天水職院滑坡黃土常規三軸試驗研究

梅海峰

陜西省交通規劃設計研究院

天水職院滑坡黃土常規三軸試驗研究

梅海峰

陜西省交通規劃設計研究院

通過室內常規三軸試驗（UU），研究了含水率對天水職院滑坡區馬蘭黃土的抗剪強度指標影響，以及不同含水率和圍壓下的應力應變關系。研究結果表明，粘聚力與含水率呈指數函數關系衰減，而內摩擦角呈二次函數關系衰減。當圍壓和初始含水率均較小時，黃土結構性明顯，應力應變曲線呈軟化型；當圍壓和初始含水率均較大時，黃土結構性不明顯，曲線呈硬化型。研究成果對天水地區滑坡預測及防治有參考意義。

黃土；滑坡；含水率；三軸試驗

引言

天水市屬典型的山間河谷盆地型城市，黃土斜坡穩定性較差，滑坡發育且活動頻繁[1～2]。針對這一地區滑坡形成機制，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，但有一點是相同的，即降雨入滲弱化了滑坡巖土體的強度[3～4]，人類工程活動改變了斜坡的應力狀態，二者共同作用誘發了大量的滑坡災害。基于此，本文選取近期發生的天水職院滑坡這一典型黃土滑坡為研究對象），通過對滑坡體內的馬蘭黃土進行常規三軸（不排水不固結）壓縮剪切試驗，研究含水率對馬蘭黃土的抗剪強度的影響及應力-應變關系變化規律，探討了黃土滑坡與降雨入滲引起巖土體強度減小及工程活動改變斜坡應力狀態的關系，研究成果對天水地區此類滑坡穩定性預測與防治具有借鑒意義。

1.研究方案

試驗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。根據公式（1）計算所需配置試驗含水率的應加水質量。

式中：m0—原土樣的質量；w0—土樣原含水率；w1—試驗所需的含水率；mw—需再加水的質量。

通過式（1）配置了8組不同含水率試樣，在相同圍壓下，進行常規三軸剪切試驗，研究含水率對黃土抗剪強度的影響規律；在四種圍壓下，進行常規三軸剪切試驗，研究不同圍壓不同含水率下的黃土應力應變關系曲線。

2.試驗結果分析

2.1 含水率對黃土抗剪強度影響規律

在相同圍壓下，通過常規三軸剪切試驗，馬蘭黃土粘聚力c隨含水率的增大而逐漸減小，且當試樣含水率小于18%時粘聚力c減小幅度較大，當含水率大于18%時粘聚力c變化幅度較小，兩者的關系可以擬合成指數函數：

而內摩擦角j也隨含水率的增加逐漸減小，二者的關系可擬合成二次函數：

2.2 含水率對黃土應力-應變曲線影響規律

在不同圍壓和不同含水率條件下進行試驗，試驗成果如下：

在相同圍壓下，應力應變曲線隨著含水率的增加而逐漸降低。當圍壓和初始含水率均較小時，黃土結構性明顯，應力應變曲線呈軟化型，并具有剪脹性，隨著圍壓的增加，應力強度峰值也逐漸增大，曲線有明顯的峰值點，破壞形式呈現出脆性破壞。

同時，應力應變曲線可分為三段：第一段呈線性單調增加，應力應變關系近似彈性狀態；第二段呈非線性增加段，此時原狀黃土的結構開始大量破損，顆粒開始破碎并發生滑移，大孔隙結構開始塌陷，剪切帶逐漸形成，即新的次生結構逐漸形成，但原有結構和強度削弱的程度大于新結構和強度產生的程度，應力應變關系呈非線性狀態；第三段，曲線開始呈現平緩或緩慢下降趨勢，反映出原有結構和強度已大大削弱或喪失，新的次生結構已形成，即剪切帶已形成，剪切帶中土的性質接近重塑土。

當初始含水率較大時，結構性不明顯，應力應變曲線主要呈硬化型，且不具有剪脹性，應力強度的最大值隨圍壓的增大而增大，沒有明顯的峰值點，破壞形式為塑性破壞。當圍壓較大時，應力應變曲線主要呈硬化型，且不具有剪脹性，應力強度的最大值隨圍壓的增大而增大，沒有明顯的峰值點，破壞形式為塑性破壞。這是因為當土體的含水率較高時，土體顆粒間的水分主要為外層結合水，土顆粒之間的分子引力很弱，土體處于可塑狀態，隨著土體含水率的減小，土體的可塑性逐漸減弱，當含水率較低時，土體堅硬，土顆粒間的水分主要是強結合水，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，此時土體破壞是結構的破壞，因此，剪切時會出現峰值，土體破壞后，強度明顯下降。這說明含水率和圍壓是其強度變形破壞的主要因素。

3.結論

通過常規三軸（不排水不固結）試驗，分析了含水率對職院滑坡區馬蘭黃土的抗剪強度影響以及不同含水率及圍壓下的應力-應變關系曲線，得到以下結論：

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

3.2 在相同圍壓下，應力應變曲線隨著含水率的增加而逐漸降低。當圍壓和初始含水率均較小時，黃土結構性明顯，應力應變曲線呈軟化型；當初始含水率和圍壓均較大時，結構性不明顯，應力應變曲線呈硬化型。

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

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