廣州地區燕山期與震旦系花崗巖風化土微觀比較分析

曹明華

（廣州地鐵集團有限公司，廣州）

廣州地區燕山期與震旦系花崗巖風化土微觀比較分析

曹明華

（廣州地鐵集團有限公司，廣州）

通過對大量的深埋花崗巖風化土室內土工試驗數據分析，從微觀角度比較分析了廣州地區燕山期與震旦系兩類花崗巖風化土粒度組成、物理力學指標變異性與相關性的異同，并分別闡述了其影響因素。

花崗巖；風化土；粒度；變異性；相關性

1.引言

廣州地區主要發育兩期花崗巖，分別為燕山期與震旦系，主要分布于廣州市東北部與南部地區，包括越秀山、白云山、從化、增城、天河等地區。兩類花崗巖風化土(花崗巖殘積土層與全風化土層統稱為風化土層)整體上看均具有遇水軟化、崩解的工程特性，但從土體微結構上來說，仍存在一定的差別。

2.粒度組成分析

表2.1～2.2為廣州地鐵三號線北延段花崗巖風化土平均顆粒組成情況，據此作者繪制了平均粒度分布圖，見圖2.1～2.4。

表2.1 震旦系花崗巖風化土顆粒分布

表2.2 燕山期花崗巖風化土顆粒分布

圖2.1 震旦系花崗巖風化土顆粒分布直方圖

圖2.2 燕山期花崗巖風化土顆粒分布直方圖

圖2.3 震旦系花崗巖風化土顆粒分布曲線

圖2.4燕山期花崗巖風化土顆粒分布曲線由上圖可見，整體來說，兩類花崗巖風化土顆粒組成均具有兩頭大中間少的特征，即粉粘粒與粗砂以上含量較高，中、細砂含量較少的特征。兩者對比其主要區別在于，震旦系風化土中、細砂含量明顯高于燕山期，平均含量約高5～10%，而粗砂以上顆粒含量燕山期高于震旦系，此外，對砂粒的分布來說，震旦的分布較為平均，粗、中、細砂的含量差別不大，而燕山期粗砂含量比中、細砂含量要高10～15%個百分點。

花崗巖風化土砂礫粒礦物成分主要為石英，其物理化學性質較穩定，不易風化，從風化角度來說，造成這一顆粒組成的差異主要是因為震旦系風化土比燕山期風化土風化程度要強烈。這與工程實際中，燕山期花崗巖風化土中球狀風化核較震旦系風化土更加普遍的現象是比較吻合的。

3.物理力學指標變異性與相關性分析

3.1 變異性分析

作者收集了百余個花崗巖風化土試驗數據，對相關的物理力學指標及其變異性指標進行了計算，結果見表3.1、3.2、3.3。

表3.1 廣州地區花崗巖風化土物理力學指標統計表

表3.2 廣州地區花崗巖風化土物理性質指標變異系數統計表

表3.3 廣州地區花崗巖風化土力學性質指標變異系數統計表

由表3.1、3.2可知，兩類花崗巖風化土物理力學指標變異性整體規律基本相似，既風化土的天然密度變異性很小，說明天然密度的變化較小；含水量變異系數稍大，孔隙比與含水量變異系數較接近；稠度指標中液性指數的變異非常大，而稠度是表征土體在某一含水率下對外力引起的變形或破壞的抵抗能力的，說明試樣在試驗過程中是處于不同狀態下的，故應特別注意試樣的狀態并加以區分。在力學指標中，無論是直接快剪還是固結快剪，凝聚力指標的變異系數均較大，內摩擦角的變異系數稍小，說明從取樣到試驗過程對凝聚力的影響是很大的，而對內摩擦角的影響較小，也可以說，凝聚力指標的可信度較小，而內摩擦角的可信度較大。

兩類風化土的差異性在于：對物理性質指標來說，燕山期花崗巖風化土物理性質指標變異系數均大于震旦系花崗巖風化土，而力學性質指標中凝聚力的變異性十分接近，內摩擦角變異系數前者要略小于后者。

3.2 相關性分析

作者對收集的抗剪強度試驗(直接快剪)數據進行了相關性分析，見圖3.1～3.10。

圖3.1 震旦系風化土粘粒含量與凝聚力關系散點圖

圖3.2 燕山期風化土粘粒含量與凝聚力關系散點圖

圖3.3 震旦系風化土內摩擦角與凝聚力關系散點圖

圖3.4 燕山期風化土內摩擦角與凝聚力關系散點圖

圖3.5 震旦系風化土內摩擦角與粗顆粒含量關系散點圖

圖3.6 震旦系風化土內摩擦角與粗砂礫粒含量關系散點圖

圖3.7 震旦系風化土內摩擦角與中細砂粒含量關系散點圖

圖3.8 燕山期風化土內摩擦角與粗顆粒含量關系散點圖

圖3.9 燕山風化土內摩擦角與粗砂礫粒含量關系散點圖

對一般的非結構性粘性土來說，凝聚力主要取決于土體中的粘粒含量。從圖3.1～3.2可以看出，無論是震旦系還是燕山期花崗巖風化土其凝聚力與粘粒含量之間沒有這種相關性；同樣，從圖3.3～3.4可以看出，內摩擦角主要集中于20о～30о，凝聚力的變化對內摩擦角的影響不大。

從圖3.5可以明顯看出，震旦系風化土內摩擦角與粗顆粒含量(粒徑大于0.075mm)的相關性，粗顆粒含量越高其內摩擦角越大，圖3.6～3.7的進一說明了這種關系，可以認為，震旦系風化土內摩擦角主要取決于土中粗顆粒的含量。圖3.8可看出，燕山風化土內摩擦角與粗顆粒含量(粒徑大于0.075mm)沒有表現出這種相關性，由圖3.9～3.10進一步分析，可以看出，燕山風化土內摩擦角與粗砂礫顆粒含量(粒徑大于0.5mm)的相關性較好，而與中細砂顆粒含量(粒徑大于0.075～0.5mm)的相關性較差，這說明燕山期風化土內摩擦角主要取決于土體中粗砂礫顆粒含量。

圖3.10 震旦系風化土內摩擦角與中細砂粒含量關系散點圖

兩類風化土內摩擦角相關性特點的差異主要是因為其顆粒組成分布特點差異造成的。正如前文所述，震旦系粗、中、細砂的含量差別不大，其內摩擦角主要由其粗顆粒的平均含量決定，而燕山期粗砂含量比中、細砂含量要高10～15%個百分點，從而其內摩擦角主要由粗砂、礫含量決定。

4.結語

本文試圖通過對比較兩類廣州地區花崗巖風化土微結構，分析土體細觀差別，比較其物理力學指標變異性與相關性，闡述對影響其力學性質因素。

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1007-6344（2016）02-0054-03

曹明華(1977-) 男 工學碩士 主要從事地質工程、巖土工程與工程力學方面的學習、工作。