延安地区黄土—基岩接触面滑坡滑带土的力学性质及微观结构研究

【摘要】本文在研究查阅文献、收集资料的基础上，以延安市周边三处具有代表性的黄土—基岩接触面滑坡为主要研究对象，对区内区域地质环境条件和滑坡灾害情况进行了概述，通过激光粒度仪、X—衍射仪、扫描电子显微镜等手段及各种分析方法，对土体宏观微观进行了一定的研究。研究成果表明，滑带土强度随着干密度的增加而增大，随着含水率的增加而减小，土体中粘土矿物含量越大粘聚力越大，内摩擦角基本不变。

【关键词】延安地区；黄土—基岩接触面滑坡；滑带土；物理力学特征；微观结构

1 引言

黄土—基岩接触面滑坡[1]是黄土滑坡中非常普遍的一种。而在黄土的研究中非常重要的一个内容是显微结构，因此，利用黄土的显微结构对黄土的工程地质性质进行推测和判断，是目前工程研究领域中非常重要的一个方向[2][3]。本文将土体的物理力学性质和微观结构结合在一起，更进一步的探究滑带土的性质。本文以延安市三个典型黄土—基岩滑坡为研究对象，通过扫描电子显微镜、激光粒度仪、X衍射仪等先进手段研究滑带土微观结构参数的变化、物质组成和粒度分级变化等，结合剪切试验得到的力学强度参数，从而研究黄土—基岩接触面滑坡滑带土的微观参数与宏观物理力学参数之间的关系，对进一步了解此类滑坡具有重要的意义。

2 滑带土物理力学特征研究

2.1滑带土的物理性质

本文在进行了大量的资料收集及野外调查的基础上选取了丁家沟滑坡、二庄科滑坡、小砭沟滑坡三处典型的黄土—基岩接触面滑坡。通过滑带土的能谱图及X射线衍射试验得到：丁家沟滑带土的粘土矿物有绿泥石、高岭石、伊利石，二庄科滑带土中仅有绿泥石，小砭沟滑带土粘土矿物为绿泥石、伊利石。通过粒度分析试验结果得出：从丁家沟到小砭沟再到二庄科粒径分布从小到大。综上所述，丁家沟滑坡的滑带土是由下伏砂泥岩的强风化产物和上覆土体经过雨水淋滤下渗至隔水层积累而成的，且未发现长石，证明长石基本已完全转化为粘土矿物，含有较多的粘土矿物成分；二庄科为老滑坡，其滑带土的主要物质来源为上覆黄土，粘土矿物含量较少；小砭沟滑坡滑带土的主要来源为下层泥岩，泥岩中含有较多的粘土矿物，经长时间的外力作用，泥岩风化，为滑坡的滑带土提供了物质来源。

2.2滑带土的力学性质

本文最终将每个滑坡的滑带重塑土配置了几组不同含水率和不同干密度的土样进行试验。通过剪应力和剪切位移特征曲线可以得出垂直压力与抗剪强度的关系，对曲线进行线性回归分析，得到不同含水量、不同干密度下的拟合曲线，并得出拟合方程和标准差。通过拟合方程，可以得出不同干密度、含水率下的抗剪

强度指标值。最终通过上表我们分析得出，在同一滑坡相同含水率下，粘聚力和内摩擦角均随着干密度的增大而增大，这主要是由于干密度的增加使颗粒更加致密，颗粒与颗粒接触更加紧密，土颗粒之间的距离减小，增大了土体之间的静电力、范德华力和胶结力，在强度指标上表现为土体有较大的粘聚力；随着干密度

的增大，土颗粒之间交错排列，甚至产生颗粒破碎，使土变得更加密实，而这颗粒破碎、颗粒重新排列均需要外力对其做功，进而提高了土的咬合摩擦角。同滑坡相同干密度情况下，粘聚力和内摩擦角均随着含水率的增大而减小，总结原这一方面是由于水形成的吸附膜对固体颗粒产生了很强的润滑作用，大大降低了土的滑动摩擦角；另一方面，当含水率增大时，扩大了土颗粒间的双电层，使粒间的斥力增大，易形成分散结构，因此土的粘聚力呈现下降趋势，并且，水溶解土中相关化学物质，降低颗粒之间胶结作用力和范德华力，导致粘聚力降低。

3 滑带土的微观结构变化

3.1微结构参数的选取

本文将2个参数进行分析。下面是对这些参数的定义。

（1）丰度C。丰度是指土孔隙的等效短轴与等效长轴的比值，丰度可用以下的公式来进行表达：C＝（3.1）式中：C值的范围在0～1之间，B和L表示土孔隙的短轴和长轴的长度。

（2）定向频率F୧ሺaሻ。土体孔隙的定向方位在0～360°范围内为镜象对称，因此只需要统计在0～180°中的定向方位就可得到其在某一方向的分布强度，本文结合实际情况将整个0°～180°的区间划分为m等份，因此每等分区间的角度为a＝180°/m；F୧ሺaሻ为0°～180°范围内第i个区间内孔隙的定向频率，其公式为：F୧ሺaሻ＝୬౟୒ × 100% （3.2）

式中：n୧为孔隙的长轴方向在第i个区间内出现的个数，N为孔隙的总个数。本文中a选取20°，m＝9。

3.2滑带土孔隙微观结构参数的分析

1、滑带土微观孔隙丰度的变化。根据公式（3.1）计算得到不同垂向压力、不同干密度及不同滑坡丰度值的变化。

2、滑带土孔隙定向频率分布。根据公式（3.2）计算得到在不同垂向压力、不同干密度及不同滑坡滑带土的情况下定向频率的变化。

4 小结

（1）通过对滑带土物理力学性质研究发现：①滑带土中的矿物成分结果显示，三处滑坡均未发现蒙脱石。丁家沟滑带土的粘土矿物有绿泥石、高岭石、伊利石，二庄科滑带土中仅有绿泥石，小砭沟滑带土粘土矿物为绿泥石、伊利石。②滑带土的粒度分析结果显示，从丁家沟到小砭沟再到二庄科粒径分布从大到小。丁

家沟滑坡滑带土的粘粒含量是最高的，下来依次是小砭沟和二庄科，并且滑带土中的粘粒含量均大于滑体内的粘粒含量。

（2）通过对滑带土微观性质的研究发现：①滑带土微观孔隙丰度的变化。滑坡滑带土的丰度值柱状图基本呈现正态分布，主要集中在0.3～0.5区间，孔隙更趋向于次长条形；孔隙的丰度值在0.5之前随着施加垂向压力的增大而增大，丰度值在0.5之后随着施加垂向压力的增大而减小；丰度值随着干密度值的变化没有

明显的规律；三处滑坡中二庄科滑坡的丰度值最小，其次是小砭沟，丁家沟最大，说明丁家沟滑带土孔隙更偏向于长条状。②滑带土孔隙定向频率分布。三处滑坡滑带土均有较好的定向性；孔隙定向频率随着施加的垂向压力值的增大定向性更好，更趋于长条状；孔隙定向频率随着土体干密度的增大规律性不强；三处滑坡中丁家沟滑带土的孔隙更具有定向性，小砭沟与二庄科次之。

参考文献：

[1]吴玮江，王念秦.黄土滑坡的基本类型与活动特征[J].中国地质灾害与防治学报，2002，13（2）.

[2]高国瑞，1980，黄土显微结构分析及其在工程勘察中的应用.工程勘察，第 6 期，PP.25-28.