花岗岩崩岗土体胶结物质与抗剪强度的关系研究

Permanent gully (or slope collapse) is a serious soil erosion issue in granite area of South China. The change rule of shear strength (SS) is an important theoretical basis for permanent gully control, and it’s also a hot spot of gully erosion research. Previous researches are mainly concern the relationship between the soil moisture and SS. There is less concern about the effect of soil cement material to SS. However, its premise to know the collapse mechanism of gully wall which to explore cementing material effect on permanent gully. Therefore, 10 permanent gullies were selected according to previous SS research results. The type and structure of cement material will be analysis. Leaching or undisturbed soil infiltration methods will be use to remove cement material. The effect of cement material to soil SS and microstructure will be test by using tri-axial shear, X-ray CT scanning technology. The mechanism of cement material to SS will be analysis. And the mechanism of collapse of gully due to reduction of SS will also be reveal. Results will further enrich the theory of permanent gully erosion control, and it does also can provide the scientific basis of prevention and control measures.

崩岗是南方花岗岩地区土壤侵蚀最严重的类型。作为崩岗侵蚀防治重要理论基础的抗剪强度变化规律一直是崩岗侵蚀研究的热点。前期研究主要关注崩壁土体抗剪强度与水分含量的关系，而对于胶结物质对于崩壁土体抗剪强度影响的重要性少受关注。但探索胶结物质对崩壁土体抗剪强度的影响是摸清崩岗崩塌发生机理的前提。因此，本项目根据前期研究结果，选择抗剪强度差异较大的10个崩岗，通过分析崩岗土体胶结物质的类型与结构，设置浸提或原状土渗洗等方法去除胶结物质，利用三轴剪切、X射线CT扫描技术等，探索不同类型、数量胶结物质对土体抗剪强度和微观结构的影响，解析土样抗剪强度与胶结物质的关系及其作用机理，揭示崩壁抗剪强度下降发生崩塌的机理。研究成果将进一步丰富崩岗侵蚀理论，并为崩岗侵蚀防治措施的设置提供科学依据。

本研究以安溪县和长汀县为研究区，对典型崩岗土壤剖面和未发生崩岗土壤剖面进行垂直分层采样，分析不同深度土壤样品的基本理化性质、土体胶结物质特性、矿物学特性以及土壤抗剪强度。同时，采集安溪县典型崩岗红土层、砂土层和碎屑层的土壤样品，通过去除土体中的胶结物质及外源添加胶结物质两种方式，研究不同浓度梯度处理下土壤抗剪强度的变化，分析了胶结物质含量的变化对土壤质地、粒径分布、抗剪强度等的影响。研究结果表明：.（1）未受崩岗侵蚀土壤的土壤特性优于崩岗侵蚀土壤，二者总铁和各形态铁氧化物含量的差异最为显著。未崩岗土壤抗剪强度均大于崩岗侵蚀土壤。二者粘土矿物组成均为高岭石、伊利石、层间蛭石和三水铝石。但已发生崩岗侵蚀土壤的高岭石含量显著高于未发生崩岗侵蚀土壤。在含有未崩岗和崩岗土壤分组中，粘聚力和内摩擦角与不同形态的铁、铝氧化物的含量呈极显著相关。.（2）在梯度去除游离氧化物（Fed）和无定形氧化物（Feo）过程中，Fed的含量随处理梯度而减少。梯度去除氧化物胶体后，各土层的质地、粒径分布均都发生了改变。氧化物胶体的去除同时会减弱土壤结构的稳定性，从而使其粘聚力下降，红土层Fed（d）含量与其粘聚力之间的定量关系可通过方程lnc=0.02641d+94.549表达。.（3）针铁矿和高岭土由于其吸附和粒径特性，对土壤的质地和粒径分布影响较大，从而影响其抗剪强度。添加针铁矿的胶结作用使土壤的抗剪强度得到提升，高岭土的添加使崩岗土层的粘聚力和内摩擦角均有所增大，但红土层的粘聚力反而有所下降。.（4）有机质（腐殖酸和富里酸）的梯度添加均不同程度上提高了土壤中各有机组分的含量，改变了土壤原有的胶结状态和结构组成以及粒径分布。红土层的粘聚力随有机质的添加而减小，砂土层和碎屑层粘聚力的变化则相反。添加腐殖酸后，红土层、砂土层和碎屑层的腐殖质碳量和粘聚力之间的关系可通过方程进行定量表达。