花崗巖發(fā)育地區(qū)球形風化體的分布與分布

深圳花崗巖發(fā)育地區(qū)球形風化體的分布與分布

深圳花崗巖分布廣泛。花崗巖在出露地表附近接受風化作用時,由于塊狀巖石的突出棱角部位易受風化,其棱角逐漸縮減,并趨向球形,最終形成似球狀孤石與土狀風化物混雜的球狀風化體(俗稱孤石)。對于花崗巖球狀風化的成因國內外學者做了大量工作。Ruxton和Berry對香港地區(qū)的花崗巖球狀風化現象進行了長期的調查和研究,認為隨著風化作用的進行風化球體外部物質逐漸被剝蝕和淋熔掉,風化球體因此越來越小;Brock從元素遷移的角度對花崗巖球狀風化的形成機理進行了研究,并指出花崗巖的風化與主要礦物的抗風化能力及礦物的相對含量有十分重要的關系;Boyne認為球狀巖石是由于體積膨脹,不斷層狀剝離形成的,是物理風化和化學風化耦合作用的結果;Sarracino用數學的方法建立風化孤石的模型,并利用該模型研究孤石的形成過程及環(huán)境影響;Lan認為風化花崗巖的物理力學特性風化程度與所處地域有關;王浩認為花崗巖球狀風化與礦物成分差異、構造斷裂帶的分布和當地氣候條件有關;鮑曉東總結深圳地鐵一期工程建設經驗,認為深圳地區(qū)花崗巖殘積土的不均勻風化主要表現形式為球狀風化,即殘積土中存在球狀中等風化、微風化巖體;馮濤、李建強從微觀力學描述和宏觀力學性能方面闡述球狀風化花崗巖的形成機理[8~12]。盡管對花崗巖的球狀風化形成機理已有初步了解,但目前研究成果只局限于定性描述,加之花崗巖球狀風化受氣候、巖石成分、結構和地質構造等影響,具有明顯的地域特征,目前尚不能對花崗巖球狀風化的成因給出定量的解釋,對工程指導作用有限。隨著深圳地區(qū)大規(guī)模地下空間建設的開展,尤其是城市地鐵的興建,花崗巖球狀風化問題已嚴重影響了工程建設進度、質量和安全,迫切需要準確探明孤石的空間分布?？茖W統(tǒng)計和分析已有孤石地質勘探數據,建立反映地區(qū)特點的花崗巖地下分布統(tǒng)計規(guī)律,是目前理論研究水平下最佳選擇。1孤石分布調查資料的收集目前工程中花崗巖球狀風化主要通過地質鉆探和物探的方法,但物探方法在實際工程施工中經常受到非探勘物質的影響,所得的判斷和解析往往較為粗略,目前主要作為輔助探測手段。鉆探能直觀揭示風化孤石的存在,成為花崗巖球狀風化地下分布的主要探測方法,由該方法確定的孤石是本次原始資料收集的主要對象。本次共收集了深圳地區(qū)216個工點的勘察報告,篩選出90個揭示有孤石的工程勘察項目,統(tǒng)計到854個孤石詳細分布數據。為了更真實、全面反映孤石的地下分布情況,本次對每一個孤石樣本的工點名稱、孔(樁)號、孔口高程、孔口坐標、孤石風化類型、孤石分布層位、孤石埋深、孤石層面分布高程、揭示厚度和勘探時間等10個指標進行了統(tǒng)計。深圳地區(qū)東部及西部沿海區(qū)域花崗巖球狀風化較發(fā)育,特別是西部大部分花崗巖分布區(qū)域。根據各樣本點坐標,將孤石分布點投影到深圳市區(qū)域地質圖上(圖1)。從圖上可以看到本次統(tǒng)計點主要分布在深圳地區(qū)西部,涵蓋了花崗巖發(fā)育的主要區(qū)域,從而保證了本次統(tǒng)計分析結果的代表性。2單因素分析2.1風化孤石及其風化球目前對孤石尚未有統(tǒng)一的定義,在命名上也有差別?！稁r土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)、《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB50307-2012)、《深圳市地基基礎勘察設計規(guī)范》(SJG01-2010)均未給出孤石定義,稱其為“球狀風化體”;《工程地質手冊》(第四版)稱孤石為“風化球”,也未給出定義。國內外文獻對球狀風化體和孤石的英文名稱也千差萬別:“spherodialweatheringbody”、“weatheredgraniteresidual”、“sphericalweatheredgranite”、“globularweatheringbody”、“globularweatheredbody”、“corestoes”、“bolas”、“boulder”、“solitarystone”等,這也說明國內外對孤石的研究尚不深入?？紤]孤石對工程的影響,本次統(tǒng)計主要關注微風化和中風化花崗巖孤石,因為這類孤石往往具有很高的強度,裂隙不發(fā)育,對地鐵盾構施工和基巖面的確認影響很大。花崗巖孤石風化程度統(tǒng)計結果如圖2所示。由圖可見,深圳地區(qū)發(fā)育的孤石成分中三分之二以上為微風化花崗巖,巖質堅硬,風化球內部一般無裂隙,表面僅有幾厘米厚風化層薄殼;余下不到三分之一的孤石成分為中風化花崗巖,與微風化花崗巖相比,孤石在強度和完整性上稍差。2.2健全風化層結構花崗巖地區(qū)正常的風化層序一般是:殘積土—全風化—強風化—中等風化—微風化—未風化,由于孤石的發(fā)育,往往改變這種風化規(guī)律。圖3是深圳地區(qū)孤石分布地層統(tǒng)計結果,花崗巖孤石在殘積層、全風化層、強風化層和中風化層中均發(fā)育,但從發(fā)育頻率上看,主要發(fā)育在強風化層中,在殘積層和全風化層中出現頻率相當,中風化層出現很少。殘積土和風化層中發(fā)育的孤石,破壞了花崗巖風化剖面的相對均勻性,給工程設計和施工增加了難度。2.3上分層膠結充填技術孤石的層頂分布直接影響著建筑物的布置和施工工藝,從圖4孤石層頂埋深統(tǒng)計結果來看,深圳地區(qū)孤石層頂埋深近似呈正態(tài)分布:孤石層頂埋深在10.00~20.00m區(qū)間內出現頻率最高,接近40%,在這個區(qū)間段以上和以下,孤石層頂埋深出現頻率逐漸降低。由于城市建設的影響,原始地形經常發(fā)生變化,孤石層頂埋深的統(tǒng)計規(guī)律也受到影響,因此對孤石層頂分布高程的調查具有重要的工程意義。圖5是孤石層頂分布高程統(tǒng)計圖,由圖5可以發(fā)現,深圳地區(qū)孤石層頂分布高程主要在40.00~70.00m區(qū)間內,出現頻率接近40%,在此高程段以上出現的頻率較低,在此高程段以下出現的頻率較為均勻,平均為17%。2.4以鉆孔揭露的豎向球徑作為風化球的“厚度”從目前開挖揭露大量的孤石形態(tài)看,風化球往往具有近似橢球形外觀,兩頭豎向高度較小,往中部發(fā)展豎向高度變大;風化球在風化層中賦存時,其長軸面并不都是水平的,有時呈傾斜分布。所以鉆孔所揭示的風化球的豎向球徑不能認為是風化球的最大豎向長度,但是由于本次統(tǒng)計分析過程中采用了相同的勘探方法得到的數據,故以鉆孔揭示的豎向球徑作為風化球的“厚度”進行統(tǒng)計分析,仍然能從總體上反應其大小的變化特征。本次統(tǒng)計的854個風化球的“厚度”數據中,最小值為0.15m,最大值為12.40m,其中“厚度”小于2.50m的孤石占80%,超過5.00m的孤石只占4%,說明深圳地區(qū)大部分孤石的“厚度”不超過2.50m(圖6)。2.5野外鉆進統(tǒng)計結果由于花崗巖地層的復雜性和構造運動的多期性,風化球的地下分布往往具有分層性,野外鉆探統(tǒng)計結果揭示最多孤石發(fā)育層數為7層,但大多發(fā)育1層,占比達66%,發(fā)育2層的占19%,發(fā)育3層的占9%,發(fā)育4層的占4%,發(fā)育超過4層的不超過3%。因此,深圳地區(qū)的孤石發(fā)育以1層和2層為主。3深圳地區(qū)孤石排放系統(tǒng)的橫向分布特征(1)深圳地區(qū)三分之二以上的花崗巖孤石成分為微風化花崗巖,中風化花崗巖不到三分之一。(2)深圳地區(qū)花崗巖孤石60%以上分布在強風化花崗巖層中,30%在殘積層和全風化層中,中風化層出現很少。(3)深圳地區(qū)花崗巖孤石層項埋深集中在10.00~20.00m范圍內,層頂分布高程主要在40.00~70.00m區(qū)間內,兩者出現頻率均接近40%。(4)深圳地區(qū)80%的孤石揭示“厚度”不超過2.50m。(5)深