武陵山湘西北地區(qū)細(xì)碎屑巖崩解性及其微觀特征研究

劉磊，徐勇，厲一寧，連志鵬，裴來(lái)政，李遠(yuǎn)耀

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心（中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），湖北 武漢 430205;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)調(diào)查研究院，湖北 武漢 430074

武陵山湘西北地區(qū)西臨云貴高原，北連鄂西山地，東北臨洞庭湖平原，南以沅水為界。區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜、降雨豐沛、人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)縣市詳查報(bào)告，區(qū)內(nèi)～70%的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生于碳酸鹽巖、碎屑巖等地層內(nèi)，在碎屑巖地層中，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)碎屑巖類(lèi)地層滑坡發(fā)育較密集，為武陵山湘西北地區(qū)重要的易滑地層。水是影響碎屑巖物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素，干濕循環(huán)、冷熱交替等作用下的物理崩解是該類(lèi)巖石主要的劣化形式。

目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的砂巖、粉砂巖和泥巖等碎屑巖的崩解特性進(jìn)行了大量的研究。蘇永華等(2005)、Erguler and Shakoor(2009)、郭永春等(2012)、鄧濤等(2014)、梁冰等(2016)分別對(duì)不同類(lèi)型碎屑巖在干濕循環(huán)、水熱交替、凍融循環(huán)、酸堿環(huán)境等條件下開(kāi)展崩解試驗(yàn)，研究了碎屑巖的崩解特性和崩解機(jī)理。Gautam and Shakoor(2013)、Admassu et al.（2016)利用崩解結(jié)束后粒度分布曲線下面積與總面積之比作為耐崩解性指數(shù)，評(píng)估碎屑巖的崩解能力。Dhakal et al.(2002)針對(duì)火山碎屑巖及沉積碎屑巖開(kāi)展了礦物成分鑒定和崩解性試驗(yàn)，研究了礦物組成和結(jié)構(gòu)對(duì)其耐崩解性的影響。張宗堂等(2020)對(duì)湖南株洲地區(qū)的紅砂巖樣品進(jìn)行室內(nèi)靜態(tài)與擾動(dòng)崩解試驗(yàn)，基于Weibull分布建立了紅砂巖顆粒崩解破碎級(jí)配曲線演化模型。劉小紅等(2015)進(jìn)行了三峽庫(kù)區(qū)消落帶紫紅色粉砂巖的單軸壓縮和耐崩解試驗(yàn)，研究了巖樣的耐崩解性及單軸壓縮強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)變化的規(guī)律。曾鈴等(2016)、王開(kāi)林（2018）、葉朝良等（2019)通過(guò)崩解試驗(yàn)以及力學(xué)試驗(yàn)，研究了碎屑巖崩解特性對(duì)其力學(xué)特征的影響。Pejon and Zuquette（2002）、張丹等（2012)、柴肇云等（2015）、申培武等（2017）采用循環(huán)崩解試驗(yàn)并借助微觀粒徑及成分獲取設(shè)備，分析了崩解物顆粒特征與碎屑巖崩解性關(guān)系。田巍巍(2018)對(duì)泥質(zhì)粉砂巖開(kāi)展了崩解性和力學(xué)特性試驗(yàn)，探討了不同風(fēng)化類(lèi)型泥質(zhì)粉砂巖的崩解差異性及其微觀機(jī)制。趙曉彥等(2020)結(jié)合分形理論，研究了不同pH值條件下粉砂質(zhì)泥巖的崩解特性以及降雨酸度造成巖石崩解特征差異的原因。孫利輝等(2019)對(duì)砂質(zhì)泥巖進(jìn)行了崩解實(shí)驗(yàn)，研究了砂質(zhì)泥巖崩解物粒徑與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系。比較近年碎屑巖崩解性的研究成果，在泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等細(xì)碎屑巖的崩解性方面開(kāi)展的研究較少，且研究大多集中在影響巖石耐崩解特性的內(nèi)外因素方面，較少利用高精度的測(cè)試技術(shù)，對(duì)巖石的耐崩解性從微觀層面進(jìn)行特征規(guī)律以及崩解機(jī)理分析。

基于此，本文以武陵山湘西北地區(qū)具有代表性的紅褐色細(xì)碎屑巖為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)耐崩解試驗(yàn)，從耐崩解性指數(shù)、崩解物成分、崩解產(chǎn)物顆粒形態(tài)3個(gè)方面對(duì)其崩解特性及微觀特征進(jìn)行了研究，并對(duì)崩解機(jī)理進(jìn)行了探討，為揭示紅層滑坡的變形破壞機(jī)理提供一種微觀視角。

1 細(xì)碎屑巖工程地質(zhì)特征

1.1 地層巖性

實(shí)驗(yàn)樣品取自武陵山湘西北地區(qū)，以紅褐色細(xì)碎屑巖為主，分布于中三疊統(tǒng)巴東組二段（T2b2）地層中，其中，含泥質(zhì)粉砂巖1件、泥質(zhì)粉砂巖5件、粉砂質(zhì)泥巖7件，基本物理性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 武陵山湘西北地區(qū)細(xì)碎屑巖的基本物理性質(zhì)Table 1 Basic physical properties of fine detritus in Northwest Hunan,Wulingshan

1.2 物理力學(xué)性質(zhì)

開(kāi)展采集巖樣的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)可知：各類(lèi)巖石所受峰值應(yīng)力與其巖性關(guān)聯(lián)較密切，按強(qiáng)度從大到小依次為含泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖三個(gè)系列，其中含泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)度最高，峰值應(yīng)力為51～75 MPa；泥質(zhì)粉砂巖次之，其峰值應(yīng)力為40～49 MPa；粉砂質(zhì)泥巖強(qiáng)度最低，峰值應(yīng)力在21～25 MPa之間（表2）。此外，兩塊飽和樣品中，含泥質(zhì)粉砂巖強(qiáng)度下降較少，而泥質(zhì)粉砂巖則下降較多，約為17%。表明泥質(zhì)含量的升高會(huì)降低細(xì)碎屑巖的物理力學(xué)強(qiáng)度，而顆粒組分含量高、泥質(zhì)含量低的樣品具有更穩(wěn)定的粒間結(jié)構(gòu)，能夠保持較強(qiáng)的力學(xué)強(qiáng)度。從微觀結(jié)構(gòu)角度考慮，泥質(zhì)組分內(nèi)黏土礦物遇水軟化明顯，導(dǎo)致顆粒間作用力變?nèi)?，使巖石的力學(xué)強(qiáng)度下降。

表2 巖樣單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果Table 2 Rock sample uniaxial compressive strength test results

1.3 細(xì)碎屑巖成分分析

對(duì)采集的巖石樣品進(jìn)行薄片鑒定，顯微圖片如圖1所示。從薄片鑒定結(jié)果可知：①巖樣主要由石英、長(zhǎng)石、云母等顆粒及黏土礦物、泥級(jí)顆粒、鈣質(zhì)或鐵質(zhì)膠結(jié)物等填隙物組成，總體上，礦物含量由高到低的順序?yàn)椋菏ⅰ㈤L(zhǎng)石/云母、赤鐵礦、綠泥石；②薄片中顯示的顆粒大小多在0.01～0.05 mm范圍內(nèi)，即橫跨粗-細(xì)粉砂級(jí)的粒級(jí)范圍，在0.01 mm以下甚至泥級(jí)的顆粒多以填隙物形式出現(xiàn)，少數(shù)較大粒徑在0.05～0.1 mm間，但幾乎沒(méi)有砂級(jí)顆粒出現(xiàn)。

圖1 泥質(zhì)粉砂巖（a）和粉砂質(zhì)泥巖（b）單偏光鏡下圖像Fig.1 The micrograph of argillaceous siltstone(a)and silty mudstone(b)under single polarizer

2 細(xì)碎屑巖崩解特征實(shí)驗(yàn)

將細(xì)碎屑巖塊體試樣在室內(nèi)制成重40～60 g、直徑3～5 cm的小塊，共設(shè)置6組試樣，每組含8個(gè)樣品，其中，試樣1為含泥質(zhì)粉砂巖、試驗(yàn)2和3為泥質(zhì)粉砂巖、試樣4、5、6為粉砂質(zhì)泥巖。

2.1 耐崩解性實(shí)驗(yàn)

對(duì)6組試樣在105～110℃溫度下烘干24 h，冷卻至室溫后稱重；然后將試樣置于巖石耐崩解性試驗(yàn)儀的篩筒并一起置于水槽中，注入水溫為20℃的自來(lái)水至篩筒軸心下20 mm處；接著啟動(dòng)崩解儀，使篩筒以20 r/min的速度旋轉(zhuǎn)10 min后，取下篩筒，烘干24 h，冷卻至室溫后取出巖樣稱重；重復(fù)上述步驟，每組試樣分別進(jìn)行5次循環(huán)，循環(huán)完的殘留物依次采用20、10、5、2 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分并稱重。其中，試樣1～5進(jìn)行正常的耐崩解實(shí)驗(yàn)，試樣6用作后續(xù)成分及形態(tài)研究。

2.2 分鏡X射線衍射實(shí)驗(yàn)

采用Olympus XRD Terra便攜式X射線衍射儀對(duì)試樣6開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)共有6個(gè)樣品，包括原狀樣（記為R0）和每次循環(huán)后取得的樣品（R1～R5）。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將干燥的樣品研磨成粉，過(guò)200目篩后收集放入袋中；將粉末狀樣品放入樣品夾中，并插入專門(mén)的振動(dòng)裝置消除定向性，保證樣品的均勻分布；將樣品夾放入儀器中，開(kāi)始測(cè)試，在連接的電腦上進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)及測(cè)試精度滿足要求（通常為70個(gè)左右的測(cè)試回?cái)?shù)并使衍射圖譜線中盡量少雜波）后停止操作，導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

2.3 掃描電鏡實(shí)驗(yàn)

采用環(huán)境掃描電鏡對(duì)試樣6各個(gè)崩解循環(huán)的巖樣（從R0至R5）進(jìn)行SEM相片拍攝，樣品均加工成2 cm見(jiàn)方、兩面磨平的小塊，除R0外，R1～R5每組各兩塊，總共包含11塊樣品。在每塊樣品上選擇3-4個(gè)點(diǎn)依次按放大500、1000、2000倍進(jìn)行拍攝。

90年前，中國(guó)革命從井岡山出發(fā)，從此，這里成為中國(guó)革命的起點(diǎn)；90年后的今天，井岡山又在全國(guó)率先脫貧“摘帽”，再次成為全面奔小康的新起點(diǎn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 耐崩解性特征分析

根據(jù)《巖石物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)規(guī)程第9部分：巖石耐崩解試驗(yàn)》（DZ/T 0276.9-2015）(中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部，2015)，循環(huán)耐崩解性指數(shù)采用如下計(jì)算公式：

式中，mini為樣品天然狀態(tài)下質(zhì)量(g)；mn為第n次崩解循環(huán)后樣品剩余干質(zhì)量(g)，所得結(jié)果如圖2所示。

圖2 耐崩解性指數(shù)與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線Fig.2 The relationship between the disintegration resistance index and the number of cycles

由圖2可知：①除試樣1幾乎完全崩解外，其余四個(gè)試樣的耐崩解性指數(shù)平均約為50%，反映出巖石抗干濕循環(huán)崩解能力弱的特點(diǎn)；②試樣1表現(xiàn)出較其他四組更強(qiáng)的崩解特性，崩解后在水槽中殘留物極多，呈松散泥砂狀（圖3），該現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于試樣1中泥質(zhì)成分較高、錘擊制樣時(shí)較破碎等因素所致；③各試樣組的耐崩解性指數(shù)折線整體在R1處出現(xiàn)拐點(diǎn)，前后斜率存在較明顯差異，表明第一次崩解在整個(gè)崩解過(guò)程中居主要地位。

圖3 試樣1在R1崩解后的殘?jiān)麱ig.3 Residue of sample 1 after R1 disintegration

對(duì)各試樣R5崩解后的殘留物進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。已有研究表明，巖石崩解后的顆粒質(zhì)量和粒徑遵從R-R分布(蘇永華等,2005;劉躍東,2019)，采用能描述物體局部與整體的非線性相似特征的分形理論(張丹等,2012;申培武等,2017;趙曉彥等,2020)，通過(guò)變換可得顆粒質(zhì)量隨粒徑分布的雙對(duì)數(shù)函數(shù)：

表3 R5崩解后各試樣殘留物篩分結(jié)果Table 3 Screening results of residues of each sample after R5 disintegration

式中，M(x)為粒徑小于x的顆?？傎|(zhì)量；M為顆?？傎|(zhì)量；x為粒徑；D為分形維數(shù)。

對(duì)表3中的數(shù)據(jù)按式（2）進(jìn)行擬合，得到R5崩解后各試樣顆粒質(zhì)量-粒徑分布雙對(duì)數(shù)曲線（圖4a）。由擬合結(jié)果知：①曲線整體服從線性分布，試樣1至試樣5的分形維數(shù)分別為：1.884、0.716、0.976、0.479、0.537，試樣1的分形維數(shù)最大，試樣4、5最小。分形維數(shù)越大，表明巖石的崩解程度越高，巖樣耐崩解性由高到低依次為：粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、含泥質(zhì)粉砂巖；②除試樣1外，其余4個(gè)試樣殘留物均以大于20 mm粒徑為主，占比超70%，對(duì)比各試樣的數(shù)據(jù)離散性可以看出，試樣1的離散性最大，試樣4的離散型最小，主要原因是試樣1的裂隙較為發(fā)育，而試樣4較為完整，裂隙的發(fā)育使得巖石表現(xiàn)出各向異性的特點(diǎn)。以上表明，細(xì)碎屑巖的泥質(zhì)含量越高，巖石越破碎，崩解能力越強(qiáng)。

3.2 崩解物成分變化規(guī)律分析

由表4、圖4b可知：①在各類(lèi)礦物中，顆粒礦物隨著崩解的進(jìn)行，其含量持續(xù)增大，且在R1段斜率明顯較其它期次高，該類(lèi)礦物以石英、兩類(lèi)長(zhǎng)石、云母為主，具有較穩(wěn)定的物理、化學(xué)特性，且顆粒間黏結(jié)作用較強(qiáng)，故較難在崩解過(guò)程中分離，導(dǎo)致其含量持續(xù)升高；②膠結(jié)礦物含量曲線在R1時(shí)有較大幅度降低，而后隨崩解進(jìn)行其含量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，表明第一次崩解過(guò)程中其含量變化最為明顯，該類(lèi)礦物中方解石含量明顯高于赤鐵礦含量，巖石以鈣質(zhì)膠結(jié)為主，與水中酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起巖樣內(nèi)部裂紋擴(kuò)展，加速巖石的碎裂；③巖石中有約7%～8%的非晶質(zhì)體，結(jié)合其河流-湖泊相沉積屬性，在成巖時(shí)處于氧化環(huán)境，認(rèn)為非晶質(zhì)物主要為未成晶型的硅質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)礦物；④黏土礦物含量曲線表現(xiàn)出較穩(wěn)定的持續(xù)下降趨勢(shì)，該類(lèi)礦物以泥級(jí)填隙物等形式出現(xiàn)，主要包括伊利石、蒙脫石、綠泥石等。黏土礦物的持續(xù)性下降主要有兩方面原因，一方面，其片狀結(jié)構(gòu)易被水分子破壞導(dǎo)致黏結(jié)強(qiáng)度下降；另一方面，黏土礦物多賦存于整體性較差的基質(zhì)填隙物中，為水動(dòng)力作用的優(yōu)先場(chǎng)所，故分離剝蝕較明顯。

表4 巖石崩解過(guò)程中各礦物含量變化表Table 4 Table of change of mineral content during rock disintegration

圖4 R5崩解后各試樣顆粒質(zhì)量-粒徑分布雙對(duì)數(shù)曲線（a）和崩解過(guò)程中各礦物含量變化（b）Fig.4 The double logarithmic curve of particle weight-size distribution of each sample after R5 disintegration(a)and changes of various minerals content during the disintegration process(b)

3.3 崩解物顆粒形態(tài)特征

為提取巖石SEM相片中包含的微觀結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)行定量的結(jié)構(gòu)分析，利用Matlab自帶的圖像處理工具進(jìn)行了SEM相片矩陣化，通過(guò)編寫(xiě)代碼調(diào)取Matlab圖像處理模塊達(dá)到提取SEM相片中顆粒幾何參數(shù)的目的。

獲取顆粒形狀參數(shù)的方法較多，本文采用Matlab圖像處理函數(shù)進(jìn)行顆粒幾何參數(shù)的獲取。處理的步驟主要包括相片信息預(yù)處理、圖像降噪、對(duì)比度增強(qiáng)、圖像二值化、圖像優(yōu)化、信息提取6個(gè)步驟：①對(duì)SEM相片（圖5a、b、c）進(jìn)行裁剪，讀入Matlab中，利用rgb2gray函數(shù)將圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖；②利用imhist函數(shù)和impixelregion函數(shù)確定圖像灰度直方圖及灰度分布范圍；③利用wiener函數(shù)進(jìn)行圖像降噪，并通過(guò)imcontrast函數(shù)和imadjust函數(shù)進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)（圖5d）；④利用迭代法和大津法確定圖像二值化的灰度分割閾值，并通過(guò)im2bw函數(shù)進(jìn)行二值化分割（圖5e）；⑤調(diào)用bwareaopen函數(shù)和bwmorph函數(shù)進(jìn)行圖像優(yōu)化（圖5f）；⑥通過(guò)regionprops函數(shù)提取幾何參數(shù)并輸出表格（表5）。提取包含長(zhǎng)軸長(zhǎng)度LL、短軸長(zhǎng)度LS、顆粒等面積圓周長(zhǎng)S0、顆粒周長(zhǎng)S共5個(gè)顆粒幾何參數(shù)。采用豐度和圓形度兩個(gè)指標(biāo)作為衡量顆粒形態(tài)的參數(shù)，其中豐度為顆粒的短、長(zhǎng)軸比值，豐度越大，表明顆粒越接近等軸，反之則表示越接近長(zhǎng)條形。圓形度則主要反映顆粒的棱角尖銳程度。圓形度P的計(jì)算公式為：

圖5 崩解物顆粒形態(tài)提取過(guò)程圖Fig.5 Diagram of extraction process of disintegrated particles

表5 崩解過(guò)程中巖樣微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)變化Table 5 Changes of microstructure parameters of rock samples during disintegration

根據(jù)圓形度的定義，顆粒的圓形度越接近1，顆粒棱角越少、邊界越光滑。對(duì)每一張SEM相片進(jìn)行上述處理后，得到崩解過(guò)程中顆粒微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)變化結(jié)果如表5、圖6所示。

圖6 顆粒豐度與圓形度隨崩解過(guò)程的變化Fig.6 Variation of particle abundance andcircularity with disintegration process

由表5、圖6可知：①表面顆粒的豐度隨崩解進(jìn)行總體呈升高態(tài)勢(shì)，且R0-R1段上升幅度十分顯著，R1-R5間比值在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，新鮮面顆粒的豐度隨崩解進(jìn)行時(shí)變動(dòng)幅度較小，各階段數(shù)值均比表面顆粒的大；②表面顆粒的圓形度總體呈升高趨勢(shì)，且R0～R1段升高幅度較明顯，而新鮮面顆粒的圓形度整體在較小范圍內(nèi)波動(dòng)，各階段數(shù)值均比表面顆粒的大；③表面顆粒在崩解過(guò)程中的形態(tài)變化明顯，其一方面表現(xiàn)出顆粒整體形態(tài)向等軸形變化的趨勢(shì)，另一方面顆粒的棱角程度降低，且在第一次崩解循環(huán)中這種變化表現(xiàn)得最為明顯，而新鮮面顆粒的形態(tài)特征在崩解過(guò)程中基本保持一致，與表面顆粒變化趨勢(shì)相同，均表現(xiàn)出向等軸、圓形化演化的特點(diǎn)；④以上變化表明，隨著循環(huán)崩解作用的進(jìn)行，巖石各種礦物顆粒在不斷地解體、融合過(guò)程中，顆粒整體形態(tài)由扁平、棱角狀表面向等軸、圓形表面轉(zhuǎn)變。分析其原因是，崩解進(jìn)行時(shí)，水總是由外至內(nèi)地對(duì)礦物顆粒進(jìn)行侵蝕，內(nèi)部顆粒所受的水動(dòng)力作用明顯小于表層顆粒，故表面顆粒的形態(tài)變化較強(qiáng)烈；水進(jìn)入到巖石內(nèi)部后，會(huì)產(chǎn)生楔形力，促使顆粒間裂隙發(fā)展，加速了表面能的轉(zhuǎn)化，使得內(nèi)部顆粒邊緣逐漸趨于平滑。

4 武陵山湘西北地區(qū)細(xì)碎屑巖崩解機(jī)制淺析

細(xì)碎屑巖崩解的過(guò)程是沉積作用的逆過(guò)程，巖石遇水后，顆粒之間比較薄弱的裂隙不斷地?cái)U(kuò)展、貫通，形成較小顆粒，最終導(dǎo)致整體崩解。經(jīng)過(guò)崩解試驗(yàn)以及崩解物成分和顆粒形態(tài)分析可知，武陵山湘西北地區(qū)細(xì)碎屑巖的崩解能力主要受其礦物成分及微觀結(jié)構(gòu)影響。

若礦物成分中含伊利石、蒙脫石等親水性黏土礦物較多時(shí)，試樣由烘干到濕潤(rùn)的過(guò)程中，黏土礦物先失水，其微觀結(jié)構(gòu)被破壞，遇水后強(qiáng)烈的吸水性使得黏土礦物發(fā)生水化，減弱了顆粒之間的膠結(jié)能力，使得孔隙直徑增大，造成因顆粒間膨脹和晶層間膨脹而產(chǎn)生了膨脹力，繼而導(dǎo)致巖樣強(qiáng)度降低并迅速解體，崩解物分散成泥；由濕潤(rùn)至烘干后，崩解物可再膠結(jié)，但膠結(jié)強(qiáng)度基本無(wú)法抵抗外力作用。此為試樣1這類(lèi)以泥質(zhì)膠結(jié)為主，含一定量粉砂質(zhì)的細(xì)碎屑巖的崩解機(jī)制，也是試樣1表現(xiàn)出崩解迅速、崩解物粒徑較小的原因。

若礦物成分中黏土礦物較少，膠結(jié)物以游離態(tài)的SiO2（玉髓、燧石）、Fe2O3（褐鐵礦）和Al2O3（硬鋁石）為主時(shí)，試樣由烘干到濕潤(rùn)的過(guò)程中，失水形成的裂紋及原有裂隙受水的表面張力作用，強(qiáng)烈地吸附水分子；部分水分子與泥質(zhì)膠結(jié)物發(fā)生水化作用，增大了裂隙及其表面的吸附作用，減弱了顆粒之間的膠結(jié)能力，另一部分水分子促使裂隙界面形成一種二維的表面楔裂壓力，促使裂隙向縱深發(fā)展，兩者共同促進(jìn)了裂隙的擴(kuò)展，最終使得裂隙貫通，形成沿裂隙崩解的塊體，但由于親水礦物較少，水化作用較弱，新崩解的塊體表面裂隙減少，繼而難以進(jìn)一步解體。此為試樣4、5這類(lèi)含一定量泥質(zhì)膠結(jié)，以粉砂質(zhì)為主的細(xì)碎屑巖的崩解機(jī)制，也較好的解釋了試樣4、5殘留物大于20 mm顆粒含量明顯高于其他試樣的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）細(xì)碎屑巖的耐崩解性指數(shù)平均約為50%，最大可達(dá)95%，通過(guò)耐崩解性試驗(yàn)可確定武陵山湘西北地區(qū)細(xì)碎屑巖的崩解性較強(qiáng)，泥質(zhì)含量越高，崩解能力越強(qiáng)。

（2）在崩解過(guò)程中，顆粒礦物含量持續(xù)增大，膠結(jié)礦物在首次崩解時(shí)有較大幅度降低，而后其含量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，黏土礦物表現(xiàn)出較穩(wěn)定的持續(xù)下降；隨著循環(huán)崩解作用的進(jìn)行，巖石各種礦物顆粒在不斷地解體、融合過(guò)程中，顆粒整體形態(tài)由扁平、棱角狀表面向等軸、圓形表面轉(zhuǎn)變。

（3）武陵山湘西北地區(qū)細(xì)碎屑巖的崩解能力主要受其礦物成分及微觀結(jié)構(gòu)影響。含黏土礦物較多時(shí)，遇水后黏土礦物的水化作用以及膨脹作用導(dǎo)致了崩解的產(chǎn)生；含黏土礦物較少時(shí)，顆粒表面的楔裂壓力促使裂隙向縱深發(fā)展，最終使得裂隙貫通。