灌溉淋滤对原状黄土物理力学性质的影响

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摘 要：甘肃黑方台地区因农业灌溉诱发了大量黄土滑坡，给当地群众生命财产安全构成了严重威胁。为探究灌溉诱发黄土滑坡的形成机理，以灌溉淋滤为出发点，对比分析了原状黄土在长期灌溉条件下物质组成、物理性质的变化规律，通过室内三轴试验研究了灌溉淋滤对原状黄土静态液化特性的影响。结果表明：长期灌溉造成原状黄土中可溶盐含量的大幅降低，胶结弱化，粗颗粒分散，黏粒增多，塑性指数增大，同时灌溉过程中发生的湿陷引起黄土干密度增大、孔隙比减小；淋滤前后饱和黄土均表现出强烈的应变软化特性，具有静态液化特征；与未淋滤黄土相比，淋滤后黄土脆性破坏特征有所减弱，表现为峰值应变增大、超孔隙水压力减小和稳态线上移。

关键词：岩土工程；原状黄土；三轴试验；灌溉淋滤；物理力学性质；静态液化；黄土滑坡；甘肃

中图分类号：P642.13+1；TU43 文献标志码：A

Abstract： Agricultural irrigation in Heifangtai area of Gansu has induced a large number of landslides， which threaten the safety of the local residents. In order to investigate the mechanism of the irrigation-induced loess landslide， the variations of material composition and physical properties of undisturbed loess caused by long-term irrigation were analyzed； laboratory triaxial tests were performed to further study the effects of irrigation leaching on static liquefaction characteristics inherent in undisturbed loess. The results show that long-term irrigation leaching results in the decrease of contents of soluble salt in undisturbed loess， weakening in the cementation， the dispersion of coarse particles and the increase of clay particle and plasticity index； meanwhile， the wetting collapse in the process of irrigation causes the increase of dry density and the decrease of void ratio； all saturated loess before and after leaching are characterized by static liquefaction in isotropically consolidated undrained compression testing； compared with loess without leaching， the loess leached is characterized by smaller brittleness with the increase of peak strain， the decrease of excess pore water pressure and the upward of steady state line.

Key words： geotechnical engineering； undisturbed loess； triaxial test； irrigation leaching； physical and mechanical properties； static liquefaction； loess landslide； Gansu

0 引 言

甘肅黑方台地区因农业灌溉诱发了大量黄土滑坡，给当地群众生命财产安全构成了严重威胁，黄土滑坡形成机理研究是滑坡防治的关键。众多学者从不同角度研究了灌溉诱发黄土滑坡形成机理，取得了显著成果。雷祥义等认为长期灌溉改变了地下水文条件，造成土体抗剪强度降低，从而诱发黄土滑坡[1-4]；胡炜等研究了长期灌溉对黄土工程地质性质的影响，认为灌溉破坏了黄土原生结构，进而造成结构强度大幅丧失，导致黄土滑坡频发[5-6]；张茂省等认为地下水位上升导致了黄土滑坡，并通过室内试验研究了地下水位上升过程中黄土的力学行为[7-8]；王家鼎提出了饱和黄土蠕动液化机理，认为破坏主要是由于厚层黄土层底部的薄红黏土层因饱和而产生崩溃[9]；赵春宏等认为土体的应力应变特性与滑坡发生机理密切相关，在此基础上通过室内试验探究了饱和原状黄土的力学特性，试验结果表明饱和原状黄土呈现出强烈的应变软化特性，具有静态液化特征[10-13]。近年来，一些学者从灌溉入渗过程中土中盐分被淋滤的角度出发，探究了灌溉诱发黄土滑坡形成机理。邴慧等通过洗盐法分别探究了洗盐前后黄土和红层风化泥岩物理力学性质的变化[14-16]；卢雪清探究了易溶盐、难溶盐分别对重塑黄土强度的影响，认为盐分变化对重塑黄土的强度特性有一定程度的影响，但也受其他因素的影响[17]；Zhang等采用人工配置不同浓度NaCl溶液饱和重塑黄土的方法，研究了含盐量对其不排水抗剪强度的影响，结果表明在一定浓度范围内土体抗剪强度随含盐量增多而增大[18]。

为探究灌溉淋滤对原状黄土物理力学性质的影响，本文以甘肃黑方台地区原状黄土为研究对象，首先分析了长期灌溉条件下原状黄土物理性质的变化规律，然后开展饱和原状黄土的室内三轴试验，研究了灌溉淋滤对饱和黄土力学特性的影响。