邊坡土體含水量對流變特性的影響

李庚

摘 要 隨著科技的日益發展，巖土工程的建設需要考慮更多的東西，其中包括安全因素、施工控制設計、工程事故治理措施。邊坡土體作為巖土工程重要的基礎組成部分，對于其研究越來越受到重視。本文從邊坡土體含水量對流變特性的影響這一視角，重點分析兩者之間的關系，透過邊坡土體的流變特性，尋找出不斷增強其穩定性的方式，進而為邊坡土體的相關研究工作提供新思路，也為巖土工程的發展做出貢獻。

關鍵詞 含水量變化 液性指數 土的流變

中圖分類號：TU45 文獻標識碼：A

1研究背景

土的流變研究與工程應用緊密相連，在施工時，邊坡土體下降、傾斜以及變形等，說明了土不僅具有彈性、塑性，還具有粘滯性即流變性。20世紀50年代以前研究者頗少注意土的流變特質，某些工程因土地流變破壞引起事故，從而引起科學界的重視。50年代之后，西方國家就相應成立了流變學學會，五、六十年代國內學者也相應注意流變學的介紹和研究。我國學者錢家歡（1966）提出考慮流變的邊坡穩定算法。鄭孝玉、曹炳蘭（2000）進行了土體流變試驗研究。

2影響邊坡土體穩定性的因素

邊坡指的是為保證路基穩定，在路基兩側做成的具有一定坡度的坡面。按照地層巖性分類可分為土質邊坡和巖質邊坡。按照要求，所防護的邊坡必須是干燥、無地下水的巖質邊坡。這就表明，水是影響邊坡穩定性的主導因素之一。降水（包括降雨、降雪）、凍融作用、水庫蓄水及庫水位變動、地表水流變化和人類工程活動等都會造成邊坡巖土體內水環境條件的改變，從而導致邊坡失穩破壞。流變特性是物體在外力作用下發生的應變與其應力之間的定量關系。原則上來講，所有的實際物體都具有流變性，這種流動或變形與物體的性質一般都和內部結構相關聯 ，同時也與物體內部質點之間相對運動狀態有關。因此不同的物質具有不同的流變特性，含水量不同的邊坡土體有不同的流變特性。筆者在本文中著重闡述巖質邊坡的含水量與流變特性的關系。

3邊坡土體含水量對流變特性的影響

3.1液性指數與土的類別及含水量成正比，直接決定土體的流變特性

土的縮限、塑限和液限等幾個分界線，是土力學中評價粘性土的主要指標。當含水量小于縮限，即液性指數小于等于0時，土體堅硬處于固態，其體積不再再發生變化；當處于縮限和塑限之間，即液性指數大于0小于等于0.25時，土體體積隨含水量減小體積發生相應變化，但土體為硬塑仍處于固態；當土體含水量處于塑限和液限之間即液性指數大于0.25小于等于0.75時，土體具有可塑性，當液性指數大于0.75小于等于1時即可以塑造出各種形狀；當土體含水量大于液限及液性指數大于1時，土體為軟塑處于流動狀態，即土體具有可流動性，若是人在此種土體上行走，會非常困難。因此，液性指數越大，這種情況下的土體含水量大，流變特性強，可見土體的含水量越大，流變特性就越強。

3.2 含水量是非飽和土力學性質的重要控制因素，對坡體有較大的影響

利用土水特征曲線，我們可以將含水量作為邊坡穩定分析的重要參數，地下水與巖質土體之間的化學作用，大大削減了巖質土體的內聚力，打破了原有的力學平衡。經研究，當土體含水量發生變化時，土體表觀內凝聚力也相應發生變化。當含水量增大時，土體表觀內凝聚力相應減少，土體強度降低。可見，含水量對邊坡土體的穩定有著負面影響。

3.3含水量與邊坡土體剪應力的關系也影響土體的流變特性

邊坡中的土是由巖石的風化、剝離、搬遷、沉積等地質作用而形成的，由于地表水流的作用，巖體的靜水壓力不斷變化，降低了巖體的穩定性。我們常見的邊坡巖土體的滑坡是由于水流滲透進土體，土體的密度因此增加，土體的剪應力也相應增加。如果邊坡土體內部的滑動力超過了其剪應力，邊坡將產生滑動，并且失去穩定。

3.4邊坡土體含水量對于土體本身抗剪強度有著復雜的聯系，進而影響土體的流變特性

土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，一般情況下，由于巖質邊坡的強度較高，水對巖質邊坡的影響較小，但當地表水在巖石表面排泄受阻時，會加大巖質邊坡土體的重量，增加其坡體的下滑力，從而導致土體抗剪強度降低。隨著非飽和土的含水量 的增大，黏聚力c和內摩擦角 值都有減小的趨勢，但是這種關系不是簡單的線性關系。因此，邊坡土體含水量與土體本身抗剪強度有著復雜而又密切的聯系，這種聯系直接影響著土體流變特性，需要從多個角度，各個層次進行科學的計算與試驗。

4結語

綜上所述，邊坡土體的含水量對液性指數、土體的剪應力和抗剪強度有著重大影響，進而直接塑造并影響土體的流變特性。因此，在測量以及試驗土地流變性時需要綜合考慮多種因素，結合不同環境下的不同現場情況而定。在巖土工程中，邊坡必須是干燥、無地下水的巖質邊坡，在沒有絕對的良好地質水質地理條件下，應盡可能減少含水量對土體結構和穩定性帶來的不利影響，通過對邊坡的流變特性的研究和改善，化不利為有利，能為邊坡建設提供強有力的支持。當然在研究土體的流變特性時，也應考慮到，隨著時間的變化，時間因素也應該與物體在外力作用下發生的應變以及應力等因素共同作為考量指標，從而保證巖土工程的長期安全。

參考文獻

[1] 劉忠玉，馮桂云，王喜軍.考慮流變特性的正常固結土一維固結分析[J].鄭州大學學報（理學版），2013（02）.

[2] 汪益敏，鄒超，高水琴.考慮蠕變效應的軟土地基加筋土擋墻變形[J].華南理工大學學報（自然科學版），2013（04）.

[3] 雷華陽，賈亞芳，李肖.濱海軟土非線性蠕變特性的試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2013（S1）.