某地区粉质粘土与全风化泥岩物理力学指标的差异分析

某基岩地区粉质粘土与全风化泥岩

物理力学指标的差异分析

1、前言

在实际勘察过程中，在不同的区域地质条件下，存在上部为第四系土层，下部为全风化基岩的地层结构。在第四系与基岩交界处的土层野外性状相似度较高，野外辨识较困难，为后期的勘察报告地层划分造成一定影响。尤其是基岩为泥岩的地层，采取的全风化状态泥岩与粉质粘土的岩心十分相似，除现场原位测试能粗略划分外，直接观察土体性状进行区分容易辨识错误，对地基承载力的取值也存在一定的影响。

泥岩属于软岩，受外界条件的影响，易形成多种风化状态。泥岩全风化成土状，具有土的性质但实质上还属于基岩，而粉质粘土只具有土的性质，在承载力、抗剪强度等方面有着一定的差别。

本文针对这种情况，选择同时具有粉质粘土与全风化泥岩的勘察场地，对粉质粘土和全风化泥岩进行了室内土工试验，在同一实验条件下，对粉质粘土与全风化进行了常规试验和抗剪强度试验，同时对全风化泥岩进行了单轴抗压强度试验，通过对主要物理力学参数的对比，得出两者之间的差异，对室内地层划分及提供全风化泥岩地基承载力具有一定的指导作用。

2、泥岩风化程度的区分

根据钻探取得的岩心，野外鉴别不同风化状态的泥岩主要按照以下情形进行区分：

【1】

中风化泥岩：结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩体被切割成岩块，钻芯方可钻进；

【1】

强风化泥岩：结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，干钻不易钻进；

【1】

全风化泥岩：结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，干钻可钻进。 粉质粘土与全风化泥岩存在一定的接触面，单从钻进和岩心样不易区分，因此本文不考虑岩心的野外辨识，从试验参数上进行对比区分。 3、场地的工程地质条件

试验场地位于准噶尔盆地东南，卡拉麦里山前洪积倾斜平原戈壁区，地貌类型为剥蚀残丘、山间坳地，局部地段基岩出露，海拔588～692m ，地形较平坦开阔，相对高差小于5m 。

场地地处东准噶尔盆地东北缘，北至卡拉麦里山南麓残山丘陵区；南跨准噶尔盆地平原区。北部为残山丘陵区，南部为洪积、风积、盐渍地平原区，地形平坦，主要由洪积戈壁、风成沙和盐渍土层组成的广阔的平原区，构造上位于卡拉麦里隆起与准噶尔盆地衔接地带，跨两大地质构造单元。区内中生代以来发育的地层变形轻微，断裂构造不发育，没有活动断裂分布。

根据本次勘察30.0m 范围内揭露地层依次为角砾、粉质粘土、全风化泥岩、强风化泥岩、中风化泥岩、微风化泥岩，主要涉及地层描述如下：

粉质粘土：棕红色为主，可塑～硬塑状态，干强度、韧性中～高，夹薄～中厚层粉土及粉砂，锰氧化物条纹，偶见砾石。本层标准贯入试验实测击数为13.0～39.0击，平均20.0击。

全风化泥岩：棕红色为主，局部为杂色，无原岩结构，夹薄层全风化砂岩，层厚0.2～7.3m 。本层重型动力触探试验实测击数为27.0～71.0击，平均43.4击。

拟建建筑物基础埋深为1.5～4.0m ，地基承载力要求为150～180kPa 。

4、试验数据统计分析

为保证试验变量的单一性，便于物理力学参数的对照，该区域所取的粉质粘土与全风化泥岩均采用最大压力800kPa 固结试验；部分坚硬的全风化泥岩无法开取环刀，进行了天然状态的单轴抗压强度试验。

4.1粉质粘土试验指标

整理粉质粘土的试验数据，所有75个粉质粘土的质量密度、天然孔隙比、粘聚力、压缩模量等参数进行统计，试验数据统计表如表4-1所示。

4.2全风化泥岩试验指标

整理全风化泥岩的试验数据，所有25个全风化泥岩的质量密度、天然孔隙比、粘聚力、压缩模量等参数进行统计，试验数据统计表如表4-2所示。

4.3全风化泥岩天然单轴抗压强度

整理泥岩天然抗压强度试验数据，对28个全风化泥岩的单轴抗压强度试验数据统计结果如表4-3所示。

全风化泥岩抗压强度试验数据统计表表4-3

4.4 粉质粘土与全风化泥岩试验指标对比

选取粉质粘土与全风化泥岩试验指标的标准值进行对比参照，并以粉质粘土试验数据为基准，整理统计了全风化泥岩与粉质粘土的变化值，统计表如4-4所示。

为直观看出粉质粘土与全风化泥岩参数变化差异，以表4-4为基础做出了粉质粘土与全风化泥岩物理力学参数的数值差异变化图，如图4-1所示。

由上图可以看出，该区域粉质粘土与全风化泥岩在质量密度、压缩模量、压缩系数等方面差异较小；在天然孔隙比、内摩擦角、粘聚力等方面差异较大。

通过以上数据的整理分析，结合岩土的形成条件及沉积历史，符合一般地质规律。但在野外区分不明确的条件下，粉质粘土与全风化泥岩地层界线划分可根据天然孔隙比、内摩擦角、粘聚力的数值差异进行区分。

粉质粘土与全风化泥岩在天然孔隙比、内摩擦角、粘聚力等参数上存在较大的差异，粉质粘土的岩土工程地质性能差于全风化泥岩，其压缩性能与强度也受以上指标的影响，准确的判断地层可提出对拟建建筑物更合理的地基处理建议，有效的降低工程造价。

【2】【3】

结合《工程地质手册》及《建筑地基础设计规范》，全风化成土状的岩石可按照土体进行土工试验，进而确定地基承载力。按照常规土工试验数据确定地基承载力特征值为200kPa ，泥岩的天然单轴抗压强度按照1.15MPa 考虑，采用岩石天然抗压强度，折减系数取值为0.17时，折减后全风化泥岩地基承载力相近；全风化泥岩的压缩模量也可根据天然单轴抗压强度进行折减计算，折减系数约为0.52。

4.6 工程实例

在另一勘察场地主要地层为粉质粘土、全风化泥岩、中风化砂岩，拟建建筑物地基承载力要求为200～250kPa ，部分建筑物对沉降要求敏感。

实际勘察过程中，岩心中的粉质粘土与全风化泥岩差异较小，直接辨别不易区分，地层界线较难划分。根据土工试验结果，粉质粘土承载力为160kPa ，全风化泥岩承载力为230kPa ，若基础位于粉质粘土层时，修正后地基承载力仍不满足要求，需要地基处理。

通过对天然孔隙比、内摩擦角、粘聚力等指标进行对比，明确了粉质粘土与全风化泥岩的地层界线。根据设计基础埋深，承载力要求高的基础位于粉质粘土和全风化泥岩分界线上，

针对以上情况，提出了天然地基的建议方案。

土样除进行常规土工试验外，选取了坚硬的全风化泥岩进行了天然抗压强度试验，其天然单轴抗压强度为1.46MPa ，按照给出的承载力进行折减，折减系数为0.16；压缩模量根据天然单轴抗压强度进行折减，折减系数为0.48。折减系数与前文相近，可满足其他相似工程要求。

后期进行验槽后，基础持力层与勘察报告相符；该项目已建成投入使用5年，目前建筑物无不均匀沉降及裂缝，总沉降满足设计要求。

5、结论

（1）粉质粘土与全风化泥岩同时存在的情况下，粉质粘土与全风化泥岩分界不明显，应对照岩芯土工试验数据加以区分；

（2）粉质粘土与全风化泥岩的物理力学参数只在天然孔隙比、内摩擦角、粘聚力等方面差异明显，可作为区分依据；

（3）粉质粘土与全风化泥岩的承载力差异较大，通过试验数据确定地层界线，可确定合理地基方案建议，降低施工成本；

（4）结合上述工程，全风化泥岩的承载力、压缩模量与天然单轴抗压强度存在一定的折减关系，全风化泥岩的承载力值可取0.15～0.20的天然单轴抗压强度，压缩模量可取0.45～0.55的天然单轴抗压强度。因涉及场地较少，折减数值应依据具体情况确定。 参考文献

[1]GB50021-2009.岩土工程勘察规范[S].

[2]工程地质手册（第四版）[M].中国建筑工业出版社,2006. [3]GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].