坛山村破火山地层及其工程特性

７８　铁道勘察　２０１４年第２期　文章编号：１６７２—７４７９（２０１４）０２—００７８～０３　

坛山村破火山地层及其工程特性　步同庆　（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津３００２５１）　

Ｔｈｅ　Ｓｔｒａｔｕｍ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ａ　Ｃａｌｄｅｒａ　ｉｎ　Ｔａｎｓｈａｎ　Ｖｉｌｌａｇｅ　

ＢＵ　Ｔｏｎｇ—ｑｉｎｇ　

摘要以坛山村破火山地层为例，分析其形成过程和堆积特点，认识这一种特殊地层带来的工程　问题，根据调查和勘探成果，推测其形成过程。该火山经过多次活动，其地层主要受断陷构造及火山岩　侵位的影响，多种岩性混合分布，工程性质复杂，强度差异大，对桥梁基础持力层的选择有很大影响。　关键词破火山地层　工程特性断陷构造　中图分类号：Ｐ６４２　文献标识码：Ａ　

１　概况　坛山村破火山位于山东省海阳市徐家店镇西南　收稿日期：２０１４一Ｏ１—１２　作者简介：步同庆（１９８１一），男，２００４年毕业于成都理工大学岩土工程　专业，工程师。　侧，现地貌为剥蚀残丘及冲洪积平原，地形起伏不大，　某铁路穿坛山村破火山遗址而过。　勘测区域所处大地构造单元为华北地台鲁东地盾　的胶北隆起和胶莱坳陷两个三级构造单元的结合部。　本区火山构造属环太平洋中新生代火山活动带（Ｉ　级）一辽鲁火山带（ＩＩ级）一莱阳～诸城火山喷发带　

为５４．０８～７１．３４　ｍｍ，与邻近区域统计值相近，预测　合理，表明本文提出的采用摩尔库伦一强度准则计算　临界水深，并通产汇流分析计算诱发泥石流的临界降　雨量的方法合理可行。　

４结束语　泥石流的暴发与降雨条件密切相关，降雨是泥石　流的关键诱发因素。目前，泥石流临界降雨量的预测　研究主要是基于统计资料，缺乏资料地区的泥石流临　界降雨量预测存在困难。基于泥石流的发生机理，从　泥石流起动时松散堆积体的受力分析出发，依据摩尔　库伦强度准则推导了松散堆积体起动的临界水深，然　后通过产汇流分析计算临界降雨量，以１　ｈ降雨强度　作为泥石流预警的临界降雨量，并将此方法应用于工　程实例。由于这些区域本就属于资料短缺地区，尚无　法采用实证法和频率计算法进行对比验证。但通过邻　近区域的泥石流灾害记录对比，证实了本文提出的计　

算诱发泥石流的临界降雨量的方法合理可行。　参考文献　［１］文科军，王礼先，谢宝元，等．暴雨泥石流实时预报的研究［Ｊ］．北　京林业大学学报，１９９８，２（６）：５９—６４．　［２］　陈家华．北京北山地区泥石流灾害特点及其防治现状研究［Ｊ］．中　国地质灾害与防治学报，１９９４（５）：３６—４４．　『３］　Ｒｅｘ　Ｌ．Ｂａｕｍ，Ｊｏｎａｔｈａｎ　Ｗ．Ｇｏｄｔ．Ｅａｒｌｙ　ｗａｒｎｉｎｇ　ｏｆ　ｒａｉｎｆａｌｌ—ｉｎｄｕｃｅｄ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ　ａｎｄ　ｄｅｂｒｉｓ　ｆｌｏｗｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＵＳＡ『Ｊ］．Ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ，　２０１０，７：２５９—２７２．　［４］潘华利，欧国强，黄江成，等．缺资料地区泥石流预警雨量阈值研　究［Ｊ］．岩土力学，２０１２，３３（７）：２１２２—２１２６．　［５］　白利平．北京山区泥石流灾害ｌ临界雨量预测［Ｊ］．地质灾害与环境　保护，２００６，１７（４）：１０１—１０４．　［６］Ｈｅ　Ｓｉｍｉｎｇ，Ｌｉ　Ｄｅｘｉｎ，ｗｕ　Ｙｏｎｇ，Ｌｕｏ　Ｙｕ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｒａｉｎｆａｌｌ　ａｎｄ　Ａｆｔｅｒｓｈｏｅｋ　Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｆｏｒ　Ｄｅｂｒｉｓ　Ｆｌｏｗ　ｏｆ　Ｐｏｓｔ。ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ『Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１（８）：７５０—７５６．　［７］Ｄｉａｎａ　Ｓａｌｃｉａｒｉｎｉ，Ｃｌａｕｄｉｏ　Ｔａｍａｇｎｉｎｉ，Ｐｉｅｔｒｏ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｎｉ，ｅｔ　ａ１．　Ｓｐａｔｉａｌｌｙ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｒａｉｎｆａｌｌ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ『Ｊ］．Ｎａｔｕｒａｌ　Ｈａｚａｒｄｓ，２０１２，６１：２２９—２４５．　坛山村破火山地层及其工程特性：步同庆　７９　（ＨＩ级）一莱阳火山盆地（Ⅳ级）。在早白垩纪晚期，沿　桃村断裂发生以爆发、喷溢为主，侵出为辅的大规模火　山活动。　２坛山村破火山的形成过程　２．１　破火山地层的形成过程　破火山是指原火山口受到破坏而崩塌沉陷形成的　锅形洼地。一般认为，岩浆物质大量喷发或侵入后，岩　浆房空虚，但火山口附近上覆物质增多，重量增大，因　小里程　ｌ２５　ｌ２０　ｌ】５　ｌｌ０　ｌ０５　ｌ００　矗９５　枢９０　８５　８０　７５　７０　６５　６０　支撑力不足导致岩层顺环状断裂坍塌沉陷。　调查及勘探揭示，坛山村破火山地层上部为喷　发一沉积形成的角砾凝灰岩，其产状具有向心性，中部　地层为熔岩胶结形成的英安质角砾熔岩及侵入的英安　岩脉，下部可见沉积形成的凝灰质砂岩，见图１。大里　程段含有断陷形成的压碎岩、断层角砾，可以推测坛山　村火山经过喷发一沉积一喷发一火山岩侵位一断陷等　多次活动，这些活动可能循环不规律的发生，导致各种　火山类型的岩性在不大的范围内出现，且软硬不均。　

大里程　图例：　圈断层角砾　匡　凝灰质砂岩　圈角砾凝灰岩　ｒ■＝］英安质角砾熔岩　冈压碎岩　［＝二］英安岩　ｒ　弱风化　圃强风化　ｒ＜　岩层分界线　Ｆ＝］岩层风化带分界线　『五　岩层产状　团断层　

地断ｌ　高程／ｍＩ型　ｇ　案：兮兽　篙ｇ鬲＝　寻器昌昌雩导高　ｇ器　普　尊昌　高　苎　高高　瓮　舄　２　８　ｇ＝　８　里程　桩号　

ｎ　Ｉｎ　０　一　．ｎ＿０　ｏ。　０　Ｉｎ　。。０　０　ｎ　

誉孽晷蠢藿　詈蓉蓉蓍　堇　堇誉星謇容墨墨　垦兰　堡墨墨　＋　＋＋口＋　＋＋＋＋＋＋＋　＋　＋＋＋４

＇－　＂４－＋　＇４－＋４－＋　＋　＋＋　图１　ＤＫ１４４＋９６０～ＤＫ１４５＋２００段地质纵断面　

２．２　原火山口的推测位置　受剥蚀运动影响，坛山村破火山口破坏严重，难见　原始地貌。ＤＫ１４５＋１００右２０　ｍ处地势低洼，地表由　第四系地层覆盖，基岩不出露。在其周围可见沉积形　成的含角砾凝灰岩。通过测量角砾凝灰岩的产状可以　确认，坛山村破火山周围沉积岩地层倾向有向心性，见　图２。通过地质剖面也可发现，ＤＫ１４５＋１００附近处两　侧地层倾向相对，见图ｌ。结合地形地貌情况推测　ＤＫ１４５＋１００右侧２０　ｍ附近为原火山口。　

３破火山地层工程特性　图２坛山村破火山平面　测区内基岩出露于地表，表为白垩系下统青山群　

八亩地组（ＫｑＢ）英安质角砾熔岩、角砾凝灰岩，下伏青　性混合分布，工程性质复杂。结合ＤＫ１４４＋９６０～　

山群八亩地组凝灰质砂岩及岩浆侵入形成的的英安ＤＫ１４５＋２００段的勘探资料，就破火山的地层岩性及其　岩、火山口断陷活动过程中形成的压碎岩等。多种岩　工程特性做如下评价。　８０　铁道勘察　２０１４年第２期　３．１破火山地层岩性　（１）英安质角砾熔岩：颜色以灰色为主，局部呈灰　黄色、灰紫色，角砾一凝灰结构，块状构造，强风化一弱　风化。英安质角砾熔岩是熔岩与火山碎屑岩的过度类　型，成岩方式以熔岩胶结为主，有石英脉填充。角砾呈　棱角一次棱角状，颜色较杂，以安山质成分为主，角砾　分布杂乱不均，粒径大小不一，最大可达８　ａｍ，无定向　排列。勘探揭露厚度１．８～３６　ｍ，岩芯呈块状及柱状，　裂隙不发育，工程性质较好，英安岩以岩脉形式侵入其　中，侵入接触带往往为软弱层。　（２）角砾凝灰岩：灰黄色、灰色，沉积凝灰结构，层　状一块状构造。强风化一弱风化，成岩方式以压结为　主，胶结为辅。角砾具棱角一次棱角一次圆状，颜色较　杂，以英安质成分为主。强风化层角砾粒径较大，一般　２—５　ｃｍ；弱风化层角砾层呈层状排列，粒径一般　０．５～２　ｃｍ，岩体裂隙不发育。勘探揭露岩层厚度　８．３～１９，８　ｍ，岩芯呈碎块状及短柱状。沿线位在推测　原火山口两侧的实测产状分别为４０。／＿３５。、２２０。／＿５５。　（见图２）；小里程段颜色为灰色，受火山口断陷活动影　响较轻，岩层倾角小，以弱风化为主，工程性质较好。　大里程段受火山口断陷活动影响严重，经过多次塌陷，　岩层倾角大，颜色以灰黄色为主，风化较为强烈，岩芯　破碎。　（３）凝灰质砂岩：灰色、灰紫色，凝灰质结构，层状　构造，弱风化，成岩方式以胶结为主。角砾含量很少，　粒径一般小于０．５　ｃｍ。勘探揭露层厚大于８．４　ｍ，位　于地层下部，受火山活动影响小，工程性质良好。　（４）英安岩：灰绿色，少斑状结构，块状及流动状　构造，弱风化，以岩株状、脉状侵入发育在青山群基岩　中。经过多次火山口坍塌及火山活动后，英安岩侵入　裂隙面及软弱层面。勘探揭露，岩脉厚０．５—４．８　ＩＴＩ，　主要分布于受火山口断陷影响较小的小里程段。英安　岩内偶见周围基岩的包裹体，侵入接触带有蚀变现象，　往往为软弱层。　（５）压碎岩：灰紫色、灰绿色、灰黑色、灰黄色，原　岩岩性较杂，包括英安岩、角砾凝灰岩、角砾熔岩等，具　有明显的压碎结构，后期胶结一般，局部可见蚀变现　象，由火山口多次断陷一上部岩层垮塌、与下部岩层挤　压形成。勘探揭示岩层厚１．０～６．７　ｍ，岩芯呈碎块状　及角砾状，分布于受火山口断陷影响较大的大里程段。　（６）断层角砾：断层破碎带填充物，颜色较杂，胶　结很差，未成岩。勘探揭示厚０．９～５．４　ｍ，岩芯呈角　砾状及砂土状，角砾粒径２～６　ｃｍ，角砾原岩成分较　杂，分布于受火山口断陷影响较大的大里程段。　３．２　断陷构造　岩浆物质大量喷发后，岩浆房空虚，支撑不住上覆　地层重力造成火山口塌陷，形成断陷构造。小里程段　岩浆及时补位，支撑住了上覆地层，受断陷构造影响较　小，上部角砾凝灰岩与英安质角砾熔岩呈沉积接触，未　发生滑移；从图１可以看出，实测上部角砾凝灰岩的倾　角大于底部凝灰质砂岩的倾角，反映了破火山顶部岩　层的向心塌陷程度要大于下部岩层。　大里程段岩浆未及时补位，导致上覆岩层塌陷明　显，形成断陷构造。受多次断陷构造影响，上部角砾凝　灰岩，岩体破碎，风化强烈，承载力低，与下部基岩呈断　陷构造接触，岩层倾角大。虽然自第四纪晚更新世以　来，区域内活动减少，地层趋于稳定，但在外加重力作用　下，上部角砾凝灰岩地层有失稳的可能。由断陷形成的　压碎岩、断层角砾原岩来源多样，成分较杂，软硬不均。　根据《地震安全性评价报告》，区域范围内的断裂　全新世以来未见活动。　３．３桥梁基础持力层的选择　２６号～２８号墩处地层受断陷构造影响小，弱风化　角砾凝灰岩完整性好，裂隙不发育，稳定性强，故２６　号～２８号墩可采用明挖基础，以弱风化英安质角砾熔　岩、角砾凝灰岩为持力层；英安岩以岩株、岩脉形式产　出于青山群基岩中，其中ＤＫ１４５＋０５０～０９０处呈岩株　产出，其余段落呈岩脉产出。２９号墩处呈岩株产出的　英安岩厚度较大，中心处的岩层均一，少见包裹体，工　程性质良好，可用作桩端持力层。３０号、３１号墩处呈　岩脉状产出的英安岩分布不规则，厚度薄且不均（厚　０．５～４．２　ｍ），与周围基岩强度不一致，侵人周围基岩　时形成软弱的接触带，不能作为桩端持力层，应以弱风　化英安质角砾熔岩作为桩端持力层；３２号、３３号墩处　地层受断陷构造严重，上部弱风化凝灰质角砾岩裂隙　较为发育，用作桩端持力层时应保证一定的入岩深度，　也可选用压碎岩作为桩端持力层。