摘要：红层软岩是滇中地区引水工程中需要重点勘察的地质环境因素。因此，本文将对滇中地区红层软岩进行试验检测并分析其力学特性对引水工程的影响。
关键词：滇中；引水工程；红层软岩；力学特性
前言：滇中地区的红层软岩主要是在侏罗系以及白垩系时期形成，这些红层软岩大多数都是陆相碎屑不断聚集堆积形成，在第三系时期也有一部分形成，由于其主要颜色为红色，因此命名为红层软岩。在滇中地区进行引水工程施工时需要穿越红层软岩所在的地区，因此需要对红层软岩的力学性质进行分析，保证引水工程的安全和质量。
一、红层软岩的地质特性
（一）沉积及成岩结构
根据对滇中红层软岩的成分进行分析发现，其中主要的构成成分为泥岩、砂岩、泥灰岩以及粉砂等。在三叠世晚期，由于滇中地区出现了剧烈的地壳运动，进而造成了该地区地质沉积环境出现了极大的变动[1]。
（二）红层软岩的成分构成
滇中新生沉积盆地地区红层软岩的特征最为明显。其沉积岩内部受滇中古陆的沉降以及差异运动的影响严重。此外，西南地区的气候长期变化以及地壳不断运动也影响着当地的红层软岩结构。
（三）红层软岩的结构特点
滇中地区的红层软岩主要为碎屑岩石组成，在这一地区由于河流湖泊的不断沉积，岩石的大部分由泥岩或者砂岩构成。因此，滇中地区的红层软岩最大的力学特点就是各个岩石层是由不同力学特性岩石层组成的，很少有单一性质的岩石，主要都是由泥岩与粉砂岩等岩石相互组合形成。所以，在这种岩石性质的情况下，在滇中地区进行引水工程施工需要充分的考虑红层软岩的结构性质，参考岩石性质设计合理的引水路线。当前滇中地区的引水工程需要经过厚层硬岩构成的层状结构地区、软硬相间的砂泥岩构成的互层结构地区、软质泥质岩构成的层状结构地区。
（四）红层软岩得的风化性质
在对红层软岩进行实验分析后，获得其风化程度的特征分布，从实验的数据可以看出，实验岩体的风化情况差异较大，其中弱风化层的下限为0-90m，而强风化层的下限为0-55m，尤其是在大里程方向，岩体的强风化下限不断增长。
二、滇中地区红层软岩的力学特性
在滇中楚雄地区的红层软岩中进行钻孔实验并进行分析，在当地采集岩体样本之后，制作成100mm*50mm（高度*直径）的样本试件，并使用岩体力学设备对样本进行实验，获取其抗压能力以及变形性能等数据。
（一）三轴压缩岩体样本破坏程度
在实验中将岩体样本按照岩性进行分组，在不同的围压情况下进行三轴抗压强度实验，再选择4个最具有代表性的岩体样本作为破坏形态的结果进行比较。从实验中发现，在三轴压力作用下4个实验样本的主体保持完整，属于较为完整的软岩特征，其中出现缝隙的情况较少，其中出现一定数量的剪破坏碎片。此外，所有的实验样本在实验呈现的破坏形态都有很大的差异性，其中粉砂岩在实验中出现很多斜剪破坏情况，而除了剪破坏之外，粉砂岩的其他结构相对完整，没有其他多余的破坏[4]。
（二）三轴压缩岩体变形特征
在对各个实验样本进行三轴应力实验，结果表明不同岩体在应力作用下有着不同的变形特征。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆首先，滇中地区的红层软岩在三轴应力下数据曲线前部分较陡，表明其应变率较高，但是当围压不断回增加之后，轴向的应变开始降低，并具有较高的规律性；在实验的后半部分中，应变率数据曲线较为平滑，其峰值破坏之后呈塑性形变状态。其次，泥质粉砂岩与泥岩这两种岩体的应变率在围压9MPa时开始发生变化，当围压高过9MPa之后，应力差的峰值显示开始跌落，而当围压低于9MPa之后，开始变化逐渐缓[5]。
三、红层软岩的微观结构分析
首先从滇中地区楚雄地段进行采样，采集当地红层软岩样本进行微观实验并进行数据分析。
在进行微观观察之后发现：第一，红层软岩的岩体中存在很多粘土矿物质成分，这些粘土成分主要以混层结构为主，其中矿物质之间的缝隙主要被粘土物质填满，这种情况主要以蒙脱石和伊利石为主，根据检测分析发现这些物质的分布排列缺少顺序性，进而导致红层软岩的饱水率较低。第二，在观察后发现大多数的粘土物质与晶粒都存在混合的情况，在混合后出现的断口形态属于不规则的拉断性缺口。第三，大部分的断口位置在经过微观扫描后都发现有很多细小的碎块颗粒物质，这种情况主要出现在粉砂质的泥岩中。而晶粒重点集中的位置出现的断口形态主要表现为脆性断口形态，这种断口主要表现为表面有很多不规则的贝壳形，其破裂面表现的相对平滑，会在应力较高的情况下出现破裂。
四、红层软岩的水理特性分析
（一）崩解特性
滇中地区的引水工程在罗茨-万家路段会穿越大量的红层软岩，而在这一段中由于工程开挖后会造成红层软岩暴露并出现干湿循环的情况，因此引水工程的隧道围岩部分有了较高的崩解特征，这种情况会严重的影响到引水工程的安全性和稳定性，如果出现岩体形变或者发生破坏等情况都会对引水工程带来不利影响。通过对当地红层软岩进行采样实验并进行数据分析，可以看出当地岩体的岩性十分复杂，为了获得更有代表性的分析结构，实验准备从泥岩、粉砂岩、钙质泥岩、泥质粉砂岩、泥灰岩、粉砂质泥岩等岩体中选择样本进行实验检测。通过崩解实验可以发现：不同的岩体表现出的崩解性差异很大，尤其是在崩解速度以及崩解结果上有着明显的区别。泥岩以及粉砂岩在实验中表现为3-5小时后开始出现崩解性裂纹，在2-3天后彻底崩解实为碎块。通常会出现崩解现象的岩体在进行崩解实验中，浸水大约10分钟左右就会开始出现崩解情况，而如果在浸水1小时之后还没有出现崩解的岩体，最后几乎不会出现崩解。通过实验可以证明滇中地区的红层软岩在崩解性方面主要受到结构成分的影响，在红层软岩中存在大量的胶结物质以及矿物质成分，这些物质都会对崩解速度以及崩解程度有着直接的影响。
（二）膨胀性
红层软岩出现膨胀主要是由于矿物质在吸收水分之后形成的“粒内膨胀”效应。滇中地区的红层软岩中含有大量的粘土成分，这些粘土以及云母、石英等碎屑由于其颗粒小，岩体遇水后会迅速的吸收水分，导致颗粒之间的距离增大，进而造成颗粒四周存在很多结合水与自由水。
结束语
综上所述，滇中地区红层软岩的工程地质情况较为特殊，其力学性质与红层软岩的构成成分有着十分紧密的联系，其结构构造以及不同成分所占比例都会对红层软岩的力学性质产生影响。红层软岩中存在大量的粘土矿物质，导致岩体的饱水率较低。此外，在引水工程中利用红层软岩需要注意不要让岩体达到其破坏峰值，保证工程的安全和质量。
参考文献：
[1]张丽敏,赵会艳,路丽芳, 等.滇中引水工程红层软岩工程地质特性及力学性质分析[J].水电能源科学,2016,34(8):75-78,70.
[2]朱俊杰.滇中引水工程红层软岩力学特性研究及其隧道围岩分级[D].四川:成都理工大学,2013.
[3]李乐.滇中第三系软岩工程地质特性及对隧洞工程的影响——以万家隧洞段为例[D].四川:成都理工大学,2014.
[4]张翔,李宗龙,马显光.滇中引水工程隧洞软岩工程地质特性研究[C].//2015年全国工程地质学术年会论文集.2015:303-312.
论文作者:张晓春,何建璋,赵金发
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/20
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