红层地区论文

2024-10-22

红层地区论文（精选6篇）

红层地区论文篇1

摘要：本文对在云南抗旱打井突击找水行动中打出的6眼自流井进行了典型找水经验介绍并简单分析了其成因类型,总结出红层地区找水要在综合收集资料的基础上,通过实地调查和高密度电法勘查,选择地貌汇水有利部位,地层构造的富水地段综合确定井位,选用适宜的施工方法是提高成井率的有效途径。根据自流井的特点提出了开发利用建议。

关键词：红层,自流井,成因分析

0 引言

2009年7月至2010年5月，云南省遭受了百年不遇的特大旱灾，楚雄彝族自治州是云南省受灾最为严重的地区之一，河南省国土资源系统赴西南抗旱救灾突击队赴云南省楚雄彝族自治州大姚县、姚安县、南华县和双柏县抗旱打井，共完成水井81眼，为计划任务数75眼的108%，成井率96.30%，累计进尺5215.06m，总出水量5850.05m3/d;24眼日出水量在100t以上，惠及73个自然村(包括12所学校)，预计可解决当地约8.7万人口和4.8万头大牲畜的饮水问题。

值得一提的是，81眼抗旱井中，有6眼为自流井，分别位于大姚县金碧镇凉桥村、大姚县龙街乡仓屯村、姚安县弥兴镇上屯村、南华县沙桥镇索厂村、南华县雨露乡后甸村、南华县红土坡镇簪花村(表1、图1)。

1 研究区概况

1.1 气象水文

楚雄彝族自治州属亚热带季风气候，总的气候特征是冬无严寒、夏无酷暑;年均气温14.8～21.9℃。年均降水量800～1000mm，年均蒸发量2432mm，由于山高谷深，气候垂直变化明显，一山分四季，十里不同天。

工作区地处金沙江和红河两大流域，以州境中部为分水岭形成南北分流。金沙江于大姚县北部经过本区，年平均流量为3841m3/s，工作区内属该水系的河流有龙川河及其支流;属于红河水系的河流有礼社江、马龙江、绿汁江等。最大流量礼社江144m3/s、马龙江569m3/s、绿汁江1280m3/s，该水系的特点是河谷深切，两岸直立，相对高差达500～1800m，流量受降雨量制约，枯、雨季变幅较大。

1.2 地形地貌

区内地势由西北向东南倾斜，山地面积占总面积的90%以上，素有“九分山水一分坝”之称。州境最高点为大姚县百草岭主峰帽台山，海拔3657m;最低点在双柏县南端的三江口，海拔556mㄢ

1.3 地层构造

工作区地层为扬子地层区滇中分区，主要出露中生界三叠系煤系地层、侏罗系和白垩系红层，在山间盆地及河谷阶地上，有新生界沉积。侏罗系广泛分布于工作区内大姚县北部、南华县西南部和双柏县北部一带，属“滇中红层”的下半部分，出露厚8000余米，以泥质岩为主夹砂岩、泥灰岩;白垩系是工作区内分布最广、发育最全的地层，为“滇中红层”的上半部分，地层厚达4600余米，以泥质岩夹钙质泥岩、砂岩，顶部含膏盐层。工作区位于扬子地台亚一级大地构造单元内，属于康滇地轴二级构造单元。古生代至中生代早期均为隆起，上升运动占优势;侏罗纪早期发生了强烈坳陷，盖层沉积总厚可达万余米。区内褶、断裂发育，岩浆活动频繁，基底构造以近东西向-北东向为主，褶皱形态特点是短轴与长轴、开阔与紧密的褶皱同等发育。区内主要断裂为北西走向。

1.4 水文地质条件

按地下水成因类型、储水空间形态并考虑含水层分布特点及其对水质的影响，将工作区地下水划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩(基岩)类风化-层间裂隙水和碳酸岩类溶隙溶孔水三大类型。各类含水层的补给来源主要为大气降水入渗补给，地下水的径流方向总体与红河水系和金沙江水系地表水的流向基本一致，分水岭以北地下水径流方向是北东方向，分水岭以南地下水径流方向是南东。地下水的排泄主要有人工开采、侧向径流等，局部有河流及泉排泄。地下水水质普遍良好，多为HCO3-Ca或HCO3-Ca·Na型水。矿化度一般小于0.5g/L,pH值多在5～8之间。但在含盐层分布地区，地下水水质差，矿化度达100g/L以上，SO42-离子高达1160～3434mg/L。在河谷盆地中，局部地区地下水被污染。

2 典型自流井水文地质特征

2.1 大姚县龙街乡仓屯村夏家社自流井

该井是我局打出的第一口自流井，大姚县龙街乡仓屯村夏家社自然村和附近学校灾情较为严重，群众饮水困难，经现场调查和分析区域资料认为该村东南有花岗岩分布，下部可能有花岗岩及风化壳存在，并在最有利的地段确定了井位。经过精心施工，克服了掉块、卡钻、埋钻等技术问题，先后揭穿了覆盖层和泥岩，钻孔达到70m的设计深度时，没有发现含水层，经会商认为下部有花岗岩风化壳，有形成地下水的条件决定继续施工，最终在76.2m至82.5m处见到了花岗岩风化带，向下完整花岗岩打至83.71m成井。此自流井水头高度2.5m，自流量约60m3/d，可解决夏家社村组200多户村民以及80多头大牲畜的饮水问题。

该井位于沟谷半坡，补给区南部山区出露华力西期花岗岩，局部有第四系覆盖，向下逐步出露三叠系和侏罗系粘土岩、泥岩夹薄层砂岩，沟谷下部为一压扭性断层，该井含水层为花岗岩风化带，成因为上游山区补给水源顺花岗岩风化带向下径流，在有利地貌汇水部位被断层阻隔，形成地下水局部富集，由于上部泥岩盖层厚达30余米，形成局部承压，钻孔揭露盖层后形成自流井(图2)。

1碎屑岩裂隙水水量丰富区 2碎屑岩裂隙水量较中等区 3碎屑岩裂隙水水量乏区 4变质岩裂隙水水量中等区 5松散堆积层孔隙水水量中等区 6自流井

2.2 南华县沙桥镇索厂村吉家自流井

南华县沙桥镇索厂村吉家位于一个小的向斜汇水盆地中，地表出露白垩系砂岩，东西两边出露侏罗系泥岩夹砂岩，地貌为一小沟谷(图3)，高密度电法资料显示(图4)该地全为砂岩分布区，红色为坚硬砂岩，电阻率最高;褐黑色为胶结较好砂岩，电阻率较高;浅色为裂隙发育或较松散砂岩，电阻率较底，为含水层。经综合判断具备成井条件，钻孔揭露0～9.04m为松散堆积层，9.04～11.57m为紫红色完整粉砂岩，11.57～25.30m为中砂岩，25.30～44.50m为暗紫红色细砂岩，裂隙发育，为主要含水层，44.50～46.50m为中砂岩，裂隙发育，46.50～59.87m为紫红色细砂岩、粉砂岩夹泥岩，构成隔水底板，施工结束。成井洗井时地下水涌出地表成为自流井。

该井成因为在向斜汇水有利地貌部位，完整砂岩形成隔水层，裂隙发育较松散砂岩为含水层，钻孔揭露含水层后形成自流井。

1基岩裂隙水水量较大区 2基岩裂隙水水量较中等区 3基岩裂隙水水量微弱区 4碎屑岩自流盆地水量丰富区 5碎屑岩自流盆地水量中等区 6第四系浅埋承压水区7自流井

2.3 南华县雨露乡后甸村溪武首自流井

后甸村溪武首自然村海拔较高，地形切割严重，群众饮水极为困难，经现场调查，该地位于分水岭附近，含水层破坏严重，侵蚀基准面较低，汇水面积很小，该村周围出露地层为下白垩系高丰寺组(k1g)灰白、黄灰色厚层至块状中粒含长石石英砂岩，夹紫红、灰黄色泥岩、泥质粉砂岩(图5)，高密度电法资料显示(图6)该地为单斜构造，上部为泥岩，下部有砂岩泥灰岩分布，村庄下方有一压扭性断层，电阻率较高者为砂岩，裂隙发育，具备成井条件。钻孔揭露0～4.65m为松散堆积层，4.65～10.95m为灰白色强风化砂岩，10.95～25.65m为灰褐色砂岩，25.65～28.53m为泥质砂岩，28.53～54.47m为黄褐色细砂岩，裂隙发育，为主要含水层，54.47～62.12m为灰白色泥岩，构成隔水层，65.12～65.67m为完整砂岩，65.67～70.79m为完整泥灰岩，施工结束下泵时地下水涌出地表。

该井成因为其处在单斜汇水的有利地貌部位，完整泥岩构成隔水层，裂隙发育砂岩为含水层，下游阻水断层的存在使地下水相对富集形成自流井。

6眼自流井经采样分析并依据中华人民共和国国家标准《地下水质标准》(GB/T1484-93)进行水质综合评价，5眼井水质为优良级，1眼井为良好级，全部符合国家生活饮用水标准。

3 结论与建议

滇中红层地区地形切割严重，地下水含水层严重破坏，难以形成层状含水层，但在局部地貌汇水有利部位和构造发育地段，加上含水层和隔水层的存在，有可能形成局部富水区;高密度电法由于表达形式简单直观，是在红层地区寻找浅层地下水的有效方法。

红层地区地下水补给途径短，可采资源和储存量相对较少，应对已有水井妥善保护，使其在关键时候发挥应有的作用。

参考文献

[1]张福存,武毅,杨进生等.西南红层缺水地区地下水勘查示范工程,地质调查成果简本[R].2006.

[2]王宇,朱春林,李燕,饶春富等.红层地下水勘查开发的理论及方法[M].北京:地质出版社,2008,12.

[3]朱春林,李智毅饶春富等.滇中红层浅层地下水的特征和农村供水示范工程的建立[R].地质通报.2010(4):610～615.

[4]朱春林,饶春富等.红层地下水开发的经济技术条件[R].云南地理环境研究.2010,22(1):1～5.

[5]朱春林,邢志会饶春富等.滇中红层含盐层水文地质特征[R].云南地理环境研究.2009,21(6):1～7.

[6]张福存,鄢毅等.西南红层浅层地下水特征及其开发利用模式[R].水文地质工程地质.2008,35(3):53～56.

红层地区论文篇2

我国西南地区于2009年下半年至2010年上半年遭受罕见的极端干旱天气, 在云南省12.06万╳104km2的红层[1]地区, 使灾区的生产无法进行, 人、蓄饮水非常困难。在党中央的指挥下, 国土资源部的组织领导下, 我局组成6个抗旱突击队先后赶赴灾区找水抗旱, 工作情况见表1。

2 区内地层

江城县区内地层出露较简单, 出露有新生界第四系、第三系 (N、E) 、中生界白垩系 (K) 、侏罗系 (J) 、三叠系 (T) 和古生界二叠系 (P) 地层, 沿李仙江沿岸偶有古生界石炭系 (C) 地层出露 (见图1) [2]。

2.1 新生界

2.1.1 第四系

更新统 (Qpal) , 层厚2～29m, 砂质粘土石英质细砂、粉砂岩, 不等泥砾层、砂砾石层。

2.1.2 上第三系

中新统 (N1) , 层厚>398m, 上部:黄褐色粘土岩含钙质粉砂岩, 砂岩夹煤层, 下部石英砂岩、含钙质粉砂岩、底部为砾岩。

2.1.3 下第三系

渐始新统, 小丫口组 (E2X) , 层厚>298m, 褐红色钙质泥岩, 粉砂岩。泥质粉砂岩互层。始新统, 勐野井组 (E1m) , 层厚279～1300m, 紫红色泥砾岩、泥岩夹石膏岩盐、钾盐、粉砂岩。

2.2 中生界

2.2.1 白垩系

上统, 曼宽河组 (K2m) , 层厚2894～3142m, 紫红色泥砾岩、泥岩夹石膏岩盐、钾盐、粉砂岩。

下统, 曼岗组 (K1m) , 层厚259～835m, 紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹石英砂砾岩。

乌沙河组 (K1w) , 层厚21～395m, 上部褐红色泥钙质粉砂岩与细砂岩、石英砂岩互层, 下部钙泥质粉砂岩、泥岩互层夹细砂岩。

景星组 (K1j) , 层厚824～1632m, 上紫灰、紫红色粉砂质泥岩夹粉砂岩、细砂岩, 黄白色白色中细粒石英砂岩夹粉砂岩、泥岩。

2.2.2 侏罗系

上统, 坝注路组 (J3b) , 层厚182～989m, 暗紫红色钙泥质粉砂岩、泥质为主, 灰紫红色细粒砂岩、钙质砂岩、泥灰岩透镜体。

中统下统, 和平乡组 (J2h) , 层厚702～3296m, 上部紫红色粉砂岩, 泥岩夹细砂岩、泥灰岩。

小红桥组 (J2x) , 层厚291～778m, 紫红色, 灰紫色泥岩、粉砂岩、细粒长石石英砂岩夹杂色钙泥质粉砂岩, 底部为厚十余m之砾岩。

2.2.3 三迭系

上统, 良子寨主 (T3l) , 层厚825m, 杂色泥岩夹安山质凝灰岩、凝灰质砂岩、薄层灰岩。

大路边组 (T3d) , 层厚2082m, 灰紫色砾岩、粗细砂岩夹泥岩、凝灰岩。

3 区内地质构造

江城县位于青藏滇缅印尼巨“歹”字型构造体系中段的东支哀牢山西侧及永平—思茅槽地的东南部[2]。区内经历了多次的地壳运动, 造就了比较复杂的构造形迹, 区内褶皱断裂比较发育。但以构造展布及形态特征来看, 江城县县域范围内构造有如下总的特征:区内褶曲具有明显的方向性, 大部分为北西向, 少数为南北向, 它们彼此大体平行;褶曲以线状及长轴状为主, 排列十分紧密, 其中还有倒转褶曲, 反映了区内的褶皱比较强烈。而断裂构造以北西向的逆断层占优势, 其次为北东方向的正断层。北西向的断裂一般延伸很长, 与褶曲关系十分密切, 大体与褶曲轴向一致, 且多发生在皱褶的两翼。北东向断裂侧相对较为短小, 大多与褶曲轴向直交, 大部分切割了北西向断裂, 形成较北西向的断裂晚些。在总的分布上, 县域西部褶曲比较发育, 断裂较少;东部断裂、褶曲都比较发育;而中部地区, 褶曲较少, 断层密布, 纵横交错, 多为单斜断块区。总观区内地质构造轮廓, 略有向西北收敛, 向南东撒开之势 (见图1) 。皱着、断裂、水文和气候共同控制着县域内的地形地貌的形成, 前两者是内因, 后两者是外因。

4 地下水分部规律

区内地下水的分部规律受地质构造、地层和地形地貌所控制, 在相同的地形地貌单元内, 地下水主要受地质构造和地层性质所控制, 总体趋势是坝子分部多, 山区分部少;构造复杂区分布多, 构造简单区分布少[4];具体见工作区地下水量分布图2。

5 影响地下水资源开采的因素

在地下水资源开采的过程中影响因素很多, 有客观的, 也有人为的, 在此次抗旱突击找水的工作中综合运用了多种找探采的方法, 按日开采量把区内地层富水性分为中等, 贫乏和极贫乏[4], 工作区探采成果及方法见表2及表3。

6 结论

工作区内基础性资料少, 各种地质调查不够深入, 抗灾就灾时具有指导性的科学技术方法及地方经验少。鉴于现况, 希望在以后的工作中能加强边疆地区、高寒山区、贫困的区的基础性工作, 为防灾、减灾、抗灾体工必要的, 科学的技术和工作方法。

摘要：本文通过对云南省普洱市江城县2010年抗旱突击找水区域中地层、地质构造、成井工艺的对比, 找出地下水的富集规律, 最优开采方法, 对今后在红层地区地下水资源的勘查、开采、研究上具有一定的指导意义。

关键词：红层,地质构造,井体结构

参考文献

[1]郑万模, 魏伦武等, 西南红层严重缺水区表层地下水富水性等级划分及其意义, 2004

[2]云南省地质调查局第二区域调查大队, 云南省1:20万区域地质图江城幅, 地质矿产出版社, 1976

[3]地质矿产部, 云南省地质志, 第一版, 地质出版社, 1982

红层泥岩的剪切蠕变试验研究篇3

关键词：红层,泥岩,蠕变,强度

0 引言

红层是外观以红色为主色调的中、新生代碎屑沉积岩层,以陆相沉积为主,岩性以砂岩、泥岩、页岩为主,岩性组合以互层为特征[1]。红层中的砂岩为硬岩,其抗压抗剪强度较高,红层中的泥岩为软岩,其抗压抗剪强度较低,并具有显著的蠕变特性。杨淑碧等[2]对红层地区砂泥岩互层状斜坡岩体的流变性进行了试验研究,结果表明,泥岩在压缩和剪切条件下的长期强度相对较低,强度的时间效应显著。程强等[3~6]在岩石流变性方面开展了大量研究工作,结果表明,软弱泥质岩类具有显著的蠕变性。本文结合边坡工程建设项目勘察设计,选取典型红层软岩样品,进行了室内剪切蠕变试验研究,主要分析其剪切蠕变特性及长期强度参数的选取问题,为工程勘察设计提供可供参考的资料。

1 红层样品概况

红层泥岩样品取自滇中红层地区安楚公路K90段边坡,岩样地层为中生界侏罗系中统上禄丰群(J2),样品天然含水量是11%,容重23k N/m3,抗压强度5.2MPa,饱水状态下抗压强度为4.5MPa。抗剪强度指标为:天然状态下粘聚力c=1.32MPa,内摩擦角φ=41.3°;饱水状态下粘聚力c=1.08 MPa,内摩擦角为φ=32.8°。

2 蠕变试验成果分析

为研究红层泥岩的蠕变性质,将所选取的红层泥岩样品制作成圆柱状(直径90mm),在剪切蠕变试验仪上进行剪切试验。试验期间的温度为12.4~28.3℃,试验期间的相对湿度为61%~89%,采用分级加载的试验方法,得出的蠕变曲线如图1所示,其中σ为法向正应力。

图1是不同剪切荷载下得出的分级加载的蠕变曲线。由图可见,在天然含水量条件下,当σ=250 kPa,剪应力τ分别为400 kPa和800 kPa时,泥岩表现出第一阶段蠕变特性。当剪切荷载增加到1200 kPa时,出现了明显的第二阶段蠕变,加到1400 kPa时泥岩发生蠕变破坏;在σ增加到750 kPa,剪切荷载加到1000 kPa时,泥岩仍然表现为第一阶段蠕变特性,当剪切荷载增加到1500kPa时,出现了较大速率的第二阶段蠕变,加到1900 kPa时泥岩发生蠕变破坏。由此可见,当正应力由250kPa增加到750kPa,即正应力增加到300%时,泥岩的抗剪强度由1400kPa增加到1900kPa,增加了35.7%,说明随着正应力σ的增加,发生蠕变破坏的剪应力也随之增加。

图2为饱水状态下不同剪应力红层泥岩的剪切蠕变曲线。由图2可见,在饱水状态下,一个明显的特点是出现第二阶段蠕变所对应的剪力降低了。当σ=250kPa时,在τ=400kPa与τ=800kPa时出现了第一阶段的蠕变,在τ=1000kPa时出现了第二阶段蠕变,增加到τ=1200kPa时泥岩发生蠕变破坏,由此可见,饱水状态相对于天然状态,第二阶段的蠕变应力由天然状态下的1200kPa降低到1000 kPa,降低了16.7%,泥岩发生蠕变破坏的应力由1400kPa降低到1200kPa,降低了14.3%;当σ=750 kPa时,在剪应力τ=500 kPa与τ=1000 kPa时出现第一阶段的蠕变,加载到τ=1250kPa出现了第二阶段蠕变,继续加载到τ=1500kPa时发生了蠕变破坏,可见,在σ=750kPa时饱水状态相对于天然状态,第二阶段的蠕变应力由天然状态下的1500 kPa降低到1250 kPa,降低了16.7%,泥岩发生蠕变破坏的应力由1900kPa降低到1500kPa,降低了21.1%。说明在饱水状态下,红层泥岩发生第二阶段蠕变的应力及发生蠕变破坏的应力都有较大幅度下降。

图3为这种泥岩在天然含水量和饱水状态下不同时刻的剪应力—剪切位移曲线。从图中可以看出,随着时间的增加,变形逐渐增大,变形模量减少,可以认为t=∞时对应的应力就是其长期强度。从图中可以得出,在天然含水量条件下,正应力为250 kPa时,剪应力增加到1200 kPa时泥岩出现明显的剪切屈服,正应力为750kPa时对应的剪切屈服应力是1500kPa,此时其长期抗剪强度分别是1350 kPa和1700 kPa;在饱水状态下,正应力为250 kPa和750 kPa时,对应的剪切屈服应力分别是1000 kPa和1250 kPa,而长期抗剪强度分别是1100 kPa和1300 kPa。可见,饱水状态下相对于天然状态下,屈服应力和长期强度都减少很多,在正应力为250kPa和750kPa时其长期抗剪强度分别降低了18.5%和23.5%。

图4是红层泥岩的长期强度和短期强度的对比图,它给出了这种软弱夹层短期强度和长期强度的明显对比。可以看出,在天然状态下和饱水状态下,短期强度线和长期强度线均不是平行的,随着正应力的增加,两条直线逐渐向上张开发展,在天然状态下,长期强度是短期强度86%~88%左右,在饱水状态下,长期强度是短期强度83%~87%左右。由此得出的红层泥岩的长期抗剪强度指标分别为:天然状态下,粘聚力c=1170kPa,内摩擦角φ=35°;饱水状态下,粘聚力c=980 kPa,内摩擦角φ=22°。故建议在进行工程设计时将红层泥岩的短期强度乘以0.8~0.9的折减系数作为其长期强度的取值。

3 结论

本文选取了红层软岩边坡泥岩样品进行了剪切蠕变试验研究,试验结果表明,红层泥岩在剪切荷载作用下蠕变特性明显,特别是饱水后,强度降低,蠕变更加明显,其发生蠕变破坏的应力强度较天然状态下降低了14.3%~21.1%。其长期强度在天然状态下为短期强度的86%~88%,饱水后为短期强度的83%~87%。建议在进行工程设计时将红层泥岩短期强度乘以0.8~0.9的折减系数作为其长期强度的取值。

参考文献

[1]程强,寇小兵,黄绍槟.中国红层的分布及地质环境特征[J]工程地质学报,2004,12(1):34～40.

[2]杨淑碧,徐进,董孝璧红层地区砂泥岩互层状斜坡岩体流变特性研究[J].地质灾害与环境保护,1996,7(2):12～24.

[3]程强,周德培,封志军.典型红层软岩软弱夹层剪切蠕变性质研究[J].岩石力学与工程学报.2009,28(增):3176～3180.

[4]朱定华,陈国兴.南京红层软岩流变特性试验研究[J].南京工业大学学报(自然科学版),2002,24(5):77～79.

[5]王志检,殷坤龙,简文星.万州区红层软弱夹层蠕变试验研究[J].岩土力学,2007,28(增):40～44.

红层软岩地基承载力研究篇4

湘浏盆地,亦称长沙盆地,根据陈国达先生的地洼学说[1],它是我国东南丘陵中部的一个断陷盆地,南起昭山,呈SW-NE走向,经长沙市区向北至捞刀河,再偏东至浏阳、平江县境。是湘中丘陵与洞庭湖平原的过渡地带。占盆地60%以上的基底岩石为白垩系—第三系沉积的内陆湖相红色、褐红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及砂岩,俗称红层。该岩层形成时代晚、成岩程度不高,饱和单轴抗压强度普遍少于15MPa,为极软岩～软岩。基岩顶板埋深一般为8.0～15.0m,为该地区高层、超高层建筑及大型桥梁的主要持力层。由于各种因素使然,本地区对红层岩土工程性质的应用研究尚未形成共识,本文通过多种试验对比,对红层天然地基承载力及其深基础的侧摩阻力、端阻力的取值问题进行了研究,希望能对本地区红层地基承载力的挖掘有所裨益。

1 湘浏盆地红层软岩的工程特性

湘浏盆地内的红层为干旱条件下形成的内陆湖相沉积的碎屑岩,矿物成分中粘土矿物占45%～85%,石英约6%～21%,并含少量云母(≤2%)、方解石(0～12%)和长石(1.5%～7.0%),泥质粉砂结构,厚层状构造。该岩层形成时代晚、成岩程度不高,风干时易崩解,遇水浸泡易软化。试验表明,红层的化学成分成分有9种,其中SiO2的含量占主要部分,其次为Al2O3、CaO、Fe2O3等,其余5种的化学成分均不超过4%。红层不同风化带的主要物性力学性质指标见表1。

2 天然地基承载力的确定

3.1规范公式

对完整、较完整和较破碎的岩石地基,《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)按下式计算其承载力特征值fa[2]:

式中:frk—岩石饱和单轴抗压强度标准值(粘土质岩石采用天然抗压强度);Ψr—折减系数。根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合结合地区经验确定;无经验时,对完整岩体可取0.5,对较完整岩体可取0.2～0.5;对较破碎岩体可取0.1～0.2。

大量的工程实践资料表明,该方法存在一定的缺陷。它的折减系数范围过大,很难与抗压强度值建立对应关系。除受钻探取样等因素影响外,其试验样本的尺寸效应十分显著。不同试验规格的泥质粉砂岩单轴抗压强度试验结果(表2)表明,高径比一定时,天然单轴抗压强度随试件断面尺寸增加而降低;相同截面尺寸下,试件的高径比越大,岩石抗压强度越低,且趋于某一定值。计算表明高径比为2:1与高径比为1:1的岩石抗压强度之比为0.69～0.79。长沙的高层建筑及市政桥梁工程证明,采用高径比为1:1的抗压试验结果是安全可靠的。

2.2 原位试验法

对破碎、极破碎的岩石地基可根据平板载荷试验或旁压试验确定[3]。浅层平板载荷试验是一种最古老的原位测试方法,能比较直观地反映地基土的变形特性。旁压试验则基于如下假定:①钻孔周围的岩土介质是均质无限体,孔穴呈圆柱形,孔穴扩张处于平面应变状态;②孔周介质具有各向同性和弹塑性;③介质是边续的且处于平衡状态;④孔穴扩张时,介质的应力应变关系能用增量弹性理论描述,屈服面服从摩尔-库仑方程。

采用旁压试验时,浅基础上的地基承载力特征值fak按下式计算:

式中,为净临塑压力;λ为临塑值修正系数,一般不应大于1;为净极限压力;K为安全系数,一般取2～4。

2.3 建议方法

长沙数十栋高层建筑的岩基载荷试验及工程经验表明,红层地基承载力设计值与天然单轴抗压强度的比值Ψ集中在1.1～2.2之间,远高于GB50007-20002的规范中的最大折减系数0.50,由于载荷试验仅为复核岩基承载力,没有真正达到比例界限压力,试验沉降值在5.67～10.97mm之间,可见尚有一定潜力。

当采用旁压试验特征曲线确定岩土承载力时,红层强风化的承载力特征值宜采用旁压极限压力除以安全系数3～4取值,对中等风化和微风化层可参照旁压试验临塑压力法。当按规范GB50007—2002采用岩石抗压强度计算岩基承载力设计值时,可采用天然状态下的单轴抗压强度进行折减,中风化岩石(R0=2.0～4.5MPa)Ψr宜取1.2～1.6;微风化(R0>4.5MPa)Ψr取0.8～1.2,该值与三轴应力状态下岩石垂直抗压强度接近。

3 深基础的承载力

3.1 嵌岩桩竖向承载力计算的常用公式

(1)《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)[4]

嵌岩桩竖向极限承载力标准值由桩周土总极限侧阻力Qsk、嵌岩段总极限侧阻Qrk和总极限端阻力Qnk三部分组成,按下式计算:

式中,u为桩身横截面周长;ξsi为覆盖层第i层土的侧阻力发挥系数;qsik为桩周第i层土的极限侧阻力标准值;frc为岩石饱和单轴抗压强度标准值(对于粘土质岩石取天然湿度单轴抗压强度标准值);hr为桩身嵌岩深度,超过5d时取hr=5d;ξs、ξp为与嵌岩深径比hr/d有关嵌岩段侧阻力和端阻力修正系数。

(2)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)

当桩端完整及较完整的硬质岩石时,考虑到硬质岩石强度超过桩身混凝土强度,设计以桩身强度控制,不必再计入侧阻、嵌岩段侧阻等不定因素,单桩竖向承载力特征值Ra按下式估算:

对嵌入破碎岩和软质岩石中的桩,单桩承载力特征值计算式如下:

式中,qsia、qpa分别为桩侧阻力和桩端阻力特征值,由当地载荷试验结果统计获得;AP为桩端截面积,m;up为桩身周长,li为第i层岩土的厚度。

(3)广东省标《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)[5]

桩端进入中风、微风化岩层的嵌岩桩,单桩竖向承载力特征值可按下式计算:

式中,Rsa,Rsa,RPa分别为桩侧土、桩侧岩总摩阻力特征值,持力层岩层总端阻力特征值;u为嵌岩段截面周长;AP为桩截面积,对扩底桩取扩大头直径计算桩截面积;frs、frp分别为桩侧岩层和桩端岩层的单轴天然抗压强度;G1、C2为根据持力层基岩完整程度及沉渣厚度等因素确定的系数。

3.2 嵌岩段侧阻力的确定

软岩嵌岩桩的荷载传递性状研究表明,剪切机理和剪胀机理同时存在,桩身轴力传递深度超过5～10d(d为桩身直径),嵌岩段的侧阻力起着决定性的作用[6]。故嵌岩段的侧阻力对该类地层中的桩基优化设计至关重要。通常可采用抗剪指标计算[7]、侧摩阻力试验[5]、旁压试验和应力应变测试。

某27层建筑,框剪结构,单柱荷载7500～22000kN。上覆地层为填土、冲积粉质粘土、含砾粉质粘土、残积粉质粘土,厚度约15m,基岩为白垩系泥质粉砂岩。强风化层R0=0.2～1.5MPa;中风化层R0=2.0～4.7MPa,抗剪断强度Φ=33°～38°,c=0.27～0.58MPa。按抗剪指标计算出中风化层极限侧阻力为702～781kPa,等于(0.219～0.244) R0;侧摩阻力试验结果为560～945kPa、等于(0.175～0.295) R0;旁压试验结果为483～678kPa,为R0的0.151～0.212。上述比值较《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)的极限侧阻力系数最大值0.07高出2.16～4.21倍。

由应力应变测试结果(表3)可以发现,该嵌岩桩以侧阻力为主,总侧阻力占上部荷载85.75%,其中嵌岩段占84.53%,表现为摩擦-端承桩。由表3可计算出强风化段的侧摩阻力值为105.77kPa,中风化段的侧摩阻力值依次为384.55,680.89,947.98kPa,平均661.60kPa、低于侧摩阻力试验均值793.7kPa,高于旁压试验均值581kPa。

3.3 嵌岩桩的端阻力的确定

端阻力是嵌岩桩的重要组成部分,常用确定方法有基于岩石单轴抗压强度的规范计算法[2,4,5,8];基于岩石抗压强度的经验公式法,如Rowe和Armi tage (1987)[9]、O’Neill (1993)[10]等,三轴应力法[11],原位试验法[12,13]。

为客观评价长沙某高层建筑桩端持力层-中风化泥质粉砂岩的端阻力,共进行了36组岩石抗压试验、12次高压旁压试验和4次岩基载荷试验(表4)。为保证对比结果的安全性,采用旁压试验时,采用了净临塑压力法,并通过处理,求得了旁压极限压力pL=18650kPa;岩基载荷试验未做到极限压力,采用波兰法求得了极限压力。不同方法确定的端阻力(表5)可知,按规范JGJ94-94计算的端阻力最低,按地基规范GB50007-2002的结果也远低于载荷试验结果,而按Rowe&Armitage公式虽有成倍提高,仍低于岩基试验确定的试验结果,未能真正发挥红层的端阻力。旁压试验的临塑压力值与刚塑体理论结果接近,其极限压力法确定结果较载荷试验高出近10%。

4 结论

(1)湘浏分地红层为软岩-极软岩,试件尺寸及高径比对岩石抗压强度影响甚大,随着试件断面增加,天然单轴抗压强度降低;截面尺寸一定时,抗压强度随着试件高径比的增大而降低,并趋于某定值。高径比为2:1与1:1的天然单轴抗压强度之比为0.69～0.79。工程经验证明采用高径比为1:1的试件尺寸来获取岩石抗压强度是安全、可靠的。

(2)由于红层抗压试验影响因素甚多,建议采用载荷试验或旁压试验来确定其承载能力。当采用岩石抗压强度来计算时,可采用天然单轴抗压强度乘以一个0.8～1.6修正系数。

(3)试验结果表明,按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)桩侧阻力分布模式确定的红层嵌岩段侧阻力值严重偏低,不利于桩基的优化设计。一般地,可采用岩石天然单轴抗压强度乘以0.15～0.30的经验参数来计算极限侧阻力。

白垩系红层电法找水的一个特例篇5

关键词：电法找水,低阻,低极化,白垩系红层,特例

江西抚州地区林科所地处抚州红盆西部边缘内侧, 地表为第四系及全新统地层覆盖, 区内无基岩出露地电条件单一。前人在本区进行过物探找水工作, 由于工作方法和仪器的使用不当, 无果而归。为解决红层找水难和缓解该所用水的难题, 我队决定再上该所电法找水工作。在激电测深工作中取得了较好的工作效果。

一、地质特征

工作区内第四系发育, 基岩基本上没有出露, 区内主要出露地层为第四系全新统, 中更新统及白垩系上统南雄组上部地层。第四系松散冲积层底部为砾石层, 上部为网纹 (蠕虫) 状亚砂土亚粘土, 厚几—几十米, 覆盖于白亚系上统南雄组岩层上, 白亚系上统南雄组上部的红层中由下而上为紫红色砂砾岩, 多为中厚层状, 呈整合 (断层) 接触, 岩层倾向北东或北西, 倾角9º-18º, 节理不发裂隙不发育。

二、工作方法

(1) 电法联合剖面工作:从所获资料来看, 联合剖面工作未发现明显的低阻异常, 方法效果不理想。

(2) 激电测深工作:在该所北侧施工了4个激电测深点 (即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号) 最大AB/2分别为825米、464米、383米、261米, 激电测深剖面方向为近东西向, 测深点间距为100米 (见激电测深地电断面图) 。

由激电测深地电断面图可看出, 本次所获得的视电阻率 (ρs) 值均为低阻、低极化值, 在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号测深点中均可见到该低阻层, 该层视电阻率 (ρs) 值在30-60 (Ω-M) 之间, 与其他红层中视阻率值没有明显差别, 而其对应层位的视极化率 (ηs) 值也较低, 一般为0.1%-1.2%之间, Ⅰ号测深点该层位深度为AB/2=215---316米之间, Ⅱ号测深点该层位深度为AB/2=121-216米之间, Ⅲ号测深该居位深度为AB/2=38.3--147米之间, Ⅳ号测得该居位深度为AB/2=21.5-31.6米之间。该层位的ρs、ηs值变化不大。层位产状稳定, 厚度在60—80粒间, 由地电断面图可见该层位倾向西, 倾角不大, 大约10º左右, 其西部极化率值有增大的可能性, 应引起重视。从找水角度来看:低电阻率有利, 低极化率是否有意义?不得而知, 这种低阻低极化异常区是否含水。有待下步验证。

三、验证工作

根据低阻低极化异常带的分布特征, 推测该层位沿倾向方向深部有变化, 其ηs值有增大的趋势, 因些建议在Ⅰ号激电测深点的西部施工一个探水孔, 进一步进行深部探水验证工作。经钻探验证, 在该孔深度约420米处见有一厚度为170米左右的富含钙质砂岩、粉砂岩居位。在该居位中见有大小不一的溶蚀空洞。初步判断是引起本区低阻低极化异常的原因, 经抽水试验, 该孔水量为180T/日, 基本解决了该所用水问题。

参考文献

[1]傅良魁、李金铭:《电法勘探教程》, 地质出版社, 1980年。

红层地区论文篇6

兰渝铁路南充东至高兴支线为时速160 km/h的Ⅰ级铁路,路基全长66.1 km,路基占线路全长68.6%,填方约512万m3。本线填挖极不平衡,且A,B组填料缺乏,充分利用路堑挖方和隧道弃碴中的弱风化泥岩和砂岩等红层软岩,不足部分采用强风化红层软岩和其他合格填料,可减少取、弃土场对环境的破坏,同时降低造价。

本线填料多为侏罗系中统砂溪庙组泥岩夹砂岩,强风化带厚约2 m～3 m,以紫红色为主、次为灰黄色,以泥岩为主,间夹薄层砂岩,泥钙胶结,块状构造,泥岩为中厚层状,以泥质胶结为主,岩质较软。差异风化现象不甚明显,具有遇水易软化崩解特性,易风化剥落。弱风化泥岩属Ⅳ级软石。

软土和松软土埋深大于3 m地段的地基采用CFG桩、水泥搅拌桩复合地基加固,桩顶铺设0.4 m～0.6 m碎石垫层,中间加铺土工格栅,其余地段软土采取换填渗水土处理。边坡采用土工格栅加固及人字形截水骨架内灌草护坡防护。

2 填料选择

2.1 填料试验

由室内土工试验测得:颗粒密度(ρs)为2.23 g/cm3～2.65 g/cm3;岩体的单轴饱和抗压强度为5 MPa～17.5 MPa(≤30 MPa),属软块石;由重型标准击实试验得到最大干密度(ρdmax)为2.05 g/cm3～2.15 g/cm3,最优含水率为8.5%～10%;自由膨胀率为12%～17%。由CBR试验测得膨胀量为2.5%～3.8%,承载比为5.2%～7.6%。

根据耐崩解试验显示:经过两次循环试验,残留试件呈块状开裂,部分崩解为颗粒状,水中沉积物呈小颗粒状,表明红层软岩抵抗干湿的能力较差。

红层泥岩现场自然崩解受阳光、温度、雨水的作用而迅速风化崩解,粒径为50 cm～70 cm的大块新解红泥岩块,经崩解处理7 d～15 d后,表面已出现大量裂缝并有大部分碎块岩石崩解,以外力推动时,岩块裂成粒径小于10 cm的碎砾石土,满足填筑粒径要求,见图1。

碾压前筛分试验得到颗粒最大粒径大于60 mm的颗粒含量占总质量的12%,其中小于0.075 mm的细颗粒含量2.7%,Cc=1.94,Cu=7.76。碾压后,探坑内填料筛分试验得到颗粒最大粒径小于60 mm,其中小于0.075 mm的细颗粒含量4.8%,Cc=2.65,Cu=33.5。

通过碾压前后颗粒分析试验结果表明:大于60 mm的颗粒质量由12%下降为0;60 mm～40 mm,40 mm～20 mm,20 mm～10 mm的颗粒含量分别减少10.1%,6.3%,2%;而10 mm～5 mm,5 mm～2 mm,2 mm～1 mm,1 mm～0.5 mm,0.5 mm～0.25 mm,0.25 mm～0.075 mm的颗粒含量分别增加3.8%,8.6%,2.8%,4.7%,4.6%,3.6%,见图2。碾压前与碾压后Cu由7.76变为33.5满足Cu>5,Cc由1.94变为2.65满足Cc=1～3,土中颗粒可填充粗颗粒之间的孔隙,使土密实。填料碾压前后均为级配良好的细角砾土,考虑红层软岩的遇水易软化崩解特性,强于C组填料。

2.2 填料颗粒级配控制

红层泥岩岩石强度低、产状平缓,节理间距1 m～3 m,延伸性较好。

在路堑爆破时采用浅孔台阶微差爆破,孔深、孔距相对较小,易于控制岩块粒径。台阶高度3 m～4 m,炮孔直径d=38 mm,孔深2 m,单孔装药量0.25 kg/m3～0.4 kg/m3。对于泥质类软岩,当孔距为100 cm时,连续装药,受节理影响,爆破后岩碴粒径大于40 cm达50%以上;当孔距改为60 cm～80 cm,分层间隔装药孔内微差爆破后情况较好。对其中个别粒径较大的岩碴,在填筑前须进行二次破碎解小,以满足填料级配要求。

隧道爆破采用光面爆破,周边眼间距40 cm～45 cm,周边眼至内圈眼距离为50 cm～60 cm,单位用药量为1.2 kg/m3,底板眼横向间距为0.8 m,竖向间距为1.0 m,掘进眼横向间距为0.8 m,竖向间距为1.0 m。填筑前在碴场经崩解处理,满足填料级配要求。

3 填筑工艺

3.1 主要施工设备与检测设备配置

主要施工设备与检测设备配置见表1。

3.2 主要施工方法

采用全站仪进行放样,打设中桩、边桩,采用水准仪进行水平测量,在两侧边桩上绑红布条标示出每层边缘的设计标高并用尼龙绳相连,以控制填筑宽度和层厚。根据汽车拖斗容量和松铺厚度大致计算出每车的倒土间距,并撒石灰方格网。

红层泥岩填料用自卸车运到填方段后,先远后近将填筑料按方格网均匀堆放在路基上,每方格网内卸料一车,自然崩解和机械解小,推土机粗平,为保证每层的平整度及施工厚度的均匀,人工配合机械对局部进行找平和补料,同时摊平过程中要不断检查施工标高。且每层填筑时均形成4%的人字形横坡。使填层在纵向和横向平顺均匀、标高符合要求,以保证压路机碾压轮表面能基本均匀接触层面进行压实,达到最佳碾压效果。

采用21 t以上压路机静压1遍,行驶速度控制在2 km/h～3 km/h;弱振1遍,行驶速度控制在2 km/h～3 km/h;强振2遍～3遍,行驶速度控制在3 km/h～4 km/h;静压1遍,行驶速度控制在3 km/h～4 km/h。压实时从路基两侧向路中推进;各区段交接处,应互相重叠压实,纵向搭接长度不应小于2 m,沿线路纵向行与行之间压实重叠不应小于40 cm,上、下两层填筑接头应错开不小于3.0 m。

4 质量检测分析及质量控制措施

4.1 质量检测

根据设计要求路基压实标准采用双控指标,即力学指标和物理指标见表2。

基床及基床以下路堤填筑层压实质量的检验数量和检验方法见表3。

K30检测时,场地测试面应进行平整,并用毛刷扫去松土;当处于斜坡时,应将荷载板支撑面做成水平。将荷载板放置于测试地面上,应使荷载板与地面良好接触,根据需要可铺设一层标准砂(2 mm～3 mm)。

由压实系数和孔隙率两公式计算可知压实系数K=0.90对应的孔隙率n=27.8%;压实系数K=0.93对应的孔隙率n=25.4%。压实系数K主要是针对细粒土、粉砂、改良土提出的物理指标,表示土自身相对密实状况的一个系数,控制压实土的干密度和含水量;孔隙率主要控制土的密度使其处于良好状态,确保土的干密度。对满足细角砾土要求的红层软岩采用孔隙率n和地基系数K30双控指标更为合适。

基床以下路堤(基床底层)顶面高程、中线至边缘距离、宽度、横坡、平整度允许偏差及检验标准见表4。

4.2 检测结果分析

50 cm松铺厚度的现场施工碾压试验,通过试验段施工测得数据分析如下:

由表5,表6和分析可知:第五遍碾压后,检测的K30最小值均大于基床以下路堤设计要求的110 MPa/m,但各测区离散性较大;第五遍压实后,孔隙率n能够达到n<32%,满足基床以下部分红层软岩填料的路基压实标准。

第六遍碾压后,检测的K30最小值均明显大于基床底层设计要求的120 MPa/m,各测区离散性明显收敛;且第六遍压实后,孔隙率n全部达到n<31%,满足基床底层细角粒土填料的设计标准。通过现场开挖检测坑可见填料间孔隙已被充填紧密。

4.3 填筑质量控制措施

采用网格法卸料;在摊铺过程中,人工配合挖掘机对局部级配较差的填料进行现场拌和,改良级配可避免集窝现象。

未经料场崩解处理的红层泥岩运至填方路段后,人工配合挖掘机和T140推土机(自重17.5 t)破碎解小至15 cm,保证级配良好。

在高填方路堤施工中,采用铺设土工格栅可明显增强路堤整体性和稳定性,从而减少路堤不均匀沉降,提高抗滑塌能力。

红层泥岩填筑时,在基床表层下铺设复合土工膜,避免外渗积水浸湿软化和进一步崩解,造成路基不均匀沉降。

红层泥岩填料路堤受雨水浸泡,天晴时应及时翻松晾晒,达到最佳含水量再摊平碾压,直到检验合格。

路堤本体填筑红层泥岩应避开雨季施工,浸水部分不得采用红层泥岩填筑。加强平整度和横坡度的控制,确保排水系统的畅通,路基表面无积水。采取小段上料、机群作业、快速成型、顶面用彩条布覆盖的施工方法,把“水”对路基的影响程度降到最低。