我国红层分布特征及主要工程地质问题

我国中新生代红层分布总面积约826 389km2,是工程建设中不可避免的岩土体。南方地区红层约占红层总面积的60%,以西南、中南地区红层分布较广,多为裸露型红层,受降雨等因素影响滑坡、风化等问题突出;北方地区红层约占40%,以甘肃以及蒙宁晋陕交界红层分布相对较多,多为埋藏型红层,工程地质问题具有隐蔽性。红层分布受控于分布区的区域断裂带,岩体结构破碎,水文网络发育,渗流、软化等问题突出。由于砂岩、泥岩、页岩、蒸发岩、杂色岩等多种软硬岩层互层结构和工程活动等因素的影响,沿着软弱结构面易发生滑坡、差异风化等工程地质问题。由于时代较新,岩土体的胶结性差,物理力学性能相对较差,岩石多属于软岩类别。稳定性差,易崩解软化。蒸发岩和红层岩土体中可溶成份在水作用下,容易发生岩溶、腐蚀、渗流等物理化学问题。建议在工程建设中将红层作为特殊岩体对待。     

湘西铁路沿线红层边坡工程地质研究

地处湘西山区的湘黔、焦柳铁路沿线分布众多的红层边坡。因其工程地质条件的特殊性,边坡灾害时有发生,严重影响了列车的安全运行。文章首先对这一地区红层的工程地质特性进行研究,在此基础上,对边坡破坏形式、规律、机理等进行深入探讨。研究表明:分布在湘西铁路沿线的红层具有岩性多变、软硬互层、浸水崩解、遇水软化、结构面众多及泥化软弱夹层发育等工程特性;红层边坡变形破坏的主要形式有风化剥落、坡面变形、崩塌落石和顺层滑坡等。文章通过湘西湘黔、焦柳铁路沿线12处较大红层路堑滑坡的调查及综合分析,得出这一地区红层路堑滑坡形成的基本规律并根据滑坡体物质及滑动面特征对其进行了分类。分析了该地区红层滑坡的形成机理并提出红层边坡地质灾害的防治措施。     

滇中红层软岩微观结构及水理特性试验研究

滇中红层软岩具有成岩作用差、易产生较大变形、遇水易软化、易崩解等特征,本文采用环境扫描电镜试验和水理特性试验,对红层软岩的微观结构特征,崩解、膨胀、软化等水理特性进行了研究。试验结果表明,红层软岩矿物粒间空隙大多被粘土矿物填充,粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主,为混层结构,结晶程度相对较差,多数有蚀变的痕迹。具有微小裂隙的红层软岩在1~2次充分饱水烘干后,崩解性开始显现;随着干湿循环次数增加,岩样的质量变化呈减小趋势;干湿循环次数继续增加,崩解性指数趋于平缓。红层软岩由于风化作用影响程度和自然含水率的差异,岩体内部崩解张力具有明显不均匀性。经过自由浸水48h后,红层软岩的单轴抗压强度降低29.83%~58.47%,各地层软化系数在0.4~0.7之间,遇水后呈现显著软化效应。这些结果为红层软岩地区公路工程建设的工程地质研究提供了一定参考。     

鲤鱼塘水库溢洪道边坡稳定性的岩体结构分析

由侏罗系千佛岩组砂岩、泥岩及炭质页岩组成的软硬相间的互层边坡,受不同岩层工程特性的影响,开挖引起不同部位岩体产生拉裂、松弛及沿软弱结构面的蠕滑等变形。为分析地层岩性对边坡稳定性的影响,对侏罗系千佛岩组地层进行工程地质岩组划分,分为薄层泥岩与中薄层砂岩互层岩组、巨厚层砂岩夹中厚层砂岩和薄层泥岩岩组。在此基础上,通过对边坡岩体结构的详细研究,确定了控制边坡稳定性的结构面为层间软弱夹层,进而对边坡表层碎裂岩体、结构面组合形成的块体稳定性进行分析,结果表明,边坡浅层岩体整体稳定性差,局部处于极限平衡状态,深部岩体稳定性相对较好,边坡稳定性的岩体结构分析结果与边坡变形状况吻合。     

岷江上游某水电站工程边坡软岩的崩解特性研究

工程边坡内软岩分布较广,可区分为泥化夹层、煤、炭质页岩、泥质粉砂岩等4种典型岩组。软岩的发育特征、空间展布形态、崩解特性直接关系到边坡整体稳定性和支护措施的方案设计。在重点研究F3断层、L9、L10、Lc、L11等软带内所发育的几种典型软岩岩组的崩解特性后,获知该类软岩极易吸水,遇水后发生泥化、软化和崩解。通过循环崩解试验,发现工程区内软岩的崩解度与泥质含量和崩解次数具有很好的相关性。同时,根据崩解度与崩解物形态,对软岩进行定性划分,分别定出Ⅴ类崩解岩和5种崩解破坏形式。最后就崩解机理作进一步地深入探讨。该成果为指导类似的工程边坡软岩的崩解性试验研究提供新的思路。     

甘肃红层泥岩耐崩解试验与矿物夹杂效应研究

为探究干湿作用下甘肃红层质泥岩加速崩解机制,针对典型的石膏质泥岩,开展浸水及快速崩解试验,并通过与泥质砂岩、页岩和石膏岩的对比,分析了影响岩石耐久性的主要因素,对崩解过程中的矿物夹杂效应进行了讨论。研究结果表明：原状石膏质泥岩浸水自然崩解速度较慢,3 h崩解量为0.11,但高温(>163℃)干燥后夹杂的石膏矿物将完全脱水硬化,体积收缩,再次遇水后岩块于2 h内完全崩解。石膏质泥岩的二次循环耐崩解指数I_d2为0.80,属于高耐久性岩石,但在干湿过程中有加速崩解的趋势,第5次循环时的相对崩解指数I₅达到了0.56。岩石的耐久性受矿物成分和胶结强度影响较大,矿物膨胀驱使岩块崩解的过程中,泥质岩块易发生均匀破碎而砂质岩块易出现非均匀破碎。石膏质泥岩中黏土矿物夹杂密实,干湿作用下易崩解,所夹杂的石膏矿物具有溶蚀性,且溶蚀后崩解液显弱酸性,石膏溶蚀产生的微裂隙和酸性环境下钙质结核的脱落是导致石膏质泥岩加速崩解的主要原因。     

红层软岩遇水失稳特性及建井实践

介绍了苏鲁豫皖边界地区中新生代红层的地质概况、物质组成及岩体结构,分析了红层软岩遇水膨胀崩解特性及影响因素,对井筒通过红层时所采用的方法进行了评价。      

红层软岩遇水崩解特性试验及其界面模型

红层软岩遇水崩解是引发工程灾害的重要原因。红层软岩遇水崩解缘于水作用下软岩细观成分组构的变化,但目前软岩崩解特性定量表征研究多根据宏观现象,所得到的崩解模型难以对软岩崩解的细观过程进行研究。根据室内软岩静态崩解和软岩碎片浸水试验以及不同浸泡阶段的软岩的成分组构扫描电镜观察试验,揭示了水-软岩界面的细观演化规律:红层软岩的崩解机制缘于软岩碎片间泥质填充区中水-岩界面上的黏土颗粒在水作用下发生水化、扩散和流失致使泥质胶结带缩减,从而引起碎片间凝聚力下降;静水作用下软岩碎片间的凝聚力随时间呈幂函数衰减。在此基础上,利用界面与胶体化学、断裂力学理论,定量表征了软岩中水化黏土颗粒的流失以及软岩碎片间的模式Ⅱ型开裂,建立了软岩遇水崩解的界面模型,进而定量表征了软岩遇水崩解过程。通过对比计算,利用上述所建模型计算的软岩碎片剥落时间和试验观察的软岩碎片剥落时间相近,从而验证了模型的合理性。     

水岩耦合下的红层软岩微观结构特征与软化机制研究

水岩长期作用下红层软岩体现出成岩作用差、易风化、易软化崩解等特点,给软岩工程设计与施工带来挑战。以滇中红层软岩地区所取泥岩试样为研究对象,首先对自然和饱水状态下岩样进行单轴和三轴压缩试验,分析水岩作用下软岩的力学特性;然后采用X射线衍射技术对不同含水状态下软岩微观结构进行对比研究;最后基于试验结果对滇中地区红层软岩遇水软化机制进行了探讨。研究结果表明:水岩作用下软岩力学性质劣化明显,岩石峰值抗压强度显著降低,岩体破坏程度提高;软岩黏土矿物颗粒吸水膨胀,微观结构由致密的团粒状转变为疏松多孔的不规则片状和鳞片状结构;伊利石等黏土矿物与水反应,产生的不均匀应力和大量微孔隙导致软岩内部结构破坏;红层软岩的遇水软化机制包括软岩矿物的溶蚀和次生作用、黏土矿物的吸水膨胀与崩解、软岩与水作用导致颗粒间胶结连结破坏等。     

川西红层软岩崩解演变特征与微观响应机理试验研究

红层软岩透水性弱、亲水性强,受含水量和水热(温度和降雨)变化影响极易发生软化崩解,给红层软岩地区工程建设和地质环境带来挑战。为研究不同含水量和多种水热试验工况下红层软岩的崩解特征和微观机理,以川西金堂县和中江县两处开挖红层软岩边坡工程为依托,利用自制降雨装置和温控设备,开展不同梯度初始含水量红层软岩在多种水热试验工况下的循环崩解试验。从红层软岩宏观形貌演变、微观结构及矿物组成、崩解系数、R值(崩解质量损失率)和崩解后颗粒分析5个方面对红层软岩崩解情况进行了研究,试验结果表明:红层软岩宏观形貌演变特征与微观结构变化及矿物差异存在一定的对应关系;黏土矿物的含量是红层软岩发生崩解的主要内因且与崩解呈正相关关系;崩解程度与初始含水量及水热效应联系密切;两处红层软岩R最小/大值差距明显,分别为0.22%、0.05%和1.63%、2.17%;粒径分布对红层软岩的崩解程度具有较好的评价作用,崩解越强烈,大颗粒越少,小颗粒越多,小颗粒更集中于0.075~0.5 mm之间。崩解系数、R值和最终粒径分布曲线可以很好地结合起来对红层软岩的崩解进行量化分析,并与微观结构及矿物差异相联系解释红层软岩的崩解演变特征。研究成果可为金堂、中江及其他红层软岩地区的工程建设和地质评价提供一定参考。     

Groundwater Behaviour in Layered Slope Rock Mass And Finite Element Simulation

The paper deals with the relatively weak permeable layer in a layered structure of a slope rock mass and itseffect on groundwater behaviour in the rock mass. When the whole groundwater table is declined in such typeof slope rock mass, the permeability of the relatively weak permeable layer in the middle will be several timeslower than that of the upper and lower permeable layers and consequently the water level in layers of differentpermeability will fall in different rates which will lead to a discontinuous phenomenon of the water body. Amethod of finite element simulation on a vertical two-dimensional profile is suggested for the study of the phe-nomenon and its application to practical situation is described. The calculation result shows that the existingweak permeable layer in a layered slope rock mass exerts unnegligible influence on the variation of water levelin the rock mass of a slope. The result also proves the applicability of the finite element simulation method.     

川东红层区巴南广高速公路滑坡高发成因分析

研究目的:巴南广高速公路位于地形地貌平缓、基岩产状近水平、构造相对简单的川东红层地区,线路修建时滑坡病害频发,其中工程造价超过10万元的滑坡达192处,工程治理费用约4亿元,严重影响了高速公路的正常建设。基于此,笔者依据咨询的这192处滑坡建立样本数据库,对滑坡高发的成因进行分析,以期能为今后类似红层区的高速公路的安全、经济修建提供借鉴。研究结论:(1)以富水粉质粘土为主的堆积体滑坡是项目区滑坡主要类型,且以小-中型滑坡为主,滑坡密度大,治理费用高,这是项目区滑坡的主要特征。(2)红层区特殊的地质环境是滑坡高发的基础,主要体现在地表广泛分布的可塑-软塑状粉质粘土和下伏的富水砂泥岩地层对工程扰动敏感,易使坡体在开挖卸荷和填方加载后,利用土岩交界面和最大剪应力形成的同生滑面产生堆积层滑坡、在近水平产状的砂泥岩中形成平推式、错落式和破碎岩质滑坡。(3)欠合理的设计对滑坡高发具有控制作用,主要体现在地质选线贯彻较差,路基填挖规模偏大而使坡体防护工程针对性差,造成大量工程滑坡的出现,且处治设计周期过长,使滑坡范围不断扩大。(4)施工方责任心欠缺,不合理的工程开挖或填方是滑坡高发的重要因素。     

含软弱层岩质边坡的动力响应研究

含软弱层岩质边坡的动力响应研究已成为边坡工程稳定性分析中的一个重要问题。为研究软弱层的特性对岩质边坡动力响应的影响,提供动力荷载作用下边坡防灾减灾的指导依据,运用UDEC离散元软件模拟地震力作用下含软弱层岩质边坡的动力响应系统地分析软弱层的倾角、埋深、弹性模量、厚度、泊松比和剪切刚度等因素对地震波放大现象的影响,得出边坡坡顶放大系数的变化规律,即随着软弱层倾角的增大,放大系数呈现出增大→减小→再增大→再减小,并出现地震响应减弱的现象;放大系数随软弱层埋深和厚度的增加而增大,但随弹性模量、剪切刚度的增大而减小,随泊松比的增加几乎不变。结合非重复性试验二元方差分析评价理论,对所得的放大系数进行计算分析,得出软弱层的特性因素对边坡放大作用的影响强度为软弱层的倾角＞埋深＞弹性模量＞剪切刚度＞厚度＞泊松比。研究结果有助于进一步揭示地震作用下边坡的失稳机制, 对震区边坡灾害的防治有一定的指导意义。     

地震作用下顺倾多弱层岩质边坡动力响应

抚顺西露天矿由于长期开采造成地底岩层出露,形成众多顺倾多弱层岩质边坡。鉴于目前对于地震作用下顺倾多弱层岩质边坡的研究较少,选择抚顺西露天矿南帮E1000处顺倾多弱层岩质边坡,分析地震作用下多弱层对边坡动力响应的影响。利用有限差分软件对边坡进行数值建模,分析真实地震动作用下边坡不同弱层的动力响应变化规律,并将双弱层、单一弱层和无弱层四种情况进行对比,发现不同弱层的动力响应和对边坡的影响程度不同,位于边坡下部的弱层无高程放大效应但对边坡起主导作用,与坡面共线的弱层存在趋表放大效应和高程放大效应但对边坡无明显影响。双向地震动对顺倾多弱层边坡的弱层和坡面放大效应不受影响,Z（垂直）方向的加速度和速度显著增加,双向地震动作用下边坡的速度分布差异明显,但位移分布无显著变化。地震作用下顺倾多弱层边坡的动力响应规律与弱层的分布位置和作用机理有关,在边坡的防护和治理过程中应充分考虑弱层对边坡的影响。     

恩施盆地红层边坡变形破坏模式研究

恩施盆地红层分布范围广,存在大量的斜坡或人工高陡边坡。由于红层岩体工程地质性质的特殊性,在自然地质作用和人类工程活动的影响下,边坡产生变形破坏,造成人员伤亡和财产损失,对城市市政工程和道路工程建设产生了较大的影响和制约。本文通过恩施盆地红层边坡的野外工程地质调查、钻探、现场试验（压水和渗水试验）、样品采集和室内岩体特性参数测试等工作,基本查清了红层的工程地质特性、水理特性和边坡变形特点。恩施盆地红层可分为“硬砂岩”和“软砂岩”,前者由胶结较好的粉砂岩和砂岩组成,强度较高,透水性差,属相对隔水层;后者由胶结较差的砂岩构成,强度低,透水较强,为含水层。边坡变形破坏规模较小,但点多、危害较大。本文从运动方式和影响因素两个方面对边坡变形破坏模式进行研究,依据斜坡岩土体运动方式,红层边坡变形破坏划分为:顺层岩质滑坡、坠落式崩塌、倾倒式崩塌3种;按变形破坏影响因素,边坡变形破坏划分为:软硬互层红砂岩差异风化、顺层结构面和切层结构面不利组合、人工开挖扰动3种,并分析了各类变形破坏模式的特点和变形破坏过程,对恩施盆地及同类型地区的红层边坡变形破坏的防治具有指导意义及参考价值。     

层间软弱夹层发育的切向边坡失稳模式及稳定性研究

通过系统分析边坡工程地质条件及岩体结构,采用定性分析结合有限元模拟研究了边坡变形破坏模式,并采用块体理论及极限平衡法系统分析边坡局部及整体稳定性。结果表明,切向边坡的变形破坏模式可以分为两类:深层变形破坏为受层间软弱夹层空间展布特征控制的块体失稳,浅表层破坏为局部块体失稳及强风化强卸荷带岩体沿最大剪应力带的滑移-拉裂变形。稳定性分析结果认为边坡浅表层岩体稳定性差,但发生深层破坏的可能性较小。     

三峡库区巫峡剪刀峰顺层岩质岸坡破坏模式分析

剪刀峰岸坡位于三峡库区巫山县巫峡左岸,全长2.1 km。受北侧神女峰箱状背斜及南侧神女溪—官渡口向斜影响,岸坡为陡倾顺层岩质岸坡。岸坡坡度45°～89°,整体为陡坡与的陡崖复合地貌;岸坡出露的第四系地层主要为崩坡积碎块石土,出露的基岩含三叠系大冶组三段、四段及嘉陵江组一段至四段地层,地层多元化;岩组类别主要为大冶组及嘉陵江组碳酸盐溶岩组成的坚硬岩组及嘉陵江组二段岩溶角砾岩组成的较软岩组;岩体结构从极薄层至巨厚层状,岸坡地形、地层、岩组及结构复杂。岸坡上游至下游,2.1 km范围内,坡体结构变化大,岸坡变形破坏特征差异大,成因机制及破坏模差异大。根据岸坡不同的地质条件及特征,划分为6个大段、6个亚段。研究从岸坡宏观变形、破坏特征出发,将岸坡目前的变形、破坏总结为“构造切割及卸荷”“局部压裂、滑移”“地表溶蚀”“消落区岩体劣化”四个方面,并从岸坡成因机制上分析了各段的破坏模式。此外,本次研究还分析了库水位以上岸坡及库水位消落区的岩体劣化特征,从岩体劣化的角度提出了沿层面渐进式松脱滑移、沿软弱夹层溃屈滑移、沿“X型”节理滑移、沿层面倾倒溃屈四种岩体劣化及破坏类型。     

西南某水电站工程边坡泥化夹层构造形迹成因机理研究

工程区开挖边坡的稳定性受控于地层岩性(含软弱结构面)、向斜构造、微地貌等多种因素。边坡岩体中的层间剪切破碎带、断层破碎带不同程度地赋含泥化夹层,直接影响边坡的岩体结构。然而,工程边坡中泥化夹层却分布不均,是各种破碎带中的弱化带,最危险的潜在滑(弱)面,对重点工程部位的边坡岩体稳定性构成不同程度的安全隐患。因此,寻求其成因机制,优化治理措施,在整个开挖边坡系统中,起着关键性的作用。边坡所发育的煤系地层母岩体经多期强烈的构造挤压与研磨,各种风化的长期作用及地下水不断渗入,形成层间剪切破碎带产出、岩性较为复杂的泥化夹层岩组。枢纽区该泥化夹层岩组在实测地层剖面中,所占比例变化较大(1.77%~27.21%)。针对泥化夹层岩组的成因机理,提出5个成因阶段,对坝区所发育的泥化夹层作X射线粉晶衍射测试,证实其中确含有新(次生)的粘土矿物,为泥化夹层的存在提供强有力的佐证。     

山区高速公路边坡勘察设计常见问题分析

在山区高公路上经常遇到顺向坡、滑坡蠕变体和陡反倾坡。对于顺向坡,是否稍陡倾的坡体就应加固,而稍缓倾坡体可以不加固,边坡专家根据现场情况给出相应的工程措施主要是基于顺层边坡中的主要控制层位、相关特性和场地地质条件得出缓坡预加固、稍陡坡整体稳定的结论。从红砂岩显示倾角、倾向异常着手,通过多方面的分析调查,该岩层的特性以及反分析潜在滑动面力学特征,分析判断该切坡体为一蠕滑变形体,进而强调采用抗滑桩预先加固的工程处理方式,通过实际切坡变形破坏证明边坡专家的分析判断和工程措施的正确性。对于红砂岩反倾陡边坡,由于存在软弱夹层和顺坡向节理的切割,边坡岩性强度随雨水渗透软化,特别是现场有类似自然层倾倒变形特征,需要采取工程加固措施。边坡专家能根据工程场地性质,综合分析控制层随时间变化特征及对稳定性起控制性因素,能预先提出合理的工程措施,避免或减少工程损失,达到事半功倍的效果。