堆積層滑坡變形強度參數弱化效應規律研究

徐鵬飛　賀可強　孫麗偉　郭棟　羅會來

摘要：水對巖土體的弱化效應必然會引起坡體強度變形參數（c、φ、E和μ）的變化，這些參數的變化直接決定了邊坡演化發展的變形特點與穩定性。本文首先分析了水對不同類別巖土體強度參數參數c、φ值的弱化規律；并分析了水對邊坡分階段演化的作用機理，進一步探討不同階段坡體強度變形參數的取值問題。

關鍵詞：堆積層滑坡 水 弱化效應強度變形參數 參數取值

1 引言

在堆積層滑坡的失穩中，絕大多數是由降雨或庫水位的變化而引起的[1]，其中水對坡體強度變形參數的弱化作用是邊坡失穩的主要原因。坡體強度變形參數的構成主要有四個粘聚力c、內摩擦角φ、變形模量E與泊松比μ，它們左右著邊坡穩定性與變形的發展。為此，本文主要研究水對強度變形參數的弱化規律，并確定參數分階段取值的原則，為有效地進行邊坡的穩定性評價與防治提供保障。

2 水對強度參數的弱化規律

2.1不同土體的強度參數隨含水率變化特點

3 水在邊坡分階段演化中的作用

3.1 邊坡分階段演化的本質

滑坡是分階段漸進破壞的過程，包括彈性變形、塑性蠕滑、加速下滑、穩定四個階段。邊坡的分階段演化內在本質是材料屬性的弱化，初期材料屬性近似彈性，隨著外界條件的改變勢必導致坡體材料本質屬性發生變化，材料的本質屬性的改變主要是指材料的強度變形參數的改變。

3.2 水在邊坡演化過程中的作用

邊坡初期，水的入滲沖刷及侵蝕會對坡體原結構造成破壞。彈性階段，水只對坡面進行弱化，并在雨水或庫水的沖刷下形成微小表面裂隙，隨著降雨作用頻繁，水順著表層微小裂隙逐步向坡體縱深入滲，造成破體內材料發生弱化，局部強度降低，當強度低于初始應力值時，發生破壞出現局部塑，隨著塑性的發展邊坡脫離彈性進入塑性階段，同時坡面徑流帶走坡面的土顆粒，裂隙進一步發育，水與裂隙相互促進導致坡體材料不斷弱化，進而邊坡的穩定性也被其左右。

4 堆積層滑坡不同演化階段參數的取值

滑坡演化過程中參數強度值不是一味的弱化還會再生[4]，且參數的合理取值關系到評價結果的準確性。一般采用峰值強度計算的安全系數過高，殘余強度時過低，實際邊坡必然是滑面上部分破壞，降為殘余強度，其它區段仍具峰值強度，且殘余強度也參與抗剪。通過路新景[5]的研究可以得到啟示：邊坡不同演化階段的強度參數與其應變軟化曲線也存在相關性，有必要以此來討論不同演化階段參數的取值問題。

4.1 巖土體的應力-應變曲線特點

巖土體的應力-應變曲線，一般分為硬化與軟化兩類，硬化是剪切阻力隨應變或剪切位移增加而增大的特征，圖4b，軟化則是有明顯的峰值強度跟殘余強度，如圖4a所示。

4.2 不同演化階段取值研究

彈性變形階段：坡體內無塑性區，坡體強度未達到峰值強度，對應圖4a中ab段，此時評價邊坡的穩定性時參數的取值可以采用峰值強度。

塑性蠕滑階段：實際邊坡所處的階段，對應圖4a中bc段，此時一般塑性區未貫通區域仍采用峰值強度，塑性區部位視是否滿足強度再生的條件判斷是否采取殘余強度。分析表明，出現局部塑性后，坡體內的應力發生重分布在上覆坡體自重應力及外界擠壓應力作用下，巖土體密實度及含水率等得到改善，土體強度得以再生。參數取值時，現場原位試驗相對最有效，但成本過高且受實驗條件影響，經驗估算與參數反算受人為因素左右，若滑坡為重點設防，建議以現場試驗研究為主，以經驗計算與參數反算為輔，若為一般設防，則以經驗計算與參數反算為主，現場試驗為輔，三者結合，再以峰值與殘余強度為上下限修正篩選確定參數取值。而變形參數應用彈塑性力學中“鄧肯張”模型均可由強度參數求得。

5 結論

1、隨著含水率的增加強度參數值普遍減小且不同土體表現出不同弱化性質。c比φ敏感且c值前期敏感度大于后期，而φ值相反，可以用強度參數隨含水率變化曲線的斜率來表征參數的敏感性。

2、探明了邊坡分階段演化的實質是坡體強度的降低，并由坡體的材料屬性決定，探討了水在邊坡分階段演化中的作用機理。

3、邊坡的不同演化階段與巖土體應變軟化曲線有一定相關性，結合強度再生現象，首次提出參數的分階段取值觀點，并對不同階段的取值給出建議。

參考文獻

[1] 蔡耀軍,崔政權等. 水庫誘發岸坡變形失穩的機理[J]. 第六次全國巖石力學與工程學術大會論文集,中國武漢2000.10

[2] 黨靖，胡李俐等. 含水量及其天然密度對土體抗剪參數的影響研究[J].中國西部科技，2007，pp14-15

[3] 張友誼. 不同降雨條件下峽口滑坡穩定性研究. 2007,07

[4] 任光明,聶德新等. 滑帶土結構強度再生研究[J].地質災害與環境保護，1996,7(3)

[5] 路新景,王思敬等. 巖石力學基本理論中變形參數的分段性討論[J].人民黃河,Vo1.33 No.5 May 2011

作者簡介：

徐鵬飛（1986-），男，山東泰安人。青島理工大學研究生，從事巖土與環境問題的研究。