某城際鐵路花崗巖全風(fēng)化的工程特性探究,地質(zhì)工程論文

某城際鐵路花崗巖全風(fēng)化的工程特性探究,地質(zhì)工程論文花崗巖風(fēng)化殼表層一般呈砂礫狀、砂礫含黏土、黏土含礫砂石或粉土狀，其物理性質(zhì)與第四系構(gòu)成的砂、土既類似，但又不盡一樣?；◢弾r全風(fēng)化層的構(gòu)造極易遭到擾動(dòng)，在水的作用下，往往有遇水崩解的工程特性[1],花崗巖全風(fēng)化層因其石英砂礫的含量高，孔隙比大，鉆探經(jīng)過中采用泥漿護(hù)壁，所采取的原狀樣與實(shí)際情況差異不同較大，室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)所獲得的抗剪強(qiáng)度、壓縮模量等實(shí)驗(yàn)數(shù)值往往低于實(shí)際數(shù)值。因而，若簡(jiǎn)單的根據(jù)一般黏性土的知識(shí)和經(jīng)歷體驗(yàn)來處理花崗巖殘積土的工程問題，將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差.某城際鐵路需要穿過近40km花崗巖地段，以全風(fēng)化花崗巖為主，深度為0~60m.該段城際鐵路為無砟軌道鋪設(shè)，對(duì)橋梁及路基的沉降和邊坡的防護(hù)要求極高。通過分析花崗巖全風(fēng)化層標(biāo)貫數(shù)據(jù)及室內(nèi)試驗(yàn)成果，發(fā)如今局部段落兩者存在比擬大的差異性。為準(zhǔn)確獲得該類地層的設(shè)計(jì)參數(shù)，選取了6個(gè)代表性的點(diǎn)進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，通過對(duì)綜合試驗(yàn)結(jié)果比照分析，總結(jié)了該區(qū)域花崗巖全風(fēng)化的工程特性，提供了合理、準(zhǔn)確的地基承載力和變形模量等參數(shù)的建議公式，知足了設(shè)計(jì)、施工要求。1花崗巖全風(fēng)化層工程特性分析1.1花崗巖物理工程特點(diǎn)分析花崗巖全風(fēng)化層是經(jīng)物理化學(xué)風(fēng)化作用而殘留在原地的碎屑物，云母含量高，具有與其他殘積土不同的工程特性，其工程性質(zhì)與原巖也不盡一樣，似土非土，似巖非巖[2].花崗巖全風(fēng)化層的物理力學(xué)性質(zhì)、不均勻性及各向異性，導(dǎo)致花崗巖全風(fēng)化構(gòu)造松懈，易擾動(dòng)，遇水極易軟化及崩解等。實(shí)際工程中，花崗巖的工程特性尚未引起足夠的重視。首先，花崗巖全風(fēng)化層與一般的黏性土不同，因其石英砂礫的含量高，導(dǎo)致孔隙比擬大，構(gòu)造極易遭到擾動(dòng)，遇水極易軟化崩解；其次，勘探經(jīng)過中需泥漿護(hù)壁，根據(jù)常規(guī)方式方法所取原狀樣，土樣遭到擾動(dòng)極大，所得的土樣與實(shí)際情況差異不同較大，室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)所得到的力學(xué)指標(biāo)及強(qiáng)度指標(biāo)等往往不能反映實(shí)際的物理力學(xué)性質(zhì)；第三，花崗巖全風(fēng)化層分布廣泛，具有區(qū)域性特點(diǎn)，無法采用通用的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)其研究。1.2花崗巖全風(fēng)化層室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析花崗巖全風(fēng)化層具有似土的性質(zhì)，根據(jù)規(guī)范要求應(yīng)根據(jù)土樣的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行土工試驗(yàn)。在規(guī)范中，黏性土能夠根據(jù)土工試驗(yàn)確定的物理力學(xué)指標(biāo)來得出地基承載力，首先分析室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過分析其室內(nèi)各物理力學(xué)指標(biāo)，來初步判定該區(qū)域的花崗巖全風(fēng)化的工程特性，進(jìn)而初步分析其物理力學(xué)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1.分析表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，花崗巖全風(fēng)化層各項(xiàng)物理指標(biāo)離散性相當(dāng)大，如含水量由最大45.7到最小14.6,相差3倍多；孔隙比最大可達(dá)1.4,并多處于飽和狀態(tài)；由液性指數(shù)得出的花崗巖全風(fēng)化層的狀態(tài)從堅(jiān)硬狀態(tài)到軟塑狀態(tài)。黏聚力以及內(nèi)摩擦角值相對(duì)較高，然而壓縮模量平均值僅為5.3MPa,各項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)出不匹配的地方，導(dǎo)致在確定其設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)比擬困難。由此可見，由于花崗巖的石英顆粒大小及云母含量等不同，塑性指數(shù)Ip值越高，講明高嶺土礦物含量越大，值越低，講明石英礦物含量較多[3].根據(jù)表1的試驗(yàn)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)其更偏于呈明顯的砂礫質(zhì)土的特征。而假如僅僅參考黏性土的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)判，得出的結(jié)果與實(shí)際差異性較大。事實(shí)上，很多花崗巖全風(fēng)化地區(qū)的工程實(shí)例也表示清楚，地基承載能力或抗剪能力的情況往與室內(nèi)試驗(yàn)所得結(jié)果相差較大。1.3花崗巖標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)分析砂類土中標(biāo)貫試驗(yàn)作為一種特別重要的原位測(cè)試手段，不僅能夠確定花崗巖風(fēng)化程度，且能夠確定地基承載力。為了能更好的查明花崗巖全風(fēng)化的工程特性，本工程分析了大量的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域花崗巖全風(fēng)化帶進(jìn)行定量研究，并提出合理的地基承載力和壓縮模量等參數(shù)。統(tǒng)計(jì)了該城際鐵路附近代表性段落的花崗巖全風(fēng)化帶中的標(biāo)貫試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)標(biāo)貫試驗(yàn)得出其承載力值。隨著深度的遞增，標(biāo)貫擊數(shù)逐步增加，而當(dāng)?shù)竭_(dá)一定深度后，尤其在30m下面全風(fēng)化至強(qiáng)風(fēng)化過渡帶，標(biāo)貫技術(shù)擊數(shù)突增，一般多超過60擊。而且通過標(biāo)貫分析可知，在5~10m擊數(shù)偏小，標(biāo)貫數(shù)值變化較大，對(duì)地基承載力的影響比擬明顯。1.4花崗巖室內(nèi)外物理力學(xué)性質(zhì)差異性分析根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，該區(qū)段下伏白堊系及侏羅系二長(zhǎng)花崗巖，全風(fēng)化層較厚，厚約5~30m,地下水位埋深較淺。對(duì)全風(fēng)化層如此之厚的區(qū)域，初擬以全風(fēng)化巖為持力層，花崗巖全風(fēng)化巖的工程特性及地基承載力和變形模量等指標(biāo)對(duì)工程的影響性較大。首先分析土工試驗(yàn)和標(biāo)貫統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范，判定該區(qū)段花崗巖全風(fēng)化的承載力為350kPa.但通過室內(nèi)試驗(yàn)和標(biāo)貫測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，兩者對(duì)承載力確實(shí)定不匹配，尤其是5~10m深度內(nèi)，數(shù)值差異不同較大，一旦部分段落給出的承載力和變形模量過于冒進(jìn)，將直接影響到工程安全?；◢弾r全風(fēng)化層本身固有的特性，室內(nèi)土工試驗(yàn)的結(jié)果不能精到準(zhǔn)確的反映其工程性質(zhì)，假如簡(jiǎn)單采用土工試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來得出花崗巖全風(fēng)化的地基承載力及變形模量，將會(huì)給工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營造成較大的安全隱患，極易發(fā)生工程問題。因而，必須通太多種手段來查明花崗巖全風(fēng)化的工程特性。2旁壓試驗(yàn)理論及試驗(yàn)研究旁壓試驗(yàn)也稱橫壓試驗(yàn)，是工程地質(zhì)勘察中的一種原位測(cè)試方式方法，其原理是通過旁壓器，在豎直鉆孔內(nèi)使旁壓膜膨脹，壓縮鉆孔壁土體產(chǎn)生變形直至毀壞，并通過量測(cè)裝置測(cè)出壓力和土體變形之問的關(guān)系，繪制應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系曲線[4].選取該城際鐵路6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，對(duì)原始數(shù)據(jù)、相關(guān)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行分析論證，進(jìn)而對(duì)全風(fēng)化花崗巖的地基基本承載力進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，確定地基基本承載力能否知足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，并綜合室內(nèi)土工試驗(yàn)、標(biāo)貫測(cè)試和旁壓試驗(yàn)，給出符合實(shí)際情況的地承載力和變形模量等指標(biāo)。2.1現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)概述本次旁壓試驗(yàn)采用預(yù)鉆式構(gòu)造〔如此圖1〕.預(yù)鉆式旁壓保證成孔質(zhì)量，鉆孔直徑與旁壓器直徑應(yīng)配合良好，防止孔壁坍塌。開場(chǎng)試驗(yàn)前，嚴(yán)格按規(guī)范要求于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)新的彈性膜或者彈性模累計(jì)試驗(yàn)次數(shù)到達(dá)8次以上等情況，對(duì)彈性膜進(jìn)行約束力校正。規(guī)范的穩(wěn)定時(shí)間為1min和3min,前者用于硬土,后者用于軟土。一般來講，試驗(yàn)壓力過臨塑壓力Pf后即可終止該級(jí)壓力的實(shí)驗(yàn)。但測(cè)試中，為求得極限壓力PL而繼續(xù)加壓，不管出不出現(xiàn)委屈服從極限壓力PL,當(dāng)測(cè)管水位下降將至36cm〔有時(shí)超過〕,應(yīng)立即停止試驗(yàn)。2.2旁壓試驗(yàn)結(jié)果及分析花崗巖旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2.從表2中數(shù)據(jù)分析得知，旁壓試驗(yàn)結(jié)果中各數(shù)據(jù)離散性較大，例如臨塑壓力最大值645,最小值399,相差有2倍，變形模量最大100,最小31,相差將近3倍，可見，同在花崗巖地區(qū)，不同試驗(yàn)地點(diǎn)，不同試驗(yàn)深度，旁壓試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)也有一定的變化。2.3花崗巖全風(fēng)化層力學(xué)指標(biāo)確定通過對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)和標(biāo)貫測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果分析，并選取6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，研究了全風(fēng)化花崗巖不同荷載應(yīng)力作用下壓縮變形的特性。綜合了試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)、標(biāo)貫擊數(shù)、旁壓試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及曲線特征，根據(jù)國標(biāo)及當(dāng)?shù)匾?guī)范要求，建議花崗巖全風(fēng)化層地基承載力和變形模量等參數(shù)需根據(jù)深度范圍分開給出。詳細(xì)數(shù)值見表3.3結(jié)束語土工試驗(yàn)塑性指數(shù)結(jié)果表示清楚，該地區(qū)大部分花崗巖全風(fēng)化呈明顯的砂礫質(zhì)土的特征；旁壓試驗(yàn)結(jié)果表示清楚，大部分花崗巖全風(fēng)化承載能力較高，但不同區(qū)域、不同深度結(jié)果離散性較大。在分析室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和原位試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)花崗巖全風(fēng)化層的工程特性進(jìn)行了一定程度的研究，由于其物理力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性和多變性，在地質(zhì)勘測(cè)經(jīng)過中不能過于依靠一種方式方法進(jìn)行評(píng)判，需要采用多種勘察方式方法綜合分析評(píng)價(jià)，才能獲得準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。參考文獻(xiàn)[1]GB50307-2020城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S][2]趙建軍，王思敬，尚彥軍，等。香港全風(fēng)化花崗巖的圃結(jié)特性[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005,33〔1〕:85-88[3]劉正香，陳強(qiáng)。廣州地區(qū)花崗巖殘積土的特性研究[J].中國科技博覽，2018,33[4]孟高頭。土體原位測(cè)試機(jī)理方式方法及其工程應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社，1997[5]趙建軍，王思敬，等。香港全風(fēng)化花崗巖的固結(jié)特性[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,33〔1〕[6]南京水利科學(xué)研究院土工研究所。土工試驗(yàn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2003:295-305[7]袁聚云。徐超。等。土工試驗(yàn)與原位測(cè)試[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，200