軟弱夾層成因

以積石峽壩址為例，積石峽壩址白堊系下統(tǒng)紅色巖層屬陸相碎屑巖建造湖盆邊緣沉積相，碎屑顆粒偏粗，但也有細粒夾層，粗細相間。成巖后巖性巖相變化較大，隨沉積韻律的變化，層間細粒成為泥鐵質(zhì)粉砂巖和含黏土質(zhì)粉砂巖薄層。這些薄層黏粒含量高，質(zhì)地軟弱，具膨脹和崩解特性，它們與上、下層分布的砂巖、礫巖組成了軟硬相間的層狀巖體。在構(gòu)造變動中，夾層因其抗剪強度較低，是層間剪切的主要部位。層間的碾磨錯動，為后期的地下水和風化等外營力的長期作用提供了條件。母巖中的黏土礦物、黏粒在地下水作用下，富集在經(jīng)剪切擴容的夾層中形成了層間泥質(zhì)物，連同擠壓破碎的巖屑一起構(gòu)成了積石峽壩區(qū)白堊系地層中的軟弱夾層。其基本特點是破碎程度較高，普遍具有一定的黏土顆粒和一定的天然含水量。

軟弱夾層的厚度較?。鏊总浕蚰嗷箍辜魪姸冉档?，不利于壩體的抗滑穩(wěn)定，特別是連續(xù)、傾角小于30^。的軟弱夾層．更為不利。

對埋藏較淺的軟弱夾層，多用明挖置換的方法，將夾層挖除，回填混凝土。對埋藏較深的軟弱夾層，應根據(jù)夾層的埋深、產(chǎn)狀、厚度、充填物的性質(zhì)，結(jié)合工程的具體情況采用不同的處理措施：

①在壩踵部位做混凝土深齒墻，切斷軟弱夾層直達完整基巖，當夾層埋藏較淺時，此法施工方便，工程量不大，且有利于壩基防滲，使用得較多；

②對埋藏較深、較厚、傾角平緩的軟弱夾層，可在夾層內(nèi)設置混凝土塞 。

巖體內(nèi)存在的層狀或帶狀的軟弱薄層。一般，軟弱夾層的厚度比相鄰巖層的小，力學強度和變形模量也較低，飽和抗壓強度僅為干抗壓強度的二分之一或更低。有些遇水崩解。按成因，軟弱夾層可分為原生型和次生型兩類。前者如以石英砂巖為主的巖層夾有粘土質(zhì)巖層或泥巖薄層；后者為風化、溶濾作用或?qū)娱g剪切及斷層錯動而形成的軟弱夾層。在軟硬相間的巖體內(nèi)，往往由于巖層褶曲發(fā)生順層錯動，使軟弱巖層的不同部位受破壞的程度不同而顯示構(gòu)造分帶現(xiàn)象。一般可分為節(jié)理帶和泥化層。泥化層又可進一步劃分為劈理揉褶帶、泥化帶和錯動泥化面。軟弱夾層每一部分的結(jié)構(gòu)、致密程度、天然含水量、孔隙度、塑性指數(shù)及力學強度等均有所不同 。

存在軟弱夾層的工程，工程地質(zhì)勘察的主要任務是查清軟弱夾層的層位、分布，夾層類型及延伸范圍。夾層的物理力學性質(zhì)，水理性質(zhì)。它與一般的巖石物理力學特性的研究不同的是，軟弱夾層除常規(guī)的項目外，還要根據(jù)夾層的性質(zhì)及工程的運用情況，研究其長期強度（流變特性）．在庫水作用下的滲透穩(wěn)定性。物理力學及化學性質(zhì)在長期滲流作用下的演變趨勢等。

大量的工程實踐表明，軟弱夾層的工程地質(zhì)研究是一項復雜而困難的工作，原因在于：對壩基和邊坡穩(wěn)定起控制作用的平緩軟弱夾層常常位于河床下或山坡巖體深處，沒有足夠的露頭提供研究；軟弱夾層的厚度很薄，性狀很差，且?guī)r性巖相變化很大，依靠常規(guī)小口徑鉆探很難提供準確和足夠的信息，而重型勘探（平洞、豎井、大口徑鉆孔）的數(shù)量有限，難以滿足做出準確結(jié)論的需要；軟弱夾層的物理力學性質(zhì)尤其是抗剪強度指標對建筑物設計至關(guān)重要。而這些指標的取得主要依賴大型現(xiàn)場原位試驗，而這是一項極其困難的工作。例如亭子口和小南海兩水利樞紐，為了取得壩基下軟弱夾層的力學性質(zhì)和抗?jié)B透變形的資料。不得不打豎井至河床下再打平洞進行原位試驗，條件極其困難艱苦，數(shù)量也只能是很有限的。因此軟弱夾層常常作為重大工程地質(zhì)問題列為專題，進行深入細致的勘察研究。

通過對長江 葛洲壩水利樞紐和黃河 小浪底水利樞紐的壩基和岸坡巖體內(nèi)軟弱夾層的微觀結(jié)構(gòu)及力學試驗研究發(fā)現(xiàn)，泥化帶內(nèi)錯動泥化面的抗剪指標最低，其原因是由于片狀粘土礦物近似平行于錯動泥巖面的定向排列所致。壩基巖體內(nèi)如有軟弱夾層，會影響壩基巖體的抗滑穩(wěn)定性。河谷谷坡或道路邊坡巖體內(nèi)存在軟弱夾層，往往會導致斜坡崩滑失穩(wěn)。軟弱夾層的厚度，層面的起伏差和粗糙度，對其力學性能影響較大。一般取流變起始強度作為軟弱夾層的抗剪強度值。這個值相當于屈服強度，約為其峰值強度的80%。 2100433B

含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力穩(wěn)定性問題是巖石力學與工程研究的難點與熱點之一。本項目以循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層復雜巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變?yōu)檠芯繉ο?，將試驗研究、理論分析與數(shù)值模擬有機結(jié)合，以循環(huán)動荷載作用下軟弱夾層土的累積損傷效應為基礎和紐帶，建立循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變機制研究體系。首先，通過動三軸試驗，探尋循環(huán)動荷載作用下軟弱夾層土的強度參數(shù)劣化和變形累積演化規(guī)律；其次，基于試驗研究成果，利用突變理論和Newmark滑塊位移法建立循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)的理論分析方法；最后，結(jié)合典型工程，基于已有研究成果，利用FLAC3D數(shù)值模擬方法系統(tǒng)研究多因素和多工況條件下循環(huán)爆破擾動誘發(fā)含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變過程。本項目研究可深層次揭示循環(huán)爆破擾動誘發(fā)含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)災變的復雜機理，研究成果對于含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災害防治具有重要的理論和實際意義。