五台山地区太古界韧性剪切带地层特征研究_张光明.pdf
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1、收稿日期:基金项目:中国铁路设计集团有限公司科技开发项目重点课题(,)。作者简介:张光明(),男,年毕业于西南交通大学地质工程专业,工学博士,高级工程师,:。文章编号:()五台山地区太古界韧性剪切带地层特征研究张光明(中国铁路设计集团有限公司,天津)摘 要:目前,对五台山地区韧性剪切带工程地质条件的研究相对较少,通过调查、试验及现场测试,研究该区域太古界韧性剪切带的地层岩性特征,并对区内铁路隧道围岩级别进行划分。得出以下结论:()剪切带内矿物成分主要为黑云母、角闪石、斜长石、钾长石和石英,随着变形程度的增加,黑云母含量明显增多,钾长石含量显著下降;()弱变形域内岩石单轴饱和抗压强度为.,强变形
2、带为.,且易软化;()岩体以较破碎较完整为主,膨胀性不明显;().深度范围内,平均地温梯度为.,最大水平主应力为.,最小水平主应力为.,最大水平主应力的优势作用方向为北北东;()弱变形域内铁路隧道围岩以级为主,强变形带隧道围岩以级为主。关键词:铁路隧道;工程地质条件;太古界;地层特征;韧性剪切带;围岩分级中图分类号:.;文献标识码:开放科学(资源服务)标识码():(,):,:(),().,(),().,.,.,.(),五台山地区太古界韧性剪切带地层特征研究:张光明:;引言韧性剪切带又称韧性断层,是一种呈带状展布发育在地壳一定深度下的高应变带,也是地表脆性断层向地壳深部的延伸部分。这种由岩石塑性
3、流动而成,似断非断的特殊构造,除了具有重要的探矿意义外,对隧道工程的建设影响较大。如雁门关公路隧道在右线中导洞施工至 时,发生糜棱岩碎屑流,片麻岩突变为松散的碎屑从洞顶流出,并在左线施工时发生糜棱岩塌方;某铁路隧道施工中,遇到韧性剪切带夹泥化夹层,造成掌子面涌水涌泥,危及施工安全;广昆铁路秀宁隧道在富水糜棱岩段落掌子面及侧面岩体开挖后,频繁出现掉块和溜坍等失稳现象。近些年,工程地质领域逐渐开始重视韧性剪切带工程地质条件及对工程的影响,王建鹏研究了阳安二线蒋家山隧道穿越的 条元古界片岩为主的韧性剪切带的工程地质特征;常帅鹏对新建格库铁路七面峰 号隧道穿越元古界蓟县系石英片岩为主的韧性剪切带进行综
4、合勘察分析及围岩划分。邓争荣等研究中上元古界念青唐古拉岩群变质岩韧性剪切构造特征及其岩体工程性状。图 区域构造纲要不难看出,不同地区的韧性剪切构造,因其地层岩性、形成时代、机理,以及所处的区域地质环境不同,其工程地质特征差异较大。五台山地区发育有较为典型的太古界变质岩韧性剪切带,长约,宽,主要分布在河北省龙泉关红土坡两界峰以西,山西省铁堡门限石屋腔以东,见图。从公开发表的文献来看,对该地区韧性剪切带的研究主要集中在其形成的时代、机理,岩石化学成分等方面,而对其工程地质条件的研究相对较少。随着区内铁路工程项目的规划建设,铁路隧道将不可避免地穿越该区韧性剪切带。通过现场调查、室内试验及现场原位测试
5、等多种手段,对区内韧性剪切带的工程地质条件进行了较为全面的研究,并对铁路隧道穿越时的围岩等级进行了划分,以期积累区内韧性剪切带工程地质数据,为今后穿越该地区的隧道工程建设提供参考。韧性剪切带地层特征五台山太古界韧性剪切带是在区域褶皱推覆作用下发展起来的,由五台旋回、吕梁旋回复合而成,不同旋回变质建造在空间上依次分布,晚期的建造以逆冲方式叠置在早期旋回建造之上,在逆冲过程中形成韧性剪切带。分为五台期韧性剪切带和吕梁期韧性剪切带。经现场调查量测,剪切带内地层倾向为 (),倾角一般为 ,属缓倾地层。.剪切变形强度分带按照剪切变形强度,区内韧性剪切带可分为强变形带和弱变形域。强变形带由变晶糜棱岩和各种
6、眼球状糜棱片麻岩组成(见图),弱变形域由各种变粒岩、变斑状片麻岩等组成;强变形带在空间上呈网状,弱变形域分布其中。自弱变形域到强变形带,岩石中矿物粒度逐渐减小,黑云母含量增加,同时出现微斜长石交斜长石的现象。在强变形带中,新生糜棱面理斜截先期片麻理,并呈逆冲式压叠关系,长英脉体发生不均匀褶曲或移位,剪切带中石英脉发育,多顺片理分布。图 韧性剪切带内岩芯.岩石及矿物组成通过调查及室内岩矿鉴定,弱变形域内岩石主要铁 道 勘 察 年第 期为斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩和眼球状黑云(角闪)斜长片麻岩;强变形带典型岩石为眼球状黑云斜长糜棱片麻岩、眼球状黑云角闪斜长糜棱片麻岩、黑云糜棱片岩、黑云斜长糜棱片麻
7、岩等,部分典型岩石的显微构造见图 图。图 斜长角闪岩显微构造图 黑云斜长片麻岩显微构造图 眼球状黑云角闪斜长糜棱片麻岩显微构造图 黑云斜长糜棱片麻岩显微构造 岩石受韧性变形作用,沿片理方向可见碎裂现象,沿裂纹斜长石具破碎、双晶弯曲、波状消光等受力现象,黑云母具扭折、波状消光等受力现象。室内磨片试验结果见表 和表,从矿物组成来看,强变形带和弱变形域内岩石矿物成分主要为黑云母、角闪石、斜长石、钾长石及石英。弱变形域岩石中钾长石、斜长石、石英含量占比相对较高,黑云母含量一般为,随变形程度的增大,强变形带岩石中钾长石含量显著下降,角闪石逐渐退变为黑云母,黑云母含量明显增加,一般为,其中黑云糜棱片岩的黑
8、云母含量高达。表 弱变形域典型岩石的矿物组成岩性矿物成分及含量 黑云母角闪石斜长石钾长石石英其他眼球状黑云斜长片麻岩眼球状黑云斜长片麻岩眼球状黑云角闪斜长片麻岩黑云斜长片麻岩黑云斜长片麻岩斜长角闪岩斜长角闪岩少(方解石)表 强变形带典型岩石的矿物组成岩性矿物成分及含量 黑云母角闪石斜长石钾长石石英其他眼球状黑云角闪斜长糜棱片麻岩眼球状黑云角闪斜长糜棱片麻岩眼球状黑云角闪斜长糜棱片麻岩少眼球状黑云斜长糜棱片麻岩五台山地区太古界韧性剪切带地层特征研究:张光明续表岩性矿物成分及含量 黑云母角闪石斜长石钾长石石英其他黑云斜长糜棱片麻岩(电气石)黑云斜长糜棱片麻岩黑云糜棱片岩黑云糜棱片岩.岩石的膨胀特征
9、取韧性剪切带强变形带岩样,经破碎研磨,比照膨胀土的试验方法进行膨胀性试验,试验结果见表。按相关规范,判定韧性剪切带内岩石为非膨胀性岩土。.韧性剪切带内地温特征在 个深钻孔内进行井温测试,测试结果见图。根据井温数据,地表以下 范围内地温为.,平均地温梯度为.,表明韧性剪切带内地温随深度变化曲线符合正常的地温变化规律。图 井温测试结果表 岩石膨胀性测试结果岩性名称试样数 个自由膨胀率 蒙脱石含量 阳离子交换量()()黑云糜棱片岩.隧道围岩级别划分.韧性剪切带岩石强度特征分别对弱变形域和强变形带典型岩石进行单轴抗压强度测试,并获取软化系数,测试结果见表。由表 可知,弱变形域内各岩石单轴饱和抗压强度平
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