金坪子滑坡Ⅱ區(qū)千枚巖碎屑土滑帶土工程特性研究

趙 靜，黨 凱，胡維煒，陳 怡

(1.西安理工大學，陜西 西安710048；2.重慶電力建設總公司，重慶400060；3.中煤陜西中安項目管理有限責任公司，陜西西安710054；4.桂林電子科技大學建筑與交通工程學院，廣西桂林541004)

1 概 述

滑帶土是滑坡體的重要組成部分。滑坡的發(fā)生與否常常取決于滑動帶土體的應力狀態(tài)和強度。從某種意義上講，滑坡的形成過程也就是滑帶土的變形破壞過程[1-2]，因此滑帶土的研究也就成為滑坡研究的重要內容?；碌陌l(fā)生，往往是伴隨著強烈的降雨，雨水的滲入，導致滑帶土體強度的衰減和剛度的散失，最終造成邊坡的失穩(wěn)[3-4]。

滑坡中貫通的軟弱夾層通常發(fā)展成為滑帶而對滑坡的穩(wěn)定性起控制作用，因此對軟弱夾層或滑帶土的研究尤為重要。林魯生等[5]通過對殘積土邊坡的土工試驗資料統(tǒng)計研究，發(fā)現滑帶土在剪切變形過程中不斷變化的微觀結構特征在宏觀上表現為不同的強度特性，即滑帶土微觀結構的變化是其具有不同特征強度的根本原因；李青云等[6]認為滑帶土的比表面積和殘余強度具有一定關系，并通過試驗得出碎屑巖類與碳酸巖類軟弱夾層錯動帶的比表面積與殘余強度的相關關系式。

影響滑帶土強度的因素有:水的作用(主要表現為水的軟化作用、滑帶土含水率變化及水質成分)；滑帶土前期變形的大小、時間；滑帶土的礦物成分與結構連接特征；滑帶土的塑性指數、粒度分布和粘粒含量等[7]。李華斌[8]通過對滑帶土微結構的定量研究，認為土質滑坡滑帶土的形成過程是在水的參與下，土體發(fā)生以礦物顆粒的位置調整為主導的物理力學過程，且這種位置調整表現為顆粒間連結的“斷裂”和顆粒本身的“斷裂”。本文通過對金坪子滑坡Ⅱ區(qū)千枚巖碎屑土滑帶土工程特性的研究，著重分析了含水率對滑帶土強度的影響，為該滑坡的穩(wěn)定性分析與治理提供依據。

2 滑坡概況

金坪子滑坡位于烏東德水電站下游0.9 km～2.6 km金沙江右岸，也是白鶴灘水電站水庫庫尾，由于金坪子滑坡扼守于梯級電站的敏感部位，其穩(wěn)定性、變形發(fā)展趨勢和可能失穩(wěn)的規(guī)模成為金沙江下游兩個梯級電站開發(fā)中必須明確回答的問題之一。

金坪子滑坡三維地形圖如圖1所示，滑坡一共分為五個區(qū)，可研階段的研究重點在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)。滑坡Ⅱ區(qū)體積約2 700萬m3，屬蠕滑變形體，堆積體厚度一般45 m～100 m，最厚110 m～130 m(前部)，厚度總體上由前至后變薄?；聟^(qū)地形復雜，前后緣高差大，達1 100 m～1 200 m，滑帶土主要是千枚巖碎屑土。從2005年5月至2009年8月的變形監(jiān)測資料看，Ⅱ區(qū)蠕滑體水平總位移在52.4 cm～223.5 cm之間，后緣平均日變形位移在0.30 mm/d～0.77 mm/d之間，中下部地表變形監(jiān)測點日變形位移大于1.0 mm/d，表現為前緣大、后緣小，可見該滑坡已有牽引式蠕滑跡象。

圖1 金坪子滑坡三維地形圖

金坪子滑坡具有規(guī)模大、滑坡體坡陡層厚、滑帶土粒粗且松散、有蠕動變形跡象等特點，而千枚巖碎屑土的強度特性與其含水率密切相關，這些都對邊坡的穩(wěn)定性不利。

3 滑帶土物理化學特性研究

3.1 物理特性

千枚巖碎屑土滑帶土呈紫紅色，現場干密度為2.15 g/cm3，天然含水率為9.1%，飽和度為91%；滑帶土的其他物理特性參數如表1所示，由表1可知，滑帶土液限為 27%，塑限為13.4%，塑限指數為13.6；自由膨脹率為29%，屬非膨脹土?；瑤恋念w粒累積曲線如圖2所示，曲線平緩，級配良好。

表1 滑帶土物理特性參數

圖2 滑帶土顆粒累積曲線

3.2 礦化特性

千枚巖碎屑土滑帶土粘土礦物成分、化學成分及pH值的試驗成果見表2及表3。由表2可知，滑帶土礦物成分中，伊利石含量最高，為58%，其次是石英，含量為23%。礦物化學分析成果表明，Fe2O3含量高達16.0%，所以外觀呈現紫紅色；pH值為9.0，呈弱堿性。

3.3 擊實試驗

對千枚巖碎屑土料滑帶土進行了重型擊實試驗。重型擊實試驗步驟為:取粒徑小于20 mm的風干粘性土，制備成不同含水率的土樣，進行擊實功能為2684.9 kJ/m3的擊實試驗，其結果如圖3所示?；瑤磷顑?yōu)含水率為6.4%，最大干密度為2.34 g/cm3。

表2 滑帶土礦物成分

表3 滑帶土化學成分

圖3 滑帶土擊實曲線

4 含水率對滑帶土強度特性影響

4.1 試樣制備及試驗方法

本次試驗試樣尺寸為Φ 101 mm×200 mm，土料經風干碾散過20 mm篩，按試驗要求對超過試驗儀器允許的最大顆粒粒徑部分進行處理，本試驗儀器允許最大顆粒粒徑為20 mm，對大于20 mm粒徑部分采用等量替代處理。進行四組不同含水率的三軸固結排水剪切試驗，土樣干密度為2.15 g/cm3，含水率分別為 6.5%、7.7%、9.2%、10.1%(飽和含水率)，試樣均在1.0 MPa圍壓下排水固結，固結完成后分別卸圍壓至0.3 MPa、0.6MPa、0.9 MPa和加圍壓至1.2 MPa下進行排水剪切試驗，試驗設備采用SY250型應變式三軸儀。

4.2 試驗結果及分析

圖4為不同含水率滑帶土三軸試驗應力應變關系曲線，圖5是滑帶土三軸試驗前后照片。

圖4 滑帶土應力應變關系曲線

圖5 滑帶樣三軸試驗前后照片

由圖4可以看出，千枚巖碎屑土滑帶樣應力應變曲線表現出明顯的非線性，且總體上表現為硬化型，隨著圍壓的增大，硬化現象越顯著。隨著含水率的增大，試樣逐漸表現出應變軟化特征，而試樣飽和時，當應變超過4%時，偏應力已基本穩(wěn)定。

由圖5可以看出，滑帶土三軸試驗后無明顯的剪切面，試樣側面發(fā)生鼓脹，呈“鼓肚子”型破壞，且含水率越高，其鼓脹越明顯，即其剪脹現象越明顯。

4.3 抗剪強度指標研究

由圖6(a)可以看出，滑帶土的含水率由6.5%提高到10.1%(飽和含水率)，其粘聚力由155 kPa降低到34.5 kPa，隨滑帶土的含水率增大，其粘聚力是減小的，且敏感性較大。由線性回歸分析結果可以得出:

粘聚力c與滑帶土含水率呈線性相關，隨著含水率的增大而線性減小。這是由于基質吸力在一定程度上發(fā)揮著“假粘聚力”的作用，隨著含水率的增大，非飽和土的基質吸力作用逐漸減弱。

圖6 抗剪強度指標隨含水率變化關系

由圖6(b)可以看出，滑帶土的含水率由6.5%提高到10.1%(飽和含水率)，其內摩擦角由27.4°降低到20.1°，隨千枚巖碎屑土滑帶樣的含水率增大，內摩擦角是減小的，由線性回歸分析結果可以得出:

內摩擦角φ與含水率也呈很好的線性相關性，隨著含水率的增大而線性減小，且其敏感性明顯小于粘聚力對含水率變化的敏感性。這是由于水滲入到細粒土與細粒土、細粒土與粗粒土接觸面之間，使得相互之間的潤滑作用加強，顆粒之間的摩擦作用減弱，從而導致內摩擦角降低。

5 結 論

本文通過金坪子滑坡Ⅱ區(qū)千枚巖碎屑土滑帶土的室內試驗，研究了千枚巖滑帶土的工程特性，并著重分析了含水率對滑帶土抗剪強度指標的影響規(guī)律，得出以下結論:

(1)該滑坡帶滑帶土屬非膨脹土，伊利石含量較高，呈弱堿性。

(2)千枚巖碎屑土滑帶土三軸試驗后沒有明顯的剪切面，試樣側面發(fā)生鼓脹，且圍壓越低，含水率越高，其剪脹現象越明顯；滑帶土應力應變曲線表現出明顯的非線性，且總體上表現為硬化型，隨著圍壓的增大，硬化現象越顯著。

(3)千枚巖碎屑土滑帶土的粘聚力和內摩擦角與含水率均成線性關系，隨著含水率的增大，粘聚力和內摩擦角都是是線性減小的。

[1]Terzaghi K.Mechanism of landslides[C]//Application of Geology to Engineering Practice.Geological Society of America，Ber-key，1950:83-123.

[2]Wei Z A，Li S H，Wang J G，et al.Adynamic comprehensive method for landslides control[J].Engineering Geology，2006，84(1-2):1-11.

[3]駱銀輝，朱春林，李俊東.云南紅層邊坡變形破壞機制及其危害防治研究[J].巖土力學，2003，24(5):836-839.

[4]陳守義.考慮入滲與蒸發(fā)影響的土坡穩(wěn)定性分析方法[J].巖土力學 ，1997，18(2):8-12.

[5]林魯生，蔣 剛，白世偉，等.土體抗剪強度參數取值的統(tǒng)計分析方法[J].巖土力學，2003，24(2):277-280.

[6]李青云，王幼麟.泥化夾層錯動帶殘余強度與比表面的相關研究[C]//巖石力學在工程中應用一第二屆全國巖石力學與工程學術會議論文集.北京:知識出版社，1989:319-326.

[7]周平根.滑帶土強度參數的估算方法[J].水文地質工程地 質，1998，25(6):30-32 ，58.

[8]李華斌.滑坡滑帶土微結構的定量研究及其應用[D].北京:中國地質科學院，1991.