滑坡滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)研究綜述

1、滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)確定方法研究進(jìn)展張建敏，陳傳勝（中南林業(yè)科技大學(xué)，長沙410018）摘要：滑坡對工程建設(shè)的危害很大，常使交通中斷，影響公路的正常運(yùn)輸。滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)值的合理選定是正確進(jìn)行滑坡工程分析和設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，文章通過回顧國內(nèi)外一些代表性工作，在綜述了滑帶土抗剪強(qiáng)度的五種特征強(qiáng)度及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，著重從滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的測試及估算方法上進(jìn)行了分析，總結(jié)了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對取值方法中遇到的問題進(jìn)行了探討，旨在為選取滑坡抗

2、剪強(qiáng)度參數(shù)提供新的思路及提高其取值精度提供一定的幫助。關(guān)鍵詞：滑坡；滑帶土；抗剪強(qiáng)度參數(shù)；殘余強(qiáng)度滑坡是指斜坡上的土體或者巖體，受河流沖刷、地下水活動(dòng)、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或軟弱帶，整體或分散地順坡向下滑動(dòng)的自然現(xiàn)象。俗稱“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等，是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象[1]。近年來，由于全球變暖，極端氣候頻繁出現(xiàn)，道路的建設(shè)等原因，滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的幾率成倍增加，其危害不可估量：

3、輕則損毀車站、鐵路、公路、橋涵等交通設(shè)施，造成交通中斷，影響道路的暢通；重則造成重大的人員傷亡，給人民的生命財(cái)產(chǎn)和國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來重大損失，因此滑坡的治理迫在眉睫[23]。國內(nèi)外大量研究已證明滑坡的活動(dòng)與否常常取決于滑帶土的應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度的變化，這些變化又最終取決于滑帶土的類型、微觀結(jié)構(gòu)特征、物質(zhì)組分和形成機(jī)理等[45]滑帶土已成為滑坡研究的重要內(nèi)容?；瑤量辜魪?qiáng)度參數(shù)的粘聚力(c)和內(nèi)摩擦角(φ)的確定是滑坡穩(wěn)定性評價(jià)及滑坡治理工程

4、設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。當(dāng)φ值相差僅1～2時(shí)，推力可能成倍增加，參數(shù)的取值直接影響著滑坡推力的計(jì)算和整治工程方案的選定[6]。本文主要對滑坡滑帶土抗剪強(qiáng)度的類型及其參數(shù)的確定方法，特別是殘余強(qiáng)度方面的研究成果進(jìn)行了總結(jié)和綜述，并對其中一些問題進(jìn)行了探討，有助于進(jìn)一步梳理滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)確定方法的研究方向，提高抗剪強(qiáng)度參數(shù)的取值精度。1滑帶土抗剪強(qiáng)度類型有關(guān)滑帶土強(qiáng)度特性的研究是滑坡研究中最重要的內(nèi)容已經(jīng)積累了非常豐富的研究成果如劉小麗等[7

5、]對此進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)滑帶土的研究內(nèi)容主要包括5種特征強(qiáng)度：峰值抗剪強(qiáng)度（peakshearstrength），殘余抗剪強(qiáng)度（residualshearstrength）滑坡啟動(dòng)強(qiáng)度（mobilizedshearstrength）完全軟化強(qiáng)度（fullsoftenedshearstrength）以及流變研究中的長期圖1常法向應(yīng)力作用下應(yīng)力位移曲線示意圖抗剪強(qiáng)度(longtermshearstrength)等5種特征強(qiáng)度。Skempton

6、[8]通過圖1說明了滑帶土的峰值強(qiáng)度、完全軟化強(qiáng)度和殘余抗剪強(qiáng)度的相互關(guān)系。到目前為止，有關(guān)滑帶土強(qiáng)度特性的研究成果主要反映在其殘余強(qiáng)度的研究上，以下主要對滑帶土殘余強(qiáng)度的研究成果作一簡述。自Skempton[9]提出土應(yīng)變軟化過程最終階段的“殘余強(qiáng)度”并定義[8]為滑帶土以緩慢剪切速率達(dá)到相當(dāng)大的剪切位移條件下所達(dá)到的最小剪切強(qiáng)度值以后，國內(nèi)外學(xué)者都意識和認(rèn)識到它在老滑坡、泥石流滑坡、復(fù)活型滑坡、具有潛在滑動(dòng)面（軟弱結(jié)構(gòu)面等）的新生型

7、滑坡的穩(wěn)定分析與設(shè)計(jì)以及滑（邊）坡漸進(jìn)性破壞的危險(xiǎn)性分析中有著極為重要的意義[1014]。由此對峰值基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：中南林業(yè)科技大學(xué)青年基金重點(diǎn)項(xiàng)目(101–0596)；中南林業(yè)科技大學(xué)引進(jìn)人才基金項(xiàng)目(104–0088)；湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(10C1340)。作者簡介作者簡介：張建敏，女，碩士研究生，研究方向：水土保持工程。Email：zhangjianm218@三軸剪切試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以控制排水條件，所以在研究和應(yīng)用中

8、有以下幾種測試方法：不固結(jié)不排水剪切(UU)、固結(jié)不排水剪切(CU)、固結(jié)排水剪切(CD)試驗(yàn)。在應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)工程問題的性質(zhì)來選擇測試方法。除了這一優(yōu)點(diǎn)，三軸剪切試驗(yàn)還具有剪切破裂面是自然破壞，是最大主應(yīng)力面破壞或是軟弱面破壞；在受力條件上，三軸試驗(yàn)是空間受力，這一受力條件更接近于土樣的天然狀態(tài)更真實(shí)等優(yōu)點(diǎn)[40]。同時(shí)，三軸試驗(yàn)可以結(jié)合其他方法或軟件更合理的求得抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。如利用線性回歸方法，通過線性擬合pq曲線或者擬合大小主應(yīng)力

9、的方法來求解抗剪強(qiáng)度參數(shù)[42]；基于非線性規(guī)劃方法，利用Excel軟件，求解出目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，獲取三軸試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，并可以利用Excel圖表進(jìn)行繪圖[43]，等。2.1.4現(xiàn)場大剪試驗(yàn)現(xiàn)場大面積剪切試驗(yàn)更符合實(shí)際，可以直接反映現(xiàn)場滑帶土的情況，但野外試坑開挖、制樣難，試驗(yàn)成本高等原因使得研究數(shù)量非常有限，目前所獲得的成果大多是結(jié)合具體的工程，如三峽工程[44]。2.2經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法大量試驗(yàn)表明滑帶土殘余強(qiáng)度參數(shù)與滑帶土的物理性狀密

10、切相關(guān)，從而啟發(fā)國內(nèi)外學(xué)者在不利用環(huán)剪儀等精密設(shè)備的情況下，通過殘余強(qiáng)度與土的各種物理性狀指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來估算（單因素估算和多因素估算）殘余強(qiáng)度參數(shù)，這種方法稱為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法。當(dāng)前這種研究大量集中在殘余強(qiáng)度參數(shù)φ與巖土物理力學(xué)指標(biāo)塑性指數(shù)、粘粒含量等的相關(guān)性方面[891517]。而與影響殘余強(qiáng)度最重要的因素——滑帶土微觀結(jié)構(gòu)的礦物成分間的相關(guān)性的研究并不多[1718]。2.2.1單因素估算意大利Jamiolkowski和Pasqualin

11、i根據(jù)四十多組殘剪試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)得出殘余強(qiáng)度參數(shù)φr與液限WL關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式[40]：φr=453.1[WL0.86]；MA坎賈通過實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)得出φr與塑性指數(shù)IP關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式[24]：φr=46.6（IP0.446）；吳香根[45]根據(jù)12個(gè)滑坡的實(shí)際資料，建立了滑帶土的綜合內(nèi)摩擦角與地形坡度角之間的直線關(guān)系；李青云等[46]通過試驗(yàn)得出碎屑巖類與碳酸巖類軟弱夾層錯(cuò)動(dòng)帶的比表面積（B）與殘余強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系式，分別為：內(nèi)摩擦系數(shù)f

12、r=1(5.313162.04B)；fr=0.8320.0884InB。2.2.2多因素估算周平根等[46]統(tǒng)計(jì)得出寶塔滑坡的φr與IP、粘粒含量Pc的關(guān)系：φr=35.8–0.204Pc–1.266IP；我國鐵道科學(xué)研究院西北研究所[40]從59個(gè)滑坡，91種滑帶土，236組不排水多次剪切的試驗(yàn)資料，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得出pH7的堿性滑帶土φr的經(jīng)驗(yàn)公式：lgφr=2.4278–1.2279lgIP–0.7713lgIL；日本學(xué)者Giboet

13、al[47]通過對含有配向性粘土礦物蒙脫石（St）高的滑帶土進(jìn)行環(huán)剪試驗(yàn)和礦物定向性Ｘ射線衍射（XRD）試驗(yàn)，得到：蒙脫石（St）的定向度越高，φr的值變得越?。沪誶與Pc、φr與St含有量、φr與IP間都存在著顯著的相關(guān)性，并給出了如圖3所示的φr與St含有量的相關(guān)性。但以上的結(jié)論都是以高含量St的滑帶土為研究對象。Gibo[48]又發(fā)現(xiàn)有些St含量非常低的滑帶土卻有低的φr值，非定向性粘土礦物含量為主的滑帶土φr值高的現(xiàn)象。Smec