落水洞对黄土边坡物理化学性质影响的研究

由天下分享时间：2024/9/14 9:41:23 加入收藏我要投稿点赞

落水洞对黄土边坡物理化学性质影响的研究

地表水在低凹地带集中，浸泡表层黄土，使黄土崩解，并沿节理、裂隙和孔隙下渗。这种长期进行的机械潜蚀和溶蚀作用，使低凹地段不断沉陷，最终形成落水洞。落水洞，是黄土高原地区一种常见的独特的土壤侵蚀方式，它对流域产沙有着一定的影响。

通过对B山测区各测点所取的试样的物理性质及水理化学性质的测试，获取测区不同测点图样的基本性质，分析落水洞内土性质和形态变化的相互关系，解释落水洞内物理化学性质时空变化的原因，分析落水洞对黄土斜坡物理化学性质的影响。并为理解黄土地区落水洞的形成提供一些基础数据，为防治水土流失提供帮助。

地表水在低凹地带集中，浸泡表层黄土，使黄土崩解，并沿节理、裂隙和孔隙下渗。这种长期进行的机械潜蚀和溶蚀作用，使低凹地段不断沉陷，最终形成落水洞[3]。落水洞是黄土高原地区一种常见的独特的土壤侵蚀方式，它对流域产沙有着一定的影响。落水洞一般发育在表层具湿陷性黄土的地区，其洞壁上部由湿陷性黄土组成。湿陷性黄土土质疏松，孔隙、裂隙发育，主要由粉粒组成，其细微颗粒遇水极易崩解并遭受潜蚀被水流带走。黄土中含大量的可溶盐，从而发生溶蚀作用，破坏黄土的内部结构，使之变得更加松散，加大对地表水的渗透，增强渗流作用的能力和机械潜蚀。风成马兰黄土和坡积黄土之下的老黄土，垂直节理十分发育，并具裂隙、孔隙和崩解性，当落水洞到达该土层时，会继续向下发展。因此，落水洞的形成和发展过程的研究，能更好的防治落水洞所造成的各项灾害，对防治水土流失和缓解黄河下游的输沙量具有重要意义。

1.2意义

湿陷性黄土具有的裂隙和大孔隙，特别是垂直裂隙，是地表水、地下水渗透的通道，为潜蚀和溶蚀作用提供了优越的条件。

地表水入渗途径分3种类型:（1）通过黄土孔隙入渗;（2）通过黄土节理入渗;（3）通过地裂缝及落水洞灌入坡体。垂向渗透受黄土裂隙和垂直节理控制,黄土渗透性的各项异性便是很好的证明。地表水通过黄土孔隙入渗深度有限,而垂直节理导水则是一个裂隙渐进扩展的过程,节理导水影响深度不会偏离现场试验深度太多。

黄土高原地区地下水短缺，峁间宽缓的掌形地是可供人们开采利用水源的地带之一，而该地带落水洞也较为发育，是地下水补给的重要通道。

落水洞在滑坡、泥石流的发育过程中起着重要的作用。在边坡顶部为黄土塬平台,由于

边坡的两侧汇水面积大,易形成落水洞、冲沟,同时两侧落水洞中间下陷,然后进一步发展,形成串珠状落水洞。沿沟边、阶地前缘和梯田陡坎分布的落水洞，能聚积地表水，增加水在土体内的渗透力，使土体含水量增加，重量加大，同时使土体强度衰减，促使坍塌发生。冲沟内土体进入沟谷，滑坡、坍塌的发生，为湿陷性黄土地区泥石流的发生提供了固体物质。雨季特别是大雨、暴雨后，洞内长期积有雨水，雨水长期入渗后达老黄土中的古土壤层或基岩顶面，而有些已达古土壤层或基岩顶面的黄土井，将雨水直接输入滑动带，浸泡、冲蚀、软化岩体或土体，使岩体或土体强度大大降低.积聚在黄土碟、黄土陷穴、黄土井中的水或已入渗的水，增大了土体重量，同时随着雨水的渗入，地下水位上升，产生静水、动水压力，加速滑坡发生。古滑坡的复活在现代滑坡中占有相当的比例。在湿陷性黄土地区，落水洞到处可见。据航片判读和野外调查，古滑坡体上落水洞的发育密度和发育程度远较其它地段要高[1]。

2.材料和方法 2.1研究区概况

研究区位于A大学榆中校区B山上的一个自然坡面上，坡高48.53m；坡度

0.43；平均坡角23.33°，在坡面上选取落水洞中心点A、B、C三点，以A点为基准点横向取1、2两点，纵向在AB、AC段内插AB1、AB2、AB3、AC1三点。坡面形态及选取的测点如下图：

图2.1 坡面形态及选取测点示意图

黄土剖面如图2.2所示。

在这个黄土剖面上，B位于最上部，处于上部落水洞的中心，落水洞内部平缓。AB3位于落水洞B外的冲淤平台上，AB3点外侧有发育良好的黄土井，深度约为27m，洞口直径3.7m。AB2、AB1、A点位于斜坡上，坡度约为32°。AC1位于两个落水洞的相交处。C落水洞边缘为高约为4.5m的侧壁，内部平缓，局部地下被掏空。

图2.2 坡面剖面

上部位耕作层，浅黄色，粒状及团粒状结构，疏松，多孔，富含植物根孔及动物虫孔，有少量垂直裂隙，有少量球状及片状礓石散于土层中，未见CaCO3斑点、菌丝及胶膜。

为了进一步揭示落水洞对黄土斜坡物理化学性质的影响，在坡面上选取了9个测点。（1）以A、B、C为基准点,利用洛阳铲取得0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m、3.5m、4m，4.5m，5m深度处的土样。装袋并标记。

（2）在AC、AB上以10-15m间距钻孔AB1、AB2、AB3、AC1，取得不同深度的土样。

（3）在黄土碟外选取1、2两点，取得不同深度土样，并与A点土样性质做比较。共取得90个样，对所取的土样进行物理化学性质的测试。

2.2物理性质

2.2.1液塑限

（1）制备试样。可采用天然图样或风干土样制备。采用天然土样时，剔除大于0.5mm土粒，取代表性土样约600g,拌和均匀后分成三份，制成不同含水率的土膏，使它们的圆锥入土深度分别在4~6mm、9~11mm和16~19mm，静置一段时间即可；对风干土样，取通过0.5mm筛的代表性土样约400g，分成三份，分别放入不锈钢杯中，加入不同数量的水制成3种不同含水率的试样，3种土膏的圆锥入土深度与天然含水率土样制成的土膏相同，拌和均匀后密封于保湿缸中静置24小时；

（2）装土入杯。将制备的试样调拌均匀，填入试样杯中，土中不能含有封闭气泡，填满后用刮土刀刮平表面，然后将试样杯放在联合测定仪的升降座上；

（3）润滑通电。在圆锥仪锥尖上涂以极薄凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥仪；（4）测读深度。调节屏幕基线，使初始读数位于零刻度处。调节升降座，使锥尖刚好与试样面接触，切断电源使电磁铁失磁，圆锥仪在自重下沉入试样，经5秒钟后测读圆锥下沉深度；

（5）测含水率。取出试样杯，测定试样的含水率。重复步骤2,3,4，测定另两个试样的圆锥下沉深度h和含水率w；

（6）在h~w图上将三点h和对应的w点画出，并把三点连成一条直线。在直线上找到入土深度17mm对应的液限w17、10mm液限w10和2mm对应的液限wp。

2.2.2含水率

（1）取具有代表性试样，细粒土15~30g，砂类土、有机质土为50g，砂砾石为1~2kg，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称质量。称量时，可在天平一端放上与该称量盒等质量的砝码，移动天平游码，平衡后称量结果减去称量质量即为湿土质量。

（2）揭开盒盖，将试样和盒放入烘箱内，在温度105~110℃恒温下烘干。烘干时间对细粒土不得少于8h，对砂类土不得少于6h。对含有机质超过5%的土或含石膏的土，应将温度控制在60~70℃的恒温下，干燥12~15h为好。

（3）将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却（一般只需0.5~1h即可）。冷却后盖好盒盖，称质量，准确至0.01g。

（4）按下式计算含水率： m?m??s式中：ω—— 含水率（%），计算至0.1；

ms?100

M—— 湿土质量（g）， Ms——干土质量（g）。

2.3化学性质测试