梅海峰

陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

天水職院滑坡黃土常規(guī)三軸試驗(yàn)研究

梅海峰

陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院

通過室內(nèi)常規(guī)三軸試驗(yàn)（UU），研究了含水率對天水職院滑坡區(qū)馬蘭黃土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響，以及不同含水率和圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。研究結(jié)果表明，粘聚力與含水率呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系衰減，而內(nèi)摩擦角呈二次函數(shù)關(guān)系衰減。當(dāng)圍壓和初始含水率均較小時(shí)，黃土結(jié)構(gòu)性明顯，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型；當(dāng)圍壓和初始含水率均較大時(shí)，黃土結(jié)構(gòu)性不明顯，曲線呈硬化型。研究成果對天水地區(qū)滑坡預(yù)測及防治有參考意義。

黃土；滑坡；含水率；三軸試驗(yàn)

引言

天水市屬典型的山間河谷盆地型城市，黃土斜坡穩(wěn)定性較差，滑坡發(fā)育且活動(dòng)頻繁[1～2]。針對這一地區(qū)滑坡形成機(jī)制，眾多研究者基于不同的滑坡研究對象，提出了不盡相同的觀點(diǎn)，但有一點(diǎn)是相同的，即降雨入滲弱化了滑坡巖土體的強(qiáng)度[3～4]，人類工程活動(dòng)改變了斜坡的應(yīng)力狀態(tài)，二者共同作用誘發(fā)了大量的滑坡災(zāi)害。基于此，本文選取近期發(fā)生的天水職院滑坡這一典型黃土滑坡為研究對象），通過對滑坡體內(nèi)的馬蘭黃土進(jìn)行常規(guī)三軸（不排水不固結(jié)）壓縮剪切試驗(yàn)，研究含水率對馬蘭黃土的抗剪強(qiáng)度的影響及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系變化規(guī)律，探討了黃土滑坡與降雨入滲引起巖土體強(qiáng)度減小及工程活動(dòng)改變斜坡應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系，研究成果對天水地區(qū)此類滑坡穩(wěn)定性預(yù)測與防治具有借鑒意義。

1.研究方案

試驗(yàn)土樣取自職院滑坡后緣的馬蘭黃土層，取樣深度為4.5m，天然含水率w=7.77%，天然密度ρ=1.643g/cm3。根據(jù)公式（1）計(jì)算所需配置試驗(yàn)含水率的應(yīng)加水質(zhì)量。

式中：m0—原土樣的質(zhì)量；w0—土樣原含水率；w1—試驗(yàn)所需的含水率；mw—需再加水的質(zhì)量。

通過式（1）配置了8組不同含水率試樣，在相同圍壓下，進(jìn)行常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)，研究含水率對黃土抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律；在四種圍壓下，進(jìn)行常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)，研究不同圍壓不同含水率下的黃土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。

2.試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 含水率對黃土抗剪強(qiáng)度影響規(guī)律

在相同圍壓下，通過常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)，馬蘭黃土粘聚力c隨含水率的增大而逐漸減小，且當(dāng)試樣含水率小于18%時(shí)粘聚力c減小幅度較大，當(dāng)含水率大于18%時(shí)粘聚力c變化幅度較小，兩者的關(guān)系可以擬合成指數(shù)函數(shù)：

而內(nèi)摩擦角j也隨含水率的增加逐漸減小，二者的關(guān)系可擬合成二次函數(shù)：

2.2 含水率對黃土應(yīng)力-應(yīng)變曲線影響規(guī)律

在不同圍壓和不同含水率條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)成果如下：

在相同圍壓下，應(yīng)力應(yīng)變曲線隨著含水率的增加而逐漸降低。當(dāng)圍壓和初始含水率均較小時(shí)，黃土結(jié)構(gòu)性明顯，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型，并具有剪脹性，隨著圍壓的增加，應(yīng)力強(qiáng)度峰值也逐漸增大，曲線有明顯的峰值點(diǎn)，破壞形式呈現(xiàn)出脆性破壞。

同時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線可分為三段：第一段呈線性單調(diào)增加，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系近似彈性狀態(tài)；第二段呈非線性增加段，此時(shí)原狀黃土的結(jié)構(gòu)開始大量破損，顆粒開始破碎并發(fā)生滑移，大孔隙結(jié)構(gòu)開始塌陷，剪切帶逐漸形成，即新的次生結(jié)構(gòu)逐漸形成，但原有結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度削弱的程度大于新結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度產(chǎn)生的程度，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈非線性狀態(tài)；第三段，曲線開始呈現(xiàn)平緩或緩慢下降趨勢，反映出原有結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度已大大削弱或喪失，新的次生結(jié)構(gòu)已形成，即剪切帶已形成，剪切帶中土的性質(zhì)接近重塑土。

當(dāng)初始含水率較大時(shí)，結(jié)構(gòu)性不明顯，應(yīng)力應(yīng)變曲線主要呈硬化型，且不具有剪脹性，應(yīng)力強(qiáng)度的最大值隨圍壓的增大而增大，沒有明顯的峰值點(diǎn)，破壞形式為塑性破壞。當(dāng)圍壓較大時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線主要呈硬化型，且不具有剪脹性，應(yīng)力強(qiáng)度的最大值隨圍壓的增大而增大，沒有明顯的峰值點(diǎn)，破壞形式為塑性破壞。這是因?yàn)楫?dāng)土體的含水率較高時(shí)，土體顆粒間的水分主要為外層結(jié)合水，土顆粒之間的分子引力很弱，土體處于可塑狀態(tài)，隨著土體含水率的減小，土體的可塑性逐漸減弱，當(dāng)含水率較低時(shí)，土體堅(jiān)硬，土顆粒間的水分主要是強(qiáng)結(jié)合水，土體顆粒之間的引力很大，要使土體破壞，必須克服很大的分子引力，此時(shí)土體破壞是結(jié)構(gòu)的破壞，因此，剪切時(shí)會(huì)出現(xiàn)峰值，土體破壞后，強(qiáng)度明顯下降。這說明含水率和圍壓是其強(qiáng)度變形破壞的主要因素。

3.結(jié)論

通過常規(guī)三軸（不排水不固結(jié)）試驗(yàn)，分析了含水率對職院滑坡區(qū)馬蘭黃土的抗剪強(qiáng)度影響以及不同含水率及圍壓下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，得到以下結(jié)論：

3.1 含水率對馬蘭黃土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有很大影響，粘聚力和內(nèi)摩擦角均隨著含水率的增大不斷減小。

3.2 在相同圍壓下，應(yīng)力應(yīng)變曲線隨著含水率的增加而逐漸降低。當(dāng)圍壓和初始含水率均較小時(shí)，黃土結(jié)構(gòu)性明顯，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈軟化型；當(dāng)初始含水率和圍壓均較大時(shí)，結(jié)構(gòu)性不明顯，應(yīng)力應(yīng)變曲線呈硬化型。

3.3 坡腳人工開挖可表現(xiàn)為土體圍壓減小，應(yīng)變曲線表現(xiàn)為軟化型，降雨入滲增大了上覆馬蘭黃土及滑坡面（帶）的含水率，引起其抗剪強(qiáng)不同程度的弱化，二者共同作用引起職院滑坡的發(fā)生。

[1]吳瑋江，王念秦.天水市滑坡泥石流災(zāi)害[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2003，（05）

[2]成玉祥.天水地區(qū)地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量系統(tǒng)評(píng)價(jià)及可持續(xù)發(fā)展對策研究[D].長安大學(xué)，2003

[3]李媛，吳奇.孟家山黃土－紅層接觸面滑坡破壞機(jī)理研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2001，(1)：52-54.

[4]文寶萍，王思敬，王恩志.黃土－紅層接觸面滑坡的變形特征[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2005，79(1)：144-149.

[5]米海珍，李如夢，牛軍賢.蘭州原狀黃土剪切強(qiáng)度特性的試驗(yàn)研究[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，32(4)，109-111