0.   引言

在人类活动以及极端气候的影响下，古滑坡复活时有发生^[1]。如四川盐源玻璃村一古滑坡，滑带土体强度在地下水和降雨的影响下逐渐削弱，导致抗剪强度降低，从而诱发滑坡复活，造成了重大经济损失^[2]；川西鲜水河呷拉宗古滑坡受断裂活动和降雨的影响发生复活，严重威胁下游大坝和城镇的安全^[3]；再如，2014年，位于美国华盛顿Oso社区的一个古滑坡复活启动，造成数十人伤亡，成为美国历史上滑坡造成的最惨重的案例^[4]。近年来，舟曲地区滑坡^{[5 − 7]}和泥石流^[8]等地质灾害多发，给国家和当地人民造成了严重的经济损失，对基础设施工程的安全使用及人们的生命财产安全构成严重威胁。虽然古滑坡一般处于稳定状态，但在降雨、地震等外部作用下极有可能再次滑动。因此，有必要给出的舟曲地区滑坡滑带土和滑体土的岩体力学参数建议值，从而才能更好地针对古滑坡进行稳定性验算，以采取相应的防治措施。

滑坡体的稳定性分析评价受岩土体强度参数的取值影响较大^{[8 − 11]}。而岩土体强度参数值常通过室内直剪试验和现场剪切试验得出。现如今，通过室内直剪试验对岩土体强度特性有了深入研究^{[12 − 13]}，但其存在诸多不足，比如一般情况下室内直剪试验的试样尺寸较小、剪切面不一定是最薄弱结构面，且会受到运输所带来的原状土样的干扰等^[14]。而现场剪切试验结果更接近实际工况，邢皓枫等^[15]基于现场直剪试验，分别对剪应力与位移、正应力的关系曲线进行分析和总结。张娟等^[16]选取黄土塬开挖平台的非扰动黄土为试样，进行原位直接剪切试验。此外，朱彦鹏等^[17]和邢皓枫等^[15]的团队分别经过大量工程实践，通过使用不同方法获得的抗剪强度参数对边坡进行稳定性分析，均认为现场直剪试验获得的参数更有利于边坡稳定性分析，因此，现场原位直剪试验在舟曲地区堆积层滑坡的治理工程中是十分必要的。但上述研究多是关于黄土边坡土样的试验研究^{[18 − 19]}，目前仍缺乏主要由含砾黏土和碎石土组成的堆积层滑坡现场原位剪切试验，给出舟曲地区堆积层滑坡岩土体的抗剪强度参数建议值迫在眉睫。

综上，本文以舟曲江顶崖堆积层滑坡岩土体为研究对象，通过现场原位剪切试验进一步探索其滑带土和滑体土的剪切特性，以期为类似堆积层滑坡的防治提供依据。

1.   工程概况及滑坡土的主要特性

在降雨、江水冲刷作用下，江顶崖滑坡曾分别于1991年、2007年和2010年发生了三次大规模复活，致使白龙江舟曲段该滑坡附近流域的人民群众的生命财产安全受到严重侵害。2018年7月12日，受连续强降雨作用影响，舟曲县江顶崖古滑坡再次复活^{[20 − 21]}，本次复活滑坡（H1滑坡）为江顶崖古滑坡（H滑坡）中部的复活块体（图1），滑坡呈“长舌形”，纵向长580 m，前、中、后宽度分别约300，190，185 m，滑体平均厚度40～50 m，体积4.80×10⁶～5.50×10⁶ m³，滑坡基本特征见表1，滑坡岩土体物理力学性质参数见表2。本次滑坡前缘滑入白龙江，严重挤压河道，致使原本宽约36 m的江面最窄处仅剩5 m，白龙江上游水位上升7～8 m，导致附近水电站、村落中部分房屋被淹。

图  1  舟曲江顶崖堆积体滑坡

Figure  1.  Landslide of Jiangdingya accumulation in Zhouqu County^[22]

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表  1  滑坡基本特征

Table  1.  Basic characteristics of landslide

编号	类型	规模				主滑 方向 /（°）	前缘 高程 /m	后缘 高程 /m	滑面形态	滑带特征	滑床特征	规模
		长 /m	宽 /m	平均 厚度/m	体积 /（104 m3）
H	堆积层滑坡	1041	350	40.2	1493	221	1241	1593	折线形	炭质板岩碎屑	上部灰岩全风化层， 中下部碎石土	特大型
H1	堆积层滑坡	553	210	26.5	382	225	1241	1418	折线形	黑色含砾黏土	碎石土	大型

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表  2  滑坡岩土体物理力学性质参数

Table  2.  Parameters of physical and mechanical properties of rock and soil mass of landslide

强度指标	滑带土	滑体土
含水率/%	11.85	13.1
天然密度/（g·cm−3）	2.02	1.99
干密度/（g·cm−3）	1.63	1.74
内摩擦角/（°）	16.40	21.8
黏聚力/kPa	6.40	11.3

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复活滑坡的滑体主要由两层土体组成，上部为碎石土，主要呈黄褐色或红褐色，土体组成粒径大小悬殊，局部含1～2 m的大块石，土体结构松散，压实度较低，见图2（a）；下部以灰黑色炭质板岩碎屑为主，岩质较软，极易发生破碎，遇水易崩解，原始成因为断层破碎带物质，见图2（b）。

图  2  滑坡滑体土与滑带土

Figure  2.  Site photo of landslide sliding body soil and sliding zone soil^[22]

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复活滑坡的后缘滑带土主要为灰黑色含砾黏土，土体呈软塑状，含少量细颗粒角砾，断面可见明显擦痕及镜面，含水量高，手可捏成泥状，厚度约0.8 m；在滑坡中前部的灰黑色含砾黏土中，除含角砾外，还含少量碎石，厚度约0.5～1.1 m。

2.   试样制备及试验方案

滑带土和滑体土试验点位均选在江顶崖堆积层滑坡后缘（图3）。滑带土和滑体土现场直剪试验各1组，每组试件共6块。避免表面扰动岩层影响试验结果，在试验点处先挖2.2 m×12 m×1.5 m的试坑，然后在试坑内凿出尺寸为0.5 cm×0.5 cm×0.35 cm的6块试件，试件要求新鲜完整，试件间距不小于试件边长的1.5倍（为方便进行多次直剪试验，预留适宜的空间）。为防止试件在试验过程中发生破坏和便于安装试验仪器设备，在试件上套上专门加工的透明剪切盒，透明剪切盒相比常规的钢筋混凝土养护层更加简便。按照规范要求，用现场滑坡土配合细砂充填土样与剪切盒之间的缝隙至密实。

图  3  直剪试验位置与试验现场

Figure  3.  Direct shear experimental location and test site

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本试验采用平推法进行，根据试件的风化程度和岩体完整性，两组试件分别在100，200，300，400，500，600 kPa的法向荷载下进行水平剪切。其中法向荷载施加于试件中心，方向与预定剪切面垂直，剪切荷载施加方向平行于预定剪切面并通过试件中心。

试验时，首先施加垂直荷载，垂直荷载分4级逐级加载到最大值，且每级间隔5 min，在垂直荷载引起的法向变形达到相对稳定后再施加水平剪切荷载。在施加水平荷载时，按照施加荷载前所预估的最大荷载的8%～10%分级等量地施加，水平荷载施加的间隔时间和垂直荷载相同。直至剪切试验完成，每一级荷载施加前、后都要各测读1次垂直变形量和剪切变形量。试件的垂直变形量和剪切变形量由分别设置在垂直方向及水平方向的百分表量测。百分表的量程为0～100 mm。

3.   滑带土的剪切试验结果及分析

现场剪切试验推力方向与滑坡主滑方向一致。除正应力为500 kPa的试件在加载过程中损坏外，滑带土其余5个试件在剪切过程中的剪应力（τ）-剪切位移（s）曲线见图4。

图  4  现场剪切试验条件下滑带土$ \tau-s $关系曲线

Figure  4.  $ \tau-s $ curves of slide zone soil under field shear test conditions

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试件属于含砾黏土，主要由炭质板岩碎屑挤压揉搓泥化而形成的，土体含水量高。分析图4可知，滑带土试件强度较低，在不同正应力即固结压力下的剪应力-剪切位移关系曲线随正应力的增大，逐渐由应变软化型向硬化型转变。试验初始阶段，随着剪切位移的增加，试件的强度迅速增大，且有效法向应力越大，强度增加越快。直到剪切位移大于2 mm后，正应力较小的试件开始应变软化，剪应力略微减小。正应力较大的试件，随着剪应变的继续增加，剪应力仍然继续增加，但增加幅度明显减小，曲线斜率变缓。究其原因，可能是由试件受荷经历压密-贯通-剪切破坏过程导致。剪切应变较小时，曲线有交叉现象，这与土体的结构性有关。是因为剪应力较弱时，初始结构很紧密，随着初始应力增加，土体发生应变软化，即产生剪胀效应。随着剪切应变的增加，土样的剪应力随正应力的增大呈现递增的关系。

4.   滑体土的剪切试验结果及分析

滑体土的现场剪切试验场地位于滑坡中部，推力方向与滑坡主滑方向一致。现场测试的土体剪切试验如图3所示。滑体土现场剪切试验的剪应力-剪切位移曲线见图5。

图  5  现场剪切试验条件下滑体土$ \tau-s $关系曲线

Figure  5.  $ \tau-s $ curves of slide body soil under field shear test conditions

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试验区滑体土为碎石土，泥土充填，含水率较低，压实度较低。分析图5可知，正应力较大时，与滑带土不同，滑体土的$ \tau-s $关系曲线存在峰值强度，其中正应力为300 kPa、600 kPa的试件存在明显的峰值强度。除正应力为400 kPa的试件，截至破坏剪应力没有明显的峰值现象，近似呈塑性破坏的特征，其余各试件在不同正应力下的剪应力-剪切位移关系曲线均呈先增大后减小的变化趋势。这是因为滑体土的原状土主要是碎石土，其均匀程度等初始状态不一样，对于表现为塑性的滑体土原状土试样，随着剪应力增大，剪应力−剪切位移曲线持续增大或者在初始峰值点之后趋于平缓，且无明显剪应力下降现象，表现为剪切塑性及硬化特征^{[23 − 24]}。在施加剪应力初期，试件具有一定的抗剪能力；随着剪应力的增加，剪切位移逐渐增大，直到达到屈服极限；剪应力继续增加，达到峰值强度开始出现下降。试样的正应力越大，应变软化表现得越明显。正应力较小时，滑体土的剪应力-剪切位移曲线与滑带土的相似，试样的峰值强度与残余强度相差不大，达到峰值强度后，曲线缓慢下降，试样的破坏属于塑性破坏。另外，剪切试验中试件在正应力的作用下抗剪强度得到一定的提高，但是由于碎石土的非均质性，导致试件的剪应力-剪切位移曲线产生明显不规则的变化。而由于滑带土试件属于含砾黏土，致密，故其$ \tau-s $关系曲线变化较为规则。

5.   滑带土与滑体土强度参数取值

根据现场剪切试验数据整理分析，绘制出滑带土试样及滑体土试样的剪应力（τ）-正应力（σ）关系曲线（抗剪峰值强度），见图6。分析图6可知，相同正应力下，试验区滑体土的抗剪峰值强度整体高于滑带土的抗剪峰值强度，这与滑带土的土质特性及含水率密切相关，含水率通过内聚力和内摩擦角控制峰值的抗剪强度大小^[25]，在进行滑坡处理时应特别注意。

图  6  现场试验试样的τ-σ关系曲线

Figure  6.  τ-σ relationship curve of field test specimens

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运用最小二乘法对曲线进行拟合，剪应力-正应力关系曲线近似呈直线。6个滑带土试样基本沿预剪面剪断破坏，用最小二乘法拟合出τ-σ关系曲线具有较高的相关性，得到峰值强度参数为φ=24.4°，c=30.9 kPa；滑体土组的6个试样也基本沿预剪面剪断破坏，用最小二乘法拟合出τ-σ关系曲线具有较高的相关性，得到峰值强度参数为φ=19.7°，c=14.7 kPa。同理，可得到滑体土试件残余强度指标。两种试样的抗剪强度指标见表3。

表  3  抗剪强度参数

Table  3.  Shear strength parameters

试验 类型	试件类型	抗剪峰值强度				残余强度
		c/kPa	φ/（°）			c/kPa	φ/（°）
现场 试验	滑带土	14.7	19.7			—	—
	滑体土	30.9	24.4			15.8	23.9

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试样的抗剪强度与法向压力的大小有关，随着法向压力的增大，峰值强度与残余强度均增大。分析表2、图6可知，残余强度较峰值强度有一定衰减。

同为舟曲地区的泄流坡滑坡具有与江顶崖古滑坡类似的岩土体，因此，泄流坡滑坡岩土体的残余抗剪强度值可以作为江顶崖古滑坡岩土体参数工程类比的依据，根据《舟曲县南峪乡江顶崖滑坡灾害应急治理工程勘察报告》^[22]，给出表4所示江顶崖滑坡滑体土及滑带土的工程类比值综合取值表。对比分析表3、表4可知，滑体土的抗剪峰值强度参数为φ=24.4°，c=30.9 kPa，滑体土的残余强度参数为φ=23.9°，c=15.8 kPa，泄流坡滑体土的天然残余强度参数为φ=18.2°～24.6°，c=10.2～12.4 kPa。相比于滑体土的抗剪峰值强度参数，其残余强度参数与工程类比值得到的参数更加接近且相差无几。

表  4  工程类比值综合取值表

Table  4.  Comprehensive values of engineering ratio^[16]

试件类型	状态	强度指标	工程类比值
			泄流坡（残剪）
滑带土	天然	c/kPa	7.0～8.4
		φ/（°）	14.8～15.4
	饱和	c/kPa	5.3～6.7
		φ/（°）	12.1～13.3
滑体土	天然	c/kPa	10.2～12.4
		φ/（°）	18.2～24.6
	饱和	c/kPa	7.3～10.1
		φ/（°）	16.9～22.8

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因此，综合现场原位剪切试验和工程类比值综合取值的结果，给出的舟曲江顶崖堆积层滑坡滑带土和滑体土的岩体力学参数建议值为：滑带土黏聚力7.0～14.8 kPa，内摩擦角15.0°～17.5°；滑体土黏聚力15.8～30.9 kPa，内摩擦角23.9°～24.4°。

6.   结 论

（1）滑带土剪切应变较小时，剪应力-剪切位移关系曲线有交叉现象，随着剪切应变的增加，土样的剪应力随正应力的增大呈现递增关系。

（2）正应力较小时，滑体土的剪应力-剪切位移曲线与滑带土的相似。滑体土正应力越大，应变软化表现的越明显。滑体土峰值强度与残余强度相差不大。

（3）滑坡土样的抗剪强度与法向压力的大小有关，随着法向压力的增大，峰值强度与残余强度均有不同程度的增大。

（4）滑体土的残余强度较峰值强度虽有一定衰减，但主要表现为黏聚力的减弱，其内摩擦角几乎没有变化，是因为在滑体土发生剪切后，滑带土中的胶结物被破坏，胶结作用减弱。

（5）综合现场原位剪切试验和工程类比值综合取值的结果，给出的舟曲江顶崖堆积层滑坡滑带土和滑体土的岩体力学参数建议值为：滑带土黏聚力7.0～14.8 kPa，内摩擦角15.0°～17.5°；滑体土黏聚力15.8～30.9 kPa，内摩擦角23.9°～24.4°。