岩爆岩石的微观研究

6.4.1 岩爆岩石断口电镜扫描分析

岩石断口微观分析是一门研究岩石破坏断裂表面的科学。在岩石力学学科领域内，从微观方面研究岩石的破坏规律，将微观破坏形貌特征同岩石微观裂纹扩展到断裂破坏的力学机制联系起来进行的研究工作，目前已引起国内外学者越来越多的重视。

为了进一步研究岩爆的形成机制，我们对二郎山隧道岩爆岩石断口特征也做了微观电镜扫描分析研究。用于分析的试样全部取自隧道轻微岩爆(Ⅰ级)、中等岩爆(Ⅱ级)和强烈岩爆(Ⅲ级)区。

通过对六个试样岩爆岩石断口电镜扫描(SEM)分析，对照标准应力下岩石力学试验断口电镜分析图谱可知，轻微岩爆(Ⅰ级)岩石断口SEM形貌特征为沿晶断裂(即完整颗粒断裂，见图6-11(a)、(b))、穿晶断裂(即解理断裂，见图6-11(c)、(d))，属拉张脆性破坏断口；中等岩爆(Ⅱ级)岩石断口SEM形貌特征为张、剪脆性破坏并存的平行台阶状花样(图6-11(e))；强烈岩爆(Ⅲ级)岩石断口SEM形貌特征为平行条纹状-台阶状花样(图6-11(f))，仍属张、剪脆性破坏性质。

综上所述，岩爆岩石断口电镜扫描分析证实了前述岩爆地质原型调研结果的正确性；同时也表明，扫描电镜分析是查明岩爆形成力学机制的一种有效的微观手段。

6.4.2 研究区岩爆岩石X射线粉晶衍射成分分析

研究区部分砂质泥岩中也发生了岩爆活动，这在国内外尚属首次发现。为了查明这类岩石发生岩爆的内在原因，开展了岩石X射线粉晶衍射成分分析研究(表6-7、图6-12至图6-14)，表6-7中同时还列出了岩石点荷载强度试验结果，以便对比说明问题。

表6-7 研究区砂质泥岩X射线粉晶衍射成分分析　Tab.6-7 X-ray analysis for sand mudstone from the study area

① 成都理工学院测试中心D/MAX3 C型衍射仪测试。

图6-11 岩爆岩石断口电镜扫描图像

Fig.6-11 SEM image of the failure face of popping rocks

图6-12 WC1试样X射线粉晶衍射分析谱线

Fig.6-12 Result of X ray analysis for sample WC1

图6-13 EC1试样X射线粉晶衍射分析谱线

Fig.6-13 Result of X ray analysis for sample EC1

图6-14 EC2试样X射线粉晶衍射分析谱线

Fig.6-14 Result of X ray analysis for sample EC2

从表6-7中分析可知，砂质泥岩中的主要矿物成分为伊利石、绿泥石和石英，其中绿泥石矿物组成变化很小，基本保持稳定。但是，有岩爆与无岩爆活动的砂质泥岩内石英和伊利石的矿物组成差异十分明显，其变化规律为：无岩爆活动的EC2 样砂质泥岩内石英含量最低(＜10%)、伊利石含量最高(为67%)，故岩石单轴抗压强度Rb较低(仅为47.74MPa)；有轻微岩爆活动的EC1 样砂质泥岩内石英、伊利石含量居中(分别为26%和49%)，岩石单轴抗压强度明显高于EC2试样，可达78.76MPa；而有中等岩爆活动的WC1样砂质泥岩内石英含量最高(达39%，超过EC2样的4倍，并成为最主要组成矿物)、伊利石含量最低(仅为35%，约为EC2样的一半)，岩石单轴抗压强度则增高到86.90MPa。综上所述，二郎山公路隧道高地应力区部分砂质泥岩内发生的岩爆活动与其矿物组成变化有着十分密切的关系，石英含量剧增和伊利石含量的陡降可以提高该类岩石的总体强度，改善岩石的物理力学性能，从而提高岩石储聚弹性应变能的能力，成为能产生岩爆活动的高储能体。

1、可以打开机壳检查一下内部是否有接触不良的地方。

2、电源的输出端、输出变压器等有无问题，搜索引擎营销通常简称为SEM，简单来说，搜索引擎营销就是基于搜索引擎平台的网络营销，利用人们对搜索引擎的依赖和使用习惯，在人们检索信息的时候将信息传递给目标用户。

相同：都是电子枪即发射电子的装置,都有阴极和阳极,阴极都是点源发射,阴极和阳极之间有直流高压电场存在,高压一般可调,用于控制电子的发射速度（能量）,电子枪发射的电流强度很小,微安级别和纳安级别,为防止气体电离造成的大电流击穿高压电源,都需要高真空环境.电子枪阴极都属于耗材系列.

差异和优劣:

1、点源直径不同及优劣：

钨灯丝电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝制成V形（发叉式钨丝阴极）,使用V形的尖端作为点发射源,曲率半径大约为0.1mm；场发射电子枪阴极使用0.1mm直径的钨丝,经过腐蚀制成针状的尖阴极,一般曲率半径在100nm~1μm之间.由于制作工艺上的差异,造价不同,发叉式钨丝阴极便宜,场发射阴极很贵.

2、发射机制不同和优劣

钨灯丝属于热发射,在灯丝电极加直流电压,钨丝发热,使用温度一般在2600K~2800K之间,钨丝有很高的电子发射效率,温度越高电流密度越大,理想情况下的的电子枪亮度越高.由于材料的蒸发速度随温度升高而急剧上升,因此钨灯丝的寿命比较短,一般在50~200小时之间,这个和设定的灯丝温度有关.由于电子发射温度高,发射的电子能量分散度大,一般2ev,电子枪引起的色差会比较大.

场发射电子枪主要的发射机制不是靠加热阴极,而是在尖阴极表面增加强电场,从而降低阴极材料的表面势垒,并且可以使得表面势垒宽度变窄到纳米尺度,从而出现量子隧道效应,在常温甚至在低温下,大量低能电子通过隧道发射到真空中,由于阴极材料温度低,一般材料不会损失,因此寿命很长,可使用上万小时.

3、电子枪控制方式和电子源直径不同和优劣性.

钨灯丝是三极自给偏压控制,具有偏压负反馈电路,因此发射电流稳定度高；由于阴极发射点源面积大,因此电子源尺寸也比较大,50~100μm,发射可达几十~150μA,但电子枪的亮度低,因此当电子束斑聚焦到几个纳米的时候,总的探针电流很小,信噪比太低是限制图像分辨率的根本因素,当前最佳钨灯丝扫描电镜最佳分辨率3.0nm.

场发射电子枪没有偏压负反馈电路,外界电源的稳定度是决定因素,发射电流稳定度相比要低一些；由于尖阴极发射电源面积很小100nm左右,没有明显的电子源,因此使用虚电子源作为电子光学系统设计的初始物而存在,电子虚源直径一般在2~20nm,电子枪亮度相比钨灯丝提高上千倍.当束斑尺寸缩小到1nm以下时依然具有足够强的探针电流来获得足够的成像信号,因此分辨率高,当前最佳的场发射扫描电镜分辨率实现了亚纳米级别.

4、系统真空度不同及优劣

钨灯丝扫描电镜使用一般的高真空,两级真空泵系统获得0.001pa的真空度即可满足,因此造价低.

场发射扫描电镜使用超高真空,需要三级真空泵必须获得0.0000001Pa以上的真空度才可以稳定工作.原因在于电子枪尖阴极不耐较低的真空中被电离的离子轰击,否则枪尖很容易被扫平而失效,这时候的性能还不如钨灯丝,其次电子枪阴极尖端在较低的真空下,吸附的气体分子会急剧加大阴极材料的表面势垒,造成电子枪发射不稳,亮度降低,所以必须使用超高真空一般是10的-8次方.超高真空系统的造价明显比钨灯丝高很多.超高真空的洁净度要好于钨灯丝的一般高真空,因此很长时间,也就是在灯丝寿命内,系统可以免清洗和维护.钨灯丝扫描电镜相对维护周期要短一些.

5、钨灯丝和场发射是具有明显档次差异的,这也从价格上明确反映.钨灯丝扫描电镜十几万,场发射几十万,都是美元.国内目前只能制造最低档次的钨灯丝扫描电镜.

以上定性表达,具体数据还望查阅有关资料

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