紅粘土的工程地質特性
⑴ 工程地質特徵
工程地質特徵對注漿材料的選擇和注漿量的確定尤其重要，因此，在注漿施工前回，必須搞清楚所注地層答是砂層、粘土層、淤泥層，還是砂卵石層、斷層破碎帶。對於砂層，要進行篩分試驗，確認砂層是粗砂、中砂，還是細砂、粉細砂。對地層空隙率、裂隙度要通過試驗，或者採取工程類比法進行確定。
⑵ 湖相粘土的工程地質特性
一、洱海軟粘土
近年來，隨著我國沿海和內陸軟土地區工程建設的迅速發展，飽和軟粘土的物理力學特性研究受到了工程地質和岩土工程界的極大關注，並取得了不少進展。滇藏鐵路沿線的軟弱湖相粘土地基主要分布在數個第四紀盆地中，例如洱海盆地、鶴慶盆地、麗江盆地、拉市海盆地、小中甸盆地、中甸盆地、林芝盆地等。由於上述盆地中湖相粘土的形成時代、沉積物形成的古氣候、古環境和物質組成不同，其工程性質是極其復雜的，既有流塑態現代粘土、又有早全新世軟塑態粘土、還有次穩定的晚更新世小中甸粘土及硬塑態鶴慶粘土等。此外，在安久拉山口大熊錯、白衣錯一帶，土壤坡面中發育有暗黑色泥炭層，屬山地沼澤化土；在寬谷江河的水網地帶，如雅魯藏布江和拉薩河谷，也有河漫灘沼澤相軟土發育。因此，滇藏鐵路規劃和建設中必須對上述不同地質時代和不同性質的湖相粘土開展專門的研究，以便進行有效的工程評價和工程設計。現以洱海第四系軟粘土為例，闡述湖相軟粘土工程地質研究的理論和方法。
1.洱海東緣軟粘土的分布特徵
洱海是滇西最大的斷陷湖泊，湖水面積約249.8 km2，湖面海拔1974 m，屬瀾滄江水系。洱海西鄰由寒武系板岩和大理岩構成的點蒼山，東部為上古生界的石灰岩低山丘陵，北側為入口，向南為西洱河，是一個開放的湖泊水系（圖12-18）。
圖12-18 洱海周緣軟土分布示意圖
根據前人研究（吳根耀，1992），洱海盆地自始新世開始斷陷並接受沉積。晚更新世時氣候寒冷，大理冰期來臨，來自西側點蒼山的山嶽冰川產生強烈刨蝕作用，造成河流堵塞。進入早全新世時氣候發生變化、溫度上升，洱海水泛濫，平均水位達海拔2160 m，形成大量河湖相或河湖-沼澤相沉積。全新世中期，全區溫度持續上升，湖水大面積乾涸或范圍縮小，水位下降到海拔2000 m左右（段彥學，1987）。全新世晚期，區內湖泊進一步縮小或乾涸，洱海目前的水位是1974 m。隨著洱海水位不斷下降，湖泊面積逐漸縮小，原湖泊近岸水下的沉積地層出露水面。經孢粉分析和14C年齡測定，洱海東緣的軟粘土主要是早全新世以來的沉積物。
2.洱海東緣軟粘土的物質組成和物化性質
（1）粒度組成
根據移液管全分散法粒度分析結果（表12-15），洱海東緣軟粘土具有高分散性，砂粒含量極低，主要由粉粒和粘粒組成，d＜5 μm的粘粒含量大部分在35%以上，最高達60.32%。
表12-15 洱海東緣軟粘土物質組成及物理化學活性測試結果
（2）粘土礦物
粘土礦物XRD定量測試結果表明，洱海東緣軟粘土的主要粘土礦物成分為單礦物蒙脫石（S）（圖12-19），占粘土礦物總量的80～81%，次要粘土礦物為高嶺石（K），佔16～17%，伊利石（I）僅佔2～4%（表12-16）。洱海富Mg2+的水體環境和周邊大量蒙脫石化蝕變岩的分布是形成大量蒙脫石的原因。
表12-16 洱海東緣軟粘土礦物成分定量測試結果
（3）軟粘土的物理化學活性及孔隙溶液的化學成分
比表面積指標可以較好地反映粘性土的物理化學活性。採用乙二醇乙醚吸附法測定結果表明，洱海軟粘土的比表面積為176.78～448.23 m2/g，平均值299.32 m2/g，巨大的比表面積決定了其物理活性很高。採用土水比1∶5水提取液測得樣品的pH值為6.23～7.9（表12-17），基本屬中性。洱海軟粘土的含鹽量通常小於100 mg/100 g，個別地點因有機質大量聚集，引起局部含鹽量升高（主要為。孔隙溶液的主要陽離子及粘土礦物表面可交換性陽離子都是以Ca2+為主，交換性Ca2+引起的粘土顆粒絮凝作用和雙電層壓縮明顯，造成粘土結構強度高、粘聚力增大、壓縮性降低。
圖12-19 洱海東緣軟粘土＜2 μm粒組X-射線衍射曲線
表12-17 洱海東緣軟粘土水提取液化學分析結果
3.洱海東緣軟粘土的工程地質特性
根據洱海東緣軟粘土的大量土工試驗結果（表12-18），軟粘土的工程特性主要表現在以下方面：
（1）含水量較高。含水量一般在40%～65%之間，最高可達104%，平均值為57.08%，接近於液限，幾乎處於飽和狀態。
（2）天然孔隙比大。孔隙比一般在0.64～2.63之間，平均值為1.49。
（3）特殊的稠度狀態。稠度即液性指數，是軟粘土判別和分類最重要的指標。在國際上通常將液性指數IL≥0.75或不排水抗剪強度≤40 kPa的粘性土稱為軟粘土（Brand et al.，1981）。中國軟土的判別一般把天然孔隙比e≥1.0且天然含水量w大於液限wL的細粒土稱為軟土。測試結果表明，洱海早全新世軟粘土的液性指數IL介於0.47～1.51之間，平均值為0.79（表12-18，圖12-20）。無論是分布概率還是平均值都說明它們處於軟塑態，液性指數IL降低還導致壓縮性減少、抗剪強度增大，這一特點與其形成的地質時代有關。
（4）高塑性。液限多在45%以上，最高達101.3%，平均值為58.17%；塑限多大於25%，最高達61%，平均值31.4%；塑性指數的平均值絕大多數大於20%。總體上，洱海早全新世軟粘土屬於高塑性粘土。
（5）壓縮性大。軟粘土壓縮系數為0.23～2.21 MPa-1，平均值0.88 MPa-1；壓縮模量一般為1.45～5.63 MPa，平均值3.14 MPa。數據統計表明，有14%的軟粘土為中等壓縮性，86%為高壓縮性，說明洱海軟粘土以高壓縮性為主，同時中壓縮性仍佔有一定比例，說明這部分軟粘土已經發生了一定程度的固結。
（6）強度低：直剪（快剪）試驗測定結果，內摩擦角最低2.1°，最高23.3°，平均一般為11°；粘聚力c值1.7～39.8 kPa，一般值8～16 kPa，表明洱海湖相軟粘土的抗剪強度較低，與一般軟粘土並沒有明顯的差異。
表12-18 洱海東緣軟粘土的工程特性統計結果
（7）固結系數小。該區軟粘土固結系數一般在0.11～4.42 cm2/s之間，平均值為1.08 cm2/s，說明該區軟土完成固結沉降需要較長時間，這對施工工期影響很大。
（8）透水性弱。低滲透性是軟粘土的共同屬性，其滲透性大小隨粘粒含量和塑性指數的增高而降低，洱海軟粘土滲透系數最低0.04×10-7 cm/s，高者達4.17×10-7 cm/s，一般為0.30～0.60×10-7 cm/s，平均值0.39×10-7 cm/s；表明軟土的排水固結不好，對排水固結不利。
4.洱海東緣軟粘土的固結性分析
洱海東緣軟粘土沉積時間較短、固結程度低，淤泥及淤泥質粘土呈絮狀結構，孔隙發育，因而壓縮性大。鑒別天然粘土沉積是否屬於正常固結的方法有很多種，Skempton（1970）建議採用以下兩種方法：①用Casagrande圖解法從壓縮實驗求得先期固結壓力σ′vo，即延長e-logσ′v曲線的原始直線部分與通過原位孔隙比е0的水平線相交得出下限σ′vc（min），如果σ′vo夾在σ′vc和σ′vc（min）之間，則粘土是正常固結的。②根據Su/σ′vo與深度的關系判斷，Su是不排水抗剪強度，可根據粘聚力和內摩擦角由公式τ=c+σtanθ計算而得。如果各點近似落在一條直線上，即如果不排水抗剪強度隨著有效覆蓋壓力成比例增加，則認為粘土是正常固結的。
對洱海東緣軟粘土固結性採用上述第二種方法進行分析。根據室內試驗結果，抗剪強度與有效應力之比（Su/σ′vo）隨深度出現2種不同的變化規律（圖12-20）。從地表到大致10 m左右的深度，Su/σ′vo隨深度呈現對數變化規律，對其進行回歸分析，可以看出有明顯的相關性，相關系數為0.91。相關關系可以表示為：
滇藏鐵路沿線地殼穩定性及重大工程地質問題
根據Skempton建議採用的方法判斷，表明表層軟粘土並非正常固結，而是出現超固結現象。從圖12-20中含水量、容重、不排水抗剪強度隨深度變化情況也可以證明這一點。在表層（約0～10 m）天然含水量隨深度而增大，容重、不排水抗剪強度隨深度而降低。初步分析認為，出現這種現象主要是由於滇西北高原的隆升造成地表抬升，降水量減少、湖水位退縮，早全新世軟粘土上部抬升到湖水位以上，致使上部土層乾燥硬化，孔隙比減小，產生超固結，從而出現並非僅在自身重力作用下的固結作用。地表土經過雨水的淋濾及有機質的氧化分解作用，形成與下部土層呈漸變的硬殼層，這個硬殼層表現出液性指數與含水量小、抗剪強度大的工程特性。
圖12-20 洱海東緣早全新世軟粘土工程特性指標與深度關系曲線圖
5.洱海東緣軟粘土物理力學指標的相關性分析
實際工程中經常建立土體物理力學性質指標之間的相互關系式，從而根據容易測定的物理性質指標估算難以准確測定且費時費力的力學性質指標，以供工程應用參考。統計分析表明，洱海東緣軟粘土的物理力學參數之間具有較好的相關性（圖12-21）。其中，軟粘土含水量w與孔隙比e、塑性指數IP與液限wL、孔隙比e與壓縮系數av、含水量w與壓縮系數av具有顯著正相關性；液性指數IL與粘聚力c、含水量w與內摩擦角φ、塑性指數IP與壓縮系數av之間存在較明顯的負相關性。
圖12-21 指標參數之間關系散點圖
綜上所述，可以得到以下認識：
（1）洱海東緣早全新世湖相粘土屬於軟塑態的軟粘土，而不屬於現國家標准規定的液性指數IL≥1.0的流塑態的軟土。按照國際流行的軟土定義，它們仍然屬於軟粘土，並且具有高壓縮性、低強度等不良工程特性，因此路基、橋基等需進行地基處理成採用適宜的樁基基礎。
（2）滇藏鐵路沿線廣泛分布的湖相、湖沼相沉積粘土，因形成的地質時代、物質成分各不相同，因此軟粘土的工程性質及其相關的工程問題也有很大差異，尤其是晚更新世以來形成的湖相粘土，從工程地質角度都屬於性質不良的軟弱地基，對其靜力學和動力學性質都要加以深入研究。
二、小中甸盆地湖相硬粘土
前已敘及，滇西北小中甸盆地是上新世末期以來在青藏高原強烈隆起過程中形成的NNW向第四紀斷陷湖盆地，從深切的小中甸河谷剖面可見盆地上部發育中晚更新世湖相粘土（圖2-11，圖2-12）。規劃中的滇藏鐵路約有50 km的線路沿著小中甸盆地走向建設，作為滇藏鐵路路基、邊坡和填築材料的小中甸湖相粘土，對鐵路工程的設計、施工和安全有重要影響。
1.小中甸粘土的物質組成和物理化學活性
根據移液管全分散法的粒度分析結果，小中甸湖相粘土具有高分散性，砂粒含量極低，主要由粉粒和粘粒組成，d＜5 μm的粘粒含量大部分在40%以上，最高達69.54%，小中甸湖相粘土中所夾粉質粘土層的粘粒含量較低，但也在7.88%～47.74%（表12-19）。
表12-19 小中甸湖相粘土物質組成及物理化學活性測試結果
對樣品採用3種方法（天然樣品、乙二醇處理樣品和550℃加熱處理樣品）進行了粘土礦物X-射線衍射定量測試，測試結果表明，湖相粘土的礦物組成為伊利石、伊利石/蒙脫石混層礦物、高嶺石、綠泥石、綠泥石/蒙脫石混層礦物的共生組合，但以伊利石為主（表12-20，圖12-22），其相對含量54%～70%，絕對含量10.82%～32.09%。
表12-20 小中甸湖相粘土礦物成分定量測試結果
由乙二醇乙醚吸附法測得的小中甸粘土比表面積為49.47～112.82 m2/g，平均值為81.27 m2/g（純伊利石表面積67～100 m2/g，高嶺石7～30 m2/g）。活動性系數A介於0.51～0.83之間（表12-19），活性指數綜合反映了土的塑性與粘粒含量和粘土礦物親水性的關系，該套粘土的A＜0.83，表明粘土含水量變化時，土顆粒的體積變化不大。
根據單高地剖面8個樣品土水比1∶5懸浮液測得樣品的pH值為7.01～8.10（表12-19），屬微鹼性。林業局淺表層邊坡剖面樣品pH值變化較大，為6.69～7.77。試驗測得單高地剖面CaCO3 含量為8.30%～12.83%，而淺表層林業局剖面CaCO3 含量較低，為1.08%～5.23%，用重鉻酸鉀氧化法測得的有機質含量為0.16%～0.85%。5個樣品土水比1∶5水提取液水化學分析結果表明該處粘土水化學類型以HCO3--Ca2+型為主（表12-21），個別青灰色粘土為型，且水提取液含鹽量很低，為53.16～80.22 mg/100 g。表明小中甸粘土沉積時的古湖為濕潤環境下具有弱還原環境和具有一定封閉性的高原深水淡水湖。在這種湖水環境下形成的湖相粘土不但分選良好，顆粒細膩，而且具有較高的結構強度。但是，目前處於淺表層或遭受雨水溶濾改造的湖相粘土pH值和CaCO3 含量明顯降低。
圖12-22 小中甸湖相粘土＜2 μm粒組X-射線衍射曲線
表12-21 小中甸盆地單高地粘土水提取液化學分析結果
2.小中甸粘土的物理性質
對分別採集於淺表層的小中甸林業局東北214國道邊坡剖面和單高地村深切溝谷剖面的湖相粘土樣品進行物理和水理性質測試，前者因遭受大氣干濕交替作用、雨水和坡面水流淋溶作用，在物理水理力學性質上與後者有所不同。根據測試結果，林業局邊坡粘土天然含水量24.44%～32.51%，干容重1.43～1.61 g/cm3，孔隙比0.72～0.92，液限46.61%～53.80%，塑限27.15%～29.53%，塑性指數19.46～24.27，液性指數0.12～0.14（表12-22），表明位於淺表層的小中甸粘土具有高塑性硬粘土的特性。單高地深切溝谷小中甸粘土單高地村8個粘土樣品含水量在35.46%～48.49%，平均為41.13%，這是一般硬塑粘土所沒有的，高含水性還表現在天然含水量遠遠大於此粘土的塑限，表明處於潛塑態。臘封法測得的樣品容重為1.71～1.83 g/cm3，平均1.78 g/cm3，其干容重1.19～1.32 g/cm3，平均1.26 g/cm3，孔隙比1.05～1.31，平均1.18。可見，單高地小中甸粘土具有高孔隙性低密度的特點，這與小中甸粘土形成地質時代相對較新、固結程度低、粘土的鈣質和有機質膠結作用較強密切相關，也與深切溝谷兩側粘土遭受後期表生改造輕微有關，可代表小中甸粘土真實物理特性。
表12-22 小中甸湖相粘土基本物性指標測試結果
採用錐式液限儀和搓條法測得的液限為43.11%～63.99%、塑限30.50%～37.84%，塑性指數12.61～30.43，表明小中甸粘土屬於高塑性粘土。8個樣品液性指數0.05～0.55，平均為0.35，按照液性指數的稠度分級，單高地小中甸粘土多數屬可塑態，僅個別為硬塑態。這與天然小中甸粘土的實際狀態表現（野外調查所見為硬塑態）極不相符。分析認為，液限、塑限指標測定是樣品在結構充分擾動水化狀態條件下測定的，而不代表天然結構狀態，二者之間的不一致說明了天然小中甸粘土的結構性，即CaCO3和有機質對粘土的膠結作用。這一事實表明小中甸粘土在機械擾動結構破壞條件下粘土將發生顯著的塑性變形。
3.工程特性
（1）脹縮性分析
採用國際流行的Williams 和Donadson 粘土膨脹勢判別法，對小中甸粘土進行膨脹勢判別表明，小中甸粘土以中等膨脹-強膨脹為主（圖12-23），相當於國內弱、中等膨脹粘土。小中甸粘土的膨脹性主要與粘粒含量高密切相關，這是與我國中東部地區膨脹土的不同之處。另外，小中甸湖相粘土的天然含水率高，基本上位於40%～50%之間，具有乾燥收縮特性，易導致開挖暴露引起地面開裂、邊坡風化剝落。而野外觀測該粘土表現為外觀性狀好，這與該剖面長期受水浸潤作用有關。
圖12-23 小中甸湖相粘土膨脹勢判別圖
（2）力學強度特性
為了進一步揭示小中甸粘土的強度特性，我們對採集的原狀樣品進行了直剪試驗和三軸壓縮試驗。直剪試驗結果表明，該粘土的粘聚力c值較大，為38.8～50.3 kPa，內摩擦角φ為17.2°～23.0°（表12-23），三軸（UU）抗剪強度值c值為44.0 kPa，φ值為13.1°，較高的粘聚力與粘粒含量高、較高的鈣質和有機質膠結作用有關。在CaCO3和有機質膠結作用下粘土的工程特性良好，在遭受淋濾後CaCO3和有機質含量減少，引起c值降低，由此可見小中甸粘土為結構性土。邊坡開挖易引起結構破壞、土體含水量降低引起土體收縮變形，降雨引起φ值降低，在此種情況下該粘土組成的邊坡將發生破壞。
表12-23 小中甸單高地湖相粘土物理力學指標測試結果
綜上所述，可以得到以下認識：① 小中甸盆地湖相粘土粘粒含量高，礦物組成以伊利石為主，伴生有伊利石/蒙脫石混層礦物、高嶺石、綠泥石、綠泥石/蒙脫石混層礦物，形成於高原溫帶濕潤氣候的古氣候環境和較弱的化學風化作用。② 小中甸粘土具有高含水量、高孔隙性和高塑性、顯著結構性等特點，具有較高的結構強度和較高的地基承載力。在干濕交替和淺表部粘土遭受水的淋濾後粘土的力學性質變差。③ 粘土粘聚力較大，與粘粒含量高、CaCO3膠結作用密切相關，處於淺表層的粘土邊坡在水和人類活動等外部因素的影響下易發生滑坡災害。建議在今後研究中對小中甸湖相粘土的固結程度、變形性質和微觀結構特徵進行專門研究，以進一步揭示在振動荷載作用下該湖相粘土作為地基的結構穩定性和變形量。
⑶ 粘土化蝕變軟岩的工程地質特性
一、蒙脫石化蝕變岩的發育特徵
我們在滇藏鐵路滇西北段野外地質調查過程中，發現了多處工程性質極差的火成岩和玄武岩的蝕變岩，它們主要分布在洱海東側的禾洛山隧道、大墓坪隧道及公路邊坡的露頭上；在洱海東、鶴慶北衙等地還發現了多處蝕變岩脈遭受侵蝕後形成的深切溝槽，它們很可能標志著蝕變岩的分布。
1.蝕變岩的宏觀地質特徵
（1）康廊村蝕變岩帶
在洱海東岸康廊村一帶，沿D1k白雲質灰岩中的裂隙帶發育閃長岩脈，岩脈寬達4.5 m，走向80°，近直立，岩脈與灰岩交界處形成鍾乳狀的方解石，在後期的構造活動和熱液作用下閃長岩脈發生蝕變，呈軟弱泥狀（圖12-1）。
（2）禾洛山隧道的蝕變岩
在禾洛山隧道一帶，發育近SN向的斷裂帶，二疊系玄武岩常沿斷裂帶遭受熱液作用、產生蝕變。在隧道北口西側，玄武岩擠壓破碎明顯，蝕變程度不同的深褐色蝕變岩與褐黃色蝕變岩交替出現，構成寬達15 m的蝕變帶（圖12-2）。由於蝕變岩體與隧道近於平行，隧道斷面不得不擴挖並採用弧形板支護。在山體西側，施工便道開挖的邊坡在半年內即風化成砂，覆蓋於母岩之上，厚達3～5 cm，這顯然與玄武岩蝕變作用引起的性質蛻化有關。
（3）康海村蝕變岩帶
位於雙廊鎮康海村北的山體主要由二疊系灰色石灰岩構成，沿斷裂帶間斷出現玄武岩。受蝕變作用影響，玄武岩風化程度高。二疊系石灰岩常沿斷層方向或岩脈產生溶蝕，出現岩溶裂隙或寬大裂縫。鐵路從該蝕變帶附近以邊坡形式通過，在斷裂帶和玄武岩復合部位的邊坡易於風化剝落。
（4）大墓坪隧道的蝕變岩帶
大墓坪隧道圍岩為層狀玄武岩，產狀290°∠30°，隧道軸走向340°，圍岩中發育較多的NE向構造節理，且有煌斑岩侵入跡象。玄武岩沿節理蝕變現象明顯，蝕變後呈紫紅色、灰綠色、米黃色等，且性質軟弱。
圖12-1 洱海東岸康廊村一帶蝕變岩特徵
圖12-2 禾洛山隧道北口蝕變岩特徵
（5）奔子欄西北的蝕變岩
在德欽奔子欄西北，214國道邊坡由玄武岩構成，節理密集發育，屬斷層影響帶，斜坡表層蝕變風化現象明顯，玄武岩成為淺黃綠色泥礫質蝕變物，其中夾雜石膏脈和黃鐵礦斑點，說明它們遭受過低溫熱液礦化作用。蝕變岩風化後呈豆腐渣狀，在蝕變岩分布區出現多處邊坡滑塌現象。
2.粘土化蝕變岩的物質組成
經蝕變的岩體多呈鬆散狀，經後期錯動或風化後呈土狀。在不少情況下，蝕變物與原岩或圍岩交錯鑲嵌在一起。通過野外系統取樣進行粒度分析，蝕變岩的粒度組成因蝕變程度的不同而有所差異，不少蝕變岩＜5 μm粘粒含量達50%以上，最高達71.84%（表12-1），這也是蝕變後的岩石極易風化的原因之一。
表12-1 滇藏鐵路滇西北段蝕變岩的粒度分析結果
粘土礦物含量和組成是決定蝕變岩工程地質特性的物質基礎。本次研究中，分別對＜2 μm樣品採用3種處理方法（懸液製成的定向片、乙二醇飽和處理的定向片、550℃條件下加熱2小時的定向片）進行粘土礦物XRD定量測定。測試結果表明，滇西北強烈粘土化的土狀蝕變岩的粘土礦物成分全部為單礦物蒙脫石，蒙脫石相對含量達100%；蝕變程度較低的斑塊狀蝕變岩的粘土礦物成分由蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石組成，但蒙脫石相對含量也達到35%～82%（表12-2，圖12-3）。值得一提的是，組成蝕變岩粘土礦物的蒙脫石是以單礦物形式出現的，而不以混層礦物形式出現。採用SnCl2容量法測得的有效蒙脫石含量（絕對含量）多數在50%以上。這說明所研究的蝕變岩類型全部為蒙脫石化蝕變岩。
表12-2 蝕變帶粘土礦物組成定量測試結果
圖12-3 蝕變岩＜5 μm粘粒的XRD定量測試結果
二、蒙脫石化蝕變岩的工程地質特性
1.物理性質和物理化學活性
室內測試表明，由於大量蒙脫石的存在，蒙脫石化蝕變岩在天然狀態下可保持較高的含水量（達40%以上），而乾燥後在水中崩解成泥狀、碎屑泥狀（表12-3）。蝕變岩的比表面積通常很高，一般在200 m2/g以上，有的高達507.66 m2/g，具有蝕變程度越高、比表面積越大的特點，這說明蝕變岩通常具有較高-很高的物理化學活性，在環境變化的條件下，極易誘發工程問題。
表12-3 蒙脫石化蝕變岩的物性指標和工程特性測試結果
2.膨脹勢
蒙脫石化蝕變岩屬於膨脹岩的一種地質成因類型，國外雖有現場膨脹勢的快速判別方法，但沒有定量指標。目前國內尚無統一的膨脹岩判別標准，多採用曲永新（1992）提出的不規則岩塊乾燥飽和吸水率指標進行判別，吸水率的大小反映膨脹勢的強弱。測試表明，多數樣品為強膨脹性的，少數為微膨脹性的（圖12-4）。為了揭示蝕變作用的工程效應和環境效應，張永雙等（2007）認為可以採用「蝕變系數」來反映蝕變岩的蝕變程度，其值為岩塊乾燥飽和吸水率與＜0.5 mm岩粉吸水率的比值，表達式為：
滇藏鐵路沿線地殼穩定性及重大工程地質問題
式中，ζ——蝕變系數；
圖12-4 蝕變岩的蝕變程度和膨脹勢判別圖
Wb——岩塊乾燥飽和吸水率/%；
Wp——岩粉乾燥飽和吸水率/%。
蝕變系數反映岩石的蝕變程度，值越大蝕變程度越高，蝕變岩的膨脹性越強。
三、粘土化蝕變岩的形成條件及其分布規律
1.岩石蒙脫石化作用的形成條件
大面積區域蝕變岩的形成，常受控於區域內重大地質事件和地質作用，尤其是區域蝕變帶常與區域深斷裂的構造岩漿活動有關。因此，岩石類型、活動斷裂和流體作用是產生區域蝕變帶的前提，具有一定規模且穩定的熱源是促使岩石蝕變的動力條件。從工程地質的角度，蒙脫石化、伊利石化、高嶺石化尤其是蒙脫石化蝕變作用對工程的危害最嚴重，常成為工程地質研究中最受關注的對象。
大量研究表明，雖然硅酸鹽岩經過熱液作用都可以形成蒙皂石（蒙脫石），但不同岩石形成蒙脫石所需要的條件是不同的。由於蒙脫石硅氧四面體和鋁氧八面體晶層中普遍存在著Mg2+和Al3+的同晶置換作用，Mg2+是蒙脫石礦物晶格中不可缺少的化學成分，因此蒙脫石的形成必須有足夠的Mg2+參與。Mg2+的來源一般有3種途徑：①富含Mg的火成岩體本身，如輝綠岩、輝長岩、玄武岩等基性岩；②富Mg的圍岩，如白雲岩、白雲質灰岩、白雲質大理岩；③存在富含Mg2+的地下熱水作用。在對侵入體蒙脫石化工程地質預報中，不僅要充分注意侵入體和圍岩的礦物化學成分，還必須分析是否出現過熱液作用。通常，對後者的宏觀判別並不容易，可行的判別辦法主要有2個，一是調查熱液礦床和熱液蝕變岩帶的分布，二是調查溫泉和地下熱水的分布。橫斷山區是我國地熱活動高異常區，有大量溫泉分布，其中大理至德欽所經地區已發現溫泉（群）達69個之多，為圍岩蝕變提供了極為充分的條件。
2.滇藏鐵路滇西北段的主要蝕變岩類型
前人成果和野外實地調查表明，滇藏鐵路滇西北段的粘土化蝕變岩主要屬於岩漿期後的熱液蝕變岩，少量為火山岩的熱液蝕變。岩漿期後的熱液蝕變作用通常伴隨著淺成（次火山岩）的岩漿活動，由殘余熱液和揮發分的作用而發生的蝕變作用。一般遭受鹼性-微鹼性熱液作用的火成岩侵入體均可以發生蒙脫石化作用。岩漿期後的熱液蝕變岩按照母岩的岩性大致可劃分為：①輝綠岩、輝長岩脈的蝕變岩；②安山玢岩、閃長玢岩脈的蝕變岩；③酸性和鹼性岩脈的蝕變岩。在某些火山岩分布區，火山岩的蝕變通常是在鹼性-微鹼性富Mg熱水的作用下形成的。遭受蒙脫石化蝕變作用的岩體，其工程性質迅速蛻化，成為容易誘發工程問題的特殊岩土體。
根據蝕變岩的全岩XRD測定結果推測，洱海東側康海一帶蝕變岩的母岩可能為輝綠岩，禾洛山隧道北口為蝕變玄武岩，奔子欄北和康廊村蝕變岩的母岩可能為閃長玢岩，蝕變岩樣品中黃鐵礦和石膏的存在，表明它們為低溫熱液蝕變的產物（表12-4）。
表12-4 蝕變岩的全岩礦物組成的XRD測試結果
⑷ 在有溶岩和紅粘土地區進行工程建設時應注意哪些工程地質問題
溶岩地區由於有溶洞、伴隨溶溝、溶槽的存在，在岩體自重或者建築物的重量下，會發生地面變形，地基塌陷。由於地下水的運動，建築場地或地基也可能出現涌水淹沒等突然事故。
⑸ 簡述火成岩的工程地質性質
代表性的是花崗岩和玄武岩,花崗岩質地堅硬緻密、強度高、抗風化、回耐腐蝕、耐磨損、吸水性答低,美麗的色澤還能保存百年以上,是建築的好材料,但它不耐熱.
玄武岩其岩石結構常具氣孔狀、杏仁狀構造和斑狀結構,有時帶有大的礦物晶體,未風化的玄武岩主要呈黑色和灰色,也有黑褐色、暗紫色和灰綠色的.耐久性甚高,節理多,且節理面多成六邊形（在玄武岩熔岩流中,岩石垂直冷凝面常發育成規則的六方柱狀節理）.且具脆性,因而不易採得大塊石料,由於氣孔和杏仁構造常見,雖玄武岩地表上分布廣泛,但可作飾面石材不多.
⑹ 土的工程特性包括哪些
一、抄土的主要工程性質有：
土的可襲松性、原狀土經機械壓實後的沉降量、滲透性、密實度、抗剪強度、土壓力等。
二、土的簡單介紹：
土是尚未固結成岩的松、軟堆積物。主要為第四紀時的產物。土與岩石的根本區別是土不具有剛性的聯結，物理狀態多變，力學強度低等。土由各類岩石經風化作用而成。土位於地殼的表層，是人類工程經濟活動的主要地質環境。土與岩石一起是工程岩土學的研究對象。
⑺ 洪積層各分帶的工程地質性質有何特點
洪積層的特徵：
(1)洪積層多位於溝谷進入山前平原、山間盆地、流入河流處。從專外貌上看多呈扇形屬；
(2)洪積物成分復雜，主要由上游匯水區岩石種類決定；
(3)在平面上，山口處洪積物顆粒粗大，多為礫石、塊石；向扇緣方向越來越細，由砂直至粘土。在斷面上，越往底部，顆粒越大；
(4)洪積物初具分選性和層理，洪積物有一定的磨圓度；
(5)具有一定的活動性。
⑻ 紅粘土的生成條件是什麼有何物理性質工程性質怎樣
紅粘土的形成：碳酸鹽岩系地區，經紅土化作用形成並覆蓋於基岩上的棕紅、褐黃等顏色的高塑性粘土。其液限大於或等於50%，上硬下軟，具明顯的失水收縮性，裂隙發育，原生紅粘土經再搬運，沉積後仍保留紅粘土的基本特徵，且液限大於45%的土稱為次生紅粘土。我國的紅粘土以貴州、雲南、廣西等省區最為發育，分布廣.
紅粘土成土環境：紅粘土的成土母質是第三紀紅色粘土，並被埋藏在黃土層下。由於強烈水土流失切割，覆蓋於其上的黃土層被侵蝕殆盡，紅色古土壤層出露地表。紅色粘土層質地粘重，吸水膨脹後水分難以下滲，加之所處地形部位坡度較大，每屆降雨形成地表徑流，水土流失嚴重，形成滑坡、瀉溜和崩塌等重力侵蝕。年復一年侵蝕循環，致使土壤發育微弱，因形成與黃土母質在形態特徵和理化性質上有很大差異的紅粘土。
紅粘土地區植被稀疏，成土作用微弱。表層僅有較薄而有機質含量低的腐蘊質層，在腐殖質組成中，胡敏酸的絕對含量和相對含量都低，多在0.02-0.098克每千克之間，胡富比多在0.4-0.5之間。紅粘土的生物作用微弱，具有紅色風化殼的殘留特徵。第三紀及第四紀紅色風化殼土體結構面上往往覆有棕黑色鐵錳膠膜，呈中性，或具石灰性反應。
物理性質：
礦物成分主要為高嶺石，並含一定量的蒙脫石和石英顆粒等，含水率為10％左右，孔隙比為0.5～0.7，干容重為16～17 kN/m3，塑性指數為1l～16。但是隨隧洞開挖其含水率不斷增加，一般為15％～22％，甚至有的洞段土體含水率達到塑限，天然壓縮系數a1-2=0.09-0.1 MPa-1，飽和壓縮系數a1-2-0.1～0.15 MPa-1，自由膨脹率為5％～20％。從上述物理性質指標判別N2紅粘土為低至中偏低壓縮性、非膨脹性土。
力學及變形特性
對N2紅粘土洞段取原狀土樣進行室內直剪、三軸剪，以及鄧肯E-μ模型的變形試驗，該土的抗剪強度較高，但是隨含水率的增加其抗剪強度降低較明顯。
工程性質：
該土種多為荒草地，植被稀疏，水土流失嚴重，缺水易旱。實行喬、灌、草結合，發展林、牧業生產。對宜墾為農用的要修築梯田，或修埂築堰，進行土地深翻，提高土壤的蓄水能力，並實行等高種植耐旱植物，增施有機肥、磷肥，實行糧－豆，糧－肥間作，養用結合，培肥地力。
1、陡坡地紅粘土侵蝕嚴重，應恢復和保護植被；已墾殖的陡坡耕地，應退耕種植林草，控制水土流失。
2、種植綠肥，增施有機肥，秸稈還田，科學施用磷肥，可有效地改善土壤的理化性狀。
3、復鹽基紅粘土的土體深厚，酸鹼度適中，鹽基飽和，礦質養分較豐富，是浙江沿海島嶼區重要土壤資源之一。利用狀況有三種；一是坡耕地，種植大麥、甘薯、玉米和夏類作物。二是林地，主要分布在大、中島嶼上，栽種黑松、毛竹，以黑松為主。黑松較抗風，又耐旱、耐瘠，適應性強。目前黑松占島嶼林種的93%，但宜間套闊葉樹，以防病蟲危害；三是灌叢草地，處於半荒蕪狀態，多分布於邊遠小島，而部分大、中島嶼近村莊處的山坡地亦有小面積的分布。
⑼ 泥質岩的工程地質特性
滇藏鐵路沿線的中新生代泥質岩分布比較廣泛，主要分布在滇西北的大理、鶴慶松桂、麗江拉石海南、德欽奔子欄等以及西藏境內的芒康鹽井、邦達等地。由於泥質岩常具有不良的工程特性且在鐵路沿線分布廣泛，在野外工作期間，對滇藏鐵路沿線典型的中新生界泥質岩進行了系統調查和采樣，並進行了主要工程地質特性的試驗測試，樣品測試結果具有一定的代表性（表12-5）。
表12-5 滇藏鐵路沿線泥質岩工程性質測試結果
一、泥質岩的粒度組成和粘土礦物成分
採用移液管法對滇藏鐵路沿線部分泥質岩的粒度進行了分析，結果表明：各時代的泥質岩粘粒含量普遍較低，＜0.005 mm粘粒含量大多低於20%，僅少量樣品的粘粒含量超過20%；同一時代的泥質岩粒度也有較大差異（表12-5）。
粘土礦物成分對泥質岩性質的影響是相當顯著的。測試結果表明，鐵路沿線泥質岩的粘土礦物成分主要是低活性、非膨脹或低混層比的微膨脹性粘土礦物，而貧單礦物蒙脫石和中-高混層比伊利石/蒙脫石、綠泥石/蒙脫石混層礦物（表12-6，圖12-5）。
表12-6 泥質岩＜2 μm粒組粘土礦物定量測試結果
圖12-5 大理新順磚廠泥岩＜2 μm粒組的X-射線衍射曲線
二、泥質岩的膠結作用和膨脹性判別
泥質岩成岩膠結作用不僅控制和影響岩石的膨脹勢，而且控制和影響岩石的強度和風化耐久性，即隨著膠結程度的升高，強度增大、耐久性增強。為此，我們對所採集的泥質岩樣品進行了膠結程度測試分析，結果表明，滇藏鐵路沿線的泥質岩大多數為中等和強膠結，僅個別為弱膠結（表12-5），因而具有較高的強度和風化耐久性。但是應當看到，泥質岩邊坡開挖後仍表現出較強的風化剝落現象，因此在工程上採取必要的抗風化設計是必要的。
採用有效蒙脫石含量和成岩膠結系數聯合判別的方法對泥質岩的膨脹勢進行判別。大量測試結果表明，中國膨脹性岩土有效蒙脫石含量下限一般為8%～10%（曲永新等，2000）。隨著有效蒙脫石含量的增高，膨脹勢將急劇增大。根據有效蒙脫石含量測試結果，滇藏鐵路沿線的侏羅系、三疊系泥質岩的有效蒙脫石含量整體在4.00%～4.64%之間，低於膨脹岩的下限；結合泥質岩的成岩膠結系數進行判別，滇藏鐵路滇西北段除了個別侏羅系、白堊系泥質岩具有微-弱膨脹性以外，其他時代較老的泥質岩總體上具有較好的工程地質特性。但是，有時由於結構的差異，泥質岩的工程性質差異較大，因此當粘粒含量高或破碎程度較高的泥質岩作為隧道圍岩或邊坡時，必須給以高度重視，工程施工中盡量減少擾動，並採取必要防護措施。
⑽ 工程地質勘查中，紅粘土怎麼描述
黏土：紅褐色，可塑，稍濕，無搖震反應，干強度中等，含高嶺土團塊或者植物根系。