红砂岩崩解性试验研究＊

郑 顺 易萍华 时 宁

（1.东华理工大学 南昌 330013；2.江西交通科学研究院 南昌 330038）

红砂岩是由泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥质细砂岩、泥质砂岩或砂质页岩等沉积岩类岩石组成。这些岩石因富含铁的氧化物呈现红色、深红色或者褐色。红砂岩在我国分布较为广泛，主要分布在华东、中南以及西南各省区。

瑞浔高速公路K1453＋120路段区主要岩性为白垩系茅店组泥质砂岩，钻孔揭示深度为29.3 m。其中全风化泥质砂岩为褐红色，岩石风化剧烈，原岩结构已完全破坏，手捏易碎，岩心呈土柱状，钻孔揭示厚度1.0m。强风化泥质砂岩为褐红色，岩石风化强烈，原岩结构部分破坏，主要矿物成份为长、英质，泥质胶结，节理裂隙发育，岩心呈碎块状～短柱状，钻孔揭示厚度16.60m。中风化泥质砂岩为褐红色，砂质结构，层状构造，主要矿物成份为石英、长石，含少量粘土矿物，锤击不易碎，岩心呈长柱状，节长10～45cm，钻孔揭示厚度8.90m。中风化页岩为褐红色，泥质结构，叶片状构造，主要矿物为泥质，含少量细砂，岩心呈碎块状，钻孔揭示厚度2.80m。

由于本路段红砂岩风化程度较高以及在挖方过程中边坡坡脚架空，从而引发滑坡地质灾害。为了更好地研究本次滑坡发生的原因，对本路段的红砂岩进行崩解性试验。

1 红砂岩室内浸水崩解性试验

本次试验的红砂岩崩解性室内试验的样品取自K1453＋120段发生滑坡后的白垩系茅店组泥质砂岩。本段的红砂岩抗水、抗风化能力较差，遇水极易风化和崩解。为了更好地研究本段的红砂岩崩解特性及规律，一共采集了5组岩样进行室内崩解试验。

1.1 试验方案

室内浸水条件下的崩解试验主要是将选取的天然状态的岩样浸没在水中，仔细观察并记录崩解现象及过程；将崩解物烘干，并进行颗粒筛分，确定崩解后的颗粒含量，并分析崩解物级配的变化规律。红砂岩室内浸水试验的主要步骤如下：

（1）将选取的天然状态下的岩样称重后放入透明的敞口容器中，加水直至浸没岩样。

（2）观察崩解过程以及现象，记录初崩的时间，以及在浸没10，30min之后岩样的崩解情况。

（3）在达到浸泡时间后，首次浸泡时间为30 min，以后每次浸泡时间不少于24h，然后带水过筛，滤去水分，即得岩样浸水后的崩解物。

（4）崩解物风干30min后置于托盘内，放入烘箱，在105℃烘干至恒重，且烘干时间不少于8h。

（5）烘干后将其取出并冷却至室温，取5，2，0.5和0.25mm的标准筛对崩解物进行筛分试验。

（6）若岩样浸水不完全，将所有粒径大于0.25mm的崩解物再次放入容器中注水浸没，达到浸泡时间后，再将崩解物烘干、筛分，进行颗粒分析，如此循环。

1.2 岩样浸水后的崩解现象

试验选取了该段红砂岩5个，各岩样浸水后的崩解过程及现象见表1。

表1 岩样浸水后的崩解过程及现象

岩样1，2，3，4，5的初崩时间分别为19，25，34，46，32s。

1.3 崩解物的颗粒分析

试验中，对各岩样崩解物进行颗粒分析，发现随干湿循环试验次数的增加，各岩样崩解物的颗粒级配亦随之不断变化，见表2～6。

表2 岩样1崩解颗粒含量变化

表3 岩样2崩解颗粒含量变化

表4 岩样3崩解颗粒含量变化

表5 岩样4崩解颗粒含量变化

6 岩样5崩解颗粒含量变化

1.4 试验分析

通过上述多组试验可见，红砂岩在失去水分又复得水分时，在干湿循环的条件下发生崩解；在崩解的过程中，化学性质没有发生变化，只是强度迅速降低，表面上与风化相似，但变化的过程短暂。时间越长，崩解越彻底，且经过有限的时间后，呈现稳定的状态。然而根据上述第4组试验表明，并非所有的红砂岩都会表现出很好的崩解性。列举＞5，0.5～2，0.25～0.5mm 粒径的含量随干湿循环次数的变化，见图1～3。

图1 ＞5mm粒径含量变化曲线

图2 0.5～2mm粒径含量变化曲线

图3 0.25～0.5mm粒径含量变化曲线

结合各岩样崩解过程及现象，可以得出以下结论：

（1）红砂岩的崩解性较强，崩解时不仅会出现开裂且易脱落，但是在首次浸泡时间（30min）内，粒径大于5mm的较大岩样不能完全崩解，需要经过多次干湿循环才能完全崩解。

（2）随着循环次数的增加，红砂岩崩解物中粒径大于5mm的颗粒含量逐渐减少；粒径在2～5，0.5～2，0.25～0.5mm以及小于0.25mm的颗粒与循环次数呈正相关。这也表明，大粒径的颗粒崩解速度较快，而小粒径崩解的速度比较慢。

（3）岩石的崩解性越强，其崩解物中各粒径颗粒含量的变化越显著，相应的曲线则越陡，反之相反。

将红砂岩2的崩解物颗粒含量变化曲线作为红砂岩崩解理论变化曲线（见图4），其崩解物中粒径0.5～2mm的颗粒含量平稳地增长，表明崩解物颗粒从大到小变化时，其崩解性比较平稳。另外，小于2～5，0.25mm的颗粒含量随循环次数的增加而增长的速度较快。

图4 岩样2颗粒含量随干湿循环次数变化曲线

2 红砂岩崩解机制分析

岩石的崩解机制主要与岩石的结构、矿物成分、胶结物成分、胶结类型等性质有关［1］。红砂岩的类型、胶结物类别是决定红砂岩崩解性强弱的主要内在因素。水浸入岩样后，引起岩样的体积膨胀而产生裂纹，而且还会出现软化、崩解岩石的胶结物，为红砂岩的崩解创造条件。在干湿循环的过程中由于水分不均匀的失去而获得在岩石内产生拉应力和张应力，当拉应力和张应力超过岩石的抗拉强度时引起裂纹，裂纹不断扩展，最终导致岩石的崩解［2］。

综上所述，红砂岩的矿物成分、胶结物类型等内在的微观因素是崩解性及其强弱程度的决定性因素。而红砂岩的构造、物理力学性质以及自然气候和地理条件等外部条件也为红砂岩的崩解提供了条件［3］。

3 红砂岩路基边坡的设计及防护措施

根据实验结果分析可知，红砂岩是一种具有强度低、失水崩解和遇水软化等特殊地质力学性质的岩体。国内通常采用的浆砌片石护面墙、挡土墙、抗滑桩等都属于刚性结构，而如果采取柔性支护方案可以克服这一缺点，有效地减少支护破坏问题［4］。为了减少滑坡造成的危害可以采取以下防护措施。

（1）边坡开挖后应及时做好坡面防护并完善排水工程，尽量减少雨水渗入边坡土体或冲刷边坡，减小开挖后的坡面在干湿循环及雨水作用下的不利影响［5］。

（2）在边坡表面培植耕植土，并用机械或人工夯实，然后采用人工铺草皮，或者采用机械喷洒草籽的方式进行植草。

4 结论

（1）原样红砂岩试样经一定的浸水过程后出现裂纹，然后开始破裂崩解。崩解物成鳞片状。

（2）红砂岩遇水崩解使结构发生变化，强度逐渐丧失，由较完整的岩石变为不同粒径的颗粒。

（3）红砂岩的结构类型、风化程度对崩解性起着重要的作用和影响。

（4）当崩解物的颗粒从大到小变化时，红砂岩的崩解物崩解性会逐渐减小。

（5）在崩解过程中，粒径小于0.25mm的颗粒含量的增长速度较快。为清楚地反映红砂岩崩解速度的快慢及其崩解的强弱，应选择大于5 mm及小于0.25mm的颗粒含量变化作为标准。

（6）环境的突变对崩解作用的影响显著，在岩样烘干后浸水的突变对崩解影响尤为明显。

［1］郭永春，谢 强，文江泉.红层泥岩崩解特性室内试验研究［J］.路基工程，2008（2）：53－54.

［2］胡博聆，王继华，赵春宏.滇中泥质粉砂岩崩解特性试验研究［J］.工程勘察，2010（7）：13－17.

［3］吴道祥，刘宏杰，王国强.红层软岩崩解性室内试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2010（S2）：4173－4179.

［4］刘可特，刘旭红，周晗晗.膨胀性红砂岩路堑边坡柔性支护设计与施工［J］.山西建筑，2012（29）：171－172.

［5］金 萍，刘 革.红砂岩地区路基边坡的防护［J］.广东公路交通，2005（4）：46－48.