隧道口邊坡巖石微觀結構電鏡掃描實驗設計

張明翠 周平 何艷娥 劉敏 王思長

摘 要：隧道口邊坡開挖施工過程中，其破壞與巖石物理微觀結構關系密切。本文以功東高速工程典型隧道口邊坡開挖施工為依托，經充分調研，分析了典型隧道口邊坡巖石巖性，采用KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡對巖石微觀結構實驗進行了設計。為下一步實驗開展奠定基礎。

關鍵詞：隧道口邊坡；巖石；微觀結構；電鏡掃描

引言

隧道開挖施工對洞口邊坡穩定性影響一直是工程屆研究的熱點問題，尤其對于云南多山且工水文工程地質復雜區域，對隧道與邊坡體的協同作用及巖石微觀結構研究備受關注[1-3]。高雁波[4]對云南某高速公路路塹邊坡的施工安全風險與邊坡高度的相關性進行系統研究，探索路塹邊坡施工安全風險等級與邊坡高度的關系，得出邊坡施工安全風險的在邊坡高度上的分布規律。吳慧彥[5]進行了隧道影響下的邊坡變形監測分析，表明受隧道偏壓側土壓力作用影響，在隧道頂部位置處，位移變形量與變形速率都在增大，為邊坡最容易發生失穩破壞的位置。本文析了典型隧道口邊坡巖石巖性，采用KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡對巖石物理力學性質實驗進行了設計，為下一步實驗開展奠定基礎。

1 工程項目概況

功東高速公路姑海2#隧道，隧道區屬構造剝蝕中低山地貌單元，山體上覆土層主要為第四系殘坡積（Qel+dl）含礫粉質黏土、碎石、角礫及礫砂等，下伏基巖為二疊系上統玄武巖組（P2β）玄武巖。隧址區總體地勢呈“M”形，進口端地形較平緩，坡度角18°～25°，隧道垂直進洞，植被較發育，以農作物為主；出口端上部坡角41°～55°，下部因沖溝深切，形成近乎直立的陡坎，隧道垂直出洞，植被發育，主要為灌木、喬木、雜草。隧址區的黑水河泥石流和H59、H60、H61 滑坡基本處于穩定狀態，但洞口開挖后形成臨空面，破壞其穩定性，對隧道洞口穩定性影響不大。隧道進出口附近的第四系堆積層放坡清除。

2 實驗目的及設備

2.1實驗目的

由于功東公路邊坡主要為變質巖及巖漿巖兩大類，變質巖以灰巖為主，巖漿巖以玄武巖為主。

幾種常用的巖石的物理力學性質指標參數為天然容重、飽水容重、吸水率、單軸抗壓強度、飽和變形指標（包括彈性模型、泊松比）和飽和抗剪強度。為了準確分析評價研究段邊坡的穩定性，準確描述研究段邊坡巖石的物理力學性質，研究邊坡開挖過程中卸圍壓對巖石受力的影響，開展有關物理力學性質試驗。通過對試驗結果的整理和分析，研究沿線巖石的物理力學參數。

2.2實驗設備

巖石電鏡掃描及能譜分析實驗設備為重慶科技學院“能源工程力學與防災減災重慶市重點實驗室”KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡。

3 實驗設計

（1）從試樣頂部切割一高大約為10 mm左右的圓柱，見圖1步驟a。

（2）在得到小部分圓柱上，切出一個大致尺寸為30 mm×30 mm×10 mm 的切片，其為 XY 切片（垂 直于加載方向），見圖1步驟 b，d，e。

（3）在剩余的大部分圓柱上，豎向切出一個足夠大小的部分，切成大致尺寸為 30 mm×30 mm×10 mm，為 YZ 切片，見圖1步驟 c，f，h，i。

（4）從剩余的部分切出一個垂直于 YZ 切片的XZ 切片，見圖 1步驟 g，j。

最后對切片進行相應標號，并在切片的左上角 標記，以確保三者之間的空間關系，即觀測到恰好 是試樣內的一個結構立方體的3個面。在進行掃描電鏡圖像采集前，需要對切片進行清洗和干燥以及鍍金，采用的步驟為：

（1）在乙醇中超聲波處理 5 min 以清除表面雜質。

（2）在 100 ?C 下干燥 12 h。

（3）進行鍍金。

4 結束語

以功東高速公路姑海2#隧道口邊坡開挖施工為研究基礎，考慮隧道-邊坡協同作用及邊坡穩定性影響因素，采用KYKY-EM6200高精度巖石斷裂面掃描電鏡對巖石微觀結構實驗進行了設計，為下一步實驗開展奠定基礎。

參考文獻

[1] 王思長，折學森，李毅 等. 基于尖點突變理論的巖質邊坡穩定性分析[J]. 交通運輸工程學報，2010，（10）3：23-27

[2] 劉麗萍，王思長. 公路高邊坡抗震穩定性計算及監測分析[J] 公路，2015，（1）1：13-17

[3] 王思長.庫岸公路碎裂巖質高邊坡穩定性研究[D] 長安大學，2011.

[4] 高雁波，陳祥方，趙鑫 等. 山區高速公路路塹邊坡施工安全風險與邊坡高度關系研究[J]. 公路交通科技，2018，（2）：81-83

[5] 吳慧彥，黨琪強. 隧道影響下的邊坡變形監測分析[J].公路交通科技應用技術版.2017，（7）：13-14

基金項目：昆明市五華區科技計劃項目（五科信項字〔2018〕011號），2017年安全生產重特大事故防治關鍵技術科技項目（chongqing-0002-2017AQ）。