库区顺层滑坡滑带土残余强度变化机制分析

胡世英

(广东城华工程咨询有限公司，广东 广州 510660)

随着我国西部大开发的深入，新疆的社会经济发展迅速，为满足社会经济发展需求，水库库区管理日趋精细化。虽然新疆气候较为干燥，出现较长降水期概率较小，流域来水以融雪为主，降雨短促集中，库区顺层滑坡复活可能性较低，但随着气候变暖，极端天气现象频发且由于库区蓄水与绿化使得库区小气候发生改变，库区降水较未蓄水前呈现增多趋势，库区在高水位蓄水时，区内滑坡复活现象越来越不可忽视。

国内外对于库区顺层滑坡滑带土残余强度变化机制分析较多，基于土体分类、失稳模式、残余强度与土体细粒含量等研究较为深入[1]，普遍认为黏土的剪切强度主要由土体孔隙水含量与黏土矿物定向排列有较大关系[2-5]。对于剪切模式，研究者认为顺层滑坡滑带处的土体剪切主要为“滑动剪切”“湍动剪切”“过渡剪切”等三类破坏方式[6-9]，破坏后残余强度由黏土矿物的含量与颗粒度大小共同决定[10]。针对库区顺层滑坡滑带土残余强度的室内试验主要集中在剪切速度与矿物颗粒上[11-12]。对于滑坡残积土，王恭先通过环剪试验分析了剪切速度对滑坡残积土残余强度的影响机制[13]。陆玉珑[14]、Ferri等[15]认为高速剪切速率下，滑带土的剪切弱化十分明显。微观层面上的滑带土的剪切弱化影响研究主要是对滑坡土体颗粒的定向排列的粒组的研究，研究集中在微观颗粒滑动速率上[16-17]。对于滑坡残积土，通过SEM分析微观颗粒滑动速率对残积土强度的影响[18]，认为高速滑动速率下，滑带土的宏观剪切弱化现象十分明显。

本文基于土体环剪试验，通过试验中滑带土所表现的力学特性与试验现象，给出细粒含量与滑带土残余强度之间的内在关联机制分析。

1 试验方案

对库区顺层滑带土重塑样进行环剪试验，试验采用单级环剪方式进行。通过试验中滑带土所表现的力学特性与试验现象，给出细粒含量与滑带土残余强度之间的内在关联机制分析。试验土样矿物构成如表1所示。

表1 试验土样矿物构成 %

试验土体物理指标如表2所示，库区滑带土因滑坡后颗粒破碎，试样基本物理指标较为离散，但整体看来，试样土体的物理性质基本稳定，其与矿物颗粒相关性较好。

表2 试验土体物理指标

试验采用毕肖普环剪仪进行单级剪切试验，参考前期研究成果，试验土体环剪方案如表3所示。

表3 试验土体环剪方案

2 试验成果分析

试验所取土体为西北干旱区域具有代表性的黏土试样，其中黏土矿物含量较湿润、半湿润地区少，石英、斜长石、方解石与赤铁矿等矿物含量较多，影响了黏土的本体的黏聚力，且表层含水量极少，在水位浸润线下的黏土中疏松孔位盐类成分较多成硬质松散状，特定区域内浸润线下渗流盐含量多形成渗透压，渗流网成形复杂。为保证试验所得结果具有一般性，保证规律的科学性，试验在进行重塑样制样时利用蒸馏水进行了洗土，保证了试验结果不受土体盐类影响。

针对库区顺层滑坡滑带土在滑坡剪切面上已经破坏过的特性，本文所研究的库区顺层滑坡滑带土的土体残余强度与前期剪切强度相关性较大，为进行科学性研究，试验所取土体为同一滑坡不同部位的土体，即本试验的顺层滑坡滑带土的土体残余强度主要影响因素为滑带土细粒含量所间接反映的顺层滑坡过程、土体颗粒破碎情况与颗粒排列情况。

试验单级环剪采用同一速率(0.002 mm/s)进行土体残余强度分析，土体残余强度速率效应影响分析可以忽略，仅需进行细粒含量分析，如图1。由于试验土中矿物含量较多，试验重塑样采用同样含水率的土体进行试验，因此试验可反映出滑带土所表现的力学特性，给出细粒含量与滑带土残余强度之间的内在关联机制分析。

图1 滑带土残余强度与细粒含量关系

试验结果表明，滑带土残余强度与土体细粒含量呈现函数相关关系，整体呈现单峰变化趋势，即当滑带土细粒含量在界限内时其残余强度与细粒含量正相关，细粒含量在界限值时土体残余强度最大，超过界限值时残余强度与细粒含量负相关。图1中，库区顺层滑坡滑带土细粒含量小于55.0%时，滑带土残余强度与细粒含量呈现正相关关系，细粒含量超过60.0%时，残余强度逐渐减小。

试验土样所取土体为滑带土，由于在单级环剪试验采用0.002 mm/s速率进行，速率效应影响分析可以忽略不计，其表现的试验现象仅需考虑滑带土土体细粒含量与环剪试验下的法向应力两种因素，试验中的滑带土虽然为重塑土体，其土体矿物含量与原状土体的矿物含量无较大差异，可以反映原状土体剪切破坏形态。试验所用重塑土体均采用同样含水率的土样进行试验，各个土体受含水率的影响一致，即可认为本试验反映试验现象与滑带土残余强度性质仅由土体颗粒、试验围压等影响因素决定。

环剪试验的破坏特征在一定程度上可以反映滑坡复活概率，基于滑坡复活概率的滑面分类主要为两种：(1)滑面较为光滑且划痕顺直(较少)。(2)滑面较为不光滑。

对于滑面较为光滑且划痕顺直(较少)的试样，其在工程环境中发生滑坡概率较不光滑滑面大，环剪试验结束后，可以由试样的破坏形态(图2～图3)看出，试样细粒含量超过60.0%时，滑带土试样不仅残余强度逐渐减小、与细粒含量呈现负相关的关系，其试样最终剪切破坏形态为剪切面光滑。当细粒含量超过64.7%，且法向应力大于600 kPa时，试样虽然与法向应力75～300 kPa时的试样表现一致，细粒含量呈现负相关的关系，但其试样最终剪切破坏形态为剪切面不仅光滑且顺直。

图2 细粒含量超过60.0%时的破坏形态(75～300 kPa)

图3 细粒含量超过64.7%时的破坏形态(600 kPa)

环剪试验破坏面虽为固定形制与土体本身自由形成的破坏面有较大差异，滑坡滑带土破坏时所形成破坏面形态差异仍较大，其破坏后的形态与细粒含量相关性较大，由试验结果来看，在土体所受应力相同的情况下，土体残余强度亦可从最终剪切破坏形态来定性判断。该特征对于库区滑坡日常巡视有较大的工程意义，新疆典型库区滑坡体在水位浸润线下的黏土中疏松孔位盐类成分较多，特定区域内浸润线下渗流盐含量多形成渗透压，渗流网成形复杂，在日常巡查中通过探坑或探方的工程微损性方式进行探测，利用滑面形态对库区滑坡体进行分级分类，有利于水库日常维护。

基于土体环剪试验，通过试验中滑带土所表现的力学特性与试验现象，细粒含量与滑带土残余强度之间存在内在关联机制。在适宜的法向应力下，滑带土中细粒含量与残余强度可通过试验最终剪切破坏形态进行联系，土体剪切面光滑时，细粒含量与残余强度负相关。滑带土细粒含量所间接反映的顺层滑坡过程、土体颗粒破碎情况与颗粒排列情况，不论是原状样还是重塑样，黏土矿物含量较为丰富时，滑面细粒含量均高于滑带其他区域,滑坡易于复活。

3 结 论

本文基于新疆某库区顺层滑坡滑带土重塑样进行环剪试验，通过试验中所表现的现象对滑带土受剪后的特征、滑带土粒度与滑带土残余强度等指标，给出细粒含量与滑带土残余强度之间的内在关联机制分析。 通过试验研究表明：

(1)库区顺层滑坡滑带土细粒含量小于55%时，滑带土残余强度与细粒含量呈现正相关关系。

(2)在75～300 kPa的法向应力下，滑带土中细粒含量大于60.0%时，试样不仅残余强度逐渐减小且与细粒含量呈现负相关的关系，其试样最终剪切破坏形态为剪切面光滑。

(3)当细粒含量超过64.7%且法向应力大于600 kPa时，试样虽然与法向应力75～300 kPa时的试样表现一致，细粒含量呈现负相关的关系，但其试样最终剪切破坏形态为剪切面不仅光滑且顺直。