板裂原巖抗壓試驗(yàn)及顯微特征分析

劉云鵬

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,成都 610072）

板裂原巖抗壓試驗(yàn)及顯微特征分析

劉云鵬

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,成都 610072）

選取典型板裂原巖（即已經(jīng)發(fā)生了板裂化的巖石塊體）,通過(guò)平行板裂和垂直板裂2個(gè)方向的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),獲取抗壓強(qiáng)度參數(shù)的各向異性特征；同時(shí),采用偏光顯微鏡對(duì)板裂原巖薄片進(jìn)行鏡下鑒定分析,以便認(rèn)識(shí)到巖石力學(xué)特性及自身組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和巖體板裂化之間的內(nèi)在必然聯(lián)系,為巖體板裂化理論提供依據(jù)。研究結(jié)果表明：板裂原巖本身具有各向異性特征,而且與板裂方向關(guān)系緊密,說(shuō)明在受力大小相同的情況下,與板裂方向一致時(shí)的受力比與板裂方向垂直時(shí)更加容易引起潛在板裂巖石發(fā)生變形破壞,形成板裂。碎裂花崗巖在地質(zhì)歷史時(shí)期曾遭受過(guò)強(qiáng)烈構(gòu)造應(yīng)力,且在平行板裂面的方向上受力明顯,形成了平行板裂面方向的微小裂隙,部分被充填為細(xì)脈；對(duì)于綠泥石絹云母千枚巖和石英白云母片巖,其巖石構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)具有明顯的各向異性,在后期的特定應(yīng)力作用下也會(huì)形成與片理小角度斜交的微小裂隙,說(shuō)明板裂原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征是發(fā)生板裂的內(nèi)在因素。

板裂原巖；板裂方向；抗壓試驗(yàn)；偏光顯微鏡；消光特征

2015,32（12）：60－66,81

1 研究背景

巖體作為水電工程建設(shè)的重要地質(zhì)載體,其結(jié)構(gòu)類型對(duì)巖體可利用性及工程適宜性具有重要影響,并通過(guò)巖體力學(xué)特性和變形破壞規(guī)律表現(xiàn)出來(lái)。板裂結(jié)構(gòu)在邊坡、壩基和硐室開(kāi)挖中時(shí)常被揭示,其主要成因是巖體內(nèi)部的應(yīng)力釋放和轉(zhuǎn)移,即外生作用下由于應(yīng)力調(diào)整或動(dòng)力觸發(fā)使得巖體受力狀態(tài)達(dá)到板裂的臨界強(qiáng)度所引起的次生結(jié)構(gòu)。因此,板裂結(jié)構(gòu)巖體的形成也可以看成是外部環(huán)境改變引起的巖體進(jìn)一步劣化損傷的結(jié)果,是一種在地質(zhì)體內(nèi)具有一定賦存范圍的巖體結(jié)構(gòu)類型。除此之外,板裂結(jié)構(gòu)的形成與巖體本身特性也有必然聯(lián)系,可以說(shuō)板裂原巖建造過(guò)程中的巖石組構(gòu)和缺陷特征、構(gòu)造和淺表生改造引起的初始損傷往往為板裂結(jié)構(gòu)的形成提供了必要條件。

巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、內(nèi)部各種缺陷和初始損傷直接影響其宏觀破裂[1］,因此有必要從微觀或細(xì)觀角度研究巖石破裂的內(nèi)在屬性。張學(xué)民[2］采用偏光顯微鏡和X光衍射技術(shù)研究了砂巖宏觀各向異性的微觀機(jī)理；周翠英等[3］針對(duì)華南地區(qū)廣為分布的“紅層”特殊軟巖,利用偏光顯微鏡、能譜分析等多種手段揭示了軟巖軟化的微觀機(jī)制；蔣德全等[4］利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對(duì)混合花崗巖礦物顆粒的受損狀態(tài)進(jìn)行觀察以研究巖石在高應(yīng)變率作用下的微觀損傷特征；溫世億等[5］采用電鏡掃描得到某水電站引水隧洞圍巖大理巖試樣破壞斷口處的信息,利用計(jì)算機(jī)對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行信息提取和量化,從而獲得了巖石微細(xì)結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)行為的關(guān)系。

此外,國(guó)內(nèi)外其他學(xué)者在此方面也取得了一定突破[6－11］,但目前仍鮮見(jiàn)對(duì)板裂原巖抗壓特性和顯微特征的研究。因此,通過(guò)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)可以獲取板裂體在平行板裂和垂直板裂2個(gè)方向的各向異性特征,采用偏光顯微可鑒定礦物成分、分析巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、測(cè)定應(yīng)力微小裂隙定向性。同時(shí),通過(guò)本文的研究,有助于明確板裂原巖內(nèi)在特性與板裂破壞之間的相互聯(lián)系,對(duì)于認(rèn)識(shí)板裂結(jié)構(gòu)巖體的板裂破壞機(jī)制具有重要指導(dǎo)意義。

2 板裂原巖抗壓試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

本文的試樣材料分3類：一類是取自國(guó)道213線徹底關(guān)大橋附近一處陡立板裂結(jié)構(gòu)邊坡的花崗巖,另外2類為取自沙窩子板裂結(jié)構(gòu)高邊坡的千枚巖和片巖（通過(guò)偏光顯微鏡觀察定名）。板裂面方向由現(xiàn)場(chǎng)板裂結(jié)構(gòu)巖體的調(diào)查情況確定并在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定,運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后,使用鉆床和鋸床分別從平行板裂方向和垂直板裂方向鉆切巖樣。試樣分為圓柱體和方柱體2種：其中圓柱體圓形截面直徑取5 cm,高度為10 cm；方柱體的正方形截面邊長(zhǎng)取5 cm,高度為10 cm。用成型的標(biāo)準(zhǔn)定向試樣進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度試驗(yàn),其制作過(guò)程如圖1所示。

圖1 板裂結(jié)構(gòu)巖石定向試樣制作Fig.1 Process of making directional sample of rock mass with slab-rupture structure

試樣數(shù)量根據(jù)受力方向（垂直板裂方向和平行板裂方向）及含水狀態(tài)而定,即首先分為天然和飽水2種情況,然后每種情況又分為2種不同受力方向,共計(jì)36個(gè)試樣；其中天然狀態(tài)是拆除密封后立即取樣測(cè)定,而飽水狀態(tài)則采取完全淹沒(méi)法（完全浸水48 h）試驗(yàn)測(cè)定。最后,在電液伺服控制剛性壓力機(jī)（由長(zhǎng)春機(jī)械科學(xué)研究院研制,型號(hào)為CSSWAW600DL）上對(duì)3類板裂原巖試樣進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),軸向加載速率為1.0 mm/min。

2.2 成果分析

2.2.1 抗壓強(qiáng)度特征

通過(guò)對(duì)巖石試樣的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),證實(shí)了3類板裂原巖的變形和強(qiáng)度都具有明顯各向異性特征,分別表現(xiàn)為：

（1）板裂花崗巖的抗壓強(qiáng)度大于100 MPa,壓縮彈性模量可達(dá)10.0 GPa以上,根據(jù)巖質(zhì)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)判定該花崗巖屬于堅(jiān)硬巖[12］。天然狀態(tài)下,垂直板裂方向的平均壓縮彈性模量和抗壓強(qiáng)度分別是平行板裂方向的1.20倍和1.41倍；飽水狀態(tài)下,垂直板裂方向的平均壓縮彈性模量和抗壓強(qiáng)度分別是平行板裂方向的1.16倍和1.45倍。說(shuō)明兩向異性特征都較為明顯。而且不管垂直板裂方向受力還是平行板裂方向受力,飽水后的變形和強(qiáng)度參數(shù)都要小于天然狀態(tài)的變形和強(qiáng)度參數(shù)。

（2）板裂千枚巖的抗壓強(qiáng)度平均在19～21 MPa之間,最大為32 MPa,壓縮彈性模量不小于1.9 GPa,屬于較堅(jiān)硬巖—較軟巖。天然狀態(tài)下,垂直板裂方向的平均壓縮彈性模量和抗壓強(qiáng)度分別是平行板裂方向的1.16倍和1.72倍；但飽水狀態(tài)下,垂直板裂方向的平均壓縮彈性模量和抗壓強(qiáng)度分別是平行板裂方向的0.50倍和0.71倍。分析認(rèn)為由于這類巖石內(nèi)部的一些微裂隙對(duì)水的作用比較敏感,因此在垂直板裂方向進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí),會(huì)沿這些微裂隙發(fā)生破裂使得力學(xué)強(qiáng)度降低,造成的結(jié)果反而小于平行板裂方向的相應(yīng)參數(shù)。但不論天然還是飽水,兩向異性特征都較為明顯。

（3）對(duì)于板裂片巖而言,抗壓強(qiáng)度平均在12～18 MPa之間,壓縮彈性模量大于0.5 GPa,屬于較軟巖—軟巖。天然狀態(tài)下,垂直板裂方向的平均壓縮彈性模量和抗壓強(qiáng)度分別是平行板裂方向的1.54倍和1.92倍；飽水狀態(tài)下,垂直板裂方向的平均壓縮彈性模量和抗壓強(qiáng)度分別是平行板裂方向的3.94倍和3.73倍。說(shuō)明在飽水狀態(tài)下,兩向異性特征更為明顯。2種受力狀態(tài)下,飽水后的變形和強(qiáng)度參數(shù)都要小于天然狀態(tài)的相應(yīng)參數(shù)。特別是飽水后平行板裂方向受力時(shí),巖石的變形和強(qiáng)度指標(biāo)下降較大,平均壓縮彈性模量由1.9 GPa迅速降低為0.5 GPa。

上述3類板裂巖石試樣的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明,天然狀態(tài)下,平行板裂方向的壓縮彈性模量、最大壓縮力以及抗壓強(qiáng)度明顯小于垂直板裂方向的相應(yīng)參數(shù)。即受力大小相同的情況下,與板裂方向一致時(shí)的受力比與板裂方向垂直時(shí)的受力更易引起潛在板裂巖體發(fā)生變形破壞,也證明了板裂化之所以能沿板裂方向進(jìn)行的必然性。

2.2.2 破壞形態(tài)特征

巖石破壞形態(tài)可以揭示巖石試件在荷載作用下的破壞機(jī)制,這是因?yàn)椴粌H受力過(guò)程中的應(yīng)力分布狀況由其直接表現(xiàn),而且?guī)r石組成和各向異性特征對(duì)強(qiáng)度的影響也能由其間接反映出來(lái)。根據(jù)板裂巖石單軸壓縮試驗(yàn)過(guò)程中的試件破壞形態(tài),主要有4種破壞機(jī)制,包括：Ⅰ類剪破裂、Ⅱ類剪破裂、張破裂和以張為主的破裂。本次試驗(yàn)中,前2種多發(fā)生在垂直板裂面的試件中,而后2種則多見(jiàn)于平行板裂面的試件中,如圖2所示。

可通過(guò)試件中的缺陷和初始損傷分布特征分析來(lái)解釋上述現(xiàn)象：應(yīng)力垂直板裂面的試件中,由于存在（潛在）微弱面等缺陷和初始損傷與應(yīng)力方向近于垂直的特點(diǎn),起初這些微弱面通過(guò)受壓閉合來(lái)響應(yīng)逐步提高的壓應(yīng)力并耗散能量,但當(dāng)壓密到一定程度以后,能量耗散路徑開(kāi)始分叉,其最終破裂表現(xiàn)為類似均質(zhì)巖石中的壓-剪破壞形式；相反,在應(yīng)力平行板裂面的試件中,由于微弱面同受力方向近于平行,因此受力過(guò)程中,容易造成微弱面末端處的應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致微弱面沿末端繼續(xù)擴(kuò)展、搭接、貫通,能量耗散路徑較為單一,強(qiáng)度降低迅速,宏觀表現(xiàn)為橫向拉應(yīng)力超過(guò)巖石抗拉極限時(shí)的破壞形式。下面采用微觀技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證這種解釋。

圖2 單軸抗壓試驗(yàn)中的板裂巖石破壞機(jī)制Fig.2 Failure mechanism of three types of rock with slab-rupture structure in uniaxial compression tests

3 板裂原巖顯微特征

對(duì)上述3類巖樣按1＃,2＃和3＃區(qū)分類型。利用偏光顯微鏡（其型號(hào)為Nikon Edipse LV100 POL,見(jiàn)圖3）對(duì)這3類已發(fā)生板裂的巖石進(jìn)行薄片鑒定分析,其內(nèi)容包括礦物成分鑒定、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析、應(yīng)力微小裂隙定向性測(cè)定等。

圖3 Nikon Eclipse LV100 POL型偏光顯微鏡Fig.3 Polarizing microscope（Nikon Eclipse LV100 POL）

3.1 偏光顯微鏡概述

偏光顯微鏡是以晶體光學(xué)為基礎(chǔ),可以鑒定巖石礦物組成和分析結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的一種顯微鏡。它將白光轉(zhuǎn)化為用來(lái)鏡檢的偏振光,具有單折射（各向同性）或雙折射性（各向異性）的物質(zhì)可被鑒別出來(lái)。凡具有雙折射性的物質(zhì)通常在正交偏光下會(huì)顯示出四明四暗的消光現(xiàn)象,這種特征可被用來(lái)與單折射物質(zhì)區(qū)分。

與普通顯微鏡不同的是偏光顯微鏡光源前有偏振片（起偏器）,使進(jìn)入顯微鏡的光線轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄕ駝?dòng)方向的偏振光；鏡筒中有檢偏器（一個(gè)偏振方向與起偏器垂直的起偏器）,這種顯微鏡的載物臺(tái)是可以旋轉(zhuǎn)的,當(dāng)載物臺(tái)上放入單折射的物質(zhì)時(shí),無(wú)論如何旋轉(zhuǎn)載物臺(tái),由于2個(gè)偏振片是垂直的,顯微鏡里看不到光線,而放入雙折射性物質(zhì)時(shí),由于光線通過(guò)這類物質(zhì)時(shí),偏振光振動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),因此旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)便能檢測(cè)到這種物體。例如,當(dāng)?shù)V片光率體橢圓切面長(zhǎng)、短半徑與上、下偏光振動(dòng)方向一致時(shí),就會(huì)出現(xiàn)消光現(xiàn)象（圖4）。

圖4 礦片在正交偏光鏡間的消光現(xiàn)象Fig.4 Extinction phenomenon of ore pieces under orthogonal polarizer

3.2 巖樣薄片選取

巖石薄片的選取,分為平行板裂面和垂直板裂面2種,其中垂直板裂面又分為Ⅰ型垂直板裂面和Ⅱ型垂直板裂面2種,其定向方向見(jiàn)圖5。需要強(qiáng)調(diào)的是：本文關(guān)于鏡下結(jié)果的插圖中,從下至上方向與圖5巖石薄片箭頭所示方向一致。

圖5 板裂原巖切片方向Fig.5 Slicing direction of original slab-rupture rock

在每個(gè)方向制作3件0.03 mm厚的巖石薄片,共計(jì)9件；對(duì)前述3種巖石類型進(jìn)行切片,共計(jì)獲得27件薄片樣品（圖6）。

圖6 板裂原巖中的巖石薄片F(xiàn)ig.6 Rock slices from original slab-rupture rock

3.3 鏡下主要特征分析

通過(guò)偏光顯微鏡分析1＃,2＃和3＃三類巖樣的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造,其鑒定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 板裂原巖巖樣定名及主要特征Table 1 Names and main characteristics of the rock samples with slab-rupture structure

同時(shí)發(fā)現(xiàn),3類巖石薄片中的應(yīng)力微小裂隙定向性特征與板裂方向確實(shí)存在一定的聯(lián)系,主要表現(xiàn)為：

（1）通過(guò)平行板裂面的碎裂花崗巖巖石薄片鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)石英可見(jiàn)明顯波狀消光現(xiàn)象（圖7）,并伴隨碎裂而發(fā)生細(xì)粒重結(jié)晶。已有研究[15－16］表明,波狀消光屬晶內(nèi)應(yīng)變的效應(yīng),是由于過(guò)量的位錯(cuò)引起晶格扇狀或不規(guī)則狀畸變而使受力晶體在正交偏光下出現(xiàn)水波紋狀的消光特征。板裂原巖中石英波狀消光特征是該巖石在某個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期曾遭受過(guò)高應(yīng)力作用的重要標(biāo)志,同時(shí)也是引發(fā)花崗巖原巖碎裂的主要因素。此外,鏡下還可見(jiàn)到鉀長(zhǎng)石中的弱彎曲解理紋（圖8）。依據(jù)解理紋彎曲方向,可以大致判斷其受力方向與解理方向一致。根據(jù)巖石薄片的方向性定位可以推斷,地質(zhì)歷史時(shí)期上的板裂原巖受力方向大體平行于后期板裂面。

圖7 平行板裂面巖石薄片中的石英顆粒波狀消光Fig.7 Wavy extinction of quartz particles in rock slice parallel to the slab-rupture surface

圖8 平行板裂面巖石薄片中的長(zhǎng)石弱彎曲解理紋Fig.8 Weak bending cleavage lines on feldspar in rock slice parallel to the slab-rupture surface

在Ⅰ型和Ⅱ型垂直板裂面巖石薄片上,可觀察到與板裂面延伸方向近于平行的絹云母細(xì)脈和細(xì)粒綠泥石細(xì)脈（圖9）。其成因是：巖石內(nèi)部早起的微小裂隙為熱液流體提供了運(yùn)移通道,而巖漿巖中的長(zhǎng)石族礦物和鐵鎂質(zhì)礦物（黑云母等）通常在低溫?zé)崴饔孟乱仔纬蓪訝罱Y(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物（絹云母或綠泥石等）。這說(shuō)明早期的微小裂隙是近平行板裂面的,或者說(shuō)后期巖石板裂化的過(guò)程是沿平行微小裂隙的方向形成的。

（2）對(duì)綠泥石絹云母千枚巖巖石薄片進(jìn)行鏡下觀察時(shí)發(fā)現(xiàn),在平行板裂面的薄片中可觀察到與主體定向排列小角度斜交或大體平行的微小裂隙（圖10）。

同時(shí),在Ⅰ型垂直板裂面巖石薄片上,可觀察到與主體定向排列呈接近30°～45°斜交的微小裂隙（圖11）,其中部分已被方解石充填為細(xì)脈,少量未被充填；但在Ⅱ型垂直板裂面巖石薄片上,可見(jiàn)細(xì)脈或微小裂隙又與主體定向排列近于平行（圖12）。然而由于Ⅱ型垂直板裂面巖石薄片本身平行片理面的延伸方向,因此上述特征說(shuō)明板裂千枚巖中的微小裂隙的走向與片狀礦物定向排列方向大體一致,但其傾向具有一定的隨機(jī)性,而這應(yīng)和受壓應(yīng)力作用的方向有關(guān),符合剪切破裂角的一般規(guī)律。

圖9 Ⅰ型和Ⅱ型垂直板裂面巖石薄片中的細(xì)脈Fig.9 Tiny dykes in typeⅠandⅡrock slices vertical to the slab-rupture surface

圖10 平行板裂面巖石薄片中的貫通裂隙Fig.10 Penetrated crack in rock slice parallel to the slab-rupture surface

圖11 Ⅰ型垂直板裂面巖石薄片中的貫通裂隙和細(xì)脈Fig.11 Penetrated crack and tiny dyke in typeⅠrock slice vertical to the slab-rupture surface

圖12 Ⅱ型垂直板裂面巖石薄片中的細(xì)脈Fig.12 Tiny dyke in typeⅡrock slice vertical to the slab-rupture surface

（3）觀察鏡下平行板裂面的石英白云母片巖巖石薄片,發(fā)現(xiàn)其片狀礦物含量大,變質(zhì)程度相對(duì)2＃巖樣大,其定向排列方向與板裂面方向近于平行（圖13）。根據(jù)片狀礦物對(duì)黑云母包繞情況,可以斷定這類巖石地質(zhì)歷史時(shí)期曾經(jīng)歷過(guò)的區(qū)域變質(zhì)作用是在與片理方向近于垂直的應(yīng)力條件下發(fā)生的。

圖13 平行板裂面巖石薄面中的定向排列Fig.13 Orientational layout of mineral in rock slice parallel to the slab-rupture surface

另外,在Ⅰ型垂直板裂面巖石薄片上,可觀察到與主體定向排列呈接近10°～20°斜交的微小裂隙（圖14）,角度相比2＃巖樣??；在Ⅱ型垂直板裂面巖石薄片上,可見(jiàn)方解石細(xì)脈或微小裂隙與主體定向排列近于平行（圖15）,這與2＃巖樣基本一致。這說(shuō)明片狀礦物的發(fā)育程度和微小裂隙的發(fā)展方向具有相關(guān)性,即在以片狀、柱狀和粒狀3種主要礦物為主的巖石內(nèi)部,隨片狀礦物發(fā)育程度的增高,其微小裂隙面越接近片狀礦物的主平面（片理面）。

圖14 Ⅰ型垂直板裂面巖石薄片中的貫通裂隙Fig.14 Penetrated crack in typeⅠrock slice vertical to the slab-rupture surface

圖15 Ⅱ型垂直板裂面巖石薄片中的細(xì)脈Fig.15 Tiny dyke in typeⅡrock slice vertical to the slab-rupture surface

通過(guò)上述3類巖石薄片的巖相學(xué)特征研究可以得出：板裂原巖在地質(zhì)歷史時(shí)期曾遭受過(guò)強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或造山運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的定向壓力作用。

對(duì)于碎裂花崗巖來(lái)說(shuō),在平行板裂面的方向上受力明顯,形成平行板裂面方向的微小裂隙,在后期熱液作用下發(fā)生蝕變,形成含水層狀硅酸鹽礦物細(xì)脈,成為巖石中的薄弱點(diǎn),在后期外生作用下發(fā)生沿這些微小裂隙或細(xì)脈貫通的板裂,形成板裂結(jié)構(gòu)巖體。

而對(duì)于綠泥石絹云母千枚巖和石英白云母片巖而言,在地質(zhì)歷史時(shí)期遭受的區(qū)域性應(yīng)力和后期的片理化定向方向基本呈大角度或垂直相交,從而發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用,并形成千枚狀和片狀的變成構(gòu)造（片理）。由于這類巖石構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)具有明顯的各向異性,在后期的特定應(yīng)力作用下（例如和片理方向近于一致時(shí)）也會(huì)形成和片理小角度斜交的微小裂隙,隨片狀礦物含量的增加,交角逐漸減小,在這些微小裂隙中也會(huì)發(fā)生蝕變或填充,當(dāng)這些微小裂隙在后期外生作用下沿末端進(jìn)一步擴(kuò)展、搭接、貫通后,即可形成板裂結(jié)構(gòu)巖體。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)板裂原巖的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),并采用偏光顯微鏡的鏡下觀察分析,獲得如下認(rèn)識(shí)：

（1）對(duì)于花崗巖、千枚巖和片巖3類板裂巖石塊體而言,天然狀態(tài)下,垂直板裂方向的壓縮彈性模量、最大壓縮力以及抗壓強(qiáng)度明顯大于平行板裂方向的相應(yīng)參數(shù),說(shuō)明板裂原巖本身確有各向異性特征,而且與板裂方向具有密切關(guān)系；在受力大小相同的情況下,與板裂方向一致時(shí)的受力比與板裂方向垂直時(shí)更易引起潛在板裂體發(fā)生變形破壞,引起板裂。上述結(jié)果產(chǎn)生的原因可歸結(jié)為巖石中一些（潛在）微弱面和巖石組成之間的相互聯(lián)系,當(dāng)最大主應(yīng)力調(diào)整到與這些缺陷或初始損傷近似平行時(shí),往往更容易發(fā)生板裂破壞,形成板裂結(jié)構(gòu)巖體。

（2）3類板裂原巖的偏光顯微結(jié)果表明,碎裂花崗巖在地質(zhì)歷史時(shí)期曾遭受過(guò)強(qiáng)烈構(gòu)造應(yīng)力,且在平行板裂面的方向上受力明顯,形成了平行板裂面方向的微小裂隙,部分被充填為細(xì)脈；對(duì)于綠泥石絹云母千枚巖和石英白云母片巖而言,這類巖石構(gòu)造的力學(xué)性質(zhì)具有明顯的各向異性,在后期的特定應(yīng)力作用下也會(huì)形成與片理小角度斜交的微小裂隙,當(dāng)這些微小裂隙在后期外生作用下沿末端進(jìn)一步擴(kuò)展、搭接、貫通后,即可形成板裂結(jié)構(gòu)巖體。上述結(jié)果說(shuō)明板裂原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征是發(fā)生板裂的內(nèi)在因素。

（3）作為一種由巖石礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、歷史損傷演化及由外生改造作用引起的受力環(huán)境共同作用影響的巖體結(jié)構(gòu)類型,板裂結(jié)構(gòu)有其形成的必然內(nèi)在因素。本文的研究說(shuō)明在適宜板裂結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的地區(qū),邊坡在形成過(guò)程中（卸荷過(guò)程）引起的應(yīng)力調(diào)整變化是影響背景工程高邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型形成、范圍分布的直接因素；同時(shí),板裂原巖建造過(guò)程中的巖石組構(gòu)和缺陷特征、構(gòu)造改造和淺表生改造引起的初始損傷為這種次生結(jié)構(gòu)的形成提供了必要條件。

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（編輯：黃 玲）

Compression Test and Microscopic Characteristics Analysis of Slab-rupture Original Rock

LIU Yun-peng
（PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited,Chengdu 610072,China）

Representative slab-rupture original rocks（i.e.,slab ruptures have occurred in the rock blocks）were taken as examples.To obtain the anisotropic properties for related strength parameters,we perform the uniaxial compression tests with the loading directions vertical and parallel to slab rupture.At the same time,the microscopic identification and analysis of slices from the original slab-rupture rock are conducted by using polarizing microscope.We try to explore the potential relations among mechanical properties of the rock,compositions and slab rupture of rock mass.The study shows that：the original slab-rupture rock has anisotropic characteristics,closely relevantto the direction of slab rupture；under the same magnitude of load,the load parallel to slab rupture is more likely to cause deformation and failure of potential slab-rupture rock mass than that vertical to slab rupture.As for cataclastic granite,it had suffered a strong tectonic stress during geological period,and the stress is significant in the direction parallel to the slab rupture surface,forming the tiny（small）cracks parallel to the slab rupture surface which is partially filled with tiny dykes.Furthermore,for chlorite-sericite phyllite and quartz muscovite schist,the mechanical properties of such rock structures show obvious tendency of anisotropy,under given stress at the later stage,tiny（small）cracks will occur,which are oblique to the schistosity at a small angle.Finally,we conclude that the rock texture and structure feature of slab-rupture original rock are the intrinsic factors of generating slab ruptures.

slab-rupture original rock；slab-rupture direction；compression test；polarizing microscope；extinction characteristics

TU458

A

1001－5485（2015）12－0060－07

10.11988/ckyyb.20150244

2015－04－02；

2015－05－11

劉云鵬（1982－）,男,內(nèi)蒙古通遼人,工程師,主要從事地質(zhì)災(zāi)害與邊坡工程方向的研究工作,（電話）15928752650（電子信箱）liuyunpeng＿2005＠163.com。