含鹽量對滑坡粘性土強度影響的試驗研究

于明波

摘 要：本文以滑坡帶粘性土為研究對象，開展了不同溶液離子濃度下的直剪試驗，探討孔隙含鹽量變化對土體強度特性的影響。結果表明，土體含鹽量的變化對粘性土強度影響顯著，且變化趨勢與上覆壓力大小相關；同時，隨含鹽量增加內摩擦角略增大，而粘聚力減小。上述試驗結果歸因于鹽溶液通過水土化學作用除抑制擴散雙電層發育外，還會改變粘性土的組構（孔隙狀態和結構），進而對剪切過程中變形破壞的形式及強度特性造成影響。

關鍵詞：滑坡帶粘性土；含鹽量；剪切強度

1 概述

滑坡作為人類生活中常見的地質災害，造成大量人員傷亡及財產損失。由于誘導滑坡發生的因素及作用機理的多變性和復雜性，準確預測滑坡的發生比較困難[1，2]。因此，滑坡一直是世界各國研究的重要地質和工程問題之一。

目前，國內外學者在此方面已開展了大量的相關研究。文獻[3]通過對滑坡體實例的數值模擬研究，揭示了邊坡變形破壞受降雨影響的特征，并提出在進行破壞計算中應考慮降雨入滲的影響。文獻[4]通過開展蒸發和降雨條件下模型對邊坡穩定性進行了研究，得出降雨與蒸發對邊坡的表層滑動土體的穩定性具有顯著影響，而對深層滑動土體的影響相對較小。文獻[5-7]研究了降雨強度、歷時、前期降雨、土體滲透特性以及降雨類型等降雨因素對邊坡穩定性的影響。

上述文獻大多集中對不同降雨要素下邊坡土體穩定性進行研究。但巖土體，尤其是粘性土，其固體骨架通常帶電。當它與水充分接觸時，因粘土顆粒和水分子均存在不平衡的電荷，且水中包含著各種離子，使得在粘粒-水-電系統間存在顯著的相互作用力[8]。在環境荷載作用下，粘性土將表現出極為復雜的化學-力學耦合效應。而對其相互作用機制的研究工作還缺乏系統深入，這已嚴重地制約了許多重大工程問題的有效解決。

基于此，本文通過選擇滑坡帶粘性土為研究對象，開展了一系列NaCl含量即不同孔隙溶液離子濃度下粘性土的直剪試驗，探討了土體孔隙含鹽量對滑坡粘性土強度的影響，得出孔隙溶液離子濃度與土體抗剪強度指標之間的關系。

2 試驗過程

2.1 試驗材料介紹

試驗所用土樣取某滑坡帶。其相應的物性指標如下：比重為2.73、液限為48.3%、塑限為23.8%，塑性指數24.5；土體的砂粒組占16.1%，粉粒組占20.6%，粘粒組占63.3%。

2.2 試樣土樣的制備

因天然土體中含有易溶鹽，為避免原有易溶鹽對直剪試驗的影響。試驗前，需用蒸餾水對土體進行洗鹽。洗鹽達標后的試驗土體再進行烘干-碾碎-烘干，密封保存。

將化學溶液與干土混合均勻后，密封保存3d后，采用分層壓實成環刀樣，后抽真空飽和。為使反應充分，浸泡養護15天，做好防蒸發措施，避免水分蒸發使溶液濃度變大，對試驗造成影響。

2.3 直剪試驗

（1）試驗方案設計

本次試驗，溶液濃度共設6級，分別是蒸餾水和濃度為0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mol/L的NaCl溶液。每級離子濃度的直剪試驗中，采用4個平行試樣，分別施加100、200、300、400kPa的固結壓力下固結穩定后進行剪切。

（2）直剪試驗

本次直剪試驗采用固結慢速剪切模式進行試驗，試驗儀器及操作步驟按照《土工試驗方法標準》（GB/T 50123-1999）中的相關規定進行，各試樣的試驗條件保持一致。

3 試驗結果與分析

3.1 抗剪強度變化規律

圖1展示了相同正應力下抗剪強度隨溶液濃度變化趨勢。

從圖中可以看出，當正應力為不超過200kPa時，強度值隨濃度增加，先降后升。而當正應力為300和400kPa時，強度值隨濃度增加，先增加后趨于穩定。這充分說明孔隙含鹽量對土體強度的影響與上覆正應力的大小有關。其主要歸結于粒間物理化學力的改變，將引起組構（孔隙狀態和結構）的變化，致使剪切區域顆粒的接觸點數量發生改變，進而影響強度特性。

3.2 強度指標變化規律

圖2展示了強度指標變化與孔隙溶液濃度變化的關系。

從圖中可以看出，隨濃度的增加，內摩擦角先急劇增大后趨于穩定；粘聚力逐漸降低，但降低梯度逐漸變小。這是因為溶液濃度增加后抑制擴散雙電層的發育，致使顆粒間粗糙程度增加和粒間物理化學作用力發生改變所導致。

4 結論

（1）孔隙含鹽量對滑坡帶粘性土強度影響顯著，其變化趨勢與上覆正應力的大小有關。原因是，粒間物理化學力改變將引起組構（孔隙狀態和結構）的變化，致使剪切區域顆粒的接觸點數量發生改變，進而影響強度特性。

（2）孔隙含鹽量增加可以提高試驗土體的內摩擦角，而降低了粘聚力。主要與粘土礦物顆粒表面的擴散雙電層厚度的變化有關。

參考文獻

[1]林鴻州，于玉貞，李廣信，等.降雨特性對土質邊坡失穩的影響[J].巖石力學與工程學報，2009，28（1）：198-204.

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[3]劉小偉，劉高，諶文武，等.降雨對邊坡變形破壞影響的綜合分析[J].巖石力學與工程學報，2003（z2）：2715-2718.

[4]魏寧，茜平一，傅旭東.降雨和蒸發對土質邊坡穩定性的影響[J].巖土力學，2006，27（5）：778-782.

[5]徐全，譚曉慧，沈夢芬.降雨入滲條件下土質邊坡的穩定性分析[J].巖土工程學報，2012，34（suppl）：254-259.

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[8]李廣信.高等土力學[M].北京：清華大學出版社，2004.