昌宁共浴滑坡土体级配特性研究★
2022-09-01蒋忠国赵兴泽朱加见
蒋忠国，蒋 玉，王 奎，赵兴泽，朱加见
(保山学院工程技术学院，云南 保山 678000)
1 概述
滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响,在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体的或者分散的顺坡向下滑动的自然现象。土体的颗粒级配作为土体的重要指标，其颗粒组成与分布情况能够揭示成土环境，颗粒组成决定了源区土体的物理性质。如颗粒的粗细对土体的孔隙、级配、渗透性和黏性等性质的影响。通过分析其土体的颗粒组成特征了解滑坡发生机理，提高预警预防体系应用，从而降低人员伤亡，减少财产损失。故国内外学者对滑坡的土体级配皆有一定研究。2014年，左昌群[1]通过对比滑带土与表层土颗粒级配情况，得到颗粒粒径具有较好的分形特征。2017年，徐影[2]总结了现有的三类适用于连续级配土的级配方程，即双曲线型、反S型及混合型的级配曲线，并分析了各类方程的特点及应用。王小军等[3]基于文献综述结合实际经验和理论分析，总结了一套确定泥石流固体物质颗粒全级配的取样方法、数据分析方法以及数据融合方法。2018年，李天话[4]运用三维离散元素法、对比模型试验以控制粒径为参数，探讨岩土体不同级配对滑体的堆积形态、运动速度及冲击力等动力学特征的影响。次年，以滑坡岩土体颗粒级配作为研究因素，以灾害现场滑坡堆积体反粒序分布结构这一地质特征为依据，运用模型试验与数值模拟相结合的手段，分析不同颗粒级配滑坡岩土体运动及冲击过程中的运动学及动力学参数演化特征[5]。2019年，张新民[6]采用颗粒筛分试验统计干湿循环作用后土体颗粒粒径分布，揭示了粒径(D)随围压及干湿循环次数变化的规律。张志东[7]以滑坡岩土体粒径分布作为研究因素，运用模型试验与数值模拟相结合的手段，依照典型滑坡尺寸构建滑槽模型，选用HertzMindlin本构模型确立模型参数、建立数值模拟试验，分析不同粒径分布条件下(包括粒序分布条件和级配条件)滑坡岩土体运动参数及冲击力力链特性的演化特征。
激光粒度分析法操作简便、试验结果重复性好、可靠性更强，是一种理想的粒径分析方法。本文以筛分法(以水筛为主)(d>0.5 mm)和激光粒度分析仪(d<0.5 mm)相结合，分析土体横向与纵向级配特性的异同点。
2 试验
2.1 实验仪器、土体物理特性与样品
2.1.1 试验仪器
新标准土壤筛：执行标准JGJ 52—2006，测试范围大于0.5 mm。
美国贝克曼库尔特有限公司生产的高精度LS13320激光衍射粒度分析仪，测试范围为0.04 μm～2 000.00 μm。
电子秤精度：0.001 kg。
102A-2型电热恒温鼓风干燥箱：将温度控制在65 ℃～90 ℃的恒温下烘干6 h。
2.1.2 土体物理特性
对昌宁共浴滑坡土体试样，依据《土工试验方法标准》进行物理特性试验。由表1可知天然含水率SY4-下最高为29.58%，SY1-上最低为9.12%，整体含水率偏低(黏土最优含水率：25%～28%)。天然湿密度范围在1.31 g/cm3～1.94 g/cm3之间，取样点1密度较为均匀，其余取样点密度都不均匀。根据塑性指数规定，10 表1 共浴滑坡土体物理特性 2.1.3 样品 本次项目研究以昌宁县共浴村滑坡土体作为试验的试样(E：99°40′41.96″，N：24°54′2.78″)。利用筛分试验(水筛)测定滑坡颗粒级配并分析其组成成分。本次分别在4条滑坡(S1-S4)的上中下3个位置取样，共取12个土样，分别编号为SY(1-4)上、SY(1-4)中、SY(1-4)下。 2.2.1 水筛法 1)取样品约500 g，放置于干燥容器内，加入适量清水，浸泡24 h。 2)按孔径大小为:20 mm，10 mm，5 mm，2 mm，1 mm，0.5 mm的筛网，将浸泡好的土体试样，依次过筛。 3)过下一筛网时应将上一放入少量水的盆中试样也过筛网(需洗净该盆残留物)。 4)将0.5 mm以下试样需两次放置澄清:0.5 mm以下试样澄清后将上层净水抽去(选择吸管进行处理)，0.5 mm以下试样盆中净水抽完后，将试样倒入试样盘中(洗净试样盆)进行第二次澄清；将第二次澄清后的试样盘中上层净水抽去(选择洗耳球进行处理)。 5)洗净各粒径试样盘，先将其放入干燥箱烘干，将烘干后的各粒径试样盘进行称量。 6)把筛分好和澄清好的样品倒扣试样盘中，放入干燥箱烘干，称量各粒径试样留筛质量。 7)用四分法取d<0.5 mm的干燥土样3 g，用于激光粒度仪分析。 8)计算出各级配区段的累积留筛土样质量与小于该孔径质量(数据精确到小数点后三位)。 9)结合水筛和激光粒度分析仪的数据，绘制颗粒级配曲线图。得出小于该孔径所占百分比与限制粒径d60(颗粒级配曲线上的粒径，小于该粒径的土体试样含量占总质量的60%)、d30(颗粒级配曲线上的粒径，小于该粒径的土体试样占总质量的30%)、有效粒径d10(颗粒级配曲线上的粒径，小于该粒径的土体试样占总质量的10%)。 10)计算不均匀系数Cu： 曲率系数Cc： 通过不均匀系数Cu与曲率系数Cc，对昌宁共浴滑坡土体级配特性进行横向分析(4个洼地级配平行对比)与纵向分析(上中下段级配对比)，分析横向与纵向土体级配特性的异同点。 2.2.2 激光粒度分析法 1)四分法取d<0.5 mm的干燥土样3 g样品置入150 mL的三角瓶中，并加入10 mL浓度为10%的H2O2(H2O2和水比例为1∶4)。 2)在电热板上加热，去掉样品中的有机质。加热过程中需用洗瓶不断冲洗烧杯壁，使有机质充分反应并防止样品随泡沫溢出烧杯，若有机质较多可适当加入10%的H2O2或纯的H2O2，直到泡沫消失，达到较好的有机质去除效果为止。 3)再加入10 mL浓度为10%的HCl去除碳酸盐，加热到50 ℃左右，液体沸腾到趋于静止为反应完全(5 mL浓度为20%)。 4)加入蒸馏水将样品洗至中性，静置24 h，用虹吸法除去烧杯上部澄清液。 5)在烧杯中加入1 mol/L的六偏磷酸钠(分散剂)溶液10 mL，将烧杯放入超声波清洗仪震荡10 min，即可供仪器测量。利用粒度分析仪测量样品时，需观测样品中是否有较大颗粒，以防止损坏仪器。 对于共浴村滑坡土体样品，不同粒径区段所占的百分比含量不同，即便是同一粒径区段，样品所取地点不同，其粒径相同的区段所占百分比含量也不相同。实验方法不同其产生的结果也不尽相同。水筛和干筛相对比，水筛对粒径级配的表达更加准确。但由于水筛的粒径限制，本试验对其共浴滑坡土体试样粒径区段d<0.5 mm 的土体使用激光粒度分析仪进行试验，得出滑坡试样各粒径所占百分比含量。 由图1可以得知，不同粒径段所占百分比含量差异趋势比较明显，根据实验结果可知：12个试样中粒径区段d>20 mm的试样，因筛孔孔径稍大，致使一些测点无比例数据且除SY1-上(17.98%)以外其余均在7%以下；粒径区段10 mm 在级配曲线(如图2所示)中，平滑程度总体较好，粒径段0.25 mm 表2 共浴滑坡土体粒度分析 颗粒级配曲线是根据筛分试验成果绘制的曲线，它反映了土中各粒组的相对含量，是直观反映泥沙样品颗粒级配组成的几何图形，根据颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度或级配是否良好。曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬殊，土颗粒不均匀，级配良好。从图2中可知，粒径区段0.25 mm 此外，在滑坡上部土体级配曲线中，由于SY1-上有粒径d>20 mm的颗粒存在，所以粒径累计百分比不等于100%，此样品不计入分析中。其余3组级配曲线图像呈平缓下降至粒径d=0.25 mm处，粒径区段0.025 mm SY2-上：80.69%,SY3-上：74.81%,SY4-上：78.21%，均大于50%。在滑坡中部土体级配曲线中，4条 曲线错综复杂交织在一起，其中SY4-中图像呈平缓至急速下降型，SY1-中,SY3-中图像呈平缓下降型，SY2-中图像呈双凹下降型。粒径区段d<2 mm重量所占比例分别为：SY1-中71.04%,SY2-中63.93%,SY3-中71.33%,SY4-中82.72%，均大于50%。在滑坡下部土体级配曲线中，4条曲线呈平缓下降型，粒径区段d<2 mm重量所占比例分别为：SY1-下64.68%,SY2-下79.06%,SY3-下72.33%,SY4-下82.26%，均大于50%，从级配曲线来看，试样重量比例占比粒径区段0.025 mm 综上所述，所有土体试样都以细颗粒为主，Cu均大于5，但有部分试样Cu偏大，存在粒径缺失，Cc<1，级配不良。 1)昌宁共浴滑坡土体试样具有土体密度较小，土间空隙较大，且天然含水率偏低，级配不良的特征；不同粒径区段所占的百分比含量不同，即便是同一粒径区段，样品所取地点不同，其粒径相同的区段所占百分比含量也不相同。2)昌宁共浴滑坡土体试样以细颗粒为主，粒径区段0.025 mm
2.2 试验方法
3 实验结果与分析
3.1 粒度组成
3.2 级配特性
4 结论
