2.2 工程地质分类_西南地区深切河谷大型堆积体工程地质研究与实践-QQ阅读男生都市网

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2.2　工程地质分类

已有工程实践表明，堆积物的物质成分和组构特征与其工程性质具有密切的关系，是堆积物工程地质分类的基础。堆积物的物质成分和组构特征主要表现为：颗粒组成的不均一性和多元性、组构单元的双元性（土石混合性）、结构的无序性和胶结性等。根据堆积物的地质特征和以往工程分类经验，堆积体的工程地质分类应遵循以下原则（张永双等，2009）。

（1）科学性原则。必须抓住控制和影响堆积体工程性质的关键或主要的地质因素，如胶结作用和胶结强度、细观结构和粒度组成等。

（2）简单有效原则。分类方法和分类指标必须简单明了，即便于记忆和操作、便于推广应用、便于工程评价。

（3）兼顾传统原则。为了推广应用，对以往传统分类方案中有价值的方法、名称和指标应尽量采用。

（4）普适性原则。分类应尽量适用于不同成因类型（如崩积、滑塌堆积、泥石流堆积、冰碛冰水堆积、坡残积堆积等）巨粒土、碎石土堆积体的工程分类。

根据上述原则，提出以下初步的工程地质分类。

2.2.1　按粒度组成分类

颗粒组成是决定堆积体工程特性的主要因素，是不同堆积体的共性。堆积体为土石混合体，是第四纪以来形成的，由具有一定工程尺度、强度较高的块石、细粒土体及孔隙构成且具有一定含石量的极端不均匀松散岩土介质系统，其中可视粒径、土/石阈值、“土”与“石”的强度特征及含石量4个参数是土石混合体概念中的关键问题。堆积体（或土石混合体）目前尚缺乏系统的理论研究成果。由于颗粒组成是决定堆积体工程特性的主要因素，以颗粒大小及粒组含量为分类依据，一般仍然沿用土的分类。根据《水电水利工程土工试验规程》（DL/T 5355—2006），粒组划分与名称见表2.3。巨粒类土的分类和定名见表2.4。

表2.3　粒组划分与名称

表2.4　巨粒类土的分类和定名

对表2.3，试样中巨粒组含量小于或等于15%时，可剔除巨粒组后，按粗粒类土或细粒类土的规定进行分类和定名；当细粒土含量对巨粒类土的性质产生影响时，巨粒类土应做进一步细分。细粒组含量等于或大于5%、小于15%时称为含细粒巨粒类土，在其代号后加F；细粒组含量等于或大于15%、小于50%时称为细粒质巨粒类土，在其代号后加细粒组的基本代号C或M。

根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001），粒径d＞2mm颗粒含量超过全重50%的土称碎石土，根据粒径的大小和形状可细分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾6种；由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间颗粒的土为混合土，当碎石土中粒径小于0.075mm细粒土质量超过总质量的25%时，定名为粗粒混合土；当粉土或黏土中粒径大于2mm的粗粒土质量超过总质量的25%时，定名为细粒混合土。

堆积体多为土石混合体，除坡残积颗粒教较细，为细粒土外，一般多属粗粒类土、巨粒类土、碎石土或混合土。具体应用中应根据堆积物特征细化分类。

2.2.2　按结构特征分类

结构特征（包括充填状态、密实程度和粗粒骨架作用等）是堆积体的重要特征，它对堆积体咬合力和内摩擦角的充分发挥影响很大。除了少量钙质胶结冰碛、冰水砾岩外，大多数堆积体都属于弱胶结的土状堆积物，它们在干燥失水后，在水中具有显著的崩解特性。对于弱胶结的堆积体来说，由于其颗粒组成对于工程特性有重要的影响和控制作用，因此其工程分类的理论基础便是粒度组成与工程性质的相关关系，尤其是黏粒含量的影响。总体上堆积体的结构特征可分为松散型、中密（稍密）型、密实型和胶结型四大类，分类特征详见表2.5。

表2.5　堆积体按结构类型特征分类

一般堆积体结构特征可按密实程度分类；泥石流堆积体结构特征与性质有关，黏性泥石流具有一定胶结（泥质），堆积体结构较为紧密，而稀性泥石流胶结较弱或无胶结，结构较为松散；冰水堆积体可按胶结程度进行分类：①中强胶结，冰碛、冰水巨砾岩或角砾岩，其单轴抗压强度不小于0.5MPa，且干燥后在水中不具崩解现象；②弱胶结，富含黏土的漂（块）石、碎石混合土；③无胶结，漂（块）石、碎石土。

大型混合堆积体空间结构特征不均匀，常具有一种或多种结构特征。典型堆积体结构特征见图2.1～图2.4。

图2.1　松散结构堆积体

图2.2　中密型结构堆积体

图2.3　密实型结构堆积体

图2.4　胶结型结构堆积体

2.2.3　按空间形态特征分类

堆积体的空间形态特征不仅与堆积体堆积环境、成因机制有关，还与堆积体的稳定性密切相关，因此探索堆积体的空间形态特征分类具重要意义。

2.2.3.1　按平面几何形态特征分类

根据陈红旗、黄润秋等对大型堆积体边坡的空间工程效应研究成果，依据堆积体平面几何形状，可将堆积体分为敞口型堆积体、锁口型堆积体、条带型堆积体和哑铃型堆积体等4种，见图2.5。

图2.5　堆积体空间形态

（1）敞口型。堆积体前缘较后缘有更为宽敞的空间，多分布于岸坡阶地平台底部。在堆积过程中，堆积物向前扩散，前缘横向分离度相对要高。若堆积物块度较大，则容易在前缘隆起。该类型堆积体边坡自然工况下，一般较为稳定；在遭受横向整体切脚开挖或前缘浸入水中时，容易引起变形失稳，往往以蠕动变形为主。

（2）锁口型。堆积体后缘较前缘更为宽敞，多分布于沟口部位，物源区面积较大。在堆积过程中，堆积物向沟口堵塞，后续堆积物向收缩部位汇聚，使得前缘遭受挤压，变得密实，并在堵塞部位形成支撑拱效应。该类型堆积体边坡的稳定主要受前缘控制，当前缘锁口部位遭受破坏，将变形失稳，为此，对前缘的保护尤为重要。

（3）条带型。堆积物沿坡上冲沟或条带形洼地运移，堆积物主要受堆积体边界挟持和提供抗滑力。由于堆积路径前方没有显著的抗滑体，因此这类堆积体边坡往往处于次稳定状态，既可能存在受局部地形控制的局部稳定性，坡角开挖或后缘加载，也有可能导致整体变形。

（4）哑铃型。堆积体中部存在收口部位，在收口部位后缘具有锁口型堆积体边坡特征，而前缘具有敞口型堆积体边坡特征。典型的哑铃型堆积体边坡较为少见，但具有局部哑铃型特征的堆积体却较多。

2.2.3.2　按底界面形态特征分类

大型堆积体按底界面形态特征可分为4类，见图2.6。

图2.6　大型堆积体底界面形态特征

1.平面型

堆积体堆积于斜坡、河谷岸坡及阶地上，底界面起伏较小，长宽比相当或宽度大于长度。

（1）缓倾平面型。底界面平缓，总体倾角小于30°。一般为河床冲洪积堆积体，泥石流堆积体及阶地堆积体等。如梨园水电站左岸坝前下咱日堆积体（图2.7）及阿海水电站水库区新建堆积体Ⅰ区（图2.8）。

图2.7　金沙江梨园水电站左岸坝前下咱日堆积体地质纵剖面图

图2.8　金沙江阿海水电站水库区新建堆积体Ⅰ区地质纵剖面图

（2）陡倾平面型。底界面较陡，总体倾角大于30°。一般为斜坡堆积体。如金沙江梨园水电站水库区达可堆积体（图2.9）、古水水电站左岸坝前堆积体（图2.10）。

图2.9　金沙江梨园水电站水库区达可堆积体地质剖面图

图2.10　澜沧江古水水电站左岸坝前堆积体地质纵剖面图（据张恒，2006）

2.曲面型

堆积于河谷岸坡靠近河床部位或古河道内，长宽比相当或宽度大于长度。底界面起伏较大，呈锅底型或撮箕型。

（1）锅底型。堆积体底界面具有后缘陡，中、下部平缓，前缘翘起的特点。如鲁布革水电站发耐堆积体（图2.11）、乌东德水电站金坪子堆积体（图2.12）。

图2.11　黄泥河鲁布革水电站发耐堆积体剖面图

图2.12　金沙江乌东德水电站金坪子堆积体剖面图（据徐永辉等，2006）

1—角砾岩；2—碎石、卵石夹砂；3—灰岩；4—碎石夹土；5—碎石层；6—钻孔；7—平洞；8—竖井

（2）撮箕型。堆积体底界面具有后缘陡、中、下部平缓的特点。如阿海水电站新建堆积体Ⅲ区（图2.13）、徐村水电站儿以摩错落崩塌堆积体（图2.14）。

图2.13　金沙江阿海水电站水库区新建堆积体Ⅲ区地质剖面图

图2.14　漾濞江徐村水电站儿以摩错落崩塌堆积体地质剖面图

3.槽谷型

堆积于河谷或沟谷之内，堆积体长度远大于宽度。横断面呈U形或V形。

（1）缓倾槽谷型。底界面呈槽状，总体倾角小于30°。一般为山区河谷河床堆积体或岸坡宽缓沟谷堆积体。如梨园水电站念生垦堆积体，见图2.15。

图2.15　金沙江梨园水电站念生垦堆积体基岩等值线图

（2）陡倾槽谷型。底界面呈槽状，总体倾角大于30°。一般为河谷岸坡深切沟谷堆积体。如小湾水电站饮水沟堆积体。堆积体下伏基岩面的总体形态为一顺F7断层发育的近U形的古槽地，槽底部基岩面起伏不平，还存在一系列的纵向及横向展布的小型古沟槽，在横剖面上（上、下游方向）两侧陡峻，坡度大于45°，中间为总体平缓但有起伏呈台坎状的古槽地见图2.16；在纵剖面上是向西倾斜并呈阶梯似台坎状的斜坡，台坎大致分布在高程1230.00～1250.00m、高程1440.00～1480.00m、高程1560.00～1590.00m等几个缓坡地段，见图2.17，平均坡度约25°～30°；下伏基岩面总体向河床方向倾斜。

图2.16　澜沧江小湾水电站饮水沟堆积体横剖面图

图2.17　澜沧江小湾水电站饮水沟堆积体纵剖面图

4.阶梯型

堆积于斜坡或河谷阶地之上，底界面呈阶梯状，长宽比相当或宽度大于长度。

（1）缓倾阶梯型。底界面呈阶梯状，总体倾角小于30°。一般为受构造影响的宽缓山区河谷地段阶地堆积体。如其宗水电站徐卡阶地堆积体，见图2.18。

图2.18　金沙江其宗水电站徐卡阶地剖面图

（2）陡倾阶梯型。底界面呈阶梯状，总体倾角大于30°。一般为纵向河谷软硬相间层状结构岸坡形成的堆积体或狭窄河谷阶地堆积体。前者如金安桥水电站近坝库岸B1堆积体，分布在坝轴线上游420～930m范围内，分布高程1380.00～1680.00m。堆积体厚度一般15～37m，体积达246万m3，堆积体堆积在阶梯状凝灰岩夹层阶地上，底界面呈阶梯型，见图2.19。后者如澜沧江河谷阶地堆积体（图2.20）。

2.2.3.3　按空间三维形态特征分类

堆积体三维空间形态是指堆积体由长度、宽度、厚度三维度所形成的空间形态。受堆积地点地形地貌特征及动力作用方式的控制，不同成因堆积体空间三维形态差异较大。但总体上堆积体按空间形态特征可划分为以下3类（图2.21）：

（1）扁豆型堆积体。堆积体剖面上呈扁豆状，平面呈敞口型或不规则，底界面呈平面型、曲面型或阶梯型，堆积体前缘临空或位于河床岸边，堆积物具有中间厚、四周薄的特点，常堆积于斜坡和河谷岸坡地带，如坡崩积堆积体、崩滑堆积体、冰水堆积体、碎屑流堆积体等，整体稳定性一般较差。如阿海水电站左岸坝前堆积体，平面及剖面形态见图2.22。