输电线路杆塔基础砂岩崩解特性试验研究

程智余 杨德志 李 凤

(国网安徽省电力公司宣城供电公司，安徽 宣城 242000)



输电线路杆塔基础砂岩崩解特性试验研究

程智余 杨德志 李 凤

(国网安徽省电力公司宣城供电公司，安徽 宣城 242000)

选取安徽宣城山区建设的军塘—西二110 kV输电线路工程区域代表性红砂岩为研究对象，开展了干湿循环室内崩解试验，通过分析崩解现象与崩解物颗粒，探讨了砂岩崩解的规律及机理，据此提出了输电线路杆塔基础的施工建议。

砂岩，干湿循环，崩解物，输电线路

0 引言

崩解性岩石遇水崩解、软化、膨胀，造成地基承载力及力学性能降低，引发基础塌陷、边坡坍塌、滑坡等工程危害[1]，对输电线路杆塔基础造成不利影响。安徽宣城山区建设的军塘—西二110 kV输电线路工程，其地质主要为全风化～强风化的泥质砂岩、砾岩，地下水位埋深0.5 m～2.0 m。地基开挖中，岩石遇大雨或地下水涌出，岩石发生崩解，容易发生此类工程事故。为了预防灾害的发生，需要研究此地区岩石遇水崩解的规律及微观机制。

许多学者针对软岩崩解性展开了相关研究。何满潮等[2]就软岩工程力学性质进行研究，刘长武等[3]研究了泥岩遇水后力学性质的变化规律及崩解的微观机理，吴道祥等[4]对安徽铜陵—黄山高速公路汤口—屯溪路段沿线的红层软岩的崩解性等方面进行了相关研究，杨建林等[5]分析了泥岩饱和过程中崩解微观机制。

本文选取宣城山区军塘—西二110 kV输电线路工程区域代表性红砂岩，进行室内干湿循环崩解试验，观察红砂岩在水溶液下的崩解现象，探讨其崩解规律和机理，为相关工程提供参考。

1 岩样及试验过程

1.1 试样样品

本次试验岩样见图1，经岩矿鉴定结果为：强风化泥质粉砂岩。泥质粉砂结构，物质成分含黏土矿物(15%)、黏土质(29%)、石英(48%)、长石(8%)；黏土矿物以高岭石为主；黏土质多为黏土团粒和碎屑；长石以斜长石为主，多已高岭土化和绢云母化。岩样在显微镜下照片如图2所示。

1.2 试验方案

取代表性岩样分别进行室内浸水干湿循环崩解试验。试验步骤：对天然状态下的岩石，取80 g～120 g块状8块，称重后放入盛水的容器中，观察崩解现象；浸水24 h后带水过筛、风干崩解物30 min后放入恒温105 ℃烘箱里烘干12 h以上；然后取出放入干燥器冷却到室内温度，对其进行筛分试验(5 mm，2 mm，0.5 mm和0.25 mm标准筛)。如果试样在水中崩解不彻底，将粒径 0.25 mm以上的崩解物再进行浸水24 h，取其崩解物烘干、筛分；如此往复进行多次干湿循环直到崩解稳定。

为了了解岩石初次浸水崩解情况，在首次浸水过程中，记录初崩时间及浸水10 min，30 min，10 h，24 h后崩解情况。

2 试验结果及分析

2.1 崩解现象分析

强风化泥质粉砂岩每次循环烘干后形态变化见图3。

根据崩解现象及图3可知：

1)强风化泥质粉砂岩浸水后迅速崩解，初崩时间67 s,浸水10 min岩块已经崩解，崩解物主要为大块状、碎块状、片状底部有少量粉末状沉淀；30 min崩解物主要为大块状、碎片状、片状，大块状减小，碎块状和片状增多；24 h崩解物主要为大块状，碎块状，颗粒状；经过2次干湿循环岩石崩解完全，崩解物主要为颗粒状和碎块状，少量大块状；2次～3次干湿循环后崩解物主要为细颗粒状与粉末状。

2)干湿循环后岩样形态变化明显，与初始形态差别显著。在干湿循环作用下，强风化泥质粉砂岩在溶液中崩解剧烈，表现为强崩解特性。

3)完全崩解前崩解现象差异较大，崩解速度快；完全崩解后，崩解现象差异微弱，崩解速度缓慢；岩石在崩解过程中，崩解速度先快后慢，最后稳定。

2.2 崩解物的颗粒分析

对强风化泥质粉砂岩的崩解物进行颗粒含量分析。试验得到岩样不同粒径颗粒含量与干湿循环次数变化曲线，见图4。

1)强风化泥质粉砂岩崩解剧烈，崩解速度快，各粒径崩解物含量变化明显，崩解物中粒径大于5 mm及小于0.25 mm颗粒含量变化剧烈，粒径0.25 mm～5 mm颗粒含量变化平缓。首次循环崩解物主要为粒径大于5 mm颗粒；第2次循环后岩石完全崩解，崩解速度快，粒径大于5 mm颗粒含量骤减，粒径小于0.25 mm颗粒含量不断增加，逐渐处于主要主导地位。

2)随着干湿循环次数的增加，粒径大于5 mm颗粒含量随之减少，减少速度快，最后趋于稳定；粒径0.5 mm～5 mm颗粒含量先增大后减少，最后趋于稳定；粒径0.25 mm～0.5 mm颗粒含量逐渐增加，增加速度缓慢，最后趋于稳定；粒径小于0.25 mm颗粒含量随之增加，增加速度快。

根据试验数据，得到静态耐崩解指数I与干湿循环次数变化曲线见图5。静态耐崩解指数可按照下式计算：

其中，mi为第i次循环粒径大于2mm颗粒质量；mi-1为第i-1次循环粒径大于2mm颗粒质量。

由图5可知:强风化泥质粉砂岩静态耐崩解性指数随着干湿循环次数的增加而降低，前两次循环静态耐崩解性指数下降速度快，崩解速度快，崩解剧烈；后两次循环静态耐崩解性指数下降缓慢，崩解速度慢，崩解逐渐趋于稳定。静态耐崩解性指数越低，崩解性越强，干湿循环作用下，岩石崩解先快后慢，最后趋于稳定。

经过不断浸水→失水→浸水干湿循环过程，岩体内部不停获得张拉应力，引起岩石开裂，崩解速度加快。岩石矿物成分特别是蒙脱石、高岭石、伊利石等黏土矿物对岩石的崩解性影响显著，主要由蒙脱石决定[6，7]。从矿物成分分析看，强风化泥质粉砂岩物质成分含黏土矿物(15%)、黏土质(29%)、石英(48%)、长石(8%)；黏土矿物亲水性强，抗水性能力差，黏土矿物以高岭石为主，高岭石与水化学作用引起岩石体积膨胀；黏土质遇水膨胀软化；石英化学性质稳定，抗水性和抗风化能力好；长石多已高岭土化和绢云母化，亲水性变强。由此可见，强风化泥质粉砂岩含有大量亲水性强、化学性质不稳定矿物，表现出强崩解特性。从微观结构分析看，强风化泥质粉砂岩为泥质粉砂结构，而泥质结构以泥质胶结为主，泥质胶结物表面有亲水性极强的黏土矿物，吸收水分子进入岩石颗粒空隙中，引起岩石崩解。另外，强风化泥质粉砂岩风化程度大，结构构造大部分已破坏。进一步说明强风化泥质粉砂岩具有强崩解特性。

3 输变线路杆塔基础施工建议

此工程塔位的泥质砂岩易风化，暴晒或长时间浸水易崩解，承载力及力学参数降低，可能产生孔壁坍塌、基坑塌方等不良地质作用。为此，本文提出相应施工建议：

1)施工时应注意部分塔位附近有涵洞、水管，施工前应仔细查看，应切实做好护壁或支护工作，防止坍塌。2)基础施工过程中做好排水工作，各塔位或者单个塔腿根据设计要求做成斜面形式，根据基坑排水量选择合适的排水方法，为了防止坑壁坍塌可采取挡土板等措施进行护壁[8]。3)同时做好防水工作，可采用砂浆抹面进行崩解性岩体保护，砂浆可用M7.5～M10[9]。

4 结语

1)在干湿循环作用下，强风化泥质粉砂岩在水溶液中崩解剧烈，表现为强崩解特性，崩解先快后慢，最后趋于稳定。2)干湿循环过程中，崩解物粒径大于5 mm及小于0.25 mm颗粒含量变化剧烈，粒径0.25 mm～5 mm颗粒含量变化平缓。首次循环崩解物主要为粒径大于5 mm颗粒；第二次循环后，粒径大于5 mm颗粒含量骤减，粒径小于0.25 mm颗粒含量逐渐处于主要主导地位。3)矿物成分、微观结构、风化程度是强风化泥质粉砂岩崩解特性的主要影响因素。4)基础施工过程中，认真做好防水、排水工作，防止岩石浸水崩解。

[1] 甘文宁.红砂岩工程特性的试验研究及应用[D].合肥：合肥工业大学,2014.

[2] 何满潮，景海河，孙晓明.软岩工程力学[M].北京：科学出版社，2002.

[3] 刘长武,陆士良.泥岩遇水崩解软化机理的研究[J].岩土力学,2000,21(1):28-31.

[4] 吴道祥，刘宏杰，王国强，等.红层软岩崩解性室内试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010,29(S2)：4173-4179.

[5] 杨建林,王来贵,李喜林,等.泥岩饱水过程中崩解的微观机制[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2014(4):476-480.

[6] 郑 顺，易平华，时 宁.红砂岩崩解性试验研究[J].交通科技，2013(4)：1671-1672.

[7] 柴肇云,张亚涛,张学尧，等.泥岩耐崩解性与矿物组成相关性的试验研究[J].煤炭学报,2015,40(5):1188-1193.

[8] 马金松.浅谈输电线路基础施工的技术措施[J].中国电力教育,2010(S1):791-793.

[9] 鲁先龙,乾增珍.输电线路基础工程中的环境岩土问题及设计对策[J].武汉大学学报(工学版),2009(S1):253-256.

The test research on disintegration characteristics of transmission line tower foundation sandstone

Cheng Zhiyu Yang Dezhi Li Feng

(Xuancheng Power Supply Company, Anhui Electric Power Company, State Grid Corporation of China, Xuancheng 242000, China)

Taking the area representative red sandstone as the research object of Juntang-Xi’er 110 kV transmission line engineering construction by Anhui Xuancheng mountainous area, this paper carried out the dry and wet cycle indoor disintegration test, through the analysis on disintegration phenomenon and disintegration thing particles, discussed the regularity and mechanism of sandstone disintegration, put forward construction suggestions of transmission line tower foundation.

sandstone, wet and dry cycle, disintegration thing, transmission line

1009-6825(2016)30-0077-03

2016-08-18

程智余(1966- )，男，工程师； 杨德志(1973- )，男，工程师； 李 凤(1968- )，女，工程师

TU458

A