滑带土的环剪试验研究

符飞

摘 要：以黄土坡滑坡滑带土为研究对象，采用环剪仪研究了天然含水率的滑带土在不同法向应力与剪切速率下的抗剪强度特性。试验结果表明： 滑带土的峰值强度和残余强度均随着法向应力的增大而增大，并呈现出较强的线性关系； 0. 1 ～ 10mm / min 范围内的剪切速率对滑带土的残余剪切强度影响不明显，变化幅度在 ± 6% 以内； 但剪切速率越大，滑带土需要更多的变形以达到残余强度； 随着剪切速率地增大残余黏聚力不断地减小，残余内摩擦角逐渐地增大，峰值强度及峰值黏聚力、内摩擦角均增大。

关键词：环剪试验；抗剪强度；法向应力；剪切速率

滑带土是滑坡的重要组成部分，与滑坡的发展变形有着密切的关系[1]，开展对滑带土抗剪强度特性的研究，可为滑坡的稳定性分析与防治提供重要的力学参数和理论依据，对于揭示滑坡发生机制以及演化机理等具有重要意义[2]。不同于常规直剪仪和三轴仪，环剪仪可在试验过程中保持剪切面面积不变和试样在连续的位移条件下进行剪切，且能动态控制法向应力和剪切速率等条件[3]。因此，环剪仪已被广泛用于大剪切位移条件下的滑带土残余强度特性研究，在应变软化研究方面的作用也越来越重要。

本次试验以三峡库区黄土坡滑坡滑带土为研究对象，利用环剪仪，研究了法向应力和剪切速率对滑 带土抗剪强度特性的影响作用。

1滑带土

本次试验用滑带土呈黄褐、灰褐色，结构稍密 ～ 密实，土体呈可塑 ～ 硬塑状，物质成分主要为粉质粘土夹碎石。天然含水率为 15. 97% ，天然密度为2.03 g /cm3，其中粒径在 0. 075 mm 以下的颗粒含量约为 45. 21% 。

2环剪试验

2.1试验仪器试验采用德国 Wille GeoteChni 公司生产的ARS 自动闭合回路控制环剪仪。

该型环剪仪外环直径 150 mm，内 环直径100 mm，剪切面积 98. 17cm2。剪切速率与法向压力由精密电机控制，试验过程由计算机控制精密电机运行，并自动记录试验时间、剪切位移、法向压力、剪切应力等试验数据。

2. 2试样制备

首先将滑带土样品置于 105 ℃ 下烘干 24 h 以上，碾碎后過 2 mm 筛，取小于 2 mm 部分配置成天然含水率状态； 然后装入试验配套的制样盒制成圆饼状； 最后将圆饼状土样装入剪切盒，切除中间部分，剩下部分即为试验所需的环状试样。

2.3试验内容

为了全面测试滑带土在不同法向应力和剪切速 率下的抗剪强度特性，并揭示其应变软化特征，试验 均采用单级剪切，即在试样充分固结后，只在一级法 向应力下进行剪切[7]。试样按选定好的剪切速率分为 4 组，0. 1、1、5 和 10 mm / min 组，每一组 3 个试样在各自对应的法向应力下固结 24h，然后在该组剪切速率下进行单级剪切，直到试验剪应力-位移曲 线基本平直为止。

3试验结果分析

3.1法向应力对滑带土抗剪强度的影响

试验数据表明，滑带土的抗剪强度与法向应力大小相关，无论是峰值强度还是残余强度均随着法向应力的增大而增大。已有的研究表明只有当法向 应力大于 150 kPa 时，黏土颗粒的最终定向排列程度才不受法向应力的影响，即残余内摩擦角不再发生变化，此时残余强度与法向应力呈线性关系，否则 由于黏土颗粒的定向排列程度会随法向应力的增大 而增大，残余强度则与之呈较强的非线性关系。

3.2剪切速率对滑带土抗剪强度的影响

众多学者的研究表明剪切速率对滑带土峰值强 度的影响是很明晰的，即峰值强度随剪切速率的增大而增大，而对残余强度的影响却比较复杂。按照残余强度受影响程度的大小，剪切速率划分为慢剪（ 小于 0. 01 mm / min） 、快剪（ 大于 100 mm / min） 以及一般剪切（ 0. 01 ～ 100 mm / min） 。

慢剪速率对应着滑坡极其缓慢地滑动或者静止的运动状态，而快剪速率则模拟滑坡已经失稳快速的滑动，而实际上在库水位下降或者暴雨等等条件下，0. 01 ～ 100 mm / min 段剪切速率更能代表滑坡强烈变形部位-前缘或者后缘的状态。针以上研究现状，本次试验选取 0. 1、1、5 与 10 mm / min 的速率开展对抗剪强度的研究。而残余强度与该范围内的剪切速率无关，仅取决于现存的应力状态。

尽管剪切速率对滑带土残余强度的影响不大，可以看出，残余黏聚力 cr 与残余内摩擦角 φr 却随着速率的增大产生了截然相反的变化，cr 不断地减小，φr 逐渐地增大。试验结束后，通过观察发现从剪切面挤出了大量的泥浆，泥浆的质量和含水量均随着剪切速率地增大而不断增大，剪切带附近黏粒含量、含水量的降低可能造成了这一结果， 待进一步研究。同现有的研究结论一样，滑带土峰值强度是随着剪切速率的增大而增大的。

4结论

通过开展一系列环剪试验，研究了法向应力对 与剪切速率对黄土坡滑坡滑带土抗剪强度特性的影 响作用。结果表明滑带土的峰值、残余抗剪强度依赖于法向应力的大小，并与之呈较强线性关系； 0. 1 ～ 10 mm / min 范围内的剪切速率对滑带土的峰值强度、软化特性影响显著，而对残余强度影响不明显。但本文并未考虑剔除大于 2mm 的土颗粒对试验结果的影响，未来有待于进一步研究。

参考文献：

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

[2]ZhangKun， GuoJubin. Experimentalresearchontheresidual strengthparametersofslipsoils.JournalofRailwayEngineering， 2007； 24（ 8） ： 13—15，26.

[3]李晓，梁收运，郑国东. 滑带土的研究进展.地球科学进展，2010；25（ 5） ： 484—491.

[4]洪 勇，孙 涛，栾茂田，等. 土工环剪仪的开发及其应用研究现状.岩土力学，2009； 30（ 3） ： 628—633