含盐量对滑坡粘性土强度影响的试验研究

于明波

摘 要：本文以滑坡带粘性土为研究对象，开展了不同溶液离子浓度下的直剪试验，探讨孔隙含盐量变化对土体强度特性的影响。结果表明，土体含盐量的变化对粘性土强度影响显著，且变化趋势与上覆压力大小相关；同时，随含盐量增加内摩擦角略增大，而粘聚力减小。上述试验结果归因于盐溶液通过水土化学作用除抑制扩散双电层发育外，还会改变粘性土的组构（孔隙状态和结构），进而对剪切过程中变形破坏的形式及强度特性造成影响。

关键词：滑坡带粘性土；含盐量；剪切强度

1 概述

滑坡作为人类生活中常见的地质灾害，造成大量人员伤亡及财产损失。由于诱导滑坡发生的因素及作用机理的多变性和复杂性，准确预测滑坡的发生比较困难[1，2]。因此，滑坡一直是世界各国研究的重要地质和工程问题之一。

目前，国内外学者在此方面已开展了大量的相关研究。文献[3]通过对滑坡体实例的数值模拟研究，揭示了边坡变形破坏受降雨影响的特征，并提出在进行破坏计算中应考虑降雨入渗的影响。文献[4]通过开展蒸发和降雨条件下模型对边坡稳定性进行了研究，得出降雨与蒸发对边坡的表层滑动土体的稳定性具有显著影响，而对深层滑动土体的影响相对较小。文献[5-7]研究了降雨强度、历时、前期降雨、土体渗透特性以及降雨类型等降雨因素对边坡稳定性的影响。

上述文献大多集中对不同降雨要素下边坡土体稳定性进行研究。但岩土体，尤其是粘性土，其固体骨架通常带电。当它与水充分接触时，因粘土颗粒和水分子均存在不平衡的电荷，且水中包含着各种离子，使得在粘粒-水-电系统间存在显著的相互作用力[8]。在环境荷载作用下，粘性土将表现出极为复杂的化学-力学耦合效应。而对其相互作用机制的研究工作还缺乏系统深入，这已严重地制约了许多重大工程问题的有效解决。

基于此，本文通过选择滑坡带粘性土为研究对象，开展了一系列NaCl含量即不同孔隙溶液离子浓度下粘性土的直剪试验，探讨了土体孔隙含盐量对滑坡粘性土强度的影响，得出孔隙溶液离子浓度与土体抗剪强度指标之间的关系。

2 试验过程

2.1 试验材料介绍

试验所用土样取某滑坡带。其相应的物性指标如下：比重为2.73、液限为48.3%、塑限为23.8%，塑性指数24.5；土体的砂粒组占16.1%，粉粒组占20.6%，粘粒组占63.3%。

2.2 试样土样的制备

因天然土体中含有易溶盐，为避免原有易溶盐对直剪试验的影响。试验前，需用蒸馏水对土体进行洗盐。洗盐达标后的试验土体再进行烘干-碾碎-烘干，密封保存。

将化学溶液与干土混合均匀后，密封保存3d后，采用分层压实成环刀样，后抽真空饱和。为使反应充分，浸泡养护15天，做好防蒸发措施，避免水分蒸发使溶液浓度变大，对试验造成影响。

2.3 直剪试验

（1）试验方案设计

本次试验，溶液浓度共设6级，分别是蒸馏水和浓度为0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mol/L的NaCl溶液。每级离子浓度的直剪试验中，采用4个平行试样，分别施加100、200、300、400kPa的固结压力下固结稳定后进行剪切。

（2）直剪试验

本次直剪试验采用固结慢速剪切模式进行试验，试验仪器及操作步骤按照《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）中的相关规定进行，各试样的试验条件保持一致。

3 试验结果与分析

3.1 抗剪强度变化规律

图1展示了相同正应力下抗剪强度随溶液浓度变化趋势。

从图中可以看出，当正应力为不超过200kPa时，强度值随浓度增加，先降后升。而当正应力为300和400kPa时，强度值随浓度增加，先增加后趋于稳定。这充分说明孔隙含盐量对土体强度的影响与上覆正应力的大小有关。其主要归结于粒间物理化学力的改变，将引起组构（孔隙状态和结构）的变化，致使剪切区域颗粒的接触点数量发生改变，进而影响强度特性。

3.2 强度指标变化规律

图2展示了强度指标变化与孔隙溶液浓度变化的关系。

从图中可以看出，随浓度的增加，内摩擦角先急剧增大后趋于稳定；粘聚力逐渐降低，但降低梯度逐渐变小。这是因为溶液浓度增加后抑制扩散双电层的发育，致使颗粒间粗糙程度增加和粒间物理化学作用力发生改变所导致。

4 结论

（1）孔隙含盐量对滑坡带粘性土强度影响显著，其变化趋势与上覆正应力的大小有关。原因是，粒间物理化学力改变将引起组构（孔隙状态和结构）的变化，致使剪切区域颗粒的接触点数量发生改变，进而影响强度特性。

（2）孔隙含盐量增加可以提高试验土体的内摩擦角，而降低了粘聚力。主要与粘土矿物颗粒表面的扩散双电层厚度的变化有关。

参考文献

[1]林鸿州，于玉贞，李广信，等.降雨特性对土质边坡失稳的影响[J].岩石力学与工程学报，2009，28（1）：198-204.

[2]武丽.降雨入渗对边坡渗流特性及稳定的影响研究[D].南京：河海大学，2005.

[3]刘小伟，刘高，谌文武，等.降雨对边坡变形破坏影响的综合分析[J].岩石力学与工程学报，2003（z2）：2715-2718.

[4]魏宁，茜平一，傅旭东.降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响[J].岩土力学，2006，27（5）：778-782.

[5]徐全，谭晓慧，沈梦芬.降雨入渗条件下土质边坡的稳定性分析[J].岩土工程学报，2012，34（suppl）：254-259.

[6]纵岗，梅岭，姜朋明，等.降雨入渗作用下土质边坡稳定性分析[J].长江大学学报自然科学版：理工（上旬），2013（12）：56-59.

[7]梅嶺，纵岗，姜朋明，等.降雨要素对土质边坡稳定性的影响分析[J].江苏科技大学学报：自然科学版，2013，27（5）：439-443.

[8]李广信.高等土力学[M].北京：清华大学出版社，2004.