侏罗系红层典型工程地质问题分析

陈运东

(重庆市水利规划院， 重庆　401147)

侏罗系红层典型工程地质问题分析

陈运东

(重庆市水利规划院， 重庆401147)

【摘要】侏罗系红层受成岩作用和地下水活动等因素影响，工程应用性质较差，引起的工程地质问题复杂。本文对重庆地区侏罗系红层存在的岩溶或类岩溶渗漏、卸荷回弹、水岩作用和岸坡稳定等工程地质问题进行了分析与总结，并提出了相关建议。

【关键词】侏罗系红层； 工程地质； 问题分析

1前言

重庆市以山地为主，山地面积约占幅员面积的75%，平坝仅占2.4%；区内地层出露齐全，除第三系外，从震旦系至第四系均有出露，其中侏罗系红层分布面积最为广阔，约占全市幅员面积的51%，集中分布于齐耀山基底断裂以西，沙市隐伏断裂以南的大片区域，主要有珍珠冲组、自流井组、新田沟组、沙溪庙组、遂宁组和蓬莱镇组，其中自流井组又分东岳庙、马鞍山和大安寨3段。侏罗系是广义“红层”的主要组成部分，其岩性主要由泥质岩、砂岩、灰岩等组成，其间有石膏、铁矿等分布。截至2011年底，全市建成各类水库2852座，其中大型水库16座，中型水库87座。7座大型水库位于侏罗系红层，占大型水库总数的42%；中型水库59座，占已成中型水库总数的67.8%。近期规划的水库工程58%以上分布于该“红层” 区内，本文梳理分析了工程中遇到的一些典型工程地质问题，对重庆市内水利水电工程的勘察设计与管理具有重要意义。

2典型工程地质问题分析

重庆市侏罗系红层分布面积广而集中，除城口、秀山、酉阳、黔江等区县基本无该层分布外，其他36个区县均有较大范围出露(见下页图1)。岩性上主要有泥质岩、砂岩和灰岩等，泥质岩及部分砂岩为饱和抗压强度一般小于30MPa的软岩，仅灰岩和部分砂岩饱和抗压强度可达30MPa以上，且分布范围小，如：下统自流井组灰岩、中统沙溪庙底部关口砂岩等。中统沙溪庙组、新田沟组等地层中有石膏等可溶物分布，溶蚀后可能导致坝基岩体渗漏，这些可溶物溶滤后会改变地下水化学成分，增强地下水腐蚀性。下统自流井组地层中有灰岩分布，其溶蚀后往往成为水库渗漏的通道。上统遂宁组、蓬莱镇组由泥岩和中厚层砂岩组成，该地层往往构成向斜的核部，岩层倾角水平，河床岩性常由厚层砂岩夹泥岩组成，这些特性决定了侏罗系红层存在较复杂的工程地质问题，如：岩溶或类岩溶渗漏、卸荷回弹、岸坡稳定等，现就这些工程地质问题作简要分析。

图1　重庆市侏罗系地层分布示意图1—省界；2—侏罗系分布区；3—区县所在地

2.1岩溶渗漏问题

侏罗系下统自流井组分为大安寨、马鞍山和东岳庙3段，其岩性除泥质岩外，还有介壳灰岩、生物碎屑灰岩及泥质灰岩分布，灰岩总厚度大于150m，构造上为褶皱的翼部，岩层倾角40°～65°，层间溶蚀作用明显，若库区存在低邻谷等情况时，其渗漏问题需要加倍关注。层间岩溶通道是否产生渗漏，是评价成库条件好坏的重要因素，有的工程虽已建成，但因岩溶渗漏问题的存在，影响了工程效益的发挥。垫江石路口水库库区为横向谷，分布有自流井组大安寨段生物碎屑灰岩，厚度30～35m，岩层陡倾下游，在距库区右岸约1km处灰岩被低谷切割，库水以下降泉的形式在灰岩中出露，渗漏流量随库水位高低变化，一般为10～15L/s。通过防渗整治后流量明显减小，但尚不彻底。因此在类似区域开展工程勘察设计时要查明其岩溶水文地质条件，评价产生渗漏的可能性。

2.2“类岩溶”问题

侏罗系中统新田沟组、沙溪庙组地层中分布有石膏等可溶盐，工程实践中发现厚度一般为1～11mm不等，多沿砂岩或泥岩层间呈脉状分布，其溶蚀作用有的称“类岩溶”，对工程的危害性不可小视。

a.石膏在溶蚀作用下呈“类岩溶”状态，一方面已经成为了贯通性的溶蚀裂隙，无疑为坝基岩体渗漏提供了通道；另一方面，勘察时未发现溶蚀的石膏层，需分析水库形成后，原有水文地质条件发生改变，并在渗透水压的反复作用下，造成石膏层的溶蚀而引起水库岩溶性渗漏的可能性，提出相应的对策措施。在奉节草坪水库下坝址钻探中，当右岸ZK4孔钻至约80m深时，发现钻孔冲洗液从距离88m远的河床钻孔ZK1冒出，从两个孔的岩芯编录和压水试验看，冲洗液串孔段均为侏罗系中统新田沟组砂岩，ZK1孔5～8m、ZK4孔78～81m孔深范围内沿不同层面分布有多层石膏层，厚度2～3mm不等，且有溶蚀现象，含石膏层孔段渗透率明显高于相邻的孔段(见图2)，对之采用灌浆等工程措施予以处理。

图2　钻孔冲洗液沿层间溶蚀裂隙渗流示意图(据勘察资料改编)1—第四系人工填土;2—第四系坡残积层;3—侏罗系中统新田沟组;4—砂岩;5—泥岩;6—透水率;7—水渗流方向

大足玉滩水库坝基也存在石膏层，在坝址区，岩体中多见有石膏脉，石膏脉主要发育在坝基下的J2s2-2砂岩中，其次为J2s2-1泥岩、粉砂岩中；空间上方向性不明显，单层厚度较薄，一般延伸长度不大，局部延伸长度较长；部分有风化溶蚀现象，但规模都较小。虽未对其采取专门措施，但在工程蓄水后要关注石膏层的溶蚀及是否引起渗漏等问题。

b.“类岩溶”破坏岩体结构，影响其整体性，从而降低坝基岩体质量、削弱洞室的稳定性。某水库发现一洞室，其围岩地层岩性为侏罗系中统新田沟组巨厚层状石英砂岩，两组垂直裂隙较发育，在距地表6～15m范围内沿层分布有3～11mm厚石膏，局部有芒硝，洞总长约850m，洞内可见石钟乳等典型的可溶盐溶蚀后的产物，“类岩溶”作用明显，与此相伴的是围岩失稳、塌顶强烈，“类岩溶”等地质作用不断地使围岩的稳定性更加恶化。

2.3卸荷回弹问题

在向斜近核部地带建设水坝时，河床为倾角近于水平岩层，坝基基坑开挖到一定深度时往往会产生一定程度的卸荷回弹，使基坑浅层岩体产生结构面张开或新的微细裂隙，破坏岩体的完整性，加重其渗透性。如：其水电站河床坝基为侏罗系沙溪庙组厚层砂岩，岩层近水平，在基坑开挖接近设计深度时，基槽表部岩体因卸荷作用有松弛现象，锤击时始终呈“空响”声，基坑表部总存在松动岩块；其水库河床地带岩性为侏罗系上统遂宁组灰白色、灰色、巨厚层状细粒长石石英砂岩，倾向右岸偏上游，倾角8°～12°，本层厚度18.7～20.36m，在坝基河床段开挖时出现表部岩体裂隙张开并产生新的微细裂隙。经分析上述两个工程均系坝基开挖卸荷回弹所致，后经工程措施处理效果良好。

2.4水岩作用问题

侏罗系地层中泥岩、粉砂岩分布广泛、强度低，饱和抗压强度小于5MPa的极软岩占相当比例，其孔隙率、吸水率高，具有明显的遇水易软化等特点，在水的长期浸泡下泥质岩的软化系数更是存在不断变小的现象，通过对重庆5座水电站库岸侏罗系中统沙溪庙组弱风化泥岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩进行取样试验，发现这些库岸岩体经过50～60年的浸泡后，岩石的软化系数较工程初设报告中软化系数降低了20%～30%，说明侏罗系软岩水岩作用的时效性对工程的影响不可忽视，在岩石取样试验及地质力学参数选取中应该充分考虑这一因素。

2.5岸坡稳定问题

图3　典型岸坡结构示意图

岩性组合上，侏罗系红层区主要由砂岩、泥质岩及其互层组成，力学性质上呈现软硬相间；地形上，这种岩体构成的岸坡，因不同岩体的差异风化，砂岩多以陡坎、陡坡地形为主，泥质岩则形成斜坡，因其所处构造部位、岸坡结构、岩层产状与坡向的关系及临空情况等诸多因素的不同，岸坡破坏模式呈多样性，在工程实践中遇到较多的主要有两类：ⓐ中陡倾角岩层组成的顺向岸坡，其构造位置一般位于褶皱的两翼，地层为侏罗系中统和下统砂岩和泥质岩，在风化、卸荷和降雨等因素作用下，砂岩与泥岩在地下水较活跃地带往往接触产生泥化，并在其他因素的叠加下，岸坡常产生蠕动变形或顺层滑坡(见图3(1))，如：綦江河某水电站水库左岸岸坡的蠕动变形即为这种岸坡结构。ⓑ由近水平岩层组成的具软弱基座岸坡，即“上砂岩下泥岩”岸坡，构造位置位于向斜核部地带，由侏罗系上统遂宁组和蓬莱镇组砂岩、泥岩组成，泥岩因强度低、易风化变形，成为砂岩的软弱基座，砂岩叠加其上，坡度陡峻，垂直的构造裂隙、卸荷裂隙有所发育，在各种自然应力作用下，砂岩可能处于欠稳定状态最终产生崩塌(见上页图3(2))，如：綦江清溪河某水电站库区岸坡岩体变形失稳等。

3建议

侏罗系红层由于其物质组成、结构特点、物理力学性质及水理性质等方面特点，决定其工程地质问题具有复杂性和独特性，对此，提出以下建议。

a.加强工程勘察的针对性，对于大型工程要采取综合勘察手段，大口径钻探的应用能够直观查明重点地段软岩结构与物理力学特性。在取样、试验和关键力学参数取值时要注意区分地下水位以上和以下两种情况；在饱和试验时，要注意区分这两类样，分别处理；岩石力学参数建议对试验成果分水上、水下两种情况分别统计，在考虑水岩作用情况下用不同的折减系数打折后给出岩石力学参数建议值。

b.坝基岩体中存在石膏等易溶矿物，对其特性、溶蚀作用做深入研究，对已成大坝坝基渗流及其化学成分要加强监测，进一步评估对坝基岩体结构、渗漏及地下水腐蚀性等方面的影响。

c.侏罗系岩体具有暴露在空气中易风化、遇水易软化等不良工程地质特点，基坑开挖后要及时采取封闭措施。

d.加强工程监测，对工程验收中存在的与工程地质相关的遗留问题要重点予以监测，并及时整理分析相关资料，对运行情况进行评价。

参考文献

[1]李月美,等.重庆长寿地区红层水岩作用时效性实验研究[J].地质灾害与环境保护,2009,20(2)：71-73.

[2]陈运东.软岩嵌岩灌注桩承载力确定及施工要点[C]∥全国山区地基基础学术交流会论文集.重庆：重庆大学出版社,1997.

[3]刘特洪,等.软岩工程设计理论与施工实践[M].北京：中国建筑工业出版社,2001.

中图分类号：TV221

文献标志码：A

文章编号：1005-4774(2015)02-0024-04

Analysis of Typical Geological Problems in Jurassic Red Bed

CHEN Yun-dong

(ChongqingWaterResourcesPlanningInstitute,Chongqing401147,China)

Abstract：Jurassic red bed is affected by diagenesis, groundwater activities and other factors. The project is characterized by poor engineering application property, thereby leading to complicated engineering geological problems. In the paper, Chongqing Jurassic red bed has engineering geological problems of karst or similar karst leakage, unloading rebound, water-rock interaction, bank slope stability, etc., which are analyzed and summarized. Relevant recommendations are proposed.

Keywords：Jurassic red bed; engineering geology; problem analysis