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随着我国电力需求的不断增加，我国核电发展开始进入加速轨道，沿海坚硬基岩厂址已基本处于建设和正在建设阶段，后期沿海核电大多为非均质地基(包括非硬质岩)厂址，内陆核电的积极发展，大部分也为非均质地基(包括非硬质岩)，未来核电厂址地基问题将更加复杂[1]。随着优良核电站场址的减少，非坚硬岩地基、非火成岩地基和非均质地基将纳入未来核电站设计的厂址类型。本工程以某非均质核电场地为例，论述非均质核电地基的岩土工程分析评价及岩土设计参数的选取。
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某核电工程位于广西境内，核岛区地层为志留系下统连滩群第五组(S1lne)沉积岩，具有不同尺度的由粗到细的沉积韵律，最小的单个韵律厚度仅为3～40 cm，最大尺度可达900 m。岩性为薄层～中厚层状砂岩夹泥质粉砂岩、泥页岩，岩层厚度多数0.01～0.6 m，最大厚度1.2 m，三种岩性存在互层或夹层的现象。
沉积岩具有层理构造，受沉积韵律、地质构造、变质等地质运动作用的影响，地层岩性、层厚、产状等变化较大，沉积岩在水平及竖直方向均具有各向异性；是典型的沉积岩场地不均匀地基。
本工程具体地质结构特点如下：
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厂址场地地质构造以褶皱为主，在走向北东的褶皱上叠加了走向北西的褶皱，次级褶皱很发育。
核电场地北部(1#核岛)位于褶皱核部，岩层走向近NE60°，岩层倾角总体较平缓，多为10～30°，岩性以泥质粉砂岩和泥页岩为主；场地南部(2#核岛)位于褶皱翼部，岩层倾角较陡，多为40～70°，岩性以粉砂岩为主，夹泥质粉砂岩和泥页。
由于层厚和岩性的不同，褶皱发生过程中，抗塑性变形能力较强的中厚层砂岩为褶皱中的能干层，在褶皱的各部位层厚变化不大，局部厚层泥质粉砂岩及泥页岩中的薄层砂岩，在褶皱等地质构造过程中，由于泥质粉砂岩及泥页岩揉皱、扭曲等变形幅度较大，使薄层砂岩在周围软岩大幅度变形影响下，发生脆性变形，产生“弯断”现象。泥质粉砂岩、泥页岩受强烈挤压作用下，常发生塑性变形，发生塑性变形的物质逐渐由受挤压的翼部向扩张的核部流动，即弯流作用。因此钻孔岩芯中泥、页岩多见流纹状纹理，在褶皱翼部泥质粉砂岩、泥页岩夹层较薄或缺失，在核部厚度相对增大且发生强烈揉皱。
Figure 1. Variation of the thickness of the layers in the fold
Figure 2. The Crumpled phenomenon of the mud and shale in the borehole
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场地中志留系下统连滩群地层发生了不同程度的浅变质作用，从地表至深部，均有不同程度的度质作用，随深度加深，变质作用加强。根据岩矿鉴定成果，砂岩成分主要为石英(65%～90%)、水云母及绢云母(5%～25%)；泥质粉砂岩主要为石英(60%～70%)，水云母及绢云母(25%～30%)；泥页岩主要为石英(10%～30%)，水云母及绢云母(60%～90%)。三种岩类变质矿物主要为水云母及绢云母，且由砂岩-泥质粉砂岩-泥页岩水云母及绢云母含量逐渐增加，说明变质程度也逐渐增强，但变质作用并不彻底，因此泥质粉砂岩及泥页岩多为变余结构、构造，以隐晶质为主，原岩层理已发生变化，表现为板岩化或千枚岩化，见图3钻孔中所揭露的泥岩、页岩的板岩化。
Figure 3. The slate phenomenon of the mud and shale in the borehole
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晚古生代地层经褶皱作用，褶皱形成过程中伴随热液活动，热液充填于节理裂隙中，形成黄铁矿石英脉，同时受热液活动影响的岩脉周围岩石或微裂隙、孔隙发育的地层遭受蚀变作用，从而形成硅化，黄铁矿化(褐铁矿化)蚀变带。一般呈带状及团块状分布，经蚀变后的岩体其强度有所提高，其特点如下：
1)一般分布于黄铁矿石英脉或被褐铁矿化的石英脉周围。
2)多发育于节理裂隙或孔隙较发育的砂岩中。
3)经蚀变作用后，岩层强度有所提高，矿化蚀变程度深的地段岩层层理难辨。
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核岛区基岩以砂岩、泥质粉砂岩、泥页岩为主，不同的岩性，其矿物成分不同，抗风化能力也不尽相同。砂岩矿物成分以石英为主，含少量水云母及绢云母，其抗风化能力较强。泥页岩矿物成分主要为水云母及绢云母石英，含少量石英，其抗风化能力较弱。泥质粉砂岩中石英、水云母及绢云母矿物含量均处于砂岩、泥页岩之间，其抗风化能力也处于两者之间。
由于上述原因，核岛区差异风化作用明显，钻孔中强风化层和中等风化层交替出现的现象较为普遍，上部以强风化层为主，夹中等风化层；中部以中等风化层为主，夹强风化层；下部主要为中等风化层和微风化层，不均匀风化夹层的产状与地层产状基本一致。
Figure 4. Differential weathering of rock masses exposed in borehole
1.1 褶皱作用
1.2 变质作用
1.3 蚀变作用
1.4 差异风化作用
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本工程核岛区出露岩土层主要为砂岩、泥质粉砂岩、泥页岩等，岩层厚度多数0.01～0.6 m，最大厚度1.2 m，三种岩性存在互层或夹层的现象。勘测过程中将核岛区的地层划分为砂岩、泥质粉砂岩、泥页岩三大岩类：
1)砂岩类：以细砂岩和粉砂岩为主，包括砂岩中夹有薄层其它岩性的地层，这一类地层经褶皱变形后厚度变化不大，抗风化能力较强，在近地表处揭露的砂岩类地层多呈中等风化状态。
2)泥质粉砂岩类：以泥质粉砂岩为主，包括泥质粉砂岩与砂岩互层及泥质粉砂岩中夹有薄层其它岩性的地层，这一类地层经褶皱变形后厚度有一定程度的变化，抗风化能力处于砂岩类与泥页岩类之间。
3)泥页岩类：以页岩为主，包括泥岩及泥页岩与泥质粉砂岩互层的地层，这一类地层经褶皱变形后厚度变化较大，在褶皱的翼部这一类较薄或缺失，在褶皱的核部较厚，有揉皱现象，泥页岩类抗风化能力较弱。
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岩体的风化等级划分分定性及定量两种，本工程根据两种分级标准并结合具体岩土层条件进行风化等级的划分。风化程度划分中剪切波速的划分，充分考虑了原位测试得出的不同状态地基岩土工程参数。综上，将场地岩体风化程度划分为四个风化等级：即全风化(Ⅴ)、强风化(Ⅳ)、中等风化(Ⅲ)、微风化(Ⅱ)四个风化等级，具体见表1。
风化程度 野外特征 剪切波速/(m·s-1) 等级 全风化层 灰黄色、土黄色，岩体结构已经基本破坏，层理特征已模糊，但仍有结构强度，泥页岩风化呈粘土状，砂岩及泥质粉砂岩除石英外，其它矿物已完全风化，呈粉质粘土状，岩体可干钻，岩芯用手可捏碎。 <400 Ⅴ 强风化层 风化裂隙发育，沿裂隙面多有泥质充填。泥页岩以浅灰～灰色为主，岩芯呈硬土状，岩芯中心部分可见层理及页理，层理及页理面颜色变浅，云母矿物以白云母或水云母为主；砂岩及泥质粉砂岩以黄褐色为主，岩体结构大部分破坏，矿物成分显著变化，岩质疏松易碎，多呈半岩半土状，小块岩芯用手易折断。 400～1 000 Ⅳ 中等风化层 泥页岩呈灰～深灰色，少数为黑色，经浅变质，变余层理构造，隐晶结构，岩芯多呈碎块状，少数呈饼状，局部见板状劈理，劈理面呈丝绢光泽，局部岩芯手折可断；泥质粉砂岩、砂岩呈青灰色，块状构造，岩体结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，岩芯呈块状或柱状，表面粗糙，风化裂隙发育，小块岩芯用手难折断。 1 000～1 800 Ⅲ 微风化层 岩石经浅变质，块状构造，变余层理构造，层理面已熔结，隐晶结构或变余砂状结构，泥页岩呈深灰～黑色，砂岩及泥质粉砂岩呈灰白～浅灰色，原泥岩和砂岩呈薄层状互层的地层，经变质后在岩石中形成黑白相间的纹理，岩芯柱状，表面光滑，锤击声脆。 >1 900 Ⅱ Table 1.
Classification of weathering grade of each rock type -
核岛场地地质构造情况见图5。1RX地段位于褶皱翼部，岩层倾角较陡，岩性以粉砂岩夹泥质粉砂岩为主；2RX地段位于褶皱核部，岩层倾角较缓，岩性以泥质粉砂岩和泥页岩为主。因此，在平面上将其分为两个区。
Figure 5. Geological conditions of the island site
根据场地工程地质测绘及钻探资料、原位测试数据，充分考虑场地岩层岩性、产状、风化状态，将1、2号核岛场地进行工程地质分区(或分段)，见表2。以通过核岛中心的典型纵剖面为例进行工程地质分区(或分段)，见表2和图6。
Figure 6. Engineering geological division of the 1-1section across the nuclear reactor site
风化等级 项 目 1号核岛背斜翼部(Y) 2号核岛背斜核部(H) 强风化(Ⅳ) Ⅳ Ⅳ 中等风化(Ⅲ) ⅢY 
微风化(Ⅱ) ⅡY ⅡH Table 2.
Engineering geological division of island ground
2.1 岩类划分
2.2 风化程度划分
2.3 地基岩土单元划分
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本文采用一定的勘测手段，将沉积韵律不均、岩性多样、地质及构造复杂的水平及竖直方向均处于各向异性的不均匀沉积岩场地，通过岩类划分，风化程度划分，进行地基岩土单元的划分，各岩土层参数以地基岩土单元为单位提供，从而指导物理模型和力学模型的建立，将复杂的问题简单化，因此，其适用性较强。
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本工程核岛基坑开挖后，进行了工程地质编录工作，通过对1、2号核岛场地岩性、岩层产状、岩体风化程度、蚀变、褶皱、节理裂隙分析验证，得出核岛区的地质条件与上述核岛区岩土工程分析与评价结论是一致的，地基设计参数是合理的。说明本工程采用的岩土工程分析是可靠的。
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以剪切波速为例进行保守性分析，剪切波在岩体或岩层中传播速度除受岩石的强度影响外，岩石的密度和岩体或岩层中节理裂隙的发育程度对剪切波速也有影响，本核电厂址核岛区中等风化岩石的密度较高，节理裂隙不发育。核岛区地基按深度进行分段统计，且采取了略低的参数值作为设计输入有相对的保守性。
跨孔波速测试剖面位于强风化夹层较发育地段，2号核岛双跨孔剖面是核岛区中等风化层面最低，强风化夹层最发育的地段，以该地段的现场测试成果作为设计输入也有一定的保守性。
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以工程地质分区为单位进行参数统计，主要参数见表3。
地段 岩土层 静参数 动参数 重力密度γ/ (kN·m3) 饱和单轴抗压强度fr/MPa 粘聚力C/MPa 内摩擦角Φ(°) 弹性模量/MPa 泊松比ν 剪切波速Vs/ (m·s-1) 压缩波速Vp/ (m·s-1) 动态剪变模量/MPa 动态弹性模量/MPa 动态泊松比ν 核岛场地 强风化夹层 20 — 0.04 22.8 610 — *660 *1 210 *1 100 *2 800 *0.37 1 140 2 200 3 300 8 700 0.37 1号核岛 ⅢY 25 14 10.8 30.3 2 730 0.27 1 800 3 200 8 000 20 400 0.33 ⅡY 27 55 18.3 42.6 7 340 0.26 2 200 3 900 13 400 34 200 0.30 2号核岛 
23 10 6.2 22.6 1 100 0.28 1 600 2 800 6 600 16 500 0.35 
25 14 10.8 30.3 2 730 0.27 1 800 3 200 8 000 20 400 0.33 ⅡH 27 55 18.3 42.6 7 340 0.26 2 200 3 900 13 400 34 200 0.30 Table 3.
The physical and mechanical parameters of the island site engineering geological division
3.1 适用性分析
3.2 可靠性分析
3.3 保守性分析
3.4 主要参数选用
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本文以某沉积岩核电厂址为例，通过岩类划分、风化程度划分，将每个核岛地基进行工程地质单元划分，再以每个工程地质单元为单位，提出相对应的岩土设计参数，并通过施工检验，得出上述核电厂非均质地基岩土工程分析评价方法切实可行，提出的地基设计参数合理，从而使复杂问题简单化，具有一定的可操作性。
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