Experimental analysis on dissolution characteristics of carbonate rocks in Liaoshan tunnel of Emei−Hanyuan expressway in Sichuan Province
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摘要: 廖山隧道是峨汉高速的控制性工程之一，隧址区岩溶地质条件复杂，为了深入研究隧址区碳酸盐岩的溶蚀特征，文章以隧址区中生界三叠系中统雷口坡组典型白云质灰岩、灰岩及钙质泥岩试样为研究对象，开展静态溶蚀试验，定量分析了碳酸盐岩溶蚀速率特征及相关影响因素，最后定性探讨了扫描电镜下试样溶蚀过程的微观结构变化。结果表明：（1）试验条件下（20 ℃、1 atm、乙酸溶液、pH=5.30、静态溶蚀），隧址区雷口坡组灰岩溶蚀速率约3.48 mm/a，白云质灰岩溶蚀速率约1.57 mm/a，钙质泥岩溶蚀速率约0.90 mm/a；（2）碳酸盐岩的溶蚀受矿物组分及溶蚀环境控制，相同溶蚀环境下，溶蚀速率与方解石含量呈正相关，与白云石含量及溶蚀介质PH值呈负相关，总体上具有灰岩>白云质灰岩>钙质泥岩的特征；（3）有机酸与无机酸环境下灰岩溶蚀速率差异不大，总体趋势相同，而中性盐溶液与碱性环境则对灰岩溶蚀起到不同程度的抑制作用；（4）碳酸盐岩具有优先沿矿物成分、岩石微结构选择性溶蚀的特征，主要矿物含量的不同也使得碳酸盐岩的微观溶蚀过程存在一定差异。Abstract: The Liaoshan tunnel is one of the controlling projects of the E-han expressway, the karst geological conditions in the tunnel site area are complex. In order to deeply study the characteristics of carbonate dissolution in the field, this paper takes the typical dolomitic limestone, limestone and calcareous mudstone samples of the Mesozoic Triassic Middle Leikoupo Formation in the tunnel site area as the research object to carry out the static corrosion simulation experiment. The characteristics of dissolution rate of carbonate rock and related factors are analyzed quantitatively, and the changes of microstructure in the process of sample dissolution under SEM are discussed qualitatively. The results show that: (1) Under the experimental conditions (20 ℃, 1 atm, acetic acid solution, pH≈5.30, static dissolution), the dissolution rate of limestone in Leikoupo Formation is about 3.48 mm/a, that of dolomitic limestone is about 1.57 mm/a, and that of calcareous mudstone is about 0.90 mm/a. (2) The dissolution of carbonate rocks is controlled by the mineral composition and dissolution environment. Under the same dissolution environment, the dissolution rate of carbonate rocks is positively correlated with the content of calcite, and negatively correlated with the content of dolomite and the pH value of the dissolution medium, and generally characterized by limestone>dolomitic limestone>calcareous mudstone. (3) Under the environment of organic acid and inorganic acid, the dissolution rate of limestone has little difference and the general trend is the same, while the neutral salt solution and alkaline environment have different degrees of inhibition on the dissolution of limestone. (4) Carbonate rock has the characteristic of preferential selective dissolution along mineral composition and rock microstructure. The difference of the main mineral content also makes the micro dissolution process of the carbonate rock different.
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0. 引言
三峡工程是当今世界上最大的水利枢纽工程，三峡库区历来就是滑坡地质灾害隐患居多的区域。据统计，三峡水库自2003年首次蓄水以来库区发生了较大变形的滑坡有674处，其中下滑入江的有8个[1-3]。长期以来，国内学者对三峡库区一些重要滑坡的变形破坏特征进行了相关研究，如白水河滑坡、树坪滑坡、卧沙溪滑坡、千将坪滑坡、八字门滑坡、凉水井滑坡、藕塘滑坡、木鱼包滑坡等[4-10]。水土作用对水库堆积层滑坡影响甚大，主要表现为引起滑坡土体物理力学性质的改变与滑坡受力状态的变化。根据水土作用的不同方式变形成因可分为降雨型、浸泡软化型、动水压力型、浮托减重型、复合型五类[11-12]。
石榴树包滑坡是黄蜡石滑坡群中的一个重要滑坡，其长期持续变形对长江航运及人民生命财产安全造成严重威胁，一直以来备受关注。1998年罗先启等[13]采用非线性有限元方法对原石榴树包滑坡在不同运行工况下的位移、应力、塑性区进行了分析。2000年保长汉等[14]采用广义楔形体法对原石榴树包滑坡进行了稳定性计算。杨学堂等[15-16]对原石榴树包滑坡滑体滑动后的速度、滑距及涌浪进行了计算。而后一些学者采用有限元法对原石榴树包滑坡的稳定性及变形规律进行了分析[17-22]。2004年通过削方减载、设置排水等措施对滑坡进行了治理。李秀珍等[23]基于滑坡治理前10多年的变形监测资料，研究了原石榴树包滑坡的影响因素和变形演化特征和规律。钟少波等[24]基于滑坡治理后6年的监测数据，分析了石榴树包滑坡变形监测位移特征及稳定性。以上研究对石榴树包滑坡稳定性进行了分析，对滑坡变形特征分析较少，尤其对滑坡变形机制的研究几乎很少涉及。因此，本章首先通过钻探与物探资料分析石榴树包滑坡滑体的物质结构特征，再通过近两年的自动GPS表面位移、地下水位变化、降雨量等监测对该滑坡的变形特征、变形机理进行深入探讨与研究。
1. 石榴树包滑坡概况
石榴树包滑坡位于湖北省巴东县东瀼口镇黄蜡石村，长江左（北）岸。滑坡原始斜坡坡高约为500 m，斜坡倾向188°，斜坡结构类型为逆向斜坡（图1）。
石榴树包滑坡后缘高程340～350 m，前缘剪出口高程50～60 m，面积约0.25 km2，平均厚度约47.2 m，体积约11.80×106 m3。高程350～250 m间的地形坡角为32°～37°；高程200 m有一平台，为前期治理削方所致，东西长150～170 m，南北宽90～110 m；高程200 m以下地形坡角为30°～45°。石榴树包滑坡边界特征见图2。滑坡左侧边界为一冲沟，左侧边界沟外侧为一小山脊，见图2（a）。滑坡右侧边界为一冲沟，沟中树木茂密，沟外侧可见混凝土护坡，该冲沟将石榴树包滑坡与原台子角滑坡分割开来，见图2（b）。滑坡前缘大部分被江水淹没，出露部分为黏土夹紫红色泥岩、泥质砂岩与粉质砂岩块石，见图2（c）。滑坡后缘地势较为平缓，位于公路下方，与原磨盘湾滑坡的前缘相接，相对中前缘宽度变窄，见图2（d）。由于前期治理，滑坡表面分布有多条排水沟，3个排水平硐。
2. 滑坡物质组成及结构
在石榴树包滑坡建立综合观测站，主剖面上选取适当的6个位置布置钻孔，其中ZK1、ZK2、ZK4、ZK5等4个钻孔为水文孔。滑坡上安装的仪器主要有：GPS自动监测站4个（其中1个基站），地下水位监测仪器8个分布于水文孔中，库水位监测点1个，雨量监测站2个。现场仪器安装布置见图3。
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图 3 石榴树包滑坡勘探及监测仪器布置图Figure 3. Layout of exploration and monitoring instruments for Shiliushubao landslide2.1 钻探结果
石榴树包滑坡所处斜坡结构为逆向坡，结构复杂。根据钻孔资料综合分析，滑体物质主要为第四系崩坡积碎块石土，原岩为三叠系巴东组的岩体，经强烈滑动破坏而成，在总体上显示一定的成层性。表层覆盖少量第四系松散的崩坡积土，厚1.5～2 m，见图4（a）。浅层及后缘滑体物质主要为三叠系巴东组第四段的红色砂泥岩、粉砂岩破坏形成的碎石土；中层主要为三叠系巴东组第三段灰绿色、灰黄泥灰岩、灰岩破坏后的散裂结构块石土，从后到前厚度逐渐增大，见图4（b）；下层有一层三叠系巴东组第二段紫红色泥岩和粉砂岩破坏后形成的碎石土。
滑带物质为土含碎石，位于基覆界面处，厚度一般为1～2 m，碎石含量10%～30%。土主要为灰黄、灰绿色黏土和粉质黏土。碎石以粒径2～10 mm者居多，呈次棱角-次圆状，并具有一定程度的定向排列，岩性主要为来自巴东组第三段的灰色、灰绿色灰岩、泥灰岩，见图4（c）。
滑床物质由下到上可分为三段，巴东组第一段（T2b1）为灰色、浅灰色的泥灰岩、灰岩，厚约30.30 m；巴东组第二段（T2b2）为紫红色泥岩和粉砂岩，厚度为11.07～32.65 m；巴东组第三段（T2b3）为灰绿色、灰黄色的泥灰岩，厚约11.96 m。滑床基岩岩层产状倾向山内，倾角20°～30°左右，见图4（d）。岩层总体产状70°∠20°。根据现场钻孔的工程地质剖面见图5。
2.2 物探测试结果
在三峡水库处于高水位时期（库水位为173 m），对石榴树包滑坡进行高密度电法物探工作。在滑坡体上共布设1横1纵剖面，分别为300 m和280 m，各剖面上分别布设60个电极和56个电极，电极之间间距为5 m，布设的剖面与钻孔剖面吻合，经过每个钻孔。将高密度电法结果与钻孔岩芯进行对比，见图6。
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图 6 石榴树包滑坡电法测量结果与钻孔岩心对比Figure 6. Comparison of electrical survey results and borehole cores of Shiliushubao landslide由图6可以看出：视电阻率呈块团状分布，成层性较差，视电阻率范围约0～800 Ω·m。钻探岩性及物质结构分界面与电阻率分界面较吻合。整体上表层的电阻率值较低，低至20～30 Ω·m，该处泥岩、粉砂岩颗粒粒径较小，土颗粒含量较多所致，与实际情况一致。浅层电阻率值较高的仅分布在钻孔ZK4周边的平台处，电阻率值达500～800 Ω·m，主要为浅灰色泥灰岩夹灰岩碎块石为主。由此可分析得到石榴树包滑坡体结构岩性分布，电阻率值低于50 Ω·m以下的区域主要以泥岩、粉砂岩等黏土岩形成的土石混合体为主，块状分布；电阻率值高于200 Ω·m的区域主要以泥灰岩形成的土石混合体为主，块状分布。50～200 Ω·m的区域主要为前两者的混合物。
根据钻孔资料，结合物探剖面，对石榴树包滑坡体纵剖面物质结构进行了分层，如图7所示。
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图 7 石榴树包滑坡体纵剖面物质结构分层Figure 7. Material structure stratification of longitudinal section of Shiliushubao landslide body3. 滑坡变形特征
3.1 历史变形特征
该滑坡为古滑坡，最早有记录的复活变形出现在1980年煤矿导洞施工，而后多次降雨以及人类工程活动出现较大变形。为此在2003年4月—2004年2月对石榴树包滑坡进行了工程治理，治理工程措施主要包含削方压脚、地下排水、地表排水。目前，前期治理工程部分失效，坡体上排水沟损坏堵塞，排水平硐内部垮塌。根据相关资料，石榴树包滑坡在治理后布置了3条监测剖面，现大部分仪器不能工作[24]。根据原监测数据分析，2004年—2009年期间滑坡变形较明显，前缘变形最大达到1.4 m，变形总体呈阶梯状持续变形，变形时间主要在每年5—8月。
3.2 近期变形特征
石榴树包滑坡3个GPS表面位移监测数据、降雨量、库水位随时间的变化曲线见图8。
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图 8 石榴树包滑坡GPS监测累计位移量-雨量-库水位变化曲线Figure 8. Variation curve of cumulative displacement of GPS monitoring and rainfall and reservoir water level of Shiliushubao landslide由图8可以看出，在库水位下降及低水位运行期间，表面位移增加较大，在库水位升高及高水位运行期间，表面位移也在增加但增加较少。可见，石榴树包滑坡表现出动水压力型滑坡的特征，与收集的前期监测数据在变形时间上表现一致。在库水位较低时期，降雨会使滑坡各部分的位移都有小幅增大。GPS3位移量大于GPS2位移量大于GPS1位移量，可见滑坡变形主要发生在中部与后部，前缘变形较小。前缘变形较小这可能是由于前缘渗透性大，水力梯度较小的原因；中后部变形大可能是中后部渗透性小，水力梯度相对较大的原因。总体上，滑坡累计变形量最大未超过8 cm，位移随时间增加缓慢，可见石榴树包滑坡目前处于蠕动变形阶段。
4. 滑坡变形机理分析
4.1 变形影响因素
石榴树包滑坡前缘直抵长江，为变形提供了良好的地形临空条件。滑坡下伏基岩为三叠系巴东组的紫红色、浅灰色泥岩、粉砂岩、泥灰岩的易滑岩组；滑坡体也为易滑岩组形成的土石混合体，因此本身物质易于受雨水的影响而发生软化泥化。滑坡体前缘坡脚为长江，江水对滑体前缘岸坡不断的冲刷、掏蚀，造成滑坡前缘坍塌，抗滑力减小。库水位下降过程中，由于中后部渗透性不良导致滑体内地下水位下降滞后于库水位，由此产生的较大动水压力使滑坡的整体稳定性减小。滑坡体结构较松散，渗透性相对较大，地表水易于汇集和下渗，每逢暴雨从滑坡后缘汇集来的地表水排泄于滑坡体上，使得堆积体饱水、抗剪强度降低，诱发浅表层变形。松散堆积物与下伏基岩接触面形成潜在滑动面，因坡体渗透性大，降雨也易下渗到滑动带，一方面滑动面长期处于地下水位之下，使滑动带（面）强度弱化；另一方面也使局部水力梯度急剧增大，诱发整体变形。
4.2 地下水的影响
由监测数据可知滑坡变形主要发生在库水位下降阶段及低水位运行期，结合滑坡地质形态，石榴树包滑坡属于动水压力型滑坡，可见地下水对滑坡变形有较大影响。
（1）地下水位监测结果
石榴树包滑坡布设的4个地下水位监测孔于2018年4月27日开始获取监测数据，截至2019年10月30日，经历两次库水位升降过程，地下水位随库水位、降雨变化曲线如下图9所示。
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图 9 石榴树包滑坡地下水位变化曲线Figure 9. Variation curve of groundwater level in Shiliushubao landslide由图9可知，ZK1、ZK2、ZK4孔地下水位的的变化曲线与库水位变化趋势一致，变化幅度是随着离库水越远变化越小，而ZK5孔地下水位的变化曲线与库水位变化曲线无相似之处，说明ZK5孔地下水位变化与库水位无关，库水位的变化的影响范围在ZK4与ZK5孔之间。降雨对ZK2与ZK5孔的地下水位影响较大，对ZK1与ZK4孔的地下水位影响甚小。滑坡体地下水位对降雨的响应在库水位下降及低水位期间明显，在库水位上升及高水位运行期间响应不明显，响应雨量阈值约为40 mm。
①第一次升降过程（2018年4月27日—2018年10月14日）
ZK1孔水位升降最大29.84 m，ZK2水位升降最大27.73 m，ZK4孔水位升降最大8.91 m，ZK5孔里面水位升降最大14.08 m。
②第二次升降过程（2019年4月27日—2019年10月14日）
ZK1孔水位升降最大30.09 m，ZK2水位升降最大28.58 m，ZK4孔水位升降最大9.69 m，ZK5孔里面水位升降最大7.12 m。
（2）水力梯度变化特征
两个库水位升降过程的水力梯度随库水位及时间的变化曲线见图10，水力梯度变化特征见表1。
表 1 水力梯度变化特征Table 1. Variation characteristics of hydraulic gradient项目 水力梯度i2−1 水力梯度i4−2 水力梯度i5−4 高水位时 低水位时 降雨时 高水位 低水位 降雨时 高水位 低水位 降雨时 第一次升降 0.009 0.0068 0.67 0.11 0.465 0.068 0.0095 0.161 0.331 第二次升降 0.0097 0.0078 0.75 0.118 0.43 0.167 0.01 0.154 0.138 ![]()
图 10 石榴树包滑坡水力梯度变化曲线Figure 10. Variation curve of hydraulic gradient of Shiliushubao landslide由图10可见，前三条水力梯度线存在突变，是受降雨影响所致。为便于观察，将受降雨影响小的ZK4与ZK1之间的水力梯度作于图中。可见四条曲线表现出相同的趋势，随着库水位的下降，水力梯度逐步增大，在低水位水力梯度逐渐减小；当库水位上升时，水力梯度快速减小，高水位时趋于稳定。
由表1可知，在剔除降雨影响下，水力梯度i2−1低水位与高水位基本无变化，水力梯度i4−2低水位时约是高水位的4倍，水力梯度i5−4低水位时约是高水位的15倍。当考虑降雨影响时，降雨时的水力梯度i2−1约是高水位的74倍；水力梯度i4−2却在减小，甚至小于高水位的水力梯度；水力梯度i5−4约是高水位的35倍。
综上，在不考虑降雨条件下，在两次循环的下降及低水位过程中，水力梯度i4−2与水力梯度i5−4都较大，水力梯度i2−1较小。在考虑降雨条件下，水力梯度i2−1增大较多，i4−2减小，i5−4增大。说明，滑坡中后部渗透压力较大，前缘在降雨后渗透压力会大幅增大。滑坡体中后部水位比较高，主要受后方山体地下水供给，可见滑坡滑动面大部分都长期处于地下水位以下。
5. 结论
（1）石榴树包滑坡滑坡体物质具有一定成层性，团块状分布，电阻率值低于50 Ω·m以下的区域主要以泥岩、粉砂岩等黏土岩形成的土石混合体为主，电阻率值高于200 Ω·m的区域主要以泥灰岩形成的土石混合体为主。
（2）降雨是石榴树包滑坡复活的主要原因，库水位升降与降雨联合作用使石榴树包滑坡持续变形。库水位下降及低水位运行过程中的变形大于库水位上升及高水位运行过程中的变形。前缘变形较小主要是由于前缘渗透性大，水力梯度较小的原因；中后部变形大主要是由于中后部渗透性小，水力梯度相对较大的原因。
（3）库水位变化主要影响滑坡前缘和中部地下水变化，前缘地下水基本与库水位同步；滑坡后部地下水与库水位基本无关，主要受降雨影响。在不考虑降雨影响下，低水位时水力梯度是高水位时的4～15倍，考虑降雨影响时水力梯度是高水位时的35～74倍，降雨影响较大。
（4）石榴树包滑坡一直处于蠕变阶段，受库水位周期性升降与降雨的影响，其变形将继续发展，还需进一步加强监测。
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图 1 碳酸盐岩溶解反应综合模型[16]
Figure 1. Comprehensive model of carbonate rock dissolution reaction
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图 4 不同岩性条件下溶蚀速率特征
Figure 4. Characteristics of dissolution rate under different lithology conditions
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图 5 起始溶蚀速率与岩石矿物成分关系
Figure 5. Relationship between initial dissolution rate and rock mineral composition
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图 6 不同pH值条件下溶蚀速率特征
Figure 6. Characteristics of dissolution rate under different pH values
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图 7 不同溶蚀环境下灰岩溶蚀速率特征
Figure 7. Characteristics of limestone dissolution rate in different dissolution environments
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图 8 碳酸盐岩在去离子水环境中溶蚀速率特征
Figure 8. Characteristics of dissolution rate of carbonate rocks in deionized water environment
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图 9 不同试样比表面积条件下白云质灰岩溶蚀特征
Figure 9. Dissolution characteristics of dolomitic limestone under different specific surface areas of samples
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图 10 Quanta 650型环境扫描电子显微镜
Figure 10. Quanta 650 environmental scanning electron microscope
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图 12 白云质灰岩溶蚀过程SEM形态图
a～f均放大10000倍；a—试样编号BH-8，溶蚀时间6 h，出现层状剥蚀现象，纹层状溶蚀特征明显；b—试样编号BH-5，溶蚀时间14 h，晶间空隙溶蚀扩大，晶体棱角趋于圆滑；c—试样编号BH-3，溶蚀时间72 h，方解石晶体沿解理面溶蚀破坏明显，发育“百叶窗状”及“刀砍状”溶痕，白云石晶体溶蚀孔洞发育，呈千疮百孔状；d—试样编号BH-6，溶蚀时间120 h，晶体表面溶蚀碎屑脱落，晶面逐步变得光滑平整，局部发育溶蚀残坑；e—试样编号BH-11，溶蚀时间192 h，局部溶蚀缝发育方解石“溶蚀晶锥”，白云石晶体表面溶蚀孔洞溶蚀扩大贯穿；f—试样编号BH-1，溶蚀时间312 h，方解石晶体被明显蚀低且颗粒边缘具有晶锥状残留痕迹，白云石表面发育溶蚀孔洞且局部发育有溶蚀坑。
Figure 12. SEM morpHhology of dolomitic limestone dissolution process
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图 13 灰岩溶蚀过程SEM形态图
a～f均放大10000倍；其中，a—试样编号H-5，溶蚀时间6 h，矿物晶体棱边及晶格畸变处被溶蚀变得圆滑，晶体表面出现众多细小溶痕；b—试样编号H-11，溶蚀时间24 h，方解石晶体表面及解理处溶蚀形成相互平行的溶蚀裂隙，白云石表面出现溶蚀孔洞；c—试样编号H-9，溶蚀时间72 h，方解石表面呈沟槽状及阶梯状溶蚀，白云石晶体结构较为完整；d—试样编号H-2，溶蚀时间120 h，方解石颗粒不具完整晶体形态，白云石晶体则棱角清晰；e—试样编号H-1，溶蚀时间192 h，晶体周围及晶间接触面溶蚀作用强烈，可见明显溶蚀凹槽分布其间；f—试样编号H-7，溶蚀时间312 h，方解石晶体呈现出晶锥状、针状及柱状结构，白云石晶体表面溶蚀成蜂窝麻面，差异溶蚀现象明显。
Figure 13. SEM morpHhology of limestone dissolution process
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图 16 碳酸盐岩微观溶蚀特征
a～d均放大5000倍；其中，a—试样编号H-7，溶蚀时间312 h，沿矿物成分选择性溶蚀，方解石晶体溶蚀后呈现出“溶蚀晶锥”状结构、局部呈现“针状”或“柱状”结构，白云石晶体表面溶蚀成“蜂窝麻面”状，方解石与白云石晶体差异溶蚀现象明显；b—试样编号BH-5，溶蚀时间14 h，沿矿物晶体表面选择性溶蚀，晶体表面呈现出台阶状，表面溶蚀碎屑剥离脱落，局部溶蚀孔洞发育扩张；c—试样编号H-5，溶蚀时间6 h，沿矿物晶体边缘选择性溶蚀，沿矿物晶体棱边出现溶蚀，逐渐变得模糊，局部晶体颗粒晶型似圆球状；d—试样编号BH-1，溶蚀时间312 h，沿矿物晶体解理、裂隙等微结构选择性溶蚀，方解石晶体沿解理处溶蚀形成一组相互平行的溶蚀沟槽，矿物晶体裂隙部位溶蚀扩大呈缝状；Cc-方解石晶体，Do-白云石晶体。
Figure 16. Microcosmic dissolution characteristics of carbonate rocks
表 1 隧址区典型碳酸盐岩矿物组成X射线衍射分析
Table 1 X-ray diffraction analysis of mineral composition of typical carbonate rocks in tunnel site
试样编号 取样桩号 试样岩性 矿物成分/% 百分含量/% 钾长石 方解石 白云石 石英 X191250001 K31+917 灰岩 0.9 90.6 8.5 − 100.0 X191250002 K32+033 白云质灰岩 1.1 57.0 41.4 0.5 100.0 X191250003 K32+033 钙质泥岩 0.2 0.3 98.7 0.8 100.0 注：本次检测委托国土资源部西北矿产资源监督检测中心检测完成，“−”表示未检出或低于检出限。 
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表 2 溶蚀试验工况条件
Table 2 dissolution experiment conditions
试验分组及编号 试样岩性 试样尺寸/mm 溶蚀介质 溶液pH值 溶蚀时间 组别 编号 预设 实际 第一组 1-1 白云质灰岩 Φ42×40 乙酸溶液 3.50 3.70 各试样分别累计溶蚀6, 14, 24 h 1-2 Φ42×40 乙酸溶液 4.50 4.50 1-3 Φ42×40 乙酸溶液 5.50 5.30 第二组 2-1 白云质灰岩 Φ42×40 乙酸溶液 5.50 5.30 2-2 Φ42×20 乙酸溶液 5.50 5.30 2-3 Φ42×10 乙酸溶液 5.50 5.30 第三组 3-1 灰岩 Φ42×40 乙酸溶液 5.50 5.30 3-2 Φ42×20 乙酸溶液 5.50 5.30 3-3 Φ42×10 乙酸溶液 5.50 5.30 第四组 4-1 钙质泥岩 Φ42×40 乙酸溶液 5.50 5.30 4-2 Φ42×20 乙酸溶液 5.50 5.30 4-3 Φ42×10 乙酸溶液 5.50 5.30 第五组 5-1 灰岩 Φ42×10 氢氧化钠溶液 9.00 9.00 5-2 Φ42×10 乙酸钠溶液 7.00 7.00 5-3 Φ42×10 盐酸溶液 5.50 5.30 第六组 6-1 灰岩 Φ42×10 去离子水 7.00 7.00 6-2 白云质灰岩 Φ42×10 去离子水 7.00 7.00 6-3 钙质泥岩 Φ42×10 去离子水 7.00 7.00 注：溶液配制过程中存在乙酸电离平衡现象，溶液pH值难以精确控制，故实际pH值与预设pH值存在一定偏差。
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表 3 不同工况条件下溶蚀试验成果汇总
Table 3 Summary of dissolution experiment results under different working conditions
试样编号 试样岩性 试样规格/mm 试样质量m/g 溶液实际pH值 溶蚀速率v/（10−3cm·d−1） 初始 溶蚀6 h 溶蚀14 h 溶蚀24 h 初始 溶蚀6 h 溶蚀14 h 溶蚀24 h 溶蚀6 h 溶蚀14 h 溶蚀24 h 1-1 白云质灰岩 Φ42×40 151.086 151.032 150.970 150.908 3.70 3.84 3.97 4.13 1.0524 0.9689 0.8673 1-2 Φ42×40 154.035 153.993 153.962 153.928 4.50 4.75 4.91 5.16 0.8185 0.6097 0.5213 1-3 Φ42×40 153.643 153.605 153.578 153.547 5.30 5.41 5.68 6.31 0.7406 0.5429 0.4677 2-1 白云质灰岩 Φ42×40 150.054 150.027 150.006 149.985 5.30 5.59 5.71 5.96 0.5262 0.4009 0.3362 2-2 Φ42×20 76.4194 76.4035 76.3924 76.3836 5.30 5.82 5.86 5.92 0.4610 0.3355 0.2595 2-3 Φ42×10 46.6763 46.6569 46.6487 46.6416 5.30 5.48 5.61 5.75 0.7440 0.4536 0.3327 3-1 灰岩 Φ42×40 153.422 153.348 153.336 153.330 5.30 5.66 5.98 6.40 1.4594 0.7269 0.4536 3-2 Φ42×20 85.8408 85.8144 85.7900 85.7860 5.30 5.49 5.75 6.14 0.7746 0.6388 0.4020 3-3 Φ42×10 42.6727 42.6545 42.6442 42.6406 5.30 5.33 5.34 5.57 0.7063 0.7716 0.3114 4-1 钙质泥岩 Φ42×40 149.246 149.2274 149.2198 149.2125 5.30 5.42 5.89 6.33 0.3773 0.2278 0.1699 4-2 Φ42×20 70.8872 70.8728 70.8647 70.8603 5.30 5.31 5.60 5.82 0.4346 0.2910 0.2029 4-3 Φ42×10 41.9599 41.9523 41.9470 41.9428 5.30 5.28 5.52 5.79 0.3033 0.2207 0.1707 5-1 灰岩 Φ42×10 42.0705 42.0722 42.0672 42.0657 9.00 8.90 8.85 8.79 0.0660 0.0549 0.0466 5-2 Φ42×10 37.4267 37.4246 37.4228 37.4204 7.00 7.02 7.04 7.02 0.0815 0.0649 0.0611 5-3 Φ42×10 42.9626 42.9423 42.9239 42.9165 5.30 5.50 5.70 5.83 0.7882 0.6430 0.4475 6-1 灰岩 Φ42×10 42.0657 42.0631 42.0598 42.0555 7.00 7.00 7.00 7.00 0.1006 0.0976 0.0990 6-2 白云质灰岩 Φ42×10 45.5304 45.5287 45.5272 45.5259 7.00 7.00 7.00 7.00 0.0566 0.0580 0.0547 6-3 钙质泥岩 Φ42×10 36.6783 36.6771 36.6759 36.6739 7.00 7.00 7.00 7.00 0.0466 0.0407 0.0439
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表 4 碳酸盐岩溶蚀程度对比
Table 4 Comparison of dissolution degree of carbonate rocks
岩性 溶蚀介质 试样编号 溶蚀周期/h 试样质量/g 溶蚀量/g 溶蚀率/‰ 溶蚀程度排序 白云质灰岩 PH=5.30 乙酸溶液 BH-1 312 1.0579 0.0104 9.8308 1 BH-2 24 1.2795 0.0015 1.1723 15 BH-3 72 1.4047 0.0032 2.2781 10 BH-4 14 1.4055 0.0024 1.7076 11 BH-5 14 1.5674 0.0014 0.8932 19 BH-6 120 1.1915 0.0067 5.6232 7 BH-7 24 1.3426 0.0013 0.9683 18 BH-8 6 1.1627 0.0016 1.3761 12 BH-9 312 1.4557 0.0123 8.4495 2 BH-10 6 1.0568 0.0012 1.1355 16 BH-11 192 1.0602 0.0073 6.8855 5 灰岩 PH=5.30 乙酸溶液 H-1 192 0.9194 0.0051 5.5471 8 H-2 120 1.5664 0.0057 3.6389 9 H-3 312 0.9910 0.0067 6.7608 6 H-4 6 1.3798 0.0008 0.5798 22 H-5 6 0.9798 0.0008 0.8165 20 H-6 14 1.2719 0.0008 0.6290 21 H-7 312 1.2467 0.0086 6.8982 4 H-8 312 0.9080 0.007 7.7092 3 H-9 72 1.1071 0.0013 1.1742 14 H-10 24 1.1787 0.0012 1.0181 17 H-11 24 0.8731 0.0012 1.3744 13 H-12 14 1.0593 0.0006 0.5664 23
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[1] 金新锋. 宜万铁路沿线岩溶发育规律及其对隧道工程的影响[D]. 中国地质科学院, 2007. JIN Xinfeng. Regularity of karst development along the Yichang-Wanzhou railway and its influence on tunnel construction[D]. Chinese Academy of Geological Sciences, 2007. (in Chinese with English abstract)
[2] 罗平, 张静, 刘伟, 等. 中国海相碳酸盐岩油气储层基本特征[J]. 地学前缘,2008,15(1):36 − 50. [LUO Ping, ZHANG Jing, LIU Wei, et al. Characteristics of marine carbonate hydrocarbon reservoirs in China[J]. Earth Science Frontiers,2008,15(1):36 − 50. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3321/j.issn:1005-2321.2008.01.004 [3] 佘敏, 寿建峰, 沈安江, 等. 从表生到深埋藏环境下有机酸对碳酸盐岩溶蚀的试验模拟[J]. 地球化学,2014,43(3):276 − 286. [SHE Min, SHOU Jianfeng, SHEN Anjiang et al. Experimental simulation of dissolution for carbonate rocks in organic acid under the conditions from epigensis to deep burial environments[J]. Geochimica,2014,43(3):276 − 286. (in Chinese with English abstract) [4] 张正红, 乔占峰, 潘文庆, 等. 碳酸盐岩礁滩储层的形成和发育规律—溶蚀模拟试验[J]. 海相油气地质,2017,22(3):57 − 66. [ZHANG Zhenghong, QIAO Zhanfeng, PAN Wenqing et al. Formation and development of reef-shoal reservoir: Extending knowledge from the dissolution experiment[J]. Marine Origin Petroleum Geology,2017,22(3):57 − 66. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1672-9854.2017.03.007 [5] 李苍松, 吴丰收, 赵岩杰, 等. 基于溶蚀试验的微观岩溶形态分形特征和水化学动力学特征研究[J]. 现代隧道技术,2018,55(2):110 − 120. [LI Cangsong, WU Fengshou, ZHAO Yanjie, et al. Fractal and hydro-chemical characteristics of microscopic karst morphology based on dissolution experiments[J]. Modern Tunnelling Technology,2018,55(2):110 − 120. (in Chinese with English abstract) [6] 聂跃平. 黔南地区碳酸盐岩的溶蚀试验初探[J]. 中国岩溶,1984(1):41 − 47. [NIE Yueping. A preliminary study and test on the dissolution of carbonate rocks in south Guizhou Province[J]. Carsologica Sinica,1984(1):41 − 47. (in Chinese with English abstract) [7] 韩宝平. 雾迷山喀斯特微观机理的研究[J]. 中国矿业学院学报,1986(4):80 − 84. [HAN Baoping. Study on micro-corrosion mechanism of sinian system Wuminshan formation[J]. Journal of China University of Mining & Technology,1986(4):80 − 84. (in Chinese with English abstract) [8] 刘琦, 卢耀如, 张凤娥, 等. 动水压力作用下碳酸盐岩溶蚀作用模拟试验研究[J]. 岩土力学,2010,31(增刊1):96 − 101. [LIU Qi, LU Yaoru, ZHANG Fenge, et al. Study of simulation experiment for carbonate rocks dissolution under hydrodynamic pressure[J]. Rock and Soil Mechanics,2010,31(Sup1):96 − 101. (in Chinese with English abstract) [9] 张良喜, 赵其华, 胡相波, 等. 某地区白云岩室内溶蚀试验及微观溶蚀机理研究[J]. 工程地质学报,2012,20(4):576 − 584. [ZHANG Liangxi, ZHAO Qihua, HU Xiangbo, et al. Laboratory dissolution test on dolomite and its micro-dissolution mechanism[J]. Journal of Engineering Geology,2012,20(4):576 − 584. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1004-9665.2012.04.014 [10] 佘敏, 寿建峰, 贺训云, 等. 碳酸盐岩溶蚀机制的试验探讨: 表面溶蚀与内部溶蚀对比[J]. 海相油气地质,2013,18(3):55 − 61. [SHE Min, SHOU Jianfeng, HE Xunyun, et al. Experiment of dissolution mechanism of carbonate rocks: surface dissolution and internal dissolution[J]. Marine Origin Petroleum Geology,2013,18(3):55 − 61. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1672-9854.2013.03.007 [11] 佘敏, 寿建峰, 沈安江, 等. 埋藏有机酸性流体对白云岩储层溶蚀作用的模拟试验[J]. 中国石油大学学报(自然科学版),2014,38(3):10 − 17. [SHE Min, SHOU Jianfeng, SHEN Anjiang, et al. Experimental simulation of dissolution and alteration of buried organic acid fluid on dolomite reservoir[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2014,38(3):10 − 17. (in Chinese with English abstract) [12] 朱文慧, 曲希玉, 邱隆伟, 等. 盐酸及乙酸介质中的碳酸盐岩溶蚀表面特征及机理—以南堡凹陷为例[J]. 矿物岩石地球化学通报,2015,34(3):619 − 625. [ZHU Wenhui, QU Xiyu, QIU Longwei, et al. Characteristics and erosion mechanism of carbonate in acetic acid and hydrochloride solutions: An example from the Nanpu depression[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry,2015,34(3):619 − 625. (in Chinese with English abstract) DOI: 10.3969/j.issn.1007-2802.2015.03.018 [13] 田雯. 桩海地区下古生界碳酸盐岩表生条件下溶蚀过程模拟试验[J]. 矿物学报,2019,39(1):108 − 116. [TIAN Wen. Experimental simulation of dissolution process of the Lower Paleozoic carbonate rocks in Zhuanghai Area under supergene conditions[J]. Acta Mineralogica Sinica,2019,39(1):108 − 116. (in Chinese with English abstract) [14] 翁金桃. 方解石和白云石的差异溶蚀作用[J]. 中国岩溶,1984,3(1):29 − 38. [WENG Jintao. The different corrosion of calcites and dolomites[J]. Carsologica Sinica,1984,3(1):29 − 38. (in Chinese with English abstract) [15] 杨俊杰, 黄思静, 张文正, 等. 表生和埋藏成岩作用的温压条件下不同组成碳酸盐岩溶蚀成岩过程的试验模拟[J]. 沉积学报,1995,13(4):49 − 54. [YANG Junjie, HUANG Sijing, ZHANG Wernzheng, et al. Experimental simulation of dissolution for carbonate with different composition under the conditions from epigenesist to burial diagenesis environment[J]. Acta Sedimentologica Sinica,1995,13(4):49 − 54. (in Chinese with English abstract) [16] 王炜, 黄康俊, 鲍征宇, 等. 不同类型鲕粒灰岩储集层溶解动力学特征[J]. 石油勘探与开发,2011,38(4):495 − 502. [WANG Wei, HUANG Kangjun, BAO Zhengyu, et al. Dissolution kinetics of different types of oolitic limestones in northeastern Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Development,2011,38(4):495 − 502. (in Chinese with English abstract) [17] 邹成杰. 水利水电岩溶工程地质[M]. 北京: 水利电力出版社, 1994. ZOU Chengjie. Karst engineering geology of water conservancy and hydropower[M]. Beijing: Water Resources and Electric Power Press, 1994. (in Chinese)
[18] BAI Y E, LIU Q, GU Z F, et al. The dissolution mechanism and karst development of carbonate rocks in karst rocky desertification area of Zhenfeng Guanling Huajiang County, Guizhou, China[J]. Carbonates and Evaporites,2019,34(1):45 − 51. DOI: 10.1007/s13146-017-0386-x
[19] 韩宝平. 喀斯特微观溶蚀机理研究[J]. 中国岩溶,1993(2):4 − 9. [HAN Baoping. Extraction and analysis of generalized karst geological information in global changes[J]. Carsologica Sinica,1993(2):4 − 9. (in Chinese with English abstract) [20] 何婷, 张覃. 磷矿石中白云石晶体化学特性研究[J]. 矿冶工程,2012,32(5):41 − 43. [ZHANG Ting, ZHANG Tan. Study on crystal chemistry characteristics of dolomite in phosphate ores[J]. Mining and Metallurgical Engineering,2012,32(5):41 − 43. (in Chinese with English abstract) -
期刊类型引用(5)
1. 安雪莲，密长林，孙德亮，文海家，李晓琴，辜庆渝，丁悦凯. 基于不同评价单元的三峡库区滑坡易发性对比——以重庆市云阳县为例. 吉林大学学报(地球科学版). 2024(05): 1629-1644 . 
百度学术
2. 赵立财. 降雨条件下弃土场滑坡力学参数敏感性反演研究. 地质与勘探. 2023(03): 627-636 . 百度学术
3. 熊超，孙红月. 基于多因素-多尺度分析的阶跃型滑坡位移预测. 吉林大学学报(地球科学版). 2023(04): 1175-1184 . 百度学术
4. 朱军威，张强，卢晓春，陈鸿杰，程伟. 基于离心模型试验的水动力型滑坡失稳机制研究. 人民长江. 2023(10): 189-195 . 百度学术
5. 刘东泽，江俊杰. 库水位涨落耦合降雨条件下的滑坡稳定性分析. 萍乡学院学报. 2023(06): 12-16 . 百度学术
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