強(qiáng)風(fēng)化千枚巖水浸泡崩解及強(qiáng)度劣化效應(yīng)

摘 要： 千枚巖是一種特殊的變質(zhì)軟巖，在水浸泡下易快速崩解，強(qiáng)度發(fā)生劣化，嚴(yán)重威脅工程建設(shè)與運(yùn)營安全。對此，以某橋基岸坡坡腳處強(qiáng)風(fēng)化千枚巖為研究對象，開展浸泡崩解試驗與直剪試驗，研究不同浸泡時間下千枚巖的顆粒組成、粒度熵、表面能、強(qiáng)度指標(biāo)以及崩解與強(qiáng)度的關(guān)系。結(jié)果表明：隨著浸泡時間的增加，大顆粒逐漸向小顆粒崩解，最終逐漸趨于穩(wěn)定，崩解物的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)熵和表面能增量與浸泡時間滿足對數(shù)關(guān)系，與級配曲線變化規(guī)律一致；千枚巖的抗剪強(qiáng)度及其參數(shù)隨浸泡時間的增加呈現(xiàn)先急劇劣化，隨之逐漸減緩的趨勢；強(qiáng)度參數(shù)與崩解指標(biāo)之間滿足指數(shù)關(guān)系，水浸泡后的千枚巖結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為崩解，力學(xué)特性上表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度的降低，兩者是巖樣微細(xì)觀組構(gòu)不同的宏觀表現(xiàn)形式，存在必然的內(nèi)在聯(lián)系。

關(guān)鍵詞： 千枚巖; 強(qiáng)風(fēng)化; 浸泡作用; 崩解特征; 強(qiáng)度劣化

中圖分類號： TB9; TU452 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號： 1674–5124（2024）12–0177–08

0 引 言

強(qiáng)風(fēng)化千枚巖作為一種變質(zhì)軟巖，具有極強(qiáng)的水敏感性，干時有一定強(qiáng)度，但在水浸泡后結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為快速崩解，力學(xué)特性上表現(xiàn)為強(qiáng)度顯著劣化，嚴(yán)重威脅了隧道、岸坡等工程建設(shè)的安全性，是巖土工程界的熱點問題。從結(jié)構(gòu)上來講，巖石的崩解作用是一個從微細(xì)觀缺陷不斷發(fā)育到宏觀破碎的過程，涉及了復(fù)雜的水-巖物理與化學(xué)作用，具有強(qiáng)烈的隨機(jī)性?，F(xiàn)有研究主要從以下3 方面對軟巖的崩解特性展開研究：1）考慮環(huán)境酸堿性、凍融循環(huán)及干濕循環(huán)等影響因素開展研究，如，郭海橋等[1] 量化了酷寒礦區(qū)煤矸石的風(fēng)化崩解速率，表明水分-凍融循環(huán)疊加作用下的崩解速率最快；Selen 等[2] 探討了干濕循環(huán)作用下軟巖的崩解指標(biāo)及產(chǎn)生崩解的原因。2）不同試驗方法比較，如，Zhang 等[3] 利用不同試驗方法探究軟巖在環(huán)境影響下的崩解特性，發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果的不同是由試驗條件的差異決定的。3）試驗結(jié)果的新型表征方法，如，趙曉彥等[4] 將分形方法引入巖石崩解特性研究中，相比較傳統(tǒng)方法，能更好地描述軟巖崩解產(chǎn)物的粒組分布。軟巖的崩解是一個復(fù)雜的物理過程，曾志雄等[5] 將粒度熵概念應(yīng)用到軟巖崩解定量描述中，更準(zhǔn)確地表征了軟巖崩解規(guī)律。以上主要集中于對泥巖等軟巖的探討，另外，吳永勝[6] 對千枚巖的崩解特征進(jìn)行了研究。

從力學(xué)特性上來講，水敏感性較強(qiáng)的軟巖，存在遇水后崩解和軟化，強(qiáng)度將快速大幅度降低的問題，但現(xiàn)有對千枚巖強(qiáng)度的研究主要集中于風(fēng)化程度不高，力學(xué)特性較好的巖樣。蔡國軍等[7] 通過常規(guī)的力學(xué)試驗，分析了千枚巖在不同浸水時間條件下的力學(xué)特性劣化規(guī)律，同時利用電鏡技術(shù)，從微細(xì)觀角度分析了不同水作用情況下巖石的結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)一步探討了力學(xué)特性劣化機(jī)理；Hu 等[8] 利用不同水分狀態(tài)下的單軸和三軸壓縮試驗，分析了千枚巖的力學(xué)性能變化規(guī)律；Li 等[9] 探討了水和礦物成分對千枚巖物理力學(xué)性能的影響規(guī)律；Zhu 等[10] 基于對天然和飽和炭質(zhì)千枚巖的單軸和三軸試驗，建立了考慮微裂紋閉合的千枚巖彈性本構(gòu)方程，并分析了水弱化影響下的變形特性和強(qiáng)度特性。同時也少有關(guān)注崩解特征和強(qiáng)度劣化之間的聯(lián)系。庫岸邊坡在水庫蓄水后，水位線以下的軟巖長期處于庫水浸泡當(dāng)中。因此，本文以我國西南白鶴灘庫區(qū)受小江斷裂帶影響的某橋基岸坡坡腳裸露的強(qiáng)風(fēng)化千枚巖為研究對象，開展不同浸泡時間的強(qiáng)風(fēng)化千枚巖崩解試驗和直剪試驗，研究浸泡過程中崩解特征及強(qiáng)度變化，分析崩解與強(qiáng)度之間的內(nèi)在關(guān)系，為強(qiáng)風(fēng)化破碎千枚巖橋基邊坡的設(shè)計、施工與防治提供技術(shù)支持。