鄂东南花岗岩崩岗岩土抗剪强度及崩解特性研究

【摘要】崩岗侵蚀是我国南方特有的、危害性极大的一种水土流失现象,是在水力和重力共同作用下所产生的,是造成当地生态环境恶化的重要原因,给国民经济和人民生命财产安全带来了极大的损害。科研工作者通过进行了大量有关崩岗侵蚀机理及治理措施的研究,并取得了一定的研究成果,但崩岗侵蚀的机理并没有完全明确,虽然抗剪强度、崩解性与含水量关系的研究在土力学方面的已有较多的研究,但将其用于崩岗机理分析的较少。崩岗崩壁土体失稳崩塌很大程度上的原因就是由于抗剪强度的下降以及崩解性的增强,在这个过程中,土体含水量的变化起到很大作用。同时,通过野外观察,发现崩岗多发生于阳坡,而阳坡相对于阴坡而言其干湿循环的程度较大,因此推测干湿循环作用对崩岗的发生、发展有一定的促进作用。本实验以湖北省通城县五里镇2处活动型崩岗(BG1和BG2)为研究对象,野外调查与室内分析、模拟相结合,从崩岗土体基本岩土特性、抗剪强度与含水量关系、初始含水量对崩岗崩解性的影响、以及干湿循环对土体稳定性的破坏入手,研究与崩岗发生、发育机理相关的岩土性质,主要结论如下：1.崩岗岩土剖面各层土体间基本岩土特性差异很大,虽然两处崩岗在外貌形态上存在差异,但剖面各层次岩土特性变化趋势却基本相似。容重在各层次的变化规律为：红土层>过渡层>砂土层>表土层>碎屑层；碎屑层的总孔隙度最大,非毛管空隙所占比例大,红土层的总孔隙度最小,毛管孔隙度却很高；粘粒含量变化规律为：红土层>表土层>过渡层>砂土层>碎屑层；崩岗剖面各层土体的界限含水量变化趋势与粘粒含量的变化基本一致,也是红土层最高,其它土层从上到下依次减小。各层土体均呈酸性；有机质含量普遍偏低；阳离子交换量、游离氧化铁含量均是红土层最高,碎屑层最低。2.崩岗各层土体抗剪强度差异明显,且受水分影响很大。随着岩土含水量的增加,土体抗剪强度都呈下降趋势,但不同的土层下降幅度不一样。实验表明：表土层抗剪强度随含水量增加呈先增加后减小的趋势,含水量从3.12%增加到14.21%时,BG1粘聚力从59.62KPa增加到96.51KPa,当含水量继续增加直到接近饱和时,粘聚力开始迅速下降到3.56KPa,而BG2的则是在含水量为2.45%到11.26%的区间内,从45.39KPa增加到78.69KPa。当含水量超过11.26%后,粘聚力开始下降,接近饱和时粘聚力仅有5.36KPa。内摩擦角则呈现一个随含水量增加而不断下降的趋势。含水量对红土层的粘聚力衰减强度非常大,BG1的粘聚力可以从含水量5%时的122.52KPa一直下降到含水量为35.53%时的3.65KPa,在水分继续增加接近饱和时略有上升,BG2的趋势也是如此从含水量为7.82%时137.15KPa下降到5.39KPa。过渡层的抗剪强度随含水量增加的衰减趋势较小；砂土层和碎屑层随含水量的衰减主要表现在内摩擦角的减小。3.崩岗剖面各土层的崩解特性差异明显。通过室内崩解实验表明：砂土层和碎屑层崩解的强度明显高于表土层、红土层和过渡层,都能在短时间内崩解完全,不同的初始含水量对其崩解速率有一定的影响,但其差异不大；表土层、红土层和过渡层的崩解性受初始含水量的影响较大,崩解量都是随着初始含水量的减少而不增加,其中过渡层和BG2的红土层的崩解性受初始含水量影响是最大的。BG1过渡层初始含水量为34.06%时,其崩解量只有8.89%,当土体含水量降低到6%时,崩解量即可达到100%,BG2过渡层的崩解状况也是如此,只是在含水量降至9%时,浸水后已达到崩解完全的状态；BG2的红土层在风干后浸水,能在短时间内达到100%的崩解。从崩解性角度看,砂土层和碎屑层崩解性强于上层土体,而上层土体崩解性受含水量影响较大,在的低含水量时遇水崩解性强。因此,经历长期干旱后的降雨使土体发生崩塌的可能性更大,若是水分能够进入崩岗下层土体,侵蚀强度也会大大增加。4.水分的干湿循环过程对崩岗整体的稳定性具有较大的影响。随着干湿交替的进行,土体不断有裂隙发育,特别是在前两次交替中,裂隙发育较为深广,形成主要裂隙,之后循环产生的细小裂隙都是在这些主要裂隙上逐渐发育出来的,而碎屑层在干湿循环中,土体主要以垂直方向上的变形为主,干湿循环的次数增多土体越松散。试验中经历4次循环之后,裂隙比是红土层>过渡层>表土层>砂土层>碎屑层,红土层的裂隙比能达到9.78%。由于裂隙的发育进,随着干湿循环次数的增加土体抗剪强度不断衰减,崩解性不断加大。
【作者】赵媛；
【导师】吕国安；
【作者基本信息】华中农业大学，土壤学，2014，硕士
【关键词】崩岗；土层；岩土特性；抗剪强度；崩解性；干湿循环；

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