功东高速公路典型隧道口边坡岩石微观结构实验研究

周平 张明翠 瞿翔 刘敏 何艳娥

摘 要：影响隧道口边坡开挖施工稳定性的因素众多，其微观结构是不可忽略的一个重要因素。本文以功东高速工程典型隧道口边坡开挖施工为依托，充分考虑到隧道-边坡协同作用，在原有实验设计的基础上开展实验研究，分析了岩体的微观结构，为下一步施工提供了一定的理论指导。

关键词：隧道口边坡；稳定性；岩石；微观结构

引言

岩石微观结构对其物理力学性质影响较大，向来都被岩土工作者重视[1-3]。邓继新[4]采用扫描电镜和CT成像技术分析龙马溪组页岩样品地震弹性性质的变化规律。尹晓萌[5]，采用偏光显微镜、扫描电镜研究武当群片岩的微观组构、断面形貌特征，偏光显微镜下显示，片岩具有矿物定向排列与粒、片状矿物近互层状分布的典型特征。本文采用KYKY-EM6200高精度岩石断裂面扫描电镜对岩石微观结构进行了实验研究，为下一步施工提供了一定的理论指导。

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 隧道-边坡相互作用机理

隧道进洞过程中，由于洞身挖空形成临空面，导致边坡内部原有应力场发生改变，径向应力降低，围岩向隧道临空面移动并相互挤压，进而切向应力增高，坡内应力重新分布。围岩变形会诱发边坡坡体产生蠕变，进而边坡将发生不同形式和不同程度的变形，最终导致边坡破坏失稳。隧道洞口段边坡破坏根据其破坏形式可分为：崩塌破坏、塌陷破坏、滑坡破坏、倾倒破坏和坍塌破坏。

在隧道设计、施工过程中，不仅要考虑隧道围岩和支护体系的变形及稳定性，还要重视隧道所在山体的整体稳定性，尤其是隧道进、出口段。隧道洞口段工程地质往往较差并伴有浅埋、偏压等现象，在隧道进洞时由于岩体被挖，围岩会向临空界面挤压和移动，引起围岩切向应力的提高，从而导致围岩应力状态复杂多变，甚至出现拉应力，造成岩体的局部破坏和松弛。另一方面，围岩松弛破坏会造成边坡内部整体应力场的重新分布以及改变水文地质环境，引起边坡变形和破坏。因此，隧道洞口段围岩和边坡的变形是相互影响和制约的，对于隧道洞口段围岩和边坡的稳定性应综合研究，分析两者相互作用的机理，才能提出合理进洞技术方案，确保施工安全性。

3 实验开展

图像的采集数量决定了是否能获取到足够多的微裂隙信息，进而形成微裂隙的信息统计分布。在试验中，每个面采集最少200张以上图片。在切片的表面上获取图片，从上而下，避免图像的重复获取，将电镜扫描图片进行分析，岩样平行节理方向与垂直节理方向放大倍数为500倍和1000倍所得的电镜扫描图片如图1所示。

4 结果分析

由图1可知，岩样结构均一，具有壳状断面和放射性细纹，可见稀疏裂隙，整体结构相对密实。

综合来看，岩石微结构是含有大量孔隙的岩石微粒和裂隙系统组成的孔隙一裂隙结构。岩石的孔隙较多，裂隙发育丰富，孔隙裂隙的存在，降低了岩石的强度，尤其是对边坡，增强了水的渗透作用，对边坡整体稳定性非常不利。

参考文献

[1] 王思长，折学森，李毅 等. 基于尖点突变理论的岩质边坡稳定性分析[J]. 交通運输工程学报，2010，（10）3：23-27

[2] 刘丽萍，王思长. 公路高边坡抗震稳定性计算及监测分析[J] 公路，2015，（1）1：13-17

[3] 王思长.库岸公路碎裂岩质高边坡稳定性研究[D] 长安大学，2011.

[4] 邓继新，王欢，周浩 等. 龙马溪组页岩微观结构、地震岩石物理特征与建模[J]. 地球物理学报，2015，58（6）：2123-2136

[5] 尹晓萌，晏鄂川，王鲁男 等. 各向异性片岩的微观组构信息定量提取与断面形貌特征分析[J].岩土力学.2019，40（7）：2617-2627，2729