红层砂岩崩解特性研究

2018-07-11 11:47杨钦富

山西建筑 2018年16期

杨钦富　李　昂

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳　550081)

0　引言

红层砂岩包括岩屑砂岩、泥岩、页岩及砂岩、泥岩与页岩等软硬交替呈层状的岩体[1]，通常又统称为“红砂岩”，崩解现象是其水敏性的重要体现。西南地区是我国四大红层地区之一，该区域由于城镇化建设及当地红层砂岩易于崩解的性质而导致大量地质灾害发生，给当地经济及人民生命财产构成了极大的威胁，因此，对红层砂岩崩解特性的研究具有十分重要的意义。

试样取自重庆万州区G318国道沿线侏罗系红层砂岩，完成了室内崩解试验、浸水循环崩解试验和耐崩解试验。

1　室内崩解试验

室内崩解试验模拟自然条件下红层砂岩的崩解条件，通过喷水模拟短期降雨。试验采用块度为15 cm，表面无明显裂隙发育的新鲜样和烘干样(试验中分别用Sx1/Sx2代表烘干样与原状样)：将4组样品置于铁架上，下方放置水盆，试验于3月2日开始一直持续到4月7日共计36 d，并在3月14日对所有样品喷水5 min，模拟降雨条件。

室内崩解试验前后对比见图1。

试验中S1,S2,S3号岩样除表面编号消失均无明显反应，主要观察记录S4号(烘干样41/天然样42)的崩解过程现象如图2所示。

放置1 d后，S41与S42表面均开始出现浅裂隙，2 d后，S41裂隙布满整个表面，S42裂隙加深；至12 d后喷水结束时，S41与S42裂隙加深；喷水结束5 min后，S41与S42裂隙数量增多，间距变大；喷水结束至岩样表面干燥后，41号裂隙杂乱，整体开裂，并且块体右侧在重力作用下开始掉落，S42裂隙加深；3月15日，S41号解体，S42无明显变化；3月26日，S41右下部分解体掉落，S42号无明显变化；3月31日，块体上的编号逐渐不可见，S41崩解后的上部分岩石继续解体掉落。整个过程中，裂隙由少变多，由表面逐渐贯通，并最终导致岩石失去整体性的破裂破坏。

2　干湿循环崩解试验

干湿循环崩解试验主要步骤如下：

1)将天然状态标准试样称重后置于一敞口容器，注水至水位略高于岩样。

2)观察并按重要时间节点记录描述试样崩解过程及破坏现象。

3)初次浸泡时间设置为30 min，以后每次不低于12 h，在时间足够后将试样带水整体利用筛网过滤，得到试样浸水崩解后的残留物。

4)将崩解残留物置于托盘内放入烘箱，在105 ℃下烘干至恒重(每次烘干24 h，2 d一次干湿循环)。

5)记录每种岩样初始崩解所用浸水—烘干次数。

泥质粉砂岩只经历2个干湿循环即整体破碎，砂岩经15次干湿循环后仅通过触摸察觉试样表面由光滑(制样时表面打磨)变为颗粒明显的粗糙感。干湿循环崩解试验前后对比如图3所示。

详细记录泥质粉砂岩每次浸水、烘干时崩解现象：

1)初始浸泡时未见试样出现崩落现象；2)第二次浸水5 min～10 min可见试样内部涌出气泡，表面有少量气泡附着；3)浸泡30 min可见试样底端出现3条～4条裂隙，隙宽明显，延伸较长，至1 h后整体碎裂；4)第二次烘干24 h后岩石整体崩解。

破坏过程见图4。

3　耐崩解试验

耐崩解试验参照《岩石物理力学性质试验规程第9部分：岩石耐崩解试验》并改进，选取8组样品，经多次干燥和湿润的标准循环，以试样残留质量与原质量之比得到耐崩解性指数。

耐崩解试验主要步骤如下：

1)称量圆筒质量，将制好的20块质量为25 g的岩样放入圆柱形筛桶中；2)将装有岩样的筛桶置于105 ℃恒温下的烘箱内至质量不再变化，取出冷却后称重；3)将装有试样的筛桶放置在水槽中，连接转动装置，向水槽内注入纯水至贴近转动轴并设置以20 r/min的转动速度转动10 min，待停止后取出圆筒，放入烘箱中 24 h至恒重，冷却后称量质量；4)重复上述步骤进行第二次的标准循环，直至岩样残留物质量保持不变；5)若剩余岩样仍无明显崩解变化，则继续进行循环崩解完成5次；6)崩解完成后，将筛桶内的剩余崩解物烘干并称重，记录见表1。