黄土边坡中水盐运移对剪切行为影响的试验研究

Water and salt migration change pore water chemistry and accompany dynamic change of loess shear behavior in loess irrigated area. The change result in several loess landslide hazards, causing to significant economic losses and serious casualties. Meanwhile, irrigation triggered loess landslides are generally implicated in lowering the frictional strength related to the change in salt concentration and type due to water infiltration. Hence, mitigation and understanding of infiltration-induced loess landslide hazards are very important to study the effect of water and salt migration on shear behavior in loess slopes. This project will focus on the loess slopes in Heifangtai irrigated area in Yongjing County of Gansu Province. Field and laboratory experiments will be conducted to investigate the physico-chemical properties between water and soil, and loess shear behavior. The test results will be used to (1) analyze the spatial-temporal change of water and salt migration in loess slopes under hydrological-mechanical-chemical interaction, (2) discuss the dynamic change of loess shear behaviors under different chemical solutions and infiltration conditions, (3) explain the causes of the shear behaviors change based on the physicochemical effects under soil-water-ion interaction. Thus, these will enrich the theories related to loess landslides which is significantly social implications to the hazard migration of the loess landslides in the process of urbanization.

黄土灌区边坡中水盐运移改变水化学性质，致使剪切行为发生动态的变化，结果导致了严重的滑坡灾害，造成了大量的经济损失和人员伤亡。黄土灌区的滑坡通常是由于水入渗到边坡底部改变土中的盐分浓度和成分而降低土剪切强度所致。因此，加强灌溉入渗黄土边坡中水盐运移对剪切行为影响的研究，对认识和防控黄土滑坡灾害具有重要理论意义。本项目将以甘肃永靖黑方台灌区的黄土边坡为研究对象，开展土水的物理化学性质和黄土剪切行为的现场和室内试验，从分析渗透-化学-力学相互作用下黄土边坡中水盐运移的规律出发，揭示不同水化学和渗透环境下黄土剪切行为的动态变化，解释土-水-离子相互作用下物理化学效应控制着剪切行为变化的原因。本项目成果将丰富和拓展黄土滑坡的相关理论，这对减少城镇化建设中滑坡灾害的威胁和损失具有重要的社会意义。

黄土灌区边坡中水盐运移改变水化学性质，致使剪切行为发生动态的变化，结果导致了严重的滑坡灾害，造成了大量的经济损失和人员伤亡。黄土灌区的滑坡通常是由于水入渗到边坡底部改变土中的盐分浓度和成分而降低土剪切强度所致。因此，加强灌溉入渗黄土边坡中水盐运移对剪切行为影响的研究，对认识和防控黄土滑坡灾害具有重要理论意义。本项目以甘肃永靖黑方台为研究对象，基于灌溉或降雨入渗改变水环境和土行为及诱发滑坡等实际问题，开展了现场泉眼水化学性质周期性测试,高密度电法和地震法的地球物理现场勘探，室内黄土物理化学性质和微观结构成分的分析，饱和黄土大型环剪和三轴剪切试验研究。现场观测结果发现，黑方台长期的灌溉活动改变了台塬区地下水的化学性质，并随着灌溉活动具有时空变异的规律，从而影响了台塬周边饱和黄土物理化学、强度和渗透的行为。室内试验的结果显示，盐分浓度对饱和黄土各种行为的影响是非常敏感的，且是非线性的，存在一个临界浓度；黄土物理化学行为和微观结构能随着盐分浓度的变化发生显著的改变，从而导致了其渗透性质和剪切行为的变化。整体而言，在临界浓度以前，盐分浓度增加导致絮凝结构的产生增加了颗粒间的接触，超过临界浓度后，随着盐分浓度进一步低增加导致大聚粒的形成，从而在微观上形成了更大的孔隙。作为这些物理化学和微观结构变化的结果，饱和黄土的渗透系数随着盐分浓度增加而降低，增加到一个临界值后，随着盐分浓度增加再次增加，然而饱和排水剪切强度随着盐分浓度增加先增加而超过临界浓度后降低。从这些试验结果中可以发现，灌溉诱发水盐运移导致黄土盐分变化对强度的影响是动态的，对滑坡的启动具有双重的角色。此外，灌溉诱发的水化学性质变化显著地改变了饱和黄土的性质和结构，从而影响了饱和黄土的渗透行为和剪切行为，最终改变了台塬周边黄土斜坡的稳定状态。本项目成果丰富和拓展了黄土滑坡的相关理论，这对减少城镇化建设中滑坡灾害的威胁和损失具有重要的科学价值和社会意义。