付經(jīng)剛, 歐陽(yáng)竹青

(江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局九○二地質(zhì)大隊(duì)，江西 新余 338000)

1 前言

華南地區(qū)的花崗巖分布廣泛，從加里東期-燕山期花崗巖均有分布，巖性有黑云母花崗巖、白云母花崗巖、二云母花崗巖及混合花崗巖等，按礦物結(jié)晶顆粒大小有中粗?；◢弾r、細(xì)?；◢弾r等，受構(gòu)造剝蝕影響多形成中低山、臺(tái)地和丘陵地貌。

花崗巖本身是一種結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石，然而在物理和化學(xué)風(fēng)化作用下，易形成厚度不一的風(fēng)化殘坡積層，局部還存在有風(fēng)化球等現(xiàn)象。由于殘積土隨花崗巖的分布范圍廣，工程性質(zhì)特殊，在不利結(jié)構(gòu)面組合下易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

2 花崗巖的垂直分帶現(xiàn)象

花崗巖的主要礦物成份是石英(20%～30%)，鉀長(zhǎng)石(35%～40%)，斜長(zhǎng)石(25%～30%)，次要礦物為黑云母及角閃石(5%～10%)，花崗巖中礦物風(fēng)化順序依次為：云母→斜長(zhǎng)石→鉀長(zhǎng)石→石英。

花崗巖根據(jù)風(fēng)化程度不同，由上而下一般可劃分為4個(gè)風(fēng)化帶[1](層)：殘積土、強(qiáng)風(fēng)化帶、中風(fēng)化帶、微風(fēng)化帶。各風(fēng)化帶的厚度一般有幾米至幾十米。

殘積土是巖體表層風(fēng)化最徹底的物質(zhì)，是巖體風(fēng)化后在原地形成的殘余碎屑物質(zhì)，巖石絕大部分已完全風(fēng)化為礦物顆粒。它與風(fēng)化巖的共同特點(diǎn)是均保留在原地，未經(jīng)搬運(yùn)和分選，殘積土中必然存在巖體的原生及次生結(jié)構(gòu)面，并且礦物顆粒之間或多或少地保留有原巖的構(gòu)造。殘積土的剪切破壞受其中殘留及次生結(jié)構(gòu)面的影響，即也具有部分巖體的破壞特征。

3 花崗巖風(fēng)化球現(xiàn)象

花崗巖風(fēng)化帶中(包括殘積土層)常出現(xiàn)高于同風(fēng)化帶風(fēng)化等級(jí)的巖塊。通常表現(xiàn)為殘積土中包含中等風(fēng)化巖塊，或強(qiáng)風(fēng)化帶中包含微風(fēng)化巖塊。這種巖塊因其形似球體，故稱(chēng)風(fēng)化球[2]。

風(fēng)化球從表面上分析似乎是巖石遭受不均勻風(fēng)化作用而引起的，其實(shí)風(fēng)化球的成因與花崗巖的成巖環(huán)境、構(gòu)造活動(dòng)及風(fēng)化作用都有著密切的內(nèi)在聯(lián)系。

首先是花崗巖內(nèi)礦物成份的不均勻性，使其抗風(fēng)化能力有很大的差異性，為風(fēng)化球的形成創(chuàng)造了內(nèi)在條件。一般情況下，成巖環(huán)境穩(wěn)定，礦物成份、結(jié)構(gòu)構(gòu)造都比較均勻的巖體，一般不利于風(fēng)化球的形成。

其次是后期斷裂構(gòu)造及巖體的次生裂隙為風(fēng)化球的形成提供了重要的條件。密集的次生裂隙使巖體在風(fēng)化帶中較易破碎，導(dǎo)致了抗風(fēng)化能力的降低，同時(shí)次生裂隙在地表淺部又是地下水的良好通道，從而加速了風(fēng)化作用的進(jìn)行。

4 花崗巖殘積土的一般物理性質(zhì)

花崗巖殘積土工程性質(zhì)與一般土不盡相同，兼有砂土與黏性土的性質(zhì)[1]，屬于區(qū)域性特殊土，一般處于可塑或硬塑狀態(tài)，礦物成份以高嶺土和石英為主，其工程性質(zhì)取決于物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)特征。

4.1 殘積土的顆粒組成

據(jù)張文華等分析，粗?；◢弾r風(fēng)化之殘積土典型顆粒組成明顯具有兩頭大、中間小之規(guī)律，大于2 mm的顆粒含量為20%～39%，物質(zhì)成分主要為石英顆粒；小于0.075 mm的顆粒40%～60%，物質(zhì)成分主要為黏土礦物；其余顆粒為2～0.075 mm，物質(zhì)成分為石英和殘余長(zhǎng)石顆粒。

大于2 mm的粗顆粒圖，一般定名為為中～礫砂；小于0.5 mm的細(xì)粒土，按的可塑性定名，一般為黏土～粉質(zhì)黏土。因此殘積土兼有砂土與黏性土的性質(zhì)，本質(zhì)上講屬于一種混合土。

參照《工程地質(zhì)手冊(cè)(第五版)》花崗巖殘積土的分類(lèi)，根據(jù)殘積土中>2 mm顆粒含量(%)可分為礫質(zhì)黏性土、砂質(zhì)黏性土、黏性土。

4.2 殘積土的透水性

花崗巖殘積土的透水性一般為弱微透水性，滲透系數(shù)多為1×10-4～1×10-6cm/s，不同類(lèi)型的殘積土透水性差異較大，大值為小值的數(shù)倍至數(shù)十倍。其中砂質(zhì)黏性土的透水性比黏性土的透水性變化較大，礫質(zhì)黏性土的透水性比砂質(zhì)黏性土的透水性變化更大。

4.3 殘積土的壓縮性

花崗巖殘積土壓縮變形初期主要表現(xiàn)為石英顆粒向黏性土擠密而成，由于殘積土由上而下土體顆粒逐漸增大，變形模量E0也漸增大；當(dāng)附加應(yīng)力<75 kPa時(shí)土體產(chǎn)生的變形已非常小。故壓縮層深度有如砂土和碎石土應(yīng)力衰減快，影響深度較淺。

4.4 殘積土的固結(jié)性

工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，殘積土常具有較快的固結(jié)速度，其值相當(dāng)于粉質(zhì)黏土～粉土一級(jí)。一般建筑物主體完成后，沉降也隨之完成，后期沉降量非常小。承載試驗(yàn)證明，作為地基土花崗巖殘積土具有較高的承載力，可作為一般建筑的天然地基基礎(chǔ)持力層。

4.5 殘積土的抗剪強(qiáng)度

殘積土抗剪強(qiáng)度既有黏性土的特點(diǎn)(黏聚力c值較高)，又有砂土的特點(diǎn)[3-4](內(nèi)摩擦角Ψ值很大)。一般來(lái)說(shuō)黏聚力c值隨土的類(lèi)型變化較大，其平均值由粗粒土至細(xì)粒土，一般由小到大變化，c值一般在18～26 kPa之間；內(nèi)摩擦角Ψ值一般由大到小變化，Ψ值一般在23.5°～12.5°之間變化。所以，一般來(lái)說(shuō)，按抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，邊坡可直立7～8 m。

5 花崗巖區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征

花崗巖區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型主要以滑坡、崩塌為主，局部在特殊自然地形條件下可形成泥石流災(zāi)害[5]。

花崗巖風(fēng)化巖組分帶性較好，不同風(fēng)化巖組透水性差異較大，下滲水易在殘積土、強(qiáng)風(fēng)化帶和中風(fēng)化帶之間逕流排泄。花崗巖殘積土由于石英顆粒含量較高，結(jié)構(gòu)松散，吸水性強(qiáng)。降雨過(guò)程中，雨水通過(guò)次生裂隙、孔隙滲入后，在有利地形及原生或次生結(jié)構(gòu)面組合下，易使土體水分局部達(dá)到飽和，容重增大，凝聚力減小，巖土之間的摩擦力及凝聚力降低，在自身重力和淺層地下水的浸潤(rùn)作用下，殘積土易沿原生或次生結(jié)構(gòu)面下滑，從而形成滑坡。

風(fēng)化層厚度越大說(shuō)明巖土體風(fēng)化程度越高，裂隙越發(fā)育，滑面埋深就越大，滑面傾角越陡，受人工切坡和降雨等因素影響，越容易造成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

花崗巖風(fēng)化帶中的風(fēng)化球使風(fēng)化土層地基不均勻，使土體邊坡存在不穩(wěn)定隱患，影響基礎(chǔ)工程。局部地區(qū)在近地表或陡坡處裸露，常易形成不穩(wěn)定的搖擺石，受強(qiáng)降雨等因素影響，而形成風(fēng)化球的崩塌、滾落現(xiàn)象，形成崩塌。崩塌巖土體性質(zhì)與底部的基巖巖性和風(fēng)化土體相關(guān)?？刂平Y(jié)構(gòu)面主要以節(jié)理裂隙為主，個(gè)別沿風(fēng)化層面崩塌。

6 花崗巖殘積土的崩解機(jī)理

花崗巖殘積土的崩解主要是黏土礦物由于浸水而發(fā)生碎裂、散體的現(xiàn)象，這是一個(gè)在水的滲入作用下土體顆粒之間膠結(jié)喪失，土體結(jié)構(gòu)由于粒間斥力超過(guò)吸力，產(chǎn)生應(yīng)力集中而瓦解的一個(gè)不可逆的物理過(guò)程[6]。

崩解產(chǎn)生充分條件是：①土體表面存在水的滲入通道，或土體表面易于在動(dòng)水力的作用下快速滲入到內(nèi)部的通道；②土中顆粒膠結(jié)被水滲入后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力集中現(xiàn)象破壞，且破壞是不可逆的；③膠結(jié)物的水穩(wěn)性不強(qiáng)，浸水易溶解。④臨空面的存在是土體發(fā)生崩解的必要條件，假如土體沒(méi)有臨空面，側(cè)向應(yīng)力卸荷、失水干縮等損傷以及動(dòng)水力作用也就不復(fù)存在。

7 花崗巖土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析

花崗巖土質(zhì)的邊坡穩(wěn)定性除受自然地形條件的控制外，主要取決于原生、次生結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定性[3]。

(1)土中原生結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定性。土中原生結(jié)構(gòu)面是指母巖中原有軟弱巖脈(如二長(zhǎng)巖、煌斑巖脈)風(fēng)化而成的結(jié)構(gòu)面，大多數(shù)花崗巖殘積土的邊坡失穩(wěn)都是土體沿這些軟弱面滑動(dòng)而形成的。這種滑動(dòng)主要取決于臨空面與結(jié)構(gòu)面的空間組合及結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，這種類(lèi)型的滑塌在1～2 m的基坑中也時(shí)有發(fā)生。滑塌面常夾有1～2 cm薄層狀，光滑、平直的高嶺土，有較強(qiáng)的連通性。邊坡滑動(dòng)多在雨季，滑體有較強(qiáng)的整體性。

(2)土中次生結(jié)構(gòu)面的穩(wěn)定性。土中次生結(jié)構(gòu)面是由于風(fēng)化作用和臨空面形成等原因而產(chǎn)生的卸荷裂隙。這種邊坡失穩(wěn)有以下特點(diǎn)：破壞面平直、光滑，如刀劈一般，近于垂直并無(wú)滑動(dòng)痕跡，以拉裂為主。失穩(wěn)體高度一般5～8 m，單塊破壞體一般厚度不大于2～3 m，破壞體有較強(qiáng)的整體性，基本以?xún)A覆為主。破壞基本呈迭瓦式，多數(shù)邊坡失穩(wěn)多發(fā)生在雨季。

8 結(jié)論

花崗巖具有明顯的風(fēng)化分帶現(xiàn)象，從上到下可劃分為殘積土、強(qiáng)風(fēng)化帶、中風(fēng)化帶、微風(fēng)化帶，受內(nèi)部礦物成份、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等影響，局部存在有風(fēng)化不均勻性而形成風(fēng)化球。

花崗巖殘積土兼具砂土與黏性土的性質(zhì)，是一種特殊的混合土，其壓縮特性主要表現(xiàn)為砂土性質(zhì)；抗剪特性同時(shí)具有砂土與黏性土的性質(zhì)。其地質(zhì)災(zāi)害特征主要以滑坡、崩塌為主，其土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性受節(jié)理裂隙、物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造，水理性質(zhì)等因素控制，主要取決于土中原生與次生結(jié)構(gòu)面的空間組合。