道路边坡片岩耐崩解特性室内试验研究

黄焕然

（南宁纵横时代建设投资有限公司，广西 南宁 530200）

0 引言

边坡变形受降雨影响较大，同时在晴天受到日晒影响，形成了干湿循环现象，边坡表面岩石易发生风化崩解，强度较低[1]。而反复的干湿循环作用对岩石力学性质及岩体工程稳定性的弱化作用比长时间浸水还要强。岩体在爆破开挖过程中，裸露在空气中受干湿循环的影响易风化崩解，岩石的崩解特性影响着边坡的稳定性。

国内外一些学者在这方面已经取得了较好的研究成果[2-5]，张丹等[6]运用分维理论分析母岩的崩解过程，结合母岩的理化特性探讨水、热对紫色泥岩崩解的作用规律。柴肇云等[7]对泥岩进行耐崩解试验，得出耐崩解性与其矿物组成和裂隙结构特征密切相关；张巍等通过自主设计的崩解试验，研究了泥岩崩解物粒径分布与膨胀性的关系。刘长武等结合泥岩遇水后宏观物理力学性质的变化规律，探讨了泥岩遇水的崩解软化机理。

上述研究主要集中在泥岩的崩解特性、结构组成、微观机理等方面，但针对片岩开展的耐崩解特性研究鲜有报道，本文将对两种片岩开展崩解特性研究，研究干湿循环条件下片岩崩解的变化规律及崩解差异产生机理。

1 试验方法及计算

1.1 试验方法

根据相关试验规程，本次试验步骤如下：

（1）取出不同种类片岩，各100～200g，取3组试样，对试样岩性进行编号记录；

（2）将单个岩样在105～110℃的温度下进行烘干，放入干燥器内冷却至室温后称量，称量后将试件置于水中自由浸泡12h；

（3）到达设计时间后取出试样并放入筛桶中，并置于岩石耐崩解性试验仪（HNB-1型）中进行试验。在筛筒中转动10min后，将筛桶中的残留试件取出后放入105～110℃的温度下烘12h，在干燥器内冷却至室温称量。

（4）取出岩样称量，结束单次循环，计算耐崩解指数，重复以上步骤，每组岩样干湿循环9次。

1.2 试验计算

边坡受降雨及日晒的状态对应于试验中干燥和浸水两个过程，但边坡岩石不仅仅只经历两次日晒雨淋，所以用两组循环后的数据指标确定岩石耐崩解指数是不够的。本次试验设置了多个循环，这样得出的岩石耐崩解性指数更接近现场真实情况。基于上述考虑，将耐崩解循环次数增加为9次，因此按下式计算岩石耐崩解性指数：

式中：IdN——岩石（N次循环）耐崩解性指数，%；

md——原试样烘干质量，g；

mN——第N次循环后残留试样烘干质量，g。

2 耐崩解试验岩样形态变化

2.1 石英云母片岩

石英云母片岩在经过9个循环的过程中，前期岩块主体剥离崩解，其崩解物总体呈片状。随着循环次数的增加，崩解的片状岩块进一步崩解，岩样块体棱角慢慢消失，片状岩块厚度及粒径呈减小趋势。经历不同循环后的石英云母片岩崩解过程形态见图1，不同循环后岩石崩解现象描述见表1。

表1 石英云母片岩岩样描述

图1 石英云母片岩残留块体形态变化

2.2 云母石英片岩

云母石英片岩在经过9个循环的过程中，前期岩块一角表面剥离崩落较多小碎块。岩块表面可见片理面。到后期岩块沿着片理面剥离崩落，崩落物为片状，总体上呈大块状。经历不同循环后的云母石英片岩崩解过程形态见图2，不同循环后岩石崩解现象描述见表2。

图2 云母石英片岩残留块体形态变化

表2 云母石英片岩岩样描述

3 崩解循环对耐崩解性指数影响

岩石耐崩解性试验结果见表3，耐崩解性指数与循环次数关系曲线见图3。

表3 岩石耐崩性试验结果

从图3可知，经过9次循环，片岩的耐崩解性指数随循环次数的增加而降低。Id和N之间呈线性关系，表达式为Id=AX+B（式中A和B为系数，X为循环次数），从图中可知,在相同循环次数作用下，云母石英片岩耐崩解指数大于石英云母片岩耐崩解指数。这可能与两种片岩矿物组成成分有关，因此需结合岩石的矿物组成成分来分析岩石崩解特性。

图3 两种片岩耐崩解性指数与循环次数关系曲线图

4 矿物组成成分分析

本文选取两种不同表观特征的片岩，通过薄片鉴定分析可知，两种片岩主要矿物成分见表4，结构特征描述见表5：

表4 两种片岩主要矿物成分

表5 两种片岩结构特征描述

按照矿物成分来看，片岩主要矿物成分为石英和白云母，其中石英云母片岩中的云母矿物占60%，石英占30%，云母石英片岩中云母占40%，石英占55%。又根据表5可知，片岩中的白云母定向排列成片状构造，石英结晶后成粒状。

5 崩解机理浅析

根据上文两种片岩矿物组成成分可知，片岩中片状云母与粒状石英两种物质成分含量决定了片岩的崩解特性存在差异性。白云母构成了片岩的片理构造，当片岩经过一段时间浸水后会吸水膨胀软化，片状结构弱面经过不断反复吸水软化，干燥收缩，结构面受到张拉应力作用易引起开裂，崩解速度加快。由于耐崩解试验过程中片岩试样每经过一次循环就会使岩样产生新的裂隙，导致岩样内部结构的破坏，促进了片状结构弱面的应力拉裂作用，这样片岩的崩解过程就表现得更为迅速。而由于石英特有的高硬度、比表面积大、良好的刚性、耐磨性和在极高温度或恶劣的环境下也不会裂解的特性，在片岩中石英能起到抵抗崩解的作用。因此片岩中白云母和石英这两种矿物成分含量的高低决定了片岩的抵抗崩解的能力，也就影响了岩石的耐崩解性指数。由于石英云母片岩中的白云母含量高，云母石英片岩中石英占比高，这也是两种片岩耐崩产生差异的原因，其石英云母片岩的崩解能力高于云母石英片岩。

6 结束语

通过对干湿循环条件下片岩崩解的变化规律及崩解差异产生机理的试验研究，得出如下结论：（1）片岩的耐崩解性指数随循环次数的增加而降低；（2）在相同循环次数下，两种片岩的耐崩解性指数有以下关系：云母石英片岩＞石英云母片岩；（3）通过物质成分鉴定可知，片岩主要结构为片状变晶白云母及粒状变晶石英。片岩中片状云母与粒状石英两种物质成分含量比决定了片岩的崩解特性存在差异性。