陕北黄土强度特性试验研究及边坡稳定性分析

陕北黄土边坡稳定性分析

摘要：随着国民经济的发展及西部大开发的推进，越来越多的工程项目在黄土地区进行，黄土边坡经常会遇到崩塌、滑坡等失稳破坏问题，影响工程施工的顺利进行或道路的正常使用。本文以陕北地区非饱和黄土为研究对象，对陕北黄土含水量与湿陷性和抗剪强度关系的进行试验研究，并理论分析了含水量对边坡稳定性的影响理论分析，得出水是引起陕北地区黄土边坡失稳破坏的主要原因。这对陕北黄土边坡稳定性的研究具有一定的指导意义。

关键词：非饱和黄土，含水量，抗剪强度，黄土边坡，稳定。

Abstract：With the development of the national economy and the promotion of the development in the western region, more and more projects are being carried out in the Loess’s region. There is collapse, landslides and other instability and damage problems of the slope, affect the smooth progress of construction or the use of engineering building.In this paper, unsaturated loess as the object of study, carried out the shear strength’s tests of three groups of loess-sample in different content of water, gained intensity curve of loess-sample which is in different content of water and analysis of water content’s affection on the strength of loess. The stress characteristics of loess in northern Shaanxi was anasysed. Above all, the slope’s stability in northern Shaanxi Loess was studied.

Key words: U nsaturated loess, Water content, Shear strength, Loess’s slope, Stability.

随着我国经济建设的飞速发展，西北黄土地区成为我国能源开发、工程建设的重点区域，而在黄土地区修建公路时，不可避免会出现很多路堑边坡，特别是近年来，随着西部经济开发政策的落实，在陕北黄土地区高等级公路建设中遇到了大量坡高大于30m的路堑高边坡情况，并出现不少坡体滑动失稳的事故。聚调查，天然边坡和铁路、公路、露天矿等的开挖边坡的失稳多发生在雨季，特别是在暴雨之后，往往出现大量的滑坡、崩塌等边坡失稳现象，损失极为惨重。

究其原因，主要是由于水的作用使原本含水量较低、未饱和黄土的中孔隙和部分小孔隙连通性，透水性增强，强度特别是抗剪强度明显降低，坡体在上部静荷载、土体自重等作用下发生失稳破坏。

1天然含水量与湿陷性关系分析

黄土粒间的凝聚力随含水量的增加而

减小，含水量越大，凝聚力越小，因而，粘

性土随含水量的变化显不同的物理状态。陕

北黄土天然含水量一般较低，但由于下雨等

原因使黄土含水量增加，自重增大，黄土在

压力作用下，产生下沉现象，即出现湿陷性。

通过查阅相关文献资料[8] [15]，结合陕北

地区黄土的含水量试验及固结试验，对含水

量增加时湿陷性黄土的变形特性进行了研

究。我们发现当上覆压力超过某一压力后，

陕北黄土的变形δ与含水量ω的关系曲线

呈现了三个阶段当含水量较小时,δ-ω关

系曲线发展平缓，当含水量超过某一值（含水量>18%）后，曲线进入一个陡升段，变形δ随含水量的增大迅速加大，含水量继续增加到一定程度（含水量>25%）后，陡升段结束，曲线

又进入一个缓升段，如图1所示。

2 土的含水量与抗剪强度关系的试验研究

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，土内某一面上的抗剪强度就是抵抗该面两侧土体发生滑动的最大阻力，这阻力由土的内摩擦力和内聚力组成。影响土的抗剪强度的因素很多，主要有土粒的矿物成分、形状、级配、结构、密度、应力历史、含水量等。含水量对无粘性土的抗剪强度影响很小，对粘性土来说，土的含水量增加时，吸附于粘性土中细小土粒表面的结合水膜变厚，使土的粘聚力降低，故土的含水量对粘性土的抗剪强度有重要影响。

这里，我们应用等应变直剪仪分别对含水量为12.32%、14.95%、21.21%黄土进行了抗剪强度测试，其结果如图2所示。

由图可知当土的含水量增大时土的抗剪强度降低。

另根据文献【10】，不管天然密度为何值，黄土强度参数粘聚力和内摩擦角随着含水量的增加逐渐减小；其中粘聚力的变化趋势更为明显，但是当含水量达到26%后，粘聚力水含水量增加的的减小趋势减缓；当土体含水量小于26%是土的粘聚力线相距较大，当含水量增大到39%时，曲线基本交于一点。同时又知粘聚力和内摩擦角随着天然密度的增加而逐渐增大，不同的是增加的缓慢程度；当行水量大于26%后，天密度的增加对土体粘聚力的影响相对较小[10]。

3 含水量对边坡稳定性影响的理论分析

长时间的降水或地表水入渗，打破了地下水的动态平衡，使地下水位逐渐上升。特别在长时降雨的情况下，地下水位上升很快，潜水面几乎就是地表面，这时，黄土的含水量增高、饱和度增大，形成饱和黄土层。饱和黄土层(具架空结构)在坡体上部静荷载、土体自重、地下水及外动力作用下发生湿陷，边坡形成弧形沉陷裂缝，裂缝逐步发展、贯通成为滑面。

此外，由于边坡的垫方土层与原始沉积黄土之间存在不连续结构面，在水及荷载作用下该结构面也易发展为滑面。滑面的逐渐形成和饱水层的长期滞留，使黄土的强度值降低，从而也降低了黄土的抗剪强度值，其结果使高陡斜坡体在重力作用下产生蠕动变形，蠕动所产生的剪切力作用于土体，土颗粒就会产生滑移，改变排列状态，产生孔隙水压力，导致有效应力降低，产生轻微液化，轻微液化的结果，加速了滑坡体变形的发展，最终使坡体滑动。

随着滑动速度的提高，产生的孔隙水压力不断增加，有效应力不断降低，这种情况持续发展，往复循环，直至有效应力消失，总应力等于孔隙水压力，饱和黄土完全液化。此时，不但外力全部由孔隙水来承担，而且土颗粒本身的自重也施加于孔隙水上，产生液化物质。这种物质接近液体，不能承受任何的剪切力，而且只依靠微弱的粘滞力起阻碍作用，这时便