第24卷 第5期 重 庆 交 通 学 院 学 报 2005年10月 Vol.24 No.5 JOURNAL OF CHONGQING JIAOTONG UNIVERSITY Oct.,2005
收稿日期：2004-09-25
基金项目：交通部西部交通建设科技项目资助（项目编号：2001-318-812-34）.
作者简介：李家春(1968-)，男，陕西商南县人，讲师，主要从事公路灾害防治方面的研究.
李家春，田伟平
（长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室， 陕西 西安 ７１００６４）
摘要：笔者从微观角度分析了土的崩解影响因素，指出压实土的含水量、压实度是影响崩解的主要因素． 通过自行研制的崩解仪进行了压实黄土浸水崩解实验，分析归纳了压实度、含水量对崩解性的影响规律，即崩解速度随压实度增大、含水量增加而减小，并存在最大崩解含水量． 土的崩解性反映了土的可蚀性，在工程水土保持研究中可用崩解速度作为土的可蚀性评价指标． 关 键 词：崩解；压实度；含水量；可蚀性 中图分类号：Ｓ１５７．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－７１６Ｘ（２００５）０５－００７４－０４
土的崩解是指粘性土由于浸水而发生碎裂、散体的现象. 崩解是由于土体没入水中后，水进入孔隙或裂隙中的情况不平衡，引起粒间扩散层增厚的速度也不平衡，以致粒间斥力超过吸力的情况也不平衡，产生应力集中，使土体沿着斥力超过吸力最大的面崩落下来. 粘性土的崩解性在评价路堑、路堤、渠道边坡、露天基坑等的稳定性时具有很大的意义. [1]粘性土的崩解形式是多种多样的，有的呈均匀的散粒状，有的呈鳞片状、碎块状或崩解状等，不同的崩解形式与土的矿物成分、粒度成分、颗粒形状以及土的结构和胶结程度有关.
崩解速度取决于两个方面的因素：一是局部集中应力的大小，二是土体的强度. 前者取决于土粒扩散层的厚度，后者取决于土的结构、胶结程度等.
1 土壤崩解的影响因素
1.1 影响扩散层厚度变化的因素对崩解都有影响 １．１．１土粒的矿物成分
颗粒的分散程度愈高，比表面积愈大，对一定量的土来说扩散层的总体积愈大. 而颗粒的比表面积与颗粒的大小、形状有关，颗粒的大小、形状又与矿物成分有关，所以矿物成分是决定因素. 不同矿物
的颗粒表面带电数量、热力学电位、同晶替代程度、永久负电荷数量等都不一样，决定了扩散层的厚度不同. 蒙脱石粘土往往崩解成细小粒子，在水中似云雾散开使水混浊；而高岭石往往崩解成小
块下落，水不变浑. 黄土的矿物成分以石英、长石为主，含有大量不稳定矿物，其胶体分散矿物以伊利石、蒙脱石为主，反映形成于比较干燥的气候条件下. 在浸水时，颗粒的扩散层厚度迅速达到最大，容易崩解.
１．１．２粒度组成 涨潮海岸
粒度成分对粘性土崩解的影响十分显著，它决定了土的孔隙性和透水性，因而对崩解时间、崩解特征和崩解速度起着重要作用，文献1给出了粘粒含量与崩解速度的大致关系：
粘粒组含量(%) <20
20～30
>30
崩解速度
崩解迅速 崩解大为减缓 崩解最慢
黄土以粉粒(0.05~0.005mm)为主，平均含量达50%以上. 由于透水性强，而且粉粒含量较多，扩散层达到最大厚度的时间很短，粒间连结力很快消失，所以往往一浸水就发生崩解. １．１．３溶液的化学成分
对于由选择性吸附而形成的双电层的矿物而言，介质中可被吸附的离子浓度越大，则热力学电位越大，扩散层越厚；反之，扩散层则越薄. １．１．４溶液的浓度
当溶液中反号离子的浓度增加，对扩散层中的反号离子起了排斥作用，结果使扩散层中的离子被迫进入固定层，使扩散层变薄.
李家春，等：工程压实黄土崩解试验研究 ７５
１．１．５溶液的ｐＨ值
溶液的pH值决定着双电层的热力学电位，从而影响到扩散层的厚度.
1.2 密实度与结构连接
土的结构对崩解性起着主要的作用. 因为土的透水性与孔隙、裂隙发育程度有关，孔隙、裂隙不发育的土，一般崩解速度较慢；若土中孔隙、裂隙发育，那么土体浸水后，首先通过孔隙或裂隙渗入，使土体内部产生不均匀应力，导致土体沿着孔隙、裂隙方向崩解.
1.3 含水量
有关试验表明，当含水量增大到22%时，粘性土基本无崩解性. 含水量增加减小了土的渗透性、吸水量和吸水速度，也增大了土的塑性，更不利于崩解的发生.
通过以上简要分析，崩解的主要影响因素可归结为土的含水量及水溶液的化学成分、浓度，土的成分、粒度组成和结构. 对于特定的压实土，当水的化学成分、温度不变时，用含水量和压实度作为崩解试验指标是可行的.
2 压实土崩解试验
2.1 土样制备
试验用土取西安东郊Q3黄土，按土工实验规程取土，并按所需的含水量加水，放置24h以上使含水量充分均匀后，用击实筒按要求的压实度压实，取出后用土工刀削成200㎝3环刀的容量大小. 试样制作过程尽量快，减少水分损失. 实验方案主要考虑两个控制因素：压实度K、含水量w. 压实度分别取80%、85%、90%、95%、100%；质量含水量取8%、10%、12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%，由于含水量会影响到压实效果，所以在较大压实度时含水量变化范围缩小. 这两个因素组合，每一个试样进行平行实验以检验可靠性，共完成崩解实验50多组.
2.2 试验仪器及试验方法
目前尚没有成型的粘性土崩解试验仪，本试验采用自行研制的粘性土崩解实验仪进行了研究. 仪器由两部分构成：如图1. 内筒直径5㎝，外筒直径20㎝，内筒上固定有上下6个定位指针，底部坠一个小托盘，用于放置土样. 外筒盛自来水，侧壁上标有刻度，最小分度为㎜. 外筒上还设有溢水孔和注水管，在实验过程中能保持筒内水位恒定.
测定水温(本次试验水温控制在25~27℃)，然后将土样放入测试仪中，同时注意使水位稳定. 由于土样发生崩解，重量减轻，内筒上浮，从外筒的刻度尺上可直接读出初始读数和崩解过程中的瞬时刻度. 显然，试样大小、形状不同，崩解量也不同. 为尽量减少试样形状对崩解的影响，试验采用圆柱形试样，大小取200㎝3环刀容量，有利于对比和试验的标准化. 为消除量纲的影响，试验用累积崩解模数表示崩解量. 累积崩解模数是指试验经过时间t崩解体积与试样原体积的比值，由下式计算：
200
当代大学生/)
(
2
t
t
H
H
r
B−
=π
其中，B t——累积崩解模数（无量纲）；r——内筒
半径，2.5㎝；
H——初始指针读数/㎝；
t
H——t 时刻指针读数/㎝.
图1 崩解仪
2.3 实验现象简述
将压实黄土试样放入清水中，由于土样表面细小分散颗粒进入水中，周围立即混浊. 紧接着有大量气泡逸出，紧接着土样表面开始崩解. 崩解的碎屑物以鳞片状为主，也有粒状. 在整个崩解过程中不断有气体逸出，水体混浊. 崩解速度开始较慢，然后进入稳定崩解，最后由于土样体积及表面积都减小，崩解速度减缓，直致崩解完成.
3 试验结果分析
3.1崩解曲线
崩解量与时间的关系曲线称崩解曲线，其基本形状为倒S形. 图2是一条比较典型的实测崩解曲线，回归分析得：B t=-0.0004t3+0.0116t2-0.0402t+0.0 398，R2＝0.9965. 崩解曲线基本可分三段：oa段反映浸水后水进入孔隙、微裂隙的过程，此时表现为土样表层孔隙中的气体被挤出，还没有发生明显的崩解；ab段较陡，是崩解的主要阶段，土样表面大量破裂、脱落，崩解剧烈，但崩解速度较稳定；
bc
76 重庆交通学院学报第24卷
段反映大部分崩解基本完成，在水的浸泡下剩余部
分寻水下稳定角，少量土散落，崩解速度较小，
束腰
图2 崩解曲线(K=85%,w=8%)
最终崩解完成.
揠苗助长教学实录由崩解曲线可知，曲线ab段的陡缓反映了崩解的快慢，实验表明，这个阶段的崩解速度较稳定，用ab段平均斜率表征崩解的快慢是可行的.
3.2 压实度对崩解的影响
扰动土经过压实，不仅土的干密度增大，其结构也发生变化. 由于压实作用有方向性，压实土形成了微裂隙定向排列、孔隙长轴多数呈水平方向的结构. 土被压密后，孔隙率减小，孔隙中的一部分气体被挤出，孔隙减小，有些孔隙成为封闭孔隙，水很难渗入，渗透性也随之减小. 总之，压实土随压实度的增大，渗透性减小，孔隙减小，大孔隙、裂隙减少，减小了土的崩解性.
图3为含水量为10%时不同压实度的崩解曲线. 从图中可知，压实度为80%、85%时，崩解完成约需10min；压实度为90%、95%时，崩解完成约需20min；压实度为100%时，崩解曲线较平缓，没有发生明显的崩解.
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图3 不同压实密度黄土崩解曲线（含水量10%）
图4为含水量为12%时不同压实度的崩解曲线. 从图中可知，崩解速度随压实度的增大而减小，压实度为95%、100%时，崩解曲线较平缓，崩解不明显或不发生崩解. 图5为含水量为14%时不同压实度的崩解曲线. 类似的，压实度低于90%时崩解速度较快；压实度接近100%时，崩解曲线较平缓，即没有发生明显的崩解.
图4 不同压实度黄土崩解曲线（含水量12%）
图5 不同压实度黄土崩解曲线（含水量14%）
3.3 前期含水量对崩解的影响
崩解是由于水的侵入，使土体表面受力不平衡，产生应力集中导致结构迅速破坏. 对非饱和土，含水量增大使土的基质吸力减小，水更难渗入其中. 经分析，总的规律是含水量越大，土的崩解速度越小.
图6是压实度为80%时不同含水量的崩解曲线. 图中总体规律是崩解速度随含水量的增大而减小，当含水量增加到22%后，基本没有崩解性. 试验中崩解速度变化也有例外，这与小压实度时土样中存在较大的裂隙有关.
图6 压实度80%不同压实度的黄土崩解曲线
图7是压实度为85%时不同含水量的崩解曲线，其规律性更为明显. 崩解速度随含水量的增大而减小，当含水量增大到20%时，基本没有崩解性. 试验表明，随着压实度增大，不发生崩解的含水量(崩解最大含水量)减小. 当压实度为95%时，崩解最大含水量为16%，即含水量大于16%时基本没有崩
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解性.
图7 压实度85%不同含水量的黄土崩解曲线
4 结论与建议
通过崩解试验研究可见，研制的崩解试验仪性能稳定，能满足崩解试验的精度要求，经进一步改进后可推广使用. 试验表明，影响压实土崩解性的因素较多，其中压实度、含水量对崩解性的影响是明显的，崩解速度随压实度增大、含水量增加而减小. 压实度大于95%，崩解性基本消失，崩解最大含水量与压实度有关，一般情况含水量大于20%时崩解速度很小.
在公路工程中，工程边坡一般坡度较大，降雨及地表径流在坡面上流动较快，可将表面散粒迅速带出坡面. 同时在重力作用下表面浸湿的土易于坍塌或下滑，坡面上土的分散过程是在非饱和状态下进行的，与土的崩解有关. 降雨及地表径流作用在非饱和土，与缓坡土壤侵蚀时坡面饱和有所不同. 压实土
坡面松散的原因与水的浸润和土的崩解都有关，当坡度较大时崩解是主要的. 此外，工程边坡土中所含有机质很少，不像壤土中团聚粒较多. 在工程水土保持研究中，通过实验易于获得土的崩解速度，崩解速度反映了土的可蚀性，可作为土的可蚀性评价指标. 建议通过人工模拟降雨侵蚀试验研究大坡度降雨侵蚀量与土的崩解速度的关系，为土的可蚀性定量研究开辟实用而简易的途径.
参考文献：
[1] 唐大雄，孙愫文.工程岩土学[M].北京：地质出版社,
1987.
[2] 蒋定生，李新华.黄土高原土壤崩解速率变化规律及影
响因素研究[J].水土保持通报, 1995.15(3):20-27.
[3] 李家春，田伟平.黄土路堤坡顶及土路肩暴雨冲蚀破坏
机理试验[J].长安大学学报(自然科学版), 2004.24 (2):
27-29.
基金频道
[4] 李家春.黄土山区高等级公路排水技术研究[D].西安:
长安大学,2000.
[5] 丁云峰，李占斌.土壤抗蚀性的动态研究[J].水土保持科
技情报, 2001, (1):36-39.
Experiment of compacted loess disintegration
LI Jia-chun，TIAN Wei-ping
(Highway Engineering of Special Area Laboratory, Chang’an University, Xi’an 710064,China)
Abstract: Analyzed the influence factors of soil disintegration under water from point of view of microcosm, it is pointed out that moisture and level of compaction are two main parameters controlling soil disintegration. With SOIL DISINTEGRATION INSTRUMENT developed by Li Jia-chun, we finished series of experiments of compacted loess disintegration. It was presented that disintegration rate decreased with the moisture and level of compaction increasing until the maximal disintegration moisture. Soil disintegration performance reflects the soil erodibility, and that disintegr
ation rate could be used as a parameter to estimate erosion. Key words: soil disintegration; level of compaction; moisture; soil erodibility
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