桂林地区岩关阶组黑色岩层工程地质特性研究
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摘要
黑色岩层因含有特殊矿物成分如黄铁矿、白铁矿等在富含地表水和氧的条件下易发生水解、氧化等一系列地球化学反应,最终造成黑色岩层自身矿物成分的蚀变及结构的破坏,不仅使自身强度降低,更为重要的是它风化后形成的产物酸性水,能进一步加剧黑色岩层的物理力学性质的减弱。故研究区的大量黑色岩层对线路安全可能带来很大的危害,有必要研究整治。
通过收集研究区的地形地貌、地层岩性、地质构造等资料并进行野外调查取样,对具有代表性的岩样进行岩矿鉴定、化学成分鉴定、矿物成分鉴定等,初步得出了调查地区黑色岩层的化学特征及风化蚀变特性。
通过室内浸泡试验,模拟黑色岩层的野外风化过程,得出黑色岩层内部矿物成份的变化规律。因为黑色岩层的风化破坏主要是水岩作用形成的酸性腐蚀、蚀变破坏。所以,掌握黑色岩层在风化过程中其内部所含各种主要矿物成份的变化趋势及酸性水的酸度,对研究黑色岩层的风化破坏进程及程度有一定意义。
最后,通过对黑色岩层的化学成分、矿物成分、风化蚀变组分及地球化学过程的分析研究,初步总结出研究区黑色岩层的工程地质特性,即风化后的崩解性及水对黑色岩层的侵蚀性和损伤性。收集了黑色岩层在调查区的分布范围,调查了其引发的地质灾害：边坡裂隙酸性水的侵蚀、风化剥落、浅层风化带滑坡以及道路边坡的垮塌,并根据需要提出相应防治措施。
Due to containing the special minerals such as pyrite, marcasite, etc. black stratum prone to occur hydrolysis, oxidation and a series of geochemical processes, in the environment rich with oxygen and surface water, to cause the alteration of it's mineral composition and structural damage. Finally the processes not only result in decreasing it's strength, but more importantly forming weathering product-acidic water which can further exacerbate the physical and mechanical properties of the black stratum weaken. Therefore, it is necessary to study and remediate the black stratum of research area in order to prevent the disaster which is caused by the black stratum.
By collecting the topography, lithology, geological structure data of study area and conducting field investigation and sampling action, it is obtained chemical characteristics and weathering alteration properties of the black stratum of investigation area, based on rock mineral identification, chemical composition identification and mineral composition identification, etc of the representative rock samples.
The changing rule of the inner mineral composition of the black stratum can be obtained through the immersion test in laboratory which can simulate the field weathering process. Because the black stratum's weathering damage is mainly caused by acid corrosion and alteration under water-rock interaction, so getting the change trend of the inner mineral of the black stratum and the acidity of the acid water has important meanings for studying the process of the weathering damage of the black stratum.
Finally, through the analysis of the chemical composition, the mineral composition, the weathering alteration components and the geochemical process of the black stratum, the engineering geological characteristics of the black stratum of the study area are preliminary summarized, which are disintegration after weathering destroy and water erosion and injury to the black stratum. Moreover, the distribution data of the black stratum is collecting in the study area, and that where distributes and the geological disasters triggered by it include: acidic water erosion of slope's crack, spallation with weathering, the landslide of the shallow weathering zone and collapse of road cutting slope. At last, the prevention measures for the engineering secure have been made up in order to prevent the disasters caused by the black stratum.
通过收集研究区的地形地貌、地层岩性、地质构造等资料并进行野外调查取样,对具有代表性的岩样进行岩矿鉴定、化学成分鉴定、矿物成分鉴定等,初步得出了调查地区黑色岩层的化学特征及风化蚀变特性。
通过室内浸泡试验,模拟黑色岩层的野外风化过程,得出黑色岩层内部矿物成份的变化规律。因为黑色岩层的风化破坏主要是水岩作用形成的酸性腐蚀、蚀变破坏。所以,掌握黑色岩层在风化过程中其内部所含各种主要矿物成份的变化趋势及酸性水的酸度,对研究黑色岩层的风化破坏进程及程度有一定意义。
最后,通过对黑色岩层的化学成分、矿物成分、风化蚀变组分及地球化学过程的分析研究,初步总结出研究区黑色岩层的工程地质特性,即风化后的崩解性及水对黑色岩层的侵蚀性和损伤性。收集了黑色岩层在调查区的分布范围,调查了其引发的地质灾害：边坡裂隙酸性水的侵蚀、风化剥落、浅层风化带滑坡以及道路边坡的垮塌,并根据需要提出相应防治措施。
Due to containing the special minerals such as pyrite, marcasite, etc. black stratum prone to occur hydrolysis, oxidation and a series of geochemical processes, in the environment rich with oxygen and surface water, to cause the alteration of it's mineral composition and structural damage. Finally the processes not only result in decreasing it's strength, but more importantly forming weathering product-acidic water which can further exacerbate the physical and mechanical properties of the black stratum weaken. Therefore, it is necessary to study and remediate the black stratum of research area in order to prevent the disaster which is caused by the black stratum.
By collecting the topography, lithology, geological structure data of study area and conducting field investigation and sampling action, it is obtained chemical characteristics and weathering alteration properties of the black stratum of investigation area, based on rock mineral identification, chemical composition identification and mineral composition identification, etc of the representative rock samples.
The changing rule of the inner mineral composition of the black stratum can be obtained through the immersion test in laboratory which can simulate the field weathering process. Because the black stratum's weathering damage is mainly caused by acid corrosion and alteration under water-rock interaction, so getting the change trend of the inner mineral of the black stratum and the acidity of the acid water has important meanings for studying the process of the weathering damage of the black stratum.
Finally, through the analysis of the chemical composition, the mineral composition, the weathering alteration components and the geochemical process of the black stratum, the engineering geological characteristics of the black stratum of the study area are preliminary summarized, which are disintegration after weathering destroy and water erosion and injury to the black stratum. Moreover, the distribution data of the black stratum is collecting in the study area, and that where distributes and the geological disasters triggered by it include: acidic water erosion of slope's crack, spallation with weathering, the landslide of the shallow weathering zone and collapse of road cutting slope. At last, the prevention measures for the engineering secure have been made up in order to prevent the disasters caused by the black stratum.
引文
[1].巫锡勇,朱宝龙,罗建,黑色岩层的风化过程及其热力学分析,北京,科学出版社,2008
[2].巫锡勇,王鹰,罗建,侵蚀性环境水的形成与地下水运动特征的研究,铁道学报,1998,20(4)：106-112
[3].巫锡勇,魏有仪,罗建,湘西地区陡山沱组黑色岩石风化与物理力学性质的变化特征,水文地质工程地质,2003,31(1)：9-12
[4].巫锡勇,贺玉龙,魏有仪等,黑色岩层风化特征研究,地质地球化学,2001,29(2)：17～23
[5].巫锡勇,罗建,魏有仪,岩石风化与岩石化学成分的变化研究。地质与勘探,2004,40(4)：85～88
[6].罗健,天然水中氧化硅矿物稳定性的水溶性硅的化学形态,《地质评论》,1991,37.518-528
[7].罗建,肖允发,巫锡勇等,酸性环境水水化硅酸盐风化的热力学分析,国家自然科学基金项目(48970156)研究报告,1992
[8].罗健 王岫霏,巫锡勇等,黑色岩层风化的热力学过程及对岩体工程性质的影响,国家自然科学基金项目(49272152)研究报告,1995
[9].饶纪龙,地球化学中的热力学方法,科学出版社,1979
[10].周恂岩、王方正,岩石物理化学,河南科学技术出版社,1984
[11].童潜明,热力学原理在成矿作用中的某些应用,湖南地质,1984,(2)：73-80
[12].西南交通大学,哈尔滨建筑工程学院,水力学,北京,人民教育出版社,1997
[13].洪庆玉,论岩石风化的能量控制及其成矿意义,地球化学,1973,(2)：190～195
[14].中铁三局集团有限公司,环境水对混凝土侵蚀判定标准及防护措施,铁路混凝土及砌石工程施工规范(TBJ10210-2001),北京,中国铁道出版社,2001：87～90
[15].金松寿,化学动力学,上海科技出版社,1959
[16].李如生,非平衡态热力学和耗散结构,清华大学出版社,1986
[17].李宽良,水文地球化学热力学,北京,原子能出版社,1993
[18].沈照理,水文地球化学基础,北京,地质出版社,1986
[19].李为杜等,混凝土无损检测技术,同济大学出版社,1989
[20].裘炽昌,混凝土实用知识及图表,中国建筑工业出版社,1983
[21].宋照亮,湖南下寒武统黑色页岩风化的环境地球化学初步研究,北京：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)硕士学位论文,2003
[22].胡忠鲠,陈建中,地质化学导论,北京,高等教育出版社,1992
[23].魏有仪,罗建,化学热力学分析中短缺组分概念的应用问题,硅酸盐通报,1995,14(5)：51～54
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[25].卢明良等,相对法无损检测混凝土强度,中国建筑东北设计院等,4～90
[26].湖南省地质矿产局,湘西北下寒武统含矿岩系的矿物岩石学特征,湖南地质,1986年第二期
[27].范德廉等,南方几省下寒武统黑色岩系及层状多元素富集层,沉积岩石学研究。中科院地质研究所,pp 23～45,科学研究所,1981
[28].朱立军,李景阳,碳酸盐风化成土作业及其环境效应,北京,地质出版社,2004
[29].徐则民,黄润秋,唐正光,硅酸盐矿物溶解动力学及其对滑坡研究的意义,岩石力学与工程学报,2005,24(9)：1479～1491
[30].丁梧秀,陈建平,冯夏庭等,洛阳龙门石窟围岩风化特征研究,岩土力学,2004,25(1)：145～148
[31].地质矿产部水文地质工程地质研究所,水文地球化学的理论与方法研究,北京,地质出版社,1985
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[33].钱惠国,广大线红层路堑边坡风化带的最优分割,西南交通大学学报,1996,31(5)：506～509
[34].马英军,刘丛强,花岗岩化学风化过程中的Sr同位素演化——矿物相对风化速率研究,中国科学(D辑),2001,31(8)：634～640
[35].尚彦军,吴宏伟,曲永新,花岗岩化学风化程度的化学指标及微观特征对比——以香港九龙地区为例,地质学报,2001,36(3)：279～294
[36].张丽萍,杨达源,朱大奎,长江三峡黄陵背斜段地质时期结晶岩风化剥蚀速率研究,中国科学(D辑),2003,33(1)：81～88
[37].简讯,岩石风化速度研究进展,水文地质工程地质,1989
[38].王彦华,谢先德,罗立峰,花岗岩中黑云母风化的矿物变化机制,地球化学,1999,28(3)：239～247
[39].黄思静,杨俊杰,张文正等,不同温度条件下乙酸对长石溶蚀过程的实验研究,沉积学报,1995,13(1)：7～17
[40].李福春,李莎,杨用钊等,原生硅酸盐矿物风化产物的研究进展——以云母和长石为例,岩石矿物学杂志,2006,25(5)：440～448
[41].罗孝俊,杨卫东,有机酸对长石溶解度影响的热力学研究,矿物学报,2001,21(2)：183～188
[42].王英华,张秀莲,迟元苓,化石岩石学,北京,中国矿业大学出版社,1990
[43].武汉地质学院,地球化学,北京,地质出版社,1979,4～42
[44].湖南省地质矿产局,湘西北下寒武统含矿岩系的矿物岩石学特征,湖南地质,1986,(2)：12～17
[45].彼列尔爱 A N.后生地球化学,龚子同译,北京,科学出版社,1975
[46].薛昌明(G.C.Sih),非平衡态／不可逆过程的热力学理论(Ⅰ)力学进展,1989,Vol.19.No.2 P.158-171
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[48].[波兰]S.威斯尼夫斯基,B.斯坦尼斯捷夫斯基等,不平衡过程热力学,高等教育出版社,1988
[49].[英]A.M.内维尔,混凝土的性能,中国建筑工业出版社,1983
[50].[西德]D.诺菲尔,建筑材料腐蚀,中国建筑工业出版社,1983
[51].B.B.金德,水工建筑物中水泥和混凝土的腐蚀,水力电力出版社,1959
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