鄒浩，韓愛果

（成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059）

金沙江中游某壩基軟巖的崩解特性試驗研究

鄒浩，韓愛果

（成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室，成都 610059）

針對軟巖遇水易崩解、軟化等特點，以金沙江中游某壩基軟巖為例，選取右岸壩基具有代表性的8塊泥質(zhì)粉砂巖巖樣，將每塊巖樣切割成3部分，分別進行干燥單軸抗壓強度試驗、室內(nèi)干濕循環(huán)崩解和室外自然條件崩解試驗。通過拍照和跟蹤觀察，記錄巖樣的初崩時間，并進行試驗全過程崩解現(xiàn)象的描述，據(jù)此，定性地將崩解性由強到弱劃分為完全崩解、中等程度崩解、不崩解3個等級。試驗結(jié)束時，可直觀地觀察到室內(nèi)和室外2種條件下巖樣的最終崩解對比情況。之后，對室內(nèi)浸水崩解試驗結(jié)束后的巖樣進行黏粒含量的測定。試驗結(jié)果表明:干濕循環(huán)條件下巖樣的崩解要比自然條件下徹底;所取巖樣的初崩時間順序、最終崩解情況與干燥單軸抗壓強度、黏粒含量存在較好的相關(guān)性。由于軟巖的不良物理現(xiàn)象，特別是其崩解性，將不同程度地增加工程施工的難度，對軟巖崩解特性的研究，具有實際的工程意義。

軟巖;崩解;抗壓強度;黏粒含量

1 研究背景

軟巖對水特別“敏感”，遇水后極易吸水，具有較強的崩解性、軟化性和較差的透水性。遇水作用后會發(fā)生體積膨脹、強度減弱、剛度下降（即變軟）以及崩解和泥化等。當水灌入巖石的孔隙、裂隙時，細小巖粒的吸附水膜便會增厚，引起巖石體積的膨脹。因不均勻的體積膨脹，在巖石內(nèi)部就產(chǎn)生不均勻應力，部分膠結(jié)物會被稀釋、軟化或溶解，從而導致巖石顆粒的碎裂解體［1］。軟巖的崩解性是指軟弱巖體經(jīng)過干燥和濕潤循環(huán)之后，抵抗軟化及崩解的能力，其崩解受控于多種因素的影響，本文旨在通過試驗來確定以下3個因素對軟巖崩解存在的影響:①軟巖的干燥單軸抗壓強度;②軟巖的崩解環(huán)境介質(zhì)的變化;③軟巖的黏粒含量。趙明華等［2-3］研究發(fā)現(xiàn):紅砂巖的崩解特性與巖石天然單軸抗壓強度存在較好的相關(guān)性，強度低于15 MPa，呈現(xiàn)渣狀，泥狀或粒狀崩解;強度略小于或者略大于15 MPa，呈現(xiàn)塊狀崩解;強度大于15 MPa，不崩解。劉多文等［3-7］研究了巖石在不同的環(huán)境介質(zhì)下的崩解情況，巖石在處于浸水-失水-浸水的干濕循環(huán)條件下，崩解更迅速。吳道祥等［8-13］研究表明:黏土礦物，特別是黏粒含量在巖石的崩解過程當中起了比較重要的作用。因為黏土礦物中主要為以伊利石為主，由于伊利石、高嶺石等黏土礦物顆粒較小，因此親水性很強［14］。鑒于已有的研究發(fā)現(xiàn)，本文重在通過試驗，確定以上3方面因素對軟巖的崩解實際存在的影響，并提出相關(guān)的結(jié)論。也正是由于軟巖的不良物理現(xiàn)象，特別是其崩解性，將不同程度地增加工程施工的難度，因此，軟巖崩解特性的研究，具有實際的工程意義。

2 壩基軟巖的崩解試驗

2.1 試樣的強度

試驗所取巖樣，主要出露地層為侏羅系中統(tǒng)蛇店組，顏色為紫紅色、棕紅色，巖性為泥質(zhì)粉砂巖。選取8塊具有代表性的巖樣，將每塊巖樣切割成3部分，組成3組巖樣，第1組編號為:1#-1至8#-1;第2組編號為:1#-2至8#-2;第3組編號為: 1#-3至8#-3。分別進行干燥單軸抗壓強度試驗、室內(nèi)干濕循環(huán)崩解試驗和室外自然條件崩解試驗。通過干燥單軸抗壓強度試驗得到抗壓強度Rc值如表1所示，由表1數(shù)據(jù)可知，所取的巖樣為軟巖、較軟巖類。

2.2 室內(nèi)干濕循環(huán)崩解試驗

2.2.1 試驗方案

選取完整的軟巖巖樣浸沒在水中，間隔一定時間倒出水，將試樣風干，然后繼續(xù)將試樣浸沒水中，接著再將試樣風干，如此循環(huán)，仔細觀察并記錄其崩解現(xiàn)象和過程。室內(nèi)浸水條件下軟巖崩解試驗主要步驟簡述如下:

表1 Rc與定性劃分的巖石堅硬程度［15］的對應關(guān)系Table 1Values of Rcand corresponding rock hardness levels［15］

（1）將選取的天然狀態(tài)下的軟巖巖樣放入8個敞口容器中，注水直至浸沒巖樣。

（2）觀察崩解過程及現(xiàn)象，記錄試樣初崩時間。

（3）浸水48 h，風干24 h，記為一次干濕循環(huán)，詳細記錄每一次循環(huán)以后巖樣的變化情況，如此往復，試驗持續(xù)時間為30 d。

（4）風干的方式為自然狀態(tài)下讓其風干;風干的時間為室內(nèi)12 h，室外12 h;風干的環(huán)境為室內(nèi)處于室溫環(huán)境，氣溫介于10～14℃之間，室外處于太陽的照射，氣溫介于10～24℃之間。

2.2.2 崩解現(xiàn)象

崩解現(xiàn)象的文字描述見表2。

2.2.3 崩解現(xiàn)象的照片對比

崩解現(xiàn)象的對比照片見圖1。由試驗開始與試驗結(jié)束的對比照片可知，崩解完全程度的排序可為6#，8#，7#，2#，4#，5#，1#，3#。對比之前得到的抗壓強度值分析，可知:軟巖更加容易崩解。軟巖的崩解程度比較軟巖更加顯著、徹底。

2.2.4 初次崩解順序

根據(jù)跟蹤拍照和記錄的觀察現(xiàn)象可知，巖樣初次崩解的先后順序依次為6#，8#，7#，2#，4#，5#，1#，3#。

2.2.5 崩解等級的劃分

（1）不崩解:本次試驗的10次干濕循環(huán)結(jié)束之后仍不崩解，如1#，3#，5#。

（2）中等程度崩解:試驗結(jié)束的時候，試樣為塊狀崩解，如2#，4#，7#。

（3）完全崩解:試樣最終絕大部分崩解成細小的碎塊或顆粒狀，如6#，8#。

2.3 室外自然條件崩解試驗

將第3組8塊巖樣置于露天狀態(tài)下，觀察其在自然狀態(tài)下的崩解情況。試驗期間沒有出現(xiàn)下雨的情況，氣溫較恒定，試驗持續(xù)時間為30 d。由對比照片可知:試驗完畢，8塊巖樣均未發(fā)生明顯崩解。除了1#，3#，5#以外，其它巖樣均出現(xiàn)了不同程度的裂紋，其中以6#和8#的最為明顯（見圖2）。

表2 崩解試驗全過程描述Table 2Description of the whole process of disintegration test

3 室內(nèi)干濕循環(huán)試驗結(jié)束后巖樣的黏粒含量

3.1 巖樣的粒度成分

巖樣的粒度成分見表3。由表3可知:黏粒含量（＜0.005 mm）從大到小順序為:6#，8#，7#，2#，4#，5#，1#，3#。據(jù)此可推斷，黏粒含量的多少對室內(nèi)浸水崩解試驗起著主要控制作用。

3.2 黏粒含量與崩解的關(guān)系

圖1 1#—8#巖樣室內(nèi)崩解試驗對比照片F(xiàn)ig.1Photos of rock samples 1#—8#before and after the indoor disintegration test

圖2 1#—8#巖樣室外崩解試驗對比照片F(xiàn)ig.2Photos of rock samples 1#—8#before and after the outdoor disintegration test

表3 不同粒徑的粒度百分比Table 3Analysis results of the grain size composition %

圖3 黏粒含量與崩解時間的關(guān)系Fig.3Relation between viscous granule content and disintegration time

黏粒含量與初次崩解和完全崩解時間的關(guān)系見圖3。根據(jù)試驗的記錄和現(xiàn)象的觀察，確定巖樣發(fā)生初次崩解和完全崩解的時間。由于1#，3#巖樣在試驗的整個過程當中，自始至終未發(fā)生崩解，因此將初次崩解和完全崩解的時間均定為試驗的最后一天，即第30天。其它巖樣的崩解時間，均根據(jù)試驗記錄獲得。

由圖3可以很明顯地觀察到，黏粒含量高的巖樣，發(fā)生初次崩解的時間和完全崩解的時間，均相對靠前，由此可以確定，黏粒含量的高低決定了巖樣崩解（初次崩解和完全崩解）的先后順序。

4 結(jié)論

本文旨在通過自行設計的試驗，確定3個方面的影響因素（干燥單軸抗壓強度、崩解環(huán)境介質(zhì)、黏粒含量）與軟巖崩解存在的對應關(guān)系。通過該試驗，可以驗證，干燥單軸抗壓強度與軟巖崩解存在一定的對應關(guān)系，強度數(shù)值較低的軟巖，發(fā)生崩解的時間較短，崩解的程度更加徹底，該現(xiàn)象屬于軟巖崩解的一個普遍規(guī)律，同時可以再次確定，抗壓強度也是軟巖崩解的影響因素之一。該試驗得到的第2個比較重要的結(jié)論是:黏粒含量較高的軟巖，更加容易發(fā)生崩解，崩解更徹底。所以，在實際的工程當中，應加強對這類軟巖的監(jiān)測，使其盡量不影響到工程的順利進行。同時，通過室內(nèi)崩解試驗與室外崩解試驗的對比可以確定，軟巖在干濕循環(huán)的環(huán)境下發(fā)生崩解的速度更快、更明顯，干濕循環(huán)的環(huán)境條件，更利于軟巖的崩解。因此在實際的工程當中，應當盡量避免讓軟巖暴露于干燥與潮濕交替的環(huán)境當中。對于庫岸的巖體來說，由于水位會出現(xiàn)一定時期的交替變化，類似于干濕循環(huán)的環(huán)境變化，因此，對于巖性較差的庫岸巖體，特別是軟巖一類，必須加強監(jiān)測，防止軟巖發(fā)生崩解破壞，對工程造成不利的影響。

［1］曹運江，黃潤秋，鄭海君，等.岷江上游某水電站工程邊坡軟巖的崩解特性研究［J］.工程地質(zhì)學報，2006，14 （1）:35-40.（CAO Yun-jiang，HUANG Run-qiu，ZHENG Hai-jun，et al.Slaking Characteristics of Soft Rock of the Engineering Slope in a Hydroelectric Station in the Southwest of China［J］.Journal of Engineering Geology，2006，14（1）:35-40.（in Chinese））

［2］趙明華，鄧覲宇，曹文貴.紅砂巖崩解特性及其路堤填筑技術(shù)研究［J］.中國公路學報，2003，16（3）:1-5. （ZHAO Ming-hua，DENG Jin-yu，CAO Wen-gui.Study of the Disintegration Character of Red Sandstone and the Construction Techniques of Red Sandstone Embankment［J］. China Journal of Highway and Transport，2003，16（3）:1-5.（in Chinese））

［3］劉多文，熊承仁.紅砂巖的漸進崩解特性試驗研究［J］.中外公路，2002，22（6）:19-22.（LIU Duo-wen，XIONG Cheng-ren.Test on Gradual Disintegration Behavior of Red Sandstone［J］.Sino-Foreign Highway，2002，22（6）:19-22.（in Chinese））

［4］郭永春，謝強，文江泉.紅層泥巖崩解特性室內(nèi)試驗研究［J］.路基工程，2008，137（2）:53-55.（GUO Yongchun，XIE Qiang，WEN Jiang-quan.Research on the Laboratory Experiment of the Disintegration Characteristics of the Red-bed Mudstone［J］.Subgrade Engineering，2008，137（2）:53-55.（in Chinese））

［5］劉長武，陸士良.泥巖遇水崩解軟化機理的研究［J］.巖土力學，2000，21（1）:28-31.（LIU Chang-wu，LU Shiliang.Research on Mechanism of Mudstone Degradation and Softening in Water［J］.Rock and Soil Mechanics，2000，21（1）:28-31.（in Chinese））

［6］周怡，彭振斌，陳安.潭衡西高速公路第三系粉砂質(zhì)泥巖崩解特性研究［J］.湖南科技大學學報（自然科學版），2009，24（4）:52-55.（ZHOU Yi，PENG Zhen-bin，CHEN An.The Disintegration Characteristics of Tertiary Silty Mudstone Along Xiangtan to Hengyang Expressway［J］.Journal of Hunan University of Science＆Technology （Natural Science Edition），2009，24（4）:52-55.（in Chinese））

［7］鄧覲宇.紅砂巖的崩解特性研究［J］.中南公路工程，2003，28（4）:32-35.（DENG Jin-yu.Disintegration Characteristics of Red Sandstone［J］.Central South Highway Engineering，2003，28（4）:32-35.（in Chinese））

［8］吳道祥，劉宏杰，王國強.紅層軟巖崩解性室內(nèi)試驗研究［J］.巖石力學與工程學報，2010，29（增2）:4173-4179.（WU Dao-xiang，LIU Hong-jie，WANG Guo-qiang. Laboratory Experimental Study of Slaking Characteristics of Red-bed Soft Rock［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2010，29（Sup.2）:4173-4179.（in Chinese））

［9］余宏明，胡艷欣，張純根.三峽庫區(qū)巴東地區(qū)紫紅色泥巖的崩解特性研究［J］.地質(zhì)科技情報，2002，21（4）:77-80.（YU Hong-ming，HU Yan-xin，ZHANG Chun-gen. Research on Disintegration Characters of Red Mudstone of Xirangpo in Badong Area of the Reservoir of Three Gorge Project［J］.Geological Science and Technology Information，2002，21（4）:77-80.（in Chinese））

［10］畢忠偉，張志軍.巖石的崩解特性與抗壓強度的試驗研究［J］.有色金屬，2011，63（2）:233-235.（BI Zhongwei，ZHANG Zhi-jun.Experimental Study of Disintegration Character and Compressive Strength of Rock［J］.Nonferrous Metals，2011，63（2）:233-235.（in Chinese））

［11］劉國林，張永雙，吳樹仁，等.三峽庫區(qū)豐都段泥質(zhì)巖的工程地質(zhì)特性及其水穩(wěn)性分析［J］.中國地質(zhì)災害與防治學報，2003，14（2）:67-71.（LIU Guo-lin，ZHANG Yong-shuang，WU Shu-ren，et al.Engineering Geological Properties of Argillaceous Rock and Stability of the Reservoir Slope in Fengdu County of Three Gorges Reservoir Area［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2003，14（2）:67-71.（in Chinese））

［12］趙明華，劉曉明，蘇永華.含崩解軟巖紅層材料路用工程特性試驗研究［J］.巖土工程學報，2005，27（6）:667-671.（ZHAO Ming-hua，LIU Xiao-ming，SU Yong-hua. Experimental Studies on Engineering Properties of Red Bed Material Containing Slaking Rock［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2005，27（6）:667-671.（in Chinese））

［13］錢自衛(wèi)，姜振泉，孫強，等.深部煤系軟巖遇水崩解的宏觀特征及微觀機理研究［J］.高校地質(zhì)學報，2011，17 （4）:605-610.（QIAN Zi-wei，JIANG Zhen-quan，SUN Qiang，et al.Research on Macro Features and Micro-mechanism of Deep Coal Soft Rocks Degradation in Water［J］. Geological Journal of China Universities，2011，17（4）:605 -610.（in Chinese））

［14］孔德坊.工程巖土學［M］.北京:地質(zhì)出版社，1992. （KONG De-fang.Rock and Soil Engineering［M］.Beijing: Geological Publishing House，1992.（in Chinese））

［15］GB/T50266—99，工程巖體試驗方法標準［S］.北京:中國計劃出版社，1999.（GB/T50266—99，Standard for Test Method of Engineering Rock Masses［S］.Beijing: China Planning Press，1999.（in Chinese））

（編輯:姜小蘭）

Disintegration Characteristics of Soft Rock of a Dam Foundation in Middle Jinsha River

ZOU Hao，HAN Ai-guo
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Soft rock is easily disintegrated and softened in the presence of water.Taking the soft rock of a dam foundation in middle Jinsha river as a research object，we selected 8 typical rock samples（argillaceous siltstone） from the dam foundation in the right bank and cut each sample into 3 parts to carry out dry uniaxial compressive test，indoor dry-wet cycle disintegration test，and outdoor natural disintegration test respectively on each part.By recording the initial disintegration time and describing the whole disintegration process，we quantitatively divided the disintegration into three levels:completely disintegrated，moderately disintegrated，and not disintegrated.Moreover，we compared the final state of disintegration of the rock samples under dry-wet cycling condition and natural condition.Subsequently，we measured the viscous granule content in the rock samples after wet disintegration.Test results showed that rock samples in dry-wet cycling condition disintegrated more thoroughly than those in natural conditions.The initial time and final state of disintegration are well correlated with the dry uniaxial compressive strength and viscous granule content.

soft rock;disintegration;compressive strength;viscous granule content

P642.2

A

1001-5485（2013）04-0048-04

10.3969/j.issn.1001-5485.2013.04.0112013，30（04）:48-51，55

2012-06-15;

2012-07-27

鄒浩（1983-），男，湖北公安人，碩士研究生，主要從事巖土體穩(wěn)定性及工程環(huán)境效應方面的研究，（電話）15881087060（電子信箱）51198186@163.com。