淺議裂隙性黃土的破壞模式

【摘要】首先，因為不存在裂隙性黃土的明確定義，本文對裂隙性黃土進行了初步定義，后果根據定義范圍結合黃土的一些特征給出裂隙性黃土的一些基本特征。然后，跟據裂隙性黃土在減壓三軸壓縮試驗中的現象，總結了其在試驗過程中的變形方式、破壞類型。分析了裂隙性黃土在試驗過程中，黃土力學性質、含水率、周圍壓力等對其破壞的影響。

【關鍵詞】裂隙性黃土；減壓三軸壓縮實驗；變形破壞機理

1 裂隙性黃土的基本概念

裂隙性黃土土是指包含各種裂隙的黃土，本文中試驗用的土樣都是從地裂縫的裂縫帶中取得。黃土是一種特殊地質材料，它的內部存在著各種缺陷，如各種節理裂隙（縫）、微裂紋以及孔隙，由于這些缺陷體的存在，對黃土的物理力學性質及工程地質性質產生了嚴重影響，這也是導致黃土具有濕陷性的原因之一。裂隙性黃土比一般黃土更為復雜的性質，就是因為裂隙性黃土中存在的各種裂隙（縫）改變了黃土體本身的細微觀結構。裂隙性黃土中存在著的裂隙結構面是造成黃土地區滑坡、崩塌、地裂縫、水土流失和地面沉陷等地質災害的構造基礎之一，各種裂隙（縫）存在的密集度及發育程度和地表水和地下水的活動程度是導致黃土地質災害的重要因素。

黃土中存在大量不同時期、不同規模、不同產狀、不同尺度、不同成因和不同力學性質的裂隙（縫），而這些裂隙或裂縫屬于土體結構面，對土體破壞產生重要影響[20，21]。這里將包含有裂隙或裂縫的黃土統稱為裂隙性黃土。

2 黃土裂隙的分類

黃土裂隙的分類依據較多，按照裂隙的規模，可以將黃土裂隙分為微細觀裂隙和宏觀裂縫；而按照裂隙的產狀，我們可以將黃土裂隙分為斜節理和垂直節理；按照裂隙的力學性質，我們又可以將其分為張性裂隙、壓性裂隙、扭性裂隙及具有上述兩種或兩種以上的組合裂隙；按照裂隙形成的時期，我們還可以將黃土裂隙分為原生裂隙，次后期裂隙以及后期裂隙。總而言之黃土裂隙的分類方式很多，這里就不一一列舉了。

3 黃土裂隙的特征

由上可知，黃土裂隙因為分類方式較多，因此其種類也較多。在此不能全部列舉。本節主要討論自然營力作用下黃土的構造節理、濕陷裂隙、脹縮裂隙和垂直節理。

3.1黃土的構造節理

黃土構造節理具有以下幾個方面的特征：

（1）方向性強。嚴格循一定方向展布，成組成群地按固定方向延伸較遠，各組走向均不受地形的影響。

（2）力學性質清楚。可以分為扭裂面、張裂面、張扭面、壓扭面和擠壓面；扭裂面走向平直延伸遠，裂面平整；張裂面走向不穩定，短而彎曲，分布蔬密不均；壓扭面長短不一，有波狀彎曲特點。

3.2 黃土的濕陷裂隙

黃土濕陷裂隙具有以下特征：

（1）土的顏色在干燥時呈淡黃色，稍濕是呈黃色，濕潤時呈棕黃色。

（2）天然狀態下，孔隙比大于1。

（3）透水性強。土浸水后很快崩解，并產生氣泡。

3.3 黃土的脹縮裂隙

如果黃土中含有強親水性粘土礦物容易吸水膨脹，當其失水收縮時形成裂隙，這種裂隙就是黃土脹縮裂隙。這種裂隙一般表現為水平裂隙和垂直裂隙，在其形成初期為簡單的張性開裂，多為土體中原有的小裂隙進一步擴張而行成。還會因黃土體反復的脹縮變形引起剪切變形。

4裂隙性黃土的變形破壞力學模式

通過試驗得出變形破壞力學模式主要存在以下幾種類型：

（1）擠壓-滑動

擠壓-滑動型是裂隙性黃土樣在主應力的擠壓作用下，裂隙性黃土樣突然發生破裂，并有沿破裂面滑動的趨勢，破壞過程變形不明顯（軸向變形較小，也無明顯的切向位移）的一種變形破壞力學模式。該種力學模式主要體現軸向變形和脆性破壞，主要是因為裂隙性黃土的土強度較高，而裂隙出的強度較低，土樣就容易沿著原裂隙面進行破壞。

（2）擠壓-滑移

擠壓-滑移型是裂隙性黃土樣在主應力的擠壓作用下，沿剪切面發生剪切破壞并且切面2側的土體沿著剪切面緩慢滑移，是一種破壞過程變形相對較大的變形破壞力學模式。該種力學模式主要體現軸向變形和脆性破壞或塑性剪切破壞，當原裂隙角度與破裂角接近時，可沿原裂隙發生剪切破壞。

（3）擠壓-拉裂

擠壓-拉裂型是裂隙性黃土樣在主應力的擠壓作用下，裂隙性黃土土樣發生較大的軸向變形的同時，并產生較大的切向變形，從而在土樣產生傾角較大的拉張裂隙，拉張裂隙兩側土塊產生側向位移相反的一種變形破壞力學模式。當土樣內部原先存在較大角度的裂隙時，拉張裂隙將可能沿原裂隙或其附近產生拉張破裂面。該種模式一般是的裂隙性土在含水量較高的情況下發生。

5 裂隙性黃土的材料類型及變形破壞機理

5.1 裂隙性黃土的材料類型

根據的應力應變曲線特征和破壞特點，將裂隙性土樣概化為下面幾種材料類型：彈塑脆性材料、理想彈脆塑性材料、曲線型軟化材料、折線型軟化材料、理想塑性材料、復合型軟化材料、彈塑性材料。

5.2裂隙性黃土的變形破壞的影響

裂隙性黃土的變形破壞特征與含水量高低、固結壓力的大小、原裂隙素在土樣中所處的位置和角度，裂隙的力學性質等因素有關。含水量相對較小、土樣強度較高的裂隙性黃土，當土樣中原裂隙角度與破裂角相接近，但固結圍壓較小時，土樣容易發生軸向變形，軸向變形量較小，并沿者原裂隙（潛在破壞面）發生剪切破壞，這種變形破壞力學模式一般為擠壓-滑動或擠壓-滑移，因此可將該種裂隙性土作為理想彈脆塑性材料或彈塑脆性材料來處理。對于裂隙性黃土中的這種裂隙，在所受圍壓減小時，容易沿裂隙發生剪切破壞，并且破壞過程的所需的時間較少，所以極其容易發生一些突發性災害或工程問題。

含水量相對較小、土樣強度較高的裂隙性黃土，當土樣中原裂隙角度與破壞面的傾角相差較大或者與壞面的傾角相接近，但固結圍壓較高時，土樣的變形方式則有軸向變形和彎曲變形這兩種情況，土樣一般發生塑性剪切破壞，這種變形破壞力學模式一般為擠壓-滑移、彎曲-滑移，其材料類型則大概為復合型軟化材料折線型材料、軟化材料和彈塑性材料等幾種。雖然在減壓三軸壓縮條件下，部分土樣沒有沿原裂隙發生破壞，但由于黃土中裂隙的存在，有可能會產生彎曲變形。當一些邊坡工程中出現邊坡開挖時，這些裂隙可能會形成為剪切滑移面，尤其是與其它角度的裂隙交叉組合而形成的結構體時，容易發生生規模較大的滑坡、崩塌等災害或相應的工程問題。

含水量相對較大時，裂隙性黃土的強度一般較低，破壞變形量則相對較大，其變形方式一般為軸向變形、彎曲變形和旋轉或扭轉這幾種，當土樣中原裂隙角度較小時，一般以軸向變形為主；當土樣中原裂隙角度較大時，則以彎曲變形為主；當土樣中原裂隙面不平直，或在潛在破壞面內存在硬土層（試驗中處于土樣上下部透水石）時，裂隙性土體則以旋轉或扭轉變形為主。該種裂隙性土的破壞類型主要為塑性剪切破損和塑性流動，其變形破壞力學模式有擠壓-蠕滑、彎曲-滑移、彎曲-塑流、彎曲-旋轉或扭轉等幾種模式，其材料類型包括曲線型軟化材料、理想塑性材料和彈塑性材料等幾種。某一些斷層帶或地裂縫帶中裂隙性土的含水率一般相對較大，由此對通過斷層帶或地裂縫帶的建筑產生較大變形，從而容易引起事故。

6 結論

本文先介紹了裂隙性黃土的基本概念、基本分類及特征，然后對三軸減壓條件下裂隙性黃土的變形破壞機理進行了簡要闡述，希望能為相關研究工作者提供參考。

參考文獻：

[1] 趙中秀，王小軍.超固結狀態下裂隙粘土的強度特性[J].中國鐵道科學，1995， 16（4）： 56-62.

[2] 黃質宏，朱立軍，廖義玲等.裂隙發育紅粘土力學特征研究[J].工程勘察，2004， （4）：9-12.

[3]趙錫宏 張啟輝等 土的剪切帶試驗與數值分析 機械工業出版社 2003