桂東南容縣非飽和花崗巖風(fēng)化土的土水特征

趙瑞華，韋文智，廖麗萍?，文海濤，楊云川，許英姿

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，530004，南寧；2.工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，530004，南寧；3.廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，530004，南寧；4.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，530028，南寧)

桂東南容縣花崗巖風(fēng)化土在天然狀態(tài)下呈硬塑態(tài)、抗剪強(qiáng)度高，但遇水易崩解軟化，因此，在亞熱帶季風(fēng)氣候與充沛的降雨激發(fā)作用下，花崗巖風(fēng)化土易失穩(wěn)誘發(fā)崩崗、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[1-2]，不僅造成嚴(yán)重的水土流失，而且掩埋農(nóng)田、房屋和公路，嚴(yán)重威脅到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。崩崗侵蝕、滑坡形成均與降雨入滲過程及其土體自身的滲透性質(zhì)相關(guān)[3]，因此，探明該區(qū)域花崗巖風(fēng)化土的土水特征與非飽和狀態(tài)時(shí)的滲透性是準(zhǔn)確理解崩崗侵蝕過程與機(jī)理、滑坡形成的重要基礎(chǔ)[4]。

土水特征曲線一般用含水率(或飽和度)與基質(zhì)吸力的關(guān)系曲線來定量描述。目前，濾紙法、滲析法、壓力板儀法等常用的試驗(yàn)方法雖然能獲得一定范圍的數(shù)據(jù)，但是難以描述整個(gè)基質(zhì)吸力范圍內(nèi)的土水特征。因此，國內(nèi)外學(xué)者采用Van Genuchten模型[5](簡稱VG模型)、Gardner模型[6]和Brook &Corey模型[7](簡稱BC模型)及各種修正模型等來克服上述缺陷。然而，實(shí)際應(yīng)用中并沒有嚴(yán)格劃分上述模型的使用范圍[8]。

非飽和土滲透系數(shù)與飽和土顯著不同的是：它與含水率及基質(zhì)吸力等密切相關(guān)，隨時(shí)間變化。這是因?yàn)榉秋柡屯量紫吨袣怏w的存在，使得氣液界面形成一層收縮膜，其不僅能堵塞水流動(dòng)的通道，而且能影響水在土體骨架中的分布。如果工程設(shè)計(jì)將非飽和土滲透系數(shù)當(dāng)作常量來考慮，計(jì)算結(jié)果勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)較大的誤差[9]?？梢姡瑴?zhǔn)確認(rèn)識(shí)非飽和滲透系數(shù)具有重要的工程意義[10]。然而，因基質(zhì)吸力的存在，穩(wěn)態(tài)法、瞬時(shí)截面法及濕潤鋒前進(jìn)法等直接測(cè)定非飽和滲透系數(shù)的方法存在成本高、耗時(shí)費(fèi)力及測(cè)量精度不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。為了避免上述缺點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、宏觀模型、統(tǒng)計(jì)模型等間接方法獲得非飽和滲透系數(shù)。此外，在缺乏飽和滲透系數(shù)的條件下，葉為民等[10]還針對(duì)工程的不同需求，建立了土水特征曲線與相對(duì)滲透系數(shù)的關(guān)系。

花崗巖風(fēng)化土這類特殊土具有強(qiáng)區(qū)域異質(zhì)性，其土水特征及其非飽和滲透系數(shù)是否有別于其他區(qū)域的風(fēng)化土？其特性如何？有待深入探討。因此，筆者以桂東南容縣花崗巖風(fēng)化土為研究對(duì)象，采用壓力膜儀法開展脫濕試驗(yàn)，研究各初始干密度條件下花崗巖風(fēng)化土的土水特征，分析VG、Gardner和BC模型的適用性，預(yù)測(cè)非飽和風(fēng)化土的相對(duì)滲透系數(shù)及探討滲透系數(shù)的差異，旨為崩崗侵蝕過程與機(jī)理、滑坡形成研究提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

桂東南容縣(E 110°15′00″～110°53′00″，N 22°27′00″～23°07′00″)地處北回歸線以南，面積2 257.39 km2。巖土體類型為巖漿巖、碎屑巖、變質(zhì)巖和第四系松散土體，其中，巖漿巖的分布面積最大，占55.83%，巖性為花崗巖?；◢弾r風(fēng)化層最厚可達(dá)30 m。因?yàn)榛◢弾r風(fēng)化土的表層依次為殘積土、全風(fēng)化土，且該層也是崩崗(圖1a)發(fā)育與滑坡(圖1b)滑動(dòng)面的主要區(qū)域[2]，因此，筆者以花崗巖殘積土和全風(fēng)化土為重點(diǎn)研究對(duì)象。

圖1 容縣六王鎮(zhèn)野外調(diào)研照片F(xiàn)ig.1 Field survey photos of Liuwang town in Rong county

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)土體為容縣滑坡高易發(fā)區(qū)-六王鎮(zhèn)[2]典型滑坡的花崗巖殘積土和全風(fēng)化土，取樣剖面自上而下依次為殘積土層(揭露厚度為11～20 m，圖1c)、全風(fēng)化土層(揭露厚度為10～15 m，圖1d)、強(qiáng)風(fēng)化層(揭露厚度為1～2 m)及中～弱風(fēng)化層。根據(jù)GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的試驗(yàn)步驟[11]，獲得花崗巖殘積土和全風(fēng)化土的最大干密度和最佳含水率分別為1.73 g/cm3和17.20%、1.83 g/cm3和13.77%；2者的物理性質(zhì)指標(biāo)和顆粒級(jí)配累計(jì)曲線如表1和圖2所示。由表1可知，殘積土與全風(fēng)化土的液限均<50%，塑限指數(shù)分別為14.8和8.7。由圖2可知，殘積土主要由砂粒(粒徑0.075～≤2.000 mm)和細(xì)粒(粒徑≤0.075 mm)組成，其中，粗砂(0.500～≤2.000 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為36.96%；其次是細(xì)粒，為23.54%，而中砂(0.250～≤0.500 mm)和細(xì)砂(0.075～≤0.250 mm)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較少，分別為10.97%和17.88%。全風(fēng)化土主要由砂粒組成，其中，粗砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為36.64%；其次是細(xì)砂，為26.33%，而中砂和細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為11.02%和9.23%。這表明殘積土粒度呈現(xiàn)中間小、兩邊大的特征[12]；全風(fēng)化土粒度具有“大小”交替變化的特征。根據(jù)JTG 3430—2020《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[13]劃分標(biāo)準(zhǔn)：2種土均屬于砂類土；根據(jù)細(xì)粒含量、細(xì)粒土與A線間的位置[13]，殘積土為粉土質(zhì)砂，全風(fēng)化土為含細(xì)粒土砂；不均勻系數(shù)Cu和曲率半徑Cc分別為26.61、10.40，1.03、0.55；殘積土級(jí)配良好，而全風(fēng)化土級(jí)配不良?；谏鲜鰯?shù)據(jù)及花崗巖風(fēng)化土滑坡勘察中土工原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本試驗(yàn)土樣的初始干密度被設(shè)置為1.3、1.4、1.6和1.7 g/cm3；試驗(yàn)均設(shè)置2個(gè)平行試樣，其結(jié)果由平均值確定。

圖2 土的粒徑級(jí)配累計(jì)曲線Fig.2 Cumulative curve of grain size grading of soil

表1 花崗巖殘積土、全風(fēng)化土的物理性質(zhì)指標(biāo)Tab.1 Physical properties of granite residual and fully weathered soil

美國麥克AutoPore IV 9500型壓汞儀開展壓汞試驗(yàn)，得到各初始干密度的殘積土與全風(fēng)化土的孔徑分布曲線。因論文篇幅限制，僅展示初始干密度為1.4 g/cm3的殘積土與全風(fēng)化土的孔徑分布曲線(圖3)。由圖可知，全風(fēng)化土的孔徑分布較殘積土均勻，且孔徑分界點(diǎn)較?。?種土的孔徑范圍為1～106nm，曲線呈現(xiàn)“雙峰”特征。根據(jù)Kodikara等人對(duì)孔隙的劃分標(biāo)準(zhǔn)[14]可知，殘積土與全風(fēng)化土的孔隙主要為顆粒間孔隙(4～103nm)與集聚體間孔隙(104～106nm)。

利用美國1500型15 bar壓力膜儀開展土水特征曲線試驗(yàn)(圖4，時(shí)間：2020年7—11月)，采用擊實(shí)法制備重塑土樣。首先根據(jù)初始干密度及質(zhì)量含水率(均設(shè)置為14%)配置土料，然后倒入制樣桶中，經(jīng)均勻錘擊后取出土餅，用已涂抹凡士林的切土刀將土餅削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，隨后將環(huán)刀垂直向下壓，邊壓邊削至土樣高出環(huán)刀，再削平環(huán)刀2端土樣及擦凈環(huán)刀外壁，稱量環(huán)刀和土的總質(zhì)量并測(cè)含水率。不斷重復(fù)上述操作，直至干密度差值為±0.1 g/cm3和含水率差值為±2%，試樣制備完成；緊接著用真空缸對(duì)制備好的試樣進(jìn)行抽氣并注水飽和，最后放置于陶土板上，逐級(jí)加載。每級(jí)壓力為：1 kPa→10 kPa→50 kPa→100 kPa→250 kPa→500 kPa→750 kPa→1 000 kPa。每級(jí)壓力加載完畢后保持不變，直至排出的水質(zhì)量不變，試樣被取出稱量為mi。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，試樣被烘干，獲得干土質(zhì)量為ms。體積含水率可通過下式計(jì)算：

圖4 壓力膜儀Fig.4 Pressure film instrument

θ=(mi-ms-m環(huán))/ρwV。

(1)

式中：θ為體積含水率，%；m環(huán)為環(huán)刀質(zhì)量，g；ρw為水的密度，ρw=1 g/cm3；V為環(huán)刀總體積，cm3。

3 結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

由于初始干密度為1.3 g/cm3的殘積土在抽氣飽和后較難成樣，故此研究不討論該密度。其他試樣的試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5a可知：初始干密度對(duì)殘積土的土水特征曲線影響顯著。當(dāng)基質(zhì)吸力<30 kPa時(shí)，干密度大的曲線位于干密度小的下方。然而，干密度大的土樣中含有較為細(xì)致的孔隙，毛細(xì)作用影響較大[15]，導(dǎo)致其失水速率較干密度小的小，因此，隨著基質(zhì)吸力的增大，干密度大的土水特征曲線位于干密度小的曲線上方。這一現(xiàn)象在武漢非飽和粉質(zhì)黏土、宜巴紅層軟巖泥化夾層中也出現(xiàn)[16-17]。此外，3種干密度的曲線均包含2階段：第1階段(1～10 kPa)和第2階段(10～1 000 kPa)。第1階段為邊界效應(yīng)段[18]，體積含水率變化較小。第2階段為過渡段，由2個(gè)下降段及1個(gè)水平段組成；其中，第1下降段(10～50 kPa)較陡，體積含水率的減小幅度較大，這是因?yàn)闅怏w處于孔隙連通或半連通狀態(tài)。此外，干密度小的土樣排水速度快、曲線斜率大。然而，當(dāng)基質(zhì)吸力約為30 kPa時(shí)，3種初始干密度的曲線出現(xiàn)交匯點(diǎn)。這是因?yàn)殡m然干密度存在差異，但是土樣仍具有相同數(shù)量的微小孔隙，所以當(dāng)大、中孔隙的水分完全消散后，它們?nèi)阅芫哂邢嗨频耐了卣鱗19]。這一特征在玄武巖殘積土中也存在[20]。此時(shí)，土體內(nèi)部的優(yōu)勢(shì)孔隙主要為集聚體間孔隙。當(dāng)基質(zhì)吸力為50～250 kPa時(shí)，曲線處于水平段，孔隙處于氣體連通的狀態(tài)[21]。當(dāng)孔隙到達(dá)孔徑分界點(diǎn)[18](圖5a，基質(zhì)吸力為100 kPa)后，其優(yōu)勢(shì)孔隙轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒間孔隙，體積含水率再次隨基質(zhì)吸力的增大而減小，曲線進(jìn)入第2下降段(250～1 000 kPa)。這種現(xiàn)象在初始干密度1.7 g/cm3的土水特征曲線中尤為明顯。已有文獻(xiàn)將分界點(diǎn)前的曲線稱為低吸力段；該點(diǎn)后的曲線稱為高吸力段[18]，因此，殘積土的低吸力段與高吸力段分別為1～100 kPa和100～1 000 kPa。

由圖5b可知，4種干密度全風(fēng)化土的土水特征曲線均可劃分為4個(gè)階段。第1階段(1～10 kPa)：體積含水率的變化較小。第2階段(10～500 kPa)：雖然孔隙中存在分散的氣泡，但是水氣尚未分離，因此，排水通道順暢，土樣脫濕速度快。然而，當(dāng)基質(zhì)吸力為50～100 kPa時(shí)，體積含水率減幅相對(duì)較小，這是因?yàn)榭紫端c孔隙氣體相互分離，排水通道受氣體擾動(dòng)而受到阻礙。第3階段(500～750 kPa)：體積含水率的減小幅度較小，這說明全風(fēng)化土中的孔隙已到達(dá)分界點(diǎn)(圖5b，基質(zhì)吸力為637 kPa)，此時(shí)雖然土體存在2種密度較高的孔隙，即集聚體間孔隙和顆粒間孔隙，但是起控制作用的孔隙已由集聚體間孔隙轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒間孔隙。第4階段(750～1 000 kPa)：體積含水率減小幅度再次增大，且初始干密度為1.3和1.7 g/cm3的體積含水率的減小幅度較1.4和1.6 g/cm3的顯著，但孔隙均主要為顆粒間孔隙?？梢姡?種干密度的第1、2、3階段分界點(diǎn)前的曲線分別為低吸力段的邊界效應(yīng)段、過渡區(qū)的下降段及水平段，第3階段分界點(diǎn)后的曲線和第4階段分別為高吸力段中過渡區(qū)的水平段和下降段。此外，干密度為1.7 g/cm3的曲線基本位于其他3個(gè)干密度的最下方。

圖5 風(fēng)化土土水特征曲線Fig.5 Soil-water characteristic curve of weathered soil

以上結(jié)果表明：殘積土與全風(fēng)化土的土水特征曲線既存在共性，又具有差異性。共性表現(xiàn)在：1)曲線包含邊界效應(yīng)段和過渡段，均未出現(xiàn)殘余段，呈現(xiàn)類似于紅黏土的“雙臺(tái)階”特征[22]。當(dāng)基質(zhì)吸力為750～1 000 kPa時(shí)，體積含水率均處于再次減小階段，屬于高吸力段中過渡區(qū)的下降段。2)孔隙均到達(dá)孔徑分界點(diǎn)[18]，優(yōu)勢(shì)孔隙主要為集聚體間孔隙、顆粒間孔隙。差異性表現(xiàn)在：1)在相同的干密度及基質(zhì)吸力條件下，殘積土的體積含水率均較全風(fēng)化土的大。2)當(dāng)基質(zhì)吸力為1～50 kPa時(shí)，殘積土的脫水速率較全風(fēng)化土的快。然而，當(dāng)基質(zhì)吸力為50～250 kPa時(shí)，卻呈現(xiàn)相反的規(guī)律。3)殘積土的曲線在基質(zhì)吸力約為30 kPa處出現(xiàn)交匯點(diǎn)，因此，曲線與初始干密度的關(guān)系呈現(xiàn)2種相反的規(guī)律。然而，全風(fēng)化土的土水特征曲線卻未出現(xiàn)交匯點(diǎn)，程的影響較全風(fēng)化土的顯著。4)當(dāng)初始干密度為1.4 g/cm3時(shí)，殘積土與全風(fēng)化土孔徑分界點(diǎn)對(duì)應(yīng)的基質(zhì)吸力分別為100和637 kPa。

3.2 擬合結(jié)果分析

VG模型[5]、Gardner模型[6]和BC模型[7]等3個(gè)常用的4參數(shù)模型如式(2)至式(5)所示，其擬合參數(shù)如表2和表3所示。

表2 殘積土土水特征曲線的擬合參數(shù)Tab.2 Fitting parameters of soil-water characteristic curve of residual soil

表3 全風(fēng)化土土水特征曲線的擬合參數(shù)Tab.3 Fitting parameters of soil-water characteristic curve of fully weathered soil

VG模型擬合方程：

(2)

式中：θγ為殘余含水率，%；θs為飽和含水率，%；α為進(jìn)氣潛能因子；ψ為土體基質(zhì)吸力，kPa；n為孔徑指數(shù)；m為曲線密和因子，m=1-1/n。

BC模型擬合方程：

(3)

θ=θs(ψ<ψd)。

(4)

式中：ψd為土壤進(jìn)氣值；λ為孔徑分布指數(shù)，其他參數(shù)含義與VG模型相同。

Gardner模型擬合方程：

(5)

式中參數(shù)含義與VG模型相同。

由表2及表3可知：

1)雖然殘積土和全風(fēng)化土孔徑指數(shù)n與孔徑分布指數(shù)λ因干密度而變化，但是變化范圍均較小。

2)同一干密度的全風(fēng)化土n較殘積土的小，而λ較大。因?yàn)棣撕蚽的關(guān)系是λ=2/n+3[23]，所以，λ越大，孔徑分布就越均勻?？梢?，全風(fēng)化土的孔徑分布較殘積土均勻。該結(jié)果也與風(fēng)化土孔徑分布曲線結(jié)果相一致。

3)VG及Gardner模型對(duì)殘積土的擬合相關(guān)系數(shù)R2均大于0.94，適用性好；而BC模型的適用性次之。對(duì)于全風(fēng)化土，VG及Gardner模型的R2均>0.93，而BC模型對(duì)1.7 g/cm3的R2僅為0.82，可見，VG與Gardner模型對(duì)全風(fēng)化土均有較好的適用性，而BC模型次之。原因有2方面：一是擬合參數(shù)的多解性；二是BC模型是一個(gè)分段函數(shù)，基質(zhì)吸力大于進(jìn)氣值會(huì)導(dǎo)致擬合相關(guān)系數(shù)較低。

4 非飽和花崗巖風(fēng)化土的相對(duì)滲透系數(shù)

根據(jù)3.2節(jié)的結(jié)果，選用VG模型[5]與Gardner模型[6]預(yù)測(cè)風(fēng)化土的相對(duì)滲透系數(shù)，結(jié)合表2和表3的擬合參數(shù)，繪制出相對(duì)滲透系數(shù)與基質(zhì)吸力的關(guān)系曲線(圖6和圖7)。

VG模型水力傳導(dǎo)表達(dá)式[5]：

(6)

Gardner模型水力傳導(dǎo)表達(dá)式[6]：

(7)

式中:Kr(ψ)為基質(zhì)吸力為ψ時(shí)的滲透系數(shù)與飽和滲透系數(shù)比值，其余參數(shù)含義同3.2節(jié)。

4.1 殘積土的相對(duì)滲透系數(shù)

由圖6可見，VG與Gardner模型預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)具有相似的變化特征：1)相對(duì)滲透系數(shù)均隨基質(zhì)吸力的增大而減??；2)在相同的基質(zhì)吸力條件下，干密度大的相對(duì)滲透系數(shù)較干密度小的小。然而，2個(gè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大差異，對(duì)于干密度為1.4、1.6和1.7 g/cm3的殘積土，VG模型預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)分別為：8.145×10-8～0.366、4.134×10-8～0.297、1.611×10-8～0.264，而Gardner模型預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)分別為：7.648×10-4～0.956、3.874×10-4～0.961、3.837×10-5～0.975。特別是當(dāng)基質(zhì)吸力為1～10 kPa時(shí)，2種模型預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)最大差距達(dá)上100倍，且VG模型預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)的減小幅度較Gardner模型的大。

圖6 殘積土的相對(duì)滲透系數(shù)Fig.6 Relative permeability coefficient of residual soil

4.2 全風(fēng)化土的相對(duì)滲透系數(shù)

由圖7可見：1)相對(duì)滲透系數(shù)均隨著吸力的增大而減小；2)對(duì)于干密度為1.3、1.4、1.6和1.7 g/cm3的全風(fēng)化土，VG模型預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)分別為：6.919×10-7～0.460、4.590×10-7～0.298、3.472×10-7～0.260、1.909×10-7～0.229，Gardner模型預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)分別為：2.090×10-3～0.985、2.733×10-3～0.987、5.300×10-3～0.988、3.130×10-2～0.992?？梢?，干密度越大，VG模型的相對(duì)滲透系數(shù)越小，而Gardner模型的相對(duì)滲透系數(shù)卻越大；3)VG模型的相對(duì)滲透系數(shù)預(yù)測(cè)值與Gardner模型的最大差距達(dá)數(shù)10萬倍；4)VG模型預(yù)測(cè)值的總體減小幅度較Gardner模型的大。

圖7 全風(fēng)化土的相對(duì)滲透系數(shù)Fig.7 Relative permeability coefficient of fully weathered soil

4.3 討論

由4.1和4.2節(jié)可知，2種土的相對(duì)滲透系數(shù)均隨基質(zhì)吸力的增大而減小，且Gardner模型的預(yù)測(cè)曲線較VG模型的平緩。然而，它們卻存在顯著差異，主要為：1)殘積土的VG預(yù)測(cè)值較全風(fēng)化土的小，最大差距約10倍，而Gardner預(yù)測(cè)值的最大差距達(dá)上千倍。筆者將VG預(yù)測(cè)的相對(duì)滲透系數(shù)與試驗(yàn)的飽和滲透系數(shù)(殘積土1.4、1.6和1.7 g/cm3分別為5.959×10-5、2.653×10-5和1.452×10-5cm/s；全風(fēng)化土1.3、1.4、1.6和1.7 g/cm3分別為2.641×10-4、1.461×10-4、1.081×10-4和3.451×10-5cm/s)相乘，得到非飽和風(fēng)化土的滲透系數(shù)(圖8和圖9)。由圖8可知，2種土的滲透系數(shù)均隨干密度的增大而減?。辉谙嗤臈l件下，全風(fēng)化土的滲透系數(shù)較殘積土的大，且最大差距為30倍。這間接地反映容縣花崗巖風(fēng)化土邊坡呈現(xiàn)上弱下強(qiáng)的不均勻空間滲透特性。這類特性與其粒度分布，特別是細(xì)粒含量有關(guān)[24]。換言之，雖然2種土均由砂粒和細(xì)粒組成，但是殘積土中細(xì)粒含量較全風(fēng)化土的多14.31%，因此，殘積土的滲透能力較全風(fēng)化土的弱。這類滲透差異會(huì)影響雨水轉(zhuǎn)換為土壤水的速率與分布特征，致使斜坡土體抗剪強(qiáng)度空間異質(zhì)性的發(fā)育，不僅在一定程度上決定著斜坡變形破壞模式[25]，而且對(duì)土壤侵蝕也有不容忽視的影響[24]。事實(shí)上，研究區(qū)滑坡的形成模式主要有漸進(jìn)滑動(dòng)型與突然整體潰滑型，這與入滲差異引起強(qiáng)度不同程度的喪失有關(guān)[26]。此外，崩崗侵蝕形式多樣且類型復(fù)雜[1]，其中，條型和弧型的數(shù)量最多，且部分條形崩崗與滑坡還有著密切的聯(lián)系，因?yàn)樗鼈冊(cè)诨滦纬珊蟀l(fā)生，并以滑體作為崩積體；滑體作為主要物源，其表層殘積土因被擾動(dòng)而結(jié)構(gòu)性變差，抗沖蝕能力被削弱，細(xì)顆粒被雨水裹挾帶走；隨后侵蝕溝槽形成并擴(kuò)大，滑體表層出現(xiàn)明顯的水流粗化現(xiàn)象；雨水易穿透至全風(fēng)化土層內(nèi)，致使其強(qiáng)度喪失，龕形成并擴(kuò)大，造成上部含水率大的土體因內(nèi)力不平衡而塌陷，最終溯源侵蝕不斷發(fā)生[27]，致使嚴(yán)重的水土流失，影響邊坡的長期穩(wěn)定性。2)殘積土相對(duì)滲透系數(shù)的減小幅度均大于全風(fēng)化土，且2模型的相對(duì)滲透系數(shù)均隨著干密度的增大而減??；然而，Gardner預(yù)測(cè)的全風(fēng)化土相對(duì)滲透系數(shù)卻隨著干密度的增大而增大。上述現(xiàn)象的主要因素為：土體類型、預(yù)測(cè)模型、擬合參數(shù)α和n對(duì)曲線位置和形態(tài)的綜合影響[23]、基質(zhì)吸力和干密度。例如，當(dāng)α相同時(shí)，n越大，土水特征曲線的斜率越??；當(dāng)n相同時(shí)，α越大，相對(duì)滲透系數(shù)曲線越陡。由表2及表3可見，在Gardner模型中，當(dāng)殘積土的干密度由1.4增至1.7 g/cm3時(shí)，α之間僅相差0.005～0.020，而n卻增大0.4左右，此時(shí)圖6中干密度1.7 g/cm3的殘積土相對(duì)滲透系數(shù)曲線斜率較其他2個(gè)密度的小，且更靠近坐標(biāo)系的左下方；當(dāng)全風(fēng)化土的干密度由1.3增至1.7 g/cm3時(shí)，α之間僅相差0.001～0.007，而n卻減小0.2左右，此時(shí)圖7中全風(fēng)化土的相對(duì)滲透系數(shù)呈現(xiàn)與殘積土不一致的規(guī)律。

圖8 殘積土的滲透系數(shù)Fig.8 Permeability coefficient of residual soil

圖9 全風(fēng)化土的滲透系數(shù)Fig.9 Permeability coefficient of fully weathered soil

5 結(jié)論

1)殘積土與全風(fēng)化土土水特征曲線過渡段包含2個(gè)下降段及1個(gè)水平段，具有“雙臺(tái)階”特征，其孔隙主要為集聚體間孔隙、顆粒間孔隙。然而，殘積土的孔徑分界點(diǎn)卻較全風(fēng)化土的大，其脫濕過程受初始干密度的影響也較全風(fēng)化土的顯著。

2)殘積土與全風(fēng)化土的孔徑指數(shù)n與分布指數(shù)λ變化范圍均較小。然而，同一干密度條件下，全風(fēng)化土仍具有較低的n和較高的λ，孔徑分布較殘積土的均勻。

3)VG與Gardner模型對(duì)殘積土與全風(fēng)化土土水特征曲線擬合的相關(guān)系數(shù)R2均>0.93，適用性最好；而BC模型的R2最低僅有0.82，適用性次之。

4)非飽和風(fēng)化土的相對(duì)滲透系數(shù)與土體類型與性質(zhì)、預(yù)測(cè)模型、擬合參數(shù)α和n的綜合影響等有密切關(guān)系。風(fēng)化土相對(duì)滲透系數(shù)隨著基質(zhì)吸力的增大而減??；VG和Gardner預(yù)測(cè)的殘積土相對(duì)滲透系數(shù)隨著干密度的增大而減小，而Gardner預(yù)測(cè)的全風(fēng)化土相對(duì)滲透系數(shù)曲線卻呈現(xiàn)相反的規(guī)律；殘積土和全風(fēng)化土滲透系數(shù)的差異間接反映了容縣花崗巖風(fēng)化土邊坡的滲透性質(zhì)呈現(xiàn)上弱下強(qiáng)的不均勻特征，在一定程度上會(huì)影響斜坡變形破壞模式與崩崗侵蝕特征。

以上研究成果不但能為花崗巖風(fēng)化土的非飽和滲流計(jì)算提供基礎(chǔ)參數(shù)，而且將為深入分析花崗巖風(fēng)化土崩崗、滑坡形成過程中的水土力學(xué)作用機(jī)制做準(zhǔn)備。然而，本研究的脫濕試驗(yàn)未能獲得高吸力條件下的殘余段，且未探討分析各影響因子對(duì)滲透系數(shù)及滑坡不同形成模式的影響，因此，筆者將在后續(xù)的研究中深入開展相關(guān)工作。