宇智波带土为啥会变

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宇智波带土为啥会变篇一
《泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究》

第２４卷第６期２００３年１２月

立章螭号ｉ

１０００－－７５９８－－（２００３）０２－－１００７－－０４

岩

Ｒｏｃｋ

土力学

Ｖｂｌ．２４Ｎｏ．６

ａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓＤｅｃ．２００３

三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究

王琛１９胡德金１９刘浩吾１，许强２，黄润秋２

（１四川大学水利水电学院，四』Ｊ『成都６１００６５：２．威都理工丈学，四川成都６１００５９）

摘要：三蛱古滑坡的变形和长期稳定的控制性因素，在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应。为了滑坡建模和

稳定数值分析韵需要，进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴捧水蠕变试验研究。并在此基础上．给出了排水条件下粘性土的Ｍｅｓｒｉ蠕变模型，即剪应力－应变关系采用取曲线横型，应变．时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性。关键词ｔ滑动带土；蠕变；三轴排水蠕变试验；Ｍｅａｒｉ蠕变模型：剪应力．应变－时间关系中图分类号：ＴＵ４４１文献标识码ｌＡ

Ｃｒｅｅｐｔｅｓｔｓｏｆｓｌｉｄｉｎｇ

ｚｏｎｅ

ｓｏｉｌｓｏｆＸｉｅｔａｎｌａｎｄｓｌｉｄｅｉｎＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＡｒｅａ

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６１００５９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓａｎｄｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｌｄｌａｎｄｓｌｉｄｅｓｉｆＩｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｓｍｍｇ吐ｌａｎｄｔｉｍ，－ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｓｌｉｄｉｎｇ

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ｚｏｎｅ

ｓｏｉｌｓ；ｃｒｅｅｐ；ｄｒａｉｎｅｄｌｒｉａｘｉａｌｃｒｅｅｐｔｅｓｔ；Ｍｅｓｄｃｒｅｅｐｍｏｄｅｌ；ｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ－ｓｔａｉｎ・ｔｉｍｅｂｅｈａｖｉｏｕｒ

１前言

大型滑坡是三峡库区地质灾害的首要问题。滑坡的滑动带土一般是粘土成分占优势的粘性土，其变形与复活的控制性因素在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应，这一内在的地质力学机理与外在的地面变形的演化过程彼此呼应。因此，需开展典型滑坡的滑动带土的流变试验研究，为滑坡的建模及稳定数值计算奠定力学基础。

流变模型分为元件模型、屈服面模型、内时模型和经验模型。其中屈服面模型包含了偏态蠕变规律，较适用于软土１１１。Ｍｅｓｒｉ例根据不排水三轴压缩试验，提出了一个剪应力－应变一时间关系。文献【３】在此基础上考虑了超固结比问题。考虑到古滑坡体的长期稳定性，本文进行了三峡库区泄滩古滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验，并参照偏态蠕变规

律．总结了试验成果。得出了该滑动带土的一个剪应力．应变．时间关系，给出了在排水条件下的Ｍｅｓｄ蠕变模型表达式。其中剪应力－应变关系采用双曲线模型，应变．时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性。这为泄滩滑坡的长期稳定计算提供了参数，并为该滑坡的长期预测预报奠定基础。

２滑动带土的三轴蠕变试验

泄滩滑坡体位于湖北省秭归县泄滩乡长江左岸岸坡地带，为一典型的切层古滑坡体，是三峡库区内受到关注的潜在滑坡之一。滑坡体前厚后薄，厚度约为２０～４５ｍ，平均厚度为３０ｍ。本次试验土样取自泄滩滑坡勘探平硐，离硐口９７ｍ处，埋深

约３３ｍ。根据土工试验规范１４Ｊ，确定该土样为硬塑

含砾低液限粘土，其参数见表ｌ。

试验装置采用三轴应力式流变仪，该仪器是由

收藕日期ｔ２００２－１１－０１

基金项目：国家自然科学基金资助（编号，４０１７２０９６）．

作者简介：王琛，男，１９７７年生．博士．主要从事岩土工程方面的研究工作．

万方数据　

１００８岩土表１滑动带土的物理力学性质指标

Ｔａｂｌｅ１

Ｐｈｙｓｉｃｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｌｉｄｉｎｇｚｏｎｅｓｏｉｌｓ

含水量重度孔隙率饱和度塑限指教凝聚力内摩擦角

竖！塑：￡

堑

坐

坐

生塑

』：２

１４Ｉ

２２１

０２７３

１００

２０４

３７

８

１９６

常规应变式三轴仪改装而成，其样式可参见文献【５】５。试验在（２２士１）℃下进行，采用分级加载方式，根据围压的大小分成两组，即围压以分别为２００ｋＰａ和３００ｋＰａ。试验过程如下：（１）施加围压口，直至试样固结；（２）将固结完成后测得的各读数作为三轴流变试验的初始读数，然后施加垂直偏应力口；（３）施加增量荷载后，观测垂直变形及体积变形随时间的变化过程，直到变形达到稳定为止；（４）当两种变形稳定后－再旌加下一级荷载，如此反复，直到试样破坏。此次试验历时半年，得出两组有效试验数据。由于试验采用分级加载方式，故根据Ｂｏ｜ｔｚｍａｌ．ｍ线性叠加原理，推导出各级剪应力．应变．

时间关系，见图１。

３．５

３．０

述

２５ｑ

龄

２０

制ｌ５

暹暴

１．ｏｎ５ｏ．ｏ

３～５３・０＃２．５

鲞２门型Ｌ５

霹１

Ｏ０

５０

ｏｏｏｏ

２０

０００

时间ｆ，ｒａｉｎ

ｍａ３ｆｆｉ３００ｋＰａ

图１滑动带土的三轴蟮变试验曲线

Ｆｉｇ．１

Ｔｒｉａｘｉａｌｃｒｅｅｐｔｅｓｔｃｕｒｖｅｓｏｆｓｌｉｄｉｎｇｚｏｎｅｓｏｉｌｓ

３剪应力．应变．时间关系

总应变ｓ由瞬时应变￡和与时间有关的蠕应变ｔ两部分组成。对三轴不排水试验，后者为不排水

万　

方数据力学２００３矩

蠕应变：对三轴排水试验，则该蠕应变为主固结和次固结，或称排水蠕应变。由于影响土体流变特性的因素众多，比如固结比、老化、触变效应和温度等。如果不考虑这些因素，一般来说．蠕应变￡与应力、时间有关・则有‘＝＾ｐ）＾（ｆ）。其中，一（口）

和＾（ｆ）分别为应力和时间的函数。如果不考虑瞬时

应变６＂ｉ，令６０＝Ｚ（ａ）和Ｇ（ｔ）＝＾（ｆ）。这样，可以将总应变写成如下形式：

ｓ＝ｃｏＧ（ｔ、

（１）

３．１应变．时间关系

时间函数可以选用不同的函数形式，包括幂次

关系、对数关系、分数戡性关系和指数关系【６】。由

指数关系确定的蠕变方程一般和试验数据吻台欠佳，～般的文献中都使用幂次关系口捌。按本次试验结果做拟合分析得知，幂次关系拟合较好，故本文选用幂次式作为应变．时间关系，有：

ｓｚ￡，（ｔｉｔ，ｒ

（２）

式中￡为ｒ＝ｔｒ时的应变。对于试验结果的分析，一般采用ｒ，＝１ｍｉｎ作为参考时间，可表示为ｔ。。通过室内试验数据知，ｌｇｅ．１９ｔ关系一般为直线，Ｈ为斜率，本次流变试验的具体参数见表２，其中Ⅳ取平均值”；口为应力水平，Ｒ２为拟合直线的相关

系数。

表２二种围压下不同应力水平状态的一值及平均值；

Ｔａｂｌｅ２

Ｔｈｅｖａｌｕｅｏｆ

Ｈ

ａｎｄ№ａｖｅｒａｇｅｖａｌｕｅ；ｏｆ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓｕｎｄｅｒｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｃｅｌｌｐｒｅｓｓ

应力．应变关系可以表示为指数关系和双曲线

０－Ｉ一口，＝—二Ｌ

（３）

口十６占一

（ｑ一乃ｋ

３．２应力．应交关系

关系，本文采用Ｋｏｎｄｅｒ提出的双曲线型应力．应变方程，来模拟土体在常速率轴向变形条件下的应力．应变特性一即

式中ｌｉｂ为最大主应力差（口，－－ｔ７３）ｕｈ，ｌ／ａ为初始切线模量，考虑到本次试验为排水蠕变试验，以Ｅ

表示，定义破坏比辟：善１二鼍Ｌ，则有

第６期王琛等：三蛱泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究

１００９

＆；曼二生！￡

堡

（４）

Ｅａ

１一＆ｏ。

式中Ｄ，：善１二二掣为ｔ：ｔ时的剪切应力水平。ｒ

【盯ｌ一盯，Ｊｆ

３．３

Ｍｅｓｒｉ蠕变模型

将式（４）带入式（２），得以下Ｍｅｓｒｉ蠕变方程：

ｓ＝（半］，击１

Ｌ

日

Ｊ，一（），Ｄｒ¨Ｊ

Ｒｆ㈦㈣

当，＝Ｌ时，方程（５）可写为

可见．ｆ毕］和（Ｒ），的值，可以直接从去：ｆ呸叫也ｋＤｒ

Ｌ磊Ｊ，…一

㈤

Ｌ

‰

／，

Ｍｅｓｒｉ蠕变模型的三个参数ｆ毕］，（肆），和”

一定时刻ｔｒ下的｛｝－‘关系图中获得。这样，此

Ｌ

‰

／，

均已知。该模型参数较少，便于整理试验数据和进行计算。本次流变试验采用仁１ｒａｉｎ作为参考时间，并将此时的应变作为初始蠕应变，得出Ｍｅｓｆｉ蠕变模型

Ｅ。／Ｄ，一￡。关系图见图２，参数见表３。由￡，／ｚ），一ｓ，

良好的线性关系知，此双曲线应力．应变关系可适用于此滑动带土。最后，总结出泄滩古滑坡滑动带土的Ｍｅｓｒｉ蠕变模型在以＝２００ｋＰａ和Ｏ＂ａ＝３００

ｋＰａ

如下：

ｓ：０．００３５——当一ｔ０１”。

（７）

ｌ一０．７１７Ｄｒ

ｓ＝０．００４０——竺Ｌ

ｒｏ“”（８）

１一Ｏ．７３２Ｄｒ

为了验证该模型的合理性，将表２及表３各参数代入上式，并取一定的时间变量，得出ｔ＝１ｍｉｎ后的模型计算曲线见图３，通过与试验数据的比较可知，二者的基本趋势还是一致的．只是在应力水平Ｄｆ较大时，才出现差异。模型计算曲线在蠕变早期比试验曲线小，随着蠕变时间的延长，其应变量比试验曲线有所抬高。在稳定蠕变阶段，由Ｍｅｓｄ蠕变模型得出的蠕应变速率要比实际试验得出的蠕应变速率大。可见，该Ｍｅｓｆｉ蠕变模型可以较好地反映粘土蠕变的稳定增长阶段，并较适合稳定增长阶段应变速率较大的粘土。对比文献【７】中上海淤泥质

粉质粘土的三轴蠕变数据可知。该滑动带土的流变特性不强，蠕应变速率较小，这可能也是模型曲线的应变速率比试验曲线增长得快的原因。

万

　

方数据Ｉ．４ｌ２

Ｉｏｏ８ｏ．６

０４

０．２

０

图２‘／Ｄｒ一‘关系图

Ｆｉｇ．２

Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ‘，／Ｄｒａｎｄ￡，

表３Ｍｅｓｒｉ模型参数

Ｔａｂｌｅ３

Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

ｏｆＭｃｓｒｉｍｏｄｅｌ

ｏ

５加０

１００００１５０００

２００００

２５０００

，／ｒａｉｎ（ｂ）围岩３００ｋＰａ

圈３试验曲线与计算曲线比较图

Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｅｓｔｃｏｒｖ∞ａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｄ

ｅｏｒｖｅｓ

Ｆｉ９３

１０１０岩

土

力学

２００３正

４结论

完成的滑动带土的三轴排水蠕变试验，不排水蠕变试验更加客观地反映了滑坡长期蠕变的实际情况。通过本次流变试验，给出了泄滩古滑坡滑动带土的一个剪应力．应变．时间关系．其中剪应力一应变关系采用双曲线函数，应变．时间关系采用幂函数表示，即给出了排水Ｍｅｓｈ蠕变模型。通过试验蠕变曲线和模型曲线的比较可知，该模型比较适用于流变性比较大的粘土，也说明泄滩滑坡体滑动带土的蠕变性较小，稳定蠕变速率不大。由于三峡库区内古滑坡的变形和稳定的控制性因素。在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应，滑动带粘性土的蠕变性将引起古滑坡的位移和变形，所以，该试验为三峡地区滑坡的建模和稳定数值计算奠定了力学基础。其实，影响岩土流变特性的因素众多，例如温度、超固结度、老化和触变效应等ｉｓ］，以及Ｍｅｓｆｉ蠕变模型中各参数和ａ，的关系，这些方面的问题有待于进一步的研究。

【２】

参考文献

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Ｍｅｓｈ

Ｓｈｅａｒ

Ｇ，Ｒｅｂ佗ｍｒｄｅｒｏＥ，Ｓｈｉｄｄｓ

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Ｙ

ＥＣａｍｐａｎｅｌｌａ

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Ｇ．Ｔｉｍｅ・ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｂｅｈａｖｉｏｒ

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Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ

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Ｃｉｖｉｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９７７。１０３（７）：６９３－－７０９．

第８届全国地基处理学术讨论会征文通知

（第ｌ号）

为了总结、交流地基处理工程勘察、设计计算、施工技术、施工监理、现场监测、施工机械以及理论研究方面的新鲜经

验，中国土术工程学会土力学及岩土工程分会地基处理学术委员会定于２００４年ｌＯ月下旬在湖南长沙召开第８届全国地基处理学术讨论会，会议由湖南太学土木工程学院协办。会议期间将举行中国土术工程学会土力学及岩土工程分支地基处理学术

委员成立２０周年庆祝活动。现将会议论文征集工作有关事项通知如下；

１．征文范围

应征学术论文和工程实录范围：

（１）已有各种地基处理技术新发展；（２）地基处理新技术的开发和应用｛（３）地基处理工程勘察技术、设计计算理论、施工工艺及机具、质量检验等方面的新发展；（４）复合地基理论与实践方面的新发展：（５）地基处理其它方面的发展。

２．征文要求

应征论文应未在国内外刊物或论文集上发表过，论文字数请控制在６０００～８０００字（包括图表）。论文字迹要求清楚、端正．图表齐全，并注明作者详细通讯地址及联系电话。

３．征文时间安捧

征文截止日期：２００４年１月３１日。

应征论文将由论文编审委员会决定是否录用。录用论文按要求格式于２００４年３月３０日前提交（具体要求将在第２号通

知中说明）。入选论文将正式出版论文集。

应征论文一式二份请寄：

３１００２７杭州玉古路浙江大学玉泉校区土木工程学系俞建霖博士

（中国土术工程学会土力学及岩土工程分会地基处理学术委员会）

万方数据　

三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

王琛， 胡德金， 刘浩吾， 许强， 黄润秋

王琛,胡德金,刘浩吾(四川大学,水利水电学院,四川,成都,610065)， 许强,黄润秋(成都理工大学,四川,成都,610059)岩土力学

ROCK AND SOIL MECHANICS2003，24(6)11次

参考文献(8条)

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相似文献(5条)

1.期刊论文 王琛.张永丽.刘浩吾.WANG Chen.ZHANG Yong-li.Liu Hao-wu 三峡泄滩滑坡滑动带土的改进Singh-Mitchell蠕变方程 -岩土力学2005,26(3)

进行了三峡泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究,在此基础上给出了该滑动带土的Singh-Mitchell蠕变方程,即剪应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数来描述土体的流变性质.并根据分段拟合的思想,提出了改进的Singh-Mitchell蠕变方程,即在应变-时间幂函数中使用不同的幂值,来分别模拟滑动带土的衰减、匀速和恒定蠕变.通过对比可知,改进Singh-Mitchell蠕变方程较Singh-Mitchell蠕变方程能更好地模拟流变性较小的滑动带粘土.

2.期刊论文 王琛.唐明.刘浩吾.高正中 三峡泄滩滑坡滑动带土的Singh-mitchell蠕变方程 -四川大学学报(工程科学版)2003,35(5)

三峡古滑坡的变形和长期稳定的控制性因素在于滑动带土的力学特性的强度损伤积累和时间效应.为了滑坡建模和稳定数值分析的需要,进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究,给出了排水条件下粘性土的Singh-mitchell蠕变方程,其中应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数.该方程参数少,能够较好的拟合试验曲线.

3.期刊论文 王琛.刘浩吾.许强 三峡泄滩滑坡滑动带土的改进Mesri蠕变模型 -西南交通大学学报2004,39(1)

为进行滑坡建模和稳定数值分析的需要,进行了三峡泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验.在此基础上,给出了排水条件下粘性土的Mesri蠕变模型,即剪应力-应变关系采用双曲线模型、应变-时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性;提出了改进Mesri蠕变模型,其应变-时间关系采用分段拟合方法.模型计算曲线与试验数据的比较表明,改进Mesri蠕变模型较Mesri蠕变模型对粘性土蠕变性能的拟合能力得到了显著改善.

4.期刊论文 王琛.彭越.刘浩吾 考虑时间效应的E-μ模型 -岩土力学2004,25(4)

为进行三峡泄滩滑坡体的变形建模和稳定性数值分析,进行了滑动带土的三轴排水蠕变试验,并在此基础上,提出了排水条件下粘性土与时间有关的非线性弹性模型,即与时间有关的邓肯-张E-μ模型.该模型假定c,φ不随时间变化k,Rf,G,D,n,F,均与时间有关.通过试验数据拟合,给出了部分参数(如k,Rf,G,D)与时间的关系式及模型的12个参数值.通过计算值与试验数据的对比表明:该模型适合于该滑动带粘土.

5.学位论文 汪斌 库水作用下滑坡流固耦合作用及变形研究 2007

三峡库区是滑坡等地质灾害多发地带。自 2003 年 135m 蓄水伊始，到2006年156m蓄水位以来，绝大多数滑坡经受到了库水位作用的考验没有复活。但库水位波动对滑坡的稳定性和变形破坏失稳的影响机制仍为迫切需要解决的重要应用课题之一。论文选取三峡库区三大滑坡之一的巴东县黄土坡滑坡前缘临江崩滑堆积体及深部滑带土作为研究对象。在流变试验的基础上，对滑带土的流变特性和长期强度进行了研究，建立了应力—应变—时间三者关系的蠕变方程，为滑坡的建模和稳定数值计算奠定力学基础；另外，将前缘崩滑堆积体作为渗流场以及其与应力场耦合分析的工程实例，建立了三峡库区典型的地质—渗流场—应力场三位一体的耦合计算的概化模型，对不同工况下的滑坡的流固耦合作用进行了理论上和数值模拟分析。 总之，滑坡滑带土的流变性以及滑坡渗流场与应力场耦合作用的研究是当前岩土工程和工程地质界研究的热点。本文正是建立在这—内在因素和外在因素分析基础之上，进行了以下主要内容的研究： 1．滑坡区的工程地质特征是研究滑坡的形成、变形、破坏机制的基础，也是建立地质—渗流场—应力场三位一体的耦合计算的概化模型的基本前提。重点研究了黄土坡滑坡区的工程地质条件，以及前缘临江崩滑堆积体的空间组成结构、软弱层的物质成分及物理力学性质等。 2．三峡库区一些滑坡的变形与复活的控制因素在于滑带土的力学特性强度损伤积累和时间效应，这一内在的地质力学机理与外在的地面变形演化过程彼此呼应。因此，影响滑坡稳定性的一个重要因素在于滑动带土的长期蠕变效应。对滑坡滑带土的蠕变特性进行研究并建立适合该滑坡蠕变特性的应力、应变和时间三者关系的方程就显得十分必要。研究了黄土坡滑坡 1＃ 崩滑体 TP3 平硐处的深部滑带土的长期蠕变特性，建立适合该滑坡的蠕变特性的 Buger’s 方程，并对参数进行了无约束非线性回归辨识。基于滑带土的常规试验和蠕变试验研究，得到了瞬时强度与残余强度破坏包络线，滑带土的峰值强度包线与长期强度包线。 3．推导了多孔介质饱和-非饱和、稳定-非稳定渗流问题的微分方程以及方程的有限元格式，用有限元分析程序对库水位变化下引起含泥化夹层(软弱带)的斜坡的饱和—非饱和渗流场进行了全面的分析，包括水位波动的动态自由面的变化特征和坡体内孔隙水压力(基质吸力)、体积含水量、稳定性系数等的变化规律，最后应用到黄土坡滑坡前缘的非饱和渗流场的研究中。主要成果有：①库水位上升或是下降，不同水力特征的层状岸坡内在开始前几个时步内总形成一个楔形的非饱和区(位于相对弱透水层与坡面相交部位)和两个渗流自由面。这与Rulon和Freeze(1985)用类似结构砂坡来研究降雨入渗时在坡体内形成的双自由面相似。②岩土体的饱和渗透系数、土水-特征函数以及坡

宇智波带土为啥会变篇二
《三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究》

第24卷第6期　　　 　　　 　岩　　土　　力　　学　　　 　　　Vol.24 No.6 2003年12月　　　　　 　　 　Rock and Soil Mechanics 　 　 Dec. 2003

文章编号：1000－7598－(2003) 02－1007－04

三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究

王 琛1, 胡德金1, 刘浩吾1, 许 强2, 黄润秋2

（ 1. 四川大学 水利水电学院，四川　成都 610065；2. 成都理工大学，四川　成都 610059 ）

摘　要：三峡古滑坡的变形和长期稳定的控制性因素，在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应。为了滑坡建模和稳定数值分析的需要，进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究。并在此基础上，给出了排水条件下粘性土的Mesri蠕变模型，即剪应力-应变关系采用双曲线模型，应变-时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性。 关　键　词：滑动带土；蠕变；三轴排水蠕变试验；Mesri蠕变模型；剪应力-应变-时间关系 中图分类号：TU441 文献标识码：A

Creep tests of sliding zone soils of Xietan landslide in Three Gorges Area

WANG Chen1, HU De-jin1, LIU Hao-wu1, XU Qiang2, HUANG Run-qiu2

( 1.School of Water Resources and Hydropower, Sichuan University, Chengdu 610065, China;

2.Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China )

Abstract: The displacements and long-term stabilization of the old landslides in Three Gorges Area importantly depend on both the decreasing of strength and time-effect of the mechanical characters of sliding zone soils. In order to set up a basis of the further numerical analysis, the drained triaxial compression tests with the constant stress have been carried out. Based on those tests a shear stress-strain-time function, Mesri creep model, in which a hyperbola is adopted for shear stress-strain behaviour and power function for strain-time behaviour , is given.

Key words: sliding zone soils; creep; drained triaxial creep test; Mesri creep model; shear stress-stain-time behaviour

1 前 言

大型滑坡是三峡库区地质灾害的首要问题。滑坡的滑动带土一般是粘土成分占优势的粘性土，其变形与复活的控制性因素在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应，这一内在的地质力学机理与外在的地面变形的演化过程彼此呼应。因此，需开展典型滑坡的滑动带土的流变试验研究，为滑坡的建模及稳定数值计算奠定力学基础。

流变模型分为元件模型、屈服面模型、内时模型和经验模型。其中屈服面模型包含了偏态蠕变规律，较适用于软土 [1]。Mesri[2]根据不排水三轴压缩试验，提出了一个剪应力-应变-时间关系，文献[3]在此基础上考虑了超固结比问题。考虑到古滑坡体的长期稳定性，本文进行了三峡库区泄滩古滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验，并参照偏态蠕变规

律，总结了试验成果，得出了该滑动带土的一个剪应力-应变-时间关系，给出了在排水条件下的Mesri蠕变模型表达式。其中剪应力-应变关系采用双曲线模型，应变-时间关系采用幂函数来描述土体的弹粘塑性。这为泄滩滑坡的长期稳定计算提供了参数，并为该滑坡的长期预测预报奠定基础。

2 滑动带土的三轴蠕变试验

泄滩滑坡体位于湖北省秭归县泄滩乡长江左岸岸坡地带，为一典型的切层古滑坡体，是三峡库区内受到关注的潜在滑坡之一。滑坡体前厚后薄，厚度约为20～45 m，平均厚度为30 m。本次试验土样取自泄滩滑坡勘探平硐，离硐口97 m处，埋深约33 m。根据土工试验规范[4]，确定该土样为硬塑 含砾低液限粘土，其参数见表1。

试验装置采用三轴应力式流变仪，该仪器是由

收稿日期：2002-11-01

基金项目：国家自然科学基金资助（编号：40172096）。

作者简介：王琛，男，1977年生，博士，主要从事岩土工程方面的研究工作。

岩　　土　　力　　学　　　　　　　　　　　　　　 　　　 2003年 1008

表1 滑动带土的物理力学性质指标

Table 1 Physico-mechanical parameters

of sliding zone soils

含水量 /% 14.1

重度 /kN·m 2.21

-3

蠕应变；对三轴排水试验，则该蠕应变为主固结和次固结，或称排水蠕应变。由于影响土体流变特性的因素众多，比如固结比、老化、触变效应和温度等。如果不考虑这些因素，一般来说，蠕应变εc与应力、时间有关，则有εc=f1(σ)f2(t)。其中，f1(σ)和f2(t)分别为应力和时间的函数。如果不考虑瞬时应变εi，令ε0=f1(σ)和G(t)=f2(t)。这样，可以将总应变写成如下形式：

ε=ε0G(t) （1） 3.1 应变-时间关系

时间函数可以选用不同的函数形式，包括幂次关系、对数关系、分数-线性关系和指数关系[6]。由指数关系确定的蠕变方程一般和试验数据吻合欠佳，一般的文献中都使用幂次关系[2,3]。按本次试验结果做拟合分析得知，幂次关系拟合较好，故本文选用幂次式作为应变-时间关系，有：

ε=εr(tr)n （2） 式中 εr为t=tr时的应变。对于试验结果的分析，一般采用tr=1　min作为参考时间，可表示为t1。通过室内试验数据知，lgε-lgt关系一般为直线，n为斜率，本次流变试验的具体参数见表2，其中n取平均值n；Dr为应力水平，R2为拟合直线的相关系数。

表2 二种围压下不同应力水平状态的n值及平均值n Table 2 The value of nand its average value nof different stress levels under two kinds of cell press

围压/ kPa

Dr

200

n

2

孔隙率 饱和度 塑限指数 凝聚力 内摩擦角 /% 0.273

/% 100

/% 20.4

/kPa 37.8

/( º ) 19.6

常规应变式三轴仪改装而成，其样式可参见文献[5]。试验在(22±1)℃下进行，采用分级加载方式，根据围压的大小分成两组，即围压σ3分别为200 kPa和300 kPa。试验过程如下：（1）施加围压σ3直至试样固结；（2）将固结完成后测得的各读数作为三轴流变试验的初始读数，然后施加垂直偏应力q；（3）施加增量荷载后，观测垂直变形及体积变形随时间的变化过程，直到变形达到稳定为止；（4）当两种变形稳定后，再施加下一级荷载，如此反复，直到试样破坏。此次试验历时半年，得出两组有效试验数据。由于试验采用分级加载方式，故根据Boltzmann线性叠加原理，推导出各级剪应力-应变-时间关系，见图1。

应力水平Dr和对应的n值 1 2 3 4 0.198

0.393

0.688

0.984

n 0.109 8

0.123 7 0.120 7 0.094 1 0.100 8 0.109 8 0.240

0.477

0.714

0.951

0.115 3

R 0.977 7 0.983 3 0.984 7 0.993 3 0.109 8 Dr

300

n

2

0.133 7 0.126 2 0.104 6 0.096 6 0.115 3

R 0.986 5 0.985 6 0.992 1 0.983 4 0.115 3

3.2 应力-应变关系

应力-应变关系可以表示为指数关系和双曲线关系，本文采用Konder提出的双曲线型应力-应变方程，来模拟土体在常速率轴向变形条件下的应力-应变特性[3]，即

εr

σ1−σ3= （3）

a+bεr式中 1/b为最大主应力差(σ1−σ3)ult，1/a为初始切线模量，考虑到本次试验为排水蠕变试验，以Ed

(σ−σ3)f

表示，定义破坏比Rf=1，则有

(σ1−σ3)ult

3 剪应力-应变-时间关系

总应变ε由瞬时应变εi和与时间有关的蠕应变εc两部分组成。对三轴不排水试验，后者为不排水

第6期 王琛等：三峡泄滩滑坡体滑动带土的蠕变试验研究 1009

(σ1−σ3)fDr

（4）

Ed1−RfDr

(σ−σ3)

式中 Dr=1为t=tr时的剪切应力水平。

(σ1−σ3)f

εr=

3.3 Mesri蠕变模型

将式（4）带入式（2），得以下Mesri蠕变方程：

(σ1−σ3)f

ε=Ed



Dr1−(R)D

frrr

t

tr

 （5） 

n

当t=tr时，方程（5）可写为

εr(σ1−σ3)f

=DrEd



+(Rf)rεr （6） r

(σ1−σ3)f

可见，和(Rf)r的值，可以直接从Edr

ε

一定时刻tr下的r-εr关系图中获得。这样，此

Dr(σ1−σ3)f

Mesri蠕变模型的三个参数Ed



，

(Rf)r和n r

图2 εrDr−εr关系图

Fig.2 Relationship between εr/Drand εr

表3 Mesri模型参数

Table 3 The parameters of Mesri model

围压/kPa 200 300

(σ1−σ3)f /kPa 226 281

σ1−σ3 Edr0.0035 0.0040

(Rf)r 0.717 0.732

均已知。该模型参数较少，便于整理试验数据和进行

计算。本次流变试验采用tr=1 min作为参考时间，并将此时的应变作为初始蠕应变，得出Mesri蠕变模型 εrDr−εr关系图见图2，参数见表3。由εrDr−εr 良好的线性关系知，此双曲线应力-应变关系可适用于此滑动带土。最后，总结出泄滩古滑坡滑动带土的Mesri蠕变模型在σ3=200 kPa和σ3=300 kPa如下：

Dr

ε=0.003 5t0.109 8 （7）

1−0.717Dr

ε=0.004 0

Dr

t0.115 3 （8）

1−0.732Dr

为了验证该模型的合理性，将表2及表3各参 数代入上式，并取一定的时间变量，得出t=1 min后的模型计算曲线见图3，通过与试验数据的比较可知，二者的基本趋势还是一致的，只是在应力水平Dr较大时，才出现差异。模型计算曲线在蠕变早期比试验曲线小，随着蠕变时间的延长，其应变量比试验曲线有所抬高。在稳定蠕变阶段，由Mesri蠕变模型得出的蠕应变速率要比实际试验得出的蠕应变速率大。可见，该Mesri蠕变模型可以较好地反映粘土蠕变的稳定增长阶段，并较适合稳定增长阶段应变速率较大的粘土。对比文献[7]中上海淤泥质粉质粘土的三轴蠕变数据可知，该滑动带土的流变特性不强，蠕应变速率较小，这可能也是模型曲线的应变速率比试验曲线增长得快的原因。

图3 试验曲线与计算曲线比较图

Fig.3 Comparison between test curves and computed curves

岩　　土　　力　　学　　　　　　　　　　　　　　 　　　 2003年

4 结 论

完成的滑动带土的三轴排水蠕变试验，不排水蠕变试验更加客观地反映了滑坡长期蠕变的实际情况。通过本次流变试验，给出了泄滩古滑坡滑动带土的一个剪应力-应变-时间关系，其中剪应力-应变关系采用双曲线函数，应变-时间关系采用幂函数表示，即给出了排水Mesri蠕变模型。通过试验蠕变曲线和模型曲线的比较可知，该模型比较适用于流变性比较大的粘土，也说明泄滩滑坡体滑动带土的蠕变性较小，稳定蠕变速率不大。由于三峡库区内古滑坡的变形和稳定的控制性因素，在于滑动带土力学特性的强度损伤积累和时间效应，滑动带粘性土的蠕变性将引起古滑坡的位移和变形，所以，该试验为三峡地区滑坡的建模和稳定数值计算奠定了力学基础。其实，影响岩土流变特性的因素众多，例如温度、超固结度、老化和触变效应等[8]，以及Mesri蠕变模型中各参数和σ3的关系，这些方面的问题有待于进一步的研究。

参 考 文 献

[1] 袁静, 龚晓南, 益德清. 岩土流变模型的比较研究[J].

岩石力学与工程学报, 2001, 20(6): 772－779

[2] Mesri G, Rebres-Cordero E, Shields D R, Castro A.

Shear stress-strain-time behaviour of clays[J]. Geotechnique, 1981, 31(4): 537－552.

[3] Lin H D, Wang C C. Stress-strain-time function of clay[J].

Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, America Society of Civil Engineering. 1998, 124 (4): 289－296.

[4] 土工实验规程（SD 128-84）(第一分册)[M]. 北京:

水利电力出版社, 1987.

[5] 詹美礼, 钱家欢, 陈续禄. 软土流变特性试验及流变

模型[J]. 岩土工程学报, 1993, 15(3): 54－62.

[6] 维亚洛夫 C C. 杜余培译. 土力学的流变原理[M].

北京:科学出版社, 1987. [7] 李军世，孙钧. 上海淤泥质粘土的Mesri蠕变模型[J].

土木工程学报, 2001: 34 (6):74－79.

[8] Vaid Y P, Campanella R G. Time-dependent behavior

of undisturbed clay[J]. Journal of Geotechnical Engineering Divison , America Society of Civil Engineering , 1977, 103(7) : 693－709.

第8届全国地基处理学术讨论会征文通知

（第1号）

为了总结、交流地基处理工程勘察、设计计算、施工技术、施工监理、现场监测、施工机械以及理论研究方面的新鲜经验，中国土木工程学会土力学及岩土工程分会地基处理学术委员会定于2004年10月下旬在湖南长沙召开第8届全国地基处理学术讨论会，会议由湖南大学土木工程学院协办。会议期间将举行中国土木工程学会土力学及岩土工程分支地基处理学术委员成立20周年庆祝活动。现将会议论文征集工作有关事项通知如下：

1．征文范围

应征学术论文和工程实录范围：

（1）已有各种地基处理技术新发展；（2）地基处理新技术的开发和应用；（3）地基处理工程勘察技术、设计计算理论、施工工艺及机具、质量检验等方面的新发展；（4）复合地基理论与实践方面的新发展；（5）地基处理其它方面的发展。

2．征文要求

应征论文应未在国内外刊物或论文集上发表过，论文字数请控制在6 000～8 000字（包括图表）。论文字迹要求清楚、端正，图表齐全，并注明作者详细通讯地址及联系电话。

3．征文时间安排

征文截止日期：2004年1月31日。

应征论文将由论文编审委员会决定是否录用。录用论文按要求格式于2004年3月30日前提交（具体要求将在第2号通知中说明）。入选论文将正式出版论文集。

应征论文一式二份请寄：

310027 杭州玉古路浙江大学玉泉校区土木工程学系 俞建霖博士

（中国土木工程学会土力学及岩土工程分会地基处理学术委员会）

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