粘土化蚀变软岩的工程地质特性 湖相粘土的工程地质特性

一、蒙脱石化蚀变岩的发育特征

我们在滇藏铁路滇西北段野外地质调查过程中，发现了多处工程性质极差的火成岩和玄武岩的蚀变岩，它们主要分布在洱海东侧的禾洛山隧道、大墓坪隧道及公路边坡的露头上；在洱海东、鹤庆北衙等地还发现了多处蚀变岩脉遭受侵蚀后形成的深切沟槽，它们很可能标志着蚀变岩的分布。

1.蚀变岩的宏观地质特征

（1）康廊村蚀变岩带

在洱海东岸康廊村一带，沿D₁k白云质灰岩中的裂隙带发育闪长岩脉，岩脉宽达4.5 m，走向80°，近直立，岩脉与灰岩交界处形成钟乳状的方解石，在后期的构造活动和热液作用下闪长岩脉发生蚀变，呈软弱泥状（图12-1）。

（2）禾洛山隧道的蚀变岩

在禾洛山隧道一带，发育近SN向的断裂带，二叠系玄武岩常沿断裂带遭受热液作用、产生蚀变。在隧道北口西侧，玄武岩挤压破碎明显，蚀变程度不同的深褐色蚀变岩与褐黄色蚀变岩交替出现，构成宽达15 m的蚀变带（图12-2）。由于蚀变岩体与隧道近于平行，隧道断面不得不扩挖并采用弧形板支护。在山体西侧，施工便道开挖的边坡在半年内即风化成砂，覆盖于母岩之上，厚达3～5 cm，这显然与玄武岩蚀变作用引起的性质蜕化有关。

（3）康海村蚀变岩带

位于双廊镇康海村北的山体主要由二叠系灰色石灰岩构成，沿断裂带间断出现玄武岩。受蚀变作用影响，玄武岩风化程度高。二叠系石灰岩常沿断层方向或岩脉产生溶蚀，出现岩溶裂隙或宽大裂缝。铁路从该蚀变带附近以边坡形式通过，在断裂带和玄武岩复合部位的边坡易于风化剥落。

（4）大墓坪隧道的蚀变岩带

大墓坪隧道围岩为层状玄武岩，产状290°∠30°，隧道轴走向340°，围岩中发育较多的NE向构造节理，且有煌斑岩侵入迹象。玄武岩沿节理蚀变现象明显，蚀变后呈紫红色、灰绿色、米黄色等，且性质软弱。

图12-1 洱海东岸康廊村一带蚀变岩特征

图12-2 禾洛山隧道北口蚀变岩特征

（5）奔子栏西北的蚀变岩

在德钦奔子栏西北，214国道边坡由玄武岩构成，节理密集发育，属断层影响带，斜坡表层蚀变风化现象明显，玄武岩成为浅黄绿色泥砾质蚀变物，其中夹杂石膏脉和黄铁矿斑点，说明它们遭受过低温热液矿化作用。蚀变岩风化后呈豆腐渣状，在蚀变岩分布区出现多处边坡滑塌现象。

2.粘土化蚀变岩的物质组成

经蚀变的岩体多呈松散状，经后期错动或风化后呈土状。在不少情况下，蚀变物与原岩或围岩交错镶嵌在一起。通过野外系统取样进行粒度分析，蚀变岩的粒度组成因蚀变程度的不同而有所差异，不少蚀变岩＜5 μm粘粒含量达50%以上，最高达71.84%（表12-1），这也是蚀变后的岩石极易风化的原因之一。

表12-1 滇藏铁路滇西北段蚀变岩的粒度分析结果

粘土矿物含量和组成是决定蚀变岩工程地质特性的物质基础。本次研究中，分别对＜2 μm样品采用3种处理方法（悬液制成的定向片、乙二醇饱和处理的定向片、550℃条件下加热2小时的定向片）进行粘土矿物XRD定量测定。测试结果表明，滇西北强烈粘土化的土状蚀变岩的粘土矿物成分全部为单矿物蒙脱石，蒙脱石相对含量达100%；蚀变程度较低的斑块状蚀变岩的粘土矿物成分由蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石组成，但蒙脱石相对含量也达到35%～82%（表12-2，图12-3）。值得一提的是，组成蚀变岩粘土矿物的蒙脱石是以单矿物形式出现的，而不以混层矿物形式出现。采用SnCl₂容量法测得的有效蒙脱石含量（绝对含量）多数在50%以上。这说明所研究的蚀变岩类型全部为蒙脱石化蚀变岩。

表12-2 蚀变带粘土矿物组成定量测试结果

图12-3 蚀变岩＜5 μm粘粒的XRD定量测试结果

二、蒙脱石化蚀变岩的工程地质特性

1.物理性质和物理化学活性

室内测试表明，由于大量蒙脱石的存在，蒙脱石化蚀变岩在天然状态下可保持较高的含水量（达40%以上），而干燥后在水中崩解成泥状、碎屑泥状（表12-3）。蚀变岩的比表面积通常很高，一般在200 m²/g以上，有的高达507.66 m²/g，具有蚀变程度越高、比表面积越大的特点，这说明蚀变岩通常具有较高-很高的物理化学活性，在环境变化的条件下，极易诱发工程问题。

表12-3 蒙脱石化蚀变岩的物性指标和工程特性测试结果

2.膨胀势

蒙脱石化蚀变岩属于膨胀岩的一种地质成因类型，国外虽有现场膨胀势的快速判别方法，但没有定量指标。目前国内尚无统一的膨胀岩判别标准，多采用曲永新（1992）提出的不规则岩块干燥饱和吸水率指标进行判别，吸水率的大小反映膨胀势的强弱。测试表明，多数样品为强膨胀性的，少数为微膨胀性的（图12-4）。为了揭示蚀变作用的工程效应和环境效应，张永双等（2007）认为可以采用“蚀变系数”来反映蚀变岩的蚀变程度，其值为岩块干燥饱和吸水率与＜0.5 mm岩粉吸水率的比值，表达式为：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

式中，ζ——蚀变系数；

图12-4 蚀变岩的蚀变程度和膨胀势判别图

W_b——岩块干燥饱和吸水率/%；

W_p——岩粉干燥饱和吸水率/%。

蚀变系数反映岩石的蚀变程度，值越大蚀变程度越高，蚀变岩的膨胀性越强。

三、粘土化蚀变岩的形成条件及其分布规律

1.岩石蒙脱石化作用的形成条件

大面积区域蚀变岩的形成，常受控于区域内重大地质事件和地质作用，尤其是区域蚀变带常与区域深断裂的构造岩浆活动有关。因此，岩石类型、活动断裂和流体作用是产生区域蚀变带的前提，具有一定规模且稳定的热源是促使岩石蚀变的动力条件。从工程地质的角度，蒙脱石化、伊利石化、高岭石化尤其是蒙脱石化蚀变作用对工程的危害最严重，常成为工程地质研究中最受关注的对象。

大量研究表明，虽然硅酸盐岩经过热液作用都可以形成蒙皂石（蒙脱石），但不同岩石形成蒙脱石所需要的条件是不同的。由于蒙脱石硅氧四面体和铝氧八面体晶层中普遍存在着Mg²⁺和Al³⁺的同晶置换作用，Mg²⁺是蒙脱石矿物晶格中不可缺少的化学成分，因此蒙脱石的形成必须有足够的Mg²⁺参与。Mg²⁺的来源一般有3种途径：①富含Mg的火成岩体本身，如辉绿岩、辉长岩、玄武岩等基性岩；②富Mg的围岩，如白云岩、白云质灰岩、白云质大理岩；③存在富含Mg²⁺的地下热水作用。在对侵入体蒙脱石化工程地质预报中，不仅要充分注意侵入体和围岩的矿物化学成分，还必须分析是否出现过热液作用。通常，对后者的宏观判别并不容易，可行的判别办法主要有2个，一是调查热液矿床和热液蚀变岩带的分布，二是调查温泉和地下热水的分布。横断山区是我国地热活动高异常区，有大量温泉分布，其中大理至德钦所经地区已发现温泉（群）达69个之多，为围岩蚀变提供了极为充分的条件。

2.滇藏铁路滇西北段的主要蚀变岩类型

前人成果和野外实地调查表明，滇藏铁路滇西北段的粘土化蚀变岩主要属于岩浆期后的热液蚀变岩，少量为火山岩的热液蚀变。岩浆期后的热液蚀变作用通常伴随着浅成（次火山岩）的岩浆活动，由残余热液和挥发分的作用而发生的蚀变作用。一般遭受碱性-微碱性热液作用的火成岩侵入体均可以发生蒙脱石化作用。岩浆期后的热液蚀变岩按照母岩的岩性大致可划分为：①辉绿岩、辉长岩脉的蚀变岩；②安山玢岩、闪长玢岩脉的蚀变岩；③酸性和碱性岩脉的蚀变岩。在某些火山岩分布区，火山岩的蚀变通常是在碱性-微碱性富Mg热水的作用下形成的。遭受蒙脱石化蚀变作用的岩体，其工程性质迅速蜕化，成为容易诱发工程问题的特殊岩土体。

根据蚀变岩的全岩XRD测定结果推测，洱海东侧康海一带蚀变岩的母岩可能为辉绿岩，禾洛山隧道北口为蚀变玄武岩，奔子栏北和康廊村蚀变岩的母岩可能为闪长玢岩，蚀变岩样品中黄铁矿和石膏的存在，表明它们为低温热液蚀变的产物（表12-4）。

表12-4 蚀变岩的全岩矿物组成的XRD测试结果

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软弱岩体与隧道围岩大变形问题
答：根据野外地质调查结果,滇藏铁路沿线不少地段发育有工程地质性质较差的软弱岩体,主要包括中新生代的泥质岩、不同时代变质的片岩、劈理化板岩以及热液蚀变作用形成的蚀变软岩等,它们在隧道开挖条件下,将产生隧道围岩大变形问题。 一、泥质岩与隧道围岩大变形 1.泥质岩的一般工程地质特征 泥质岩是各种泥岩、页岩、粘土...

软岩的特性有哪些
答：软岩是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质，可分为地质软岩和工程软岩两大类别。地质软岩指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质矿岩，是天然形成的复杂的地质介质；工程软...

常见的工程地质问题和对工程危害程度的评述
答：软土的特点是含水量高,压缩性高、强度低、透水性差,具有流变性和不均匀性,其工程特性远不能满足建筑物的变形和承载力及地面使用要求,必须进行加固处理。深圳地区近十多年来进行了皇岗口岸、福田保税区、深港西部通道口岸、后海填海区、滨海大道及其北部填海区、前海湾填海区、铜鼓航道填海区、深圳国际机场、盐田港填海...

软土的工程地质特性有( )。
答：【答案】：A、B、C、D 天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土定为软土。包括淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，其压缩系数大于0.5MPa-1；不排水抗剪强度小于30kPa。软土具有触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性和不均匀性等工程性质。

岩体的工程地质特性有哪些
答：岩石的工程地质性质包括物理和力学性质两个方面。岩石的主要物理性质 1、重量：用比重（2.4～3.3）和重度（容重——岩石单位体积的重量）两个指标表示。岩石重度的大小，决定于岩石中矿物的比重、孔隙性及其含水情况。2、孔隙性：孔隙的发育程度，用孔隙度来表示（孔隙的总体积与岩石的总体积之比）。

软土的工程特性及处置方法
答：一般具有下列工程特性：（1）含水量较高，孔隙比大。一般含水量为35%~80%，孔隙比为1~2。（2）抗剪强度很低。根据土工试验的结果，我国软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa，其变化范围在5~25kPa；有效内摩擦角约为20°~35°；固结不排水剪内摩擦角12°~17°。正常固结的软土层的不排水抗剪...

土的主要工程性质有什么?
答：土的工程性质是在设计和建造各种工程建筑物时所必须掌握的天然土体或填筑土料的工程特性。 不同类别的工程,对 土的物理和力学性质的研究重点和深度都各自不同。对沉降限制严格的建筑物,需要详细掌握土和土层的压缩固结特性;天然斜坡或人工边坡工程,需要有可靠的土抗剪强度指标;土作为填筑材料时,其粒径级配和压密击...

下列属于软土所具有的工程特性的有( )。
答：软土的工程特性包括：①抗剪强度低；②透水性低；③高压缩性；④由于沉积环境的影响，一般软土都是结构性沉积物，常具有絮凝状结构，天然结构被破坏后的重塑土强度会有较大降低，且一般不能恢复到原有结构强度，其对结构破坏的敏感性高；⑤软土具有流变形，土体在长期荷载作用下，虽荷载保持不变，因土...

编制《软土地区工程地质勘察规范》的背景和名词
答：本规范以灰色为主的外观特征来显示沉积环境,没有说出淤泥。在这里需要讨论一下软土和淤泥两个名词的概念及其相互关系,软土是工程地质学、土力学上的一个名词,淤泥是沉积岩石学上的一个名词,两者既有联系又有区别,联系在于它们都是研究同一个地质体,大体上可以互相显示,区别在于两个学科的研究目的和任务不同,一...

土的工程特性有哪些
答：土的工程性质有：土的可松性、原状土经机械压实后的沉降量、渗透性、密实度、抗剪强度、土压力等。土的简单介绍：土是尚未固结成岩的松、软堆积物。主要为第四纪时的产物。土与岩石的根本区别是土不具有刚性的联结，物理状态多变，力学强度低等。土由各类岩石经风化作用而成，土位于地壳的表层，是...