Analysis of a progressive slope failure in the Xiangjiaba reservoir area,Southwest China

The rehabilitation construction in the reservoir area of Xiangjiaba hydropower station in Southwest China has caused many landslides. A shallow progressive failure that occurred on the resettlement site of Xin’an Town of Pingshan County in Sichuan Province was selected as a case study. This landslide occurred in a long and gently inclined area by slope excavation under rainfall conditions. It is about 3.0 m deep with a total length of 35 m and is composed of some subfailures. Undisturbed samples were retrieved, on which the basic properties, shear strength, expansive potential, mineral compositions, and microstructures were tested and analyzed. The results show (1) the landsliding materials belong to medium expansive soil, consisting of the clay minerals of illite–smectite (I/S) and chlorite–smectite (C/S); (2) shear strength of the soil is sensitive to water, which greatly decreases once saturated; and (3) many fractures and relatively large pores are developed in the soils. Back analysis of the landslide shows that the shear strength at failure is less than the residual shear strength obtained from lab tests, indicating that some processes contributing to the slope failure could not be reflected by the shear box test. Based on the above analysis, the progressive process of the slope failure was interpreted, and it is inferred that the rainfall entered into the slope mainly through fractures and relatively large pores in the soil. It caused not only the great decrease in soil strength but also the swelling trend. The latter one would lead to growth, interaction, and coalescence of the fractures. Soon after, these fractures formed the shear planes (zones), which further decreased the resistance of the landslide. Under these favorable conditions, the slope excavation directly triggered the failure.     

锁儿头滑坡滑带土不同含水率大剪试验研究

锁儿头滑坡属特大型断层破碎带滑坡。该滑坡滑带土主要由强风化的中、上志留统千枚岩、板岩等构成,滑带土中粒径大于2 mm的颗粒含量约为30%,在滑带土颗粒组成中占有重要地位,其强度特征对滑坡体的稳定性分析具有重要影 响。为此,利用室内大型直剪仪对不同含水率下锁儿头滑坡滑带土的剪切特性进行试验研究,结果表明,在控制干密度为1.7 g/cm3情况下,不同含水率滑带土试样的剪应力-应变关系均呈现出弱应变硬化特征,而且法向压力越大,应变硬化特征越明显;在剪应变ε为10%时,相同含水率下滑带土剪切模量G0.1随法向压力的增大而增大,同一法向压力下的剪切模量G0.1与含水率间呈负线性相关关系;利用邓肯-张双曲线模型对锁儿头滑坡滑带土不同含水率下大剪试验剪应力-应变关系进行数据拟合,拟合效果良好,但该模型不能反映土的应变软化性质。     

基于非饱和渗流的水库库岸滑坡稳定性计算

三峡水库蓄水后,库水位涨落和降雨入渗是导致滑坡的主要因素。本文以秭归县下土地岭滑坡为例,在一个水文年内根据库区水位调控方案并考虑库区降雨情况,运用非饱和土力学的渗流和抗剪强度理论,对滑坡稳定性进行了分析,得出在库水位涨落和降雨条件下滑坡渗流和稳定性的变化规律,对库区滑坡稳定性评价和治理有一定的指导作用。     

库岸深层老滑坡间歇性复活的动力学机制研究

库岸深层老滑坡在季节性降雨和周期性库水位变动联合作用下往往表现出间歇性复活特征。在这一复活过程中,滑动期与间歇期交替出现,滑带土经历不同速率的剪切和不同时长的固结。从滑动期内残余强度的剪切速率效应、间歇期内峰值抗剪强度的恢复特征以及间歇期过渡到滑动期的孔隙水压力触发过程3个方面着手,建立了描述库岸深层老滑坡间歇性复活的动力学方程。塘角村1号滑坡滑带土试样的环剪试验结果显示：残余强度在较小速率范围内表现出负速率效应,而当剪切速率达到一定值后残余强度不再减小,且有微弱增长趋势;峰值强度在短时间内有较明显的恢复,但在较小位移后衰减至残余强度;孔隙水压力触发剪切破坏的发生滞后于所施加的水压力,这一滞后过程为孔隙水压力的扩散过程。基于试验成果,根据所建立的动力学方程,对库岸深层老滑坡间歇性复活的动力学机制进行了讨论,从而为此类滑坡的预测和防灾减灾提供有价值的参考。     

百色重塑膨胀土抗剪强度的试验研究

通过对不同初始含水率、不同干密度下百色重塑膨胀土直剪试验,研究了百色击实重塑膨胀土在不同垂直压力下的峰值强度和残余强度,分析了其抗剪强度的作用机制。研究表明：随着干密度的增加,土体的峰值强度增大,残余强度变化不大;随着上覆荷载的增加,土体的抗剪强度明显增加,表明物理处治技术填筑膨胀土路堤能保证其强度和稳定性;干密度对重塑膨胀土的峰值强度影响较大,而对残余强度影响很小;重塑膨胀土的残余强度与它的结构、应力历史、起始含水率没有关系,而只取决于黏土颗粒的形态、大小、含量和矿物成分等因素。     

冲击荷载作用下结构性软黏土力学特性试验研究

冲击荷载作用对土体力学特性影响较大,为了研究此特性,基于天津滨海结构性软黏土,以空心圆柱扭剪仪模拟冲击荷载作用,并在冲击荷载作用前后对土体进行不固结不排水三轴试验,对比研究不同试验条件下结构性软黏土力学特性。试验结果表明:低围压常规三轴剪切试验状态下,土体表现出弱应变软化现象,且土体抗剪强度包线不能用直线表示,而是可由两条直线近似拟合而成;冲击荷载作用时,在一定应力范围内,冲击荷载越大,土体轴向应变、孔隙压力以及主应力差峰值也越大;冲击荷载作用后三轴剪切试验各围压下土体都呈应变硬化型,主应力差峰值均大幅减小,且土体抗剪强度包线均可用直线表示,c、φ值也远小于未受冲击荷载时三轴剪切试验相应数值。最后,总结分析冲击荷载作用对软黏土强度的影响,并拟合得到强度折减与围压、冲击荷载的关系,为实际工程中承受冲击荷载的结构性软黏土强度确定提供参考。     

黄土-基岩滑坡滑带土特性及其演化过程

滑坡的演化过程伴随着滑带的形成,故滑带土的物理力学特性在一定程度上决定着滑坡的形成机理和活动趋势。选取延安丁家沟滑坡滑带土为研究对象,通过X射线衍射、电镜扫描、室内实验等手段,对其矿物成分、微观结构、物理特性和力学特性进行研究。结果表明:不同部位滑带土的性质差异明显,前缘滑带土的含水率、天然密度、干密度、黏土矿物、界限含水率以及粒径分布分维值均明显高于后部滑带土;前缘滑带土在任一法向应力作用下均表现为应变软化的剪切特性,而后缘滑带土在低法向应力水平下表现为弱应变软化,在高应力水平下表现为应变稳定。通过前后缘滑带土物理力学特性差异,总结出此类滑坡演化阶段为后缘剪切面形成→剪切面扩展→滑带贯通。      

根据参数反演结果分析非饱和黄土边坡破坏机理

边坡的变形破坏本质上有两方面的因素控制,(1)开挖或堆载引起斜坡内应力的重分布; (2)地表水渗入或地下水变动引起其抗剪强度的变化。大部分黄土路堑边坡位于地下水位以上,斜坡开挖以后,应力不再改变。 如果不是在人工灌溉区,其破坏大多可归结为降雨入渗引起的黄土抗剪强度的降低。对于非饱和黄土来讲,其孔隙水压力为负值,传统的Terzaghi有效应力原理不适用于Mohr-Coulomb抗剪强度公式,而Bishop的非饱和土有效应力公式中参数测定周期很长,技术还不是很成熟,目前在实际工程中应用还不现实。如何基于目前常规的测试方法,合理地确定边坡抗剪强度参数,是值得研究的问题。本文对局部发生滑坡的山西吉家塬黄土路堑51.6m高边坡,采用Bishop法反演边坡c、值; 取边坡上的黄土样,测了不同含水率试样的直接快剪强度参数。将试验结果与反演结果对比发现,含水量在接近土样塑限时的直接快剪试验结果与反演结果较为接近。塑限是土的一个状态界限指标,即固态到塑态含水量的界限值。土由固态进入塑态,土强度显著降低,此时最容易发生变形破坏,这符合土体稠度状态和强度变化的本质。因此建议在黄土边坡设计中,一般可取塑限含水量下的直接快剪强度指标作为边坡稳定性评价的指标。     

超固结黏土单调和耦合循环的剪切特性研究

针对超固结黏土空心试样,利用土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪,在均等固结条件下进行了单调扭剪和三轴-扭转耦合循环剪切试验。试验结果表明：不同超固结比黏土的单调扭剪强度也可由正常固结黏土的单调扭剪强度得到,得到了不同超固结比下饱和黏土的强度及模量的退化规律;随着超固结比的增大,相同破坏循环次数的动应力比和临界循环应力比均线性增大;超固结比对耦合循环剪切的孔隙水压力的发展模式影响显著。参考Yasuhara的测量方法,采用荷载停止后继续采集孔压的方法可以更好地反映黏土在耦合循环荷载下产生的真实孔压和孔压的增长情况。提出的综合应变式同时考虑了剪切变化和正向偏差变形的共同效应,适合作为主应力连续旋转的耦合循环剪切试验的破坏标准。     

粉质黏土强度指标的水化学敏感性研究

通过对重塑粉质黏土的液、塑限和固结慢速直剪试验,探讨了粉质黏土液限、塑性指数及抗剪强度与不同浓度NaCl孔隙溶液的关系。试验结果表明,随着孔隙溶液浓度增加,液限随之减小,塑性指数表现出粉土的性质;不同竖向正应力下的强度随浓度变化表现出较大的差异,正应力较低时,强度不断减小,而正应力较高时,则强度不断增大,正应力介于二者之间强度则先降后升;内摩擦角随浓度增加而增大,最终趋于稳定;黏聚力先迅速减小后逐渐回升,且均为负值。其性质变化主要是因为扩散双电层、颗粒间作用力以及孔隙比发生了改变。基于Terzaghi的有效应力原理,对饱和粉质黏土固结慢速直剪试验测得的负值黏聚力进行了分析和讨论,认为渗透压力对黏聚力起了非常重要的作用,从而使黏聚力成为负值。     

黏粒含量对磁县段膨胀土抗剪强度影响的试验研究

利用电动应变控制式直剪仪及直剪/残余剪切试验仪对南水北调磁县段不同黏粒含量的原状膨胀土进行快剪、饱和快剪、饱和固结快剪和反复直剪试验,研究黏粒含量对其抗剪强度的影响。研究表明:饱和后试样的抗剪强度明显降低,固结后强度提高,且饱和作用对黏粒含量较大的中膨胀土强度的削弱作用更为显著,固结作用对黏粒含量较小的弱膨胀土强度的治愈作用更显著; 随黏粒含量的增大,黏聚力逐渐减小,内摩擦角则先减后增,其临界值在32%左右; 峰值强度后的抗剪强度降低幅度随黏粒含量的增加而增大; 土体的峰值强度f随黏粒含量则先减后增,变化趋势比较平缓; 残余强度r随黏粒含量增加逐渐减小,成指数关系; 残余强度内摩擦角r与黏粒含量成对数关系,黏聚力cr则比较离散。     

蒋家沟砾石土不同粗粒含量直剪强度特征

蒋家沟流域内大量泥石流由滑坡引发,滑坡转化为泥石流的3个过程中,首先是在斜坡体内大范围剪切破坏。在其物源区与沉积区内分布大量砾石土,其强度特征对于蒋家沟泥石流的起动机制具有重要意义。由于砾石土颗粒粗大,粗细粒配比和试验尺寸对强度特征有一定的影响。为此在室内现场两用大型直剪仪下进行蒋家沟砾石土不同粗粒含量下的直剪强度试验,结果表明：在干密度为2.0 g/cm3、含水率为7 %时,砾石土除在粗粒含量为74.31 %的低垂直压力（50,100 kPa）时剪应力-水平位移关系有峰值外,其余土样没有明显峰值;同一粗粒含量试样在水平剪切应变值为0.02时的剪切模量 随垂直压力增加而增大;在相同垂直压力下, 随粗粒含量增加而增大,且在较低垂直压力下的 随粗粒含量增长更为显著。内摩擦角值随粗粒含量增加而增大;黏聚力在粗粒含量为48.7 %时最小。粗粒含量小于 48.7 %时,试样黏聚力值随粗粒含量增大而减小;当粗粒含量大于48.7 %时,黏聚力随粗粒含量增加而显著增大。     

水对三峡库区滑带（体）土直剪强度参数的弱化规律研究

通过对三峡库区典型滑带不同状态的原位直剪对比试验,研究了粘土、粉质粘土及土石混合体三类滑带（体）土在不同含水状态下的直剪强度参数及c,φ值随含水率的变化规律。在大量的数据基础上建立了滑带（体）土c,φ值与含水率之间的经验关系,分析了水对不同性质的滑带（体）土的作用机理,得出了蓄水或者含水率变化后滑带（体）土c,φ值的经验公式,量化了含水率变化（水位涨落）对直剪强度参数的弱化程度。     

含水率对滑带土强度参数的影响

滑带土是滑坡体的重要组成部分,滑带土的强度特征对于边坡稳定具有重要的控制作用。三峡库区的黄土坡滑坡因常年经受库水位变化与降雨的影响,滑带土的含水率总是处于不断变化的过程中,因而对其强度参数产生了较大的影响。针对这一问题,在三峡库区黄土坡临江二号滑坡上采集了滑带土样,对不同含水率下的滑带土进行了不排水快剪试验。试验结果显示:含水率的变化对滑带土的抗剪强度影响较为敏感;试验数据拟合发现,滑带土的黏聚力C及内摩擦角φ均随含水率增大近似呈线性减小,且φ值降低的线性规律更趋明显。      

Mechanism of the Anlesi landslide in the Three Gorges Reservoir, China

Many gentle dip translational rock slides have taken place in the Three Gorges Reservoir, China. In order to study the mechanism of these translational rock slides, the authors use the Anlesi landslide as a typical case study to investigate in detail. Field investigations show that the slip zones of the Anlesi landslide were formed from a white mudstone in Jurassic red strata. X-ray diffraction and infrared ray analysis showed that the main mineral components of the slip zones are montmorillonite, illite, feldspar and quartz. Laboratory tests indicate that the slip zone soils are silty clay, of medium-swelling potential, the shear strength decreasing significantly as the slip zone attracts water and saturates.The main factors contributing to the Anlesi landslide are recent tectonic activity, incompetent beds, and intensive rainfall. Recent tectonic activity had caused shear failure along the incompetent beds, and joints within the sandstone. With the effect of intensive rainfall, water percolates to the incompetent beds along tectonic fissures, resulting in swelling of the soil material and high groundwater pressures within fissures in the strata. As a consequence, the Anlesi slope is prone to slide along these incompetent beds.Flac3D software was used to simulate the mechanism of the Anlesi landslide considering the rheological properties of soil and rock. The simulation results demonstrate that the stress, displacement and failure area changes with simulated creep time. The maximum displacement in the X direction reaches 7.59 m after 200-year simulated creep. Therefore, the mechanism of the Anlesi landslide can be illustrated considering the rheological properties of Jurassic red strata.     

考虑非饱和土基质吸力的丁家坡滑坡变形机制及稳定性评价

丁家坡滑坡位于云阳县黄石镇中湾村,对拟建的云阳—开州（云开）高速公路安全具有潜在的威胁。为了查明丁家坡滑坡特征,开展了野外工程地质测绘、钻探与试验测试,采用Geo-studio完全耦合计算模式分析了不同降雨工况下滑坡渗流场、应力场、位移场的变化,考察了基质吸力在滑坡稳定性评价中的作用,并计算了不同降雨历时、降雨强度下滑坡的稳定性系数。结果表明：（1）丁家坡滑坡的斜坡地形、松散的岩性、潜在的临空面等因素决定了滑坡的形成与发育,坡体渗透性较好,降雨作用激励滑坡的变形,目前该滑坡处于蠕滑阶段;（2）降雨入渗后,坡体孔隙水压力增加,基质吸力减小,有效应力和抗剪强度降低,在土-岩界面形成剪应力集中,产生应变和位移,滑坡变形破坏;（3）高强度短历时的降雨使坡体浅层迅速饱和,易形成浅层滑,低强度长历时的降雨使坡体浸润较深,易造成深部滑动,其潜在滑动面主要为土-岩界面;（4）在非饱和状态下土体基质吸力对滑坡的稳定性具有重要影响;（5）目前滑坡处于基本稳定状态,一旦发生降雨,滑坡稳定性将降低,降雨历时越久、降雨强度越大,滑坡越易失稳。相对于滑坡Ⅱ区,滑坡Ⅰ区对云开高速公路安全的影响更大,应该重点对滑坡Ⅰ...     

Anisotropic viscoplastic modeling of rate‐dependent behavior of clay

The objective of this study is to derive an effective stress‐based constitutive law capable of predicting rate‐dependent stress–strain, stress path and undrained shear strength and creep behavior. The flow rule used in the MIT‐E3 model and viscoplasticity theory is employed in the derivation. The model adopts the yield surface capable of representing the yield behavior of the Taipei silty clay and assumes that it is initially symmetric about the K₀‐line. A method is then developed to compute the gyration and expansion of the loading surface to simulate the anisotropic behavior due to the principal stress rotation after shear. There are 11 parameters required for the model to describe the soil behavior and six of them are exactly the same as those used in the Modified Cam‐clay model. The five additional parameters can be obtained by parametric studies or conventional soil tests, such as consolidation tests, triaxial compression and extension tests. Finally, verification of the model for the anisotropic behavior, creep behavior and the rate‐dependent undrained stress–strain and shear strength of the Taipei silty clay is conducted. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Stability analysis of an ancient landslide considering shear strength reduction behavior of slip zone soil

In this paper, the stability of an ancient landslide during the first impounding of a nearby reservoir is investigated through the analyses of the shear strength reduction behavior of slip zone soil. In view of the experimental observations, an empirical strain-dependent soil model is established and is then incorporated in finite element analyses. The numerical analysis results show that the failing sections progressively develop due to the soil strength declines from peak toward residual, and the shear zone propagates within the front slope. It is demonstrated in the numerical results that the toe weighting measure has a significant effect on restraining the shear displacements of the soils and preventing the progressive failure of the landslide. The field observations further confirmed the stability condition of the reinforced landslide.     

非饱和红粘土和膨胀土抗剪强度的比较研究

红粘土是对环境湿热变化敏感的塑性粘土,具有一般膨胀土吸水膨胀失水收缩的特性。与普通粘性土相比,红粘土与膨胀土的强度特性更为复杂。它既是土体抵抗剪切破坏能力的表征,也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性以及支挡构筑物土压力的重要参数。通过试验研究讨论了红粘土与膨胀土的强度特性以及与一般粘性土的差别及其各种影响因素,并探讨了非饱和红粘土与膨胀土的抗剪强度指标与含水量之间的相关关系。试验结果表明,红粘土与一般膨胀土的吸水膨胀规律完全相同。其试验结果可为红粘土与膨胀土地区工程设计与建设提供参考依据。     

基于动态残余强度的不同含水率条件下滑坡稳定性研究

长时降雨会引起斜坡发生累进性破坏,在此过程中,滑带土将随含水率的变化达到不同含水状态下的残余强度。传统应变软化模型不能准确表达这一变化过程中滑带土残余强度的动态特征, 而引入动态残余强度的应变软化模型能更加真实地模拟含水率变化时滑坡稳定性的发展。基于此,文章对四川中江县垮梁子滑坡开展了野外调查工作,通过现场竖井获取滑带土,采用环剪试验研究了滑带土力学参数与含水率的关系,在此基础上建立了基于动态残余强度的应变软化模型,模拟了垮梁子滑坡在滑带土处于不同含水率阶段的发展情况。结果表明:含水率的增加使得滑带土抗剪性能显著衰减,峰值及残余抗剪强度呈近乎线性降低,残余强度参数则表现出三次函数型衰减特征。应用基于残余强度参数衰减规律建立的应变软化模型模拟了垮梁子滑坡的变形破坏过程,结果表明在滑带土含水率低于20%时,斜坡仅在前缘局部产生塑性区;当含水率达到22%时,斜坡中上部开始产生塑性区及未贯通滑动面;当含水率达到24%时,塑性区趋于贯通,滑坡进入加速变形状态,并于坡表产生张拉裂缝;当含水率达到26%时,滑坡处于失稳状态,坡表张拉塑性区及破坏面的发展与滑坡现状破坏特征高度吻合。该成果可为相关滑坡的稳定性研究提供一定的理论依据。