古滑坡滑帶土強度特性及穩(wěn)定性研究

張磊

摘要： 滑帶土強度參數(shù)對斜坡巖土體穩(wěn)定具有重要控制作用，準確描述滑帶土強度動態(tài)變化規(guī)律是進行巖土體穩(wěn)定性評估前提。本文對一古滑坡滑帶土進行了強度特性的試驗研究：通過現(xiàn)場大剪和室內(nèi)快剪試驗確定了抗剪強度，通過反復剪切試驗，獲得了滑帶土的殘余強度，通過剪應力-應變曲線的分析，揭示了滑帶土剪切破壞規(guī)律，對多組原狀樣室內(nèi)直剪得出了含水率、粗粒含量對抗剪強度指標的影響規(guī)律。

Abstract： Slip zone soils strength parameters has an important role in rock and soils stability， the accurately describe of strength of slip soils is a basic of geotechnical stability assessment. In this paper， an ancient landslide was taken as an example， large cut through the field and laboratory testing to determine the regeneration of fast shear strength， according to repeated shear test， slip zone soils residual strength were got， through the analysis of test results of shear stress-strain curve， revealed the shear failure law of slip zone soils.

關鍵詞： 滑帶土；現(xiàn)場直剪試驗；強度參數(shù)；殘余強度

Key words： slide zone soil；shear test on site；strength parameters；residual strength

中圖分類號：P642.22 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0162-03

0 引言

大量工程實例和理論分析表明滑坡的孕育和啟動與滑帶土的抗剪強度和剪切過程有著密切的關系。斜坡巖土體特別是滑帶土剪切特性的研究是斜坡穩(wěn)定性問題研究的關鍵[1-4]，尤其是在斜坡蠕變過程中抗剪強度的衰減規(guī)律，以及殘余抗剪強度和再生強度的變化規(guī)律與影響因素，對于斜坡穩(wěn)定分析和評價具有重要意義。

滑帶土埋置于斜坡一定深度處，賦存環(huán)境復雜而且多變，其自身的物質(zhì)組成、含水率狀況、粒度特征、結構形態(tài)等也具有多樣性，受多種條件限制，強度參數(shù)的獲取及準確性的保證難度頗大，室內(nèi)實驗局限性明顯，所以本文采用現(xiàn)場大型直剪實驗，對研究區(qū)滑帶土強度特性做了深入研究，并結合大量室內(nèi)試驗探討了滑帶土強度的影響因素。

1 研究區(qū)概況及滑帶土特性參數(shù)

研究區(qū)屬亞熱帶東南季風氣候區(qū)，春季溫暖，夏季炎熱多雨，秋季涼爽，冬季潮濕。根據(jù)滑坡預警點多年的降雨觀測成果，研究區(qū)多年平均降雨量1100mm～1400mm，歷年最大降雨量1641.9mm，降雨多集中在5～10月，約占每年降雨總量的70%。

研究區(qū)滑坡（群）范圍及邊界的確定，根據(jù)民訪及地表工程地質(zhì)測繪，并結合前人資料，綜合分析確定滑坡體變形邊界線在此范圍內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)狀變形表象和強度，結合基巖出露情況，監(jiān)測位移情況，劃分出幾個變形強度大于其它區(qū)域的變形體，剖面如圖1所示。

根據(jù)工程地質(zhì)測繪和鉆探揭露，研究區(qū)古滑坡體的物質(zhì)組成主要為第四系坡積成因塊石土，局部為粉質(zhì)粘土及粉土?；瑤良扔型翈r接觸帶上的薄層殘坡積粉質(zhì)粘土（或粉土）及含碎石粉質(zhì)粘土，也有塊、碎石土體中的粉質(zhì)粘土（粉土）、含碎石粉質(zhì)粘土夾層。經(jīng)實驗測定，粘土礦物成分主要為水云母與石英，粗粒組含量（d >0.075 mm）占27.1%，其中砂粒含量（d=0.075～2.0 mm）占20.7%。滲透系數(shù)k在2.78×10-4～1.33×10-6cm/s 之間變化，壓縮系數(shù)均值av1～2=237 kPa。室內(nèi)試驗測得基本物理性質(zhì)指標見表1。

2 大型直剪實驗

2.1 第一次剪切

在研究區(qū)選擇地表變形特征明顯的古滑坡體前緣，在詳勘探槽中進行現(xiàn)場原位大型直接剪切試驗，推力方向與滑坡主滑方向一致。

試驗嚴格依據(jù)巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001進行，試體長寬高分別為50cm，50cm，35cm。試驗點基本物理性質(zhì)指標見表2。

現(xiàn)場剪切試驗結果表明：不同固結壓力下剪應力-應變關系曲線基本呈現(xiàn)應變硬化型特征，即隨著剪應變的增加剪應力持續(xù)增大。但這一規(guī)律也并不盡然，很明顯上覆固結壓力的大小對曲線形態(tài)的影響顯著，如圖2、圖3所示，當上覆固結壓力相對較大時（如P=500kPa），基本為應變硬化型，并未出現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象，但是，當上覆固結壓力相對較?。ㄈ鏟=125kPa）時，剪應力會出現(xiàn)峰值，然而峰值后降幅小而緩慢。

滑帶土在其上覆滑體自重產(chǎn)生的壓應力作用下，土顆粒沿滑面發(fā)生粘結、嵌合，形成新的強度，所以，在其抗剪強度參數(shù)中顯著存在一定量值的結構再生強度，并且上覆壓力越大，強度再生越容易。

2.2 反復剪切

大量工程試驗表明：對于含有較多粗粒的細粒土進行反復剪切試驗時，需要嚴格控制上覆固結壓力。這是因為當上覆固結壓力較低（如P=50kPa、100kPa）時，剪應力-剪切位移關系曲線基本規(guī)律是明顯的，但當上覆固結壓力過大（P>200kPa）時，剪應力-剪切位移關系曲線的規(guī)律性就會很差，很難獲得反復剪切破壞的客觀規(guī)律。故而選擇對研究區(qū)1#、2#點上覆固結壓力為125kPa的試體進行4次反復剪試驗。具體地，待第一次剪切完成后，保持上部荷載（125kPa）大小不變，將試體以2～3mm/min的速率推回原位，并繼續(xù)固結，待固結穩(wěn)定后再進行反復剪切實驗。四次反復剪切實驗剪應力-剪切位移關系曲線如圖4、圖5所示，獲得的殘余抗剪強度見表4。

觀察圖4、圖5，盡管試體被反復剪切，但是剪應力-剪切位移曲線并未出現(xiàn)明顯的應變軟化特征，這主要是由于在重新固結壓力下滑帶土土顆粒重組、壓密而粘結、嵌合產(chǎn)生了強度再生，然而試體的粘聚力在反復剪切后就基本喪失，數(shù)據(jù)見表3，這表明：在良好的排水條件下，反復剪切造成粘聚力基本喪失，此時，剪切面上的摩擦力強度實質(zhì)上就是滑帶土殘余抗剪強度的全部[5-8]。

3 影響滑帶土強度參數(shù)的因素

實際上，滑帶土自身及環(huán)境條件綜合作用會嚴重影響其抗剪強度參數(shù)。而自身條件諸如含水率狀況、礦物成分及粒度組成特征、結構特征等受賦存環(huán)境影響顯著?；瑤恋奈锢硇誀钪苯优c其抗剪強度參數(shù)密切相關。一般地，含水率、重度、孔隙比、干密度、稠度等是常用的表征細粒土物理性狀的指標，實際上，滑帶土抗剪強度參數(shù)與上述指標呈復雜的非線性關系，然而單項指標對抗剪強度的影響可以通過控制條件實驗研究得到。通常含水率、粗粒含量（>0.075mm）的影響較為典型[9-12]?，F(xiàn)就含水率和粒度特征對滑帶土強度影響做室內(nèi)試驗分析。

在研究區(qū)試驗點取原狀樣（雙份取樣，便于同條件控制含水率），對不同含水率原狀試樣進行固結快剪，統(tǒng)計含水率與強度指標如圖6示。

觀察圖6，粘聚力隨含水率增大顯示上升趨勢，需要特別指出的是，大量試驗和理論研究表明：這一上升趨勢在含水率達到一定值之后會轉為下降，直至粘聚力基本消失。很明顯內(nèi)摩擦角隨含水率的增大是減小的，這說明水的潤滑作用對抗剪強度的降低是顯著的。

同樣在研究區(qū)試驗點取原狀樣，對固結快剪后的試樣做粒度分析并對應于強度參數(shù)做統(tǒng)計如圖7。

觀察圖7可知：隨著粗粒（>0.075mm）含量的增加粘聚力有下降趨勢，而內(nèi)摩擦角隨著粗粒含量的上升呈現(xiàn)增大趨勢。

粗粒含量的變化會影響到土體顆粒級配特征，進而會改變滑帶土的基本物理特性，粗粒的棱角特征對抗剪強度的貢獻是顯著的，即在剪切過程中會增大摩擦阻力，但同時粗粒含量也會改變土體粘聚力，即粗粒含量越多，粘聚力越小，然而較之于摩擦強度對抗剪強度的貢獻，粗粒對粘聚力的影響可以基本忽略。

4 結論

本文通過現(xiàn)場大剪和室內(nèi)快剪試驗確定了滑帶土抗剪強度，通過反復剪切試驗，獲得了滑帶土的殘余抗剪強度，室內(nèi)試驗研究了含水率和粗粒含量對抗剪強度參數(shù)的影響，分析試驗結果及參數(shù)變化規(guī)律主要得到以下結論：

①研究區(qū)滑帶土的剪應力-應變關系曲線呈應變硬化型特征，說明再生強度比較穩(wěn)定。并且固結壓力越大時剪應力隨應變增大維持甚至緩增趨勢越明顯，反之，剪應力隨著應變增加略有降低現(xiàn)象。

②在理想的排水條件下，隨著剪切位移的增加，粘聚力基本喪失，滑帶土的殘余強度實質(zhì)上是剪切面上的摩擦強度。

③內(nèi)摩擦角隨含水率的增大而減小的規(guī)律是很明顯的。粘聚力隨含水率增大并非單調(diào)上升，在含水率達到一定值之后會轉為下降，直至基本消失。

④隨著粗顆粒含量的增加，粘聚力呈現(xiàn)下降趨勢，內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)上升趨勢。然而較之于粗粒產(chǎn)生的摩擦強度對抗剪強度的貢獻，粗粒含量對粘聚力的影響可以基本忽略。

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