邊坡土體含水量對(duì)流變特性的影響

李庚

摘 要 隨著科技的日益發(fā)展，巖土工程的建設(shè)需要考慮更多的東西，其中包括安全因素、施工控制設(shè)計(jì)、工程事故治理措施。邊坡土體作為巖土工程重要的基礎(chǔ)組成部分，對(duì)于其研究越來(lái)越受到重視。本文從邊坡土體含水量對(duì)流變特性的影響這一視角，重點(diǎn)分析兩者之間的關(guān)系，透過(guò)邊坡土體的流變特性，尋找出不斷增強(qiáng)其穩(wěn)定性的方式，進(jìn)而為邊坡土體的相關(guān)研究工作提供新思路，也為巖土工程的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 含水量變化 液性指數(shù) 土的流變

中圖分類號(hào)：TU45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1研究背景

土的流變研究與工程應(yīng)用緊密相連，在施工時(shí)，邊坡土體下降、傾斜以及變形等，說(shuō)明了土不僅具有彈性、塑性，還具有粘滯性即流變性。20世紀(jì)50年代以前研究者頗少注意土的流變特質(zhì)，某些工程因土地流變破壞引起事故，從而引起科學(xué)界的重視。50年代之后，西方國(guó)家就相應(yīng)成立了流變學(xué)學(xué)會(huì)，五、六十年代國(guó)內(nèi)學(xué)者也相應(yīng)注意流變學(xué)的介紹和研究。我國(guó)學(xué)者錢家歡（1966）提出考慮流變的邊坡穩(wěn)定算法。鄭孝玉、曹炳蘭（2000）進(jìn)行了土體流變?cè)囼?yàn)研究。

2影響邊坡土體穩(wěn)定性的因素

邊坡指的是為保證路基穩(wěn)定，在路基兩側(cè)做成的具有一定坡度的坡面。按照地層巖性分類可分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡。按照要求，所防護(hù)的邊坡必須是干燥、無(wú)地下水的巖質(zhì)邊坡。這就表明，水是影響邊坡穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素之一。降水（包括降雨、降雪）、凍融作用、水庫(kù)蓄水及庫(kù)水位變動(dòng)、地表水流變化和人類工程活動(dòng)等都會(huì)造成邊坡巖土體內(nèi)水環(huán)境條件的改變，從而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞。流變特性是物體在外力作用下發(fā)生的應(yīng)變與其應(yīng)力之間的定量關(guān)系。原則上來(lái)講，所有的實(shí)際物體都具有流變性，這種流動(dòng)或變形與物體的性質(zhì)一般都和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián) ，同時(shí)也與物體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。因此不同的物質(zhì)具有不同的流變特性，含水量不同的邊坡土體有不同的流變特性。筆者在本文中著重闡述巖質(zhì)邊坡的含水量與流變特性的關(guān)系。

3邊坡土體含水量對(duì)流變特性的影響

3.1液性指數(shù)與土的類別及含水量成正比，直接決定土體的流變特性

土的縮限、塑限和液限等幾個(gè)分界線，是土力學(xué)中評(píng)價(jià)粘性土的主要指標(biāo)。當(dāng)含水量小于縮限，即液性指數(shù)小于等于0時(shí)，土體堅(jiān)硬處于固態(tài)，其體積不再再發(fā)生變化；當(dāng)處于縮限和塑限之間，即液性指數(shù)大于0小于等于0.25時(shí)，土體體積隨含水量減小體積發(fā)生相應(yīng)變化，但土體為硬塑仍處于固態(tài)；當(dāng)土體含水量處于塑限和液限之間即液性指數(shù)大于0.25小于等于0.75時(shí)，土體具有可塑性，當(dāng)液性指數(shù)大于0.75小于等于1時(shí)即可以塑造出各種形狀；當(dāng)土體含水量大于液限及液性指數(shù)大于1時(shí)，土體為軟塑處于流動(dòng)狀態(tài)，即土體具有可流動(dòng)性，若是人在此種土體上行走，會(huì)非常困難。因此，液性指數(shù)越大，這種情況下的土體含水量大，流變特性強(qiáng)，可見(jiàn)土體的含水量越大，流變特性就越強(qiáng)。

3.2 含水量是非飽和土力學(xué)性質(zhì)的重要控制因素，對(duì)坡體有較大的影響

利用土水特征曲線，我們可以將含水量作為邊坡穩(wěn)定分析的重要參數(shù)，地下水與巖質(zhì)土體之間的化學(xué)作用，大大削減了巖質(zhì)土體的內(nèi)聚力，打破了原有的力學(xué)平衡。經(jīng)研究，當(dāng)土體含水量發(fā)生變化時(shí)，土體表觀內(nèi)凝聚力也相應(yīng)發(fā)生變化。當(dāng)含水量增大時(shí)，土體表觀內(nèi)凝聚力相應(yīng)減少，土體強(qiáng)度降低?？梢?jiàn)，含水量對(duì)邊坡土體的穩(wěn)定有著負(fù)面影響。

3.3含水量與邊坡土體剪應(yīng)力的關(guān)系也影響土體的流變特性

邊坡中的土是由巖石的風(fēng)化、剝離、搬遷、沉積等地質(zhì)作用而形成的，由于地表水流的作用，巖體的靜水壓力不斷變化，降低了巖體的穩(wěn)定性。我們常見(jiàn)的邊坡巖土體的滑坡是由于水流滲透進(jìn)土體，土體的密度因此增加，土體的剪應(yīng)力也相應(yīng)增加。如果邊坡土體內(nèi)部的滑動(dòng)力超過(guò)了其剪應(yīng)力，邊坡將產(chǎn)生滑動(dòng)，并且失去穩(wěn)定。

3.4邊坡土體含水量對(duì)于土體本身抗剪強(qiáng)度有著復(fù)雜的聯(lián)系，進(jìn)而影響土體的流變特性

土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，一般情況下，由于巖質(zhì)邊坡的強(qiáng)度較高，水對(duì)巖質(zhì)邊坡的影響較小，但當(dāng)?shù)乇硭趲r石表面排泄受阻時(shí)，會(huì)加大巖質(zhì)邊坡土體的重量，增加其坡體的下滑力，從而導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低。隨著非飽和土的含水量 的增大，黏聚力c和內(nèi)摩擦角 值都有減小的趨勢(shì)，但是這種關(guān)系不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。因此，邊坡土體含水量與土體本身抗剪強(qiáng)度有著復(fù)雜而又密切的聯(lián)系，這種聯(lián)系直接影響著土體流變特性，需要從多個(gè)角度，各個(gè)層次進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算與試驗(yàn)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，邊坡土體的含水量對(duì)液性指數(shù)、土體的剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度有著重大影響，進(jìn)而直接塑造并影響土體的流變特性。因此，在測(cè)量以及試驗(yàn)土地流變性時(shí)需要綜合考慮多種因素，結(jié)合不同環(huán)境下的不同現(xiàn)場(chǎng)情況而定。在巖土工程中，邊坡必須是干燥、無(wú)地下水的巖質(zhì)邊坡，在沒(méi)有絕對(duì)的良好地質(zhì)水質(zhì)地理?xiàng)l件下，應(yīng)盡可能減少含水量對(duì)土體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性帶來(lái)的不利影響，通過(guò)對(duì)邊坡的流變特性的研究和改善，化不利為有利，能為邊坡建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持。當(dāng)然在研究土體的流變特性時(shí)，也應(yīng)考慮到，隨著時(shí)間的變化，時(shí)間因素也應(yīng)該與物體在外力作用下發(fā)生的應(yīng)變以及應(yīng)力等因素共同作為考量指標(biāo)，從而保證巖土工程的長(zhǎng)期安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉忠玉，馮桂云，王喜軍.考慮流變特性的正常固結(jié)土一維固結(jié)分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2013（02）.

[2] 汪益敏，鄒超，高水琴.考慮蠕變效應(yīng)的軟土地基加筋土擋墻變形[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（04）.

[3] 雷華陽(yáng)，賈亞芳，李肖.濱海軟土非線性蠕變特性的試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013（S1）.