凍融和干濕作用下表生板巖的劣化行為與機制

吳國鵬，諶文武，崔凱，王珮

(1.蘭州大學 西部災害與環境力學教育部重點實驗室，甘肅 蘭州，730000；2．蘭州理工大學 甘肅省土木工程防災減災重點實驗室，甘肅 蘭州，730050)

板巖等低級變質巖常出露于白龍江流域等構造交互地區。該地區處于秦嶺褶皺系南緣，松潘—甘孜褶皺系東側，受區域構造地質背景及其主干斷裂帶的控制，新構造運動顯著，造山活動強烈[1]。板巖所在志留紀地層是該地區滑坡、崩塌和泥石流發育最為活躍的地質單元[2]。區內年降雨量、蒸發量大，時空分布極不均勻，地表溫度變化范圍大，季節性凍土分布較廣[3]。全年的降水、蒸發、地表溫度變化、季節性凍土共同為板巖等低級變質巖創造了充分的凍融-干濕交替環境。巖石在凍融、干濕交替作用下的劣化是一個較復雜的過程，其作為巖土工程相關學科研究的前沿領域，是工程巖體穩定研究的重要內容之一。國內外研究者對巖石在凍融、干濕環境下劣化的研究成果較多，如：YAMABE等[4-5]研究了砂巖壓縮系數、剪切率、電阻率、單軸抗壓強度以及三軸抗壓強度等 物理、力學指標隨凍融循環次數的變化規律；DEL ROA等[6-7]研究了花崗巖、安山巖每次凍融后的超聲波波速、抗壓強度和硬度隨循環時間的變化情況；FATIH[8]建立了適合特定石灰石凍融循環后單軸抗壓強度的預測方程式；JAVIER等[9]認為超聲波波速衰減是最合適作為凍巖損傷程度評價參數；BADGER等[10-13]對砂巖、頁巖這兩種沉積巖在干濕循環作用下的劣化機理、力學性能進行了研究；LIU等[14-17]選用不同地區花崗巖和安山巖研究了凍融循環后其超聲波波速、強度、泊松比、剛度單軸抗壓強度、峰值變形、應力-應變曲線、彈性模量等隨循環次數變化的規律，并研究了低溫和凍融環境下巖石力學特性；傅晏等[18-21]對砂巖、頁巖在干濕循環作用下的物理、力學性質進行了研究，得到了完整砂巖、頁巖在干濕循環作用下應力應變曲線、單軸抗壓強度、抗拉強度、彈性模量及抗剪強度的下降規律。然而，國內外學者對板巖這種低級變質巖沒有進行系統研究。冒海軍等[22-24]認為，板巖的強度和破壞形式隨結構面的變化而變化，并初步證實板巖強度降低的原因是顆粒的飽水性與顆粒間毛細管力減小。崔凱等[25-27]探討了板巖在飽水、凍融、干濕下波速、強度、單軸抗壓強度、峰值變形、應力-應變曲線等相關指標的劣化規律。目前，有關板巖這種低級變質巖在凍融、干濕交替作 用下相關指標劣化規律及其劣化機理的相關研究較少。為此，本文作者選取舟曲—武都地區志留紀板巖為研究對象，在實驗條件下觀測經歷不同次數凍融、干濕交替作用后板巖的宏觀形態和質量變化，測試縱波波速和單軸抗壓強度，并對實驗后的樣品進行礦物成分分析和掃描電鏡分析，對板巖在凍融、干濕交替作用下裂紋擴展過程、密度和強度等相關指標的變化進行研究，以便揭示板巖在凍融-干濕交替作用下相關指標的劣化規律，并系統探討其劣化機理，為該地區巖體邊坡穩定性及地質災害評價提供參考。

1 實驗研究

1.1 試驗材料

試樣選取甘肅舟曲境內典型板巖質斜坡距斜坡表層2 m的風化原狀板巖，并用RSM-SY5 智能聲波檢測儀測定每塊試件的波速，篩選波速相近(0.90＜v＜0.95 km/s)的試件作為實驗巖樣。依據板巖自然板理，加工成長×寬×高為5 cm×5 cm×3 cm的立方體試件。經甘肅省國土資源部蘭州礦產資源監督檢測中心檢驗，板巖試樣呈顯微粒狀鱗片變晶結構，顯微板狀構造，粗略判斷其礦物成分主要由絹云母、石英、綠簾石、綠泥石和少量石英粉砂、褐鐵礦等組成，鏡像顯微照片見圖1。

圖1 千枚巖鏡像顯微照片Fig.1 Micrograph of slate sample

將波速相近的試樣每4 塊分為1 組，共5 組。將選好的巖樣置于溫度為105℃的烘箱中烘干48 h 至恒質量，在干燥器中冷卻至室溫后稱質量并記錄。將干燥巖樣采用真空抽氣法進行強制飽水，稱取飽和后的巖樣質量，巖樣初始參數如表1所示。

表1 初始試樣的基本物理參數Table 1 Physical parameters of rock samples

1.2 劣化因素分析

取樣地處于青藏高原向黃土高原過渡帶，屬亞熱帶半濕潤氣候，具有顯著的垂直變化特征，為斜坡表層板巖劣化創造了良好的凍融與干濕環境。對已獲得的取樣地的氣候資料(1972—2013年)進行分析。取樣 地氣候見圖2。

取樣地在11月份至次年3月份這5月的最低地 表溫度出現小于0℃的情況如下：最低地表溫度分別為-7.3，-11.4，-14.7，-8.3和-6.8℃；全年總降水量達413.2 mm，月平均降水量為34.4 mm；年蒸發量達2 081.26 mm，月平均蒸發量達173.4 mm。分析結果表明：1)取樣地存在凍融環境但持續時間短；斜坡表層板巖只在11月份至次年3月份可受到凍融作用的影響；2)取樣地干濕環境分明，降水大且集中，蒸發較劇烈；斜坡表層板巖4～10月份受干濕作用的影響，尤以5～9月份最強烈。凍融、干濕作用共同為該地區斜坡表面板巖劣化進程提供了先決條件。

1.3 實驗過程與方法

將巖樣分組進行0，5，10，20和30 次凍融、干濕及凍融-干濕交替循環試驗，對完成試驗的試樣測量其質量及波速，并對其進行單軸抗壓試驗、礦物成分分析和掃描電鏡分析，以研究板巖在凍融、干濕及凍融-干濕這3 種不同作用形式下質量、波速、強度變化規律及其劣化機理。

根據GB/T 50266—2013“工程巖體試驗方法標準”及取樣地氣候特征，設置凍融循環控制巖樣所處溫度為-20℃，冷凍時間為12 h，取出試樣放入10℃蒸餾水中浸泡12 h，稱為1 次凍融循環；設置干濕循環控制巖樣所處溫度為105℃，烘干時間為12 h，取出試樣放入干燥器中冷卻至室溫后，放入10℃蒸餾 水中浸泡12 h，稱為1 次干濕循環；設置交替循環為先進行1 次凍融循環，再進行1 次干濕循環，其所控制巖樣所處溫度與凍融循環、干濕循環巖樣所處的溫度相同。

圖2 取樣地氣候Fig.2 Local climate

2 實驗結果

2.1 質量變化

對每次凍融循環、干濕循環及其交替循環后試樣質量進行測定。試樣采用飽和試樣，結果取平均值。其中，在凍融循環條件下，試樣未發生開裂；在干濕循環條件下，第11和第23 次時各有1 塊試樣發生破裂；第29 次時，剩余2 塊試樣發生破裂；在凍融-干濕交替循環條件下，在第18和第29 次時，各有1 塊試樣發生破裂。

不同交替循環試樣質量變化見圖3。從圖3可見：在凍融循環條件下，試樣質量變化不大；在干濕循環條件下，試樣質量發生明顯變化，試樣質量在干濕循環過程中發生3 次明顯變化，最大質量減小為96.67 g，占總質量的21.22%，總質量損失為54.6%；在凍融-干濕交替條件下，試樣共發生2 次質量變化，最大減小質量為57.45 g，占總質量的12.6%，總質量損失為28.0%。

圖3 不同交替循環試樣質量變化Fig.3 Average gradient of quality under Velocities of vertical wave under F-T,D-W and their alternating cycles

2.2 彈性波速變化

對上述試塊測試垂直層面的縱波波速，試樣采用飽和試樣，結果取平均值，結果表明：在凍融、干濕及其交替條件下，波速都隨循環次數增加而減小(見圖4)；在干濕條件下，試樣波速隨循環次數的變化最大，共降低41.44%；在交替條件下，試樣波速隨循環次數的變化次之，共降低41.28%；在凍融條件下，試樣波速隨循環次數的變化最小，共降低27.34%。

圖4 不同次數交替循環條件下試樣縱波波速變化Fig.4 Velocities of vertical wave under F-T,D-W and their alternating cycles

2.3 單軸抗壓試驗

2.3.1 應力-應變曲線

試驗儀器采用蘭州大學CSS-WAW300DL 電液伺服萬能試驗機，對試樣分別進行單軸抗壓試驗，加載速度為3 mm/min。由于尺寸效應的影響，將非標準試件轉換為標準試件進行計算，結果均采用試驗的樣本均值，且由于30 次干濕循環試驗后的試樣全部開裂，為了進行對比，在本次試驗中均采用20 次循環試驗以前試樣的應力-應變曲線。

不同次數交替循環條件下板巖單軸壓縮應力-應變曲線如圖5所示。從圖5可見上述試樣的單軸抗壓實驗結果反映了凍融、干濕及凍融-干濕交替循環條件試驗下的板巖試樣的應力-應變具有如下共同特征：1)隨著試驗次數增加，試樣破壞時的應力和應變都明顯減小；2)隨著試驗次數增加，試樣應力-應變曲線的斜率都隨循環次數增加而減小，即試件的變形模量E都隨循環次數的增加而減小。

實驗結果同樣反映了2 種條件試驗下板巖試樣的應力-應變曲線具有明顯差異：1)在相同試驗次數及凍融作用下，板巖試樣變形模量Edr、交替作用下的變形模量Ejt、干濕作用下的變形模量Egs依次減小；2)在相同試驗次數下，試樣破壞時對應應變具有明顯差異，表現為凍融作用下的試樣破壞時對應應變、交替作用下試樣破壞時對應應變、干濕作用下的試樣破壞時對應應變依次減小。

圖5 不同次數交替循環條件下 板巖單軸壓縮應力-應變曲線Fig.5 Stress-strain curves of slate under F-T,D-W and their alternating cycles

2.3.2 單軸抗壓強度

在不同次數的凍融循環、干濕循環下，后板巖的抗壓實驗結果見圖6。從圖6可見：板巖在凍融循環條件下，隨著循環次數增加，強度變化明顯；從開始到第5 次結束，板巖抗壓強度下降緩慢，由36.05 MPa降低到28.91 MPa，降低19.8%；隨著凍融循環次數增加，抗壓強度降低幅度變大，各個凍融循環期間其抗壓強度降幅分別為31.2%，32.90%和30.44%，到30次凍融循環結束，板巖的強度為2.66 MPa，共降低92.71%。

圖6 不同次數的交替循環下試樣單軸抗壓強度變化Fig.6 Uniaxial compressive strength under F-T,D-W and their alternating cycles

2.4 X 線衍射(XRD)試驗

為研究不同試驗條件下試樣內礦物成分的變化規律，試驗選用XRD 對礦物成分進行分析。XRD 測量在飛利浦PW2000 型X 線衍射儀上進行，采用Cu-Kα輻射。2θ測量范圍為3°～30°，步長為0.02°。晶體結構由 MS Modeling(美國Accelry 公司)軟件計算，去除 Cu Kα2散射和衍射背底的貢獻，采用波長λ=1.540 562 nm進行計算。

本次試驗選取干濕循環試驗后的板巖碎屑50 g，用瑪瑙研缽研碎，并通過0.05 mm 篩分，通過XRD全礦物分析確定板巖所含主要礦物成分隨循環次數的變化。該板巖中共有10 種礦物，其中黏土礦物、石英、云母是板巖的主要礦物，鉀長石、斜長石、方解石、普通輝石質量分數較大，石膏、菱鐵礦、赤鐵礦質量分數較低(見表2)。

不同次數下XRD 礦物分析結果見圖7。從圖7可見：在3 種試驗條件下，黏土礦物質量分數隨著循環次數增加而增加，且增加速率從小到大對應條件依次為凍融循環、凍融-干濕交替循環、干濕循環；同時，在干濕循環和凍融-干濕交替循環條件下，黏土礦物質量分數變化表現為先快后慢的特征，并符合指數增長法則；而在凍融條件下，黏土礦物質量分數呈線性增大。

表2 全礦物分析(質量分數)Table 2 Component if all minerals %

圖7 在不同次數的交替循環下XRD 礦物分析Fig.7 XRD analysis for all minerals that undergone alternating cycles for different times

云母、鉀長石、斜長石、方解石質量分數則隨循環次數增加而減小，且減小速率由小到大對應條件依次為凍融循環、凍融-干濕交替循環、干濕循環；同時，鉀長石、斜長石、方解石質量分數變化在3 種試驗條件下總體表現為先快后慢的特征(斜長石在凍融條件下表現為線性減小特征)。

圖8 在不同次數的交替循環下黏土礦物XRD分析Fig.8 XRD analysis for clay minerals that undergone alternating cycles for different times

由于黏土礦物與石英礦物為板巖的主要成巖礦物，而黏土礦物穩定性較差，易在干濕作用下發生變化，因此，有必要對不同次數干濕試驗后的板巖黏土礦物成分進深入分析。圖8所示為不同循環次數試驗 后板巖黏土礦物質量分數變化情況。從圖8可見：伊利石質量分數在3 種不同條件下隨循環次數增加而增加，且增加速率由小到大依次為凍融循環、凍融-干濕交替循環、干濕循環；同時，在干濕循環條件下，黏土礦物質量分數表現為先快后慢的特征，并符合指數增長法則，而在凍融和凍融-干濕交替循環條件下，黏土礦物質量分數呈線性增大。高嶺石質量分數在3種不同條件下隨循環次數增加而表現出先增大后減小的特征，其變化速率有小到大對應條件依次為凍融循環、凍融-干濕交替循環、干濕循環。

2.5 掃描電子顯微鏡(SEM)實驗

為研究不同干濕試驗條件下試樣破壞機理，試驗采用微觀組織觀察與分析，選用Quanta FEG-450 場發射掃描電鏡(SEM)，該設備適合多種材料的表征，能夠對各類樣品(金屬、非金屬、粉末等)進行高分辨率觀察和分析。掃描電鏡同時安裝有能譜儀(EDS)與背散射衍射(EBSD)配件。EDS 附件能夠對從掃描電子顯微鏡采集到的樣品微觀組織進行化學成分分析，其中，分析形式分為點分析、線分析以及面分析3 種，可以根據需要自行選擇。

選取干濕試驗后板巖試樣的斷裂面，以觀測干濕作用后試樣的破裂機理；同時，取不同次數干濕循環的板巖試樣，用瑪瑙研缽研碎，并通過0.05 mm 篩分，將粉末用酒精分散并蘸于導電膠布，以觀察不同次數干濕循環后礦物顆粒形態的變化。

2.5.1 斷面微觀照片

試樣斷面微觀結構如圖9所示。從圖9可見：1)方解石與長石發生溶蝕(圖9(a)和圖9(b))，在晶體內部產生空洞，從而增大板巖內部空隙；2)對斷面上白色物質進行拍攝，其顆粒形態為針狀的石膏礦物(圖9(c))；3)在長石表層風化為伊利石并在周圍產生次生膨脹性黏土礦物(伊、蒙混層)(圖9(d))。

2.5.2 顆粒形態微觀照片

板巖礦物顆粒微觀照片拍攝在電壓為20 kV、放大倍數為500 倍的條件下進行，如圖10所示。從圖10可見：在3 種試驗條件下，第30 次循環后，試樣的顆粒形態發生很大變化，由小顆粒團聚為大顆粒，其中干濕循環后試樣顆粒形態變化最明顯，凍融-干濕交替循環的次之，凍融循環后試樣顆粒形態變化較不明顯。

圖9 試樣斷面微觀結構Fig.9 Micro structures of failure plane

同時，對不同次數凍融循環、干濕循環、凍融-干濕交替循環后試樣顆粒粒度進行統計，結果見圖11。由圖11可見：板巖礦物顆粒數量隨試驗次數增多而減小，而顆粒粒度隨試驗次數增多而增大，其增大速率由小到大對應的條件依次為凍融循環、凍融-干濕交替循環、干濕循環；在干濕循環和凍融-干濕循環條件下，粒度變化表現為先快后慢的特征，并符合指數增長規律，而在凍融條件下，粒徑變化呈線性增長規律。

圖10 30 次凍融、干濕及其交替試驗后板巖顆粒微觀結構Fig.10 Micro structures of particle that undergone F-T cycles,T-F cycles and their alternating cycles for 30 times

圖11 凍融、干濕及其交替作用下試樣微觀顆粒粒徑Fig.11 Micro-particle of slate undergone F-T cycles,D-W cycles and their alternating

3 分析與討論

3.1 分析

為系統研究板巖在凍融、干濕及凍融-干濕交替條件下的劣化過程及機理，對不同次數凍融、干濕及凍融-干濕交替試驗后的板巖質量、波速及單軸抗壓強度進行測試，并進行XRD、微觀照片和點掃描分析。研究結果表明：板巖在凍融、干濕及凍融-干濕交替作用下，風化主要以物理風化和化學風化為主；物理風化具體表現為密度減少、波速降低、抗壓強度減小、試樣延性增強等；化學風化則表現為云母、長石、方解石溶蝕，高嶺石、伊利石等次生礦物增多。

實驗結果同樣證明板巖在凍融、干濕及其交替作用下產生明顯的劣化響應，具體表現為：隨著循環次數增加，板巖發生層面裂隙擴展，質量減少，彈性波速減小，強度衰減，應力-應變曲線變化形式不同。但板巖在干濕條件下和凍融條件下的劣化行為存在差異，在凍融條件下，板巖始終沒有沿板理面分離，總質量沒有明顯變化，彈性波速、抗壓強度的變化較小；在干濕作用下，板巖迅速沿板理面分離，總質量發生明顯變化，彈性波速、抗壓強度明顯衰減，衰減幅度明顯比凍融循環后的大；而在凍融、干濕交替作用下，板巖沿板理面分離，總質量產生明顯變化，彈性波速、抗壓強度明顯衰減，衰減幅度明顯比凍融循環后的大，與干濕作用后試樣的相關指標接近。在凍融、干濕交替交替作用中，板巖交替進行凍融、干濕作用，其劣化不僅僅是凍融、干濕作用疊加。交替循環采用凍融與干濕等時間進行，即12 h 凍融作用，12 h 干濕作用，試驗結果顯示凍融干濕交替交替循環后試樣宏觀形態、質量、波速、抗壓強度等物理、力學性能劣化指標都與干濕作用后相關指標相近，而不是兩者的簡單平均。

板巖中的黏土礦物為質量分數最多的礦物，且其質量分數隨著試驗次數增多而不斷增加。黏土礦物晶體是典型的四面體結構，具有較強的離子交換能力，極易與其他黏土晶體結合，團聚成簇狀，常常具有很大的比表面積和較強的吸水能力。即隨著凍融次數增加，黏土顆粒不斷聚集，對凍融、干濕作用的響應不斷加強，從而進一步導致巖石內部空隙增大，物理、力學性能降低，使斜坡板巖性能發生劣化。

云母、長石、方解石、云母等礦物在凍融、干濕及凍融-干濕交替作用下發生溶蝕，在增大板巖空隙率的同時也在板巖內部形成孔道，使板巖中的自由水含量增大。大量的自由水通過孔道與更多的黏土礦物、石膏發生吸水膨脹現象，水進入微空隙并與親水礦物相結合，在冷凍過程中水變成固態，體積膨脹，微空隙進一步擴展，在變干過程中，產生更加不均勻的膨脹，使更多的水參與凍融、干濕交替作用。板巖在上述反復凍融過程中，微裂紋不斷擴展并聯通。當裂紋沿板理面貫通后，板巖在外營力作用下沿裂紋產生破壞。其中，云母、長石、方解石在凍融、干濕及凍融-干濕試驗條件下可能發生如下反應。

1)云母轉化為鉀長石：

KAl3Si3O10(OH)2+6SiO2+2K+=3KAlSi3O8+2H+

KAl3Si3O10(OH)2+6SiO2+3Na+=3NaAlSi3O8+2H++K+

2)云母轉化為鈉長石：

3)鉀長石發生水化作用生成高嶺石：

2KAl3Si3O8+2H++9H2O=Al2Si3O8(OH)4+2K++4H4SiO4

4)鉀長石發生水化作用生成伊利石：

3KAlSi3O8+2H++12H2O=KAl3Si3O10(OH)2+H4SiO4+2K+

5)鈉長石發生水化作用生成高嶺石：

2NaAlSi3O8+2H++9H2O=Al2Si2O5(OH)4+2Na++4H4SiO4

6)方解石溶蝕：

CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2

3.2 討論

板巖作為一種區域變質作用下形成的低級變質巖，常出露于舟曲—武都這類區域構造復雜的交互地區[28]。該區域內滑坡、泥石流等地質災害頻發，危害嚴重。究其原因，其實質是板巖等低級變質巖在以凍融、干濕及其交替作用為代表的氣候環境動力因素作用下 發生明顯的劣化響應，力學性能降低，礦物成分發生改變，微結構裂隙增多，沿板理開裂，常常誘發巖體失穩。

在凍融過程中，組成板巖的三相介質發生液-固態的相態轉化。在凍結過程中，板巖孔隙中的自由水發生凍結，體積膨脹。為了限制體積膨脹，在礦物顆粒之間產生局部應力調整，伴隨應力調整，礦物顆粒發生彈塑性變形，結構發生改變。在融解過程中，凍解應力釋放和水分遷移使其發生的彈性形變得到恢復，塑性變形則無法恢復。同時，伴隨著云母、方解石、長石風化及黏土礦物增多吸水膨脹，巖石內部微空隙不斷增多、增大。隨著循環次數增加，板巖重復同樣的行為，塑性變形不斷積累，形成局部損傷域。這些局部損傷域逐步擴展，連成微裂隙，不斷破壞板巖內部結構，使微裂隙規模不斷增大，強度不斷降低。

在干濕過程中，板巖孔隙中的自由水與親水性礦物的結合水發生液-氣、固-氣的相態轉化及其疊加作用。在吸水過程中，云母、方解石、長石風化及黏土礦物增多吸水使板巖內空隙被更多自由水填充；同時，原有的黏土礦物與新生成的黏土礦物吸附水膜增厚，引起體積膨脹，失水過程使親水礦物產生干縮，體積收縮，同時，水分相態變化而產生的氣體以裂隙為通道開始向外擴散。在親水礦物體積膨脹、收縮與氣體擴散的共同作用下，板巖內部塑性變形不斷積累形成損傷域。塑性域規模進一步擴展形成微裂隙，微裂隙迅速發展，其擴展規模比凍融作用下的擴展規模顯著增大。

在凍融、干濕及凍融-干濕交替過程中，長石、方解石等礦物溶蝕和黏土礦物吸收膨脹使弱風化板巖中原有的微裂隙張開聯通，增大板巖與水的接觸面積，使更多礦物與水接觸并產生溶蝕，增大板巖內部孔隙，力學性能產生明顯劣化。板巖在凍融、干濕及凍融-干濕交替作用下，密度、波速、抗壓強度等劣化指標的變化以及XRD和SEM的試驗結果為其提供了有力佐證。

4 結論

1)板巖宏觀形態、質量、彈性波速、抗壓強度等物理力學性質在凍融作用、干濕作用及凍融-干濕交替作用過程中產生明顯的劣化響應，隨著試驗次數增加，試驗質量減少，波速降低，抗壓強度減小。

2)試樣在凍融作用、干濕作用及凍融-干濕交替作用下，方解石、長石等礦物發生溶蝕，生成伊利石與高嶺石等次生黏土礦物，其中，礦物質量分數在干濕及凍融-干濕交替作用下呈指數規律變化，而在凍融作用下呈線性減小規律。

3)隨著凍融、隨著干濕及凍融-干濕交替試驗次數增加，黏土礦物發生聚集，使顆粒粒度、間距增大；在凍融作用下，顆粒聚集速度呈線性緩慢增大；而在干濕及凍融-干濕交替作用下，顆粒聚集速度服從指數規律，即在試驗次數為0～10 次時，顆粒聚集速度較慢，而試驗次數為20～30 次時，顆粒聚集速度急劇增大。

4)板巖對凍融、干濕及凍融-干濕交替作用響應比較明顯，5 次試驗后板巖質量、波速、應力-應變曲線、單軸抗壓強度、礦物成分和顆粒形態發生改變；在這3 種作用中，板巖對干濕作用的劣化響應行為最強，交替作用次之，凍融作用最弱，這表明泥板巖在凍融、干濕及凍融-干濕交替作用下耐久性較差，是斜坡表層板巖風化的主要原因之一。