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1、工程地质学基础作业 周斌 05207216习题三 风化壳的垂直分带一、目的1.巩固并掌握风化壳的概念；2.掌握在一定的地形、岩性和地质构造条件下，风化壳垂直分带的标志及分带方法；3.学会分析岩石风化的影响因素。二、 工程实例武山村位于我国南方某地，气候属亚热带，温暖潮湿，经过地表测绘，勘探及实验工作，获得了一系列工程地质资料：1武山村附近地形地质剖面；2钻孔柱状图五个。现已知该地区为白垩纪大片花岗岩侵入，在白垩纪末期有细精岩脉穿插于其中。最后本地区经受一次构造运动，产生一系列NESW向的断裂。这些岩浆岩的强度较高，但因遭长期风化作用，形成了巨厚的风化壳。现要在该地区修建一铁路遂洞，此遂洞系高度
2、为跨度各为10米和马蹄形断面，洞底高程为海拔240.00米。为了论证该遂洞围岩的稳定性，必须对该地的风化壳进行分析。三、 要求1根据所给资料分析风化壳垂直分带标志；2根据所确定的风化壳标志，考虑影响岩石风化的因素，在所给地质剖面图上进行风化壳的垂直分带；3从遂洞围岩稳定性的要求出发，对岩石风化分段进行工程地质评价。习题三 风化壳的垂直分带解答：1. 根据所给资料分析风化壳垂直分带标志；答：(1) 分化带的垂直定性、及定量分带标志如下：表1-1 风化壳垂直分带的定性指标参照标准风化分带岩石颜色矿物颜色岩体破碎特点物理力学性质声速特性剧风化带原岩完全变色，常呈黄褐、棕红、红色除石英外，其余矿物多已
3、变异，形成绿泥石、绢云母、蛭石、滑石、石膏、盐类及粘土矿物等次生矿物呈土状，或粘性土夹碎屑，结构已彻底改变，有时外观保持原岩状态强度很低，浸水能崩解，压缩性能增大，手指可捏碎纵波声速值低，声速曲线摆动小强风化带大部分变色，岩快中心部分尚较新鲜除石英外大部分矿物均已变异，仅岩快中心变异较轻,次生矿物广泛出现岩体强烈破碎，呈岩块、岩屑、时夹粘性土物理力学性质不大均一，强度较低，岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3，风化较深的岩块手可压碎纵波声速值较低，声速曲线摆动大弱风化带岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色仍较新鲜沿裂隙面矿物变异明显，有次生矿物出现岩体一般较好，原岩结构构造清晰，风化裂隙尚发育，
4、时夹少量岩屑力学性质较原岩低，单轴抗压强度为原岩的1/32/3纵波声速值较高，声速曲线摆动较大微风化带仅沿裂隙表面略有改变仅沿裂隙面有矿物轻微变异，并有铁质，钙质薄膜岩体完整性较好，风化裂隙少见与原岩相差无几纵波声速值高，声速曲线摆动较小（2）由上表分析知该风化壳由地表向下依次可分为土壤层、残积层和半风化层。土壤层主要由完全风化的红色矿物粘土组成，其中夹有少量的砾石和碎石。残积层一般又可分为全风化、强风化和中风化层。对于该风化壳，全风化层中花岗岩已风化成黄色之砾质沙土状碎屑，岩石的原生结构已遭破坏，矿物之间已失去结晶联系并含有少量黏土颗粒，风化碎屑用手搓即碎，大部分矿物已遭风化变异，长石变成高
5、岭石，黑云母变成蛭石，角闪石变成绿泥石，石英成砂粒状。强风化层花岗岩已风化成灰黄色之块球体，其形状多为圆球体，直径2-5cm，块球含量达40%-50%，矿物变异较轻，长石风化后成高岭石及方解石，黑云母风化成棕色。球体内部岩石新鲜。中风化层中花岗岩已风化成黄色块球体，并夹少量碎屑，块球呈长方形，块球体含量达70%，矿物变异轻微。半风化层中花岗岩新鲜，仅沿原生节理及构造裂隙面上有轻微风化，裂隙表面呈黄褐色或绿色，其上附有褐铁矿，绿泥石及次生方解石。2根据所确定的风化壳标志，考虑影响岩石风化的因素，在所给地质剖面图上进行风化壳的垂直分带；（1）根据所给数据知：分带表见表1-2， 表1-2 风化带高程
6、下限表风化带高程下限A1(m)A2(m)A3(m)A4(m)A5(m)剧风化带250280.5307.9326.4337.4强风化带224.5255.5271.9311.4327.9弱风化带221.4248.5245.4289.1324.6微风化带219.6245217.4287.9321.4（2）分带图见图1-21简单示意图和122风化壳的垂直分带详图：武当村风化壳的垂直分带图3从遂洞围岩稳定性的要求出发，对岩石风化分段进行工程地质评价。答：（1）从图中我们可以看出: 本地区经受构造运动产生的一系列NESW向的断裂构成风化营力（水、气等）深入岩石内部的良好通道，加深和加速岩石风化，造成此处附
7、近岩石风化深度增大，使风化带界线在断裂处呈现凹向下的形态。构造带的发育也对钻孔柱状图资料，尤其是定量资料有较大的影响，常常会使某些地量指标出现异常（如岩心采取率变小、单位吸水量变大等），这点在实践中应予以注意。（2）从图中我们还发现：在白垩纪末期侵入该处花岗岩的细晶岩脉，对风化的抵抗能力很强，有效的保护了其下部的花岗岩不受风化的侵蚀。细晶岩脉主要成分为石英，化学稳定性大，抗风化能力强，使得风化带界线全部分布在岩脉的上部，地质剖面图NE50方向的风化带界线深度变浅，向地表集中（本来此处地形较平缓，风化条件良好，风化深度会很深）。（3）地形条件对风化作用的进程和风化产物的积存起重要的控制作用，因而
8、影响着岩石风化类型和速度以及风化岩的厚度。从图中我们可以发现：风化带界线形状大体上同地表面.且在地质剖面图中到左部受断裂和细晶岩脉影响较小处，表现出来的地势的陡缓对风化程度的影响来（陡峭地区，水加速流动，剥蚀较强，新鲜基岩易于暴露，故以物理风化为主且风化层厚度较小；平坦低洼地区排水条件差，深入岩石的水量较大，以化学风化和生物风化为主，有助于风化达到较深的深度。）。（4）对隧洞围岩稳定性的简要论证：由于遂洞围岩的稳定性在教学中不做要求，对此也知之甚少，故在此只做简要评价。从图3-2风化带的划分中我们易知：隧洞易失稳部位为洞前部（地质剖面图的左侧出口）和隧洞与断裂相交出。这两个部位分别由于地形和断
9、裂的影响，围岩风化程度大，岩石强度变低，容易造成隧洞失稳破坏。应采取相适宜的防治措施加以处理。综知：由题目2中的武山村地质剖面风化壳垂直分带示意图可以看出，隧道的前半段（即从前200米左右）处于该花岗岩体的残积层下方，特别是前100米隧道处于花岗岩的中风化层处，此处花岗岩已风化成黄色块球体，并夹少量碎屑，块球呈长方形，块球体含量达70%，矿物变异轻微，所以整体强度会明显降低，长时间作用下，隧道上方风化的岩石容易发生崩塌等自然灾害，使隧道存在安全隐患，应该进行相应的防护措施。习题四 岩村滑坡稳定性评价一、目的学会滑坡机理分析、稳定性定价和定量计算的基本方法，了解滑带土抗剪强度指标选择的基本途径，
10、掌握滑坡防治工程要点。二、滑坡概况l、自始地理 岩村滑坡位于四川盆地某城市市中区，地处长江和佳江的交汇地带，呈半岛状，土地资源十分紧张。在经济建设迅速发展的80年代，市中区斜坡土地得到了大量的利用，交通线路不断改进，高层建筑逐渐增多。但与此同时滑坡灾害事件也日趋严重，岩村滑坡就是灾害之一。 该地区属于亚热带气候，温暖潮湿，雨量充沛，多年平均降雨量在1200mm以上，并常有暴雨出现。长江和佳江是市中区两大地表水系，水位年平均变化幅度达20m以上，平均低水位158m，高水位181m，1981年为百年一遇的特大洪水，水位达193m，正在筹建中的三峡工程，按175m蓄水方案修建大坝，该地区最高拱水位将
11、达205m左右。2、地质概况滑坡区基岩地质构造属川东隔档式褶皱中的一复向斜内部，岩层产状平缓，倾角10以下，倾向在SW200270范围变化。无明显的断裂构造，优势节理产状：7582；34681，26385。 基岩地层为侏罗系（J25）泥岩砂岩互层，为内陆河潮沉积，呈紫红色。相对坚硬的砂岩组成了滑坡区的上部平台状地形，泥岩及崩积物则组成斜坡主体。崩积物(Q4col)主要由砂岩块石及泥岩风化粘土组成，厚度分布特点是斜坡上部薄，中前部相对较厚。人工堆石为近期在砂岩体中开挖地下洞室而堆弃于斜坡后部的基岩大块石。滑坡区属河流侵蚀、剥蚀的低山丘陵地貌，斜坡顷部为平台，河谷岸坡的坡度由上至下逐渐变缓，在纵剖
12、面上呈内凹的地形。 下伏基岩相对不透水，为弱含水层。据洞室调查，基岩洞室绝大多数为干洞，偶见裂隙有渗水现象。斜坡地带入渗的地表水则汇集于基岩顷面，形成崩积层中的上层滞水。 该地区新构造运动不强烈，属受活断裂包围的稳定地块，地震基本烈度为度。3、滑坡特征滑坡主滑方向为NW方向，后缘有一系列NE-SW方向的拉张裂缝，居民建筑物受到严重影响。据调查，人工洞室开挖于1970-1980年之间，地面裂缝最早发现在1981年。1981年四川盆地普降暴雨，江河水位达百年一遇特大水位。目前，滑坡的活动已严重威胁经由滑坡区的主干公路的正常通车。滑坡现处于蠕滑阶段，且在每年的雨季，位移明显增大。 岩村滑坡平面图三、
13、要求1、分析岩村滑坡的形成机理；2、根据资料，作主滑地质剖，进行滑坡稳定性预测(三峡水库蓄水对该滑坡的影响)；3、提出滑坡防治方案。习题四 岩村滑坡稳定性评价解答：1、分析岩村滑坡的形成机理:答：根据岩村滑坡的滑坡特征可知，岩村滑坡的地面裂缝最早发现在1981年，而滑坡上的人工洞室开挖于1970-1980年之间，再加上该滑坡上部滑坡体为松散的泥岩和崩积物增加了滑坡体的重量，而滑床区则为相对坚硬的砂岩，且滑坡体上部薄，中前部相对较厚，这就为滑坡的形成提供了理想的地质地形条件。该滑坡区位于温暖潮湿，雨量充沛地带，多年平均降雨量在1200mm以上，并常有暴雨出现，而且基岩层相对不透水，雨水基本沿滑坡
14、面流下，对滑坡产生软化，冲刷等作用，这些又为滑坡的最终形成提供了必备的水动力条件。2、根据资料，作主滑地质剖，进行滑坡稳定性预测(三峡水库蓄水对该滑坡的影响)；图2-1岩村滑坡平面图计算剖面的选取和计算模型的建立依据勘察过程中钻孔的布置情况,选取上图的A-A剖面作为计算剖面。剖面图如下：13该剖面可以利用最多的钻孔资料,同时也大致反映了主滑线的特征。本文用剩余推力法计算滑坡稳定性系数。将主滑体进行条块划分,建立稳定性计算的模型。在条块划分的过程中,条块的多少和条块界线的位置都会影响最终计算结果的准确性和计算的繁杂性。所以在该剖面的条块划分过程中,考虑了地形、地下水和滑动面的形态因素,做到尽量准
15、确又保证计算的简易性。在分析过程中,考虑了以下七种工况:，见下表2-1所示表2-1 工况工况1、旱季（175m库水位）2、饱和地下水（暴雨，175m库水位）3、旱季205m库水位4、205m库水位+饱和地下水（暴雨）5、旱季205m库水位+地震烈度VI度6、205m库水位+饱和地下水（暴雨）+地震烈度VI度7、205m库水位下降至175m库水位由“岩村滑坡剖面图”得到相关数据如表2-2：表2-2 岩村滑坡面相关数据上部角下部角 面积 滑面长563021.50857.8303049.09749.25302847.338510.24282868.515311.99282886.700312.992
