贵州毕节地区滑坡带红粘土水敏性探讨

李利峰，程雪琴，王松，韩六平

（贵州工程应用技术学院土木建筑工程学院，贵州毕节551700）

贵州毕节地区滑坡带红粘土水敏性探讨

李利峰，程雪琴，王松，韩六平

（贵州工程应用技术学院土木建筑工程学院，贵州毕节551700）

红粘土是广泛分布于西南地区的一种特殊土，其物理力学性质随含水量的变化很大。该文以毕节三个不同地点滑坡带红粘土为研究对象进行了直剪试验，研究了含水量对红粘土的粘聚力、内摩擦角的峰值强度和残余强度影响规律。实验结果表明：随着含水量的增加，红粘土的峰值粘聚力和残余粘聚力均呈一阶负指数衰减，最后具有稳定趋势。峰值内摩擦角和残余内摩擦角均呈线性关系下降。

红粘土；粘聚力；内摩擦角；滑坡带

0 引言

由于第四纪季风环流的存在，在热带-亚热带高温湿条件下经历了复杂的红土化过程形成了我国南方红粘土[1]。贵州红粘土是覆盖于碳酸盐岩系地层之上，由碳酸盐岩系地层中的不溶杂质为物质来源而形成的特殊红土。岩溶作用决定了红粘土的成土早期和物质来源的特点不同于其它岩石形成的土类；岩溶残余堆积物后期又经历红土化作用，造就了红粘土的基本特征[2]。大量学者针对红粘土独特的物理力学特性进行了广泛的研究。姜其岩和刘春等[3-4]根据红粘土三轴剪切试验成果，论述其抗剪强度的基本特征及其影响因素。廖义玲[5]针对现行土饱和度计算方法用于粘土时出现数值偏大甚至超过理论最大值的不合理现象，分析了偏差产生的原因。黄质宏等[6-7]采用不同应力路径并采用CT技术研究了红粘土的力学特性。文献[8-13]对不同地区红粘土物理力学指标的水敏性进行了研究。研究表明：由于成土原因和所处地质条件的差异，红粘土的力学性质也不尽相同。在水敏性方面表现尤为突出。贵州毕节地区红粘土分布广泛，在干旱半干旱或者地下水位较深的条件下，红粘土常处于非饱和状态。随着降雨、地下水位变化以及其他原因的影响，红粘土的含水量常处于变化之中，由此引起了边坡失稳、基础不均匀沉降和路面沉降等一系列地质灾害。这些地质灾害的产生不是瞬时产生并结束，而是具有一定时间阶段的，这种阶段在边坡中表现尤为突出。本文以贵州毕节的滑坡带红粘土为研究对象，研究不同含水量条件下滑坡带红粘土的粘聚力、内摩擦角的峰值强度和残余强度变化规律，对预防和治理含水量变化引起的地质灾害具有重要意义。

1 取样及试验

为了使试验对毕节整个地区的红粘土具有一定的代表性，该试验采用了贵州省毕节市三个不同工程地点的土层进行了研究。为了反映原状土粘聚力、内摩擦角随含水量的变化，试验采用各地点同种类型土层不同的天然含水量状态进行试验。取土试坑挖掘后，由试验人员用环刀、取土杯直接进行第一次取样，以后每间隔三天取一次样。三个地点土样的基本物理性质见表1。

表1 基本物理性质

试验仪器为南京土壤仪器厂生产的应变控制式直剪仪，最大载荷为30kN，工作台行程70mm，载荷速率0.002～2.4mm/ min，最小分辨率0.1mL。根据最新土工试验标准[14]对试样不同含水量下的粘聚力、内摩擦角的峰值强度和残余强度进行测定，实验结果如表2所示。

2 结果分析

2.1 含水量对峰值粘聚力的影响分析

根据实验结果绘制了三个地点土样不同含水量条件下峰值粘聚力关系曲线。图1中含水量对峰值粘聚力呈现出较为良好的一阶指数衰减关系，按照指数关系回归分析三条回归方程为：

表2 物理力学性质实验结果

图1 峰值粘聚力随含水量变化曲线

图2 峰值内摩擦角随含水量变化曲线

土样Ⅰ的拟合方程：y=1568.80e-0.2x+11.29

土样Ⅱ的拟合方程：y=350.67e-0.13x+5.56

土样Ⅲ的拟合方程：y=341.12e-0.06x-56.67

其中：y为峰值粘聚力值，x为红粘土的含水量。

从图1中可以看出，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类土样的峰值粘聚力随含水量的增大均逐渐减小，含水量的增加表现出对粘聚力具有明显的消减作用。三类土样含水量在20%～22%之间峰值粘聚力比较接近，曲线均相交于该范围。由于实验采用的是天然含水量土样，不像在室内重塑土的含水量可以随意设计。Ⅰ类土样的含水量比Ⅱ和Ⅲ类土样取值较大，表现出了在高含水量条件下峰值粘聚力趋于稳定的趋势。Ⅱ和Ⅲ类土样由于没有高含水量土样，在此方面没有明显的表现，同时也影响了曲线的拟合效果。

2.2 含水量对峰值内摩擦角的影响分析

图2给出了不同含水量条件下峰值内摩擦角分布及其关系曲线图。从图中可以看出，随着含水量的增加，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类土样的峰值内摩擦角线性减少，但是表现出一定的波动。含水量的增加表现出对内摩擦角同样具有明显的消减作用。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类土样的直线拟合方程为：

土样Ⅰ的拟合方程：y=43.62-1.25x

土样Ⅱ的拟合方程：y=55.58-1.85x

土样Ⅲ的拟合方程：y=50.71-1.57x

其中：y为峰值内摩擦角值，x为红粘土的含水量。

2.3 含水量对残余粘聚力的影响分析

图3 残余粘聚力随含水量变化曲线

根据表2中的实验结果绘制的三个地点土样不同含水量条件下残余粘聚力关系曲线如图3所示。

基于红粘土的残余粘聚力随含水量的变化关系进行回归拟合分析获得的拟合曲线方程为：

土样Ⅰ的拟合方程：y=716.88e-0.21x+6.37

土样Ⅱ的拟合方程：y=1508.64e-0.25x+8.7

土样Ⅲ的拟合方程：y=16109.78e-0.34x+6.85

其中：y为残余粘聚力值，x为红粘土的含水量。

从图3中含水量和残余粘聚力值数据分布和回归分析曲线可以看出，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类土样的残余粘聚力随含水量的变化与峰值粘聚力随含水量的变化趋势相同，残余粘聚力随含水量的增大均逐渐减小，含水量的增加表现出对粘聚力具有明显的消减作用。随着含水量的增加，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类土样残余粘聚力表现趋于稳定的趋势。

2.4 含水量对残余内摩擦角的影响分析

图4 残余内摩擦角随含水量变化曲线

图4给出了不同含水量条件下残余内摩擦角分布及其关系曲线图。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类土样的直线拟合方程分别为：

土样Ⅰ的拟合方程：y=43.62-1.25x

土样Ⅱ的拟合方程：y=55.58-1.85x

土样Ⅲ的拟合方程：y=50.71-1.57x

其中：y为残余内摩擦角值，x为红粘土的含水量。

从图4中残余内摩擦角和含水量的分布可以看出，随着含水量的增加，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类土样的峰值内摩擦角线性减少，含水量对残余内摩擦角同样具有明显的消减作用。这种残余内摩擦角随含水量变化与峰值内摩擦角趋势相似。

3 结论

红粘土随着含水量的变化其力学性质变化非常明显。通过对贵州毕节三个不同地点滑坡带红粘土自然条件不同含水量条件下的粘聚力、内摩擦角的峰值强度和残余强度试验研究发现，随着含水量的增加，红粘土的峰值粘聚力和残余粘聚力均呈一阶负指数衰减关系，均具有稳定趋势。红粘土的峰值粘聚力和残余粘聚力的曲线各自均交于在一定含水量范围内。红粘土的峰值内摩擦角和残余内摩擦角均呈线性关系下降。红粘土的峰值内摩擦角、粘聚力和残余内摩擦角、粘聚力相比随含水量的变化趋势均相似，只是数值大幅减少。

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[10]贺珺，廖义玲，闫建，等.贵州红粘土的含水性及指标特性探讨[J].水文地质工程地质，2009（2）：104-107，111.

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[13]王中文，洪宝宁，刘鑫，等.红粘土抗剪强度的水敏性研究[J].四川大学学报：工程科学版，2011（1）：17-22.

[14]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 4934.1-2008土工试验仪器剪切仪第1部分：应变控制式直剪仪[S].北京：中国标准出版社，2008.

责任编辑:孙苏，李红

Discussion on the Water-sensitive Properties of Red Clay in Landslide Zone of Bijie,Guizhou

Red clay is a kind of special soil，widely distributed in southwest China,and its physical and mechanical properties vary significantly with the change of moisture content.Taking the red clay of three different landslide zones in Bijie,this paper performs a direct shear test to study the impact rule of moisture content on the cohesion of red clay,the peak intensity of internal friction angle and residual strength.The experimental results show that with the increase of moisture content the peak cohesion and residual cohesion of red clay present the first-order negative exponential attenuation and final stabilization,and the peak internal friction angle and residual internal friction angle present a linear decline.

red clay;cohesion;internal friction angle;moisture content

TU446

A

1671-9107（2017）05-0029-03

基金论文：该论文为贵州省科技厅联合基金（LKB[2012]11号）及大学生创新创业训练项目（201510668006，201510668009，201510668010）论文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.05.029

2017-03-12

李利峰（1983-），男，河北沙河人，研究生，主要从事岩石力学与支护领域的教学科研工作。