安家金 陳鵬飛 羅晉瀟 蔣 良

(中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650000)

1 昔格達(dá)組地層概述

昔格達(dá)地層是分布于我國西南地區(qū)一套特殊巖土單元，工程性質(zhì)較差，主要由下部礫巖、中部粘土巖、上部砂巖組成[1]，主要分布于金沙江及其支流安寧河、雅礱江等河谷地帶。自晚白堊紀(jì)以來，攀西地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的主要表現(xiàn)形式為地塊之間的差異升降運(yùn)動(dòng)，具體為安寧河斷裂帶所在區(qū)域即安寧河谷地區(qū)大幅沉降，安寧河斷裂的兩側(cè)地塊持續(xù)隆升，從而使得安寧河谷宏觀上成為相對(duì)沉降的新生代斷陷盆地[2]，為昔格達(dá)地層沉積提供了空間場(chǎng)所。早更新世開始，禮州—西昌—黃連關(guān)盆地產(chǎn)生持續(xù)性的沉降，與此同時(shí)盆地內(nèi)部沉積了大量的松散堆積物并最終形成了厚度巨大的新生界地層，其中包括昔格達(dá)組地層[3]。

構(gòu)成西昌地區(qū)昔格達(dá)組的碎屑物質(zhì)、粘土礦物及有機(jī)質(zhì)在相同或不同空間位置獨(dú)立或同時(shí)沉積，形成了以細(xì)粒沉積為主的巖土單元，具體類型包括：粘土巖、粉質(zhì)粘土巖及砂質(zhì)粘土巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖及粘土含有機(jī)質(zhì)土。淺黃色、灰色和黑色是昔格達(dá)地層(如圖1所示)的主色調(diào)，同時(shí)黑灰～褐灰、灰綠及灰黃等構(gòu)成了過渡色。昔格達(dá)組由中～薄層狀粉砂巖、粘土巖互層組成，有5個(gè)～6個(gè)由粗到細(xì)之沉積旋回，一般旋回下部粗上部細(xì)，下厚上薄，層理發(fā)育，以水平層理為主，局部見斜層理和交錯(cuò)層理(見圖2)；以中厚層(0.5 m～0.1 m)和薄層(0.1 m～0.01 m)構(gòu)造為主，而微薄層構(gòu)造(<0.01 m)分布也較廣泛。該地層中鈣質(zhì)結(jié)核、團(tuán)塊較多，粉砂巖中偶見斜層理、波狀層理等，顯示了歷史上沉積環(huán)境以平靜湖相沉積為主體，部分地史時(shí)期較動(dòng)蕩[4]。

據(jù)前人研究資料[5]，攀西地區(qū)昔格達(dá)組地層含有的粘土礦物中沒有蒙脫石，主要是伊利石，高嶺石、綠泥石。從礦物成分看，構(gòu)成昔格達(dá)組粉砂巖的造巖礦物主要是長石、方解石和石英，綠簾石、角閃石和磁鐵礦等也較為常見。從化學(xué)成分看，昔格達(dá)組粘土巖和粉砂巖主要由SiO2構(gòu)成，此外Al2O3,Fe2O3,CaO,MgO,K2O等也是構(gòu)成其化學(xué)成分的物質(zhì)之一，除灰黑色粘土中含少量有機(jī)質(zhì)外，其余均無。pH值一般為6.7～8.8。粘土具微細(xì)層理，浸水后容易崩解成鱗片狀；粉砂巖半膠結(jié)，膠結(jié)物為泥質(zhì)或鈣質(zhì)。

典型的昔格達(dá)組地層主體包括粘土、粉質(zhì)粘土、粉土及粉砂巖，其中以粘土層居多，因此研究其工程地質(zhì)特性對(duì)認(rèn)識(shí)昔格達(dá)組地層的工程性質(zhì)具有非常重要的意義。限于篇幅，本文重點(diǎn)對(duì)昔格達(dá)地層中粘土層工程地質(zhì)特性進(jìn)行梳理研究。

2 粘土層基本物理特性

昔格達(dá)組粘土有灰黃、褐黃、黃褐、綠黃、黃綠、灰、蘭灰、深灰色等顏色，代表其形成過程中環(huán)境變化較為劇烈，如弱氧化環(huán)境向強(qiáng)還原環(huán)境的轉(zhuǎn)變。為了解昔格達(dá)組粘土層的基本物理性質(zhì)，采取樣品在室內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn)。從表1可以看出，粘土樣品的飽和度80%～100%，平均為92%；孔隙比0.70～1.31，平均為0.97；比重Gs為2.69～2.83，平均為2.76；天然密度1.66～2.05，平均為1.86；天然含水量為24%～42%，平均為32%；自由膨脹率為13%～75%，平均為43%，具弱膨脹性。

水理性質(zhì)是影響粘土工程性質(zhì)的重要因素之一，為研究昔格達(dá)組粘土層的水理性質(zhì)，測(cè)定了其液限、塑限、液性指數(shù)、塑性指數(shù)等稠度狀態(tài)參數(shù)(如表1所示)和水平、垂直方向的滲透系數(shù)，其中參與液限和塑限統(tǒng)計(jì)的粘土樣品共有136件。從表1可以看出，液限為39.4%～58.3%，平均值為48%；塑限為22%～26%，平均值為28%；塑性指數(shù)為17%～31.2%，平均值為20%；液性指數(shù)為0%～0.47%，平均值為0.19%。根據(jù)滲透試驗(yàn)結(jié)果，多組粘土樣品的垂直滲透均值為7.51×10-6cm/s，水平滲透系數(shù)均值為1.91×10-5cm/s，可見水平滲透系數(shù)大于垂直滲透系數(shù)，體現(xiàn)了近水平層理對(duì)滲透系數(shù)的影響。從試驗(yàn)結(jié)果也可以看出，昔格達(dá)組粘土屬于弱滲透性地層。

表1 昔格達(dá)組粘土樣品的基本物理參數(shù)一覽表

3 粘土層壓縮固結(jié)特性分析

壓縮固結(jié)特性是衡量土體地基承載能力的重要指標(biāo)，其往往與顆粒級(jí)配、孔隙度、含水量、顆粒排列形態(tài)等密切相關(guān)。為此，我們采用室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)測(cè)試了昔格達(dá)組粘土層的壓縮固結(jié)特性。室內(nèi)試驗(yàn)中，參與壓縮性統(tǒng)計(jì)的樣品數(shù)有65件，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，粘土層的壓縮模量E1-2介于6.1 MPa～17.9 MPa，平均值為11.6 MPa，壓縮系數(shù)a1-2為0.10 MPa-1～0.34 MPa-1，平均0.19 MPa-1，屬于中等壓縮性土，具有較好的抗變形能力。

為了進(jìn)一步了解昔格達(dá)組粘土層的承載強(qiáng)度及變形特性，采用現(xiàn)場(chǎng)淺層平板載荷試驗(yàn)測(cè)定了其承載力特征值和變形模量，其結(jié)果詳見表2?？梢?，完整原位粘土巖在自然條件下具有較高的承載能力，在浸水后其承載能力明顯降低。經(jīng)對(duì)比，粘土巖在浸水條件下的承載力比自然狀態(tài)下的降低約10%～57%，個(gè)別浸水前后承載力下降55%～57%。如表2中P13，PB13試驗(yàn)中，浸水前后試驗(yàn)得出的承載力特征值分別為616 kPa,277 kPa，浸水后粘土巖的承載力下降幅度達(dá)55%。

4 粘土層剪切強(qiáng)度特性

為了研究昔格達(dá)組粘土層的剪切強(qiáng)度特性，采用室內(nèi)剪切試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)兩種方法，測(cè)試了粘土層的內(nèi)摩擦角和粘聚力。室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，選取110個(gè)粘土樣品，采用天然快剪、浸水快剪、固結(jié)快剪、浸水固結(jié)快剪等四種不同條件下的剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后剔除了部分異常數(shù)據(jù)，對(duì)55個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，其結(jié)果詳見表3。對(duì)比天然和浸水條件下的試驗(yàn)結(jié)果可見，浸水條件下內(nèi)摩擦角和粘聚力均有不同程度的降低，且粘聚力的降幅明顯高于內(nèi)摩擦角的。在天然和浸水狀態(tài)下，典型昔格達(dá)組粘土樣品的剪切試驗(yàn)曲線如圖3，圖4所示，在天然狀態(tài)下其內(nèi)摩擦角和粘聚力分別為16.9°，40.1 kPa，在浸水條件下其內(nèi)摩擦角和粘聚力分別為14.5°，28.2 kPa，浸水條件下粘土的內(nèi)摩擦角和粘聚力較天然狀態(tài)下的分別下降了14.2%和29.6%，顯然浸水條件下內(nèi)摩擦角和粘聚力值均出現(xiàn)了較大程度的下降，且粘聚力值下降更為明顯。

表3 攀西地區(qū)昔格達(dá)組粘土在不同條件下的抗剪強(qiáng)度參數(shù)

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直接剪切試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)地層層理情況按切層及順層、天然及浸水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明：切層剪切條件下，天然粘土巖的粘聚力介于66.6 kPa～95.1 kPa，內(nèi)摩擦角介于23.7°～28.3°；浸水粘土巖的粘聚力介于42.2 kPa～73.7 kPa，內(nèi)摩擦角介于20.8°～25.2°。在順層剪切條件下，天然粘土巖的粘聚力介于55.0 kPa～89.0 kPa，內(nèi)摩擦角介于18.4°～23.6°；浸水粘土巖的粘聚力介于57.9 kPa～74.6 kPa，內(nèi)摩擦角介于20.2°～21.3°?？傮w上，順層剪切指標(biāo)降低，但由于多數(shù)順層及切層試驗(yàn)地點(diǎn)不同，致使試驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏對(duì)比性；浸水對(duì)比自然條件下指標(biāo)下降情況：c值降低了22%～45%，φ值降低了8.5%～12%?？傮w上c值比φ值下降幅度相對(duì)較大，這與室內(nèi)直剪試驗(yàn)結(jié)果是一致的。

5 結(jié)語

昔格達(dá)組是攀西地區(qū)一類特殊巖土體，主要由淺黃～灰黃色、灰綠色、深灰色互層狀粘土巖和粉砂巖組成，受構(gòu)造成因而沉積形成。其中，粘土巖工程性質(zhì)特殊，具有弱膨脹勢(shì)，滲透性較差；在天然狀態(tài)下具有較高的地基承載力和抗剪切強(qiáng)度，浸水后其工程性質(zhì)變差。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 王新民,張成貴,裴錫瑜.晚第四紀(jì)安寧河斷裂的新活動(dòng)與特征[J].四川地震,1997(3):8-16.

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