鄧仕騏,李遠(yuǎn)耀,徐 勇,王寧濤,王騰飛
(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地質(zhì)調(diào)查研究院,湖北 武漢 430074;2.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心(中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心),湖北 武漢 430205)
大陸紅層是一類在陸相沉積環(huán)境中形成的以紅色為主色調(diào)的碎屑巖層,其巖性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變[1]。紅層細(xì)碎屑巖是紅層中粉砂巖-泥巖系列的巖石,屬紅層軟巖,具有巖體強(qiáng)度低、抗風(fēng)化能力差、親水性強(qiáng)、易崩解等顯著特性,其工程地質(zhì)性質(zhì)差,常孕育滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害[2-3]。
前人對紅層細(xì)碎屑巖的崩解特性及機(jī)制已做了大量的研究。如:Gokceoglu等[4]認(rèn)為紅層軟巖耐崩解試驗循環(huán)次數(shù)為5次時最能體現(xiàn)其耐崩解性;左清軍等[5]、甘文寧[6]、葉火炎等[7]、宋彥輝等[8]、Koralegedara等[9]和Zhang等[10]的研究表明,紅層軟巖的物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等自身特性是影響其耐崩解性的主要控制因素,即微觀孔隙和黏土礦物等不穩(wěn)定礦物的增多和礦物結(jié)合體的連接性降低是導(dǎo)致紅層軟巖耐崩解性下降的重要因素;Zhang[11]認(rèn)為紅層軟巖的崩解包含從內(nèi)到外、從微觀到宏觀的一系列過程。在紅層軟巖物質(zhì)組分和微觀結(jié)構(gòu)變化測試方法研究方面,王倩等[12]、范學(xué)運(yùn)[13]介紹了利用X射線衍射測試紅層軟巖中黏土礦物含量的方法;許家良[14]介紹了利用掃描電鏡觀測紅層軟巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)和利用Matlab分析紅層軟巖相片的方法;林玉玲等[15]、苗得雨等[16]提出了提取紅層軟巖微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。
綜上所述,前人目前的研究大多集中在影響紅層軟巖耐崩解特性的內(nèi)外因素方面,缺乏對巖石崩解過程中物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的演化過程的研究,也較少利用高精度的測試技術(shù)對巖石微觀層面進(jìn)行分析,且對巖石崩解過程微觀機(jī)理的闡述不足。為此,本文選取湖南桑植縣滿家坡滑坡的紅層細(xì)碎屑巖作為研究對象,通過開展耐崩解試驗、X射線衍射試驗和掃描電鏡試驗,對不同崩解循環(huán)后的紅層細(xì)碎屑巖巖樣的物質(zhì)組成和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析,探討紅層細(xì)碎屑巖遇水崩解的微觀機(jī)理及其演化過程,為進(jìn)一步揭示紅層滑坡破壞機(jī)理提供新的思路。
巖石樣品采自湖南桑植縣滿家坡滑坡(見圖1)邊界處的新鮮基巖露頭(見圖2),地層上屬中三疊統(tǒng)巴東組二段(T2b2),巖性以粉砂質(zhì)泥巖為主[3],經(jīng)巖石薄片鑒定確定其主要礦物組成后定名為紅褐色中厚層狀粉砂質(zhì)泥巖(見圖3),屬紅層細(xì)碎屑巖。
圖1 湖南桑植縣地理位置圖Fig.1 Geographical location map of Sangzhi County, Hunan Province
圖2 滿家坡滑坡紅層基巖采樣露頭Fig.2 Sampling outcrop red bed rock of Manjiapo landslide
圖3 粉砂質(zhì)泥巖薄片鑒定特征Fig.3 Identification characteristics of thin section of silty mudstone
耐崩解試驗采用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)巖土力學(xué)實驗中心的SCL-1型耐崩解儀,篩桶孔徑為1 mm,每3 s轉(zhuǎn)一次。試驗前,先將巖石樣品制成重為40~60 g、直徑為3~5 cm規(guī)格的小塊,共設(shè)置5組對比試驗組,每組8個巖樣,其中前4組巖樣用于測試耐崩解性指數(shù),第5組巖樣用于后續(xù)物質(zhì)組成和微觀結(jié)構(gòu)試驗。
根據(jù)《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50266—2013)中規(guī)定的耐崩解試驗流程,首先將每組巖樣烘干并稱重,可得巖樣的初始重量,隨后將巖樣放入耐崩解儀中崩解10 min;一次崩解過程完成后,取出樣品烘干并稱重,持續(xù)重復(fù)以上步驟,進(jìn)行5次崩解循環(huán),并對最后剩余的巖樣稱重,即完成一次耐崩解試驗。按下式計算巖樣5次崩解循環(huán)的耐崩解性指數(shù)(Id5):
(1)
式中:M0為巖樣的初始干質(zhì)量(g);M5為5次崩解循環(huán)后剩余巖樣的干質(zhì)量(g)。
試驗完成后,可得到不同崩解循環(huán)后紅層細(xì)碎屑巖各組巖樣的剩余干質(zhì)量和耐崩解性指數(shù)(Id5),見表1。
由表1可知,滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖巖樣的5次崩解循環(huán)Id5值較低,各組巖樣的Id5值在35%~55%之間,平均值為48.086%。
表1 滿家坡滑坡紅層碎屑巖各組巖樣的耐崩解試驗結(jié)果Table 1 Result of slake durability test of the red bed fine classic rock samples from Manjiapo landslide
以耐崩解試驗中第5組紅層細(xì)碎屑巖巖樣為研究對象,同樣進(jìn)行5次崩解循環(huán),取原狀樣和不同崩解循環(huán)完成后的巖樣作為后續(xù)開展物質(zhì)組成和微觀結(jié)構(gòu)試驗的樣品,并依次編號為R0~R5,其中R0表示原狀樣,R1~R5分別表示第1次至第5次崩解循環(huán)后的巖樣。
2.1.1 試驗儀器及過程
采用X射線衍射(XRD)相分析方法,測定不同崩解循環(huán)中巖樣的礦物組成,試驗儀器采用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)調(diào)查實驗中心的Olympus XRD Terr X射線衍射儀。試驗時,先將巖樣磨成粉末,過200目篩后放入儀器中測試;測試完成后從儀器中導(dǎo)出數(shù)據(jù),利用Xpowder軟件進(jìn)行反演分析,最終得到對應(yīng)巖樣的XRD圖譜。滿家坡滑坡紅層碎屑巖原狀樣(R0)的X射線衍射(XRD)圖譜見圖4。
圖4 滿家坡滑坡紅層碎屑巖原狀樣(R0)的X射線衍射(XRD)圖譜Fig.4 X-Ray Diffraction (XRD) spectrum of the undisturbed red bed fine classic rock sample (R0) from Manjiapo landslide
2.1.2 試驗結(jié)果及分析
不同崩解循環(huán)中滿家坡滑坡紅層碎屑巖巖樣的礦物組分及其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))變化,見表2。
由表2可知,本試驗紅層細(xì)碎屑巖包含9種主要礦物,結(jié)合其在巖石薄片中的礦物特征,根據(jù)礦物類型、礦物賦存特征可將其劃分為三大類,即碎屑組分、膠結(jié)物組分和黏土礦物組分,后兩者同時作為巖石的填隙物存在。碎屑組分粒徑較大,構(gòu)成巖石骨架;膠結(jié)物和黏土礦物作為填隙物充填于碎屑組分間,起聯(lián)結(jié)碎屑顆粒的作用。此外,該巖石中尚含有少量非晶質(zhì)組分,主要為未成晶型的硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)礦物,包括玉髓、方解石、赤鐵礦等[15],整體占比較小,約為7%左右。
表2 不同崩解循環(huán)中滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖巖樣的礦物組分及其含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))變化Table 2 Mineral compositions and contents of the red bed fine clastic rock samples from Manjiapo landslide in each disintegration cycle
2.2.1 掃描電鏡(SEM)相片獲取
SEM試驗采用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室的FEI Quanta 200環(huán)境掃描電子顯微鏡進(jìn)行。試驗前,先將巖樣加工成2 cm見方、兩面磨平的小方塊,R0~R5每樣各兩塊,分別對應(yīng)崩解巖石表面和新鮮面,以對比崩解過程中巖石內(nèi)外部的微觀結(jié)構(gòu)特征,共12塊巖樣。拍攝SEM相片時,在每塊巖樣上選擇3~4個點依次放大500倍、1 000倍、2 000倍進(jìn)行拍攝,巖樣R4的SEM樣片見圖5。
圖5 滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖巖樣R4在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡(SEM)相片F(xiàn)ig.5 SEM images of the red bed fine clastic rock samples(R4) from Manjiapo landslide with different magnification
2.2.2 掃描電鏡(SEM)相片信息提取
本文利用Matlab軟件對紅層細(xì)碎屑巖巖樣的SEM相片進(jìn)行處理及信息提取,對其微觀結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行定量分析。
SEM相片信息提取流程主要包括預(yù)處理、圖像降噪、對比度增強(qiáng)、圖像二值化、圖像優(yōu)化、信息提取6個步驟[16]。經(jīng)處理后所獲得的巖樣R4的SEM圖像見圖6。
圖6 處理后滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖巖樣R4的SEM圖像Fig.6 SEM image of the processed red bed fine clastic rock samples(R4) from Manjiapo landslide
提取的巖石礦物顆粒微觀幾何參數(shù)包括:顆粒長軸長度LL、顆粒短軸長度LS、等面積圓顆粒周長S0、顆粒周長S、巖石孔隙率PO共5個。為了進(jìn)一步揭示巖石崩解過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化,引入了球度R和磨圓度PS兩個參數(shù)。
球度R和磨圓度PS均是刻畫巖石單個礦物顆粒微觀結(jié)構(gòu)的參數(shù)。球度的定義為巖石礦物顆粒的短軸長度LS與長軸長度LL之比,可作為衡量巖石礦物顆粒形態(tài)與球體接近程度的參數(shù),其數(shù)值范圍為(0,1],該參數(shù)越大,說明巖石礦物顆粒形態(tài)越接近球體。巖石表面的球度計算公式為
(2)
磨圓度的定義為巖石礦物顆粒周長S與等面積圓顆粒周長S0之比,可用來衡量巖石礦物顆粒邊界的粗糙程度,其數(shù)值范圍為[1,+∞),該參數(shù)越大,說明巖石礦物顆粒邊界越粗糙、棱角越多,反之則說明巖石礦物顆粒邊界越光滑、棱角越少。巖石表面磨圓度的計算公式為
(3)
2.2.3 試驗結(jié)果及分析
對所有紅層碎屑巖巖樣的SEM相片進(jìn)行處理后,可得到不同崩解循環(huán)后的滿家坡滑坡表面和新鮮面顆粒微觀結(jié)構(gòu)參數(shù),見表3。
表3 不同崩解循環(huán)后的滿家坡滑坡表面和新鮮面顆粒微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 3 Microstructure characteristics of the particles on surface and fresh face of the red bed fine clastic rock samples from Manjiapo landslide after different disintegration cycles
注:表中巖石礦物顆粒長度、周長均以SEM相片中像素單元長為單位,一張SEM相片包含1 024×884個像素。
本文以表1中不同崩解循環(huán)后紅層細(xì)碎屑巖各組巖樣的剩余干質(zhì)量(M0~M5)為縱坐標(biāo),以巖樣R0~R5對應(yīng)的崩解循環(huán)次數(shù)為橫坐標(biāo)作圖,可得滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖各組巖樣的剩余干質(zhì)量隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線,見圖7。
圖7 滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖各組巖樣的剩余干質(zhì)量隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線Fig.7 Change curves of residual mass of the red bed fine clastic rock samples from Manjiapo landslide with the cycle times in disintegration
由圖7可見,各試驗組紅層細(xì)碎屑巖巖樣的剩余干質(zhì)量隨崩解循環(huán)次數(shù)的增加呈顯著降低趨勢,曲線折線在第1次崩解循環(huán)后出現(xiàn)了拐點,曲線前后斜率存在較明顯的差異,表明在整個崩解過程中第1次崩解循環(huán)對巖樣質(zhì)量的減少起主要作用。
本文以紅層細(xì)碎屑巖的物質(zhì)組成即碎屑組分、膠結(jié)物組分、黏土礦物組分三者的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為縱坐標(biāo),以巖樣R0~R5對應(yīng)的崩解循環(huán)次數(shù)為橫坐標(biāo)作折線圖,可得到滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖巖樣的物質(zhì)組成隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線,見圖8。
圖8 滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖巖樣的物質(zhì)組成隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線Fig.8 Change curves of rock material composition of the red bed fine clastic rock samples from Manjiao landslide with cycle times in disintegration
由圖8可以看出:
(1) 紅層細(xì)碎屑巖巖樣的碎屑組分含量隨崩解過程的進(jìn)行相對上升,且曲線在R0~R1段的斜率明顯較后續(xù)過程高,即說明第1次崩解過程中巖樣的碎屑組分含量升高最為顯著。這一現(xiàn)象主要是由于巖石的碎屑組分聯(lián)結(jié)程度高,在崩解過程中較難被剝離所造成的。
(2) 紅層細(xì)碎屑巖巖樣的膠結(jié)物組分含量在崩解過程中整體呈下降趨勢,且曲線在R0~R1段的斜率下降明顯,而后在一定范圍內(nèi)波動,反映出第1次崩解過程中巖樣的膠結(jié)物組分含量變化最大的特征。這是由于在巖石崩解過程中,流體沿著顆粒間縫隙作用,部分膠結(jié)物被沖刷帶走,但由于其粘連作用較強(qiáng),故巖石的膠結(jié)物組分含量整體略有下降但幅度不大。
(3) 紅層細(xì)碎屑巖巖樣的黏土礦物組分含量在崩解過程中相對下降。這一特征一方面與黏土礦物本身易受水?dāng)_動,即其片狀結(jié)構(gòu)易被水分子破壞導(dǎo)致黏結(jié)強(qiáng)度下降有關(guān);另一方面是由于黏土礦物多賦存于整體性較差的粒間填隙物中,為水動力作用的優(yōu)先場所,而其相比于膠結(jié)物又較少與其他顆粒有較強(qiáng)的粘連作用,故分離剝蝕較明顯[17]。
綜上可見,紅層細(xì)碎屑巖在崩解過程中的物質(zhì)組分變化體現(xiàn)出膠結(jié)物和黏土礦物組分含量減少、碎屑組分含量相對上升的特點,該特征主要與不同物質(zhì)組分在崩解過程中被流體剝離的難易程度相關(guān)。
巖石的微觀結(jié)構(gòu)變化體現(xiàn)在單個礦物顆粒和巖石整體的微觀結(jié)構(gòu)變化兩個方面,前者主要表現(xiàn)為巖石形態(tài)的變化,可用巖石表面顆粒長、短軸長度和球度R、磨圓度PS來刻畫;后者主要表現(xiàn)為巖石孔隙的變化,可用孔隙率PO來衡量。
3.3.1 巖石礦物顆粒的結(jié)構(gòu)變化
本文以紅層細(xì)碎屑巖表面和新鮮面顆粒的長、短軸長度為縱坐標(biāo),以巖樣R0~R5對應(yīng)的崩解循環(huán)次數(shù)為橫坐標(biāo),可得到滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖顆粒長、短軸長度隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線,見圖9。
圖9 滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖顆粒長、短軸長度隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線Fig.9 Change curves of long and short axis lengths of the particles of the red bed fine clastic rock samples from Manjiapo landslide with cycle times in disintegration
由圖9可見,紅層細(xì)碎屑巖表面顆粒的長、短軸長度在崩解過程中變化明顯、大小不一,總體呈起伏的波動狀;而紅層細(xì)碎屑巖新鮮面顆粒的長、短軸長度在崩解過程中基本保持一致,幾乎不發(fā)生變化。
本文以紅層細(xì)碎屑巖表面和新鮮面顆粒的球度R和磨圓度PS為縱坐標(biāo),以巖樣R0~R5對應(yīng)的崩解循環(huán)次數(shù)為橫坐標(biāo)作圖,可得到滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖顆粒的球度和磨圓度隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線,見圖10。
圖10 滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖顆粒球度和磨圓度隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線Fig.10 Change curve of roundness and psephicity of the particles of the red bed fine clastic rock samples from Manjiapo landslide with cycle times in disintegration
由圖10可見,在原始狀態(tài)R0下,紅層細(xì)碎屑巖表面顆粒的球度R相較新鮮面顆粒明顯偏低,磨圓度PS則較之偏大;在崩解過程中的R1~R5段,每一次崩解完成后,紅層細(xì)碎屑巖表面顆粒的球度R相較于新鮮面顆粒均有下降,且下降幅度較為一致;紅層細(xì)碎屑巖表面顆粒的磨圓度PS較之新鮮面顆粒略有上升,且上升幅度大體相近。此外,對于巖石新鮮面顆粒而言,其球度R、磨圓度PS在崩解過程中基本保持不變,說明巖石新鮮面顆?;静皇鼙澜庾饔玫挠绊?。
綜上可見,總體上紅層細(xì)碎屑巖單個礦物顆粒在崩解過程中的微觀結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出如下特征:①崩解過程中,巖石表面顆粒結(jié)構(gòu)明顯改變,巖石新鮮面顆粒結(jié)構(gòu)基本不變;②崩解作用使巖石表面顆粒的球度R下降、磨圓度PS上升。
紅層細(xì)碎屑巖表面顆粒和新鮮面顆粒的球度、磨圓度參數(shù)在崩解過程中的變化特征與巖石自身性質(zhì)、崩解作用的特征和順序密切相關(guān)。首先,巖石在崩解過程中,流體總是由外至內(nèi)地對礦物顆粒進(jìn)行侵蝕,內(nèi)部顆粒所受的水動力作用明顯小于表面顆粒,故巖石新鮮面顆粒的球度和磨圓度在整個崩解過程中均變動不大;其次,巖石在發(fā)生崩解前,即原始狀態(tài)R0下,由于巖石表面直接與自然環(huán)境接觸,經(jīng)歷長時間風(fēng)化作用,巖石表面礦物顆粒發(fā)生機(jī)械破碎,導(dǎo)致棱角增多、粗糙度變大[18],故R0的表面顆粒球度和磨圓度較之新鮮面顆粒分別偏小、偏大;此外,巖石在崩解過程中的R1~R5段,受水的沖刷作用,巖石表面的填隙物剝蝕、脫落,礦物顆粒出現(xiàn)缺口、破碎,形成V形坑、斷口、破裂等[19],故崩解過程各階段巖石表面顆粒相對新鮮面顆粒球度R下降、磨圓度PS上升,但由于崩解作用時間較短且崩解時間相同,其影響程度有限,且此時進(jìn)行崩解的巖石表面亦是前一階段的新鮮面,故差異程度較R0較小且各崩解階段的差異幅度基本相同。
3.3.2 巖石孔隙的變化
本文以紅層細(xì)碎屑巖在崩解過程中孔隙率為縱坐標(biāo),以巖樣R0~R5對應(yīng)的崩解循環(huán)次數(shù)為橫坐標(biāo)作圖,可得到紅層細(xì)碎屑巖孔隙率PO隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線,見圖11。
圖11 滿家坡滑坡紅層細(xì)碎屑巖孔隙率隨崩解循環(huán)次數(shù)的變化曲線Fig.11 Change curves of porosity of the red bed fine clastic rock from Manjiapo landslide with cycle times in disintegration
由圖11可見,在原始狀態(tài)R0下,紅層細(xì)碎屑巖表面的孔隙率略高于新鮮面,在崩解過程中的R1~R5段,巖石表面的孔隙率則明顯高于新鮮面的孔隙率;對于巖石新鮮面而言,其孔隙率在崩解過程中的變化較小,基本保持不變。
結(jié)合紅層細(xì)碎屑巖的崩解過程,原始狀態(tài)R0下巖石處在自然風(fēng)化環(huán)境中,受顆粒脫落、破碎等機(jī)械作用和礦物水解、重結(jié)晶等化學(xué)作用的影響,巖石表面的孔隙率較新鮮面偏大;在崩解過程中的R1~R5段,受崩解時的水動力作用,使巖石表面的礦物,特別是作為填隙物的膠結(jié)物、黏土礦物被剝蝕、脫落,進(jìn)而導(dǎo)致巖石表面的孔隙率增大,且由于崩解時間相同,其增大幅度基本一致。而對于巖石新鮮面而言,由于崩解過程中幾乎不受流體沖刷作用的影響,其孔隙率基本不變。
基于上述紅層細(xì)碎屑巖的耐崩解試驗,并通過對不同崩解循環(huán)后紅層細(xì)碎屑巖的物質(zhì)組成和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,認(rèn)為紅層細(xì)碎屑巖遇水崩解的微觀機(jī)理及其演化過程如下:
(1) 紅層細(xì)碎屑巖在成巖及地表的風(fēng)化過程中造就了含較多粒間填隙物(即方解石、赤鐵礦等膠結(jié)物和黏土礦物)的物質(zhì)特征,并形成了原生及次生孔隙。相比于粒度更大、更為均一的石英、長石、云母等骨架顆粒而言,紅層細(xì)碎屑巖粒間物質(zhì)和孔隙的穩(wěn)定性較差,易受各種機(jī)械和化學(xué)作用的影響而脫落。
(2) 在紅層細(xì)碎屑巖崩解過程中,流體沖刷巖石表面導(dǎo)致顆粒間抗擾動能力較差的填隙物和膠結(jié)物最先脫落,并使得巖石表面的孔隙增大,在弱化了顆粒間聯(lián)結(jié)力的同時使流體作用進(jìn)一步增強(qiáng),礦物顆粒開始出現(xiàn)破碎、脫落,最終使得巖石表面的石英等碎屑顆粒也被流體帶走,見圖12。
(3) 隨著上述流體沖刷—填隙物和膠結(jié)物被剝蝕—孔隙增大—顆粒聯(lián)結(jié)減弱—顆粒破碎剝蝕的反復(fù)進(jìn)行,紅層細(xì)碎屑巖逐步進(jìn)行由外至內(nèi)、逐層遞進(jìn)的崩解。這一過程在宏觀上表現(xiàn)為巖石變小、質(zhì)量下降;在巖石物質(zhì)組成上表現(xiàn)為碎屑組分含量相對上升,膠結(jié)物組分和黏土礦物組分含量相對下降;在微觀結(jié)構(gòu)上則表現(xiàn)為巖石表面孔隙率PO相對新鮮面上升,且?guī)r石表面顆粒的球度R、磨圓度PS相對新鮮面顆粒分別下降與上升。
圖12 紅層細(xì)碎屑巖的崩解演化過程Fig.12 Disintegration process of red bed fine clastic rocks
通過開展耐崩解試驗、X射線衍射試驗和掃描電鏡試驗,本文對湖南省桑植縣滿家坡滑坡紅層基巖即紅層細(xì)碎屑巖在崩解過程中的微觀機(jī)理及其演化過程進(jìn)行了研究,得出以下主要結(jié)論:
(1) 紅層細(xì)碎屑巖的耐崩解性較差,在5次循環(huán)耐崩解試驗中,耐崩解性指數(shù)Id5值在35%~55%之間,且以第1循環(huán)的巖石質(zhì)量下降最為明顯。
(2) 紅層細(xì)碎屑巖在崩解過程中的物質(zhì)組成變化主要表現(xiàn)為石英、長石、云母等碎屑組分含量的相對增加和方解石、赤鐵礦等膠結(jié)物組分以及高嶺石、伊利石、蒙脫石等黏土礦物組分含量的相對減少。
(3) 紅層細(xì)碎屑巖在崩解過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化可通過巖石顆粒球度R、磨圓度PS和孔隙率PO等參數(shù)來反映。崩解過程中,巖石表面顆粒的球度R和磨圓度PS較新鮮面顆粒分別下降和上升;巖石表面的孔隙率PO經(jīng)崩解后較新鮮面上升;巖石新鮮面的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)在崩解中基本保持不變。
(4) 紅層細(xì)碎屑巖的崩解是一個由外至內(nèi)的演化過程,巖石表層先進(jìn)行崩解,巖石內(nèi)部則幾乎不受影響,而在這一過程中作為主要動力的是水的機(jī)械沖刷作用。紅層細(xì)碎屑巖遇水崩解的微觀機(jī)理及其演化過程表現(xiàn)為:流體沖刷使填隙物脫落、巖石表面孔隙增大、礦物顆粒聯(lián)結(jié)力下降、顆粒破碎脫落這一系列過程,通過該系列作用的反復(fù)進(jìn)行,最終導(dǎo)致紅層細(xì)碎屑巖在宏觀上崩解。