广州地区燕山期与震旦系花岗岩风化土微观比较分析

曹明华

（广州地铁集团有限公司，广州）

广州地区燕山期与震旦系花岗岩风化土微观比较分析

曹明华

（广州地铁集团有限公司，广州）

通过对大量的深埋花岗岩风化土室内土工试验数据分析，从微观角度比较分析了广州地区燕山期与震旦系两类花岗岩风化土粒度组成、物理力学指标变异性与相关性的异同，并分别阐述了其影响因素。

花岗岩；风化土；粒度；变异性；相关性

1.引言

广州地区主要发育两期花岗岩，分别为燕山期与震旦系，主要分布于广州市东北部与南部地区，包括越秀山、白云山、从化、增城、天河等地区。两类花岗岩风化土(花岗岩残积土层与全风化土层统称为风化土层)整体上看均具有遇水软化、崩解的工程特性，但从土体微结构上来说，仍存在一定的差别。

2.粒度组成分析

表2.1～2.2为广州地铁三号线北延段花岗岩风化土平均颗粒组成情况，据此作者绘制了平均粒度分布图，见图2.1～2.4。

表2.1 震旦系花岗岩风化土颗粒分布

表2.2 燕山期花岗岩风化土颗粒分布

图2.1 震旦系花岗岩风化土颗粒分布直方图

图2.2 燕山期花岗岩风化土颗粒分布直方图

图2.3 震旦系花岗岩风化土颗粒分布曲线

图2.4燕山期花岗岩风化土颗粒分布曲线由上图可见，整体来说，两类花岗岩风化土颗粒组成均具有两头大中间少的特征，即粉粘粒与粗砂以上含量较高，中、细砂含量较少的特征。两者对比其主要区别在于，震旦系风化土中、细砂含量明显高于燕山期，平均含量约高5～10%，而粗砂以上颗粒含量燕山期高于震旦系，此外，对砂粒的分布来说，震旦的分布较为平均，粗、中、细砂的含量差别不大，而燕山期粗砂含量比中、细砂含量要高10～15%个百分点。

花岗岩风化土砂砾粒矿物成分主要为石英，其物理化学性质较稳定，不易风化，从风化角度来说，造成这一颗粒组成的差异主要是因为震旦系风化土比燕山期风化土风化程度要强烈。这与工程实际中，燕山期花岗岩风化土中球状风化核较震旦系风化土更加普遍的现象是比较吻合的。

3.物理力学指标变异性与相关性分析

3.1 变异性分析

作者收集了百余个花岗岩风化土试验数据，对相关的物理力学指标及其变异性指标进行了计算，结果见表3.1、3.2、3.3。

表3.1 广州地区花岗岩风化土物理力学指标统计表

表3.2 广州地区花岗岩风化土物理性质指标变异系数统计表

表3.3 广州地区花岗岩风化土力学性质指标变异系数统计表

由表3.1、3.2可知，两类花岗岩风化土物理力学指标变异性整体规律基本相似，既风化土的天然密度变异性很小，说明天然密度的变化较小；含水量变异系数稍大，孔隙比与含水量变异系数较接近；稠度指标中液性指数的变异非常大，而稠度是表征土体在某一含水率下对外力引起的变形或破坏的抵抗能力的，说明试样在试验过程中是处于不同状态下的，故应特别注意试样的状态并加以区分。在力学指标中，无论是直接快剪还是固结快剪，凝聚力指标的变异系数均较大，内摩擦角的变异系数稍小，说明从取样到试验过程对凝聚力的影响是很大的，而对内摩擦角的影响较小，也可以说，凝聚力指标的可信度较小，而内摩擦角的可信度较大。

两类风化土的差异性在于：对物理性质指标来说，燕山期花岗岩风化土物理性质指标变异系数均大于震旦系花岗岩风化土，而力学性质指标中凝聚力的变异性十分接近，内摩擦角变异系数前者要略小于后者。

3.2 相关性分析

作者对收集的抗剪强度试验(直接快剪)数据进行了相关性分析，见图3.1～3.10。

图3.1 震旦系风化土粘粒含量与凝聚力关系散点图

图3.2 燕山期风化土粘粒含量与凝聚力关系散点图

图3.3 震旦系风化土内摩擦角与凝聚力关系散点图

图3.4 燕山期风化土内摩擦角与凝聚力关系散点图

图3.5 震旦系风化土内摩擦角与粗颗粒含量关系散点图

图3.6 震旦系风化土内摩擦角与粗砂砾粒含量关系散点图

图3.7 震旦系风化土内摩擦角与中细砂粒含量关系散点图

图3.8 燕山期风化土内摩擦角与粗颗粒含量关系散点图

图3.9 燕山风化土内摩擦角与粗砂砾粒含量关系散点图

对一般的非结构性粘性土来说，凝聚力主要取决于土体中的粘粒含量。从图3.1～3.2可以看出，无论是震旦系还是燕山期花岗岩风化土其凝聚力与粘粒含量之间没有这种相关性；同样，从图3.3～3.4可以看出，内摩擦角主要集中于20о～30о，凝聚力的变化对内摩擦角的影响不大。

从图3.5可以明显看出，震旦系风化土内摩擦角与粗颗粒含量(粒径大于0.075mm)的相关性，粗颗粒含量越高其内摩擦角越大，图3.6～3.7的进一说明了这种关系，可以认为，震旦系风化土内摩擦角主要取决于土中粗颗粒的含量。图3.8可看出，燕山风化土内摩擦角与粗颗粒含量(粒径大于0.075mm)没有表现出这种相关性，由图3.9～3.10进一步分析，可以看出，燕山风化土内摩擦角与粗砂砾颗粒含量(粒径大于0.5mm)的相关性较好，而与中细砂颗粒含量(粒径大于0.075～0.5mm)的相关性较差，这说明燕山期风化土内摩擦角主要取决于土体中粗砂砾颗粒含量。

图3.10 震旦系风化土内摩擦角与中细砂粒含量关系散点图

两类风化土内摩擦角相关性特点的差异主要是因为其颗粒组成分布特点差异造成的。正如前文所述，震旦系粗、中、细砂的含量差别不大，其内摩擦角主要由其粗颗粒的平均含量决定，而燕山期粗砂含量比中、细砂含量要高10～15%个百分点，从而其内摩擦角主要由粗砂、砾含量决定。

4.结语

本文试图通过对比较两类广州地区花岗岩风化土微结构，分析土体细观差别，比较其物理力学指标变异性与相关性，阐述对影响其力学性质因素。

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1007-6344（2016）02-0054-03

曹明华(1977-) 男 工学硕士 主要从事地质工程、岩土工程与工程力学方面的学习、工作。