遼寧省某核電工程巖體工程地質特征分析

王丹微 龐大鵬

(1.吉林建筑大學測繪與勘查工程學院，吉林 長春 130118; 2.東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130000)

隨著我國核電工程技術水平的日益提高，各類與之相關的工程巖體力學問題也與日俱增。在評價巖體在各種荷載作用下的變形與穩定性時，最基本的問題即是巖體的工程地質特征。因此，有必要選取適宜的方法，對巖體的地層巖性、結構特征、風化程度及分布特征等巖體工程地質特征進行客觀、詳實地分析與評價。

1 地層巖性

1.1 地層概述

廠址范圍出露的地層主要有下古生界奧陶系石縫組上段(O3s2)淺灰色條帶狀變質砂巖、華力西晚期(γ43(2))黑云母花崗巖、中生界侏羅系上統長安組(J34ca)泥巖及新生界第四系中更新統(Q2)粉質黏土。

廠址內出露的地層由老到新有：下古生界奧陶系石縫組上段(O3s2)淺灰色條帶狀變質砂巖、華力西晚期(γ43(2))黑云母花崗巖、中生界侏羅系上統長安組(J34ca)泥巖、構造角礫巖及新生界第四系中更新統(Q2)黏土。

1.2 地層巖性描述

1)含碎石黏土。黃褐色、黑灰色，可塑～硬塑狀態，混少量碎石，稍有光滑，干強度、韌性中等，無搖振反應，坡洪積成因，局部相變為粉質黏土。該層局部具有明顯的層狀塊狀結構特征，俗稱蒜瓣土，土顆粒呈近立方體狀，邊面和棱角較為明顯，結構表面有褐色膠膜，有石灰質鐵質，局部發育蟲孔構造。層厚2.40 m～15.30 m。該層主要分布在山前斜坡地帶，頂部以殘積為主，碎石含量較多，以粉質黏土為主，偶夾有碎石，在廠址附近區域均有分布，厚度由西南向東北逐漸變厚。

2)泥質角礫巖。黑灰色，強風化，濕，主要由中、強風化泥巖碎石組成，一般粒徑20 mm～50 mm，最大可達80 mm，含量約50%～60%，次棱角狀，基本無磨圓，泥質膠結，屬極軟巖，巖體破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。該層成因為該區前第四紀發育一正斷層，導致侏羅系泥巖地層發生強烈錯動，下盤泥巖剝落堆積在上盤之上經過一定程度的固結形成，剝落的泥巖碎塊未經長距離搬運，故棱角分明，基本無磨圓。該層在廠區內局部地段分布，本次勘察僅在CK03鉆孔中揭露，厚度約8.5 m。

3)上層泥巖。灰色、黑灰色，強風化，泥質結構，塊狀構造，礦物成分主要為黏土礦物，可見少量石英、長石等碎屑礦物，分布于斷陷盆地內且為晚侏羅紀長安期深水湖沼相靜水環境沉積，顆粒細膩，屬極軟巖。盆地內發育有數條第四系中更新統前小型正斷層，造成局部巖體節理裂隙發育，巖體結構破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。巖芯多呈柱狀，暴露后易失水成碎塊狀，耐風化及耐崩解性差。該層在廠址區東北側普遍分布，埋深一般在10.30 m～23.80 m之間，層厚一般在14.50 m～16.20 m之間。

4)下層泥巖。灰色、黑灰色，中等風化，泥質結構，塊狀構造，礦物成分主要為黏土礦物，可見少量石英、長石等碎屑礦物，分布于斷陷盆地內且為晚侏羅紀長安期深水湖沼相靜水環境沉積，顆粒細膩，屬軟巖。盆地內發育有數條第四系中更新統前小型正斷層，造成局部巖體節理裂隙發育，整體巖體結構較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級，巖芯多呈柱狀，浸水后迅速崩解成塊狀，暴露后易失水開裂，耐風化及耐崩解性較差。該層在廠址區東北側普遍分布，埋深一般在26.00 m～40.00 m之間，本次勘察鉆孔未穿透該層。

5)構造角礫巖。黑灰色、灰綠色，中等風化，原巖為細粒花崗巖，細粒花崗結構，塊狀構造，巖石破碎強烈，角礫形態多為棱角狀，含一定量的黑云母，含量約為5%，定向性明顯，具有塑性變形特征，巖礦鑒定圖片如圖1所示，詳見附錄D：巖石薄片鑒定報告。節理裂隙較發育，巖芯較破碎，以塊狀為主，柱狀次之，錘擊聲啞，屬軟巖，局部夾斷層泥，巖體結構較完整，巖體質量等級為Ⅳ級。該層在廠址區內局部分布，本次勘察僅在CK03鉆孔中揭露，層頂高程為218.54 m，層頂深度為55.00 m，揭露厚度約5 m，未穿透該層。

6)上層花崗巖。淺黃色、褐黃色，強風化，原巖結構已破壞，主要礦物成分為石英、長石和黑云母，混多量黏性土和礫石顆粒，屬較軟巖，巖體結構破碎，巖體質量等級為V級。巖芯呈短柱狀。該層在廠區西南側普遍存在，但厚度較小，僅在鉆孔CK04和CK05中揭露，埋深一般在2.40 m～11.50 m之間，層厚一般在8.90 m～19.40 m之間。

7)下層花崗巖。黑白色、雜色，中等風化，斑狀粗粒結構，塊狀構造，主要礦物成分為石英、長石和黑云母，屬較堅硬巖，巖體節理裂隙發育，巖體結構極破碎(Kv=0.12)，巖體質量等級為Ⅳ級。巖芯多呈碎塊狀，少量呈短柱狀或柱狀。該層花崗巖為華力西晚期花崗巖侵入到下古生界奧陶系石縫組上段淺灰色條帶狀變質砂巖中形成，故鉆孔中局部可見少量變質砂巖。在廠址區西南側普遍分布，埋深一般在20.4 m～21.8 m之間，本次勘察鉆孔未穿透該層。

2 巖體風化特征

巖石的風化程度取決于巖石本身的耐風化能力以及外營力的作用強度，廠址內出露的花崗巖以黑云母花崗巖為主，礦物成分主要為長石、石英和黑云母等，強風化花崗巖中混少量黏性土，斑狀粗粒結構，塊狀構造，節理裂隙發育，巖體結構破碎，耐風化能力較強；泥巖為侏羅系長安組泥巖，泥質結構，塊狀構造，礦物成分以黏土礦物為主，含少量石英、長石等碎屑礦物，湖沼相靜水環境沉積，整體顆粒細膩，耐風化能力較差。

從巖芯的風化程度，結合鉆孔波速測試成果可知，廠區南西側下伏的花崗巖主要表現為強風化和中等風化狀態，中等風化花崗巖巖芯呈堅硬塊狀，抗風化能力較強，圖2所示的巖芯為鉆孔CK04揭露的中等風化花崗巖；擬設主廠房區基底以下及廠區北東側下伏的泥巖表現為強風化和中等風化狀態，鉆孔CK01取得的巖芯為泥巖，在原位狀態下均表現為中等風化狀態，暴露于空氣當中以后(約15 min)因卸荷及失水作用迅速開裂，其耐風化及耐崩解能力較差，如圖3所示。

擬選廠址區中部和北西側地勢較低，南西和南東側地勢相對較高，中部和北東側的泥巖厚度較大，CK01,CK02及CK03鉆孔深60 m，僅在CK03鉆孔底部出現少量構造角礫巖，經地質調查及物探測試成果分析，推測泥巖的厚度大于50 m，下伏變質砂巖或花崗巖，泥巖構成的巖體風化程度由地表往下，由強到弱。

廠址南西側為花崗巖構成的相對獨立的山丘，花崗巖與泥巖的分界面為一條走向NNW、傾向NE的斷裂構造帶，推斷該斷裂構造帶部位的風化程度將會高于廠址其他地區，或者其抗風化能力將明顯低于周圍均一巖性地區。

由表1，結合場地巖體風化特征，綜合評價擬選廠址巖體風化情況可知，場坪高程279 m時，中等風化以上巖石在廠區內未揭露；高程249 m以下，中等風化以上巖石所占比例增多，但幅度不大，在廠區的南西側和北東側出露，所占廠區的面積約為50%。

表1 廠址鉆孔風化層界面一覽表

3 巖體結構特征

廠址處于白泉背斜的北東翼，花崗巖層的隆起發生了強烈的由西南向北東的推移擠壓作用，在廠區及近廠區內形成次級背向斜構造，花崗巖與泥巖呈斷裂接觸關系。地質構造強烈程度相對較高，花崗巖分布區巖體結構較破碎，巖芯呈碎塊狀或短柱狀，CK04,CK05鉆孔巖性為花崗巖，巖芯為碎塊狀、短柱狀，巖體呈碎裂結構或裂隙塊狀結構；泥巖分布區巖體結構相對較完整，局部節理裂隙發育，大部分區域節理裂隙不發育，CK01,CK02鉆孔巖性均為泥巖，中等風化泥巖巖芯最長可達1.3 m；CK03鉆孔底部揭露厚約為5 m的構造角礫巖，張性斷裂構造的產物，局部有擠壓特征。

根據結構面的性質、空間展布以及結構體的形狀、規模和強度特征對巖體進行結構劃分，廠址區巖體結構可劃分兩種類型，一種為軟質巖，巖體較破碎～較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級～Ⅴ級，分布于廠址的北東側區域，以強風化、中等風化泥巖為主；另一種為硬質巖，碎裂結構或裂隙塊狀結構，巖體破碎，巖體基本質量等級為Ⅳ級，分布于廠區的南西側區域，巖性以中等風化花崗巖為主。

4 巖體分布特征

廠址區地形變化較大，受斷裂構造和沖溝發育的影響，基巖的風化程度、分布及第四系的分布受地形控制，隨高程變化而變化。廠址西南側高程265 m以下主要以第四系坡積土碎石土和強風化花崗巖為主，廠址東北側及廠址內溝谷附近為回填區或第四系分布區。

5 結論與建議

1)廠址內出露的地層由老到新有：下古生界奧陶系石縫組上段(O3s2)淺灰色條帶狀變質砂巖、華力西晚期(γ43(2))黑云母花崗巖、中生界侏羅系上統長安組(J34ca)泥巖、構造角礫巖及新生界第四系中更新統(Q2)黏土。

2)擬設主廠房區基底以下及廠區北東側下伏的泥巖表現為強風化和中等風化狀態。

3)廠址區巖體結構可劃分兩種類型，一種為軟質巖，巖體較破碎～較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級～Ⅴ級，分布于廠址的北東側區域，以強風化、中等風化泥巖為主；另一種為硬質巖，碎裂結構或裂隙塊狀結構，巖體破碎，巖體基本質量等級為Ⅳ級，分布于廠區的南西側區域。