富水风化花岗岩地层工程特性试验研究

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1、圈西[E黄GoL金D2011年第11期／第32卷富水风化花岗岩地层工程特性试验研究武力聪，彭正勇，张津伟，孔令，胡晓丽(1．北京科技大学土木与环境工程学院；2．中国中铁隧道股份有限公司；3．中矿资源勘探股份有限公司)摘要：以云南凯腾锡矿斜井施工工程为例，对富水风化花岗岩基本物理力学指标和水稳定性能进行了试验研究，并对试验结果数据进行了分析；总结了富水风化类岩体施工特性，为在该类岩层进行地下X-．程开挖和支护等提供了科学的依据。关键词：富水风化花岗岩；工程特性；井巷掘进中图分类号：TD315文献标志码：B文章编号：1001

2、—1277(2011)11—0034—04的，本研究具有现实意义。0引言在金属矿山井巷掘进施工过程中，由于围岩的不良岩性经常会给开挖和支护施工带来各种各样的难题，特别是在富水风化花岗岩中巷道的掘进施工尤为困难，由于其工程性质的多变性和工程地质因素的区域性，导致施工过程中安全隐患多，施工速度慢，甚至需重新绕道设计施工，造成工程造价高等问题，严重影响了矿山的生产进度及经济效益，因此该问题受到业界较大的关注⋯。云南凯腾矿业有限公司凯腾锡矿(简称云南凯腾锡矿)正处于矿井开拓施工阶段，根据设计将沿矿图1主斜井开挖前地层状况图体下盘

3、59线附近掘进(即由矿体西端向下掘进，均布置在矿体开采移动带以外)2条斜井分别作为主、副井，两者相距42m，倾角分别为20。和l6。。由于采区接近地表，风化较为强烈，地表至地下垂深约27m的区间为强风化带，斜井所穿过的围岩以砂砾状一碎块状一风化正长岩为主，在施工过程中的揭露情况观测发现，花岗岩风化破碎，岩体节理裂隙发育，且采区西约220m有一河流，正在施工的主斜井中目前发现有2个涌水点，涌水量约100t／d，风化花岗岩地层在无水或含水量很低时会表现出较好的稳定性，但是一旦有地下水渗出并浸润到岩面，围岩整体性即会遭到图2开

4、挖岩体变成流塑状态实物图破坏并迅速发生崩解，开挖出的岩体变成流塑状态(如图1、图2所示)。以上工程特性使得施工条件恶1试验研究内容劣，甚至难于进行，因此，对于在富水风化花岗岩地层1．1基本物理力学指标测定中进行地下工程施工，必须对该地层的工程特性进行通过在斜井开挖过程中布设3个断面，在每个断研究，地层超前加固措施的制定应综合考虑前方岩体面的拱顶、拱腰、拱底取8个岩样，提取岩样进行室内的含水情况J，同时需要对富水地段的加固机理和研究，测定其基本物理力学指标，主要包括：措施进行分析，才能制定合理有效的施工方案，达到1)物理指

5、标。主要包括天然含水率、界限含水控制地层变形、保证施工安全和降低施工成本的目收稿日期：2011一O8—12作者简介：武力聪(1975一)，男，山西应县人，博士研究生，研究方向：采矿工程与岩石力学；北京市海淀区学院路30号，北京科技大学土木与环境工程学院503室，1000832011年第11期／第32卷率、密度、颗粒分析等。其中，天然含水率试验采用烘平均值11．7，最大值13．2，最小值l0．7；图4表明试干法，界限含水率试验采用联合测定法，密度采用环样的液性指数均小于0，也就是说试样的含水量均低刀法进行测定，颗粒分析试验

6、采用筛分法。于塑限，试样全部处于坚硬状态，这对于岩体开挖是2)力学指标。主要包括压缩系数、内聚力、内摩比较有利的；同时不同试样的液性指数有较大差别，擦角等。其中，压缩系数采用固结试验进行测定，内结合液性指数的计算公式，这是由试样含水量的差异聚力和内摩擦角采用直剪仪试验测定。直接导致的。进一步分析可知，在富水地段，一旦开1．2水稳定性能试验研究挖后地下水渗出，土体的含水量增大，势必会从坚硬状1)不同含水率下的抗剪强度指标。由于云南凯态发展到可塑、软塑状态，因此需要通过室内试验改变腾锡矿斜井施工区段地下水埋深浅，开挖后地下水

7、会试样的含水量，研究含水量增大后试样的强度指标。向巷道挖空区涌出，造成掌子面周围围岩的含水量增大，直至达到饱和。为了研究这一变化过程对围岩工程特性的影响，需要在室内人为改变试样的含水率，对试样在不同含水率条件下的内摩擦角、内聚力等力学参数进行研究，以分析含水率变化对强风化花岗岩力学特性的影响。．趟锑2)崩解试验。风化花岗岩完全浸泡在水中时会篡8765432lO迅速发生崩解，造成掌子面围岩的失稳坍塌，对工程产生很大的危害，因此需要通过室内试验对风化花岗岩完全浸泡在水中时的崩解过程进行研究。崩解试图3塑性指数分布图验仪器原理

8、为：将试样和仪器(浮筒)一起放人于水中，使试样处于悬浮状态，记下此时的浮筒读数，随着颗粒的不断掉落，浮筒也随之向上移动，根据浮筒在不同时间的读数变化可以测定花岗岩的崩解速度，计算公式如下：．A=(一尺)／R0×100％(1)式中：A——试样在时间t时的崩解量(％)；R——试验开始时水面与浮筒相交线的刻度读数；尺——试