王 飛，曹晨飛，陳吉文

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714099；2.張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口 075000； 3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

滇中紅層軟巖微觀結(jié)構(gòu)及水理特性試驗研究

王 飛1，曹晨飛2，陳吉文3

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714099；2.張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口 075000； 3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083)

滇中紅層軟巖具有成巖作用差、易產(chǎn)生較大變形、遇水易軟化、易崩解等特征，本文采用環(huán)境掃描電鏡試驗和水理特性試驗，對紅層軟巖的微觀結(jié)構(gòu)特征，崩解、膨脹、軟化等水理特性進(jìn)行了研究。試驗結(jié)果表明，紅層軟巖礦物粒間空隙大多被粘土礦物填充，粘土礦物以伊利石和蒙脫石為主，為混層結(jié)構(gòu)，結(jié)晶程度相對較差，多數(shù)有蝕變的痕跡。具有微小裂隙的紅層軟巖在1～2次充分飽水烘干后，崩解性開始顯現(xiàn)；隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，巖樣的質(zhì)量變化呈減小趨勢；干濕循環(huán)次數(shù)繼續(xù)增加，崩解性指數(shù)趨于平緩。紅層軟巖由于風(fēng)化作用影響程度和自然含水率的差異，巖體內(nèi)部崩解張力具有明顯不均勻性。經(jīng)過自由浸水48h后，紅層軟巖的單軸抗壓強(qiáng)度降低29.83%～58.47%，各地層軟化系數(shù)在0.4～0.7之間，遇水后呈現(xiàn)顯著軟化效應(yīng)。這些結(jié)果為紅層軟巖地區(qū)公路工程建設(shè)的工程地質(zhì)研究提供了一定參考。

公路工程 紅層軟巖 微觀結(jié)構(gòu) 水理特性 試驗研究

Wang Fei, Cao Chen-fei, Chen Ji-wen. Experimental study on microscopic structure and hydraulic features of red-bed soft rock in central Yunnan Province[J]. Geology and Exploration, 2016, 52(6):1152-1158.

1 前言

我國紅層分布廣泛，出露面積高達(dá)460000km2，其中具有代表性的是云南省(盧予北，2011)，在云南省建設(shè)的一些國家重大工程項目，如“七出省、四出境”大通道高速公路建設(shè)項目、滇中引水工程、中緬油氣管道工程、泛亞鐵路國際大通道，都不可避免地要穿越紅層地區(qū)?！捌叱鍪?、四出境”大通道高速公路建設(shè)項目是云南省最新“十三五”規(guī)劃的重要公路工程建設(shè)項目，受云南省廣泛分布紅層軟巖復(fù)雜地質(zhì)的影響，公路工程線路遇到了諸多重大工程地質(zhì)問題，對工程的順利推進(jìn)造成嚴(yán)重制約。大通道高速公路建設(shè)項目中的“楚大高速”楚雄段，穿越紅層軟巖的線路占線路總長高達(dá)70%，由于紅層軟巖具有成巖作用差、富含泥質(zhì)、易產(chǎn)生大變形、遇水易軟化、崩解等特殊工程特性(李保雄等，2003；孫喬寶等，2005；胡厚田等，2006)，對公路工程的路基、邊坡穩(wěn)定性造成十分不利影響。因此，研究紅層軟巖的工程地質(zhì)特性具有重要意義，也是公路工程建設(shè)迫切需要解決的地質(zhì)問題。本文立足于此，開展紅層軟巖微觀結(jié)構(gòu)及水理特性試驗研究，以便對紅層地區(qū)公路工程建設(shè)中存在的工程地質(zhì)問題提供參考。

關(guān)于紅層軟巖的工程地質(zhì)問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一系列富有成效的研究。在基本物理力學(xué)性質(zhì)及工程特性方面，國外學(xué)者通過室內(nèi)試驗，掌握了紅層的形態(tài)特征和微觀結(jié)構(gòu)(Bekar，2012；Narayanasamy，2012)；國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對云南中部紅層和四川盆地紅層進(jìn)行了研究，初步揭示了這些地區(qū)紅層巖的地質(zhì)特性及分布規(guī)律(中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所等，1975)；國內(nèi)學(xué)者開展了紅層軟巖的物理力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分試驗，對紅層軟巖路用材料的工程特性進(jìn)行了研究(胡文華等，1983；趙明華等，2005；左文貴等，2005；邱恩喜等，2007)；此外，通過對湖南某高速公路的典型紅層泥質(zhì)粉砂巖進(jìn)行現(xiàn)場路勘和顯微鏡下薄片鑒定，獲得了紅層泥質(zhì)粉砂巖的宏觀和微觀特性，并分析了其主要礦物組成(黃生文等，2011)。毫無疑問，這些研究成果一定程度上揭示了紅層的物理性質(zhì)和工程地質(zhì)特性，但對紅層水理特性的研究，還有待加強(qiáng)。事實上，對于紅層軟巖，如未充分認(rèn)識到其水巖相互作用規(guī)律，將導(dǎo)致在工程實踐中出現(xiàn)被動的局面。

2 紅層軟巖微觀結(jié)構(gòu)試驗

紅層軟巖的水理性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)是有密切關(guān)系的，掌握了紅層軟巖的微觀結(jié)構(gòu)，能夠為分析崩解性、膨脹性、軟化性等水理性質(zhì)提供結(jié)構(gòu)組成的微觀依據(jù)。此外，紅層軟巖的力學(xué)性質(zhì)以及工程宏觀斷裂形態(tài)與其微觀結(jié)構(gòu)亦密切相關(guān)，通過微觀結(jié)構(gòu)的研究可以追溯其破裂機(jī)理。

2.1 試驗儀器及原理

通過環(huán)境掃描電鏡試驗來觀察和分析紅層軟巖的微觀結(jié)構(gòu)，儀器采用Hitachi(日立)公司生產(chǎn)的S-3000N型Scanning Electron Microscope(SEM)S-3000N型環(huán)境掃描電鏡，其工作原理基于電子二次成像，將成像所得圖片按照一定的空間和時間排序后顯示在鏡外顯像管上。

2.2 試驗過程

通過對采集自“楚大高速”楚雄段的14組紅層軟巖進(jìn)行掃描電子顯微鏡試驗，樣品由鉆孔巖心的新鮮斷口磨片制成，以便觀察其顆粒、礦物組成以及斷口形態(tài)。將巖心制作為1cm2大小、3mm厚度的薄片(圖1a)，將薄片置于觀察平臺(圖1b)，再放入高真空樣品室進(jìn)行掃描電鏡觀測。

圖1 掃描電鏡磨片制樣Fig.1 Preparation of scanning electron microscopy samples a-樣品薄片；b-樣品置于觀察平臺a-sample sheet; b-sample on observational platform

由于樣品為絕緣體，需在其表面鍍上一層薄的導(dǎo)電物質(zhì)(金)，如圖2a所示，掃描電鏡正式觀測見圖2b。

圖2 掃描電鏡觀測過程Fig.2 Observation process using scanning electron microscopy (SEM) a-薄片鍍金；b-掃描電鏡觀測a-gold plating on sheet; b-SEM observation

3 微觀結(jié)構(gòu)試驗結(jié)果

3.1 紅層軟巖微觀結(jié)構(gòu)特征

紅層軟巖微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡結(jié)果如圖3所示。

圖3 掃描電鏡觀測結(jié)果Fig.3 Observational results of scanning electron microsco-py (SEM)a-妥甸組J3t2-晶體上粘伊利石；b-普昌河組K1p-粒間片狀伊利石；c-妥甸組下段J3t1-晶內(nèi)剪斷口；d-K2j1-條紋狀拉斷口；e-張河組J2z1-伊利石少量高嶺石混層；f-馮家河組J1f-聚晶石膏a-Tuodian Formation, J3t2-crystal stick illite；b-Puchanghe Formation, K1p-intergranular flaky illite； c-Tuodian Formation hypomere, J3t1-shear fracture；d-K2j1-striped fracture；e-Zhanghe Formation, J2z1-illite with little kaolinite；f-Fengjiahe Formation, J1f-polycrys-talline plaster

由紅層軟巖斷口掃描電鏡觀測結(jié)果可知，巖樣中的粘土礦物多數(shù)為混層結(jié)構(gòu)，因沉積搬運以及溶蝕等作用，導(dǎo)致其結(jié)晶程度相對較差，環(huán)境的酸堿性也對其形態(tài)產(chǎn)生了影響，多數(shù)巖樣有蝕變的痕跡(見圖3a)。礦物顆粒間空隙大多被粘土礦物填充，粘土礦物以伊利石和蒙脫石為主，粘土礦物分布排列無序致密的特點(見圖3b)，致使紅層軟巖的飽水率并不高。多數(shù)巖樣掃描觀測過程中發(fā)現(xiàn)很多細(xì)小碎顆粒物(見圖3c)，這類紅層軟巖通常是粉砂質(zhì)泥巖。晶粒集中部位的斷口形態(tài)為脆性斷口，呈現(xiàn)極為不規(guī)則的貝殼狀或臺階狀，破裂面較平滑(見圖3d)，在高應(yīng)力下呈現(xiàn)破裂特征。多數(shù)晶粒和粘土礦物混合的斷口形態(tài)表現(xiàn)為不規(guī)則拉斷口以及粘性滑移斷口(見圖3e)。在馮家河組斷口中觀測到長條板狀微晶聚集的石膏聚晶(見圖3f)，晶間隙發(fā)育，破裂口為沿晶間隙的剪切滑移斷口，從聚晶的形態(tài)可判斷石膏聚晶受到擠壓呈彎曲狀。

3.2 紅層軟巖微觀結(jié)構(gòu)分析

在獲得14組滇中紅層軟巖的掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)特征后，對其結(jié)構(gòu)展開進(jìn)一步分析可知：①從紅層軟巖的物質(zhì)組成來看，含有大量粘土礦物，粘土礦物的含量決定了紅層軟巖的水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)：粘土礦物含量越高，對水的敏感性越大，力學(xué)性質(zhì)則相對較差，反之則相對較好；②滇中紅層軟巖的整體膠結(jié)程度較好，成巖碎屑礦物以石英、長石以及云母為主，三者含量越高的地層其相對強(qiáng)度也越高；③紅層軟巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)成有三類：軟質(zhì)泥巖為主的層狀結(jié)構(gòu)、軟硬相間的砂泥巖互層結(jié)構(gòu)、厚層硬巖為主的層狀結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)構(gòu)成類型中，軟巖和硬巖所占比例雖不相同，但軟巖在巖體變形中所起作用卻很大，對巖體的變形破壞起控制作用。

4 紅層軟巖水理特性試驗

從滇中紅層軟巖的微觀結(jié)構(gòu)電鏡試驗可知，紅層軟巖富含泥質(zhì)粘土礦物，遇水后將發(fā)生復(fù)雜的水-巖相互作用，其水理特性體現(xiàn)在崩解、膨脹、軟化和鈣質(zhì)成分溶解等方面。現(xiàn)分別從“崩解性、膨脹性、軟化性”三個方面對滇中紅層軟巖的水理特性展開試驗研究。

4.1 崩解性試驗

4.1.1 試驗意義

紅層軟巖在吸水和失水循環(huán)時，伴隨著體積的膨脹、收縮以及裂隙的收縮、擴(kuò)張，內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而抗拉強(qiáng)度降低，最終發(fā)生崩解。“楚大高速”楚雄段穿越紅層軟巖地層，公路挖方路基、邊坡、隧道在開挖暴露后受到干濕循環(huán)作用，表現(xiàn)出極強(qiáng)的崩解特征，存在著巖體變形過大甚至發(fā)生破壞的較大風(fēng)險。因此對滇中紅層軟巖開展崩解性試驗，對評價紅層地區(qū)的工程地質(zhì)問題有著重要意義。

4.1.2 崩解試驗

選取崩解試驗巖樣的原則是，巖樣要能涵蓋紅層軟巖的不同特點，經(jīng)過比選，選取“泥巖、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖”6類共計10組巖樣，開展崩解試驗。首先將巖樣在恒溫箱中烘干，烘干溫度設(shè)定為98℃；然后對試樣進(jìn)行浸泡，浸泡時間為24h。浸泡后的巖樣呈現(xiàn)出三類形態(tài)(圖4)：①Ⅰ類巖：崩解性較強(qiáng)，從塊體狀演變?yōu)槟酄?、碎渣狀和顆粒狀；②Ⅱ類巖：崩解性中等，浸泡后仍呈塊體狀，但塊體體積減小，塊體數(shù)量增多；③Ⅲ類巖：崩解性弱，幾乎未發(fā)生形態(tài)上的變化。

圖4 紅層軟巖耐崩解性試驗Fig.4 Disintegration-resistance test on red-bed weak rock

崩解實驗結(jié)果如圖5所示，從圖中可知，發(fā)生崩解的巖樣，在浸水后10分鐘即開始崩解(Ⅰ類巖)。在1小時后還未發(fā)生崩解的巖樣，則在浸水試驗中幾乎不會崩解(Ⅲ類巖)。崩解后碎裂成塊狀的是Ⅱ類巖。此外，由圖可知泥巖、泥灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖為Ⅰ類巖，崩解性極好；其它為Ⅲ類巖和Ⅱ類巖，會發(fā)生崩解，但崩解性不大。

4.1.3 耐崩解指數(shù)試驗

現(xiàn)設(shè)定干濕循環(huán)試驗以獲取紅層軟巖的耐崩解指數(shù)。設(shè)置5組試驗，每組選取5個試樣，試驗步驟按照《工程巖體試驗規(guī)程》(GBT 50266-2013)進(jìn)行。每次烘干后及時稱重，記錄試樣塊體質(zhì)量，通過試樣質(zhì)量變化來確定崩解性大小。崩解性試驗結(jié)果見表1(限于篇幅，每組試驗僅列出一個試樣的結(jié)果)。

圖5 崩解性試驗結(jié)果直方圖Fig.5 Histogram of disintegration test results1-泥巖；2-泥灰?guī)r；3-鈣質(zhì)泥巖；4-粉砂質(zhì)泥巖；5-泥質(zhì)粉砂巖；6-粉砂巖1-mudstone; 2-marl; 3-calcareous mudstone; 4-silty mud-stone; 5-argillaceous siltstone; 6-siltstone

崩解性指數(shù)計算式為：

(1)

式中：Idi表示耐崩解性指數(shù)，mi、mi-1分別表示第i次、第i-1次干濕循環(huán)時巖塊的干重量。

通過耐崩解指數(shù)試驗結(jié)果可知：第三組巖樣最快發(fā)生崩解，其次是第一組，而第二、四、五組未發(fā)生崩解。經(jīng)分析，第三組巖樣具有微小裂隙，在1～2次充分飽水烘干后，出現(xiàn)少量碎塊，崩解性最早顯現(xiàn)。對干濕循環(huán)后的巖樣進(jìn)行揉搓，未出現(xiàn)硬塊碎裂，表明紅層軟巖的膠結(jié)程度較好。表明紅層軟巖的崩解性指數(shù)受控于巖體的原生裂隙和膠結(jié)程度。

滇中紅層軟巖隨干濕循環(huán)次數(shù)增加的崩解性指數(shù)變化關(guān)系如圖6所示，結(jié)合表1和圖6可得崩解性指數(shù)的變化趨勢是：隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，巖樣的質(zhì)量變化呈減小趨勢；干濕循環(huán)次數(shù)繼續(xù)增加，崩解性指數(shù)趨于平緩。

圖6 循環(huán)次數(shù)與耐崩解性指數(shù)關(guān)系Fig.6 Cycle times versus disintegration resistance index

此外，現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，滇中地區(qū)的紅層軟巖在季節(jié)溫度變化時，反映出不同的崩解變化規(guī)律。當(dāng)日溫度保持不變，或晝夜溫差較小時，紅層軟巖在干燥或濕透狀態(tài)下的崩解效應(yīng)很緩慢；當(dāng)氣溫發(fā)生起伏變化，無論是短時間內(nèi)的晝夜溫差變化還是長時間的溫度變化，都會導(dǎo)致紅層軟巖內(nèi)部裂隙發(fā)生擴(kuò)展、增加。

4.2 膨脹性試驗

礦物成分分析顯示，滇中紅層軟巖含有大量伊利石、高嶺石為主的粘土礦物，以及云母、石英為主的碎屑礦物。粘土礦物與云母使紅層軟巖的崩解性增強(qiáng)。粘土礦物具有顆粒小的特點，粘土顆粒周圍聚集了大量結(jié)合水和自由水，當(dāng)自由水進(jìn)入粘土顆?？紫稌r，紅層軟巖三相性發(fā)生變化，巖體力學(xué)性質(zhì)也隨自由水的增加而產(chǎn)生變化，具體表現(xiàn)在：自由水含量增高，巖體發(fā)生不均勻膨脹，粘土體結(jié)合性變差，進(jìn)而導(dǎo)致巖體力學(xué)強(qiáng)度降低。砂巖和泥巖在水的作用下，部分成分已水解并發(fā)生溶解遷移，進(jìn)而加劇土顆粒的粘結(jié)性，導(dǎo)致巖體發(fā)生破裂、膨脹解體。紅層軟巖粘土礦物中的伊利石親水性極強(qiáng)(陳紹求，1998；王志儉等，2007)，在富水環(huán)境下按下式發(fā)生化學(xué)變化：

K0.9Al2.9Si3.1O10(OH)2+nH2O→K0.9Al2.9Si3.1O10(OH)·nH2O

(2)

滇中紅層軟巖由于風(fēng)化作用影響程度和自然含水率差異，巖體內(nèi)部崩解張力具有明顯不均勻性。與中風(fēng)化巖體相比，全風(fēng)化巖體裂隙發(fā)育明顯，受水的張力影響顯著，膨脹力較大。紅層軟巖富含粘土礦物，膨脹性顯著，在富水環(huán)境中具有很強(qiáng)的吸附水能力，吸水后紅層軟巖體積發(fā)生膨脹，進(jìn)一步加劇巖土體內(nèi)部水壓力升高(張峰等，2010)。粘土礦物和風(fēng)化程度在一定程度上決定了滇中紅層軟巖的膨脹性狀態(tài)。研究表明(陳從新等，2010；吳道祥等，2010)：全風(fēng)化的紅層軟巖與中等風(fēng)化粘土巖體相比，前者膨脹力是后者2～5倍，中等風(fēng)化粘土巖體由于裂隙發(fā)育程度低，結(jié)構(gòu)面膠結(jié)情況較好，膨脹性并不高。此外，紅層軟巖含水量的進(jìn)一步增加會一定程度上限制膨脹力的增大。

4.3 軟化性試驗

4.3.1 軟化系數(shù)

滇中紅層軟巖粘土礦物含量高，且含有可溶性物質(zhì)，而粘土礦物又具有表面積大、親水性強(qiáng)、離子交換容量大等特點(程強(qiáng)等，2004)，因此水對紅層軟巖的強(qiáng)度弱化作用十分明顯。此外，沿線紅層結(jié)構(gòu)面軟弱夾層發(fā)育，粘粒含量大，含水率高，部分軟弱夾層中還含有大量粘土礦物，遇水軟化成泥質(zhì)夾層，使其力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)一步降低，嚴(yán)重影響工程穩(wěn)定性。

4.3.2 軟化性試驗

對取自7個地層的14組紅層軟巖，共計40個試樣進(jìn)行了室內(nèi)軟化試驗(如圖7、圖8)。其中7組開展干抗壓強(qiáng)度試驗，另外7組在水中浸泡48小時后開展飽和抗壓強(qiáng)度試驗。烘干的試樣見圖7，干燥及飽和試樣抗壓強(qiáng)度測試見圖8。

圖7 烘干的單軸抗壓強(qiáng)度試驗試樣Fig.7 Dried sample for uniaxial compressive strength test

圖8 抗壓強(qiáng)度測試Fig.8 Compressive strength testsa-飽和抗壓強(qiáng)度測試；b-干抗壓強(qiáng)度測試a-saturated compressive strength test; b-dry compressive strength test

4.3.3 試驗結(jié)果分析

軟化性試驗結(jié)果如表2所示(表中僅列濕抗壓試樣一組、干抗壓試樣一組，但均值取自所有試樣)：

由試驗結(jié)果可知，滇中紅層軟巖在經(jīng)過自由浸水48h后，單軸抗壓強(qiáng)度的均值大大降低，其中妥甸組上段J3t1單軸抗壓強(qiáng)度降低51.83%，妥甸組下段J3t2降低53.97%，趙家店組K2z1降低58.47%，降低均超過了50%，其它4個地層的單軸抗壓強(qiáng)度也降低了近30%。各地層軟化系數(shù)在0.4～0.7之間，遇水后呈現(xiàn)顯著軟化效應(yīng)，分析原因，主要是紅層軟巖中粘土礦物含量高，試樣中的微裂隙在水的作用下產(chǎn)生了明顯的強(qiáng)度削弱效應(yīng)。

5 結(jié)論

本文對滇中紅層軟巖的微觀結(jié)構(gòu)及水理特性開展了相關(guān)研究，得到以下結(jié)論：

(1)紅層軟巖中礦物粒間空隙被粘土礦物填充，粘土礦物分布排列無序致密的特點，致使紅層軟巖的飽水率并不高。粘土礦物多數(shù)為混層結(jié)構(gòu)，因沉積搬運以及溶蝕等作用，導(dǎo)致其結(jié)晶程度相對較差，環(huán)境的酸堿性也對其形態(tài)產(chǎn)生了影響，多數(shù)巖樣有蝕變的痕跡。粘土礦物的含量決定了紅層軟巖的水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，粘土礦物含量越高，對水的敏感性越大，力學(xué)性質(zhì)則相對較差，反之則相對較好。

(2)紅層軟巖具有微小裂隙時，在1～2次充分飽和水烘干后，崩解性開始顯現(xiàn)。隨著干濕循環(huán)次數(shù)增加，巖樣的質(zhì)量變化呈減小趨勢；干濕循環(huán)次數(shù)繼續(xù)增加，崩解性指數(shù)趨于平緩。季節(jié)溫度變化時，紅層軟巖反映出不同的崩解變化規(guī)律，當(dāng)溫度保持不變或溫差較小時，干燥或濕透狀態(tài)下的崩解效應(yīng)很緩慢；當(dāng)氣溫發(fā)生起伏變化時，紅層軟巖內(nèi)部裂隙發(fā)生擴(kuò)展、增加。

表2 滇中紅層軟巖軟化性試驗結(jié)果表

(3)紅層軟巖由于風(fēng)化作用影響程度和自然含水率差異，巖體內(nèi)部崩解張力具有明顯不均勻性。紅層軟巖富含粘土礦物，膨脹性顯著，在富水環(huán)境中具有很強(qiáng)的吸附水能力，吸水后紅層軟巖體積發(fā)生膨脹，進(jìn)一步加劇巖土體內(nèi)部水壓力升高。粘土礦物和風(fēng)化程度在一定程度上決定了滇中紅層軟巖的膨脹性狀態(tài)。

(4)滇中紅層軟巖粘土礦物含量高，且含有可溶性物質(zhì)，而粘土礦物又具有表面積大、親水性強(qiáng)、離子交換容量大等特點，因此水對紅層軟巖的強(qiáng)度弱化作用十分明顯。在經(jīng)過自由浸水48h后，紅層軟巖的單軸抗壓強(qiáng)度降低29.83%～58.47%，各地層軟化系數(shù)在0.4～0.7之間，遇水后呈現(xiàn)顯著軟化效應(yīng)，試樣中的微裂隙在水的作用下產(chǎn)生了明顯的強(qiáng)度削弱效應(yīng)。

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Experimental Study on Microscopic Structure and Hydraulic Features of Red-Bed Soft Rock in Central Yunnan Province

WANG Fei1,CAO Chen-fei2,CHEN Ji-wen3

(1.ShaanxiRailwayInstitute,Weinan,Shaanxi714099； 2.ZhangjiakouVocationalandTechnicalCollege,Zhangjiakou,Hebei075000； 3.CollegeofGeoscienceandSurveingEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083)

The red-bed weak rock in central Yunnan is characterized by poor diagenesis, easy to produce large deformation, and easy to soften and disintegrate in water. This paper presents comprehensive research results of experimental study on microscopic structure and hydraulic features of this rock. The experiments show that the inter-granular space of minerals of this rock is mostly filled with clay minerals, mainly illite and montmorillonite. These clay minerals have dominant mixed layer structure, with relatively poor crystallization degree, most of which have alteration traces. The red-bed weak rock with tiny cracks begins to show disintegrating after 1～2 times fully water-saturation drying. With increasing times of dry-wet circulation, the quality of the rock change has a trend to become smaller. As this increase continues, its disintegration index tends to be gentle. Because of the differences of weathering degrees and natural moisture content, the internal tension of rock disintegration is obviously inhomogenous. After 48h of free-water soaking, the uniaxial compressive strength of the red-bed soft rock is decreased by 29.83% to 58.47%, and the softening coefficients are between 0.4～0.7, indicative of a significant softening effect by water. These results can provide some reference for the research of engineering geology in highway engineering construction in areas with red-bed soft rock.

highway engineering, red-bed soft rock, microscopic structure, hydraulic features, experimental study

2016-05-17；[修改日期]2016-10-12；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

國家自然科學(xué)基金項目(編號: 10872207)資助。

王 飛(1982年-)，男，講師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)、巖土工程方面的研究。E-mail：wfei82@163.com。

TU45

A

0495-5331(2016)06-1152-07