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本文来源于公众号:悠游2019
作者:成永刚,博士,教高,注册岩土工程师,中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事,中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员,国际工程地质协会会员,中国国家公路建设项目评标专家,四川省交通运输专业人才教育专家。
滑面或滑带(以下统称滑面)抗剪强度参数的合理选用,是滑坡稳定性合理分析判定的关键指标。在工程实践中,滑面抗剪强度参数的选用多基于土工试验+反算+经验的综合选用法。但如果滑面抗剪强度参数选用时,没有考虑滑面所处的不同区段、不同运动状态、不同形变阶段的对其产生的影响,缺乏系统性的理论分析,就要能造成滑面抗剪强度参数选用出现不同程度的偏差,从而不同程度的影响滑坡稳定性的判定和滑坡处治方案确定。
因此,基于工程地质力学的方法,通过滑坡工程地质调查,掌握滑坡运动规律特征和滑体变形的形迹与力学属性,依据滑面性质的变化和多次剪切试验等,是进行滑面抗剪强度参数选用的有效方法。
一、滑面抗剪强度的几个临界强度
从库伦公式τ=σtanΦ+C可知,滑面的抗剪强度与垂直压力σ,摩擦角Φ和粘聚力C密切相关,而滑面的摩擦角Φ和粘聚力C具有多值性,随着含水量、运动状态、滑面性质的改变、滑体厚度的变化等的不同而显示多值性。因此,滑面的抗剪强度随边界条件的变化而呈现多值性。基于此,通过多次剪切试验的应力-应变(τ-ε)曲线,分析滑坡在不同变形阶段条件下的抗剪强度参数是非常关键的。
1、几个临界强度概念
1)原状土结构峰值强度(τ1):快剪试验时原状土样第一次破坏时的强度。峰值强度参数的内摩擦角Φ和粘聚力C相当于工程斜坡正常状态下的摩擦角与粘聚力,Φ1和C1。
2)重塑土结构峰值强度(τ2):重塑土的密度、含水量与滑面条件相同时,土样自重压密后进行正常固结快剪试验时的土样第一次破坏时的强度。重塑土峰值强度参数的内摩擦角Φ和粘聚力C相当于滑面结构受到破坏,产生较小位移,不连续剪切面形成前,滑面参数为处于蠕变阶段时的摩擦角与粘聚力,Φ2和C2。
3)容变临界衰减强度(τ3):重塑土的密度、含水量与滑面条件相同时,土样自重压密后进行正常固结快剪试验时的土样第二次破坏时的强度。此阶段滑面强度参数的内摩擦角Φ和粘聚力C,相当于滑面颗粒尚未形成完整的定向排列,只存在小剪切面集合带时,滑面参数为处于挤压阶段的摩擦角与粘聚力,Φ3和C3。
4)定向排列临界强度(τ4):土样第二次剪切破坏后,继续进行剪切时小剪切面的软化剪切带发生牵引和位移剪切,逐渐发展成为主剪切面,颗粒按剪切方向发生定向排列,强度随位移增大而降低。但在第三次剪切破坏时,滑动面上的粗颗粒尚未完全压入,细颗粒尚未产生富集。此阶段滑面强度参数的内摩擦角Φ和粘聚力C,相当于滑面颗粒的定向排列临界强度,滑面已经贯通,滑坡处于极限平衡状态,滑面参数为处于微滑阶段的摩擦角与粘聚力,Φ4和C4。
5)滑面临界强度(τ5):多次剪试验后,滑面在颗粒定向排列的基础上,滑动面上的粗颗粒完全压入,细颗粒富集,滑面完全贯通。此阶段滑面强度参数的内摩擦角Φ和粘聚力C,相当于滑坡发生整体滑移,滑体脱离母体的剧烈滑动阶段摩擦角与粘聚力,即滑面处于残余强度时的参数,Φ5和C5。
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图1 滑面多次剪应力-应变(τ-ε)曲线
今天论述至此,明天论述“滑坡不同稳定状态下的滑面抗剪强度变化规律”方面的内容。
本文是结合铁科院西北所滑坡研究室的《滑带土强度指标选用》(工程地质力学法,1978)的相关资料为基础,结合当前滑坡的发展研究成果,进行整理和编写所成。希望通过当年基础理论的研究,能更好地为我国滑坡事业提供有益的帮助。
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