软弱结构面的工程地质分类探索构架

软弱结构面的工程地质分类探索构架

蔡博文

湖北省地质局第七地质大队宜昌市443100

摘要：软弱结构面的存在可能会造成岩层结构体出现滑动，影响岩层整体稳定性。因此，必须充分了解软弱结构面的工程地质分类，以便为工程项目建设的勘察、设计提供相应指导。论文对软弱结构面的工程地质分类进行简单分析，仅供参考。

关键词：软弱结构面；岩层；工程地质；分类

引言

在工程建设过程中，需要对施工区域的工程地质状况进行勘察，并据此进行相应的工程设计。对软弱结构面进行研究的重要目标是在工程建设过程中评价其对稳定性的影响。

1软弱结构面概述

1.1主要类型

软弱结构面的性质较弱，并在岩层中具有一定厚度，一般是由原生沉积、火山碎屑、沉积变质、层间错动、断裂破碎、次生充填、地下水泥化等因素的影响下形成的岩层中的层状或带状软弱薄层，其厚度较于相邻岩层较薄，整体的力学强度、变形模量、饱和抗压强度都很低，部分软弱结构面遇水会发生崩解。原生型的软弱结构面以石英砂岩为主，同时在岩层中夹有黏土质岩层或泥岩薄层；次生型的软弱结构面是以风化、溶滤、层间剪切、断层错动等因素为前提条件形成的结构面。在软弱结构面与坚硬的岩层之间，由于岩层褶曲会出现顺层错动，软弱结构面不同部分受到的破坏程度是不同的，容易出现构造分带现象，可以分为节理带、泥化层两类，其中泥化层又可分为劈理揉褶带、泥化带、错动泥化面。软弱结构面各个部分的致密程度、结构类型、天然含水量、塑性指数、孔隙度、力学强度等多种参数都存在差异。

1.2组成成分

经过大量工程地质勘察研究可以发现，软弱结构面的主要成分是由豁粒、砂粒两种物质构成，这两者不会独立存在，多是通过泥质胶结的形成进行结合存在，其中豁粒的主要成分是高岭石，砂粒的主要成分是石英，这些物质一起共同形成了岩层中的软弱结构面。

1.3结构特征

1.3.1结构面存在垂直分带的情况

对于构造型的软弱结构面基本都存在垂直分带特性，一般主要包括泥化带、劈理带、节理带等多种类型。垂直分带主要依据包括岩层的破碎程度、泥化程度、碎屑间的契合程度等要素进行区分，其中的不同分带各具特点，如泥化带一般抗剪能力较低，而节理带的抗剪能力较高，在由泥化带逐步向两侧完整岩石过渡期间，其抗剪强度也在不断提升，即便是毫米级厚度的薄泥层都会对整个软弱结构面的抗剪强度产生显著影响。

1.3.2结构面岩石颗粒呈定向排列

岩层形成过程中，在特定方向上受外部或周围的挤压，在相应的剪切作用下，岩石颗粒在沿剪切方向上出现了定向排列的情况；或由原生、次生软弱结构面形成的泥质页岩、泥质白云岩等，其不仅继承了原有岩层结构的相应特征，同时，整体的抗剪强度也会出现差异。

1.3.3结构面中存在紊乱状或块状构造

软弱结构面中存在紊乱状或块状构造特征，在软弱结构面中一般存在块状岩体，其外形是不规则的形状，这些块状岩体有大有小，甚至存在大量的岩石碎屑，在岩层发生错动的时候部分块状岩体会发生滚动，这种滚动从某种意义上是对软弱结构面起到一定的搅拌作用。

1.4工程地质特性

1.4.1高空隙率

高空隙率是软弱结构面重要的工程地质特性之一。在岩体中存在一定的空隙，而这部分空隙的存在会对岩体整个的抗剪切能力产生影响，正常情况下岩体空隙越大，整个岩体的抗剪切能力越弱。软弱结构面具有高空隙率的特征，造成软弱结构面的抗剪切能力非常弱，大部分情况下要想在软弱结构面上开展工程建设，必须采取有效措施予以处理，以确保软弱结构面能稳定、牢固，才能顺利开展相关工作。

1.4.2强度较低

软弱结构面的另一个工程地质特性就是强度较低，即是说软弱结构面相较于周边围岩强度低，这主要与软弱结构面周围的成岩环境存在密切关系，由于软弱结构面周围的成岩环境各个方向都不同，因此，软弱结构面的强度在各个方向上还存在一定的向异性。

1.4.3高胀缩性

软弱结构面具有高胀缩性的工程地质特性，其高胀缩性主要是由于岩层自身具有热胀冷缩的性质，受到岩层周边水量分布和胶结物性质的影响，其热胀冷缩也各有差异。一般情况下软弱结构面的整体结构是较为稳定的，但由于岩层周边水量分布的不断变化，会出现软弱结构面的膨胀情况，在软弱结构面膨胀到一定程度而不足以维持内部结构的时候，软弱结构面就会变得异常脆弱，稍受影响就会出现崩解。

2软弱岩层工程地质分类情况

2.1基本分类原则

（1）根据软弱结构面的形成原因进行分类。（2）根据软弱结构面的力学标准进行分类。除了上述这两方面的因素，经过大量的工程地质勘察和对软弱结构面的研究探索，在实际开展分类工作前需要充分掌握软弱结构面的各类重要指标，并据此进行实际分类。

2.2基本分类方法

2.2.1根据软弱结构面的结构特征进行分类

软弱结构面中存在各种类型的岩石颗粒，一般分为岩块、岩屑、岩粉、泥。其中岩块是大块状，形态上多为片状、透镜状，粒径超过2mm，具有不明显的定向排列特性，只有局部含有泥膜，在软弱结构面中属于较为坚硬的一类物质，整体的抗剪能力较强；岩屑呈现出肉眼可见的形状，具有显著的定向排列特性，不存在连续的泥质夹膜，且岩屑缺少黏性，粒径在0.1-2mm之间；岩粉具有不明显的定向排列特性，整体构造较为破碎，无黏性或具有不显著的黏性，并经过大量研磨形成，没有或存在较少其他方面的改造，粒径多在0.1mm以下；泥具有一定的黏性，主要是由黏粒、粉粒共同构成。只要明确软弱结构面的结构特征，这些类型的软弱结构面就很容易进行分类。

2.2.2根据软弱结构面的抗剪强度进行分类

软弱结构面在剪切面上的定向程度增加，其内摩擦角也会同步增大，但整体的凝聚力会降低，颗粒定向程度高的软弱结构面结构虽然均匀，但整体的层理结构连接强度却非常低。而随着颗粒沿剪切应力方向重新定位之后，软弱结构面的抗剪强度会不断下降，对于结构疏松、孔隙率大的凝聚接触型软弱结构面，其抗剪强度很低。运用抗剪强度能够对软弱结构面进行有效分类。

2.2.3根据软弱结构面的岩层指标进行分类

采取相应措施获取软弱结构面的吸水率、容重、强度、空隙率等重要的岩层指标，然后通过相应标准对软弱结构面进行分类，这种方式也可以进行软弱结构面分类工作。岩块的吸水率在0.01%-0.10%，容重在1-1.9g/m3，强度在300-380kg/m2，空隙率在1%-5%；岩屑的吸水率在0.11%-0.20%，容重在2-3.0g/m3，强度在200-300kg/m2，空隙率在6%-10%；岩粉的吸水率在0.21%-0.30%，容重在3.1-4.0g/m3，强度在100-200kg/m2，空隙率在11%-15%；泥的吸水率在0.31%-0.40%，容重在4.1-5.0g/m3，强度在10-100kg/m2，空隙率在15%-20%等，根据相应的这些岩层指标可以进行软弱结构面的有效分类。

结语

软弱结构面的形成原因、具体物质组成、整体特征及性质都非常复杂，若根据单一要素进行软弱结构面的分类都无法充分反映出软弱结构面的复杂特性，造成相应的单一分类容易受到局限。相关工程地质勘察人员需要充分了解软弱结构面的结构特征、组成成分、形成要素等，才能合理地进行工程地质分类，并通过对软弱结构面的工程地质分类进行探索研究，为工程项目建设和社会经济发展提供便利，促进工程地质勘察工作更好地发展。

参考文献：

[1]李亮辉.顺层岩质边坡软弱结构面原位剪切试验及其稳定性分析研究[D].武汉：华中科技大学，2005.

[2]赵凯，曾亚武，曾超.基于颗粒流法含软弱结构面岩质边坡稳定性分析[J].科学技术与工程，2018，18（1）：97-102.