三峡库区巴东组泥化夹层特征
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第15卷第31期2015年11月 科学技术与工程 Vo1.15 No.31 NOV.2015 1671—1815(2015)31—0085—06 Science Technology and Engineering ⑥2015 Sci.Tech.Engrg. 三峡库区巴东组泥化夹层特征 熊亚萍 简文星巩立国 (中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074) 摘要 三峡库区巴东组泥化夹层广泛发育,其分布特征及物理力学特性对库岸的稳定性具有重要的影响。以巴东县城库 岸巴东组第二段、第三段泥化夹层为对象,采取了泥化夹层分别进行x射线衍射分析、颗粒级配分析和直接剪切,探讨泥化夹 层的物理力学特征。结果表明:T b 泥化夹层的颗粒大小分布较T2b 与T2b 泥化夹层均匀,且由大颗粒组成,而T2b 泥 化夹层颗粒大小分布相对较集中;三种泥化夹层抗剪强度参数c分别为6.2 kPa、9.5 kPa、13.9 kPa,西分别为31.9。、29.3。、 26.7。。泥化夹层剪切力学参数c、 的变化趋势分别与夹层颗粒大小分布变化趋势有很强的相关性。该结果可为库岸斜坡的 稳定性分析及预防提供可靠的力学参数。 关键词 泥化夹层 矿物成分 颗粒级配 抗剪强度 中图法分类号TU452; 文献标志码B 据统计,三峡库区顺层基岩滑坡总体积占库岸 崩塌滑坡总体积的62.3%_1 J。自三峡大坝修建以 来,众多学者对三峡库岸坡的岩体结构进行了系统 的研究,得出岸坡内软弱夹层分布特征与物理力学 特性是控制岸坡失稳的重要因素之一_2 J。其中,泥 的经验公式,近几年来迅速发展起来的人工神经网 络理论¨ ,采用机器学习的方法建立泥化夹层的残 余强度与其各种影响因素之间的非线性关系。 三叠系巴东组为三峡库区典型的“易滑地 层”¨ ,本文对巴东县城长江两岸消落带巴东组泥 化夹层进行详细的野外调研,选取巴东组第二段、第 三段、泥化夹层作为研究对象,分别进行x衍射分 析、颗粒级配分析和直接剪切,探讨泥化夹层的物理 力学特征。 化夹层为控制岩体稳定性的关键因素 ]。因此,研 究泥化夹层的特征对岸坡失稳防治具有重要的 意义。 目前,已有许多学者对泥化夹层的特性进行了 研究。王幼麟、李守定分别对葛洲坝、宝塔滑坡区泥 化夹层的组分和结构进行了分析,认为泥化夹层形 成的原因为:上硬下软的地层结构是物质基础;构造 应力或重力是泥化夹层形成的必要条件;地下水的 长期作用是泥岩泥化的主导因素 J。谭罗荣选取 1 巴东组泥化夹层分布 根据野外调研与巴东县城库岸钻探资料,巴东 县城库岸中发育有13条贯通的软弱夹层,在库水、 降雨等条件下,岸坡极易沿软弱岩层面滑动。 文献[2]以巴东组第二段底板为界面,绘制巴 东新城区库岸软弱夹层分布,见图1。 350 300 { 了葛洲坝基岩中泥化夹层进行了物质成分的试验, 结果表明决定软岩泥化的物质基础是有一定量的黏 土矿物 。项伟研究了长江葛洲坝泥化夹层抗剪 强度的影响因素,认为在黏土矿物组成类似的条件 下,随着黏粒含量的增加,抗剪强度明显降低 J。 龚裔芳介绍了含水量对红砂岩泥化夹层抗剪强度的 影响,内摩擦角随含水量的增加逐渐减小,黏聚力随 含水量的变化呈现小一大一小的变化趋势 J。薛 守义对黄河小浪底工程含泥化夹层的岩芯试样进行 了动三轴试验研究,得出试样的动强度随振次增加 而减小,在振次达到千次后趋向稳定 。Ken. ney【10]、XQX02XQX03西2西3云3云6 BQX01BQX02BQX03 Kanji_l 分别提出了预测泥化夹层残余强度 国家自然科学基金项目(41272306)资助 图1 巴东新城区库岸软弱夹层分布对比图 Fig.1 Contrast figure of the distribution of weak intercalated layer of reservoir bank in the new city region of Badong[ 1 2015年7月10日收到 第一作者简介:熊亚萍(1992一),女,硕士研究生。研究方向:地质 灾害的防护与治理。E-mail:185084859@qq.corn。 31期 熊亚萍,等:三峡库区巴东组泥化夹层特征 87 图6 Tzb 一1样品x射线衍射图谱 Fig.6 X—ray diffraction pattern of T2b ~一1 sample 图7 T2b ~一2样品X射线衍射图谱 Fig.7 X—ray diffraction pattern of T2b ~一2 sample 图8 T:b 一1样品X射线衍射图 Fig.8 X.ray diffraction pattern of T2b ~一1 sample 66%,其次是三种黏土矿物含量占32.5% 和27.5%。 3 巴东组泥化夹层的物理力学性质 3.1颗粒级配分析 为了得到上述泥化夹层的颗粒级配情况,根据 文献[15]所述实验方法对三种泥化夹层的烘干样 图9 T2b 。一2样品X射线衍射图 Fig.9 X—ray diffraction pattern of T2b ~一2 sample 进行颗粒分析试验。本次运用筛析法来测定各种样 品的颗粒级配,具体试验方法及步骤如下。 首先将试验样品进行烘干后倒入磁钵中,用橡皮 头研棒将结块研磨开;将标准筛按顺序叠好,加上筛 盖;将筛子用手均匀摇晃,保证试样尽量均匀分散,直 至筛分结束;依次小心去下筛子,称量留在各筛盘上 和底盘中土粒质量,画出颗粒级配曲线,见图10。 100 r几一…… 80竹一T b 摹¨。~一 b3 ,— T2b 一 rj f …ff; {萼 。 +』 00~一 if 辑nj l_L, 蛙 上十一十rL一. 十rL~…一- 60 20 10 1 01 0 01 IE.3 粒径/mm 图10泥化夹层试样颗粒级配曲线 Fig.10 Grading CHIVe of mudding catation samples 由图可知,Tzb 、T2b 、T2b 。三种泥化夹层中, 粒径>20 mill的颗粒含量依次为12.48%、0、0;粒径 <1 ITlm的颗粒含量分别为50.21%、66.87%、 77.19%。整体来说,T b 泥化夹层的颗粒大小分布 较T b卜 泥化夹层和T b 泥化夹层均匀,且颗粒 大,而T2b 泥化夹层中颗粒大小分布相对来说较 集中。 3.2剪切强度特性分析 利用手摇应变控制式直接剪切仪来测定试样的 抗剪强度,试验过程见图11一图13。 每组5~7个样,速率为0.8 mm/min。若某级 垂直压力下剪切位移在4 mm范围内出现峰值强 度,则取该峰值强度作为抗剪强度,否则取剪切位移 6 nlm所对应的剪应力作为抗剪强度。 31期 450 400 熊亚萍,等:三峡库区巴东组泥化夹层特征 89 T2b ~、T2b 泥化夹层的颗粒大小分布由相对均匀 伽 到集中,且T2b 泥化夹层大颗粒组成。T2b 内摩擦 姗 渤瑚啪 ∞o 350 300 .R 250 200 150 10O 50 O 0 50 100 15O 200 250 300 350 400 450 正应力/kPa 图17 T2b 泥化夹层垂直压力一抗剪强度关系曲线 Fig.17 Relationship curves of vertical pressure and shear strength of T2 b 一 mudding citation 日 泳 0 50 100 l5O 200 250 300 350 400 450 正应力/kPa 图18 T2b 泥化夹层垂直压力。抗剪强度关系曲线 Fig.1 8 Relationship curves of ve ̄ical pressure and shear strength of T2b 一 mudding citation 表2泥化夹层剪切试验抗剪强度参数统计结果 Table 2 Statistical results of mudding catation shear strength parameters of shear test b…, . 8.385 30.7 0.996 8 520 29.3【l 997 2 9.520 29.3 n 998 3 1n 65 5 28.0 n 997 4 15.410 26.3 n 992 8 T2b~ 13.863 26.7 n 993 1 13.855 26.7 0.993 2 12.315 27.1 0.993 3 根据表2所示,对两种方法所取得的抗剪强度 指标值进行比较,数值基本相同,因此确定性系数较 高,能够满足统计要求。T2b。、T2b 、T2b卜 三种泥 化夹层中,黏聚力c值分别为6.2 kPa、9.52 kPa、 13.86 kPa,T2b <T2b <T2b ;内摩擦角 分别 为31.9。、29.3。、26.7。,T2b >T2b >T2b -2。 泥化夹层的抗剪强度参数与矿物成分和颗粒级 配存在直接的关系。颗粒级配曲线中,T:b 、 角 最大,T:b 次之,T:b 最小。 4 结论 通过以上可知: (1)T2b 、T2b。~、T2b。 三种泥化夹层中粒径 >20 mlTI的颗粒含量分别为12.48%,0%,0%,粒 径<1 mm的颗粒含量分别为50.21%、66.87%、 77.19%。可以看出,T b 泥化夹层的颗粒大小分布 较T b卜 与T2b卜 泥化夹层均匀,且由大颗粒组成, 而且T b 泥化夹层颗粒大小分布相对较集中。 (2)T2b 、T2b 、T:b 三种泥化夹层中抗剪 强度参数c分别为6.2 Pa、9.5Pa、13.Pa,西分别为 31.9。、29.3。、26.7。 参考文献 1长江水利委员会.三峡工程地质研究.武汉:湖北科学技术出版 社,1997:102 The Yangtze River Water Resources Commission.The Three Gorges engineering geological research.Wuhan:Hubei Science and Technol— ogy Press,1997:102 2柴波.巴东新城区库岸斜坡岩体结构系统研究.武汉:中国地 质大学,2008 Chai Bo.System research on rock mass stmcture of Three Gorges res— ervoir shoreline slope in the new Badong county.Wuhan:China Uni- versity of Geosciences,2008 3戴广秀,凌泽民,石秀峰,等.葛洲坝水利枢纽坝基红层内软弱夹 层及其泥化层的某些工程地质性质.地质学报,1979;(2): 153—166.170 Dai Guangxiu,Ling Zemin,Shi Xiufeng,el a1.Some engineering ge— ological properties of weak interbeds and their clay-・gouged intercala・ -tions in red beds under the dam foundation of Gezhouba water control project.Journal of Geology,1979;(2):153一l66,170 4王幼麟.葛洲坝泥化夹层成因及性状的物理化学探讨.水文地 质工程地质,1980;(4):1--7 Wang Youlin.The physical and chemical approach to the causes and traits of Gezhouba dam clay interlayer.Hydrogeology Engineering Ge— ology,1980;(4):1_7 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Mineral Composition on the Residual Strength of Natural Soils.Proc of the Geotechnical Conference OS・ LO.1967:1:123—129 Mudding Catation Characteristics of Badong Formation in the Three Gorges Reservoir Region XIONG Ya-ping,JIAN Wen—xing,GONG Li—guo (Faculty of Engineering,China University of Geosciences,Wuhan 430074, R.China) [Abstract] Mudding citation of Badong formation widely developed,its distribution characteristics and the physi- cal and mechanical properties have a signiicantf impact on the stabilityof bank slope in the Three Gorges reservoir region.Taking the second paragraph(T2 b2),third(T2 b )mudding citation of Badong formation as an object in Badong county Badong Reservoir,T2 b ,T2 b 一 ,T2 b 一 these three mudding citation widely distributed in the study area were taken X—ray diffraction analysis test,particle size distribution analysis test and direct shear tests,discuss the physical and mechanical characteristics of mudding citation.The results showed that:T2 b ,T2 b ~,T2 b。一 three cements total content of mudding citation were 75%,77.5%,82.5%.Compared with Tzb 一 and T2b ~,T2b mudding citation particle size distribution is more uniform.and there are large particles.T2 b 一 mudding citation particle size distribution is relatively concentrated.Three kinds of mudding citation shear strength parameters c is 6.208 kPa,9.52 kPa,13.86 kPa,咖is 31.9。,29.3。,26.7。respectively.Mudding citation shear mechanical pa— rameters c,西value trends are strongly correlated with the total content and particle size distribution trends citation— cement.The test results provide reliable mechanical parameters for reservoir bank slope stability analysis and pre— vention. [Key words] mudding citation mineral composition particle size distribution shear strength