金坪子滑坡Ⅱ区千枚岩碎屑土滑带土工程特性研究

赵 静，党 凯，胡维炜，陈 怡

(1.西安理工大学，陕西 西安710048；2.重庆电力建设总公司，重庆400060；3.中煤陕西中安项目管理有限责任公司，陕西西安710054；4.桂林电子科技大学建筑与交通工程学院，广西桂林541004)

1 概 述

滑带土是滑坡体的重要组成部分。滑坡的发生与否常常取决于滑动带土体的应力状态和强度。从某种意义上讲，滑坡的形成过程也就是滑带土的变形破坏过程[1-2]，因此滑带土的研究也就成为滑坡研究的重要内容。滑坡的发生，往往是伴随着强烈的降雨，雨水的渗入，导致滑带土体强度的衰减和刚度的散失，最终造成边坡的失稳[3-4]。

滑坡中贯通的软弱夹层通常发展成为滑带而对滑坡的稳定性起控制作用，因此对软弱夹层或滑带土的研究尤为重要。林鲁生等[5]通过对残积土边坡的土工试验资料统计研究，发现滑带土在剪切变形过程中不断变化的微观结构特征在宏观上表现为不同的强度特性，即滑带土微观结构的变化是其具有不同特征强度的根本原因；李青云等[6]认为滑带土的比表面积和残余强度具有一定关系，并通过试验得出碎屑岩类与碳酸岩类软弱夹层错动带的比表面积与残余强度的相关关系式。

影响滑带土强度的因素有:水的作用(主要表现为水的软化作用、滑带土含水率变化及水质成分)；滑带土前期变形的大小、时间；滑带土的矿物成分与结构连接特征；滑带土的塑性指数、粒度分布和粘粒含量等[7]。李华斌[8]通过对滑带土微结构的定量研究，认为土质滑坡滑带土的形成过程是在水的参与下，土体发生以矿物颗粒的位置调整为主导的物理力学过程，且这种位置调整表现为颗粒间连结的“断裂”和颗粒本身的“断裂”。本文通过对金坪子滑坡Ⅱ区千枚岩碎屑土滑带土工程特性的研究，着重分析了含水率对滑带土强度的影响，为该滑坡的稳定性分析与治理提供依据。

2 滑坡概况

金坪子滑坡位于乌东德水电站下游0.9 km～2.6 km金沙江右岸，也是白鹤滩水电站水库库尾，由于金坪子滑坡扼守于梯级电站的敏感部位，其稳定性、变形发展趋势和可能失稳的规模成为金沙江下游两个梯级电站开发中必须明确回答的问题之一。

金坪子滑坡三维地形图如图1所示，滑坡一共分为五个区，可研阶段的研究重点在Ⅰ区和Ⅱ区。滑坡Ⅱ区体积约2 700万m3，属蠕滑变形体，堆积体厚度一般45 m～100 m，最厚110 m～130 m(前部)，厚度总体上由前至后变薄。滑坡区地形复杂，前后缘高差大，达1 100 m～1 200 m，滑带土主要是千枚岩碎屑土。从2005年5月至2009年8月的变形监测资料看，Ⅱ区蠕滑体水平总位移在52.4 cm～223.5 cm之间，后缘平均日变形位移在0.30 mm/d～0.77 mm/d之间，中下部地表变形监测点日变形位移大于1.0 mm/d，表现为前缘大、后缘小，可见该滑坡已有牵引式蠕滑迹象。

图1 金坪子滑坡三维地形图

金坪子滑坡具有规模大、滑坡体坡陡层厚、滑带土粒粗且松散、有蠕动变形迹象等特点，而千枚岩碎屑土的强度特性与其含水率密切相关，这些都对边坡的稳定性不利。

3 滑带土物理化学特性研究

3.1 物理特性

千枚岩碎屑土滑带土呈紫红色，现场干密度为2.15 g/cm3，天然含水率为9.1%，饱和度为91%；滑带土的其他物理特性参数如表1所示，由表1可知，滑带土液限为 27%，塑限为13.4%，塑限指数为13.6；自由膨胀率为29%，属非膨胀土。滑带土的颗粒累积曲线如图2所示，曲线平缓，级配良好。

表1 滑带土物理特性参数

图2 滑带土颗粒累积曲线

3.2 矿化特性

千枚岩碎屑土滑带土粘土矿物成分、化学成分及pH值的试验成果见表2及表3。由表2可知，滑带土矿物成分中，伊利石含量最高，为58%，其次是石英，含量为23%。矿物化学分析成果表明，Fe2O3含量高达16.0%，所以外观呈现紫红色；pH值为9.0，呈弱碱性。

3.3 击实试验

对千枚岩碎屑土料滑带土进行了重型击实试验。重型击实试验步骤为:取粒径小于20 mm的风干粘性土，制备成不同含水率的土样，进行击实功能为2684.9 kJ/m3的击实试验，其结果如图3所示。滑带土最优含水率为6.4%，最大干密度为2.34 g/cm3。

表2 滑带土矿物成分

表3 滑带土化学成分

图3 滑带土击实曲线

4 含水率对滑带土强度特性影响

4.1 试样制备及试验方法

本次试验试样尺寸为Φ 101 mm×200 mm，土料经风干碾散过20 mm筛，按试验要求对超过试验仪器允许的最大颗粒粒径部分进行处理，本试验仪器允许最大颗粒粒径为20 mm，对大于20 mm粒径部分采用等量替代处理。进行四组不同含水率的三轴固结排水剪切试验，土样干密度为2.15 g/cm3，含水率分别为 6.5%、7.7%、9.2%、10.1%(饱和含水率)，试样均在1.0 MPa围压下排水固结，固结完成后分别卸围压至0.3 MPa、0.6MPa、0.9 MPa和加围压至1.2 MPa下进行排水剪切试验，试验设备采用SY250型应变式三轴仪。

4.2 试验结果及分析

图4为不同含水率滑带土三轴试验应力应变关系曲线，图5是滑带土三轴试验前后照片。

图4 滑带土应力应变关系曲线

图5 滑带样三轴试验前后照片

由图4可以看出，千枚岩碎屑土滑带样应力应变曲线表现出明显的非线性，且总体上表现为硬化型，随着围压的增大，硬化现象越显著。随着含水率的增大，试样逐渐表现出应变软化特征，而试样饱和时，当应变超过4%时，偏应力已基本稳定。

由图5可以看出，滑带土三轴试验后无明显的剪切面，试样侧面发生鼓胀，呈“鼓肚子”型破坏，且含水率越高，其鼓胀越明显，即其剪胀现象越明显。

4.3 抗剪强度指标研究

由图6(a)可以看出，滑带土的含水率由6.5%提高到10.1%(饱和含水率)，其粘聚力由155 kPa降低到34.5 kPa，随滑带土的含水率增大，其粘聚力是减小的，且敏感性较大。由线性回归分析结果可以得出:

粘聚力c与滑带土含水率呈线性相关，随着含水率的增大而线性减小。这是由于基质吸力在一定程度上发挥着“假粘聚力”的作用，随着含水率的增大，非饱和土的基质吸力作用逐渐减弱。

图6 抗剪强度指标随含水率变化关系

由图6(b)可以看出，滑带土的含水率由6.5%提高到10.1%(饱和含水率)，其内摩擦角由27.4°降低到20.1°，随千枚岩碎屑土滑带样的含水率增大，内摩擦角是减小的，由线性回归分析结果可以得出:

内摩擦角φ与含水率也呈很好的线性相关性，随着含水率的增大而线性减小，且其敏感性明显小于粘聚力对含水率变化的敏感性。这是由于水渗入到细粒土与细粒土、细粒土与粗粒土接触面之间，使得相互之间的润滑作用加强，颗粒之间的摩擦作用减弱，从而导致内摩擦角降低。

5 结 论

本文通过金坪子滑坡Ⅱ区千枚岩碎屑土滑带土的室内试验，研究了千枚岩滑带土的工程特性，并着重分析了含水率对滑带土抗剪强度指标的影响规律，得出以下结论:

(1)该滑坡带滑带土属非膨胀土，伊利石含量较高，呈弱碱性。

(2)千枚岩碎屑土滑带土三轴试验后没有明显的剪切面，试样侧面发生鼓胀，且围压越低，含水率越高，其剪胀现象越明显；滑带土应力应变曲线表现出明显的非线性，且总体上表现为硬化型，随着围压的增大，硬化现象越显著。

(3)千枚岩碎屑土滑带土的粘聚力和内摩擦角与含水率均成线性关系，随着含水率的增大，粘聚力和内摩擦角都是是线性减小的。

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