千枚状板岩工程特性试验研究但汉成1，田建平2(1.福建工大岩土工程研究所，福州350007；2.中南大学土木工程与建筑学院，长沙410075摘要：针对客运铁路专线沿线遇到的大量软质千枚状板岩，通过室内试验研究，得出试验成果，并分析了作为路基填料的软质千枚状板岩的工程特性，包括结构特征、物理化学性质、水理性质等。试验研究得出千枚状板岩填料组别可划分为C组，用于基床底层和基床以下路堤填筑时需进行改良，改良方法可采用加入粗粒土(如中粗砂进行级配改良或加入石灰或水泥进行化学改良。填筑质量检验采用地基系数K30和孔隙率双指标控制，建议现场试验增加动态变形模量Evd检测。关键词：千枚状板岩；风化软岩；水理性质；工程特性；填料改良中图分类号：P588.34+2；P588.34+3文献标识码：AAbstract：Onthebasisoffieldsurveyofphylliticslatealongpassengerdedicatedline，throughtheexperimentalstudy，theengineeringcharacteristicsofthephylliticslatewhichisusedforfillingsubgrade，includingthestructuralcharacteristics，physicalandchemicalproperties，andhydrologicalpropertiesareanalyzed.ThefillingmaterialofphylliticslatecanbeclassedintoCgroup.Whenitisusedforfillingtheunderlayerandembankmentofsubgrade，itneedsbeingimproved，andthemethodforimprovementisimprovinggradeorchemicalimprovement.Thefillingqualityisexaminedthroughcontrollingthevalueoffoundationcoefficientandporosity，andtheexaminationofdynamicdeformationmodulusisproposedinthefieldinvestigation.Keywords：phylliticslate；weatheredsoftrock；hydrologicalproperty；engineeringcharacteristic；improvedfilling准88，其填料组别可大致分为C组和D组。千枚状板岩的野外特征：外观为黄色，风化面呈浅灰黄色，湿润后呈灰黄色，组织架构已大部分破坏，矿物成分已显著变化，含有一定量粘土质粘土矿物，风化裂隙很发育，岩体破碎，岩体被切割成碎块，全风化至强风化呈块石土状，天然原岩主要呈泥状结构。干时可用手折断或捏碎，浸水或干湿交替时，可较快地软化成泥状，用镐或锹可挖掘，干钻可钻进。1.2千枚状板岩的颗粒组成及破碎特征试验取样地点位于107国道某处，取样时用镐或锹挖掘，易破碎，最大粒径2025cm。室内实验将千枚状板岩进行破碎，使其最大粒径不大于60mm，接着进行筛分实验，其破碎后土粒颗粒组成见表1所示。从表1分析，大于2mm的颗粒粒径超过50%，从其颗粒大小看，属于粗粒土，但其粗颗粒多由易0前言武广客运专线沿线分布的大量软质岩地层为第一系至白垩系下统泥质粉砂岩、含砾砂岩及元古界板溪群、冷家溪群泥质板岩和千枚状板岩，其特点是强度低，抗风化能力、抗水性及抗变形力较差81。日本20世纪60年代就开始对软岩填筑路基的可行性开展了一定的实验研究与工程实践，而国内的铁路、公路一般都采用硬质填料，比较少采用软岩作为路基填料82，3。软岩稳定性差，在地表水和地下水的作用下其强度迅速减弱，若作为高速铁路路堤的填料，则有必要研究其在高速列车等循环荷载作用下的应力、变形、强度指标和水稳定性问题，但诸如此类问题的研究工作，目前国内开展得较少84～7。本文在对千枚状板岩的部分工程特性的试验基础上，对其性质进行评价分析。1千枚状板岩结构特征收稿日期：2008—03—17；修订日期：2008—05—06作者简介：田建平(1262－，男(汉族，福建福州人，硕士，高级工程师.1.1千枚状板岩天然状态和结构特征元古界板溪群以及冷家溪群千枚状板岩属软岩或极软岩，以强风化为主，根据现行岩土分类标2008年第12期工程勘测考察Geotechnica!InvestigationSurveying5风化、质软且遇水易软化的软质岩块组成，虽粗颗粒含量较大，但不能将千枚状板岩碎碴划入粗粒土类，因为它是一种性能不稳定的岩土材料，它是属于巨粒土或粗粒土目前还没有定论，但实际上它可定名为含黏性土的软质岩块。根据室内击实试验研究结果及碾压施工的工程经验，千枚状板岩击实时的破碎率在35%75%左右，且含水量对击实后的破碎率影响较大。般不高，抗风化能力差，但岩石强度也受到其它化学成分的综合影响，铁质成分主要以浸染物的形式存在，故对岩石强度影响不明显。它呈弱酸性，PH值≈6.8。千枚状板岩主要化学成分表千枚状板岩强风化及全风化体混合料自然土粒组成表I2.2矿物成分千枚状板岩的矿物成分分析，试验采用—射线的衍射分析，其结果详见表3。从表3能够准确的看出，这种软岩不含蒙脱石等强亲水性岩土，属非膨胀土，但易风化和浸水易软化矿物含量高，且千枚状板岩还含有高岭石，而这些矿物成分都对软岩的性质产生重要影响。千枚状板岩的矿物成分表2千枚状板岩物理化学性质2.3天然状态下的三相比例指标通过试验测定了千枚状板岩新鲜岩样天然含水量、天然密度、比重、干密度、孔隙比、孔隙率和饱和度，测试结果见表4。表4给出了千枚状板岩平均天然含水量为10%，天然密度为2.18g/cm3，干密度为1.28g/cm3，饱和度平均为70%，孔隙率为25.5%28.4%，孔隙比平均值为0.35，比重为2.70。2.1化学成分软岩的化学成分含量虽有很大的差异，但主要是由SiO2、Al2O3、CaO和Fe2O3四种氧化物组成，它们占总量80%以上。取样点位于107国道某处，千枚状板岩的SiO2、Al2O3和Fe2O3三种氧化物之和为21.24%，千枚状板岩主要化学成分见表2。从表2能够准确的看出，因其几乎不含CaO含量，它的强度一千枚状板岩新鲜岩样天然状态下的三相比例指标表2.4液限和塑限对于千枚状板岩的液限和塑限，采用液塑限联合测定仪测试，试验时应考虑试样闷料时间和最大粒径对测试结果的影响。试验前应将岩样用木碾或粉碎机碾碎，过0.5mm筛，加水拌匀装入容器，并置入保湿箱，湿润时间不可以少于24h。测试结果见表5，表5给出了千枚状板岩液限wL为36.5%38.6%，平均值为37.6%，其塑限wp为25.5%27.1%，平均值是26.3%，其塑性指数Ip为11.513.5，平均值为12.0。按《规程》88，2可知，千枚状板岩全风化体中的细粒土(粒径0.05mm为低液限粘土。千枚状板岩全风化体的液限塑限联合测定试验结果表p3千枚状板岩的水理性质为了研究千枚状板岩的水理性质，进行了室内浸水崩解试验、室内外自然干湿循环风化试验、自由膨胀率试验、风干收缩性试验、干燥饱和吸水率试验。6工程勘测考察Geotechnica!InvestigationSurveying2008年第12期液限wL(%)塑限wp(%)塑性指数I闷料时间(h)试件最大粒径(mm36.538.625.027.011.513.5240.5天然含水量(%天然密度(g/cm3干密度(g/cm3孔隙比孔隙率(%比重(Gs饱和度(%蜡封法量积法蜡封法量积法8.212.42.162.122.152.181.261.221.251.220.340.3725.528.42.762.674.8二氧化硅白云母高岭石石灰石(Mg.Al(Si.Al4O4(OH820.22.26.2土名粒径(mm含量(%卵石角砾角砾52811粗砂2110.5235中砂0.50.251细砂0.250.10.10.074121粉粒和粘粒0.07458化学成分(%PH值SiO2Fe2O3MnTiCaOK2OAl2O3Na2OMgO64.517.270.0070.440.034.3112.460.220.756.83.1室内浸水崩解试验试验目的是测定软岩在水中崩解的速率，并借以鉴别岩石胶结程度和膨胀性能，从而定性判断软岩水稳性。试验方法按以下步骤进行：3.3自由膨胀率自由膨胀率试验按《土工试验方法标准》(GB/T50123—122288中规定办法来进行，根据自由膨胀率的大小，可以判别其软质岩膨胀性的强弱。实验测试结果见表6。表6给出了千枚状板岩自由膨胀率为6.0%8.0%，平均值为7.0%，它属低膨胀性岩土。(1取有代表性的软质岩试样至少6块(每块粒径2060mm为宜，置于托盘中，放入烘箱内，在105℃恒温下烘干，105℃恒温时间不可以少于10h；(2将烘干后的试样连托盘取出，放入干燥器内冷却至室温；(3将冷却后的试样放入玻璃盆或其他敞口容器内，在容器内注入清水，至水淹没试样为止，再浸水24h。这样共进行12次循环，观察记录其崩解情况，千板状板岩人工干湿循环12次后总崩解率为1.1%。3.2室内外自然干湿循环风化试验取有代表的软质岩块6块(每块5kg左右放在室外(夏季78月，平均温度32℃，进行自然循环50d，发现千枚状板岩总崩解率为5.2%。放在室内有代表的软质岩块，使它免受自然风化作用，历时67个月没发生风化崩解现象；而后来把它放在室外，历经冬季11月至次年2月，在雨雪和霜冻自然循环作用下，几乎全风化成细粒土状，强度急速下降。说明千枚状板岩在室内不易风化崩解，而在室外特别是在冬季雨雪和霜冻自然循环作用下易风化崩解成细粒土。千枚状板岩的自由膨胀率试验结果表3.4风干收缩性千枚状板岩风干收缩性试验的方法按《土工试验方法标准》(GB/T50123—122288规定的办法来进行，将软质岩岩样分成3份，在其含水量分别为最佳含水量wo和wo±2%共3种状态下分别进行重型击实(粒径﹤5mm，再用推土器将击实试样推出，每个试样以23个环刀取土，称重后，在4550℃的风干温度下使试样失水收缩，测定不同时间的试样重量；待试样重量基本不变后，测定试样体积，并计算试样的体积收缩率，并据此判别路堤表面裂纹的大小和数量。实验测试结果见表7，表7表明千枚状板岩的体缩率为6%11%，平均值为2%，用它填筑的路堤表面裂纹可能会显得细小且深度较浅，扬尘较小，通过其裂纹浸水难以进行。但还应注意在夏季、刮风时节洒水，避免扬尘，影响环境卫生。千枚状板岩的风干收缩试验结果(风干温度：5O℃表(4试样浸水24h后，倒去铝盒中的清水，将铝盒倒扣于吸水纸上，静置5min，使铝盒内的多余水份被吸水纸吸去；然后倒转铝盒，将吸水纸上粘附的土颗粒仔细弹入铝盒内；(5测定铝盒内试样的含水量。通过测定干燥饱和吸水率，可判别软质岩的水稳定性。表8给出千枚状板岩试样的干燥饱和吸水率试验结果，其值为7%24%，平均值为13.5%，说明其吸水性较大，施工时应注意其浸水软化现象。3.5干燥饱和吸水率干燥饱和吸水率试验的主要步骤为：(1取有代表性的软质岩试样若干块(每块粒径以1525mm为宜，分置于3个铝盒内，每个铝盒可放置13块，以不高出铝盒上沿为准，将铝盒放入烘箱内，在105℃恒温烘干，烘干时间不少于8h；(2(3将烘干后的试样取出，冷却至室温；在盛试样的铝盒内注入清水，至淹没试样；2008年第12期工程勘测考察Geotechnica!InvestigationSurveying7环刀号原质量(g)原体积(cm3不同时间质量(g体缩率(%)试件风干前含水量(%5h10h15h20h30h1711122.81134.660127.41131.78122.86127.21120.68125.34120.26124.22120.03124.655.827.48757128.55121.78124.84114.28118.75112.48116.41111.27115.28111.67115.78.288.67242134.58123.56131.52118.85126.32116.72123.72116.44123.24116.21122.882.1210.8211.2干土质量量筒不同时间的体积读数(cm3自由膨胀率Fs(%4h6h2h21h24h测试值平均值8.278.221210.311.110.411.210.511.310.511.310.511.38.06.07.0千枚状板岩的强风化及全风化料具有含黏粒粗粒土及黏性土的性质，其填料组别可划分为C组。(2千枚状板
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