張明翠 周平 何艷娥 劉敏 王思長

摘 要：隧道口邊坡開挖施工過程中，其破壞與巖石物理微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。本文以功東高速工程典型隧道口邊坡開挖施工為依托，經(jīng)充分調(diào)研，分析了典型隧道口邊坡巖石巖性，采用KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡對巖石微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。為下一步實(shí)驗(yàn)開展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：隧道口邊坡；巖石；微觀結(jié)構(gòu)；電鏡掃描

引言

隧道開挖施工對洞口邊坡穩(wěn)定性影響一直是工程屆研究的熱點(diǎn)問題，尤其對于云南多山且工水文工程地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域，對隧道與邊坡體的協(xié)同作用及巖石微觀結(jié)構(gòu)研究備受關(guān)注[1-3]。高雁波[4]對云南某高速公路路塹邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)與邊坡高度的相關(guān)性進(jìn)行系統(tǒng)研究，探索路塹邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與邊坡高度的關(guān)系，得出邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)的在邊坡高度上的分布規(guī)律。吳慧彥[5]進(jìn)行了隧道影響下的邊坡變形監(jiān)測分析，表明受隧道偏壓側(cè)土壓力作用影響，在隧道頂部位置處，位移變形量與變形速率都在增大，為邊坡最容易發(fā)生失穩(wěn)破壞的位置。本文析了典型隧道口邊坡巖石巖性，采用KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡對巖石物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為下一步實(shí)驗(yàn)開展奠定基礎(chǔ)。

1 工程項(xiàng)目概況

功東高速公路姑海2#隧道，隧道區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌單元，山體上覆土層主要為第四系殘坡積（Qel+dl）含礫粉質(zhì)黏土、碎石、角礫及礫砂等，下伏基巖為二疊系上統(tǒng)玄武巖組（P2β）玄武巖。隧址區(qū)總體地勢呈“M”形，進(jìn)口端地形較平緩，坡度角18°～25°，隧道垂直進(jìn)洞，植被較發(fā)育，以農(nóng)作物為主；出口端上部坡角41°～55°，下部因沖溝深切，形成近乎直立的陡坎，隧道垂直出洞，植被發(fā)育，主要為灌木、喬木、雜草。隧址區(qū)的黑水河泥石流和H59、H60、H61 滑坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但洞口開挖后形成臨空面，破壞其穩(wěn)定性，對隧道洞口穩(wěn)定性影響不大。隧道進(jìn)出口附近的第四系堆積層放坡清除。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸O(shè)備

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

由于功東公路邊坡主要為變質(zhì)巖及巖漿巖兩大類，變質(zhì)巖以灰?guī)r為主，巖漿巖以玄武巖為主。

幾種常用的巖石的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)為天然容重、飽水容重、吸水率、單軸抗壓強(qiáng)度、飽和變形指標(biāo)（包括彈性模型、泊松比）和飽和抗剪強(qiáng)度。為了準(zhǔn)確分析評價(jià)研究段邊坡的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確描述研究段邊坡巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，研究邊坡開挖過程中卸圍壓對巖石受力的影響，開展有關(guān)物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。通過對試驗(yàn)結(jié)果的整理和分析，研究沿線巖石的物理力學(xué)參數(shù)。

2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

巖石電鏡掃描及能譜分析實(shí)驗(yàn)設(shè)備為重慶科技學(xué)院“能源工程力學(xué)與防災(zāi)減災(zāi)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）從試樣頂部切割一高大約為10 mm左右的圓柱，見圖1步驟a。

（2）在得到小部分圓柱上，切出一個(gè)大致尺寸為30 mm×30 mm×10 mm 的切片，其為 XY 切片（垂 直于加載方向），見圖1步驟 b，d，e。

（3）在剩余的大部分圓柱上，豎向切出一個(gè)足夠大小的部分，切成大致尺寸為 30 mm×30 mm×10 mm，為 YZ 切片，見圖1步驟 c，f，h，i。

（4）從剩余的部分切出一個(gè)垂直于 YZ 切片的XZ 切片，見圖 1步驟 g，j。

最后對切片進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)號(hào)，并在切片的左上角 標(biāo)記，以確保三者之間的空間關(guān)系，即觀測到恰好 是試樣內(nèi)的一個(gè)結(jié)構(gòu)立方體的3個(gè)面。在進(jìn)行掃描電鏡圖像采集前，需要對切片進(jìn)行清洗和干燥以及鍍金，采用的步驟為：

（1）在乙醇中超聲波處理 5 min 以清除表面雜質(zhì)。

（2）在 100 ?C 下干燥 12 h。

（3）進(jìn)行鍍金。

4 結(jié)束語

以功東高速公路姑海2#隧道口邊坡開挖施工為研究基礎(chǔ)，考慮隧道-邊坡協(xié)同作用及邊坡穩(wěn)定性影響因素，采用KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡對巖石微觀結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為下一步實(shí)驗(yàn)開展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王思長，折學(xué)森，李毅 等. 基于尖點(diǎn)突變理論的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010，（10）3：23-27

[2] 劉麗萍，王思長. 公路高邊坡抗震穩(wěn)定性計(jì)算及監(jiān)測分析[J] 公路，2015，（1）1：13-17

[3] 王思長.庫岸公路碎裂巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性研究[D] 長安大學(xué)，2011.

[4] 高雁波，陳祥方，趙鑫 等. 山區(qū)高速公路路塹邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)與邊坡高度關(guān)系研究[J]. 公路交通科技，2018，（2）：81-83

[5] 吳慧彥，黨琪強(qiáng). 隧道影響下的邊坡變形監(jiān)測分析[J].公路交通科技應(yīng)用技術(shù)版.2017，（7）：13-14

基金項(xiàng)目：昆明市五華區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（五科信項(xiàng)字〔2018〕011號(hào)），2017年安全生產(chǎn)重特大事故防治關(guān)鍵技術(shù)科技項(xiàng)目（chongqing-0002-2017AQ）。