滑带土是滑坡的重要组成部分,与滑坡的发展变形、稳定性评价有密切的关系,因此滑带土抗剪强度参数的研究是滑坡稳定性计算和抗滑工程设计中的关键问题。滑带土由于受力的特殊性和形成过程中的复杂地质作用,使得其结构特征和物理力学、地球化学等性质与滑坡体中其它部位的岩土存在较大的差别。Skempton认为即使是较老的上万年的滑坡,尽管滑带土经过长期压密、胶结后强度有一定的增大,也可以采用残余强度。有关试验研究表明,对粘性土或泥化层,经过微小的初始位移即可接近残余强度,这个位移在小于600kPa压力条件下为2~10mm,在大于600kPa压力条件下为20~40mm(Skempton,1985);龙羊峡水库滑坡的滑带土试验表明,位移仅3mm,滑带土强度即接近残余强度(任光明等,1997)。下文结合武隆县县政府滑坡勘察资料,以现场大剪试验和室内试验为主,探讨了滑带土残余强度与峰值强度的关系,建立了残余强度参数Υr与塑性指数Ip的预测公式,对工程实践提供了一定的方便。
武隆县县政府滑坡位于县城区内,处于乌江河流右侧岸坡、南溪沟西侧的谷坡之上,整个滑坡平面上呈不规则的扇形,后缘平缓,前缘下临乌江及南溪沟,结合现场地形地貌、航片判释和钻探揭示情况,将滑坡区划分为分区逐次下滑的五个区,滑坡总面积约29×104m2,厚度15~35m,总体积约633.4×104m3,根据可研阶段勘查报告,防治工程等级定为Ⅱ级。滑坡区属中低山侵蚀斜坡,最大高差达百余米,斜坡上陡坎、陡崖与缓坡或平台交错,地形地貌较为复杂,滑坡区内覆土厚度变化大,物质成分杂乱,结构复杂,滑动岩块完整性极不均匀,有多层软弱夹层分布。依据滑体厚度、物质组成、滑面与层面关系、诱发原因、运移形式及滑体体积等滑坡分类条件判定:在河流的长期冲蚀、旁蚀及地下水的软化作用下,受主控节理及顺层制约,在持续降雨、洪水涨落、坍岸、动水压力变化等不利条件组合下,高度临空的岸坡在重力作用下沿软弱面发生滑动,形成了深层、岩质、自然诱因、牵引式、顺层为主的大型古滑坡。滑坡区范围内影响变形发生、发展的主要因素是滑体岩土组成、结构和人为工程活动,大气降雨和地下水的作用则将进一步促进变形的发展和扩大。
根据现场钻孔、探槽和探井所揭示的滑面来看,滑带土在表观上有以下3种类型:滑带物质成分以粉质粘土、粘土为主,呈软塑状,局部呈流塑状;滑带土含页岩、煤线、砂质页岩、砂岩角砾、碎石等,含量约5~45%,含水量、孔隙比都比较低,干密度高,呈固态状态,粘土颗粒沿滑面呈定向排列,用手的力量难以使滑带土沿原有的剪切面分开;存在多个滑面,大部分可见擦痕或镜面,所含碎石、角砾呈亚圆状。滑带厚度一般为0.5~3.5m,总体呈现出中、前部滑带土粘粒含量高、厚度大且清晰,后部滑带土碎石、角砾含量高、厚度小的特点。
现场大剪试验依照《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》及《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)的有关条款进行,采用平推法。在试坑开挖到试验层位时,将试块加工成方形,边长为50cm,剪切面积为2500cm2,试体高度不小于边长的1/2,一般为30cm,每组试验制备试件5块。待准备工作完成以后,按最大法向荷载大致3等分的1~3倍分别施加于3块试样上,最大法向应力为试样上覆实际荷载在滑带或剪切面上法向荷载的1.2倍,每级荷载分4次等量施加,每加一次法向荷载间隔5min测读一次法向变形,即可施加下一级荷载。最后一级荷载施加后,仍按上述时间读数,当法向变形达到相对稳定时,可开始施加剪切荷载,开始按预估最大剪切荷载的7%或10%分级等量施加,土体按30s施加一级剪切荷载,当剪切变形急剧增长或剪切变形达到试体尺寸的1/10终止试验,根据剪切位移大于10mm时的试验成果确定残余抗剪强度,最后,将剪切荷载分2~3级卸荷至零,对滑坡Ⅰ区前缘乌江边的探槽T2C1试验结果如图7所示。
从图7可以看出,剪应力-剪位移曲线具有明显的峰值,且经过一定剪切位移后残余强度才开始出现。上述现象说明,滑带土在滑坡形成后又受到上覆滑体引起的压应力作用,使得滑带土沿滑面有压密、嵌合的过程,其强度不是沿早期滑动面的残余强度。当滑体沿滑动面经大位移剪切滑移后,滑面上部岩体遭到破坏,沿滑面分布的泥质物颗粒变细,颗粒呈定向排列,其强度降至残余值,此时滑面所受的应力状态变为上覆滑体的自重应力场。滑坡形成后,在新环境条件下结构遭到破坏且结构疏松的滑带土,在上覆滑体自重应力作用下发生压密,其过程与泥质物质在上覆沉积物重力下的脱水、固结和压密相似,不同的是,滑带土比泥质物质具有更好的排水条件。因此,滑坡上只要具有一定的滑体厚度,滑带土结构将沿滑面形成与其环境条件相适应的新的结构,其残余强度有一定的恢复特性。试验表明,法向应力小于120kPa时抗剪强度恢复较为明显,法向应力越低恢复速度越快,但不能恢复至峰值强度。
许多研究表明,滑带土残余强度与土的应力历史、原始结构无关,因此可以用土的重塑试样进行室内试验求取残余强度。对现场钻孔、探井和探槽勘探采集的滑带土样,经室内风干,研磨过2mm筛,制成接近液限含水量的重塑样,放入密封塑料袋内一至数星期,使含水量均匀分布,试验时取制备好的样品放入特制的固结仪中,在岩石三轴试验机上用稳压器经千斤顶逐级施加法向荷载进行固结试验,待变形稳定后,卸荷取出试样,立即取出环刀样,进行常规直剪,以研究其强度特征。根据试验统计资料,得出了Υr与塑性指数Ip的关系曲线,如图8所示。
由此可见,滑带土强度参数影响因素较多,建立单因素和多元统计估算式是非常必要的。但是不同地区和成因岩土的物理力学指标差异较大,难以建立有效、方便的估算式。在实验过程中发现,滑带土剪应力-剪位移曲线具有明显的峰值,且经过一定的剪切位移后,残余强度才出现,对28组滑带土试验资料统计表明,残余强度与峰值强度存在良好的线形关系,见图9。峰值强度是应力-应变曲线上最高点对应的抗剪强度值,能方便直观地获得,因此可以有效地用来估算残余强度。
1.滑坡的滑动面一般分为主滑段、牵引段和抗滑段,一般滑坡滑体的滑动面比较深,不容易取到滑带土做试验确定强度参数,但滑坡边缘的滑动面比较浅,比较容易通过挖探槽或探井对滑带土做原位大剪试验,以确定滑坡牵引段和抗滑段的强度参数,然后再结合反算法得出滑坡主滑段的强度参数。大剪试验能直观地观察滑带土的物质组成和滑动方向,在没有扰动的情况下得到的强度参数是较为可靠的,如果没有条件做试验,可以根据滑带土物理力学指标进行类比估算。
2.滑坡滑动面常常穿透不同性质的土层或部分滑动面受地下水浸透,反算法不能全面反应这一客观情况,通过大剪试验和反算法相结合,可以确定不同滑段滑带土的抗剪强度指标,这在大中型滑坡的推力计算和防治中更加符合实际。 2100433B