滑坡滑带土残余内摩擦角预测模型研究刘祥友刘成渝李玉生官泽鸿(四川南江水文地质工程地质队)残余内摩擦角是滑带土残余强度最敏感的指标况在很大程度上决定了滑坡的稳定状在工程实践中通常采用实验方法测定这一由多种因素制约的参数由于实验方法费用高成果又有实验误差和偶然误差因此为弥补这方面的不足探索一种预测残余内摩擦角的数学模型是有实际意义的坡实例滑带土的试验资料6个典型滑本着这一宗旨该文依据长江三峡地区3试图运用数理统计方法从研究滑带土的物理力学性质及其影响因素着手建立滑带土残余内摩擦角的预测模型一滑带土的物理力学特征三峡地区滑坡滑带土的母岩大多为砂泥岩其物质组成物理力学性质微观结构必然存在许多共同的特征1矿物成分特征据差热分析和岩矿鉴定资料滑带土矿物成分以粘土矿物为主约占65%碎屑矿隐晶粘物次之而粘土矿物中以伊利石为主隐晶粘土次之统计分析表明伊利石土和碎屑矿物含量均呈正态分布(图1)其离散程度后者稍大2颗粒成分特征滑带土由粘粒粉粒砂粒砾粒四种颗粒成分组成其分布状态如图2所示其中砂粒砾粒呈对数正态分布含量均呈正态分布0%粉粒离散程度后者较大平均含量各为2离散程度前者较大平均含量分别为25%和35%由此可见粘粒滑带土是一种以粘粒为主的粘性土3水理性质特征如图3所示175%和275%液限呈对数正态分布离散度小其平均值分别为平均塑性指数为10属亚粘土类型这与颗粒成分分析结果相吻合滑带土的塑一1017一基彩隐晶粘土又、卜夕0!伊利石灯粘粒飞碎屑矿物5060701020颗粒成份含量(写)图1矿物含量频数分布曲线图2颗粒成分频数分布曲线4力学强度特征滑带土峰值强度呈正态分布.%kPa均残余强度为:内聚力7而残余强度呈对数正态分布(图4)38内摩擦角14离散程度小平平均峰残差内聚力.426kPa内4可见滑带土峰摩擦角.29产生定向排列造成的残比较小这可能是滑带土经过强烈剪切破坏土颗粒3402川盯曰日黔人曰|\\\\甘纂象液限卫1015“二亡、30气一,一40)45-T50J20253555液塑限(%图3塑液限频数分布曲线残余值垦彩n残余值纂劝e-J搽即`l,f口f/\\Z0510152025亡(kP)集,图4C毋频数分布曲线一1018一微观结构特征据偏光显微镜鉴定资料滑带土的主体结构是显微鳞片状结构其粘土矿物多为鳞片状伊利石呈定向排列颗粒之间以面面接触为主结构联接不牢固并有阻水作用因此滑带土往往饱水而成为微观优势软弱结构面的集中分布带二滑带土残余内摩擦角影响因素分析影响滑带土残余内摩擦角的因素很多这里着重讨论滑带土的颗粒成分矿物成分含水量等因素对残余内摩擦角的影响1粘粒含最与残余内摩擦角的相关性~在滑带土含水量大体一致(20%角与粘粒含量呈线性负相关(图5)20%)的条件下3作相关统计分析残余内摩擦含水里与残余内摩擦角的相关性一般说来下土的残余强度与其含水量关系不大但在快剪试验即滑坡快速滑动的条件剪切面(滑动面)上的含水状况来不及调整滑带土的残余内摩擦角出现非线性负相滑关(图6)在近液限(24%)处存在一拐点这说明液限是残余内摩擦角的敏感点带土的结构开始发生突变不仆冲牛J|[6卜卜eL-|1eL-e(吞é暇樱包ēà乐恻樱兴58x32佣0之696044213626303438426匕一山一一七一二一一山一曰`141822263034一砷枯粒含量`%)含水量(%》图5残余势与粒土含量相关曲线图6残余毋与含水量相关曲线图一1019一3矿物成分与残余内摩擦角的相关性()l伊利石与残余内摩擦角的相关性以样本容量大试验含水量为加一30%碎屑矿物含量相近的滑带土进行试验统计分析(图7)从结果可看出残余内摩擦角与伊利石含量呈非线性负相关且在伊利石8%处相关曲线有一祝点当伊利石含量小于拐点含量时对残余内摩擦角的敏含量为3感程度较高反之则敏感程度明显降低乐àǎ戳创嵌ǎà吞翘徽嵌!20406080伊利石含量(%)图7残余职与伊利石相关曲线图8匡204060隐晶粘土含量(%)残余中与隐晶粘土相关曲线2)隐晶粘土与残余内摩擦角的相关性(选择含水量碎屑矿物含量相近的滑带土试验吕八冬à翘淤暇0Zx资料作相关统计残余内摩擦角与隐晶粘土含量呈线性负相关(图8)3)碎屑矿物与残余内摩擦角的相关性(以含水量伊利石含量相近的滑带土试验资料作相关分析2040结果表明残余内摩擦角与碎屑矿物说明碎屑矿物的逐渐增多60呈线性正相关(图9)碎屑矿啊含量%()将起到骨架作用大滑带土的残余内摩擦角亦随之增图9残余切与碎屑矿物相关曲线三滑带土残余内摩擦角的预测模型理论和实践已经证明残余内摩擦角是多种因素综合作用的结果因此下面采用数理统计原理探索建立残余内摩擦角的多因素预测模型残余内摩擦角的祸合模型根据祸合原理把上述5个单因素相关方程祸合在一起得到以下祸合模型:一1020一é、11妙+夕:+少3+夕;+夕5)其中一026x,+20172+(x(20(x(x,簇20)
,yl=一o12x,+,簇)一o035x一183x1231):++52226962簇212)26)yyy3==一o58工3+3208+4一014x4168s=02x5+式中lx夕—滑带土试验含水量(%)凡-滑带土粘粒含量(%)—滑带土隐晶粘土含量(%)—滑带土碎屑矿物含量(%;)—滑带土残余内摩擦角(度o)—xZ滑带土伊利石含量(%);;;尤闷;xs2滑带土残余内摩擦角的逐步回归模型逐步回归是多元回归的优化通过逐步回归分析从影响残余内摩擦角的众多因素中找出主要因素和次要因素剔除某些无关紧要的因素最终建立三峡地区滑坡滑带土残余内摩擦角的逐步回归模型根据单因素分析结果并考虑滑带土的物质组成和主要物理性质指标选择粘粒砂粒粉粒伊利石隐晶粘土碎屑矿物的含量以及液限塑限试验含水量9项指标参与残余内摩擦角的线性逐步回归分析其中试验含水量及伊利石含量需作对数变换在给定显著水平:=01的条件下通过计算机处理得到逐步回归模型:夕=381453一02392xl+03763x:一168845lgx3l式中xxZwe,—滑带土塑限(%)e滑带土粘粒含量(%;);—滑带土残余内摩擦角渡o)—从回归模型看出试验含水量是影响滑带土残余内摩擦角最敏感的因素y3x滑带土试验含水量(%;)经过预测精度检验y3值的剩余标准差仅为3374在“=031.7时有683%的预测值落在区间一1021一少=415187一一1622x,+03763x2一16013。98845群。84591二之内场“二347719一O2392x、+03763x2表明预测效果较理想逐步回归模型和祸合模型在形式上稍有差异但预测趋势是协调一致的都可用于概略预测长江三峡地区滑坡滑带土固结快剪残余内摩擦角一1022一
