贛縣區(qū)礦物風(fēng)化過程中崩崗?fù)馏w抗剪強(qiáng)度與含水率的關(guān)系研究

（江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

贛縣區(qū)位于江西省贛州市北部，其境內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)勘查中發(fā)現(xiàn)因礦物風(fēng)化出現(xiàn)了崩崗侵蝕。礦物風(fēng)化通常伴隨著有大量的泥沙等沉積物排出，通過水流的作用形成洪積扇，可以在山上快速淹沒和掩埋大面積的山間和綠地，且有大量被壓埋的區(qū)域無法恢復(fù)，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钌a(chǎn)，對(duì)該區(qū)域的崩崗調(diào)查和機(jī)理研究亟待開展。崩崗?fù)馏w的抗剪強(qiáng)度對(duì)土的抗侵蝕能力有一定影響，是崩崗侵蝕形成的一個(gè)影響因素，而土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與土體的含水率有較大關(guān)系[1]。

1 研究方法

1.1 野外調(diào)查

從礦物風(fēng)化較為研究區(qū)域進(jìn)行野外調(diào)查，研究崩崗的活動(dòng)性、形態(tài)和侵蝕程度。根據(jù)國內(nèi)大部分學(xué)者都認(rèn)可的崩崗形態(tài)劃分方法來劃分研究區(qū)崩崗的類型的，即根據(jù)崩崗邊緣線所形成的具體輪廓并以生活中的日常物品和熟悉的形象來進(jìn)行形似類比劃分，可劃分的類型有瓢形崩崗、掌形崩崗、枝形崩崗、條形崩崗和復(fù)合型崩崗[2]。通過對(duì)贛縣區(qū)境內(nèi)一些較為嚴(yán)重的崩崗侵蝕進(jìn)行了勘查，并做了一些類比，得出的結(jié)果是該研究區(qū)的崩崗形態(tài)為復(fù)合型崩崗。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)的任務(wù)是測定不同含水率條件下崩崗?fù)馏w的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)在不同含水率下對(duì)崩崗?fù)馏w的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測定，試驗(yàn)設(shè)計(jì)為6組不同含水率，對(duì)應(yīng)6組抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)；按規(guī)定，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)至少須4個(gè)樣（分別為50Kpa、100Kpa、150Kpa、200Kpa下進(jìn)行），且至少須進(jìn)行兩次試驗(yàn)，然后取其平均值，所以一組抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)須8個(gè)樣，另取48個(gè)樣作為備用樣，總計(jì)為96個(gè)原狀樣。試驗(yàn)過程中準(zhǔn)確的記錄好試驗(yàn)數(shù)據(jù)，直剪試驗(yàn)后，把數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，若發(fā)現(xiàn)某組或某個(gè)樣的數(shù)據(jù)存在較大的誤差，則啟用備用樣重復(fù)該組或該個(gè)試樣對(duì)應(yīng)的壓應(yīng)力下的剪切試驗(yàn)直至收集到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。同時(shí)，在每個(gè)樣的進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)后都要取剪切破壞面處的土樣置于鋁盒中進(jìn)行含水率的測定，其中含水率的測定采用烘干法，置于烘箱中烘6～8小時(shí)，取出置于干燥瓶內(nèi)冷卻至室溫后稱重，計(jì)算出試樣的含水率。

1.3 室內(nèi)試驗(yàn)

1.3.1 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

本次試驗(yàn)樣品是現(xiàn)場取得的環(huán)刀原狀樣，室內(nèi)浸水飽和后風(fēng)干不同時(shí)間獲得不同含水率的土樣，然后進(jìn)行直剪試驗(yàn)，獲得不同含水率下土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ）。

剪切試驗(yàn)后收集好數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)利用軟件進(jìn)行處理分析，輸入數(shù)據(jù)作出剪切位移和剪切應(yīng)力的關(guān)系曲線、法向壓應(yīng)力和土體抗剪強(qiáng)度曲線。

圖1 含水率 5.33% 剪應(yīng)力 - 位移關(guān)系曲線

圖2 含水率 5.33%τ-σ 關(guān)系

圖3 含水率 8.18% 剪應(yīng)力-位移關(guān)系曲線

圖4 含水率 8.18%τ-σ 關(guān)系

圖5 含水率 12.12% 剪應(yīng)力 - 位移關(guān)系曲線

圖6 含水率12.12%τ-σ關(guān)系

圖7 含水率19.90% 剪應(yīng)力 - 位移關(guān)系曲線

圖8 含水率 19.90%τ-σ 關(guān)系

圖9 含水率25.51%剪應(yīng)力 - 位移關(guān)系曲線

圖10 含水率25.51%τ-σ 關(guān)系

表1 不同含水率條件下土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

1.3.2 含水率的測定

對(duì)應(yīng)含水率的測定是采用烘干法進(jìn)行，對(duì)每個(gè)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)后的試樣取其剪切面處的土體置于事先準(zhǔn)備好的鋁盒中，放入烘箱烘干，稱量體重計(jì)算含水率。該試驗(yàn)所需的含水率計(jì)算公式為：ω0=(mw/ms)×100%。

2 研究結(jié)果與分析

根據(jù)庫倫（Coulomb C A）提出的土體抗剪強(qiáng)度理論，得出礦物風(fēng)化過程中崩崗?fù)馏w的不同含水率條件下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，利用烘干法對(duì)土體的含水率進(jìn)行測定，最后確定不同含水率下土體的黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ與含水率的關(guān)系。試驗(yàn)的剪應(yīng)力-位移關(guān)系曲線和τ-σ曲線如圖1～圖10。

利用Excel2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，計(jì)算不同含水率條件的土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見表1，關(guān)系曲線見圖11。

圖11 黏聚力、內(nèi)摩擦角與含水率關(guān)系曲線

表1數(shù)據(jù)和圖11曲線中表明，贛縣區(qū)礦物風(fēng)化過程中崩崗?fù)馏w的黏聚力隨含水率的增加呈現(xiàn)減小的趨勢，當(dāng)土體含水率由5.33%增加到19.90%時(shí)，黏聚力由18.63KPa下降至9.76KPa，下降率為47.6%；當(dāng)土體含水率由19.90%增加到27.68%時(shí)，黏聚力c由9.76KPa下降至8.27KPa，下降率為7.99%，下降趨勢減緩。崩崗?fù)馏w的內(nèi)摩擦角隨含水率的增加呈現(xiàn)增大的趨勢，當(dāng)土體含水率由5.33%增加到12.12%時(shí)，內(nèi)摩擦角由24.57°增加至26.68°，增長率為9.08%。土體黏聚力與不同含水率之間的三次線性擬合結(jié)果表明，兩者之間呈負(fù)相關(guān)性。

3 結(jié)論

通過對(duì)不同含水率下贛縣區(qū)崩崗抗剪強(qiáng)度的變化特征的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：①贛縣區(qū)礦物風(fēng)化過程中崩崗?fù)馏w的黏聚力從風(fēng)干狀態(tài)下（含水率5.33%）變化到飽和狀態(tài)下（含水率27.68%）過程中不斷減小，即崩崗?fù)馏w含水率從天然狀態(tài)下5.33%增長到15%左右時(shí)，土體的黏聚力c下降明顯，后期含水率的增加對(duì)黏聚力影響較小，總體上崩崗?fù)馏w的黏聚力c與含水率w呈負(fù)相關(guān)；②崩崗?fù)馏w內(nèi)摩擦角隨著含水率的增加有小幅度增大，即崩崗?fù)馏w含水率從天然狀態(tài)下5.33%增長到15%左右時(shí)，土體的內(nèi)摩擦角增長幅度明顯，后期含水率的增加對(duì)內(nèi)摩擦角增長影響較小，總體上崩崗?fù)馏w的內(nèi)摩擦角隨著含水率的增大而增大。

侵蝕的發(fā)育過程與水的作用有著密切的關(guān)系。在崩崗發(fā)育地區(qū)，降雨過程引起崩崗?fù)馏w含水率的增加，進(jìn)而導(dǎo)致土體黏聚力c的降低。表層土體豎向應(yīng)力較小，土體的抗剪強(qiáng)度主要由黏聚力提供，而含水率增加引起的黏聚力減小幅度非常顯著，土體抗沖刷能力也因此大幅下降，這是導(dǎo)致崩崗發(fā)育和擴(kuò)大的重要原因。