四川茂縣周場(chǎng)坪深層滑坡滑帶土環(huán)剪試驗(yàn)強(qiáng)度研究*

張怡穎 郭長(zhǎng)寶 楊志華 沈亞麒 吳瑞安 任三紹

(①中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所， 北京 100081， 中國(guó))(②中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)， 北京 100083， 中國(guó))(③新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081， 中國(guó))

0 引 言

位于青藏高原東部的四川省茂縣地處龍門(mén)山斷裂帶和西南地形陡變帶結(jié)合部位，在地震、強(qiáng)降雨和人類(lèi)工程活動(dòng)等內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下，該區(qū)崩塌、滑坡和泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害具有分布廣、發(fā)育密度大、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)，如2008年汶川地震誘發(fā)的大光包滑坡、2016年四川茂縣發(fā)生的新磨村滑坡等(黃潤(rùn)秋等， 2008; 殷躍平， 2008; 張永雙等， 2016; 許強(qiáng)等， 2017; 趙志明等， 2021)?；碌姆€(wěn)定性往往受滑帶的應(yīng)力狀態(tài)和力學(xué)強(qiáng)度等條件控制，滑帶土的工程地質(zhì)特性較滑坡體中其他部位的巖土體存在較大的差別(Skempton， 1964; Anson et al.，1999; 劉小麗等， 2004; 李瑞娥， 2005)，因此研究長(zhǎng)距離剪切條件下滑帶土力學(xué)強(qiáng)度的演化規(guī)律，對(duì)于滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和揭示滑坡啟滑機(jī)制具有重要意義(張昆等， 2007; 李曉等， 2010; 王順等， 2012)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常采用直接剪切、反復(fù)剪切、三軸壓縮等常規(guī)的土力學(xué)試驗(yàn)來(lái)確定滑帶土的力學(xué)強(qiáng)度特性，研究在滑坡剪切變形過(guò)程中的宏觀、微觀特征和力學(xué)強(qiáng)度演變規(guī)律。但常規(guī)土力學(xué)試驗(yàn)的測(cè)試分析結(jié)果與滑帶土在經(jīng)歷長(zhǎng)距離剪切后的真實(shí)變形破壞規(guī)律存在較大差異(洪勇等， 2009; 孫濤等， 2009)。環(huán)剪試驗(yàn)過(guò)程中通常保持剪切面積恒定，并通過(guò)無(wú)限界面剪切來(lái)研究大變形條件下土體的剪切強(qiáng)度(丁樹(shù)云等， 2013; 郭長(zhǎng)寶等， 2013)，目前已在滑帶土力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試和滑坡穩(wěn)定性分析與啟滑機(jī)制研究中發(fā)揮了重要作用(洪勇等， 2009; 丁樹(shù)云等， 2013; 劉動(dòng)等， 2013; Zhang et al.，2015)。

目前關(guān)于土體力學(xué)強(qiáng)度特征的研究取得了很多成果，研究成果表明黏粒含量、礦物成分、含水率、剪切速率、測(cè)試方法等因素對(duì)滑帶土的力學(xué)強(qiáng)度具有影響。 Moore(1991)通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)純高嶺石黏土和純蒙脫石黏土的殘余強(qiáng)度摩擦角可相差5.3°，蒙脫石黏土具有最低的殘余強(qiáng)度。戴福初等(1998)采用環(huán)剪儀對(duì)香港大嶼山凝灰?guī)r及流紋質(zhì)火山巖風(fēng)化后形成的殘坡積土進(jìn)行殘余強(qiáng)度試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)與單剪測(cè)試結(jié)果相比，多級(jí)剪測(cè)試結(jié)果明顯偏高。曹世超等(2019)開(kāi)展了不同黏粒含量下金坪子滑坡滑帶土的反復(fù)剪切試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)滑帶土殘余強(qiáng)度、峰值強(qiáng)度隨著黏粒含量的增加，呈現(xiàn)非線(xiàn)性降低規(guī)律，但降低幅度隨正壓力的增大而增大。陳鴻賓等(2019)利用三軸試驗(yàn)研究飽和及未飽和重塑紅黏土含水率對(duì)土體抗剪強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)未飽和重塑紅黏土的含水率對(duì)抗剪強(qiáng)度參數(shù)影響顯著。李威等(2018)利用非飽和土應(yīng)力-應(yīng)變控制式三軸儀對(duì)馬蘭黃土重塑土樣進(jìn)行飽和試驗(yàn)和CU試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)相同的條件下，飽和重塑黃土的總黏聚力及有效黏聚力隨著剪切速率的增大先減小后增大，總內(nèi)摩擦角及有效內(nèi)摩擦角隨著剪切速率的增大先增大后減小。從上述研究成果可以看出，影響滑帶土強(qiáng)度的因素多，其中含水率、剪切速率等對(duì)土體抗剪強(qiáng)度及參數(shù)的影響較大。因此，本文以四川茂縣周場(chǎng)坪滑坡為研究對(duì)象，在野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，開(kāi)展了不同含水率和剪切速率條件下的滑帶土環(huán)剪試驗(yàn)，獲取峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度和剪切位移等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析含水率、剪切速率對(duì)滑帶土抗剪強(qiáng)度的影響，為判斷滑帶土的力學(xué)特性、分析周場(chǎng)坪滑坡的復(fù)活機(jī)制以及研究滑坡的工程地質(zhì)力學(xué)效應(yīng)提供參考。

1 周場(chǎng)坪滑坡概況

周場(chǎng)坪滑坡位于四川茂縣南新鎮(zhèn)周場(chǎng)坪村南側(cè)、岷江左岸(圖1)，南距汶川縣城15km，北距茂縣縣城23km，滑坡區(qū)屬高原季風(fēng)氣候區(qū)，年降雨量約486.3mm。周場(chǎng)坪滑坡是一大型深層蠕滑型古滑坡，該滑坡曾于1982年發(fā)生大規(guī)?？焖?gòu)?fù)活(柴賀軍等， 2002)，目前滑坡體前緣半堰塞岷江?；缕履_高程約1445m，后緣陡壁高程約1784m，滑體前后緣高度差約340m?；虑熬壱焉烊脶航?，岷江由于受到滑坡擠壓，河道寬度由155m變?yōu)?5m。滑坡的軸向長(zhǎng)度約為850m，鉆探表明滑坡的厚度約為60m，計(jì)算得滑坡體積約為3.3×107m3。

圖1 周場(chǎng)坪滑坡地理位置及平面分布圖

野外調(diào)查表明周場(chǎng)坪滑坡堆積體主要由碎石土組成，碎石的巖性以灰?guī)r為主，粒徑分布范圍為0.1～0.5m，同時(shí)在滑坡體表面發(fā)育粒徑為3～4m的灰?guī)r碎塊石。基巖為志留系茂縣群第4組(Smx4)，巖性為灰?guī)r夾絹云母千枚巖。周場(chǎng)坪滑坡為在地質(zhì)歷史上多次發(fā)生滑動(dòng)的古滑坡，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可見(jiàn)局部地表出露滑帶土，呈灰黑色，在粒度成分上以粗顆粒碎石夾粉質(zhì)黏土為主，局部可見(jiàn)光滑剪切面。

2 滑帶土環(huán)剪試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)土樣

本次試驗(yàn)樣品取自周場(chǎng)坪滑坡出露的滑帶，樣品表面呈黃褐-灰黑色，灰?guī)r夾絹云母千枚巖是組成滑帶碎石的主要物質(zhì)成分(圖2)。室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試表明，周場(chǎng)坪滑坡滑帶土的天然密度為 1.95 g·cm-3，天然含水率為12.9%，土體干密度1.73g·cm-3，液限(wL)為25.1%，塑限(wP)為13.7%，塑性指數(shù)(IP)為11.4(表1)?；瑤烈约?xì)粒為主，試驗(yàn)粒徑大小主要集中在小于5mm的范圍，粒徑大小在<5mm范圍的顆粒占65.56%，其中小于0.075mm的顆粒占44.63%(圖3，表1)。為使試樣能夠較為真實(shí)地代表周場(chǎng)坪滑坡滑帶土，同時(shí)滿(mǎn)足環(huán)剪試樣盒尺寸對(duì)試樣粒度的要求，本次試驗(yàn)剔除了大于5mm粒徑的礫石。

表1 周場(chǎng)坪滑坡滑帶土基本物理力學(xué)性質(zhì)

圖2 周場(chǎng)坪滑坡地表出露古滑帶土特征

圖3 周場(chǎng)坪滑坡滑帶土顆粒分析曲線(xiàn)圖

2.2 試驗(yàn)設(shè)備與原理

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

此次環(huán)剪試驗(yàn)所采用的設(shè)備為美國(guó)GCTS公司(Geotechnical Consulting & Testing Systems)生產(chǎn)的SRS-150型動(dòng)態(tài)環(huán)剪儀，該環(huán)剪儀由環(huán)剪室、控制柜、加壓系統(tǒng)、傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等5部分組成(圖4)。SRS-150型環(huán)剪儀在剪切過(guò)程中因具有剪切面恒定、剪切位移連續(xù)等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、無(wú)間隔的連續(xù)剪切，完成滑帶土在長(zhǎng)期蠕滑、長(zhǎng)距離剪切等條件下的強(qiáng)度測(cè)試。

圖4 SRS-150 環(huán)剪儀

SRS-150型環(huán)剪儀的主要參數(shù)為：扭矩由電機(jī)伺服施加，剪切角為±360°，剪切速率為0.001～360(°·min-1)，軸向荷載由氣壓伺服控制； 最大法向應(yīng)力1000kPa，最大剪切應(yīng)力1300kPa； 試樣外徑152mm，內(nèi)徑97mm，試樣的剪切面積是107.56cm2； 試樣高度可達(dá)25mm。

2.2.2 試驗(yàn)原理

環(huán)剪儀可以實(shí)現(xiàn)大剪切變形條件下土體的力學(xué)強(qiáng)度特性研究，在試驗(yàn)過(guò)程中試樣所受到的軸向荷載和底部扭矩作用，會(huì)在試樣內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)剪切面(圖5; 丁樹(shù)云等， 2013)，認(rèn)為剪切過(guò)程中法向應(yīng)力和剪應(yīng)力均布于剪切面上(Sassa et al.，2004; 吳迪等， 2011; 郭長(zhǎng)寶等， 2013)。

圖5 環(huán)剪試驗(yàn)原理圖

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要有法向荷載W(kN)、旋轉(zhuǎn)力偶矩M(kN·m)和角位移θ(°)，抗剪強(qiáng)度和剪切位移等參數(shù)可以通過(guò)W和θ進(jìn)行計(jì)算。

2.2.2.1 剪切強(qiáng)度

計(jì)算公式由力偶矩

(1)

可得出旋轉(zhuǎn)面上的平均剪應(yīng)力：

(2)

旋轉(zhuǎn)面上的法向應(yīng)力為：

(3)

旋轉(zhuǎn)面上的平均剪位移

(4)

式中：R1為試樣的內(nèi)半徑(mm);R2為試樣的外半徑(mm);v為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)·min-1);t為時(shí)間(min);Dm為試樣的平均直徑(mm);Rm為試樣的平均半徑(mm)。

(5)

2.2.2.2 剪切速率的控制

已有相關(guān)研究表明，滑帶土抗剪強(qiáng)度對(duì)剪切速率具有響應(yīng)特征(戴福初等， 1998; 孫濤等， 2009; 張榮等， 2015)，主要表現(xiàn)為： ①峰值強(qiáng)度受剪切速率影響顯著，具體表現(xiàn)為隨剪切速率的增大而增大(Skempton， 1985; 孫濤等， 2009)， 殘余強(qiáng)度受剪切速率影響較?。?/p>

②在較低的剪切速率范圍內(nèi)，剪切強(qiáng)度所受的影響很小或者幾乎不受影響(戴福初等， 1998)； ③力學(xué)強(qiáng)度對(duì)剪切速率的響應(yīng)與土體類(lèi)型也具有相關(guān)性，如黏土、砂土等抗剪強(qiáng)度具有較大差異。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)滑坡蠕滑和高速剪切過(guò)程中的滑帶土力學(xué)強(qiáng)度特性都開(kāi)展了研究，在環(huán)剪試驗(yàn)中采用的剪切速率最低一般為0.036mm·min-1(戴福初等， 1998)，最大可達(dá)3000mm·min-1(胡明鑒等， 2009)(表2)。為獲得周場(chǎng)坪滑坡滑帶土在不同剪切速率下的力學(xué)強(qiáng)度特性，本文開(kāi)展了0.1mm·min-1、5mm·min-1和100mm·min-13種剪切速率進(jìn)行環(huán)剪試驗(yàn)，為研究滑帶土峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度特征及滑坡穩(wěn)定性提供數(shù)據(jù)支撐。

表2 國(guó)內(nèi)外學(xué)者環(huán)剪試驗(yàn)剪切速率統(tǒng)計(jì)表

2.3 試驗(yàn)方案

在對(duì)滑帶土樣品進(jìn)行基本物性測(cè)試的基礎(chǔ)上(表1)，對(duì)周場(chǎng)坪滑坡滑帶土進(jìn)行重塑。首先將周場(chǎng)坪滑坡滑帶土試樣置于105℃環(huán)境下干燥24h以上，將干燥過(guò)的試樣過(guò)5mm篩，并將含水率調(diào)配成分別為8%(低于wP)、15%(在wP和wL之間)和25%(大于wL)的重塑滑帶土樣，為使水分在試樣中均勻分布，把重塑土試樣進(jìn)行密封并靜置24h。本次試驗(yàn)共測(cè)試了27個(gè)試樣，并將試樣編號(hào)為S1～S27，分別設(shè)計(jì)了3級(jí)不同的法向應(yīng)力(σ)、3組不同含水率(w)和3組不同剪切速率(v)的試驗(yàn)方案(表3)。此次試驗(yàn)主要測(cè)試過(guò)程如下：

表3 周場(chǎng)坪滑坡滑帶土試樣分組表

(1)試樣制備：將滑帶土試樣分3層裝入剪切盒，每層裝入后進(jìn)行壓實(shí)并刨毛，然后依次裝入下一層土。

(2)試樣固結(jié)排水：在100kPa、200kPa和400kPa等三級(jí)不同的法向應(yīng)力下對(duì)周場(chǎng)坪滑坡滑帶土進(jìn)行排水固結(jié)，待固結(jié)完成后關(guān)閉進(jìn)水和排水閥門(mén)。

(3)環(huán)剪試驗(yàn)：針對(duì)每一組具有相同含水率(w)和法向應(yīng)力(σ)的試樣分別進(jìn)行0.1mm·min-1、5mm·min-1和100mm·min-1恒定速率的剪切試驗(yàn)，達(dá)到穩(wěn)定殘余強(qiáng)度后停止試驗(yàn)。

(4)數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集軟件以2次·s-1的頻率采集剪切位移角、剪應(yīng)力和剪切位移等相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(5)試樣剪切破壞特征觀察：剪切完成后，取出試樣，觀察剪切過(guò)程中試樣的顆粒分布、破碎情況，是否產(chǎn)生剪切帶以及剪切帶的形態(tài)特征。

處理分析數(shù)據(jù)采集軟件采集到的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制滑帶土試樣在剪切過(guò)程中的剪應(yīng)力-剪切位移曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)比分析不同試驗(yàn)條件下的測(cè)試結(jié)果，分析了法向應(yīng)力、含水率和剪切速率等條件如何影響滑帶土試樣的力學(xué)性質(zhì)。

3 周場(chǎng)坪滑坡滑帶土力學(xué)強(qiáng)度分析

3.1 剪切帶破壞形態(tài)特征

環(huán)剪試驗(yàn)結(jié)果表明，在長(zhǎng)距離剪切過(guò)程中，滑帶土試樣會(huì)形成一個(gè)剪切面，并在剪切面附近分為上、下兩部分。圖6為滑帶土試樣在剪切試驗(yàn)后的剪切帶形態(tài)，可見(jiàn)剪切帶表面凹凸不平，這說(shuō)明剪切帶不僅僅只是一個(gè)“面”，而是具有一定的厚度。從圖6中可以看出試樣在剪切過(guò)后高度發(fā)生了變化，其產(chǎn)生的原因主要有兩方面：一是試樣在固結(jié)過(guò)程中高度降低； 另一個(gè)則是在剪切過(guò)程中，試樣由于剪切擠壓的作用而沿著試樣盒與剪切盤(pán)之間的縫隙溢出，且此現(xiàn)象在高速剪切時(shí)更為顯著。對(duì)比S3、S6、S9等3個(gè)試樣的試樣高度發(fā)現(xiàn)，法向壓力越大，試樣降低的高度越大。S3、S6、S9、S18等4個(gè)試樣的剪切速率為100mm·min-1，觀察其剪切帶形態(tài)可發(fā)現(xiàn)在高速剪切條件下，剪切帶上的擦痕更為明顯。

圖6 環(huán)剪試樣剪切帶形態(tài)

3.2 結(jié)果分析

土體的力學(xué)強(qiáng)度特性受多種因素的影響，如：土體結(jié)構(gòu)、土的顆粒組成、測(cè)試方法、應(yīng)力-應(yīng)變以及采用的試驗(yàn)設(shè)備與方法等，本文考慮了不同含水率和剪切速率對(duì)土體強(qiáng)度特性的影響，對(duì)周場(chǎng)坪滑坡滑帶土開(kāi)展環(huán)剪試驗(yàn)研究。

3.2.1 剪切應(yīng)力-應(yīng)變特征

在此次試驗(yàn)中，周場(chǎng)坪滑坡滑帶土的剪切位移較長(zhǎng)，遠(yuǎn)超普通直剪試驗(yàn)的剪切位移(4～6cm)，尤其是在100mm·min-1這一剪切速率下達(dá)到了約10m的剪切位移，可以較好地模擬滑坡在長(zhǎng)距離剪切條件下的力學(xué)強(qiáng)度特性。

根據(jù)滑帶土不同條件下剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線(xiàn)(圖7)，當(dāng)剪切位移達(dá)到一定值后，曲線(xiàn)上出現(xiàn)明顯的峰值(P)，隨著剪切位移的增大，曲線(xiàn)值逐漸降低，最終趨于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，此時(shí)認(rèn)為試樣已達(dá)到殘余強(qiáng)度(r)。峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度的大小存在一定的差距，所經(jīng)歷的剪切位移也存在較大差異，但都發(fā)生了應(yīng)變軟化現(xiàn)象，且應(yīng)變軟化現(xiàn)象隨法向應(yīng)力的增加而更加明顯(圖7)。如在S8(v=5mm·min-1，w=8%)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中，土樣在位移值達(dá)到13mm左右即可達(dá)到試樣峰值強(qiáng)度292.8kPa附近，在剪切了一定位移后達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值235.6kPa，可認(rèn)為該試樣已達(dá)到該殘余強(qiáng)度。在同一剪切速率和含水率條件下，土體峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均隨著法向應(yīng)力的增大而增大(表4)，如當(dāng)v=0.1mm·min-1，w=8%時(shí)，試樣S1(σ=100kPa)、S4(σ=200kPa)、S7(σ=400kPa)的殘余強(qiáng)度分別為64.5kPa、122.7kPa、213.8kPa，呈現(xiàn)隨法向應(yīng)力增大而增大的趨勢(shì)。

圖7 周場(chǎng)坪滑坡滑帶土剪應(yīng)力-剪切位移曲線(xiàn)

表4 滑帶土試樣峰值強(qiáng)度(P)和殘余強(qiáng)度(r)

根據(jù)滑帶土抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力擬合所得到曲線(xiàn)(圖8)，周場(chǎng)坪滑帶土的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度與法向應(yīng)力之間呈現(xiàn)出明顯的線(xiàn)性關(guān)系，根據(jù)擬合曲線(xiàn)求得的c、φ值見(jiàn)表5。

圖8 不同剪切速率、含水率下試樣抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系

表5 周場(chǎng)坪滑坡滑帶土環(huán)剪試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度值

3.2.2 含水率對(duì)滑帶土抗剪強(qiáng)度的影響

在法向應(yīng)力和剪切速率一致時(shí)，除因試驗(yàn)誤差導(dǎo)致的個(gè)別異常值外，峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度隨著含水率的增大總體上呈減小趨勢(shì)，且高含水率條件降低幅度更大(圖9，表4)，如當(dāng)v=5mm·min-1，σ=100kPa時(shí)，S2(w=8%)、S11(w=15%)、S20(w=25%)的峰值強(qiáng)度分別為82.7kPa、76.9kPa、67.3kPa，殘余強(qiáng)度分別為67.8kPa、69.7kPa、43.1kPa。含水率較低時(shí)，土樣的飽和度較小，能夠產(chǎn)生的壓縮變形有限，內(nèi)摩擦角較大，土樣此時(shí)的抗剪強(qiáng)度也較大； 增大土樣的含水率后，因顆粒間的強(qiáng)聯(lián)結(jié)被破壞而導(dǎo)致土體強(qiáng)度減弱，內(nèi)摩擦角減小，抗剪強(qiáng)度隨之減小。

圖9 不同法向應(yīng)力、剪切速率條件抗剪強(qiáng)度與含水率的關(guān)系

含水率對(duì)滑帶土力學(xué)強(qiáng)度的影響不僅體現(xiàn)在抗剪強(qiáng)度減少上，在降低抗剪強(qiáng)度值的同時(shí)，滑帶土試樣達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)所需的最小剪切位移值隨著含水率的增加總體呈下降趨勢(shì)(圖10，表6)，如當(dāng)v=5mm·min-1，σ=200kPa時(shí)，S5、S14、S23等3個(gè)試樣所對(duì)應(yīng)的最小剪切位移值分別為14.5mm、13.5mm、12.7mm，依次減小(表6)。

表6 滑帶土達(dá)到峰值強(qiáng)度所需的最小剪切位移值

圖10 不同法向應(yīng)力、剪切速率條件最小剪切位移值與含水率的關(guān)系

3.2.3 剪切速率對(duì)滑帶土抗剪強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)分析表明，當(dāng)剪切速率增加時(shí)，除個(gè)別因試驗(yàn)誤差出現(xiàn)的異常值外，滑帶土的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度基本上呈先增大后減小趨勢(shì)，其中存在一個(gè)臨界剪切速率值，使強(qiáng)度變化規(guī)律由增大變?yōu)闇p小(圖11，表4)。這是因?yàn)樵诘图羟兴俾蕳l件下，土體本身結(jié)構(gòu)被破壞的程度較低，剪切過(guò)程中強(qiáng)度的損失能夠控制在一定程度，當(dāng)超過(guò)這一臨界剪切速率值時(shí)，土體結(jié)構(gòu)完全破壞，恢復(fù)能力基本消失，強(qiáng)度降低程度較高。故在剪切速率小于臨界剪切速率值的范圍內(nèi)，剪切強(qiáng)度隨剪切速率增大而增大，而在剪切速率大于臨界值時(shí)抗剪強(qiáng)度隨剪切速率增大而減小的現(xiàn)象?？旒魲l件與慢剪條件下土體力學(xué)強(qiáng)度存在差異性，這還可能與土顆粒定向排列速度、黏滯性質(zhì)及彈性性質(zhì)等因素相關(guān)。對(duì)比分析周場(chǎng)坪滑坡滑帶土的抗剪強(qiáng)度值，可以發(fā)現(xiàn)由峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度線(xiàn)性擬合的強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角φ和φ′隨著剪切速率的增加先增大后減??； 而黏聚力c和c′既有整體下降趨勢(shì)又有先增大后減小趨勢(shì)，規(guī)律不明顯(圖12，表5)。

圖11 不同法向應(yīng)力、含水率條件下抗剪強(qiáng)度與剪切速率的關(guān)系

圖12 不同含水率條件下強(qiáng)度參數(shù)與剪切速率關(guān)系圖

綜合本次試驗(yàn)結(jié)果和前人研究成果，剪切速率的加快會(huì)先導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)的無(wú)序化，增加顆粒之間的咬合力，此時(shí)內(nèi)摩擦角增大； 但土體結(jié)構(gòu)會(huì)隨著剪切速率的增加而被破壞，顆粒間的咬合力隨之消失，內(nèi)摩擦角此時(shí)則表現(xiàn)為減小。這之前存在某一臨界的剪切速率，臨界速率隨著土可塑性和有效正應(yīng)力的增加而增加(Kimura et al.，2014； Bhat et al.，2015)。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)周場(chǎng)坪滑坡滑帶土開(kāi)展不同法向壓力(100kPa、200kPa、400kPa)、不同含水率(8%、15%、25%)和不同剪切速率(0.1mm·min-1、5mm·min-1、100mm·min-1)的環(huán)剪試驗(yàn)，得到以下結(jié)論和認(rèn)識(shí)：

(1)滑帶土試樣在環(huán)剪過(guò)程中形成的剪切帶是有一定厚度的。試樣由于固結(jié)和受到剪切擠壓作用使得試樣沿著試樣盒與上剪切盤(pán)之間的縫隙擠出，試樣的高度降低。在高速剪切條件下，試樣降低的高度更大，剪切帶上的擦痕也更為明顯。

(2)試樣的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度總體上隨含水率的增大而減小，且高含水率條件下降低幅度更大。含水率對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響在試樣達(dá)到峰值強(qiáng)度時(shí)所需的最小剪切位移值上的表現(xiàn)為隨著含水率的增大，其相應(yīng)的最小剪切位移值隨之減小。

(3)在高剪切速率條件下，滑帶土的應(yīng)變軟化現(xiàn)象更為明顯?；瑤恋姆逯祻?qiáng)度和殘余強(qiáng)度隨剪切速率的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，由峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度線(xiàn)性擬合的強(qiáng)度參數(shù)黏聚力c、c′隨剪切速率的增加規(guī)律不明顯，而內(nèi)摩擦角φ、φ′則先增大后減小。

(4)在滑坡形成與發(fā)育過(guò)程中，降雨情況下含水率的增加會(huì)加速其滑動(dòng)，在這種高含水率、高剪切速率的條件下，滑坡更易發(fā)生剪切破壞。