黄水亮，等：喇嘛溪沟昔格达地层水岩相互作用的研究 ・ｌ５ｌ・ 喇嘛溪沟昔格达地层水岩相互作用的研究 黄水亮，巫锡勇，邓 睿 （西南交通大学土木工程学院，成都６１００３１） 摘要：研究表明喇嘛溪沟经历过较强烈的水岩作用，现阶段这一作用较弱，在不大规模地打破 原有自然环境平衡的前提下，不会对建设中的雅安一石棉一泸沽高速公路造成很大影响。 关键词：昔格达地层；浸泡试验；数值分析；水岩相互作用 中图分类号：ＴＵ４ｌ１．９ｌ Ｏ 引言 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０１—０１５１—０２ 线图。 昔格达地层是分布于我国西南地区的一套半成 岩 ｊ。研究区位于汉源县九襄镇，属第三系上新统湖 相沉积的半固结极软岩，其表层岩性主要为淡黄色一 灰黄色的粉细砂岩与强风化岩屑，其粘聚力较低，内 摩擦角较高，含水量低时易崩解，易溶盐含量低，半 胶结，抗压强度和抗拉强度低，软化性强。工程地质 性质极差，将直接对雅泸高速公路的修建造成影响。 （１）由图１可知，ｐＨ值从７左右缓慢上升，在 ８．５左右趋于平缓，说明喇嘛溪沟昔格达岩土属于偏 碱性土。 （２）由图２可知，ＨＣＯ３－离子浓度在开始阶段 有一个急剧上升期，如图２（ａ），略有平稳后，随即 转为震荡的上升阶段直至试验结束。昔格达岩土在风 化过程中，会产生重碳酸盐。整个试验在封闭的状态 下进行，没有ＣＯ，的参与，ＨＣＯ；主要来自长石、伊 利石、高岭石等风化的产物。Ｍｇ“离子浓度在开始阶 段急剧上升，而后开始缓慢下降如图２（ｂ）。开始阶 段岩土中Ｍｇ“溶于水中，与水解离出的ＯＨ一结合， 生成Ｍｇ（ＯＨ）：，Ｍｇ２ 开始降低，最后达到平衡。 Ｃａ“离子浓度首先呈二级阶梯式变化，而后逐渐趋于 因此，对喇嘛溪沟昔格达地层岩土体工程地质性质进 行深入研究是必要的。 １试验 １．１颗粒分析 颗粒分析主要采用比重计法和扩散剂法，并按斯 托克斯公式计算其沉降速度。试验表明喇嘛溪沟昔格 达地层主要以砂粒和粉粒为主，砂粒为１６．９％，粉 粒为５４．２％。加之喇嘛溪沟昔格达地层含有一定的 粘土矿物，遇水后会发生水化、膨胀和分散，脱水后 收缩，反复作用极易崩解，土体很容易分散流失，这 说明喇嘛溪沟昔格达地层抗冲性较弱。 １．２岩土体浸泡试验 取喇嘛溪沟一种典型的土样做浸泡试验。图１及 平缓，如图２（ｅ）。第一个阶梯主要是岩土中含有的 Ｃａ“第二个阶梯是由于Ｎａ 和矿物的Ｃａ“发生离子 ，交换，使ｃａ“的浓度进一步升高，当离子交换达到平 衡时，Ｃａ“浓度趋于平缓。ｓｏ４一浓度首先急剧上升， 经震荡后，趋于平稳，如图２（ｄ）。根据矿物分析结 图２为浸泡试验中溶液ｐＨ值及几种主要离子 （ＨＣＯ；，Ｍｇ“，ｃａ“，ＳＯｉ一）浓度随时间变化的曲 时间／ｄ （ｂ）镁离子浓度随时间变化 ｆ 二 三 嶷 二 ｌ ｇ 譬 时Ｉ司／ｄ 链 燃 强 舞 豫 圈１ ｐＨ随时间变化图 时问／ｄ 灏 擦 时间，ｄ 收稿日期：２００８一Ｉ２—０４ （ｃ）钙离子浓度随时间变化 （ｄ）硫酸根离子浓度随时间变化 作者简介：黄水亮（１９８４一），男，江西赣州人。硕士研究生，主 要从事地质工程研究。Ｅ—ｍａｉ｜：ｈｕａｎｇ０６４９＠１６３．ｃｏｒｎ。 图２几种主要离子浓度随时问变化关系图 ・１５２・ 路基工程 Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１０年第１期（总第１４８期） 果，没有含硫的矿物，推测ｓ 一主要来自雨水中。 从图２可推测，喇嘛溪沟岩土体在浸泡试验过程 中发生了复杂的化学反应，表明其水岩相互作用是个 复杂的过程，具体将在后文进行分析。 １．３易溶盐试验 由表１可知，喇嘛溪沟岩土易溶盐含量不高。经 实地调查研究表明，喇嘛溪沟经历过较强烈的水力侵 蚀，其岩土体易溶盐大量被溶蚀掉了。喇嘛溪沟不同 土样的含易溶盐种类基本相同，但具体含盐百分比不 同。说明了喇嘛溪沟不同岩土体抵抗水力侵蚀的能力 易溶盐试验结果如表１。 不同。这为重力侵蚀的发生发展创造了很好的条件。 表１易溶盐分析成果表 Ｎａ’，ｃａ“，Ｋ 的浓度和高的Ｈ 浓度有利于长石形 ２水岩相互作用分析 成粘土矿物。当粘土矿物形成时，Ｎａ ，ｃａ“，Ｋ 的 对喇嘛溪沟土样进行了ｘ一射线衍射综合分析和 浓度增加而Ｈ 浓度就降低。由表１可知Ｎａ ，ｃａ ， 扫描电镜分析，结果表明：土样中主要为石英、长石 Ｋ 的浓度相对较高，Ｈ 浓度较低，推知主要的粘土 及少量蒙脱石、伊利石、高岭石等。在喇嘛溪沟表生 矿物已基本形成。 环境中，地下水与岩土体之间存在水岩相互作用，这 由图２知喇嘛溪沟昔格达地层沟水是中性一偏碱 些矿物在水介质中，发生溶解、碳化、水解、离子交 性的，通常情况下，大气降水时，空气中的ＣＯ 溶入 换等反应。 雨水，使得雨水呈弱酸性。 Ｋ（Ａ１Ｓｉ３Ｏ８）＋４．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ 一 ＣＯ２＋Ｈ２０＿÷Ｈ２ＣＯ３ （５） 钾斜长石 ０．５［Ａ１２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ］＋Ｋ ＋２Ｈ４ＳｉＯ４ （１） 雨水入渗地下，继续溶人ＣＯ，，同时亦溶入有机 鬲岭右 酸，使水中ＣＯ 增多，ｐＨ值减小。溶入水中的ＣＯ：， Ｎａ（Ａ１Ｓｉ３ＯＲ）＋４．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ 钠长石 水解形成ＨＣＯ［，Ｈ ，形成弱酸性水介质。 ０．５［Ａ１２Ｏ３・２ＳｉＯ２‘２Ｈ２Ｏ］＋Ｎａ ＋２Ｈ４ＳｉＯ４ （２） Ｈ２ＣＯ３一ＨＣ０ ＋Ｈ （６） 两畸 ＣａＡ１，Ｓｉ ＯＲ）＋５Ｈ２Ｏ＋３Ｈ —｝ 弱酸性水与铝硅酸盐水解形成的碱性溶液中，加 钙长石 速了矿物的水解速度。如钾长石水解 ［Ａ１２Ｏ３・２ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ］＋Ｃａ“＋Ｈ４ＳｉＯ４ （３） ４ＫＡ１Ｓｉ３Ｏ８＋２Ｈ２ＣＯ３＋２Ｈ２Ｏ＿＋ 两岭白 ＫＡ１２（Ａ１Ｓｉ３Ｏｌ０）（ＯＨ）２＋１．５Ｈ２Ｏ＋Ｈ 一 Ａｌ４（Ｓｉ Ｏ１０）（ＯＨ）８＋８ＳｉＯ２＋２Ｋ２ＣＯ３ （７） 自五母 而喇嘛溪沟昔格达地层地下水的ｐＨ值是中性一 １．５［Ａ１２Ｏ３・２ＳｉＯ：・２Ｈ：Ｏ］＋Ｋ （４） 偏弱碱性的，表明大气降水人渗后形成的裂隙水、孔 根据以上化学反应式，得出粘土矿物与长石类矿 隙水与岩石中相对不稳定的化学成分发生了作用，比 物的稳定关系（图３），它表述了各矿物之间的相互 如式（７）反应发生了 ，不过发生得非常缓慢，但 关系。随着溶解二氧化硅活度的不断增加，高岭石比 这种化学作用会不断进行，因为随着水流的运移，化 三水铝矿稳定，同时蒙脱石比高岭石稳定。而在二氧 学作用要不断地达到新的平衡，使裂隙、孔隙逐渐加 化硅活度很高时，非晶质ＳｉＯ 就沉淀下来。低的 大，岩石的风化程度逐渐变强。这种过程虽然缓慢， 但对岩体的结构破坏作用累计的危害性较大，从而降 低了岩石的力学强度。 根据叶浩等的研究 ，岩土体的内聚力随着岩石 矿物中化学成分Ｆｅ Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ Ｏ，ＦｅＯ含 量增加而增大，随着Ｋ：Ｏ，ＣａＯ，ＳｉＯ：含量的增加而 减小。从岩石矿物的化学成分来说，虽然测试结果只 是表示岩石中某种化学成分的总含量，但在一定程度 上反映了岩石的内聚力与各化学成分的关系。喇嘛溪 沟昔格达土的Ｆｅ Ｏ，，ＭｇＯ，ＭｎＯ，Ｎａ：Ｏ占总量的 ８．０２％～１０．３０％；Ｋ，Ｏ，ＣａＯ，ＳｉＯ，占总量６２．４３％ ～６８．３４％。可知喇嘛溪沟昔格达土的内聚力相对 较低。 ５ ４ ３ ５ ４ ３ ５ ４ ３ ３结论 ｌｇ（Ｈ￣ｉｏ４） ｌｇ（Ｈ￣ＳｉＯ４） ｌｇ（Ｈ￣ｉＯ ） 喇嘛溪沟昔格达地层岩土体风化程度与第四纪冰 川粘土相当，即总体抗性较弱。昔格达地层经过不同 图３粘土矿物与长石矿物的稳定关系图［３１ 程度的成岩作用，在尚未成为岩石前又开始风化。地 张海洋：激光测距仪测试道岔区轮对横移的应用研究 ・１５３・ 激光测距仪测试道岔区 轮对横移的应用研究 张海洋 （西南交通大学土木工程学院，成都６１００３１） 摘要：对德国ＯＰ，ｒ０ＮＣＤＴｌ７０ｏ系歹一ｊ的传感器设计高速道岔区轮对横移测试中测试系统的组成、 原理及其在高速道岔测试中的应用进行研究。并以京津城际高速铁路３９号高速道岔区轮对横移测试 的实例进行分析。 关键词：激光测距仪；高速道岔；轮对横移测试 中图分类号：Ｕ２１３．６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０１—０１５３—０３ １ 测试系统设计 高速铁路道岔，是机车车辆从一股道转入或越过 另一股道的线路设备，是影响列车速度和安全的关键 设备之一。我国高速道岔的研发已成为制约客运高速 化的瓶颈。所谓研发，就是对高速道岔几何状态的优 化，包括轨距、水平、高低和方向，重点是转辙器部 分的轨距、水平和方向。道岔区间内的冲击振动远大 于一般正线，这些激烈冲击振动不仅是引起列车部件 疲劳伤损的主要因素，还造成尖轨和心轨严重磨损、 岔枕裂缝、垫板开裂等多种道岔病害。只有对列车通 过道岔区的运行状态了解清楚，才能对道岔进行设计 及优化。本文对采用非接触式激光测距仪设计的高速 道岔区轮对横移测试系统的应用进行研究并验证。 收稿日期：２００８—１２—１０ 作者简介：张海洋（１９７７一），男，硕士研究生。Ｅ—ｍａｉｌ ５１ １５０５５６７＠ｑｑ．ｅｏｍ。 由于列车的高速通过及其运动特性决定了测试系 统只能选择非接触式测距系统。为此，选用德国ＯＰ— ＴＯＮＣＤＴＩ７００系列的传感器，有效量程为１７０～２７０ ｍｍ；绝对误差小于４－０．０８％；分辨率为０．００５％； 测量频率为１００～１０ ０００ Ｈｚ。其基本测试原理为激光 三角反射，由传感器发射出一束激光，通过聚焦透镜 在被测量物体表面汇聚成一个光点，光束在被测物体 表面发生漫反射，通过成像光镜被投影到一个极为敏 感的线性感光片上。反射激光点的位置变化将被感光 片识别，原始数据通过ＤＳＰ数字信号处理器计算后， 将相对应的被测物体位置以模拟方式输出（图１）。 在此基础上设计高速道岔区轮对横移测试系统，根据 道岔的平面结构特性确定安设传感器数量，由传感器 传出的模拟信号通过控制器与采集器相连，再接入计 算机，通过相应软件转换为数字信号，并记录存储， 其测试流程如图２。 －’ ‘・ ”‘ＩＩＩ－‘ ｌ＿－－¨１…－‘’ｌ¨Ｉ ＩＩ…’Ｉｌ ＬＩ＇ｔ”ｌｌ｜’ 层主要为硅酸盐矿物，其水岩相互作用主要是水和 ＣＯ 作用下的碳化和水解作用，现阶段这一作用较 弱，不会对建设中的雅泸高速公路造成很大的影响。 参考文献： ［１］蒋复初，吴锡浩，肖华国，赵志中．四川泸定昔格达组时代及其新构 造意义［Ｊ］．地质学报，１９９９．７３（１）：ｌ一６． ［２］戚国庆，黄润秋，彭汉兴．水岩相互作用下结晶岩的矿物演化［Ｒ］．成 都理工大学地质灾害防治国家专业实验室，２００４． ［３］陈骏，王鹤年．地球化学（Ｍ］．北京：科学出版社，２００４－：９５—５７， ２７５—２７７ ［４］叶浩，石建省，王贵玲，等砒砂岩化学成分特征对重力侵蚀的影响 ［Ｊ］．水文地质工程地质，２００６（６）：５—８ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗａｔｅｒ—Ｒｏｃｋ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｘｉｇｅｄａ Ｓｔｒａｔａ ｉｎ Ｌａｍａｘｉｇｏｕ ＨＵＡＮＧ Ｓｈｕｉ—ｌｉａｎｇ，ＷＵ Ｘｉ—ｙｏｎｇ，ＤＥＮＧ Ｒｕｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ Ｌａｍａｘｉｇｏｕ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｗａｔｅｒ—ｒｏｃｋ ｅｆｆｅｃｔ，ｂｕｔ ｔｈｉｓ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｗｅａｋｅｒ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎｄ ｗｏｕｌｄ ｎｏｔ ｅｘｅｆｌ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ Ｙａａｎ—Ｓｈｉｍｉａｎ－Ｌｕｇｌｌ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｎｏｔ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｎａｔｕｒａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｂａｌａｎｃｅ ｔｏ ａ ｌａｒｇｅ ｅｘｔｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｘｉｇｅｄａ ｓｔｒａｔａ；ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｔｅｓｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｗａｔｅｒ—ｒｏｃｋ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ
