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交通世界TRANSPOWORLD0 引言盐渍土是各种盐土、碱土的集合，广泛分布于我国西北、华北、东北和沿海等地区1-2。不同于一般的土壤，盐渍土中的盐类易溶于水，在土体含水率较高时盐类会溶于土体孔隙的毛细水中，但在土体干燥含水率较低时，会以盐类晶体的形式析出，为提高土体骨架的承载能力提升作出贡献3。因此对于盐渍土而言，含水率的变化会很大程度上影响土体的抗剪强度和承载能力4。盐渍土约占我国国土总面积的2.1%5，基于含水量的变化会不同程度地影响抗剪强度和承载能力，因此为保证路基边坡的稳定性，有必要对含盐渍土的边坡稳定性进行研究。对于不同土质类型边坡在不同含水率和降雨条件下的稳定性变化，众多学者进行过研究论证。如，李爱国6为研究边坡稳定性与土体含水率和吸力的关系，设计了大型人工边坡进行模拟试验，通过对含水率、吸力值和边坡滑移程度进行为期 6 个月的监测记录，发现降雨和降雨入渗深度能极大降低边坡的安全系数，而蒸发作用能够提高安全系数，并发现吸力能够提高边坡土的抗剪强度。叱干晓敏7考虑黄土结构强度的非饱和土抗剪强度公式和简化 Bishop 法对黄土土质的边坡稳定性进行研究，借助安全系数与坡度和含水率的函数关系发现，含水率对边坡的安全系数影响要大于地震荷载，且含水率与安全系数的关系成反比，降雨作用对于自然含水率较小的边坡类型影响较大。本文以某公路路基盐渍土边坡为研究对象，结合非饱和土渗流及强度理论建立盐渍非饱和土的渗流强度理论模型，通过直剪试验对含水量与抗剪强度参数关系进行研究并借助 GeoStudio 软件对路基盐渍土边坡进行数值分析，为此类边坡的稳定性研究提供一定的参考。1 研究概况某公路路基边坡位于某市周边盐湖附近，该区域内盐渍土含量较高，平均含量超过60%。结合当地的盆地性质和短时强降水气候类型，降雨和含水量的变化是对该区域公路路基盐渍土边坡影响最大的因素。据当地气象资料显示，20012015年间，67月以该地区为中心的平均降雨量达108.4 mm，且降雨过程普遍呈现持续时间短、降雨量大的特点，其中7月的降雨量达平均13.4 mm。由于该地区全年总体特征呈现干燥和高蒸发量的特点，加之坡体浅层部分含水量较小，受到强降雨作用下，含水量会迅速抬升，考虑到边坡内部盐渍土可溶性盐的含量较高，因此该区域的边坡稳定性理论上会有较大幅度波动。2 研究方法2.1 含水量与抗剪强度试验由于当地的盐渍土类型主要为硫酸盐和氯盐，为保证取样的随机性，本文在公路沿线任意两个不同位置取得盐渍土试验。按照氯盐和硫酸盐含量的高低将式样进行分类，将氯盐含量为主和硫酸盐含量为主的式样分别编号为CL-1和CL-2。按照土工试验方法标准（GBT 501232019）分别对两组式样进行试验，获取式样的基本物理参数值如表1所示。测得的两组试样的各类盐分的含量结果，如表2所示。不同影响因素对路基边坡稳定性影响分析杨红武（邯郸市交通运输局公路工程一处，河北 邯郸 056000）摘要：以某公路路基盐渍土边坡为研究对象，结合非饱和土渗流及强度理论建立盐渍非饱和土的渗流强度理论模型，通过直剪试验对含水量与抗剪强度参数关系进行研究并借助GeoStudio软件对路基盐渍土边坡进行数值分析。经研究发现：降雨和含水量对边坡稳定性影响的根本原因在于土壤可溶性盐的亲水性降低了土骨架的承载能力，进而降低其抗剪强度和边坡安全系数；不同类型的盐渍土边坡在同一降雨和含水率条件下的稳定性也不同，其中以氯盐为主的盐渍土边坡稳定性相对较差。关键词：含水量；抗剪强度；边坡；亲水性中图分类号：U416.1文献标识码：B收稿日期：2023-03-16作者简介：杨红武（1976）男，山东临清人，工程师，研究方向为路面工程。97总661期2023年第31期（11月 上）表1 试验用土测得的基本物理参数值式样编号CL-1CL-2最优含水率（%）6.917.2式样饱和度（%）78.596.3液限（%）25.839.5塑限（%）16.826.8相对密度2.552.71表2 两组试样的各类盐分的含量结果土样编号CL-1CL-26种主要离子含量（%）CL-16.83.5SO42-0.511.55CO32-0.020Na+9.411.57Mg2+1.050.33Ca2+0.670.71总体含量（%）28.88.6由表1可知，两组式样的饱和度在78%97%，均属于低液限的非饱和土类型。为探究含水率和抗剪强度二者的关系，需要控制两组试样在不同含水率下进行直剪试验，获取抗剪强度随含水率的变化趋势。为此，本文按照公路土工试验规程（JTG 34302020），控制两种不同盐含量的试验土体 CL-1和 CL-2，在同等压实度下（96%），分别控制两组式样在最优含水率、最优含水率1.5%和最优含水率3%下进行直剪试验。首先称取等量的土样，制成标准环刀试样，分别将环刀编号为CL-1和CL-2。将环刀试样使用保鲜膜包裹，将试样置于将数字应变控制直剪仪中进行试验，试验过程中控制室温恒定。各含水率下的试样剪切速率保持为0.02 mm/min，应力分别控制为100、200、300、400 kPa。2.2 盐渍非饱和土的渗流强度理论模型为分析非饱和土中渗流和强度的相互关系，需要构建非饱和土的渗流强度理论模型。由于在相同类型的土体中，渗透系数与土体的含水率成正比。在实际的路基受降雨渗透的过程中，可将雨水渗入路基的过程看作瞬态过程，因此忽视水体本身的压缩性质和渗流过程中的固结特性，其非恒定流的偏微分方程见式（1）：x()kxhx+z()kyhz+W=mwwghx（1）式（1）中：kx为土体x方向上的渗透系数；ky为土体y方向上的渗透系数；h为水头高度；w为水的密度；mw为比水容量；g为重力加速度；W为源汇项。根据Fredlund8提出的非饱和土抗剪强度吸力表达式如式（2）：=c+(-ua)tan()（2）式（2）中：为非饱和土的抗剪强度；c 为土体黏聚力；ua为孔隙气压；为内摩擦角；为剪应力。其中黏聚力可以表示为式（3）：c=c+(ua-uw)tan(b)（3）式（3）中：c为土体的有效黏聚力；uw为土体的孔隙水压力。b为孔隙气压与孔隙水压差值即吸力的内摩擦角。由于盐渍土强度受含水率影响，因此其在不同含水率下的黏聚力表达式可以表示为式（4）：c=c+Kw+(ua-uw)tan(b)（4）式（4）中：K为1%含水率下的抗剪强度变化量；w为含水率之差。分别将CL-1和CL-2的相关参数代入，与（2）式联立可以得到CL-1和CL-2的抗剪强度表达式分别为式（5）（6）：=-cCL-1+KCL-1w+(-ua)tan()+(ua-uw)tan(b)（5）=-cCL-2+KCL-2w+(-ua)tan()+(ua-uw)tan(b)（6）3 结果分析3.1 直剪结果分析通过对两种不同含盐量式样CL-1和CL-2进行96%压实度下控制含水率变量的恒温剪切试验，将采集到的抗剪强度和上覆压力数据绘制、拟合得到图1所示的上覆压力与剪切强度峰值变化关系。（a）CL-1（b）CL-2图1 上覆压力与剪切强度峰值变化关系将获取不同最优含水率下直剪试验获得的剪切强度参数黏聚力c和内摩擦角，绘制成如图2所示的抗剪强度参数随含水率变化趋势。（a）黏聚力随含水率变化趋势（b）内摩擦角随含水率变化趋势图2 抗剪强度参数随含水率变化趋势图2所示为抗剪强度参数随含水率变化趋势，结合图1图2可以看出，CL-1式样在低于最优含水率3%时的含水率，其黏聚力显著高于最优含水率时的黏聚力，此时的黏聚力相较于最优含水率时的黏聚力提高约276%；CL-2在低于最优含水率3%时的含水率所对应的黏聚力变化特征同CL-1，但总体提高幅度不如CL-1，黏聚力提高幅度约为90%。相较于黏聚力，内摩擦角在含水率低于最优含水率3%时，CL-2总体变化量不大，但CL-1从37增长到43，变化相对较大。98交通世界TRANSPOWORLD3.2 数值分析结合推导的盐渍非饱和土渗流强度理论模型，采用 GeoStudio软件对路基盐渍土边坡进行数值分析，研究对象设置为研究区域高速公路某段剖面，并以此建立路基边坡模型，其中道路各项参数及其数值分别为：路面宽为26 m，路基高为4 m，坡度为11.5，路基和地基土分别由96%的压实盐渍土和粉质黏土构成。其网格划分模型如图3所示。图3 有限元网格划分根据模拟降雨结果获取了土体饱和渗透系数和土-水特征曲线（表征土体体积含水率和土体吸力的关系曲线）。其中土-水特征曲线如图4所示。图4 两组式样的土-水特征曲线结合试验所用式样的基本物理参数可以发现，试验所用的两组式样CL-1和CL-2最优含水率分别为6.9%和17.2%。通常情况下，土体在干燥时内部的盐通常以晶体形式加入土骨架之中参加土体的承重、抗剪作用，但在雨水之后，内部骨架中的盐溶解，使得土体骨架减弱，承载能力降低。在CL-1中盐渍土主要以氯盐为主，而氯盐相较于硫酸盐亲水性更高，更加易溶于水，因此表现出CL-1最优含水率远低于CL-2的现象。土骨架的减少导致土体内部孔隙的增大，因而导致在同等含水率的条件下CL-1的基质吸力大于CL-2。综合上述结果可见，降雨和含水量的变化会直接或间接地对盐渍土的土骨架造成一定影响，进而影响土体的抗剪强度，从而降低路基边坡的安全系数。从盐渍土类型来看，氯盐含量高的盐渍土，相比于硫酸盐含量高的盐渍土更容易受到降雨和含水量变化的影响，且其基质吸力也要大于以硫酸盐为主的盐渍土。4 结论本文以某公路路基盐渍土边坡为研究对象，结合非饱和土渗流及强度理论建立盐渍非饱和土的渗流强度理论模型，并通过直剪试验对含水量与抗剪强度参数关系进行研究并借助GeoStudio软件对路基盐渍土边坡进行数值分析，得出如下结论：1）降雨和含水量的变化会直接或间接地对盐渍土的土骨架造成一定影响，进而影响土体的抗剪强度，从而降低路基边坡的安全系数。2）从盐渍土类型来看，氯盐含量高的盐渍土，相比于硫酸盐含量高的盐渍土更容易受到降雨和含水量变化的影响，且其基质吸力也要大于以硫酸盐为主的盐渍土。参考文献：1 赵吉坤，陈佳虹.降雨条件下土体坡度及含水率对边坡稳定性影响的试验研究J.山东大学学报（工学版），2013.2 张雅慧，胡斌，秦雨樵，等.含水率和干湿循环对人工填土边坡稳定性的影响J.水电能源科学，2014（8）：65-67.3 高建勇，党进谦，陈艳霞，等.考虑含水量的黄土高边坡稳定性预测模型研究J.西北农林科技大学学报（自然科学版），2007，35（6）：202-206.4 李红波.结构面中黏土矿物及含水率变化对边坡稳定性影响的试验研究J.岩土工程技术，2014（1）：20-23，28.5 胡毅夫，谢小明，乌青松.含水量对砂性土边坡稳定性的影响试验研究J.武汉理工大学学报，2013，35（8）：83-88.6 李爱国，岳中琦，谭国焕，等.土体含水率和吸力量测及其对边坡稳定性的影响J.岩土工程学报，2003，25（3）：278-282.7 叱干晓敏.考虑含水率变化对黄土结构强度影响的边坡稳定性分析J.水利与建筑工程学报，2013，11（5）：4.8 Fredlund D G，Morgenstern N R，Widger R A.Theshear strength of unsaturated soilsJ.Canadian Geo-technical Journal，1978，15（3）：313-321.99