红粘土的工程地质特性

⑴ 工程地质特征

工程地质特征对注浆材料的选择和注浆量的确定尤其重要，因此，在注浆施工前回，必须搞清楚所注地层答是砂层、粘土层、淤泥层，还是砂卵石层、断层破碎带。对于砂层，要进行筛分试验，确认砂层是粗砂、中砂，还是细砂、粉细砂。对地层空隙率、裂隙度要通过试验，或者采取工程类比法进行确定。

⑵ 湖相粘土的工程地质特性

一、洱海软粘土

近年来，随着我国沿海和内陆软土地区工程建设的迅速发展，饱和软粘土的物理力学特性研究受到了工程地质和岩土工程界的极大关注，并取得了不少进展。滇藏铁路沿线的软弱湖相粘土地基主要分布在数个第四纪盆地中，例如洱海盆地、鹤庆盆地、丽江盆地、拉市海盆地、小中甸盆地、中甸盆地、林芝盆地等。由于上述盆地中湖相粘土的形成时代、沉积物形成的古气候、古环境和物质组成不同，其工程性质是极其复杂的，既有流塑态现代粘土、又有早全新世软塑态粘土、还有次稳定的晚更新世小中甸粘土及硬塑态鹤庆粘土等。此外，在安久拉山口大熊错、白衣错一带，土壤坡面中发育有暗黑色泥炭层，属山地沼泽化土；在宽谷江河的水网地带，如雅鲁藏布江和拉萨河谷，也有河漫滩沼泽相软土发育。因此，滇藏铁路规划和建设中必须对上述不同地质时代和不同性质的湖相粘土开展专门的研究，以便进行有效的工程评价和工程设计。现以洱海第四系软粘土为例，阐述湖相软粘土工程地质研究的理论和方法。

1.洱海东缘软粘土的分布特征

洱海是滇西最大的断陷湖泊，湖水面积约249.8 km²，湖面海拔1974 m，属澜沧江水系。洱海西邻由寒武系板岩和大理岩构成的点苍山，东部为上古生界的石灰岩低山丘陵，北侧为入口，向南为西洱河，是一个开放的湖泊水系（图12-18）。

图12-18 洱海周缘软土分布示意图

根据前人研究（吴根耀，1992），洱海盆地自始新世开始断陷并接受沉积。晚更新世时气候寒冷，大理冰期来临，来自西侧点苍山的山岳冰川产生强烈刨蚀作用，造成河流堵塞。进入早全新世时气候发生变化、温度上升，洱海水泛滥，平均水位达海拔2160 m，形成大量河湖相或河湖-沼泽相沉积。全新世中期，全区温度持续上升，湖水大面积干涸或范围缩小，水位下降到海拔2000 m左右（段彦学，1987）。全新世晚期，区内湖泊进一步缩小或干涸，洱海目前的水位是1974 m。随着洱海水位不断下降，湖泊面积逐渐缩小，原湖泊近岸水下的沉积地层出露水面。经孢粉分析和¹⁴C年龄测定，洱海东缘的软粘土主要是早全新世以来的沉积物。

2.洱海东缘软粘土的物质组成和物化性质

（1）粒度组成

根据移液管全分散法粒度分析结果（表12-15），洱海东缘软粘土具有高分散性，砂粒含量极低，主要由粉粒和粘粒组成，d＜5 μm的粘粒含量大部分在35%以上，最高达60.32%。

表12-15 洱海东缘软粘土物质组成及物理化学活性测试结果

（2）粘土矿物

粘土矿物XRD定量测试结果表明，洱海东缘软粘土的主要粘土矿物成分为单矿物蒙脱石（S）（图12-19），占粘土矿物总量的80～81%，次要粘土矿物为高岭石（K），占16～17%，伊利石（I）仅占2～4%（表12-16）。洱海富Mg²⁺的水体环境和周边大量蒙脱石化蚀变岩的分布是形成大量蒙脱石的原因。

表12-16 洱海东缘软粘土矿物成分定量测试结果

（3）软粘土的物理化学活性及孔隙溶液的化学成分

比表面积指标可以较好地反映粘性土的物理化学活性。采用乙二醇乙醚吸附法测定结果表明，洱海软粘土的比表面积为176.78～448.23 m²/g，平均值299.32 m²/g，巨大的比表面积决定了其物理活性很高。采用土水比1∶5水提取液测得样品的pH值为6.23～7.9（表12-17），基本属中性。洱海软粘土的含盐量通常小于100 mg/100 g，个别地点因有机质大量聚集，引起局部含盐量升高（主要为。孔隙溶液的主要阳离子及粘土矿物表面可交换性阳离子都是以Ca²⁺为主，交换性Ca²⁺引起的粘土颗粒絮凝作用和双电层压缩明显，造成粘土结构强度高、粘聚力增大、压缩性降低。

图12-19 洱海东缘软粘土＜2 μm粒组X-射线衍射曲线

表12-17 洱海东缘软粘土水提取液化学分析结果

3.洱海东缘软粘土的工程地质特性

根据洱海东缘软粘土的大量土工试验结果（表12-18），软粘土的工程特性主要表现在以下方面：

（1）含水量较高。含水量一般在40%～65%之间，最高可达104%，平均值为57.08%，接近于液限，几乎处于饱和状态。

（2）天然孔隙比大。孔隙比一般在0.64～2.63之间，平均值为1.49。

（3）特殊的稠度状态。稠度即液性指数，是软粘土判别和分类最重要的指标。在国际上通常将液性指数I_L≥0.75或不排水抗剪强度≤40 kPa的粘性土称为软粘土（Brand et al.，1981）。中国软土的判别一般把天然孔隙比e≥1.0且天然含水量w大于液限w_L的细粒土称为软土。测试结果表明，洱海早全新世软粘土的液性指数I_L介于0.47～1.51之间，平均值为0.79（表12-18，图12-20）。无论是分布概率还是平均值都说明它们处于软塑态，液性指数I_L降低还导致压缩性减少、抗剪强度增大，这一特点与其形成的地质时代有关。

（4）高塑性。液限多在45%以上，最高达101.3%，平均值为58.17%；塑限多大于25%，最高达61%，平均值31.4%；塑性指数的平均值绝大多数大于20%。总体上，洱海早全新世软粘土属于高塑性粘土。

（5）压缩性大。软粘土压缩系数为0.23～2.21 MPa^-1，平均值0.88 MPa^-1；压缩模量一般为1.45～5.63 MPa，平均值3.14 MPa。数据统计表明，有14%的软粘土为中等压缩性，86%为高压缩性，说明洱海软粘土以高压缩性为主，同时中压缩性仍占有一定比例，说明这部分软粘土已经发生了一定程度的固结。

（6）强度低：直剪（快剪）试验测定结果，内摩擦角最低2.1°，最高23.3°，平均一般为11°；粘聚力c值1.7～39.8 kPa，一般值8～16 kPa，表明洱海湖相软粘土的抗剪强度较低，与一般软粘土并没有明显的差异。

表12-18 洱海东缘软粘土的工程特性统计结果

（7）固结系数小。该区软粘土固结系数一般在0.11～4.42 cm²/s之间，平均值为1.08 cm²/s，说明该区软土完成固结沉降需要较长时间，这对施工工期影响很大。

（8）透水性弱。低渗透性是软粘土的共同属性，其渗透性大小随粘粒含量和塑性指数的增高而降低，洱海软粘土渗透系数最低0.04×10^-7 cm/s，高者达4.17×10^-7 cm/s，一般为0.30～0.60×10^-7 cm/s，平均值0.39×10^-7 cm/s；表明软土的排水固结不好，对排水固结不利。

4.洱海东缘软粘土的固结性分析

洱海东缘软粘土沉积时间较短、固结程度低，淤泥及淤泥质粘土呈絮状结构，孔隙发育，因而压缩性大。鉴别天然粘土沉积是否属于正常固结的方法有很多种，Skempton（1970）建议采用以下两种方法：①用Casagrande图解法从压缩实验求得先期固结压力σ′_vo，即延长e-logσ′_v曲线的原始直线部分与通过原位孔隙比е₀的水平线相交得出下限σ′_vc（min），如果σ′_vo夹在σ′_vc和σ′_vc（min）之间，则粘土是正常固结的。②根据S_u/σ′_vo与深度的关系判断，S_u是不排水抗剪强度，可根据粘聚力和内摩擦角由公式τ=c+σtanθ计算而得。如果各点近似落在一条直线上，即如果不排水抗剪强度随着有效覆盖压力成比例增加，则认为粘土是正常固结的。

对洱海东缘软粘土固结性采用上述第二种方法进行分析。根据室内试验结果，抗剪强度与有效应力之比（S_u/σ′_vo）随深度出现2种不同的变化规律（图12-20）。从地表到大致10 m左右的深度，S_u/σ′_vo随深度呈现对数变化规律，对其进行回归分析，可以看出有明显的相关性，相关系数为0.91。相关关系可以表示为：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

根据Skempton建议采用的方法判断，表明表层软粘土并非正常固结，而是出现超固结现象。从图12-20中含水量、容重、不排水抗剪强度随深度变化情况也可以证明这一点。在表层（约0～10 m）天然含水量随深度而增大，容重、不排水抗剪强度随深度而降低。初步分析认为，出现这种现象主要是由于滇西北高原的隆升造成地表抬升，降水量减少、湖水位退缩，早全新世软粘土上部抬升到湖水位以上，致使上部土层干燥硬化，孔隙比减小，产生超固结，从而出现并非仅在自身重力作用下的固结作用。地表土经过雨水的淋滤及有机质的氧化分解作用，形成与下部土层呈渐变的硬壳层，这个硬壳层表现出液性指数与含水量小、抗剪强度大的工程特性。

图12-20 洱海东缘早全新世软粘土工程特性指标与深度关系曲线图

5.洱海东缘软粘土物理力学指标的相关性分析

实际工程中经常建立土体物理力学性质指标之间的相互关系式，从而根据容易测定的物理性质指标估算难以准确测定且费时费力的力学性质指标，以供工程应用参考。统计分析表明，洱海东缘软粘土的物理力学参数之间具有较好的相关性（图12-21）。其中，软粘土含水量w与孔隙比e、塑性指数I_P与液限w_L、孔隙比e与压缩系数a_v、含水量w与压缩系数a_v具有显著正相关性；液性指数I_L与粘聚力c、含水量w与内摩擦角φ、塑性指数I_P与压缩系数a_v之间存在较明显的负相关性。

图12-21 指标参数之间关系散点图

综上所述，可以得到以下认识：

（1）洱海东缘早全新世湖相粘土属于软塑态的软粘土，而不属于现国家标准规定的液性指数I_L≥1.0的流塑态的软土。按照国际流行的软土定义，它们仍然属于软粘土，并且具有高压缩性、低强度等不良工程特性，因此路基、桥基等需进行地基处理成采用适宜的桩基基础。

（2）滇藏铁路沿线广泛分布的湖相、湖沼相沉积粘土，因形成的地质时代、物质成分各不相同，因此软粘土的工程性质及其相关的工程问题也有很大差异，尤其是晚更新世以来形成的湖相粘土，从工程地质角度都属于性质不良的软弱地基，对其静力学和动力学性质都要加以深入研究。

二、小中甸盆地湖相硬粘土

前已叙及，滇西北小中甸盆地是上新世末期以来在青藏高原强烈隆起过程中形成的NNW向第四纪断陷湖盆地，从深切的小中甸河谷剖面可见盆地上部发育中晚更新世湖相粘土（图2-11，图2-12）。规划中的滇藏铁路约有50 km的线路沿着小中甸盆地走向建设，作为滇藏铁路路基、边坡和填筑材料的小中甸湖相粘土，对铁路工程的设计、施工和安全有重要影响。

1.小中甸粘土的物质组成和物理化学活性

根据移液管全分散法的粒度分析结果，小中甸湖相粘土具有高分散性，砂粒含量极低，主要由粉粒和粘粒组成，d＜5 μm的粘粒含量大部分在40%以上，最高达69.54%，小中甸湖相粘土中所夹粉质粘土层的粘粒含量较低，但也在7.88%～47.74%（表12-19）。

表12-19 小中甸湖相粘土物质组成及物理化学活性测试结果

对样品采用3种方法（天然样品、乙二醇处理样品和550℃加热处理样品）进行了粘土矿物X-射线衍射定量测试，测试结果表明，湖相粘土的矿物组成为伊利石、伊利石/蒙脱石混层矿物、高岭石、绿泥石、绿泥石/蒙脱石混层矿物的共生组合，但以伊利石为主（表12-20，图12-22），其相对含量54%～70%，绝对含量10.82%～32.09%。

表12-20 小中甸湖相粘土矿物成分定量测试结果

由乙二醇乙醚吸附法测得的小中甸粘土比表面积为49.47～112.82 m²/g，平均值为81.27 m²/g（纯伊利石表面积67～100 m²/g，高岭石7～30 m²/g）。活动性系数A介于0.51～0.83之间（表12-19），活性指数综合反映了土的塑性与粘粒含量和粘土矿物亲水性的关系，该套粘土的A＜0.83，表明粘土含水量变化时，土颗粒的体积变化不大。

根据单高地剖面8个样品土水比1∶5悬浮液测得样品的pH值为7.01～8.10（表12-19），属微碱性。林业局浅表层边坡剖面样品pH值变化较大，为6.69～7.77。试验测得单高地剖面CaCO₃ 含量为8.30%～12.83%，而浅表层林业局剖面CaCO₃ 含量较低，为1.08%～5.23%，用重铬酸钾氧化法测得的有机质含量为0.16%～0.85%。5个样品土水比1∶5水提取液水化学分析结果表明该处粘土水化学类型以HCO^3--Ca²⁺型为主（表12-21），个别青灰色粘土为型，且水提取液含盐量很低，为53.16～80.22 mg/100 g。表明小中甸粘土沉积时的古湖为湿润环境下具有弱还原环境和具有一定封闭性的高原深水淡水湖。在这种湖水环境下形成的湖相粘土不但分选良好，颗粒细腻，而且具有较高的结构强度。但是，目前处于浅表层或遭受雨水溶滤改造的湖相粘土pH值和CaCO₃ 含量明显降低。

图12-22 小中甸湖相粘土＜2 μm粒组X-射线衍射曲线

表12-21 小中甸盆地单高地粘土水提取液化学分析结果

2.小中甸粘土的物理性质

对分别采集于浅表层的小中甸林业局东北214国道边坡剖面和单高地村深切沟谷剖面的湖相粘土样品进行物理和水理性质测试，前者因遭受大气干湿交替作用、雨水和坡面水流淋溶作用，在物理水理力学性质上与后者有所不同。根据测试结果，林业局边坡粘土天然含水量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%，塑性指数19.46～24.27，液性指数0.12～0.14（表12-22），表明位于浅表层的小中甸粘土具有高塑性硬粘土的特性。单高地深切沟谷小中甸粘土单高地村8个粘土样品含水量在35.46%～48.49%，平均为41.13%，这是一般硬塑粘土所没有的，高含水性还表现在天然含水量远远大于此粘土的塑限，表明处于潜塑态。腊封法测得的样品容重为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。可见，单高地小中甸粘土具有高孔隙性低密度的特点，这与小中甸粘土形成地质时代相对较新、固结程度低、粘土的钙质和有机质胶结作用较强密切相关，也与深切沟谷两侧粘土遭受后期表生改造轻微有关，可代表小中甸粘土真实物理特性。

表12-22 小中甸湖相粘土基本物性指标测试结果

采用锥式液限仪和搓条法测得的液限为43.11%～63.99%、塑限30.50%～37.84%，塑性指数12.61～30.43，表明小中甸粘土属于高塑性粘土。8个样品液性指数0.05～0.55，平均为0.35，按照液性指数的稠度分级，单高地小中甸粘土多数属可塑态，仅个别为硬塑态。这与天然小中甸粘土的实际状态表现（野外调查所见为硬塑态）极不相符。分析认为，液限、塑限指标测定是样品在结构充分扰动水化状态条件下测定的，而不代表天然结构状态，二者之间的不一致说明了天然小中甸粘土的结构性，即CaCO₃和有机质对粘土的胶结作用。这一事实表明小中甸粘土在机械扰动结构破坏条件下粘土将发生显著的塑性变形。

3.工程特性

（1）胀缩性分析

采用国际流行的Williams 和Donadson 粘土膨胀势判别法，对小中甸粘土进行膨胀势判别表明，小中甸粘土以中等膨胀-强膨胀为主（图12-23），相当于国内弱、中等膨胀粘土。小中甸粘土的膨胀性主要与粘粒含量高密切相关，这是与我国中东部地区膨胀土的不同之处。另外，小中甸湖相粘土的天然含水率高，基本上位于40%～50%之间，具有干燥收缩特性，易导致开挖暴露引起地面开裂、边坡风化剥落。而野外观测该粘土表现为外观性状好，这与该剖面长期受水浸润作用有关。

图12-23 小中甸湖相粘土膨胀势判别图

（2）力学强度特性

为了进一步揭示小中甸粘土的强度特性，我们对采集的原状样品进行了直剪试验和三轴压缩试验。直剪试验结果表明，该粘土的粘聚力c值较大，为38.8～50.3 kPa，内摩擦角φ为17.2°～23.0°（表12-23），三轴（UU）抗剪强度值c值为44.0 kPa，φ值为13.1°，较高的粘聚力与粘粒含量高、较高的钙质和有机质胶结作用有关。在CaCO₃和有机质胶结作用下粘土的工程特性良好，在遭受淋滤后CaCO₃和有机质含量减少，引起c值降低，由此可见小中甸粘土为结构性土。边坡开挖易引起结构破坏、土体含水量降低引起土体收缩变形，降雨引起φ值降低，在此种情况下该粘土组成的边坡将发生破坏。

表12-23 小中甸单高地湖相粘土物理力学指标测试结果

综上所述，可以得到以下认识：① 小中甸盆地湖相粘土粘粒含量高，矿物组成以伊利石为主，伴生有伊利石/蒙脱石混层矿物、高岭石、绿泥石、绿泥石/蒙脱石混层矿物，形成于高原温带湿润气候的古气候环境和较弱的化学风化作用。② 小中甸粘土具有高含水量、高孔隙性和高塑性、显著结构性等特点，具有较高的结构强度和较高的地基承载力。在干湿交替和浅表部粘土遭受水的淋滤后粘土的力学性质变差。③ 粘土粘聚力较大，与粘粒含量高、CaCO₃胶结作用密切相关，处于浅表层的粘土边坡在水和人类活动等外部因素的影响下易发生滑坡灾害。建议在今后研究中对小中甸湖相粘土的固结程度、变形性质和微观结构特征进行专门研究，以进一步揭示在振动荷载作用下该湖相粘土作为地基的结构稳定性和变形量。

⑶ 粘土化蚀变软岩的工程地质特性

一、蒙脱石化蚀变岩的发育特征

我们在滇藏铁路滇西北段野外地质调查过程中，发现了多处工程性质极差的火成岩和玄武岩的蚀变岩，它们主要分布在洱海东侧的禾洛山隧道、大墓坪隧道及公路边坡的露头上；在洱海东、鹤庆北衙等地还发现了多处蚀变岩脉遭受侵蚀后形成的深切沟槽，它们很可能标志着蚀变岩的分布。

1.蚀变岩的宏观地质特征

（1）康廊村蚀变岩带

在洱海东岸康廊村一带，沿D₁k白云质灰岩中的裂隙带发育闪长岩脉，岩脉宽达4.5 m，走向80°，近直立，岩脉与灰岩交界处形成钟乳状的方解石，在后期的构造活动和热液作用下闪长岩脉发生蚀变，呈软弱泥状（图12-1）。

（2）禾洛山隧道的蚀变岩

在禾洛山隧道一带，发育近SN向的断裂带，二叠系玄武岩常沿断裂带遭受热液作用、产生蚀变。在隧道北口西侧，玄武岩挤压破碎明显，蚀变程度不同的深褐色蚀变岩与褐黄色蚀变岩交替出现，构成宽达15 m的蚀变带（图12-2）。由于蚀变岩体与隧道近于平行，隧道断面不得不扩挖并采用弧形板支护。在山体西侧，施工便道开挖的边坡在半年内即风化成砂，覆盖于母岩之上，厚达3～5 cm，这显然与玄武岩蚀变作用引起的性质蜕化有关。

（3）康海村蚀变岩带

位于双廊镇康海村北的山体主要由二叠系灰色石灰岩构成，沿断裂带间断出现玄武岩。受蚀变作用影响，玄武岩风化程度高。二叠系石灰岩常沿断层方向或岩脉产生溶蚀，出现岩溶裂隙或宽大裂缝。铁路从该蚀变带附近以边坡形式通过，在断裂带和玄武岩复合部位的边坡易于风化剥落。

（4）大墓坪隧道的蚀变岩带

大墓坪隧道围岩为层状玄武岩，产状290°∠30°，隧道轴走向340°，围岩中发育较多的NE向构造节理，且有煌斑岩侵入迹象。玄武岩沿节理蚀变现象明显，蚀变后呈紫红色、灰绿色、米黄色等，且性质软弱。

图12-1 洱海东岸康廊村一带蚀变岩特征

图12-2 禾洛山隧道北口蚀变岩特征

（5）奔子栏西北的蚀变岩

在德钦奔子栏西北，214国道边坡由玄武岩构成，节理密集发育，属断层影响带，斜坡表层蚀变风化现象明显，玄武岩成为浅黄绿色泥砾质蚀变物，其中夹杂石膏脉和黄铁矿斑点，说明它们遭受过低温热液矿化作用。蚀变岩风化后呈豆腐渣状，在蚀变岩分布区出现多处边坡滑塌现象。

2.粘土化蚀变岩的物质组成

经蚀变的岩体多呈松散状，经后期错动或风化后呈土状。在不少情况下，蚀变物与原岩或围岩交错镶嵌在一起。通过野外系统取样进行粒度分析，蚀变岩的粒度组成因蚀变程度的不同而有所差异，不少蚀变岩＜5 μm粘粒含量达50%以上，最高达71.84%（表12-1），这也是蚀变后的岩石极易风化的原因之一。

表12-1 滇藏铁路滇西北段蚀变岩的粒度分析结果

粘土矿物含量和组成是决定蚀变岩工程地质特性的物质基础。本次研究中，分别对＜2 μm样品采用3种处理方法（悬液制成的定向片、乙二醇饱和处理的定向片、550℃条件下加热2小时的定向片）进行粘土矿物XRD定量测定。测试结果表明，滇西北强烈粘土化的土状蚀变岩的粘土矿物成分全部为单矿物蒙脱石，蒙脱石相对含量达100%；蚀变程度较低的斑块状蚀变岩的粘土矿物成分由蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石组成，但蒙脱石相对含量也达到35%～82%（表12-2，图12-3）。值得一提的是，组成蚀变岩粘土矿物的蒙脱石是以单矿物形式出现的，而不以混层矿物形式出现。采用SnCl₂容量法测得的有效蒙脱石含量（绝对含量）多数在50%以上。这说明所研究的蚀变岩类型全部为蒙脱石化蚀变岩。

表12-2 蚀变带粘土矿物组成定量测试结果

图12-3 蚀变岩＜5 μm粘粒的XRD定量测试结果

二、蒙脱石化蚀变岩的工程地质特性

1.物理性质和物理化学活性

室内测试表明，由于大量蒙脱石的存在，蒙脱石化蚀变岩在天然状态下可保持较高的含水量（达40%以上），而干燥后在水中崩解成泥状、碎屑泥状（表12-3）。蚀变岩的比表面积通常很高，一般在200 m²/g以上，有的高达507.66 m²/g，具有蚀变程度越高、比表面积越大的特点，这说明蚀变岩通常具有较高-很高的物理化学活性，在环境变化的条件下，极易诱发工程问题。

表12-3 蒙脱石化蚀变岩的物性指标和工程特性测试结果

2.膨胀势

蒙脱石化蚀变岩属于膨胀岩的一种地质成因类型，国外虽有现场膨胀势的快速判别方法，但没有定量指标。目前国内尚无统一的膨胀岩判别标准，多采用曲永新（1992）提出的不规则岩块干燥饱和吸水率指标进行判别，吸水率的大小反映膨胀势的强弱。测试表明，多数样品为强膨胀性的，少数为微膨胀性的（图12-4）。为了揭示蚀变作用的工程效应和环境效应，张永双等（2007）认为可以采用“蚀变系数”来反映蚀变岩的蚀变程度，其值为岩块干燥饱和吸水率与＜0.5 mm岩粉吸水率的比值，表达式为：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

式中，ζ——蚀变系数；

图12-4 蚀变岩的蚀变程度和膨胀势判别图

W_b——岩块干燥饱和吸水率/%；

W_p——岩粉干燥饱和吸水率/%。

蚀变系数反映岩石的蚀变程度，值越大蚀变程度越高，蚀变岩的膨胀性越强。

三、粘土化蚀变岩的形成条件及其分布规律

1.岩石蒙脱石化作用的形成条件

大面积区域蚀变岩的形成，常受控于区域内重大地质事件和地质作用，尤其是区域蚀变带常与区域深断裂的构造岩浆活动有关。因此，岩石类型、活动断裂和流体作用是产生区域蚀变带的前提，具有一定规模且稳定的热源是促使岩石蚀变的动力条件。从工程地质的角度，蒙脱石化、伊利石化、高岭石化尤其是蒙脱石化蚀变作用对工程的危害最严重，常成为工程地质研究中最受关注的对象。

大量研究表明，虽然硅酸盐岩经过热液作用都可以形成蒙皂石（蒙脱石），但不同岩石形成蒙脱石所需要的条件是不同的。由于蒙脱石硅氧四面体和铝氧八面体晶层中普遍存在着Mg²⁺和Al³⁺的同晶置换作用，Mg²⁺是蒙脱石矿物晶格中不可缺少的化学成分，因此蒙脱石的形成必须有足够的Mg²⁺参与。Mg²⁺的来源一般有3种途径：①富含Mg的火成岩体本身，如辉绿岩、辉长岩、玄武岩等基性岩；②富Mg的围岩，如白云岩、白云质灰岩、白云质大理岩；③存在富含Mg²⁺的地下热水作用。在对侵入体蒙脱石化工程地质预报中，不仅要充分注意侵入体和围岩的矿物化学成分，还必须分析是否出现过热液作用。通常，对后者的宏观判别并不容易，可行的判别办法主要有2个，一是调查热液矿床和热液蚀变岩带的分布，二是调查温泉和地下热水的分布。横断山区是我国地热活动高异常区，有大量温泉分布，其中大理至德钦所经地区已发现温泉（群）达69个之多，为围岩蚀变提供了极为充分的条件。

2.滇藏铁路滇西北段的主要蚀变岩类型

前人成果和野外实地调查表明，滇藏铁路滇西北段的粘土化蚀变岩主要属于岩浆期后的热液蚀变岩，少量为火山岩的热液蚀变。岩浆期后的热液蚀变作用通常伴随着浅成（次火山岩）的岩浆活动，由残余热液和挥发分的作用而发生的蚀变作用。一般遭受碱性-微碱性热液作用的火成岩侵入体均可以发生蒙脱石化作用。岩浆期后的热液蚀变岩按照母岩的岩性大致可划分为：①辉绿岩、辉长岩脉的蚀变岩；②安山玢岩、闪长玢岩脉的蚀变岩；③酸性和碱性岩脉的蚀变岩。在某些火山岩分布区，火山岩的蚀变通常是在碱性-微碱性富Mg热水的作用下形成的。遭受蒙脱石化蚀变作用的岩体，其工程性质迅速蜕化，成为容易诱发工程问题的特殊岩土体。

根据蚀变岩的全岩XRD测定结果推测，洱海东侧康海一带蚀变岩的母岩可能为辉绿岩，禾洛山隧道北口为蚀变玄武岩，奔子栏北和康廊村蚀变岩的母岩可能为闪长玢岩，蚀变岩样品中黄铁矿和石膏的存在，表明它们为低温热液蚀变的产物（表12-4）。

表12-4 蚀变岩的全岩矿物组成的XRD测试结果

⑷ 在有溶岩和红粘土地区进行工程建设时应注意哪些工程地质问题

溶岩地区由于有溶洞、伴随溶沟、溶槽的存在，在岩体自重或者建筑物的重量下，会发生地面变形，地基塌陷。由于地下水的运动，建筑场地或地基也可能出现涌水淹没等突然事故。

⑸ 简述火成岩的工程地质性质

代表性的是花岗岩和玄武岩,花岗岩质地坚硬致密、强度高、抗风化、回耐腐蚀、耐磨损、吸水性答低,美丽的色泽还能保存百年以上,是建筑的好材料,但它不耐热.
玄武岩其岩石结构常具气孔状、杏仁状构造和斑状结构,有时带有大的矿物晶体,未风化的玄武岩主要呈黑色和灰色,也有黑褐色、暗紫色和灰绿色的.耐久性甚高,节理多,且节理面多成六边形（在玄武岩熔岩流中,岩石垂直冷凝面常发育成规则的六方柱状节理）.且具脆性,因而不易采得大块石料,由于气孔和杏仁构造常见,虽玄武岩地表上分布广泛,但可作饰面石材不多.

⑹ 土的工程特性包括哪些

一、抄土的主要工程性质有：
土的可袭松性、原状土经机械压实后的沉降量、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。
二、土的简单介绍：
土是尚未固结成岩的松、软堆积物。主要为第四纪时的产物。土与岩石的根本区别是土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等。土由各类岩石经风化作用而成。土位于地壳的表层，是人类工程经济活动的主要地质环境。土与岩石一起是工程岩土学的研究对象。

⑺ 洪积层各分带的工程地质性质有何特点

洪积层的特征：

(1)洪积层多位于沟谷进入山前平原、山间盆地、流入河流处。从专外貌上看多呈扇形属；

(2)洪积物成分复杂，主要由上游汇水区岩石种类决定；

(3)在平面上，山口处洪积物颗粒粗大，多为砾石、块石；向扇缘方向越来越细，由砂直至粘土。在断面上，越往底部，颗粒越大；

(4)洪积物初具分选性和层理，洪积物有一定的磨圆度；

(5)具有一定的活动性。

⑻ 红粘土的生成条件是什么有何物理性质工程性质怎样

红粘土的形成：碳酸盐岩系地区，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等颜色的高塑性粘土。其液限大于或等于50%，上硬下软，具明显的失水收缩性，裂隙发育，原生红粘土经再搬运，沉积后仍保留红粘土的基本特征，且液限大于45%的土称为次生红粘土。我国的红粘土以贵州、云南、广西等省区最为发育，分布广.
红粘土成土环境：红粘土的成土母质是第三纪红色粘土，并被埋藏在黄土层下。由于强烈水土流失切割，覆盖于其上的黄土层被侵蚀殆尽，红色古土壤层出露地表。红色粘土层质地粘重，吸水膨胀后水分难以下渗，加之所处地形部位坡度较大，每届降雨形成地表径流，水土流失严重，形成滑坡、泻溜和崩塌等重力侵蚀。年复一年侵蚀循环，致使土壤发育微弱，因形成与黄土母质在形态特征和理化性质上有很大差异的红粘土。

红粘土地区植被稀疏，成土作用微弱。表层仅有较薄而有机质含量低的腐蕴质层，在腐殖质组成中，胡敏酸的绝对含量和相对含量都低，多在0.02-0.098克每千克之间，胡富比多在0.4-0.5之间。红粘土的生物作用微弱，具有红色风化壳的残留特征。第三纪及第四纪红色风化壳土体结构面上往往覆有棕黑色铁锰胶膜，呈中性，或具石灰性反应。
物理性质：
矿物成分主要为高岭石，并含一定量的蒙脱石和石英颗粒等，含水率为10％左右，孔隙比为0.5～0.7，干容重为16～17 kN/m3，塑性指数为1l～16。但是随隧洞开挖其含水率不断增加，一般为15％～22％，甚至有的洞段土体含水率达到塑限，天然压缩系数a1-2=0.09-0.1 MPa-1，饱和压缩系数a1-2-0.1～0.15 MPa-1，自由膨胀率为5％～20％。从上述物理性质指标判别N2红粘土为低至中偏低压缩性、非膨胀性土。

力学及变形特性

对N2红粘土洞段取原状土样进行室内直剪、三轴剪，以及邓肯E-μ模型的变形试验，该土的抗剪强度较高，但是随含水率的增加其抗剪强度降低较明显。

工程性质：
该土种多为荒草地，植被稀疏，水土流失严重，缺水易旱。实行乔、灌、草结合，发展林、牧业生产。对宜垦为农用的要修筑梯田，或修埂筑堰，进行土地深翻，提高土壤的蓄水能力，并实行等高种植耐旱植物，增施有机肥、磷肥，实行粮－豆，粮－肥间作，养用结合，培肥地力。

1、陡坡地红粘土侵蚀严重，应恢复和保护植被；已垦殖的陡坡耕地，应退耕种植林草，控制水土流失。

2、种植绿肥，增施有机肥，秸秆还田，科学施用磷肥，可有效地改善土壤的理化性状。

3、复盐基红粘土的土体深厚，酸碱度适中，盐基饱和，矿质养分较丰富，是浙江沿海岛屿区重要土壤资源之一。利用状况有三种；一是坡耕地，种植大麦、甘薯、玉米和夏类作物。二是林地，主要分布在大、中岛屿上，栽种黑松、毛竹，以黑松为主。黑松较抗风，又耐旱、耐瘠，适应性强。目前黑松占岛屿林种的93%，但宜间套阔叶树，以防病虫危害；三是灌丛草地，处于半荒芜状态，多分布于边远小岛，而部分大、中岛屿近村庄处的山坡地亦有小面积的分布。

⑼ 泥质岩的工程地质特性

滇藏铁路沿线的中新生代泥质岩分布比较广泛，主要分布在滇西北的大理、鹤庆松桂、丽江拉石海南、德钦奔子栏等以及西藏境内的芒康盐井、邦达等地。由于泥质岩常具有不良的工程特性且在铁路沿线分布广泛，在野外工作期间，对滇藏铁路沿线典型的中新生界泥质岩进行了系统调查和采样，并进行了主要工程地质特性的试验测试，样品测试结果具有一定的代表性（表12-5）。

表12-5 滇藏铁路沿线泥质岩工程性质测试结果

一、泥质岩的粒度组成和粘土矿物成分

采用移液管法对滇藏铁路沿线部分泥质岩的粒度进行了分析，结果表明：各时代的泥质岩粘粒含量普遍较低，＜0.005 mm粘粒含量大多低于20%，仅少量样品的粘粒含量超过20%；同一时代的泥质岩粒度也有较大差异（表12-5）。

粘土矿物成分对泥质岩性质的影响是相当显著的。测试结果表明，铁路沿线泥质岩的粘土矿物成分主要是低活性、非膨胀或低混层比的微膨胀性粘土矿物，而贫单矿物蒙脱石和中-高混层比伊利石/蒙脱石、绿泥石/蒙脱石混层矿物（表12-6，图12-5）。

表12-6 泥质岩＜2 μm粒组粘土矿物定量测试结果

图12-5 大理新顺砖厂泥岩＜2 μm粒组的X-射线衍射曲线

二、泥质岩的胶结作用和膨胀性判别

泥质岩成岩胶结作用不仅控制和影响岩石的膨胀势，而且控制和影响岩石的强度和风化耐久性，即随着胶结程度的升高，强度增大、耐久性增强。为此，我们对所采集的泥质岩样品进行了胶结程度测试分析，结果表明，滇藏铁路沿线的泥质岩大多数为中等和强胶结，仅个别为弱胶结（表12-5），因而具有较高的强度和风化耐久性。但是应当看到，泥质岩边坡开挖后仍表现出较强的风化剥落现象，因此在工程上采取必要的抗风化设计是必要的。

采用有效蒙脱石含量和成岩胶结系数联合判别的方法对泥质岩的膨胀势进行判别。大量测试结果表明，中国膨胀性岩土有效蒙脱石含量下限一般为8%～10%（曲永新等，2000）。随着有效蒙脱石含量的增高，膨胀势将急剧增大。根据有效蒙脱石含量测试结果，滇藏铁路沿线的侏罗系、三叠系泥质岩的有效蒙脱石含量整体在4.00%～4.64%之间，低于膨胀岩的下限；结合泥质岩的成岩胶结系数进行判别，滇藏铁路滇西北段除了个别侏罗系、白垩系泥质岩具有微-弱膨胀性以外，其他时代较老的泥质岩总体上具有较好的工程地质特性。但是，有时由于结构的差异，泥质岩的工程性质差异较大，因此当粘粒含量高或破碎程度较高的泥质岩作为隧道围岩或边坡时，必须给以高度重视，工程施工中尽量减少扰动，并采取必要防护措施。

⑽ 工程地质勘查中，红粘土怎么描述

黏土：红褐色，可塑，稍湿，无摇震反应，干强度中等，含高岭土团块或者植物根系。