第２９卷第５期 ２０１５年ｌ０月 资源环境与工程 Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２０１５ 岩浆岩中软弱夹层成因分析与工程特性 牛书安 （黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州４５０００３） 摘要：安山岩作为一种岩浆岩，岩体完整性好、强度高，但岩体中的软弱夹层对工程危害却很大。在工 程勘察中应引起高度重视。位于黄河一级支流西阳河上的李家河水库、沈西河上的后河水库，库坝区均以 震旦系下统许山组的安山岩为主，属同一岩体，岩体中的软弱夹层是水库坝址的主要工程地质问题之一， 在两个水库勘察过程中对软弱夹层的空间分布特征、物质组成、物理力学特性、成因等进行了深入分析研 究，为设计人员提供了合理的参数。 关键词：岩浆岩；软弱夹层；成因分析；工程特性 中图分类号：Ｐ５８８．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—１２１１（２０１５）ｏ５—０７１０—０３ ＤＯＩ：１０．１６５３６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１６７１—１２１ １．２０１５０５０４３ 李家河水库坝址位于山西省垣曲县境内的黄河一 级支流西阳河上（李家河村附近），设计坝高６６．８ ｍ， 设计坝型为浆砌石双曲拱坝；后河水库坝址位于黄河 一距２—１０ ｃｍ，劈理面见有绿帘石化现象，劈理间的透镜 状石块受后期地质作用的影响，性状变差。出露在地 表的多为强风化状。劈理带厚度一般为０．２—０．５ １ＴＩ， 由于流水的长期作用，常常形成凹槽或空洞。 剪切错动碎屑带调查发现该带多呈香肠状分布 级支流、狁西河上，设计坝高７３．３ ｍ，设计坝型为浆 砌石重力拱坝。两水库相距约１０ ｋｍ，两工程坝址和 库区的地层岩性均以震旦系下统许山组的安山岩为 主，属同一岩体，似层状产出，岩性单一、坚硬，但岩 层中分布有多层软弱夹层，是坝基、坝肩抗滑稳定的 主要控制因素，对其进行分析研究具有特别重要的 意义。 于劈理带内侧，厚度０．５～５ ａｍ，碎屑粒径一般２ ａｍ以 下，棱角明显。地表附近由于风化和地下水的作用，该 带结构疏松，碎屑手可捏碎，常形成较深的洞穴。从探 硐可以看出，随深度的增加，该带变得较密实。 泥化带该带位于软弱夹层的中间，厚度一般较 小，连续性较差，有时呈泥膜出现。泥化带多与碎屑带 混合出现，泥化带按其含泥量，可细分为全泥、泥夹碎 屑、碎屑夹泥三种类型。 １ 岩体中软弱夹层的特性 １．１软弱夹层的空间分布特性 软弱夹层的走向为６Ｏ。～１００。，倾角１０。～２０。，局 上述三个带具体到某层中，并不是发育都很齐全， 部较大达３５。。在横向连续长度一般＞５０ ｍ，少数厚度 有的甚至只有劈理带，总体上看以碎屑岩、角砾岩、糜 小的延伸较短，一般２０～３０ ｍ；而厚度大的延伸长度 棱岩为主。李家河坝址区主要软弱夹层特征见表１。 也发现有１６条缓倾角软弱夹层和结 可达２００ ｍ，其厚度一般０．１～０．６ ｍ，有的２～３ ｍ；有 在后河水库坝址，些软弱夹层横向上性状变化较大，甚至靠一条或多条 裂隙连接。软弱夹层在横向上的起伏差一般为０．３— １ ｍ，在纵向上的间距为４—１０ ｍ。 根据大量的野外调查，软弱夹层可分为劈理带、剪 切错动碎屑带、泥化带。 劈理带该带一般位于软弱夹层的外侧，即剪切 错动带的两侧，属剪应力影响带，多有两组劈理组成， 构面，其中右岸ｌ２条，左岸４条，其特征与李家河坝址 基本一致。 １．２软弱夹层的物质组成 根据对泥化层的取样分析，其成分主要为安山岩 块、碎屑、石英、钙膜、次生粘土矿物等，颗粒组成见 表２。 １．３软弱夹层的抗剪强度 劈理与主剪切面呈锐角相交，一般长０．１—０．５ ｍ，间 后河水库４ 软弱夹层，是本区发育广、影响大、最 收稿日期：２０１５一ｏ６—２７；改回日期：２０１５—０７—２３ 作者简介：牛书安（１９６０一），男，高级工程师，煤田地质专业，从事工程地质与水文地质工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｓａ０３７１＠１６３．ＣＯｌｌｌ 数字出版刚址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／４２．１７３６．Ｘ．２０１５０８１８．１６３２．０７８．ｈｔｍｌ数字出版日期：２０１５—０８—１８ ０９：５７ 第５期 牛书安：岩浆岩中软弱夹层成因分析与工程特性 ７１Ｉ 粒径／ｍｍ 野外定名 碎屑夹泥 室内定名 含粉土中砾 ＞２０ ２０一ｌＯ １Ｏ一５ ５～２ ３３．７ １２．７ １０．２ ７．７ ２一Ｏ．５ １２．２ ０．５～０．２５ ０．２５～０．１ ０．１－０．０５ ０．０５—０．００５ ＜０．００５ 含量／％ ８．０ ９．９ ７．７ ５．５ １２．６ ｌ２．３ １．２ ６．３ １３．７ ２３．Ｏ ２．５ ４．２ 泥夹碎屑全泥 含粉土砾质粗砂２１．７ １３．８ 粉土砾质中砂 ｌ２．７ ８．６ ７．４ ９．１ ４．９ ６．６ １０．５ １０．２ １．３ １．５ ８．３ 具代表性的软弱夹层，其破碎夹层厚３～５ ｅｍ，个别厚 行渗透、淋滤、浸泡等作用使之性状变差，甚至使许多 者达１２ ｃｍ，成分为薄片状安山岩碎块、碎屑、角砾，底 软弱夹层发生泥化现象，从而形成了形状差、分布广， 部伴生有次生夹泥，顺夹层有地下水流出。勘察过程 对工程影响较大的软弱夹层。 中，对其进行了现场抗剪强度试验，现场采用７０ ｅｍ× ７０ ｃｍ×３５ ｅｍ试件，对试件剪切面进行了长达２个月 的饱水，并对试件采取夹泥膨胀的措施，获得了试 ３ 软弱夹层对工程的影响评价 Ｊ 在进行李家河坝肩抗滑稳定性计算时，由于右坝 不具滑移条件，因此，主 件夹泥层在不扰动、不膨胀下的抗剪强度：峰值强度．厂 肩缺少滑移体的侧向切割面，＝０．３７，ｃ＝０．１ ＭＰａ；残余强度ｆ＝０．３６，Ｃ＝０．０８ ＭＰａ。 要对左坝肩进行抗滑稳定计算，其底滑面即为软弱夹 考虑到试验的局限性和影响软弱夹层强度的因素较 层，抗剪强度指标从安全角度考虑取ｆ＝０．４５，ｃ＝０。 侧滑面为节理面，抗剪强度指标取厂＝０．６，Ｃ＝０。按照 ．多，如起伏差、夹层厚度、夹层物质组成等，并参考国内 多个类似工程试验成果和专家咨询会议的意见，确定 了软弱夹层的抗剪强度指标：ｆ＝０．４５～０．５５，Ｃ＝０．０５ —刚体极限平衡法（数解法），其基本公式为： ＝［ （ 一ｕ ）＋ （尺 一 ）］／（Ｓ 一Ｓ ） 为侧滑面、底滑面上的抗剪摩擦系 ０．１ ＭＰａ。 式中： 为抗滑稳定安全系数；Ｒ 、 为侧滑面、底滑面 上的法向反力 数；５ 、Ｓ 为侧滑面、底滑面上的切向力；ｕ 、 为侧滑 面渗透压力和底滑面上的扬压力。经计算 ＝１．０９。 ２软弱夹层的成因分析 Ｊ 安山岩岩体中软弱夹层的空间分布，受岩体中原 生“软弱面”（间歇性、流面性）及构造应力的控制，由 于构造作用强烈、原生“软弱面”延伸远、分布广、产状 ４结论 安山岩中软弱夹层是构造作用、地下水活动、风化 作用等综合作用的结果，构造作用是其最基本的因素， 由于安山岩的强度高、性脆，使软弱夹层的危害性更加 突出。 变化大，决定了软弱夹层横向延伸远、起伏差大的 特点。 在长期的地质构造作用过程中，岩体产生错动、剪 切现象。坝址区的安山岩在其形成过程中，产生了多 个喷发间歇面、流层面等强度较低的结构面，长期构造 软弱夹层的空间分布受岩体中的原生间歇面、流 作用错动、剪切现象即沿这些相对软弱面发生，对其进 层面控制。软弱夹层纵向间距４～１０ ｍ，延伸长度＞ ７１２ 资源环境与工程 ２０１５血 ５０ ｍ。软弱夹层可分为三个带：劈理带、剪切错动碎屑 带、泥化带。通过施工开挖，所揭露的地质条件与勘察 参考文献： ［１］ 孙民伟．后河水库坝基４号间歇面的成因及其抗剪强度分析［Ｊ］． 焦作工学院学报，１９８８，１７（１）：５０—５３． ［２］戴其祥，张瑞怡，付友苏．后河水库工程地质勘察研究概述［Ｊ］．人 民黄河，２００３，２５（１Ｏ）：４１—４２． 结果基本一致。软弱夹层的抗剪强度与其性状、厚度、 起伏差等有关，通过现场试验和对类似工程的分析研 究，得到了工程所需的软弱夹层的抗剪强度有关参数， 进而为设计人员提供了设计依据。 ［３］尹晋忠．双曲拱坝坝肩岩体抗滑稳定性分析［Ｊ］．山西水利，２００３ （４）：３１—３３． （责任编辑：于继红） Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｗｅａｋ Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｉｎ Ｍａｇｍａｔｉｃ Ｒｏｃｋｓ ＮＩＵ Ｓｈｕ＇ａｎ （ＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒ ｗ删Ｃｏｎｓｕｌｔ嘲Ｃｏ・，ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，ｌｔｅｎａｎ ４５０００３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｄｅｓｉｔｅ，ａｓ ｍａｇｍａｔｉｃ ｒｏｃｋ，ｈａｓ ｈｉｇｈ ｒｏｃｋ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｒｏｃｋ ｉｎ ｉｔ ｃａｎ ｄｏ ｇｒｅａｔ ｈａｒｍ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｃｌｏｓｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｔｔａｃｈｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．Ｌｉｊｉａｈｅ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｌｏｃａｔｅｄ ｏｎ Ｘｉｙａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｈｏｕｈｅ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｌｏｃａｔｅｄ ｏｎ Ｙａｎｘｉ Ｒｉｖｅｒ（ｗｈｉｃｈ ｂｅｌｏｎｇ ｔｏ ｆｉｒｓｔ ｇｒａｄｅ ｔｉｒｂｕｔａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ），ｔｈｅ ｄａｍ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ａｎｄｅｓｉｔｅ Ｘｕｓｈａｎ ｇｒｏｕｐ ｕｎｄｅｒ Ｓｉｎｉａｎ Ｓｙｓｔｅｍ， ａｎｄ ｔｈｅｙ ｂｅｌｏｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ．Ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｒｅｍａｉｎｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｄａｍ ｓｉｔｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆ０ｒ ｔｈｅ ｔｗｏ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ ｗｉｔｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｇｍａｔｉｃ ｒｏｃｋ；ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ；ｃａｕｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
