含水率對(duì)安溪縣花崗巖崩崗?fù)馏w脹縮特性的影響*

章 智，陳 潔，林金石，蔣芳市，葛宏力，連彬彬，黎造宇，黃炎和

（福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福州 350002）

崩崗是發(fā)生在南方花崗巖紅壤區(qū)，山坡土體在水力和重力復(fù)合作用下受到破壞失穩(wěn)而發(fā)生崩塌的一種特殊土壤侵蝕形式和水土流失現(xiàn)象[1-3]。作為崩崗最重要的組成部分之一，崩壁是水力和重力復(fù)合作用最明顯的部位，也是崩崗失穩(wěn)崩塌的前提和崩積堆產(chǎn)生的物質(zhì)來(lái)源[4]。崩崗發(fā)育的主要驅(qū)動(dòng)力是降雨，土體中水分變化是誘發(fā)崩壁坍塌的主要因素。在降雨過(guò)程中，雨水通過(guò)側(cè)向滲透進(jìn)入崩壁，使得崩壁土體因含水率增大而發(fā)生膨脹；降雨結(jié)束后，由于水分快速蒸發(fā)，崩壁土體因含水率減小而發(fā)生收縮。水分快速進(jìn)出崩壁土體，使其內(nèi)部因干濕脹縮交替作用而產(chǎn)生裂隙并持續(xù)擴(kuò)大，從而導(dǎo)致外層土體在水力和重力共同作用下不斷崩塌剝落，加速崩崗發(fā)育和水土流失發(fā)展[5-6]。關(guān)于土壤脹縮變形問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量工作[7-10]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)膨脹土的無(wú)荷膨脹率隨初始含水率增加而降低[11-12]，膨脹力則相反[11]，其膨脹程度與時(shí)間[13]、上覆載荷[14]有關(guān)。隨著含水率的降低，土體線性收縮率明顯減小[12]。土體自身失水收縮會(huì)引起黏性土內(nèi)部顆粒的變化，導(dǎo)致其土體強(qiáng)度降低[15]，從而改變土體微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部顆粒排列[16-17]，最終影響土體脹縮特性。土壤干濕脹縮過(guò)程同樣會(huì)引起土壤容積和孔隙比的變化。土壤膨脹速度遠(yuǎn)快于收縮速度[18]，且土壤容積變化速率小于含水率變化速率[12]。有研究結(jié)果表明對(duì)于同一種土體，初始干密度對(duì)其縮限幾乎沒有影響[19]，含水率是主要影響因素。

目前，關(guān)于土壤脹縮特性的相關(guān)研究主要集中于干旱和半干旱地區(qū)的膨脹土，對(duì)于亞熱帶季風(fēng)氣候條件下的崩崗?fù)粒椿◢弾r殘積風(fēng)化土）脹縮特性方面的研究較少。就南方花崗巖崩崗區(qū)而言，夏季降雨較多且氣候炎熱，水分頻繁進(jìn)出崩壁土體，在強(qiáng)烈的干濕脹縮交替作用之下引起崩壁崩塌，從而產(chǎn)生崩崗。在這一過(guò)程中，含水率變化是如何影響土體膨脹收縮尚不明晰，因此需要針對(duì)含水率對(duì)崩崗?fù)馏w脹縮特性的影響進(jìn)行研究。由于福建省安溪縣龍門鎮(zhèn)洋坑村為典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，是全省崩崗數(shù)量最多的地區(qū)，是福建省乃至華南地區(qū)受崩崗侵蝕影響最嚴(yán)重的典型區(qū)之一。故本研究以福建省安溪縣龍門鎮(zhèn)洋坑村（118°03′E，24°57′N）的花崗巖崩崗?fù)馏w為研究對(duì)象，以不同梯度的初始含水率為控制變量，開展室內(nèi)無(wú)荷膨脹率和線性收縮率試驗(yàn)，分析無(wú)荷膨脹率和線性收縮率隨時(shí)間變化規(guī)律，分別建立無(wú)荷膨脹率和線性收縮率與初始含水率之間的擬合關(guān)系，比較崩壁不同土層的土壤脹縮特性，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)崩壁失穩(wěn)發(fā)生崩塌的原因，對(duì)崩崗侵蝕機(jī)理的深入研究具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

圖1 所示為研究區(qū)內(nèi)的典型崩崗，包括崩壁、崩積體、沖積扇和集水坡面等主要組成部分。本研究于2017 年12 月3 日在典型崩崗崩壁上按照土層垂直分布，自下而上分碎屑層、砂土層和紅土層進(jìn)行采樣。在同一崩壁上，不同土層的厚度、各采樣點(diǎn)的具體位置和深度以及各土層的基本特征詳見表 1。在各土層不同深度范圍內(nèi)多點(diǎn)混合取土，根據(jù)實(shí)際測(cè)量得到的各土層厚度，分別在各土層內(nèi)縱向平均分為3 個(gè)具體采樣深度范圍，每個(gè)具體采樣深度范圍內(nèi)采集3 個(gè)重復(fù)樣，最終每個(gè)采樣深度范圍內(nèi)的三個(gè)重復(fù)樣混合為一個(gè)混合樣，即為此采樣深度的待測(cè)土樣。各土層分別采集混合樣3 個(gè)（紅土層A1～A3，砂土層A4～A6，碎屑層A7～A9），共計(jì) 9 個(gè)土樣，A1～A9 土層深度逐漸加深。將采集到的崩壁不同層次土樣自然風(fēng)干后，取一部分土樣通過(guò)烘干法（105℃，8 h）測(cè)定風(fēng)干土含水率，剩余土樣用碾土棒對(duì)大顆粒進(jìn)行碾壓，通過(guò) 2 mm篩后裝袋密封備用。供試土壤理化性質(zhì)見表2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 研究區(qū)典型崩崗Fig. 1 Typical collapse in the study area

表1 采樣層分布信息Table 1 Information of sampling layers

表2 供試花崗巖崩崗?fù)馏w理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of the tested soil

本試驗(yàn)控制干密度為1.5 g·cm-3。根據(jù)表2 中崩壁不同層次土壤液塑限數(shù)據(jù)結(jié)果所示，各土層塑限極大值為36.85，出現(xiàn)在紅土層中，極小值為27.98，出現(xiàn)在碎屑層中。因此初始含水率設(shè)置分別為紅土層 15%、20%、25%、30%、35%五個(gè)梯度，砂土層和碎屑層初始含水率均為15%、20%、25%、30%四個(gè)梯度，膨脹和收縮試驗(yàn)各39 組處理，每組試驗(yàn)3 個(gè)重復(fù)，圖中數(shù)據(jù)均以均值和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)體現(xiàn)。膨脹試驗(yàn)為有側(cè)限飽和膨脹，歷時(shí)24 h，數(shù)據(jù)采集時(shí)間步長(zhǎng)為2 s；收縮試驗(yàn)為無(wú)側(cè)限無(wú)荷收縮，歷時(shí)96 h，數(shù)據(jù)采集時(shí)間步長(zhǎng)為60 s。膨脹和收縮試驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境條件控制為室溫不超過(guò) 30℃，相對(duì)濕度50%～60%。試樣制備和試驗(yàn)步驟嚴(yán)格遵守《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）和《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999），同時(shí)也參照其他試驗(yàn)手冊(cè)[22]。

無(wú)荷膨脹率試驗(yàn)裝置和線性收縮率試驗(yàn)裝置采用南京泰克奧科技有限公司生產(chǎn)的 TKA-PZY-1 型土壤膨脹儀和TKA-SSY-1 型土壤收縮儀。本試驗(yàn)采用南京泰克奧科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的TKA-DAI-8D 型數(shù)據(jù)采集盒和V2.1 型數(shù)據(jù)采集處理軟件，以數(shù)據(jù)采集盒為中轉(zhuǎn)設(shè)備，通過(guò)數(shù)據(jù)線將數(shù)顯式位移傳感器（測(cè)量精度為0.01 mm，測(cè)量誤差為5%，最大量程為12.70 mm，工作溫度為0～40℃）、數(shù)據(jù)采集盒和電腦端數(shù)據(jù)采集處理軟件連接起來(lái)，準(zhǔn)備工作完成后在電腦端軟件頁(yè)面點(diǎn)擊“開始”即可自動(dòng)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。改變以往同類試驗(yàn)人工記錄耗時(shí)費(fèi)力，人工判讀對(duì)數(shù)據(jù)精度和誤差影響較大的弊端；同時(shí)還可以根據(jù)試驗(yàn)需要，設(shè)置數(shù)據(jù)采集時(shí)間步長(zhǎng)，可獲得精度較高的持續(xù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)，降低因人工判讀而造成的試驗(yàn)誤差，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)膨脹和收縮曲線變化。試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)的有效測(cè)量精度和誤差與后續(xù)計(jì)算分析精度均以數(shù)顯式位移傳感器的測(cè)量精度和誤差為依據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同水分條件下崩壁土體膨脹特性

為探究崩壁土體膨脹時(shí)程規(guī)律，對(duì)不同初始含水率條件下崩壁土體（紅土層、砂土層和碎屑層）試樣進(jìn)行無(wú)荷膨脹率試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果可見無(wú)荷膨脹率隨時(shí)間變化曲線，如圖2 所示。從圖中可知，崩壁土體無(wú)荷膨脹率隨時(shí)間增加而增大，在24 h 左右吸水量達(dá)到飽和，膨脹趨于穩(wěn)定。試樣初始含水率越低，其無(wú)荷膨脹率越大，反之則無(wú)荷膨脹率越小。對(duì)于含水率在 15%～35%的五組不同初始含水率試樣，各土層24 h 最終膨脹率總體趨勢(shì)上均表現(xiàn)為紅土層最大，砂土層次之，碎屑層最小。其中紅土層在 15%初始含水率時(shí)的最終膨脹率最大，其值為11.64%；在35%初始含水率時(shí)的最終膨脹率最小，其值為1.13%；紅土層的最大膨脹率與最小膨脹率之間相差10.30 倍。砂土層和碎屑層的最大膨脹率和最小膨脹率與紅土層表現(xiàn)為同樣的規(guī)律，均出現(xiàn)在初始含水率梯度的兩個(gè)極值，但不同于紅土層的是其最大膨脹率和最小膨脹率的差距分別為19.02 倍和14.80 倍。此外，由圖2還可知，崩壁土體在不同初始含水率條件下的膨脹時(shí)程均有明顯規(guī)律性，可將無(wú)荷膨脹率變化曲線分為三個(gè)明顯的不同階段，即快速膨脹階段、緩慢膨脹階段和膨脹穩(wěn)定階段，這與其他研究者的結(jié)論一致[13，23]，說(shuō)明崩壁土體的膨脹程度和延吉盆地的黑土一樣，主要是由土體吸水增濕的初期所控制。初始含水率越小，土層深度越淺，膨脹時(shí)程曲線三階段越明顯，特別是快速膨脹階段；隨著初始含水率的增加和土層深度的加深，膨脹過(guò)程曲線漸趨平緩，三階段膨脹變化程度明顯漸漸降低。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)初始含水率越小，其快速膨脹歷時(shí)越短，快速膨脹速度越快。

圖2 不同初始含水率條件下無(wú)荷膨脹率隨時(shí)間變化曲線Fig. 2 Temporal variation curve of no-loading expansion rate with initial water content

由圖2 可知，總體而言大部分膨脹在快速膨脹這一階段內(nèi)完成，速度快且明顯，大致在膨脹開始后的1 h 以內(nèi)完成，約占最終膨脹量的75%～85%；緩慢膨脹階段的膨脹量約占最終膨脹量的 10%～15%，大致在膨脹開始后的1～5 h 時(shí)間段；穩(wěn)定階段的膨脹量幾乎不會(huì)發(fā)生較大波動(dòng)，在膨脹曲線上表現(xiàn)為相對(duì)平穩(wěn)，大致在膨脹開始后的5～24 h 時(shí)間段，其膨脹量不足最終膨脹量的5%。分析原因可知，崩壁不同層次重塑土壤內(nèi)部因含水率較低而存在相對(duì)較多的內(nèi)部孔隙。當(dāng)試樣遇水時(shí)，崩壁土壤吸力大、吸水較快，其膨脹速率也較快，在這一階段完成絕大部分膨脹變形。不同于膨脹土礦物成分主要由蒙脫石等親水性礦物組成，其膨脹變形主要發(fā)生在膨脹試驗(yàn)開始后的30 min 內(nèi)[13]，崩崗?fù)寥赖酿ね恋V物成分不含有蒙脫石[24]，其膨脹變形主要發(fā)生在膨脹試驗(yàn)開始后的1 h 內(nèi)。隨著水分含量的增多，土體顆粒間距增大，孔隙中的空氣逐漸被水分排擠出，試樣吸水速率減緩，無(wú)荷膨脹率增幅趨于平緩直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，崩崗?fù)寥揽焖倥蛎洉r(shí)間大于膨脹土，其最終膨脹率小于膨脹土。

不同土層初始含水率與無(wú)荷膨脹率的擬合關(guān)系曲線如圖3 所示，隨著初始含水率的增大，紅土層、砂土層和碎屑層的無(wú)荷膨脹率均呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，反之，其無(wú)荷膨脹率均表現(xiàn)為增大的趨勢(shì)。隨著初始含水率的變化，紅土層的無(wú)荷膨脹率變幅約為10%，砂土層和碎屑層的無(wú)荷膨脹率變幅均小于紅土層，分別約為 7.50%和 6.50%。通過(guò)對(duì)無(wú)荷膨脹率和初始含水率的關(guān)系進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，不同于膨脹土的無(wú)荷膨脹率與初始含水率存在著良好的線性關(guān)系[11，13，23]，初始含水率對(duì)崩壁不同土層無(wú)荷膨脹率的影響存在著明顯的指數(shù)遞減關(guān)系。這是因?yàn)榕蛎浲劣捎谄涞V物成分主要由蒙脫石和伊利石等親水性黏土礦物組成，膨脹潛勢(shì)遠(yuǎn)大于崩崗?fù)寥溃硪环矫鎰t是由于其他研究者的膨脹時(shí)間數(shù)倍于本試驗(yàn)的膨脹時(shí)間，所以在含水率和膨脹率的擬合關(guān)系上表現(xiàn)出差異性。紅土層、砂土層和碎屑層的擬合方程的決定系數(shù)R2均大于0.96，其擬合所得回歸方程均符合以下函數(shù)關(guān)系：

式中，δe為無(wú)荷膨脹率，%；ω為初始含水率，% ；a、b和c均為回歸方程參數(shù)，與土壤初始干密度和土層性質(zhì)有關(guān)。

圖3 不同土層初始含水率與無(wú)荷膨脹率的擬合關(guān)系曲線Fig. 3 Fitting relationship between initial water content and no-loading expansion rate relative to soil layer

2.2 不同水分條件下崩壁土體收縮特性

通過(guò)對(duì)不同初始含水率條件下的崩壁土體進(jìn)行線性收縮率試驗(yàn)，研究崩壁土體收縮時(shí)程規(guī)律，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見線性收縮率隨時(shí)間變化曲線，如圖 4所示。從圖中可知，崩壁土體的線性收縮率隨時(shí)間的增加而增大，最終趨于某一穩(wěn)定值。試樣初始含水率越高，其線性收縮率越大，反之則線性收縮率越小。對(duì)于含水率在 15%～35%的五組不同初始含水率試樣，各土層的96 h 最終線性收縮率整體趨勢(shì)上均表現(xiàn)為紅土層最大，砂土層次之，碎屑層最小。其中紅土層在35%初始含水率時(shí)的最終線性收縮率最大，其值為 5.53%；在 15%初始含水率時(shí)的最終線性收縮率最小，其值為 0.23%；紅土層的最大線性收縮率與最小線性收縮率之間相差 24.04 倍。砂土層和碎屑層的最大線性收縮率和最小線性收縮率與紅土層表現(xiàn)為同樣的規(guī)律，均出現(xiàn)在初始含水率范圍的兩個(gè)極值，但不同于紅土層的是其最大線性收縮率和最小線性收縮率的差距分別為7 倍和2.80倍。此外，由圖4 還可知，崩壁土體在不同初始含水率條件下的收縮時(shí)程同樣具有明顯的規(guī)律性，可將線性收縮率變化曲線分為三個(gè)明顯不同的階段，即快速收縮階段、緩慢收縮階段和收縮穩(wěn)定階段，這與其他研究者的結(jié)論一致[19，24]，說(shuō)明崩壁土體的收縮程度和膨脹土一樣，主要是由土體失水減濕的初期所控制。初始含水率越大，土層深度越淺，收縮時(shí)程曲線三階段越明顯，特別是快速收縮階段；隨著初始含水率的減小和土層深度的加深，收縮時(shí)程曲線漸趨平緩，收縮變化三階段明顯程度逐漸降低。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)初始含水率越大，其快速收縮歷時(shí)越短，快速收縮速度越快。

由圖4 可知大部分收縮在快速收縮這一階段內(nèi)完成，速度快且明顯，大致在收縮開始后5 h 內(nèi)完成，約占最終收縮量的85%；緩慢收縮階段的收縮量約占最終收縮量的 10%，大致對(duì)應(yīng)圖中 5～18 h時(shí)間段；穩(wěn)定階段的收縮量幾乎不會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)，在收縮曲線上表現(xiàn)為平直線，大致對(duì)應(yīng)圖中18～96 h 時(shí)間段，其收縮量約占最終收縮量的5%。分析原因可知，初始階段土體蒸發(fā)損失的是自由水，而隨著土體中的水分不斷蒸發(fā)散失，自由水全部損失后結(jié)合水也開始逐步散失直至損失殆盡，在這一過(guò)程中，水膜逐漸變薄，雙電層厚度因此而減?。煌瑫r(shí)由于水分散失產(chǎn)生的負(fù)孔隙壓力迫使土粒之間不斷靠攏距離逐漸縮小，顆粒間的斥力漸大以至于超過(guò)負(fù)空隙壓力，此時(shí)土體不再收縮并趨于穩(wěn)定[23]。

圖4 不同初始含水率條件下線性收縮率隨時(shí)間變化曲線Fig. 4 Temporal variation curve of linear shrinkage rate with initial water content

不同土層初始含水率與線性收縮率的擬合關(guān)系曲線如圖5 所示。隨著初始含水率的增大，紅土層、砂土層和碎屑層的線性收縮率均呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，反之，其線性收縮率均表現(xiàn)為減小的趨勢(shì)。隨著初始含水率的變化，紅土層的線性收縮率變幅約為5%，砂土層和碎屑層的線性收縮率變幅均小于紅土層，分別約為2%和0.65%。通過(guò)對(duì)線性收縮率和初始含水率的關(guān)系進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，初始含水率對(duì)崩壁不同土層線性收縮率的影響存在著明顯的指數(shù)遞增關(guān)系，與章李堅(jiān)等[24]研究結(jié)果一致。紅土層、砂土層和碎屑層的擬合方程的決定系數(shù)R2均大于0.96，其擬合所得回歸方程均符合以下函數(shù)關(guān)系：

圖5 不同土層初始含水率與線性收縮率的擬合關(guān)系曲線Fig. 5 Fitting relationship between initial water content and linear shrinkage rate relative to soil layer

式中，δsl為線性收縮率，%；ω為初始含水率，% ；a、b和c均為回歸方程參數(shù)，與土壤初始干密度和土層性質(zhì)有關(guān)。

2.3 不同水分條件下崩壁土體脹縮特性差異

從上述膨脹試驗(yàn)和收縮試驗(yàn)的結(jié)果分析可知，膨脹時(shí)程曲線和收縮時(shí)程曲線在整體上具有明顯的相似性。首先，膨脹時(shí)程曲線和收縮時(shí)程曲線的總體變化趨勢(shì)基本上一致，均表現(xiàn)為膨脹率和收縮率隨著脹縮時(shí)間的增大而增大。其次，在脹縮過(guò)程特征上，膨脹和收縮均可分為明顯相似的3 個(gè)階段，均經(jīng)歷了從快速脹縮的斜直線至緩慢脹縮的外凸弧線最后至脹縮穩(wěn)定的平直線的脹縮變化過(guò)程；但膨脹和收縮兩個(gè)相反過(guò)程各對(duì)應(yīng)階段的歷時(shí)及其脹縮變形程度具有較大差異，表現(xiàn)為膨脹速率遠(yuǎn)快于收縮速率，最終膨脹量遠(yuǎn)大于最終收縮量。

崩壁不同土層最終膨脹率和最終收縮率隨初始含水率的變化曲線見圖 6。從圖中可知，隨著初始含水率的增大，無(wú)荷膨脹率隨之減小，線性收縮率隨之增大，具體表現(xiàn)為紅土層的最終膨脹率由11.64%減小至1.13%，砂土層的最終膨脹率由8.37%減小至 0.44%，碎屑層的最終膨脹率由 7.40%減小至 0.50%；紅土層的最終收縮率由 0.23%增加至5.53%，砂土層的最終收縮率由0.33%增加至2.30%，碎屑層的最終收縮率由 0.35%增加至 0.98%。在初始含水率變化范圍內(nèi)，不同土層的最大無(wú)荷膨脹率均表現(xiàn)為紅土層最大，砂土層次之，碎屑層最小的趨勢(shì)，最大線性收縮率也呈現(xiàn)出一致的趨勢(shì)。對(duì)同一土層而言，膨脹變化幅度均較收縮變化幅度大。其中紅土層的膨脹變化幅度為10.51%，收縮變化幅度為 5.30%；砂土層的膨脹變化幅度為 7.93%，收縮變化幅度為 1.97%；碎屑層的膨脹變化幅度為6.90%，收縮變化幅度為0.63%。相同土層的膨脹變化幅度和收縮變化幅度同樣均為紅土層最大，砂土層次之，碎屑層最?。慌蛎涀兎h(yuǎn)大于收縮變幅，紅土層的膨脹變幅為其收縮變幅的1.98 倍，砂土層和碎屑層的膨脹變幅分別為其收縮變幅的 4.03 倍和10.95 倍。通過(guò)對(duì)比不同土層的脹縮性能發(fā)現(xiàn)，膨脹和收縮之間存在著發(fā)展不同步、脹縮變形不均衡，表現(xiàn)為紅土層的膨脹和收縮變化幅度最大，分別較砂土層高 2.58%和3.33%，較碎屑層高3.61%和4.67%。說(shuō)明隨著土層深度的加深，表層紅土的脹縮性能最大，砂土層次之，碎屑層最小，這與在野外實(shí)際觀察到的現(xiàn)象是一致的。這種不可逆的脹縮現(xiàn)象可能是造成土體產(chǎn)生裂隙進(jìn)而引起崩壁坍塌的原因。

圖6 不同初始含水率條件下各土層最終脹縮率對(duì)比圖Fig. 6 Comparison between soil layers in final expansion and shrinkage rate relative to initial water content

有研究認(rèn)為，土壤脹縮變形是一對(duì)作用相反、能夠互逆的過(guò)程。從前述膨脹時(shí)程曲線和收縮時(shí)程曲線中可知，雖然膨脹曲線和收縮曲線在整體上具有一定的相似性，但是其膨脹和收縮過(guò)程并不是一個(gè)完全可逆的過(guò)程。數(shù)學(xué)意義上膨脹過(guò)程的逆過(guò)程為收縮過(guò)程，即膨脹曲線與收縮曲線為中心對(duì)稱曲線。從圖6 中同理可知，紅土層、砂土層和碎屑層所對(duì)應(yīng)的隨初始含水率變化的脹縮對(duì)比曲線均呈相互交叉狀而非中心對(duì)稱曲線，這從數(shù)學(xué)意義上說(shuō)明膨脹與收縮是一個(gè)不可逆的過(guò)程。另一個(gè)方面，在初始含水率變化范圍內(nèi)，紅土層的最大脹縮差為6.11%，最大膨脹率為最大收縮率的 2.10 倍；砂土層的最大脹縮差為6.07%，最大膨脹率為最大收縮率的3.64 倍；碎屑層的最大脹縮差為6.42%，最大膨脹率為最大收縮率的 7.55 倍。由此可說(shuō)明，膨脹和收縮是不可逆的過(guò)程，同時(shí)也是不同步和不均衡的。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)通過(guò)室內(nèi)無(wú)荷膨脹率和線性收縮率試驗(yàn)對(duì)安溪縣崩崗區(qū)崩壁土體脹縮性能進(jìn)行研究，總體上崩壁土體膨脹和收縮過(guò)程具有明顯的相似性，均可大致劃分為斜直線快速階段-外凸弧線緩慢階段-平直線穩(wěn)定階段三個(gè)不同過(guò)程。不同土層的無(wú)荷膨脹率均隨初始含水率增大而減小，線性收縮率則相反。初始含水率與無(wú)荷膨脹率和線性收縮率之間均具有良好的指數(shù)關(guān)系，其中初始含水率與崩壁不同層次土壤無(wú)荷膨脹率之間存在著明顯的指數(shù)遞減關(guān)系。不同土層最大無(wú)荷膨脹率和最大線性收縮率均表現(xiàn)為紅土層最大，砂土層次之，碎屑層最小，說(shuō)明隨著土層深度的增大，崩壁土體的脹縮性能逐漸降低。這種不可逆的脹縮現(xiàn)象是造成土體產(chǎn)生裂隙進(jìn)而引起崩壁坍塌的原因。本試驗(yàn)以崩壁土體為對(duì)象，由于只考慮含水率變化對(duì)土壤脹縮特性的影響，僅從一個(gè)側(cè)面揭示了崩崗?fù)馏w的脹縮特性，因此后續(xù)還要在此基礎(chǔ)上結(jié)合土體結(jié)構(gòu)、膠體含量、礦物成分、上部載荷和干密度等內(nèi)外影響因素進(jìn)一步研究崩崗?fù)馏w脹縮特性。