鄒浩，韓愛(ài)果

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

金沙江中游某壩基軟巖的崩解特性試驗(yàn)研究

鄒浩，韓愛(ài)果

（成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

針對(duì)軟巖遇水易崩解、軟化等特點(diǎn)，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(jìn)行干燥單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、室內(nèi)干濕循環(huán)崩解和室外自然條件崩解試驗(yàn)。通過(guò)拍照和跟蹤觀察，記錄巖樣的初崩時(shí)間，并進(jìn)行試驗(yàn)全過(guò)程崩解現(xiàn)象的描述，據(jù)此，定性地將崩解性由強(qiáng)到弱劃分為完全崩解、中等程度崩解、不崩解3個(gè)等級(jí)。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，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(duì)比情況。之后，對(duì)室內(nèi)浸水崩解試驗(yàn)結(jié)束后的巖樣進(jìn)行黏粒含量的測(cè)定。試驗(yàn)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(shí)間順序、最終崩解情況與干燥單軸抗壓強(qiáng)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(duì)軟巖崩解特性的研究，具有實(shí)際的工程意義。

軟巖;崩解;抗壓強(qiáng)度;黏粒含量

1 研究背景

軟巖對(duì)水特別“敏感”，遇水后極易吸水，具有較強(qiáng)的崩解性、軟化性和較差的透水性。遇水作用后會(huì)發(fā)生體積膨脹、強(qiáng)度減弱、剛度下降（即變軟）以及崩解和泥化等。當(dāng)水灌入巖石的孔隙、裂隙時(shí)，細(xì)小巖粒的吸附水膜便會(huì)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(yīng)力，部分膠結(jié)物會(huì)被稀釋、軟化或溶解，從而導(dǎo)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(guò)干燥和濕潤(rùn)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(guò)試驗(yàn)來(lái)確定以下3個(gè)因素對(duì)軟巖崩解存在的影響:①軟巖的干燥單軸抗壓強(qiáng)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(qiáng)度存在較好的相關(guān)性，強(qiáng)度低于15 MPa，呈現(xiàn)渣狀，泥狀或粒狀崩解;強(qiáng)度略小于或者略大于15 MPa，呈現(xiàn)塊狀崩解;強(qiáng)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(guò)程當(dāng)中起了比較重要的作用。因?yàn)轲ね恋V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(qiáng)［14］。鑒于已有的研究發(fā)現(xiàn)，本文重在通過(guò)試驗(yàn)，確定以上3方面因素對(duì)軟巖的崩解實(shí)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(shí)際的工程意義。

2 壩基軟巖的崩解試驗(yàn)

2.1 試樣的強(qiáng)度

試驗(yàn)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(hào)為:1#-1至8#-1;第2組編號(hào)為:1#-2至8#-2;第3組編號(hào)為: 1#-3至8#-3。分別進(jìn)行干燥單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、室內(nèi)干濕循環(huán)崩解試驗(yàn)和室外自然條件崩解試驗(yàn)。通過(guò)干燥單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到抗壓強(qiáng)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(lèi)。

2.2 室內(nèi)干濕循環(huán)崩解試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)方案

選取完整的軟巖巖樣浸沒(méi)在水中，間隔一定時(shí)間倒出水，將試樣風(fēng)干，然后繼續(xù)將試樣浸沒(méi)水中，接著再將試樣風(fēng)干，如此循環(huán)，仔細(xì)觀察并記錄其崩解現(xiàn)象和過(guò)程。室內(nèi)浸水條件下軟巖崩解試驗(yàn)主要步驟簡(jiǎn)述如下:

表1 Rc與定性劃分的巖石堅(jiān)硬程度［15］的對(duì)應(yīng)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(gè)敞口容器中，注水直至浸沒(méi)巖樣。

（2）觀察崩解過(guò)程及現(xiàn)象，記錄試樣初崩時(shí)間。

（3）浸水48 h，風(fēng)干24 h，記為一次干濕循環(huán)，詳細(xì)記錄每一次循環(huán)以后巖樣的變化情況，如此往復(fù)，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為30 d。

（4）風(fēng)干的方式為自然狀態(tài)下讓其風(fēng)干;風(fēng)干的時(shí)間為室內(nèi)12 h，室外12 h;風(fēng)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(yáng)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(jiàn)表2。

2.2.3 崩解現(xiàn)象的照片對(duì)比

崩解現(xiàn)象的對(duì)比照片見(jiàn)圖1。由試驗(yàn)開(kāi)始與試驗(yàn)結(jié)束的對(duì)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(duì)比之前得到的抗壓強(qiáng)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(jí)的劃分

（1）不崩解:本次試驗(yàn)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(yàn)結(jié)束的時(shí)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(xì)小的碎塊或顆粒狀，如6#，8#。

2.3 室外自然條件崩解試驗(yàn)

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(yàn)期間沒(méi)有出現(xiàn)下雨的情況，氣溫較恒定，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為30 d。由對(duì)比照片可知:試驗(yàn)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(jiàn)圖2）。

表2 崩解試驗(yàn)全過(guò)程描述Table 2Description of the whole process of disintegration test

3 室內(nèi)干濕循環(huán)試驗(yàn)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(jiàn)表3。由表3可知:黏粒含量（＜0.005 mm）從大到小順序?yàn)?6#，8#，7#，2#，4#，5#，1#，3#。據(jù)此可推斷，黏粒含量的多少對(duì)室內(nèi)浸水崩解試驗(yàn)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(yàn)對(duì)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(yàn)對(duì)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(shí)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(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖3。根據(jù)試驗(yàn)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(shí)間。由于1#，3#巖樣在試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程當(dāng)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(shí)間均定為試驗(yàn)的最后一天，即第30天。其它巖樣的崩解時(shí)間，均根據(jù)試驗(yàn)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(shí)間和完全崩解的時(shí)間，均相對(duì)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(guò)自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，確定3個(gè)方面的影響因素（干燥單軸抗壓強(qiáng)度、崩解環(huán)境介質(zhì)、黏粒含量）與軟巖崩解存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)該試驗(yàn)，可以驗(yàn)證，干燥單軸抗壓強(qiáng)度與軟巖崩解存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)度數(shù)值較低的軟巖，發(fā)生崩解的時(shí)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(gè)普遍規(guī)律，同時(shí)可以再次確定，抗壓強(qiáng)度也是軟巖崩解的影響因素之一。該試驗(yàn)得到的第2個(gè)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(shí)際的工程當(dāng)中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這類(lèi)軟巖的監(jiān)測(cè)，使其盡量不影響到工程的順利進(jìn)行。同時(shí)，通過(guò)室內(nèi)崩解試驗(yàn)與室外崩解試驗(yàn)的對(duì)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(shí)際的工程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)盡量避免讓軟巖暴露于干燥與潮濕交替的環(huán)境當(dāng)中。對(duì)于庫(kù)岸的巖體來(lái)說(shuō)，由于水位會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)期的交替變化，類(lèi)似于干濕循環(huán)的環(huán)境變化，因此，對(duì)于巖性較差的庫(kù)岸巖體，特別是軟巖一類(lèi)，必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，防止軟巖發(fā)生崩解破壞，對(duì)工程造成不利的影響。

［1］曹運(yùn)江，黃潤(rùn)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(xué)報(bào)，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(guó)公路學(xué)報(bào)，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(jìn)崩解特性試驗(yàn)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(qiáng)，文江泉.紅層泥巖崩解特性室內(nèi)試驗(yàn)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(zhǎng)武，陸士良.泥巖遇水崩解軟化機(jī)理的研究［J］.巖土力學(xué)，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(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)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(guó)強(qiáng).紅層軟巖崩解性室內(nèi)試驗(yàn)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，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(kù)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(bào)，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(qiáng)度的試驗(yàn)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(guó)林，張永雙，吳樹(shù)仁，等.三峽庫(kù)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(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，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(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，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(qián)自衛(wèi)，姜振泉，孫強(qiáng)，等.深部煤系軟巖遇水崩解的宏觀特征及微觀機(jī)理研究［J］.高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，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(xué)［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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)計(jì)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(yīng)方面的研究，（電話）15881087060（電子信箱）51198186@163.com。