花岗岩残积土的工程特性及边坡稳定性研究

2016-04-21杨淑华

地球 2016年6期

关键词：残积土软化花岗岩

■杨淑华

（福建省闽东南地质大队福建泉州362021）

花岗岩残积土的工程特性及边坡稳定性研究

■杨淑华

（福建省闽东南地质大队福建泉州362021）

花岗岩尤其特殊，经长期的物理化学风化作用，易形成花岗岩残积土。花岗岩残积土具有诸多特殊的工程特性，这些特性对其边坡的稳定有着很大的影响。本文主要对花岗岩残积土的工程特性做简单介绍，并对其边坡稳定进行分析。

花岗岩残积土；工程特性；边坡稳定

花岗岩是地表下经凝却形成的一种火成岩，质地坚硬，颜色美观，其主要成分是长石和石英，两者膨胀系数不一，长石又具有一定的节理，受热胀冷缩作用，花岗岩表层易出现裂纹，在长期的物理、化学风化中，原地会留下许多碎屑物，厚度较大，主要是黏土矿物，此即花岗岩残积土。因为南方温度高、雨量多、湿度大，化学风化较强，所以花岗岩残积土多分布于南方，特别是东南沿海一带。花岗岩残积土有其自己的特点，处理稍有不当，就有可能引起边坡失稳等事故发生，加大工程的投资。

1 花岗岩残积土的工程特性

1.1 物理力学性质

一般而言，花岗岩残积土是一种可塑至硬塑状、天然孔隙比较高、抗剪性能高、压缩性能较好的特殊的土体，其土体的强度，是自上而下逐步增强，因为表层的透水性不好，再加上天然孔隙比较大，使得其强度较低；到下层特别是砂砾质残积土，压缩性较低，透水性较大和天然孔隙比较小，强度也较高。如分布在福建泉州地区的花岗岩残积土，厚度较大，颜色以黄褐色居多，埋藏的深浅度不一。除石英外，云母、长石等风化后黏性较差，易碎。

1.2 不均匀性和各向异性

花岗岩较为特殊，其岩脉分布并不均匀，石英岩脉的抗风化能力较强，残积土会形成硬化层；但二长岩脉等抗风化能力相对较弱，残积土多呈软弱夹层，由此形成导致的残积土中的原生和次生裂隙决定着边坡的稳定性。从实际调查中发现，花岗岩残积土的边坡失稳现象多发生于坡度较缓处，其中圆弧式滑动占的比例最小，而非圆弧式滑动占的比例最大，假如花岗岩残积土是均质的，其失稳时出现的滑动面应该呈圆弧状，可实际恰恰相反，由此可知，花岗岩残积土具有不均匀性。

1.3 扰动性

从其成因来看，花岗岩残积土有其特殊结构，除大量的砂粒碎屑外，同时具备原岩的一部分残余结构的强度，在取样时对其进行切割，很容易破坏其结构稳定，以至于强度降低，从而影响到室内土工试验的测量值，导致其压缩系数增加，压缩模量降低，而且，花岗岩残积土自身天然孔隙比较大，做地基持力层时，显得压缩性偏高，承载力较弱，为提升承载力，只能拖延工期，加大工程基础成本。如福建某地，在设计时，地基的承载力为150kPa，施工过程中，凡是超过6层的建筑，均选择了桩基础，但后来经附近工程荷载试验所测，此地花岗岩残积土的承载力最低为200kPa，远大于6层建筑基底压力的最大值，使用条形基础即可。

1.4 软化特性

所谓软化特性，指的是在含水量不断增加的同时，花岗岩残积土的压缩性持续增大，强度随之降低。花岗岩残积土的成分中含有大量游离氧化物，主要起胶结作用，且易溶于水，随着含水量的增加，残积土中的胶合物受其影响，溶解量骤增，从而导致残积土强度减弱。在福建省曾做过相关试验，将两组平板静荷载进行对比，两组的含水量和地基承载力分别为10%、20%和730kPa、450kPa，加水饱和之后，两组的地基承载力依次变为670kPa、270kPa。经过对30组标贯击数和含水量的分析，算初期回归分析方程如下：

上式中，N表示的是标贯次数，ω表示的是残积土中的水含量，γ表示相关性系数。

1.5 崩解特性

崩解，指的是花岗岩残积土在水中浸泡过后，会呈片状或粒状崩落。如对福建泉州的残积土做了相关试验，对其各个时刻的崩解量At及相应的崩解速率Rf做了详细记录，通过试验发现，整个崩解过程可分三步，第一步要花5~10min试样浸水，崩解速度较慢，速率约为1.33~2.16，崩解梁在30%左右；第二步需花费月20min试样浸水，崩解速度较快，速率约为5.57~14.62，崩解量达到了62%；第三步持续时间最长，30min左右，土体完全崩解，速度变慢。崩解量At和崩解速率Rf可通过以下公式表示：

上式中，m0和mt分别代表试验开始时和浸水历时的试样质量；At1、At2依次表示的是历时t1和t2的崩解量。

可知，残积土在浸泡约10min之后，就会快速崩解。所以在进行人工挖孔桩基础时，如果地下水位高，孔壁始终浸在水中，即便采用水泵排水，孔壁依旧会出现大量崩解，损坏桩基的效用。

2 花岗岩残积土边坡稳定性分析

花岗岩残积土边坡失稳主要受两个因素影响，一是其自身的崩解性质，二是其内部结构的微裂隙程度。如果土质相对来说较为均匀，微裂隙程度轻，多为滑移破坏；相反则属于崩塌破坏。

2.1 滑移破坏

该破坏类型主要有两种，一是软化滑移，二是滑移拉裂。前者边坡多位于低洼处，地下水埋藏的深度较浅，上覆土层属于冲积层。开挖之后，地下水会朝坡面排泄，坡面表层一旦浸水，很容易发生崩解现象，土体软化而坍塌，以至于后土体应力释放加快，土中微裂隙扩大，地下水渗透，在裂隙中发生泥化膨胀反应，导致结构面强度较弱，同时裂隙中的细小颗粒会被水冲走，孔隙不断扩大，最终引起软化滑移。滑移拉裂的边坡多位于低矮丘陵处，地下水位在残积土中较为稳定。开挖时，一旦超过了地下水位线，同软化滑移一样，土体容易塌落，上部形成拉裂缝。

地下水在滑移破坏中起着主导作用，在软化滑移情况下，可先降低水位，在使用锚杆挡墙等方式进行支护，若没有排水，则应该选择抗滑桩。在滑移拉裂的情况下，上部可选择喷锚支护的方式，下部需先排水，而后选择锚杆或土钉进行支护。

2.2 崩塌破坏

有些山坡所处地势较高，地下水埋藏较深，一般开挖到达不了地下水位，其上覆土层多为坡积层，含水量少，具有良好的力学性能和较高的抗剪强度，在开挖初始，边坡较为稳定。但时间一长，裂隙扩张，地表水下渗，边坡强度减弱，各土体的抗滑摩阻力随之下降，在重力作用下，易引起楔形体坍塌。还有些坡体在雨水的冲刷下，容易形成泥沟土洞，最终出现坍塌。

坍塌现象刚开始多为局部坍塌，随后面积不断扩大，对其控制关键在于局部坍塌的控制，在发生楔形体崩塌时，可通过锚杆墙加以支护，在坡面种植草皮等。在冲刷崩塌时，需及时将地表水排出，同时在坡面种植草皮。