论文标题：Combined Effect of the Microstructure and Mechanical Behavior of Lateritic Soils in the Instability of a Road Cut Slope in Rwanda

论文链接：https://www.mdpi.com/2624-795X/5/2/29

期刊名：GeoHazards

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/geohazards

研究背景

滑坡是全球范围内普遍存在的自然灾害，对基础设施和人类生命造成严重威胁。热带地区如卢旺达由于陡峭地形、强烈降雨和人类工程活动，路堑边坡失稳现象尤为突出。2018年5月，卢旺达Ngororero地区Kabaya一处路堑边坡发生滑坡，造成道路阻塞和基础设施损坏。这类滑坡通常由红土化土壤（lateritic soil）的力学性质劣化引发，其稳定性受风化过程和降雨渗透的显著影响。红土化土壤作为热带地区典型的残积土，其工程特性受母岩性质、风化程度和微观结构的多重控制。来自意大利帕尔马大学的Roberto Valentino博士及其团队以及来自卢旺达卢旺达大学的Jules Mizero博士共同在GeoHazards期刊发表文章，通过多学科方法，旨在揭示Kabaya滑坡的失稳机制与红土化土壤微观结构特征的内在联系。

研究内容

研究团队对Kabaya滑坡现场进行了详细调查，采集了12个土壤样本（包括代表浅层白色土壤和深层红色土壤的AR2和AR1样本）。通过传统筛分-沉降法和激光衍射粒度分析法获得了完整的颗粒级配曲线，发现红色土壤（AR1）平均粒径（53.4μm）显著小于白色土壤（AR2，224μm），且粘土含量更高（11% vs 0.1%）。微观结构分析显示，两种土壤均起源于中高级变质片岩，原始矿物组合为石英和白云母，但经历了不同程度的风化改造。白色土壤保留了较多原始白云母层，而红色土壤中白云母几乎完全蚀变为高岭石，这种矿物转变显著影响了材料的工程性质。二维孔隙度分析表明，白色土壤石英层平均孔隙度（14.01%）高于红色土壤（9.29%），这与渗透系数测试结果一致（白色土壤4.3×10^-5 m/s，红色土壤4.9×10^-6 m/s）。

力学测试揭示了两种材料在饱和状态下的强度特性。直接剪切试验表明，白色土壤峰值强度参数（c=4.7kPa，φ=31°）略高于红色土壤（c=2.3kPa，φ=29°），但残余强度参数相同（φr=28°）。膨胀试验显示两种土壤膨胀压力均较低（AR1=3.8kPa，AR2=2.5kPa），表明膨胀行为不是滑坡主因。基于这些参数的简化边坡稳定性分析（Morgenstern-Price法）显示最小安全系数为0.8，破坏面首先在坡脚红色土层中发展。研究表明，尽管两种土壤宏观力学参数相近，但微观尺度上的显著差异（包括矿物组成、孔隙结构和风化程度）是理解滑坡触发机制的关键。

研究总结

本研究通过综合微观结构分析和宏观力学测试，揭示了卢旺达Kabaya路堑边坡失稳的内在机制。研究发现，虽然浅层白色土壤和深层红色土壤在宏观力学表现上差异不大，但微观尺度上存在显著不同：红色土壤经历了更强烈的风化作用，白云母几乎完全蚀变为高岭石，导致其孔隙结构和矿物组成发生根本改变。这种微观结构的差异解释了为何滑坡首先从坡脚的红色土层开始发展——尽管其峰值强度参数仅略低于白色土壤，但更高的风化程度和不同的水力特性使其在持续降雨条件下更容易失稳。研究强调了在边坡稳定性分析中结合微观结构观察的重要性，仅依靠剪切强度参数可能无法充分解释破坏机制。这一发现对热带地区类似地质条件下的边坡工程具有重要指导意义，建议在未来研究中进一步考虑非饱和状态下的力学行为和水力特性变化，以更准确地预测边坡稳定性。该多学科研究方法为理解红土化土壤边坡失稳提供了新视角，可推广至其他具有类似地质条件的地区。

GeoHazards期刊介绍

主编：Prof. Dr. Zhong Lu, Roy M. Huffington Department of Earth Sciences, Southern Methodist University, Dallas, TX 75275, USA

Dr. Tiago Miguel Ferreira, Instituto Superior Técnico (IST), University of Lisbon, Av. Rovisco Pais, 1049-001 Lisbon, Portugal

期刊发表范围涵地球物理/地质灾害、气候及气候变化相关灾害、气象灾害、水文灾害、块体运动灾害以及人为和技术灾害等研究领域。自2020年创刊以来，被ESCI、Scopus、GeoRef等多个权威数据库收录。