滑帶土物理指標(biāo)與抗剪強度參數(shù)相關(guān)關(guān)系研究

陳 夢 婷

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

?

滑帶土物理指標(biāo)與抗剪強度參數(shù)相關(guān)關(guān)系研究

陳 夢 婷

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

以藕塘滑坡滑帶土為研究對象，利用快剪試驗，研究了不同含水率和干密度條件下該滑帶土的抗剪強度特性，得出了一些結(jié)論，對該滑坡抗剪強度參數(shù)的選取提供了依據(jù)。

滑帶土，含水率，干密度，抗剪強度參數(shù)

0 引言

滑帶是滑坡的一個重要結(jié)構(gòu)要素，滑帶土是滑坡滑動過程中形成的特殊巖土體。滑坡的孕育和啟動與滑帶土的抗剪強度有著密切的關(guān)系，所以滑帶土力學(xué)特性的研究是斜坡穩(wěn)定性問題研究的關(guān)鍵。滑帶土的抗剪強度受含水率、礦物成分和密度等多種因素相互影響。對于同一個滑坡，由于滑坡的成因機制、下滑的邊界條件、形態(tài)特征、地質(zhì)環(huán)境的差異，導(dǎo)致滑坡在不同地段其抗剪強度參數(shù)不同[1，2]。所以研究物理指標(biāo)與滑帶土抗剪強度參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系十分有意義，這樣，我們就可以利用易于獲得的物理指標(biāo)通過計算從而得到滑帶土的力學(xué)指標(biāo)。

許多學(xué)者通過試驗對物理指標(biāo)與強度參數(shù)之間的關(guān)系進行了研究。李維樹等[3]試驗探究了地質(zhì)代表性、試驗尺寸、應(yīng)力、含水率、試驗數(shù)量滑帶土性狀與抗剪強度參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。申春妮等[4]進行了一系列控制吸力、含水率、干密度的直剪試驗，研究了非飽和土的抗剪強度特性。余宏明等[5]對巴東組紅色泥巖風(fēng)化含礫粘土的含水率、密度及粘粒含量與抗剪強度參數(shù)進行了研究，并得出了適用的經(jīng)驗公式。劉紅軍等[6]通過固結(jié)不排水三軸試驗對黃河三角洲粉土穩(wěn)態(tài)強度進行了研究，定量分析了黃河三角洲粉質(zhì)土中的粘粒含量對穩(wěn)態(tài)強度線的影響。高旭等[7]采用三軸試驗和數(shù)值模擬的方法揭示了不同應(yīng)變速率對含礫滑帶土抗剪強度的影響。閻瑞敏與桂蕾[8]分析了飽水條件下滑帶土的抗剪強度與礦物成分的相關(guān)關(guān)系。有的相關(guān)文獻[9-12]通過大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，得出了確定抗剪強度參數(shù)的多種方法。

本文針對重慶境內(nèi)某大型滑坡滑動帶中的土樣，通過室內(nèi)物理特征試驗和剪切試驗，對研究區(qū)滑帶土含水率和干密度與抗剪強度參數(shù)之間相關(guān)關(guān)系進行了研究，最終分別建立了抗剪強度參數(shù)隨天然含水率與干密度變化的函數(shù)關(guān)系式。

1 滑帶土的物理性質(zhì)

試驗樣品采自三峽庫區(qū)藕塘滑坡平硐(PD1)234 m深處，為藕塘滑坡主滑面滑帶土。滑帶土為黑色碳質(zhì)粘性土，其厚度5 cm～10 cm，呈可塑狀，碳質(zhì)粘性土中夾有砂巖碎顆粒，可見清晰滑面和擦痕(見圖1)，底板為較完整的砂巖。

將在現(xiàn)場采集的原狀土樣運回室內(nèi)，進行天然含水率、密度試驗及土粒級配測定。試驗結(jié)果顯示，滑帶土天然含水率為15.4%～20.7%，平均含水率為19.9%，天然密度為2.05 g/cm3～2.15 g/cm3，平均值為2.08 g/cm3，粘粒含量49.8%～56.4%。

2 試驗方案

試樣制備。將采集的土樣自然風(fēng)干，用橡膠錘將其碾散，將碾碎后的樣品過2 mm篩，除去大于2 mm的顆粒。測定風(fēng)干含水率。取一定量的風(fēng)干試樣，根據(jù)所需土量與含水量公式(1)計算加水量，將所需水均勻噴灑于土樣，進行攪拌，充分拌勻后用保鮮膜密封靜止12 h，讓土中水分充分均勻。

為了研究含水率和干密度與抗剪強度的關(guān)系，分別設(shè)計了控制含水率試驗和控制干密度試驗。控制含水率的直剪試驗做了4組16個試樣，每組試樣的含水率分別為15.4%，17.7%，19.0%，20.7%，土樣的初始干密度為1.783 g/cm3，粘粒含量為53.2%。快剪剪切速度為0.8 mm/min；控制干密度的直剪試驗做了4組16個試樣。土樣的初始含水率為17.7%，粘粒含量為53.2%，控制每組干密度分別為1.732 g/cm3，1.764 g/cm3，1.783 g/cm3，1.813 g/cm3。垂直分壓分別為100 kPa，200 kPa，300 kPa，400 kPa，快剪速度為0.8 mm/min。

3 土體物理性質(zhì)與抗剪強度的相關(guān)性

3.1 含水量與抗剪強度的相關(guān)性

表1 不同含水率滑帶土抗剪強度參數(shù)

不同含水量下試樣的抗剪強度與所受的法向應(yīng)力之間的關(guān)系見圖2，土樣的強度參數(shù)見表1。從圖2可以看出，試樣的抗剪強度與法向應(yīng)力呈明顯的近線性關(guān)系，在一定的法向應(yīng)力作用下，抗剪強度與含水率呈負相關(guān)。

因為細小粘土顆粒之間存在著結(jié)合水膜，當(dāng)含水率增大時，薄膜水變厚，粘粒間引力減弱，土的粘聚力下降；同時，顆粒之間自由水增加，顆粒之間的相互接觸點減少，摩擦力減小，所以在水的潤滑作用下，土的內(nèi)摩擦角減小。

通過回歸分析得到如下關(guān)系式：

c=6.806+3.623ω-0.129ω2,R2=0.988

(1)

φ=0.074+1.596ω-0.056ω2,R2=0.830

(2)

3.2 干密度與抗剪強度的相關(guān)性

不同干密度條件下試樣的抗剪強度與所受的法向應(yīng)力之間的關(guān)系見圖3，土樣的強度參數(shù)見表2。從圖3可以看出，試樣的抗剪強度與法向應(yīng)力呈明顯的近線性關(guān)系，在一定的法向應(yīng)力作用下，抗剪強度與干密度呈正相關(guān)。

由于干密度越大，土粒越密實，孔隙比越小，土粒的分子引力越大，因此，土的干密度越大，粘聚力越大；同時，土粒的密實度增加，土粒之間的咬合作用增加，所以內(nèi)摩擦角增大。

表2 不同干密度滑帶土抗剪強度參數(shù)

通過回歸分析得到如下關(guān)系式：

c=-3 509.22+3 910.514ρd-1 079.778ρd2,R2=0.989

(3)

φ=-791.499+877.625ρd-239.833ρd2,R2=0.996

(4)

4 結(jié)語

1)在相同含水率條件下，滑帶土的粘聚力與內(nèi)摩擦角隨著干密度的增大而增大，粘聚力增大的幅度比內(nèi)摩擦角增大的幅度更大。

2)在相同干密度條件下，滑帶土的粘聚力與內(nèi)摩擦角隨著含水率的增大而減小，粘聚力減小的幅度比內(nèi)摩擦角增大的幅度更大。

3)通過回歸分析，滑帶土的抗剪強度與含水率和干密度存在著二次多項式關(guān)系，通過回歸分析得到經(jīng)驗公式，其R2值為0.784～0.996，相關(guān)性較好，干密度與抗剪強度的相關(guān)性比天然含水率與抗剪強度的相關(guān)性更好。

4)藕塘滑坡為大型滑坡，發(fā)育了多級多次滑面，在計算滑坡穩(wěn)定性選取抗剪強度參數(shù)時可以參考本文給出的擬合公式計算值。

[1] Anson,R.W.W.,Hawkins,A.B.Analysis of a sample containing a shear surface from a recent landslip,south Cotswolds[J].Geotechnique,1999,49(1):33-41.

[2] Skempton,A.W.Long-term stability of clay slopes[J].Geotechnique,1964,14(2):77-102.

[3] 李維樹,鄔愛清,丁秀麗.三峽庫區(qū)滑帶土抗剪強度參數(shù)的影響因素研究[J].巖土力學(xué),2006,27(1)：56-60.

[4] 申春妮,方祥位,王和文,等.吸力、含水率和干密度對重塑非飽和土抗剪強度影響研究[J].巖土力學(xué),2009，30(5):1347-1351.

[5] 余宏明,胡艷欣,唐輝明.紅色泥巖風(fēng)化含礫粘土的抗剪強度參數(shù)與物理性質(zhì)相關(guān)性研究[J].地質(zhì)科技情報,2002,21(4):93-95.

[6] 劉紅軍,呂文芳,楊俊杰,等.黃河三角洲粉質(zhì)土初始干密度和黏粒含量對穩(wěn)態(tài)強度的影響研究[J].巖土工程學(xué)報,2009,31(8):1287-1291.

[7] 高 旭,晏鄂川,崔學(xué)杰.應(yīng)變速率對含礫滑帶土抗剪強度影響研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2016,43(1):94-98.

[8] 閻瑞敏,桂 蕾.滑帶土抗剪強度與其礦物成分典型相關(guān)性分析[J].人民長江,2016,47(8):47-50.

[9] 鄭明新.論滑帶土強度特征及強度參數(shù)的反算法[J].巖土力學(xué),2003,24(4):528-532.

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

[11] 徐衛(wèi)亞,蔣中明.巖土樣本力學(xué)參數(shù)的模糊統(tǒng)計特征研究[J].巖土力學(xué),2004,25(3):342-346.

[12] 許傳華,房定旺,朱繩武.邊坡穩(wěn)定性分析中工程巖體抗剪強度參數(shù)選取的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2002,21(6):858-862.

On relationship between physical indexes and shearing strength parameter in slide soil

Chen Mengting

(EngineeringCollege,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China)

Taking the sliding soil of lotus ponds’ sliding slopes as the research object,the paper undertakes the quick shear test,researches the shearing strength features under various water contents and high densities,achieves some conclusions,and provides some reference for the selection for the shearing strength parameters in the slopes.

sliding soil,water content,dry density,shearing strength parameter

1009-6825(2016)29-0071-02

2016-08-04

陳夢婷(1991- )，女，在讀碩士

TU435

A