盐分及含水率对甘肃黑方台黄土强度的影响研究_马建全.pdf

第 卷第期 年月地震工程学报 ，收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（，）；青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室资助项目（）第一作者简介：马建全（），男，新疆和静人，博士，讲师，主要从事岩土体稳定与地质灾害防治方面的工作。：。通信作者：李识博（），女，内蒙古赤峰人，博士，讲师，主要从事岩土体渗透变形方面的工作。：。马建全，邱勇强，赵晓杰，等 盐分及含水率对甘肃黑方台黄土强度的影响研究 地震工程学报，（）：，（）：盐分及含水率对甘肃黑方台黄土强度的影响研究马建全，邱勇强，赵晓杰，李凯，李识博，段钊（西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 ；青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海 西宁 ；陕西天地地质有限责任公司，陕西 西安 ）摘要：文章以甘肃黑方台灌区黄土滑坡区黄土为研究对象，开展了滑坡区盐分调查及水土化学特征分析，进行了不同易溶盐含量及不同含水率条件下的重塑黄土三轴固结不排水剪切试验，探讨盐分及含水率对黄土强度的影响。结果表明：滑坡区土样中易溶盐含量范围为 ，易溶盐主要是以 和 为主；水化学分析显示灌溉水入渗及溶滤台塬黄土中的可溶盐，经优势通道在坡脚以泉点渗出等方式排泄并富集；试样抗剪强度随易溶盐含量的增加而提高，随含水率的增加而降低；不同易溶盐及含水率条件下，抗剪强度参数黏聚力变化范围为 ，内摩擦角变化范围为 ，黏聚力对易溶盐及含水率的变化更敏感。关键词：易溶盐；含水率；黑方台；黄土；抗剪强度中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，（.，；.，；.，.，）：（），（），（）（），：；引言甘肃永靖县盐锅峡镇黑方台灌区，由于长期进行大量引水灌溉活动，在塬边形成了约 的滑坡密集发育带，年已频繁发生滑坡灾害约 次。在野外调查中发现黄土滑坡灾害发育区域分布有大量的“析盐”现象（图，图）。“盐随水来，盐随水去”是黄土中盐分运移的基本规律，土的积盐和脱盐完全受水盐运移过程控制。在外塬引水灌区，长期的入渗作用加剧了黄土渗透带的水盐运移作用，使得土体中含水率及水溶盐类含量图黄土滑坡区“析盐”现象 图析出的盐分 发生了改变，而含水率及水溶盐类的含量，又是影响黄土强度的重要因素。关于水盐效应对黄土强度影响的研究，国内外学者大多从含水率和盐分含量方面做了大量工作。含水率方面，众多学者利用常规直剪和三轴试验获得了含水率对黄土抗剪强度的影响，但试验结果存在很大的差异性。如邢鲜丽等基于三轴试验得到了黏聚力随含水率的增大先减小后增大，内摩擦角随含水率增大而减小的试验规律。而廖红建等基于直剪试验得到了黏聚力随含水率的增大先增大后减小的相反试验规律。李保雄等在研究不同沉积时代黄土抗剪强度水敏感性机制时，也发现了黄土抗剪强度随含水率的不同衰减规律，并提到可能与易溶盐和结构性有关。盐分含量方面，一些学者研究了洗盐（去盐）、增盐对黄土抗剪强度的影响，如邴慧等发现洗盐后土体的抗剪强度参数有不同程度的增大，而更多的研究得出去盐后土体抗剪强度降低的试验结果。沈云霞等、崔自治等 发现黄土的抗剪强度随易溶盐含量的增大而减小，但也有研究表明黄土抗剪强度随易溶盐含量的增加呈先增大后减小的趋势 。综上研究，水盐对黄土强度影响的差异性较大，且水盐效应对黄土强度影响的研究都是针对土体工程地质性质，而对黑方台灌区塬边黄土滑坡区且同时考虑盐分及含水率对黄土强度影响的研究鲜有报道。因此，本文以黑方台黄土滑坡区黄土为研究对象，开展滑坡区水盐运移调查及水土化学特征分析，并基于水土化学特征开展个盐分含量、个含水率条件下的重塑黄土三轴固结不排水剪切试验，探讨盐分及含水率对甘肃黑方台黄土强度的影响，为黑方台灌区黄土滑坡形成机理及影响因素认识提供一定的理论参考。地震工程学报 年滑坡区盐分调查及分析对甘肃省永靖县盐锅峡镇黑方台焦家村塬边滑坡的后缘、前缘、滑体和后壁等部位进行了取样，取样位置如图所示，取样深度约 ，共 份土样。对取回的试样进行烘干，过筛，依照 土工试验方法标准，对试样进行易溶盐含量测试（表）。如表 所 列，滑 坡 区 试 样 中 易 溶 盐 含 量 最 小 值 ，最大值 ，平均值 ，其中阳离子以 与为主，最大含量可达 ，阴离子以 和 为主，离子含量最大可达 。易溶盐主要是以 和 为主。图滑坡及取样点分布图 表滑坡区土样易溶盐成分及含量 编号可溶盐成分及含量（）易溶盐含量 最小值 最大值 平均值 此外，还对黑方台东侧黄河水、灌溉水及滑坡后缘坡脚泉点等水样，依照 铁路工程水质分析规程进行了水化学特征分析（表）。如表所列，由于灌溉水来源于黄河水，二者之间离子含量接近，但滑第 卷 第期马建全，等：盐分及含水率对甘肃黑方台黄土强度的影响研究坡后缘泉点的各个离子含量及溶解性固体 值远大于灌溉水和黄河水。灌溉水入渗溶滤台塬上部黄土结构体系中的可溶盐，经优势通道在坡脚以泉点渗出等方式排泄并富集盐分。表水样水化学特征及离子含量（单位：）（：）取样位置 黄河水 灌溉水 泉点 由滑坡区盐分调查数据可知，灌溉入渗加剧了黄土渗透带的水盐运移作用，改变了黄土结构体系中可溶盐含量及含水率，由此可能会影响黄土强度特性及黄土斜坡稳定性。因此，本文重点讨论坡脚处黄土在增盐效应及不同含水率条件下强度的变化规律。试样及试验方案土样采集及基本物理化学性质试验所用土样采自黄土滑坡后壁，为上更新统风积黄 土。土 样 呈 灰 黄 色，疏 松 多 孔，具 有 大 孔结构。依照 土工试验方法标准，对土样进行了含水率、密度、比重及界限含水率等测试，采用 型激光粒度分析仪对土样颗粒组成进行了测试，黄土试样基本物理性质如表 所列。采用 型射线衍射仪对土样矿物成分进行测试（表），黏土矿物总量约。黄土试样易溶盐成分及含量如表所列。表黄土试样基本物理性质 天然含水率干密度（）比重液限塑限塑性指数粒组及其含量砂粒粉粒黏粒 表黄土试样黏土矿物成分及含量（单位：）（：）绿泥石伊利石蒙脱石黏土矿物总量 试样制备本试验试样是通过在重塑黑方台黄土土样中加入盐的方式制作不同易溶盐含量的重塑土样获得的。首先对野外采集回来的样品烘干后过 筛，按照 土工试验方法标准，配置一定含水率的试样，在此过程中控制加入水量及溶液浓度来控制易溶盐含量，这样做的目的是为了使盐分均匀分布在试样中。由表可知，调查点土样中易溶盐含量最大为，试验所用土样易溶盐含量为（表）。控制含水率为（风干）、（天然）、，采用 制备不同浓度的溶液（分别为、）。则试验试样的易溶盐含量如表所列。表黄土试样易溶盐成分及含量 可溶盐成分及含量（）易溶盐含量 表试验试样易溶盐含量 控制含水率不同盐分溶液浓度下试样易溶盐含量 地震工程学报 年试验仪器及试验方案试验仪器为 型应力应变控制式三轴仪，试验设定剪切速率为 。设计个含水率（、和）、个盐分溶液浓度（、和）、个有效围压（、和 ）共 组 个试样的三轴固结不排水剪切试验。试验结果与分析抗剪强度参数随盐分及含水率总体变化将 个试样以试样破坏时平均应力为横坐标，试样破坏时偏应力为纵坐标，分析关系，如图所示。由图可知，盐分和含水率对抗剪强度参数影响较大，试样黏聚力变化范围在 ，内摩擦角变化范围在 。盐分对黄土强度的影响选取含水率为的试样进行盐分条件对强度的影响分析。图试样破坏时关系图 （）应力应变关系曲线不同含盐条件下试样的应力应变关系曲线如图所示。由图可知，所有盐分条件下试样的应力应变关系曲线均呈应变硬化状态，无峰值出现，因此，取轴向应变为 时的应力为破坏应力。不同盐分条件下黄土试样破坏时的应力如表所列。图黄土试样在不同含盐条件下的应力应变关系曲线 （）强度参数基于试样破坏时的平均应力和偏应力，计算抗剪强度参数黏聚力和内摩擦角，如表所列。抗剪强度参数随不同含盐条件的变化规律如图所示。黏聚力变化范围在 ，随盐分含量增加而增加，且增加幅度显著；内摩擦角变化范围在 ，随盐分含量增加变化幅度较小。盐分含量对黏聚力的影响较大，对内摩擦角的影响较小。黏聚强度主要来源于胶结材料的联结作用，摩擦强度更多取决于颗粒之间的咬合摩擦作用，由此可见，盐分对黄土强度的影响应主要显现在黏聚力上。含水率对黄土强度的影响选取添加溶液浓度为 的试样进行含水率条件对强度的影响分析。（）应力应变关系曲线第 卷 第期马建全，等：盐分及含水率对甘肃黑方台黄土强度的影响研究表黄土试样在不同含盐条件下的破坏应力及强度参数 序号易溶盐含量围压 （）图 黄土试样在不同易溶盐含量条件下的强度参数 不同含水率条件下试样的应力应变关系曲线如图所示。由图可知，试样在含水率为（风干）且低围压条件下的应力应变关系曲线呈应变软化状态，有峰值，其他的均呈应变硬化状态，无峰值出现。因此有峰值时，取峰值点为破坏应力；无峰值 时，取轴向应变为 时的应力为破坏应力。图黄土试样在不同含水率条件下的应力应变关系曲线 不同盐 分 条 件 下 黄 土 试 样 破 坏 时 的 应 力 如 表 所列。（）强度参数抗剪强度参数随不同含水率条件的变化规律如图所示。黏聚力变化范围在 ，随含水率增加而减小，且减小幅度显著；内摩擦角变化范围在 ，随含水率增加变化较明显。黏聚力对非饱和黄土含水率的变化更敏感。结论（）滑 坡 区 土 样 中 易 溶 盐 含 量 最 小 值 为，最大值为，平均值为，其中阳离子以 和为主，阴离子以 和 为主，易溶盐主要以 和 为主。灌溉水入渗溶滤台塬上部黄土结构体系中的可溶盐，经优势通道在坡脚以泉点渗出等方式排泄并富集盐分。地震工程学报 年表 黄土试样在不同含水率条件下的破坏应力及强度参数 编号含水率围压 （）图黄土试样在不同含水率条件下的强度参数 （）相同含水率条件下，抗剪强度参数黏聚力随盐分含量增加而增加，且增加幅度显著；而内摩擦角随盐分含量增加变化幅度较小。盐分含量对黏聚力的影响较大，对内摩擦角的影响较小。（）相同盐分含量条件下，抗剪强度参数黏聚力随含水率增加而减小，且减小幅度显著；内摩擦角随含水率增加变化明显，黏聚力对非饱和黄土含水率的变化更敏感。（）不同易溶盐及含水率条件下，试样黏聚力对易溶盐及含水率的变化更敏感。参考文献（）吴玮江，宿星，冯乐涛，等 甘肃黑方台滑坡类型与活动特征研究冰川冻土，（）：，（）：樊自立，马英杰，马映军 中国西部地区耕地土壤盐渍化评估及发展趋势预测干旱区地理，（）：，（）：马耀光，李书琴，李世清，等 灌溉条件下黄土层的水盐效应研究西北农林科技大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：邢鲜丽，李同录，李萍，等黄土抗剪强度与含水率的变化规律 水文地质工程地质，（）：，（）：，廖红建，李涛，彭建兵 高陡边坡滑坡体黄土的强度特性研究 岩土力学，（）：，（）：李保雄，苗天德 黄土抗剪强度的水敏感性特征研究 岩石力学与工程学报，（）：，（）：邴慧，武俊杰，邓津黄土状盐渍土洗盐前后物理力学性质的变化 冰川冻土，（）：，（）：，：，：张宁宁，骆亚生易溶盐对黄土强度特性的影响人民黄河，（）：，（）：闫亚景，文宝萍，黄志全可溶盐对兰州非饱和重塑黄土抗剪强度的影响 岩土力学，（）：，（）：（下转第 页）第 卷 第期马建全，等：盐分及含水率对甘肃黑方台黄土强度的影响研究 ，（）：王帅伟，于少将，李绍康，等基于 的砂土液化预测方法研究 地震工程学报，（）：，（）：李雪，曾毓燕，郁飞，等 基于地面运动强度及标准贯入试验的上海地区砂土地震液化评价地质力学学报，（）：，（）：姜礼涛，周爱红，袁颖，等 基于 的砂土液化判别模型地震工程学报，（）：，（）：毛志勇，黄春娟，路世昌 基于 的砂土地震液化预测模型中国安全科学学报，（）：，（）：（本文编辑：张向红）（上接第 页）沈云霞，谌文武，杜伟飞，等干湿循环下含盐量变化对遗址土剪切强度影响的试验研究西北地震学报，（增刊）：，（）：崔自治，寇小娜，周伟红，等石膏易溶盐复合对黄土力学性能的影响研究科学技术与工程，（）：，（）：，（）：赵庆玉，张爱军，王毓国，等易溶盐含量对原状非饱和伊犁黄土强度的影响西北农林科技大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：牛丽思，张爱军，王毓国，等高易溶盐非饱和伊犁原状黄土的临界状态特性岩土力学，（）：，（）：中华人民共和国住房和城乡建设部土工试验方法标准：北京：中国计划出版社，：，（本文编辑：贾源源）地震工程学报 年