不同试验方法对三峡库区黄土坡滑坡滑带土残余强度的影响

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:redfox1234
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残余强度在边坡长期稳定性评价和分析滑带土的工程性质等研究中具有重要作用。到目前为止,对滑带土强度的研究主要集中在滑带土残余强度方面,滑带土的残余强度不仅受多种因素影响而且具有与环境变化相对应的动态特性。   通过对各种人工合成土、砂土、粘土及其原状土的剪切试验,国外学者就土的初始结构、应力历史、应力水平、法向应力、剪切速率、粘粒含量、矿物成分、孔隙水化学成分以及剪切面土颗粒排列状况等因素对残余强度影响进行了详细研究。确定了残余强度与各个因素的关系,进而对控制残余剪切的机理以及准确测定残余强度的方法等进行了分析。   试验方法对残余强度的测试结果影响的研究并不系统,本文通过对滑带土进行环剪试验(包括单剪试验、预剪试验和多级剪切试验);直剪试验(包括反复剪切试验和简化反复剪切试验)和三轴试验(固结排水试验),比较三种试验仪器,六种试验方法下滑带土的残余强度特征,并分析不同试验方法对残余强度测试的影响。   环剪测试方法主要有三种:单剪(single-stage shearing)、预剪(pre-shearing)和多级剪(multistage shearing)。单剪是试样固结稳定后,只在一级有效固结压力或法向应力下进行剪切;预剪是指试样固结后,慢速剪切试验前先快速剪切,形成剪切面,然后再缓慢剪切,其优点是能很快达到残余强度;而多级剪是指试样在较低法向应力下固结剪切达残余强度后,再加载至下一级有效法向应力,固结后继续剪切,如此反复。   本文所指的简化反复剪切试验是基于排水反复剪切试验的原理对试验过程作了些简化,即在第一个剪切过程中,土体已达到并且越过峰值强度后,改用较快的剪切速率继续剪切,使土体颗粒充分定向,最后两次剪切过程再用慢剪速率量测土的残余强度。   通过不同试验方法研究滑带土的抗剪强度,特别是残余强度,得到如下结论:   1、无论是单剪还是预剪,都可以较容易的得到完整的剪应力-位移曲线,对于超固结的试样,会出现明显的峰后应变软化特征,且有效法向应力越小越明显;多级剪切试验可以较快的得到各级有效法向应力下的残余强度值,在第二级压力之后就不会出现峰值强度,而是直接达到残余强度;超固结滑带土的峰值抗剪强度和残余抗剪强度均依赖于有效法向应力的大小,并随有效法向应力的增大而增大。此外,达到残余强度的剪切位移也随有效法向应力增大而增大。   2、对前期固结稳定的滑带土进行单剪试验时,轴向位移表现出明显的阶段性,分三个阶段:①初始剪胀阶段(Initial dilatancy phase);②颗粒破碎压密阶段(Contraction phase due tograin crushing);③稳定压密阶段(Constant contraction phase)。由于预剪试验先用较快的剪切速率使试样形成剪切面,然后再用慢速剪切,所以表现出明显的剪胀效应。多级剪试验中试样更容易被挤出,试样固结沉降量很大。   3、反复剪试验和简化反复剪试验一般经历3~4次剪切就能达到稳定的剪应力,但是试样并没有被剪断;由于直剪试验的一次剪切的剪程短,很难观察到滑带土应变软化的特征;简化反复剪切试验的快剪(0.1mm/min)会导致剪切过程中更容易出现剪胀效应。   4、由于固结排水三轴试验得到的应力应变曲线没有峰值和残余值,因此试验只得到排水条件下的抗剪强度值,即cd和()d。其原因可能是试样没有形成破裂面,这与试验方法选择不当有关,因此建议用三轴切面剪切测试残余强度。   5、对比不同试验方法得到的滑带土残余强度指标,发现试验方法会影响残余强度的测试结果,不同试验方法下滑带土的残余强度cr值具有一定离散型,但是都比较小。而()r具有一定规律,环剪试验的单剪、预剪和多级剪的()r依次增大,单剪得到的残余强度()r值比多级剪大7°左右;直剪试验中的反复剪得到的()r比简化反复剪的小4°左右;三轴试验得到的()d最大。单剪试验比反复剪试验得到的()r小2°,预剪试验和简化反复剪切试验得到的结果与之类似,而多级剪切试验得到的结果与三轴试验的结果相差不大。   6、从环剪试验和直剪试验的原理来看,环剪试验可以模拟滑坡大剪切位移和不变的垂直应力,且剪切过程中剪切面(带)能保持在一个平面上,试验误差相对较小,因此环剪试验测试残余强度较为理想。   从不同试验方法的过程和结果来看,环剪试验中的单剪得到的结果比预剪和多级剪切可靠,主要是因为预剪试验出现较为明显的剪胀效应,且试样的结构破坏较大,从而影响试验结果;由于试验过程中多级剪试样固结、沉降量过大,导致和环剪仪压力板侧壁的的摩擦增大,使得结果偏大。简化反复剪试验也出现类似预剪试验的情况,由于产生明显的剪胀效应,使得()r较反复剪大,因此反复剪的结果较简化反复剪可靠;而三轴试验剪程短,土样没有形成破裂面,得到的()d最大,不适合作为残余强度的参考值。   在应用直剪试验测残余强度时,许多因素组合到一起使得其测试结果偏大,从前人的试验总结和个人的试验过程来看,主要有以下几点:   (1)反复剪切试验和简化反复剪切试验意味着滑带土试样剪切面附近略呈倾斜排列的粘土矿物随着每一次剪切都将重新排列;   (2)直剪试验的剪切面并不是一个平面,试验过程中经常会出现压力板严重倾斜的情况,特别是剪切盒被人为拉回的过程中更容易出现这种现象,使得试样中形成一个具有一定起伏程度的剪切面;   (3)试验过程中,试样很容易被挤出剪切盒,这样使得剪切缝之间充满泥沙,加大剪切盒之间的摩擦,使得试验结果偏大;   (4)由于直剪试验试样小,垂直应力是通过一个传力杆和压力板传递给试样,在剪切过程中传力杆的倾斜会使得试样的垂直应力不稳定,存在垂直应力随剪切位移不同而变化的缺陷;   (5)虽然环剪试验和直剪试验都会出现剪胀效应,但是直剪试验的剪胀表现的更为明显,会使上下剪切盒不平行。   环剪试验中,由于试样沿一个方向连续剪切,当达到残余强度的时候虽然颗粒呈倾斜状排列,但是并没有重新排列;尽管试验过程中会出现剪胀效应,但是并没有使上下剪切盒不平行;试验时试样也会被侧向挤出,但这要比直剪试验的小的多;此外试样始终沿一个方向运动,试验过程对试样的扰动较小。   无论是简化反复剪切试验还是预剪试验,虽然剪切试验前的快剪都能有效缩短试验时间,但是对试样的扰动很大,试样中产生的剪胀效应也更为明显,这是类似试样过程中产生误差的主要原因。   从上述结论来看,在应用重塑样测试残余强度指标时,环剪试验中的单剪是较为可靠的方法。它不仅测试时间较直剪短,而且只要试验人员能细心操作,试验误差也是可以控制的,另外单剪试验也较其他试验更具有可复验性。
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