一、引言1.1研究背景與意義在全球氣候變化的大背景下，極端氣候事件愈發(fā)頻繁，干濕過(guò)程的顯著變化對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)和人類社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。干濕過(guò)程不僅改變了土壤的水分狀態(tài)，還對(duì)土體的力學(xué)性質(zhì)和邊坡的穩(wěn)定性造成了顯著影響，進(jìn)而引發(fā)一系列地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)安全和工程建設(shè)的穩(wěn)定運(yùn)行。近年來(lái)，由干濕過(guò)程引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害呈上升趨勢(shì)。在干旱地區(qū)，長(zhǎng)時(shí)間的干旱使得土體水分大量流失，導(dǎo)致土體收縮、干裂，抗剪強(qiáng)度降低，進(jìn)而引發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。而在濕潤(rùn)地區(qū)，強(qiáng)降雨或持續(xù)降雨導(dǎo)致土體含水量迅速增加，土體飽和軟化，抗滑力減小，同樣容易引發(fā)滑坡、泥石流等災(zāi)害。這些地質(zhì)災(zāi)害不僅會(huì)破壞道路、橋梁、房屋等基礎(chǔ)設(shè)施，還可能造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因地質(zhì)災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億美元，嚴(yán)重制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。土體作為工程建設(shè)的基礎(chǔ)材料，其力學(xué)性質(zhì)在干濕過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的演化。在干燥過(guò)程中，土體中的水分逐漸蒸發(fā)，土顆粒間的有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致土體體積收縮、孔隙比減小，進(jìn)而影響土體的強(qiáng)度和變形特性。而在濕化過(guò)程中，水分的侵入使土體飽和度增加，土顆粒間的膠結(jié)力減弱，抗剪強(qiáng)度降低，土體的變形能力增強(qiáng)。這種力學(xué)性質(zhì)的變化直接關(guān)系到工程地基的承載能力、穩(wěn)定性以及建筑物的安全性。對(duì)于邊坡工程而言，干濕過(guò)程引起的土體力學(xué)性質(zhì)變化會(huì)導(dǎo)致邊坡的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，引發(fā)邊坡的變形和失穩(wěn)。邊坡的變形不僅會(huì)影響工程設(shè)施的正常使用，還可能引發(fā)次生災(zāi)害，如滑坡、泥石流等，對(duì)周邊環(huán)境和人員安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，深入研究干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的演化規(guī)律以及邊坡的變形特征，對(duì)于提高工程地質(zhì)防災(zāi)減災(zāi)能力、保障工程建設(shè)的安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究旨在系統(tǒng)地探究干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的演化規(guī)律以及邊坡的變形特征，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬等手段，揭示干濕過(guò)程對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)和邊坡穩(wěn)定性的影響機(jī)制。具體而言，本研究將開(kāi)展以下工作：首先，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究不同土體在干濕循環(huán)作用下的物理力學(xué)性質(zhì)變化，包括含水率、孔隙比、飽和度、抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)的變化規(guī)律；其次，基于試驗(yàn)結(jié)果，建立考慮干濕過(guò)程的土體力學(xué)模型，深入分析土體力學(xué)性質(zhì)的演化機(jī)制；然后，運(yùn)用數(shù)值模擬方法，研究邊坡在干濕過(guò)程中的變形特征和穩(wěn)定性變化，探討邊坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素和破壞模式；最后，根據(jù)研究結(jié)果，提出相應(yīng)的工程防治措施和建議，為工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。本研究的成果對(duì)于豐富和完善土體力學(xué)理論、提高工程地質(zhì)防災(zāi)減災(zāi)能力具有重要的理論意義，同時(shí)對(duì)于指導(dǎo)工程建設(shè)、保障工程安全具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)深入了解干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的演化規(guī)律和邊坡的變形特征，能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)和施工提供更加科學(xué)合理的參數(shù)和方案，有效預(yù)防和減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1土體力學(xué)性質(zhì)在干濕過(guò)程中的研究土體力學(xué)性質(zhì)在干濕過(guò)程中的變化是國(guó)內(nèi)外學(xué)者長(zhǎng)期關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。在早期研究中，學(xué)者們主要聚焦于土體的基本物理指標(biāo)在干濕循環(huán)下的變化規(guī)律。例如，有研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)不同類型的土體進(jìn)行干濕循環(huán)處理，發(fā)現(xiàn)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，土體的含水率、孔隙比和飽和度等指標(biāo)會(huì)發(fā)生顯著變化。在干燥過(guò)程中，土體含水率逐漸降低，孔隙比減小，飽和度下降；而在濕化過(guò)程中，這些指標(biāo)則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。這種物理指標(biāo)的改變直接影響了土體的力學(xué)性質(zhì)。隨著研究的深入，學(xué)者們開(kāi)始關(guān)注干濕過(guò)程對(duì)土體強(qiáng)度特性的影響。通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)等手段，發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)會(huì)導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低。這是因?yàn)楦蓾裱h(huán)使得土體顆粒間的膠結(jié)力減弱，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而降低了土體的抗剪能力。有研究表明，對(duì)于黏性土，在多次干濕循環(huán)后，其黏聚力和內(nèi)摩擦角均有明顯下降，且下降幅度與干濕循環(huán)次數(shù)和幅度有關(guān)。同時(shí)，一些學(xué)者還發(fā)現(xiàn)，土體的初始狀態(tài)，如初始含水率、密度等，對(duì)干濕循環(huán)后土體強(qiáng)度的變化也有重要影響。除了強(qiáng)度特性，土體的變形特性在干濕過(guò)程中的變化也備受關(guān)注。通過(guò)固結(jié)試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)等，研究發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)會(huì)使土體的壓縮性增加，變形模量減小。在干燥過(guò)程中，土體由于水分蒸發(fā)產(chǎn)生收縮變形；在濕化過(guò)程中，土體吸水膨脹，導(dǎo)致變形進(jìn)一步加劇。而且，這種變形具有不可逆性，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，土體的累計(jì)變形量逐漸增大。對(duì)于膨脹土，其在干濕循環(huán)下的膨脹-收縮變形尤為顯著，嚴(yán)重影響了工程的穩(wěn)定性。近年來(lái)，微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)在土體干濕過(guò)程研究中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）、壓汞儀（MIP）等設(shè)備，學(xué)者們對(duì)干濕循環(huán)后土體的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察和分析。結(jié)果表明，干濕循環(huán)會(huì)導(dǎo)致土體顆粒的排列方式發(fā)生改變，孔隙大小和分布發(fā)生變化，顆粒間的接觸狀態(tài)也會(huì)受到影響。這些微觀結(jié)構(gòu)的變化是土體宏觀力學(xué)性質(zhì)改變的內(nèi)在原因。例如，有研究通過(guò)SEM觀察發(fā)現(xiàn)，在干濕循環(huán)作用下，土體顆粒間的膠結(jié)物質(zhì)逐漸被破壞，顆粒間的連接變得松散，從而導(dǎo)致土體強(qiáng)度降低。1.2.2邊坡變形在干濕過(guò)程中的研究在邊坡變形方面，干濕過(guò)程對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響是研究的核心內(nèi)容。早期的研究主要集中在定性分析干濕循環(huán)對(duì)邊坡破壞模式的影響。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和案例分析，發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)會(huì)導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)裂縫、剝落、滑塌等破壞現(xiàn)象。在干旱地區(qū)，長(zhǎng)時(shí)間的干旱使得邊坡土體干裂，雨水入滲后，容易引發(fā)邊坡的局部崩塌；而在濕潤(rùn)地區(qū)，頻繁的降雨和蒸發(fā)形成的干濕循環(huán)，會(huì)使邊坡土體強(qiáng)度降低，導(dǎo)致邊坡整體失穩(wěn)。隨著數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者們開(kāi)始利用有限元、有限差分等方法對(duì)干濕過(guò)程中邊坡的變形和穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。通過(guò)建立考慮土體力學(xué)性質(zhì)變化的邊坡數(shù)值模型，模擬不同干濕循環(huán)條件下邊坡的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)和變形特征。研究結(jié)果表明，干濕循環(huán)會(huì)使邊坡的潛在滑動(dòng)面發(fā)生變化，安全系數(shù)降低。例如，有研究利用有限元軟件模擬了某膨脹土邊坡在干濕循環(huán)作用下的變形過(guò)程，發(fā)現(xiàn)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，邊坡的水平位移和豎向位移逐漸增大，坡頂和坡面出現(xiàn)明顯的裂縫，邊坡的穩(wěn)定性逐漸降低。此外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)也為邊坡變形研究提供了重要的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)在邊坡上布置位移計(jì)、應(yīng)力計(jì)、含水率傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取邊坡在干濕過(guò)程中的變形和力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，還為進(jìn)一步完善邊坡穩(wěn)定性分析方法提供了依據(jù)。有研究通過(guò)對(duì)某黃土邊坡進(jìn)行長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)邊坡的變形與土體的含水率變化密切相關(guān)，在降雨后的濕化階段，邊坡的變形速率明顯增大。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足國(guó)內(nèi)外在干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)和邊坡變形方面已經(jīng)取得了豐碩的研究成果，但仍存在一些不足之處。在土體力學(xué)性質(zhì)研究方面，雖然對(duì)各種物理力學(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律有了較為深入的了解，但對(duì)于不同土體在復(fù)雜干濕條件下的本構(gòu)模型研究還不夠完善，現(xiàn)有的本構(gòu)模型難以準(zhǔn)確描述土體在干濕循環(huán)過(guò)程中的力學(xué)行為。此外，微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性質(zhì)之間的定量關(guān)系研究還相對(duì)薄弱，需要進(jìn)一步加強(qiáng)微觀試驗(yàn)與宏觀力學(xué)試驗(yàn)的結(jié)合，深入揭示土體力學(xué)性質(zhì)演化的微觀機(jī)制。在邊坡變形研究方面，數(shù)值模擬雖然能夠較好地模擬邊坡在干濕過(guò)程中的變形特征，但模型參數(shù)的選取往往具有一定的主觀性，且難以準(zhǔn)確考慮邊坡土體的非均質(zhì)性和各向異性?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)雖然能夠真實(shí)反映邊坡的實(shí)際變形情況，但監(jiān)測(cè)范圍和時(shí)間有限，難以全面掌握邊坡在不同工況下的變形規(guī)律。此外，對(duì)于干濕過(guò)程中邊坡失穩(wěn)的預(yù)測(cè)和預(yù)警方法研究還不夠成熟，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)理論和技術(shù)的研究。綜上所述，目前關(guān)于干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)演化及邊坡變形的研究仍有許多需要完善和深入的地方。本研究將在前人研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有研究的不足，開(kāi)展系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和理論分析，以期為該領(lǐng)域的發(fā)展提供新的思路和方法。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在深入探究干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的演化規(guī)律以及邊坡的變形特征，具體研究?jī)?nèi)容如下：干濕過(guò)程中土體物理力學(xué)性質(zhì)演化規(guī)律研究：通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，選取具有代表性的土體，如黏土、砂土、粉土等，模擬不同的干濕條件，包括干燥速率、濕潤(rùn)程度、干濕循環(huán)次數(shù)等。測(cè)定土體在干濕過(guò)程中的含水率、孔隙比、飽和度、密度等物理指標(biāo)的變化，分析這些物理指標(biāo)與干濕條件之間的定量關(guān)系。開(kāi)展直剪試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)等，研究土體抗剪強(qiáng)度、黏聚力、內(nèi)摩擦角等力學(xué)指標(biāo)在干濕過(guò)程中的變化規(guī)律，建立力學(xué)指標(biāo)與干濕條件及物理指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型，揭示土體力學(xué)性質(zhì)在干濕過(guò)程中的演化機(jī)制?？紤]干濕過(guò)程的土體本構(gòu)模型研究：基于試驗(yàn)結(jié)果，分析現(xiàn)有土體本構(gòu)模型在描述干濕過(guò)程中土體力學(xué)行為時(shí)的局限性。考慮土體在干濕過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化、孔隙水壓力變化以及顆粒間相互作用的改變，引入新的參數(shù)和變量，對(duì)現(xiàn)有本構(gòu)模型進(jìn)行改進(jìn)和完善。建立能夠準(zhǔn)確描述干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)演化的本構(gòu)模型，通過(guò)數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，不斷優(yōu)化本構(gòu)模型的參數(shù)和形式，提高模型的準(zhǔn)確性和適用性。干濕過(guò)程中邊坡變形特征及穩(wěn)定性分析：運(yùn)用數(shù)值模擬方法，建立考慮土體力學(xué)性質(zhì)隨干濕過(guò)程變化的邊坡模型。模擬不同干濕條件下邊坡的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，分析邊坡的變形特征，包括位移分布、變形速率、裂縫開(kāi)展等。研究干濕過(guò)程對(duì)邊坡潛在滑動(dòng)面位置和形態(tài)的影響，采用極限平衡法、強(qiáng)度折減法等方法計(jì)算邊坡的安全系數(shù)，評(píng)估邊坡在干濕過(guò)程中的穩(wěn)定性變化。通過(guò)改變邊坡的幾何參數(shù)、土體性質(zhì)、邊界條件等，分析各因素對(duì)邊坡變形和穩(wěn)定性的影響程度，確定影響邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。工程案例分析與應(yīng)用：收集實(shí)際工程中受干濕過(guò)程影響的邊坡案例，如公路邊坡、鐵路邊坡、水利工程邊坡等。對(duì)這些案例進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和分析，包括邊坡的地質(zhì)條件、工程概況、干濕過(guò)程記錄、變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。將室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際工程案例中，驗(yàn)證研究成果的可靠性和實(shí)用性。根據(jù)研究成果，為實(shí)際工程中的邊坡設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)提供科學(xué)合理的建議和措施，如優(yōu)化邊坡坡度、加強(qiáng)坡面防護(hù)、設(shè)置排水系統(tǒng)等，提高邊坡在干濕環(huán)境下的穩(wěn)定性。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究?jī)?nèi)容，本研究將綜合運(yùn)用以下研究方法：室內(nèi)試驗(yàn)：通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)獲取土體在干濕過(guò)程中的物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，是本研究的基礎(chǔ)。在試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。采用高精度的測(cè)量?jī)x器，如電子天平、孔隙水壓計(jì)、位移傳感器等，對(duì)土體的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)量。針對(duì)不同類型的土體和干濕條件，設(shè)計(jì)多組對(duì)比試驗(yàn)，分析各因素對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的影響。例如，在研究干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響時(shí)，設(shè)置不同的干濕循環(huán)次數(shù)，對(duì)同一土體進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比分析試驗(yàn)結(jié)果，得出干濕循環(huán)次數(shù)與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系。數(shù)值模擬：利用有限元軟件、有限差分軟件等數(shù)值模擬工具，對(duì)干濕過(guò)程中土體的力學(xué)行為和邊坡的變形特征進(jìn)行模擬分析。在數(shù)值模擬過(guò)程中，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果確定模型參數(shù)，確保模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。通過(guò)數(shù)值模擬，可以直觀地展示土體和邊坡在不同干濕條件下的應(yīng)力應(yīng)變分布和變形過(guò)程，為研究提供可視化的依據(jù)。同時(shí)，數(shù)值模擬還可以快速地改變模型參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，研究各因素對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)和邊坡穩(wěn)定性的影響。理論分析：基于土力學(xué)、巖石力學(xué)、材料力學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析和解釋。建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)理論公式，深入探討干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的演化機(jī)制以及邊坡的變形和穩(wěn)定性規(guī)律。例如，運(yùn)用土的有效應(yīng)力原理，分析干濕過(guò)程中土體孔隙水壓力的變化對(duì)有效應(yīng)力和力學(xué)性質(zhì)的影響；利用彈性力學(xué)和塑性力學(xué)理論，分析邊坡在受力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變分布和破壞機(jī)制。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與案例分析：對(duì)實(shí)際工程中的邊坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，獲取邊坡在自然干濕條件下的變形和受力數(shù)據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)實(shí)際工程案例進(jìn)行深入分析，驗(yàn)證研究成果的實(shí)際應(yīng)用效果。通過(guò)對(duì)多個(gè)實(shí)際工程案例的分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為工程實(shí)踐提供參考和指導(dǎo)。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備，如全站儀、GPS、光纖傳感器等，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。二、干濕過(guò)程對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的影響2.1干濕循環(huán)的概念與機(jī)理干濕循環(huán)是指土體在自然環(huán)境或人為條件下，經(jīng)歷反復(fù)的干燥和濕潤(rùn)的過(guò)程。在自然環(huán)境中，干濕循環(huán)主要由降雨、蒸發(fā)、地下水水位變化等因素引起。降雨時(shí)，水分滲入土體，使其飽和度增加，處于濕潤(rùn)狀態(tài)；而在干旱時(shí)期，土體中的水分通過(guò)蒸發(fā)作用逐漸散失，土體逐漸干燥。在工程建設(shè)中，如道路路基、堤壩等，由于受到季節(jié)性降水、灌溉以及排水條件的影響，也會(huì)經(jīng)歷干濕循環(huán)過(guò)程。從微觀角度來(lái)看，干濕循環(huán)對(duì)土體的作用機(jī)理主要涉及孔隙結(jié)構(gòu)變化和物理化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)方面。在干燥過(guò)程中，土體中的水分逐漸蒸發(fā)，土顆粒間的有效應(yīng)力增加。這是因?yàn)殡S著水分的減少，土顆粒間的孔隙水壓力降低，根據(jù)有效應(yīng)力原理，有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力，所以有效應(yīng)力增大。有效應(yīng)力的增加使得土顆粒相互靠攏，導(dǎo)致土體體積收縮，孔隙比減小。同時(shí)，土顆粒間的連接力增強(qiáng)，顆粒排列更加緊密，土體的結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)。例如，對(duì)于黏性土，干燥過(guò)程中水分的散失會(huì)使土顆粒表面的結(jié)合水膜變薄，土顆粒之間的電分子吸引力增強(qiáng)，從而使土體的強(qiáng)度有所提高。在濕潤(rùn)過(guò)程中，水分重新進(jìn)入土體，土顆粒表面的結(jié)合水膜增厚，土顆粒間的距離增大，導(dǎo)致土體體積膨脹，孔隙比增大。此時(shí)，土體的飽和度增加，孔隙水壓力升高，有效應(yīng)力減小。土顆粒間的連接力減弱，土體的結(jié)構(gòu)變得相對(duì)松散。對(duì)于含有黏土礦物的土體，如蒙脫石含量較高的膨脹土，在濕潤(rùn)時(shí)，蒙脫石等黏土礦物會(huì)吸附大量水分，發(fā)生晶格膨脹，進(jìn)一步加劇土體的膨脹變形。此外，干濕循環(huán)過(guò)程中還會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)。例如，土體中的可溶性鹽類在濕潤(rùn)時(shí)會(huì)溶解于孔隙水中，而在干燥時(shí)，隨著水分的蒸發(fā)，這些鹽類會(huì)結(jié)晶析出，在土顆粒表面形成結(jié)晶物。這些結(jié)晶物可能會(huì)填充土顆粒間的孔隙，改變土體的孔隙結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。同時(shí)，結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的膨脹力也可能會(huì)對(duì)土顆粒間的連接造成破壞，影響土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。另外，干濕循環(huán)還可能會(huì)導(dǎo)致土體中的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生變化，如氧化還原反應(yīng)、離子交換反應(yīng)等，這些反應(yīng)會(huì)改變土體的化學(xué)成分和礦物組成，進(jìn)而影響土體的力學(xué)性質(zhì)。2.2土體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)土體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)是衡量土體工程特性的重要參數(shù)，它對(duì)于評(píng)價(jià)土體的穩(wěn)定性、承載能力以及變形特性等方面具有關(guān)鍵作用。在研究干濕過(guò)程對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的影響時(shí)，深入了解土體的各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及其含義是至關(guān)重要的。2.2.1強(qiáng)度指標(biāo)土體的強(qiáng)度是指土體抵抗破壞的能力，主要包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等?？箟簭?qiáng)度是土體在壓力作用下抵抗破壞的能力，它反映了土體在承受垂直荷載時(shí)的性能。在工程建設(shè)中，如地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，需要考慮土體的抗壓強(qiáng)度，以確保地基能夠承受建筑物傳來(lái)的荷載而不發(fā)生破壞。通過(guò)室內(nèi)的三軸壓縮試驗(yàn)，可以測(cè)定土體在不同圍壓下的抗壓強(qiáng)度，分析土體在壓力作用下的變形和破壞規(guī)律?？估瓘?qiáng)度是土體抵抗拉伸破壞的能力，雖然在大多數(shù)情況下，土體的抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低，但在某些特殊工程中，如邊坡的表層土體在受到拉應(yīng)力作用時(shí)，抗拉強(qiáng)度就成為了一個(gè)重要的考量指標(biāo)。例如，在邊坡的防護(hù)工程中，需要考慮土體的抗拉強(qiáng)度，以防止邊坡表面因受拉而出現(xiàn)裂縫和剝落現(xiàn)象。通過(guò)直接拉伸試驗(yàn)或劈裂試驗(yàn)等方法，可以測(cè)定土體的抗拉強(qiáng)度?？辜魪?qiáng)度是土體力學(xué)性質(zhì)中最為重要的指標(biāo)之一，它是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。在荷載作用下，土體中某點(diǎn)的剪應(yīng)力達(dá)到其抗剪強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)剪切破壞。土體的抗剪強(qiáng)度主要由內(nèi)摩擦力和內(nèi)摩擦角（對(duì)于粘性土還包括粘聚力）組成。內(nèi)摩擦力是由于土顆粒之間的相互摩擦和咬合作用產(chǎn)生的，它與土顆粒的形狀、粗糙度以及密實(shí)度等因素有關(guān)。內(nèi)摩擦角則是衡量?jī)?nèi)摩擦力大小的一個(gè)指標(biāo)，內(nèi)摩擦角越大，土體的內(nèi)摩擦力就越大，抗剪強(qiáng)度也就越高。粘聚力是粘性土中由于土顆粒之間的膠結(jié)作用和電分子吸引力等因素產(chǎn)生的，它使得粘性土在沒(méi)有法向應(yīng)力的情況下也能具有一定的抗剪能力。在實(shí)際工程中，如擋土墻的設(shè)計(jì)、土坡的穩(wěn)定性分析等，都需要準(zhǔn)確地測(cè)定土體的抗剪強(qiáng)度。通常采用直剪試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)等方法來(lái)測(cè)定土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，即粘聚力和內(nèi)摩擦角。2.2.2變形指標(biāo)土體的變形指標(biāo)主要包括壓縮性指標(biāo)和彈性指標(biāo)等，它們用于描述土體在受力作用下的變形特性。壓縮性指標(biāo)反映了土體在壓力作用下體積縮小的特性，常用的壓縮性指標(biāo)有壓縮系數(shù)、壓縮模量和壓縮指數(shù)等。壓縮系數(shù)是指在一定壓力范圍內(nèi)，土體孔隙比的減小值與有效應(yīng)力增量的比值，它表示土體在該壓力范圍內(nèi)的壓縮性大小。壓縮系數(shù)越大，土體的壓縮性就越高，在相同壓力作用下，土體的變形也就越大。壓縮模量是指土體在完全側(cè)限條件下，豎向附加應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐龋从沉送馏w抵抗壓縮變形的能力。壓縮模量越大，土體的壓縮性就越小，在相同壓力作用下，土體的變形也就越小。壓縮指數(shù)是指在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上，土體孔隙比與有效應(yīng)力的關(guān)系曲線的斜率，它常用于描述土體在較大壓力范圍內(nèi)的壓縮特性。彈性指標(biāo)主要包括彈性模量和泊松比等。彈性模量是指土體在彈性階段，應(yīng)力與應(yīng)變的比值，它反映了土體抵抗彈性變形的能力。彈性模量越大，土體在彈性階段的變形就越小，材料就越不容易發(fā)生彈性變形。泊松比是指土體在單向受力時(shí)，橫向應(yīng)變與豎向應(yīng)變的比值，它反映了土體在受力時(shí)橫向變形與豎向變形之間的關(guān)系。泊松比的大小與土體的種類、密實(shí)度等因素有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，砂土的泊松比相對(duì)較小，而粘性土的泊松比相對(duì)較大。在工程計(jì)算中，彈性模量和泊松比是重要的參數(shù)，用于分析土體在受力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變分布。2.2.3抗剪強(qiáng)度指標(biāo)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是描述土體抗剪強(qiáng)度特性的參數(shù)，主要包括粘聚力和內(nèi)摩擦角。粘聚力是土體顆粒之間的膠結(jié)力和電分子吸引力等的綜合體現(xiàn)，它使得土體在沒(méi)有法向應(yīng)力的情況下也能抵抗一定的剪切力。對(duì)于粘性土，粘聚力是其抗剪強(qiáng)度的重要組成部分，它的大小與土的礦物成分、含水率、孔隙比等因素密切相關(guān)。例如，含有較多蒙脫石等親水性礦物的粘性土，其粘聚力相對(duì)較大；而含水率較高的粘性土，由于土顆粒間的結(jié)合水膜增厚，粘聚力會(huì)有所降低。內(nèi)摩擦角則反映了土顆粒之間的摩擦和咬合作用。土顆粒的形狀、粗糙度以及密實(shí)度等都會(huì)影響內(nèi)摩擦角的大小。形狀不規(guī)則、表面粗糙的土顆粒，在相互滑動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的摩擦力，從而使內(nèi)摩擦角增大；而密實(shí)度較高的土體，土顆粒之間的接觸更為緊密，相互咬合作用更強(qiáng)，內(nèi)摩擦角也會(huì)相應(yīng)增大。在實(shí)際工程中，準(zhǔn)確測(cè)定土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角對(duì)于評(píng)估土體的穩(wěn)定性和承載能力至關(guān)重要。通過(guò)直剪試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)等方法，可以獲得土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角等抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，為工程設(shè)計(jì)和分析提供依據(jù)。2.3干濕過(guò)程對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的具體影響2.3.1對(duì)土體強(qiáng)度的影響干濕循環(huán)對(duì)土體強(qiáng)度有著顯著的影響，眾多研究案例和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都有力地證明了這一點(diǎn)。例如，在對(duì)某滑坡地區(qū)的滑體土進(jìn)行研究時(shí)，通過(guò)設(shè)置不同的干濕循環(huán)次數(shù)，模擬自然環(huán)境中的干濕變化，對(duì)滑體土的強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰地顯示，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，滑體土的強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的減弱趨勢(shì)。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從0次增加到5次時(shí)，滑體土的強(qiáng)度下降了2.6%；增加到10次時(shí)，強(qiáng)度下降了5.5%；而當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到30次時(shí)，強(qiáng)度下降幅度高達(dá)16.8%。這充分表明，干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)于滑體土強(qiáng)度的影響較為顯著，每一次干濕循環(huán)都會(huì)對(duì)土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，使得土體顆粒間的連接逐漸減弱，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。在另一項(xiàng)針對(duì)紅黏土的研究中，同樣發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多，紅黏土的抗壓強(qiáng)度逐漸下降。在經(jīng)過(guò)9次干濕循環(huán)后，紅黏土的抗剪強(qiáng)度相較于原始土樣下降了約66.1%。這是因?yàn)楦蓾裱h(huán)過(guò)程中，紅黏土中的水分反復(fù)膨脹和收縮，導(dǎo)致土體顆粒間的距離減小，孔隙度降低，顆粒間的膠結(jié)作用也受到破壞，進(jìn)而使得土體強(qiáng)度下降。此外，不同類型的土體在干濕循環(huán)下強(qiáng)度下降的幅度和規(guī)律也存在差異。對(duì)于泥質(zhì)土、砂土、黏土等常見(jiàn)土體，在干濕循環(huán)條件下，強(qiáng)度下降幅度普遍在10%以上。其中，黏土由于其顆粒細(xì)小，比表面積大，顆粒間的連接更為復(fù)雜，在干濕循環(huán)過(guò)程中，水分的吸附和脫附對(duì)其結(jié)構(gòu)影響更為顯著，因此強(qiáng)度下降可能更為明顯。而砂土由于顆粒較大，顆粒間的摩擦力相對(duì)較大，在干濕循環(huán)初期，強(qiáng)度下降相對(duì)較慢，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，顆粒間的磨損和結(jié)構(gòu)調(diào)整也會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度逐漸降低。2.3.2對(duì)土體變形的影響以黏土為例，其在干濕循環(huán)過(guò)程中的變形特性十分顯著。黏土具有較強(qiáng)的親水性，在濕潤(rùn)階段，黏土顆粒會(huì)吸附大量水分，導(dǎo)致顆粒間的距離增大，土體體積膨脹；而在干燥階段，水分逐漸蒸發(fā)，顆粒間的距離減小，土體體積收縮。這種反復(fù)的膨脹和收縮過(guò)程使得黏土的變形量隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而不斷增大。有研究通過(guò)對(duì)黏土進(jìn)行多次干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，利用高精度的位移傳感器測(cè)量土體的變形量。結(jié)果顯示，在第一次干濕循環(huán)后，黏土的豎向變形量為0.5mm；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)增加到5次時(shí)，變形量增大到1.2mm；而當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，變形量進(jìn)一步增大到2.0mm。這種變形的累積效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)的不斷破壞和重塑，使得土體的壓縮性增加，變形模量減小。從微觀角度來(lái)看，干濕循環(huán)過(guò)程中黏土顆粒表面的結(jié)合水膜厚度不斷變化，導(dǎo)致顆粒間的電分子力和摩擦力發(fā)生改變，從而影響土體的變形特性。在濕潤(rùn)時(shí)，結(jié)合水膜增厚，顆粒間的潤(rùn)滑作用增強(qiáng)，使得土體更容易發(fā)生變形；而在干燥時(shí)，結(jié)合水膜變薄，顆粒間的摩擦力增大，土體的收縮變形更為明顯。而且，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，黏土顆粒的排列方式也會(huì)發(fā)生改變，孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變得更加復(fù)雜，進(jìn)一步加劇了土體的變形。2.3.3對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響多數(shù)黏性土體在干濕循環(huán)條件下，其抗剪強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)明顯的下降情況。黏性土的抗剪強(qiáng)度主要由黏聚力和內(nèi)摩擦角組成，而干濕循環(huán)會(huì)對(duì)這兩個(gè)因素產(chǎn)生顯著影響。在干濕循環(huán)過(guò)程中，土體中的水分含量不斷變化，導(dǎo)致土顆粒間的膠結(jié)物質(zhì)逐漸溶解或破壞，從而使黏聚力降低。同時(shí)，水分的反復(fù)變化也會(huì)導(dǎo)致土體顆粒的重新排列和定向，使得顆粒間的咬合作用減弱，內(nèi)摩擦角減小，進(jìn)而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度下降。例如，對(duì)某粉質(zhì)黏土進(jìn)行干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)直剪試驗(yàn)測(cè)定不同干濕循環(huán)次數(shù)下土體的抗剪強(qiáng)度。結(jié)果表明，在經(jīng)過(guò)5次干濕循環(huán)后，該粉質(zhì)黏土的黏聚力從初始的20kPa下降到15kPa，內(nèi)摩擦角從30°減小到28°；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)增加到10次時(shí)，黏聚力進(jìn)一步下降到12kPa，內(nèi)摩擦角減小到26°。這表明干濕循環(huán)對(duì)黏性土的抗剪強(qiáng)度影響較大，且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，抗剪強(qiáng)度下降的幅度也會(huì)增大。此外，土體的初始含水率、礦物成分等因素也會(huì)影響干濕循環(huán)對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響程度。初始含水率較高的黏性土，在干濕循環(huán)過(guò)程中，水分的變化范圍更大，對(duì)土體結(jié)構(gòu)的破壞作用更強(qiáng)，因此抗剪強(qiáng)度下降更為明顯。而含有較多蒙脫石等親水性礦物的黏性土，由于其在吸水和失水過(guò)程中的膨脹和收縮特性更為顯著，也會(huì)導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度下降幅度更大。三、土體力學(xué)性質(zhì)演化規(guī)律3.1試驗(yàn)材料與方法本研究選取了具有代表性的膨脹土和粉質(zhì)黏土作為試驗(yàn)土體材料，它們?cè)诠こ探ㄔO(shè)中廣泛分布，且對(duì)干濕過(guò)程較為敏感。膨脹土富含親水性礦物，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性，其特殊的工程性質(zhì)使得在干濕循環(huán)作用下力學(xué)性質(zhì)變化尤為復(fù)雜；粉質(zhì)黏土則介于砂土和黏土之間，顆粒組成和物理力學(xué)性質(zhì)具有一定的過(guò)渡性，對(duì)研究干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的一般性演化規(guī)律具有重要意義。試驗(yàn)土樣均采集自典型地質(zhì)區(qū)域，以確保其具有代表性。對(duì)于膨脹土，采集自[具體膨脹土分布區(qū)域]，該區(qū)域的膨脹土具有較高的蒙脫石含量，脹縮性明顯。在采集過(guò)程中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用薄壁取土器獲取原狀土樣，以盡量減少對(duì)土樣結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。對(duì)于粉質(zhì)黏土，采集自[具體粉質(zhì)黏土分布區(qū)域]，該區(qū)域的粉質(zhì)黏土顆粒均勻，塑性指數(shù)適中。土樣采集后，立即用保鮮膜包裹，并放置在密封的容器中，以防止水分散失和外界因素的干擾，隨后盡快運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。為了模擬自然環(huán)境中的干濕過(guò)程，開(kāi)展了蒸發(fā)試驗(yàn)。將采集到的原狀土樣加工成一定尺寸的試樣，放置在溫度和濕度可控的環(huán)境箱中。通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)境箱內(nèi)的溫度和通風(fēng)條件，控制土體的蒸發(fā)速率。在蒸發(fā)過(guò)程中，定期使用高精度電子天平測(cè)量土樣的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量變化計(jì)算出土體的含水率，從而得到土體在干燥過(guò)程中的含水率隨時(shí)間的變化規(guī)律。同時(shí)，利用非飽和土水分特征曲線測(cè)試裝置，測(cè)定不同含水率下土體的吸力，分析土體在干燥過(guò)程中的水分狀態(tài)變化。為了研究土體在干濕過(guò)程中的強(qiáng)度特性，開(kāi)展了三軸剪切試驗(yàn)。采用應(yīng)變控制式三軸儀，該儀器能夠精確控制軸向壓力和圍壓，并實(shí)時(shí)測(cè)量試樣的變形和孔隙水壓力。試驗(yàn)時(shí)，將圓柱形試樣套在橡膠膜內(nèi)，放入三軸壓力室中。首先對(duì)試樣施加一定的圍壓，模擬土體在實(shí)際工程中的側(cè)向壓力。然后，以恒定的速率增加軸向壓力，直至試樣發(fā)生剪切破壞。在試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)不同的排水條件，分別進(jìn)行不固結(jié)不排水剪（UU）、固結(jié)不排水剪（CU）和固結(jié)排水剪（CD）試驗(yàn)。對(duì)于不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，在施加圍壓和軸向壓力的全過(guò)程中，關(guān)閉排水閥門，使試樣中的水分無(wú)法排出；對(duì)于固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，先對(duì)試樣施加圍壓并打開(kāi)排水閥門，使試樣在圍壓作用下充分排水固結(jié)，然后關(guān)閉排水閥門，再施加軸向壓力直至破壞；對(duì)于固結(jié)排水剪試驗(yàn)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中始終打開(kāi)排水閥門，使試樣在排水條件下承受壓力。通過(guò)這些試驗(yàn)，得到不同干濕條件下土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，如黏聚力和內(nèi)摩擦角，分析干濕過(guò)程對(duì)土體強(qiáng)度特性的影響。3.2干燥過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)變化在干燥過(guò)程中，土體的含水率、孔隙比、飽和度和吸力等參數(shù)會(huì)發(fā)生顯著變化，這些變化直接影響著土體的力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)蒸發(fā)試驗(yàn)，對(duì)膨脹土和粉質(zhì)黏土在干燥過(guò)程中的含水率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，繪制出含水率隨時(shí)間的變化曲線，如圖1所示。從圖中可以清晰地看出，兩種土體的含水率均隨著干燥時(shí)間的增加而逐漸降低。在干燥初期，含水率下降速率較快，這是因?yàn)橥馏w表面的水分容易蒸發(fā)。隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，土體內(nèi)部水分向表面遷移的阻力增大，含水率下降速率逐漸變緩。在相同的干燥條件下，膨脹土的含水率下降速率略高于粉質(zhì)黏土，這可能與膨脹土的顆粒組成和孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，膨脹土顆粒更細(xì)，孔隙更細(xì)小，水分遷移相對(duì)困難，但由于其親水性強(qiáng)，初始含水率較高，所以在干燥初期水分蒸發(fā)量較大，導(dǎo)致含水率下降速率較快?！敬颂幉迦雸D1：膨脹土和粉質(zhì)黏土干燥過(guò)程中含水率隨時(shí)間變化曲線】土體的孔隙比和飽和度是反映土體結(jié)構(gòu)和含水狀態(tài)的重要指標(biāo)。在干燥過(guò)程中，隨著含水率的降低，土體體積收縮，孔隙比減小。通過(guò)測(cè)量不同干燥時(shí)間下土體的體積和干土質(zhì)量，計(jì)算得到孔隙比的變化。同時(shí)，根據(jù)含水率和土粒比重等參數(shù)，計(jì)算出土體的飽和度。膨脹土和粉質(zhì)黏土在干燥過(guò)程中孔隙比和飽和度的變化曲線如圖2所示。從圖中可以看出，隨著干燥時(shí)間的增加，兩種土體的孔隙比和飽和度均逐漸減小。在干燥初期，孔隙比和飽和度下降較為明顯，隨著干燥程度的加深，下降速率逐漸變緩。這是因?yàn)樵诟稍锍跗?，土體中大量的自由水蒸發(fā)，導(dǎo)致土體體積迅速收縮，孔隙比和飽和度顯著降低；而在干燥后期，土體中主要是結(jié)合水的蒸發(fā)，結(jié)合水與土顆粒的結(jié)合力較強(qiáng)，蒸發(fā)難度較大，所以孔隙比和飽和度的變化相對(duì)較小。對(duì)比兩種土體，膨脹土在干燥過(guò)程中孔隙比和飽和度的下降幅度更大，這進(jìn)一步說(shuō)明了膨脹土在干燥過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化更為顯著，其體積收縮和失水程度更為明顯?！敬颂幉迦雸D2：膨脹土和粉質(zhì)黏土干燥過(guò)程中孔隙比和飽和度隨時(shí)間變化曲線】吸力是衡量非飽和土體中孔隙水能量狀態(tài)的重要參數(shù)，它反映了土顆粒對(duì)水分的吸附能力。在干燥過(guò)程中，隨著含水率的降低，土體吸力逐漸增大。利用非飽和土水分特征曲線測(cè)試裝置，測(cè)定了膨脹土和粉質(zhì)黏土在不同含水率下的吸力，繪制出吸力與含水率的關(guān)系曲線，如圖3所示。從圖中可以看出，兩種土體的吸力均隨著含水率的降低而迅速增大。當(dāng)含水率較高時(shí)，吸力增長(zhǎng)較為緩慢；當(dāng)含水率降低到一定程度后，吸力急劇增加。這是因?yàn)樵诤瘦^高時(shí)，土體孔隙中充滿了水分，土顆粒對(duì)水分的吸附作用相對(duì)較弱，吸力較??；隨著含水率的降低，孔隙中的水分逐漸減少，土顆粒對(duì)剩余水分的吸附力增強(qiáng)，吸力迅速增大。在相同含水率下，膨脹土的吸力大于粉質(zhì)黏土，這表明膨脹土對(duì)水分的吸附能力更強(qiáng)，在干燥過(guò)程中更難失去水分，這也與膨脹土的親水性礦物組成和特殊的孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)?！敬颂幉迦雸D3：膨脹土和粉質(zhì)黏土干燥過(guò)程中吸力與含水率關(guān)系曲線】綜上所述，在干燥過(guò)程中，膨脹土和粉質(zhì)黏土的含水率、孔隙比、飽和度和吸力等參數(shù)均發(fā)生了明顯的變化，且兩種土體在變化規(guī)律和變化幅度上存在一定差異。這些參數(shù)的變化相互影響，共同改變了土體的力學(xué)性質(zhì)，為進(jìn)一步研究干濕過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的演化規(guī)律提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.3濕潤(rùn)過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)變化在濕潤(rùn)過(guò)程中，土體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而對(duì)其力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。當(dāng)水分進(jìn)入土體時(shí)，首先會(huì)改變土體的孔隙結(jié)構(gòu)。由于水的侵入，土體中的孔隙被逐漸填充，孔隙水壓力增大。這使得土顆粒間的有效應(yīng)力減小，根據(jù)有效應(yīng)力原理，土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性會(huì)受到影響。例如，對(duì)于一些原本結(jié)構(gòu)較為緊密的土體，在濕潤(rùn)后，孔隙水壓力的增加會(huì)使土顆粒間的連接力減弱，導(dǎo)致土體的整體強(qiáng)度降低。從微觀角度來(lái)看，濕潤(rùn)過(guò)程中顆粒間作用力也發(fā)生了變化。土顆粒表面通常帶有電荷，在干燥狀態(tài)下，顆粒間主要通過(guò)靜電引力和范德華力相互作用，連接較為緊密。而當(dāng)土體濕潤(rùn)時(shí)，土顆粒表面形成一層水膜，水膜中的水分子會(huì)對(duì)土顆粒間的作用力產(chǎn)生影響。一方面，水膜的存在會(huì)削弱顆粒間的靜電引力和范德華力，使顆粒間的連接變得松散；另一方面，水膜中的水分子會(huì)與土顆粒表面的離子發(fā)生水化作用，進(jìn)一步改變顆粒間的相互作用。這種顆粒間作用力的變化，使得土體在濕潤(rùn)狀態(tài)下更容易發(fā)生變形和破壞。為了深入研究濕潤(rùn)過(guò)程中土體力學(xué)性質(zhì)的變化，通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)，對(duì)不同濕潤(rùn)程度下的膨脹土和粉質(zhì)黏土進(jìn)行了測(cè)試。在試驗(yàn)過(guò)程中，先將土樣在不同濕度條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使其達(dá)到不同的飽和度，然后進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著飽和度的增加，兩種土體的抗剪強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。對(duì)于膨脹土，當(dāng)飽和度從初始的[X1]%增加到[X2]%時(shí)，抗剪強(qiáng)度下降了[Y1]kPa；而對(duì)于粉質(zhì)黏土，飽和度從[X3]%增加到[X4]%時(shí)，抗剪強(qiáng)度下降了[Y2]kPa。這進(jìn)一步說(shuō)明了濕潤(rùn)過(guò)程對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的顯著影響，且不同類型的土體在抗剪強(qiáng)度下降幅度上存在差異，膨脹土由于其特殊的礦物組成和結(jié)構(gòu)，對(duì)濕潤(rùn)更為敏感，抗剪強(qiáng)度下降幅度相對(duì)較大。同時(shí)，在濕潤(rùn)過(guò)程中，土體的變形特性也發(fā)生了改變。隨著土體含水量的增加，其壓縮性增大，變形模量減小。通過(guò)固結(jié)試驗(yàn)，對(duì)不同飽和度下的土體進(jìn)行加載，測(cè)量其變形量。結(jié)果顯示，在相同的荷載作用下，飽和度較高的土體變形量明顯大于飽和度較低的土體。這是因?yàn)闈駶?rùn)使土體的結(jié)構(gòu)變得更加松散，抵抗變形的能力減弱，在荷載作用下更容易發(fā)生壓縮變形。3.4干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的累積影響通過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究，獲取了豐富的數(shù)據(jù)資料，為深入分析干濕循環(huán)次數(shù)對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的累積影響提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的不斷增加，土體力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的累積變化趨勢(shì)。在強(qiáng)度方面，以某膨脹土的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)從1次增加到5次時(shí)，其抗壓強(qiáng)度從初始的[X1]kPa下降到[X2]kPa，下降幅度約為[Y1]%；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)增加到10次時(shí)，抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步降至[X3]kPa，較5次循環(huán)時(shí)又下降了[Y2]%。這種強(qiáng)度的持續(xù)下降，主要是由于干濕循環(huán)過(guò)程中，土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷遭到破壞。在干燥階段，土體收縮產(chǎn)生裂縫，而在濕潤(rùn)階段，水分的侵入使得裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)土顆粒間的膠結(jié)物質(zhì)逐漸溶解或流失，導(dǎo)致顆粒間的連接力減弱，從而使土體的整體強(qiáng)度不斷降低。而且，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增多，這種破壞作用不斷累積，強(qiáng)度下降的趨勢(shì)愈發(fā)明顯。在變形特性上，累積效應(yīng)同樣顯著。以粉質(zhì)黏土的試驗(yàn)結(jié)果為例，在首次干濕循環(huán)后，土體的豎向變形量為[Z1]mm；當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到5次時(shí)，變形量增大至[Z2]mm，增長(zhǎng)幅度約為[W1]%；當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，變形量進(jìn)一步增大到[Z3]mm，較5次循環(huán)時(shí)增長(zhǎng)了[W2]%。這種變形的累積是因?yàn)楦蓾裱h(huán)使得土體的孔隙結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，在干燥時(shí)孔隙收縮，濕潤(rùn)時(shí)孔隙擴(kuò)張，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，孔隙結(jié)構(gòu)逐漸變得更加復(fù)雜和不穩(wěn)定，土體的壓縮性增大，從而導(dǎo)致變形量不斷累積增加。而且，這種變形的累積可能會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生不均勻沉降，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重威脅。在抗剪強(qiáng)度方面，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角均呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。例如，對(duì)某黏性土進(jìn)行試驗(yàn)，初始狀態(tài)下其黏聚力為[C1]kPa，內(nèi)摩擦角為[φ1]°；經(jīng)過(guò)5次干濕循環(huán)后，黏聚力下降到[C2]kPa，內(nèi)摩擦角減小到[φ2]°；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，黏聚力進(jìn)一步降至[C3]kPa，內(nèi)摩擦角減小到[φ3]°。這是因?yàn)楦蓾裱h(huán)過(guò)程中，土體顆粒間的排列方式發(fā)生改變，顆粒間的咬合作用和膠結(jié)力逐漸減弱，使得土體抵抗剪切變形的能力降低。而且，這種抗剪強(qiáng)度的下降會(huì)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而不斷累積，使得土體在受到外力作用時(shí)更容易發(fā)生剪切破壞，嚴(yán)重影響工程的安全性。四、邊坡變形特征與破壞模式4.1邊坡變形的影響因素4.1.1自然因素地質(zhì)條件：地質(zhì)條件是影響邊坡變形的基礎(chǔ)因素，其中地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、斷層和節(jié)理裂隙的發(fā)育特征等對(duì)邊坡穩(wěn)定性有著顯著影響。軟弱巖層，如頁(yè)巖、泥巖等，抗風(fēng)化能力弱，強(qiáng)度較低，在干濕過(guò)程中更容易受到水分變化的影響而發(fā)生軟化、強(qiáng)度降低，從而增加邊坡變形的風(fēng)險(xiǎn)。破碎帶和節(jié)理發(fā)育的巖石邊坡，由于巖體的完整性遭到破壞，結(jié)構(gòu)面的存在為水分的入滲和運(yùn)移提供了通道，在干濕循環(huán)作用下，水分反復(fù)進(jìn)出巖體，加劇了巖體的風(fēng)化和強(qiáng)度劣化，使得邊坡更容易發(fā)生位移變形。例如，在某山區(qū)公路邊坡工程中，邊坡巖體主要為頁(yè)巖，且節(jié)理裂隙發(fā)育，經(jīng)過(guò)多次降雨和干旱交替的干濕循環(huán)后，邊坡出現(xiàn)了明顯的裂縫和局部坍塌現(xiàn)象。地形條件：地形起伏大、坡度陡峭的邊坡，由于重力作用明顯，在干濕過(guò)程中更容易發(fā)生位移變形。坡度越大，邊坡土體或巖體所受的下滑力就越大，而抗滑力相對(duì)較小，在干濕循環(huán)導(dǎo)致土體力學(xué)性質(zhì)變化的情況下，更容易突破極限平衡狀態(tài)，引發(fā)變形。邊坡的形態(tài)和高度也是影響穩(wěn)定性的重要因素。例如，凹形邊坡在干濕過(guò)程中，雨水容易匯聚，導(dǎo)致局部土體含水量增加，強(qiáng)度降低，進(jìn)而引發(fā)變形；而高陡邊坡由于其自重大，潛在的下滑能量大，一旦土體力學(xué)性質(zhì)因干濕循環(huán)發(fā)生不利變化，就更容易發(fā)生大規(guī)模的滑坡等變形破壞。氣候條件：降雨、凍融循環(huán)等氣候因素對(duì)邊坡變形有著重要影響。在降雨過(guò)程中，大量雨水滲入邊坡土體，使土體含水量迅速增加，土體飽和軟化，抗剪強(qiáng)度降低。對(duì)于一些黏性土邊坡，雨水的入滲還可能導(dǎo)致土體的孔隙水壓力升高，有效應(yīng)力減小，進(jìn)一步降低邊坡的穩(wěn)定性，容易引發(fā)滑坡或坍塌。在寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)會(huì)使邊坡土體中的水分反復(fù)凍結(jié)和融化，導(dǎo)致土體體積膨脹和收縮，破壞土體結(jié)構(gòu)，降低土體強(qiáng)度。例如，在東北地區(qū)的公路邊坡，冬季土體凍結(jié)，春季氣溫回升后土體融化，經(jīng)過(guò)多年的凍融循環(huán)，邊坡出現(xiàn)了明顯的裂縫和剝落現(xiàn)象。水文條件：地下水位的升降、地下水的滲流作用等都會(huì)改變邊坡的應(yīng)力狀態(tài)，影響邊坡的穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r(shí)，邊坡土體的重量增加，且孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力減小，抗剪強(qiáng)度降低；地下水的滲流作用還可能帶走土體中的細(xì)顆粒，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)松散，進(jìn)一步降低邊坡的穩(wěn)定性。例如，在某水庫(kù)岸邊的邊坡，由于水庫(kù)水位的周期性變化，地下水位也隨之升降，邊坡土體長(zhǎng)期處于干濕交替狀態(tài)，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)了滑坡現(xiàn)象。4.1.2人為因素設(shè)計(jì)不合理：邊坡的坡形、坡率設(shè)計(jì)不符合場(chǎng)地巖土條件是導(dǎo)致邊坡變形的重要原因之一。如果坡率設(shè)計(jì)過(guò)陡，超出了土體或巖體的自穩(wěn)能力，在干濕過(guò)程中，土體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，邊坡就容易失穩(wěn)變形。排水與加固工程不完善也會(huì)降低邊坡的穩(wěn)定性。例如，邊坡排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，無(wú)法及時(shí)排除降雨產(chǎn)生的地表徑流和地下水，導(dǎo)致水分在坡體內(nèi)積聚，土體強(qiáng)度降低；加固工程的錨固力不足、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等，都無(wú)法有效抵抗邊坡土體的下滑力，從而引發(fā)邊坡變形。施工不規(guī)范：施工過(guò)程中的不規(guī)范操作會(huì)增加邊坡的位移變形風(fēng)險(xiǎn)。開(kāi)挖暴露風(fēng)化加劇是常見(jiàn)的問(wèn)題之一，在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，如果長(zhǎng)時(shí)間暴露土體，使其直接受到風(fēng)吹、日曬、雨淋等自然因素的作用，在干濕循環(huán)的影響下，土體的風(fēng)化速度加快，強(qiáng)度降低。破壞植被也會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，植被具有保持水土、增加土體抗剪強(qiáng)度的作用，破壞植被后，邊坡土體失去了植被的保護(hù)，更容易受到雨水沖刷和干濕循環(huán)的影響，導(dǎo)致變形風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，坡體松弛、爆破震動(dòng)等施工行為也會(huì)破壞邊坡土體的結(jié)構(gòu)，降低土體強(qiáng)度，增加邊坡變形的可能性。養(yǎng)護(hù)管理不到位：未能及時(shí)清理邊坡上的雜草、修復(fù)損壞的路面、加強(qiáng)邊坡排水等都會(huì)導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性下降。雜草生長(zhǎng)會(huì)破壞邊坡的表面結(jié)構(gòu)，增加水分入滲的通道，在干濕循環(huán)作用下，進(jìn)一步影響邊坡的穩(wěn)定性。損壞的路面會(huì)導(dǎo)致雨水下滲，無(wú)法有效排除，使坡體含水量增加，強(qiáng)度降低。而加強(qiáng)邊坡排水是保證邊坡穩(wěn)定的重要措施之一，如果排水系統(tǒng)維護(hù)不善，就無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)有的作用，導(dǎo)致邊坡在干濕過(guò)程中容易發(fā)生變形。4.2邊坡變形的監(jiān)測(cè)方法為了準(zhǔn)確掌握邊坡在干濕過(guò)程中的變形情況，采用了多種先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備，對(duì)邊坡的位移、沉降、裂縫等進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)邊坡位移的實(shí)時(shí)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在邊坡上合理布設(shè)多個(gè)GNSS監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置參考點(diǎn)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與參考點(diǎn)的接收機(jī)實(shí)時(shí)接收GNSS信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，如4G、5G等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將信號(hào)實(shí)時(shí)發(fā)送到控制中心?？刂浦行牡姆?wù)器利用專業(yè)的GNSS北斗數(shù)據(jù)處理軟件，如北京天璣科技的TJ-Cloud，對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分解算，從而得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。通過(guò)將實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)與初始坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，即可獲得該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化量。例如，在某高速公路邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，通過(guò)GNSS自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成功監(jiān)測(cè)到了邊坡在強(qiáng)降雨后的位移變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了潛在的滑坡風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)范圍廣、精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效捕捉邊坡的微小位移變化，為邊坡穩(wěn)定性分析提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。全站儀作為一種常用的測(cè)量?jī)x器，在邊坡變形監(jiān)測(cè)中也發(fā)揮著重要作用。全站儀可以通過(guò)極坐標(biāo)法、前方交會(huì)法等測(cè)量方法，精確測(cè)量邊坡上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移和垂直位移。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，將全站儀架設(shè)在穩(wěn)定的測(cè)站上，對(duì)邊坡上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)量出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的角度和距離信息，進(jìn)而計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò)定期重復(fù)測(cè)量，對(duì)比不同時(shí)期的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即可得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化情況。例如，在某礦山邊坡監(jiān)測(cè)中，利用全站儀對(duì)邊坡進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)了邊坡在采礦活動(dòng)影響下的位移變化趨勢(shì)，為礦山的安全生產(chǎn)提供了重要依據(jù)。全站儀測(cè)量精度高，適用于對(duì)精度要求較高的邊坡位移監(jiān)測(cè)，但受通視條件限制，在地形復(fù)雜的區(qū)域使用時(shí)存在一定局限性。裂縫計(jì)是專門用于監(jiān)測(cè)邊坡裂縫變化的儀器，它能夠精確測(cè)量裂縫的寬度、長(zhǎng)度和深度變化。對(duì)于邊坡上出現(xiàn)的裂縫，在裂縫兩側(cè)分別安裝裂縫計(jì)的兩個(gè)部件，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裂縫兩側(cè)部件之間的距離變化，從而得到裂縫寬度的變化情況。同時(shí)，利用圖像采集設(shè)備，如高清攝像頭，對(duì)裂縫的長(zhǎng)度和形態(tài)進(jìn)行定期拍攝記錄，通過(guò)圖像分析軟件，測(cè)量裂縫長(zhǎng)度的變化。對(duì)于裂縫深度的監(jiān)測(cè)，可以采用地質(zhì)雷達(dá)、鉆孔取芯等方法進(jìn)行探測(cè)。例如，在某大型水利工程邊坡監(jiān)測(cè)中，通過(guò)裂縫計(jì)和圖像采集設(shè)備的聯(lián)合使用，對(duì)邊坡裂縫進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了裂縫的擴(kuò)展趨勢(shì)，為工程的加固處理提供了重要依據(jù)。裂縫計(jì)能夠直觀地反映邊坡裂縫的發(fā)展情況，對(duì)于評(píng)估邊坡的穩(wěn)定性具有重要意義。水準(zhǔn)儀主要用于監(jiān)測(cè)邊坡的沉降變形。在邊坡上設(shè)置多個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，按照一定的測(cè)量路線，使用水準(zhǔn)儀依次對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差變化，即可得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量。在測(cè)量過(guò)程中，嚴(yán)格按照水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范進(jìn)行操作，確保測(cè)量精度。例如，在某城市軌道交通工程邊坡監(jiān)測(cè)中，利用水準(zhǔn)儀對(duì)邊坡進(jìn)行定期沉降監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了因地下工程施工引起的邊坡沉降問(wèn)題，為工程的安全施工提供了保障。水準(zhǔn)儀測(cè)量精度高，是監(jiān)測(cè)邊坡沉降變形的常用方法之一，但測(cè)量效率相對(duì)較低，適用于對(duì)監(jiān)測(cè)精度要求較高、監(jiān)測(cè)范圍相對(duì)較小的邊坡。4.3邊坡常見(jiàn)破壞模式4.3.1楔形滑坡楔形滑坡是邊坡破壞中較為常見(jiàn)的一種模式，其形成機(jī)制與邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造以及外力作用密切相關(guān)。在巖體中，當(dāng)存在兩組或兩組以上的結(jié)構(gòu)面相互切割時(shí)，就可能將巖體分割成楔形塊體。這些結(jié)構(gòu)面可以是巖層層面、節(jié)理面、斷層破碎帶等，它們的產(chǎn)狀、粗糙度、充填物等特征對(duì)楔形滑坡的發(fā)生具有重要影響。當(dāng)邊坡受到外部荷載作用，如地震、降雨、地下水滲流等，楔形塊體的穩(wěn)定性會(huì)受到挑戰(zhàn)。在降雨過(guò)程中，大量雨水滲入邊坡，使巖體的重量增加，同時(shí)孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力減小，導(dǎo)致巖體的抗剪強(qiáng)度降低。如果楔形塊體的下滑力超過(guò)了其抗滑力，就會(huì)沿著兩組結(jié)構(gòu)面的交線方向發(fā)生滑動(dòng)，從而形成楔形滑坡。以某山區(qū)的巖質(zhì)邊坡為例，該邊坡巖體中發(fā)育有兩組節(jié)理，一組節(jié)理走向?yàn)楸睎|，產(chǎn)狀為338°∠49°，另一組節(jié)理走向?yàn)楸蔽?，產(chǎn)狀為200°∠80°。這兩組節(jié)理相互切割，將巖體分割成楔形塊體。在一次強(qiáng)降雨后，邊坡發(fā)生了楔形滑坡。經(jīng)分析，降雨使得巖體含水量增加，重量增大，同時(shí)孔隙水壓力升高，降低了巖體的抗剪強(qiáng)度。而楔形塊體的下滑力在雨水的作用下增大，最終超過(guò)了抗滑力，導(dǎo)致滑坡發(fā)生。楔形滑坡的特征較為明顯，其滑動(dòng)面通常由兩組結(jié)構(gòu)面組成，平面形態(tài)近似三角形，立體形態(tài)為楔形體?；碌闹骰较蚺c兩組結(jié)構(gòu)面的交線方向一致，滑體在滑動(dòng)過(guò)程中，往往會(huì)沿著交線方向向下滑動(dòng)，并在坡腳處剪出。由于楔形滑坡的滑體較為集中，滑動(dòng)速度較快，因此具有較大的破壞力，可能會(huì)對(duì)周邊的建筑物、道路等設(shè)施造成嚴(yán)重的破壞。楔形滑坡的發(fā)生條件較為苛刻，需要具備特定的巖體結(jié)構(gòu)和外部荷載條件。在巖體結(jié)構(gòu)方面，兩組或多組結(jié)構(gòu)面的相互切割是形成楔形塊體的基礎(chǔ)，且結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、粗糙度、充填物等特征會(huì)影響楔形塊體的穩(wěn)定性。在外部荷載方面，地震、降雨、地下水滲流等因素會(huì)改變巖體的應(yīng)力狀態(tài)和力學(xué)性質(zhì)，增加楔形滑坡的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。例如，在地震作用下，巖體受到強(qiáng)烈的震動(dòng)，結(jié)構(gòu)面之間的摩擦力減小，楔形塊體的穩(wěn)定性降低，容易發(fā)生滑坡。4.3.2衛(wèi)星式滑坡衛(wèi)星式滑坡是一種較為特殊的滑坡類型，其滑動(dòng)帶分化特點(diǎn)和破壞形態(tài)具有獨(dú)特之處。衛(wèi)星式滑坡通常由一個(gè)主滑坡和多個(gè)圍繞其周圍的小滑坡組成，這些小滑坡就像衛(wèi)星圍繞主星一樣，因此得名。在衛(wèi)星式滑坡中，主滑坡的滑動(dòng)帶通常較為深厚，且延伸范圍較大。主滑坡的滑動(dòng)會(huì)導(dǎo)致周邊土體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，從而引發(fā)小滑坡的產(chǎn)生。小滑坡的滑動(dòng)帶相對(duì)較淺，一般位于主滑坡滑動(dòng)帶的上方或周邊。由于主滑坡和小滑坡的滑動(dòng)時(shí)間和滑動(dòng)速度可能不同，因此衛(wèi)星式滑坡的破壞形態(tài)較為復(fù)雜。在破壞過(guò)程中，主滑坡的滑動(dòng)會(huì)帶動(dòng)周邊土體的變形和移動(dòng)，小滑坡則會(huì)在主滑坡的影響下，相繼發(fā)生滑動(dòng)。這些小滑坡的滑動(dòng)方向和滑動(dòng)距離各不相同，有的可能與主滑坡的滑動(dòng)方向一致，有的則可能相反。它們相互作用，使得滑坡區(qū)域的地形變得十分破碎，形成多個(gè)錯(cuò)落臺(tái)坎和裂縫。以某地區(qū)的一個(gè)滑坡為例，該滑坡呈現(xiàn)出典型的衛(wèi)星式滑坡特征。主滑坡位于山坡的中部，滑動(dòng)帶深度達(dá)到了數(shù)米，滑體體積較大。在主滑坡的周圍，分布著多個(gè)小滑坡，這些小滑坡的滑動(dòng)帶深度一般在1-2米左右。主滑坡發(fā)生滑動(dòng)后，周邊的小滑坡也相繼啟動(dòng)，使得整個(gè)滑坡區(qū)域的地形變得極為復(fù)雜，對(duì)周邊的農(nóng)田、房屋等造成了嚴(yán)重的破壞。衛(wèi)星式滑坡的發(fā)生往往與邊坡的地質(zhì)條件、地形地貌以及人類工程活動(dòng)等因素有關(guān)。在地質(zhì)條件方面，土體的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況等會(huì)影響滑坡的形成和發(fā)展。在地形地貌方面，山坡的坡度、坡形等會(huì)影響土體的穩(wěn)定性。而人類工程活動(dòng)，如切坡、填方等，會(huì)改變邊坡的原始狀態(tài)，增加衛(wèi)星式滑坡的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。4.3.3其他破壞模式除了楔形滑坡和衛(wèi)星式滑坡外，邊坡還可能出現(xiàn)崩塌、錯(cuò)落等破壞模式。崩塌是指邊坡前緣的部分巖體或土體被陡傾角的破裂面分割，以突然的方式脫離母體，翻滾而下，巖塊相互撞擊破碎，最后堆積于坡腳形成巖堆。崩塌通常發(fā)生在高陡邊坡的前緣地段，其形成與邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、地形條件以及外力作用密切相關(guān)。當(dāng)邊坡巖體中存在陡傾裂隙，且坡腳遭受掏蝕或受到地震、爆破等外力作用時(shí)，巖體的穩(wěn)定性會(huì)降低，容易發(fā)生崩塌。例如，在河流峽谷區(qū)，由于河流的下切作用，坡腳被掏空，上部巖體在重力作用下可能發(fā)生崩塌。崩塌具有突發(fā)性和破壞力大的特點(diǎn)，對(duì)周邊環(huán)境和人員安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。錯(cuò)落是指邊坡巖體或土體沿近似垂直的破裂面發(fā)生整體下坐位移，其移動(dòng)速度相對(duì)較慢，一般沒(méi)有向下的水平位移或水平位移很小。錯(cuò)落的形成與邊坡的地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)以及風(fēng)化作用等因素有關(guān)。當(dāng)邊坡巖體中存在軟弱夾層或節(jié)理裂隙發(fā)育，且在風(fēng)化作用下巖體強(qiáng)度降低時(shí)，在重力作用下可能發(fā)生錯(cuò)落。錯(cuò)落會(huì)導(dǎo)致邊坡的形態(tài)發(fā)生改變，出現(xiàn)臺(tái)階狀的地形，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性和周邊工程設(shè)施也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。五、干濕過(guò)程與邊坡變形的關(guān)系5.1干濕過(guò)程引發(fā)邊坡變形的機(jī)制干濕過(guò)程對(duì)邊坡變形的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及土體力學(xué)性質(zhì)的改變以及孔隙水壓力的變化等多個(gè)方面。在干濕過(guò)程中，土體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著改變，這是導(dǎo)致邊坡變形的重要原因之一。當(dāng)土體經(jīng)歷干燥過(guò)程時(shí)，水分逐漸蒸發(fā)，土顆粒間的有效應(yīng)力增加。根據(jù)有效應(yīng)力原理，有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力，干燥過(guò)程中孔隙水壓力降低，有效應(yīng)力增大，使得土顆粒相互靠攏，土體體積收縮，孔隙比減小。這種結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致土體的強(qiáng)度和剛度增加，但同時(shí)也使土體變得更加脆性，抵抗變形的能力減弱。當(dāng)土體再次濕潤(rùn)時(shí)，水分迅速進(jìn)入土體，土顆粒表面的結(jié)合水膜增厚，土顆粒間的距離增大，土體體積膨脹，孔隙比增大。此時(shí)，土體的飽和度增加，孔隙水壓力升高，有效應(yīng)力減小，土顆粒間的連接力減弱，土體的強(qiáng)度和剛度降低，變得更加容易變形。以某山區(qū)的粉質(zhì)黏土邊坡為例，在長(zhǎng)期干旱的季節(jié)，邊坡土體干燥，有效應(yīng)力增大，土體出現(xiàn)收縮裂縫。這些裂縫為后續(xù)降雨時(shí)水分的入滲提供了通道。當(dāng)雨季來(lái)臨，大量雨水通過(guò)裂縫迅速滲入土體，土體迅速濕潤(rùn)，孔隙水壓力急劇升高，有效應(yīng)力減小，土體強(qiáng)度大幅降低。在重力和外部荷載的作用下，邊坡土體開(kāi)始發(fā)生變形，出現(xiàn)局部坍塌和滑坡現(xiàn)象。孔隙水壓力的變化也是干濕過(guò)程引發(fā)邊坡變形的關(guān)鍵因素。在濕潤(rùn)過(guò)程中，雨水的大量入滲使得邊坡土體中的孔隙水壓力迅速升高?？紫端畨毫Φ脑黾訒?huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的影響：首先，它會(huì)降低土顆粒間的有效應(yīng)力，從而減小土體的抗剪強(qiáng)度。根據(jù)摩爾-庫(kù)侖強(qiáng)度理論，土體的抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力密切相關(guān)，有效應(yīng)力減小，抗剪強(qiáng)度也隨之降低。其次，孔隙水壓力的升高會(huì)增加土體的重量，使邊坡土體所受的下滑力增大。當(dāng)下滑力超過(guò)土體的抗滑力時(shí)，邊坡就會(huì)發(fā)生滑動(dòng)變形。此外，孔隙水壓力的不均勻分布還會(huì)導(dǎo)致土體內(nèi)部產(chǎn)生滲流力，滲流力的作用方向與水流方向一致，可能會(huì)進(jìn)一步加劇邊坡土體的變形。在干燥過(guò)程中，孔隙水壓力逐漸降低，土體中的水分逐漸排出。但在這個(gè)過(guò)程中，由于土體的滲透性差異以及孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，孔隙水壓力的消散并不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致土體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。這種應(yīng)力集中會(huì)使土體局部的應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限，從而引發(fā)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，進(jìn)一步破壞土體的結(jié)構(gòu)，降低邊坡的穩(wěn)定性。例如，在某沿海地區(qū)的公路邊坡，由于靠近海洋，氣候濕潤(rùn)，降雨頻繁。在一次強(qiáng)降雨后，邊坡土體迅速飽和，孔隙水壓力急劇升高。經(jīng)監(jiān)測(cè)，孔隙水壓力在短時(shí)間內(nèi)升高了[X]kPa，導(dǎo)致土體的有效應(yīng)力大幅降低，抗剪強(qiáng)度下降了[Y]%。邊坡在自重和孔隙水壓力的共同作用下，發(fā)生了明顯的變形，坡頂出現(xiàn)了裂縫，坡面局部發(fā)生了坍塌。5.2基于案例的分析5.2.1工程案例1以某高速公路邊坡為例，該邊坡位于[具體地理位置]，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，主要由粉質(zhì)黏土和部分砂質(zhì)土組成。在干濕循環(huán)的影響下，邊坡土體力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了顯著變化，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)了明顯的變形。在工程建設(shè)初期，對(duì)該邊坡進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘察，獲取了土體的初始物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。隨著時(shí)間的推移，該地區(qū)經(jīng)歷了多次降雨和干旱交替的干濕循環(huán)過(guò)程。通過(guò)定期對(duì)邊坡土體進(jìn)行采樣和室內(nèi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土體的含水率、孔隙比和飽和度等物理指標(biāo)發(fā)生了明顯的變化。在干燥季節(jié)，土體含水率降低，孔隙比減小，飽和度下降；而在降雨后的濕潤(rùn)季節(jié)，這些指標(biāo)則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。土體的力學(xué)性質(zhì)也隨之改變。通過(guò)直剪試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)測(cè)定，土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，如黏聚力和內(nèi)摩擦角，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸降低。在經(jīng)過(guò)5次干濕循環(huán)后，黏聚力從初始的[X1]kPa下降到[X2]kPa，內(nèi)摩擦角從[φ1]°減小到[φ2]°；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，黏聚力進(jìn)一步降至[X3]kPa，內(nèi)摩擦角減小到[φ3]°。邊坡的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，邊坡的位移逐漸增大。在坡頂和坡面不同位置設(shè)置的位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)表明，坡頂?shù)乃轿灰坪拓Q向位移增長(zhǎng)較為明顯。在第1次干濕循環(huán)后，坡頂水平位移為[Y1]mm，豎向位移為[Z1]mm；當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到5次時(shí)，坡頂水平位移增大到[Y2]mm，豎向位移增大到[Z2]mm；而當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，坡頂水平位移進(jìn)一步增大到[Y3]mm，豎向位移增大到[Z3]mm。坡面也出現(xiàn)了不同程度的裂縫，裂縫寬度和長(zhǎng)度隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸增大。這些變形的發(fā)展對(duì)高速公路的安全運(yùn)營(yíng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，如不及時(shí)采取有效的防治措施，可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，引發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，影響高速公路的正常通行。5.2.2工程案例2某河岸邊坡位于[具體河流名稱]沿岸，該邊坡主要由粉質(zhì)黏土和粉砂組成，坡度較陡，約為[坡度數(shù)值]。在長(zhǎng)期的干濕交替作用下，邊坡發(fā)生了顯著的變形過(guò)程和破壞情況。在濕潤(rùn)季節(jié)，河水水位上漲，邊坡土體長(zhǎng)時(shí)間處于飽水狀態(tài)。大量水分的滲入使得土體的含水率急劇增加，孔隙水壓力迅速升高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在一次強(qiáng)降雨后的濕潤(rùn)階段，土體含水率從初始