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1、11 花岗岩残积层的工程地质特征花岗岩残积土是特定气候、地理、地质环境的产物，具有特殊的成分和结构特征，其 工程地质性质与一般土不尽相同，属于区域性特殊土。这种特殊性可以归结为“两高两低” ， 即高孔隙比、高强度、低密度和中低压缩性。一般处于可塑或硬塑状态，矿物成分以高岭 石和石英为主，其工程地质性质取决于其物质成分和结构特征。1.1 成因及成分花岗岩残积土是花岗岩经物理风化和化学风化后残留在原地的碎屑物。花岗岩的主要 成分是石英(20%30%)、长石(60%70%)、云母及角闪石(5%10%)，呈全晶质等粒结构， 质地坚硬，性质均一，岩块抗压强度高(120 200MPa)，但因长石和云母具有
2、节理，使 花岗岩多具有三组原生节理，而且由于石英和长石的膨胀系数相差近一倍，在热胀冷缩的 过程中，花岗岩表面容易产生裂隙，因此花岗岩易风化，尤其是粗粒结构花岗岩更易风化。 南方气候温暖，气温高，雨量足，相对湿度大，因此化学风化作用强烈，残积物以粘土矿 物为主，厚度较大。 花岗岩的化学风化主要是其中占约三分之二的长石在水、水溶液和空气中的氧与二氧 化碳等作用下发生水解和碳酸化形成高岭石(Al2O32SiO22H2O)。以正长石 (K2OAl2O36SiO2)为例，其水解和碳酸化的化学变化如下：K2OAl2O36SiO2+nH2OAl2O32SiO22H2O+4SiO2(n-3)H2O+2KOHK
3、2OAl2O36SiO2+CO2+2H2OAl2O32SiO22H2O+K2CO3+4SiO2风化程度愈强，残积土中高岭石含量愈高，如江西花岗岩残积土中高岭石含量为 66%85%；平均 75%；而福建和广东的相应数据分别为 65%93%、平均 79%和 70%94%、平均 82%1。高岭石结构致密，但吸水性强，遇水后易膨胀和软化，具可塑性 和强压缩性。 从物化特性看，花岗岩残积土的 pH 值很低（属酸性） ，可溶盐和有机质含量都很少， 但游离氧化物含量较多，见表 1-11。表 1-1 花岗岩残积土部分物化特性指标可溶盐含量（ %）游离氧化物含量（ %）地区pH 值有机 质含 量 （%）难中易总
4、量SiO2Fe2O3Al2O3总量江西4.840.240.080.030.020.132.245.172.709.16福建6.040.300.090.020.010.125.323.273.3811.97广东5.390.240.070.020.020.116.503.594.5514.641.2 花岗岩残积土的界定及工程分类1.2.1 花岗岩残积土的界定在一般情况下，土的定义是岩石在风化作用下形成的大小不等的矿物颗粒，经剥蚀、 搬运后沉积下来而形成的松散堆积物。土体是矿物颗粒、孔隙水、空隙气体的三相集合体，2矿物颗粒之间粘结力很小或无粘结，土体的破坏一般表现为剪切破坏，其抗剪强度取决于 矿物颗
5、粒之间的粘结力和摩擦力。 风化岩是新鲜完整的岩体因风化作用而变成的破碎岩体，其岩块新鲜或因风化褪色， 强度很高，并由岩块构成风化岩体的连续或不连续骨架。风化岩体的破坏机制主要受结构 面控制。 残积土是岩体风化后在原地形成的残余碎屑物质，岩石绝大部分已完全风化为矿物颗 粒除孤石外，它与风化岩的共同特点是均保持在原岩所在的位置，未经其他介质的搬运和 分选，残积土中必然存在岩体的原生及次生结构面，并且矿物颗粒之间或多或少地保留有 原岩的构造，可见如果从残积土的组成来看，它与一般的土基本相同，但残积土的剪切破 坏必会受其中残留及次生的结构面影响，即也具有部分岩体破坏的特征。因此根据土的一 般定义，残积
6、土并不是“土” ，当然更不属于岩体，而是既非石亦非土的“似土”物质，或 可称之为“类质土” 。 根据国际标准化组织技术委员会等为代表的国外标准和以岩土工程勘察规范为代表的 一部分国内规范，以岩石风化程度的地质特征为基础，结合岩体的裂隙或碎裂程度等，将 岩石风化剖面划分为 6 个带，即未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化、残积土等 6 个带，其中强风化以下为岩石，强风化岩以上的全风化带的主体特征己呈现为土的性状， 虽然它仍然保存原岩结构的外观特征，但已完全不符合岩石的“颗粒间牢固联结、呈整体 或具有节理、裂隙的岩体”的定义，而只是风化程度相对较轻的深层残积土。而所谓的残 积土，岩体和岩石的组
7、织构造已完全丧失，实际上指的是风化相对彻底的表层残积土。1.2.2 花岗岩残积土的工程分类花岗岩残积土是物质组成和地质结构较复杂的综合地质体，土的类型不同，产生的工 程地质问题和地质灾害的种类和可能性是不同的。为了满足工程建设的要求，进一步对其 进行类型划分是十分必要的。1.2.2.1 广州地铁花岗岩残积土现用分类方法据所搜集的广州市地铁对花岗岩残积土大量勘察报告表明，历年来各勘察单位对花岗 岩残积土的分类方法基本一致。首先根据母岩岩性的差异，将其分为花岗岩残积土和混合 花岗岩残积土两大类，其代号分别为 5H 和 5Z。每一大类按稠度状态分别为可塑和硬塑的 残积土，其代号分别为 5H-1、5H
8、-2 和 5Z-1、5Z-2，在工程地质剖面图中以此作为分层的 基本单元，并据此分别提供物理力学性质参数。在此基础上，根据试验资料，以粒径 d2mm 颗粒含量为分类主因素进行定量分类。分类见下表 1-2。个别勘察单位还将 d2mm 颗粒的含量小于 10%时，分为粉质粘性土。其中以砂质粘性土分布最广。表 1-2 残积土的分类表d2mm 颗粒含量（ %）20%0.075mm）的含量，与传统的和国标所划分的砂类土、砾类土类同。但“勘察单位” 的报告仍叫“砾质粘性土” 。与其工程性质不协调，也不符合传统的经验和习惯。 表 1-32 广州市地铁 3 号线标（花岗岩残积土）主要工程性质参数统计表砾质粘性土
9、砂质粘性土粘性土类别5H-15H-25H-15H-25H-15H-2最大0.9591.6271.3191.3251.4361.359最小0.6250.5060.5590.4850.6370.593平均0.7900.8090.9200.8321.0030.877空 隙 比样本数208918969949124最大6.437.466.31021.608.1310.72最小2.731.722.2802.301.872.49平均3.923.753.8114.244.124.49压缩 模量 （MPa）样本数208322771148132最大45.055.048.8072.147.858.6最小19.020
10、.02.177.215.013.7平均33.833.126.0230.229.733.3粘聚 力 （Kpa）样本数166312938542104最大27.032.238.5034.828.235.3最小18.111.910.6010.111.27.8平均22.322.823.0923.418.018.0内摩 擦角 （）样本数176916547244106注：5H-1、5H-2 分别为可塑状和硬塑状花岗岩残积土。41.2.2.2 分类原则为了使花岗岩残积土的工程分类尽力作到科学性、实用性，需遵循以下原则： （1）所作土的分类应遵循类间差异性显著，类内共性明显的原则。这不仅是花岗岩残 积土分类的基
11、本原则，也是任何事物分类的基本原则。 （2）分类因素相对稳定，又是影响土的工程性质的主要因素。分类因素在一工程使年 限内因环境条件变化的影响不大，可以忽略不计。如以反映土的属性的主要因素，即土的 粒度成分和反映粒度成分及矿物成分的塑性指数为分类的因素。这样的分类在工程地质勘 察的图件中才能保持其相对确定的。同时，粒度成分和塑性指数又是影响土的工程性质的 主要指标。因此，早已成了各种规范对土分类的依据。1.2.2.3 分类建议2考虑到规范 ，是在总结我国几十年来工程勘察经验和参考国外有关规范的基础上编 制的，虽对土的工程分类不尽完善，但自发布实施以来，已被我国大多数生产、科研和院 校广为应用。为
12、统一科学语言，便于科技交流，建议采用规范中的因素和标志作为花 岗岩残积土工程分类的依据。 规范对一般土分类时，首先在划分土的形成时代和成因类型的基础上，依据土的 粒度成分和塑性指数进行土质类型划分，共分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四类，前两 类据颗粒级配再细分，其中砂土分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂；后两类再按塑性指 数细分为粉土、粉质粘土和粘土。据广州花岗岩残积土的试验资料，未发现碎石土，只有 砂土、粉土和粘性土三类。 应用该规范对广州花岗岩残积土分类时需注意以下几点： （1）首先按母岩的岩性不同，分为花岗岩残积土和混合花岗岩残积土两大类，每大类 按粒度成分和塑性指数分为砂土、粉土和粘性土
13、三类。每类土再按图 1 分亚类。 （2）一般条件下，岩土工程勘察时， 可将砂土的各亚类、粉土、粉质粘土和粘土作 为分层的基本单元。（3）必要时对每一亚类还可按图 1 的分类体系进一步细分。例如：砂土亚类中塑性指 数 IP10 者，可分为各种粘质砂土，如粘质粗砂土、粘质中砂土等。粉土和粘性土中粒径 d2mm 颗粒含小于 d=20.075 mm 颗粒含量时，可分为含砂粉土、含砂粉质粘土和含砂粘 土；当粒径 d2mm 颗粒含量大于 d =20.075mm 颗粒含量时，可分为含砾粉土、含砾粉 质粘土和含砾粘土。这样细分提供各单元土层的工程性质参数时具有重要作用。 （4）在初勘阶段，或某类土的厚度小，且
14、呈透镜状局部分布，若以土的类型作为分层 制图单元时，工程勘察可酌情考虑将工程性质相近的相邻亚类的土层归并，以减少勘探测 试工作量。按图 1 中所划分的亚类中，广州花岗岩残积土中分布最多的是粉质粘土，其次 为粉砂土，再次为中砂土、粉土、砾砂土、粘土，粗砂土和细砂土少见。除保留具过渡性 特征的粉土外，砂土中可分为中粗砂土、粉细砂土；粉质粘土和粘土可归并为粘性土。51.3 花岗岩残积土的物理力学性质对广州地铁 6-3 标黄陂站、香山路站至黄陂站区间、香山路站三个取样点残积土物理 力学性质进行分析。1.3.1 花岗岩残积土的物质组成土中的固体颗粒是土三相组成中的主体，固体颗粒的大小、形状、矿物成分及其
15、组成 情况是决定土物理力学性质的重要因素。因而有必要首先对广州地区花岗岩残积土的物质 组成进行一定的了解。1.3.1.1 粒度成分土的粒度成分是指土中各种大小土粒的相对含量。自然界中，组成土体骨架的土粒， 大小悬殊、性质各异。不同粒度的土粒在土中所起的作用不同。土粒的粒径由粗到细逐渐 变化时，土的性质也相应的变化。 粒径大于 0.075mm 的部分采用筛分法，粒径小于 0.075mm 的部分采用加分散剂后采花 岗 岩 残 积 土砂土（d2mm0.075mm50%)粉土（d0.075mm 50%，Ip10)粘性土（d0.075 mm50%，Ip10)砾砂土 粗砂土 中杀土 细砂土 粉砂土Ip10
16、粘质砂土Ip10粉质砂土d2mm含量大于d=20.075mm含砾粉土d2mm含量小于d=20.075mm含砂粉土粉质粘土 10Ip17粘土Ip17d2mm含量小于d=20.075mm含砂粉质粘土d2mm含量大于d=20.075mm含砾粉质粘土d2mm含量小于d=20.075mm含砂粘土d2mm含量大于d=20.075mm含砾粘土亚类亚类亚类体1 体体体体体体体体体体体6用净水沉降法，得到的粒度成分分析结果见表 1-4。从而决定了花岗岩残积土的组构由粗 粒（砾粒、粗砂及部分中砂）构成土骨架，粗粒之间主要由游离氧化物包裹及填充实现联 结或来自原岩矿物晶粒间的残存联结，而由于填充粗粒骨架的中细砂及粉砂的含量少，因 此孔隙比较大。 表 1-4 广州地铁 6-3 标花岗岩残积土粒度成分分析表粒组百分含量（%）20 5 m m52 mm20.5 mm0.50. 25mm0.250 .75mm0.075 0.05
