拉萨板岩强度风化衰减机理研究

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1、２０１５年第１０期（总第１６３期）江西建材勘察与测绘拉萨板岩强度风化衰减机理研究１，２１■央金卓玛，田荣燕■１．西藏大学工学院，拉萨８５００００；２．西南交通大学地学学院，成都６１００３１摘要：在拉萨板岩经历不同冻融循环次数后得出的应力应变曲线基础上，应用岩石热物理学，毛细作用原理，结合青藏高原特殊的地理气候条件，重点探讨了温度和水的反复作用和相互影响对拉萨板岩快速风化的促进作用。结果表明，拉萨地壳快速隆升产生的卸荷裂隙及岩体内部原先存在的软弱结构面是板岩快速风化的基本条件。后期温度和水周期性升降和相变导致冻融循环，对板岩表层０３ｍ～０４ｍ

2、深度以上产生较大热应力；高温盐分结晶产生结晶压力；低温结冰产生冻胀力。如此反复作用使岩体内裂隙不断发展，抗剪强度降低，最终强烈崩解。关键词：拉萨板岩风化强度温度水板岩在西藏地区广泛分布，在高寒高海拔气候影响下，冻融循环使图３不同冻融循环次数下板岩的应力－应变曲线板岩从完整岩石风化成碎屑。风化碎屑崩落堵塞排水沟，或者在雨水壁产生冻胀力，原有裂隙增大，同时在抗压强度小于冻胀力的部位，又［１］作用下成为碎屑流亦或在隧道、矿井施工过程中发生拱板塌落、支护体产生新的裂隙。根据朱立平等人的研究，阳光天气对岩石温度上升系反拱变形、掉块等造成安全隐患。近年来随

3、着国家不断加大对西藏起着强烈的加速作用。因此随着外部温度升高，岩石内部温度缓慢变地区的援助力度，铁路、公路、矿山等大量工程通过板岩地区，因此，对化，而冰在升温过程中同样产生膨胀，对侧壁施加压力，使裂隙进一步青藏高原特殊的气候，地理环境和地质构造运动下板岩快速风化的机发展。如此冻融循环往复，使板岩抗剪强度不断降低。理研究，有利于深化拉萨板岩工程性能的理论认识，进而为拉萨板岩地１．１温度效应区的工程勘察、设计、施工理论提供依据和实践参考。温度变化是影响岩石风化的一个重要因素。它主要体现在两个方近年来很多学者对高寒地区岩石风化进行了大量的理论和试验研

4、面。①温差产生的热应力；②冷热循环引起的热疲劳。［１－７］１．１１热应力究，主要集中在岩石冻融循环后结构构造的变化，物理性质的变化，力学劣化损伤机理研究，岩石风化过程中参数的测量、冻胀力大小岩石和其他物质一样，具有遇热膨胀，遇冷收缩的特征。根据林睦的量化、冻融对岩体力学参数和强度的影响，地下水对岩体的软化、岩曾等人的研究，对于半无限地表面，假设岩石内部温度成简谐波变化，质边坡在冻融循环下的稳定性分析等方面。而对高寒地区水分和温度［８］可得其内部温度分布随时间ｔ和深度ｚ变化的函数：是如何参与岩石整个风化过程的研究则鲜为少见。本论文结合拉萨地ππ

5、２πτＴ（ｚ，τ）＝Ｔｍｅｘｐ（－ｚ）ｃｏｓ（ｚ－）＋Ｔ０（１）区板岩工程的野外调查、冻融循环试验等成果，对水和温度对拉萨板岩槡ατ０槡ατ０τ０强度风化衰减机理进行了深入分析。式中：Ｔ（ｚ，τ）—地层中任一点处的温度；１拉萨板岩冻融循环试验概况Ｔ０—岩土体中近地表常温带温度，近似等于当地平均气温；拉萨板岩以白垩系、侏罗系为主，属于冈底斯－腾冲地层区，拉萨Ｔｍ—初始振幅，取年、月、日内当地最高温度；－沃卡分区。在拉萨大桥至柳梧新区；曲水贾木村以南大片地区，城关τ０—温度变化的时间周期，可取为年“月”日周期；区以北唐麦、普金等地都有出露。本试验板

6、岩样品采自拉萨河南岸，为α—岩石的导温系数。一套白垩纪林布宗组灰黑色板岩，砂板岩。矿物成分主要为粘土及云其最大波长ｌ＝２槡πατ０即为热波在相应周期内的最大理论影响母、绿泥石等矿物。有明显层理构造，呈片状（见图１）。深度。综合相关研究资料，板岩热应力相关计算参数如表所示：由于青藏高原地壳整体抬升使储存在岩体内部的大量能量在地表表１板岩热应力计算参数释放，在岩体内形成许多卸荷裂隙。除此之外，板岩自身内部存在有大参数板岩参数板岩量的由粘土矿物组成的层理、片理、裂缝等软弱结构面。这些都为后期空气和雨水渗入创造了条件。导热系数［１０］Ｋ（Ｗ／ｍ．ｋ）６

7、２３２４温度变幅Ｔｍ（℃）２９导温系数［９］α（ｍ２／ｈ）０００７５抗压强度σｃ（Ｍｐａ）１３０［９］ａ热膨胀系数９×１０－６抗拉强度σｔ［５］（ＭＰａ）（垂直层理）６４９（℃）昼夜平均温度Ｔ０（℃）７５抗拉强度σｔ［５］（ＭＰａ）（平行层理）２５３泊松比μ０２１８弹性模量Ｅ（ＧＰａ）２３根据ｌ＝２槡πατ０利用表１中的数据，可以得到板岩日周期（τ０取２４ｈ）最大影响深度约为１５ｍ；月周期（τ０取３０×２４ｈ）最大影响深度约为８２３ｍ；年周期（τ０取３６５×２４ｈ）最大影响深度为２８７２ｍ。岩体图１板岩ＳＥＭ照片（×１００Ｋ

8、Ｘ）图２板岩破坏照片通过对拉萨板岩分别进行１０次、２０次、３０次冻融循环试验（见图中温度变幅：２）（－１７℃下冻１８个小时，＋３０℃下融６个小时）后，