岩体泥化夹层的形成原因及特征
泥化夹层是软弱夹层中性质最坏的一类,对建筑物地基、边坡、地下洞室稳定有重要影响,是工程勘察中重点研究的对象。
泥化夹层的形成及特性
黏土岩类岩石经一系列地质作用变成塑泥的过程称为泥化,泥化的标志是其天然含水量等于或大于塑限。因此,泥化夹层具有结构松散、密度小、湿度高、黏粒含量高(一般>30%)、强度低、变形大等特点,其峰值摩擦系数为0.15~0.30,多数为0.2,变形模量一般小于50MPa。是软弱夹层中性质最差的一类,对岩体的抗滑稳定往往起控制作用。
1.泥化夹层的形成
泥化夹层通常都是综合成因的,一般认为泥化夹层的形成必须具备下述三个条件。
(1)物质基础。构成泥化夹层物质基础的母岩通常是黏土矿物含量较高的原生软弱夹层,如坚硬岩层中的黏土岩、黏土质粉砂岩、泥质板岩、泥灰岩、千枚岩等夹层。研究表明:黏粒和黏土矿物含量(尤其是蒙脱石组)越高,则越有利于泥化。
(2)构造作用。刚柔相间组合的岩层,在构造作用下使原生软弱夹层产生层间错动,使原有岩石破碎或呈粉末状,细颗粒成分增多,原岩的矿物颗粒连接也会受到严重的破坏;而其上下相对较坚硬岩层产生许多构造裂隙,为地下的渗入提供了通道,为泥化提供了条件。许多工程实例表明,由层间错动形成的层间剪切带是形成泥化夹层的重要条件。
图10-2 某工程层间剪切带示意图
1—节理带;2—剪切带;3—泥化错动带
发育完善的层间剪切带,一般可分为泥化错动带、劈理带和节理带三个带(图10-2)。泥化错动带与层间错动的主滑动面相一致,由于主滑面上下岩层错动时的研磨作用,使黏土矿物和水分沿错动面富集,因而形成泥膜或泥化带,并可见镜面及擦痕等剪切滑动的痕迹。劈理带由于片状黏土颗粒沿劈理面定向排列,水极易沿劈理浸入,故劈理带也常易形成泥化。节理带岩石的结构基本未遭破坏,因此,一般不能形成泥化带。
(3)地下水的作用。黏土岩夹层经层间错动使原岩结构遭受强烈破坏后,改变了夹层内颗粒间的联结和排列状况。水在黏粒周围形成结合水膜,使颗粒进一步分散,颗粒间连接力减弱,含水量增加,使岩石处于塑态甚至接近流态,即产生了泥化。水在泥化夹层形成过程中,还有溶解盐类、水化和水解某些矿物等复杂的物理化学作用。
2.泥化夹层的特性
(1)由原岩的固结或超固结胶结式结构,变成了泥质散状结构或泥质定向结构。
(2)黏粒含量较原岩增多并达一定含量。
(3)干容重比母岩小,天然含水量高,通常接近或超过塑限。
(4)常具一定的膨胀性。
(5)力学强度比原岩大为降低,岩性极为软弱,泥化带的摩擦系数通常只有0.2左右,压缩性较大。
(6)由于结构松散,因而抗冲刷能力低,在渗透水流作用下,易产生渗透变形,一般前期以化学管涌为主,后期以机械管涌为主。
对泥化夹层的研究,应着重于研究其成因类型、存在形态、分布和所夹物质的成分、物理力学性质以及这性质在条件改变时的变化趋势。