第３０卷第５期 贵州大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３０ Ｎｏ．５ ２０１３年１０月 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） ０ｃｔ．２０１３ 文章编号１０００—５２６９（２０１３）０５—０１２１—０５ 玄武岩残积土的崩解性试验 柳治国 ，吕晓舜，谭捍华 （贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵阳５５０００１） 摘 要：论述了残积土的崩解性，并对两种不同风化程度下的玄武岩残积土进行了室内崩解试 验，试验在原状土、烘干、风干三种条件下进行。试验结果表明，原状土样崩解速度较慢，风干土 样崩解速度最快，烘干１ ｈ土样次之。同时，土样本身的矿物成分、颗粒大小、含水率等是影响土 样崩解的重要因素，棕红色土样由于含有游离态氧化铁等因素，崩解速率大于黄褐色土样。 关键词：残积土；崩解性；试验 中图分类号：Ｕ４１６ 文献标识码：Ｂ 贵州毕威高速公路沿线存在大量玄武岩残积 土粒崩解的影响很显著，它决定着土的孔隙性和透 土边坡，开挖后遇水易崩解，导致边坡失稳，给边坡 水性，因而对崩解时间、崩解速度和崩解特征起着 的治理带来一定困难。 重要作用。 沿线玄武岩边坡表层为棕红色土，厚度１至４ 土粒的崩解是因为土体浸水后，水进入孔隙或 ｍ左右，其次是风化较弱的黄褐色土，厚度８ ｍ左 裂隙的情况不平衡，而引起粒间结合水膜增厚的速 右，表层风化程度较大，斜坡上常有许多坡积物且 度不同，以致土粒间斥力超过吸力的情况也不平 厚度大，坡面坍滑、泻溜现象严重，有时会因为水的 衡，这样产生应力集中，使土体沿着斥力超过吸力 影响产生规模较大的滑坡、公路隧道的塌方以及其 的最大面崩落下来。土的崩解性通常用崩解时间、 它地质灾害。在工程实践中发现，玄武岩残积土遇 崩解速度和崩解特性来表示 Ｊ。崩解时间是指一 水的快速崩解给玄武岩地区隧道施工、边坡处理、 定体积（边长为５ ｅｍ的立方体）的土样在水中完 公路建设等问题造成了诸多困扰。 全崩解所需的时间，崩解速度是指土样在崩解过程 因此，玄武岩残积土的崩解性试验，是玄武岩 中质量的损失与原土样质量之比和时间的关系，崩 地区公路地质灾害特点与致灾机理研究课题的一 解特征是指土样在崩解过程中的产生的各种现象， 个重要环节，将有利于玄武岩残积土边坡的治理方 如崩解呈鳞片状、均匀的散粒状以及碎块状等。 案的设计。 ２玄武岩残积土崩解性试验 １土的崩解性 对土体崩解试验的研究多在室内进行，也有野 土的崩解，土工上叫湿化，是土在静水中发生 外大气环境中渐进崩解模拟试验 “Ｊ，基于各方面 碎裂解体塌落或强度减弱的现象；也指黏性土浸水 的限制，对玄武岩残积土崩解特性的探究，主要以 而发生碎裂、散体的现象。黏性土的崩解性在评价 室内试验为主，采用自制的试验仪器，对二种不同 路堑、路堤、渠道边坡、露天基坑等的稳定性时具有 风化程度下的玄武岩残积土进行了室内崩解试验 一定的重要性¨ 。 研究，探讨玄武岩残积土的崩解特性。 土粒的崩解实质上是结合水膜增厚和膨胀的 ２．１试验土样的制备 特殊形式及其进一步发展，土的崩解性受土的矿物 试验土样采用取自贵州赫章县境内的玄武 成分，粒度成分和土的结构影响。其中粒度成分对 岩风化残积土，选用两种不同风化程度的原状土 收稿日期：２０１３—０８—１０ 基金项目：西部交通建设科技项目（２００９ ３１８ ８０２ ０７４）资助 作者简介：柳治国（１９７８一），男，湖北武汉人，硕士，高级工程师，主要从事岩土工程设计、隧道施工监控与检测及项目管理，Ｅｍａｉｌ：ｚｇｌｉｕ２００８ ＠ｇｍａｉｌ．ｅｏｍ． 通讯作者：柳治国，Ｅｍａｉｌ：ｚｇｌｉｕ２００８＠ｇｍａｉｌ．ｅｏｍ． 第５期 柳治国等：玄武岩残积土的崩解性试验 ・１２３・ ∞ 舳 ∞ ∞ 加 ０ ．誉 咖１ 量 吕 琏 器 齄 强 ０ ｌ０ ２０ ３０ ５０ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ 崩解时间ｔ／ｍｉｎ 崩解时间ｔ／ａｉｒｎ 图３原状土的崩解曲线 ３．２烘干１ ｈ后的浸水试验 由于短时间内试块表层大量失水，且出现了许 多裂隙，试块在干燥容器冷却后开始试验，浸水后 有大量气泡冒出，表面大量浮沉细小颗粒下落，接 着从上到下逐步变成松散的小片状碎屑，在很短的 时间内试块表面很快破碎；由于烘干只有１ ｈ，试样 取原状新鲜样在１０５℃的烘箱中烘１ ｈ，得到 烘干样，黄褐色土样损失含水为９．８％，棕红色土 ４ ２ Ｏ ８ ６ ４ ２ Ｏ 样损失含水为３０．７％．当土层出现干湿交替变化 时，土层含水量和饱和度发生剧烈或较大的改变， 土层更容易崩解；经初步研究，由于棕红色土样含 有游离态氧化铁，胶态的游离态氧化铁具有高温干 燥脱水不可逆的化学特性，使土的可塑性降低，浸 水后崩解更快。 内部保留原状土的性质，表层崩解后，即３ ｍｉｎ后 崩解速度开始减慢，以后平缓；而棕红色土块在开 始时，先是小粒下沉，后出现片状剥落，５ ｍｉｎ时速 度最快。如图４所示。 ２０ ｌ６ １２ 墨 咖 璐 魁 器 ｏ ５ ｌＯ １５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３Ｏ 崩解时间ｌ／ａｒｉｎ 崩解时间ｔ／ｍｉｎ 图４烘干１ ｈ后的崩解曲线 ３．３风干４８ ｈ后的浸水试验 色，在浸水崩解中，棕红色土块崩解速率最快，１３ ｍｉｎ即完成崩解。试验刚开始时，就有大量气泡， 出现较大的裂纹，３ ｍｉｎ时速度最快，试样已经大 块下落。 试验进行１５ ｍｉｎ时，金属网格上的试块已基 试样制好后在室内自然放置４８ ｈ，测得黄褐色 含水率为１９．３％，棕红色含水率为２６．７％，表面有 不同程度的裂隙存在，棕红色的裂隙要大于黄褐 而褐黄色土样要比棕红色慢，试验开始时，进 入试块的孔隙中，一部分空气被挤出，形成许多小 气泡，表层细小颗粒下落，随后四角小块下落，水迅 速浸入试块，沿着一些软弱部位产生明显裂隙，在 １０ ｍｉｎ左右试块中间出现大的裂缝，浸水后强度降 低，裂隙得以迅速发展。 本破碎完毕，仅有几块不规则的小块不再随时间发 生变化，下落的块体也已经破碎，崩解试验随后结 束。如图５所示是崩解量与崩解速度随时间的变 化图。 贵州大学学报（自然科学版） １４ １２ ｌ０ 量 ８ １２０ 第３Ｏ卷 １０ｏ ８Ｏ 簧 齄 理４ ２ ０ ６０ 鹱 理４Ｏ ２Ｏ Ｏ ０ ３ ６ ９ １２ １５ １８ ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ ｌ４ １６ １８ ２Ｏ 崩解时间ｔ／ｍｉｎ 崩解时间ｔ，ｍｉｎ 图５风干４８ ｈ后的崩解曲线 ３．４崩解特性对比与分析 以上是对褐黄色试块在不同条件下进行崩解 试验，同一种土，但试验结果各不相同，主要原因表 现在崩解的速率以及破坏方式等方面上。另外，不 同风化的土，风化程度较大的棕红色崩解速度大于 风化较弱的褐黄色土。详细情况见表１ 表１褐黄色（Ｈ）与棕红色（ｚ）玄武岩残积土的物理崩解特性试验结果 在非饱和土中，一般认为，土中的基质吸力随 隙，小块片状试样纷纷下落，不时有气泡冒出。黄 褐色风干样在１７ ｍｉｎ左右崩解完毕，烘干样而则 需要２３ ｍｉｎ．而棕红色风干土样在１３ ｍｉｎ左右崩 解完毕，烘干１ ｈ土样而则需要２７ ｍｉｎ． 含水率的增加而降低，含水率降低时，表面收缩容 易出现裂纹，当土体的含水量增加时，基质吸力随 含水量增加而减小，当土体的含水量达到或接近饱 和时，基质吸力趋于零；基质吸力在土体中会形成 一烘干样、风干样与原状试样相比，最大的差异 就是经历了一个干燥失水过程，干湿循环的交替进 种吸附强度，吸附强度亦随含水量的增加而减 少，当吸附强度为零时，此时遇水更容易进入土体， 导致崩解的快速发生。 行，导致试样含水率的变化，也使试样的强度降低， 而原状土保持其在自然环境中维持的含水率，这是 和环境相互协调的结果，崩解所需的时间最长。 土的矿物成分不同，其崩解率也不一样，由于 棕红色土样含有游离态氧化铁，使得土样的崩解速 率加快，文献通过研究原状、风干以及烘干土样的 试验，结果表明烘干状态下的液限最低，风干土样 ４ 结论 （１）原状土样由于没有产生含水率的变化，崩 解速度较慢；风干土样表层裂隙增加，导致土样崩 其次，原状土样最高。烘干脱水对液限、塑性指数 影响较为明显，使其崩解速率最大。 通过室内试验，风干样在室温条件下，放置４８ ｈ，烘干试块在１０５℃的高温下烘干１ ｈ，试块表面 解速度最快，烘干１ ｈ土样次之。土样本身的矿物 成分、颗粒大小、含水率和土层外部因素等对土样 的崩解产生重要影响，棕红色土样由于含有游离态 氧化铁等因素，崩解速率大于黄褐色土样。 （２）玄武岩残积土的易崩解性是在遇水及蒸 发循环作用下发生的。烘干样、风干样与原状试样 相比，最大的差异就是经历了一个干燥失水过程， 干湿循环的交替进行，导致试样含水率的变化，导 裂隙发育及含水率是有差异的。由于试验时含水 率的差异，浸水瞬间烘干土样有较多气泡，且粉末 状细小颗粒较多，水槽中的水逐渐变得浑浊，５ ｍｉｎ 后减慢；崩解作用开始后，风干土样有较大贯通裂 第５期 柳治国等：玄武岩残积土的崩解性试验 ・１２５・ 致崩解情况不同。 路基工程，２００８（２）：５３—５５． ［５］张永安，李峰，陈军．红层泥岩水岩作用特征研究［Ｊ］．工程地质 参考文献： 学报，２００８，ｌ６（０１）：２２—２６． ［１］唐大雄，孙愫文．工程岩土学［Ｍ］．北京：地质出版社，１９８７． ［６］蒋定生，李新华，范兴科，等．黄土高原土壤崩解速率变化规律 ［２］谭馑益．广西覆盖型岩溶区土层崩解机理研究［Ｊ］．工程地质学 及影响因素研究［Ｊ］．水土保持通报，１９９５，１５（３）：２Ｏ一２７． 报，２００１，０９（０３）：２７２—２７６． ［７］刘晓明，赵明华，苏永华．软岩崩解分形机制的数学模拟［Ｊ］． 岩士力学，２００８，２９（８）：２０４３—２０４７． ［３］李家春，崔世富，田伟平．公路边坡降雨侵蚀特征及土的崩解试 验［Ｊ］．长安大学学报（自然科学版），２００７，２７（１）：２３—２６． ［４］郭永春，谢强，文江泉．红层泥岩崩解特性室内试验研究［Ｊ］． （责任编辑：王先桃） Ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉ０ｎ Ｔｅｓｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｂａｓａｌｔ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｏｉｌ ＬＩＵ Ｚｈｉ－ｇｕｏ ，ＬＶ Ｘｉａｏ—ｓｈｕｎ，ＴＡＮ Ｈａｎ—ｈｕａ （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ａｃａｄｅｍｙ ＣＯ．，ＬＴＤ．，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｏｉｌ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｂａｓａｌｔ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｏｉｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ，ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｓｏｉｌ，ｄｒ－ ｙｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｙｉｎｇ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｓｌｏｗｅｒ，ａｉｒ—ｄｒｉｅｄ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｆａｓｔｅｓｔ，ｄｒｙｉｎｇ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ａｆｔｅｒ １ ｈ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｓｏｉｌ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．Ｆｏｒ ｐａｌｍ ｒｅｄ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅ，ｄｕｅ ｔｏ ｆａｃｔｏｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｒｅｅ ｆｅｒｒｉｃ ｏｘｉｄｅ，ｉｔｓ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｙｅｌｌｏｗ— ｂｒｏｗｎ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｏｉｌ；ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ｔｅｓｔ （上接第１０８页） Ｔｈｅ Ｓｔａｔｉｃ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｔｒｕｓｓ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｓｌａｂ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＴＡＮＧ Ｒｏｎｇ—ｑｉｎ，ＨＵＡＮＧ Ｙｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍ ｏｆ ａ ｓｏｌｉｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｒｓｓ ａｎｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｌｏｏｒ ｐｌａｔｅ ｃｏｍｂｉ－ ｎａｔｉｏｎ ｗｈｏｓｅ ｓｐａｎ ｉｓ ４４ ｍ．Ｆｏｒ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ ａｎｄ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ，ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｈｅｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｌｉｎｋ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ａｘｉａｌ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｌａｔｅｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ｉｎ－ ｔｒｏｄｕｃｅｓ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｌｉｎｋ ａｎｄ ｕｐｐｅｒ ｃｈｏｒｄ ｎｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｕｐｐｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｌａｔｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ ｉｓ ｉｎ ｐｒｅｓｓ—ｂｅｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ ｄｉｓ— ｔｉｒｂｕｔｅｓ ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｄｅｖｅｌｏｐｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｘｉａｌ ｆｏｒｃｅ ｕｐｐｅｒ ｃｈｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ ｉｓ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｓｔｅｅｌ ｔｒｕｓｓ． Ａｘｉａｌ ｆｏｒｃｅ ｌｏｗｅｒ ｃｈｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｕｒｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｏ ｍｉｄ—ｓｐａｎ．Ａｘｉａｌ ｆｏｒｃｅ ｗｅｂ ｍｅｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｏ ｍｉｄ－ ｓｐａｎ・ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ；ＡＮＳＹＳ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｎｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ