考虑滑带摩擦-黏聚力演化的路基滑坡变形机制与动态稳定性研究

这篇研究通过现场工程地质调查与环剪试验（ring shear test），揭示了高速路基滑坡滑带土的摩擦角（φ）和黏聚力（c）随剪切位移（u）的演化规律（Logistic模型衰减与幂函数衰减），结合摩尔-库仑理论（Moore-Coulomb）构建滑带土抗剪强度动态模型，并基于剩余推力法（residual thrust method）和有限元数值模型（Geo-studio）系统分析了滑坡变形破坏机制与动态稳定性，为高速公路运营安全提供预警依据。

　　

引言

随着中国交通建设的快速发展，山区高速公路路基开挖引发大量滑坡灾害。以湖南邵阳城步苗族自治县某高速路基滑坡为研究对象，通过工程地质调查发现，滑坡在降雨和重力诱导下发生崩滑破坏，滑带位于第四系全新统堆积层与新元古界长安组砂质板岩接触面，滑带土为高塑性粉质黏土，含水率18%，干密度1.82 g/cm³。研究聚焦滑带土强度参数（φ与c）的动态演化对滑坡稳定性的影响，弥补了传统本构模型理想化不足的缺陷。

滑带土剪切力学行为

通过环剪试验（正常应力100–400 kPa）发现，滑带土剪切过程呈现弹性变形→峰值强度→应变软化→残余强度的典型特征。基于摩尔-库仑理论反演得出：

• 摩擦角演化：峰值φ=18.85°，残余φ=13.47°，符合Logistic模型（R²=0.988）：

  tan(φ)=0.237+0.116/[1+(u/9.75)^2.83]（u≥5 mm）

• 黏聚力演化：峰值c=40.475 kPa，服从幂函数衰减（R²=0.94）：

  c=44.36×u^?0.189（u≥2 mm）

动态抗剪强度模型（τ=c+σ_ntanφ）显示，随位移增加，滑带强度从峰值衰减至残余值，且埋深越大（如139.6 m处滑体厚度达10.9 m），正常应力（σ_n）越高，强度衰减速率越快。

滑坡稳定性计算

结合改进剩余推力法与有限元模型（Geo-studio），对比分析发现：

1. 变形机制：数值模拟显示滑坡变形始于前缘（河流侵蚀）和后缘（陡坡坍塌），随位移增大（u=1→30 mm），滑带剪切应变增量（γ）逐渐贯通，最终整体滑移，与现场调查的崩滑-牵引式破坏模式一致。

2. 稳定性演化：初始峰值稳定系数（F_s）为1.25，随滑带强度衰减降至残余稳定状态（F_s=1.07–1.08）。两种方法结果差异<5%，验证了模型的可靠性。

结论与工程意义

1. 滑带土强度参数演化规律为滑坡动态稳定性评价提供了本质依据；

2. 残余稳定性接近临界值（1.0），需采取后缘削坡、前缘改河及降雨监测预警措施；

3. 环筛试验未包含粗颗粒的影响可能导致强度评估偏低，建议后续开展原位试验修正。

研究通过多尺度力学模型与数值模拟的结合，为山区路基滑坡防灾提供了理论支撑与方法创新。