石英 绿帘石化的蚀变特征及工程特性研究 -...

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Journal of Engineering Geology ¹¤³ÌµØÖÊѧ±¨ 1004-9665 /2016 /24( 5) -0907-08 DOI: 10.13544 /j.cnki.jeG.2016.05.021 ʯӢ 싌솱쪯뮯뗄쪴뇤쳘헷벰릤돌쳘탔퇐뺿 * ①② 짲뻼믔 쪯쪤캰 ①② ( Öй嶹ØÖʵ÷²é¾ÖµØÖÊÔÖº¦·ÀÖμ¼ÊõÖÐÐÄ ³É¶¼ 611734) ( Öй嶹ØÖÊ¿ÆѧԺ̽¿ó¹¤ÒÕÑо¿Ëù ³É¶¼ 611734) ( µØÖÊÔÖº¦·ÀÖÎÓëµØÖÊ»·¾³±£»¤¹恝ÒÖص飜µÑéÊÒ (³É¶¼Àí¹¤´óѧ ) ³É¶¼ 610059) Õë¶Ô´ó¸Úɽˮµ釁¾°ÓÇøʯӢ ÂÌÁ±Ê¯»¯Ê´±萸ÊÌâ £¬ ÔÚϵͳµ÷ÑкÍÊÒÄÚÊÔÑé»ù´¡ÉÏ̽ÌÖÁËʯ ÂÌÁ±Ê¯»¯Ê´±莇øµÄµ ÖÊÌØÕ÷ ¿óÎïѧÌØÕ÷¼°ÎïÀ暿¦Ñ§ÐÔÖÊ Ñо¿±íÃ÷ £¬ »¨¸ÚÑÒÌåÖÐ SN/E17° ~ 26° »ºÇ羶Ç´昮¯´ø³£·¢ÓýÓɶ¯Á¦±葷Ê×÷ Ó¢ ÂÌÁ±Ê¯ÏàÊ´±ä £¬ ´昮¯Ã豕£·¢Óý²ÁºÛ ½×²½ Ê´±ä²úÉúÁ˾îÔÆĸ ÂÌÄàʯ ÂÌÁ±Ê¯ºÍ·½½簗¯µÈÈ柀õ¿óÎï £¬ º¬Á¿ÔÚ 18% ×óÓÒ £¬ »¯ ѧ·ÖÎöÏÔʾÆ莎É·Ö±莉¯²»´ó ÎïÀ暿¦Ñ§ÊÔÑéÏÔʾ :Ê´±葭ÒʯÎïÀ棏®À晗ÍÇ¿¶ÈÌØÐÔÓÐÒ»¶¨³Ì¶ÈµÄÈõ» £¬ ÌìÈ»ºÍ±¥ºÍ¿¹Ñ¹Ç¿¶ ʧÂÊΪ 8. 3%ºÍ 5. 9%Ê´±茣揵嶹ÄʯӢºÍÂÌÁ±Ê¯¶Ô½盪¹Ã豬Ä¿¹¼ôÇ¿¶È²揵昮»¶¨Ó°Ïì £¬ ÏÖ³¡Ö±¼ôÊÔÑé±朎÷½á¹¹Ã濹 (¶Ï)Ç¿ ¶ÈÃ÷ÏÔ½µµÍ Ñо¿³É¹釮ßÓÐÒ»¶¨´´ÐÂÐÔ £¬ ¶ÔʯӢ ÂÌÁ±Ê¯»¯Ê´±莊Ť³ÌÓ°ÏìºÍ´¦À﨓盪©²Î¿¼ 맘볼듊 ʯӢ ÂÌÁ±Ê¯»¯ Ê´±äÌØÕ÷ ¹¤³ÌÌØÐÔ Ê´±菫óÎïѧÌØÕ÷ ÎïÀíÁ¦Ñ§ÌØÐÔ 훐춼럖샠뫅: P584 컄쿗뇪쪶싫: A * ÊÕ¸åÈÕÆÚ : 2016-05-27;ÊÕµ½Ð޸ĸåÈÕÆÚ : 2016-07-26. 믹뷰쿮쒿: ¹恝Ò×ÔÈ»¿Æѧ»ù½ðÏ鍗¿ ( 41572308)×ÊÖú 뗚튻ퟷ헟볲뷩: Ã糯 ( 1986-) £¬ ÄУ¬ ²©Ê¿ £¬ ¹¤³Ìʦ £¬ Ö÷Òª´ÓʵØÖÊÔÖº¦µ÷²éÓë·ÀÖÎÑо¿ . Email: 7940499@ qq.com ANALYSIS ON PROPERTY OF QUARTZ EPIDOTIZATION ALTERATION AND ITS ENGINEERING CHARACTERISTICS MIAO Zhao ①② SHEN Junhui SHI ShenGwei ①② ( Technical Center for Geological Hazard Prevention and Control£¬ CGS£¬ Chengdu 611734) ( The Institute of Exploration Technology of Chinese Academy of Geological Sciences£¬ Chengdu 611734) ( State Key Laboratory of Geohazards Prevention and Geoenvironment Protection£¬ Chengdu University of Technology£¬ Chengdu 610059) Abstract Quartz-epidotization alteration is an important GeoloGical problem in DaGanGshan hydropower station . TakinG into account the advantaGe of GeoloGical survey and laboratory experiment£¬ this paper analyses its GeoloGical distribution£¬ mineraloGical and structural characteristics and physical and mechanical properties. The study reveals that ranite in SN / E17°~26° low-anGle shearinG belts often develops quartz-epidotization alteration formed by the dynamic metamorphism£¬ which always Grows scratches and order step. Alteration produces sericite£¬ chlorite£¬ epidote and calcite weak mineral content of about 18%. Chemical analysis shows little chanGe in its composition. Physical and mechanical tests show that the physical and water properties and strenGth characteristics of altered rock have a certain deGree of weakeninG£¬ natural and saturated compressive strenGth loss rate of 8.3% and 5.9%. Quartz and epidote produced by alteration have an impact on the shear strenGth of the structure. In-situ direct shear tests show shear intensity decreases. Research has some innovative£¬ can be a reference on enGineerinG impact and

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书书书

Journal of Engineering Geology 工程地质学报 1004-9665 /2016 /24( 5) -0907-08

DOI: 10.13544 / j.cnki.jeg.2016.05.021

石英-绿帘石化的蚀变特征及工程特性研究*

苗 朝①② 沈军辉③ 石胜伟①②

( ①中国地质调查局地质灾害防治技术中心 成都 611734)

( ②中国地质科学院探矿工艺研究所 成都 611734)

( ③地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室( 成都理工大学) 成都 610059)

摘 要 针对大岗山水电站坝区石英-绿帘石化蚀变问题,在系统调研和室内试验基础上探讨了石英-绿帘石化蚀变带的地

质特征、矿物学特征及物理力学性质。研究表明,花岗岩体中 SN /E∠17° ~26°缓倾角错动带常发育由动力变质作用形成的石

英-绿帘石相蚀变,错动面常发育擦痕、阶步。蚀变产生了绢云母、绿泥石、绿帘石和方解石等软弱矿物,含量在 18%左右,化

学分析显示其成分变化不大。物理力学试验显示: 蚀变岩石物理水理和强度特性有一定程度的弱化,天然和饱和抗压强度损

失率为 8. 3%和 5. 9%。蚀变产生的石英和绿帘石对结构面的抗剪强度产生一定影响,现场直剪试验表明结构面抗剪( 断) 强

度明显降低。研究成果具有一定创新性,对石英-绿帘石化蚀变的工程影响和处理提供参考。

关键词 石英-绿帘石化 蚀变特征 工程特性 蚀变矿物学特征 物理力学特性

中图分类号: P584 文献标识码: A

* 收稿日期: 2016-05-27; 收到修改稿日期: 2016-07-26.

基金项目: 国家自然科学基金项目( 41572308) 资助.

第一作者简介: 苗朝( 1986-) ,男,博士,工程师,主要从事地质灾害调查与防治研究. Email: 7940499@ qq.com

ANALYSIS ON PROPERTY OF QUARTZ - EPIDOTIZATION ALTERATIONAND ITS ENGINEERING CHARACTERISTICS

MIAO Zhao①② SHEN Junhui③ SHI Shengwei①②

( ①Technical Center for Geological Hazard Prevention and Control,CGS,Chengdu 611734)

( ②The Institute of Exploration Technology of Chinese Academy of Geological Sciences,Chengdu 611734)

( ③State Key Laboratory of Geohazards Prevention and Geoenvironment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059)

Abstract Quartz-epidotization alteration is an important geological problem in Dagangshan hydropower station .Taking into account the advantage of geological survey and laboratory experiment,this paper analyses its geologicaldistribution,mineralogical and structural characteristics and physical and mechanical properties. The study revealsthat ranite in SN /E∠17° ~26° low-angle shearing belts often develops quartz-epidotization alteration formed by thedynamic metamorphism,which always grows scratches and order step. Alteration produces sericite,chlorite,

epidote and calcite weak mineral content of about 18%. Chemical analysis shows little change in its composition.Physical and mechanical tests show that the physical and water properties and strength characteristics of altered rockhave a certain degree of weakening,natural and saturated compressive strength loss rate of 8.3% and 5.9%. Quartzand epidote produced by alteration have an impact on the shear strength of the structure. In-situ direct shear testsshow shear intensity decreases. Research has some innovative,can be a reference on engineering impact and

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process of quartz-epidotization alteration.Key words Quartz-epidotization, Alteration characteristics, Engineering characteristics, Mineralogicalcharacteristics,Physical and mechanical properties

0 引 言

蚀变岩的研究起步较晚,20 世纪 60 年代人们

主要从成矿角度进行研究,用于指导矿床勘探等工

作。从 70 和 80 年代开始,随着工程活动日益增多,

尤其是大型水利工程开发建设中常遇到蚀变岩,人

们开始从工程地质角度对其进行研究,均取得一定

进展。地质学上的蚀变是指大量热液流体沿着一定

的通道进入岩石( 体) 系后,与之发生化学交代反

应,使得其矿物化学成分发生改变( 胡受奚,1980;

胡受奚等,2004) 。而工程意义上的蚀变则是指引

起岩石( 体) 物质成分、岩体结构特征等宏观和微观

发生改变的条件,包括动力构造蚀变、热液交代蚀

变。蚀变作用引起岩石的化学成分、矿物成分以及

结构构造发生改变,所形成的岩石称为蚀变岩。已

有的试验结果表明,岩石的物理力学性质与岩石的

化学组成、矿物成分及结构构造等密切相关。蚀变

改变了岩石( 体) 内部的矿物组成、结构构造等,造

成岩体性状的不均匀,改变岩石( 体) 的物理力学性

质( 黄润秋等,1996) 。构造动力变质蚀变是在动力及其引发的动力热

流的共同作用下,不仅产生了大量的结构面和节理

裂隙,造成岩体宏观结构面和岩体结构的改变,形成

断层破碎带和层间错动带等软弱结构面; 且岩石变

质交代产生次生矿物,岩石微观结构构造也常发生

碎裂、滑移等脆性、塑性等变形。李四光先生早就指

出: 变形、相变和位移都是构造动力活动的结果,应

把变形和变质统一起来研究( 李四光,1965) 。王治

顺、李叔达、杨国清等认为构造动力变质作用是指构

造动力及其引发的动力热流共同作用下,岩石、矿物

在构造运动中发生的形变和相变呈现出的变质作用

( 李叔达,1982; 杨国清,1990; 王治顺,1995) 。断

层破碎带及层间错动带是构造动力作用下发育于岩

层中的一种软弱结构面,诸多学者认为构造作用是

层间错动带等软弱夹层形成的主要因素。国内外水

电工程中较为发育的断层破碎带及层间错动带,代

表性的有溪洛渡水电站 ( 胡卸文,1995; 覃礼貌,

2003) 和白鹤滩水电站玄武岩中发育的层间错动带

( 魏云杰,2004; 王奖臻等,2004; 金军等,2007) 及

葛洲 坝 水 电 站 砂 岩 中 的 软 弱 夹 层 ( 戴 广 秀 等,

1979) 。大岗山水电站坝基岩性主要为晋宁—澄江期中

粒黑云二长花岗岩( γ24-1) ,其间穿插着数百条海

西期的辉绿岩脉( β) 。坝基花岗岩体错动带中广泛

发育石英-绿帘石相蚀变,裂面光滑,对坝基的抗滑

稳定性产生一定影响。目前对石英-绿帘石蚀变的

研究多集中在成矿和矿产领域,仅有少量学者对绿

帘石-石英蚀变工程地质特征和影响做了一定的探

讨。陈正峰( 2007) 对坝区的绿帘石石英错动带的

空间展布与力学特征进行了分析,认为岩屑、泥质充

填或碎裂的内聚力较高。崔小东( 2011) 对分布在

坝基及坝肩部位的绿帘石石英错动面的成因机制、分布特点、工程特性进行分析研究,认为其属于一种

软弱层带,对坝基的抗滑稳定存在影响。周志东等

( 1999) 对玄武岩的石英绿帘石型层内错动带的成

因进行了探讨,认为其是在一定的构造地质背景下

形成的,是构造热液蚀变作用的产物,一般形成于本

区层内错动带演化的初级阶段,由基性的斜长石、角闪石、辉石经一定化学变化而成。

因此,本文以大岗山水电站坝址区石英-绿帘

石化蚀变为研究对象,通过野外调查及室内 X 射线

粉晶衍射、薄片鉴定和电子探针等研究蚀变岩的蚀

变特征、矿物学、化学成分及结构构造特征,结合宏

观物理试验研究蚀变岩的工程地质特性,并对蚀变

岩的影响做出分析和评价。

1 蚀变形成的构造地质背景

1. 1 大地构造部位

大岗山水电站位于青藏高原东缘( 川西高原)

向四川盆地过渡之川西南高山区中部。大地构造位

处松潘—甘孜造山带与扬子地台西缘的结合带,地

处川滇南北向构造带北段 ( 图 1) 。区域构造形式

由于受不同地质构造单元的控制,构造演化复杂,岩

浆活动频繁。

1. 2 区域构造应力场演化

由于复杂的构造背景,坝区的构造应力场强烈

809 Journal of Engineering Geology 工程地质学报 2016

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图 1 大岗山坝区大地构造位置图

Fig. 1 The tectonic map of Dagangshan dam陆块及地块: Ⅰ.华北陆块,Ⅱ.扬子陆块,Ⅲ.塔里木陆块,IV.羌塘—

宝山陆块; 褶皱带及活动带: ( 1) 松潘—甘孜褶皱带,( 2) 秦岭褶皱带,

( 3) 冈底斯—腾冲活动带; 1.早元古代末固结,2.中、晚元古代末固

结,3.晚元古代末固结,4.加里东期,5.华力西期,6.印支期,7.燕山

期,8.喜山期,9.板块结合带,10.地壳拼结带,11.次级构造单元界线

且经历了多期次演化。坝区花岗岩岩体形成于晋

宁—澄江期,之后的古生代阶段地壳运动相对稳定,

总体以升降运动为主,构造应力活动较弱。早二叠

世海西期强烈的区域伸展运动,使得区域产生 EW向拉张作用,形成一系列近 SN 向大型张裂隙,并造

成基性岩脉沿 SN 向张裂隙侵位充填; 三叠纪印支-燕山期以地槽褶皱系回返运动造成的向东挤压和欧

亚板块向南挤压的双向联合压应力为主,在区域断

裂的控制下,区域应力依次为 NW—SE 向挤压→NE—SW 向挤压→EW 向挤压; 第三纪喜山期的地

块边缘构造活动逐渐减弱,挽近( 新) 构造运动则以

相对较弱的升降运动为主,区域构造应力作用仍为

NWW 向的挤压,但仍然为高应力,对区域及坝区挽

近构造形成依然具有控制作用。

2 石英-绿帘石化蚀变地质特征

坝区石英-绿帘石相蚀变主要发育在花岗岩体

内 SN /E∠17° ~26°的缓倾角结构面中,错动面光滑

平直或略有起伏,基本闭合。错动面两侧常见绿帘

石-石英化蚀变,擦痕、阶步清晰,指示上盘相对下

盘做相对逆冲运动。蚀变带宽度一般为 5cm 左右,

延伸规模大小不一,短的仅为十余厘米,长的可达十

米。错动带物质主要为绿帘石、石英的碎块、以及少

量的岩屑,胶结程度较好。所产生的绿帘石-石英

相蚀变带主要以细脉的形式发育于花岗岩中缓倾角

的节理或错动带中,表现出沿裂面蚀变的特点。蚀

变带常呈黄绿色,主要是绿帘石颜色较深的缘故

( 图 4-13) 。调查发现,位于错动带内的绿帘石-石

英蚀变都具有显著的擦痕和阶步,在接触界面的表

面形成摩擦镜面,这种现象说明错动带曾发生过位

移滑动。

图 2 坝区错动带发育的绿帘石-石英化蚀变带

Fig. 2 The quartz-epidotization alterationdevelop in shearing belts

坝区花岗岩含有大量的基性斜长石和石英,为蚀

变大量的析出 SiO2 和绿帘石提供了物质基础,近 SN向缓倾角结构面与后期 NWW~SEE 构造挤压应力场

大角度相交易挤压错动,为蚀变提供了变质环境条

件。坝区基性花岗岩在构造应力挤压产生的一定温

度压力条件下,较多的石英被析出,并在层内错动面

中集中形成石英。同时斜长石可析出 Ca2+离子,并与

90924( 5) 苗 朝等: 石英-绿帘石化的蚀变特征及工程特性研究

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图 3 石英-绿帘石化蚀变花岗岩

Fig. 3 The quartz-epidotization granite

Fe2+、Mg2+等离子一起形成绿帘石族矿物,进一步在后

期的构造挤压中形成绿帘石-石英错动面。

图 4 绿帘石化蚀变花岗岩 X 衍射图谱

Fig. 4 The distribution of of quartz-epidotization granite

3 蚀变岩石矿物学特征

为了全面地分析石英-绿帘石相蚀变岩的岩石

矿物学特征,分别采用电子探针、偏光显微镜薄片鉴

定和 X 射 线 衍 射 手 段 研 究 石 英 -绿 帘 石 蚀 变 岩

( 图 3) 的化学成分、矿物组成和结构构造。

3. 1 化学成分变化

电子探针仪器型号采用 SPI3800N 型,分辨精

度 XY: 0. 2nm,Z: 0. 01nm。试 验 分 析 结 果 表 明

( 表 1) 石 英 -绿 帘 石 化 花 岗 岩 的 主 要 元 素 SiO2、Al2O3、K2O 和 CaO 的含量相对于微新花岗岩无明

显升降,化学组成并无明显变化,且同一断层错动带

内不同蚀变程度的岩石化学成分也无明显变化。这

说明石英-绿帘石化蚀变是在构造动力变质蚀变作

用下,处于相对封闭的环境中,没有或少外来热液交

代,石英-绿帘石化蚀变的化学特征间接证明了其

是在构造错动中形成的。

3. 2 矿物成分变化

XRD 分析采用 X'pert pro 型分析测试衍射仪,

测试条件: Cu 靶,管压 40kV,管流 40mA; 连续扫

描,步宽 0. 03°,每步停留 10s。X 衍射分析图谱和

全岩矿物半定量分析( 图 4,表 2) 。微新未蚀变花

岗岩的主要矿物为长石和石英,石英含量为 35%,

019 Journal of Engineering Geology 工程地质学报 2016

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表 1 绿帘石-石英化花岗岩电子探针试验结果( %)

Table 1 The electron microprobe results of quartz-epidotization granite

蚀变类型 样号 SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO K2O Na2O CaO TiO2 P2O5

石英-绿帘石化岩样

L-1 73.04 13 0.84 1.2 0.28 5.61 1.36 4.37 0.25 0.05

L-2 74.1 13.46 0.99 1.03 0.28 4.82 1.17 3.85 0.24 0.06

L-3 73.61 13.48 0.59 1 0.38 4.56 1.25 4.76 0.31 0.06

L-4 74.6 13.32 0.8 1.1 0.38 4.98 1.34 3.07 0.35 0.06

微新花岗岩 WN 73.90 12.79 0.80 1.10 0.37 5.08 1.42 3.27 0.25 0.10

表 2 石英-绿帘石化花岗岩全岩 XRD 分析统计表( %)

Table 2 The analysis X ray diffraction of quartz-epidotization granite

蚀变类型主要矿物 次要矿物 蚀变次生矿物

长石 石英 总和 平均 黑云母 绿泥石 绢云母 绿帘石 方解石 总和 平均

石英-绿帘石化花岗岩

30 51 81 81.3 — 5 3 8 3 19

18.2533 50 83 — 3 4 5 5 17

35 44 79 — 3 5 9 4 21

36 48 84 — 4 4 6 2 16

微新花岗岩 60 35 95 95 5 — — — — — —

长石达到 60%,次要矿物黑云母含量在 5%左右。石英-绿帘石化花岗岩的长石含量大幅度降低,降

低幅度最高可达 50%。分析认为其含量降低一方

面是因为长石大量地析出 SiO2,导致长石基本结构

单位硅-氧四面体骨架的破坏; 另一方面蚀变生成

的绢云母和绿泥石可由斜长石交代而成。而石英含

量的增大,验证了前述关于石英-绿帘石相成因中

斜长石大量析出 SiO2。由于黑云母暗色矿物的不

稳定性,导致其在构造动力蚀变的环境中极易被蚀

变成绿泥石,矿物分析显示其含量基本为零。蚀变

产生了一定量的次生矿物,主要为绢云母、绿泥石、绿帘石和方解石,蚀变矿物平均含量为 18. 25%,其

中绿帘石、绿泥石和方解石含量均较少,为 3%~5%。绿帘石含量相对较高,均值为 7%。石英-绿

帘石化蚀变矿物对岩石性状的影响具有两面性,一

方面石英为强度较硬的矿物,析出石英形成硅化强

化的特征。另一方面形成的软弱矿物绢云母、绿泥

石和方解石,又降低了原岩的强度。

3. 3 结构构造特征

薄片分析得出,镜下花岗岩常成变晶结构或不

均匀粒状变晶结构。绿帘石一般呈半自形柱状或它

形细粒状产出,沿不规则晶间裂隙穿插交代斜长石。有时见破碎现象,说明它们形成较早,在其形成后又

受到了构造改造。而石英常呈斑状变晶,常包裹绿

图 5 石英-绿帘石相单偏光薄片照片

Fig. 5 The polarized light of quartz-epidotization granite

帘石。绿帘石和石英的含量变化较大,分布也不均

匀,石英和绿帘石常呈过渡关系,呈现出许多绿帘石

包含在石英的斑状变晶中的现象 ( 图 5) ,镜下还常

见石英-绿帘石蚀变以细脉形式充填于花岗岩中的

显微裂隙中 ( 图 6) 。显微薄片鉴定显示,构造挤压

变质作用并未造成岩石微观结构构造产生较大的变

化,仅蚀变产生了绿帘石等次生矿物。

4 蚀变花岗岩物理力学特性

4. 1 物理水理特性

石英-绿帘石化花岗岩的物理水理特性可见

11924( 5) 苗 朝等: 石英-绿帘石化的蚀变特征及工程特性研究

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表 3 石英-绿帘石化花岗岩物理水理特性指标( %)

Table 3 The physical and water properties of quartz-epidotization granite

蚀变类型 样号 含水率块体密度 / g·cm-3

颗粒密度/ g·cm-3

吸水率 /% 孔隙度/% 孔隙比

天然 烘干 自然 饱和

石英-绿帘石化花岗岩

L-1 1.1 2.68 2.65 2.67 0.26 0.41 1.12 0.011

L-2 1.4 2.69 2.65 2.70 0.27 0.42 1.12 0.011

L-3 1.1 2.70 2.67 2.70 0.33 0.49 1.11 0.011

L-4 1.4 2.70 2.66 2.68 0.28 0.49 0.76 0.007

微新花岗岩 WX 0.2 2.75 2.71 2.76 0.2 0.4 1.81 0.018

图 6 显微裂隙间充填的绿帘石-石英细脉

Fig. 6 The microfractures filled epidote-quartz veinlets

( 表 3) ,与微新花岗岩相比,其物理水理特性指标有

所弱化。颗粒密度、块体密度有所降低,天然和烘干

密度分别为2. 69g·cm-3 和2. 65g·cm-3,颗粒密度为

2. 687g·cm-3,降低幅度较小。自然和饱和吸水率增

幅也不大,分别为 0. 285%和 0. 427%。蚀变岩的孔

隙度和孔隙比则略有减小,可能与绿帘石-石英蚀

变中大量致密石英析出有关。

表 4 石英-绿帘石化花岗岩点荷载试验结果

Table 4 The point load test results of quartz-epidotization granite

岩性 取样点位置天然状态 饱和状态

点荷载强度指数 天然单轴抗压强度 /MPa 点荷载强度指数 饱和单轴抗压强度 /MPa

石英-绿帘石化花岗岩

PD19 平硐 30m 4.86 86.80 4.27 76.97

PD1 平硐 89m 4.87 86.97 4.00 72.37

PD1 平硐 40m 5.00 89.37 4.65 82.20

PD39 平硐 30m 5.05 90.20 4.32 78.36

PD219 平硐 60m 5.12 91.36 4.35 80.00

蚀变花岗岩强度平均值 4.98 88.94 4.32 77.98

微新花岗岩强度平均值 5.43 97.02 4.67 82.88

相对于微新花岗岩强度损失值 — 8.08 — 4.9

强度损失率 /% — 8.3 — 5.9

4. 2 强度特性

强度特性采用现场点荷载试验,采用 XJ-2 型点

荷载仪,测定平硐内蚀变岩的点荷载强度指数,换算

为天然的单轴抗压强度。试验所需点荷载样品分别

位于调查平硐内出露的蚀变岩带中,取样位置如表

4 中所示。由于工程上常采用饱和单轴抗压强度来

评价岩石的坚硬程度,为了获得岩石的饱和单轴抗

压强度,先把试件放置于水中浸泡 48h 以上制成饱

和试件,再进行常规的点荷载试验,求出饱和状态下

点荷载强度指数 Is( 50) 。试件饱和单轴抗压强度标

准值按下式进行计算:

Rc = 22. 82I0. 75S( 50)

蚀变花岗岩的点荷载试验表明 ( 表 4) ,其计算

得出的天然和饱和单轴抗压强度均值分别为 88. 94MPa 和 77. 98MPa,相对于微新花岗岩强度损失值

分别为 8. 08 MPa 和 4. 9MPa,强度损失率为 8. 3%和 5. 9%。石英-绿帘石化蚀变虽然析出的 SiO2 硅

化有强化的特性,但由于蚀变生成了绢云母、绿泥石

和方解石等软弱矿物,导致其强度降低。石英-绿

帘石化花岗岩强度虽有所降低,但仍具有较高的抗

219 Journal of Engineering Geology 工程地质学报 2016

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表 5 石英-绿帘石化结构面和无蚀变结构面抗剪强度成果表

Table 5 The shear strength results of quartz -epidote altered and no alteration structure

结构面性状

试验位置/m 岩性

风化卸荷状况

试验点地质特征

抗剪( 断) 强度试验成果 /MPa 抗剪断强度 抗剪强度

f'c'

/MPa fc

/MPa编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

石英-绿帘石化蚀变结构面

PD2010+53~60下游扩挖971.97

γ4-12

弱下弱卸荷

Hl19 缓倾

角构面,裂面绿帘石化

σ — 1.88 1.03 1.29 4.25 0.63 3.01 5.27 2.53 3.87

0.64 0.13 0.63 0.06τ' — 1.49 0.72 1.03 2.80 0.62 2.63 4.02 2.15 3.23

τ — 1.27 0.65 0.98 2.67 0.57 2.60 3.95 2.10 3.03

无充填、无蚀变结构面

PD2070+88~90

上游试验支洞1030.57

γ4-12 微新

陡倾角结构面,平粗糙

σ — — — 1.15 2.36 2.69 0.54 1.24 0.53 1.79

0.93 0.41 0.97 0.57τ' — — — 2.75 3.54 3.87 1.93 6.57 1.69 5.72

τ — — — 2.18 2.60 3.01 1.37 4.28 1.14 3.22PD307

0+82~90上游扩挖1028.43

γ4-12 微新

陡倾结构面,平粗糙,

σ 1.81 1.13 0.81 1.97 0.61 — 1.53 — — —

0.98 0.72 0.72 0.56τ' 2.17 2.59 1.56 2.93 3.68 — 4.97 — — —

τ 1.75 2.42 1.37 2.03 2.82 — 3.44 — — —PD301

0+60~65上游扩挖978.41

γ4-12 弱下

Hl8 中缓

倾角结构面起伏粗糙

σ — — — — 1.90 — — 3.16 2.53 1.30

0.98 0.31 0.95 0.19τ' — — — — 1.96 — — 3.29 3.04 1.63

τ — — — — 1.83 — — 3.29 2.53 1.56

压强度,属于坚硬岩。

4. 3 蚀变带剪切特性

剪切变形试验采用刚性承压板法,承压板直径

φ505mm,千斤顶逐级循环加载,加载方向垂直于岩

体。坝区无充填、无蚀变结构面和石英-绿帘石化

蚀变结构面的抗剪强度试验结果( 表 5) 。无充填、无蚀变结构面属坝区性状较好类刚性结构面,按照

优定斜率法统计分析得出的抗剪( 断) 强度参数值

为: 抗剪断强度: f' = 0. 77,c' = 0. 45~1. 15MPa; 抗剪

强度: f = 0. 77,c = 0. 25 ~ 1. 00MPa。而石英-绿帘石

化试验点结构面光滑平直,由于石英和绿帘石矿物

本身性质较脆,导致结构面抗断、抗剪性能降低,降

低了结构面的摩擦力,在后来的构造变形中易于形

成位移滑动显著的错动带,蚀变起到一种“润滑剂”的作用。结构面抗剪( 断) 强度明显降低,抗剪断强

度: f' = 0. 64,c' = 0. 13MPa; 抗剪强度: f = 0. 63,c =0. 06MPa ( 图 7) 。

坝区石英-绿帘石化蚀变多发育于缓倾角结构

面,呈裂面式蚀变,剪切试验显示结构面抗剪强度明

显降低,对坝基的抗滑稳定性产生影响。

5 结 论

( 1) 坝区地质构造背景复杂,构造应力场强烈

且经历了多期次演化。花岗岩体中 SN /E∠17° ~26°缓倾角错动带常发育常见石英-绿帘石相蚀变,

错动面常发育擦痕、阶步。错动带物质主要为绿帘

图 7 石英-绿帘石化结构面抗剪( 断) 强度关系直线

拟合( 优定斜率法)

Fig. 7 The shear( off) intensity curve ofquartz -epidote altered structure

a. 抗剪断强度; b. 抗剪强度

31924( 5) 苗 朝等: 石英-绿帘石化的蚀变特征及工程特性研究

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石,石英的碎块以及少量的岩屑。蚀变带主要以细

脉的形式发育于花岗岩中缓倾角的节理或错动带

中,表现出沿裂面蚀变的特点。( 2) 蚀变岩的矿物学特征显示,绿帘石化蚀变

常见绿帘石沿裂隙交代斜长石,而石英则呈斑状变

晶包裹绿帘石。蚀变软弱矿物主要为绢云母、绿泥

石、绿帘石和方解石,含量在 18%左右。化学分析

显示其化学成分变化不大,间接证明了其是在构造

错动中形成的。( 3) 由于蚀变生成的绢云母、绿泥石等软弱矿

物,岩石物理水理和强度特性有一定程度的弱化,天

然和饱和抗压强度损失率为 8. 3%和 5. 9%。由于

石英和绿帘石矿物较脆,导致结构面抗断、抗剪性能

降低,现场直剪试验表明结构面抗剪( 断) 强度明显

降低,对坝基的抗滑稳定性产生影响。

参 考 文 献

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