双层滑带滑坡土环剪试验与稳定性分析

以云南省文山至麻栗坡高速公路K39段复合型双层滑带滑坡为例,采用室内环剪试验探明该滑坡深层、浅层滑带各自的残余强度,分析不同含水率、法向应力和剪切速率对滑带土残余强度的影响;采用FLAC3D软件进行数值模拟,基于滑坡应力-应变历史对滑坡稳定性进行评价。结果表明:滑带土在低含水率情况下力学强度较高,饱和状态抗剪强度参数表现出明显的衰减趋势;在地下水位保持高位时,深层滑带更易发生渐进式蠕动滑移。模拟结果显示:滑坡的深层滑带应力集中现象较为显著,浅层滑坡危险性较小,滑坡在暴雨工况下整体稳定性明显降低,存在一定风险,可通过设置排水洞等降水措施进行治理。

不同初始饱和度条件下高液限滑带土环剪试验

针对某高速公路沿线边坡滑带土,开展了一系列环剪试验研究含水率对其残余强度的影响。制作1.20 g·cm^(-3)和1.35 g·cm^(-3)两种干密度条件下初始饱和度为25%、45%、65%、85%和100%的滑带土试样,在100 kPa、200 kPa和400 kPa正应力条件下开展试验,获得了滑带土剪应力与剪切角关系曲线。根据曲线得到残余剪切强度,得出滑带土的残余强度参数。结果表明,当正应力为100 kPa时,初始饱和度对滑带土残余强度影响不明显,当正应力为200 kPa和400 kPa时,初始饱和度增大将使残余强度降低。当干密度为1.35 g·cm^(-3)时,残余黏聚力随初始饱和度增加而增加,而当干密度为1.20 g·cm^(-3)时则表现出先增后减的规律。对于两种干密度的滑带土,残余摩擦角均随初始饱和度增加而减小。低干密度条件下残余强度参数随初始饱和度的变化更敏感。

不同膨胀潜势等级的膨胀土残余强度环剪试验研究

为探讨不同膨胀潜势等级的膨胀土残余强度与其成分特征的相关性,采用经自主改装的环剪仪开展Denver强膨胀土、荆门中、弱膨胀土环剪试验研究,并与排水反复直接剪切试验结果进行系统对比分析,在此基础上,用实测结果探讨残余强度与土成分特征相关关系的适用性。结果表明:(1)环剪试验测得Denver强膨胀土、荆门中、弱膨胀土有效残余强度内摩擦角分别为11.3°,12.3°,23.7°,比排水反复直接剪切试验测得的低1.7°~3.3°,并无应力相关性且具很好精度,更适于在工程中应用。(2)相关经验关系和公式存在高估或者低估膨胀土有效残余强度内摩擦角的情况。(3)残余强度与土成分特征间定性关系非常明确,上述经验关系对一般土性状况下残余强度预测较为准确;但在土成分复杂状况下,定量准确预测较为困难,这也反映出实测的重要性与必要性。

石英砂剪切带内部结构演化特征的环剪试验研究

滑坡的宏观力学特性往往受滑带内部微观结构的影响,因此深入研究滑带内部微观结构的演变规律对于滑坡研究具有重要意义。通过石英砂环剪试验,模拟了剪切作用下颗粒状滑带的形成演化过程,利用CT扫描成像系统及图像处理技术,定量分析剪切带内部结构演变特征。研究结果表明:随着剪切位移增大,颗粒破碎导致剪切带内细颗粒逐渐增多,最终形成上下层细颗粒较少,核心层细颗粒富集的3层剪切带结构;剪切位移达到25 m时,细小颗粒在核心层两侧边界聚集形成细颗粒带,越靠近核心层边界细颗粒占比和颗粒磨圆度越大;剪切位移增大至100 m时,细颗粒带内形成2层连续发育细颗粒聚集的剪切滑动面。以上发现对于深入理解滑带的形成演化机制及内部结构的演变规律具有十分重要的意义。

基于环剪试验的蠕变型滑坡滑带力学性质——以甘肃舟曲地区锁儿头滑坡为例

蠕变型滑坡的变形与滑带力学性质关联十分紧密,研究不同含水率和不同砾石含量下滑带力学性质变化规律,对理解蠕变型滑坡的变形机制具有重要意义。以甘肃舟曲地区锁儿头滑坡滑带岩土体为研究对象,通过环剪试验探究滑带在不同含水率(15%、19%和22%)、不同砾石含量(0%、5%和15%)和不同剪切速率(0.5、3.0和30.0 mm·min^(-1))下的力学性质变化规律。结果表明:①在长距离剪切下,滑带抗剪强度随含水率的增加而减小,而滑带达到峰值强度所需位移随含水率的增加而增加,同时滑带的残余黏聚力随含水率的升高而显著降低;②滑带抗剪强度随砾石含量的增加而增加;③随着剪切速率的增加,滑带抗剪强度逐渐减小,并且内摩擦角也呈现明显下降趋势。结合区域背景,甘肃舟曲地区锁儿头滑坡的蠕变速率与季节性降雨及断裂活动有关。

基于渗透-环剪试验的三峡库区童家坪滑坡滑带土强度特性研究

滑带土对于滑坡的变形演化起到至关重要的控制作用,开展不同渗透条件下滑带土强度特性研究,对水库堆积层滑坡动态稳定性评价具有重要意义。针对目前在库岸堆积层滑坡滑带土渗透-力学特性方面研究薄弱的问题,以三峡库区童家坪滑坡滑带土为研究对象,采用ARS环剪仪和自主研发的渗透-环剪耦合装置,开展了多种渗透条件下的环剪试验,研究了不同渗透循环次数、循环渗透压变化量、初始渗透压以及恒定渗透压作用下滑带土残余强度特性。试验结果表明:试样在渗透-环剪试验中易出现“应变软化”现象,并且随渗透循环次数的增加而愈发明显;渗透循环会显著削弱滑带土的黏聚力的大小;在相同剪切应力条件下,经渗透作用的各滑带土试样剪应力变化趋势基本一致,残余强度与渗透压呈负相关关系。研究成果揭示了不同渗透-环剪条件下滑带土力学强度弱化规律,为水库运行条件下堆积层滑坡力学机制研究提供了基础。

大型高速环剪试验机及其在滑坡研究中的应用

从介绍用于研究高速大型滑坡高速机制的大型高速环剪试验机的特性出发 ,分别论述该试验机在大型高速滑坡的“液化机制”、滑体滑动时滑动摩擦角的测定 ,以及在土体环剪特性研究中的应用。大型环剪试验机能够再现滑坡的滑动过程 ,测定相应的试验参数 ,为滑坡的高速。

环剪仪在超固结土残余强度分析中的应用

环剪仪是研究大剪切位移下土的抗剪强度特性的理想设备。对北京工业大学新引进的DTA-138型环剪仪进行了系统的介绍，并利用该仪器对Ip=12的粉质粘土和Ip=36的粘土进行了试验研究。试验结果表明：该环剪仪测试精度高且具有良好的稳定性，能够保证试验结果的准确性；剪切速率在0．1～10°／min范围内时，对粉质粘土和粘土的峰值强度及残余强度郝没有显著影响；超固结比对粉质粘土的峰值强度和残余强度以及粘土的残余强度几乎没有影响，而粘土的峰值强度随着超固结比的增大有增大的趋势，且相同试验条件下粘土的残余强度显著低于粉质粘土的残余强度。

土工环剪仪的开发及其应用研究现状

在回顾国内外有关土工环剪仪研发及其应用研究工作的基础上,介绍了环剪试验设备的开发历程以及当今国际上对环剪试验系统研制方面的最新进展。总结了环剪仪在土工研究工作中的应用情况以及新的试验方法和测试技术等。着重阐述了利用环剪试验在对土峰后应变软化现象与残余强度分析、土的剪切带形成机制试验研究、地质灾害成因机制分析以及土工合成材料界面抗剪强度测定等方面研究中的主要内容、方法和成果。

不同环剪方式下滑带土残余强度试验研究

以三峡库区黄土坡滑坡滑带土为研究对象,利用环剪仪研究了黄土坡滑坡滑带土在单级剪、预剪以及多级剪3种环剪方式下的残余强度特征。试验结果表明:不同环剪试验下剪切带的形成与剪切位移相关;残余强度随有效法向应力的增大而增大,对于已经存在剪切带的滑带土,环剪时能很快达到残余强度状态;滑带土环剪轴向压缩分初始剪胀、颗粒运移压密和稳定压密3个阶段,且每个阶段剪应力变化趋势不同;预剪试验和多级剪切试验得到的残余强度偏大,应该首选单级剪切试验测试滑带土残余强度指标。

采用环剪仪对超固结黏土抗剪强度特性的研究

利用大型高速环剪仪,对不同超固结比、法向应力和剪切速率下的超固结饱和黏土的峰值强度和残余强度特性进行了研究,并对循环荷载作用前后残余强度的变化进行了初步探讨。试验结果表明,(1)超固结比对超固结黏土的峰值强度和残余强度有着明显的影响;(2)在剪切速率相同的条件下,土体达到残余强度时的位移取决于现存的应力状态,而与应力历史无关;(3)剪切速率越大,峰值强度随之增大,达到稳定残余强度时的剪切位移也随之增加,但剪切速率的变化对残余强度值几乎没有影响;(4)在循环荷载作用下残余强度不同程度的降低,最大降低幅度达12.2%;当土体剪切面为不规则剪切带时,施加循环荷载后出现残余强度上升的现象。

残积土抗剪强度的环剪试验研究

残积土风化剧烈,研究其大变形下的工程特性很有必要。利用环剪仪的试验特点,可以研究土体在较大剪切位移下抗剪强度的变化规律。通过对残积土残余和峰值强度的环剪试验测定和对试验数据的整理与对比分析,得到了含水率与残余强度指标之间的关系,证明大变形下残积土具有浸水软化的特性;从应变阈值角度分析了残积土应变软化的性质,不同剪切位移下的残积土具有不同的抗剪强度,所研究的残积土达到峰值强度对应的应变介于0.02～0.06之间,而到达基本稳定的残余强度所需要的应变介于0.06～0.20区域内。研究还发现,矿物成分不同直接影响到残积土的残余强度,是残积土不均匀性的内部因素。

土与结构接触面力学特性环剪试验研究

利用环剪仪对不同的土与混凝土接触面的力学特性进行了研究。分别对有泥皮及没有泥皮的接触面情况进行试验,并对剪切面位于黏土内的情况进行了试验。结果表明,不同接触面的应力-应变特性差异很大,泥皮的存在明显改变了接触面的性状;对没有泥皮的情况,剪切破坏面可能发生在土体内部,也可能发生在土-混凝土接触界面;而有泥皮时,破坏面始终发生在泥皮内部。试验的各种接触界面中,破坏时平均剪应力与法向应力具有较好的线性关系,接触面强度可用摩尔-库仑准则较好地描述;当有泥皮存在时,摩擦角为没有泥皮时的63.4%。

滑坡型泥石流转化机制环剪试验研究

以四川省达县青宁乡滑坡为研究对象,在查明青宁乡滑坡转化泥石流过程的基础上,利用环剪试验模拟青宁乡滑坡失稳以后滑体长距离滑动剪切的过程,分析在剪切过程中土体的物理力学性质变化。结果显示,滑坡型泥石流的转化,除了目前国际上普遍关注的超孔隙水压力的作用外,软弱基座效应也是重要的转化机制之一。滑体在滑动剪切过程中,滑体的剪缩效应以及颗粒的破碎和分层,使滑体土的体积减小,孔隙水压力上升,滑体土的剪切强度降低;同时,滑体的底部形成粉土液化层,且剪切距离越大,黏质粉土液化层的厚度越大,托着滑体快速向前滑动,大大降低了滑体的整体稳定性,该效应为软弱基座效应。

环剪仪的试验方法研究

影响环剪仪试验精度的因素有多种,而试验方法是其中一种。Bromhead环剪仪采用顶部荷载板加荷的方式,且荷载板与试样盒内壁预留缝隙。试验中观察到,随着剪切位移的增大,土样会被挤出,并残留在荷载板与试样盒壁之间。挤出的土体会增加荷载板与试样盒的摩擦,夸大作用在试样上的剪应力。分析了环剪仪的三种试验方法。与多级剪相比,单级剪的试验方法能够避免荷载板较大的旋转位移,减弱挤土现象,减小试验误差。砂土试样的环剪试验表明,单级剪方法测得的残余强度比多级剪方法小。

重塑硅藻土抗剪强度的环剪试验研究

硅藻土是一种强结构性土,具有密度小、孔隙大、干燥土块吸水率高等特点。天然硅藻土的抗剪强度大,但在外界扰动或风化后,结构性强度丧失,易发生滑坡等斜坡变形破坏现象,因此,研究其在大变形下的力学性质很有必要。利用环剪仪可以研究土体在较大剪切位移条件下抗剪强度变化规律,对重塑硅藻土进行环剪试验研究,得到了不同竖向压力下的应力-位移曲线,认为重塑硅藻土为典型的应变软化型土;根据测试结果得到了重塑硅藻土的抗剪强度和残余强度,并从物质组成和微观结构特征方面对重塑硅藻土的力学性质进行了分析,为硅藻土滑坡的成因分析和灾害防治提供了依据。

基于高速环剪试验易贡巨型滑坡形成原因试验探索

发生在西藏波密县易贡藏布扎木弄沟的易贡滑坡可称为国内规模最大的超高速远程滑坡,引起广大学者的广泛关注。针对易贡滑坡的高速、长距离运动等特点,通过不同剪切速率下的环剪试验以及排水和不排水条件下的对比环剪试验分析易贡高速滑坡的形成原因。结果表明,高速剪切使孔隙水压力不能及时消散,剪切过程引发孔隙水向剪切面运移,剪切面土体含水率和细粒含量明显高于剪切面上下层土体,出现剪切面液化现象。不排水剪切条件下的有效内摩擦角比排水剪切大幅降低,初步揭示了剪切速度越高,土体强度越低,两者交互作用的滑坡加速促进原因。

大连滨海粉质黏土剪切力学特性环剪试验

以大连滨海地区典型粉质黏土为研究对象,利用大型高速环剪仪,针对不同法向应力和剪切速率条件下该粉质黏土大剪切力学性质的变化情况进行了试验。环剪试验结果显示:1)该滨海粉质黏土在正常固结状态下出现明显的应变软化现象,分析表明其应变软化特性主要与土中黏土矿物质量分数及其在剪切过程中的定向排列有关。2)在相同剪切速率下,峰值强度和残余强度随法向应力的增加而增大,峰值强度与法向应力之间表现出良好的线性关系。3)由于峰值强度产生过程中土体内部黏聚力的变化,峰值强度随剪切速率的增加而增大;残余强度变化与剪切速率具有一定的相关性,这与不同剪切速率下剪切带(面)处黏土颗粒定向排列程度不同有关。

颗粒材料剪切流动状态转变的环剪试验研究

颗粒材料的剪切流动行为广泛地存在于滑坡、泥石流等自然灾害以及矿物原料传输、泵送等工业过程中.颗粒材料在不同体积分数、剪切速率和应力约束下会表现出不同的流动状态并发生相互转化.对颗粒材料在剪切流动过程中力学特性的研究有助于加深理解其发生不同流动状态的内在机理,为解决相应的颗粒材料问题提供理论依据.为此,本文研制了颗粒材料剪切流动的中型环剪仪,并对颗粒材料在不同法向约束应力和剪切速率下的剪切应力和体积膨胀率进行了测试.结果表明,剪切应力和体积膨胀率均随剪切速率的增大而增大,但增长速率在临界剪切速率处发生转变,使其随剪切速率的平方呈分段式线性增长.通过对颗粒材料在不同剪切速率和惯性数下有效摩擦系数变化趋势的分析,讨论了颗粒材料由慢速流向快速流转化的基本规律,以及在临界剪切速率处发生流动状态转化的内在条件.此外,通过对不同法向应力下临界剪切速率以及快速流动下运动规律的测试,发现临界剪切速率随法向应力的增加而减小,即法向应力可促进颗粒材料由慢速流向快速流的转化,但在快速流动状态下的有效摩擦系数对法向应力不敏感.以上对颗粒材料在不同剪切速率、法向应力下流动状态的环剪试验研究有助于揭示其发生不同流动状态转化的内在机理.

滑带土抗剪强度特性的环剪试验研究

以黄土坡滑坡滑带土为研究对象,采用环剪仪研究了天然含水率的滑带土在不同法向应力与剪切速率下的抗剪强度特性。试验结果表明：滑带土的峰值强度和残余强度均随着法向应力的增大而增大,并呈现出较强的线性关系;0.1-10mm/min范围内的剪切速率对滑带土的残余剪切强度影响不明显,变化幅度在±6%以内;但剪切速率越大,滑带土需要更多的变形以达到残余强度;随着剪切速率地增大残余黏聚力不断地减小,残余内摩擦角逐渐地增大,峰值强度及峰值黏聚力、内摩擦角均增大;剪切速率对滑带土的软化特性影响明显,并且较大的剪切速率使得剪切过程中从剪切盒侧壁流失的黏粒与孔隙水增多,因此在进行滑带土排水环剪时,宜采用较小的剪切速率。