引黄北干线张家口石料场岩石分析与评价

王 宇

（山西省万家寨引黄工程管理局，山西 太原 030012）

1 工程概况

山西省万家寨引黄入晋工程是解决太原市、大同市、朔州市水资源紧缺的大型跨流域调水工程，输水线路全长158.075km。输水线路工程由总干线、南干线、联接段和北干线四部分组成。北干线由下土寨分水闸设隧洞向东行，经大梁水库至中沟湾后，沿平鲁、朔州市、山阴、怀仁铺管道至大同市。北干线工程沿线西部边山一带广泛分布寒武系和奥陶系灰岩地层，现有多处石料场正在开采。

2 地质情况

张家口石料场位于朔州市张家口北部2.0km处的基岩区，距输水线路1.2km，距大运公路10.5km，并与北同蒲铁路的神头站相邻，交通便利，运距短。该料场调查范围1.37km2，计算范围0.46km2。料场范围内地形起伏较大，最高高程1335.0m，最低高程1100.0m，现为正在开采的石料场。

料场范围内出露地层为奥陶系中统上马家沟组（O2s），岩性为灰色、深灰色厚层至巨厚层石灰岩、白云质灰岩及薄层泥质灰岩，含燧石结核。石灰岩、白云质灰岩为有用层。岩层呈单斜构造，产状走向N77°E，倾向 NW，倾角 10°～15°。

3 石料测定

3.1 检测项目

场地共取岩样5组，全部为灰岩，灰色，试件完整，未见明显层理，部分岩块有多个方向的细微裂隙发育。根据块石料的检测要求，试验项目分别为天然块体密度、饱和及烘干块体密度、吸水率、饱水率、饱和及烘干抗压强度、硫酸盐及硫化物含量、冻融试验。

3.2 检测方法及结果

根据《水利水电工程岩石试验规程》、《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》，检测项目见表1，石料场岩石物理力学性质试验成果见表2。

表1 主要试验项目及其方法

表2 张家口石料场岩石试验成果

3.3 影响检测质量的关键因素

3.3.1 试件尺寸

测定块体密度、抗压强度、冻融试验的试件均采用了高径比为2∶1的圆柱体试件。这是因为岩石是具有非均质性特征、有内部缺陷的介质材料，试件尺寸效应对其特性影响不能忽视。有关研究资料表明，当试件的高径比不小于2∶1时，检测到的参数值也趋于稳定。

3.3.2 吸水率的测试

自然吸水率是岩石在常温常压下最大自由吸入水的质量与试件固有质量的比值。岩石吸水性试验程序对试验结果的影响十分显著。测定自然吸水率时，首先淹没试件高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试件的1/2和3/4处，6h后水面全部浸没试件，其目的是让空气逐渐排出。试件全部浸入水中后，在大气压力和室温条件下自由吸水48h。

3.3.3 试件的饱和

饱和块体密度、饱和吸水率、饱和抗压强度等指标的测定都需对试件进行饱和。饱和试件时首先应按自由吸水法排出试件空气，再使容器内的水面高出试件，然后用煮沸法或真空抽气法进行饱和试验。煮沸时间不少于6h，真空抽气法真空压力宜为100kPa，抽气时间不少于4h。3.3.4 抗压强度试验

岩石单轴抗压强度是岩石试件在无侧限条件下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的载荷。岩石抗压强度是在压力机上进行抗压试验取得的。压力机加载速率影响岩石强度值，当试验加载速率较高，甚至超过裂隙发展速率时，对岩石试件产生冲击荷载作用，难以显现出超过非破坏阶段终点后岩石破坏阶段应力-应变的非线性特征，造成在破坏阶段时裂隙不能充分展开和发展，使所测强度增高。加载速率要求控制在0.5~1.0MPa/s。

试件端部约束对岩石抗压强度结果也有一定的影响。当试件直接放入压力机上时，由于压力机上下承压板的尺寸远大于直径，就会对试件造成端部约束，使结果偏高。为消除岩石试件端部约束的影响，在试件上下端部和压力机之间放置与试件直径相同的辅助承压板，并涂抹黄油来减小端部摩擦。

3.3.5 冻融试验

冻融试验是测定岩石抵抗冻融破坏的能力。冻融循环次数根据工程需要而定，一般为20次，严寒地区不少于25次。需要注意的是，岩石试件充分饱和后才能进行冻融试验，否则会出现冻融后岩石试件质量大于冻融前试件质量的反常现象。

4 质量评价

对干密度、抗压强度、软化系数、冻融损失率、硫酸硫酸盐及硫化物含量等影响指标评价见表3。

表3 张家口石料场岩石质量评价

5 结语

通过对张家口石料场的石料进行测定可知，该石料场的石料物理力学指标均满足规范要求，可作为块石料，也可用来加工混凝土用骨料。作为混凝土用骨料时，还应进行岩石矿物分析、化学成分鉴定，如有碱活性成分时，应取样进行碱活性试验。