花岗岩区边坡滚石的成因分析

赵明星

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东 广州 510507)

1 引言

随着中国经济的快速发展，大量的线路工程、能源工程、城市建设和旅游资源将在山区建成或投入使用。在这些项目的建设和运营过程中，滚石事件带来的风险越来越不容忽视。

花岗岩类基岩为大陆地壳的主要部分，为火山喷发时不同程度侵入形成，主要成分是石英，长石，云母，暗色矿物等。花岗岩在中国分布广泛，主要分布在中国的南部和东南部，特别是在广东、福建等沿海地区。通过早期的大量野外地质调查，工程地质钻探、室内试验等方法，对影响花岗岩岩石风化的要素做了大量的研究工作，目前对于花岗岩风化的影响因素主要有：地质构造、气候、岩石成分等，裂缝的发展程度是影响花岗岩风化的重要因素，裂缝的发展程度与区域地质构造的程度密切相关。

2 工程概况

本研究选用丰顺县汤坑至留隍快速干线作为工程背景，该线路位于梅州市丰顺县东南部，是梅州市施设“城市拓展”战略中关于加快公路基础设施工程建设的重要环节，也是梅州市公路网及城市总体发展规划的重要组成部分。本项目主线起点位于汤坑镇贵田村东部国道G235与金贵大道平交口，后经潘田镇、留隍镇，终点位于留隍镇角尾村韩江东岸大堤，并与省道S227相接，主线新建段路线全长34.853 km。

项目沿线场地范围内上覆第四纪人工填土(Q4ml)、冲洪积层(Q4ml+pl)、残坡积层(Qel)，下伏燕山晚期第二次侵入的花岗岩(γy2)，花岗岩裂隙发育，普遍存在差异风化现象。

3 地质构造作用

3.1 地质构造的影响

项目区地处粤东拗陷带，自晚三叠世开始接受了来自太平洋方向的海水，早侏罗世循沿晚三叠世发热故道发生较大规模的海侵，伴随燕山运动的到来，在南北反冲向剪切作用下，粤东块段隆起。该项目区域是华南中、新生代大陆活动造山带的一部分。在地质史上，该地区的地壳已通过多阶段的构造运动而发生了变化，岩浆活动强烈，断裂构造发育(如图1)。

图1 项目区区域构造纲要图

区域地质构造纲要图显示，区域上主要受三组构造作用影响，分别为水平向丰良—潮安东西向构造带、北东向三饶—潮安—普宁构造带、北西向韩江断裂，在相互交错的三组断裂控制下，将岩体切成块。节理交错处的棱角，经过长时间的物理、化学风化，原本为方形的边缘被风化侵蚀，逐渐变成球状岩块，是“球形风化”与不断风化，形成的由于风化小球的体积变小，并被不同程度的土体风化包围，出露于地表后即形成地表滚石(如图2)。

图2 花岗岩球状风化滚石出露

3.2 滚石的岩性特征

3.2.1 滚石的结构

花岗岩滚石体往往由外面的风化壳和内核两部分构成，风化壳一般很薄，约5～10 mm厚，黄褐色，主要是黑云母颗粒蜕色结成的，局部因铁质浸染成红色，中风化状态，内核部分为粒状堆砌结构，微裂隙不发育，粒间联系紧密，受力不易变形;其造岩矿物的蚀变主要体现在晶体边缘，而表面则仅在局部有蚀变产物，如伊利石、绿泥石等附着。

3.2.2 岩矿薄片鉴定试验

为了研究滚石的矿物成分，选择该项目揭示的三层孤石的钻探岩芯为研究对象，选取典型试样做岩矿鉴定试验，分析滚石的矿物成分。

本次选取的钻孔编号为QZK2，风化程度为中等风化，手标本呈肉红色，花岗结构，块状，岩石局部可见发育较大石英晶体可达8.0 mm，可似为斑晶，鉴定采用蔡司偏光显微镜进行观察，其镜下照片如下图3、图4：

图3 镜下照片1

图4 镜下照片2

根据以上收集的中风化花岗岩样品的显微研究，发现以下特征：

岩石具花岗结构，矿物组成主要为石英、长石、黑云母。

长石呈半自形—它形粒状、板状，多属钾长石类，少部分为斜长石，粒径0.4～3.5 mm，多为中细粒，整体弱泥化、绢云母化。石英呈它形粒状或不规则状，粒径大小0.2～6.5 mm，个别粒径较大者可视为斑晶，均匀呈充填状分布。黑云母呈半自形-自形片状，粒径0.3～1.2 mm，常见绿泥石化、暗化，也析出少许不透明矿物。铁质呈氧化褐红色尘状、粉末状，较均匀夹杂分布或局部充填于岩石微细裂隙中。不透明矿物呈它形粒状，粒径0.03～0.15 mm，多分布于黑云母晶体中。另外，中风化孤石中的微裂隙不发育，填充物成分主要为硅质，在应力作用下较容易破坏，岩石的力学性能较高。

4 气候

项目区属亚热带季节风气候，气候温和，雨量充沛。年平均气温21～22 ℃，年平均降雨量1 992.1～2 142.9 mm，降雨量年内分配恨不均匀，其中4月～9月份降雨量占全年降雨的82.5%，潮湿系数大于1，年平均相对湿度77.3%～83.6%，年平均绝对湿度21.8～22.3 mm，项目区季风不明显，平均每年台风有3～4次，风力7～11级，据有关研究，一年内滚石事件的数量与气温和降水的变化有一定的对应关系，即降水量的增加和冬春两季的较低气温都将有助于滚石事件的发生。另外，在一次大的降雨或严重霜冻后滚石事件也会显著增加。

5 地震活动

本区的新构造运动频繁，岩浆活动与断裂活动比较明显。上升运动主要是区域新构造运动，部分路段山势陡峻，沟谷坡降较大，河谷切割较深、呈V字型，说明区域地壳上升幅度较强烈。另外，区域上各级台地由内陆向南海方向逐级降低，反映地壳间歇性上升的特点。地震烈度为7度。地震产生的水平力会进一步使岩体开裂和松动，并引起岩体(或块石)的不稳定性。频繁的地震活动不仅会增加滚石的发生频率，而且还会增加滚石事件的规模。

6 人类活动

公路建设过程中不可避免地要对边坡进行人工开挖，而开挖所用的爆破手段使本就已经破碎的岩土进一步开裂和松动，也可进一步产生新的裂隙并形成新的滚石，在条件合适的时候，这些块石就可在内部和外部因素的共同作用下失稳并形成滚石。

7 结语

通过对该区域地质构造、矿物成分、气候、地震活动及人类活动等因素的分析，区域地质构造在花岗岩地区滚石的发育中起着宏观调控的作用。滚石的微观实验研究有助于从矿物成分的角度分析风化过程及其对差异化风化的影响。气候、地震活动及人类活动是花岗岩区滚石区域分布的重要环境条件。尽管仍无法定量评估花岗岩滚石的成因，但研究主要影响因素仍然非常重要。对滚石发育地区的工程建设活动具有直接的指导意义，从而做到使滚石发育区边坡防护安全可靠、经济合理的目的，该思路在花岗岩滚石发育区的边坡设计中值得推广。