采用高速环剪试验机对滑带土环剪特性的研究

李 慧 李良振 尚玉杰 张霈雯 乔双双

(吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130000)



采用高速环剪试验机对滑带土环剪特性的研究

李 慧 李良振 尚玉杰 张霈雯 乔双双

(吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130000)

以泾阳南塬黄土滑坡滑带土为研究对象，采用高速环剪试验机进行环剪试验，研究了不同含水率、剪切速率对滑带土环剪特性的影响，结果表明：土样强度参数内聚力和内摩擦角均随含水率的增加而降低；随着剪切速率的增加而增加；土样的环剪强度随有效法向应力的增大而增大，呈现出较强的近线性关系。

滑带土，环剪试验，含水率，剪切速率

0 引言

滑坡是一种常见的地质灾害，泾阳南塬东北部边缘滑坡带是关中地区黄土台塬地质灾害的典型代表，本文以泾阳南塬滑坡区滑带土为研究对象，采用高速大型环剪试验机通过控制剪切速率和含水率两个影响因素对滑带土的环剪特性进行研究。

1 土样的工程概况及基本特性

表1 滑带土的基本物理性质

黄土滑坡是黄土地区经常发生的地质灾害之一。首先我们对土样的物理特性进行研究，经过实验室一系列试验，得出土样的物理性质指标如表1所示。通过筛分析与比重计实验测得颗粒小于0.075的百分含量为98.5，Ip值为6<10,根据GB 50021—2001岩土工程勘察规范定名为粉土，又根据Cu值为3.2，Cc值为1.3，定为均匀土。

2 环剪试验

2.1 试验仪器

本试验所用的仪器与以前的环剪试验机相比,属于高速大型环剪试验机。该试验机主要特点有：可以控制垂直动、静荷载和水平力矩大小及环剪速率等参数在一定范围内连续或间断变化；可以连续记录试验过程中有效应力、剪应力、孔隙水压力等力学参数的同步动态变化值；可以模拟现场饱水条件下缓慢滑动和快速滑动的滑坡,用于研究其运动机制。尤其能够测定滑体滑到饱和土体上时滑坡面饱水状态下的抗剪强度,这是其他试验机无法测定的。

2.2 试验设计

为了全面测试土样在不同含水率和剪切速率条件下的抗剪强度特性，我们主要设计了两大类试验。第一类是测试不同剪切速率下土样的剪切强度，剪切速率为124 mm/min,234 mm/min,346 mm/min的固结排水环剪试验。第二类是测试不同含水率下土样的剪切强度，含水率分别为15.1%,20%,26.60%的固结排水环剪试验。

2.3 试样制备

首先将土样样品放置于105 ℃下烘干24 h以上，取出碾碎过2 mm筛，取小于2 mm部分配置成天然含水率状态。其他不同含水率土样用喷雾器定量加湿烘干土样，静置24 h，使土样湿度均匀。

3 试验数据与分析

3.1 剪切速率对土样强度参数影响分析

表2为滑带土在三种不同剪切速率v1=124 mm/min，v2=234 mm/min，v3=346 mm/min下滑带土强度参数值，当滑带土的含水率较低时，在同一含水率下，强度参数c随着剪切速率的增大而增大，此时，内摩擦角受剪切速率的影响较小，基本保持不变。随着含水率的增加，剪切速率对于滑带土强度指标的影响越来越大。滑带土饱和时，当剪切速率较小时，剪切速率的改变对于滑带土内聚力和内摩擦角的影响较小；当剪切速率较大时，滑带土强度参数c随着剪切速率的增大而增大。我们认为当剪切速率加快时，会提高剪切面处的重度，增强滑带土环剪强度，这在其他的试验中也得到了验证。

表2 不同剪切速率下强度参数值

3.2 含水率对土样环剪强度参数的影响

通过对以往研究资料的查询，当含水率小于10%时对土样的滑动摩擦角影响较小,含水率大于10%时对土样滑动摩擦角影响较大,并且黄土在含水率小于10%时，强度高，稳定性强，不易发生崩塌、滑坡等地质灾害。因此设计了含水率为15.10%，20.00%，26.60%的剪切试验，不同含水率下强度参数值如表3所示。

表3 不同含水率下强度参数值(残余强度)

由图1可知滑带土含水率越高，滑带土的强度指标c，φ值就越小，也就是滑带土环剪强度越高，而且滑带土环剪强度曲线近似为直线，说明其符合库仑定律。我们认为滑带土强度指标随含水率变化的原因是不同含水率的滑带土，土中土体结构会发生不同的变化，即土样在不同的含水率下，土体的结构和内部胶结有较大差异。

当滑带土含水率较低时，土体结构强度和内聚力均较大，结构中存在着较大的团粒结构使得土样的内摩擦角也比较大，从而使得滑带土的环剪强度比较大。当滑带土含水率较大时，自由水的增多使土颗粒间的摩擦咬合力减小，颗粒之间的强联结性减弱，大孔隙减少而小孔隙逐渐增加，导致土体粘结力减小，最终使土体的内摩擦角和内聚力两者均减小，滑带土环剪强度降低。

4 结语

通过多次改进和完善试验方案，我们使用环剪试验机研究了含水率以及剪切速率对滑带土环剪特性的影响，得到了滑带土抗剪强度的影响规律，模拟了滑坡的发生过程，测定了相应的强度指标，这对于滑坡的预测、预防具有极其重要的意义。

[1] 刘小丽，邓建辉，李广涛.滑带土强度特性研究现状[J].岩土力学，2004，25(11)：1849-1854.

[2] 王 顺，项 伟，崔德山，等.不同环剪方式下滑带土残余强度试验研究[J].岩土力学，2012，33(10):2967-2972.

[3] 张 昆，郭菊彬.滑带土残余强度参数试验研究[J].铁道工程学报，2007,24(8):13-15，26.

[4] 胡显明.不同剪切速率下碎石土滑坡滑带土残余强度特性研究[D].武汉:中国地质大学，2012.

[5] 孙 涛，洪 勇，栾茂田，等.采用环剪仪对超固结黏土抗剪强度特性的研究[J].岩土力学，2009,30(7):2000-2004，2010.

[6] 李 晓，梁收运，郑国东.滑带土的研究进展[J].地球科学展，2010，25(5)：484-491.

[7] 戴福初，李焯芬.香港大屿山残坡积土的残余强度试验研究[J].工程地质学报(英文版)，1998,6(3):223-229.

Research on using high-speed ring shear test machine to soil slip ring shear characteristics

Li Hui Li Liangzhen Shang Yujie Zhang Peiwen Qiao Shuangshuang

(ConstructionEngineeringSchool,JilinUniversity,Changchun130000,China)

Taking the sliding zone in South Jingyang plateau loess landslide as the research object, using the high-speed ring shear test machine made ring shear test, researched the influence of different water content, shear rate to sliding zone ring shear characteristics, the results showed that the soil strength parameters cohesion and internal friction angle increased with the increase of moisture content decreased, increased with the shear rate increased, the soil ring shear strength increased with the increase of effective normal stress, showed stronger linear relationship.

sliding zone, ring shear test, water content, shear rate

1009-6825(2016)28-0097-02

2016-07-19

李 慧(1995- )，女，在读本科生

TU411

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