浅谈水库工程高边坡软弱夹层检测分析的重要性

张定华

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃张掖734000）

某水库工程溢洪道左侧边坡开挖施工后，沿边坡出现一条倾向下游的横向裂缝，最初缝宽约1～2 mm，历经3 个月的时间后，裂缝以SE145°方向滑移约5 cm，平均位移量约0.5 mm/d，裂缝的滑移变形引起水库建设管理单位的重视。为此，开展了该边坡滑动带软弱夹层的现场样品选取及室内检测分析试验。

滑坡体特性：该边坡开挖施工后，在开挖面坡脚形成一个高约40 m 的临空面，临空面边坡出现横向裂缝形成变形体，边坡变形体纵长220 m，平均宽度115 m，面积约2.53 万m2，体积约30 万m3，按照边坡分类属永久、人工、水上、稳定性稍差高边坡（见图1）。

1 检测样品采取

软弱夹层的滑裂面或滑动层面是构成剪切破坏的产物，之前剪切位移比较大，再加上地质时期裂隙水的作用，造成滑裂面土颗粒组织、化学成分等与滑动面上、下层不一样，因此在工程检测过程中，土样直接取滑裂面、滑坡层面上的即可开展残余强度的试验，其强度值可能小于滑裂面或滑坡层面。

工程事件发生后，在现场边坡变形体及其影响区沿大致平行主滑方向共布置探槽、探坑6 个，取35 cm×35 cm 样品12 组，标记清楚土层方向与滑裂面倾向，用铁皮盒密封装样运至室内检测。

对软弱夹层的原状土样，根据现场标记的软弱面天然滑动方向室内取样。室内取样时整平土样两端，削切时细心观察土样情况，对层次、颜色及均匀性做简易描述、记录。特别注意的是往环刀压取样品时，要将压取样品的顶面削至平行于软弱夹层面，然后在环刀试样上标记出软弱面的天然滑动方向。对取样过程中软弱面压入环刀不成型的试样，用环刀按照一般原状样的制备方法切取（剪切前预开缝），切取后的剩余原状土样密封保存于保湿缸内，以备补做试验。最终取样形成12 组检测样品，每组8～10 个30 cm2环刀试样待检测，切削余土做物理性试验。

2 检测设备及方法

当前对室内测定残余强度检测主要包括三轴压缩试验、直剪仪做排水反复剪切试验、环剪仪做环形剪切试验三种。如反复直接剪切试验主要是利用应变控制式直剪仪，在特别的慢速排水条件下对试样进行反复检测，一直等其达到稳定值后即可。

本文采用反复剪，反复剪简单易行，对多数土及本文列举试样能测得较好的成果。设备采用南京土壤仪器厂生产的四联无级变速直剪仪（见图2）。

3 检测过程

每组试验选择4 个试样，并在不同垂直压力P进行4 种不一样的剪切工作。垂直压力=现场预期最大压力P、垂直压力＞P，其他垂直压＜P，但各级差值需要大概相等，压力分别选择为100 KPa、200 KPa、300 KPa、400 KPa。

测定土的残余强度时，剪切速率对其影响极大。当其强度达到残余强度剪切面孔隙压力几乎消散，且土颗粒完成了定向排列。因此，此方法是最大剪切位移的慢剪试验。

对于残余强度剪切速率的影响有关问题。根据对黏土、高塑性黏土、粉质黏土及粉质土的液限试样和粉质黏土原状样进行不同剪切速率的对比试验。粉质土、粉质黏土、黏土及高塑性黏土的剪切速率的临界值分别为1.0 mm/min、0.06 mm/min 和0.02 mm/min。由样品物理试验分析，该滑坡体软弱夹层均为低液限黏土、粉质黏土—黏土，试验采用0.06 mm/min 的剪切速率。

每组剪切试样检测过程按照《土工试验规程》（SL237-022-1999）中条款操作执行。

4 检测数据整理分析

试样在某个压力下开展剪切试验，当其应力达最高值时如果保持着剪切，那么其剪应力会伴随着剪切位移的增加而明显降低，最后达到一个稳定值，该稳定值称土的残余抗剪强度或残余强度。

本次排水反复直接剪切试验，环刀原状样在50 KPa 压力下快速形成破裂面，以0.06 mm/min 剪切速度，单次正向位移9 mm，天然正向总剪切位移9～36 mm，饱和正向总剪切为36～63 mm，反复剪切至剪应力稳定，对剪切位移、剪应力关系曲线制作，选择每一次试验典雅线中，首次剪切最高值为破坏强度，在曲线中最稳定的一个值为残余强度，同时明确抗剪强度、垂直压力间的关系曲线，以确定测求土的残余抗剪强度参数Cr,和φr（,见图3、图4）。

根据室内物理试验、排水反复直接剪切试验力学试验资料，整理分析后形成统计结果（12 组平均值） 为：天然干密度1.75～1.93 g/cm3，平均值1.84 g/cm3；天然湿密度2.02～2.19 g/cm3，平均值2.10 g/cm3；天然含水率13.2%～16.3%，平均值14.6%；天然孔隙率25.9%～32.9%，平均值29.5%；天然孔隙比0.350～0.490，平均值0.420；塑性指数19.5～29.0，平均值23.7，为低液限黏土、粉质黏土—黏土；土体力学性质测试指标，其天然峰值强度平均值φp=19.3°，Cp=14 KPa，天然残余强度平均值φr=12.4°，Cr=7 KPa；其饱和峰值强度平均值φp=13.3°，Cp=9 KPa，饱和残余强度平均值φr=14.3，Cr=7 KPa。上述检测试验分析成果提交设计对滑面进行稳定性计算。

5 结论

该水库高边坡滑坡体根据试验提供的滑动带土体物理指标、不同工况下峰值和残余抗剪强度参数，通过边坡变形稳定性计算及变形观测等其他辅助手段分析，最终判定为边坡变形在天然状态下，边坡变形体处于稳定状态；在滑体处于饱和状态下，边坡变形体处于稳定状态。由此，高边坡滑动面软弱夹层样品的代表性及检测过程中天然、饱和工况的模拟控制、整个检测过程及检测后数据分析整理对边坡变形稳定性计算时采用的滑动面土的残余抗剪强度参数Cr,和φr,值至关重要。该高边坡滑动体最终仅以采取顶部增设排水沟、临空坡面设置二级马道方式解决了后顾之忧。