四川红层地区水-岩作用时效性研究

摘要

红层属于典型的层状岩体，其工程地质性质各向异性明显。抗压、抗剪性均较差，力学强度低，遇水极易发生膨胀、软化和崩解，泥岩与水的长期作用还会产生泥化作用。在一定程度上弱化泥岩的工程性状，降低红层边坡的稳定性，所以对红层水-岩作用时效性研究具有重要的现实意义。本文通过对四川盆地红层库区岩样磨片试验、电镜扫描、崩解试验、力学试验和含水率试验的系统研究，揭示红层水-岩作用具有时效性，并得出以下几点认识： ⑴红层水-岩作用与其岩性及成分有关：以伊利石和蒙脱石为主要矿物的泥岩、粉砂质泥岩，具有较强的亲水性，在水的作用下容易发生物理及化学变化，即发生软化、泥化作用，这种作用的结果是弱化红层岩体的工程性状；而水对砂岩、粉砂岩的影响就相对较弱。 ⑵红层浸水后具有崩解性：崩解速度与风化程度、岩性和浸水时间等因素有关。崩解作用在强风化的泥岩中表现尤为突出，相反弱风化的泥岩崩解速度较慢；泥质含量较高的红层岩石的崩解速度较快，浸水后呈层状剥落，崩解现象明显，砂岩则崩解速度较慢。 ⑶红层水-岩作用降低岩石的力学性质：试验揭示弱风化的红层岩石干抗压强度较高而饱水后及强度有较大幅度的降低，和前人的研究结果类似，软化系数为0.5～0.55左右。 ⑷红层水-岩作用具有时效性：浸水时间越长，岩石强度降低越多，但有阶段性的发展，开始下降较快，后来趋于稳定。总体上软化系数在0.3～0.5之间，经过30～50年水库浸泡后软化系数较目前在实验室测得的降低10～20％。 ⑸红层地区长期蓄水的水库水-岩作用会降低其库岸边坡的稳定性。因此，水岩作用会直接影响库岸边坡的长期稳定性，本文所得的软化系数对库岸边坡的稳定性具有重要的参考价值。 综上所述，水-岩作用的研究无论在理论上还是在工程实践上，都有其重要的意义，特别是在水量充沛的红层地区。泥岩在水的作用下发生软化、泥化作用，对岩体的工程性状及库岸坝基的工程稳定性都会造成威胁。本文主要是以试验的为主要的研究方法，通过对四个分区的泥岩进行试验，发现水对岩石在不同的浸泡年限内的影响不同，显示了其时效性的特点；水对不同岩性在同样浸泡年限内的影响也不同，显示了水-岩作用与岩性有关的特点；岩石在干湿交替作用后的加速破坏变化，显示了其崩解性的特点。