黄土斜坡稳定性影响因素―化学侵蚀

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摘要：在成壤过程中，大气降水中的 CaCO3和碎屑的CaCO3通过蒸发沉淀在黄土层中，经过漫长得成壤过程，CaCO3的淀积聚集就形成了黄土富含CaCO3的特征。本文通过现场观察化学侵蚀对黄土斜坡稳定性的不利影响及分析前人研究的基础上，总结化学侵蚀对黄土斜坡不稳定的影响机理， 然后通过测定受化学侵蚀影响的黄土的c、φ和建立分析模型，来验证化学侵蚀确实对黄土边坡稳定性有重要影响。

关键词：黄土斜坡 化学侵蚀 分析模型

黄土的形成坏境

黄土是在第四纪干旱半干旱气候条件下形成的，以粉粒为主，含碳酸盐，在黄土中以钙质结核形式存在，呈“生姜状”，具大孔隙，质地均一，无明显层理而有显著垂直节理的黄色陆相沉积物。这是把黄土作为沉积地层来看待的特征，忽视了把黄土作为土壤来看的生物作用、富钙作用和粘化作用，本文主要以延安黄土为例，来讨论把黄土作为土壤来看的成壤作用。

延安地区位于黄土高原东南部，黄土形成时为森林草原植被和半干旱气候[3，4]，这种地区风尘堆积后，在成壤作用下形成的结构较为明显，发育了大量的草本植物根孔，碎屑的CaCO3经水溶解后和大气降水中的CaCO3一并聚集成CaCO3薄膜和部分结核[5]。该地区黄土在成壤过程中，粘化作用较为明显，使得黄土中含有大量的粘粒和粘土块[1，2]。

化学侵蚀的机理

黄土中有一种奇怪现象就是黄土斜坡坡脚或坡体上出现内凹现象，并且在此会有盐分的聚集（如图1为坡脚处的内凹现象），此现象被认为是化学侵蚀造成的结果。

此现象的形成机理为：由于蒸发作用，使得坡脚下的水分沿着坡体向上移，而水分向上运移的同时带动水中的碳酸盐，当达到坡体某部位是，水分随着蒸发消失在空气中，而水中的盐分则留在了此处，由于盐分的侵蚀作用，导致坡体某部位的土体逐渐脱落，如此重复进行下去，就会出现黄土斜坡内凹现象，导致上部位土体失去支撑，从而引发崩塌破坏。

崩塌稳定性模拟

由于坡体本身是一个三维体，为了简化计算，我们把它简化为一根柱子，变为二维问题，其简化模型为：纵向方向长度1m，横向方向的长度为Lm，垂直方向就是实际坡体的高度Hm（如图3）。

如果所取模型为单位模型（即纵向和横向长度都为1m），那么坡底崩塌处所受的垂直应力σh=γh，但现在由于化学侵蚀的影响，导致单位模型的底部面积减小，所受的垂直应力变大，然后在降水及地下水等对c、φ值影响下，当剪切力大于等于最大剪切力是，斜坡就不稳定，从而导致崩塌的发生。

对还没发生崩塌的斜坡，两侧面是不受力的，即σ2=0，这就复合上面所假定的二维模型，在二维模型上：

现在只需知道c、φ值，就可解出b的值，而c、φ是随着含水量的变化而变化的（表1为c、φ随着含水率的变化而变化）。先假设L=40cm，h=10m，

然后把c、φ值及L、h的值代入上述①式得b值如下表1。

在y2含水率的条件下，假设L值不变，h值变化，或h值不变，L值变化，来观察b值的变化（如图3为b值随L、h的变化）。

从图3可以看出，在含水率不变的条件下，当L、h逐渐减小时，b的值会逐渐增大，这样更促进了黄土斜坡的不稳定；由表1可知，含水量的变化也会影响坡脚内凹的极限值。

斜坡稳定性分析

本文主要通过斜坡稳定性计算证明化学侵蚀对黄土斜坡稳定性的影响，（1）当L、h逐渐减小时，b的值会逐渐增大，导致凹陷上部位土体失去支撑，促进了黄土斜坡向不稳定方向发展。

（2）由摩尔-库伦准则可知，随着含水量的增大，土的c、φ值减少，进而导致土体的抗剪强度降低，而b值增大，最终将引起斜坡向不稳定方向发展。由此说明含水量与化学侵蚀有关。

参考文献：

[1]赵景波.黄土的本质和形成模式zJ{.沉积学报，2003.

[2]刘东升.黄土与环境zM{.背景：科学出版社，1985.

[3]赵景波. 西北黄土区第四纪土壤与环境zM{. 陕西科学技术出版社，1994 .

[4]朱志诚. 秦岭及其以北黄土区植被地带特征zJ{. 地理科学，1991.

[5]Marion G M，Schlsinger W H . and Fonteryn P J. A regional model for soil CaCO3 deposition in Southwestern Desert[J]. Soil Science，1985.