辽宁省某核电工程岩体工程地质特征分析

2020-07-14王丹微庞大鹏

山西建筑 2020年14期

王丹微庞大鹏

(1.吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林长春 130118; 2.东北电力设计院有限公司，吉林长春 130000)

随着我国核电工程技术水平的日益提高，各类与之相关的工程岩体力学问题也与日俱增。在评价岩体在各种荷载作用下的变形与稳定性时，最基本的问题即是岩体的工程地质特征。因此，有必要选取适宜的方法，对岩体的地层岩性、结构特征、风化程度及分布特征等岩体工程地质特征进行客观、详实地分析与评价。

1 地层岩性

1.1 地层概述

厂址范围出露的地层主要有下古生界奥陶系石缝组上段(O3s2)浅灰色条带状变质砂岩、华力西晚期(γ43(2))黑云母花岗岩、中生界侏罗系上统长安组(J34ca)泥岩及新生界第四系中更新统(Q2)粉质黏土。

厂址内出露的地层由老到新有：下古生界奥陶系石缝组上段(O3s2)浅灰色条带状变质砂岩、华力西晚期(γ43(2))黑云母花岗岩、中生界侏罗系上统长安组(J34ca)泥岩、构造角砾岩及新生界第四系中更新统(Q2)黏土。

1.2 地层岩性描述

1)含碎石黏土。黄褐色、黑灰色，可塑～硬塑状态，混少量碎石，稍有光滑，干强度、韧性中等，无摇振反应，坡洪积成因，局部相变为粉质黏土。该层局部具有明显的层状块状结构特征，俗称蒜瓣土，土颗粒呈近立方体状，边面和棱角较为明显，结构表面有褐色胶膜，有石灰质铁质，局部发育虫孔构造。层厚2.40 m～15.30 m。该层主要分布在山前斜坡地带，顶部以残积为主，碎石含量较多，以粉质黏土为主，偶夹有碎石，在厂址附近区域均有分布，厚度由西南向东北逐渐变厚。

2)泥质角砾岩。黑灰色，强风化，湿，主要由中、强风化泥岩碎石组成，一般粒径20 mm～50 mm，最大可达80 mm，含量约50%～60%，次棱角状，基本无磨圆，泥质胶结，属极软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层成因为该区前第四纪发育一正断层，导致侏罗系泥岩地层发生强烈错动，下盘泥岩剥落堆积在上盘之上经过一定程度的固结形成，剥落的泥岩碎块未经长距离搬运，故棱角分明，基本无磨圆。该层在厂区内局部地段分布，本次勘察仅在CK03钻孔中揭露，厚度约8.5 m。

3)上层泥岩。灰色、黑灰色，强风化，泥质结构，块状构造，矿物成分主要为黏土矿物，可见少量石英、长石等碎屑矿物，分布于断陷盆地内且为晚侏罗纪长安期深水湖沼相静水环境沉积，颗粒细腻，属极软岩。盆地内发育有数条第四系中更新统前小型正断层，造成局部岩体节理裂隙发育，岩体结构破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。岩芯多呈柱状，暴露后易失水成碎块状，耐风化及耐崩解性差。该层在厂址区东北侧普遍分布，埋深一般在10.30 m～23.80 m之间，层厚一般在14.50 m～16.20 m之间。

4)下层泥岩。灰色、黑灰色，中等风化，泥质结构，块状构造，矿物成分主要为黏土矿物，可见少量石英、长石等碎屑矿物，分布于断陷盆地内且为晚侏罗纪长安期深水湖沼相静水环境沉积，颗粒细腻，属软岩。盆地内发育有数条第四系中更新统前小型正断层，造成局部岩体节理裂隙发育，整体岩体结构较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩芯多呈柱状，浸水后迅速崩解成块状，暴露后易失水开裂，耐风化及耐崩解性较差。该层在厂址区东北侧普遍分布，埋深一般在26.00 m～40.00 m之间，本次勘察钻孔未穿透该层。

5)构造角砾岩。黑灰色、灰绿色，中等风化，原岩为细粒花岗岩，细粒花岗结构，块状构造，岩石破碎强烈，角砾形态多为棱角状，含一定量的黑云母，含量约为5%，定向性明显，具有塑性变形特征，岩矿鉴定图片如图1所示，详见附录D：岩石薄片鉴定报告。节理裂隙较发育，岩芯较破碎，以块状为主，柱状次之，锤击声哑，属软岩，局部夹断层泥，岩体结构较完整，岩体质量等级为Ⅳ级。该层在厂址区内局部分布，本次勘察仅在CK03钻孔中揭露，层顶高程为218.54 m，层顶深度为55.00 m，揭露厚度约5 m，未穿透该层。

6)上层花岗岩。浅黄色、褐黄色，强风化，原岩结构已破坏，主要矿物成分为石英、长石和黑云母，混多量黏性土和砾石颗粒，属较软岩，岩体结构破碎，岩体质量等级为V级。岩芯呈短柱状。该层在厂区西南侧普遍存在，但厚度较小，仅在钻孔CK04和CK05中揭露，埋深一般在2.40 m～11.50 m之间，层厚一般在8.90 m～19.40 m之间。

7)下层花岗岩。黑白色、杂色，中等风化，斑状粗粒结构，块状构造，主要矿物成分为石英、长石和黑云母，属较坚硬岩，岩体节理裂隙发育，岩体结构极破碎(Kv=0.12)，岩体质量等级为Ⅳ级。岩芯多呈碎块状，少量呈短柱状或柱状。该层花岗岩为华力西晚期花岗岩侵入到下古生界奥陶系石缝组上段浅灰色条带状变质砂岩中形成，故钻孔中局部可见少量变质砂岩。在厂址区西南侧普遍分布，埋深一般在20.4 m～21.8 m之间，本次勘察钻孔未穿透该层。

2 岩体风化特征

岩石的风化程度取决于岩石本身的耐风化能力以及外营力的作用强度，厂址内出露的花岗岩以黑云母花岗岩为主，矿物成分主要为长石、石英和黑云母等，强风化花岗岩中混少量黏性土，斑状粗粒结构，块状构造，节理裂隙发育，岩体结构破碎，耐风化能力较强；泥岩为侏罗系长安组泥岩，泥质结构，块状构造，矿物成分以黏土矿物为主，含少量石英、长石等碎屑矿物，湖沼相静水环境沉积，整体颗粒细腻，耐风化能力较差。

从岩芯的风化程度，结合钻孔波速测试成果可知，厂区南西侧下伏的花岗岩主要表现为强风化和中等风化状态，中等风化花岗岩岩芯呈坚硬块状，抗风化能力较强，图2所示的岩芯为钻孔CK04揭露的中等风化花岗岩；拟设主厂房区基底以下及厂区北东侧下伏的泥岩表现为强风化和中等风化状态，钻孔CK01取得的岩芯为泥岩，在原位状态下均表现为中等风化状态，暴露于空气当中以后(约15 min)因卸荷及失水作用迅速开裂，其耐风化及耐崩解能力较差，如图3所示。

拟选厂址区中部和北西侧地势较低，南西和南东侧地势相对较高，中部和北东侧的泥岩厚度较大，CK01,CK02及CK03钻孔深60 m，仅在CK03钻孔底部出现少量构造角砾岩，经地质调查及物探测试成果分析，推测泥岩的厚度大于50 m，下伏变质砂岩或花岗岩，泥岩构成的岩体风化程度由地表往下，由强到弱。

厂址南西侧为花岗岩构成的相对独立的山丘，花岗岩与泥岩的分界面为一条走向NNW、倾向NE的断裂构造带，推断该断裂构造带部位的风化程度将会高于厂址其他地区，或者其抗风化能力将明显低于周围均一岩性地区。

由表1，结合场地岩体风化特征，综合评价拟选厂址岩体风化情况可知，场坪高程279 m时，中等风化以上岩石在厂区内未揭露；高程249 m以下，中等风化以上岩石所占比例增多，但幅度不大，在厂区的南西侧和北东侧出露，所占厂区的面积约为50%。

表1 厂址钻孔风化层界面一览表

3 岩体结构特征

厂址处于白泉背斜的北东翼，花岗岩层的隆起发生了强烈的由西南向北东的推移挤压作用，在厂区及近厂区内形成次级背向斜构造，花岗岩与泥岩呈断裂接触关系。地质构造强烈程度相对较高，花岗岩分布区岩体结构较破碎，岩芯呈碎块状或短柱状，CK04,CK05钻孔岩性为花岗岩，岩芯为碎块状、短柱状，岩体呈碎裂结构或裂隙块状结构；泥岩分布区岩体结构相对较完整，局部节理裂隙发育，大部分区域节理裂隙不发育，CK01,CK02钻孔岩性均为泥岩，中等风化泥岩岩芯最长可达1.3 m；CK03钻孔底部揭露厚约为5 m的构造角砾岩，张性断裂构造的产物，局部有挤压特征。

根据结构面的性质、空间展布以及结构体的形状、规模和强度特征对岩体进行结构划分，厂址区岩体结构可划分两种类型，一种为软质岩，岩体较破碎～较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级～Ⅴ级，分布于厂址的北东侧区域，以强风化、中等风化泥岩为主；另一种为硬质岩，碎裂结构或裂隙块状结构，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级，分布于厂区的南西侧区域，岩性以中等风化花岗岩为主。