花岗岩残积土开挖边坡的工程特性
宁海县某地花岗岩风化残积层的工程地质特征
碎石或碎块状 破碎&较破碎
强&中风化 过渡带
钻进缓慢 须金刚石
灰白色 柱状为主
完整
中风化状
钻进缓慢 须金刚石
2,
厚度(-
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较大
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境限制$本次仅进行了单孔波速和动探"标贯#试验$ 但仍反映了花岗岩残积土和风化层在垂向上的分带
切'扁铲'侧胀等!由于勘察经费和钻探市场低端环 特征$见表!!
表(!花岗岩残积土及风化层垂向分带特征据原位试验成果
分带 分层
岩性
标贯(击
动探(击 平均动探(击 剪切波速( 平均剪切波速(
"-+.:##
"-+.:##
钻进快
褐黄夹灰白
中密状
土质
含黏性土砾砂 原岩结构模糊
土质不均 成分杂
钻进快 有响声
灰褐'灰白
中&密实状 砾砂'角砾
原岩结构明显
土质不均 球状风化多
钻进较快
肉红色
中风化孤石 块状'柱状
完整
强&中风化状 钻进缓慢
"孤石#
须金刚石
灰褐'灰白
大理市挖色镇某全风化花岗岩边坡稳定性分析
大理市挖色镇某全风化花岗岩边坡稳定性分析摘要：我国为山地灾害多发国家，边坡失稳滑塌又是常见的地质灾害。
因此，分析边坡稳定性与变形破坏模式，为防治工程设计提供可靠地质条件依据，可以有效规避地质灾害风险，对保护群众的生命财产安全具有重要意义。
花岗岩岩质边坡较少见，偶见于交通道路建设及居民建房切坡，本文以大理市某地居民区边坡为例，旨在初探全风化花岗岩边坡的变形破坏特征，通过查明边坡的范围、地形地貌、规模、形态、地质背景、工程地质条件，给出合理可行的治理工程建议。
关键词：工程地质；边坡；稳定性；花岗岩；地质灾害引言大理市挖色镇位于洱海西岸，区内地形以山地为主，属中低山构造剥蚀地貌，地质环境较为薄弱，地质灾害发育。
本项目位于挖色镇大城村东北侧，早年前由于坡体坍塌，形成了不稳定的高陡坡体。
受近年来雨季降雨偏多的影响，坡体中部出现垮塌，村民房屋不同程度受损，危及多户居民的生命财产安全。
一、边坡地质条件1.1边坡分布概况边坡前缘为高陡临空面，后缘为斜坡上方平台边界，可见少量下挫陡坎，后方平台居民房屋未见明显变形。
该边坡横向宽约75m，纵向长约10m。
前缘坡脚高程2009.5m，后缘高程2026.5m，高差约17m，平均坡度约72°，主滑方向346°。
边坡整体陡峻且后缘变形区近坡肩，坡体岩性主要为全风化花岗岩类砂质粘性土，且存在差异风化，边坡中部可见块状强风化～中风化花岗岩孤石。
根据地形、岩性、变形特征各方面特征，预测该边坡进一步可能发育成的灾害为坡体坍塌。
1.2边坡变形特征该处由于早年坡体坍塌，形成了不稳定的高陡坡体。
近年来降雨偏多，雨水冲刷导致坡体中部高陡部位发生滑塌。
根据现场调查，滑塌区长度约为25m，宽度约为8m，滑塌厚度约为1.5m～3.5m，滑塌体积约为600m3，对下部房屋进行挤压，房屋不同程度受损。
1.3坡体的物质组成及空间分布特征坡体主要物质组成为第四系残坡积粉质粘土和全风化花岗岩，坡体中部由于花岗岩差异球状风化特性，可见长约10m，高度约为5m的强风化～中风化花岗岩硬核。
粤西山区花岗岩残坡积层高路堑边坡稳定性分析
道路与桥梁 2020 年 8 月第 17 卷总第 364 期
粤西山区花岗岩残坡积层高路堑边坡稳定性分析
成 聘 （广东云茂高速公路有限公司，广东广州 510507）
摘要 ：随着基础设施建设的发展，花岗岩残坡积层高边坡越来越普遍，边坡的坡体结构类型、变形破坏模式及其稳定性关系到防治
工程的经济性和有效性。文章以云（浮罗定）茂（名信宜）高速公路 K57+020~K57+200 路堑右侧高边坡为研究对象，详细调查了边坡
坡体中有明显的倾向临空面的结构面，这种结构面平 整、光滑、强度低，控制边坡的滑动破坏。 2.2 云茂高速 K57+020~K57+200 坡体结构类型
云茂高速 K57+020~K57+200 路段右侧高边坡设计坡 向 175，设计坡角约 45 °，最大坡高 56 m，边坡分级高度为 10 m，共六级坡，一、二、三级坡率 1∶0.75，四、五、六级 坡率 1∶1，每级平台宽 2 m。其代表断面为 K57+100 处（见 图 1）。
坡体中残存有大小不等、形状各异的微风结构面陡倾（大于边 坡坡角），对边坡的稳定性无法起到控制作用。地下水不发 育，坡体较为稳定。 2 .1.2 欠稳定的坡体结构
坡体为全、强风化，风化程度较深，土质较均匀，无 外倾结构面。如遇长时间大雨，则坡体表面强度显著降低。 2.1.3 不稳定的坡体结构
高边坡区内未发现活动性断裂带通过。根据《中国地 震动参数区划图》（GB18306-2015），高边坡区位于基本烈 度Ⅶ度区内，设计基本地震加速度峰值 0.15 g。边坡坡体 中地下水量不大，主要是基岩裂隙水，为大气降水补给。
2 高边坡的坡体结构类型 2.1 花岗岩残坡积层高边坡坡体结构分类 2.1.1 稳定的坡体结构
(整理)花岗岩残积土路基的施工实践
花岗岩残积土路基的施工实践郭军强广东省基础工程公司广州（510620）【摘要】本文着重分析了花岗岩残积土路基施工中出现的边坡坍塌、滑坡及水土流失现象和路基填筑时出现的软弹现象，并列举了一些花岗岩残积土路基施工成功的实例。
【关键词】花岗岩残积土路基施工含水量崩塌软弹排水1、概述公路建设难免会遇到各种各样的不良地质，花岗岩地区的风化残积土属特殊性岩土，主要表现为吸水能力强，有湿陷性、随着含水量增大其抗剪强度下降很大，在地震和重力等因素影响下，发生强烈的崩塌、滑坡等。
由于组成物质松散，易受水流冲刷造成水土流失，促使耕地破坏和水库淤塞。
在此地区特别是山区进行公路施工，要注意这些特点。
由于花岗岩残积土山坡在没有开挖之前，工程力学性质较好，在设计时往往较少考虑施工过程中施工条件变化，从而在施工中容易出现不良后果。
2、花岗岩残积土的工程特性广州地区的花岗岩残积土主要为燕山三期花岗岩类岩石在湿热条件下经长期物理、化学作用形成并残留于原地, 主要由石英、长石等粗颗粒矿物和高岭石为主的粘土矿物组成。
其成因(未经搬运和分选)决定了它具有有别于其他土层的特性，该类土强度较高，压缩性中等偏低，具亲水性，呈弱透水性或微透水性，其粒度组成及状态的变化差异，使得反映该类土力学性能的指标变化较大，见表1。
对于路基的设计与施工，重要利用的参数是天然重度、孔隙比、含水量和抗剪强度。
表1一般花岗岩残积土某些试验及测试数据量0～20%)及残积粘性土(不含＞2mm的颗粒)。
含砂量对花岗岩残积土的工程性质有较大的影响，据试验，残积砂质粘性土较残积粘性土较容易压实。
花岗岩在风化作用下，硅酸盐矿物已基本全部分解，可以迁移的元素已析出，形成三价铁、硅、铝的氧化物，残积土因富含铁质而呈红色，这一点在野外比较容易识别。
由于风化及地下水作用，花岗岩残积土的孔隙比一般较大，一般为0.65～0.95，该类土随着细颗粒含量的减少孔隙比增大，但由于其残余结构强度以及胶结作用，其结构性能较好，力学性质并不差，但遇水湿陷、崩解，抗剪强度下降很快。
花岗岩地区开挖条件下岩质高边坡稳定性分析与防治措施建议
图1 人工高边坡区段划分
技术应用
局部垮塌。
边坡岩体存在多个挤压带，呈碎裂状，物理力学性质相差大，在发生圆弧滑动的过程中，岩体下部缺少支撑，会发生局部垮塌。
（4）危岩体滚落。
危岩体自然状态欠稳定，下部碎屑状岩体被掏空后，危岩体发生滚落。
四、边坡稳定性分析
边坡稳定性影响因素
（1）地层岩性
治理区处于南偏北的单斜构造中，中风化岩层存在多组外倾软弱结构面，呈张开状，中粗砂、泥质充填，颗粒治工程等级为Ⅰ级。
五、边坡防治措施建议
图3 J区边坡沿优势结构面滑动计算成果简图
①-坡积土层；②-中风化花岗片麻岩层图2 J区边坡圆弧滑动计算成果简图。
干湿循环效应下花岗岩残积土边坡土体工程特性及稳定性分析
干湿循环效应下花岗岩残积土边坡土体工程特性及稳定性分析摘要：本文以广泛应用的花岗岩残积土边坡为探究对象，通过野外调查和室内试验，分析了干湿循环效应对花岗岩残积土边坡土体的工程特性和稳定性的影响。
探究结果表明，干湿循环过程中土体重度、黏土含量和细颗粒含量等因素对土体稳定性有着显著影响，同时还发现了循环湿度和循环次数与花岗岩残积土边坡土体抗剪强度和抗滑稳定性的负相关干系。
结合本探究结果，提出了针对花岗岩残积土边坡的设计和构造建议。
关键词：花岗岩残积土；边坡土体；干湿循环效应；工程特性；稳定性分析概述随着我国城市化进程的加快和人民生活水平的提高，山区的开发和建设日趋活跃。
然而，山区地质条件艰苦，其地质灾难风险也相对较高。
特殊是花岗岩残积土边坡，由于其物理特性复杂、分布范围广泛，以及地处人类活动频繁的区域，因此引起了广泛关注。
在自然环境下，花岗岩残积土边坡易发生干湿循环效应。
干湿循环过程中，土体的力学性质、物理性质和水文性质等均会发生变化。
这些变化将对土体的稳定性产生重要影响，从而导致边坡灾难发生。
因此，对花岗岩残积土边坡干湿循环效应下的工程特性和稳定性进行探究具有重要意义和现实价值。
本文接受野外调查和室内试验相结合的探究方法，分析了花岗岩残积土边坡干湿循环效应下土体的力学、水文和物理性质等方面的变化，探讨了循环湿度、循环次数、土体重度、黏土含量和细颗粒含量对土体稳定性的影响，最终得出了有关花岗岩残积土边坡设计和施工的建议。
材料与方法2.1 试验土样来源本次试验选取了四个花岗岩残积土边坡作为试验样本。
这些样本位于不同的区域，包括城市、村落和山区。
试验土样经过野外调查，按照工程需求实行了适当的处理和加固，确保样本的均一性和可靠性。
2.2 试验方法起首对试验样本进行灌注，使土样的含水量达到最大值。
接着，将土样放置在不同的干燥条件下，测量土样的重量和体积。
在土样干燥后，进行三轴试验，测量土样的抗剪强度和抗滑稳定性。
广东地区花岗岩风化残积土路堑边坡的冲刷稳定性模糊评价
第 1 期
汪益敏 等 : 广东地区花岗岩风化残积土路堑边坡的冲刷稳定性模糊评价
分 ,其每一指标对边坡冲刷稳定性的贡献大小不一 , 因此 ,应给予每一指标赋予不同的权重 . 本文采用多 位专家打分法对评价因素的权重进行赋值 .
( 2)总目标的 p 位专家或评价者的个人评价结果
( u14) 、 加州承载比 ( u15) 、 收缩系数 ( u16)
评价指标 场降雨量 ( u1) 、 30 min 降雨强度 ( u2) 、 降雨
213 评价指标权重
由于影响路基边坡冲刷稳定性因素有主次之
坡面防护措施 ( U4)
植被覆盖度 ( u17) 、 圬工防护情况 ( u18)
28
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211 评价指标
综合前人的研究成果 [7～10 ] , 可以认为影响路堑 边坡冲刷稳定性的主要因素有 : 降雨特征 、 边坡形态 特征 、 边坡土层性质 、 坡面防护措施等 . 这些影响因 素可以进一步采用定量或定性指标加以表示 , 选取 的评价指标共 18 个 ,具体见表 3.
表 3 路堑边坡冲刷稳定影响因素及其评价指标
示 α 的转置矩阵 .
( 4)根据 G 所属范围 , 判断边坡的冲刷稳定性 .
从安全角度考虑 , 根据 G 的范围可将边坡冲刷 稳定性划分为 G ≤013 , 很稳定 ; G ∈( 013 , 015 ) , 稳 定 ; G ∈( 015 , 017) 较稳定 ; G ∈( 017 , 019) , 不稳定 ; G
15 ～ 36 45 ～ 60 8 ～ 20 4 ～ 11
花岗岩残积土边坡破坏规律研究 地质勘测专业
题目（中文）：花岗岩残积土边坡破坏规律研究（英文）：Study on Failure Law of Granite Residual Soil Slope摘要目前我国对花岗岩残积土边坡破坏规律还没有科学的检测手段，实际上，这类土质比较常见，在日常的施工中可能会误导致花岗岩残积土边坡破坏而造成一系列工程事故。
花岗岩地区地质灾害类型主要有滑坡和崩塌两种类型，在实际应用中，影响土质边坡的牢固形态的原因非常复杂。
比如说，纹理出现裂缝，以及掺杂杂质，还有结构和水文性质等，都会导致花岗岩的稳定性被破坏。
但是最主要的原因应当是花岗岩残积土中空间中的原生与次生结构面的相互关系。
本文针对花岗岩残积土边坡破坏，通过对花岗岩残积土的物理特性进行分析研究，阐述花岗岩残积土边坡破坏特征，以广东省梅州市的花岗岩残积土边坡为例，并参考花岗岩残积土的各项相关试验，研究花岗岩残积土在不同降雨条件下的破坏规律，并为设计花岗岩残积土边坡防护提供依据。
论文研究对象主要是我国花岗岩覆盖范围较为广泛的地区，结合国内有关参考文献的研究，针对那些地区的建筑工程项目具有指导性，同时也能够解决实际的项目问题，对防治这些地区的边坡破坏有一定的现实意义。
关键词:花岗岩；残积土；边坡；稳定性；破坏规律AbstractAt present, there is no scientific detection method for the failure law of granite residual soil slope in our country. In fact, this kind of soil is relatively common, which may lead to a series of engineering accidents due to the failure of granite residual soil slope in daily construction. There are mainly two types of geological disasters in granite area, landslide and collapse. In practical application, the reasons that affect the firm shape of soil slope are very complex. For example, the appearance of cracks in the texture, as well as the doping of impurities, as well as the structural and hydrological properties, will lead to the destruction of the stability of granite. But the main reason should be the relationship between primary and secondary structural planes in the space of granite residual soil. In this paper, according to the failure of granite residual soil slope, through the analysis of the physical characteristics of granite residual soil, the failure characteristics of granite residual soil slope are elaborated. Taking the granite residual soil slope in Meizhou city of Guangdong Province as an example, and referring to the relevant tests of granite residual soil, the failure law of granite residual soil under different rainfall conditions is studied, It provides a basis for the design of granite residual soil slope protection. The research object of this paper is mainly the areas with a wide range of granite coverage in China. Combined with the research of domestic references, it is instructive for the construction projects in those areas, and can also solve the actual project problems, which has a certain practical significance for the prevention and control of slope damage in these areas.Key words：granite; residual soil; slope; stability; failure law目录1 导言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 花岗岩残积土研究现状 (1)1.2.2 边坡稳定性分析方法研究现状 (3)2 花岗岩残积土的物理性质 (4)2.1 花岗岩残积土的颗粒组成 (4)2.2 花岗岩残积土的透水性 (4)2.3 花岗岩残积土的固结性 (5)2.4 花岗岩残积土的压缩性 (5)2.5 花岗岩残积土的抗剪强度 (5)2.6 花岗岩残积土的结构性 (5)3 花岗岩区地质灾害特征及边坡渗流规律 (7)3.1 花岗岩地区地质灾害特征 (7)3.2 花岗岩残积土边坡渗流规律 (7)4 花岗岩残积土边坡稳定性分析 (9)4.1 边坡模型的建立与计算 (9)4.2 降雨强度对边坡稳定性的影响 (10)4.3 降雨历时对边坡稳定性的影响 (12)4.4 边坡坡比对边坡稳定性的影响 (14)4.5 坡高对边坡稳定性的影响 (16)4.6 本章小结 (18)5 结论 (20)参考文献 (21)1导言1.1 研究背景及意义我们国家很多地区花岗岩覆盖面积很多，尤其是在广东省、福建省等一些我国东部和东南部地区，且花岗岩地区花岗岩的占地面积会达到将近这些地区总面积的十分之一左右，更有些省份花岗岩覆盖率更大，甚至可能接近该地区总面积的一半。
花岗岩风化土工程特性研究
Engineering construction 工程施工273花岗岩风化土工程特性研究李宏文（重庆交通大学， 重庆 400074）中图分类号：TU75 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2018）07-0273-02摘要：风化花岗岩边坡一般由上层的花岗岩风化土（由花岗岩残积土、全风化花岗岩及强风化花岗岩组成）和下层的花岗岩基岩（由中风化花岗岩、弱风化花岗岩及新鲜花岗岩组成）组成，一般认为边坡中的花岗岩基岩岩土力学性能较好、工程性能稳定，而花岗岩风化土的工程特性则较为复杂。
该文从风化花岗岩的形成特点开始，研究其划分方法和花岗岩风化土的工程特性。
关键词：风化花岗岩；花岗岩风化土；工程特性0 引言在我国花岗岩的分布非常广，主要集中在华东、华南、华中地区，约占80万平方公里，其分布主要在云贵高原以东，包括秦岭-大别山在内的我国东南部地区，其中广东约占全省总面积的30%，福建省约占40%，广西、湖南和江西分别占其总面积的10%~20%[1]。
花岗岩风化土中粗颗粒含量多，裂隙发育，结构疏松，力学特性受水影响大。
花岗岩风化土因其风化程度对边坡稳定性的影响各有差异，首先其岩体具有原岩的特征且未经二次堆积，其稳定性特征明显区别于均质土边坡和岩石边坡，所以对花岗岩风化土工程特性的研究就显得尤为重要。
本文从风化花岗岩的形成特点开始，对花岗岩风化带的划分进行研究；同时，结合已有的研究成果对风化花岗岩边坡上层的花岗岩风化土的工程特性进行研究。
1 风化花岗岩形成特点及风化带划分1.1风化花岗岩形成特点花岗岩(Granite)是大陆地壳的组成部分，是在地表下岩浆凝结形成的火成岩，属于岩浆岩中酸性的侵入岩，其组成以石英、钾长石和酸性斜长石为主，其结构致密、质地坚硬、耐酸碱性好、抗压强度高和吸水率低。
花岗岩的岩石类型有：黑云母花岗岩、二长花岗岩和花岗闪长岩。
岩石风化作用有生物风化、化学风化和物理风化，其中黑云母的风化形式较多，主要蚀变成伊利石和铁锰矿物，由黑云母风化产生的蛭石或高岭石使花岗岩的强度降低并使花岗岩的结构产生破坏。
干湿循环下花岗岩残积土抗剪强度及边坡稳定性分析
干湿循环下花岗岩残积土抗剪强度及边坡稳定性分析于佳静;陈东霞;王晖;张波【摘要】为研究干湿循环对花岗岩残积土抗剪强度特性和抗剪强度参数的影响,分析花岗岩残积土边坡的稳定性,改进了常规的单元试验方法.以整个花岗岩残积土边坡为试验对象进行干湿循环模拟,在每次循环后直接在边坡坡面上切取花岗岩残积土试样进行直剪试验.在此基础上,利用有限元软件ABAQUS对一实际边坡进行了干湿循环的数值模拟,在每次循环模拟前对上一次模拟结果进行分析,将等效塑性应变较大区域的土体强度进行适当折减,分析每次循环后花岗岩残积土边坡的应力应变、稳定性以及塑性变形.试验结果表明:花岗岩残积土的抗剪强度随干湿循环次数、循环幅度的增加而减小,其中黏聚力值衰减明显,内摩擦角的变化相对较小,在3～5次干湿循环后抗剪强度趋于稳定;通过数据分析得到干湿循环的黏聚力公式,进一步得到了干湿循环条件下花岗岩残积土的抗剪强度公式;干湿循环作用导致边坡稳定性降低,安全系数减小,且第一次干湿循环后安全系数的降幅最大.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(058)004【总页数】7页(P614-620)【关键词】干湿循环;花岗岩残积土;强度参数;边坡稳定性;安全系数【作者】于佳静;陈东霞;王晖;张波【作者单位】厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门 361005;厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门 361005;厦门市交通基础设施智能管养工程技术研究中心,福建厦门 361005;四川都江堰市经济开发区管委会,四川都江堰 611830;厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门 361005【正文语种】中文【中图分类】TU443花岗岩残积土是花岗岩风化后未被搬运从而堆积形成的土层，是一种典型的非饱和特殊土，其工程力学性质在遇水后会发生劣化现象，对地基土的抗剪强度和边坡稳定性产生较大影响.厦门地区位于福建东南沿海，属于亚热带海洋性季风气候，气温、降水的季节变化和非周期变化显著，该地区广泛分布的花岗岩残积土长期处于干湿交替的大气环境中，使得其工程力学性质的劣化现象更为严重.为预防边坡失稳等灾害，探讨花岗岩残积土在干湿循环下的抗剪强度与边坡稳定性对于工程建设具有重要的现实意义和应用前景.近几十年来，许多国内外学者致力于非饱和土抗剪强度理论的研究.目前被广泛认可的非饱和土抗剪强度公式主要有以Mohr-Coulomb准则为基础的Bishop有效应力强度公式与Fredlund双变量公式，但由于与基质吸力相关的参数难以测量，限制了非饱和土抗剪强度公式的应用.针对这个问题，有些学者建立了新的抗剪强度理论模型，如卢肇钧的吸附强度理论[1]；也有学者研究了非饱和土抗剪强度参数随含水量的变化，提出了含饱和度或含水量的非饱和土抗剪强度公式[2].近年来，部分学者注意到了非饱和土体在反复降雨和蒸发过程中的工程性质劣化现象，展开了对非饱和土剪切特性的干湿循环效应研究[3-7].曾召田[8]、吕海波等[9]通过原状膨胀土干湿循环试验发现，抗剪强度衰减规律与循环次数、循环幅度、初始含水量有关；随着干湿循环次数的增加，膨胀土的黏聚力不断衰减，且衰减程度逐渐减弱并趋于稳定，而内摩擦角在干湿循环影响下基本保持稳定.周健等[10]、张雨灼等[11]进行了膨胀土边坡模型试验研究，在抗剪强度衰减特性方面均得到了相似的结论.然而大多数试验研究着重于探究抗剪强度参数变化趋势，应用于数值分析方面的研究较少.简文彬等[12]根据花岗岩残积土的干湿循环试验结果，采用S型数学函数对衰减累积量曲线进行了拟合，得到了黏聚力衰减累积量的拟合公式.由于该公式没有考虑干湿循环幅度的影响，且并不直接体现黏聚力的变化规律，要在实际工程中应用依旧有较大的局限性，因此还需要更加深入地研究.同时，许多学者也对干湿循环下非饱和土边坡响应开展试验研究与数值模拟分析[13-16].王国利等[17]通过离心模型试验分析了裂缝的发生和发展过程，以及水分入渗对膨胀土边坡稳定性的影响，揭示了膨胀土边坡失稳的破坏机制.高玉坤[18]利用大型非线性有限元软件模拟离心机试验，得到边坡的安全系数随干湿循环次数的增加而减小，直观地反映了干湿循环下非饱和土边坡稳定性的降低.许旭堂等[19]则从吸力变化引起的坡体变形入手进行试验研究，提出了降雨引起坡体变形发展的3个阶段，并指出失稳预警因子应着重考虑边坡关键位置处的物理量变化.这些研究对滑坡灾害的防治与减灾研究都具有非常重要的现实意义.为进一步研究干湿循环下花岗岩残积土边坡抗剪强度特性、抗剪强度参数的变化规律，探究干湿循环效应对花岗岩残积土边坡稳定性影响的内在机制，本文中以厦门地区残积土为试验材料，结合该地区降雨情况，对残积土模型边坡进行干湿循环试验，并利用数值模拟软件分析花岗岩残积土边坡的稳定性.1 边坡模型的试验方案1.1 边坡模型的设计与制作为对比不同干湿循环幅度下边坡的响应规律，本试验设计两个相同的模型箱隔间，在模型箱内夯筑模型边坡，在不同的幅度下进行多次湿润至干燥循环试验，并监测边坡土体的含水量、吸力、抗剪强度、变形及裂缝发展情况.边坡模型的尺寸见图1所示.图1 边坡模型尺寸Fig.1 Size of the slope model本次边坡模型试验采用的花岗岩残积土采自万象城工程基坑，土样的基本物理性质的测定结果见表1.筛分试验得到颗粒级配曲线如图2所示.表1 试验用土的基本物理性质Tab.1 Basic physical properties of test soil饱和含水量/%干密度/(g·cm-3)塑限/%液限/%塑性指数23.91.78204727图2 试验用土的颗粒级配曲线Fig.2 The gradation curve of test soils制作边坡模型前，为使试验主体边坡底部接触形式及相互作用更接近实际工程情况，在模型箱底部预先夯筑12 cm红黏土垫层作为过渡层.先将土风干，并用铁锤将土敲碎并碾细，过5 mm筛后装袋保存，然后采用分层击实法在模型箱内形成100 cm厚的平整土层(击实时共分10层，每层厚度10 cm)，夯筑时土的含水量为20%，密度为2.09 g/cm3，夯筑至30 cm高度后，用砖块围成新的夯筑面以形成一个台阶状的边坡，达到最终高度后经过粗削、精削得到最终模型边坡.为监测干湿循环过程中残积土边坡含水量及吸力，在模型内部埋设水分传感器和张力计，每个模型边坡安装5个水分传感器和5根张力计，其中4个水分传感器和4根张力计从坡顶分布到坡脚安装在8 cm 深度，1个水分传感器和1根张力计安装在14 cm深度(KM4,KM9,T4,T8).测点位置及编号如图3所示.1.2 干湿循环系统模拟设计图3 测点位置及编号示意图Fig.3 Location and numbering of measure points 本试验通过控制加水量与温度来控制不同的循环幅度.湿润过程时降水强度为16 mm/h，降水时长2 h，根据标准该降水强度相当于大雨；干燥过程时使边坡表面温度维持在40 ℃左右，该温度为厦门地区炎热天气时的地表温度.试验采用水泵泵送自来水并通过喷头均匀喷水来模拟湿润过程，用间断加水方式，每喷水1 min便停止加水3 min，反复循环直至测得的土体含水量达到设计值，即完成一次湿润循环；采用6个大功率灯泡和4个花篮式取暖器来模拟干燥过程，干燥时大功率灯泡距离边坡25 cm，取暖器距离边坡30 cm，当水分传感器测得的土体含水量达到设计值，即完成一次干燥循环.此次模型试验共进行5次干湿循环试验；两个模型箱进行不同循环幅度的试验.左侧模型试验箱含水量循环幅度为12.5%～24.0%(后文称大循环幅度)，右侧模型试验箱含水量循环幅度为17.5%～24.0%(后文称小循环幅度).2 试验结果分析2.1 抗剪强度特性研究为研究边坡土体在干湿循环中的抗剪强度变化情况，每次加湿过程结束后在边坡表面下2 和8 cm深度处各取6个环刀试样进行直剪试验，得到试样在不同垂直荷载下(50，100，200，300和400 kPa)不同深度处的抗剪强度.取其中数据最典型的垂直荷载(100 kPa)时不同深度和循环幅度的土体抗剪强度随干湿循环次数的变化如图4所示.图4 抗剪强度与干湿循环次数的关系(100 kPa荷载下)Fig.4 Relationship of the shear strength vs the cycle index of wetting-drying(under 100 kPa load)可以看出：边坡土的抗剪强度随干湿循环次数的增加呈下降趋势，且下降的幅度逐渐减小至趋于稳定.在第1次干湿循环后，抗剪强度的衰减幅度最大，第2、3次干湿循环后，抗剪强度继续下降，但幅度明显减小，而后抗剪强度趋于稳定.抗剪强度趋于稳定所需要循环次数则与干湿循环的幅度有关，在同样的初始条件下，干湿循环的幅度越大，强度稳定所需循环次数就越多.在本次试验中，土体在经过3～5次干湿循环后，其抗剪强度及强度参数均趋于稳定.在同一循环幅度下，2 cm处土抗剪强度的衰减比8 cm处土抗剪强度的衰减更大，说明干湿循环效应主要作用在浅层土体.主要原因是土体表面处直接受到降水渗入与蒸发收缩的反复作用，其含水量变化幅度更大，易产生裂缝，使得土粒之间受到更大的相互作用力，因此边坡表面处受干湿循环的影响更大.在同一深度处，大循环幅度下土抗剪强度的衰减比小循环幅度下土抗剪强度的衰减更明显.这也是由于在大循环幅度中，反复收缩和软化过程更加深入且持久，导致土体的微观结构受到累积性的破坏，造成抗剪强度的衰减.2.2 抗剪强度参数分析根据所得抗剪强度数据，拟合土体抗剪强度曲线，可得不同幅度不同深度处抗剪强度参数值，抗剪强度参数随干湿循环次数的变化如图5所示.由图可见，干湿循环对土体抗剪强度的影响主要体现在黏聚力下降，而内摩擦角只是随干湿循环次数的增加小幅波动，受其影响并不明显.为进一步探究干湿循环对抗剪强度参数的影响，对不同干湿循环次数、循环幅度下的黏聚力进行数据分析.通过直剪试验获得试样在经历不同次数干湿循环作用后的黏聚力大小，如表2所示.图5 抗剪强度参数与干湿循环次数的关系(100 kPa)Fig.5 Relationship of the shear strength parameters vs the cycle index of wetting-drying(100 kPa)表2 不同循环幅度和深度处的黏聚力Tab.2 Cohesion at different depths under different cycle amplitude kPa循环次数2cm深度处8cm深度处大循环幅度小循环幅度大循环幅度小循环幅度168.667.670.273.5241.841.258.660.4331.836.352.157.6428.533.748.854.852 6.332.646.752.7考虑初始黏聚力c0，对黏聚力数据进行拟合，可以得到黏聚力与干湿循环次数N、循环幅度变化参数Δw之间的函数关系：c=c0×(1-p×Δw×ln(q×N-q+1)).(1)其中：p、q为拟合参数；p在拟合中趋于定值，取1/72.当循环幅度为12.5%～24.0%时，Δw取11.5；在循环幅度为17.5%～24.0%时，Δw取6.5.c0为初始黏聚力，当N=1时，c=c0，满足初始条件.由此可得在不同深度和不同干湿循环幅度下黏聚力随干湿循环次数的关系式如表3所示，并可绘制拟合曲线如图6所示. 拟合曲线相关系数R2均大于0.9，由此可见，对于本研究的花岗岩残积土，认定其c与N、Δw、c0的关系满足上式的函数关系是合理的.表3 干湿循环下黏聚力拟合公式Tab.3 Cohesion fitting formula under wetting-drying cycles深度/cm循环幅度黏聚力拟合公式2大幅度c=68.6(1-0.16ln(12.13N-11.13))小幅度c=67.6(1-0.09ln(80.26N-79.26))8大幅度c=70.2(1-0.16ln(1.88N-0.88))小幅度c=73.5(1-0.09ln(5.44N-4.44))摩尔-库伦强度准则中将黏聚力和内摩擦角假定为材料常数，根据试验分析，它不适用于经历干湿循环作用的非饱和残积土.针对本研究的残积土，其在干湿循环作用下的摩尔-库伦强度准则表达式可修正为：τ=σtan φ0+c0(1-p×Δwln(qN-q+1)).(2)其中：c0，φ0分别表示只进行一次干湿循环时土的黏聚力和内摩擦角，τ为抗剪强度.式(2)中描述了花岗岩残积土的抗剪强度随干湿循环次数的变化规律，且考虑了初始强度参数，利用该式可对经历了不同干湿循环次数的花岗岩残积土抗剪强度进行预测.图6 黏聚力拟合曲线Fig.6 Fitting curve of cohesion2.3 边坡稳定性分析本文中运用有限元软件ABAQUS进行数值模拟，通过强度折减法获得每次干湿循环后的安全系数和塑性区的动态发展过程，以分析边坡的稳定性.本文中取实际边坡进行数值模拟，该边坡位于某软件园内，坡度33°～35°，边坡土体计算模型及分层情况见图7，各层土体计算参数见表4.图7 边坡分层情况Fig.7 Stratification of the slope表4 各层土体计算参数Tab.4 Calculating parameters of each layer of soil序号岩土层抗剪强度参数c/kPaφ/(°)渗透系数k/(10-4cm·s-1)①杂填土15150.5②全风化岩25222.0③散体状强风化岩30252.5④碎裂状强风化岩503030.0⑤中风化岩300400.3⑥残积砾质黏性土38.524.30.5根据大循环幅度的黏聚力拟合公式得到每次循环后各层土体的强度参数，通过强度参数的变化对干湿循环过程进行模拟，并在每次循环过程后，根据塑性区的分布对等效塑性应变较大的土体再次进行强度折减，以此得到更加接近实际的模拟情况. 取一个分析过程中的塑性区发展过程进行分析.如图8显示，边坡的初始塑性应变较小，主要出现在由于分层和几何形状所导致的坡面薄弱位置处.随后屈服点不断向上发展延伸，直到产生了贯通土体的剪切破坏带.为进一步分析土体的稳定性情况，以位移发生突变作为失稳依据，绘制场变量和边坡节点水平位移(U1)的关系曲线，取曲线拐点处的强度折减法中场变量Fr值得到每次干湿循环后的安全系数，循环次数1～5对应的安全系数分别为1.239，1.028，0.984，0.770，0.757.结果显示，边坡的安全系数随干湿循环次数的增加而降低.在第3次干湿循环后，安全系数接近1，边坡处于极限平衡状态，此后边坡发生失稳破坏，位移等值云图如图9所示.根据数值模拟结果，建议在该边坡坡面中段薄弱位置处设置抗滑支挡结构，以提高其稳定性，预防失稳破坏.3 结论1) 花岗岩残积土的抗剪强度随干湿循环次数的增加而衰减，衰减的幅度也随干湿循环次数的增加而减小.强度衰减主要体现为黏聚力的减小，而内摩擦角的变化没有显著的规律.土体深度越浅、干湿循环幅度变化越大，土体抗剪强度的减小越明显.2) 得到了干湿循环下花岗岩残积土边坡土体的黏聚力与初始黏聚力c0、干湿循环次数N、循环幅度变化参数Δw之间的函数关系，修正了干湿循环下花岗岩残积土的摩尔-库伦强度准则，以供实际参考.3) 本文中试验改进了干湿循环下非饱和土强度的单元试验方案，从整体边坡模型上取样进行试验分析，减小了尺寸效应对土体性质的影响，使土样的状态更加接近实际情况.数值模拟过程中，在每次循环前对上一次模拟结果进行分析，将等效塑性应变较大区域的土体强度进行适当折减，使得模拟过程中土体的性质与实际状态基本保持同步.图8 等效塑性应变云图Fig.8 Cloud map of equivalent plastic strain图9 位移等值云图Fig.9 Cloud map of equivalent displacement4) 边坡的安全系数随干湿循环次数的增加而降低.塑性应变首先出现在由于分层和几何形状所导致的坡面薄弱位置处，随后屈服点不断向上发展延伸，直到产生贯通土体的剪切破坏带.建议在该边坡坡面中段薄弱位置处设置抗滑支挡结构，以提高其稳定性.【相关文献】[1] 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