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1、滑带土抗剪强度参数拟定措施研究进展张建敏,陈传胜(中南林业科技大学,长沙 1001)摘要：滑坡对工程建设的危害很大，常使交通中断，影响公路的正常运送。滑带土抗剪强度参数值的合理选定是对的进行滑坡工程分析和设计的核心,文章通过回忆国内外某些代表性工作,在综述了滑带土抗剪强度的五种特性强度及其互相关系的基本上,着重从滑带土抗剪强度参数的测试及估算措施上进行了分析,总结了多种措施的优缺陷，并对取值措施中遇到的问题进行了探讨，旨在为选用滑坡抗剪强度参数提供新的思路及提高其取值精度提供一定的协助。核心词：滑坡；滑带土;抗剪强度参数;残存强度滑坡是指斜坡上的土体或者岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震及人工
2、切坡等因素影响，在重力作用下,沿着一定的软弱面或软弱带,整体或分散地顺坡向下滑动的自然现象。俗称“走山”、“垮山”、“地滑”、“土溜”等，是一种典型的地质灾害现象1。近年来，由于全球变暖，极端气候频繁浮现，道路的建设等因素，滑坡等地质灾害发生的几率成倍增长,其危害不可估计:轻则损毁车站、铁路、公路、桥涵等交通设施,导致交通中断,影响道路的畅通；重则导致重大的人员伤亡,给人民的生命财产和国家的经济建设带来重大损失,因此滑坡的治理迫在眉睫，。国内外大量研究已证明滑坡的活动与否常常取决于滑带土的应力状态和强度的变化,这些变化又最后取决于滑带土的类型、微观构造特性、物质组分和形成机理等4， 滑带土已成
3、为滑坡研究的重要内容。滑带土抗剪强度参数的粘聚力（c)和内摩擦角()的拟定是滑坡稳定性评价及滑坡治理工程设计中的核心问题。当值相差仅1时,推力也许成倍增长，参数的取值直接影响着滑坡推力的计算和整治工程方案的选定6。本文重要对滑坡滑带土抗剪强度的类型及其参数的拟定措施,特别是残存强度方面的研究成果进行了总结和综述,并对其中某些问题进行了探讨，有助于进一步梳理滑带土抗剪强度参数拟定措施的研究方向，提高抗剪强度参数的取值精度。1 滑带土抗剪强度类型 基金项目：中南林业科技大学青年基金重点项目(1010596)；中南林业科技大学引进人才基金项目(1040088)；湖南省教育厅科学研究项目(10C134
4、0)。作者简介：张建敏，女，研究生研究生，研究方向：水土保持工程。E-mail：有关滑带土强度特性的研究是滑坡研究中最重要的内容, 已经积累了非常丰富的研究成果， 如刘小丽等7对此进行了系统的总结, 滑带土的研究内容重要涉及种特性强度：峰值抗剪强度(pak shrsngth)，残存抗剪强度(eidal hear trengh），滑坡启动强度（mobiliesear trgth）,完全软化强度（ull sofened sha sregth）以及流变研究中的长期 图1常法向应力作用下应力-位移曲线示意图抗剪强度(lontermshesrent)等5种特性强度。kempn8通过图1阐明了滑带土的峰值
5、强度、完全软化强度和残存抗剪强度的互相关系。到目前为止，有关滑带土强度特性的研究成果重要反映在其残存强度的研究上，如下重要对滑带土残存强度的研究成果作一简述。自Skep9提出土应变软化过程最后阶段的“残存强度”并定义为滑带土以缓慢剪切速率达到相称大的剪切位移条件下所达到的最小剪切强度值后来,国内外学者都意识和结识到它在老滑坡、泥石流滑坡、复活型滑坡、具有潜在滑动面（软弱构造面等)的新生型滑坡的稳定分析与设计以及滑（边）坡渐进性破坏的危险性分析中有着极为重要的意义10-14。由此对峰值强度衰减至残存强度的特性5、残存强度的影响因素1-20、测定实验措施21-23、估算措施2329及残存强度再生2
6、135进行了大量研究,得到了某些很重要的成果。例如,陈传胜等觉得考虑滑带土的再生强度不能脱离残存强度,并提出了基于不同有效垂直应力(滑动体覆盖厚度)采用相应的残存强度和再生强度参数的取值措施;田斌7 等觉得残存强度是短期强度,再生强度是长期强度，指出在滑坡研究中必须合理辨别滑带土残存强度与再生强度的使用场合。2 强度参数的测试及估算法滑带土抗剪强度参数的测试及估算措施多种各样,其重要根据多从塑性指数、液限、矿物成分、矿物颗粒构成、粘粒含量等影响滑带土抗剪强度参数的因素及通过实际滑坡资料分析记录而得38,重要有五大类,即：实验法，经验数据法，工程类比经验法,反算法和加权平均法。这五类措施不是孤立
7、的,而是互相联系的。. 实验法实验法涉及室内实验和现场大面积剪切实验，室内实验分环剪实验,直剪实验和三轴实验，为了研究和测定滑坡土体符合实际受力状态强度参数，常将两者结合起来拟定39。2.1. 环剪实验20世纪初环状剪切仪已开始研究使用,其形式有毕肖普式22、伏斯列夫式、铁道科学院西北研究所X-5型等。环剪实验是将薄环形试样置于剪切环的上部和下部，保持垂直加载，固定上部,通过剪切环下部的旋转对试样进行环向剪切以获得土体的剪切强度和变形。试样的环形剪切，可在一定垂直荷载作用下完毕最大限度的变形，环剪实验装置原理图如图2所示。图2 环剪实验装置原理图环剪实验由于剪切时试样面积保持不变,垂直应力也是
8、恒定的,并且可以作任意大位移剪切，从而使颗粒充足定向排列,可持续地测出土的应力与变形的优势,成为目前国内外公认的最适合的测定残存强度的措施。ibo e al,Saret al,iM C等人通过环剪实验得到:排水残存强度与粘土颗粒定向排列、矿物成分、土中液体成分、粘土的种类和粘土颗粒的含量有直接关系10-14,而与土初始构造和应力历史无关。同步环剪实验也非常合用于对粘性滑带土的残存强度实验的测定40。环状剪切仪在发达国家被广泛使用，然而环剪实验也有设备昂贵，操作较复杂,测定耗时长的缺陷。2.2 直剪实验实验措施重要有：往复直剪，多次直剪,切面直剪，涂抹剪,天然滑面剪。由于实验操作简朴,费用低廉等
9、长处，往复直剪实验成为目前国内测定土的残存强度的最重要测试措施。但是从模拟滑坡实际状况来看，其具有较明显的缺陷：水平剪切位移量有限;剪切面面积不断变化；垂直应力随剪切位移变化而变化等。这些缺陷导致所测残存强度偏高， Biho觉得它是经验性的，而1973年erert提出,虽然它是经验性的,但所测的成果可以满足滑坡稳定性检算和抗滑工程设计的精度规定41。多次直剪用的是总应力法,在同一剪切面上进行多次剪切,使土颗粒达到充足定向排列,得出强度参数。A. W.Bisop 40 曾经对瓦萨姆斯特纳地区五个不同点上的棕色粘土,用多种措施做过残存强度测定实验,成果其她措施较之环状剪切法测得的残存摩擦角大26。
10、铁道部科学研究院西北研究所检算了二十几种滑坡，成果表白：用此法所得的强度参数进行滑坡稳定性检算和推力计算仍是较为抱负的24。切面直剪实验简朴,据日本西垣好彦实验证明:此法得到的残存强度与往复直剪相似。天然滑面剪是较为抱负的实验措施,但取样及制样规定都很高，难度较大41。21.3 三轴实验三轴剪切实验最大的长处就是可以控制排水条件,因此在研究和应用中有如下几种测试措施:不固结不排水剪切 (UU)、固结不排水剪切 ( CU）、固结排水剪切 ( C) 实验。在应用中,应根据工程问题的性质来选择测试措施。除了这一长处，三轴剪切实验还具有剪切破裂面是自然破坏，是最大主应力面破坏或是软弱面破坏;在受力条件
11、上,三轴实验是空间受力,这一受力条件更接近于土样的天然状态， 更真实等长处40。同步，三轴实验可以结合其她措施或软件更合理的求得抗剪强度指标。如运用线性回归措施,通过线性拟合p曲线或者拟合大小主应力的措施来求解抗剪强度参数2;基于非线性规划措施，运用Ecel软件，求解出目的函数的最优解，获取三轴实验的抗剪强度指标，并可以运用Ecel图表进行绘图，等。2.1.4 现场大剪实验现场大面积剪切实验更符合实际,可以直接反映现场滑带土的状况，但野外试坑开挖、制样难，实验成本高等因素使得研究数量非常有限,目前所获得的成果大多是结合具体的工程，如三峡工程4。2.2 经验数据法大量实验表白滑带土残存强度参数与
12、滑带土的物理性状密切有关,从而启发国内外学者在不运用环剪仪等精密设备的状况下，通过残存强度与土的多种物理性状指标的经验关系来估算(单因素估算和多因素估算)残存强度参数,这种措施称为经验数据法。目前这种研究大量集中在残存强度参数与岩土物理力学指标塑性指数、粘粒含量等的有关性方面8,9,15,7。而与影响残存强度最重要的因素滑带土微观构造的矿物成分间的有关性的研究并不多1,18。2.2.1 单因素估算意大利Jamiolkwki和Pasqualni根据四十多组残剪实验资料的记录得出残存强度参数与液限WL关系的经验公式40：r = 43.1WL-06；A坎贾通过实际资料的记录得出r与塑性指数P关系的经
13、验公式24 : = 6.6/(IP0.446）;吴香根根据2个滑坡的实际资料,建立了滑带土的综合内摩擦角与地形坡度角之间的直线关系;李青云等46通过实验得出碎屑岩类与碳酸岩类软弱夹层错动带的比表面积(B)与残存强度的有关关系式，分别为:内摩擦系数f =/(5316.4/B);f = 0.832084InB。 2. 多因素估算周平根等6记录得出宝塔滑坡的r与IP、粘粒含量Pc的关系:r =38 00Pc 12IP;国内铁道科学研究院西北研究所40从59个滑坡,91种滑带土，26组不排水多次剪切的实验资料，经数理记录得出pH7的碱性滑带土r的经验公式:lgr 2.4278 1229IP 0.713
14、lgIL;日本学者Gibo eta47通过对具有配向性粘土矿物蒙脱石(St)高的滑带土进行环剪实验和矿物定向性射线衍射（XRD)实验，得到:蒙脱石(St)的定向度越高，r的值变得越小;r与Pc、r与t具有量、r与IP间都存在着明显的有关性,并给出了如图3所示的r与St具有量的有关性。但以上的结论都是以高含量t的滑带土为研究对象。ibo 8又发既有些St含量非常低的滑带土却有低的r值,非定向性粘土矿物含量为主的滑带土值高的现象。图残存强度参数与粒径不不小于.m的土样中的蒙脱石（S)含量的关系图（Gbo,192)由以上所述各公式和图可知,由于各人所得记录资料的局限性,所得的抗剪强度参数必然会有差别
15、,因此需用其她措施所得的强度参数来一起予以综合考虑。2.3 工程类比经验法工程类比经验法往往是根据已经竣工及效果良好的防治工程的某些经验数据以及某些工程技术人员的经验，规定其地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、滑坡形态特性及形成机制与研究对象基本相似49。现列举部分地区类似地质条件的滑坡滑带土的强度指标：西南地区的紫红色砂粘土=9.8kPa,= 6;华北地区的棕红色砂粘土（第三系地层风化物) c= 127 kPa ,7；西南地区的杂色砂粘土(白垩系地层风化物)c=10.3ka，8等。但在研究过程中,工程类比经验法仅可以拟定滑带的力学参数,定性拟定数据,有些地方数据不多，工程技术人员的经验局限性就也许出错,因而此法一般作为校验之用。2.4 反算法估算现场滑坡整体失稳强度即滑坡启动强度的最有效措施应属反算法，又称反演分析法或逆演法，
