某水库右坝肩岩体风化带划分探讨

柳申周

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原030024）

0 引言

风化是一种普遍存在的地质作用。岩体风化带的划分主要考虑风化岩石的类型及组合特征，岩体的宏观结构及完整性，物理力学性质及水文地质条件等。岩体风化分带研究的目的是在保证工程质量的前提下，结合基础工程地质条件，合理地确定基岩的利用高程，减少岩石工程施工中的开挖量，以节省工程投资，加快施工进度[1]。本文结合某水库工程，对右坝肩岩体的风化采用定性与定量划分相结合的方式进行探讨。

1 右坝肩地质概况

右坝肩基岩大多裸露，自然坡角在30°～45°，局部较陡，山顶被第四系中上更新统黄土覆盖，相对高差169 m，属低中山区。

据地质平面测绘，右岸出露的基岩主要为太古界吕梁山群赤坚岭组混合片麻岩岩组（Ar3c-γGn）、混合斜长片麻岩岩组（Ar3c-Gn）变质岩及部分岩脉。

据岩矿鉴定成果，混合片麻岩岩组（Ar3c-γGn）按其岩性从上游至下游可大致分为三种：角闪花岗片麻岩、黑云花岗片麻岩、黑云二长片麻岩。混合斜长片麻岩岩组（Ar3c-Gn）岩性分为斜长片麻岩及含黑云角闪花岗片麻岩。此外，右坝肩岩石中局部黑云母含量较高，为黑云母片岩，岩性软弱。

右坝肩基岩片麻理面多向北西倾斜，为单斜构造，片麻理产状N40°～50°E/NW∠50°～70°。

2 岩体风化特征

2.1 定性分析

在野外岩体风化的划分主要是按照宏观地质调查、肉眼判别裂面风化特征、岩体颜色、结构面充填物质、地质锤击等进行。

右坝肩共涉及两个岩组及两种岩脉，其中厚层花岗岩脉（γ）及混合斜长片麻岩岩组（Ar3c-Gn）岩性较硬，抗风化能力较强；混合片麻岩岩组（Ar3c-γGn）岩性总体较软，抗风化能力较弱。从地表观测，岩石裸露地段不存在全风化层。

据野外露头观察，斜长片麻岩岩组（Ar3c-Gn），岩石较坚硬、完整，大部分地段表面变色，锤击哑声，部分地段基本保持原岩结构及颜色，锤击发音清脆。斜长角闪岩脉（NΦ0）岩石表面大部分变色，断口基本保持原岩结构，局部岩块可用手掰断，锤击哑声，开挖需用爆破。

根据岩体风化定性划分标准，对右坝肩不同位置、不同勘探线附近的4 个平硐、1 个斜孔的岩体风化情况进行了定性划分，对不同位置的风化情况进行统计见表1。

表1 右坝肩各勘探点现场描述及观察结果统计表

由表1 知：右坝肩岩石风化程度具有不均匀性，软硬岩石相间分布，岩石成份不同，其风化程度也不同，黑云母含量较多的岩石风化较严重，石英含量较多的岩石风化程度较浅。经对比分析，Ar3c-Gn 岩组斜长片麻岩、含黑云角闪花岗片麻岩强风化层厚度5～8 m；Ar3c-γGn 岩组角闪花岗片麻岩、黑云花岗片麻岩、黑云二长片麻岩强风化层厚度14～15.6 m。

2.2 定量分析

岩体风化划分的量化指标应选择可表征岩体结构的一些易于获得的指标：波速比Kv、纵波速度Vp、风化系数Kf、RQD、裂隙间距。其中波速在大规模施工中可以快速得到，便于使用。根据选择的特征指标，确定不同岩体风化带的界线值，是岩体风化量化分带的重要前提。波速比Kv是规范推荐使用的指标，其它指标作为参考。

1）采用波速比Kv进行判别

波速比Kv是风化岩纵波速与新鲜岩纵波速之比，能反映岩体完整性因风化影响而发生变化的特征和规律。根据右坝肩各勘探点岩体波速比Kv统计表（见表2），可确定波速比风化带划分如下：

表2 右坝肩各勘探点岩体波速比Kv 及强风化层厚度统计表

（1）当波速比Kv小于0.4 时可判为全风化，当Kv在0.4～0.6 之间时可判为强风化。由表2 知，Ar3c-Gn岩组斜长片麻岩、含黑云角闪花岗片麻岩强风化层厚度7～10 m，Ar3c-γGn 岩组角闪花岗片麻岩、黑云花岗片麻岩、黑云二长片麻岩强风化层厚度15.6～17 m。

（2）当Kv在0.6～0.7 之间时可判为弱风化上段。由表2 知，PD2 勘探点10～17 m 段、PD3 勘探点17～21 m段、ZK斜1 勘探点15.6～22.2 m 段波速比在0.6～0.7 之间，其岩体风化程度为弱风化上段。

（3）从右坝肩平硐及斜孔两种方式的声波测试结果看，纵波波速存在一定的差异，在岩体新鲜坚硬时差别不大，当风化破碎时相差较大。

（4）从纵波波速变化规律分析，右坝肩软硬岩石相间分布，且不同岩性的强风化层厚度有较大的差别，存在差异性风化。

2）采用风化系数Kf进行判别

风化系数Kf系指风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。根据右坝肩各勘探点岩体风化系数Kf统计表（见表3），可确定风化系数风化带划分如下：

（1）当风化系数Kf＜0.4 时，可判为强风化。由表3知，Ar3c-Gn 岩组斜长片麻岩、含黑云角闪花岗片麻岩强风化层厚度7.5～10.5 m，Ar3c-γGn 岩组角闪花岗片麻岩、黑云花岗片麻岩、黑云二长片麻岩强风化层厚度15.6～17.5 m。

表3 右坝肩各勘探点岩体风化系数Kf 及强风化层厚度统计表

（2）当风化系数Kf在0.4～0.8 之间可判为弱风化。由表3 知，PD1 勘探点7～9.5 m 段风化系数在0.4～0.8之间，其岩体风化程度为弱风化。

（3）当风化系数Kf在0.8～0.9 之间时可判为微风化、在0.9～1.0 之间时可判为未风化。由表2 知，PD2勘探点14～17 m 段、PD3 勘探点17.5～21 m 段、ZK斜1勘探点15.6～22.2 m 段风化系数在0.8～1.0 之间，其岩体风化程度为微风化、未风化。

（4）右坝肩岩石风化程度具有不均匀性，其差异性较大。岩体风化程度与岩石成份有关，含石英较多的岩石单轴饱和抗压强度较大，强风化层厚度较薄；而石英含量较少，云母含量较多的岩石单轴饱和抗压强度较小，强风化层厚度较大。

2.3 综合评价

从定性、定量分析结果看，两种定量判别法得到的强风化层下限深度比较接近，而定量与定性分析法得到的结果有一定的差异，考虑到定性观察具有一定的人为性，主要以定量分析结果为依据。综合考虑，混合斜长片麻岩岩组（Ar3c-Gn）斜长片麻岩、含黑云角闪花岗片麻岩强风化层厚度7～10.5 m，混合片麻岩岩组（Ar3c-γGn）角闪花岗片麻岩、黑云花岗片麻岩、黑云二长片麻岩强风化层厚度15.6～17.5 m。

3 结语

岩体风化带划分的研究是工程地质勘察的重要内容。定量划分岩体风化分带时，需根据实际工程特点和已有工程经验，选取具有代表性的指标，以反映工程岩体风化带特点。本文选取的波速比和风化系数两种风化分带定量指标，能够客观反映本工程坝肩岩体风化带特征。其定量指标在实际工程中易于获得，划分结果准确，误差较小，可以为类似岩体工程作参考。