隧道口边坡岩石微观结构电镜扫描实验设计

2019-09-10张明翠周平何艳娥刘敏王思长

科学导报·学术 2019年27期

张明翠周平何艳娥刘敏王思长

摘要：隧道口边坡开挖施工过程中，其破坏与岩石物理微观结构关系密切。本文以功东高速工程典型隧道口边坡开挖施工为依托，经充分调研，分析了典型隧道口边坡岩石岩性，采用KYKY-EM6200高精度岩石断裂面扫描电镜对岩石微观结构实验进行了设计。为下一步实验开展奠定基础。

关键词：隧道口边坡；岩石；微观结构；电镜扫描

引言

隧道开挖施工对洞口边坡稳定性影响一直是工程届研究的热点问题，尤其对于云南多山且工水文工程地质复杂区域，对隧道与边坡体的协同作用及岩石微观结构研究备受关注[1-3]。高雁波[4]对云南某高速公路路堑边坡的施工安全风险与边坡高度的相关性进行系统研究，探索路堑边坡施工安全风险等级与边坡高度的关系，得出边坡施工安全风险的在边坡高度上的分布规律。吴慧彦[5]进行了隧道影响下的边坡变形监测分析，表明受隧道偏压侧土压力作用影响，在隧道顶部位置处，位移变形量与变形速率都在增大，为边坡最容易发生失稳破坏的位置。本文析了典型隧道口边坡岩石岩性，采用KYKY-EM6200高精度岩石断裂面扫描电镜对岩石物理力学性质实验进行了设计，为下一步实验开展奠定基础。

1 工程项目概况

功东高速公路姑海2#隧道，隧道区属构造剥蚀中低山地貌单元，山体上覆土层主要为第四系残坡积（Qel+dl）含砾粉质黏土、碎石、角砾及砾砂等，下伏基岩为二叠系上统玄武岩组（P2β）玄武岩。隧址区总体地势呈“M”形，进口端地形较平缓，坡度角18°～25°，隧道垂直进洞，植被较发育，以农作物为主；出口端上部坡角41°～55°，下部因冲沟深切，形成近乎直立的陡坎，隧道垂直出洞，植被发育，主要为灌木、乔木、杂草。隧址区的黑水河泥石流和H59、H60、H61 滑坡基本处于稳定状态，但洞口开挖后形成临空面，破坏其稳定性，对隧道洞口稳定性影响不大。隧道进出口附近的第四系堆积层放坡清除。

2 实验目的及设备

2.1实验目的

由于功东公路边坡主要为变质岩及岩浆岩两大类，变质岩以灰岩为主，岩浆岩以玄武岩为主。

几种常用的岩石的物理力学性质指标参数为天然容重、饱水容重、吸水率、单轴抗压强度、饱和变形指标（包括弹性模型、泊松比）和饱和抗剪强度。为了准确分析评价研究段边坡的稳定性，准确描述研究段边坡岩石的物理力学性质，研究边坡开挖过程中卸围压对岩石受力的影响，开展有关物理力学性质试验。通过对试验结果的整理和分析，研究沿线岩石的物理力学参数。

2.2实验设备

岩石电镜扫描及能谱分析实验设备为重庆科技学院“能源工程力学与防灾减灾重庆市重点实验室”KYKY-EM6200高精度岩石断裂面扫描电镜。

3 实验设计

（1）从试样顶部切割一高大约为10 mm左右的圆柱，见图1步骤a。

（2）在得到小部分圆柱上，切出一个大致尺寸为30 mm×30 mm×10 mm 的切片，其为 XY 切片（垂直于加载方向），见图1步骤 b，d，e。

（3）在剩余的大部分圆柱上，竖向切出一个足够大小的部分，切成大致尺寸为 30 mm×30 mm×10 mm，为 YZ 切片，见图1步骤 c，f，h，i。

（4）从剩余的部分切出一个垂直于 YZ 切片的XZ 切片，见图 1步骤 g，j。

最后对切片进行相应标号，并在切片的左上角标记，以确保三者之间的空間关系，即观测到恰好是试样内的一个结构立方体的3个面。在进行扫描电镜图像采集前，需要对切片进行清洗和干燥以及镀金，采用的步骤为：

（1）在乙醇中超声波处理 5 min 以清除表面杂质。

（2）在 100 ˚C 下干燥 12 h。

（3）进行镀金。

4 结束语