贛縣區礦物風化過程中崩崗土體抗剪強度與含水率的關系研究

（江西應用技術職業學院，江西 贛州 341000）

贛縣區位于江西省贛州市北部，其境內進行地質勘查中發現因礦物風化出現了崩崗侵蝕。礦物風化通常伴隨著有大量的泥沙等沉積物排出，通過水流的作用形成洪積扇，可以在山上快速淹沒和掩埋大面積的山間和綠地，且有大量被壓埋的區域無法恢復，嚴重威脅當地人民的生活生產，對該區域的崩崗調查和機理研究亟待開展。崩崗土體的抗剪強度對土的抗侵蝕能力有一定影響，是崩崗侵蝕形成的一個影響因素，而土體抗剪強度指標與土體的含水率有較大關系[1]。

1 研究方法

1.1 野外調查

從礦物風化較為研究區域進行野外調查，研究崩崗的活動性、形態和侵蝕程度。根據國內大部分學者都認可的崩崗形態劃分方法來劃分研究區崩崗的類型的，即根據崩崗邊緣線所形成的具體輪廓并以生活中的日常物品和熟悉的形象來進行形似類比劃分，可劃分的類型有瓢形崩崗、掌形崩崗、枝形崩崗、條形崩崗和復合型崩崗[2]。通過對贛縣區境內一些較為嚴重的崩崗侵蝕進行了勘查，并做了一些類比，得出的結果是該研究區的崩崗形態為復合型崩崗。

1.2 試驗設計

本次試驗的任務是測定不同含水率條件下崩崗土體的抗剪強度指標，試驗設計在不同含水率下對崩崗土體的抗剪強度進行測定，試驗設計為6組不同含水率，對應6組抗剪強度試驗；按規定，抗剪強度試驗至少須4個樣（分別為50Kpa、100Kpa、150Kpa、200Kpa下進行），且至少須進行兩次試驗，然后取其平均值，所以一組抗剪強度試驗須8個樣，另取48個樣作為備用樣，總計為96個原狀樣。試驗過程中準確的記錄好試驗數據，直剪試驗后，把數據進行整理分析，若發現某組或某個樣的數據存在較大的誤差，則啟用備用樣重復該組或該個試樣對應的壓應力下的剪切試驗直至收集到準確數據。同時，在每個樣的進行抗剪強度試驗后都要取剪切破壞面處的土樣置于鋁盒中進行含水率的測定，其中含水率的測定采用烘干法，置于烘箱中烘6～8小時，取出置于干燥瓶內冷卻至室溫后稱重，計算出試樣的含水率。

1.3 室內試驗

1.3.1 抗剪強度試驗

本次試驗樣品是現場取得的環刀原狀樣，室內浸水飽和后風干不同時間獲得不同含水率的土樣，然后進行直剪試驗，獲得不同含水率下土體的抗剪強度指標（黏聚力c和內摩擦角φ）。

剪切試驗后收集好數據并對數據利用軟件進行處理分析，輸入數據作出剪切位移和剪切應力的關系曲線、法向壓應力和土體抗剪強度曲線。

圖1 含水率 5.33% 剪應力 - 位移關系曲線

圖2 含水率 5.33%τ-σ 關系

圖3 含水率 8.18% 剪應力-位移關系曲線

圖4 含水率 8.18%τ-σ 關系

圖5 含水率 12.12% 剪應力 - 位移關系曲線

圖6 含水率12.12%τ-σ關系

圖7 含水率19.90% 剪應力 - 位移關系曲線

圖8 含水率 19.90%τ-σ 關系

圖9 含水率25.51%剪應力 - 位移關系曲線

圖10 含水率25.51%τ-σ 關系

表1 不同含水率條件下土體抗剪強度指標

1.3.2 含水率的測定

對應含水率的測定是采用烘干法進行，對每個抗剪強度試驗后的試樣取其剪切面處的土體置于事先準備好的鋁盒中，放入烘箱烘干，稱量體重計算含水率。該試驗所需的含水率計算公式為：ω0=(mw/ms)×100%。

2 研究結果與分析

根據庫倫（Coulomb C A）提出的土體抗剪強度理論，得出礦物風化過程中崩崗土體的不同含水率條件下的抗剪強度指標，利用烘干法對土體的含水率進行測定，最后確定不同含水率下土體的黏聚力c、內摩擦角φ與含水率的關系。試驗的剪應力-位移關系曲線和τ-σ曲線如圖1～圖10。

利用Excel2016進行數據整理，計算不同含水率條件的土體抗剪強度指標見表1，關系曲線見圖11。

圖11 黏聚力、內摩擦角與含水率關系曲線

表1數據和圖11曲線中表明，贛縣區礦物風化過程中崩崗土體的黏聚力隨含水率的增加呈現減小的趨勢，當土體含水率由5.33%增加到19.90%時，黏聚力由18.63KPa下降至9.76KPa，下降率為47.6%；當土體含水率由19.90%增加到27.68%時，黏聚力c由9.76KPa下降至8.27KPa，下降率為7.99%，下降趨勢減緩。崩崗土體的內摩擦角隨含水率的增加呈現增大的趨勢，當土體含水率由5.33%增加到12.12%時，內摩擦角由24.57°增加至26.68°，增長率為9.08%。土體黏聚力與不同含水率之間的三次線性擬合結果表明，兩者之間呈負相關性。

3 結論

通過對不同含水率下贛縣區崩崗抗剪強度的變化特征的試驗研究，試驗數據表明：①贛縣區礦物風化過程中崩崗土體的黏聚力從風干狀態下（含水率5.33%）變化到飽和狀態下（含水率27.68%）過程中不斷減小，即崩崗土體含水率從天然狀態下5.33%增長到15%左右時，土體的黏聚力c下降明顯，后期含水率的增加對黏聚力影響較小，總體上崩崗土體的黏聚力c與含水率w呈負相關；②崩崗土體內摩擦角隨著含水率的增加有小幅度增大，即崩崗土體含水率從天然狀態下5.33%增長到15%左右時，土體的內摩擦角增長幅度明顯，后期含水率的增加對內摩擦角增長影響較小，總體上崩崗土體的內摩擦角隨著含水率的增大而增大。

侵蝕的發育過程與水的作用有著密切的關系。在崩崗發育地區，降雨過程引起崩崗土體含水率的增加，進而導致土體黏聚力c的降低。表層土體豎向應力較小，土體的抗剪強度主要由黏聚力提供，而含水率增加引起的黏聚力減小幅度非常顯著，土體抗沖刷能力也因此大幅下降，這是導致崩崗發育和擴大的重要原因。